[发明专利]切削截齿刀具

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有支承在硬质合金支撑体处的金刚石复合材料基的切削刀头的截齿刀具，且具体地、但不是排它性地涉及截齿刀具，其中切削刀头和支撑体之间的安装区优化成使切削刀头和支撑体在使用过程中的应力集中及疲劳最小。

背景技术

已开发了用于包括采矿、挖沟、挖隧道、基础钻探、道路挖掘等的各种具体应用的岩石切割和挖掘机。通常，呈可旋转的转筒或钻头形式的驱动本体包括多个可更换的切削头，所述切削头提供与材料或矿面接触的点。

术语“切削头(cutting bit)”通常是指尖锐或凿子状的切削刀具，该切削刀具用于通过穿透岩石表面并沿岩石表面刮削来切割岩石。也称为“截齿(pick)”、“拖拽刀具”或“切削刀具”的刀具通常包括钢制柄部，该钢制柄部设有可由碳化钨、多晶金刚石复合材料(PDC)或碳化硅金刚石(SCD)复合材料制成的切削刀头。

在一个实施方式中，移动采掘机包括具有刀头夹具的旋转切削刀头，该刀头夹具用于安装并定向切削头，以便在所需的“攻角”下撞击岩石。切削头具体布置在旋转转筒上，以协配地工作并一个接着一个，以有助于岩石通过最小能量输入破碎。

已有很多不同工艺和布置被提出，用于超硬金刚石切削刀头与切削刀具的柄部的附连。如应该理解的，要求金刚石复合材料和刀具支撑体之间的结合足够得强，以承受在反复和连续切削操作的过程中通过刀具传递的巨大的力。在某些情况下，刀头可通过铜焊或钎焊直接与截齿本体结合。WO 93/25795、WO 01/88322、US 2006/0272790和WO 2011/089117公开了切削刀具，其中金刚石复合材料刀头通过铜焊与支撑体结合。在GB 2493282中描述了替代结合方法，在GB 2493282中，PCD复合材料刀头通过在超高压力和温度下将两个部件“压”到一起而与支撑体熔合。

然而，传统布置和组装方法未优化成允许切削刀具方便、有效且经济地制造，同时提供在切削过程中可承受巨大载荷和应力以确保切削刀头不会从刀头夹具中脱落的刀具。

发明内容

本发明的目的是提供一种切削截齿刀具和一种制造切削截齿刀具的方法，在该切削截齿刀具中，超硬切削刀头通过刀头的优化安装而高效并有效地固定在支撑体处，以承受在循环切削作用过程中遇到的巨大载荷和应力。另一特定目的是提供一种截齿刀具，该截齿刀具经济高效地制造且不需要超高压力和温度，而不损害刀具的部件之间的结合强度。

另一具体目的是提供一种使金刚石基复合材料的量最小同时保持刀具有效承受在切削过程中的刀头内的压缩力、拉力、剪切力和应力的切削刀具。

各个目的通过提供一种截齿刀具实现，在该截齿刀具中，超硬金刚石基复合材料，通常是碳化硅金刚石(SCD)，通过凹凸联接布置结构与硬质合金支撑体结合。硬质合金支撑体形成为复合材料，在该复合材料中，硬质合金颗粒表示聚集体，且金属粘合剂提供封装这些颗粒的基体。

具体地说，硬质合金支撑体包括凹槽，所述凹槽具有被优化成允许互补状SCD刀头提供牢固和有效座置的形状和构型，而且通过铜焊层结合这两个部件。较佳地是，铜焊层包括与复合材料支撑体不同的金属粘合剂材料。可选地，铜焊层可包括与复合材料支撑体相同的金属材料。支撑体凹槽和刀头的向后突出的安装部包括互补圆锥形部分，该互补圆锥形部分紧密接触地抱在一起，使得大约一半或刚好不到一半量的切削刀头容纳在凹槽内。圆锥形交界面或边界区域特别有利于使刀具撞击岩面时由撞击力产生的应力集中最小化并承受可促进刀头分离的横向(或侧面)载荷力。

根据具体实施例，通过限定凹槽的侧壁相对于刀具的纵向轴线和/或凹槽的基底表面或槽底的具体角度定向，提供并且/或者加强了刀具强度以及承受载荷力的有效性。因此，防止切削刀具由于侧面撞击载荷力沿垂直于切削刀具的纵向轴线对齐的轴线旋转。圆锥形侧壁的相对深度和角度优化成不损害支撑体的完整性并使否则可能由角形凹槽形状轮廓产生的应力集中最小化。

根据本发明的第一方面，提供一种切削截齿刀具，该切削截齿刀具包括：包含金刚石复合材料的切削刀头，刀头具有轴向向后延伸的安装部；具有轴向前区和安装在钢制截齿本体处的轴向后区的硬质合金支撑体；支撑体具有从前区轴向向后延伸的凹槽，安装部被接纳并配合在凹槽内；其特征在于：凹槽由圆锥形侧壁限定，该圆锥形侧壁在从前区到后区的方向上且朝中心轴线径向向内渐缩；安装部具有座置在凹槽内的互补截头的圆锥形轮廓。