CN102575773A - 具有改良的磨损表面的销接元件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于具有改良的磨损表面的销接组件的销接元件，尤其是销接元件表面的用于对接推力环、唇部和其它邻接磨损元件的那些部分。所述销接元件包括通过从所述销接元件的所述磨损表面除去材料形成并且用包覆材料取代的第一处理区。在此操作之前，通过从所述销接元件的不同于所述第一处理区的区部除去材料和在所述区部上执行氮化工艺来形成第二处理区。

Description

具有改良的磨损表面的销接元件

技术领域

本发明一般说来涉及销接元件。更明确地说，本发明涉及使用至少两个不同表面处理来处理的销接组件接箍、嵌件、轴衬和履带链节。

背景

销接通常用于许多工作机器应用中，诸如，用于履带链条或底盘系统、链接销或吊杆销接中。通常，由通用钢以有限的表面处理制成销接元件。此外，相同元件或元件表面上的多个表面处理从技术上说具有挑战性，这是因为使用多个表面处理通常遭遇后续处理使一个或多个较早表面处理的有效性抵消的问题。

与改良销接耐磨性有关的大多数改良是针对密封技术，诸如授予Yamamoto等人的第7,121,555号美国专利中公开的那种技术。尽管Yamamoto等人取得了进展，但是他们没有解决与销接元件有关的改良，并且当然没有解决与创造使用多个表面处理的销接元件有关的改良。

发明概述

在一个方面，本发明涉及一种销接元件，所述销接元件包括具有外磨损表面的主体，所述外磨损表面包括第一处理区和紧邻所述第一处理区的第二处理区。所述第一处理区包括包覆合金材料，而所述第二处理区包括氮化表面。

在另一方面，本发明涉及一种用于形成销接元件的方法，所述方法包括以下步骤：将合金锻造为所述销接元件的一般形状；从所述销接元件的磨损表面除去材料以形成第二处理区；氮化所述第二处理区；从所述销接元件的所述外磨损表面除去材料以形成第一处理区；和将合金包覆至所述第一处理区。

在另一方面，本发明涉及一种销接组件，所述销接组件包括销接元件，所述销接元件具有主体。所述主体包括磨损表面，所述磨损表面具有(i)第一处理区、(ii)与所述外磨损表面不共面的第二处理区、(iii)介于所述第一处理区与所述第二处理区之间的宽度为至少约1mm的肩部和(iv)介于所述肩部与所述第二处理区之间的通道。另外，所述第一处理区包括包覆不锈钢合金，并且所述第二处理区包括硬度为至少约55HRC的氮化表面，并且延伸至所述表面下方至少约0.15mm。

附图简述

图1为销接组件的示意图。

图2为包括接箍、嵌件和密封组件的销接组件区域的示意图。

图3为本公开的嵌件的横截面图，所述嵌件具有第一处理区和第二处理区。

图4为使第二处理区暴露的本公开的嵌件的横截面图。

图5为使第一处理区和第二处理区暴露的本公开的嵌件的横截面图。

图6为具有涂敷于第一处理区的包覆合金的本公开的嵌件的横截面图。

图7为在第一处理区与第二处理区之间安置有通道的本公开的嵌件的横截面图。

图8为包括根据本公开制备的轴衬和履带链节的销接组件的横截面图。

图9为包括根据本公开制备的轴衬和接箍的销接组件的横截面图。

在任何可能的情况下，所有附图中相同元件符号将用以代表相同或相似的部分。

详述

本文公开的销接元件在各种工作机器应用中具有实用性，如下文详述。销接元件在履带铺设机器的底盘系统中使用的以下例子仅用于举例，而并非以限制意义呈现。

在例如建造、采矿、石油/天然气、林业和其它恶劣的操作环境中，履带铺设机器在操作期间将铰接履带链条用于在地体上方推进机器。此类履带链条通常安置在机器的每一侧上而成对地使用。履带链条包括一系列子组件，所述子组件的数目由给定应用所要的长度决定，其中每一履带链条的相对末端是使用主链环机械地耦接在一起，以形成通常延伸约一个驱动链轮和至少一个惰轮的闭环。每一子组件包括履带销组件、内链环和外链环以及履带板。如图1中所示，履带销组件10包括履带销11、轴衬12、接箍14和嵌件13，嵌件13有时也称为接箍。嵌件13包括第一末端区15、磨损边缘16和镗孔17。可以将嵌件13相对于履带销11固定，以使得嵌件13不会相对于履带销11轴向旋转或移动。例如，可以将嵌件13压入配合至、焊接至、黏着或以化学方式粘合至履带销11或者以附接两个机器元件的另一种已知方式粘合至履带销11。在操作过程中，移动销接元件的持续金属与金属间接触可能导致显著的磨损，甚至在进行测量以最小化这些元件之间的摩擦时也是如此。

参阅附图，图2图示现有技术履带销组件元件的横截面，尤其是具有主体和暴露于操作环境的磨损表面16的嵌件13和接箍14。在现有技术构造中，将推力环21安置成邻接于磨损表面16。此外，也可以将唇部23作为密封组件26的一部分而安置成邻接于磨损表面16，密封组件26还包括承载环24和密封外壳25。当磨损表面16未经处理时，推力环21和唇部23可以不可接受地磨损磨损表面16，这是因为在推力环21的情况下，推力环21是由比磨损表面16更硬的合金形成。在唇部23的情况下，磨损表面16可能由于环境因素而腐蚀，诸如暴露于碱性或酸性浆体。因此，如图3中所示，嵌件13包括与密封组件的唇部23对接的第一处理区31和对接磨损表面16上的推力环21的第二处理区32，肩部33安置在第一处理区31与第二处理区32之间，其中第一处理区31和第二处理区32通常彼此平行，但是可能不共面。

为了形成嵌件13，使用锻造和退火工艺形成一般形状。可以使用任何适合的合金，例如，钢，包括碳钢和铬钼钢(chromoly steel)。通常执行额外的冷加工以进一步形成嵌件13，诸如对嵌件13进行绿色转动和滚花。

参阅图4，从将在任选的中性硬化步骤之后形成第二处理区32的磨损表面16的一部分除去材料。所除去的材料可以形成用于第二处理区32的任何适合的形状，以使得第二处理区32相对于磨损表面16为非平面的。如图4中所示，一个此类形状为在肩部33附近切除任选径向部分的大体矩形。材料除去的深度可以为任何适合的深度，并且在一个例子中，材料的深度为至少约0.1mm，诸如至少约0.15mm或0.20mm。

在所述材料除去步骤之后，第二处理区32经历氮化步骤。氮化步骤包括氮化技术的此项技术中已知的标准步骤，诸如气体氮化、流体或盐浴氮化、离子氮化或等离子体氮化。图4图示将气体氮化用来氮化暴露于气体氮化工艺的嵌件13的表面的实施方案。氮化的第二处理区32的平均表观硬度为至少约45HRC，诸如至少约47HRC甚至至少约50HRC。通过“表观硬度”，此为使用HRC标度从典型测试获得的硬度，所述硬度可能由于较软基板上氮化的第二处理区32的相对薄层而向下歪斜，所述较软基板的硬度可以为仅约42HRC或更少。仅第二处理区32的实际硬度可能实质上较高，诸如至少约55HRC甚至至少约65HRC。

第二处理区32延伸至第二处理区32表面下方至少约0.1mm深，诸如至少约0.15mm深或至少约0.20mm深。此氮化壳体41被展示为由于气体氮化工艺而以稍微或大体上均匀的方式追踪嵌件13的外表面轮廓的衬里。其它氮化工艺可能不产生这种大体上均匀的壳体深度，并且在一些工艺中可能仅定位至第二处理区32。将了解，壳体可能不表现由氮化产生的硬度的不同下降，而是硬度的下降可以为逐渐的。

在第二处理区32的氮化之后，嵌件13经历另一个材料除去步骤，借此从通常将变为第一处理区31的区域中的磨损表面16除去材料。具体地说，如图5中所见，磨损表面16的一部分将被保留为肩部33，而从远离第二处理区32的肩部末梢侧上的磨损表面16除去材料。肩部33应具有足以防止第一处理区31的处理期间的后续步骤显著地与第二处理区32相互作用的宽度。通常，肩部33应为至少约1mm宽，诸如至少约2mm宽或至少约3mm宽。

再次参阅图5，从磨损表面16除去的材料在磨损表面16中留下形状为大体上矩形的凹处51，其中在凹处的任一末端或两个末端处切除任选径向部分。凹处51的深度在约0.10mm与约4.0mm之间，诸如在约0.8mm与约3.0mm之间。凹处51的宽度在约1.0mm与约12.0mm之间，诸如在约2.0mm与约10.0mm之间，甚至在约3.0mm与约7.5mm之间。

在此步骤之后，使用包覆操作来用适合于邻接密封组件的唇部23的合金填充形成于磨损表面16中的凹处51。具体地说，不锈钢合金或其它耐腐蚀合金适合于使用包覆工艺沉积为粉末或电线原料。在包覆操作期间，由肩部并且选择性地通过在第二处理区32的氮化表面上方放置盖帽来保护第二处理区32免于来自包覆工艺的任何材料径流或溅泼。所得嵌件13图示于图6中，图6图示第一处理区31如何将合金包覆至第一处理区31以填充凹处并产生额外合金材料61的堆积。

然后，使用例如硬切削的冷加工步骤除去包覆材料的额外堆积。在此处理步骤期间，有可能并且预期，将也从磨损表面16除去材料，以使得磨损表面16的最终表面、第一处理区31的包覆表面和肩部33全部经历材料除去。然而，所除去的材料量小于第二处理区32的深度，以便第一处理区31与第二处理区32保持大体上平行，但相对于彼此为非平面的。也可以包括最终的搪磨或抛光步骤。可以选择性地在肩部33与第二处理区32之间形成通道，如图7中所示。此通道可以帮助邻接特征结构(诸如推力环21)的安装。

如图8中所见，也可以将类似工艺应用于其它销接元件，如为此特定应用重新设置嵌件13。具体地说，可以与唇部23和推力环21对接的轴衬12的表面可以经历两个类似的定位工艺。具体来说，从将形成第二处理区32的轴衬12的边缘的一部分除去材料。所除去的材料可以形成用于第二处理区32的任何适合形状，以使得第二处理区32相对于轴衬12的边缘为非平面的。一个此类形状为大体矩形，其中在肩部33附近切除任选径向部分。

在所述材料除去步骤之后，第二处理区32经历氮化步骤，继之以另一个材料除去步骤，借此从通常将变为第一处理区31的区域中的轴衬12边缘除去材料。

从轴衬12除去的材料留下形状为大体上矩形的凹处，其中在凹处的任一末端或两个末端处切除任选径向部分。然后，使用包覆操作来用适合于邻接密封组件的唇部23的合金填充形成于轴衬12中的凹处。在包覆操作期间可能发生额外合金材料61的堆积。

然后，使用例如硬切削的冷加工步骤除去包覆材料的额外堆积。在此处理步骤期间，有可能并且预期，将也从轴衬12除去材料，以使得轴衬12边缘的最终表面、第一处理区31的包覆表面和肩部33全部经历材料除去。然而，所除去的材料量小于第二处理区32的深度，以便第一处理区31与第二处理区32保持大体上平行，但相对于彼此为非平面的。也可以包括最终的搪磨或抛光步骤。

再次参阅图8，也可以将类似的定位工艺应用于另一个销接元件，诸如，可以与唇部23和推力环21对接的履带链节81的内表面可以经历两个类似的定位工艺。具体来说，从将形成第二处理区32的履带链节81的一部分除去材料。所除去的材料可以形成用于第二处理区32的任何适合形状，以使得第二处理区32相对于履带链节81的侧面为非平面的。一个此类形状为大体矩形的，其中在肩部33附近切除任选径向部分。

在所述材料除去步骤之后，第二处理区32经历氮化步骤，继之以另一个材料除去步骤，借此从通常将变为第一处理区31的区域中的履带链节81的侧面除去材料。

从履带链节81除去的材料留下形状为大体上矩形的凹处，其中在凹处的任一末端或两个末端处切除任选径向部分。然后，使用包覆操作来用适合于邻接密封组件的唇部23的合金填充形成于履带链节81中的凹处。在包覆操作期间可能发生额外合金材料61的堆积。

然后，使用例如硬切削的冷加工步骤除去包覆材料的额外堆积。在此处理步骤期间，有可能并且预期，将也从履带链节81除去材料，以使得履带链节81边缘的最终表面、第一处理区31的包覆表面和肩部33全部经历材料除去。然而，所除去的材料量小于第二处理区32的深度，以便第一处理区31与第二处理区32保持大体上平行，但相对于彼此为非平面的。也可以包括最终的搪磨或抛光步骤。

现参阅图9，也可以将类似的定位工艺应用于另一个销接元件，诸如接箍14，在此特定设定中与嵌件13一起重新设置接箍14。此类销接组件可以称为匣式组件。接箍14可以与唇部23和推力环21对接，并且可以经历类似于上文针对嵌件13所述工艺的两个定位工艺。具体来说，从将形成第二处理区32的接箍14的一部分除去材料。所除去的材料可以形成用于第二处理区32的任何适合形状，以使得第二处理区32相对于接箍14的侧面为非平面的。一个此类形状为大体矩形的，其中在肩部33附近切除任选径向部分。

在所述材料除去步骤之后，第二处理区32经历氮化步骤，继之以另一个材料除去步骤，借此从通常将变为第一处理区31的区域中的履带链节81的侧面除去材料。

从接箍14除去的材料留下形状为大体上矩形的凹处，其中在凹处的任一末端或两个末端处切除任选径向部分。然后，使用包覆操作来用适合于邻接密封组件的唇部23的合金填充形成于接箍14中的凹处。在包覆操作期间可能发生额外合金材料61的堆积。

然后，使用例如硬切削的冷加工步骤除去包覆材料的额外堆积。在此处理步骤期间，有可能并且预期，将也从接箍14除去材料，以使得接箍14边缘的最终表面、第一处理区31的包覆表面和肩部33全部经历材料除去。然而，所除去的材料量小于第二处理区32的深度，以便第一处理区31与第二处理区32保持大体上平行，但相对于彼此为非平面的。也可以包括最终的搪磨或抛光步骤。

工业实用性

根据本公开形成的嵌件13尤其适合于在供履带式机器的底盘系统中使用的销接组件中使用。例如，嵌件可以为上文所述的销接组件的一部分，作为在履带式拖拉机、履带式挖掘机和其它履带式工作机器上使用的环状履带系统的一部分。

此外，本公开的嵌件13可以用于具有类似销接构造的任何设定中，其中推力环或其它类似硬元件邻接嵌件13，从而导致操作期间的过度磨损。此类例子包括上文所述的轴衬、履带链节或接箍表面。

测试已表明，根据本公开的具有第一处理区31和第二处理区32的磨损表面16的双重处理可以使销接元件的处理表面的耐磨性比传统销接元件设计增加十倍。

尽管已参阅示例性实施方案描述本公开，但是所属领域的技术人员将认识到，可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下进行形式和细节的改变。例如，尽管可能已将不同的示例性实施方案描述为包括提供一个或多个益处的一个或多个特征，但是设想在于，所述的特征可以彼此互换或者可以在所述示例性实施方案或于其它替代性实施方案中彼此组合。参阅示例性实施方案描述并在以上权利要求书中阐述的本公开显然旨在尽可能广泛。

Claims (20)

1.一种销接元件，其包括：

主体，所述主体具有包括第一处理区和紧邻所述第一处理区的第二处理区的外磨损表面，其中所述第一处理区包括包覆合金材料；并且所述第二处理区包括氮化表面。

2.根据权利要求1所述的销接元件，其中所述销接元件是选自由以下元件构成的元件群组：接箍、轴衬、嵌件和履带链节。

3.根据权利要求1所述的销接元件，其中所述包覆合金材料为不锈钢。

4.根据权利要求1所述的销接元件，其中第二处理区不与所述外磨损表面共面。

5.根据权利要求1所述的销接元件，其中所述第二处理区的表观硬度为至少约45HRC。

6.根据权利要求1所述的销接元件，其包括安置在所述第一处理区与所述第二处理区之间的通道。

7.根据权利要求1所述的销接元件，其中所述外磨损表面进一步包括介于所述第一处理区与所述第二处理区之间的肩部。

8.根据权利要求6所述的销接元件，其中所述肩部为至少约1mm宽。

9.一种用于形成销接元件的方法，其包括：

将合金锻造为所述销接元件的一般形状；

从所述销接元件的磨损表面除去材料，以形成第二处理区；

氮化所述第二处理区；

从所述销接元件的所述外磨损表面除去材料以形成第一处理区；和

将合金包覆至所述第一处理区。

10.根据权利要求9所述的方法，其中所述方法进一步包括在任何冷加工步骤之前退火所述销接元件。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述方法进一步包括在退火之后冷加工所述销接元件。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述方法进一步包括在冷加工之后氮化所述销接元件。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述方法进一步包括从所述第一处理区除去过量的包覆合金。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述方法进一步包括搪磨所述磨损表面的表面和第一处理区的所述包覆合金。

15.根据权利要求9所述的方法，其中从所述磨损表面除去所述材料以形成第一处理区同时在所述第一处理区与所述第二处理区之间形成肩部。

16.根据权利要求9所述的方法，其包括在所述第一处理区与所述第二处理区之间形成通道。

17.根据权利要求9所述的方法，其中使用气体氮化技术执行所述第二区的所述氮化。

18.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一处理区与所述第二处理区不共面。

19.一种销接组件，其包括：

销接元件，所述销接元件具有带磨损表面的主体，所述磨损表面包括第一处理区、与所述外磨损表面不共面的第二处理区、介于所述第一处理区与所述第二处理区之间的宽度为至少约1mm的肩部和介于所述肩部与所述第二处理区之间的通道，其中：

所述第一处理区包括包覆不锈钢合金；并且

所述第二处理区包括表观硬度为至少约45HRC的氮化表面，并且延伸至所述表面下方至少约0.15mm。

20.根据权利要求19所述的销接组件，其中所述销接元件是选自由以下元件构成的元件群组：接箍、轴衬、嵌件和履带链节。

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