专利名称：刀具与刀头的制作方法
技术领域：
本发明涉及耐磨刀头的设计与采用这种刀头的刀具。具体地说，本发明涉及具有硬质合金的刀头，供施工与开挖应用。
在施工与开挖应用中，业已采用过各式样的刀具设计。一般，这类刀具都用烧结的碳化钨-钴嵌入件为刀尖，后者是焊接到刀具的钢针或钢体上的。
于上述应用中，用到过旋转的和不旋转的刀具。在早期的旋转的刀具之一种设计中涉及到一种硬质合金刀头，它具有带凹座的环状后表面，两钢钎的前端即焊合于此。钢钎的前端有一带朝前突起部的前表面，而此突起部即部分地伸入其中(即凹座的深度大于此前突起部的高度)。于是，钢钎与硬质合金刀头间的焊点在上述钢质突起部的前端处最厚，而在此硬质合金部与钢质部的相对环形表面处最薄。虽则具有前述设计的旋转刀具业已大规模生产，但这种刀头的硬质合金在使用中却易于破裂。
上述设计已为这样一些旋转的刀具设计所取代，在后者之中，硬质合金部的后面取平面形式或是具有一种所谓的阀座设计，但其中位何一种都是焊合到钢质部分前端之凹座中的(例如参看美国专利4497520与4216832号与西德专利2846744号)。
在硬质合金后面利用到凹座的刀具设计例子已示明于南非专利82/9343号、苏联发明人证书402655号、公开的瑞典专利申请8400269-0号与美国专利4547020号。
根据本发明，提供了一种改进的硬质合金刀头用于刀具的前端。此种刀头可绕其纵轴对称地旋转且有一接地的外部与一安装部。安装部有一环状的朝后凸面，在此环形面的内部与前向则有位于径向上的第二面，由此而在刀头的后面构成一凹座。上述凸面广延至刀头的接地部分，而最好是还延伸到上述的第二面。此刀头最好带有一使之能绕焊接入该凹座中之钢质突起部基本定心的装置。这一定心装置最好取从刀头的凸环形表面沿径向朝内的凹坑形式。
本发明还提供了一种刀具，它有连接到黑色金属体一端的硬质合金刀头。此种硬质合金刀头有一接地的外部与一安装部。安装部有一环状的朝后且面向上述黑色金属体前端的凸面，此凸面在径向上朝内渐缩并从与刀头的接地外部会合处向前伸延。此安装部还包括一沿径向位于上述环形面内朝后的第二面。用一黄铜接头将此朝向后方的第二面与环形的向后面接合到黑色属体的前端。此黄铜接头与第二朝内面相邻处的平均厚度小于它与环形朝内面相邻处的平均厚度。
下面将结合本发明的详细说明简单地描述附图，考察这些附图就会对本发明的上述情况和其它情况获得更清晰的理解。
图1是本发明之刀具部分横剖面的平面图，此刀具焊接有同样是依据本发明的一最佳实施例的硬质合金刀头。
图2是图1中以横剖面所示钎焊接头的放大图。
图3是本发明之刀头一实施例以部分剖面所示的平面图。
图4示明了图3中给出之刀头平面图的一半。
图1中所示为一可旋转刀具1的最佳实施例，它有一烧结的碳化钨-钴刀头3，后者由一钎焊接头3连接到一黑色金属(这里是钢)体5。钢体5沿着且最好是旋转对称地绕着一纵轴X-X，在钢体5的前端9与后端11之间延伸。钢体5的后端11可由一弹性的导圈13松驰地保持于其上，以可松脱的方式使钻头可旋转地保持于一常规施工机械或开挖机(未示明)的装配部件的孔内。适用于本发明上述这种和其它类型的弹性导圈或类似装置在美国专利3519309与4201421中均描述到。
黑色金属体5的前端9有第一环状前面15，在它朝前延伸时沿径向内缩，且最好在剖面上呈凸状，并绕纵轴旋转对称。面15的前端处或其邻近处有第二前面17，它最好处在垂直该纵轴的平面内。前面15与17两者构成一实际上可置纳于刀头上一凹坑内的突起部19。内外部所有尖锐畸角最好去掉或代之以圆角。
突起部19的高度H最好大于烧结的碳化钨-钴刀头3中一般为互补形状的凹座21之深度D，使其当突起部19焊合到凹座21中时，最终焊合接头的厚度在第二前面17相邻处将小于在环状前面15的相邻处。
在图2中，将上述情况表示得更为清楚。此烧结的碳化物刀头3有一面向前述钢体前端9的环形凸面23，更确切地说，是面向钢体上的环状前凹面15。位于环状后面23的径向内部与前方的是一第二后面25。由面23与25界定的凹座21的深度D最好小于高度H。上述凹座与突起部取这样的尺寸，当没有钎焊合金时，刀头可座落在钢体的面17上而不触及钢体的面15。
这样就形成了硬焊接头7，它在刀头环状后面23与钢体环状前面15之间的平均厚度下，大于此刀头后表面25与黑色金属体前向表面17间的平均厚度T2。厚度T1最好在约0.008至0.024英寸间，且更好是在约0.010至0.016英寸间。厚度T2最好是在约0.001至0.006英寸间，更好是在约0.002至0.004英寸间。T1以至少为T2的2倍为宜，而更好是T2的三倍。为了使硬焊接头的厚度T1在突起部表面15的周围基本上保持一致，最好是将一定心装置设在刀头凹座的向内渐缩表面23与该突起部的渐缩表面15之间。此定心装置最好是刀头的一部分，且最好取沿径向朝内从刀头向内渐缩面23延伸的凹座27形式，并沿周向在此表面上分布。最好有三个相互成120°的凹座27。
凹座27的尺寸应该是，当它们用来使硬焊接头的厚度T1保持到基本一致时，它们不会大到去干扰保持T2小于T1的要求。在表面23上方具有约0.005至0.008英寸高度的球形凹座适用于上述目的。假定T2与T1间存在上述关系，则可以肯定前述刀头在使用中的破裂可能将减到最小限度，而能在刀头与钢体间提供一种坚实而长寿命的接头，从而使刀头的损耗降至最低。
在上述最佳实施例中，深度D可从一平面起开始计算，此平面由表面23的最后面边缘界定，该边缘在此平面与柱面65相交处。为了能一致地相配合，前述钢质的突起部之高度H应从这样一个平面起算，后者由表面15与刀头表面65的外径
相交处界定(参看图3)。
最好采用高温硬焊材料将刀头焊合到黑色金属体上，使此硬焊接头在宽广的温度范围保持其强度。最好的硬焊材料有Hi-temp548，Trimet549、080-5655等商品牌号。最合适的是548与549硬焊料。HandyHi-temp-548合金的组成(重量百分数)为Cu55±1.0，Ni6±0.5，Mn4±0.5，Si0.15±0.05，其余为锌而全部的最大杂质总量为0.50。HandyHi-temp-Trimet549则是在铜的两侧覆以1-2-1比的HandyHi-temp包层。有关HandyHi-temp548与Trimet549更详细的知识，可参阅HandyHarman技术数据表D-74号。上述的硬焊合金为HandyHarman公司(859ThirdAvenue，NewYork，NY10022)生产与销售，HandyHi-temp与Trimet则是HandyHarman公司的注册商标。
合用的硬焊接头可按下法取得，采用加工成杯状的铜焊蝶，以之装配入刀头凹座与黑色金属体突起部之间，然后应用常规的高频钎焊技术，这里除将刀头焊接到钢体上外，还使钢体淬硬，而用作可旋转刀具体的钢则可以是任何一种标准钢。经上述钎焊与淬硬工序后，此钢体即增强到一硬度RockweelC40-45。此硬质合金刀具可取通常用于施工与开挖目的任何标准的碳化钨-钴组成。例如，用作回收历青的可旋转的刀具时，合乎要求的一种标准级的碳化钨按重量百分组成约含5.7的钴，其RockwellA硬度约为88.2。
刀头的接地面可取此项工艺中从前所用的任何传统尺寸与形状。但是，理想的一种结构则如图1-4所示。在所示的结构中，此种接地面的前端有一半径为RT的球形45，接到一平截头园锥体的表面50上，后者从离开旋转对称轴X-X的方向上渐缩并且是以一角度AT朝后延伸，在距45前端La处构成一最大直径DT。接到此平截头锥面50上的为一钟形部55。后者带一接地的凹面60，其后端则结合有一直径一致的保护面65。凹面60是由一列凹面60A、60B与60C组成，各有不同的曲率半径，这些半径顺着钻尖的长向朝后而递减(即60A 60B 60C)。虽然可以采用任何个数的半径RN或任意多段弧AN，但最好采用不少于三个这样的半径(或弧)来构成平滑的连续表面60，这里记作为R1、R2与R3和A1、A2与A3。凹面60的后端连接着圆柱面65，它的直径R2最好不仅要大于DF，而且其大小要足以完全地或至少是基本上能盖住刀头所钎焊到的钢体的整个前表面(即应大于此前面直径的98%)。这样，通过此种硬质合金的刀头，就为钢钎体的前端提供了最大限度的抗磨保护，由此便降低了钢钎体的前端9的磨损率。
采用了如图所示的有不等曲率半径的凹面60后，就能制造出这样的刀头，它有增大了的长度LI，同时在使用之际确保有最大强度和能使应力基本上均匀分布，从而在使用中也就使刀头的破裂情形减到最小限度。
可以选择凹座的内径
及其外形，以给出基本上均匀的壁厚TW，特别是在凹部60区域中的壁厚。例如，凸面23可与接地面60C同心以使柱面65的壁厚均匀且使长度L2最大。另一方面，又可在表面23与60C向前延伸时使它们扩展，便靠近凹座21前端处有最大壁厚。凹座前端处的平圆面25则为钎焊至钢体突起部前表面上提供了大的面积。这种结构，加上在此部位上薄的硬焊接头厚度，保证了在使用中加到刀头上的最大负荷是压缩的而非拉伸的。申请人确信为可以接受的尺寸例子列出在表Ⅰ中。应用这些尺寸应结合前面提供的尺寸。
表Ⅰ刀头的典型尺寸标号半径(英寸)直径(英寸)角度(度)长度或厚度(英寸)R11.179R21.047R30.363RM0.485A13.708A211.630A353.672RT0.125AT50L10.765L20.184L30.248TW0.122DF0.425
0.285
0.750
上面所援引的所有专利与文件，它们的内容已综合于此作为参考。
正如一般熟悉本工艺的人周知，在前述的硬质合金刀头上的所述各种表面的接合部上，是可以根据具体情况设置圆角、侧角和/或压制出的平面部位的，用以对此结构件进行制造和/或为之提供附加的强度。
研讨上述说明书或实施这里所公布的发明内容后，那些熟悉本工艺的人将能了解到本发明的其它实施例。以上所作说明和所举实例只应视作为示范，而本发明真实范围与精神则由后附权利要求书指出。
权利要求
1.一种刀具，它包括具有纵轴与前端的一种黑色金属体；硬质合金刀头，此刀头则有一接地的外部；一环状的后面，它面向上述黑色金属体的前端，并在从一与该接地的外部相会合处向前延伸同时沿径向朝内渐缩；在上述环状面内沿径向有一后面；同时有一硬焊接头，它将上述后面与所说环状的后面接合到该黑色金属体的前端；而其中述及的硬焊接头在此后面邻近处有一平均厚度，它小于此硬焊接头在前述环状后面相邻处的平均厚度。
2.一种刀头，它包括具有纵轴与前端的一种黑色金属体;硬质合金刀头，此刀头则有一接地的外部;一环状的后面，它面向上述黑色金属体的前端，并在从一与该接地的外部相会合处向前延伸同时沿径向朝内渐缩;在上述环状面内沿径向有一后面，同时有一硬焊接头，它将上述后面与所说环状的后面接合到该黑色金属体的前端;而其中述及的硬焊接头在此后向面邻近处有一平均厚度，它小于此硬焊接头在前述环状后面相邻处的平均厚度。
3.一种刀具，它包括具有纵轴与前端的一种黑色金属体，硬质合金刀头，此刀头则有一接地的外部;一环状的后面，它面向上述黑色金属体的前端，并在从一与该接地的外部相会合处向前延伸同时沿径向朝内渐缩，上述接合部界定一垂直于上述纵轴的平面，-第二后面，它位于前述环状后面之内和所说平面之前的距离D处;而所说的第二后面与环状后面则硬焊接到前述钢体的前端上。
4.如权利要求1所述的刀具，其中述及之环状后面呈凸形。
5.如权利要求2所述的刀具，其中述及之环状后面呈凸形。
6.如权利要求3所述的刀具，其中所说的环状后面呈凸形。
7.如权利要求4所述的刀具，其中所说的接地部分上有一凹面，它沿一与前述环状后面基本上相对的方向上沿径向朝外。
8.如权利要求5所述的刀具，其中所说的接地部分上有一凹面，它沿一与前述环状后面基本上相对的方向上沿径向朝外。
9.如权利要求6所述的刀具，其中所说的接地部分上有一凹面，它沿一与前述环状后面基本上相对的方向上沿径向朝外。
10.如权利要求4所述的刀具，其中所说的接地部分上有一凹面，而此凹面与所说环状后面同心。
11.如权利要求5所述的刀具，其中所说的接地部分上有一凹面，而此凹面与所说环状后面同心。
12.如权利要求6所述的刀具，其中所说接地部分上有一凹面，而此凹面与所说环状后面同心。
13.刀具用的一种硬质合金刀头，它包括一接地部分，它有一前端与后端并绕一纵轴对称旋转;用来接附到一刀具柄上的安装部分;所说接地部分有一沿径向朝外的凹面;所说安装部分有一沿径向朝内的凸面并连接地部分延伸。
14.如权利要求13所述的硬质合金刀头，其中所说的凹面与所说的凸面同心。
15.如权利要求13所述的硬质合金刀头，其中所说的接地部分包括一沿径向朝外的圆柱面，上面则连接着前述的凹面与凸面。
16.如权利要求15所述的硬质合金刀头，其中所说的凹面与所说的凸面同心。
17.如权利要求13所述的硬质合金刀头，其中述及的安装部分还包括沿径向在所述凹面内且与之相邻的一后面。
18.如权利要求13所述的硬质合金刀头，其中所说的后面是平面且位于上述凸面之前。
19.如权利要求13所述的硬质合金刀头，其中述及的凸面上有凹坑。
20.如权利要求19所述的硬质合金刀头，其中述及的凹坑包括第一凹坑、第二凹坑与第三凹坑，这些凹坑围绕前述纵轴于圆周上两两分隔120°。
21.如权利要求13所述的硬质合金刀头，其中所说的凸面有一第一曲率半径，所说的凹面有一第二曲率半径，而此第一曲率半径大于第二曲率半径。
全文摘要
一种硬质合金刀头，上面设有用来安装到一刀具钢柄上的凹座。此凹座有一环形凸面，从该刀头上接地部沿径向朝内和向前延伸。此凸面则焊接到一钢柄上的前端以形成一刀具。
文档编号E21C35/183GK1040846SQ8910492
公开日1990年3月28日 申请日期1989年7月20日 优先权日1988年7月20日
发明者史蒂芬·P·斯蒂弗尔, 微尼·H·比奇, 卓尼·J·皮里兹 申请人:克尼曼托公司