專利名稱：硬質(zhì)合金刀尖的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及裝在建筑及挖掘中使用的刀頭上的耐磨刀尖，特別是硬質(zhì)合金刀尖。
過(guò)去，在建筑和挖掘中曾使用過(guò)許多刀頭設(shè)計(jì)。這些刀頭一般在刀尖裝有鎢鈷碳硬質(zhì)合金鑲?cè)?，鑲?cè)秀~焊在鋼制刀體或刀柄上。
在這些應(yīng)用場(chǎng)合采用了旋轉(zhuǎn)式和非旋轉(zhuǎn)式兩種刀頭，較早的一種旋轉(zhuǎn)式刀頭設(shè)計(jì)中用到一種硬質(zhì)合金刀尖，它有一環(huán)形后面，帶有一窩座，刀體的前端銅焊在窩座上面。刀體的前端有一環(huán)形前面，其上有一向前的凸起，部分地伸入窩座(即，窩座的深度大于向前的凸起的高度)。因而鋼和硬質(zhì)合金間的銅焊頭在鋼的凸起的前端最厚，而在硬質(zhì)合金和鋼的相對(duì)環(huán)形表面最薄。雖然前述設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)式刀頭已有商業(yè)應(yīng)用，但是，刀尖的硬質(zhì)合金卻易于破裂。
前述設(shè)計(jì)已被下述兩種旋轉(zhuǎn)式刀頭設(shè)計(jì)所取代，其中一種的硬質(zhì)合金的后面是平的，另一種具有所謂的閥座設(shè)計(jì)(valueseatdesign)，這兩種都銅焊入鋼刀體前端的窩座內(nèi)(例如，可參閱美國(guó)專利4，497，520和4，216，832號(hào)以及西德專利公開(kāi)號(hào)2846744)。
采用硬質(zhì)合金后面上的窩座的刀頭設(shè)計(jì)，其實(shí)例可見(jiàn)南非專利82/9343號(hào)，蘇聯(lián)發(fā)明證書402655號(hào)，瑞典專利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)8400269-0以及美國(guó)專利4，547，020號(hào)。
按照本發(fā)明，在刀頭前端采用一種改進(jìn)后的硬質(zhì)合金刀尖，它關(guān)于其縱軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱，并具有一個(gè)安裝在鐵金屬刀體上的后端。刀尖的后端具有一環(huán)形的向后的外表面和一個(gè)從該外表面向前的內(nèi)窩座，其形狀與鐵金屬刀體的凸起相配合。而且刀尖在外表面和其內(nèi)窩座兩者中至少有一個(gè)上設(shè)有從其后端凸起的裝置以便接合鐵金屬體的端部，并使刀尖的放置位置距鐵金屬體端部間保持一間距，從而有利于在其間形成一個(gè)具有預(yù)定橫截面厚度形狀的銅焊頭。
具體來(lái)說(shuō)，凸起裝置最好具有一組第一凸痕和一組第二凸痕。第一凸痕在刀尖的后端的內(nèi)窩座上形成，其間相互間隔開(kāi)來(lái)。例如，第一凸痕可以有三個(gè)，相互周向間隔開(kāi)大約120°。第二凸痕在刀尖后端的外表面上形成，并相互間隔開(kāi)來(lái)。例如，第二凸痕可有四個(gè)，相互間隔大約90°。
現(xiàn)在對(duì)照以下附圖詳細(xì)描述本發(fā)明，這樣可以更清楚地了解本發(fā)明的上述方面和其它方面。


圖1是按照本發(fā)明的刀頭的一實(shí)施例的正視圖，圖中部分剖開(kāi);
圖2是圖1所示剖開(kāi)部分中的銅焊頭的放大圖;
圖3是圖1和2所示刀尖實(shí)例的后端的后視圖;
圖4是刀尖實(shí)施例的正視圖，圖中部分剖開(kāi);
圖5是圖4所示刀尖實(shí)施例正視圖的一半;
圖6是類似圖2的視圖，但表示的是刀尖的另一種實(shí)施例;
圖7是類似圖3的視圖，但表示的是刀尖的另一種實(shí)施例;
圖8是類似圖4的視圖，但表示的是刀尖的另一種實(shí)施例;
圖9是刀尖另一種實(shí)施例的縱軸向剖開(kāi)的放大視圖;
圖10是刀體另一種實(shí)施例的縱軸向剖開(kāi)的放大的局部視圖。
如圖1所示，本發(fā)明一實(shí)施例的旋轉(zhuǎn)式刀頭1具有一個(gè)連接于鐵金屬刀體5的鎢鈷碳硬質(zhì)合金刀尖3，這里是用銅焊頭7焊接在鋼的刀體5上的。鋼刀體5沿縱軸X-X延伸并最好關(guān)于縱軸X-X旋轉(zhuǎn)對(duì)稱，縱軸X-X是在刀體5的前端9和后部11之間延伸的。鋼刀體5的后端11上可松弛地設(shè)置一彈性止動(dòng)件13以便可拆卸地固定刀頭，刀頭可在普通的建筑或挖掘機(jī)械(未畫出)上的安裝塊的孔中轉(zhuǎn)動(dòng)。本發(fā)明中用到的這種或其它種的彈性止動(dòng)裝置詳見(jiàn)美國(guó)專利3，519，309和4，201，421號(hào)。
鐵金屬刀體5的前端9具有一個(gè)第一環(huán)狀朝前的表面15，它最好處于與縱軸垂直的平面上。第一環(huán)狀朝前表面15的徑向之內(nèi)有一個(gè)凸起17，它向前凸起。凸起17的前端是第二朝前表面19，它最好位于垂直于縱軸的平面上。第一和第二朝前表面由一個(gè)朝外的表面21連接，表面21向前延伸時(shí)向內(nèi)有一錐度，也就是說(shuō)最好呈截圓錐形，關(guān)于X-X軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱。最好除去所有尖銳的內(nèi)外角而代之以倒棱或圓角。
第二表面19相對(duì)于第一表面15的高度H最好大約為0.178至0.188英寸。更重要的是，高度H要大于鎢鈷碳硬質(zhì)合金刀尖3上的基本互補(bǔ)形的窩座23的深度，從而當(dāng)把凸起17銅焊到窩座23上時(shí)，使得所得到的銅焊頭的厚度，在鄰近于第二朝前表面19處要小于鄰近于第一環(huán)狀朝前表面15。
在圖2中，上述情況表示得更為清楚，硬質(zhì)合金刀尖3具有一個(gè)最后的表面25，它朝向鋼刀體前端9，具體來(lái)說(shuō)，朝向鋼刀體的環(huán)狀朝前表面15。朝后表面25的徑向向內(nèi)，向前有一個(gè)第二朝后的表面27。表面25和27都最好為平面形，最好位于垂直于縱軸X-X的平面內(nèi)。在兩個(gè)朝后表面25和27之間，最好是連接于這兩表面，有一個(gè)朝向的表面29從最后的表面25開(kāi)始延伸，并向內(nèi)有一個(gè)錐度，也就是說(shuō)，最好呈截圓錐形。由表面27和29所形成的窩座23的深度D最好為0.170至0.176英寸，但更重要的是，該窩座的深度D要小于高度H。窩座和凸起的大小要使得沒(méi)有焊銅時(shí)，刀尖可以靠住鋼刀體的表面19而又不觸及鋼刀體的表面15。
因此，刀尖的環(huán)狀朝后表面25加鋼刀體的環(huán)狀朝前表面15之間的銅焊頭7的平均厚度T1大于刀尖朝后表面27和鋼刀體朝前表面19之間的平均厚度T2。厚度T1的推薦值為大約0.010至0.016英寸，最好為大約0.010至0.016英寸。厚度T2的推薦值為大約0.001至0.006英寸，最好為大約0.002至0.004英寸。窩座向內(nèi)錐面29和凸起17的錐面21之間的銅焊頭平均厚度T3的推薦值大約為0.008至0.024英寸，最好大約為0.010至0.016英寸。T1和T3最少都應(yīng)為T2的二倍，最好至少應(yīng)為T2的三倍。
圍繞凸起17的周面，為了基本保持銅焊頭厚度T3的均勻一致，推薦的作法是使呈一組第一凸痕31形式的凸起裝置位于刀尖3和刀體前端9之間。第一凸痕31最好設(shè)置在刀尖3的后端，從刀尖3的向內(nèi)錐面29上凸起的以便接觸鐵金屬刀體凸起的錐面21。以這種方式，第一凸痕31使得刀尖3處于與鐵金屬刀體凸起隔開(kāi)并同心的位置上以便于在其間形成符合上述要求厚度的銅焊頭7。因此，第一凸痕31最好是刀尖3的一部分，從刀尖窩座向內(nèi)的錐面29上向內(nèi)徑向凸起，并在錐面29上周向分布開(kāi)。最好有三個(gè)第一凸痕31，相互間隔120°，如圖3所示。
在圖6至8所示的實(shí)施例中，可以看到設(shè)有一組第二凸痕32作為凸起裝置。一般來(lái)說(shuō)，第一凸痕31會(huì)在刀尖3和刀體端部9之間建立起可靠的間隔開(kāi)來(lái)的關(guān)系，它可保證銅焊頭7的厚度要求。但是，由于刀尖3在刀體9上不精確的放置，或者由于刀尖或刀體相對(duì)表面之中任何一個(gè)局布出現(xiàn)超出公差的情況，第一凸痕31就會(huì)產(chǎn)生翹起和不能對(duì)準(zhǔn)的問(wèn)題。設(shè)置第二凸痕32就可消除這種可能性。第二凸痕32在最朝后的表面25上形成并凸起，用來(lái)使刀尖在鐵金屬體端部9上放置時(shí)，與其形成對(duì)準(zhǔn)的并且隔開(kāi)來(lái)的關(guān)系，因此，使兩者的軸線基本重合。如圖7所示，第二凸痕最好有四個(gè)，周向分布開(kāi)，相互間隔大約90度。
第一和第二凸痕31，32的大小應(yīng)該使其有助于保證銅焊厚度T3基本均勻一致，它們不能太大以致影響到所要求的銅焊頭厚度T1T3和T2之間的關(guān)系。凸痕最好為球形。凸痕31應(yīng)高于表面29大約0.005至0.008英寸以便保證T2小于T3的要求。我們認(rèn)為，保證了T2和T3的上述關(guān)系就可以減小刀尖破裂的可能性，在刀尖和銅刀體之間提供牢固的，高壽命的銅焊頭，從而減小刀尖的損耗。
在另一種實(shí)施例(未畫出)中，刀尖和鋼刀體之上的環(huán)形表面25和15，在其從縱軸X-X徑向向外延伸時(shí)分別向后傾斜以便形成截圓錐表面，在這種情形時(shí)，其傾角要小于表面21和29的傾角，與垂直于縱軸X-X的平面的夾角不大于30度。在這個(gè)實(shí)施例中，深度D可以從表面25與圓柱面65(見(jiàn)圖4)相交產(chǎn)生的表面25的后緣所限定的平面來(lái)計(jì)算。與其對(duì)應(yīng)，在這種情況下鋼凸起的高度H可以從表面15與刀尖表面65外徑DR3(見(jiàn)圖4)相交所限定的平面來(lái)計(jì)算。
在把刀尖焊到鐵金屬刀體上時(shí)最好使用高溫銅焊材料，以便在較寬的溫度范圍內(nèi)保持銅焊頭的強(qiáng)度。推薦使用的銅焊材料是HandyHi-temp548，Trimet549，080和655。HandyHi-temp545由55+/-1.0W/O(重量百分比)的銅，6+/-0.5W/O的鎳，4+/-0.5W/O的錳，0.15+/-0.05W/O的硅以及差額的鋅和少于0.50W/O的雜質(zhì)組成。HandyHi-temp-Trimet549是以1-2-1的比率在銅的兩側(cè)復(fù)蓋HandyHi-temp548的三金屬?gòu)?fù)合帶。有關(guān)HandyHi-temp548和Trimet549的資料可見(jiàn)HandyHarman技術(shù)數(shù)據(jù)單D-74號(hào)。前述銅焊合金由HandyHarman公司(地址859TbirdAvenue，NewYork，NY1002)制造和銷售。HandyHi-temp和Trimet是HandyHarman公司的注冊(cè)商標(biāo)。
本申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)，用HandyHi-temp549盤做成杯形裝配在刀尖窩座和鐵金屬刀體之間，然后用普通的感應(yīng)銅焊技術(shù)，不僅使刀尖焊在鋼刀體上，也使鋼硬化，鋼可以是任何用來(lái)制造旋轉(zhuǎn)式刀體的標(biāo)準(zhǔn)鋼材，這樣形成的銅焊頭質(zhì)量很好。在銅焊和硬化步驟之后，將鋼回火至洛式硬度C40-45。硬質(zhì)合金刀尖可以由普通用在建筑和挖掘的任何標(biāo)準(zhǔn)鎢鈷碳硬質(zhì)合金制作。申請(qǐng)人發(fā)現(xiàn)硬質(zhì)約為洛氏硬度A88.2的含大約5.7W/O的鈷的標(biāo)準(zhǔn)鎢硬質(zhì)合金，用瀝青回火(asphaltreclamation)可取得滿意的效果。
刀尖接地表面可以為本專業(yè)以前使用的任何尺寸和形狀，但是，最好采用圖1-5(以及圖6-8)的設(shè)計(jì)在圖示設(shè)計(jì)中，接地表面的前端具有半徑為RT的球端45，連接于與旋轉(zhuǎn)對(duì)稱軸X-X向后成90-AT度角的截圓錐面50，以便形成與球端45的前端距離為DF的最大直徑。與截圓錐面50相連接的是一個(gè)鐘形部分55，有一接地的凹形面60，其后端連接圓柱形防護(hù)面65。凹形面60是由若干凹形面60A，60B和60C組成的，每個(gè)凹形面的曲率半徑各不相同，沿刀尖縱向向后半徑遞減(即60A＞60B＞60C)。雖然可以采用任意數(shù)目的曲率半徑Rn或弧An，但是推薦至少采用三種半徑(或弧)以形成光滑的連續(xù)表面60，圖中所示為R1，R2和R3以及A1，A2和A3。凹形面60的后端與圓柱形面65相接，圓柱形面65的直徑DR3最好不僅大于DF而且其大小要足以或至少基本復(fù)蓋焊接刀尖的整個(gè)鋼刀體前表面(即大于該前表面的98%)。因此可由硬質(zhì)合金刀尖提供對(duì)鋼刀體前端的防磨保護(hù)，以便減少鋼刀體前端9的磨損率。
由于采用了不同曲率半徑的凹形面60，使刀尖在保證使用中具有最大強(qiáng)度和基本平均的應(yīng)力分布的同時(shí)還可以減少長(zhǎng)度L1，從而減小刀尖在使用中破裂的可能性。
對(duì)窩座的內(nèi)徑DR1和DR2以及窩座的形狀要有所選擇，以便形成基本均勻的壁面，尤其是在凹形面60的區(qū)域內(nèi)，窩座前端的圓形平面27提供了一個(gè)大的面積以便銅焊到鋼刀體凸起的前端面上，這種結(jié)構(gòu)，連同這一位置薄的銅焊頭厚度保證了在使用中作用在刀尖上的大部分負(fù)荷使刀尖受壓而不是受拉。申請(qǐng)人推薦的尺寸實(shí)例如表Ⅰ所示。這些尺寸應(yīng)與前述的關(guān)于刀尖窩座，銅的凸起以及銅焊頭厚度的尺寸一道采用。
表Ⅰ刀尖尺寸的實(shí)例半徑(英寸)直徑(英寸)角度(度)長(zhǎng)度(英寸)R11.179R21.047R30.363A13.708A211.630A353.672RT0.125AT50L10.693L20.184L30.070DF0.425DR10.285DR20.531DR30.750本說(shuō)明書提到的所有專利和文件都用作本申請(qǐng)的參考文件。
本專業(yè)普通技術(shù)人員熟知，硬質(zhì)合金刀尖各表面的接合處，只要有助于增加結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，便于制造，可以設(shè)置倒棱，圓角和/或壓制平面(pressingflats)。
圖9和10分別示出刀尖3A和刀體5A的變型實(shí)施例。這兩個(gè)實(shí)施例只是在圖2和6所示刀尖3和刀體5上稍作改變，因此只描述其不同之處。在圖2和6中，刀體5的凸起17的朝外表面21和刀尖3的窩座23的朝內(nèi)表面29都是截圓錐形的，與此不同的是，刀體5A的凸起17A和刀尖3A的窩座23A的相應(yīng)表面21A和29A卻分別是凹形和凸形的。刀尖窩座的凸形面29A具有大約0.487英寸的半徑，并與刀尖3A的外表面55A同心。外表面55A的半徑R3與前述相同。另外，凸形面29A和表面27之間的過(guò)渡面67的半徑大約為0.12英寸。刀體凸起17A的凸形面21A以及凸形面21A和表面19之間的過(guò)渡而69與刀尖窩座23A的那些表面的形狀是互補(bǔ)的。把刀尖3的窩座23的形狀(如圖2和6所示，具有截圓錐面29)改變成刀尖3A的窩座23A的形狀(如圖9所示，具有凸形面29A)，可以在刀尖環(huán)繞窩座的環(huán)形部分提供更為均勻一致的厚度，從而使這一部分的刀尖材料得以加強(qiáng)。此時(shí)，第一凸痕31是在刀尖窩座23A的朝內(nèi)凸形面29A上形成并凸起的，以便接合刀體凸起17A的朝外的凹形面21A。
根據(jù)說(shuō)明書公開(kāi)的構(gòu)思和作法，本專業(yè)的技術(shù)人員顯然可對(duì)本發(fā)明做其它變化，本說(shuō)明書旨在用舉例的途徑對(duì)本發(fā)明作出描述，本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍在本申請(qǐng)的權(quán)利要求書中指明。
權(quán)利要求
1.一種硬質(zhì)合金刀尖，它具有一個(gè)接觸地層的前端；一個(gè)附著在鐵金屬刀體一端的后端；所述刀尖關(guān)于從所述前端延伸到所述后端的一縱軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱所述后端具有一朝后的環(huán)形外表面和一個(gè)從環(huán)形外表面向前延伸的內(nèi)窩座，該內(nèi)窩座的形狀與鐵金屬刀體端部凸起相配合；至少在所述環(huán)形外表面和其內(nèi)窩座之一上從所述后端凸起的裝置，用以接合鐵金屬刀體端部并使所述刀尖在鐵金屬刀體端部放置時(shí)成相互隔開(kāi)的關(guān)系，以便在其間形成具有預(yù)定厚度的銅焊頭。
2.按照權(quán)利要求1所述的硬質(zhì)合金刀尖，其特征在于所述凸起裝置包括一組在所述后端的所述內(nèi)窩座上形成的且相互間隔開(kāi)的第一凸痕。
3.按照權(quán)利要求2所述的硬質(zhì)合金刀尖，其特征在于所述內(nèi)窩座包括一個(gè)徑向向內(nèi)的表面，所述第一凸痕在該徑向向內(nèi)的表面上形成。
4.按照權(quán)利要求3所述的硬質(zhì)合金刀尖，其特征在于所述徑向向內(nèi)的表面呈截圓錐形。
5.按照權(quán)利要求3所述的硬質(zhì)合金刀尖，其特征在于所述徑向向內(nèi)表面呈凸面形。
6.按照權(quán)利要求2所述的硬質(zhì)合金刀尖，其特征在于所述第一凸痕有三個(gè)，在周向上相互隔開(kāi)大約120°。
7.按照權(quán)利要求2所述的硬質(zhì)合金刀尖，其特征在于所述凸起裝置包括一組在所述后端的所述外表面上形成的且相互隔開(kāi)的第二凸痕。
8.按照權(quán)利要求7所述的硬質(zhì)合金刀尖，其特征在于所述第二凸痕有4個(gè)，在周向上相互隔開(kāi)大約90°。
9.按照權(quán)利要求1所述的硬質(zhì)合金刀尖，其特征在于所述凸起裝置包括一組在所述后端的所述外表面上形成的且相互隔開(kāi)的第二凸痕。
10.按照權(quán)利要求9所述的硬質(zhì)合金刀尖，其特征在于所述第二凸痕有4個(gè)，在周向上相互隔開(kāi)大約90°。
11.一種硬質(zhì)合金刀尖，它具有一個(gè)接觸地層的前端;一個(gè)隨著在鐵金屬刀體端部的后端;所述刀尖關(guān)于從所述前端延伸到所述后端的一縱軸旋轉(zhuǎn)對(duì)稱;所述后端具有一環(huán)形的朝后的第一表面，一個(gè)位于所述第一表面之內(nèi)且從所述第一表面向前的朝后的第二表面，以及分開(kāi)所述第一和第二表面的徑向向內(nèi)的第三表面;在所述第一和第三表面至少之一上從所述后端凸起的裝置，用以接合鐵金屬刀體端部并使所述刀尖在鐵金屬刀體端部上放置時(shí)成相互隔開(kāi)的關(guān)系，以便在其間形成具有預(yù)定厚度的銅焊頭。
12.按照權(quán)利要求11所述的硬質(zhì)合金刀尖，其特征在于所述凸起裝置包括一組在所述第三表面上形成的且相互間隔開(kāi)的第一凸痕，用把所述刀尖放置在所述鐵金屬刀體端部上時(shí)，其間形成同心的，相互隔開(kāi)的關(guān)系。
13.按照權(quán)利要求12所述的硬質(zhì)合金刀尖，其特征在于所述第三表面為截圓錐形面。
14.按照權(quán)利要求12所述的硬質(zhì)合金刀尖，其特征在于所述第三表面為凸形面。
15.按照權(quán)利要求12所述的硬質(zhì)合金刀尖，其特征在于所述第一凸痕有3個(gè)，周向上相互隔開(kāi)大約120°。
16.按照權(quán)利要求12所述的硬質(zhì)合金刀尖，其特征在于所述凸起裝置包括一組在所述后端的所述外表面上形成的且相互隔開(kāi)的第二凸痕，用以在把所述刀尖放置在鐵金屬刀體端部上時(shí)其間形成對(duì)準(zhǔn)的，相互隔開(kāi)的關(guān)系。
17.按照權(quán)利要求16所述的硬質(zhì)合金刀尖，其特征在于所述第二凸痕有四個(gè)，周向上相互隔開(kāi)大約90°。
18.按照權(quán)利要求11所述的硬質(zhì)合金刀尖，其特征在于所述凸起裝置包括一組在所述后端的外表面上形成的且相互隔開(kāi)的第二凸痕，用以在把所述刀尖放置在鐵金屬刀體端部上時(shí)其間形成對(duì)準(zhǔn)的，相互隔開(kāi)的關(guān)系。
19.按照權(quán)利要求18所述的硬質(zhì)合金刀尖，其特征在于所述第二凸痕有四個(gè)，周向上相互隔開(kāi)大約90°。
20.按照權(quán)利要求11所述的硬質(zhì)合金刀尖，其特征在于所述第三表面為截圓錐形面。
21.按照權(quán)利要求11所述的硬質(zhì)合金刀尖，其特征在于所述第三表面為凸形面。
全文摘要
一種刀頭用的硬質(zhì)合金刀尖，它關(guān)于縱軸旋軸對(duì)稱，在其后端有一窩座以便銅焊到鋼刀體的凸起上。刀尖窩座和刀尖后端最后的外表面上分別有一組第一凸痕和第二凸痕，以便在把刀尖放置到刀體上時(shí)起到隔離，定心和對(duì)準(zhǔn)的作用，從而在刀體和刀尖之間形成具有預(yù)定厚度的銅焊頭。
文檔編號(hào)B25D17/02GK1040244SQ8910493
公開(kāi)日1990年3月7日 申請(qǐng)日期1989年7月20日 優(yōu)先權(quán)日1988年7月20日
發(fā)明者史蒂芬·P·斯蒂弗爾, 微尼·H·比奇, 卓尼·J·皮里茲 申請(qǐng)人:克尼曼托公司