CN104741173A - 一种复合材料磨辊及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种复合材料磨辊及其制造方法，该磨辊包括金属辊体和若干波浪形复合体，其中各波浪形复合体等间距地内嵌在金属辊体的工作面上并与金属辊体结合为一体，且各波浪形复合体为波浪形陶瓷增强体或由波浪形陶瓷增强体与金属基体复合而成的波浪形结构体，波浪形陶瓷增强体由陶瓷颗粒固化而成。其制造方法是：先设计及制作出所需尺寸的波浪形复合体；然后铸造成型；最后经冷却及处理后得到复合材料磨辊。本发明由于采用了波浪形陶瓷增强体的设计，这种结构的特点是：易于在型腔中有序排布，更适合机械化操作；有效避免浇铸过程中陶瓷增强体个体发生移位、错位；防止工况使用过程中陶瓷增强体整条移位，特别是二次浇注的大型复合材料磨辊。
Description
技术领域
本发明涉及立式磨的主要易损耗部件技术领域，具体是涉及一种复合材料磨辊及其制造方法。
背景技术
立式磨是水泥、电力、煤炭、化工等行业广泛应用的一种研磨设备，已有近百年的发展历史。立磨主要由磨辊、磨盘、分离器、加压装置、减速机、电动机、壳体等部分组成，以滚压原理对物料进行粉磨，运行时磨辊沿水平圆形轨迹在磨盘上运动，通过外部施加在磨辊上的垂直压力，使磨盘上物料受到挤压和剪切作用得以粉碎。传统单一材料如高铬铸铁生产的磨辊，磨损速度快、消耗量大、脆性大、安全性差成为国内外行业发展的共性技术难题。
公告号为CN1044574C的中国专利公开了一种离心复合耐磨磨辊及其生产方法，该方法是将耐磨合金铸铁（作外层）和普通铸铁（作芯层）复合铸造，外层工作面耐磨性好，内层装配面韧性好，可以解决单一耐磨材料脆性大，工作过程中开裂的的问题，但是其工作面仍然是铸铁材料，解决了安全隐患但没有实际提高材料性能和产品使用寿命。
公告号为CN202015631U的中国专利公开了一种中速磨煤机陶瓷复合磨辊，其复合形式是，芯部为碳素钢，工作面采用高铬合金板，与碳素钢芯部通过粘接再配合螺栓铆合，为了提高工作面高铬合金板的耐磨性，又在高铬合金板上设置通孔，将陶瓷棒用粘结剂嵌装入高铬合金板中，这种方法生产的磨辊存在多处隐患：1、陶瓷棒容易脆断；2、陶瓷棒与高铬合金采用粘结剂粘接，这种粘接力有限，磨辊使用时，先磨掉高铬合金，陶瓷棒突起，在巨大的压应力、切应力、离心力共同作用下，粘结剂的粘接力很难保证每个陶瓷棒都能持续牢固接合。
虽然生产复合耐磨部件的例子很多，但实际大规模应用且切实有效的方法尚不多，仍然需要进一步改善这些耐磨配件的耐磨性。
发明内容
本发明的目的在于针对上述存在问题和不足，提供一种通过波浪形陶瓷增强体来实现结构牢靠、性能稳定，且耐磨性能好、使用寿命长的复合材料磨辊及其制造方法。
本发明的技术方案是这样实现的：
本发明所述的复合材料磨辊，其特点是包括金属辊体和若干波浪形复合体，所述各波浪形复合体等间距地内嵌在金属辊体的工作面上并与金属辊体结合为一体，且所述各波浪形复合体为波浪形陶瓷增强体或由波浪形陶瓷增强体与金属基体复合而成的波浪形结构体，所述波浪形陶瓷增强体由陶瓷颗粒固化而成。
本发明所述的复合材料磨辊的制造方法，其特点是包括如下步骤：
A、根据磨辊的工况磨损面，设计所需波浪形复合体的形状、尺寸及数量；
B、根据设计，制作波浪形复合体，该波浪形复合体既可以是波浪形陶瓷增强体，也可以是由波浪形陶瓷增强体与金属基体复合而成的波浪形结构体；
C、铸造成型：
当磨辊单重≤2吨时，适宜采用一次铸造成型，其方法是先将若干波浪形陶瓷增强体直接按照辊面形状紧密排布在磨辊铸造型腔中，然后浇铸金属辊体；
当磨辊单重＞2吨时，适宜采用二次铸造成型，其方法是先将波浪形陶瓷增强体放入尺寸与其接近的型腔中，然后浇铸金属基体，制得尺寸比波浪形陶瓷增强体大3～6mm的波浪形复合体，然后将若干波浪形复合体按照辊面形状紧密排布在磨辊铸造型腔中，再浇铸金属辊体；
D、冷却后，清砂，去除浇、冒口，飞边，打磨，得到复合材料磨辊。
为了使波浪形陶瓷增强体与金属辊体的结合强度高，上述波浪形陶瓷增强体需要设计成可确保在浇注瞬间增强体芯部的每个点到金属液间的绝对距离小于10mm的结构。
为了使金属液能够有效地渗入到陶瓷增强体内与形成陶瓷增强体的陶瓷颗粒形成良好的结合，使两者的结合稳定牢固，上述波浪形陶瓷增强体的制作方法是将直径0.1～7mm的陶瓷颗粒与粘结剂混合，填入相应形状模具中，固化制得内部具有多尺度孔隙构型的陶瓷增强体。
上述浇铸工艺为重力铸造或负压铸造。
上述浇铸温度为1400～1550℃。
上述金属辊体和金属基体均采用铁合金制成，所述铁合金为高锰钢或高铬铸铁或球墨铸铁或合金钢或其它铁合金。
上述复合材料磨辊可为锥形磨辊或轮胎形磨辊或其它形状的磨辊。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1、波浪形陶瓷增强体的设计，这种结构特点是：①易于在型腔中有序排布，更适合机械化操作；②有效避免浇铸过程中陶瓷增强体个体发生移位、错位；③防止工况使用过程中陶瓷增强体整条移位，特别是二次浇注的大型复合材料磨辊，嵌入增强体整条挤出在工况下是危险的，波浪形设计可以有效避免这一问题；
2、根据产品大小区别采用不同的铸造工艺，这样做的特点是：
一次浇注有利于陶瓷颗粒与金属辊体的结合，复合后陶瓷颗粒嵌入在金属辊体中，磨损时不易剥落，能有效大幅提高产品的耐磨性；
但对于大规格（超过2吨）磨辊产品，一次浇注是很难实现的，陶瓷增强体要么太大，搬运过程中容易破坏，要么陶瓷增强体太多，难确保位置固定，因此二次复合铸造更为适宜，且采用两种金属制备的大磨辊，可以浇注不同材料，形成宏观硬度梯度，有利于提高产品寿命和性价比。
3、由陶瓷颗粒制备的陶瓷增强体，一方面可以在磨辊产品工作面（即：磨损面）上持续不断的发挥有效支撑抗磨作用；另一方面，陶瓷颗粒镶嵌在金属辊体中，与金属辊体结合良好，不易剥落。使用时，首先磨掉表层铁合金辊体，陶瓷颗粒逐渐突出表面起有效支撑抗磨作用，待陶瓷颗粒磨掉后，下一层的陶瓷颗粒又逐渐突出表面，层层推进，实现了大幅提高磨辊使用寿命的作用。
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
附图说明
图1为本发明方案1的立体结构示意图。
图2为图1的横向剖面结构示意图。
图3为图1的纵向剖面结构示意图。
图4为本发明所述波浪形复合体由波浪形陶瓷增强体与金属基体复合而成的立体结构示意图。
图5为图4的剖面结构示意图。
图6为本发明方案2的立体结构示意图。
图7为图6的横向剖面结构示意图。
具体实施方式
如图1-图7所示，本发明所述的复合材料磨辊，包括金属辊体1和若干波浪形复合体2，所述各波浪形复合体2等间距地内嵌在金属辊体1的工作面上并与金属辊体1结合为一体，且所述各波浪形复合体2为波浪形陶瓷增强体3或由波浪形陶瓷增强体3与金属基体4复合而成的波浪形结构体，所述波浪形陶瓷增强体3由陶瓷颗粒固化而成。
本发明所述的复合材料磨辊的制造方法，包括如下步骤：
A、根据磨辊的工况磨损面，设计所需波浪形复合体2的形状、尺寸及数量；
B、根据设计，制作波浪形复合体2，该波浪形复合体2既可以是波浪形陶瓷增强体3，也可以是由波浪形陶瓷增强体3与金属基体4复合而成的波浪形结构体（如图4及图5所示）；而波浪形陶瓷增强体3需要设计成可确保在浇注瞬间增强体芯部的每个点到金属液间的绝对距离小于10mm的结构；且波浪形陶瓷增强体3的制作方法是将直径0.1～7mm的陶瓷颗粒与粘结剂混合，填入相应形状模具中，固化制得内部具有多尺度孔隙构型的陶瓷增强体；
C、铸造成型：
当磨辊单重≤2吨时，适宜采用一次铸造成型，其方法是先将若干波浪形陶瓷增强体3直接按照辊面形状紧密排布在磨辊铸造型腔中，然后浇铸金属辊体1；
当磨辊单重＞2吨时，适宜采用二次铸造成型，其方法是先将波浪形陶瓷增强体3放入尺寸与其接近的型腔中，然后浇铸金属基体4，制得尺寸比波浪形陶瓷增强体3大3～6mm的波浪形复合体2，然后将若干波浪形复合体2按照辊面形状紧密排布在磨辊铸造型腔中，再浇铸金属辊体1；
浇铸工艺为重力铸造或负压铸造，浇铸温度为1400～1550℃，金属辊体1和金属基体4均采用铁合金制成，所述铁合金为高锰钢或高铬铸铁或球墨铸铁或合金钢；
D、冷却后，清砂，去除浇、冒口，飞边，打磨，得到复合材料磨辊，该复合材料磨辊为锥形磨辊或轮胎形磨辊或其它形状的磨辊。
实施例1：
首先，根据锥形磨辊（约0.5吨）的工况磨损面，设计内嵌波浪形陶瓷增强体；
然后，采用直径0.1～3mm的陶瓷颗粒与粘结剂混合，填入模具中，固化，制得内部具有多尺度孔隙构型的波浪形陶瓷增强体3；
然后，将若干波浪形陶瓷增强体3紧密排布在磨辊铸造型腔工作面上，浇铸铁合金，进行复合；
最后，冷却后清砂，打磨，得到锥形复合材料磨辊，如图1-图3所示。
实施例2：
首先，根据轮胎型磨辊（约4吨）的工况磨损面，设计内嵌波浪形陶瓷增强体；
然后，采用直径2～6mm的陶瓷颗粒与粘结剂混合，填入模具中，固化，制得内部具有多尺度孔隙构型的波浪形陶瓷增强体3；
然后，将波浪形陶瓷增强体3放入尺寸与其接近的型腔，浇铸高铬铸铁，得到波浪形复合体2，如图4及图5所示；
然后，将若干波浪形复合体2紧密排布在磨辊铸造型腔工作面上，浇铸合金钢，二次复合；
最后，冷却后清砂，打磨，得到轮胎型复合材料磨辊，如图6及图7所示。
本发明是通过实施例来描述的，但并不对本发明构成限制，参照本发明的描述，所公开的实施例的其他变化，如对于本领域的专业人士是容易想到的，这样的变化应该属于本发明权利要求限定的范围之内。
Claims (8)
1.一种复合材料磨辊，其特征在于包括金属辊体（1）和若干波浪形复合体（2），所述各波浪形复合体（2）等间距地内嵌在金属辊体（1）的工作面上并与金属辊体（1）结合为一体，且所述各波浪形复合体（2）为波浪形陶瓷增强体（3）或由波浪形陶瓷增强体（3）与金属基体（4）复合而成的波浪形结构体，所述波浪形陶瓷增强体（3）由陶瓷颗粒固化而成。
2.一种复合材料磨辊的制造方法，该方法用于制造权利要求1所述复合材料磨辊，其特征在于包括如下步骤：
A、根据磨辊的工况磨损面，设计所需波浪形复合体（2）的形状、尺寸及数量；
B、根据设计，制作波浪形复合体（2），该波浪形复合体（2）既可以是波浪形陶瓷增强体（3），也可以是由波浪形陶瓷增强体（3）与金属基体（4）复合而成的波浪形结构体；
C、铸造成型：
当磨辊单重≤2吨时，适宜采用一次铸造成型，其方法是先将若干波浪形陶瓷增强体（3）直接按照辊面形状紧密排布在磨辊铸造型腔中，然后浇铸金属辊体（1）；
当磨辊单重＞2吨时，适宜采用二次铸造成型，其方法是先将波浪形陶瓷增强体（3）放入尺寸与其接近的型腔中，然后浇铸金属基体（4），制得尺寸比波浪形陶瓷增强体（3）大3～6mm的波浪形复合体（2），然后将若干波浪形复合体（2）按照辊面形状紧密排布在磨辊铸造型腔中，再浇铸金属辊体（1）；
D、冷却后，清砂，去除浇、冒口，飞边，打磨，得到复合材料磨辊。
3.根据权利要求2所述复合材料磨辊的制造方法，其特征在于上述波浪形陶瓷增强体（3）需要设计成可确保在浇注瞬间增强体芯部的每个点到金属液间的绝对距离小于10mm的结构。
4.根据权利要求2所述复合材料磨辊的制造方法，其特征在于上述波浪形陶瓷增强体（3）的制作方法是将直径0.1～7mm的陶瓷颗粒与粘结剂混合，填入相应形状模具中，固化制得内部具有多尺度孔隙构型的陶瓷增强体。
5.根据权利要求2所述复合材料磨辊的制造方法，其特征在于上述浇铸工艺为重力铸造或负压铸造。
6.根据权利要求2所述复合材料磨辊的制造方法，其特征在于上述浇铸温度为1400～1550℃。
7.根据权利要求2所述复合材料磨辊的制造方法，其特征在于上述金属辊体（1）和金属基体（4）均采用铁合金制成，所述铁合金为高锰钢或高铬铸铁或球墨铸铁或合金钢。
8.根据权利要求2所述的复合材料磨辊的制造方法，其特征在于上述复合材料磨辊可为锥形磨辊或轮胎形磨辊。
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Legal Events
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Effective date of registration: 20170630 Address after: 510651 Changxin Road, Guangzhou, Guangdong, No. 363, No. Applicant after: GUANGDONG INSTITUTE OF MATERIALS AND PROCESSING Address before: 510651 Changxin Road, Guangzhou, Guangdong, No. 363, No. Applicant before: GUANGDONG RESEARCH INSTITUTE OF INDUSTRIAL TECHNOLOGY (GUANGZHOU RESEARCH INSTITUTE OF NON-FERROUS METALS) |
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| EE01 | Entry into force of recordation of patent licensing contract |
Application publication date: 20150701 Assignee: Jiangsu double hair Machinery Co., Ltd. Assignor: GUANGDONG INSTITUTE OF MATERIALS AND PROCESSING Contract record no.: 2018440000129 Denomination of invention: Manufacturing method of composite material grinding roller Granted publication date: 20170815 License type: Exclusive License Record date: 20181009 |
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 510651 No. 363, Changxin Road, Guangzhou, Guangdong, Tianhe District Patentee after: Institute of materials and processing, Guangdong Academy of Sciences Address before: 510651 No. 363, Changxin Road, Guangzhou, Guangdong, Tianhe District Patentee before: Guangdong Institute Of Materials And Processing |
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| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20220113 Address after: 510000 363 Changxin Road, Tianhe District, Guangzhou, Guangdong. Patentee after: Institute of new materials, Guangdong Academy of Sciences Address before: 510651 No. 363, Changxin Road, Guangzhou, Guangdong, Tianhe District Patentee before: Institute of materials and processing, Guangdong Academy of Sciences |
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| TR01 | Transfer of patent right |