製造多材料組件或構件的方法

2023-10-18 04:02:04 1

專利名稱：製造多材料組件或構件的方法
技術領域：
少 一種材料是基於彈性體的材料。
背景技術：
耐磨構件和組件用於例如降低石料、建築或回收材料的尺寸的設備中和 木材加工的切割和磨削過程中。
在這些設備和過程中，在組件之間受壓的或流向構件或組件的表面的材 料將組件的表面磨損到一定的程度，該程度取決於觸點的表面壓力、速度、 組件表面的材料特性和物理特性，如待粉碎的材料和由該材料輸送的雜質的 壓縮強度和摩擦學特性。換句話說，不僅所加工的材料相對於組件表面的運 動，而且所述材料對該組件表面的滲透都對該組件經受的磨損有影響。相對 於該組件表面移動的材料導致切割和開槽，並且滲透該表面的材料在受影響
區域上產生了毛刺(burr)，所述毛刺由於反覆的步驟而容易通過破損、疲勞 或切斷的形成從構件和組件的表面脫落。
構件和組件在其不同部位和在設備中總體的磨損強度是通過設備的幾 何形狀、組件的運動狀態和所加工的材料的流動參數來限定的。
通常不僅通過影響設備的幾何形狀和內部流動條件，還特別通過材料的 選擇來嘗試提高構件和組件的使用壽命。現有技術的金屬磨損保護材料的摩 擦學特性通常基於所研究的金屬的有利的合金化以及最終添加顆粒，並且基 於初始的製造過程和進一步的加工，如熱處理，其中耐磨現象比常規的更好 的相作為所有這些因素的組合效果形成在它們的微結構中，所述相通常是硬 的但經常具有低的韌性和抗疲勞性。而且由於構件和組件除了摩擦學特性之 外還需要其它特性，它們通常不能完全由具有上述微結構的材料製造，而經 常最有利的是在各構件或組件中也使用具有其它類型性質的材料。而且，當 構件和組件的某些部分或區域用彼此不同的材料製造時，例如為保持設備的 幾何形狀和內部流動模式而控制構件和組件的磨損形式可能更容易。
3製造過程的設備使用的能量以及它們磨損部分的可回收性從環境方面 來說是重要的，並且當評價工業的許多分支中的職業安全和工業工廠的使用 和選址的限制時，由機器和設備的使用引起的噪音和振動是重要的因素。從 這些觀點來看，例如在用於降低石料、建築或回收材料的尺寸的設備中使用 橡膠和合成彈性體材料可以實現顯著的優點。由於硫化生膠或其它相應的交 聯彈性體的剛性、韌性和不可壓縮性，具有較高密度的金屬部件可以在某些 構件和磨損的部件中被替代，因此，設備中所得的較輕重量，特別是其移動 部件，降低了過程的能耗。與任何金屬材料相比，彈性體的振動阻尼能力是
而且由於合適的分離過程和能使用回收材料的目的，包括彈性體的構件和組 件的可回收性是良好的。
製造多材料組件時的常見問題是使製造過程的參數適應於整個構件或 組件，使得所使用的任意材料的性質不會劣化，至少不低於可接受的水平。 當過程條件根據形成構件的所有材料的限制而適應時，通過各單獨材料實現 的性質經常依然低於各材料的最佳目標水平，並且組件或構件的性能不是盡 可能的良好。特別的挑戰還在於，使由不同材料形成的部分和部件在構件和 組件的配置中、以及在彼此不同的材料和它們的邊界一起經受的配置之後的 處理中保持尺寸和形狀公差。在最差的情況下，不同的性能，例如彼此接觸 或連接在一起的材料的不同體積變化，能導致構件或組件的損壞。通常，在 最終的技術結果以及質量和商業可實施性方面，當僅剩下對於保留性能來說 風險較'j、的少量製造步驟時，如果可以安排和選擇構件或組件的製造步驟使 得各材料可以儘量單獨地加工並連接到組裝件，則是有利的。
許多專利出版物如EP0714704 Bl 、 GB1288083 、 US4293014和 US4402465已經公開了磨損部件和其製造方法，其中彈性體主要用作構件和 組件中的磨損保護元件或部分，而金屬材料僅用作連接元件。專利出版物 US4848681公開了襯層應用，其中金屬-彈性體複合構件用於磨損保護，然 而，所述複合構件的形狀或連接系統對於本發明所指的具有擠壓、切割或磨 削性能的薄壁加工設備來說是不合適的。
在專利出版物CH683605中公開的構件部件中，彈性體用作支撐、填充
是顯著不同的。而且，在專利出版物CN1082488中提出使用的陶乾材料由
4於它們的脆性對於本發明所描述的應用來說是不合適的。
在許多專利出版物如GP639366中，已經提出橡膠和其它彈性體的阻尼 姓質，但公開的構件和材料對於本發明所述的過程來說是不適合的。

發明內容
根據本發明的技術方案提供了通常用作磨損部件的多材料組件或構件， 該組件或構件通過鑄造或硫化已經製得的磨損保護件周圍的彈性體材料而 製造，所述彈性體材料將磨損保護件彼此粘合併與其自身粘合，從而形成磨 損部件的框架。
更準確地說，根據本發明的製造方法的特徵在於權利要求1的特徵部分 中所表述的，並且多材料組件或構件的用途的特徵在於權利要求7和8的特 徵部分中所表述的。


參考附圖，以下將具體描述本發明，其中圖1A-1F顯示了根據本發明用 於製造多材料組件的 一種製造方法的示意圖。
具體實施例方式
圖1A和1B顯示了用於待製造的多材料組件的彈性體鑄模的第一半部 分1的橫截面圖，所述半部分作為待製造組件在預定分割平面的第一側上的 表面形狀的陰模(negative)形成。當選擇作為模具材料使用的材料和模具的壁 厚尺寸時，必須考慮鑄造過程期間的溫度和模具中的壓力，以及增強硫化彈 性體從模具上鬆動的表面性質。基於待製造組件的公差要求確定用於製造所 述模具半部分的尺寸公差，並確定模具的表面粗糙度使得可以容易地從打開 的模具中除去硫化的彈性體。
圖1A和1B顯示了由均為相同材料或彼此為不同材料的耐磨材料製造 的工件2，並且，獨立地，它們的性質可以;波此相同或不同。這些耐磨材料
融或粉末冶金方法。工件2可以直接製造成最終形式，或者它們可以在初級 製造後進行簡單的成型或機械加工以提供最終形式。除了耐磨工件之外，用 於例如硬化在製得的多材料構件或組件中彈性體形成的容積部分的其它金
5屬或非金屬工件也可以置於模具中。圖1B顯示了將耐磨工件2置於用於彈 性體鑄造的模具1中的實例。
在根據本發明的技術方案中，由耐磨材料形成的工件2優選由基於鐵的
金屬合金製造，該合金具有大於1.9重量％的碳含量，以及大於50HRC、優 選大於54HRC的硬度，並且所述合金在其微結構中具有比例為大於10%的 直徑大於3微米的金屬碳化物。該耐磨工件還可以有利地為包括鴒、鈦、鉭、 釩或鉻的硬金屬的碳化物、或它們的合金，所述硬金屬具有純的或合金化的 鈷、鎳或鐵作為粘合劑使得所述粘合劑在硬金屬中的體積比例為3到40體 積％，優選5到15體積％。
在根據本發明的技術方案中，所製造的多材料組件或構件的耐磨材料的 體積比例優選大於4%,且由耐磨材料製造的最大單個工件的體積優選不大 於多材料組件或構件的總體積的25%。
在初級製造和最終的二次成型後，如需要耐磨工件2最終在彼此不同的 加工條件下進行熱處理，以提供具有儘可能有利的機械和摩擦學性質的工 件。典型地，該耐磨工件是基於鐵的合金，它們的微結構包括大體積比例的
的晶粒大小或粒度。
在本發明中對耐磨工件2提供儘可能有利的機械和摩擦學性質是指，對 彼此具有不同碳含量或其它合金成分的基於鐵的合金的硬化和回火溫度進 行基於材料的選擇，使得在考慮了多材料組件的各單獨工件分別經受的負載 的情況下，各材料實現的硬度和韌性在使用的目的中儘可能地有利。
圖1C中所示的多材料組件的彈性體鑄造模具的另一半部分3是作為待 製造組件的預定分割平面另一側的表面形狀的陰模而形成的(與半部分1相 反的半部分)。而且當選擇用於製造其它的模具半部分3的材料和當選擇其 壁厚度尺寸時，考慮鑄造過程期間模具中的溫度和壓力以及增強硫化彈性體 的鬆動的模具的表面性質。同樣地，用於製造所述模具半部分的尺寸公差基 於模具中待製造組件的公差要求而確定，並且確定表面的粗糙度使得硫化彈 性體可以容易地從打開的模具中取出。在圖1C的實例中，擠壓裝置4附著 到模具半部分3,用於在多材料組件後來的製造步驟中產生將彈性體在模具 半部分1和3之間擠壓所需的壓力。
在圖1D的情況下，模具半部分1和3限定用可流動的彈性體5填充的
6體積，所述體積大於製成的多材料組件的最終體積。適合使用的至少主要為 未飽和的彈性體可以是生膠或異戊二烯、聚丁二烯、丁二烯、腈、乙烯、丙 烯、氯丁二烯或有機矽橡膠、或它們的合金。增強劑或填充劑或促進硫化反 應的開始或進行的試劑可以加入到所使用的彈性體或彈性體合金，其中最優 選的之一是含有氧的炭黑。合適的彈性體或彈性體合金能夠形成與所研究的 多材料構件的各耐磨工件的結合，但是，在硫化過程所需的條件下或者構件 或組件的使用條件下，不易於獨立地或與結合材料一起形成對構件或組件的 使用有害的反應產物。
圖1E顯示擠壓步驟，其中擠壓裝置4使模具半部分1和3彼此相互擠 壓，達到使它們之間的體積對應於製成的多材料構件或組件的形狀和尺寸的
位置。支承步驟將保持升高溫度的彈性體或彈性體合金6的硫化所需的持續
時間，之後可以打開模具並可以將製成的多材料構件或組件從模具中除去。
擠壓所需的時間和因此硫化所需的時間通常小於5分鐘，優選小於1分鐘。 擠壓期間使用的溫度優選不超過耐磨材料(2)的熔點溫度的40%。
圖1F顯示從模具中取出的製成的旋轉對稱的多材料組件的橫截面圖， 該組件具有圍繞耐磨工件2的預定部分由彈性體或彈性體合金形成的框架 7，該耐磨工件2基於組件所經受的磨損和耐磨工件的性質而定位於最佳的 位置。
在根據本發明的技術方案中，作為耐磨部件的框架材料的彈性體的主要 任務是適當地結合耐磨工件，承接在使用中施加到組件或部件上的機械負 載，以及通過支持它的表面將負載傳遞給起到固定框架作用的設備的框架， 因此要求材料有足夠的強度、韌性和抗疲勞性。彈性體的阻尼性質也降低了 設備框架承接的疲勞應力，並且在某些情況下在支撐表面上彼此依靠的彈性 體-金屬對的高磨擦係數減少了表面的相對滑動以及所導致的支撐和安裝表 面的磨損問題。這些多材料構件和組件中耐磨件的任務基本上限於耐磨性， 因此它們的性質可以從基於該任務的需求狀況幾乎專門地選擇。因此，特別 是材料的硬度和其對磨損現象的蔓延的抵抗能力，以及對各應用條件典型的 相關材料變化是基本的要求。當蔓延時，磨損現象通常表現為切槽、凹痕、 毛刺、刮傷或剝落，但合適地選擇和處理耐磨材料時，與其它通常在應用中 使用的材料相比，發生這些現象的情況少。
對於組裝耐磨構件或組件的鑄造，耐磨工件消除掉由初級製造和隨後的
7成型和/或機械加工引起的熱影響區如氧化層或如切削油殘留物的雜質清，這 些都能對通過耐磨工件和彈性體材料在被結合時形成的結合區的性質具有 不利的影響。為如上所述的結合而製備的耐磨工件附著到模具，使得它們在 傾倒彈性體材料期間在它們預定的位置保持不動，並且該彈性體材料能夠潤 溼耐磨工件的所有表面(除了製成的多材料構件或組件的對其外表面敞開的 表面部分)。另一方面，選擇彈性體材料的硫化過程的參數，使得彈性體在 初始步驟的性質提供對所有待接合表面的充分潤溼，並提供儘可能完美的耐 磨件之間體積的填充。硫化過程的條件不？ 1起耐磨工件的熱處理狀態中任何
通過根據本發明的方法製造的多材料組件或構件有利地適用於苛刻應 用中的磨損部件，例如用於以擠壓或撞擊方法粉碎石料、建築和/或回收材料 的設備，和用於木材加工的切割和磨削過程。
通過根據本發明的技術方案還可以實現下列益處
(i) 通過將耐磨材料在構件和組件中僅限制在其中就磨損保護而言必須 的部分的使用，可以降低所研究的產品的製造成本。
(ii) 通過根據本發明的技術方案，與多材料組件或構件結合的單一材料 可以用最合適它們製造的方法單獨製造，從而更確切地實現它們期望的技術 性質，因此，改進了構件和組件的效率和使用可靠性。
(m)構件的組裝體所需的尺寸公差和形狀公差的減輕顯著地降低了制 造成本。
(iv)通過降低耐磨材料和它們的生產所需的原材料的使用，可以改進構
件的生態效率和生產條件。
(V)通過製造部分為(或者甚至主要為)較輕材料的構件和部件，可以實
現重量的顯著節約；從而降低使用所研究的構件和組件的設備的能耗並改進 它們的應用性。
(vi)振動阻尼材料在構件和組件中的應用減少了由振動和噪音引起的 缺陷。
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權利要求
1. 一種製造多材料組件或構件的方法，所述方法包括下列步驟-用至少一種耐磨材料形成待置於彈性體材料的鑄模(1)中的至少一個工件(2)，-在模具(1、3)中鑄造彈性體或彈性體合金以形成多材料組件或構件的框架，其中由耐磨材料形成的至少一個工件(2)在硫化期間附著到所述框架，其特徵在於，該由耐磨材料製成的至少一個工件(2)在不高於耐磨材料(2)的熔點溫度的40％的溫度下附著到由彈性體材料形成的所述框架。
2. 根據權利要求1的方法，其特徵在於，由彈性體形成的所述框架是由可以具有最高30體積％的其它或填充材料或雜質的生膠或異戊二烯、聚丁二烯、丁二烯、腈、乙烯、丙烯、氯丁二烯或有機矽橡膠、或它們的合金製成。
3. 根據權利要求1或2的方法，其特徵在於，由耐磨材料製造的至少一個工件(2)用基於鐵的金屬合金製造，所述合金具有大於1.9重量％的碳含量，大於50HRC、優選大於54HRC的硬度，並且所述合金在其微結構中具有比例為大於10%的直徑大於3微米的金屬碳化物。
4. 根據權利要求1或2的方法，其特徵在於，至少一個由耐磨材料製造的工件(2)是包括鴒、鈦、鉭、釩或鉻的硬金屬的碳化物或它們的合金，所述硬金屬具有純的或合金化的鈷、鎳或鐵作為粘合劑，使得所述粘合劑在所述硬金屬中的體積比例為3到40體積％ ，優選5到15體積％ 。
5. 根據權利要求1-4中任一項的方法，其特徵在於，所述耐磨材料(2)在所製造的多材料組件或構件中的體積比大於4% 。
6. 根據權利要求1-5中任一項的方法，其特徵在於，由耐磨材料製造的最大單個工件(2)的體積不大於多材料組件或構件的總體積的25 % 。
7. 根據權利要求1-6中任一項的方法製造的多材料組件或構件在利用擠壓或碰撞方法的石料、建築和/或回收材料的粉碎過程中的用途。
8. 根據權利要求1-6中任一項的方法製造的多材料組件或構件在木材加工的切割或磨削過程中的用途。
全文摘要
一種用於製造多材料組件或構件的方法，其中製造包括耐磨材料和彈性體材料的多材料組件或構件。本發明還包括用所述方法製造的多材料組件或構件的用途。
文檔編號B29C39/10GK101489751SQ200780027448
公開日2009年7月22日 申請日期2007年5月25日 優先權日2006年5月31日
發明者朱西·赫爾曼, 賈裡·利馬泰南 申請人:梅特索礦產股份有限公司