具有切削刀片和垫板的可旋转切削工具的制作方法

本发明涉及一种可旋转切削工具，其可用于冲击地层，诸如沥青路面材料、煤矿床、矿物地层等。更具体地讲，本发明涉及一种具有切削刀头和垫板的可旋转切削工具，所述垫板可用于冲击地层时减少在加工操作期间传输至切削工具的应力和力，从而改善可旋转切削工具的性能特性。

背景技术：

可旋转切削工具已经应用于冲击地层，诸如沥青路面材料或含矿或含煤地层等。一般来讲，这些可旋转切削工具具有通常由钢制成的细长切削工具主体和在其轴向向前端部附连到切削工具主体的硬质尖端(或切削刀片)。硬质尖端通常由硬质材料诸如烧结碳化(钴)钨制成。可旋转切削工具被可旋转地保留或保持在刀架的孔中，或者替代地被保持在套管的孔中，该套管又被保持在刀架的孔中。

刀架附连至从动构件，诸如路面刨削机的从动滚筒。在一些设计中，从动构件(例如，滚筒)承载数百个刀架，其中每个刀架承载一个可旋转切削工具。因此，从动构件可承载数百个可旋转切削工具。以这样的方式驱动(例如，旋转)从动构件，使得每个可旋转切削工具的硬质尖端冲击或撞击地层(例如，沥青路面材料)，从而使该材料被压裂并破碎成碎屑。

可以理解的是，在操作期间，可旋转切削工具和切削刀片通常在磨蚀和腐蚀环境中经受各种极端的切削力和应力。切削刀片的整体总长度，特别是切削刀片从切削工具的轴向向前端部延伸的长度决定了在操作过程中传输至切削工具的力和应力的量。换句话讲，切削刀片从切削工具延伸的越多，产生的力和应力将越大，这可导致工具失效。

技术实现要素：

本发明通过提供至少部分地接纳在垫板的套筒中的切削刀片，解决了将过大的力和应力传输到切削工具的问题，其中与常规切削刀片相比，该切削刀片相对较大百分比的部分被接纳在垫板的套筒中。

在本发明的一个方面，一种可旋转切削工具包括具有轴向向前端部和轴向向后端部的切削工具主体。头部在轴向向前端部的轴向向后，套环部分在头部的轴向向后，并且柄部部分在套环部分的轴向向后并在轴向向后端部的轴向向前。垫板至少部分地被接纳在头部中。垫板包括以半径r1形成的凸状头部、套环部分和锥形柄部部分。凸状头部包括形成有侧壁、底壁和半径接合部的套筒，该半径接合部以半径r2形成并在在侧壁和底壁之间延伸。切削刀片至少部分地被接纳在垫板的套筒中。切削刀片包括凸状锥形头部、套环部分和轴向向后部分。轴向向后部分包括靠近套环部分的向前圆柱形节段、以半径r5形成的半径接合部，以及向后节段，其中约百分之六十至约百分之九十的切削刀片被接纳在垫板的套筒中，从而减少在加工操作期间传输到切削工具的力和应力。

在本发明的另一方面，一种切削刀片(18)包括具有长度l1的凸状锥形头部、长度l2的套环部分和长度l3的轴向向后部分。轴向向后部分包括靠近套环部分的向前圆柱形节段、以半径r5形成的半径接合部和向后节段，其中套环部分的长度l2和轴向向后部分的长度l3为头部的长度l1的约百分之六十(60％)和约百分之九十(90％)之间。

附图说明

虽然示出了本发明的各种实施例，但是示出的具体实施例不应被解释为限制权利要求。预期可以在不脱离本发明范围的情况下进行各种变化和修改。

图1是根据本发明的实施例的具有切削刀片和垫块的旋转切削工具的侧视图；

图2是沿图1的线2-2截取的旋转切削工具的切削刀片、垫板和头部的剖视图；

图3是根据本发明实施例的垫板的侧视图；

图4是图3的垫板的仰视图；

图5是沿图3的线5-5截取的垫板的剖视图；

图6是垫板的锥形柄部部分的凹坑的放大剖视图；

图7是垫板的锥形柄部部分的凹坑的放大视图。

图8是根据本发明的实施例的切削刀片的侧视图。

图9是图8的切削刀片的俯视图；

图10为沿图8的线10-10截取的切削刀片的剖视图；以及

图11是根据本发明的替代实施例的具有凹坑的切削刀片的侧视图。

具体实施方式

参见附图，其中类似的附图标记表示类似的元件，在图1和图2中大致示出了根据本发明的一个方面的可旋转切削工具10。可旋转切削工具10包括细长的切削工具主体，通常指定为12。切削工具主体12通常由钢(诸如，mn-b钢合金)等制成。切削工具主体12具有轴向向前端部14和轴向向后端部16。将硬质尖端或切削刀片18(诸如，通过硬钎焊等)附连至切削工具主体12的轴向向前端部14中的套筒20中。

切削工具主体12分为三个主要部分；即头部22、套环部分24和柄部部分26。最轴向向前的部分是头部22，其从轴向向前端部14开始并沿纵向轴线x-x以轴向向后方向延伸。中间部分是套环部分24，其从与头部22的接合处开始并沿纵向轴线x-x以轴向向后方向延伸。套环部分24包括锥形颈部节段28，然后是圆柱形套环节段30。

最轴向向后的部分是柄部部分26，其从与套环部分24的接合处开始并沿纵向轴线x-x以轴向向后方向延伸。柄部部分26包括向前圆柱形尾部节段32、然后是中间节段34、然后是保持器凹槽36、然后是向后圆柱形尾部节段38，并终止于倾斜节段40。如本领域技术人员所知，柄部部分26是切削工具主体22的承载保持器42的部分。保持器42将可旋转切削工具10可旋转地保持在刀架(未示出)的孔中或由刀架承载的套管的孔中。

仍然参见图1和图2，头部22包括附连至套环部分24的基座部分44。如图1和图2所示，头部22的基座部分44形成为具有一个凹座，通常以48示出。在一个方面，凹座48沿轴线x-x从基座部分44的轴向向前端部50向后朝向套环部分24延伸。

垫板46至少部分地被接纳在基座部分44的凹座48中。垫板46由合适的材料诸如烧结金属碳化物材料制成，所述材料包含的钴浓度为约1重量％至40重量％，优选地5重量％至10重量％。在本发明的一个方面，切削刀片18附连至垫板46上。

现在参见图3至图7，示出了根据本发明的实施例的垫板46。垫板46具有轴向向前端部52和轴向向后端部54。垫板46分为三个主要部分；即凸状头部56、套环部分58和终止于倾斜节段62的锥形柄部部分60。最轴向向前的部分是凸状头部56，其从轴向向前端部52开始并沿纵向轴线y-y以轴向向后方向延伸。在一个实施例中，凸状头部56以约0.54英寸(13.8mm)的半径r1形成。中间部分是套环部分58，其从与头部56的接合处开始并沿纵向轴线y-y以轴向向后方向延伸到锥形柄部部分60。在一个实施例中，锥形柄部部分60靠近套环部分58的部分形成为具有相对于纵向轴线y-y的约三十五(35)度的角度a1。

如图5所示，垫板46的凸状头部56包括用于接纳切削刀片18的套筒20。套筒20形成为具有基本上平坦的侧壁20a、基本上平坦的底壁20b，以及在侧壁20a和底壁20b之间延伸的半径接合部20c。在一个实施例中，半径接合部20c形成为具有约0.157英寸(4.00mm)的半径r2。

现在参见图3和图4，在将垫板46初始安装在头部22的凹座48中时，将其活动连接至基座部分44。该活动连接由形成在锥形柄部部分60中的多个凹坑64提供，所述锥形柄部部分与头部22的基座部分44的凹座48接合。如图4所示，凹坑64位于围绕锥形柄部部分60的两个圆周排中，每排具有六(6)个以约六十(60)度的角度a2等距间隔的凹坑64，使得一排中的凹坑64与另一排中的凹坑64周向间隔约三十(30)度的角度a3。

如图6和图7所示，每个凹坑64基本上相同，并且具有约0.015英寸(0.37mm)的高度h和约0.093英寸(2.36mm)的宽度w的半球形形状。垫板46定位在凹座48内的所需位置之后，再通过硬钎焊等固定地附接至凹座48上。在一个实施例中，垫板46通过硬钎焊在形成在每个凹坑64和套环部分58之间的位置66处附连至凹座48，如图6所示。应当理解的是，可根据本发明的范围提供用于将垫板46固定地附接至基座部分44的其他手段。

现在参见图8至图10，示出了根据本发明的实施例的硬质尖端或切削刀片18。硬质尖端或切削刀片18具有轴向向前端部68和轴向向后端部70。切削刀片18分为三个主要部分；即凸状锥形头部72、套环部分74以及终止于倾斜节段62的轴向向后部分76。最轴向向前的部分是凸状头部72，其从轴向向前端部68开始并沿纵向轴线z-z以轴向向后方向延伸。中间部分是套环部分74，其从与头部72的接合处开始并沿纵向轴线z-z以轴向向后方向延伸到轴向向后部分76。

如图8所示，轴向向后部分76包括三个节段：靠近套环部分74的前向圆柱形节段84、以半径r5形成的半径接合部86和基本上平坦的向后节段88。在一个实施例中，半径r5在约0.14英寸(3.556mm)至约0.18英寸(4.572mm)之间。例如，半径r5可以为约0.157英寸(4.00mm)。应注意，切削刀片18的半径接合部86的半径r5约等于套筒20的半径接合部20c的半径r2。基本上平坦的向后节段88具有约在约0.21英寸(5.334mm)至约0.41英寸(10.414mm)之间的宽度w1。例如，基本上平坦的向后节段88可具有约0.31英寸(7.88mm)的宽度w1。在基本上平坦的向后节段88为圆形的情况下，宽度w1基本上等于向后节段88的直径。应注意，平面向后节段88的几何形状基本上适形于套筒20的底壁20b的几何形状。

在所示实施例中，向后节段88基本上是平坦的。然而，应当理解，本发明不受向后节段88是平坦的的限制，并且本发明可使用任何所需几何形状(诸如，锥形、非平面等)来实现，只要向后节段88的几何形状大致适形于垫板46的套筒20的底壁20b的几何形状。

切削刀片18包括结合到烧结金属碳化物基底80的超硬材料78。超硬材料可通过高温高压工艺结合到基底上。超硬材料78可包括金刚石、多晶金刚石(pcd)、天然金刚石、合成金刚石、气相沉积金刚石、硅粘结金刚石、钴粘结金刚石、热稳定金刚石、粘结剂浓度为1重量％至40重量％的多晶金刚石、熔渗金刚石、分层金刚石、单片金刚石、抛光金刚石、粗金刚石、细金刚石、立方氮化硼、金刚石熔渗基质、金刚石熔渗碳化物、非金属催化金刚石或其组合。超硬材料78可具有至少0.100英寸(2.54mm)的厚度。如图10所示，超硬材料78仅结合到切削刀片18的头部72和套环部分74。

在所示实施例中，切削刀片18的头部72具有基本上尖的几何形状，其中顶端82具有在约0.050英寸(1.27mm)至约0.125英寸(3.175mm)之间的半径r3。例如，顶端82可具有约0.090英寸(2.40mm)的半径r3。头部72还以在约0.25英寸(6.35mm)至大约0.75英寸(19.05mm)之间的半径r4形成。例如，头部72可以约0.50英寸(12.7mm)的半径r4形成。

如图8所示，头部72可具有在约0.30英寸(76.2mm)至约0.35英寸(88.9mm)之间的长度l1。例如，头部72可具有约0.325英寸(8.27mm)的长度l1。套环部分74具有在约0.03英寸(0.762mm)至约0.045英寸(1.143mm)之间的长度l2。例如，套环部分74可具有约0.038英寸(0.95mm)的长度。轴向向后部分76可具有在约0.22英寸(5.588mm)至约0.26英寸(6.604mm)之间的长度l3。即，轴向向后部分76的长度l3可在头部72的长度l1的约百分之六十(60％)和约百分之九十(90％)之间。在一个实施例中，长度l3是头部72的长度l1的约百分之七十五(75％)。例如，轴向向后部分76可具有约0.24英寸(6.10mm)的长度l3。因此，切削刀片18可具有在约0.55英寸(13.97mm)和约0.655英寸(16.637mm)之间的整体总长度l4。例如，切削刀片18的整体总长度l4为约0.603英寸(15.32mm)。

现在参见图11，示出了根据本发明的替代实施例的切削刀片18。在该实施例中，切削刀片18基本上与图8至图10所示的切削刀片18相同，不同之处在于图11所示的切削刀片18包括在轴向向后部分76上的凹坑64。切削刀片18上的凹坑64可与垫板46上的凹坑64基本上相同，并且在形成在每个凹坑64和套环部分74之间的位置66处通过硬钎焊将切削刀片18附连至垫板46上时也起到相同的作用。

如上所述，切削刀片18通过硬钎焊等附连至垫板46的套筒20上。由于切削刀片18的几何形状大致符合垫板46的套筒20的几何形状，因此切削刀片18以约0.005英寸(0.13mm)的公差附连至套筒20的侧壁20a，并以约0.003英寸(0.08mm)的公差附连至套筒20的底壁20b。然而，应当理解，切削刀片18的几何形状可根据具体应用而变化，只要套环部分74和轴向向后部分76适形于垫板46的套筒20的几何形状即可。例如，套筒20的底壁20b和切削刀片18的向后节段88可以是非平面的、锥形的等。

如图2所示，切削刀片18的套环部分74和轴向向后部分76设置在垫板46的套筒20内。换句话讲，只有切削刀片18的头部72从垫板46的轴向向前端部52延伸出来。因此，切削刀片18约百分之六十(60％)和约百分之九十(90％)之间的部分被接纳在垫板46的套筒20中。因此，切削刀片18的几何形状与垫板46的套筒20的适形几何形状，使得相对较大百分比的切削刀片18被接纳在垫板的套筒20中，从而与柄部从切削工具的轴向向前端部延伸出来较大距离的常规切削刀头相比，更有效地减少了在加工操作期间传输到切削工具10的力和应力，并且减少了工具失效。

本文所提到的专利和出版物据此以引用方式并入。

虽然当前已描述了优选实施例，但本发明在所附权利要求书的范围内可以其他方式体现。