CN101182719A - 挖掘机铲斗的齿尖及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种用于挖掘机铲斗的齿尖，在所述挖掘机铲斗的齿尖里，所述齿尖可以防止型芯从其上脱落，因为所述挖掘机铲斗的齿尖包括：楔形的本体，其由合金铸钢制成，且包括尖锐形状的工作端和具有插入孔的安装端，所述铲斗的齿插进所述插入孔内；容纳孔，其形成在所述本体的工作端上，且具有沿着所述本体的长度方向从所述本体的工作端朝向所述插入孔的预定深度；及型芯，其附着于所述容纳孔且由耐磨性材料制成。

Description

挖掘机铲斗的齿尖及其制造方法

相关专利申请的交叉引用

本申请要求2006年11月17日向韩国知识产权局提交的申请号为10-2006-0113775的韩国专利的优先权及其利益，其全部内部引用于此作为参考。

技术领域

本发明涉及挖掘机。更具体地，本发明涉及挖掘机铲斗的齿尖及其制造方法。

背景技术

一般而言，挖掘机是用于挖掘土地或将挖掘的石头和泥土移动到其它地方的施工设备，且其包括碎土机和装载机等。这种挖掘机一般包括直接撞击进土地后挖掘土地的铲斗。详细地，如图1所示，铲斗10包括具有盒子形状、一表面敞开的本体11，直接撞击进土地的齿尖13，设置在本体11上以将齿尖(tip)13联接到本体的齿15，及用于将本体11联接到主设备(未示出)的联接部件17。特别地，因为齿尖13直接撞击具有高硬度的石头、泥土或沙地中，由于摩擦和碰撞齿尖13可能产生磨损。

传统的齿尖由合金铸钢制成，且装在设置于本体11前缘的齿15上以使其固定于齿15上。但是，由于合金铸钢的性质，很难改进传统的齿尖13的硬度，且也很难改进其耐磨性。原因如下：

因为相对合金铸钢的总成分的重量比，碳的含量等于或小于0.3wt％，常规淬火后合金铸钢很难将齿尖13的硬度保持在HRC(硬度洛氏C)40以上。另外，由于进行回火以向齿尖13提供足够的韧性，一般很难制造具有高硬度的齿尖。

由于传统的齿尖没有高的硬度，在实施土地挖掘工作过程中齿尖13的工作端容易磨坏。此外，依据齿尖13频繁发生的磨损，而停止土地挖掘工作以将齿尖13换成新的齿尖，因此可能发生工艺延迟且花费额外成本的问题。

另一方面，为了减轻齿尖13的磨损，1972年8月23日提交的美国专利申请(申请号：US 284,067)包括将耐磨性材料焊接或钎焊在用合金铸钢制成的齿尖13的外部表面上的技术。另外，该美国专利申请于1974年4月23日授权(专利号：US 3,805,423)。但是该美国专利具有下列问题。

第一，因为上述美国专利包括在齿尖13的外部表面上焊接上耐磨性材料的焊接工艺，由于焊接时的焊接缺陷可能容易发生耐磨性材料从齿尖13的外部表面脱落的问题。

第二，如其它例子，上述美国专利包括在齿尖13的外部表面上钎焊耐磨性材料的钎焊工艺。但是，由于钎焊工艺必须使用钎焊炉或必须利用氧来加热钎焊材料以进行钎焊，可能花费额外的制造成本。另外，为了检测钎焊部件的可靠程度，由于高成本的非破坏性的试验必须单独进行，可能花费更多额外的制造成本。

第三，因为耐磨性材料是通过钎焊或焊接工艺附着在齿尖13的外部表面上，所以在进行土地挖掘工作的过程中耐磨性材料可能容易从齿尖13的外部表面脱落。

在该背景技术部分所公开的上述信息仅用于加强对本发明的背景技术的理解，而其可能包含不成为公知技术但已为本国所属技术领域的人员所了解的信息。

发明内容

本发明致力于提供一种挖掘机铲斗的齿尖以及制造具有防止型芯(即，耐磨性材料)从所述齿尖脱落的优点的齿尖的方法。

本发明具有简化制造工艺和将制造成本减至最小的另一优点。

根据本发明实施方式的挖掘机铲斗的齿尖包括：楔形的本体，其由合金铸钢制成，且包括尖锐形状的工作端和具有插入孔的安装端，所述铲斗的齿插进所述插入孔内；容纳孔，其形成在所述本体的工作端上，且具有沿着所述本体的长度方向从所述本体的工作端朝向所述插入孔的预定深度；及型芯，其附着于所述容纳孔且由耐磨性材料制成。

此外，所述本体通过模具铸造；所述型芯与所述模具固定在一起，且当通过模具铸造所述本体时附着于所述本体上；及所述容纳孔是铸造所述本体时所述型芯附着的部分，且铸造所述本体时自动形成所述部分。

此外，所述平板形状的型芯的宽度比所述工作端的宽度小，且包括至少一个通孔。

此外，所述型芯涂覆有Cu合金、Ni合金、Sn合金或Zn合金中的任一种合金。

此外，所述型芯的耐磨性材料是工具钢、高铬钢或高锰钢中任选的一种钢：所述工具钢包含相对于所述型芯总成分的重量比的1.0wt％至1.6wt％的碳；所述高铬钢包含相对于所述型芯总成分的重量比的2.0wt％至3.5wt％的碳；及所述高锰钢包含相对于所述型芯总成分的重量比的0.9wt％至1.35wt％的碳。

此外，所述本体的合金铸钢包含相对于所述本体总成分的重量比的0.30wt％至0.65wt％的碳。

根据本发明实施方式的制造挖掘机铲斗的齿尖的方法，包括：制备包括楔形空腔的模具组件；制备耐磨性材料的型芯；将所述型芯固定到所述模具组件的空腔的预定空间；将合金铸钢的熔融金属浇铸到所述型芯所放置的所述模具组件的空腔里；当所述熔融金属冷却时移除所述模具组件；及移除所述模具组件后，对所述型芯和附着于所述型芯的外部表面的本体进行热处理。

此外，在所述耐磨材料的型芯的制备中，将所述型芯涂覆Cu合金、Ni合金、Sn合金或Zn合金中的任一种合金；及在浇铸所述合金铸钢的熔融金属的过程中，所述被涂覆的型芯与所述合金铸钢化合。

此外，在所述耐磨材料的型芯的制备中，所述型芯包含至少一个形成于其上的通孔；及在浇铸所述合金铸钢的熔融金属的过程中，所述熔融金属流入所述型芯的通孔以与所述型芯机械联接。

此外，将所述型芯固定在所述模具组件的空腔的预定空间中包括：将所述型芯的一端定位到所述模具组件的楔形空腔里相对宽度最小的空间，以将所述型芯固定在所述模具组件上；将所述型芯的顶面(top plan)朝向所述模具组件的上部定位；及在所述空腔的其它空间里并且沿所述模具组件的长度方向设置所述型芯的其它部分。

附图说明

图1是表示传统的挖掘机铲斗的立体图；

图2表示根据本发明的示例实施例的挖掘机铲斗的齿尖；

图3是表示根据本发明示例实施例的挖掘机铲斗的齿尖的型芯的俯视图；

图4是表示根据本发明示例实施例的用于制造挖掘机铲斗的齿尖的模具和固定到模具的型芯的横截面图。

表示附图中主要元件的附图标记的说明：

110：本体    111：容纳孔

130：型芯    131：通孔

具体实施方式

在下文中将参照表示本发明的优选实施例的附图对本发明进行更全面的说明。本领域技术人员将意识到，在不脱离本发明的构思或范围的情况下，所描述的实施例可以以多种不同的方式进行修改。

图2表示根据本发明示例实施例的挖掘机铲斗的齿尖。

如图2所示，根据本发明的示例实施例的挖掘机铲斗的齿尖100包括楔形的本体110、容纳孔111和型芯130。

楔形的本体100由合金铸钢制成，且包括工作端113和安装端115，工作端113具有直接撞击进入土地的尖锐形状，安装端115内形成插入孔117以使该安装端115装在铲斗(参照图1的“10”)的齿(参照图1的“15”)上。特别是，由于制造本体110的合金铸钢具有韧性和耐磨性，本体110不容易受外部碰撞而折断。详细地，直接撞击进土地的齿尖100的本体110，受到当本体110撞击进土地所产生的大碰撞的影响，但是如果本体110具有韧性，则可以防止本体被这种大碰撞折断。另外，这样的具有楔形的本体100可以通过模具制造。

容纳孔111形成在本体110的工作端上，且具有沿着本体110的长度方向(参照“A”)从本体110的工作端113朝向插入孔117的预定深度(根据本体100的尺寸而不同地预定)，例如，该预定深度可以是沿着长度方向从工作端113到与插入孔117隔开大约10mm的位置的距离。如第一实例，这种容纳孔111可以通过铸造工艺形成，如第二实例，也可以通过机械加工形成。

型芯130附着在容纳孔111上，且由耐磨性材料制成。特别地，因为型芯130附着在容纳孔111上，就是说，型芯130啮合在本体110内部，可以防止型芯130受外部碰撞等而脱落的问题。详细地，如果容纳孔111通过像第二实例的机械加工形成，则将型芯130插进容纳孔110以附着在那里。另一方面，如果容纳孔111通过像第一实例的铸造工艺形成，则当铸造本体110时将型芯130附着在本体110内部。特别地，在第一实例下，当铸造本体110时在型芯130要附着的部分自动形成容纳孔110。另外，由于制造型芯130的耐磨性材料具有高硬度，因与土地的摩擦而发生的磨损将显著减小。另外，尽管本体110与土地摩擦而磨坏，因型芯130啮合在本体110内部，则型芯仍然不被磨坏。因此，与传统技术不同的是，尽管本体110被磨坏，工作端的形状可以保持尖锐形状。

下文将参照图3详细描述上述型芯130。

图3是根据本发明示例实施例的挖掘机铲斗的齿尖的型芯的俯视图。

如图3所示，型芯130可以具有平板形状，其宽度比工作端113小，且可以包括至少一个通孔131。特别地，由于型芯130的宽度比本体110的小，且型芯130具有平板形状，所以型芯130的两边不会从本体110的两边暴露出来，即，型芯可以完全啮合在本体110内部，从而可以防止型芯130从本体110里松开的问题。另外，与杆形状相比型芯130的平板形状可以更大地减少本体110的工作端的磨损。另外，由于型芯具有至少一个通孔131，当铸造本体110时，即，当制造本体110的合金铸钢的熔融金属通过流道(参照图4的“220”)浇铸到模具组件(参照图4的“200”)中时，熔融金属也流进通孔131，因此，型芯更好地附着于本体110。此外，这种附着类型可以被称为机械结合。

另外，可以将型芯130涂覆Cu合金、Ni合金、Sn合金或Zn合金中的任一种合金。详细地，如果这样涂覆型芯130，则当将制造本体110的合金铸钢的熔融金属浇铸到模具组件(参照图4的“200”)中后铸造本体110时，可以防止型芯130的氧化。另外，因为合金铸钢和涂层因高热而彼此扩散，所以型芯130更好地附着于本体110。此外，这种附着类型可以被称为化合。

参照表1和表2，下文将详细描述本体110和型芯130的各材料。

首先，参照表1，详细说明本体110的材料。

表1

类别

C

Mn

Si

P

S

Ni

Cr

Mo

硬度(HRC)

实例1	0.15	0.40	0.80	0.03或更少	0.03或更少	0.4	0.20	0.40	25～29
										实例2	0.20	0.40	0.80	0.03或更少	0.03或更少	0.6	0.30	0.40	28～32
实例3	0.25	0.40	0.80	0.03或更少	0.03或更少	0.8	0.40	0.40	31～35
										实例4	0.30	0.40	0.80	0.03或更少	0.03或更少	0.8	0.40	0.40	40～43
实例5	0.65	0.40	0.80	0.03或更少	0.03或更少	0.8	0.50	0.40	45～50
										实例6	0.75	0.40	0.80	0.03或更少	0.03或更少	0.8	0.50	0.40	51～55
实例7	1.00	0.40	0.80	0.03或更少	0.03或更少	0.8	0.50	0.40	53～60

表1表示各实例的硬度，且是表示在Mn、Si、P、S和Mo为预定的一个值的条件下逐渐增加C、NI和Cr的过程中硬度变化的实验结果。

首先，在碳的含量等于或小于0.25wt％的实例1、2和3的条件下，热处理后本体110的表面硬度(HRC，硬度洛氏C)变为25至35，因此，实例1、实例2和实例3表示本体110不完全具有耐磨性。

结果表示实例1、实例2和实例3不适于作为破碎石头的齿尖100。

第二，在碳的含量是0.30wt％至0.65wt％的实例4和实例5的情况下，热处理后本体110的表面硬度(HRC)变为40至45，因此，表示本体110具备目标表面硬度。

第三，在碳的含量是0.75wt％至1.0wt％的实例6和实例7的情况下，本体110的表面硬度(HRC)非常高，如所示的50至55。但是，当铸造本体时产生铸造缺陷。另外，当将本体110真正应用于挖掘机的条件下进行实验时，由于韧性的不足，因外部碰撞会产生裂缝和破损。结果，表示实例6和实例7不适于作为破碎石头的齿尖100。

另一方面，在产生不适于与适于之间的边界的实例3和实例4，显示出在除碳之外所有成分都为预定的一个值的条件下硬度的变化。根据实例3和实例4，显示出硬度的变化特别取决于碳的含量。另外，在产生不适于与适于之间的边界的实例5和实例6，显示出在除碳之外所有成分都为预定的一个值的条件下硬度的变化。根据实例5和6，显示出硬度变化特别取决于碳的含量。

结论，根据表1，为了使本体10包括足够的韧性和足够耐磨性，合金铸钢的硬度优选为40至45，即合金铸钢包括相对于本体110的总成分的重量比的0.30wt％至0.65wt％的碳。

参照表2，下文详细说明型芯130的材料。

表2

材料名称	标准名称	化学成分
							C	Mn	Ni	Cr	Mo
		高铬钢	12Cr	2.4～2.8	0.60或更少	0.50						11.0～14.0	0.5
20Cr	2.0～2.6						0.60或更少	1.5	18.0～22.0	1.5
			30Cr	2.5～3.5	0.60或更少	1.5					28.0～32.0	1.5

高锰钢	SCMnH2	0.9～1.20	11.0～14.0	-	-	-
							SCMnH11	0.9～1.30	11.0～14.0	-	1.50～2.5	-
	SCMnH21	1.0～1.35	11.0～14.0	-	2.0～3.0	-

表2表示将应用于本发明实施例的型芯的各种材料。如果像传统技术一样将型芯附着在本体的外部表面，则型芯容易折断，导致该型芯不能应用于挖掘机。但是，如果像本发明的示例实施例一样将型芯130附着于本体110(由具有上述韧性的合金铸钢制成)的内部，由于具有韧性的合金铸钢包围型芯130的外部表面，则型芯130不容易折断，因此，可以将该型芯应用于挖掘机。

特别地，型芯130的耐磨性材料可以是工具钢、高铬钢或高锰钢中任选一种的钢。另外，如果选择工具钢，则工具钢包括相对于型芯130总成分的重量比的1.0wt％至1.6wt％的碳，如果选择高铬钢，则高铬钢包括相对于型芯130总成分的重量比的2.0wt％至3.5wt％的碳，且如果选择高锰钢，则高锰钢包括相对于型芯130总成分的重量比的0.9wt％至1.35wt％的碳。

另外，因为碳的含量和合金元素的含量不多，普通碳钢具有低硬化性质，因此，如果其厚度等于或大于50mm则热处理后硬度易于被减小。但是，表2所示的耐磨性材料包括0.9wt％的碳和大量的合金元素，由于热处理后没有表现出由于质量效应产生的更低的硬化性质。详细地，根据利用大直径的圆柱对圆柱内部和圆柱外部的硬度差异进行比较的实验，显示其硬度差异不大。因此，因为在内部和外部之间几乎不产生硬度差异，如果将这种材料应用于平板形的型芯130，则型芯130的工作端的形状可以保持矩形形状而不会因频繁的磨损而几乎变形为圆形。特别地，型芯130的磨损速率比本体110的慢，且型芯130附着于本体110的内部，因此，齿尖100的工作端几乎可以持续保持基本尖锐的形状。

参照图4，下文将详细说明根据本发明的示例实施例的挖掘机铲斗的齿尖100的制造方法。

图4是表示根据本发明示例实施例的用于制造挖掘机铲斗的齿尖的模具和固定在模具上的型芯的横截面图。

首先，制备包括楔形的空腔210和耐磨性材料的型芯130的模具组件。可以将型芯130涂覆Cu合金、Ni合金、Sn合金或Zn合金中的任一种合金，以使在进行浇铸合金铸钢的熔融金属的下一工艺中被涂覆的型芯130与合金铸钢化合。另外，型芯130可以包括至少一个形成于其上的通孔131，以使在浇铸合金铸钢的熔融金属的下一工艺中，当合金铸钢的熔融金属流进型芯130的通孔131时，合金铸钢与型芯130机械联接。

其次，将型芯130固定在模具组件200的空腔210的预定空间里。此时，型芯130的一端固定在模具组件200的楔形空腔里相对宽度最小的空间里。此外，将型芯130的顶面朝向模具组件200的上部定位，且型芯130的其它部分设置在空腔210的其它空间里并且沿铸具200的长度方向设置。

第三，固定型芯130后，将合金铸钢的熔融金融通过流道220浇铸进模具组件200的空腔210里。

第四，如果合金铸钢的熔融金属冷却后，则移除模具组件200。

第五，如果移除了模具组件，则对型芯130和附着于型芯130的外部表面的本体110进行热处理。此时，进行淬火以硬化本体110和型芯130，此后，进行回火以使本体110具备韧性。

如所说明的，根据本发明的示例实施例的挖掘机铲斗的齿尖和制造该齿尖的方法可具有下列优点。

根据本发明的示例实施例，由于除所述本体的工作端外，型芯附着于所述本体的内部，可以防止所述型芯因受外部碰撞从所述齿尖脱离。

另外，根据本发明的示例实施例，由于不要求单独将型芯接合到本体的工艺，制造工艺变得简单且可以减少制造成本。

虽然已结合目前认为是实际的示例实施例对本发明进行说明，应理解为本发明不局限于所公开的实施例，而是，相反地，其意指涵盖所附权利要求的构思和范围内的各种修改和等同设置。

Claims (9)

1.一种挖掘机铲斗的齿尖，包含：

楔形的本体，其由合金铸钢制成，且包括尖锐形状的工作端和具有插入孔的安装端，所述铲斗的齿插进所述插入孔内；

容纳孔，其形成在所述本体的工作端上，且具有沿着所述本体的长度方向从所述本体的工作端朝向所述插入孔的预定深度；及

型芯，其附着于所述容纳孔且由耐磨性材料制成，其特征在于：

所述本体通过模具铸造；

所述型芯与所述模具固定在一起，且当通过模具铸造所述本体时附着于所述本体上；及

所述容纳孔是铸造所述本体时所述型芯附着的部分，且铸造所述本体时自动形成所述部分。

2.根据权利要求1所述的挖掘机铲斗的齿尖，其特征在于，所述平板形状的型芯的宽度比所述工作端的宽度小，且包括至少一个通孔。

3.根据权利要求1或2所述的挖掘机铲斗的齿尖，其特征在于，所述型芯涂覆有Cu合金、Ni合金、Sn合金或Zn合金中的任一种合金。

4.根据权利要求3所述的挖掘机铲斗的齿尖，其特征在于，所述型芯的耐磨性材料是工具钢、高铬钢或高锰钢中任选的一种钢：

所述工具钢包含相对于所述型芯总成分的重量比的1.0wt％至1.6wt％的碳；

所述高铬钢包含相对于所述型芯总成分的重量比的2.0wt％至3.5wt％的碳；及

所述高锰钢包含相对于所述型芯总成分的重量比的0.9wt％至1.35wt％的碳。

5.根据权利要求3所述的挖掘机铲斗的齿尖，其特征在于，所述本体的合金铸钢包含相对于所述本体总成分的重量比的0.30wt％至0.65wt％的碳。

6.一种制造挖掘机铲斗的齿尖的方法，包括：

制备包括楔形空腔的模具组件；

制备耐磨性材料的型芯；

将所述型芯固定到所述模具组件的空腔的预定空间；

将合金铸钢的熔融金属浇铸到所述型芯所放置的所述模具组件的空腔里；

当所述熔融金属冷却时移除所述模具组件；及

移除所述模具组件后，对所述型芯和附着于所述型芯的外部表面的本体进行热处理。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：

在所述耐磨材料的型芯的制备中，将所述型芯涂覆Cu合金、Ni合金、Sn合金或Zn合金中的任一种合金；及

在浇铸所述合金铸钢的熔融金属的过程中，所述被涂覆的型芯与所述合金铸钢化合。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于：

在所述耐磨材料的型芯的制备中，所述型芯包含至少一个形成于其上的通孔；及

在浇铸所述合金铸钢的熔融金属的过程中，所述熔融金属流入所述型芯的通孔以与所述型芯机械联接。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，将所述型芯固定在所述模具组件的空腔的预定空间中包括：

将所述型芯的一端定位到所述模具组件的楔形空腔里相对宽度最小的空间，以将所述型芯固定在所述模具组件上；

将所述型芯的顶面朝向所述模具组件的上部定位；及

在所述空腔的其它空间里并且沿所述模具组件的长度方向设置所述型芯的其它部分。

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