切割頭和切割頭保持器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于重型采礦、鉆鑿或銑削操作的切割頭(1)。所述切割頭包含：大體錐形的本體(15)，所述本體(15)的第一端部(11)具有切割點(13)，并且所述本體(15)的第二端部(12)具有軸向延伸的凹部(14)，所述凹部(14)具有大體凸形的表面部分，并且具有鎖定裝置(19)，以用于可釋放且可旋轉(zhuǎn)地將所述切割頭連接到切割頭保持器(2)的突出部分(22)。所述凹部具有入口部分，所述入口部分具有大體錐形的表面部分。還提供相應的切割頭保持器(2)，以及包含這樣的切割頭(1)和切割頭保持器(2)的系統(tǒng)。
【專利說明】切割頭和切割頭保持器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用在重型采礦或鉆鑿設(shè)備或在道路銑削設(shè)備中使用的可旋轉(zhuǎn)切割頭和切割頭保持器。
[0002]本發(fā)明特別地涉及所謂的“截齒型切割頭”。
【背景技術(shù)】
[0003]在例如采礦、鉆鑿或道路銑削的應用中，可具有例如鼓或鉆頭形式的驅(qū)動本體設(shè)有多個可更換的切割頭，該切割頭具有非常硬的切削點。在US2008/258536A1的圖1和14-20中示出這樣的驅(qū)動本體的非限制性示例。
[0004]在US2008/258536A1中示出的切割頭包含:頭部，該頭部可以是大致錐形的并且朝切割點漸縮；和柄，該柄能夠插入到切割頭保持器中。切割頭是磨損件，因此期望能夠快速地更換已磨損的切割頭，并且還期望以盡可能低的成本生產(chǎn)這種的切割頭。
[0005]切割頭保持器則被固定連接到驅(qū)動本體。切割頭保持器的功能是保證切割頭沿期望方向傾斜并且以可更換方式接納切割頭。切割頭保持器可以與驅(qū)動本體成一體，其可以與驅(qū)動本體形成為一個部件，或其可以被附接到驅(qū)動本體。切割頭保持器可以或多或少地從驅(qū)動本體的表面突出。
[0006]US5，261，499公開了一種鉆頭，該鉆頭根據(jù)以上闡述的原理設(shè)計，并且其中鉆頭的頭部相對于柄可旋轉(zhuǎn)，柄用于將磨損更均勻地分布在頭部上。
[0007]US3, 342，531公開了各種鉆頭設(shè)計，這些設(shè)計提供了嚴格錐形的鉆頭頭部，所述鉆頭頭部可附接到柄上，柄則可附接到鉆頭保持器。
[0008]US2008/0309148A1示出了根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的切割頭設(shè)計。
[0009]存在對改進切割頭和切割頭保持器的設(shè)計的普遍需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本公開的大體目標是提供一種切割頭概念，其提供改進的耐用性并且能夠以較低的成本被制造。
[0011]本發(fā)明由所附的獨立權(quán)利要求所限定。在從屬權(quán)利要求、以下描述以及附圖中闡述實施例。
[0012]根據(jù)第一方面，提供一種單尖端的切割頭，該切割頭用于重型采礦、鉆鑿或銑削操作中。該切割頭包括:大體錐形的本體，所述本體的第一端部具有切割點，并且所述本體的第二端部具有軸向延伸的凹部，所述凹部具有大體凸形的表面部分和鎖定裝置，以用于可釋放且可旋轉(zhuǎn)地將所述切割頭連接到切割頭保持器的突出部分。所述凹部具有入口部分，所述入口部分具有大體錐形的表面部分。所述大體凸形的表面部分包括軸向圓化凸形表面。
[0013]術(shù)語“大體錐形”應該被理解為還包括截頭錐形的本體，以及具有大體錐形的截面的旋轉(zhuǎn)對稱或近似旋轉(zhuǎn)對稱的本體。[0014]“入口部分”是位于凹部的內(nèi)側(cè)的、處在錐形本體的第二端部處的部分，并且其被設(shè)計為在切割頭和切割頭保持器之間的力傳遞時起作用。
[0015]在穿過切割頭的軸向橫截面中，諸如在圖6中，限定了軸向圓化凸形表面。
[0016]可以將旋轉(zhuǎn)連接構(gòu)思為使得當切割頭沒有承受或承受相對小的負載時，切割頭和切割頭保持器相對彼此可旋轉(zhuǎn)，而當承受較大負載時，切割頭和切割頭保持器不能夠相對彼此旋轉(zhuǎn)。在切割之間，可能存在相對松的接觸，或甚至在相互作用的錐形/凸形表面和/或錐形表面之間存在小的間隙。
[0017]凸形的表面部分和錐形的入口部分被設(shè)為用于有效地負載傳遞。具體地，在錐形和凸形/凹形表面之間的相互作用被用于提供改進的對通過錐形表面的沖擊負載的吸收，并且增加抵抗剪切負載的能力。所要求保護的幾何形狀還用以將切割頭自行對中到切割頭保持器上，從力傳遞的角度看，這是有利的。最后，所公開的設(shè)計允許較大的突出部分，而不會有因為過多地移除材料而弱化切割頭的問題。
[0018]鎖定裝置可以與凹部的開口向內(nèi)隔開。
[0019]凸形的表面部分可以被定位在鎖定裝置和凹部的開口之間。例如，凸形的表面部分可以被定位在錐形表面部分和鎖定裝置之間。
[0020]從錐形本體的基底到鎖定裝置的最內(nèi)側(cè)部分的距離小于或等于大致錐形本體的總高度的一半。
[0021]凸形的表面部分的半徑大于或等于從錐形本體的基底到鎖定裝置的最內(nèi)側(cè)部分的距離的1/4。
[0022]凸形的表面部分的半徑小于或等于從錐形本體的基底到鎖定裝置的最內(nèi)側(cè)部分的距離的兩倍。
[0023]錐形本體的外表面部分可以是大體凹形的。
[0024]鎖定裝置可以包括軸承。因此，促進相對旋轉(zhuǎn)運動。
[0025]大體錐形本體可以主要由鋼和/或碳化物形成。
[0026]切割點可以至少涂覆有超硬材料，或超硬材料的組合。因此，切割點可以部分地或完全地由超硬材料形成。
[0027]超硬材料可以被限定為當用維氏硬度測試測量時具有超過40GPa(吉帕斯卡)的硬度值的材料，并且其包括但不限于金剛石、立方氮化硼、碳氮化物和聚合金剛石納米棒。
[0028]根據(jù)第二方面，提供一種用于切割頭的切割頭保持器。該切割頭保持器包括:保持器本體；突出部分，所述突出部分從所述保持器本體延伸，并且所述突出部分適于延伸到根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的切割頭的凹部中；和鎖定裝置，所述鎖定裝置被定位在所述突出部分上，以用于可釋放且可旋轉(zhuǎn)地將所述切割頭鎖定到所述切割頭保持器。所述突出部分具有凹形的表面部分，所述凹形的表面部分適于抵靠所述切割頭的所述凸形的表面部分。所述切割頭保持器具有肩部，所述肩部具有大體錐形表面部分，用于與所述切割頭的所述入口部分相互作用。所述凹形表面部分包括軸向圓化的凹形表面。
[0029]在穿過切割頭的軸向橫截面中，諸如在圖6中，限定了軸向圓化的凹形表面。
[0030]“保持器本體”是以相對永久的方式附接到驅(qū)動本體并且接納可更容易更換的切割頭的本體。
[0031]“肩部”是位于從突出部分到保持器本體的過渡部分處的部分，并且因此該部分具有向外面向的錐形表面部分。凹形表面部分提供有效負載傳遞。
[0032]切割頭保持器可以適于被永久地固定到驅(qū)動本體。
[0033]突出部分與保持器本體形成為一個部件。
[0034]與由附接到保持器本體的分離部件形成突出部分的布置結(jié)構(gòu)相比，一個部件的布置結(jié)構(gòu)提供增加的抗疲勞性。
[0035]根據(jù)第三方面，提供一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括如上所述的切割頭和如上所述的切割頭保持器。切割頭的第二端部可以沿徑向延伸超過切割頭保持器的面向切割頭的表面。
[0036]當切割頭被連接到切割頭保持器時，入口部分可以沿軸向延伸超過肩部。
[0037]在整個切割頭上，為面向切割頭的表面提供保護，并且還為在切割頭保持器和切割頭之間的整個接頭提供保護，這是因為灰塵和粉末進入到接頭中并且妨礙接頭允許相對旋轉(zhuǎn)運動的能力的危險減少了。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0038]圖1示意性地圖示切割頭和切割頭保持器；
[0039]圖2是在圖1中的切割頭和切割頭保持器的示意性截面圖；
[0040]圖3a_3b示意性地圖示切割頭的第一實施例，其中切割點被移除；
[0041]圖4a_4b示意性地圖示切割頭的第二實施例，其中切割點被移除；
[0042]圖5a_5b示意性地圖示切割頭的第三實施例，其中切割點被移除；
[0043]圖6是切割頭和切割頭保持器的第一實施例的示意性截面圖，其中切割點被移除；
[0044]圖7是切割頭和切割頭保持器的第二實施例的示意性截面圖，其中切割點被移除；
[0045]圖8是切割頭和切割頭保持器的第三實施例的示意性截面圖，其中切割點被移除；
[0046]圖9是切割頭和切割頭保持器的示意性透視圖。
【具體實施方式】
[0047]圖1和圖2圖示了截齒系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含切割頭I和切割頭保持器2。在第一端部11處，切割頭具有切割點13，并且在第二端部12處，切割頭具有軸向延伸的凹部14，該凹部14適于接納形成切割頭保持器2的組成部分的突起22。
[0048]切割頭本體15可以由例如鋼、碳化物或任何其它硬質(zhì)材料形成。切割點13可以由具有超硬材料諸如金剛石、多晶金剛石或立方氮化硼的耐磨層的碳化物形成，或僅由超硬材料形成。
[0049]切割頭保持器2可以包含保持器本體21，該保持器本體21可以由鋼形成并且具有適于接納切割頭I的關(guān)起22。關(guān)起和保持器本體可以被形成為個部件。切IllJ頭保持器適于以相對永久的方式連接到驅(qū)動本體，諸如鼓或鉆頭。此處，術(shù)語“永久的”并不排除切割頭保持器能夠被從驅(qū)動本體移除而不破壞其中的任何一個。
[0050]參考圖2，從錐形本體的基底表面18到形成鎖定裝置19的組成部分的凹槽的最內(nèi)側(cè)部分的軸向距離D可以小于或等于包括切割點在內(nèi)的大體錐形本體的總高度G的一半。[0051]此外，凸形表面部分的半徑R可以大于或等于從錐形本體的基底表面18到形成鎖定裝置19的組成部分的凹槽的最內(nèi)側(cè)部分的距離D的大約1/4。
[0052]凸形表面部分的半徑R可以小于或等于從錐形本體的基底表面18到形成鎖定裝置19的組成部分的凹槽的最內(nèi)側(cè)部分的距離D的兩倍。
[0053]切割頭保持器可以具有面向切割頭的表面223，該面向切割頭的表面223被限定為切割頭保持器的與處于切割頭保持器上的凹部的軸向突出重合(coincide)的表面。因此，面向切割頭的表面是大體環(huán)形的。所述面向切割頭的表面面向切割頭的凹部，并且可以被定位為離保持器本體比離鎖定裝置更近。面向切割頭的表面的一部分可以是凹形的，以與上述凸形表面匹配。
[0054]切割頭的第二端部12的至少一部分可以沿軸向延伸足夠遠，以當突起部分被完全接納在所述凹部中時與所述面向切割頭的表面完全軸向重合。在另一個實施例中，切割頭的第二端部12延伸足夠遠，以當突起部分被完全接納在所述凹部中時在所述面向切割頭的表面的環(huán)形段上與面向切割頭的表面完全軸向重合。
[0055]切割頭的第二端部12還可以在所述突起部分被完全接納在所述凹部中時完全地或在面向切割頭的表面的環(huán)形段上沿軸向延伸超過面向切割頭的表面。
[0056]基底表面18可以是大體環(huán)形且連續(xù)的，即不具有軸向狹縫。
[0057]圖3a_3b和圖6示意了切割頭I和切割頭保持器2的第一實施例。
[0058]切割頭I具有大體錐形或截頭錐形本體15，其包絡表面具有凸形表面部分16，或整體上是大致凸形的。本體15可以是大致對稱的。
[0059]切割頭I具有凹部14，該凹部14起始于基底表面18處，并且軸向延伸到本體15中，并且終止于凹部底部141處，所述凹部底部141在該實施例中是大致半球形的。鎖定裝置19被定位在該凹部14中。
[0060]鎖定裝置19可以包括周向凹槽，鎖定環(huán)可以布置在該周向凹槽中。鎖定環(huán)可以是彈性的。其外周可以是連續(xù)或間斷的，例如垛口狀的。鎖定裝置可以被設(shè)計為一旦鎖定裝置已經(jīng)被致動以將切割頭I連接到切割頭保持器2，就提供足以允許切割頭和切割頭保持器之間的旋轉(zhuǎn)運動的間隙。
[0061]鎖定裝置可以至少包括布置在切割頭上的一個部分和布置在切割頭保持器上的一個部分。例如，鎖定裝置可以包括一個或多個鎖定突起，所述一個或多個鎖定突起被接納在互補的鎖定凹部中。鎖定突起可以與切割頭或切割頭保持器形成為一個部件，或其可以以初始地安裝在切割頭保持器上或初始地安裝在切割頭中的分離部件的形式被提供。
[0062]起始于鎖定裝置19處并朝基底表面18延伸或一直延伸到基底表面18，存在過渡表面17，所述過渡表面17具有(在橫截面中看時)凸形表面部分，或所述過渡表面17整體是凸形的。
[0063]在凹部14的最低處部分處，存在入口部分171，所述入口部分171是大體錐形的。
[0064]參考圖6，切割頭保持器可以具有與凹部14互補的形狀，其中具有容許在切割頭和切割頭保持器之間的相對旋轉(zhuǎn)運動的小間隙。例如，突起可以具有:大致半球形的遠端222 ;鎖定裝置，所述鎖定裝置可以被形成為周向凹槽；和過渡表面221，所述過渡表面221適于與過渡表面17相互作用，并且因此具有從鎖定裝置延伸的大體凹形表面部分。
[0065]圖4a_4b和圖7示意了切割頭I’和切割頭保持器2’的第二實施例。[0066]切割頭I’具有大體錐形或截頭錐形的本體15’，其包絡表面具有凸形表面部分16，或其整體是大致凸形的。所述本體15’可以是大致對稱的。
[0067]切割頭I具有凹部14，所述凹部14起始于基底表面18并軸向延伸到本體15’中，并且終止于凹部底部141’處，該凹部底部141’在該實施例中是大體平坦的，且具有斜切(chamfered)邊緣。鎖定裝置19被定位在凹部14中。鎖定裝置19可以包括周向凹槽，鎖定環(huán)可以被布置在所述周向凹槽中。所述鎖定環(huán)可以是彈性的。
[0068]起始于鎖定裝置19處并朝基底表面18延伸或一直延伸到基底表面18，存在過渡表面17，該過渡表面17可以具有(在橫截面中看時)凸形表面部分，或其可以整體是凸形的。 [0069]參考圖7，切割頭保持器2’可以具有與凹部14互補的形狀，其中具有允許在切割頭和切割頭保持器之間的相對旋轉(zhuǎn)運動的小間隙。例如，突起可以具有:大致平坦的遠端222’，所述遠端222’具有斜切邊緣；鎖定裝置，所述鎖定裝置可以被形成為周向凹槽；和過渡表面221，所述過渡表面221適于與過渡表面17相互作用，并且因此具有從所述鎖定裝置延伸的大體凹形表面部分。
[0070]圖5a_5b和圖8示意了切割頭1〃和切割頭保持器2〃的第三實施例。
[0071]切割頭1"具有大體錐形或截頭錐形的本體15"，其包絡表面具有凸形表面部分16，或其整體是大致凸形的。本體15"可以是大致對稱的。
[0072]切割頭I具有凹部14，凹部14起始于基底表面18處并軸向延伸到本體15〃中，并且終止于凹部底部141〃處，所述凹部底部141〃在該實施例中是大致平坦的，且具有圓化邊緣。鎖定裝置19被定位在凹部14中。鎖定裝置19可以包括周向凹槽，鎖定環(huán)可以被布置在該周向凹槽中。所述鎖定環(huán)可以是彈性的。
[0073]可以在設(shè)在鎖定裝置19和基底表面18之間設(shè)置一個或多個軸承191、192，所述軸承191、192可以是滾珠軸承形式的。
[0074]起始于鎖定裝置19處并朝基底表面18延伸，或一直延伸到基底表面18，存在過渡表面17，所述過渡表面17可以具有(在橫截面中看時)凸形表面部分，或其可以整體是凸形的。作為替代，凸形過渡表面可以源自最下側(cè)的軸承192處并朝基底表面18延伸，或一直延伸到基底表面18。
[0075]軸承191、192可以包括多個滾珠和滾珠保持架，如在滾珠軸承技術(shù)中的常規(guī)的那些?？梢詫⑤S承191、192設(shè)置為鎖定裝置19的補充或替代。
[0076]參考圖8，切割頭保持器2〃可以具有與凹部14互補的形狀，其中具有允許在切割頭和切割頭保持器之間的相對旋轉(zhuǎn)運動的小間隙。例如，突起可以具有:大體平坦的遠端222"，所述遠端222〃具有圓化邊緣；鎖定裝置，所述鎖定裝置可以被形成為周向凹槽；和過渡表面221，所述過渡表面221適于與過渡表面17相互作用，并且因此具有從上述鎖定裝置延伸的大體凹形表面部分。突起22〃可以還具有適于接納布置在切割頭1〃的凹部14〃中的軸承的一個或多個軸承凹槽。
[0077]如在圖9所公開的那樣，切割頭保持器可以具有面向切割頭的表面223、224，所述面向切割頭的表面包括可以是錐形以用于與切割頭凹部14的入口部分的錐形表面相互作用的一個部分223和可以是大體平坦的一個部分224。
[0078]在另一個實施方式(圖7、8)中，切割頭保持器2’、2〃僅具有錐形表面223，并且不具有這樣的大體平坦部分。
[0079]在所公開的實施例中，環(huán)形凹槽被設(shè)置在切割頭保持器的突出部分22上和切割頭的凹部14中。然而，不排除其它的鎖定裝置的布置結(jié)構(gòu)。
[0080]應該注意的是，可以將軸承連接到切割頭的凹部14〃或連接到突起22"。將軸承連接到凹部14"的優(yōu)勢會是，每當更換切割頭1"時，軸承也被更換。將軸承連接到突起22"的優(yōu)勢在于，軸承因此會被再利用，從而降低了切割頭1"的復雜性和成本
[0081]軸承可以形成鎖定裝置的組成部分，或完全構(gòu)成鎖定裝置。
[0082]盡管目前尚未要求保護，但是可以構(gòu)思到的是，提供具有上述一個部件形式的突起22和保持器本體21而沒有凹形表面/凸形表面17、221或沒有大體錐形表面部分171、223的實施例。
[0083]盡管當前尚未要求保護，但是還可以構(gòu)思到的是，提供用切割頭保護面向切割頭的表面223、224而沒有凹形表面/凸形表面17、221、沒有大體錐形表面部分的入口部分、或沒有一個部件形式的突起22和保持器本體21的實施例。
[0084]最后，可以構(gòu)思到的是，提供切割頭，在其第二端部12處具有裙部(未示出)，該裙部從基底表面18軸向延伸并且包圍切割頭保持器的至少一部分，從而對切割頭保持器，并且特別地對切割頭保持器和切割頭的交界面提供額外保護。裙部可以與切割頭形成為一個部件，或通過被附接到切割頭本體的分離部分而形成，并且裙部可以一直繞凹部14延伸。在裙部的最內(nèi)側(cè)表面和切割頭保持器之間可以存在徑向間隙。裙部可以被設(shè)計為不參與從切割頭到切割頭保持器的力傳遞。
【權(quán)利要求】
1.一種用于重型采礦、鉆鑿、或銑削操作的單尖端的切割頭(I)，所述切割頭(I)包含: 大體錐形的本體(15)，所述本體(15)的第一端部(11)具有切割點(13)，并且所述本體(15)的第二端部(12)具有軸向延伸的凹部(14)，所述凹部(14)具有大體凸形的表面部分和鎖定裝置(19)，以用于可釋放且可旋轉(zhuǎn)地將所述切割頭連接到切割頭保持器(2)的突出部分(22)， 其特征在于， 所述凹部具有入口部分，所述入口部分具有大體錐形的表面部分，并且所述大體凸形的表面部分包括軸向圓化的凸形表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的切割頭，其中，所述鎖定裝置(19)與所述凹部(14)的開口向內(nèi)隔開。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的切割頭，其中，所述凸形的表面部分(17)被定位在所述鎖定裝置(19)和所述凹部的開口之間。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的切割頭，其中，從所述錐形本體的基底(18)到所述鎖定裝置(19)的最內(nèi)側(cè)部分的距離(D)小于或等于所述大體錐形的本體的總高度(G)的一半。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的切割頭，其中，所述凸形的表面部分(17)的半徑(r)大于或等于從所述錐形的本體的基底(18)到所述鎖定裝置(19)的最內(nèi)側(cè)部分的距離⑶的1/4。`
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的切割頭，其中，所述凸形的表面部分(17)的半徑(r)小于或等于從所述錐形的本體的基底(18)到所述鎖定裝置(19)的最內(nèi)側(cè)部分的距離⑶的兩倍。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的切割頭，其中，所述錐形的本體(15)的外表面部分(16)是大體凹形的。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的切割頭，其中，所述鎖定裝置(19)包括軸承。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的切割頭，其中，所述切割點(13)至少涂覆有超硬材料，或超硬材料的組合。
10.一種用于切割頭的切割頭保持器(2)，所述切割頭保持器(2)包括: 保持器本體(21)； 突出部分(22)，所述突出部分(22)從所述保持器本體延伸，并且所述突出部分(22)適于延伸到根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的切割頭⑴的凹部(14)中；和 鎖定裝置(19)，所述鎖定裝置(19)被定位在所述突出部分(22)上，以用于可釋放且可旋轉(zhuǎn)地將所述切割頭(I)鎖定到所述切割頭保持器(2)， 所述突出部分(22)具有凹形的表面部分(221)，所述凹形的表面部分(221)適于抵靠所述切割頭(I)的所述凸形的表面部分(17)， 其特征在于， 所述保持器具有肩部，所述肩部具有大體錐形的表面部分，用于與所述切割頭的所述入口部分相互作用，并且所述凹形的表面部分包括軸向圓化的凹形表面。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的切割頭保持器，其中，所述切割頭保持器(2)適于被永久地固定到驅(qū)動本體。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的切割頭保持器，其中，所述突出部分(22)和所述保持器本體(21)被形成為一個部件。
13.—種系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括根據(jù)權(quán)利要求1至9中的任一項所述的切割頭(I)和根據(jù)權(quán)利要求10至12中的任一項所述的切割頭保持器(2)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中，所述切割頭的所述第二端部沿徑向延伸超過所述切割頭保持器的面向切割頭的表面(223)。
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的系統(tǒng)，其中，當所述切割頭連接到所述切割頭保持器時，所述入口部分沿軸向延 伸超過所述肩部。
【文檔編號】E21C35/19GK103492673SQ201280019526
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2012年2月20日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月20日
【發(fā)明者】約瑟夫·法代 申請人:山特維克知識產(chǎn)權(quán)股份有限公司