SE463574B - Verktyg samt skaer av haardmetall foer skaerande bearbetning av fasta material - Google Patents

Description

465 574 2 10 15 20 25 30 35 hos ämnet som omger skâret ganska snart kommer i kontakt med den mineral eller asfalt som bearbetas. Speciellt vid bearbetning av mineraler kommer kontakten mellan mineral och stål att initiera gnistbildning som kan vara utomordentligt farlig, ex.vis i gruvor med antändliga gaser. Kontakt mellan ett skär av hårdmetall och mineraler initierar normalt ej gnistbildning.

Eftersom skär av hårdmetall för mineralbrytning och asfaltfräsning har en relativt stor volym är verktyget självt också voluminöst. Detta innebär att mycket kraftiga maskiner krävs till dessa verktyg.

Såsom ovan påpekats kommer det vridande momentet som verkar på skâret att överföras till lödfogen. En konventionell lödfog mellan skâret och verktygskroppen har normalt en i huvudsak konstant tjocklek. Detta innebär att endast en perifer del av lödfogen kommer att vara aktiv vid upptagande av det vridande momentet.

Speciellt vid mineralbrytning talar man om tekniskt skärbart material och ekonomiskt skärbart material. Det tekniskt skärbara materialet är det hårdaste material som kan bearbetas genom skärande bearbetning. Det ekonomiskt skärbara materialet är det hårdaste material som kan bearbetas genom skärande bearbetning med ekonomisk vinning relativt andra metoder. I Ändamålet med föreliggande uppfinning är att anvisa ett verktyg och ett skär för skärande bearbetning av mineral eller asfalt, varvid verktyget/skâret kräver relativt lite energi för att utföra skärande bearbetning och har ett högt nötningsmotstånd. En föredragen utföringsform av verktyget har en lödfog som till en större del är aktiv när det gäller att upptaga det vridande moment som verkar på skâret.

Följdaktligen kan hårdare material anses som ekonomiskt skärbara. Verktyget enligt uppfinningen undviker även i stor utsträckning gnistbildning under arbete. Ändamålet med 10 15 20 25 30 35 ß 465 574 föreliggande uppfinning realiseras genom ett verktyg/skär sen har erhållit de i efterföljande patentkrav angivna kännetecknen.

Nedan kommer ett utföringsexempel pá verktyget enligt uppfinningen att beskrivas med hänvisning till bifogade ritningar, där Fig.l visar en skärtrumma hos en brytningsmaskin; Fig.2 visar en detalj i större skala av en del av ett verktyg som uppbäres av trumman; Fig.3 visar ett snitt genom ett skär enligt uppfinningen; Fig.4 visar ett diagram över hur tryckspänningarna i ytskiktet varierar genom variation av Co-halten; Fig.5 visar hur hàrdheten varierar med avståndet från ytan hos skäret; Fig.6 visar ett diagram över hur förslitningen hänför sig till skärlängden för ett antal skär; Fig.7 visar ett verktyg enligt uppfinningen med en föredragen utformning av lödfogen; och Fig.8 visar en detalj i förstorad skala av Fig.7.

Skärtrumman 10 (endast delvis visad) i Fig.l uppbär ett antal hållare som var och en uppbär ett verktyg 12 för att skära fasta material. Skärtrumman 10 roteras i pilens 13 riktning. När ett verktyg 12 är i ingrepp med det material som skall bearbetas utsättes skäret 14 hos verktyget 12 för en normalkraft FN och en kraft FT parallell med kordan.

Om mycket hårt material skall bearbetas då är normalkraften FN avsevärt större än den kraft FT som är parallell med kordan. Kraften FN kan vara upp till fyra gånger större än kraften FT och i ett sådant fall inses omedelbart att en del av ytan hos skäret 14 kommer att utsättas för höga dragspänningar.

För att hantera dessa höga drajspänningar är det nödvändigt att använda en speciell typ a aårdmetall som beskrives i EP 0 182 759 och EP 0 247 985. Dessa publikationer inkorporeras härmed i denna beskrivning.

Skäret 14 i Fig.3 har en kärna av hârdmetall som innehåller 465 574 4 10 15 20 25 30 35 eta-fas. Kärnan 15 omges av ett lager 16 av hårdmetall som är fri från eta-fas och har en hög Co-halt. Ytskiktet 17 består av hårdmetall som är fri från eta-fas och har en låg Co-halt. En mellanliggande del av skäret 14 innefattar ett konkavt parti 18 som sträcker sig runt omkretsen av skäret 14.

Kärnan 15 och det Co-rika skiktet 16 har hög värmeutvidgningsförmága jämfört med ytskiktet 17. Detta innebär att ytskiktet 17 kommer att utsättas för höga tryckspänningar. Ju större skillnad i värmeutvidgningsförmåga, dvs ju större skillnad i Co-halt mellan ytskiktet och resten av skäret 14, desto högre tryckspänningar i skiktet 17.

Av vad som ovan sagts inses att en högre nominell Co-halt hos skäret ger upphov till högre tryckspänningar i ytskiktet. Detta visas genom ett diagram i Fig.4.

Det skall påpekas att kärnan 15 av hårdmetall som innehåller eta-fas är styv, hård och nötningsbestândig. Kärnan 15 i kombination med ett mellanliggande skikt 16 som är fritt från eta-fas och har en hög Co-halt och ett ytskikt 17 som år fritt från eta-fas och utsatt för höga tryckspänningar anvisar ett skär 14 som uppfyller de krav som diskuterats ovan för mineralbrytning och asfaltfrâsning, dvs. ett skär som fordrar relativt låga skärkrafter och har en relativt hög nötningsbestândighet.

I Fig.5 visas ett diagram som visar hårdhetsfördelningen hos ett skär enligt föreliggande uppfinning och ett skär av standard hårdmetall, varvid båda skären har en nominell Co- halt på 15 vikts-%. Mätningarna utföres från ytan in till centrum av skäret. Genom att studera Fig.5 inses omgående att ytskiktet 17 hos skäret enligt uppfinningen har en relativt hög hårdhet fram till omkring 1.5 mm från ytan, varvid skiktet 17 har en låg Co-halt. Skiktet 16 som har en hög Co-halt har en relativt låg hårdhet. Kärnan 15 åter har 10 15 20 25 30 35 57-4:- en relativt hög hårdhet.

Skäret av standard hàrdmetall har en konstant hårdhet, såsom framgår av Fig.5.

Försök har gjorts avseende parametern förslitning relativt parametern skärlângd för tre olika skär. Dessa försök redovisas i ett diagram i Fig.6.

Skäret enligt typ A har en geometrisk utformning i enlighet med Fig.3. Emellertid är materialet i detta skär av hàrdmetall av standardtyp. Skäret av typ B har konventionell geometrisk utformning för mineralbrytning, se Fig.7, och skâret av typ C är ett skär 14 i enlighet med föreliggande uppfinning, dvs i enlighet med Fig.3.

Såsom framgår av Fig.7 är skâret enligt typ A utnött till 100% efter en skärlângd av ca 190 m. Skäret av typ B är utnött till ca 80% efter en skärlângd av ca 375 m. Skäret av typ C är utnött till 50% efter en skärlângd av ca 940 m. I detta sammanhang skall det även påpekas att skär av typ A och C har en vikt av 80 g medan skär av typ B har en vikt av 150 g, dvs volymen av skâret av typ B är nästan två gånger volymen av skären enligt typ A och C.

För en fackman är resultaten som presenteras i Fig.7 mycket överraskande. Jämfört med konventionella skär för mineralbrytning eller asfaltfräsning har skâret enligt föreliggande uppfinningen ett relativt stort axiellt utstick, se ex.vis Fig.2. Sammansättningen av skâret 14 enligt Fig.3 gör det möjligt att hantera de relativt stora dragspänningarna och böjmomenten som verkar på skâret 14 pä grund av dess stora axiella utstick; En ytterligare fördel med ett verktyg enligt föreliggande uppfinning är att jämfört med konventionella verktyg genereras mindre damm när skärande bearbetning utföres, dvs kornstorleksfördelningen förskjutes mot större kornstorlek 465 574 6 10 15 20 25 30 35 för skâret enligt föreliggande uppfinning än för ett skär av typ B, se Fig.7. Anledningen därtill är geometrin i kombination med den höga nötningsbeständigheten för skâret enligt föreliggande uppfinning.

I Fig.8 och 9 visas en föredragen utföringsform av en lödfog 19. Lödfogen 19 är belägen mellan verktygskroppen 12 och skâret 14. Verktygskroppen innefattar en försänkning 20 som är avsedd att upptaga skâret 14.

I den beskrivna utföringsformen har försänkningen 20 ett plant bottenparti 21 beläget i ett plan vinkelrätt mot verktygets längsgående centrumaxel 22. Försänkningen innefattar likaså ett koniskt ytparti 23 som sträcker sig från bottenpartiet 21 mot verktygskroppens 12 periferi. Det koniska partiet 23 är symmetriskt med avseende pá den längsgående centrumaxeln 22.

Försänkningen 20 innefattar även ett ringformigt ytparti 24 med en utsträckning i verktygets längdriktning.

I det koniska ytpartiet 23 är anordnat ett ringformigt spår 25, varvid spåret 25 användes för att lägesfixera skâret 14 i försänkningen.

Skäret 14 enligt den beskrivna utföringsformen har en plan bottenyta 26 avsedd att vara belägen ovanför bottenytan 21 hos försänkningen i monterat läge av skâret 14.

Skäret 14 innefattar dessutom ett koniskt ytparti som sträcker sig från bottenytan 26 fram till en cylindrisk periferiyta 28 hos skâret 14, varvid sagda yta 28 definierar skärets 14 största diameter. ' Det koniska ytpartiet 27 hos skâret är försett med ett antal distansstift 29 som samverkar med spåret 25 i monterat läge av skâret 14. Stiften 29 och spåret 25 säkerställer att skâret är i korrekt läge innan lödning äger rum. 10 15 20 25 30 35 7 Såsom antydes i Fig.8 innesluter det koniska ytpartiet 23 hos försänkni* en 20 och det koniska ytpartiet 27 hos skäret mellan sig en vinkel e som företrädesvis har ett värde av 2-4°. Ytpartierna 23 resp. 27 divergerar i riktning mot verktygets periferi.

Av Fig.9 framgår att bottenytorna 29 resp. 26 befinner sig på ett litet avstånd från varandra i det visade utföringsexemplet.

När lödning skall äga rum orienteras verktygskroppen 10 och skäret 14 relativt varandra såsom visas i Fig. 8 och 9, dvs de har en gemensam längsgående centrumaxel 22.

Lödning verkställes sedan och företrädesvis användes ett kopparbaserat lod. Vacuumlödning är även att föredra. Den övre ytan av lödfogen 19 markeras med 30 i Fig.9.

På grund av den inneslutna vinkeln e mellan de koniska ytpartierna 23 resp. 27 har lödfogen 19 generellt sett kilformade tvärsnitt i ett axiellt plan genom verktyget enligt uppfinningen. Tjockleken av lödfogen 19 ökar mot skärets 14 periferi Denna beskrivna utformning av lödfogen är mycket effektiv genom att nästan hela partiet av lödfogen 19 som är beläget mellan de koniska ytpartierna 23 resp. 27 är aktiv vid upptagande av det vridande moment som verkar på skäret 14.

På ena sidan kommer lödfogen 19 att utsättas för dragkrafter medan den diametralt motsatta sidan kommer att utsättas för tryckkrafter. De svåraste krafterna att hantera är naturligtvis dragkrafterna.

För att beskriva funktionen hos lödfogen enligt föreliggande uppfinning kan den betraktas som ett antal elastiska fjädrar 31, 32 och 33. I ett sådant fall kommer det i radiell riktning yttre partiet av lödfogen att bli mer förlängt/sammantryckt än de inre partierna. Fastän fjädrarna 10 15 20 25 574 8 3I*33 är förlängda/sammantryckta i olika grad utövar de huvudsakligen samma kraft pá grund av sin olika längd. Detta illustreras av diagrammet i Fig.9. Den vertikala axeln indikerar kraften F och den horisontella axeln indikerar förlängningen E. Den visade lödfogen i Fig.9 är utsatt för ett vridande moment M och det inses omgående att fjädrarna 31-33 är utsatta för dragkrafter som på vedertaget sätt är negativa i diagrammet. Dragkraften i varje fjäder 31-33 är densamma medan förlängningarna är olika. Naturligtvis kommer denna teori ej att uppfyllas fullständigt i praktiken men principen är viktig.

Ett föredraget men icke-begränsande dimensioneringsexempel kan ges för lödfogen. I området för fjädern 31 har lödfogen en tjocklek av 0.7 mm och i området för fjädern 33 är tjockleken 0.3 mm. Diametern hos skäret 14 är 24 mm mätt vid den cylindriska periferiytan 28.

J r I detta sammanhang skall påpekas att lödfogen inte är begränsad att användas tillsammans med ett skär enligt föreliggande uppfinning. Även resten av uppfinningen är naturligtvis ej begränsad till de beskrivna utföringsformerna utan kan fritt varieras inom ramen för de efterföljande patentkraven.

Claims (8)

10 15 20 25 30 35 Patentkrav

1. Verktyg för skärande bearbetning av fasta material, varvid verktyget innefattar en verktygskropp (12) med en stödyta samt ett skär (14) med ett generellt sett koniskt spetsparti och ett skulderparti som är avsett att vila mot stödytan, varvid skäret är förankrat vid verktygskroppen, ex.vis medelst lödning, k ä n n e t e c k n a t av att ett mellanliggande parti av skäret (14) innefattar ett konkavt parti (18) som sträcker sig runt skârets (14) omkrets, att skäret (14) innefattar en kärna (15) av hàrdmetall och en ytzon (17) av hàrdmetall som omger kärnan (15), att både ytzonen och kärnan innehåller WC (alfa-fas) med en binde-fas (beta-fas) baserad på åtminstone något av Co, Ni eller Fe, och att kärnan dessutom innehåller eta-fas och att ytzonen är fri från eta-fas, varvid halten binde-fas i skäret (14) är lägre i den yttre delen av ytzonen än den nominella halten binde-fas för skäret (14).

2. Verktyg enligt krav 1, k å n n e t e c k n a t av att halten eta-fas i kärnan (15) hos skäret (14) är 2 - 60 volym%, företrädesvis 10 - 35 volym%.

3. Verktyg enligt krav 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a t av att den nominella halten binde- fas i skäret (14) är 8 - 20 vikt%, företrädesvis 11 - 16 vikt%.

4. Verktyg enligt något av föregående krav, k ä n n e t e c k n a t av att lödfogen (19) mellan skäret (14) och verktygskroppen (12) har åtminstone delvis en ökande tjocklek i riktning från skärets (14) centrum mot dess periferi.

5. Verktyg enligt krav 6,. k ä n n e t e c k n a t av att lödfogen (19) har generellt sett kilformade tvärsnitt i ett axiellt plan genom 465 574 10 10 15 20 25 verktyget.

6. Skär av hårdmetall avsett att förankras vid en stödyta hos en verktygskropp (12), företrädesvis medelst lödning, varvid skâret (14) har ett generellt sett koniskt spetsparti och ett skulderparti som âr avsett att vila mot stödytan, k ä n n e t e c k n a t av att ett mellanliggande parti av skâret (14) innefattar ett konkavt parti (18) som sträcker sig runt skärets (14) omkrets, att skâret (14) innefattar en kärna (15) av hárdmetall och en ytzon (17) av hàrdmetall som omger kärnan (15), att både ytzonen och kärnan innehåller WC (alfa-fas) med en binde-fas (beta-fas) baserad på åtminstone något av Co, Ni eller Fe, och att kärnan dessutom innehåller eta-fas och att ytzonen är fri från eta-fas, varvid halten binde-fas är lägre i den yttre delen av ytzonen än den nominella halten binde-fas.

7. Skär enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a t av att halten eta-fas i kärnan (15) hos skâret (14) är 2 - 60 vo1ym%, företrädesvis 10 - 35 volym%.

8. Skär enligt något av kraven 6 eller 7, k ä n n e t e c k n a t av att den nominella halten binde- fas är 8 - 20 vikt%, företrädesvis 11 - 16 vikt%.