具有肋形侧和锥形尖端的碳化物刀头的制作方法

本申请总体上涉及一种刀头，并且更具体地涉及一种具有肋形侧和锥形尖端的刀头。

背景技术：

在例如路面整修和长壁采矿的应用中使用的土方作业机械和采矿机械可以包括多个刀头，也称为″镐″。所述刀头或镐被设计成保持在固定到机器的可移动构件上的安装块中，机器的可移动构件例如是在路面整修作业中使用的机动平地机上的旋转切削滚筒，以及安装在长壁采矿作业中使用的长壁采煤机的线性引导件上的旋转切削头。所述机器包括具有切削刃部件的多个工具，所述切削刃部件例如配置成接触和移动被处理的基底材料的刀头或镐。例如，机动平地机通常用于执行诸如岩石和/或土壤的地面材料的移位、分配和调平。机动平地机可以使旋转切削滚筒在地面上移动，使得切削刃部件与岩石和/或土壤接合，以移动、分配或平整岩石和/或土壤。不同形式的设备和机械也可用于采矿和挖掘操作。所发生的采矿或挖掘的类型通常决定适当的设备和机械的类型。

用于在例如采煤工作面的坚硬物质中采矿或挖掘，或在现有压实的泥土、混凝土或柏油路面上执行路面整修操作的设备可以包括旋转切削头或滚筒，旋转切削头或滚筒承载与坚硬物质相接合的多个突出的切削头或镐。当所述刀头或镐与头部或滚筒一起旋转时，所述刀头或镐咬入硬质物质中，并且撞击物质以将物质从表面移除或破碎。刀头或镐与硬质物质之间的这种高度强烈的接合可导致刀头或镐的切削刃的快速磨损，以及可能产生导致危险情况的火花。

刀头或镐是用于将基底破碎成多个片的整个装置的可消耗部件。例如，典型的刀头包括具有轴向前端和轴向后端的狭长钢刀头本体。刀头包含用于将刀头保持在块(例如分裂套管保持器)的孔中的装置。块安装在由机器驱动的可旋转滚筒上。将通常由钴含量为约5％重量至约13％重量的烧结碳化钨(wc-co合金)制成的硬质切削插件固定到刀头的前端。通常，将硬质切削插件钎焊到钢刀头本体上。硬质切削插件是刀头的首先撞击在基底上的部件。因此，硬质切削插件的形状和配置以及硬质切削插件的形状和配置对刀头性能的影响是刀头设计中考虑的因素。

早期切削插件具有连接到柱形部分的锥形尖端部分。柱形部分安装在钢刀头本体的轴向前端处的柱形孔中。授予kniff的美国专利第3,830,546号示出了这种硬质切削插件的一个示例。′546专利中的刀头具有向内渐缩至尖端的前工作部分，并且尖端设置有例如由烧结硬质金属碳化物或碳化钨形成的插件。虽然′546专利的磨损部件可以增强在运土设备上使用的作业工具的整体韧性和耐磨性，但是具有硬质切削插件的刀头的配置和形成这种刀头的过程中的复杂性可能非常昂贵，并且在磨损部件的修理或更换期间导致过多的停机时间。此外，′546专利的刀头可能磨损不均匀，从而不必要地缩短了刀头的预期寿命。

所披露的刀头旨在克服上述一个或多个问题以及与传统刀头或镐相关联的其他问题，所述传统刀头或镐配置成安装在用于采矿或挖掘硬质物质的机器的旋转切削滚筒或切削头上。

技术实现要素：

在一个方面，本申请涉及一种用于机器上的作业工具的刀头。刀头可以包括前端锥形尖端部分；从所述前端锥形尖端部分轴向向后延伸的向后的截头锥形尖端部分；从所述向后的截头锥形尖端部分的后缘径向向外延伸的环形凸缘；从所述环形凸缘的外周缘轴向向后延伸的截头锥形本体部分；从所述截头锥形本体部分的后缘轴向向后延伸的柱形套环部分；以及从所述柱形套环部分轴向向后延伸的后端柱形柄部。

刀头还可以包括多个周向间隔的肋，所述肋从所述前端锥形尖端部分、所述向后的截头锥形尖端部分或所述截头锥形本体部分中的至少一个的外周面径向向外突出。

在另一方面，本申请涉及一种用于机器上的作业工具的刀头。刀头可以包括前端锥形尖端部分；从所述前端锥形尖端部分轴向向后延伸的向后的截头锥形尖端部分；从所述向后的截头锥形尖端部分的后缘径向向外延伸的环形凸缘；从所述环形凸缘的外周缘轴向向后延伸的截头锥形本体部分；从所述截头锥形本体部分的后缘轴向向后延伸的柱形套环部分；以及从所述柱形套环部分轴向向后延伸的后端柱形柄部。刀头还可以包括多个周向间隔的肋，所述肋从所述前端锥形尖端部分、所述向后的截头锥形尖端部分和所述截头锥形本体部分中的每一个的外周面径向向外突出。

在另一方面，本申请涉及一种配置成安装在机器的旋转切削滚筒上的可旋转刀头。刀头可以包括前端锥形尖端部分；从所述前端锥形尖端部分轴向向后延伸的向后的截头锥形尖端部分；从所述向后的截头锥形尖端部分的后缘径向向外延伸的环形凸缘；从所述环形凸缘的外周缘轴向向后延伸的截头锥形本体部分；从所述截头锥形本体部分的后缘轴向向后延伸的柱形套环部分；以及从所述柱形套环部分轴向向后延伸的后端柱形柄部。可旋转刀头还可以包括多个周向间隔的肋，所述肋从前端锥形尖端部分和向后的截头锥形尖端部分的外周面径向向外突出，截头锥形本体部分的外周面是光滑的并且没有任何突出肋。

附图说明

图1是根据第一示范性实施例的刀头的透视图；

图2是图1的刀头的侧视图；

图3是图1的刀头的前端平面图；

图4是根据第二示范性实施例的刀头的侧视图；

图5是图4的刀头的透视图；

图6是图4的刀头的前端平面图；

图7是根据第三示范性实施例的刀头的侧视图；

图8是图7的刀头的透视图；

图9是图7的刀头的前端平面图；和

图10是表示根据所披露的一个或多个示范性实施例的用于生成刀头的一个或多个部分的三维模型的系统的示意图。

具体实施方式

根据本申请的示范性实施例的刀头10在图1-3中示出。刀头10配置成可旋转地安装在工作工具上，工作工具例如长壁采矿机上的旋转刀头或用于路面整修作业中的自动平地机上的旋转切削滚筒。刀头10可包括前端锥形尖端部分50，端锥形尖端部分50从顶点55向后延伸到前端锥形尖端部分50的向后缘53。刀头10还可以包括向后的截头锥形尖端部分40，向后的截头锥形尖端部分40从前端锥形尖端部分50处的前缘45向后轴向延伸到达后缘43。刀头10还可包括从向后的截头锥形尖端部分40的后缘43径向向外延伸的环形凸缘38。截头锥形本体部分30可以从环形凸缘38的外周缘35向后轴向延伸到后缘33。柱形套环部分28可以从截头锥形本体部分30的后缘33轴向向后延伸。后端柱形柄部20可从柱形套环部分28轴向向后延伸。柄部20可包括用于将刀头10连接到旋转切削滚筒或旋转刀头的连接机构23。如图1-3所示，刀头10还可包括多个周向间隔的肋52，42，32，所述肋分别从前端锥形尖端部分50、向后的截头锥形尖端部分40或截头锥形本体部分30中的至少一个的相应外周面径向向外突出。在整个说明书中提及的″前缘″或″前端″是指更靠近刀头的尖端或顶点的刀头的部分或区段的缘或端部，而″后缘″或″后端″是指更靠近用于将刀头连接到旋转滚筒或切削头的柄部的缘或端部。类似地，″向后″是指更靠近用于将刀头连接到旋转滚筒或切削头的柄部的刀头的部分或区段。″截头锥形″是指锥体的平截头体的形状，其是包含在两个平行平面之间的实心锥图形的一部分。锥图形的顶点是锥的尖端。

图1-3的刀头10可以如图所示配置成具有截头锥形本体部分30的外周面34，外周面34包括沿着刀头10的轴向方向的凹形轮廓。类似地，向后的截头锥形尖端部分40的外周面44可以包括在刀头10的轴向方向上具有凹形轮廓的外周面44的至少一部分。如下所述，沿着刀头10的外周面的一个或多个凹形轮廓与多个周向间隔的肋的存在相结合，可以增强刀头10排出由刀头10挖掘的物质碎片的能力，并减少刀头10上的磨损。

刀头10可以包括在前端锥形尖端部分50、向后的截头锥形尖端部分40或截头锥形本体部分30中的至少一个的前端和后端之间沿刀头10的轴向方向延伸的周向间隔的肋52，42，32。如图1-3中进一步示出的，周向间隔的肋52，42，32在刀头10的轴向方向和径向方向上延伸，使得周向间隔的肋中的每一个具有指向前端锥形尖端部分50的顶点55的轴向和径向斜度。在图1-3的示范性实施例中，向后的截头锥形尖端部分40的周向间隔的肋42与前端锥形的尖端部分50的相应的周向间隔的肋52邻接和/或合并。周向间隔的肋42相对于刀头10的中心轴线以第一角度轴向和径向向内倾斜，并与前端锥形尖端部分50的周向间隔的肋52合并。前端锥形尖端部分50的周向间隔的肋52相对于刀头10的中心轴线以大于第一角度的第二角度轴向和径向向内倾斜。前端锥形尖端部分50的周向间隔的肋52在前端锥形尖端部分50的顶点55处汇聚在一起。

周向间隔的肋52，42，32中的每一个可以是轴对称的，使得周向间隔的肋中的相应每一个的截面轮廓在将每个相应的肋二等分并且在刀头的轴向方向上延伸的线的相对侧的每侧上是相同的。周向间隔的肋中的每一个还可以包括沿着相应肋的轴向长度的至少一部分径向向内凸出的轮廓。可选地，周向间隔的肋中的每一个可以沿其相应轴向长度的第一部分径向向内凸出并且沿其相应轴向长度的第二部分径向向内凹入。因此，如在邻近后缘43的向后的截头锥形尖端部分40的周向间隔的肋42的轮廓上最佳看到的，每个肋的至少一部分可以从包括径向向内指向的杯形的轮廓平滑地过渡到包括径向向外指向的杯形的轮廓。在各种示范性实施例中，周向间隔的肋的轴对称轮廓对于某些应用可能是需要的，而轴向不对称轮廓对于其他应用可能是需要的。

当碎片或切屑从基底断裂时，周向间隔的肋52，42，32通过刀头10和在肋52之间的前缘锥形尖端部分50的外周面54、在肋42之间的向后的截头锥形尖端部分40的外周面44以及在肋32之间的截头锥形本体部分30的外周面34上流动的基底之间的接合，增强刀头10的旋转。碎片或切屑促使刀头10绕其中心轴线旋转，从而促使刀头10在使用期间绕其中心轴线更均匀地磨损，并减少由碎片或切屑与刀头10的部分之间的摩擦引起的火花的发生。

在附图的示范性实施例中，六个周向间隔的肋围绕前端锥形尖端部分50、向后的截头锥形尖端部分40或截头锥形本体部分30中的至少一个均匀地间隔。本领域的普通技术人员将认识到，根据各种应用、将要加工的基底材料、刀头10的尺寸、制造刀头10的材料、安装刀头的机器的可移动构件的旋转速度、以及其他因，可以围绕刀头10的相应部分设置不同数量的周向间隔的肋。

在图4-6所示的另一示范性实施例中，刀头100可包括前端锥形尖端部分150，其从顶点155向后延伸到前端锥形尖端部分150的向后缘153。刀头100还可以包括向后的截头锥形尖端部分140，向后的截头锥形尖端部分140从前端锥形尖端部分150处的前缘145向后轴向延伸到后缘143。刀头100还可以包括从向后的截头锥形尖端部分140的后缘143径向向外延伸的环形凸缘138。截头锥形本体部分130可以从环形凸缘138的外周向缘135向后轴向延伸到后缘133。柱形套环部分128可以从截头锥形本体部分130的后缘133轴向向后延伸。后端柱形柄部120可从柱形套环部分128轴向向后延伸。柄部120可包括用于将刀头100连接到旋转切削滚筒或旋转切削头的连接机构123。如图4-6所示，示范性刀头100还可包括多个周向间隔的肋152，142，所述肋分别从前端锥形尖端部分150和向后的截头锥形尖端部分140中的每一个的相应外周面径向向外突出。

图4-6的刀头100可以如图所示配置为具有截头锥形本体部分130的外周面134，截头锥形本体部分130的外周面134包括沿着刀头100的轴向方向的凹形轮廓。类似地，向后的截头锥形尖端部分140的外周面144可以包括外周面144的至少一部分，外周面144的至少一部分在刀头100的轴向方向上具有凹形轮廓。如下所述，沿着刀头100的外周面的一个或多个凹形轮廓与多个周向间隔的肋的存在相结合，可以增强刀头100排出由刀头100挖掘的物质的碎片的能力，并减少刀头100上的磨损。

刀头100可以包括周向间隔的肋152，142，所述肋在前端锥形尖端部分150和向后的截头锥形尖端部分140中的每一个的前端和后端之间在刀头100的轴向方向上延伸。刀头100的截头锥形本体部分130可以沿其外周面134没有任何肋。如图4-6中进一步示出，周向间隔的肋152，142在刀头100的轴向方向和径向方向上延伸，使得周向间隔的肋中的每一个具有指向前端锥形尖端部分150的顶点155的轴向和径向斜度。在图4-6的示范性实施例中，向后的截头锥形尖端部分140的周向间隔的肋142与前端锥形的尖端部分150的相应的周向间隔的肋152邻接和/或合并。周向间隔的肋142相对于刀头100的中心轴线以第一角度轴向和径向向内倾斜，并与前端锥形尖端部分150的周向间隔的肋152合并，肋152相对于刀头100的中心轴线以大于第一角度的第二角度轴向和径向向内倾斜。前端锥形尖端部分150的周向间隔肋152在前端锥形尖端部分150的顶点155处汇聚在一起。

周向间隔的肋152，142中的每一个可以是轴对称的，使得周向间隔的肋中的相应每一个的截面轮廓在将每个相应肋二等分并且在刀头的轴向方向上延伸的线的相对侧的每一侧上是相同的。周向间隔的肋中的每一个还可以包括沿着相应肋的轴向长度的至少一部分径向向内凸出的轮廓。可选地，周向间隔的肋种的每一个可以沿其相应轴向长度的第一部分径向向内凸出，并且沿其相应轴向长度的第二部分径向向内凹入。因此，如在邻近后缘143的向后的向后的截头锥形尖端部分140的周向间隔的肋142的轮廓上最佳看到的，每个肋的至少一部分可以从包括径向向内指向的杯形的轮廓平滑地过渡到包括径向向外指向的杯形的轮廓。在各种示范性实施例中，周向间隔的肋的轴对称轮廓对于某些应用可能是需要的，而轴向不对称轮廓对于其他应用可能是需要的。

当碎片或切屑从基底断裂时，周向间隔的肋152，142通过刀头100和在肋152之间的前缘锥形尖端部分150的外周面154和在肋142之间的向后的截头锥形尖端部分140的外周面144上流动的基底之间的接合，增强刀头10的旋转。碎片或切屑促使刀头100绕其中心轴线旋转，从而促使刀头100绕其中心轴线更均匀地磨损，并减少由碎片或切屑与刀头100的部分之间的摩擦引起的火花的发生。

与图1-3的实施例一样，图4-6的披露的示范性刀头100可以使用例如铸造或模制的传统技术来制造。或者，所披露的刀头可以使用通常称为加成制造或加成制造法的传统技术来制造。已知的加成制造/制造法工艺包括例如3d打印的技术。

在图7-9所示的又一示范性实施例中，刀头200可包括前端锥形尖端部分250，前端锥形尖端部分250从顶点255向后延伸到前端锥形尖端部分250的后缘253。刀头200还可包括向后的截头锥形尖端部分240，向后的截头锥形尖端部分240从前端锥形尖端部分250处的前缘245轴向向后延伸到后缘243。刀头200还可包括从向后的截头锥形尖端部分240的后缘243径向向外延伸的环形凸缘238。截头锥形本体部分230可以从环形凸缘238的外周缘235向后轴向延伸到后缘233。柱形套环部分228可从截头锥形本体部分230的后缘233轴向向后延伸。后端柱形柄部220可从柱形套环部分228轴向向后延伸。柄部220可包括用于将刀头200连接到旋转切削滚筒或旋转切削头的连接机构223。如图7-9所示，示范性刀头200还可包括多个周向间隔的肋242，肋242从向后的截头锥形尖端部分240的外周面244径向向外突出。在图7-9中所示的刀头200的示范性实施例中，前端锥形尖端部分250和截头锥形本体部分230没有任何肋。

如图所示，图7-9中的刀头200可以配置成具有截头锥形本体部分230的外周面234，外周面234包括在刀头200的轴向方向上的凹形轮廓。类似地，向后的截头锥形尖端部分240的外周面244可以包括外周面244的在刀头200的轴向方向上具有凹形轮廓的至少一部分。沿着刀头200的外周面的一个或多个凹形轮廓与多个周向间隔的肋的存在相结合，可以增强刀头200排出由刀头200挖掘的物质的碎片的能力，并减少刀头200上的磨损。

刀头200可以包括在向后的截头锥形尖端部分240的前端和后端之间沿刀头200的轴向方向延伸的周向间隔的肋242。如图7-9进一步示出，周向间隔的肋142在刀头200的轴向方向和径向方向上延伸，使得周向间隔的肋中的每一个具有指向前端锥形尖端部分250的顶点255的轴向和径向斜度。在图7-9的示范性实施例中，向后的截头锥形尖端部分240的周向间隔的肋242相对于刀头200的中心轴线以锐角轴向和径向向内倾斜。前端锥形尖端部分250配置有从顶点255延伸到后缘253的平滑锥形表面254。

周向间隔的肋242中的每一个可以是轴对称的，使得周向间隔的肋中的相应每一个的截面轮廓在将每个相应肋二等分并且在刀头的轴向方向上延伸的线的相对侧的每一侧上是相同的。周向间隔的肋中的每一个还可以包括沿着相应肋的轴向长度的至少一部分径向向内凸出的轮廓。或者，周向间隔的肋中的每一个可以沿其相应轴向长度的第一部分径向向内凸出，并且沿其相应轴向长度的第二部分径向向内凹入。因此，如在邻近后缘243的向后的向后的截头锥形尖端部分240的周向间隔的肋242的轮廓上最佳看到的，每个肋的至少一部分可以从包括径向向内指向的杯形的轮廓平滑地过渡到包括径向向外指向的杯形的轮廓。在各种示范性实施例中，周向间隔的肋的轴对称轮廓对于某些应用可能是需要的，而轴向不对称轮廓对于其他应用可能是需要的。

当碎片或切屑从基底上断裂时，周向间隔的肋242通过切削头200和在肋242之间的向后的截头锥形尖端部分240的外周面244上流动的基底之间的接合，增强切削头200的旋转。碎片或切屑促使刀头200绕其中心轴线旋转，从而促使刀头200绕其中心轴线更均匀地磨损，并减少由碎片或切屑与刀头200的部分之间的摩擦引起的火花的发生。

工业实用性

图1-9中所披露的示范性刀头10，100和200可以使用例如浇铸或模塑的常规技术来制造。或者，所披露的刀头可以使用通常称为加成制造或加成制造法的技术来全部或部分地制造。在刀头10，100和200的每个示范性实施例中，相应的前端锥形尖端部分和/或相应的向后的截头锥形尖端部分可包括突片或其他突起(未示出)，所述突片或其他突起在钎焊或其他接合过程中用于将相应的尖端部分组装到刀头的相应本体和柄部。

根据本申请的各种示范性实施例配置的刀头可以有利地促进刀头在使用时的旋转，这是由于由刀头越过刀头的外周面并且抵靠多个周向间隔的肋移除的基底材料的碎片或切屑的流动的结果。所述周向间隔的肋还可以防止刀头在使用过程中被冻结在位并且不能相对于其夹持器旋转。在各种应用中，可能需要提供平滑的前端锥形尖端部分，其中仅沿着向后的截头锥形尖端部分和/或位于尖端部分后面的截头锥形本体部分提供肋。光滑的前端锥形尖端部分可以增强刀头穿透某些基底的能力，并且可以促使来自基底的碎片和切屑更快地移动到与沿着向后的截头锥形尖端部分的外周面定位的肋相接合。在其他应用中，沿着前端截头锥形尖端部分、向后的截头锥形尖端部分和截头锥形本体部分的外周面，或仅仅沿着向后的截头锥形尖端部分的轴向延伸肋的存在，可以提供用于有效且高效地移除基底材料和旋转刀头的最佳组合。

根据本申请的各种示范性实施例的整个刀头，或者仅仅刀头的诸如前端锥形尖端部分的部分可以使用3d打印工艺制造。3d打印是一种附加的制造工艺，其中材料可以在计算机控制下以连续的层沉积。所述计算机控制加成制造法设备以根据三维模型(例如，诸如amf或stl文件的数字文件)来沉积所述连续层，所述三维模型被配置为被转换成多个切片，例如基本上二维的切片，所述多个切片中的每一个定义所述刀头的横截面层或所述刀头的一部分以便制造或生产刀头。在一种情况下，所披露的刀头或刀头的一部分将是原始部件，并且将利用3d打印工艺来制造部件。在另一些情况下，可以使用3d工艺来复制现有的刀头，并且复制的刀头可以作为售后零件出售。所述复制的售后刀头可以是原始刀头的精确复制品或者仅仅在非关键方面不同的伪复制品。

参考图10，用于表示原始刀头的三维模型1001可以在计算机可读存储介质1002上，例如包括软盘、硬盘或磁带的磁性存储器；例如固态盘(ssd)或闪存的半导体存储器；光盘存储器；磁光盘存储器；或其上可存储可由至少一个处理器读取的信息或数据的任何其他类型的物理存储器。存储介质可以与市场上可买到的用于制造或生产刀头的3d打印机1006结合使用。可替换地，三维模型可以以流的方式被电子地传输到3d打印机1006，而不永久地存储在3d打印机1006的位置处。在任一种情况下，三维模型构成适用于制造刀头的刀头的数字表示。

三维模型可以以多种已知方式形成。通常，通过将表示刀头的数据1003输入到计算机或处理器1004(例如基于云的软件操作系统)来创建三维模型。然后，数据可以用作表示物理刀头的三维模型。三维模型旨在适用于制造刀头的目的。在示范性实施例中，三维模型适合于通过加成制造技术制造刀头的目的。

在图10所描绘的一个实施例中，数据的输入可以用3d扫描仪1005来实现。方法可以涉及经由接触和数据接收装置接触刀头并且接收来自接触的数据以便生成三维模型。例如，3d扫描仪1005可以是接触型扫描仪。扫描的数据可以被输入到3d建模软件程序中以准备数字数据集。在一个实施例中，接触可以通过使用坐标测量机的直接物理接触而发生，坐标测量机通过使探头与刀头的表面接触来测量刀头的物理结构，以便产生三维模型。在其他实施例中，3d扫描仪1005可以是非接触型扫描器，并且方法可以包括将投影的能量(例如光或超声)引导到要被复制的刀头上并接收反射的能量。通过该反射的能量，计算机将产生用于制造刀头的计算机可读三维模型。在各种实施例中，可以使用多个2d图像来创建三维模型。例如，可以将3d对象的2d切片组合以创建三维模型。替代3d扫描仪，可以使用计算机辅助设计(cad)软件来完成数据的输入。在这种情况下，可以通过使用cad软件生成所披露的刀头的虚拟3d模型来形成三维模型。为了制造刀头，将从cad虚拟3d模型产生三维模型。

用于制造所披露的刀头的添加制造工艺可以涉及诸如塑料、橡胶、金属等的材料。在一些实施例中，可执行另外的工艺以产生成品。所述另外的工艺可以包括例如清洁、硬化、热处理、材料去除和抛光中的一种或多种。除了所述确定的工艺之外或代替所述确定的工艺，可以执行完成成品所必需的其他工艺。

对于本领域的技术人员显而易见的是，可以对所披露的刀头进行各种修改和变化。考虑到说明书，其他实施例对于本领域的技术人员将是清楚明白的。其意图在于，说明书和示例仅被认为是示范性的，真实范围由所附权利要求及其等同物指示。