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JPH11509899A - Rotating bit for cutting and its cutting method - Google Patents

Rotating bit for cutting and its cutting method

Info

Publication number
JPH11509899A
JPH11509899A JP8-526394A JP52639496A JPH11509899A JP H11509899 A JPH11509899 A JP H11509899A JP 52639496 A JP52639496 A JP 52639496A JP H11509899 A JPH11509899 A JP H11509899A
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JP
Japan
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cutting
self
angle
cutting element
rotating
Prior art date
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Application number
JP8-526394A
Other languages
Japanese (ja)
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JP3588362B2 (en
Inventor
ユリー コソブロドフ
ビンセント ジュー
Original Assignee
チャンピオン イクイプメント カンパニー
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Filing date
Publication date
Priority claimed from US08/394,908 external-priority patent/US5520444A/en
Application filed by チャンピオン イクイプメント カンパニー filed Critical チャンピオン イクイプメント カンパニー
Publication of JPH11509899A publication Critical patent/JPH11509899A/en
Application granted granted Critical
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 切削用自己回転および自己研磨工具は、略円形の回転式切削要素(2)を有する。これは、切削要素(2)の迎え角が90°〜120°の間、スキュー角が5°〜40°の間になるよう装着されて配置される。切削要素(2)は前面が凸形であり、切刃の周辺に沿って変化する逃げ角とすくい角とを有する。 (57) Abstract: A cutting self-rotating and self-polishing tool has a substantially circular rotary cutting element (2). It is mounted and arranged such that the angle of attack of the cutting element (2) is between 90 ° and 120 ° and the skew angle is between 5 ° and 40 °. The cutting element (2) is convex on the front side and has a clearance angle and a rake angle that vary along the periphery of the cutting edge.

Description

【発明の詳細な説明】 切削用回転ビット及びその切削方法 技術分野 本発明は、広義には岩石および地盤、その他の非金属性脆性材料の掘削や平削 り、穿孔、建設材料の破砕、生産および処理に使用できるとともに、上述した材 料の切削および粉砕を目的とする装置に装備できる切削用回転ビットの構造およ びその切削方法に関する。背景技術 一般に、切削工程のメカニズムは第1図に示されるようになっている。岩石の ような材料は、装置を駆動すると生じる背分力Tおよび切削力の法線成分Cnに よって切り取られる。これらの力の作用下で工具は水平方向および垂直方向に同 時に移動し、岩石の抵抗力よりも大きい複雑な応力が発生する。Detailed Description of the Invention Rotary Bit for Cutting and Cutting Method Thereof The present invention relates to a structure of a rotary cutting bit that can be used for processing and that can be installed in a device intended for cutting and pulverizing the above-mentioned materials, and a cutting method therefor. BACKGROUND ART In general, the mechanism of the cutting process is as shown in FIG. A material such as rock is cut by the thrust force T and the normal component C n of the cutting force generated when the device is driven. Under the action of these forces, the tool moves horizontally and vertically simultaneously, creating complex stresses that are greater than the resistance of the rock.

ビットの前面に分散されて力Cnが作用すると岩石内部に圧縮応力が生じる。Compressive stresses occur inside the rock when the force C n acts distributed on the front face of the bit.

この圧縮応力は岩石を破砕するには不十分であるが、予荷重が掛かるため岩石は それ以上歪まなくなる。This compressive stress is insufficient to fracture the rock, but the preload causes the rock to It won't distort any more.

力Tが作用すると、ビットの切刃によって生成される荷重密度のレベルが高い ため、岩石内部に剪断応力が発生する。このような剪断応力によって、脆性材料 に破砕クラックが生じて広がってゆく。 High level of load density produced by the bit cutting edge when force T is applied Therefore, shear stress occurs inside the rock. Such shear stress can cause brittle materials to A crushing crack occurs and spreads.

同時に、過圧された岩石のビット切刃と隣接した位置に、力CnおよびTによ って被圧領域が生じる。これはいわゆる中核と呼ばれる畜圧であり、この蓄圧は 岩石の最大抵抗力を超えると爆発のような形で放出される。At the same time, forces C n and T create a stressed area in the over-pressurized rock adjacent to the bit cutting edge. This is the so-called core pressure accumulation, and this pressure accumulation is released in the form of an explosion when the maximum resistance of the rock is exceeded.

先に述べた破砕クラックは、切刃から抵抗力の最も小さい部分へと進行するた め、最初は岩石の開放面へと向かうことが多い。しかしながら、これらのクラッ クは、岩石のCnによって圧縮されて抵抗力が大きくなった部分を迂回すること はできない。したがって、破砕クラックは岩石の圧縮された部分の周囲を通って ビットの前面からLだけ離れた位置で開放面に達し、岩石の応力が加わった部分 を分離させてこの破片を岩石塊全体から落とす。Fragmentation cracks, as previously mentioned, tend to initially go to the open face of the rock, since they progress from the cutting edge to the point of least resistance. However, these cracks cannot circumvent the portion of the rock that has been compressed by C n and has increased resistance. Thus, a crushing crack passes around the compressed portion of the rock and reaches an open face at a distance L from the front face of the bit, separating the stressed portion of the rock and dropping this fragment from the entire rock mass. .

圧縮応力および剪断応力が同時に連続作用する中で、クラック不足をカバーす るのに十分なエネルギが蓄積されると、主に進行性の長い破砕クラックと中核爆 発とによって岩石全体あるいはほぼ全体の破片が次々と岩盤から取れていく。 Covers insufficient cracks under continuous simultaneous action of compressive stress and shear stress. Once enough energy has been accumulated to Fragments of the whole rock or almost the whole rock are removed from the bedrock one after another by the explosion.

したがって、効率的な岩石切削工程では、ビットの切刃部分に大きな荷重が集 中した状態を維持する必要がある。法線力Tは岩石とビットの切刃との間の狭い 接触線にしか作用しないため、大きな荷重が集中した状態はビットの正の逃げ角 δによって得られる。線接触した領域では比較的わずかな摩耗が生じただけでも 切削能力は急激に落ちるため、線接触は非常に重要なものである。この接触領域 の幅がかなり広いと、岩石内部での応力の集中度が大きく落ちるとともに、長い クラックの発生も大幅に制限される。 An efficient rock cutting process therefore concentrates a large amount of load on the cutting edge of the bit. You have to keep it in the middle. The normal force T is the narrow force between the rock and the bit cutting edge. Only the contact line is acted on, so a large concentrated load results in a positive relief angle of the bit. obtained by δ. Even relatively small wear in the area of line contact Line contact is very important as the cutting capacity drops off sharply. This contact area If the width of the The occurrence of cracks is also greatly restricted.

効率的な切刃では、切削要素の高い切削能と高い耐久性、過剰な荷重に対する 高信頼度の保護性、ビットの正の逃げ角を保持すること、その他の初期パラメー タを維持することが、切刃の耐用期間全体にわたって最適な状態で組み合わされ ていなければならない。 Efficient cutting edges require high cutting power and high durability of the cutting element, resistance to excessive loads Reliable protection, maintaining a positive bit clearance angle, and other initial parameters maintaining torque is optimally combined throughout the life of the cutting edge. must be

上述した品質のうちいくつかを達成することを目的として複数の工具が開発さ れている。 Several tools have been developed with the aim of achieving some of the qualities mentioned above. is

第1の岩石破砕工具グループは、非回転式切削要素を有する切削用ビットから なる。米国特許第1,174,433には、前面が凸形の非回転式カッターが開 示されている。しかしながら、このカッターのすくい角は正である。すなわち長 手方向の軸とビットの後ろの切削(被処理)面との間の角度(迎え角と定義)が 90°未満である。この工具の切刃は短く、すくい角は正で刃先角が小さい。本 発明と比較すると、このビットの耐久性および耐摩耗性は低く、軟質で研磨性の ない岩石の破砕にしか使うことができない。 A first rock breaking tool group consists of cutting bits with non-rotating cutting elements. Become. U.S. Pat. No. 1,174,433 discloses a non-rotating cutter with a convex front face. It is shown. However, the rake angle of this cutter is positive. i.e. long The angle (defined as the angle of attack) between the hand axis and the cutting (worked) surface behind the bit is less than 90°. The cutting edge of this tool is short, with a positive rake angle and a small included angle. Book Compared to the invention, the bit has low durability and wear resistance, soft and abrasive It can only be used to break loose rocks.

米国特許第4,538,691号および第4,678,237号には、前面が 平らですくい角は実質的に負であり、揚力の作用による過剰な荷重からビットが 保護される岩石破砕要素を有する非回転式切削工具が開示されている。しかしな がら、ここに記載のビットは切削能が低く、岩石を貫入するには大きなスラスト 力を必要とする。このビットの迎え角は90°以下である。 U.S. Pat. Nos. 4,538,691 and 4,678,237 disclose that the front The flat rake angle is substantially negative, preventing the bit from over-loading due to the action of lift forces. A non-rotating cutting tool having protected rock breaking elements is disclosed. but However, the bits described here have low cutting power and require large thrusts to penetrate rock. need power. The attack angle of this bit is less than 90°.

米国特許第4,538,690号、同第4,558,753号および同第4, 593,777号には、前面が凹形で、ビットの 耐久性を高める(過剰な荷重から保護することを含む)ために負のすくい角を大 きくして配置されている岩石破砕要素を有する非回転式切削ビットが開示されて いる。しかしながら、このビットも切削能および貫入能が低い。このビットは、 迎え角90°未満で配置されている。 U.S. Pat. Nos. 4,538,690, 4,558,753 and 4, No. 593,777 has a concave front face and a bit A large negative rake angle is used for increased durability (including protection from excessive loads). A non-rotating cutting bit is disclosed having rock-breaking elements arranged closely together. there is However, this bit also has poor cutting and penetrating power. This bit It is positioned at an angle of attack of less than 90°.

特許となっている岩破砕工具の第2のグループは、左右対称な切削要素を有し 、自己の長手方向の軸を中心として回転可能な丸いビットからなる。 A second group of patented rock breaking tools has symmetrical cutting elements. , consisting of a round bit rotatable about its longitudinal axis.

この回転式工具の第1のサブグループにおいて、ビットの岩石破砕要素は、例 えば米国特許第3,650,656号、同第3,807,804号および同第4 ,804,231号に記載されているように円錐形(上向き円錐)であり、凸形 の背面で岩石を破砕する。ロシア特許第1,671,850−A1には、これと 同じいわゆる円錐ビット型のものが開示されている。その接触面積は迎え角に応 じて制限され、0〜90°の間で変えることができるものである。説明されてい るビットは長い破砕クラックを発生させずに動作するクラッシュタイプのもので ある。これらのビットは、迎え角90°未満で配置されており、前面および背面 は凸形で、逃げ角はゼロ度または負、すくい角は正である。これらのビットの自 己回転は信頼できるものではない。したがって、自己研磨されることもない。こ れらのビットは、岩石破砕のための比エネルギ要件が本発明よりも極めて大きい 。 In this first subgroup of rotary tools, the rock breaking elements of the bit are e.g. U.S. Pat. Nos. 3,650,656, 3,807,804 and 4 , 804,231 is conical (upward cone) and convex Crush rocks on the back of the Russian Patent No. 1,671,850-A1 describes this and The same so-called conical bit type is disclosed. The contact area depends on the angle of attack. , and can vary between 0 and 90°. explained The bit used is a crush type that works without long crushing cracks. be. These bits are positioned at an angle of attack of less than 90° and are is convex with a zero degree or negative clearance angle and a positive rake angle. the self of these bits Self-rotation is unreliable. Therefore, it is not self-polished. child These bits have significantly higher specific energy requirements for rock breaking than the present invention. .

回転式工具の第2のサブグループには、例えば米国特許第5,078,219 号に開示されているような、前面で岩石を破砕するビットが含まれる。このビッ トの背面は凸形であり、逃げ角は正で迎え角はゼロに近い。ビットの切刃が鋭利 なものである場合には、このビットは切削工具になる。しかしながら、ビットが 短期間のうちに鈍化してしまうのが設計面で防止されてはいない。ビットの摩耗 した領域は補正されないため、ビットの自己研磨は不可能である。上述したよう に、背分力Tに対する接触領域の幅がかなり広いと切削能は大幅に落ちる。 A second sub-group of rotary tools includes, for example, US Pat. No. 5,078,219 Includes a front rock crushing bit as disclosed in the issue. This bit The dorsal surface is convex with a positive clearance angle and a near-zero angle of attack. Bit cutting edge is sharp , the bit becomes a cutting tool. However, if the bit The design does not prevent it from slowing down in the short term. bit wear Self-sharpening of the bit is not possible because the areas that have been sharpened are not corrected. as mentioned above Moreover, if the width of the contact area with respect to the thrust force T is too wide, the cutting performance is greatly reduced.

回転式工具の第3のサブグループは、例えばドイツ特許公開第3,336,1 54号および第3,234,521号に開示されているようなチゼルビットに代 表されるものである。これらのビットには、前面が鋭利で交換可能な管状チゼル 形切削スリーブが設けられている。このビットの刃先角はどちらかというと小さ く、 すくい角は正方向に大きく、逃げ角は小さい。したがって、これらのビットは耐 久性および耐摩耗性が低く、軟質で研磨性のない岩石の破砕時にのみ適用可能で ある。本発明と比較すると、これらのビットの迎え角は90°よりもかなり小さ く、前面は凹形で背面が凸形で、ビットが自己研磨されることはない。発明の開示 したがって、本発明の目的は、従来技術の欠点のない切削方法および切削用回 転ビットを提供することにある。A third sub-group of rotary tools is represented by chisel bits as disclosed, for example, in German Offenlegungsschrift 3,336,154 and 3,234,521. These bits are provided with replaceable tubular chisel-shaped cutting sleeves with sharpened front faces. The tip angle of this bit is rather small, the rake angle is large in the positive direction, and the clearance angle is small. Therefore, these bits have low durability and wear resistance and are applicable only when crushing soft, non-abrasive rocks. Compared to the present invention, the angle of attack of these bits is much less than 90°, the front surface is concave and the back surface is convex, and the bits are not self-sharpening. DISCLOSURE OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a cutting method and rotary cutting bit that do not suffer from the disadvantages of the prior art.

具体的には、本発明の目的は、係合面に沿ってビットに普通に生じる摩耗とは 無関係に、耐用期間全体にわたって高い耐久性を保証するとともにビットの高い 初期切削能を維持することのできる切削方法および切削用回転ビットを提供する ことにある。 Specifically, it is an object of the present invention to eliminate the wear that normally occurs on bits along the mating surfaces. Regardless, the bit's high To provide a cutting method and a cutting rotary bit capable of maintaining initial cutting ability That's what it is.

これらの目的および後述の説明から明らかになる他の目的を維持するにあたり 、本発明の一つの特徴は、簡単に言えば、本体と、本体に接続された略円形の切 削要素または複数の要素とを備える切削用回転ビットを用いる際に従う切削方法 であって、切削要素が凸形の前面を有する方法にある。本発明による方法では、 切削用回転ビットはビットの切削要素の迎え角が90°を超えるように配置され いてる。(迎え角とは、ビットの長手方向の軸とビット背後の切削面との間の角 度である。) 本発明に基づいて上記の方法を実施し、工具を設計すると、以下のような利点 が得られる。 In keeping with these and other purposes that will become apparent from the discussion below, , one feature of the present invention is, simply put, a body and a substantially circular cutout connected to the body. Cutting method according to using rotary cutting bit with cutting element or elements and wherein the cutting element has a convex front surface. In the method according to the invention, Rotary cutting bits are arranged so that the angle of attack of the cutting element of the bit exceeds 90°. I'm here. (The angle of attack is the angle between the longitudinal axis of the bit and the cutting surface behind the bit.) degree. ) Implementing the above method and designing a tool according to the present invention has the following advantages: is obtained.

− 岩石やその他の同様の材料を極めて効率のよく破砕できる、ビットの有意 な切削能 − ビットの切刃長を長くするとともに、その背面に沿った摩耗を均一にする 自己の長手方向の軸を中心としてなされる、ビットの連続的かつ強制的な自己回 転 − 邪魔になる切削要素材料をその背面に沿って研磨することによって、ビッ トの切刃全体に沿って初期状態の正の逃げ角を維持する、ビットの連続的かつ強 制的な自己研磨 − ビットの耐久性が向上し、結果としてビットの信頼性および寿命が高まる とともに、ビットの切削要素を介して極めて合理的な力が伝達されるために係合 できる加工材料の範囲が増える。脆い切削要素における応力は、ほぼ完全に圧縮 力のあるものである。 − Significance of the bit, which can break rocks and other similar materials very efficiently cutting power − Longer bit cutting edge length and uniform wear along its back surface Continuous and forced self-rotation of the bit about its longitudinal axis turn − By grinding the interfering cutting element material along its back surface, the bit A continuous and strong drilling of the bit that maintains the initial positive clearance angle along the entire cutting edge of the bit. self-polishing − Increased bit durability resulting in increased bit reliability and longevity and engagement due to very reasonable force transmission through the cutting elements of the bit Increases the range of materials that can be processed. Stresses in brittle cutting elements are almost completely compressive It is powerful.

− 切削要素の大部分が通常の摩耗によって失われるまでビットが効果的に動 作し、ビットの耐用寿命が長くなる。 − The bit must work effectively until most of the cutting elements are lost due to normal wear. , which increases the service life of the bit.

本発明の特徴であるとみなすことのできる新規な特徴は、特に添付の請求の範 囲に示されている。しかしながら、本発明自体については、構成および動作方法 の両方に関して、他の目的および利点とともに添付の図面を参照して以下の具体 的な実施例の説明を読むことでもっともよく理解できよう。図面の簡単な説明 第1図は、岩石破砕のメカニズムを概略的に示す図である。The novel features which may be considered characteristic of the invention are pointed out with particularity in the appended claims. The invention itself, however, both as to organization and method of operation, together with other objects and advantages thereof, may best be understood from the following description of specific embodiments when read in conjunction with the accompanying drawings. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWING FIG. 1 is a diagram schematically showing the mechanism of rock crushing.

第2図は、本発明による切削用回転ビットが設けられた切削装置を示す図であ る。 FIG. 2 is a diagram showing a cutting device provided with a rotary bit for cutting according to the present invention; be.

第3図aは、切削要素が設けられ、円柱形の前面と平らな背面とを有する本発 明の切削用回転ビットを示す図である。 FIG. 3a shows the present invention provided with a cutting element and having a cylindrical front surface and a flat rear surface. FIG. 10 is a diagram showing a bright rotary bit for cutting;

第3図bは、切削要素が設けられ、逆円錐形の前面と平らな背面とを有する本 発明の切削用回転ビットを示す図である。 FIG. 3b shows a book provided with a cutting element and having an inverted conical front surface and a flat rear surface; It is a figure which shows the rotary bit for cutting of invention.

第3図cは、切削要素が設けられ、円錐形の前面と平らな背面とを有する本発 明の切削用回転ビットを示す図である。 FIG. 3c shows the present invention provided with a cutting element and having a conical front surface and a flat rear surface. FIG. 10 is a diagram showing a bright rotary bit for cutting;

第3図dは、切削要素が設けられ、円柱形の前面と凹形の背面とを有する本発 明の切削用回転ビットを示す図である。 FIG. 3d shows the present invention provided with a cutting element and having a cylindrical front surface and a concave rear surface. FIG. 10 is a diagram showing a bright rotary bit for cutting;

第3図eは、切削要素が設けられ、円柱形の前面と凸形の背面とを有する本発 明の切削用回転ビットを示す図である。 FIG. 3e shows the present invention provided with a cutting element and having a cylindrical front surface and a convex rear surface. FIG. 10 is a diagram showing a bright rotary bit for cutting;

第4図aは、円筒形ビット本体に単純な切削要素が設けられた本発明の切削用 回転ビットを示す図である。 FIG. 4a shows a cutting tool according to the invention in which a cylindrical bit body is provided with a simple cutting element. FIG. 4 shows a rotary bit;

第4図bは、段付き円筒形本体に複数の切削要素が設けられた本発明の切削用 回転ビットを示す図である。 FIG. 4b shows a cutting tool according to the invention in which a stepped cylindrical body is provided with a plurality of cutting elements. FIG. 4 shows a rotary bit;

第4図cは、断面が丸く平滑な形の切削要素を有する本発明の切削用回転ビッ トを示す図である。 FIG. 4c shows a rotary cutting bit according to the invention having cutting elements of round and smooth shape in cross section. FIG. 10 is a diagram showing a

第4図dは、断面が多角形の切削要素を有する本発明の切削用回転ビットを示 す図である。 FIG. 4d shows a rotary cutting bit of the invention having cutting elements of polygonal cross-section; It is a diagram.

第4図eは、断面がデージー形の切削要素を有する本発明の切削用回転ビット を示す図である。 FIG. 4e shows a rotary bit for cutting according to the invention having a daisy-shaped cutting element in cross section. It is a figure which shows.

第5図aは、スキュー角を示す、本発明の切削用回転ビットの平面図である。 FIG. 5a is a plan view of a rotary cutting bit of the present invention showing the skew angle; FIG.

第5図bは、本発明による切削用回転ビットの主要な長手方向の部分と、全て の垂直平面角とを示す図である。 FIG. 5b shows the main longitudinal portion of a rotary cutting bit according to the invention and all is a diagram showing the vertical plane angle of .

第5図cは、本発明の切削用回転ビットの断面を示す図である。 FIG. 5c is a cross-sectional view of the rotary bit for cutting of the present invention.

第6図は、本発明による切削用回転ビットの切削動作時の状態を示す斜視図で ある。発明を実施するための最良の形態 本発明による切削工具(第2図、第3図および第4図)は、参照符号1で示さ れる本体と、参照符号2で示される切削要素すなわちインサートとを有する。本 体はさらに、ビットがその長手方向の軸を中心として回転するのに寄与するとと もに、切削工具を保持するのに使用することもできる尾部3を有する。FIG. 6 is a perspective view showing the cutting operation of the rotating bit for cutting according to the present invention. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION A cutting tool according to the invention (FIGS. 2, 3 and 4) comprises a body indicated by reference number 1 and a cutting element or insert indicated by reference number 2. have. The body furthermore has a tail 3 which contributes to the rotation of the bit about its longitudinal axis and which can also be used to hold a cutting tool.

第2図から明らかなように、ビットの尾部は工具ホルダ4の内部に配置され、 リテーナ5によって保持されている。1つの工具ホルダまたは複数の工具ホルダ を互いに整列配置し、カッターサポート6に取り付ける。主要角は、切削用回転 ビット同士を互いに間隔のあいた向きにするものであるが、後述するように工具 ホルダをカッターサポートに装着することによって決められる。ビットの尾部3 および切削用回転ビットは、その長手方向の軸を中心に回転できるような状態で 工具ホルダ内に保持され、軸方向に固定されている。 As is clear from FIG. 2, the tail of the bit is located inside the tool holder 4, It is held by retainer 5 . Single toolholder or multiple toolholders are aligned with each other and attached to the cutter support 6. Major angles are rotated for cutting Bits are spaced apart from each other, but as described later, the tool Determined by attaching the holder to the cutter support. Bit tail 3 and rotary cutting bit in such a way that it can be rotated about its longitudinal axis. It is held in the tool holder and axially fixed.

円筒形または円錐形の本体は、通常、実質的な弾性および強度を有する合金鋼 で作製される。 Cylindrical or conical bodies are usually alloyed steel with substantial elasticity and strength made in

インサート2(第3図)はリング形であり、一部品のリングまたは個々のセグ メントで構成される複合リングとして形成できる。リング中央の開口は円柱形ま たは円錐形のものとすることができ、その表面は、本体と接触するものであるが 、平らまたは曲線状であることができる。本発明の他の実施例では、ビット全体 を一種類の材料のみで作製することもできる。 The insert 2 (Fig. 3) is ring-shaped and can be a one-piece ring or individual segments. can be formed as a composite ring composed of The opening in the center of the ring is cylindrical or or conical, the surface of which is in contact with the body , can be flat or curved. In another embodiment of the invention, the entire bit can be made from only one type of material.

第3図a、第3図b、第3図cにおいて示されるように、インサートの上面を 平らにすることができる。あるいは、第3図dに示されるような凹形や、第3図 eに示されるような形であってもよい。ビットの前面になるリングの外面は、常 に第3図a、第3図dおよび第3図eにおいて示されるように円柱形の母線によ って形成される凸形であるか、または第3図cにおいて示されるような上向き円 錐、第3図bに示されるような逆円錐である。 As shown in Figures 3a, 3b and 3c, the top surface of the insert can be flattened. Alternatively, a concave shape as shown in FIG. 3d, or a It may be in the form shown in e. The outer surface of the ring, which is the front surface of the bit, should always to the cylindrical generatrix as shown in FIGS. 3a, 3d and 3e. or an upward circular shape as shown in FIG. 3c A cone, an inverted cone as shown in FIG. 3b.

切削要素の外側の輪郭は、第4図aにおいて示されるような直線状か、あるい は第4図bにおいて示されるような階段状である。 The outer contour of the cutting element may be straight as shown in Figure 4a, or is stepped as shown in FIG. 4b.

切削要素の断面形状については、第4図cに示されるような丸形、または第4 図dに示されるような多角形、または第4図eに示されるようなデージー形とす ることができる。 The cross-sectional shape of the cutting element may be round as shown in FIG. polygonal as shown in Figure d, or daisy-shaped as shown in Figure 4e. can

インサートは一般に、好ましくはタングステンカーバイド族の焼結した堅い合 金である耐摩耗性の堅い材料で作られている。切削力はリングの中央に加わり、 インサートを構成する堅い合金のような脆性材料では極めて危険な引っ張り応力 ではなく、主に安全な圧縮応力に変換されるため、インサートの前面は凸形であ るのが好ましい。 The insert is generally a sintered hard alloy, preferably of the tungsten carbide family. It is made of a hard, wear-resistant material that is gold. The cutting force is applied to the center of the ring, Extremely dangerous tensile stresses in brittle materials such as hard alloys that make up the insert The front face of the insert should be convex because the preferably

また、ビットの前面が凸形であると切り屑がビットの両側に分散されるため、 破砕後の岩石を切削領域からより一層効率よく除去することができる。 Also, if the front face of the bit is convex, the chips will be distributed on both sides of the bit, The crushed rock can be more efficiently removed from the cutting area.

インサートと本体との接続については、特に複合リングの場合、高温ロウ材を 用いたロウ付けによって達成するかまたは圧入用の締めしろを用いて達成するこ とができる。リング形のインサートによってロウ材料が半密封状態で保持される ため、本体とインサートとの間に耐久性があり信頼度の高い接合状態を確実に得 ることができる。これは、動荷重の状態のときに特に重要である。一方、高温ロ ウ付けでは接合される要素の膨張係数の差が原因となって残留熱応力が生じるが 、圧入を利用すればこのような残留熱応力はなくなる。 For the connection between the insert and the body, use high temperature braze, especially for composite rings. This can be achieved by brazing using a can be A ring-shaped insert holds the braze material in a semi-sealed state ensure a durable and reliable bond between the body and the insert. can This is especially important during dynamic load conditions. On the other hand, In soldering, residual thermal stress occurs due to the difference in the coefficient of expansion of the elements to be joined. , the use of press-fitting eliminates these residual thermal stresses.

非研磨性材料の切削には、本体とインサートとに分割することのできない一体 のビットを用いることが推奨される。この場合は例えば恒温クエンチングなどの 特別な熱処理を施して、ビットの本体部分と切削要素部分との硬度を変えなけれ ばならない。 For cutting non-abrasive materials, an inseparable integral body and insert It is recommended to use bits of In this case, e.g. isothermal quenching A special heat treatment must be applied to change the hardness of the bit body and the cutting element. must.

本発明の主な新しい特徴は、第2図および第5図bにおいて示されるように、 切削用回転ビットが切削対象となる岩石の表面に対して迎え角βで配置されるよ う本発明による方法が実施されることにある。 The main new features of the present invention are, as shown in FIGS. 2 and 5b: The rotating bit for cutting is arranged at an angle of attack β with respect to the surface of the rock to be cut. A method according to the invention is implemented.

第5図aおよび第5図cに示されるスキュー角αは、切削された岩石表面にお いて測定され、ビットの長手方向の軸の突出部とビットの運動方向との間の角度 である。 The skew angle α shown in Figures 5a and 5c is and the angle between the projection of the longitudinal axis of the bit and the direction of motion of the bit is.

スキュー角に応じて、岩石を切り取る切削力C(C=Qcosα)と、自己の長 手方向の軸を中心としたビットの回転(Qrot、=Qsinα)を促進する回転(ク ラッシュ)力Qrotとが決まる。Depending on the skew angle, the cutting force C (C = Q cos α) that cuts through the rock and the rotational (crush) force Q rot that promotes rotation of the bit about its longitudinal axis (Q rot , = Q sin α) is determined.

工具の迎え角bと工具のスキュー角αとの組み合わせが、工具の主なパラメー タ(ビット切刃のすくい角Ψおよび逃げ角δを含む)を最適化するのに好ましい 条件になる。 The combination of the tool angle of attack b and the tool skew angle α is the main parameter of the tool. parameters (including bit cutting edge rake angle Ψ and clearance angle δ) be a condition.

迎え角βおよびスキュー角αによって決まる工具の空間配置によって、以下の 特性が与えられる。 Due to the spatial arrangement of the tool determined by the angle of attack β and the skew angle α, properties are given.

− ビットの前面はインサートの凸表面であり、一方工具の背面はインサート の端面である − 回転モーメントMrotの作用下でビット切刃が岩石の対応する表面に沿っ てローリングするため、工具は自己の長手方向の軸を中心として回転(第5図b および第5図c)する。Mrotは、力Qrot(およびスラスト力)と接線力Qとに よって発生する一組の摩擦力である。− The front face of the bit is the convex surface of the insert, while the back face of the tool is the end face of the insert. (Figs. 5b and 5c) about its longitudinal axis. M rot is the set of frictional forces generated by force Q rot (and thrust force) and tangential force Q;

− 工具の直線運動の方向は、第5図cに示されるように、工具の切刃の各点 毎に異なる岩石の切削(破壊)方向とは一致しない。 - The direction of linear motion of the tool is defined at each point on the cutting edge of the tool, as shown in Figure 5c. It does not match the cutting (fracture) direction of the rock, which is different every time.

− すくい角Ψiおよび逃げ角δiの瞬間値は、ビットの切刃に沿って点毎に連 続的に変化する(第5図cの弧AE)。- The instantaneous values of rake angle Ψ i and clearance angle δ i vary continuously point by point along the cutting edge of the bit (arc AE in Fig. 5c).

逃げ角δbは点B(第5図c)において正の最大値となる。この角度は、点B から左右に移動すると小さくなり(sinδi=sinδbcosεi)、点Dにおいてゼロ 、点Eにおいて負の値になると仮定される。正の角度Δδ(第5図b;Δδ=co sβ sinα)によって工具の逃げ角を幾何学的に補正すると、ビットの切刃全体 (第5図cの弧AE)に沿って逃げ角は正になる。したがって、この状態すなわ ち切刃部分において岩石の応力集中度を高めるのに必要な状態を維持する。The relief angle .delta.b has a maximum positive value at point B (FIG. 5c). This angle is assumed to decrease left and right from point B (sin δ i =sin δ b cos ε i ), to be zero at point D and negative at point E. Geometrically correcting the clearance angle of the tool by a positive angle Δδ (Fig. 5b; Δδ = co s β sin α) results in a positive clearance angle along the entire cutting edge of the bit (arc AE in Fig. 5c). become. It therefore maintains this condition, the condition necessary to increase the stress concentration of the rock at the cutting edge.

|Δδ|=|δ0|の条件で点Eにおける工具の逃げ角はゼロになる。したが って、切刃全体に沿って正の逃げ角を維持する上で妨げとなる背面の材料が連続 的に除去されるため、Eにおける放射状の線上で自己研磨が起こる。自己研磨は 、切刃の点Eの周囲以外の場所に沿って摩耗が起こるのと同時に、この点の周囲 で進行する。The clearance angle of the tool at point E becomes zero under the condition |Δδ|=|δ 0 |. Thus, self-sharpening occurs on the radial line at E as backside material that interferes with maintaining a positive clearance angle along the entire cutting edge is continuously removed. Self-sharpening proceeds around point E of the cutting edge at the same time that wear occurs along locations other than around this point.

すくい角Ψbは第5図cの点Bにおいて負の最大値となる。点Dにおいて値が ゼロになり、点Eにおいて値が正になると仮定できるよう、この角度は点Bから 左右に移動すると大きくなる。したがって、単位長さあたりのスラスト力は、工 具の切刃の第5図cの弧AE上にある残りの点と比べて、点Eにおいて最大にな る。The rake angle Ψ b reaches its maximum negative value at point B in FIG. 5c. This angle increases as we move left and right from point B so that we can assume that at point D the value is zero and at point E the value is positive. Thrust force per unit length is therefore greatest at point E compared to the remaining points on arc AE of FIG. 5c of the cutting edge of the tool.

したがって、摩耗および摩擦の強度は点Eにおいて最大になり、逃げ角の値がゼ ロであることとあいまって、機械による工具研ぎに近い状態が得られる。第5図 b正の補正角ΔΨを導入することで、自己研磨の効果はさらに高くなる。Therefore, the intensity of wear and friction is maximum at point E, and the value of the clearance angle is zero. Combined with the fact that it is B, a state close to tool sharpening by a machine can be obtained. Figure 5 By introducing a b-positive correction angle ΔΨ, the effect of self-polishing is further enhanced.

切刃の中央部分において最大となる工具の負のすくい角は、過剰な荷重に対す る自己保護に寄与する。すくい角が負であると、工具を岩石から持ち上げる揚力 が発生する。このような過剰な負荷は、通常は破砕対象となる岩石が堅くなると 発生する。 The negative rake angle of the tool, which is maximum at the center of the cutting edge, contribute to self-protection. Negative rake angle lifts the tool off the rock occurs. Such excessive loads normally occur as the rocks to be fractured harden. Occur.

以下の要因から、自己の長手方向の軸を中心にした工具の連続的な回転は信頼 性の高いものとなる。 Continuous rotation of the tool about its own longitudinal axis is reliable due to the following factors: become highly sensitive.

− 逃げ角が正であるため、工具の背面に沿った回転に対する実質的な抵抗が ない − 切削装置を駆動することで生じて大きなQrotを形成する、(スラスト力 と比して)実質的な切削力Cを利用する。− There is no substantial resistance to rotation along the back surface of the tool due to the positive clearance angle − A substantial A cutting force C is used.

工具の性質および摩耗が背面に沿って軸方向に起こることと、工具の切刃全体 に沿って逃げ角が自己研磨によって連続的に初期値に戻ることとがあいまって、 インサートが摩耗によって実質的にすり減ってしまうまで、切削モードにおいて 工具が効率よく動作する。 The nature of the tool and the fact that wear occurs axially along the back surface and the entire cutting edge of the tool In combination with the fact that the clearance angle continuously returns to the initial value by self-polishing along in cutting mode until the insert is substantially worn away by wear Tools work efficiently.

本発明による迎え角は、90°〜120°の範囲内にできる。スキュー角は5 °〜40°の範囲内にできる。すくい角はプラス15°〜マイナス15°の範囲 内にできる。逃げ角は0〜20°の範囲内にできる。刃先角は50°〜100° の範囲内にできる。 The angle of attack according to the invention can be in the range of 90° to 120°. Skew angle is 5 ° to 40°. Rake angle ranges from +15° to -15° can be done inside The clearance angle can be in the range of 0-20°. Cutting edge angle is 50°~100° can be within the range of

以上、本発明を切削方法および切削用回転ビットにおいて実施する場合につい て図面を参照して説明したが、本発明の趣旨を逸脱することなく様々な修正およ び構造上の変更を施すことができるため、ここに示した詳細なものに限定される ことを意図したものではない。 As described above, the case where the present invention is implemented in the cutting method and rotary bit for cutting has been described. Although described with reference to the drawings, various modifications and changes can be made without departing from the spirit of the invention. and structural changes can be made, so are limited to the details shown here. is not intended to

Claims (17)

【特許請求の範囲】[Claims] 1. 回転式切削要素と、該切削要素の迎え角が90°を超えると共に、スキュ ー角を有する前記切削要素を保持するための手段とを備える切削用自己回転およ び自己研磨工具。1. A rotating cutting element and an angle of attack of the cutting element exceeding 90° and a skew - means for holding said cutting element having an angle; and self-polishing tools. 2. 前記切削要素が凸形の前面を備える請求の範囲第1項に記載の切削用自己 回転および自己研磨工具。2. 2. The cutting self of claim 1, wherein said cutting element comprises a convex front surface. Rotating and self-polishing tools. 3. 前記凸形の前面が、円筒形、上向き円錐形および逆円錐形からなる群から 選択される形状を有する請求の範囲第2項に記載の切削用自己回転および自己研 磨工具。3. wherein said convex front surface is selected from the group consisting of cylindrical, upturned conical and inverted conical. Self-rotating and self-sharpening for cutting according to claim 2 having a selected shape polishing tool. 4. 前記切削要素が、凸形、凹形、平らな形および前記形の組み合わせからな る形から選択される形の背面を有する請求の範囲第1項に記載の切削用自己回転 および自己研磨工具。4. wherein said cutting element comprises a convex shape, a concave shape, a flat shape and combinations of said shapes. Self-rotating for cutting according to claim 1, having a back surface of a shape selected from: and self-polishing tools. 5. 前記切削要素が、外形が直線形および階段形からなる群から選択される長 手方向の部分を有する請求の範囲第1項に記載の切削用自己回転および自己研磨 工具。5. The cutting element has a length selected from the group consisting of a linear profile and a stepped profile. Self-rotating and self-sharpening for cutting according to claim 1, having a hand portion tool. 6. 前記切削要素が、外形が丸形、多角形およびデージー形からなる群から選 択される形状の断面を有する請求の範囲第1項に記載の切削用自己回転および自 己研磨工具。6. wherein said cutting element has an outer shape selected from the group consisting of round, polygonal and daisy shaped. A self-rotating and self-rotating cutting tool according to claim 1 having a cross-section of a selected shape. self-polishing tool. 7. 前記切削要素の迎え角が90°〜120°の間である請求の範囲第1項に 記載の切削用自己回転および自己研磨工具。7. 2. The method of claim 1, wherein the angle of attack of said cutting element is between 90[deg.] and 120[deg.]. A self-rotating and self-polishing tool for cutting as described. 8. 前記切削要素のスキュー角が5°〜40°の間である請求の範囲第1項に 記載の切削用自己回転および自己研磨工具。8. 3. The method of claim 1, wherein the skew angle of said cutting element is between 5[deg.] and 40[deg.]. A self-rotating and self-polishing tool for cutting as described. 9. 前記切削要素の逃げ角が−15°〜15°の間である請求の範囲第1項に 記載の切削用自己回転および自己研磨工具。9. 3. The method of claim 1, wherein the clearance angle of said cutting element is between -15[deg.] and 15[deg.]. A self-rotating and self-polishing tool for cutting as described. 10. 前記切削要素の逃げ角が0〜20°の間である請求の範囲第1項に記載 の切削用自己回転および自己研磨工具。10. 2. The method of claim 1, wherein the clearance angle of the cutting element is between 0 and 20[deg.]. self-rotating and self-polishing tools for cutting of. 11. 前記切削要素の刃先角が50°〜100°の間である請求の範囲第1項 に記載の切削用自己回転および自己研磨工具。11. Claim 1, wherein the included angle of said cutting element is between 50° and 100°. A self-rotating and self-polishing tool for cutting according to . 12. 前記逃げ角が正方向に角度補正され、式Δδ≦arcsin(sinαcosβ)(こ こで、αはスキュー角、βは迎え角である)から求められる切削要素の自己研磨 が達成される請求の範囲第11項に記載の切削用自己回転および自己研磨工具。12. The clearance angle is positively angle-corrected and the formula Δδ ≤ arcsin (sinαcosβ) (this where α is the skew angle and β is the angle of attack). 12. The cutting, self-rotating and self-polishing tool of claim 11, wherein: 13. 回転式切削要素を用意するステップと、前記切削要素を装着手段によっ て装着するステップと、前記切削要素が90°を超える迎え角とスキュー角とを 有するように前記装着手段を変位させるステップとを含む切削方法。13. providing a rotatable cutting element; and mounting said cutting element by a mounting means. and said cutting element has an angle of attack and skew angle greater than 90°. and displacing the mounting means so as to have. 14. 前記装着には、前記切削要素の迎え角が90°〜120°の間になるよ う前記切削要素を装着することが含まれる請求の範囲第13項に記載の方法。14. The mounting is such that the angle of attack of the cutting element is between 90° and 120°. 14. The method of claim 13 including mounting said cutting element. 15. 前記装着には、前記切削要素のスキューが両方の傾斜面について10° 〜40°の間になるよう前記切削要素を装着することが含まれる請求の範囲第1 3項に記載の方法。15. The mounting includes a skew of the cutting element of 10° on both inclined planes. 40° to 40°. The method according to item 3. 16. 前記装着には、前記切削要素のすくい角が−15°〜15°の間になる よう前記切削要素を装着することが含まれる請求の範囲第13項に記載の方法。16. The mounting has a rake angle of the cutting element between -15° and 15° 14. The method of claim 13 including mounting said cutting element in such a manner. 17. 前記切削要素の逃げ角が0〜20°の間になるよう前記切削要素を装着 することが含まれる請求の範囲第1項に記載の方法。17. Mounting the cutting element such that the clearance angle of the cutting element is between 0 and 20° 3. The method of claim 1, comprising:
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