[发明专利]环形工具

说明书

本发明涉及一种环形工具，所述环形工具包括至少一个具有高耐磨性、向外辐射地取向的工作区和更靠近轴的夹持部，所述环形工具特别地是用于岩石，尤其是用于隧道钻机，的旋转钻头(rollerbit)或切割环。

此外，本发明涉及一种用于生产环形工具的方法，所述环形工具具有至少一个向外辐射地取向的工作区和更靠近轴的夹持部，所述环形工具特别地是针对岩石，尤其是用于隧道钻机，的旋转钻头或切割环，所述环形工具由作为基质的铁基合金形成，硬质材料颗粒(如碳化物和/或氮化物和/或氧化物和/或硼化物，可选地是具有硼组分、来自周期系第4和5族的至少一种元素或混合形式的多种元素的碳氮化物或氧碳氮化物)被并入所述铁基合金中。

现有技术

为了具有更大的直径，用于岩层或基岩等的钻孔设备典型地装配有环形工具，所述环形工具包括向外辐射地取向的工作区，并且所述环形工具在压力下碾压岩基并从而导致岩基的移除或脱离。

举例来说，隧道钻机具有大的盘形工具保持件，其中多个所谓旋转钻头或切割环被安装在可转动的位置中。当被向前驱动时，工具保持件被转动并以高压压抵于岩石，其中被布置于工具保持件的不同半径处的多个旋转钻头对岩石的各个区域具有破坏作用，并且其中被移除的岩石或者所谓碎片在工具保持件的后面被运走。

根据机械要求，具有向外辐射地取向、末端渐缩的工作区的环形工具是要在该区具有高耐磨性，以及材料的高硬度和高韧性。

在多数情况下，工具坯件被冷缩装配于轴上，其中在夹持区不可避免地产生张应力，在破坏硬质岩石重作业中，这些力分别被叠加于对操作而言必需的材料上的压应力，并且不在工具材料上产生任何本质上静止应力。

因此，旋转钻头包括具有最高可能耐磨性的工作区和具有足够的高硬度和高韧性的夹持区，并且旋转钻头要具有在交变机械应力下的材料的整体上优越的破损防护，因为工具故障导致代价高昂的修理工作和钻机停机时间。

切割环通常由工具钢构成。通常经由锻造过程进行成形，其中通过后续的热处理来获得符合期望的材料属性。普通技术人员已知，对于工具钢而言，最高可能耐磨性仅能够用结构的高硬度来获得。这里，必需认为，结构的韧性随着硬度的增加而降低。为了获得对于工具钢关于作为切割环的严苛用途的最佳属性，优越的耐磨性和高韧性之间必需做一妥协。

通过将及其耐磨的材料与坚硬但强韧的材料组合，做了各种尝试来延长切割环的使用寿命。举例来说，DE102005039036B3描述了一种钢制旋转钻头，所述旋转钻头在工作区内包括焊接上的段，其中这些段包含碳化钨硬质合金颗粒。由JP2000001733A可知一种类似的切割环，所述切割环具有在外部圆周处附接于球墨铸铁基体的硬质合金环。另外，由文献JP2007138437A、GB1188305、GB1379151、DE10300624A1和DE10161825A1可知用于隧道钻机的切割环，所述切割环具有由硬质合金制成的、被布置于外部圆周的多个段或圆柱形的和其他特殊形成的部分，所述外部圆周通过软焊、压制或模制被连接于基体。CA2512737A1也描述了一种切割环，其中硬质材料段被轴向地夹持在两个盘之间。所有这些已知的尝试方案涉及非常昂贵和困难的生产，或者，例如由于使用期间的高热应力或由于软焊料软化导致切割环在使用期间的过早故障。在JP59144568A中，描述了用于切割环的生产方法，其中包含基于碳化钨的硬质合金颗粒的熔体被浇铸到转动模具中，随后硬质合金颗粒被集中在浇铸体的外部区。该方法有这样的缺点，被加入熔体的硬质合金颗粒被熔体部分地熔化，并且不符合期望的是，在固化期间，脆性结构的组分可以形成于工具的结构中。添加的硬质合金颗粒的最小尺寸也被溶解作用限制。

发明目的

本发明的目的在于创建一种通用的环形工具，所述环形工具使在严苛的基岩破坏作业期间的增加使用寿命成为可能。

本发明的目的还在于详细指明一种属于最初命名的类型的用于生产环形工具的方法，根据相应的要求，所述方法具有优化的材料结构。