NO309783B1 - Skjærinnsats av hardmetall og fjell-borkrone av slagtypen - Google Patents

Abstract

Foreliggende oppfinnelse angår en skjærinnsats for en fjeil-borkrone og en fjell-borkrone innbefattende en slik. skjærinnsats. Den har som formål å øke slitasjebestandigheten til hardmetall-skjærinnsatsen. Innsatsene er utformet med et hovedsakelig sylindrisk skaftparti og et konvekst for-met ytterparti. I en utføringsform av oppfinnelsen omfatter innsatsens hardmetall et antall soner og grensen mellom to tilstøtende soner beskriver en usymmetrisk bane sett både i et sideriss-snitt og i et grunnriss-snitt. I en ytterligere utfø-. . ringsform er innsatsene også utstyrt med partier av øket volum i de deler av innsatsen som er mest utsatt for slitasje'.

Description

OPPFINNELSENS BAKGRUNN

Foreliggende oppfinnelse angår innsatser av hardmetallegemer og fjell-borkroner fortrinnsvis for slag-fjellboring.

I US-A-4 598 779 er det vist en fjell-borkrone som er utstyrt med et antall meiselformete skjærinnsatser. Hver innsats oppviser en styreflate som er forholdsvis skarpt forbundet med skjæreegger. En forholdsvis skarp forbindelse er ufordelaktig ved anvendelse av hardmetall (engelsk: cemented carbide) som er ekstra hardt. Det vil si at avflaking kan skje under hard fjellboring på grunn av spenning i forbindelsene, slik at det på lang sikt ikke kan oppnås rette hull. Heller ikke er formen til den kjente innsats optimalisert for maksimalt slitevolum. US-A-4 607 712 viser en fjell-borkrone med et antall skjærinnsatser. Arbeidsdelen av hver innsats har en halvsfærisk grunnform, til hvilken det er tilføyd ekstra volum av hardmetall. Den kjente innsats har imidlertid ikke tilstrekkelig støtte mot borehull-veggen, slik at rette hull ikke kan oppnås. Dessuten er forbindelsene mellom arbeidsdelens bestanddeler forholdsvis skarpe, slik at de forårsaker de ovennevnte, for hardmetall skadelige spenninger. Dessuten inneholder den sfæriske grunnform et forholdsvis lite volum av hardmetall.

Hardmetall for boreoppgaver inneholder vanligvis WC (wolfram carbid), som ofte betegnes som alfafase, og bindfase, som består av kobolt med små mengder W og C i fast løsning, betegnet som betafase. Fritt karbon eller etafaser, faser med lavt karboninnhold med de generelle formler M6C( Co3\ N3C) M:2C( Coe\ NeC) eller kappafase M4C er generelt ikke tilstede. I EP-B2-0 182 759 er det imidlertid vist hardmetallegemer med en kjerne av fin og jevnt fordelt etafase innleiret i den vanlige alfa + betafase-struktur, og en omgivende overflatesone med bare alfa + betafase. Et ytterligere forhold er at bindfase-innholdet i den indre del av overflatesonen beliggende nær kjernen er høyere enn bindfasens nominelle innhold. Dessuten er bindfase-innholdet i den ytterste del av overflatesonen lavere enn det nominelle og øker i retning mot kjernen opp til et maksimum beliggende i sonen uten etafase. Med nominelt bindfase-innhold menes her og i det følgende innveiet mengde av bindfase.

I US-A-5 286 549 er det vist hardmetalllegemer omfattende WC (alfafase) og en bindfase basert på minst én av Co, Fe og Ni og omfattende en kjerne av etafaseholdig hardmetall omgitt av en overflatesone hvor en ytre del av overflatesonen har et lavere bindfase-innhold enn det nominelle, idet bindfase-innholdet i den ytre del av overflatesonen er hovedsakelig konstant. Hardmetallegemer fremstilt ifølge denne oppfinnelse har en høyere slitasjebestandighet som følge av en høyere gjennomsnittlig hardhet i yttersonen. Andre beslektete dokumenter er US-A-5 279 901 og EP-A-92850260.8. Hardmetallegemer med en struktur lik EP-B2-0 182 759 er også anvendbare som et stanse- eller hakkeverktøymateriale som vist i US-A-5 235 879 eller som et valsemateriale som i EP-A-93850023.8. Videre kan også materialet vist i US-A-5 074 623 brukes.

Formålet med de sistnevnte syv oppfinnelser er å oppnå høy slitasje-betandighet ved yttersonen forårsaket av den høye hardhet kombinert med trykk-forspenninger forårsaket av de forskjellige bindstoff-innhold i de forskjellige soner. Hvis sliteflaten som utvikles under slitasje når sonen med et bindstoff-innhold som er høyere enn det nominelle, vil slitasjebestandigheten avta hurtig på grunn av den lavere hardhet. Dette har vært en ulempe, særlig ved fjellboring med innsats-utstyrte borkroner.

FORMÅL MED OG SAMMENFATNING AV OPPFINNELSEN

Det er et formål med foreliggende oppfinnelse å unngå eller minske proble-mene ved teknikkens stilling. Et formål med oppfinnelsen er å øke slitasjebestandigheten til hardmetallegemer fortrinnsvis for bruk i verktøy for fjellboring og mineralboring ved å tilpasse hardmetallegemets utforming til de spesielle behov ved hardmetall som er fremstilt i samsvar med teknikkens stilling. Hardmetallegemets slitasjebestandighet kan økes ved å øke legemets volum i det området som utsettes for slitasje. For å nå en bestemt øking i slitasjebestandigheten, må volumet av yttersonen som utsettes for slitasje økes vesentlig. Det har nå overrasken-de vist seg at det er mulig å øke slitasjebestandigheten til hardmetallegemer som har en yttersone med lavt bindstoffinnhold (høy hardhet/høy slitasjebestandighet), en sone mellom yttersonen og kjernen med høyt bindstoffinnhold (lav hardhet/lav slitasjebestandighet) og en kjerne inneholdende etafase ved å øke volumet av det yttersone-område der slitasje opptrer. En tydelig øking av slitasjebestandigheten kan oppnås ved å øke volumet av yttersonen som utsettes for slitasje når verk-tøyet er i drift, med minst 50 %, sannsynligvis 100 % eller mer. Innsatser i slag-borkroner slites mest i det område som kommer i berøring med en hullvegg og i toppen av innsatsen der bergarten skal brytes. For å øke slitasjebestandigheten til en innsats med en yttersone som har lavere bindstoffinnhold enn det nominelle bindstoffinnhold, må yttersonens volum økes i området som kommer i berøring med veggen og i toppen. Kjente verktøy har normalt innsatser med en aksialtsymmetrisk topp-utforming (venstre del av fig. 12). En øking av yttersonen som utsettes for slitasje, fører ofte til et ikke-aksialtsymmetrisk topparti. På grunn av slitasjens beskaffenhet, som avhenger av bergartens egenskaper og boreforhol-dene, viser slitasjen seg å være fremtredende i området som kommer i berøring med veggen eller i toppartiet der bergarten brytes. Det er viktig å ta hensyn til denne omstendighet, og øke volumet av yttersonen mest der innsatsene slites mest.

Både lengre levetid og høyere borsynk kan oppnås, fordi den optimale konstruksjon ikke vil bli så fort ødelagt. En vesentlig fordel med oppfinnelsen er høy-ere presisjon ved bruk av materialet i borkroner. Den høye slitasjebestandighet ved yttersonen og det større volum av slitasjebestandig materiale i det område som utsettes for slitasje, gir meget bedre diameter-toleranser ved det borete hull.

Formålene med foreliggende oppfinnelse oppnås ved en innsats og en fjell-borkrone med de karakteristiske trekk som er angitt i de etterfølgende krav.

KORT BESKRIVELSE AV FIGURENE

Fig. 1-5 viser en innsats som er egnet for boring under forhold der slitasjen på innsatsen er konsentrert i området nær veggen. Fig. 1 viser en innsats ifølge foreliggende oppfinnelse i et sideriss. Fig. 2 viser innsatsen i et annet sideriss. Fig. 3 viser innsatsen i et grunnriss. Fig. 4 viser innsatsen i et riss ifølge pilen B i fig. 2. Fig. 5 viser et tverrsnitt av innsatsen i større målestokk, som sett ved linjen C. Fig. 6-10 viser en innsats som er egnet for boring under forhold hvor slitasjen av innsatsen er fordelt i området nær veggen og i toppområdet. Fig. 6 viser en innsats ifølge foreliggende oppfinnelse i et sideriss. Fig. 7 viser innsatsen i et annet sideriss. Fig. 8 viser innsatsen i et grunnriss. Fig. 9 viser innsatsen i et riss ifølge pilen B i fig. 7. Fig. 10 viser et tverrsnitt i større målestokk av innsatsen, som sett ved linje C Fig. 11 viser et borehode ifølge foreliggende oppfinnelse, i et perspektivriss. Fig. 12 viser et sideriss, delvis i snitt, av et skjematisk vist borehode med en ballistisk innsats og en innsats ifølge foreliggende oppfinnelse, i et borehull. Fig. 13-18 viser tverrsnitt gjennom senteraksene til to skjærinnsatser.

NÆRMERE BESKRIVELSE AV DE FORETRUKNE UTFØRINGSFORMER AV OPPFINNELSEN

Fig. 1 viser et sideriss i større målestokk av en foretrukket utføringsform av en innsats i henhold til foreliggende oppfinnelse. Innsatsen har et generelt sylindrisk skaftparti 20 med en diameter D innenfor intervallet 4 til 20 mm, fortrinnsvis 7 til 18 mm. Innsatsens 14 monteringsende 21 har fortrinnsvis en rettavkortet konisk form som er innrettet for innføring i et hull i borehodets frontflate, se fig. 11. Hullet munner fortrinnsvis ut både i frontflaten og mantelflaten. I figurene er innsatsens senter-lengdeakse A og to rettvinklete normaler N1 og N2 vist. En linje Y er definert som arbeidsdelens 22 basis. Linjen kan være distinkt eller jevn.

Innsatsens 14 arbeidsdel 22 er delt i syv jevnt forbundne, hovedsakelig omkretsmessig og aksielt konvekse partier. Med uttrykket «jevn» eller «jevnt» menes i det følgende at to tangenter, vinkelrett på senteraksen A i sideriss, hver anordnet på adskilte sider i umiddelbar nærhet av forbindelsen, danner en vinkel x som er i området 135° til 180°, fortrinnsvis 160° til 175° (fig. 5). Et første parti 23 beskriver en generelt ballistisk form og strekker seg generelt symmetrisk på begge sider av normalen N1. Det første parti ender omkretsmessig ved symmetrisk anordnete radius-sonelinjer henholdsvis 24 og 25. Radien til det første parti i et visst aksial-tverrsnitt C er betegnet med R1. Den matematiske konstruksjon av den ballistiske form er som følger: Det første partiets 23 referanseplan X ligger under basislinjen Y i fig. 2. Det første partiets 23 konvekse krumning strekker seg fra radiene R med et sentrum Z i nærheten av skaftpartiets 20 omhyllingsflate. Sentrum Z er fortrinnsvis plassert utenfor omhyllingsflaten i en avstand I og under det aksielt fremstliggende punkt med en avstand h. Avstanden h er 4 til 8 ganger avstanden I, men mindre enn radien R. Referanseplanet X og radiene R danner en vinkel e mellom 10° og 75°.

Hver radius-sonelinje henholdsvis 24 og 25, samt normalen N1, sett i grunnriss, danner en vinkel a innenfor intervallet 45° til 85°. Det skal forstås at den ballistiske konvekse krumning radielt ytterst er forbundet med skaftpartiets 20 omhyllingsflate.

Radius-sonelinjen 24 eller 25 representerer en jevn overgang mellom det første parti 23 og et andre parti 26 eller 27. Det andre parti 26 eller 27 er bortsett fra den umiddelbare tilknytning til det første parti, anordnet generelt utenfor den ballistiske grunnform (vist med brutte linjer i fig. 1, 2 og 4). Radien R2 til det andre parti i tverrsnittet C er større enn en radius R1 til det første parti. Det andre parti avsmalner hovedsakelig i senteraksens A fremadretning. De andre partier 26, 27 avsmalner mot det første parti 23 og danner en spiss vinkel p.

Det andre parti 26 eller 27 er videre forbundet med et tredje parti 28 eller 29. De tredje partier går over i hverandre radielt ut fra aksen A ved innsatsens frontparti. De tredje partier er kamaktige sterke kanter eller egger som maskinerer bergarten hovedsakelig i omkretsretningen. En tangent til det tredje parti ved skjæringspunktet med tverrsnittet C danner en større innvendig vinkel <j>1 i forhold til skaftpartiets omhyllingsflate enn de første og andre partiers tilsvarende tangenter. Størrelsen av vinkelen ty"\ bevirker en øking av slitasjemateriale, sammenliknet med en fullstendig ballistisk utforming og øker derved innsatsens slitasjemotstand. Det tredje parti er definert ved en radius R3 som er mindre enn både radien R1 til det første parti og radien R2 til det andre parti i tverrsnittet C (se fig. 5). Bredden av det tredje parti er hovedsakelig konstant.

Det tredje parti går jevnt over i et fjerde parti 30 som er innrettet til hovedsakelig å falle sammen med og ligge hovedsakelig i flukt med veggen til det borete hull. Det fjerde parti danner en styreflate som er innrettet til å gli på borehull-veggen. Det fjerde parti har en radius R4 i tverrsnittet C, som er meget større enn hver av de ovennevnte radier R1 og R3. En sentral tangent til partiet 30 i tverrsnittet C-C, danner en innvendig vinkel ty i forhold til skaftets 20 omhyllingsflate. Vinkelen ty er mindre enn tilsvarende vinkler for hvert av de andre partier 23 - 27.

En første del av basislinjen Y som er forbundet med det første parti 23, strekker seg hovedsakelig vinkelrett på senteraksen A. En andre del av basislinjen Y som er forbundet med det andre parti 24 eller 25, stiger i det minste delvis, fremover med en spiss vinkel 5 i forhold til den første del. En tredje del av basislinjen Y som er forbundet med det tredje parti 28 eller 29, oppviser det aksielt fremste punkt på hele basislinjen og er generelt definert ved en radius R6. Den tredje del er konveks. En fjerde del av basislinjen Y som er forbundet med det fjerde parti 30, er generelt definert ved en radius R5 som er større enn en radius R6. Den fjerde del er konkav og dens bakerste punkt ligger aksielt foran den første del.

Det femte parti 31 er et avrundet toppunkt hvor partiene 23, 24, 25, 26 og 27 møtes. Det fjerde parti 30 ender aksielt bak toppunktet 31. Den aksielt fremste del av det tredje parti 28 eller 29 er hovedsakelig ikke en del av toppunktet, selv om det er forbundet med dette.

Det skal bemerkes at ved basislinjen Y, er de ovennevnte radi R1, R2, R3 og R4 i en grunnriss-projeksjon, like, dvs lik D/2.

Under visse gruvebrytingsforhold kan borinnsatser bli mer slitt på én side enn på den andre, og derfor ble det utviklet en innsats for bruk under slike forhold, dvs en innsats med et materialvolum anordnet asymmetrisk i forhold til normalen N1. Dvs volumet er anordnet på losiden og en øket klaringsflate på lesiden av normalen N1. Fig. 6 viser et forstørret sideriss av en foretrukket utføringsform av en innsats ifølge foreliggende oppfinnelse. Innsatsen har et generelt sylindrisk skaftparti 20' med en diameter D innenfor området 4 til 20 mm, fortrinnsvis 7 til 18 mm. Innsatsens 14' monteringsende 21' har fortrinnsvis en rettavkortet konisk form innrettet til å innføres i et hull (ikke vist) i borehode-frontflaten. Fortrinnsvis munner hullet ut i frontflaten såvel som mantelflaten. I figurene er innsatsens lengde-senterakse A og to rettvinklete normaler N1 og N2 vist. En linje Y' er definert som arbeidsdelens 22' base.

Innsatsens 14' arbeidsdel 22' er delt i et antall jevnt forbundne, hovedsakelig omkretsmessig og aksielt konvekse partier. Et første parti 23' beskriver en generelt ballistisk form og strekker seg asymmetrisk på begge sider av normalen N1. Det første parti ender omkretsmessig ved asymmetrisk anordnete radius-sonelinjer hhv 24' og 25'. Radien til det første parti i et visst aksial-tverrsnitt C er betegnet R1. Den ballistiske formens matematiske konstruksjon er omtalt ovenfor.

Radius-sonelinjen 24' eller 25' representerer en jevn overgang mellom det første parti 23' og de andre partier 26' og 27'. Det andre parti 26' består av tre jevnt forbundne deler. En første del 26'A av det andre parti 26' og det andre parti 27' er bortsett fra den umiddelbare forbindelse med det første parti anordnet generelt utenfor den ballistiske basisform (angitt med brutte linjer i fig. 6, 7 og 10) og er generelt vinkelrett på hverandre i tverrsnittet C. Radien til den første del 26'A og det andre parti 27' i snittet C er større enn en radius R'1 til det første parti og er av samme størrelse som ovennevnte radius R2. Den første del 26'A og det andre parti 27' avsmalner hovedsakelig i senteraksens A aksiale fremadretning og danner en vinkel P', generelt vinkelrett på tverrsnittet C

En andre del 26'B av det andre parti 26' er anordnet radielt utenfor den ballistiske basisform. Radien R'2B til den andre del i tverrsnittet C er større enn en radius R'1 til det første parti, men mindre enn radien R2. Den andre del avsmalner hovedsakelig i senteraksens A fremadretning.

En tredje del 26'C av det andre parti 26' er også anordnet radielt utenfor den ballistiske basisform på losiden W til innsatsens normal N1. Radien R'2C til den tredje del i tverrsnittet C er større enn en radius R'1 til det første parti. Den tredje del avsmalner hovedsakelig i senteraksens A fremadretning. Losiden W er den del av innsatsen som slites mest under maskinering av bergartmaterialet.

Den tredje del 26'C og den andre del 27' er videre forbundet med tredje

partier hhv 28' og 29'. De tredje partier går over i hverandre radielt ut fra aksen A ved innsatsens 14' frontparti. Det tredje parti 29' er meget større, minst to ganger større, enn partiet 28'. En tangent til det tredje parti 28' ved skjæringspunktet med tverrsnittet C danner en større innvendig vinkel <(>'1 med skaftpartiets omhyllingsflate enn tilsvarende tangenter til det første parti 23' og det tredje parti 29'. Vinkelen <j>'1 gir opphav til en ytterligere øking i slitasjemateriale sammenliknet med en fullstendig ballistisk utforming og øker således innsatsens slitasjemotstand. Det tredje parti 29' er utformet på normalens N1 leside L og definert ved en radius R'3 som er mindre enn både radien R'1 til det første parti og radien R'2 til det andre parti i tverrsnittet C (se fig. 10). Bredden av det tredje parti 28' er hovedsakelig konstant mens partiet 29' avsmalner betydelig aksielt fremover. Det tredje parti 29' danner en sterk kamaktig skjæreegg.

De tredje partier 28' og 29' er jevnt forbundet med et fjerde parti 30' som er innrettet til hovedsakelig å falle sammen med og ligge hovedsakelig i flukt med det borete hull. Det fjerde parti danner en styreflate som er anordnet til å gli på veggen. Det fjerde parti har en radius R'4 i tverrsnittet C, som er meget større enn hver av ovennevnte radi R'1 og R'3. En sentral tangent til partiet 30' danner en innvendig vinkel ty' i forhold til skaftets 20 omhyllingsflate i tverrsnittet C. Vinkelen er mindre enn tilsvarende vinkler for hver av de andre partier 23' - 27'.

En første del av basislinjen Y' som er forbundet med det første parti 23', strekker seg hovedsakelig vinkelrett på senteraksen A. En andre del av basislinjen Y' som er forbundet med partiene 26'A og 27' stiger i det minste delvis fremover med en spiss vinkel 8' i forhold til den første del. Tredje deler av basislinjen Y' som er forbundet med det tredje parti 26'C og det tredje parti 29', oppviser det aksielt fremste punkt på hele basislinjen. En av disse tredje deler av basislinjen i forbindelse med det tredje parti 29' er konvekst i et sideriss, mens den andre tredje del som er forbundet med den tredje del 26'C er hovedsakelig rett. En fjerde del av basislinjen Y' som er forbundet med det fjerde parti 30', er generelt definert ved en radius R'5 (i sideriss) som er omtrent den samme som radien R'1. Den fjerde del er konkav og dens bakerste punkt ligger aksielt foran den første del.

Det femte parti 31' er et avrundet toppunkt hvor partiene 23', 26'A, 26'B, 26'C og 27' går over i hverandre. Det fjerde parti 30' ender aksielt bak toppunktet 31'. Den aksielt fremste del av det tredje parti 28 eller 29 er hovedsakelig ikke en del av toppunktet selv om den er forbundet med dette.

Det skal bemerkes at basislinjen Y' til ovennevnte radi R'1, R'2B, R'2C, R'3 og R'4 i en grunnriss-projeksjon, er like, dvs lik D/2.

I utføringformen vist i perspektivriss i fig. 11, er den forbedrete fjell-borkrone av slagtypen generelt betegnet med 10 og har et borehode 11, et skaft 12, en frontende innbefattende en frontflate 13 utstyrt med et flertall faste hardmetallinn-satser 14 eller 14'. Fjell-borkronens 10 mantelflate 16 har en sylindrisk eller rettavkortet konisk form, som er definert i fig. 11 ved borehodet. Mantelflaten er definert ved den største diameter til borkronelegemets ståldel. Innsatsene 14, 14' er innsatser i hull i borkronelegemet, slik at deres radielt ytterste flater 30, 30' hovedsakelig faller sammen med borkronens mantelflate. Det skal forstås at ordet «hovedsakelig», i denne forbindelse innbefatter en radial forskyvning på -2 til +2 mm i forhold til borkronens mantelflate 16, fortrinnsvis +0,2 til +0,5 mm. Innsatsene 14, 14' er slik anordnet at stållegemet ikke vil bli for sterkt slitt og borehullets 15 diameter forblir derfor hovedsakelig konstant under hele boreoperasjonen. Frontflaten 13 kan ha et antall av mer sentralt plasserte innsatser (ikke vist) av passende form, f.eks. halvsfærisk form, idet sistnevnte innsatser knuser bergart-materiale nærmere borkronens senterlinje CL. I fig. 12 er det vist en kjent løsning til venstre og en innsats ifølge foreliggende oppfinnelse til høyre, delvis i snitt. En innsats med en ballistisk arbeidsdel har et volum som er 50 % større enn en tilsvarende halvsfærisk arbeidsdel. Volumet til innsatsen 14 eller 14' er minst 50 % større enn den ballistiske form og har en levetid som kan sammenliknes med denne. I fig. 12 er en imaginær forlengelse av mantelflaten 16 tegnet med brutte linjer, for å vise forskjeller i volum hos de to innsatser.

For å kunne håndtere de høye strekkspenninger som oppstår under fjellboring, foretrekkes det å bruke en spesiell type av hardmetall som vist i de ovenfor omtalte syv patentdokumenter. Disse publikasjoner er følgelig innbefattet i denne beskrivelse ved henvisning.

Som det fremgår av fig. 13 til 18, omfatter skjærinnsatsens 14 eller 14' hardmetall et antall soner H, I og K. Grenser henholdsvis 50, 51 og 50', 51' mellom tilstøtende soner beskriver baner som er usymmetriske, i det minste i ett tverrsnittet sideriss, i forhold til senteraksen A. Banen i et tverrsnitt-grunnriss er usymmetrisk i forhold til minst én akse N2 vinkelrett på senteraksen. Innsatsen har en kjerne H av hardmetall inneholdende etafase. Kjernen H er omgitt av et mellomliggende lag I av hardmetall fritt for etafase og med et høyt innhold av kobolt. Overflatelaget K består av hardmetall fritt for etafase med et lavt koboltinnhold. Tykkelsen av overflatelaget er 0,8 - 4, fortrinnsvis 1 - 3, av mellomlagets tykkelse. Banene henholdsvis 50, 50' og 51, 51' har fortrinnsvis lik innbyrdes avstand.

Kjernen og det mellomliggende, koboltrike lag har høy varmeekspansjon sammenliknet med overflatelaget. Dette innebærer at overflatelaget vil bli utsatt

for store trykkspenninger. Dess større forskjell i varmeutvidelse, jo større forskjell i koboltinnhold mellom overflatelaget og resten av skjærinnsatsen, jo høyere trykkspenninger i overflatelaget. Innholdet av bindfase i overflatelaget er 0,1 - 0,9, fortrinnsvis 0,2 - 0,7, av det nominelle innhold av bindfase for skjærinnsatsen 14 eller 14'. Bindfase-innholdet i mellomlaget 16 er 1,2 - 3, fortrinnsvis 1,4 - 2,5 av bindfase-innholdet for skjærinnsatsen 14 eller 14'.

Innsatsen 14 eller 14' kan være laget av hardmetall som vist i EP-A-0182759, hvor hardmetallegemene er vist med en kjerne H av fin og jevnt fordelt etafase innleiret i den normale alfa + betafase-strukturen I, og en omgivende overflatesone K med bare alfa + betafase. En ytterligere betingelse er at bindfase-innholdet i den indre del av overflatesonen beliggende nær kjernen, er høy-ere enn det nominelle innhold av bindfase. Dessuten er bindfase-innholdet i den ytterste del av overflatesonen lavere enn det nominelle og øker i retning mot kjernen opp til et maksimum beliggende i den etafase-frie sone.

Alternativt kan innsatsen 14 eller 14' være laget av hardmetall som vist i US-A-5 286 549, der det er vist hardmetallegemer omfattende WC (alfafase) og en bindfase basert på minst ett av Co, Fe og Ni og omfattende en kjerne av etafase-inneholdende hardmetall omgitt av en overflatesone, hvor en ytre del av overflatesonen har et lavere bindfase-innhold enn det nominelle, idet bindfase-innholdet i den ytre del av overflatesonen er stort sett konstant.

Ut fra hva som ovenfor er sagt vil det forstås at et høyere nominelt koboltinnhold i skjærinnsatsen gir høyere trykkspenninger i overflatelaget.

Eksempel 1

En prøve med 45 mm drift-borkroner ble foretatt i Norge (tunnelboring). Borkronene hadde 5 omkretsinnsatser med en diameter på 11 mm og to frontinnsatser med en diameter på 8 mm. Frontinnsatsene i alle variantene var laget av konvensjonelt hardmetall og hadde samme konstruksjon eller utforming med et halvsfærisk toppart i.

Variant 1 var en konvensjonell borkrone med innsatser med sfærisk toppart!

Innsatsene var laget av konvensjonelt hardmetall (6 vekt% Co,

hardhet 1460 HV3).

Variant 2 var en konvensjonell borkrone med innsatser med et sfærisk parti.

Innsatsene var laget med en yttersone som hadde lavt Co-innhold (3 vekt% Co, hardhet 1620 HV3), en mellomliggende sone med høyt Co-innhold (11 vekt% Co, hardhet 1240 HV3) og en kjerne inneholdende 6 vekt% Co og noe etafase, hardhet 1550 HV3).

Variant 3 var en borkrone med innsatser i henhold til foreliggende oppfinnelse (fig. 1 - 4) og med samme fordeling av Co og egenskaper som i variant 2.

Prøvedata:

Borerigg Atlas Copco Promec TH 506S

Matetrykk 110 bar

Støttrykk 215 bar

Rotasjon 120 r/min.

Hulldybde 4,3 m

Vannspyling : 11 bar

Bergart Gneiss

Antall borkroner: 6 per variant

Prøveresultater:

Alle borkroner ble boret uten nysliping og i henhold til brukernes behov.

Rent bortsett fra den fremragende levetid for variant 3, oppviste den et meget mindre hulldiameter-awik på grunn av den høye diameterslitasje-bestan-dighet. Den borsynk hos variant 3 er viktig for boreøkonomien.

Eksempel 2

Hensikten med prøven var å kunne fullføre ett hull, 60 m dypt uten nysliping. Dagens standard-borkroner må slipes etter bare 24 m på grunn av lav borsynk og faren for innsats- og borkrone-brekkasje. Dødtiden forbundet med uttrek-king av stenger, utskifting av borkroner og fortsettelse av boringen, er ca. én time. Ettersom den effektive arbeidstid i denne gruve for hvert skift er bare 6 timer, er behovet for bedre borkroner meget høyt.

Prøvedata:

Borerigg XL 5,5 hammer lufttrykk 25 bar, gruveluft- og

boosterkompressor 280 bar

Bergart Meget hard og abrasiv, ca. 80 % silisiumoksyd,

ca. 8 % py ritt

Borehulldimensjon: Diameter 115 mm, hulldybde 65 m Rotasjonshastighet:40 r/min

Antall borkroner: 4 per variant

Borkrone Diameter 115 mm, 2 spylehull, 8 innsatser (16

mm diameter) på omkretsen, 6 innsatser (14 mm) på frontpartiet

Varianter:

A: Innsatser med sfærisk topparti. Alle innsatser laget av konvensjonelt

hardmetall.

B: Ballistiske innsatser. Alle innsatser laget med en yttersone med lavt Co-innhold (3 vekt% Co, hardhet 1650 HV3), en mellomsone med høyt Co-innhold (10,5 vekt% Co, hardhet 1260 HV3) og en kjerne med 6 vekt% Co, (hardhet 1570 HV3). Alle andre innsatser laget av

konvensjonelt hardmetall (6,0 vekt%, hardhet 1450 HV3).

C: I de ballistiske frontinnsatser, på omkretsinnsatsene ifølge foreliggende oppfinnelse (fig. 6 - 9). Alle innsatser laget av hardmetall som beskrevet under variant B.

Prøveresultater:

Alle borkroner er blitt prøvet uten nysliping.

i Variant B hadde en meget bedre ytelse enn A, men ikke nok. Bare med variant C var det mulig å bore et fullstendig hull.

Det skal påpekes at kjernen av hardmetall inneholdende etafase er stivt, hardt og slitasjebestandig. Kjernen H kombinert med et mellomliggende lag fritt for etafase og med et høyt innhold av kobolt og et overflatelag fritt for etafase og utsatt for høye trykkspenninger, gir en skjærinnsats 14 eller 14' som oppfyller de ovenfor omtalte krav som stilles for boring i hard stein, dvs en innsats med høy slitasjebestandighet, særlig i forbindelse med skjærinnsatser ifølge foreliggende oppfinnelse. Kjernen H har et bindfase-innhold i området 4 til 9 %, fortrinnsvis ca.

6 %; mellomlaget I har et bindfase-innhold på 9,5 til 20 %, fortrinnsvis ca. 10 til 11 % og overflatesonen K har et bindfase-innhold på 0,5 til 3,9 %, fortrinnsvis ca. 3

%<.>

I denne forbindelse skal det påpekes at den ovenfor beskrevne oppfinnelse ikke er begrenset til de foretrukne utføringsformer, men kan varieres fritt innenfor rammen av de medfølgende krav. F.eks. når bergarten som skal bores er eks-tremt hard (f.eks. sprukket og laminær magnetitt + steinkvartsitt-bergart) vil det f.eks. være nødvendig å minske høyden mellom toppunktet og grunnlinjen Y, Y',

for derved å øke tykkelsen av arbeidsdelen 22, 22' og således øke slitasjebestandigheten. En slik modifikasjon ville gi de ballistiske flater 23, 23' en generelt sfærisk form.

Claims (11)

1. Skjærinnsats av hardmetall, fortrinnsvis for slagboring, med et generelt sylindrisk monteringsparti (20; 20') og et ytterparti (22; 22') anordnet ved en frontende (13) av en fjell-borkrone (10), hvilket ytterparti innbefatter en forholdsvis plan flate (30; 30') som strekker seg fra monteringspartiet i retning mot innsatsens fremre ende, hvilket monteringsparti har en senterakse (A), hvilket monteringsparti har en radius, karakterisert ved at hardmetallet innbefatter et flertall soner (H, I, K) hvorav én er en overflatesone (K) som fullstendig omgir en kjerne

(H) av skjærinnsatsen, og at en grense (50, 51; 50', 51') mellom to tilstøtende soner beskriver en bane som er usymmetrisk, i det minste i ett tverrsnittet sideriss, i forhold til senteraksen (A), og at banen i ett tverrsnittet grunnriss er usymmetrisk i forhold til minst én akse (N2) vinkelrett på senteraksen.

2. Skjærinnsats ifølge krav 1, karakterisert ved at ytterpartiet (14; 14') har en konvekst krummet grunnform, fortrinnsvis en ballistisk grunnform, som en hoveddel av ytterpartiet rager utenfor, og at den forholdsvis plane flate er jevnt forbundet med andre bestanddeler (28, 29; 28', 29') av ytterpartiet.

3. Skjærinnsats ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at ytterpartiet (22; 22') har en ballistisk grunnform og at en radius (R4; R'4) hos den forholdsvis plane flate (30; 30') er større enn en radius hos monteringspartiet (20; 20'), og at den forholdsvis plane flate (30; 30') er omkretsmessig forbundet med minst én kamaktig skjæreegg (28, 29; 28').

4. Skjærinnsats ifølge krav 1, 2 eller 3, karakterisert ved at forbindelsen mellom monteringspartiet (20; 20') og ytterpartier (22; 22') danner en basislinje (Y; Y') som er konkav sett i et sideriss, ved den forholdsvis plane flate (30; 30') for derved å danne et aksielt bakerste punkt og at det bakerste punkt er anordnet aksielt foran basislinjen ved den konvekst krumme grunnform men aksialt bak en aksialt fremste del av basislinjen.

5. Skjærinnsats ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at kjernen (H) er av fin og jevnt fordelt etafase innleiret i en normal alfa + betafase-struktur, og at den omgivende overflatesone (K) bare har alfa + betafase og at bindfase-innholdet ved en indre del (I) av overflatesonen beliggende nær kjernen er høyere enn det nominelle innhold av bindfase og at bindfase-innholdet til en ytterste del av overflatesonen er lavere enn det nominelle og øker i retning mot kjernen opptil et maksimum beliggende i sonen fri for etafase.

6. Skjærinnsats ifølge et av kravene 1 til 4, karakterisert ved at innsatsen omfatter WC (alfafase) og en bindfase basert på minst ett av Co, Fe og Ni og omfattende kjernen (H) av etafase-inneholdende hardmetall omgitt av overflatesonen (I), idet en ytre del av en overflatesone (K) har et lavere bindfase-innhold enn det nominelle, idet bindfase-innholdet i en ytre del av overflatesonen er hovedsakelig konstant.

7. Fjellborkrone av slagtypen omfattende et skaft (12), et borehode (11) som er beliggende ved en fremre ende av skaftet og definerer en første lengdeakse (CL), hvilket borehode omfatter en generelt fremadvendt frontende innbefattende en frontflate (13), en mantelflate (16) som strekker seg generelt i lengderetningen og danner borehodets ytre omkrets, samt et flertall hull som er utformet i front-enden og hver har en generelt sylindrisk grunnform og opptar en hardmetall-skjærinnsats (14; 14') som hver omfatter et generelt sylindrisk monteringsparti (20; 20') med en senterakse (A) og et ytterparti (22; 22') som strekker seg ut av hullet, karakterisert ved at hardmetallet innbefatter et flertall soner (H, I, K) hvorav én er en overflatesone (K) som fullstendig omgir en kjerne (H) av skjærinnsatsen, og at en grense (50, 51; 50', 51') mellom to tilstøtende soner beskriver en bane som er usymmetrisk, i det minste i ett tverrsnittet sideriss, i forhold til senteraksen (A), og at banen i ett tverrsnittet grunnriss er usymmetrisk i forhold til minst én akse (N2) vinkelrett på senteraksen.

8. Fjellborkrone ifølge krav 7, karakterisert ved at ytterpartiet (14; 14') har en konvekst krummet grunnform, fortrinnsvis en ballistisk grunnform, som en hoveddel av ytterpartiet rager utenfor, og at den forholdsvis plane flate er jevnt forbundet med andre bestanddeler (28, 29; 28', 29') av ytterpartiet.

9. Fjellborkrone ifølge krav 7 eller 8, karakterisert ved at ytterpartiet (22; 22') har en ballistisk grunnform og at en radius (R4; R'4) hos den forholdsvis plane flate (30; 30') er større enn en radius hos monteringspartiet (20; 20'), og at den forholdsvis plane flate (30; 30') er omkretsmessig forbundet med minst én kamaktig skjæreegg (28, 29; 28').

10. Fjellborkrone ifølge krav 7 til 9, karakterisert ved at kjernen (H) er av fin og jevnt fordelt etafase innleiret i en normal alfa + betafase-struktur, og at den omgivende overflatesone (K) bare har alfa + betafase og at bindfase-innholdet ved en indre del (I) av overflatesonen beliggende nær kjernen er høyere enn det nominelle innhold av bindfase og at bindfase-innholdet til en ytterste del av overflatesonen er lavere enn det nominelle og øker i retning mot kjernen opptil et maksimum beliggende i sonen fri for etafase.

11. Fjellborkrone ifølge et av kravene 7 til 9, karakterisert ved at innsatsen omfatter WC (alfafase) og en bindfase basert på minst ett av Co, Fe og Ni og omfattende kjernen (H) av etafase-inneholdende hardmetall omgitt av overflatesonen (I), idet en ytre del av en overflatesone (K) har et lavere bindfase-innhold enn det nominelle, idet bindfase-innholdet i en ytre del av overflatesonen er hovedsakelig konstant.