CH640177A5

CH640177A5 - COMPOSITE COMPACTION CYLINDER.

Info

Publication number: CH640177A5
Application number: CH668580A
Authority: CH
Inventors: Jean-Claude Werquin; Jean Quichon
Original assignee: Usinor
Priority date: 1979-09-07
Filing date: 1980-09-05
Publication date: 1983-12-30
Also published as: MX154296A; IT1147774B; ES495071A0; DE3066603D1; ATE6230T1; EP0025394B1; ZA805519B; EP0025394A1; EP0025394B2; IT8068385A0; LU82749A1; FR2464741B1; FR2464741A1; BE885101A; ES8105582A1

Abstract

1. A composite compacting cylinder, comprising a shaft and a case (2) which is an interference fit on said shaft, said case (2) being itself composite and comprising a first outer layer (3) of a first material A, a second inner layer (4) of a second material B, the materials of said two layers being metallurgically bonded together prior to the mounting of the case on the shaft, characterized in that the second material B has a coefficient of linear expansion which is higher than that of the material A, so as to pre-stress the material A in compression prior to the mounting of the case on the shaft, the value of this compression pre-stressing being at least equal to the tensile stress produced when the composite case is mounted on the shaft.

Description

La présente invention concerne un cylindre composite pour une io machine à compacter. The present invention relates to a composite cylinder for a compacting machine.

On sait que de telles machines utilisent comme outils essentiels deux cylindres situés en vis-à-vis et dont la table de travail est couverte d'alvéoles dont la forme et la répartition sont déterminées en fonction de la nature du produit à compacter. Dans de telles machi-15 nés, on part d'un produit brut en poudre ou formé d'un mélange de poudres de granulométrie variable que l'on presse entre les deux cylindres, de façon à obtenir à la sortie une plaque qui se brise facilement en morceaux et que l'on peut granuler. Cette technique s'applique notamment à des engrais, des minerais enrichis, de la poudre de 20 fer préréduite, etc. We know that such machines use as essential tools two cylinders facing each other and whose work table is covered with cells, the shape and distribution of which are determined according to the nature of the product to be compacted. In such machi-born, we start from a raw product in powder or formed from a mixture of powders of variable particle size which is pressed between the two cylinders, so as to obtain at the outlet a plate which breaks easily into pieces and can be granulated. This technique is particularly applicable to fertilizers, enriched ores, pre-reduced iron powder, etc.

Les alvéoles prévus à la périphérie des cylindres ont un rôle essentiel dans la qualité et la régularité du compactage. Leur usure excessive conduit à une mauvaise répartition des pressions et à des glissements parasités qui ont pour conséquence des vibrations mécani-25 ques préjudiciables à la bonne tenue des paliers. Il est donc essentiel que ces alvéoles aient une bonne tenue et, par conséquent, que les tables des cylindres aient elles-mêmes une excellente résistance. The cells provided at the periphery of the cylinders have an essential role in the quality and regularity of compaction. Their excessive wear leads to a poor distribution of pressures and to parasitic sliding which results in mechanical vibrations which are detrimental to the good behavior of the bearings. It is therefore essential that these cells have good resistance and, therefore, that the cylinder tables themselves have excellent resistance.

Ces conditions de travail sont parfois aggravées par le fait que les produits à compacter sont portés à haute température, ce qui provoque des phénomènes de fatigue thermique se traduisant par un réseau de fissuration couvrant toute la surface de travail du cylindre. These working conditions are sometimes aggravated by the fact that the products to be compacted are brought to high temperature, which causes thermal fatigue phenomena resulting in a cracking network covering the entire working surface of the cylinder.

Or, ces cylindres sont réalisés sous forme composite et constitués d'un arbre et d'un anneau frettés. Une telle conception est économi-3J que, car elle permet le remplacement de la seule partie usée, c'est-à-dire de la frette, l'arbre pouvant par contre être réutilisé indéfiniment. Cependant, le frettage conduit à la mise sous contrainte de traction tangentielle de l'anneau, de sorte que des entailles peuvent se former à partir des fissures d'origine thermique et aboutir au bris de la frette. However, these cylinders are made in composite form and consist of a shaft and a hooped ring. Such a design is economi-3J that, because it allows the replacement of the only worn part, that is to say of the hoop, the shaft can however be reused indefinitely. However, the hooping leads to the tangential tensile stress being placed on the ring, so that notches can form from the cracks of thermal origin and lead to breakage of the hoop.

40 40

Lors de la fabrication de tels cylindres, on doit également tenir compte d'un autre facteur, qui est celui de la résistance à l'abrasion et de la résistance aux chocs. Pour résister à l'abrasion, il est souhaitable que la phase carbure soit abondante, ce qui va cependant à 45 rencontre des objectifs recherchés dans le frettage. Another factor to be taken into account in the manufacture of such cylinders is that of abrasion resistance and impact resistance. To resist abrasion, it is desirable for the carbide phase to be abundant, which however goes against the objectives sought in hooping.

Il y a donc là une difficulté importante, et le but de cette invention est de réaliser un cylindre composite de compactage qui offre des caractéristiques de tenue et de résistance très sensiblement améliorées par rapport aux cylindres connus. There is therefore an important difficulty here, and the aim of this invention is to produce a composite compacting cylinder which offers characteristics of resistance and resistance very significantly improved compared to known cylinders.

50 Le cylindre composite de compactage suivant l'invention, comprenant un arbre et une enveloppe frettée sur cet arbre, est caractérisé en ce que ladite enveloppe est elle-même composite et comprend une première couche externe d'un premier matériau A, une deuxième couche interne d'un second matériau B possédant un coef-55 ficient de dilatation linéaire supérieur à celui du matériau A, les matériaux de ces deux couches étant liés métallurgiquement entre eux, préalablement au frettage, de façon à placer le matériau A en précontrainte de compression, la valeur de cette précontrainte de compression étant au moins égale à la contrainte de traction engendrée 60 lors du frettage de l'enveloppe composite sur l'arbre. The composite compacting cylinder according to the invention, comprising a shaft and an envelope shrouded on this shaft, is characterized in that said envelope is itself composite and comprises a first external layer of a first material A, a second layer internal of a second material B having a coefficient of linear expansion greater than that of material A, the materials of these two layers being metallurgically bonded together, prior to shrinking, so as to place material A in compression preload , the value of this compression preload being at least equal to the tensile stress generated 60 during hooping of the composite casing on the shaft.

La réalisation de l'enveloppe sous forme composite permet de choisir pour le matériau de la table ou couche externe du cylindre des compositions de fonte ou d'acier dont les caractéristiques sont optimales dans l'application considérée. The production of the envelope in composite form makes it possible to choose, for the material of the table or external layer of the cylinder, compositions of cast iron or steel whose characteristics are optimal in the application considered.

65 C'est ainsi que pour ce matériau A on utilisera de préférence: 65 This is how for this material A we will preferably use:

a) des fontes à haute teneur en chrome et en carbone comportant par exemple de 2.à 3,5% de carbone et de 12 à 25% de chrome, ou bien a) cast irons with a high chromium and carbon content comprising, for example, from 2 to 3.5% of carbon and from 12 to 25% of chromium, or else

b) des aciers à haute teneur en chrome comprenant par exemple de 0,2 à 1,5% de carbone et de 3 à 14% de chrome. b) steels with a high chromium content comprising, for example, from 0.2 to 1.5% of carbon and from 3 to 14% of chromium.

Par contre, on pourra utiliser pour le matériau B une fonte no-dulaire comprenant de 3 à 3,4% de carbone ou de l'acier de type XC 40 à XC 70 normalisé revenu, selon la norme française NFA 32.054 (mai 1978) relative à des aciers moulés de construction non alliés et faiblement alliés aptes au traitement thermique. On the other hand, it will be possible to use for material B a regular cast iron comprising from 3 to 3.4% of carbon or steel of type XC 40 to XC 70 normalized tempered, according to French standard NFA 32.054 (May 1978) relating to cast non-alloyed and low-alloyed structural steels suitable for heat treatment.

L'invention va être décrite plus en détail ci-dessous en se référant au dessin annexé, donné à titre d'exemple, dont la figure unique représente de façon schématique un cylindre suivant l'invention. The invention will be described in more detail below with reference to the accompanying drawing, given by way of example, the single figure of which schematically represents a cylinder according to the invention.

On voit sur cette figure un cylindre composite de compactage comprenant un arbre central 1 sur lequel est frettée une enveloppe 2, elle-même constituée par deux couches 3, 4 de matériaux A et B. La couche 3 peut avoir une épaisseur supérieure à 25 mm, la couche 4 une épaisseur supérieure à 35 mm, l'épaisseur de l'ensemble de l'enveloppe étant de préférence comprise entre 60 et 150 mm. We see in this figure a composite compacting cylinder comprising a central shaft 1 on which is wrapped an envelope 2, itself constituted by two layers 3, 4 of materials A and B. The layer 3 may have a thickness greater than 25 mm , layer 4 a thickness greater than 35 mm, the thickness of the entire envelope preferably being between 60 and 150 mm.

Cette enveloppe est de préférence réalisée par centrifugation. La couche externe du matériau A, qui assure les fonctions de résistance à l'usure et de résistance à la fatigue thermique et comporte des alvéoles 5, est choisie de façon à répondre au mieux à cette fonction. C'est ainsi que l'on utilise de préférence pour le matériau A: This envelope is preferably produced by centrifugation. The outer layer of material A, which performs the functions of wear resistance and resistance to thermal fatigue and comprises cells 5, is chosen so as to best respond to this function. This is how we preferably use material A:

a) une fonte à haute teneur en chrome et en carbone ayant la composition suivante: a) a cast iron with a high chromium and carbon content having the following composition:

C VS

Si Yes

Mn Mn

Cr Cr

Ni Or

Mo Mo

2,0 2.0

0,40 0.40

12 12

0,50 0.50

0,5 0.5

3,5 3.5

1,00 1.00

2,00 2.00

25 25

1,50 1.50

3,5 3.5

b) un acier à haute teneur en chrome ayant la composition suivante: b) a high chromium steel having the following composition:

C VS

Si Yes

Mn Mn

Cr Cr

Ni Or

Mo Mo

Va Go

0,20 0.20

0,40 0.40

3 3

0,50 0.50

0,10 0.10

1,50 1.50

2,00 2.00

14 14

2,00 2.00

1,50 1.50

0,50 0.50

Les coefficients de dilatation des matériaux A sont compris entre 11,7 et 12,7 10~6 mm/mm°C. The coefficients of expansion of materials A are between 11.7 and 12.7 10 ~ 6 mm / mm ° C.

Le choix de la teneur en carbone détermine la quantité de carbure présente dans la structure du matériau A, et est donc conditionné par l'intensité des mécanismes d'abrasion mis enjeu lors de l'utilisation du cylindre. Par ailleurs, le choix de la teneur en chrome The choice of carbon content determines the quantity of carbide present in the structure of material A, and is therefore conditioned by the intensity of the abrasion mechanisms involved during the use of the cylinder. Furthermore, the choice of chromium content

640 177 640,177

est conditionné par l'intensité des mécanismes de corrosion et par l'adaptation des coefficients de dilatation des deux métaux. D'une façon générale, le coefficient de dilatation diminue quand la teneur en chrome augmente. La teneur maximale en chrome est donc limitée par l'apparition de l'austénite résiduelle qui présente le double inconvénient de diminuer la résistance à l'usure et d'augmenter le coefficient de dilatation. La valeur maximale de la teneur en chrome dépend également de la teneur en carbone. Cette dernière est limitée à 3,5, de façon à éviter les structures hypereutectiques qui présentent une plus grande fragilité. is conditioned by the intensity of the corrosion mechanisms and by the adaptation of the expansion coefficients of the two metals. Generally, the coefficient of expansion decreases when the chromium content increases. The maximum chromium content is therefore limited by the appearance of residual austenite which has the double disadvantage of reducing the resistance to wear and increasing the coefficient of expansion. The maximum value of the chromium content also depends on the carbon content. The latter is limited to 3.5, so as to avoid hypereutectic structures which have greater fragility.

Le matériau B de la couche interne est lié métallurgiquement au matériau A et présente un coefficient de dilatation linéaire supérieur à celui du matériau A. Ce matériau possède essentiellement des propriétés d'élasticité et de résilience et peut être constitué de préférence par: The material B of the internal layer is metallurgically linked to the material A and has a coefficient of linear expansion greater than that of the material A. This material essentially has elasticity and resilience properties and can preferably be made up of:

a) de la fonte nodulaire de type GC 70.2, selon la norme française NFA 32.204, ayant la composition suivante: a) nodular cast iron of type GC 70.2, according to French standard NFA 32.204, having the following composition:

C VS

Si Yes

Mn Mn

Ni Or

3,00 3.00

1,50 1.50

0,40 0.40

0,50 0.50

3,40 3.40

2,50 2.50

0,80 0.80

2,00 2.00

b) un acier de type XC 40 à XC 70 normalisé revenu, selon la norme française NFA 32.054. b) a steel of type XC 40 to XC 70 normalized tempered, according to French standard NFA 32.054.

Les coefficients de dilatation des matériaux B sont alors compris entre 13,5 et 14,2 10~6 mm/mm'C, soit sensiblement supérieurs à ceux des matériaux A. The expansion coefficients of the materials B are then between 13.5 and 14.2 10 ~ 6 mm / mm'C, ie significantly higher than those of the materials A.

Lors de la fabrication de cette enveloppe bimétallique, la couche externe est mise en précontrainte de compression et les couples de matériaux A et B sont choisis de façon que la valeur de cette précontrainte de compression soit au moins égale à la contrainte de traction engendrée dans l'enveloppe lors du frettage sur l'arbre 1. Cette contrainte de traction se trouve ainsi annulée, de sorte que la tenue du matériau constituant la couche externe est sensiblement améliorée. On peut ainsi choisir pour ce matériau une composition de métal relativement riche en carbure qui procure une résistance particulièrement élevée à l'abrasion, la teneur en chrome étant par ailleurs suffisante pour garantir une excellente tenue vis-à-vis des contraintes d'origine thermique. During the manufacture of this bimetallic envelope, the outer layer is put in compression preload and the pairs of materials A and B are chosen so that the value of this compression preload is at least equal to the tensile stress generated in the 'envelope during hooping on the shaft 1. This tensile stress is thus canceled, so that the behavior of the material constituting the outer layer is significantly improved. It is thus possible to choose for this material a metal composition relatively rich in carbide which provides a particularly high resistance to abrasion, the chromium content being moreover sufficient to guarantee an excellent resistance to thermal stresses. .

On voit donc que la structure du cylindre selon l'invention et son procédé de fabrication, alliant la coulée par centrifugation et le frettage, permettent de façon surprenante de concilier des impératifs à priori opposés, ou supposés tels, dans la technique antérieure. It can therefore be seen that the structure of the cylinder according to the invention and its manufacturing process, combining centrifugal casting and shrinking, make it possible, surprisingly, to reconcile imperatives which are a priori opposed, or supposed to be such, in the prior art.

3 3

5 5

10 10

15 15

20 20

25 25

J0 D0

35 35

40 40

45 45

R R

1 feuille dessin 1 drawing sheet

Claims

640177

1.50

0.40

0.50

1.50

0.50

1.50

1.00

1. Composite compacting cylinder comprising a shaft and a shell shrouded on this shaft, characterized in that said shell (2) is itself composite and comprises a first external layer (3) of a first material (A), a second inner layer (4) of a second material (B) having a coefficient of linear expansion greater than that of the material (A), the materials of these two layers being metallurgically bonded together, prior to shrinking, so as to place the material (A) in compression preload, the value of this compression preload being at least equal to the tensile stress generated during hooping of the composite casing on the shaft.

2.00

b) a steel of type XC 40 to XC 70 normalized tempered, according to French standard NFA 32.054.

2.50

0.80

2.00

14

2.00

25

2.0

0.40

12

0.50

0.5

2. Composite cylinder according to claim 1, characterized in that the material (A) is chosen from the group comprising:

a) a cast iron with a high chromium and carbon content having the following composition:

vs

Yes

Mn

Cr

Or

Mo

2

3.40

3.00

3. Composite cylinder according to claim 1, characterized in that the material (B) is chosen from the group comprising:

a) GS 70.2 nodular cast iron, according to French standard NFA 32.201, having the following composition:

VS

Yes

Mn

Or

3

0.50

0.10

3.5

b) a high chromium steel having the following composition:

VS

Yes

Mn

Cr

Or

Mo

Go

0.20

0.40

3.5

4. Cylinder according to one of claims 1 to 3, characterized in that the outer layer (3) has a thickness greater than 25 mm.

5. Cylinder according to one of claims 1 to 4, characterized in that the internal layer (4) has a thickness greater than 35 mm.

6. Cylinder according to claims 4 and 5, characterized in that the composite envelope (2) has a thickness between 60 and 150 mm.

7. A method of manufacturing a composite compacting cylinder according to claim 1, in which an envelope is shrunk onto a tree, characterized in that a composite envelope is firstly poured by centrifugation, choosing for the layer internal, second casting, a material whose coefficient of linear expansion is higher than that of the material of the external layer, one thus generates in the external layer of the compressive stresses, of value determined function of the value of the respective coefficients of expansion of said materials, then the composite envelope is hooped on the shaft, this hooping operation generating in the envelope and in particular in the outer layer of this envelope tensile stresses, the value of the compression stresses being chosen at least equal to that of the tensile stresses generated in the outer layer.