DE3515382A1

DE3515382A1 - Bohr- und baggerwerkzeuge mit eingelagerten hartstoffkoernern

Info

Publication number: DE3515382A1
Application number: DE19853515382
Authority: DE
Inventors: Werner 6719 Carlsberg Schatz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1983-10-28
Filing date: 1985-04-27
Publication date: 1986-11-06
Also published as: CN85101589A; JPS6114065A; ZA848364B; DE3339118A1; DE3339118C2; DD239962A5

Description

Beschreibung
Die Erfindung betrifft Bohr- und Baggerwerkzeuge, deren Spitze oder Schneide Hartstoff enthalten.
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.
Es ist weiterhin aus der Stammanmeldung P 3339 118.1 bekannt, Metallblöcke mit zonenweise eingelagerten Hartstoffkörnern herzustellen, die warm verformbar und schweißbar sind.
Es ist Aufgabe der Erfindung Bohr- und Baggerwerkzeuge zu offenbaren, die eine wesentlich höhere Standzeit als die bekannten haben und einfach herzustellen sind.
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.
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.
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.
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.
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.
Die Fig. 1 bis 5 zeigen Beispiele von Werkzeugen im Zwischen- und Endzustand des Fertigungsverfahrens.
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.
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.
Ein solcher Abschnitt 10 ist an einen Blockabschnitt 20 aus undotiertem Material auf der Schweißfläche 21 stumpf angeschweißt.
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.
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.
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.
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.
Selbstverständlich können auch andere Werkzeugformen in entsprechender Weise hergestellt werden.
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Claims

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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.