DE3515382A1 - Drilling and excavating tools with embedded hard-material grains - Google Patents

Abstract

Drilling and excavating tools, in particular drill bits and excavator teeth (5), the tip and side regions (45; 43, 44) of which contain hard-material grains throughout. From a metal block doped in one zone with hard-material grains, the tip and side region (45; 43; 44) are in each case formed, by hot-pressing or hot-rolling, in such a manner that the doped zone surrounds the tough undoped inner region (46). The excavator tooth (5) is connected to the support body (51) preferably by a butt weld (52). <IMAGE>

Description

Beschreibung description

Die Erfindung betrifft Bohr- und Baggerwerkzeuge, deren Spitze oder Schneide Hartstoff enthalten.The invention relates to drilling and dredging tools, their tip or Hard material included.

Es ist bekannt Bohrkronen, Baggerzähne, Bohrmeißel u.ä. im Bereich der Spitze mit einem Hartmetalleinsatz zu versehen. Dies hat den Nachteil, daß das Material um den Einsatz herum im Betrieb in hartem Gestein relativ stark abgenutzt wird, wodurch die Haltbarkeit begrenzt ist, wenn das Hartmetall sich löst. It is known drill bits, excavator teeth, drill bits and the like. in the area to provide the tip with a hard metal insert. This has the disadvantage that the Material around the insert worn relatively heavily during operation in hard rock which limits the durability if the cemented carbide loosens.

Es ist weiterhin aus der Stammanmeldung P 3339 118.1 bekannt, Metallblöcke mit zonenweise eingelagerten Hartstoffkörnern herzustellen, die warm verformbar und schweißbar sind. It is also known from the parent application P 3339 118.1, metal blocks to produce with zone-wise embedded hard material grains that are hot-deformable and are weldable.

Es ist Aufgabe der Erfindung Bohr- und Baggerwerkzeuge zu offenbaren, die eine wesentlich höhere Standzeit als die bekannten haben und einfach herzustellen sind. It is the object of the invention to disclose drilling and dredging tools, which have a much longer service life than the known ones and are easy to manufacture are.

Die Lösung der Aufgabe besteht darin, jeweils einen Metallblock herzustellen, der in derjenigen Zone mit Hartstoffkörnern dotiert ist, der nach einer Warmverformung in eine Werkzeuggestalt den Spitzenbereich und den dazu benachbarten Flankenbereiche bildet, und dann die entsprechende Warmverformung durch Walzen, Schmieden oder Pressen in die Werkzeuggestalt durchzuführen. The solution to the task is to make one metal block at a time, which is doped with hard material grains in the zone that is after hot deformation in a tool shape the tip area and the adjacent flank areas forms, and then the corresponding hot deformation by rolling, forging or pressing to perform in the tool shape.

Die übergangslose Armierung des Spitzenbereichs und der Flankenbereiche mit Material,das mit Hartstoffkörnern dotiert ist, und von zähem Trägermaterial unterfüttert, ist verhindert die Abnutzung und das Ausbrechen weitgehend. The seamless reinforcement of the tip area and the flank areas with material doped with hard material grains and with tough carrier material lined, it largely prevents wear and tear.

Die Herstellung des zonenweise mit Hartstoffkörnern dotierten Metallblockes kann entweder durch eine entsprechende zeitliche Steuerung der Dotierung während der Abkühlung des Blockes geschehen oder durch Anschweißen eines homogen dotierten Abschnittes an einen nicht dotierten weiteren Abschnitt. Letzteres hat den zusätzlichen Vorteil, daß Matrixmaterial aus einer anderen, z.B. zäheren Legierung bestehen kann als der nicht dotierte Abschnitt des Trägermaterials. The production of the metal block doped with hard material grains in zones can either by appropriately timing the doping during the cooling of the block done or by welding on a homogeneously doped Section to a non-endowed further section. The latter has the additional The advantage that the matrix material can consist of a different, e.g. tougher, alloy than the undoped portion of the substrate.

Der Walz- und/oder Preßvorgang verfestigt das Gefüge der Metallmatrix und verbessert die Einbindung der Hartstoffkörner. Außerdem wird eine evtl. vorhandene Schweißnaht in ihren Übergängen homogenisiert. The rolling and / or pressing process solidifies the structure of the metal matrix and improves the integration of the hard material grains. In addition, a possibly existing Weld seam homogenized in their transitions.

Als Hartstoffe können Wolframkarbid oder Sinterhartmetall verwandt werden. Die Dotierung von 30 bis 50 Gew.O/o Hartstoff ist günstig. Die Körnung ist zweckkmäßig etwa 5 bis 100/o der Dicke des Flankenbereiches gemäß zu wählen. Das Matrixmaterial entspricht den für die einzelnen Werkzeuge üblichen Materialien, wobei auch eine Abwandlung zur Verbesserung der Zähigkeit auf Kosten der evtl. weniger benötigten Abriebfestigkeit vorteilhaft sein kann. Tungsten carbide or cemented carbide can be used as hard materials will. Doping from 30 to 50% by weight of hard material is favorable. The grit is expediently to choose approximately 5 to 100 / o according to the thickness of the flank area. That Matrix material corresponds to the usual materials for the individual tools, with a modification to improve the toughness at the expense of possibly less required abrasion resistance can be advantageous.

Die Fig. 1 bis 5 zeigen Beispiele von Werkzeugen im Zwischen- und Endzustand des Fertigungsverfahrens. 1 to 5 show examples of tools in the intermediate and Final state of the manufacturing process.

Fig. 1 zeigt einen Block mit einer dotierten Endzone für eine Bohrkrone vor der Verformung in Seitenansicht; Fig. 2 zeigt eine fertige Bohrkrone im axialen Querschnitt; Fig. 3 zeigt die Bohrkrone in Sicht auf die Spitze; Fig. 4 zeigt einen Querschnitt eines Blockes mit dotierten Randzonen vor der Verformung zum Baggerzahn; Fig. 5 zeigt eine Seitenansicht eines Baggerzahnabschnittes. Fig. 1 shows a block with a doped end zone for a drill bit before deformation in side view; Fig. 2 shows a finished drill bit in the axial Cross-section; 3 shows the drill bit in view of the tip; Fig. 4 shows one Cross-section of a block with doped edge zones before deformation to form a digger tooth; Fig. 5 shows a side view of an excavator tooth section.

In Fig. list ein Metallblock 1 gezeigt, der in seinen äußeren Abmessungen den bekannten Rohlingen für das Warmpressen einer Bohrkrone in einem entsprechenden Gesenk gleicht. Im Unterschied zu den bekannten ist jedoch etwa 20% der Gesamthöhe mit Hartstoffkörnern dotiert. Zur Rationalisierung der Fertigung wird ein - nicht gezeigter - vollständig dotierter Metallblock gleichen Querschnittes kontinuierlich hergestellt und in Abschnitte durch Trennschneiden zerlegt. In Fig. 1 shows a metal block 1, which in its external dimensions the known blanks for hot pressing a drill bit in a corresponding one Die resembles. In contrast to the known, however, is about 20% of the total height with hard material grains endowed. To rationalize production becomes a - not shown - completely doped metal block of the same cross-section continuously produced and cut into sections by cutting.

Ein solcher Abschnitt 10 ist an einen Blockabschnitt 20 aus undotiertem Material auf der Schweißfläche 21 stumpf angeschweißt.Such a section 10 is made of undoped block section 20 Material is butt welded onto the welding surface 21.

Im warmen Zustand wird der Metallblock 1 in einem Gesenk verformt, so daß die Bohrkrone 2 - Fig. 2,3 -entsteht. Der Abschnitt 10 des Blockes wird in den Spitzenbereich 11 und den Flankenbereich 12 verlagert, und der Bereich 20 des Blocks, der der Schweißnaht 21 benachbart liegt, bildet einen tragenden Innenbereich 13 und einen Randbereich 14, der dem Abrieb kaum unterworfen ist und der Befestigung an einer pyramidenförmigen Aufnahme dient. In the warm state, the metal block 1 is deformed in a die, so that the drill bit 2 - Fig. 2,3 - is created. Section 10 of the block is shown in the tip area 11 and the flank area 12 displaced, and the area 20 of the Block, which is adjacent to the weld seam 21, forms a load-bearing interior area 13 and an edge portion 14 which is hardly subject to abrasion and attachment serves on a pyramid-shaped receptacle.

Die Aufsicht auf die Spitzenseite in Fig. 3 zeigt, wie die Flankenbereiche 12 seitlich hochgedrückt sind und wie sie sich auch in den vier Rippen 23 fortsetzen. Im Randbereich 14 ist in bekannter Weise für einen Befestigungsstift eine Bohrung 22 eingebracht. The plan view of the tip side in Fig. 3 shows how the flank areas 12 are pushed up laterally and how they continue in the four ribs 23. In the edge area 14 is a hole for a fastening pin in a known manner 22 introduced.

Fig. 4 zeigt den Querschnitt eines Materialblockes 4, der in den Seitenbereichen 41, 42 mit Hartstoff dotiert ist. Der Innenbereich 40 besteht aus zähem Matrixmaterial. Das Verhältnis der Breite B der dotierten Zone zur Querabmessung des Blocks ist zweckmäßig 1 zu 5. Fig. 4 shows the cross section of a block of material 4, which in the Side areas 41, 42 is doped with hard material. The interior 40 consists of tough matrix material. The ratio of the width B of the doped zone to the transverse dimension of the block is expediently 1 to 5.

Dieser Block 4 wird durch Diagonalwalzen zu einem Rhombus mit einem Diagonalverhältnis von etwa 1 zu 2 verformt und über die kurze Diagonale in einem ersten Trennvorgang getrennt, so daß zwei Keilstränge mit armierten Schneiden und Flankenbereichen 45, 43, 44 entstehen, die der Baggerzahnbreite entsprechend nochmals senkrecht dazu in einzelne Keile getrennt werden. An die diagonale Naht 52 wird dann ein Trägerkörper 51 stumpf angeschweißt. Je nach Ausführung des vollständigen Baggerwerkzeuges, kann dessen Trägerkörper am anderen Ende ebenfalls mit einem armierten Baggerzahn besetzt werden, so daß es gewendet werden kann. Da die Hauptarbeitsflanken 46, 47 armiert sind, kann auf einen Schutz der parallelen Seitenflächen der keilförmigen Baggerzähne verzichtet werden. Der zähe Innenbereich 46 verhindert ein Brechen des Zahnes auch unter schwersten Bedingungen, wenn der Zahn einer Hebelwirkung oder Stoßbelastung ausgesetzt wird. This block 4 is made into a rhombus with a by diagonal rolling Diagonal ratio of about 1 to 2 deformed and over the short diagonal in one first separation process separated, so that two wedge strands with reinforced cutting and Flank areas 45, 43, 44 arise that correspond to the excavator tooth width again separated into individual wedges perpendicular to this. At the diagonal seam 52 is then a support body 51 butt welded on. Depending on the execution of the complete Dredging tool, its support body can also be reinforced with an armored one at the other end Excavator tooth are occupied so that it can be turned. As the main working flanks 46, 47 are reinforced, can protect the parallel side surfaces of the wedge-shaped Excavator teeth are dispensed with. The tough inner area 46 prevents breaking of the Tooth even under the most severe conditions, when the tooth has a leverage or Is exposed to shock loads.

Selbstverständlich können auch andere Werkzeugformen in entsprechender Weise hergestellt werden. Of course, other tool shapes can also be used accordingly Way to be made.

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Claims (8)

Patentansprüche 1. Bohr- oder Baggerwerkzeug (2, 5) dessen Spitze (11) oder Schneide (45) Hartstoff enthält, dadurch gekennzeichnet, daß aus einem Metallblock (1, 4) durch Warmverformen, z.B. Walzen, Schmieden, Pressen, die Werkzeuggestalt hergestellt ist und der Metallblock (1, 4) jeweils in derjenigen Zone (10; 41, 42) nach dem Verfahren nach Hauptpatent P 33 39 118.1 mit Hartstoffkörnern dotiert ist, die nach der Verformung einen Spitzen- bzw. Schneidenbereich (11; 45) und anschließende Flankenbereiche (12; 43, 44) bilden, die einen Innenbereich (13; 46), der aus der nicht dotierten Zone (20; 40) gebildet ist, umgeben. Claims 1. Drilling or excavating tool (2, 5) whose tip (11) or cutting edge (45) contains hard material, characterized in that a Metal block (1, 4) by hot forming, e.g. rolling, forging, pressing, the tool shape is made and the metal block (1, 4) in each zone (10; 41, 42) is doped with hard material grains according to the method according to main patent P 33 39 118.1, after the deformation a tip or cutting area (11; 45) and subsequent Flank areas (12; 43, 44) form an inner area (13; 46), which consists of the non-doped zone (20; 40) is formed, surrounded. 2. Bohr- oder Baggerwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Höhe (H) oder Breite (B) der dotierten Zone (10; 41, 42) zur Länge (L>bzw. Querausdehnung (Q)der undotierten Zone (20; 40) etwa wie 1 zu 5 verhält. 2. drilling or excavation tool according to claim 1, characterized in that that the height (H) or width (B) of the doped zone (10; 41, 42) to the length (L> or. Transverse extent (Q) of the undoped zone (20; 40) is roughly 1 to 5. 3. Bohr- oder Baggerwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hartstoff Wolframkarbid oder Hartmetall ist und die Dotierung ca. 30 bis 50 Gewichts% beträgt und das Matrixmaterial aus einer zähen, warmverformbaren Legierung besteht. 3. drilling or excavation tool according to claim 1 or 2, characterized in that that the hard material is tungsten carbide or hard metal and the doping is about 30 to 50% by weight and the matrix material consists of a tough, hot-deformable alloy consists. 4. Bohr- oder Baggerwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Körnung des Hartstoffes 5 bis 10% der Dicke der Flankenbereiche (12; 43,44) beträgt. 4. drilling or excavation tool according to one of claims 1 to 3, characterized characterized in that the grain size of the hard material is 5 to 10% of the thickness of the flank areas (12; 43.44). 5. Bohr- oder Baggerwerkzeuge nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die undotierte Zone (10) aus einer zu dem Matrixmaterial der dotierten Zone (20) unterschiedlichen Legierung besteht und die genannten Bereiche durch Stumpfschweißung miteinander vor der Warmverformung verbunden sind. 5. drilling or dredging tools according to one of the preceding claims, characterized in that the undoped zone (10) consists of one of the matrix material the doped zone (20) consists of different alloy and the areas mentioned are connected to one another by butt welding prior to hot forming. 6. Bohrkrone nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallblock (1) vorzugsweise einem Abschnitt eines homogen mit Hartstoffkörnern dotierten Blockes und einem nicht dotierten Abschnitt besteht, die durch eine Stumpfschweißnaht (21) verbunden sind und der Metallblock (1) in einem Gesenk zu einer Bohrkrone (2) gepreßt ist, die etwa pyramidenförmig gestaltet ist und eine pyramidenförmige Ausnehmung für eine Halterung hat. 6. Drill bit according to one of the preceding claims, characterized in that that the metal block (1) is preferably a portion of a homogeneous with hard material grains doped block and a non-doped section is made by a butt weld (21) are connected and the metal block (1) in a die to form a drill bit (2) is pressed, which is designed approximately pyramidal and a pyramidal recess for a bracket. 7. Baggerzahn nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß sein Schneidenbereich (45) und die Flankenbereiche (43, 44) an den Keilflächen (47, 48) mit Hartstoffkörnern dotiert sind und mindestens einer der der keilförmigen Baggerzähne (5) an einem prismatischen Trägerkörper (51) endseitig vorzugsweise durch eine Stumpfschweißnaht (52) befestigt ist. 7. excavator tooth according to one of claims 1 to 6, characterized in that that its cutting area (45) and the flank areas (43, 44) on the wedge surfaces (47, 48) are doped with hard material grains and at least one of the wedge-shaped Excavator teeth (5) on a prismatic support body (51) preferably at the end is attached by a butt weld (52). 8. Baggerzahn nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine Vielzahl der keilförmigen Baggerzähne (5) durch Diagonalwalzung aus einem quadratischen Metallblock (4), dessen Außenzonen mit Hartstoff dotiert sind und der durch das Walzen in einen rhombischen Querschnitt überführt ist, durch einenTrennschnitt über die Diagonale und jeweils einen weiteren Trennschnitt im Abstand der Baggerzahnbreite erzeugt werden. 8. excavator tooth according to claim 8, characterized in that each a plurality of the wedge-shaped excavator teeth (5) by diagonal rolling from a square Metal block (4), the outer zones of which are doped with hard material and the Rolling is converted into a rhombic cross-section, through a separating cut across the diagonal and a further separating cut at a distance of the width of the excavator teeth be generated.