EA015079B1 - Cutting tooth for mountain machinery and a method for reinforcing thereof - Google Patents

Abstract

A group of inventions relates to mining industry, in particular, to cutting tools of executive elements in mining machinery mainly used for excavation of salts and coals free of hard inclusions. A cutting tool for mining machinery comprises a holder with a cutting plate fixed in its head portion, wherein the cutting plate is thereto by means of a pressure plate arranged on the cutting plate and welded to the holder by its lateral sides. Welding tensions are excluded in the cutting plate thus providing to use hard synthetic materials not perceptible to soldering.

Description

Группа изобретений относится к горной промышленности, а именно к режущим инструментам исполнительных органов горных машин, используемых преимущественно для разработки солей и углей без крепких включений.The group of inventions relates to the mining industry, namely to cutting tools of the executive bodies of mining machines, used mainly for the development of salts and coal without strong inclusions.

Из уровня техники известен резец, содержащий державку с закрепленной на ее головной части режущей пластинкой (резец с наиболее тонкой пластинкой толщиной 5,5 мм (резец ЗНЗ) и резец наиболее поздней разработки с толщиной пластинки 13 мм (резец ЗР2.80)). Способ его армирования твердосплавной пластиной заключается в напаивании пластинки на головную часть державки (Инструмент режущий. Каталог Краснолучского машзавода. Издательство Ворошиловградская правда, 1976).In the prior art, a cutter is known that comprises a holder with a cutting insert fixed on its head (a cutter with the thinnest insert 5.5 mm thick (cutter ZNZ) and a cutter of the latest design with a plate thickness of 13 mm (cutter ЗР2.80)). The method of reinforcing it with a carbide plate is to solder the plate on the head of the holder (Cutting tool. Catalog of the Krasnoluchsky Machine Plant. Voroshilovgradskaya Pravda, 1976).

Наиболее близкими к предлагаемой группе изобретений являются резец для горных машин, содержащий по меньшей мере одну режущую пластинку из твердосплавного материала, спаянную с державкой, при этом пластинка выполнена переменной толщины, уменьшающейся к режущей кромке, а также способ его армирования путем припаивания режущей пластинки к державке (КИ 2135168 С1, 1999).Closest to the proposed group of inventions are a cutter for mining machines, containing at least one cutting plate of carbide material welded to the holder, while the plate is made of variable thickness, decreasing to the cutting edge, as well as the method of reinforcing it by soldering the cutting plate to the holder (KI 2135168 C1, 1999).

Недостаток наиболее близкого аналога заключается в большом остаточном (паяльном) напряжении в тонкой твердосплавной пластинке, значительно уменьшающем сопротивляемость твердого сплава рабочим нагрузкам.The disadvantage of the closest analogue is the large residual (solder) voltage in the thin carbide plate, which significantly reduces the resistance of the hard alloy to working loads.

Это объясняется следующим. При большой - в 2,5 раза разнице коэффициентов линейного расширения (у твердого сплава и стали державок) при остывании резца после затвердевания припоя, деформации и, соответственно, напряжения в спаянной паре (их называют паяльными) будут также большими. При тонкой твердосплавной пластинке (например, 1,5 мм) и толстой державке под пластинкой (например, 15 мм), естественно, деформироваться будет больше, примерно в таком же соотношении, твердосплавная пластинка. В дополнение к этому паяльное напряжение в твердосплавной пластинке увеличится еще примерно в 2,7 раза из-за того, что модуль упругости у твердого сплава больше модуля упругости стали державки примерно в таком соотношении. Это следует из формулыThis is explained by the following. With a large - 2.5 times difference in the linear expansion coefficients (for carbide and steel holders) when the cutter cools after the solder hardens, deforms and, accordingly, the stresses in the soldered pair (they are called soldered) are also large. With a thin carbide plate (for example, 1.5 mm) and a thick holder under the plate (for example, 15 mm), naturally, more will be deformed, in approximately the same ratio, the carbide plate. In addition, the soldering stress in the carbide plate will increase by about 2.7 times due to the fact that the elastic modulus of the hard alloy is greater than the elastic modulus of the holder steel in approximately this ratio. It follows from the formula

где σ - напряжение, ГПа;where σ is the voltage, GPa;

ε - относительное удлинение (деформация), безразмерная величина;ε — elongation (deformation), dimensionless quantity;

Е - модуль упругости (у твердого сплава примерно 585 ГПа, у стали - 215 ГПа).E is the modulus of elasticity (for a hard alloy about 585 GPa, for steel - 215 GPa).

По этой причине тонкими твердосплавными пластинками резцы для горных машин не армируются.For this reason, cutters for mining machines are not reinforced with thin carbide inserts.

Существуют методы снижения паяльных напряжений в горном инструменте. Это достигается за счет применения для пайки припоев с содержанием серебра до 50%, имеющих низкую температуру начала затвердевания припоя (около 600°С) и более высокую пластичность в сравнении с недорогими медносодержащими припоями, а также за счет увеличения толщины паяного шва с применением различных прокладок для удержания жидкого припоя в шве. Однако это дорого и к тому же едва ли этим можно снизить напряжение в твердосплавной пластинке толщиной, например, в 1,5 мм до приемлемой величины.There are methods to reduce solder stresses in a mining tool. This is achieved through the use of solders with silver content of up to 50% for soldering, having a low temperature at the beginning of solidification of the solder (about 600 ° C) and higher ductility in comparison with inexpensive copper-containing solders, as well as by increasing the thickness of the soldered seam using various gaskets to hold liquid solder in the seam. However, it is expensive, and besides, it is hardly possible to reduce the voltage in the carbide plate, for example, 1.5 mm thick, to an acceptable value.

Предлагаемая группа изобретений направлена на устранение указанных выше недостатков.The proposed group of inventions is aimed at eliminating the above disadvantages.

Задачей группы изобретений является создание армированного резца с закрепленной на нем режущей пластинкой без применения пайки и способа его осуществления.The task of the group of inventions is to create a reinforced cutter with a cutting plate fixed on it without the use of soldering and the method of its implementation.

Задача решается тем, что резец для горных машин содержит державку с закрепленной в ее головной части режущей пластинкой, которая закреплена на головной части державки согласно изобретению с помощью прижимной пластинки, расположенной на режущей пластинке и приваренной по своим боковым сторонам к державке.The problem is solved in that the cutter for mining machines contains a holder with a cutting plate fixed in its head part, which is fixed to the head part of the holder according to the invention by means of a pressure plate located on the cutting plate and welded on its sides to the holder.

Применение резца с режущей пластинкой, закрепленной на державке с помощью приваренной к державке стальной режущей пластинки вместо припаянной к державке твердосплавной пластинки, исключает наличие паяльных напряжений, что расширяет ассортимент режущих пластинок (можно применять режущие пластинки значительной длины и из синтетического материала, не воспринимающего пайку, например из сиалона - нитрида кремния) и обеспечивает дополнительное армирование за счет стальной прижимной пластинки. Снижение напряжений в твердосплавной режущей пластинке также дает возможность применять для армирования резца тонкие (толщиной 1-2 мм) твердосплавные пластинки, что приводит к уменьшению расхода дорогостоящего твердого сплава в 3-5 раз и кратно удешевляет переточку резцов.The use of a cutter with a cutting insert fixed to the holder using a steel cutting plate welded to the holder instead of the carbide plate soldered to the holder eliminates the presence of soldering stresses, which expands the range of cutting plates (cutting plates of considerable length can also be used from synthetic material that does not accept soldering, for example from sialon - silicon nitride) and provides additional reinforcement due to the steel pressure plate. Reducing stresses in a carbide cutting insert also makes it possible to use thin (1-2 mm thick) carbide inserts for reinforcing a cutter, which reduces the consumption of expensive hard alloy by 3-5 times and reduces the cost of regrinding by several times.

В частном варианте выполнения резца для исключения интенсивного износа прижимной пластины средой, разрушенной резцом в процессе работы, прижимная пластинка может быть изготовлена из износостойкой стали, например Р6М5К5.In a particular embodiment of the cutter, to prevent intense wear of the pressure plate by the medium destroyed by the tool during operation, the pressure plate can be made of wear-resistant steel, for example, P6M5K5.

Для расширения ассортимента материалов используемых режущих пластинок режущая пластинка может быть выполнена из синтетических материалов.To expand the range of materials used cutting inserts, the cutting plate can be made of synthetic materials.

Ширина прижимной пластинки предпочтительно равна ширине державки и больше ширины режущей пластинки на величину двух сварных швов.The width of the pressure plate is preferably equal to the width of the holder and is greater than the width of the cutting plate by the size of two welds.

Для исключения осевого смещения режущей пластинки на державке может быть выполнен уступ, в который упирается торец режущей пластинки, противоположный режущей кромке.To eliminate the axial displacement of the cutting insert on the holder, a step can be made in which the end face of the cutting insert abuts, opposite the cutting edge.

Задача решается также тем, что в способе армирования резца режущей пластинкой, включающемThe problem is also solved by the fact that in the method of reinforcing the cutter with a cutting plate, including

- 1 015079 закрепление режущей пластинки на головной части державки, согласно изобретению закрепление осуществляют путем прижима режущей пластинки прижимной предпочтительно стальной пластинкой к головной части державки с последующим привариванием прижимной пластинки к державке по своим боковым сторонам.- 1 015079 securing the cutting insert on the head of the holder, according to the invention, the fixing is carried out by pressing the cutting insert with a preferably preferably steel plate against the head of the holder, followed by welding of the pressing plate to the holder on its sides.

В частном варианте предлагаемого способа для смятия неровностей, остающихся после механической обработки места крепления режущей пластинки, последнюю прижимают к державке с помощью прижимной пластинки с приложением давления 30-40 МПа.In a particular embodiment of the proposed method for squeezing irregularities remaining after machining the attachment points of the cutting insert, the latter is pressed to the holder using the pressure plate with a pressure of 30-40 MPa.

Предпочтительно используют прижимную пластину шириной, равной ширине державки и больше ширины режущей пластинки. Для исключения пустот в зазоре между прижимной пластинкой и державкой перед сваркой в него вставляют прокладку вдоль боковых сторон режущей пластинки, например стальную проволоку, размером, соответствующим величине зазора.Preferably, a pressure plate is used with a width equal to the width of the holder and greater than the width of the cutting insert. To exclude voids in the gap between the pressure plate and the holder before welding, a gasket is inserted into it along the sides of the cutting plate, for example, steel wire, with a size corresponding to the size of the gap.

Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 изображен вид резца сбоку;In FIG. 1 shows a side view of the incisor;

на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1.in FIG. 2 is a section AA in FIG. one.

Резец содержит державку 1 и режущую пластинку 2, закрепленную с помощью стальной прижимной пластинки 3 на головной части державки 1. На державке 1 выполнен уступ 4, в который упирается торец режущей пластинки 2.The cutter contains a holder 1 and a cutting insert 2, fixed with a steel pressure plate 3 on the head of the holder 1. On the holder 1 made a ledge 4, which abuts the end face of the cutting insert 2.

Закрепление режущей пластинки 2 осуществляется следующим образом. Режущую пластинку 2 прижимают с давлением 30-40 МПа к державке 1 стальной прижимной пластинкой 3, имеющей ширину большую, чем твердосплавная режущая пластинка 2 на 2,5-3,0 мм, т.е. на толщину двух сварочных швов. Ширину державки 1 в том месте, где будет крепиться режущая пластинка 2, делают равной по ширине с прижимной пластинкой 3. Если зазор между прижимной пластинкой 3 и державкой 1 будет значительным (в соответствии с режущей пластинкой 2), например 1,5-2 мм, то в этот зазор при сварке вставляют прокладку, например стальную проволоку 5, диаметром, соответствующим величине зазора. После этого осуществляют приваривание прижимной пластинки 3 к державке 1 по боковым сторонам прижимной пластинки 3. Прижимающую нагрузку снимают после остывания сварного шва 6 до 300-400°С.The fixing of the cutting insert 2 is as follows. The cutting insert 2 is pressed with a pressure of 30-40 MPa to the holder 1 with a steel pressing insert 3 having a width greater than the carbide cutting insert 2 by 2.5-3.0 mm, i.e. the thickness of two welds. The width of the holder 1 in the place where the cutting insert 2 will be attached is made equal in width to the pressure plate 3. If the gap between the pressure plate 3 and the holder 1 is significant (in accordance with the cutting plate 2), for example, 1.5-2 mm then in this gap during welding insert a gasket, for example, steel wire 5, with a diameter corresponding to the size of the gap. After that, the pressure plate 3 is welded to the holder 1 on the sides of the pressure plate 3. The pressing load is removed after cooling of the weld 6 to 300-400 ° C.

Прижим пластинки 3 перед сваркой давлением 30-40 МПа, сопоставимым с рабочей нагрузкой, осуществляют для смятия неровностей на державке 1, остающихся после механической обработки места крепления режущей пластинки 2. Это необходимо, чтобы крепление режущей пластинки 2 не ослабло в процессе работы машины. На державке 1 делают уступ 4 для упора твердосплавной режущей пластинки 1 от осевого смещения.The clamp of the plate 3 before welding with a pressure of 30-40 MPa, comparable with the working load, is carried out to remove the irregularities on the holder 1 remaining after machining the attachment point of the cutting insert 2. This is necessary so that the mounting of the cutting insert 2 does not weaken during operation of the machine. On the holder 1 make a ledge 4 for emphasis carbide cutting insert 1 from axial displacement.

Оценим величину усилия прижима твердосплавной пластинки, создаваемого усадкой сварного шва. Будем считать (предположительно), что при остывании шва до 1000°С имеет место пластическая деформация шва, а при остывании от 1000°С до комнатной температуры вместо деформации в шве создается напряженное состояние, которое будет прижимать твердосплавную пластинку.Let us evaluate the amount of clamping force of the carbide plate created by shrinkage of the weld. We assume (presumably) that when the weld cools down to 1000 ° C, the plastic deformation of the weld takes place, and when it cools from 1000 ° C to room temperature, instead of deformation, a stress state is created in the weld that will press the carbide plate.

Напряженное состояние определится из формулы илиThe stress state is determined from the formula or

илиor

где σ, ε, Е - обозначения см. выше;where σ, ε, E - designations see above;

Р - усилие прижима, Н (Ньютон);P is the clamping force, N (Newton);

Е_ш - площадь сечения швов, см ;E _w - the cross-sectional area of the seams, cm;

Е_ш = Ьх1хп = 0,3х2,5х2 = 1,5 см², где Ь - толщина сварного шва - 0,3 см (см. чертеж);E _w = Lx1xp = 0.3x2.5x2 = 1.5 cm ² , where b is the thickness of the weld - 0.3 cm (see drawing);

- длина шва - 2,5 см;- seam length - 2.5 cm;

η - количество швов - 2 шт.;η - the number of seams - 2 pcs .;

Д1_ш - величина возможной температурной деформации шва (усадка шва при отсутствии препятствия, реально трансформируется в напряжение);D1 _w - the value of the possible temperature deformation of the seam (shrinkage of the seam in the absence of an obstacle, really transforms into voltage);

1_ш - высота шва - 0,4 см (см. чертеж).1 _w - seam height - 0.4 cm (see drawing).

Значения Ь, 1, 11 приняты для примераThe values b, 1, 11 are taken as an example.

ДЬ_Ш — Ьщ-ССстали'Дн - 1_К), где α - коэффициент линейного расширения стали = 12,9-10^-61/°С;Д _{Ш Ш} - Лщ -Сстала'Дн - 1 _К ), where α is the coefficient of linear expansion of steel = 12.9-10 ^-6 1 / ° С;

(1н - 1к) = (1000° - 20°) - интервал температур, при котором создается напряженное состояние.(1n - 1k) = (1000 ° - 20 °) - temperature range at which a stress state is created.

- 2 015079- 2 015079

Усилие прижима определитсяThe clamping force is determined

Прижим (удельное давление на 1 см² площади твердосплавной пластинки) Р_уд определится _η Р 403000-Ю⁴ Clamp (specific pressure per 1 cm ² area of the carbide plate) P _beats determined _η P 403000-S ⁴

Р..„ =--=--------- =1075 МПа ^У Р_пл 2,5 · 1,5-Ю⁶ где Р_пл - площадь твердосплавной пластинки Р_пл = 2,5-1,5 см².R .. „= - = --------- = 1075 MPa ^U R _pl 2.5 · 1.5-Yu ⁶ where R _pl - the area of the carbide plate R _pl = 2.5-1.5 cm ² .

Полученную величину прижима, равную 1075 МПа, можно считать удовлетворительной.The obtained pressure value equal to 1075 MPa can be considered satisfactory.

Прижимная пластинка 3 в процессе работы подвергается интенсивному износу разрушенной резцом средой. Во избежание этого прижимную пластинку 3 делают из износостойкой стали, например Р6М5К5. Пластину закаливают до твердости ИКС = 62-64, после чего сторону прижимной пластинки 3, предназначенную для прилегания к режущей пластинке 2, шлифуют.The pressure plate 3 in the process is subjected to intense wear destroyed by the cutter medium. In order to avoid this, the pressure plate 3 is made of wear-resistant steel, for example P6M5K5. The plate is hardened to a hardness of ИКС = 62-64, after which the side of the pressure plate 3, intended to fit to the cutting plate 2, is ground.

Предлагаемый резец был испытан при отбойке калийных солей с временным сопротивлением раздавливанию п_см до 350 кг/см².The proposed cutter was tested during breaking off potassium salts with a temporary crushing resistance p _cm to 350 kg / cm ² .

Державки резца делают из полосового проката стали 35ХГСА и крепят резцы на исполнительном органе в резцедержателе с клиновым креплением.Cutter holders are made of strip steel of 35KhGSA steel and fasten the cutters on the executive body in the tool holder with wedge fastening.

Крепление жесткое, безлюфтовое, практически исключает потери резцов и на длительный срок исключает разбивку резцедержателя. Было испытано на двух комбайнах в течение месяца.The fastening is rigid, backlash-free, virtually eliminates the loss of incisors and for a long time eliminates the breakdown of the tool holder. It was tested on two combines for a month.

Claims (8)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 1. Резец для горных машин, содержащий державку с закрепленной в ее головной части режущей пластиной, отличающийся тем, что режущая пластина закреплена на головной части державки с помощью расположенной на ней прижимной пластины, приваренной к державке по своим боковым сторонам.1. A cutter for mining machines, comprising a holder with a cutting plate fixed in its head, characterized in that the cutting plate is fixed to the head of the holder using a clamping plate located thereon, welded to the holder on its sides. 2. Резец по п.1, отличающийся тем, что прижимная пластина выполнена из износостойкой стали.2. The cutter according to claim 1, characterized in that the pressure plate is made of wear-resistant steel. 3. Резец по п.1, отличающийся тем, что режущая пластина выполнена из синтетического материала.3. The cutter according to claim 1, characterized in that the cutting insert is made of synthetic material. 4. Резец по п.1, отличающийся тем, что ширина прижимной пластины равна ширине державки и больше ширины режущей пластины.4. The cutter according to claim 1, characterized in that the width of the pressure plate is equal to the width of the holder and greater than the width of the cutting plate. 5. Способ армирования резца режущей пластиной, включающий закрепление режущей пластины на головной части державки, отличающийся тем, что закрепление осуществляют путем прижима режущей пластины прижимной пластиной к головной части державки с последующим привариванием прижимной пластины к державке по своим боковым поверхностям.5. The method of reinforcing the cutter with a cutting plate, including fixing the cutting plate on the head of the holder, characterized in that the fixing is carried out by pressing the cutting plate with a pressure plate to the head of the holder, followed by welding the pressure plate to the holder on its side surfaces. 6. Способ по п.5, отличающийся тем, что прижим режущей пластины к державке осуществляют с приложением давления к прижимной пластине 30-40 МПа.6. The method according to claim 5, characterized in that the pressure of the cutting plate to the holder is carried out with the application of pressure to the pressure plate 30-40 MPa. 7. Способ по п.5, отличающийся тем, что используют прижимную пластину шириной, равной ширине державки и больше ширины режущей пластины.7. The method according to claim 5, characterized in that the use of a pressure plate with a width equal to the width of the holder and more than the width of the cutting insert. 8. Способ по п.7, отличающийся тем, что перед сваркой в зазор между прижимной пластиной и державкой вдоль боковых сторон режущей пластины вставляют прокладку, например стальную проволоку.8. The method according to claim 7, characterized in that prior to welding, a gasket, for example, steel wire, is inserted into the gap between the pressure plate and the holder along the sides of the cutting plate.