專利名稱：凹形切割頭的制作方法
技術領域：
本發明背景本發明涉及用于開挖設備的切割頭，特別涉及用于直立槽截煤機、連續采礦機、挖溝機、掘路機、鉆孔機和鋸床之類開挖設備的可轉動凹形切割頭。
某些用于開挖設備的現有切割頭使用其前端的一整體切割件。此時，只是該整體切割件用作切割頭的沖擊、切割或粉碎土層之類的有效切割件。切割頭前端的擺輪把粉碎或切割下的材料推出其路徑。
用于開挖設備的另一種切割頭為凹形切割頭。典型的凹形切割頭有一直徑擴大部，該直徑擴大部的前端有一凹座。一由硬質合金之類堅硬材料制成的切割件環繞在凹座的外周上而呈圓形或環形。Morrell等人的美國專利No.5,078,219說明了凹形切割頭的一例。這類切割頭的另一例可見Gale的美國專利No.5,333,938。
該切割頭可如Morrell等人的專利所示做成整件環形。一般來說，該切割件用鈷鎢硬質合金制成，而切割頭刀體用鋼制成。切割件釬接到鋼制切割頭刀體上，從而至少在硬質合金切割件的底面與切割頭刀體的表面之間有一釬焊接頭。
鈷鎢硬質合金之類的硬質合金的熱膨脹系數約為鋼的1/2-1/3。由于熱膨脹的這一差別，鋼制切割頭刀體和硬質合金切割件釬焊后冷卻時的收縮速度不同，從而在釬焊接頭中造成裂縫并且/或者在釬焊接頭處造成釬焊應力。
釬焊接頭中的裂縫可使切割頭通不過質檢而成為廢品。裂縫或釬焊應力可使凹形切割頭的工作壽命縮短。顯然不希望發生這兩種情況。
切割件也可以做成許多首尾相鄰而繞成一圈的弧段。但是人們發現，使用許多弧形切割鑲刃與使用具有整體環形切割件的切割頭相比較裂縫和釬焊應力不見得減少。在切割件包括許多弧段的那些切割頭中，所有相鄰切割件的相鄰端面之間雖然稍有間隔，但靠得很近。以往的這一間隔距離約為0.020英寸。
在進行釬焊時，釬焊合金流入相鄰切割件弧段的相對端面之間而使它們連成一片。每一硬質合金切割件弧段與鋼制切割頭刀體之間也有釬焊合金。
在釬焊后開始冷卻時，相鄰切割件弧段的相對端面之間的釬焊接頭與切割件弧段與切割頭刀體之間的釬焊接頭一樣固化。但是，此時鋼制切割頭刀體和切割件弧段仍必須冷卻到室溫。
當切割頭和切割件弧段繼續冷卻、收縮時，由于鋼制切割頭刀體與各切割件弧段連成一片，因此與整體切割件一樣，鋼制切割頭刀體與切割件弧段之間的收縮率之差造成釬焊應力或裂縫。
顯然可看出，由于釬焊接頭把相鄰弧段的相對端面連成一片，因此無論是具有許多弧段切割件的凹形切割頭還是具有整體環形切割件的凹形切割頭，都未能解決釬焊應力和釬焊接頭裂縫問題。
因此需要提供一種沒有或至少減少釬焊應力和釬焊裂縫的改進的凹形切割頭。從而使這種凹形切割頭更能通過質檢并提高其可靠的使用壽命。
本發明概述本發明的一個目的是提供一種改進的切割頭。
本發明的另一個目的是提供一種用于開挖設備的改進的凹形切割頭。
本發明的又一個目的是提供一種用于直立槽截煤機、連續采礦機、挖溝機、掘路機、鉆孔機和鋸床之類開挖設備的改進的凹形切割頭，其中，切割頭的釬焊應力減小或消失。
在一實施例中，本發明為一可轉動切割頭，包括一具有相對前后端的切割頭刀體及其前端的一開口凹座。在凹座的開口端的周邊上有許多切割鑲刃釬焊在切割頭刀體上。相鄰切割鑲刃之間的間距足夠大而防止在相鄰切割鑲刃之間形成連續的釬焊接頭。
在另一實施例中，本發明為一切割頭-刀架組件，包括其中有一孔的一刀架和具有一切割頭刀體的一切割頭。該切割頭刀體包括相對的軸向前后端，其中，切割頭刀體的前端中有一凹座，該凹座有一開口端以及環繞該開口的圓周面。該切割頭刀體上有一夾持件與刀架的孔嚙合而把切割頭刀體夾持在刀架上。許多切割鑲刃相間距地固定在該圓周面上，相鄰切割鑲刃之間的間距充分大，以防止相鄰切割鑲刃之間形成連續的釬焊接頭。
在另一實施例中，本發明為一沖擊基體的切割頭，其中，該切割頭包括一具有一沖擊端的細長形切割頭刀體。該沖擊端的周邊上有許多連接到切割頭刀體的周邊上的切割鑲刃。各切割鑲刃相間距而在兩兩相鄰切割鑲刃之間形成一間隙。
附圖的簡要說明下面為構成本專利申請一部分的附圖的簡要說明
圖1為本發明凹形切割頭的一實施例的側視圖，切割頭刀體裝在刀架上，刀架以局部剖視圖示出，以便示出切割頭刀體與刀架之間的連接；圖2為圖1所示切割頭刀體的端視圖；圖3為未示出夾持環的圖1實施例的側視圖，切割頭刀體的一部分以剖視圖示出，以便示出切割鑲刃與切割頭刀體之間的連接；圖3A為切割頭刀體的局部放大圖，其中的一部分以剖面圖示出，以便示出切割鑲刃與切割頭刀體之間的釬焊接頭；圖4為圖1切割鑲刃的立體圖；以及圖5為用于圖1那樣的凹形切割頭刀體的改型切割鑲刃的立體圖。
對實施例的詳細說明圖1-4示出本發明的凹形切割頭的一實施例10。凹形切割頭10包括三個主要部分，即一切割件12、一切割頭刀體14和一夾持環16。
如圖1所示，整個切割頭刀體14以縱向中心軸線A-A為對稱。切割頭刀體14有一軸向前端18和一軸向后端20。從下述說明可顯然看出，切割頭10的前端沖擊基體而切割和粉碎基體。因此前端18可看成切割頭10的沖擊端。切割頭刀體14的后端20處有一與之連成一體的圓柱形刀桿22。切割頭刀體的前端18處有一與之連成一體的截頭圓錐形頭24。
圓柱形刀桿22上有一供夾持環16套在其上的環形凹槽26。附圖示出了稱為圓凹夾環的優選夾持環16。這類夾持環可見Engle等人的美國專利No.3,519,309和Oakes等人的美國專利No.3,752,515。
但應看到，本發明也可使用其他夾持結構。例如本發明可使用所謂的長夾持件，它包括一嵌入在切割頭刀體后端處的一可壓縮細長形圓柱件。可用于點沖擊型刀具的長夾持件可見Greenfield的題為“具有用MN-B合金鋼制成的刀體的采礦/建筑刀頭”的美國專利No.4,886,710和Stiffler等人的題為“切割頭和刀片”的美國專利No.4,911,504。
使用時，把切割頭的刀桿插入刀架28之類的孔中而使優選夾持環16的徑向向外突起的凸珠30與刀架28圓孔中的環形凹槽32對齊。凹形切割頭10即可相對刀架28自由轉動。
雖然該實施例示出一可相對刀架28轉動的切割頭10，但這不應看成本發明只限于可轉動切割頭。本申請人想到，本發明不但包括可轉動切割頭，也包括不可轉動切割頭即不相對其刀架轉動的切割頭。關于不可轉動切割頭，該切割頭可轉位，這就是說，當一切割件磨損時，可把切割頭相對該刀架轉位到另一位置而使用一未磨損的切割件進行切割。
切割頭刀體14在其軸向前端18處最好有一凹座38。凹座38的表面最好界定一直錐。直錐以外的其他幾何形狀也在本發明范圍內。凹座38的開口最好呈圓形并起始于切割頭刀體14前端18周邊40一徑向向里位置。
切割頭刀體14在凹座38開口的周邊處的周邊部最好有一環形槽42。槽42環繞凹座38的開口的周邊。槽42包括一橫向面44和一縱向面46，它們相交成坡面型槽。橫向面44與凹形切割頭10的縱軸線A-A垂直。縱向面46與凹形切割頭10的縱軸線A-A平行。
雖然坡面型槽是連接切割件12與切割頭刀體14的優選方式，但這不應看成對本發明的槽的使用有所限制。本申請人想到，切割件12即各弧形切割件可用釬焊或其他連接方法固定到環繞凹座開口的平面上。各弧形切割件12也可插入在環繞凹座開口的周邊部上的孔中。
截頭圓錐形頭24最好有一圓柱形肩47防止切割頭10過分插入刀架的孔中。該肩后方的截頭圓錐形表面與刀架的孔嘴49對應而在工作中與之嚙合。
本發明并不限于附圖所示、以上說明的特定切割頭刀體。該切割頭刀體可做成其他幾何形狀，例如，切割頭的刀桿的橫截面可為方形或非圓柱形而不可轉動地插入在方形或非圓柱形的相應孔中。
或者，切割頭的刀桿和刀架的孔可以是圓柱形，但切割頭仍以可換位、不可轉動的方式裝在刀架中。這種結構的一個例子是修改切割頭的刀桿的后部和刀架的后部而使用Beach等人的題為“具有兩檔換位能力的挖溝刀具組件”的美國專利N0.5,007,685，也即一不可轉動地裝在刀桿上的齒形換位環嚙合在刀架后部的凹槽中。
在附圖所示實施例中，切割件12最好包括都用標號50表示的7個分開的切割鑲刃。切割鑲刃50最好呈弧形，其圓心角“α”最好約為44°30′。切割鑲刃50最好有一平的頂面52、一平的底面54、一弧形的外側面56、一弧形的內側面58和兩平的相對端面60、62。切割鑲刃的兩兩相鄰的表面相交成較尖的角。內側面58的總尺寸最好小于外側面56，從而端面52、底面54和兩端面60、62向著內側面58朝里傾斜。
在該實施例中，切割頭10上的各切割鑲刃50分布成所有切割鑲刃50的端面60、62都不與相鄰切割鑲刃的端面接觸。該間隙64的間距使得在相鄰切割鑲刃50的相對兩端連之間不能形成連續的釬焊接頭。
實際中，本申請人發現，約為3/16英寸的間隙可滿意地防止相鄰兩切割件50之間形成一釬焊接頭。但這不應看成本發明的范圍把環繞在切割頭前端周邊上的切割鑲刃之間的間隙限于任何特定的大小。該間隙的主要特征應是足夠寬，從而在鋼制切割頭刀體與切割鑲刃之間的釬焊接頭固化之前，不會在切割鑲刃之間形成和固化連續的釬焊接頭。
從圖3A可看到，內表面58與槽42的縱向面46之間有一釬焊接頭68。每一切割鑲刃50的底面54與該槽的橫向面44之間有一釬焊接頭70。雖然相鄰切割鑲刃的相鄰端面有一些焊料，但這并不是要形成一連續的釬焊接頭，在相鄰切割鑲刃的相對端面之間并不存在這樣一種釬焊接頭。
切割鑲刃50之間的間隙64防止在相鄰切割鑲刃之間形成釬焊接頭。如前所述，這類釬焊接頭使得分開的切割鑲刃50連成一片而與整體環形切割件一樣產生釬焊應力和釬焊裂縫。間隙64還吸收了鋼與硬質合金之間的熱膨脹系數的差而減小或消除釬焊接頭中的釬焊應力和裂縫。釬焊應力和裂縫的減小或消除提高了切割頭的整體性。
圖5示出另一種切割鑲刃80。切割鑲刃80總的呈弧形，其圓心角與切割鑲刃50相同。切割鑲刃80最好有一平的頂面82、一平的底面84、一弧形的外側面86、一弧形的內側面88和兩平的相對端面90、92。切割鑲刃80的兩兩相鄰的表面相交處最好做成圓角。
切割鑲刃80與切割鑲刃50一樣放置在切割頭10的槽42中。各切割鑲刃80之間的間距與切割鑲刃50相同。
雖然可使用其他硬質材料，但用于切割鑲刃50和80的硬質合金的組成最好為約90.5重量百分比的大顆粒碳化鎢和9.5重量百分比的鈷。
雖然可使用其他焊料合金，但用于切割頭10的焊料合金最好為下列組成的銀基焊料合金約50重量百分比的銀、約20重量百分比的銅、約28重量百分比的鋅和約2重量百分比的鎳。優選焊料合金的固線溫度約為1220℃，液線溫度約為1305℃。這種焊料合金可見美國焊接協會(A5.8)的規格BAg-4 A-50N。Handy&Harman公司以牌號Braze銷售該優選焊料合金。
本專利申請所提及的所有專利和文件都通過引用而結合于本申請中。
本領域的技術人員從上面所公開的本發明說明書或實施中顯然可看出本發明的其他實施例。上述說明書和實施例應看成僅僅是例示性的，本發明的真正范圍和精神由后附權利要求書示出。
權利要求
1，一種可轉動切割頭，它包括一具有相對前后端的切割頭刀體，該切割頭刀體的前端有一凹座，該凹座有一開口端；許多利用釬焊固定在凹座的開口端的周邊上的切割鑲刃；以及相鄰切割鑲刃間隔設置，以使其間的間隙足夠大，以防止在相鄰切割鑲刃之間形成連續的釬焊接頭。
2，按權利要求1所述的可轉動切割頭，其中，切割頭刀體在凹座開口端的周邊上有一槽，該槽界定一縱向面和一橫向面，每一切割鑲刃都與縱向面和橫向面形成一釬焊接頭。
3，按權利要求2所述的可轉動切割頭，其中，每一切割鑲刃有一頂面、一底面、一外側面、一內側面和兩相對端面，每一切割鑲刃在該槽中固定成任何兩相鄰切割鑲刃的端面均不接觸；并且每一切割鑲刃的底面與該槽的橫向面形成一釬焊接頭，而每一切割鑲刃的內側面與該槽的縱向面形成一釬焊接頭。
4，按權利要求1所述的可轉動切割頭，包括7個切割鑲刃，所有切割鑲刃都呈弧形。
5，按權利要求4所述的可轉動切割頭，其中，每一個切割鑲刃的圓心角為約44度30分。
6，按權利要求1所述的可轉動切割頭，其中，每一切割鑲刃都用鈷鎢硬質合金制成，而切割頭刀體用鋼制成。
7，按權利要求6所述的可轉動切割頭，其中，該鈷鎢硬質合金包括約90.5重量百分比的碳化鎢和約9.5重量百分比的鈷。
8，按權利要求1所述的可轉動切割頭，其中，焊料合金包括約50重量百分比的銀、約20重量百分比的銅、約28重量百分比的鋅和約2重量百分比的鎳。
9，按權利要求1所述的可轉動切割頭，其中，該切割頭刀體在其后端有一圓柱形刀桿，該刀桿上有一凹槽，一夾持環套在該刀桿的該凹槽中。
10，一種切割頭-刀架組件，它包括其中有一孔的一刀架；具有一切割頭刀體的一切割頭，該切割頭刀體包括相對的軸向前后端，切割頭刀體的前端中有一凹座，該凹座有一開口端，該切割頭刀體有一環繞該開口端的圓周面；該切割頭刀體上有一夾持件與刀架的孔嚙合而把切割頭刀體夾持在刀架上；以及許多切割鑲刃，它們相間距地固定在該圓周面上，從而兩兩相鄰切割鑲刃之間均有一間隙，所有間隙均足夠大，以防止在相鄰切割鑲刃之間形成連續的釬焊接頭。
11，按權利要求10所述的切割頭-刀架組件，其中，切割頭刀體在凹座開口端的周邊上有一槽，該槽界定一縱向面和一橫向面，每一切割鑲刃都與縱向面和橫向面形成一釬焊接頭。
12，按權利要求11所述的切割頭-刀架組件，其中，每一切割鑲刃有一頂面、一底面、一外側面、一內側面和兩相對端面，每一切割鑲刃在該槽中固定成任何兩相鄰切割鑲刃的端面均不接觸；并且每一切割鑲刃的底面與該槽的橫向面形成一釬焊接頭，而每一切割鑲刃的內側面與該槽的縱向面形成一釬焊接頭。
13，按權利要求10所述的切割頭-刀架組件，其中，切割頭可相對刀架轉動。
14，一種用來沖擊基體的切割頭，該切割頭包括其上有一沖擊端的細長形切割頭刀體，該沖擊端有一圓周部，許多切割鑲刃連接到切割頭刀體的該圓周部上，各切割鑲刃相間距而在兩兩相鄰切割鑲刃之間形成一間隙。
15，按權利要求14所述的切割頭，其中，該切割頭刀體的沖擊端上有一空腔，該空腔有一由該圓周部界定的開口端。
16，按權利要求15所述的切割頭，其中，該空腔呈下凹形。
17，按權利要求14所述的切割頭，其中，該圓周部包括一與切割頭刀體的縱軸線垂直的橫向面，各切割鑲刃連接在該橫向面上。
18，按權利要求17所述的切割頭，其中，各切割鑲刃釬接在該橫向面上，所有相鄰切割鑲刃之間的間隙足夠大以防止在相鄰的切割鑲刃之間形成連續的釬焊接頭。
19，按權利要求17所述的切割頭，其中，該圓周部還包括一與切割頭刀體的縱軸線平行的縱向面，各切割鑲刃連接在該縱向面上。
20，按權利要求19所述的切割頭，其中，各切割鑲刃釬接在該縱向面上，所有相鄰切割鑲刃之間的間隙足夠大，以防止把相鄰的切割鑲刃之間形成連續的釬焊接頭。
全文摘要
一種凹形切割頭，包括一切割頭刀體，該切割頭刀體的前端有一凹座。許多切割鑲刃釬焊在該切割頭刀體的凹座開口端的周邊上。這些切割鑲刃相間距，使其間的間隙足夠大，以防止在任何相鄰的切割鑲刃之間形成連續的釬焊接頭。
文檔編號E21B10/50GK1160431SQ95195657
公開日1997年9月24日 申請日期1995年8月1日 優先權日1994年10月14日
發明者韋恩·H·比奇 申請人:鈷碳化鎢硬質合金公司