CN105638596A - 全面贴合马蹄面的马蹄铁及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种全面贴合马蹄面的马蹄铁及其制造方法，包括上下连接的上部件和下部件，其中上部件的上表面形状与马蹄面的形状相配，上部件沿着轮廓边缘还分散有多个上钉孔；所述下部件为U字形结构，且具有与上部件的上钉孔相对应的多个下钉孔。所述上部件的材料为铁、铝合金、钢或钛合金；所述下部件的材料为钛合金。本发明利用三维扫描技术扫描马蹄面的实际几何形貌，并利用金属三维打印技术打印马蹄铁的上部件表面形貌。本发明的全面贴合马蹄面的马蹄铁及其制造方法，利用耐磨材料制造与地面产生摩擦的下部件以及提供一个完全贴合马蹄面的几何接触面，可以降低更换马蹄铁的频密度，进而降低马蹄满布钉孔和因打蹄钉而受伤的机会。

Description

全面贴合马蹄面的马蹄铁及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种全面贴合马蹄面的马蹄铁及其制造方法，主要为一种利用三维扫描技术和直接金属激光烧结工艺来制造的马蹄铁。

背景技术

马匹进行体育运动时会经过跑、急停、急转弯等动作，这必须抓牢地面以保持均匀的速度及稳定性才可得到良好表现及最好的比赛成绩。要确保马蹄在路面的附着力，这不仅是为更高的速度，也是为了保证骑师的安全。

在马蹄和地面接触时会受地面的摩擦并很快出现磨损，为马蹄钉马蹄铁主要是为了延缓马蹄的磨损，并使马匹更坚实地抓牢地面以便提高运动性能。当今有多种类形的马蹄铁可供使用。在赛马中，我们更关注的是提供有助于优化马匹在跑道上的性能的马蹄铁，使用时不会造成伤害。现今的马蹄铁都是金属制的，如钢、铝合金或不锈钢。但在赛马中马匹、骑师和装备的重量对速度有着重要影响，因铝合金的重量和价格相对比较低，最常用于赛马。钉马蹄是要将马蹄钉打入马脚，打马蹄钉有可能伤害马匹，马蹄钉要打在马蹄的非敏感层。一般的情况下打六至八根马蹄钉以实现钉合。从事训练或比赛的马匹通常每二至四个星期就需要更换马蹄铁。因此，需要研发一种耐用的马蹄铁，进而可减少更换频次，从而减少马蹄受伤机会。

马匹训练和比赛的路面也有许多不同类型。马匹经常在草丛、土壤、沙、碎石，甚至在几乎接近水泥硬度的路面进行训练和比赛。马蹄所经历的冲击和振动负荷会随着训练或比赛路面的硬度而提高。如果马蹄与马蹄铁的接口没有良好的接合，马匹跑动时的震动和冲击会令马蹄铁容易脱落。另一方面，马蹄铁一般是U字形设计并只能保护马掌边沿部位。若马匹踏到如石头及玻璃等细小硬物，这可伤害到马掌内侧部分。马蹄铁在比赛中脱落及马掌受硬物伤害可导致不同程度事故，轻则影响比赛成绩，重则令本身及其他同场竞技的赛马受伤，继而引至严重的堕马事故。蹄铁脱落及更换不但花费高昂，还会使到马蹄满布钉孔，减少可下钉的位置及伤害马匹。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种全面贴合马蹄面的马蹄铁及其制造方法，可以降低更换马蹄铁的频密度，同时降低马蹄满布钉孔和因打蹄钉而受伤的机会。

本发明提供一种全面贴合马蹄面的马蹄铁，包括上下连接的上部件和下部件，其中上部件的上表面形状与马蹄面的形状相配，上部件沿着轮廓边缘还分散有多个上钉孔；所述下部件为U字形结构，且具有与上部件的上钉孔相对应的多个下钉孔。

所述上部件的下表面为凹面，所述下部件的上表面为与所述上部件的下表面相配合的凸面。

所述下部件的上表面于各下钉孔的外缘分别具有一圈沉孔。

所述上部件的材料为金属材料；所述下部件的材料为耐磨金属材料。

所述上部件的材料为铁、铝合金、钢或钛合金；所述下部件的材料为钛合金。

所述下部件的下表面沿着U字形结构还分散有多个第一空心部。

所述下部件的U字形结构的两端以及中间位置还分别具有两个平行设置的第二空心部，平行设置的方向为沿着U字形结构的弯曲方向，且两个平行设置的第二空心部之间形成支撑棱。

本发明还提供一种全面贴合马蹄面的马蹄铁的制造方法，包括以下几个步骤：

步骤一：利用三维扫描技术扫描马蹄面的实际几何形貌；

步骤二：获得一系列根据马蹄面的实际几何形貌得来的三维坐标数据；

步骤三：将扫描后所得到的三维坐标数据进行过滤杂点处理；

步骤四：利用经过滤杂点处理的三维坐标数据重建马掌三维几何曲面；

步骤五：基于重建马掌三维几何曲面设计马蹄铁的上部件的上表面的几何模型；

步骤六：将建立的马蹄铁上部件的上表面的几何模型导出成金属三维打印机可兼容格式；

步骤七：利用金属三维打印技术打印马蹄铁的上部件表面形貌。

所述步骤四中利用计算器辅助设计系统完成重建马掌三维几何曲面。

所述步骤七具体为：所述金属三维打印技术采用直接金属激光烧结工艺装置完成，所述直接金属激光烧结工艺装置包括粉末缸和成形工作平台，首先由粉末缸中取出粉未并均匀铺展在成形工作平台上，由计算机根据切片模型控制激光进行二维轨迹扫描，有选择地烧结粉末材料从而形成零件的—个截面层，烧结完一层后成形工作平台下降，铺粉系统重新铺上一层新的粉末，控制激光再次扫描烧结新的—个截面层，重复铺展金属粉末和进行激光溶化烧结粉末，逐层迭加造型，使迭层厚度达到切削刀具的有效刃长，对迭层侧面采用小直径切削刀具施以切削加工，反复进行激光熔化、迭层造型以及高速切削加工，最终完成马蹄铁上部件形貌的烧结。

本发明具有的优点在于：

本发明提供一种全面贴合马蹄面的马蹄铁及其制造方法，利用耐磨材料制造与地面产生摩擦的下部件以及提供一个完全贴合马蹄面的几何接触面，可以降低更换马蹄铁的频密度，进而降低马蹄满布钉孔和因打蹄钉而受伤的机会。

附图说明

图1为本发明提供的马蹄铁的整体结构示意图。

图2为本发明提供的马蹄铁的上部件的上表面的立体图。

图3为本发明提供的马蹄铁的上部件的下表面的立体图。

图4为本发明提供的马蹄铁的下部件的下表面的立体图。

图5为本发明提供的马蹄铁的下部件的上表面的立体图。

图6为本发明提供的马蹄铁的制造工序流程。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

本发明提供一种全面贴合马蹄面的马蹄铁，如图1所示，包括上下相连接的上部件1和下部件2。其中上部件1的上表面4形状与马蹄面的形状完全相配，能够与马蹄面即马掌底部相接触，完全覆盖马蹄面，其一般可采用金属制造，如铁、铝合金、钢或钛合金。上部件1的完全覆盖马蹄面的设计可保护整个马蹄面避免被地面细小硬物压伤。如图2所示，所述上部件1的上表面4与马掌接触的几何形状是根据使用该马蹄铁的马蹄底部的实际几何形状而设计，而马蹄底部实际几何形状可通过三维扫描获得。利用三维扫描装置将马蹄底部外型几何以数码化方式储存起来。所采集的一系列三维坐标数据会进行处理。经处理后的数据可利用计算器辅助设计(CAD)软件来重新建立马蹄面几何曲面。上部件1的上表面4几何形状即可根据该重新建立的几何曲面而设计，这可保证马蹄铁与马蹄面具有最合适的接触面，并可大大减低因不良接触及运动所产生的震动和冲击引起的马蹄铁脱落情况。

如图3所示，所述上部件1沿着轮廓边缘还分散有多个上钉孔3，上部件1的下表面为凹面5，该凹面5用来与下部件2定位。

如图4和图5所示，所述下部件2为U字形结构，具有与上部件1的上钉孔3相对应的多个下钉孔6。所述下部件2的上表面（用来与上部件1的下表面相接触的面）为与上部件1的下表面的凹面5相适应的凸面8，用来与上部件1的凹面5相配合与定位。下部件2由于与地面产生摩擦，因此采用耐磨金属制造，例如钛合金，进而可以延长该马蹄铁的寿命。如图4所示，所述下部件2的下表面（用来接触地的一面）于各下钉孔6的外缘还具有一圈沉孔7，进而使下部件的下钉孔6处于沉孔7所形成的凹面上，可防止接触地面磨损马蹄铁钉。所述马蹄铁钉会穿过上部件1、下部件2的上钉孔3、下钉孔6而打入马蹄上。因为下部件2采用相对较昂贵的耐磨材料制造，因此，本发明的上部件1、下部件2分体设计可减少昂贵材料用量，并且该消耗件可独立更换，这可降低制作和更换该马蹄铁的成本。

如图5所示，所述下部件2沿着U字形结构还分散有多个第一空心部9，其可分散于各相邻的两个下钉孔6之间，这样可减轻马蹄铁重量和减少用料。且下部件2的U字形结构的两端以及中间位置还可以具有相对较大的第二空心部10，每个位置可以具有两个平行设置第二空心部10，平行设置的方向为沿着U字形结构的弯曲方向，这样可以于两个平行设置第二空心部10之间形成支撑棱11，进而可以提升马蹄铁的结构强度。

本发明还提供一种全面贴合马蹄面的马蹄铁的制造方法，如图6所示，包括以下几个步骤：

步骤一：利用三维扫描技术扫描马蹄面的实际几何形貌。

本发明所述的三维扫描方法可以是接触式或非接触式。接触式是指通过实际触碰物体表面的方式测量出三维坐标数据，而非接触是指将能量投射至物体，借由能量的反射来计算出三维坐标数据。

步骤二：获得一系列根据马蹄面形貌得来的三维坐标数据，该三维坐标数据为点群。

步骤三：将扫描后所得到的三维坐标数据进行进一步过滤杂点处理。

步骤四：经过滤杂点处理的三维坐标数据可在计算器辅助设计(CAD)系统内用来重建马掌三维几何曲面。

步骤五：基于所重建的马掌三维几何曲面设计马蹄铁的上部件的上表面的几何模型。

步骤六：将建立的马蹄铁上部件的几何模型导出成金属三维打印机可兼容格式，完成导出模型档案步骤。

步骤七：利用金属三维打印技术打印马蹄铁的上部件形貌。

马蹄铁上部件的形貌经金属三维打印技术制造，即直接金属激光烧结技术(DMLS)来完成，其所采用的整个直接金属激光烧结工艺装置为现有的，主要由粉末缸和成形工作平台组成。首先由粉末缸取出粉未并均匀铺展在成形工作平台上。由计算机根据切片模型（根据步骤六中的导出模型获得）控制激光进行二维轨迹扫描，有选择地烧结粉末材料从而形成零件的—个截面层。烧结完一层后成形工作平台下降。铺粉系统重新铺上一层新的粉末，控制激光再次扫描烧结新的—个截面层。重复铺展金属粉末和进行激光溶化烧结粉末，逐层迭加造型，使迭层厚度达到切削刀具的有效刃长。对迭层侧面采用小直径切削刀具施以切削加工。该直接金属激光烧结技术反复进行激光熔化、迭层造型以及高速切削加工，最终做出具有良好表面光洁度的立体马蹄铁上部件。本发明中马蹄铁下部件可以是一个标准零件，它可经金属三维打印技术制造或传统加工技术制造，例如金属成形、铣削、电火花、车削、打磨等，因此本发明中不再细化。

本发明中利用耐磨材料制造与地面产生摩擦的下部件以及提供一个完全贴合马蹄面的几何接触面，可以降低更换马蹄铁的频密度，进而降低马蹄满布钉孔和因打蹄钉而受伤的机会。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种全面贴合马蹄面的马蹄铁，其特征在于，包括上下连接的上部件和下部件，其中上部件的上表面形状与马蹄面的形状相配，上部件沿着轮廓边缘还分散有多个上钉孔；所述下部件为U字形结构，且具有与上部件的上钉孔相对应的多个下钉孔。

2.根据权利要求1所述的全面贴合马蹄面的马蹄铁，其特征在于，所述上部件的下表面为凹面，所述下部件的上表面为与所述上部件的下表面相配合的凸面。

3.根据权利要求2所述的全面贴合马蹄面的马蹄铁，其特征在于，所述下部件的下表面于各下钉孔的外缘分别具有一圈沉孔。

4.根据权利要求3所述的全面贴合马蹄面的马蹄铁，其特征在于，所述上部件的材料为金属材料；所述下部件的材料为耐磨金属材料。

5.根据权利要求4所述的全面贴合马蹄面的马蹄铁，其特征在于，所述上部件的材料为铁、铝合金、钢或钛合金；所述下部件的材料为钛合金。

6.根据权利要求5所述的全面贴合马蹄面的马蹄铁，其特征在于，所述下部件沿着U字形结构还分散有多个第一空心部。

7.根据权利要求6所述的全面贴合马蹄面的马蹄铁，其特征在于，所述下部件的U字形结构的两端以及中间位置还分别具有两个平行设置的第二空心部，平行设置的方向为沿着U字形结构的弯曲方向，且两个平行设置的第二空心部之间形成支撑棱。

8.一种全面贴合马蹄面的马蹄铁的制造方法，其特征在于，包括以下几个步骤：

步骤一：利用三维扫描技术扫描马蹄面的实际几何形貌；

步骤二：获得一系列根据马蹄面的实际几何形貌得来的三维坐标数据；

步骤三：将扫描后所得到的三维坐标数据进行过滤杂点处理；

步骤四：利用经过滤杂点处理的三维坐标数据重建马掌三维几何曲面；

步骤五：基于重建马掌三维几何曲面设计马蹄铁的上部件的上表面的几何模型；

步骤六：将建立的马蹄铁上部件的上表面的几何模型导出成金属三维打印机可兼容格式；

步骤七：利用金属三维打印技术打印马蹄铁的上部件表面形貌。

9.根据权利要求8所述的全面贴合马蹄面的马蹄铁的制造方法，其特征在于，所述步骤四中利用计算器辅助设计系统完成重建马掌三维几何曲面。

10.根据权利要求8所述的全面贴合马蹄面的马蹄铁的制造方法，其特征在于，所述步骤七具体为：所述金属三维打印技术采用直接金属激光烧结工艺装置完成，所述直接金属激光烧结工艺装置包括粉末缸和成形工作平台，首先由粉末缸中取出粉未并均匀铺展在成形工作平台上，由计算机根据切片模型控制激光进行二维轨迹扫描，有选择地烧结粉末材料从而形成零件的—个截面层，烧结完一层后成形工作平台下降，铺粉系统重新铺上一层新的粉末，控制激光再次扫描烧结新的—个截面层，重复铺展金属粉末和进行激光溶化烧结粉末，逐层迭加造型，使迭层厚度达到切削刀具的有效刃长，对迭层侧面采用小直径切削刀具施以切削加工，反复进行激光熔化、迭层造型以及高速切削加工，最终完成马蹄铁上部件形貌的烧结。