Породоразрушающий резец
Полезная модель относится к породоразрушающим инструментам, применяемым в строительной и горной промышленности при ударном способе разрушения пород и материалов, и может быть использована в качестве режущих элементов машин для добычи соли и угля, бурения, ремонта дорожных покрытий, железнодорожного полотна и других целей. Обеспечивает повышение прочности породоразрушающего резца вцелом путем увеличения износостойкости и усталостной прочности корпуса резца и увеличения твердости твердосплавной вставки, а также путем усиления крепления твердосплавной вставки к головке корпуса резца. Породоразрушающий резец состоит из корпуса и твердосплавной вставки. Корпус резца выполнен методом поперечно-клиновой прокатки и включает цилиндрическую державку и конусоидальную головку. Твердосплавная вставка установлена на головке корпуса резца. Корпус резца выполнен из конструкционной легированной хромистой стали и подвержен термообработке в солевой ванне. Твердосплавная вставка выполнена из вольфрамового сплава с содержанием кобальта 10-15% и крепится к головке корпуса методом пайки с использованием припоя из цветного сплава, предпочтительно на основе меди, с флюсом, 4 з.п. ф-лы.
Полезная модель относится к породоразрушающим инструментам, применяемым в строительной и горной промышленности при ударном способе разрушения пород и материалов, и может быть использована в качестве режущих элементов машин для добычи соли и угля, бурения, ремонта дорожных покрытий, железнодорожного полотна и других целей.
Из существующего уровня техники известен породоразрушающий резец, представляющий собой выполненный методом поперечно-клиновой прокатки корпус, включающий цилиндрическую державку и конусоидальную головку, снабженную твердосплавной вставкой (см., напр., В.И.Садко, Новая технология производства горного инструмента, Минск, Научно-технический журнал «Горная промышленность», 
2, 2003 г.). Недостатком данного решения является недостаточная прочность породоразрушающего резца вцелом.
Задачей, на решение которой направлено настоящее техническое решение, является увеличение прочности породоразрушающего резца вцелом.
Указанная задача решается за счет того, что в породоразрушающем резце, представляющем собой корпус, выполненный методом поперечно-клиновой прокатки и включающий цилиндрическую державку и конусоидальную головку, снабженную твердосплавной вставкой, согласно полезной модели, корпус резца выполнен из конструкционной легированной хромистой стали и подвержен термообработке в солевой ванне, при этом твердосплавная вставка выполнена из вольфрамового сплава с содержанием кобальта 10-15% и крепится к головке корпуса методом пайки с использованием припоя из цветного сплава, предпочтительно на основе меди, с флюсом.
В качестве цветного сплава для припоя могут служить медно-никелевые сплавы, или латунно-свинцовые сплавы.
Корпус резца может быть выполнен из конструкционной легированной хромистой стали марки 40Х.
Корпус резца может быть подвержен термообработке в солевой ванне селитры и нитрата натрия при температуре 200°-230°C.
Твердосплавная вставка может быть снабжена гранями, выполненными методом заточки или методом заточки с алмазной доводкой.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является увеличение прочности породоразрушающего резца вцелом путем повышения износостойкости и усталостной прочности корпуса резца за счет выполнения его из конструкционной легированной хромистой стали методом поперечно-клиновой прокатки с последующей термообработкой в солевой ванне, и увеличения твердости твердосплавной вставки за счет выполнения ее из вольфрамового сплава с содержанием кобальта 10-15%, а также путем усиления крепления твердосплавной вставки к головке корпуса резца за счет его выполнения методом пайки с использованием припоя из цветного сплава, предпочтительно на основе меди, с флюсом.
Техническое решение поясняется следующими материалами, не охватывающими, но и не ограничивающими весь объем притязаний по полезной модели:
Породоразрушающий резец состоит из корпуса и твердосплавной вставки. Корпус резца выполнен методом поперечно-клиновой прокатки и включает цилиндрическую державку и конусоидальную головку. Твердосплавная вставка установлена на головке корпуса резца. Корпус резца выполнен из конструкционной легированной хромистой стали и подвержен термообработке в солевой ванне. Твердосплавная вставка выполнена из вольфрамового сплава с содержанием кобальта 10-15% и крепится к головке корпуса методом пайки с использованием припоя из цветного сплава, предпочтительно на основе меди, с флюсом.
Недостаточная стойкость резца зачастую закладывается в его конструкции, когда небольшая прочность материала режущей части корпуса компенсируется увеличенной массой этого материала на рабочей поверхности, призванной предотвратить его опережающий износ по отношению к твердосплавной вставке. Технология клиновой прокатки корпуса резца относится к процессам горячего деформирования. При клиновой прокатке корпуса деформация заготовки осуществляется в радиальном направлении в процессе вращения заготовки. Течение материала направлено вдоль оси заготовки. Такая схема воздействия на заготовку позволяет формировать симметричную макроструктуру с непрерывными волокнами, уплотненными к поверхности и направленными вдоль образующей симметрично центральной оси заготовки. Указанное расположение волокон корпуса резца, полученного методом клиновой прокатки, указывает на возможность формирования макроструктуры, которая наилучшим образом удовлетворяет условиям эксплуатации резца и обеспечивает существенно более высокую его прочность, чем при применяемых в настоящее время методах точения и штамповки. Это позволяет достичь высокой циклической стойкости корпуса резца и минимизировать износ его поверхности в направлении трения.
Корпус резца выполнен из конструкционной легированной хромистой стали, предпочтительно марки 40Х, причем за счет применяемого метода поперечно-клиновой прокатки на прокатанных поверхностях корпуса глубина поверхностных дефектов составляет не более 0,25 мм. Хромистую сталь, в том числе марки 40Х, применяют для средненагруженных деталей небольших размеров. Это связано с тем, что с увеличением содержания углерода возрастает прочность, но снижаются пластичность и вязкость. При этом прокаливаемость хромистых сталей невелика.
С целью придания дополнительной прочности и износоустойчивости поверхностным слоям корпуса резца, корпус подвергают термообработке в солевой ванне. Это безокислительный процесс, происходящий без образования окалины. Для термообработки могут быть применены селитры, нитраты (азотнокислые соли) щелочных и щелочноземельных металлов и аммония, например, аммиачная селитра, калийная селитра, кальциевая селитра, натриевая селитра (натрия нитрат). В предпочтительном варианте выполнения резца его корпус термически обработан в солевой ванне селитры и нитрата натрия в расчетных пропорциях при температуре 200-230°C. Время обработки составляет от 3 до 20 мин и зависит от геометрических параметров корпуса резца. Температурный режим обусловлен разложением нитрата при температуре 200-230°C с получением его модификации, отличающейся малой плотностью (~5 г/см3). Таким образом, использованная термообработка стали меняет ее структуру на молекулярном уровне в поверхностных слоях корпуса. Это сохраняет прочность всего корпуса и одновременно делает его поверхность более крепкой и прочной за счет уменьшения окисления и обезуглераживания поверхностного слоя.
При ударном способе разрушения, когда происходит скалывание фрагментов при разработке скальных пород или разрушение дорожного покрытия целесообразно применять в качестве материла для вставки однокарбидные твердые сплавы, состоящие из карбида вольфрама с повышенным содержанием кобальта в сплаве. В настоящем техническом решении твердосплавная вставка выполнена из вольфрамового сплава с содержанием кобальта 10-15%. Примерами таких сплавов могут служить сплавы ВК10, ВК15, ВК10КС, ВК15КС отечественного производства, а также их аналоги - сплавы немецкого производства (elementsix) 71000018 (Stift D 19,О×28,0/R30 bal. 90-20/St) и 71000020 (Stift D 24,0×34,0 bal. Для изготовления твердых сплавов порошок карбида вольфрама смешивают со связующим веществом кобальтом, прессуют в формах и тем самым придают изделию соответствующую внешнюю форму, затем прессовки подвергают спеканию при высокой температуре (1500-2000°C). В результате получается изделие, состоящее из карбидных частиц, связанных кобальтом. Твердость этих твердых сплавов очень высока, так как эти сплавы состоят на 85-90% из карбида - вещества, обладающего исключительно высокой твердостью, остальное - кобальтовая связка. Процентное содержание 10-15% кобальта в сплаве обусловлено снижением хрупкости твердосплавной вставки по сравнению с другими вольфрамо-кобальтовыми сплавами с меньшим его содержанием. Для изготовления твердосплавной вставки целесообразно применять крупнозернистый карбид вольфрама. Это обусловлено тем, что мелкозернистые вольфрамовые сплавы имеют большую твердость и износостойкость, но менее прочны, чем крупнозернистые. Крупнозернистые имеют большую прочность и ударную вязкость, что имеет значение при ударном способе разрушения. В крупнозернистом сплаве суммарная площадь поверхности карбидных зерен меньше, кобальтовая прослойка между зернами, наоборот, больше, что делает весь сплав более пластичным, чем мелкозернистые сплавы. Кобальт - вязкий ковкий материал, обладает хорошей «смачиваемостью» в расплавленном состоянии зерен карбида вольфрама. При затвердевании образует прочную связь между зернами. Кобальт - это цементирующий материал в среде, где зерна карбида вольфрама являются высокотвердым наполнителем.
На прочность резца в целом также влияет и то, каким образом твердосплавная вставка соединена с головкой резца. В настоящем техническом решении твердосплавная вставка крепится к головке корпуса методом пайки с использованием припоя из цветного сплава, предпочтительно на основе меди, например, медно-никелевый сплав, или латунно-свинцовый сплав, с флюсом.
Для оптимизации угла бурения породы твердосплавная вставка может быть снабжена гранями, выполненными методом заточки или методом заточки с алмазной доводкой.
Резец, выполненный по настоящему техническому решению, обладает высокой механическая прочностью державки его корпуса за счет применения высокопрочных сталей с последующей термообработкой и надежным закреплением твердого сплава в державке методом пайки с флюсом.
1. Породоразрушающий резец, представляющий собой корпус, выполненный методом поперечно-клиновой прокатки и включающий цилиндрическую державку и конусоидальную головку, снабженную твердосплавной вставкой, отличающийся тем, что корпус резца выполнен из конструкционной легированной хромистой стали и подвержен термообработке в солевой ванне, при этом твердосплавная вставка выполнена из вольфрамового сплава с содержанием кобальта 10-15% и крепится к головке корпуса методом пайки с использованием припоя из цветного сплава, предпочтительно на основе меди, с флюсом.
2. Породоразрушающий резец по п.1, отличающийся тем, что в качестве цветного сплава для припоя служат медно-никелевые сплавы или латунно-свинцовые сплавы.
3. Породоразрушающий резец по п.1, отличающийся тем, что корпус резца выполнен из конструкционной легированной хромистой стали марки 40Х.
4. Породоразрушающий резец по п.1, отличающийся тем, что корпус резца подвержен термообработке (или термически обработан) в солевой ванне селитры и нитрата натрия при температуре 200-230°C.
5. Породоразрушающий резец по п.1, отличающийся тем, что твердосплавная вставка снабжена гранями, выполненными методом заточки или методом заточки с алмазной доводкой.
