专利名称：凹形切割头的制作方法
技术领域：
本发明背景本发明涉及用于开挖设备的切割头，特别涉及用于直立槽截煤机、连续采矿机、挖沟机、掘路机、钻孔机和锯床之类开挖设备的可转动凹形切割头。
某些用于开挖设备的现有切割头使用其前端的一整体切割件。此时，只是该整体切割件用作切割头的冲击、切割或粉碎土层之类的有效切割件。切割头前端的摆轮把粉碎或切割下的材料推出其路径。
用于开挖设备的另一种切割头为凹形切割头。典型的凹形切割头有一直径扩大部，该直径扩大部的前端有一凹座。一由硬质合金之类坚硬材料制成的切割件环绕在凹座的外周上而呈圆形或环形。Morrell等人的美国专利No.5,078,219说明了凹形切割头的一例。这类切割头的另一例可见Gale的美国专利No.5,333,938。
该切割头可如Morrell等人的专利所示做成整件环形。一般来说，该切割件用钴钨硬质合金制成，而切割头刀体用钢制成。切割件钎接到钢制切割头刀体上，从而至少在硬质合金切割件的底面与切割头刀体的表面之间有一钎焊接头。
钴钨硬质合金之类的硬质合金的热膨胀系数约为钢的1/2-1/3。由于热膨胀的这一差别，钢制切割头刀体和硬质合金切割件钎焊后冷却时的收缩速度不同，从而在钎焊接头中造成裂缝并且/或者在钎焊接头处造成钎焊应力。
钎焊接头中的裂缝可使切割头通不过质检而成为废品。裂缝或钎焊应力可使凹形切割头的工作寿命缩短。显然不希望发生这两种情况。
切割件也可以做成许多首尾相邻而绕成一圈的弧段。但是人们发现，使用许多弧形切割镶刃与使用具有整体环形切割件的切割头相比较裂缝和钎焊应力不见得减少。在切割件包括许多弧段的那些切割头中，所有相邻切割件的相邻端面之间虽然稍有间隔，但靠得很近。以往的这一间隔距离约为0.020英寸。
在进行钎焊时，钎焊合金流入相邻切割件弧段的相对端面之间而使它们连成一片。每一硬质合金切割件弧段与钢制切割头刀体之间也有钎焊合金。
在钎焊后开始冷却时，相邻切割件弧段的相对端面之间的钎焊接头与切割件弧段与切割头刀体之间的钎焊接头一样固化。但是，此时钢制切割头刀体和切割件弧段仍必须冷却到室温。
当切割头和切割件弧段继续冷却、收缩时，由于钢制切割头刀体与各切割件弧段连成一片，因此与整体切割件一样，钢制切割头刀体与切割件弧段之间的收缩率之差造成钎焊应力或裂缝。
显然可看出，由于钎焊接头把相邻弧段的相对端面连成一片，因此无论是具有许多弧段切割件的凹形切割头还是具有整体环形切割件的凹形切割头，都未能解决钎焊应力和钎焊接头裂缝问题。
因此需要提供一种没有或至少减少钎焊应力和钎焊裂缝的改进的凹形切割头。从而使这种凹形切割头更能通过质检并提高其可靠的使用寿命。
本发明概述本发明的一个目的是提供一种改进的切割头。
本发明的另一个目的是提供一种用于开挖设备的改进的凹形切割头。
本发明的又一个目的是提供一种用于直立槽截煤机、连续采矿机、挖沟机、掘路机、钻孔机和锯床之类开挖设备的改进的凹形切割头，其中，切割头的钎焊应力减小或消失。
在一实施例中，本发明为一可转动切割头，包括一具有相对前后端的切割头刀体及其前端的一开口凹座。在凹座的开口端的周边上有许多切割镶刃钎焊在切割头刀体上。相邻切割镶刃之间的间距足够大而防止在相邻切割镶刃之间形成连续的钎焊接头。
在另一实施例中，本发明为一切割头-刀架组件，包括其中有一孔的一刀架和具有一切割头刀体的一切割头。该切割头刀体包括相对的轴向前后端，其中，切割头刀体的前端中有一凹座，该凹座有一开口端以及环绕该开口的圆周面。该切割头刀体上有一夹持件与刀架的孔啮合而把切割头刀体夹持在刀架上。许多切割镶刃相间距地固定在该圆周面上，相邻切割镶刃之间的间距充分大，以防止相邻切割镶刃之间形成连续的钎焊接头。
在另一实施例中，本发明为一冲击基体的切割头，其中，该切割头包括一具有一冲击端的细长形切割头刀体。该冲击端的周边上有许多连接到切割头刀体的周边上的切割镶刃。各切割镶刃相间距而在两两相邻切割镶刃之间形成一间隙。
附图的简要说明下面为构成本专利申请一部分的附图的简要说明
图1为本发明凹形切割头的一实施例的侧视图，切割头刀体装在刀架上，刀架以局部剖视图示出，以便示出切割头刀体与刀架之间的连接；图2为图1所示切割头刀体的端视图；图3为未示出夹持环的图1实施例的侧视图，切割头刀体的一部分以剖视图示出，以便示出切割镶刃与切割头刀体之间的连接；图3A为切割头刀体的局部放大图，其中的一部分以剖面图示出，以便示出切割镶刃与切割头刀体之间的钎焊接头；图4为图1切割镶刃的立体图；以及图5为用于图1那样的凹形切割头刀体的改型切割镶刃的立体图。
对实施例的详细说明图1-4示出本发明的凹形切割头的一实施例10。凹形切割头10包括三个主要部分，即一切割件12、一切割头刀体14和一夹持环16。
如图1所示，整个切割头刀体14以纵向中心轴线A-A为对称。切割头刀体14有一轴向前端18和一轴向后端20。从下述说明可显然看出，切割头10的前端冲击基体而切割和粉碎基体。因此前端18可看成切割头10的冲击端。切割头刀体14的后端20处有一与之连成一体的圆柱形刀杆22。切割头刀体的前端18处有一与之连成一体的截头圆锥形头24。
圆柱形刀杆22上有一供夹持环16套在其上的环形凹槽26。附图示出了称为圆凹夹环的优选夹持环16。这类夹持环可见Engle等人的美国专利No.3,519,309和Oakes等人的美国专利No.3,752,515。
但应看到，本发明也可使用其他夹持结构。例如本发明可使用所谓的长夹持件，它包括一嵌入在切割头刀体后端处的一可压缩细长形圆柱件。可用于点冲击型刀具的长夹持件可见Greenfield的题为“具有用MN-B合金钢制成的刀体的采矿/建筑刀头”的美国专利No.4,886,710和Stiffler等人的题为“切割头和刀片”的美国专利No.4,911,504。
使用时，把切割头的刀杆插入刀架28之类的孔中而使优选夹持环16的径向向外突起的凸珠30与刀架28圆孔中的环形凹槽32对齐。凹形切割头10即可相对刀架28自由转动。
虽然该实施例示出一可相对刀架28转动的切割头10，但这不应看成本发明只限于可转动切割头。本申请人想到，本发明不但包括可转动切割头，也包括不可转动切割头即不相对其刀架转动的切割头。关于不可转动切割头，该切割头可转位，这就是说，当一切割件磨损时，可把切割头相对该刀架转位到另一位置而使用一未磨损的切割件进行切割。
切割头刀体14在其轴向前端18处最好有一凹座38。凹座38的表面最好界定一直锥。直锥以外的其他几何形状也在本发明范围内。凹座38的开口最好呈圆形并起始于切割头刀体14前端18周边40一径向向里位置。
切割头刀体14在凹座38开口的周边处的周边部最好有一环形槽42。槽42环绕凹座38的开口的周边。槽42包括一横向面44和一纵向面46，它们相交成坡面型槽。横向面44与凹形切割头10的纵轴线A-A垂直。纵向面46与凹形切割头10的纵轴线A-A平行。
虽然坡面型槽是连接切割件12与切割头刀体14的优选方式，但这不应看成对本发明的槽的使用有所限制。本申请人想到，切割件12即各弧形切割件可用钎焊或其他连接方法固定到环绕凹座开口的平面上。各弧形切割件12也可插入在环绕凹座开口的周边部上的孔中。
截头圆锥形头24最好有一圆柱形肩47防止切割头10过分插入刀架的孔中。该肩后方的截头圆锥形表面与刀架的孔嘴49对应而在工作中与之啮合。
本发明并不限于附图所示、以上说明的特定切割头刀体。该切割头刀体可做成其他几何形状，例如，切割头的刀杆的横截面可为方形或非圆柱形而不可转动地插入在方形或非圆柱形的相应孔中。
或者，切割头的刀杆和刀架的孔可以是圆柱形，但切割头仍以可换位、不可转动的方式装在刀架中。这种结构的一个例子是修改切割头的刀杆的后部和刀架的后部而使用Beach等人的题为“具有两档换位能力的挖沟刀具组件”的美国专利N0.5,007,685，也即一不可转动地装在刀杆上的齿形换位环啮合在刀架后部的凹槽中。
在附图所示实施例中，切割件12最好包括都用标号50表示的7个分开的切割镶刃。切割镶刃50最好呈弧形，其圆心角“α”最好约为44°30′。切割镶刃50最好有一平的顶面52、一平的底面54、一弧形的外侧面56、一弧形的内侧面58和两平的相对端面60、62。切割镶刃的两两相邻的表面相交成较尖的角。内侧面58的总尺寸最好小于外侧面56，从而端面52、底面54和两端面60、62向着内侧面58朝里倾斜。
在该实施例中，切割头10上的各切割镶刃50分布成所有切割镶刃50的端面60、62都不与相邻切割镶刃的端面接触。该间隙64的间距使得在相邻切割镶刃50的相对两端连之间不能形成连续的钎焊接头。
实际中，本申请人发现，约为3/16英寸的间隙可满意地防止相邻两切割件50之间形成一钎焊接头。但这不应看成本发明的范围把环绕在切割头前端周边上的切割镶刃之间的间隙限于任何特定的大小。该间隙的主要特征应是足够宽，从而在钢制切割头刀体与切割镶刃之间的钎焊接头固化之前，不会在切割镶刃之间形成和固化连续的钎焊接头。
从图3A可看到，内表面58与槽42的纵向面46之间有一钎焊接头68。每一切割镶刃50的底面54与该槽的横向面44之间有一钎焊接头70。虽然相邻切割镶刃的相邻端面有一些焊料，但这并不是要形成一连续的钎焊接头，在相邻切割镶刃的相对端面之间并不存在这样一种钎焊接头。
切割镶刃50之间的间隙64防止在相邻切割镶刃之间形成钎焊接头。如前所述，这类钎焊接头使得分开的切割镶刃50连成一片而与整体环形切割件一样产生钎焊应力和钎焊裂缝。间隙64还吸收了钢与硬质合金之间的热膨胀系数的差而减小或消除钎焊接头中的钎焊应力和裂缝。钎焊应力和裂缝的减小或消除提高了切割头的整体性。
图5示出另一种切割镶刃80。切割镶刃80总的呈弧形，其圆心角与切割镶刃50相同。切割镶刃80最好有一平的顶面82、一平的底面84、一弧形的外侧面86、一弧形的内侧面88和两平的相对端面90、92。切割镶刃80的两两相邻的表面相交处最好做成圆角。
切割镶刃80与切割镶刃50一样放置在切割头10的槽42中。各切割镶刃80之间的间距与切割镶刃50相同。
虽然可使用其他硬质材料，但用于切割镶刃50和80的硬质合金的组成最好为约90.5重量百分比的大颗粒碳化钨和9.5重量百分比的钴。
虽然可使用其他焊料合金，但用于切割头10的焊料合金最好为下列组成的银基焊料合金约50重量百分比的银、约20重量百分比的铜、约28重量百分比的锌和约2重量百分比的镍。优选焊料合金的固线温度约为1220℃，液线温度约为1305℃。这种焊料合金可见美国焊接协会(A5.8)的规格BAg-4 A-50N。Handy&Harman公司以牌号Braze销售该优选焊料合金。
本专利申请所提及的所有专利和文件都通过引用而结合于本申请中。
本领域的技术人员从上面所公开的本发明说明书或实施中显然可看出本发明的其他实施例。上述说明书和实施例应看成仅仅是例示性的，本发明的真正范围和精神由后附权利要求书示出。
权利要求
1，一种可转动切割头，它包括一具有相对前后端的切割头刀体，该切割头刀体的前端有一凹座，该凹座有一开口端；许多利用钎焊固定在凹座的开口端的周边上的切割镶刃；以及相邻切割镶刃间隔设置，以使其间的间隙足够大，以防止在相邻切割镶刃之间形成连续的钎焊接头。
2，按权利要求1所述的可转动切割头，其中，切割头刀体在凹座开口端的周边上有一槽，该槽界定一纵向面和一横向面，每一切割镶刃都与纵向面和横向面形成一钎焊接头。
3，按权利要求2所述的可转动切割头，其中，每一切割镶刃有一顶面、一底面、一外侧面、一内侧面和两相对端面，每一切割镶刃在该槽中固定成任何两相邻切割镶刃的端面均不接触；并且每一切割镶刃的底面与该槽的横向面形成一钎焊接头，而每一切割镶刃的内侧面与该槽的纵向面形成一钎焊接头。
4，按权利要求1所述的可转动切割头，包括7个切割镶刃，所有切割镶刃都呈弧形。
5，按权利要求4所述的可转动切割头，其中，每一个切割镶刃的圆心角为约44度30分。
6，按权利要求1所述的可转动切割头，其中，每一切割镶刃都用钴钨硬质合金制成，而切割头刀体用钢制成。
7，按权利要求6所述的可转动切割头，其中，该钴钨硬质合金包括约90.5重量百分比的碳化钨和约9.5重量百分比的钴。
8，按权利要求1所述的可转动切割头，其中，焊料合金包括约50重量百分比的银、约20重量百分比的铜、约28重量百分比的锌和约2重量百分比的镍。
9，按权利要求1所述的可转动切割头，其中，该切割头刀体在其后端有一圆柱形刀杆，该刀杆上有一凹槽，一夹持环套在该刀杆的该凹槽中。
10，一种切割头-刀架组件，它包括其中有一孔的一刀架；具有一切割头刀体的一切割头，该切割头刀体包括相对的轴向前后端，切割头刀体的前端中有一凹座，该凹座有一开口端，该切割头刀体有一环绕该开口端的圆周面；该切割头刀体上有一夹持件与刀架的孔啮合而把切割头刀体夹持在刀架上；以及许多切割镶刃，它们相间距地固定在该圆周面上，从而两两相邻切割镶刃之间均有一间隙，所有间隙均足够大，以防止在相邻切割镶刃之间形成连续的钎焊接头。
11，按权利要求10所述的切割头-刀架组件，其中，切割头刀体在凹座开口端的周边上有一槽，该槽界定一纵向面和一横向面，每一切割镶刃都与纵向面和横向面形成一钎焊接头。
12，按权利要求11所述的切割头-刀架组件，其中，每一切割镶刃有一顶面、一底面、一外侧面、一内侧面和两相对端面，每一切割镶刃在该槽中固定成任何两相邻切割镶刃的端面均不接触；并且每一切割镶刃的底面与该槽的横向面形成一钎焊接头，而每一切割镶刃的内侧面与该槽的纵向面形成一钎焊接头。
13，按权利要求10所述的切割头-刀架组件，其中，切割头可相对刀架转动。
14，一种用来冲击基体的切割头，该切割头包括其上有一冲击端的细长形切割头刀体，该冲击端有一圆周部，许多切割镶刃连接到切割头刀体的该圆周部上，各切割镶刃相间距而在两两相邻切割镶刃之间形成一间隙。
15，按权利要求14所述的切割头，其中，该切割头刀体的冲击端上有一空腔，该空腔有一由该圆周部界定的开口端。
16，按权利要求15所述的切割头，其中，该空腔呈下凹形。
17，按权利要求14所述的切割头，其中，该圆周部包括一与切割头刀体的纵轴线垂直的横向面，各切割镶刃连接在该横向面上。
18，按权利要求17所述的切割头，其中，各切割镶刃钎接在该横向面上，所有相邻切割镶刃之间的间隙足够大以防止在相邻的切割镶刃之间形成连续的钎焊接头。
19，按权利要求17所述的切割头，其中，该圆周部还包括一与切割头刀体的纵轴线平行的纵向面，各切割镶刃连接在该纵向面上。
20，按权利要求19所述的切割头，其中，各切割镶刃钎接在该纵向面上，所有相邻切割镶刃之间的间隙足够大，以防止把相邻的切割镶刃之间形成连续的钎焊接头。
全文摘要
一种凹形切割头，包括一切割头刀体，该切割头刀体的前端有一凹座。许多切割镶刃钎焊在该切割头刀体的凹座开口端的周边上。这些切割镶刃相间距，使其间的间隙足够大，以防止在任何相邻的切割镶刃之间形成连续的钎焊接头。
文档编号E21B10/50GK1160431SQ95195657
公开日1997年9月24日 申请日期1995年8月1日 优先权日1994年10月14日
发明者韦恩·H·比奇 申请人:钴碳化钨硬质合金公司