復合壓輥的制造技術

專利名稱：復合壓輥的制造技術
技術領域：
本發明總體上涉及復合壓輥的制造，包括使用焊接以獲得分層的或立體分布特性
來改進整個輥子的性能和/或壽命。尤其是，本發明涉及被一種或堆焊組合物覆蓋的金屬基底。 在本申請中為了簡化目的，任何對"焊接"的提及指的是"焊接、鍍層和硬面"，任何 對"被焊接"的提及指的是"被焊接、被鍍層和/或被硬面化"。 通篇中的"制造"一詞不僅用于被焊接輥子以及其它類似金屬部件的主要生產，還 用于該種部件的整修。
背景技術：
復合輥的一種應用是用來將材料碾壓至貿易中可接受的精度的壓輥。例如，壓輥 用作礦石破碎機和用于水泥制造的原料、煉磚、粒狀高爐礦渣破碎機。 應該明白，使用復合輥的許多應用場合要求復合壓輥是耐用的以承受巨大壓強和 力。因此，復合輥制造所提供的部件，是在惡劣和苛刻的工作環境中使用，在該環境中能夠 耐受磨損、附著、腐蝕、氧化和/或侵蝕很重要。 —種公知的提供這種耐用復合輥的方法是制造一種包括金屬底部或基底的復合 輥，該金屬底部或基底被焊接在一個或多個基底表面上。這種基底可從各種材料中選擇，公 知的合適材料包括非合金或合金鋼或其它合金。以這種方式，得到包括被焊接的、硬的耐磨 涂層的基底。該涂層可通過焊接被施加，由所用的涂層材料特性所限制使得焊接后有微小 的厚度增加。這種涂層方法具有的問題包括涂層的硬度越增加(期望其增加輥子的壽命和 效果)，越難施加該涂層并且該涂層對裂化越敏感。因此在使用硬化材料和使用該涂層方法 的輥子的壽命和操作效果之間有一個折衷。 另一種公知的提供耐用復合輥的方法是在W02008/125445中描述的并被轉讓給 Polysius AG。根據W02008/125445，提供一種具有型材(profiled member)的高壓床輥磨 機，型材被插入沿輥子體間隔開的孔。所述型材為棒狀并且一般由碳化鎢合金制成。這種 插入方法所具有的問題是隨著時間流逝，基底會變形并且棒會被移位。隨后很難修復輥磨 機并且很耗時，對于擁有該輥磨機的工廠導致了費用浩大的操作上的停工。

發明內容
因此，本發明的一個目的是提供一種復合輥，其克服或至少減輕現有技術復合輥 的問題。 根據本發明的第一個方面，提供一種如權利要求1所述的復合輥。 根據本發明的第二個方面，提供一種如權利要求17所述的復合輥的制造方法。 根據本發明的第三個方面，提供一種如權利要求18所述的復合輥的制造方法。 根據本發明的第四個方面，提供一種如權利要求19所述的復合輥的制造方法。 較佳的特征記載在從屬權利要求中。
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根據本發明的第一實施例，通過鍛造或鑄造的方式制造輥子基底，該輥子基底最 好被加工或碾壓成圓柱形。通常制造該基底之后緊隨的是一系列非破壞性試驗以確保其堅 實。在通過焊接將腔體填滿之后，在圓柱形基底的外部加上包含所需的該立體腔體的獨立 結構或構造。 根據本發明的第二實施例，鑄造出帶有表面腔體的輥子基底，或將輥子基底(鑄 造或鍛造)加工或處理以生成表面腔體。緊隨其后的是一系列非破壞性試驗以確保其堅 實。在此情況下，腔體結合在基底中并且通過焊接被直接填滿。 較佳的，立體構造的腔體可以是橢圓形、半球形的、蜂窩結構的或任意其它合適的 單個形狀或組合。根據本發明，這些腔體可通過焊接填充并且與基底的完整熔接導致復合 輥在形狀上構成整體。 如果基底被指定或生產為一組既定的特性，如果焊接材料( 一種或多種)被指定 并生產為另一組既定的特性，并且如果堆焊的幾何形狀被設計成以獲得空間方向性，則完 成的輥子作為整體會具有適于使用的另一組既定的特性并且不能通過單獨一種材料而獲 得。 本發明的其它實施例根據下述變更例來說明。 根據本發明的第一變更例，包含立體堆積的被焊接的組件隨后在部分圓柱體表面 或整個圓柱體表面被一層或多層堆焊包覆，以獲得特定的性能。 根據本發明的第二變更例，復合輥上的焊態(asielded)表面可被加工或碾壓以 改進樣子，粗糙度或幾何形狀。 根據本發明的第三變更例，具有W02007/028990中所揭示的裝置，其內容通過整
體引用完全合并在此，并且包括在焊接位置的焊接裝置，支撐將通過在焊接位置的焊接裝
置被焊接的部件的裝置，以及設置成加工這樣焊接部件的表面的最終加工裝置。 較佳的，制備的輥子基底被放置在類似車床的設備中，該設備允許其旋轉及可能
的分度(indexing)以便于焊接沉積。 較佳的，在使用或不使用氣體屏蔽的情況下，在一個或多個焊頭的幫助下進行焊 接。 優選的，焊接之后同時存在或緊接著的是加工設備，包括設置成加工被焊接的部 件表面的加工裝置；該設備的特征包括銑頭或研磨頭，從而制造出比焊態部件更光滑的成
品表面o 根據本發明的第四變更例，提供一種制造和加工焊接部件的方法，該方法包括焊
接部件的表面，然后在遠離與焊接裝置相同的位置對這樣焊接后的部件進行加工。 根據本發明的第五變更例，腔體的焊接可以在最少的操作者參與的情況下通過焊
接機按照所編程的次序自動執行，從而增加了生產效率。 根據本發明的第六變更例，焊頭在焊接過程中與保持輥子的主軸或主軸箱同步移
動以增加可重復性和精確度。在圖8中，焊頭和主軸箱的標號分別為3和23。 根據本發明的第七變更例，可以同時使用多個焊頭以提高效率。 較佳的，所有實施例中，焊接和熔接都提供一種在腔體內穩固地包含高耐磨材料
的方法。


現在僅通過示例并結合

本發明的實施例和變更例，其中 圖1是說明制造復合輥的流程圖； 圖2是復合輥的平面示意圖； 圖3是說明制造復合輥的流程圖； 圖4是復合輥的平面示意圖； 圖5是根據本發明的腔體的示意圖，該腔體包括熔接的高耐磨材料； 圖6是根據本發明的操作中的一對復合輥的示意圖； 圖7是根據本發明的復合輥的一部分和多個腔體的示意圖； 圖8是適于本發明使用的公知的焊接設備的示意具體實施例方式
根據圖l，其為根據本發明第一實施例及其變更例描述復合輥的制造的流程 圖，其包括使用本領域的現有技術制造鋼基底的第一步驟100。這種現有技術包括鍛造 (forging)禾口鑄造(casting)。 第二步驟102包括將鋼基底的外表面加工成圓柱形。第三步驟104包括檢查鋼基 底以確保結構的完整性和尺寸正確。第四步驟106包括將外部立體結構附裝到基底的外表 面。現在描述的具體實施例中外部立體結構是具有腔體的鋼網。隨后的第五步驟108包括 將具有外部網的鋼基底應用到焊接裝置。 步驟110、 112、 114、 116和118描述了在熔化處理過程中將高耐磨材料填充到腔體 中的同時，操作焊接裝置的多個變更例。按照步驟118，外部網的腔體被高耐磨材料連續和 自動地填充。按照步驟116，在焊頭移動的同時基底被同步滾動，并且按照步驟114，使用多 個焊頭。 對于步驟114、 116和118描述的各個變更例，一個或多個焊頭和加工裝置可以處 在相同位置110，S卩，作為同一個焊接機的部分，或替代的，加工裝置可以位于遠離焊頭的位 置112。 步驟120和122包括其他的變更例。在步驟120，在高耐磨材料熔化之后，附加的 焊接層被施加到基底上。在步驟122，基底完成的表面被加工。 參考圖2，其為根據第一實施例及其變更例制造的復合輥的平面示意圖，包括由立 體構造204包圍的鑄造的或鍛造的鋼基底202。立體構造204通過焊接填充有高耐磨材料， 并且從而在焊接處理過程中熔合到鋼基底的表面。以這種方式，鋼基底202和立體構造為 一體完整的部件，其具有包括高耐磨材料的嵌入腔體。 參考圖3，其為根據第二實施例及其進一步變更例描述復合輥的制造的流程圖，其 包括鍛造不帶腔體的基底的第一可選步驟300。隨后，在第二步驟302中基底被加工成圓柱 形。替代的第一可選步驟304是鑄造出的基底在基底的外表面帶有腔體。在第二可選步驟 304之后，或第一可選步驟300和第二步驟302之后是第三步驟306，該步驟中基底的結構 完整性和尺寸的正確被確認。 在第四步驟308，外部立體結構被附裝到基底的外表面。現在描述的具體實施例中 該外部立體結構是具有腔體的鋼網。隨后的第五步驟310包括將具有外部網的鋼基底應用
5到焊接裝置。 替代的第四步驟312包括利用切割工具在基底的表面上形成腔體，切割工具包括 激光切割機或水噴射器。本領域的技術人員應該知道其他合適的切割機。在替代的第四步 驟312之后，帶有腔體的外部結構可以被附裝(如第四步驟308所示)，或者隨后的步驟是 第五步驟310。 步驟314、316、318、320和322描述了在熔化處理過程中將高耐磨材料填充到腔體 中的同時，操作焊接裝置的多個變更例。按照步驟322，外部網的腔體被高耐磨材料連續和 自動地填充。按照步驟320，在焊頭移動的同時基底被同步滾動，并且按照步驟318，使用多 個焊頭。 對于步驟318、320和322描述的各個變更例， 一個或多個焊頭和加工裝置可以處 在相同位置314，S卩，作為同一個焊接機的部分，或替代的，加工裝置可以位于遠離焊頭的位 置316。 步驟324和326包括其他的變更例。在步驟324，在高耐磨材料熔化之后，附加的 焊接層被施加到基底上。在步驟326，基底完成的表面被加工。 參考圖4，為根據第二實施例及其變更例制造的復合輥的平面示意圖，其包括具有 填充了高耐磨材料352的腔體的、鑄造的或鍛造的鋼基底350。高耐磨材料被熔合到腔體中 并從而穩固地結合在基底內。 從圖5可最好地看出，闡示了根據本發明的包括熔化的高耐磨材料502的腔體500 的特寫示意圖。高耐磨材料502由硬基底504包圍，該基底在本實施例中構成鋼復合輥的 一部分。 對這種高耐磨材料的選擇包括選自公知的硬面合金的材料。公知的硬面合金有 包括碳化物、氮化物和硼化物的合金。本領域的技術人員應當知道正確選擇的這種材料是 可以利用焊接處理熔化到腔體內并且具有很強的耐壓強和壓力的特性。
可從英國焊接合金有限公司(Welding Alloys Ltd, UK)獲得合適材料的具體例 子，包括從產品編號MC-0得到的碳化鉻和從產品編號CN-0 ;CNV-0得到的復合碳化物。
圖6是根據本發明的一對操作中的復合輥600、602的示意圖。第一復合輥600包 括成排的腔體604，各腔體分別包括熔接的高耐磨材料606。同樣的，第二復合輥602包括 成排的腔體608，各腔體分別包括熔接的高耐磨材料610。 在操作中，需壓碎的顆粒612在一對轉動的復合輥600、602之間通過，該對輥子以 箭頭所示的方向側向向顆粒612施加壓力以將顆粒壓碎成粉末。 參考圖7，顆粒612被示出在與該對復合輥600、602所施加的力的方向平行的角度 撞擊成排的腔體604。 如圖5、6和7所示，耐磨材料以既定的方位被布置使得可以最好的耐受顆粒612 在接觸點產生的壓力。壓力也被包圍的硬基底504分散。 在僅有腔體的實施例、具有外部立體結構的實施例或者采用兩者結合的實施例 中，使用腔體結構的其他優點如下 (1)用于耐磨的硬材料往往很脆并且對諸如腔體的邊緣等應力集中的地方很敏 感。在這些邊緣處，公知的現有技術的裝置中的材料會破裂并脫開。根據本發明，材料被熔 接并被包含在腔體內，所以邊緣處不會被暴露，導致在該點減少破損。
(2)腔體結構使其可以組合不同特性的材料，從而生成更強更耐用的組件。
(3)可以設計具有特殊空間分布(例如在一個方向伸長)的腔體結構以適用于既 定應用或既定部件形狀的應力。例如，可以將腔體(或硬金屬單元)定位成使得其具有與 處理中的金屬流動平行或垂直的軸線，來獲得既定的性能。得到的組件是各向異性的。
參考圖8，其為適于本發明使用的公知的焊接設備的示意圖，包括W02007/028990 中描述的焊接裝置l，該專利的內容通過應用整體合并在此。 參考圖8，用于制造在軋鋼廠使用的硬面輥子(未示出)的設備l，包括在包覆位 置的四個主要部件，即大致以符號2標示的與車床類似的裝置，用于旋轉地支撐金屬圓柱 體(未示出)，該圓柱體作為基底通過電弧焊用金屬包覆；大致以符號3標示的電弧焊裝 置，用于將金屬包覆金屬圓柱體的表面；大致以符號4標示的裝置，用于加工圓柱體的金屬 包覆表面；以及大致以符號5標示的激光裝置，用于監控圓柱體的金屬包覆表面和/或未包 覆的表面。 設備1包括處在包覆位置的床身6，裝置2-5安裝在其上。車床型裝置2包括主軸 箱21，該主軸箱以現有的方式可旋轉地安裝至相對床身6固定的驅動單元23上。同樣以 公知的方式，尾架22可旋轉地安裝至另一單元24，該單元24安裝至床身軌道25，以朝向或 離開驅動單元23和相關聯的主軸箱21的方式線性運動。被金屬包覆的金屬圓柱體(未示 出)的軸線上相對的端部可以分別安裝至主軸箱21和尾架22，以繞著與裝置3的電弧焊槍 的縱軸大致垂直的軸線相對電弧焊裝置3旋轉。裝置3安裝至一對上軌道32，以平行于將 被包覆的金屬圓柱體的軸線的方向線性運動，使得電焊槍31和其相關聯的部件，諸如送絲 (wire feed)和電源等，可以相對圓柱體軸向前后移動以跨過圓柱體的表面。
金屬表面加工裝置4包括現有的驅動單元41和銑頭42，單元41可以安裝至一對 上下間隔開的軌道43、44，該軌道也平行于將被金屬包覆的金屬圓柱體的軸線以及床軌道 和上軌道32延伸。設置的控制單元50用來控制設備1的部件的操作。
在設備1的使用過程中，將被金屬包覆的金屬圓柱體安裝至車床型支撐裝置2上， 如上所述。金屬圓柱體是任意合適的金屬材料，通常為鋼。 隨著圓柱體通過支撐裝置2的旋轉，焊接裝置3沿著金屬圓柱體的軸線長度前后 往復運動，同時電弧焊槍31的尖端位于離圓柱體表面所需的距離處。 在特定實施例中，電弧焊裝置3沿著其相關的上軌道32的這種運動是跟隨驅動單 元41的運動而進行的，因此加工裝置32的銑頭42沿著其相關的軌道43、44平行于焊接裝 置3的上軌道32延伸。取決于所制造的硬面輥子的最終應用，銑頭42的距離設成使得其 將圓柱體的金屬包覆表面加工成所需的厚度。 同樣，因為銑頭42緊密追隨電弧焊槍31，包覆金屬仍然很熱，便于對圓柱體的這
種包覆表面的加工。從而，為最終的硬面輥子提供了相對光滑的包覆面。 安裝成沿著平行于軌道25、43、44和32延伸的軌道51線性運動的激光監控裝置5
可以用來監控圓柱體的表面，而不管其未被包覆、被部分包覆或完全包覆，以控制支撐裝置
2的操作，例如支撐裝置的旋轉速度，從而控制將被包覆或正被包覆的金屬圓柱體的操作，
以及控制電弧焊裝置3和/或加工裝置4的操作，以提供圓柱體的表面通過電弧焊裝置3
包覆所需的厚度和光潔度。 毫無疑問本領域的技術人員可以想出其他有效的替代實施例。應該明白本發明不限于所述的實施例，并且包含在權利要求所附加的宗旨和范圍內本領域的技術人員顯而易 知的修改例。
權利要求
一種擠壓顆粒的復合壓輥，所述壓輥包括具有腔體的基底，所述腔體包含焊接的高耐磨材料，其中所述腔體形成在所述基底的外表面，使得所述高耐磨材料設置成朝向并擠壓所述顆粒。
2. 如權利要求1所述的復合壓輥，其中所述腔體是在所述基底體內的表面腔體。
3. 如權利要求1所述的復合壓輥，其中所述腔體形成在焊接至所述基底的外表面上的獨立層內。
4. 如權利要求3所述的復合壓輥，其中所述獨立層為網。
5. 如權利要求4所述的復合壓輥，其中所述網的間隔形成包含所述高耐磨材料的腔體。
6. 如權利要求4或5所述的復合壓輥，其中所述網由鋼構成。
7. 如上述任意一項權利要求所述的復合壓輥，其中所述高耐磨材料選自硬面合金，任選的合金包括碳化物、氮化物和硼化物。
8. 如上述任意一項權利要求所述的復合壓輥，其中所述高耐磨材料從所述腔體的開口突出。
9 如權利要求1-7中任意一項所述的復合壓輥，其中所述高耐磨材料與所述腔體的開口平齊。
10. —對相鄰的如上述任意一項權利要求所述的復合壓輥，其中相對的腔體在與所述顆粒的接觸區域大致互相垂直。
11. 如權利要求IO所述的一對相鄰的復合壓輥，其中與所述顆粒接觸的區域位于作用在所述顆粒上的擠壓力最大的區域。
12. 如權利要求10或11所述的一對相鄰的復合壓輥，其中所述接觸區域大致在所述復合壓輥的咬入角。
13. 如上述任意一項權利要求所述的復合壓輥，其中所述基底由鋼構成。
14. 如上述任意一項權利要求所述的復合壓輥，其中所述基底由納米鋼構成。
15. 如上述任意一項權利要求所述的復合壓輥，其中所述腔體具有不同的表面面積。
16. 如權利要求10、11或12所述的復合壓輥，其中所述腔體的密度分布在所述與顆粒接觸的區域增加。
17. —種復合壓輥的制造方法，包括提供基底；在所述基底的表面形成腔體；以及在所述腔體內焊接高耐磨材料。
18. —種復合壓輥的制造方法，包括提供基底；將網焊接至所述基底的外表面；以及在所述焊接的網的間隔內焊接高耐磨材料。
19. 一種復合壓輥的制造方法，包括鍛造或鑄造包括腔體的輥子基底；以及在所述腔體內焊接高耐磨材料。
20. 如權利要求17-19中任意一項所述的復合壓輥的制造方法，其中通過焊接提供熔接。
全文摘要
一種擠壓顆粒的復合壓輥，所述壓輥包括具有腔體的基底，腔體包含被焊接和熔接的高耐磨材料，其中所述腔體形成在基底的外表面內，使得高耐磨材料設置成朝向并擠壓顆粒。
文檔編號B02C4/28GK101722080SQ20091022117
公開日2010年6月9日 申請日期2009年11月2日 優先權日2008年10月31日
發明者多里佛·岡卡爾夫斯·特科 申請人:焊接合金有限公司