CN105638597A - 避震且易于更换的马蹄铁及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种避震且易于更换的马蹄铁及其制造方法，包括顺次连接的上层部件、中层部件、下层部件，其中上层部件采用软性塑料制造，且上层部件的上表面形状与马蹄面的形状相配，上层部件沿着轮廓边缘还分散有多个上钉孔；所述中层部件和下层部件均为U字形结构，且中层部件上分散有多个中钉孔；所述中层部件与下层部件通过螺钉连接。本发明的上层部件用软性塑料制造，例如硅橡胶、聚氯乙烯(PVC)、聚氨酯(PU)等，完全覆盖的设计可保护整个马掌底部。本发明还利用耐磨材料制造与地面产生摩擦的下层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

避震且易于更换的马蹄铁及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种避震且易于更换的马蹄铁及其制造方法，主要为一种利用三维扫描技术、嵌件注塑和直接金属激光烧结工艺来制造的马蹄铁及其制造方法。

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避震且易于更换的马蹄铁及其制造方法，其中上层部件用软性塑料制造，采用完全覆盖的设计可保护整个马掌底部，避免被地面细小硬物压伤。

本发明提供一种避震且易于更换的马蹄铁，包括顺次连接的上层部件、中层部件、下层部件，所述上层部件的上表面形状与马蹄面的形状相配，上层部件沿着轮廓边缘还分散有多个上钉孔；所述中层部件和下层部件均为U字形结构，且中层部件上分散有多个中钉孔；所述上层部件有倒钩结构使上层部件与中层部件结合；所述中层部件与下层部件通过螺钉连接。

所述上层部件的下表面具有凹凸纹路，且上层部件的下表面的边缘还分布有多个倒钩结构。

所述中层部件上分布有多个对应所述倒钩结构的流通孔，且中层部件的U字形结构的两个支端和中间位置均具有螺丝孔。

所述中层部件的下表面于每个中钉孔的外缘具有一圈沉孔。

所述中层部件于U字形结构的两端及中间位置的外侧具有螺丝孔；所述下层部件于U字形结构的两端及中间位置的外侧具有孔结构；螺钉对应穿过所述下层部件的孔结构，并拧至所述中层部件的螺丝孔，从而将中层部件与下层部件连接。

所述上层部件的材料为硅橡胶、聚氯乙烯PVC或聚氨酯PU；所述中层部件的材料为铁、铝合金、钢或钛合金；所述下层部件的材料为钛合金。

本发明还提供一种避震且易于更换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，获得一系列根据马蹄面形貌得来的三维坐标数据；

步骤二：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，重建马掌三维几何曲面；

步骤三：基于所重建的马掌三维几何曲面设计马蹄铁的上层部件、中层部件以及下层部件的几何模型；

步骤四：将中层部件及下层部件的几何模型导出成金属三维打印机可兼容格式，然后经金属三维打印技术或传统数控加工技术制造中层部件及下层部件。

步骤五：根据上层部件和中层部件的几何模型加工嵌件注塑模具，并采用嵌件注塑模具来制造上层部件。

所述步骤二中利用计算器辅助设计系统完成重建马掌三维几何曲面。

所述步骤四具体为：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，最终完成中层部件和下层部件的形貌烧结。

本发明具有的优点在于：

本发明提供一种避震且易于更换的马蹄铁及其制造方法，分为上、中、下三层部件，其中上层部件用软性塑料制造，例如硅橡胶、聚氯乙烯(PVC)、聚氨酯(PU)等，完全覆盖的设计可保护整个马掌底部，避免被地面细小硬物压伤。

本发明利用耐磨材料制造与地面产生摩擦的下层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和图2为本发明提供的避震且易于更换的的马蹄铁的整体结构示意图。

图3为本发明提供的避震且易于更换的马蹄铁的零散结构示意图。

图4为本发明中上层部件的上表面的立体图。

图5为本发明中上层部件的下表面的立体图。

图6为本发明中中层部件的上表面的立体图。

图7为本发明中中层部件的下表面的立体图。

图8为本发明中下层部件的上表面的立体图。

图9为本发明中下层部件的下表面的立体图。

图10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。

本发明提供一种避震且易于更换的马蹄铁，如图1～图3所示，包括上、中、下顺次连接的上层部件1、中层部件2、下层部件3。其中上层部件1采用软性塑料制造，例如硅橡胶、聚氯乙烯(PVC)、聚氨酯(PU)等，并采用完全覆盖的设计可保护整个马掌底部，避免被地面细小硬物压伤。利用软胶可大大减低马掌与地面及地面上硬物的撞击力。且该上层部件1的上表面6的形状与马蹄面的形状相配，其几何尺寸根据使用该马蹄铁的马蹄实际几何尺寸而设计，而马蹄面实际几何可通过三维扫描获得。三维扫描装置把马蹄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)软件来重建马掌几何曲面。上层部件1上表面6的几何形状是基于此曲面而设计，这可保证马蹄铁与马掌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至的马蹄铁脱落情况。本发明所采用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。

如图4和图5所示，所述上层部件1的边缘位置具有贯穿的多个上钉孔5，且上层部件1的下表面的边缘还分布有多个倒钩结构8用来结合上层部件1及中层部件2。上层部件1的下表面具有多个凹凸纹路7，可加强马蹄与地面的磨擦力，并使马蹄抓紧地面。该上层部件1的制备会经嵌件注塑方法制造，在此制造方法中把己制好的马蹄铁基体即中层部件2放入注塑模具中，然后把流体状态的软胶材料灌入或射入模腔。其中部分软胶材料会流入马蹄铁基体（即中层部件2）与模腔之间的空隙，待材料凝固后软胶部分会与马蹄铁的基体紧密地扣合。

如图6和图7所示，所述中层部件2作为整个马蹄铁的基体，其与上层部件1及下层部件3紧扣。所述中层部件2为U字形结构，可用一般金属制造，例如铁、铝合金、钢或钛合金。所述中层部件2的上表面9的几何形状是跟据通过三维扫描实际马蹄所获得的几何曲面数据而设计的（上层部件1沿U字形的材料厚度均一，所以中层部件2也要根据马蹄的几何形状设计）。中层部件2分布有多个贯穿的流通孔10。在经过嵌件注塑方法制造上层部件1时，流体状态的软胶材料会穿过流通孔10而流到中层部件2的底部。中层部件2的后面两侧及前面有螺丝孔11，用来扣紧下层部件3。中层部件2的表面具有多个贯穿的中钉孔12，马蹄铁钉会穿过中层部件2的中钉孔12及上层部件1的上钉孔5而打入马蹄内部。所述中层部件2的每个中钉孔12的外缘于下表面具有一圈沉孔，进而可以使中层部件的中钉孔底部处于沉孔所形成的凹面13上，使马蹄铁钉的钉头不会凸出下表面。中层部件2的表面具有流通孔10，在嵌入注塑上层部件时流体状态的软胶会经由这些流通孔10流到凹面14及模腔与中层部件2之间的空隙，从而制造处上层部件1下表面的倒钩结构8，使上层部件1与中层部件2紧扣。中层部件2的两端以及中间位置的外侧均具有螺丝孔11，用来扣紧下层部件3。

如图8所示，所述下层部件3的上表面与中层部件2的下表面的形状相对应，以形成很好的扣合。如图9所示，所述下层部件3的下表面会与地面摩擦，因此下层部件3采用耐磨金属制造，如钛合金。这可延长该马蹄铁的寿命。其形状也为对应中层部件的U字形结构，其与地面接触的下表面有凹凸纹路16，目的为加强马蹄铁与地面的摩擦力。其U字形结构的两端以及前面位置对应中层部件2的螺丝孔11而设计孔结构15。螺钉4先通过孔结构15，然后拧到中层部件2的螺丝孔11里。因为下层部件3采用相对较昂贵的耐磨材料制造，下层部件的分体设计可减少昂贵材料用量，并且该消耗件可是一个标准零件独立更换，这可降低制作和更换该马蹄铁的成本，以及降低马蹄满布钉孔和因打蹄钉而受伤的机会。

本发明还提供一种避震且易于更换的马蹄铁的制造方法，如图10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，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。

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：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，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。

步骤三：建立上层部件1、中层部件2及下层部件3的几何模型。上层部件1的曲面6及中层部件2的曲面9将基于马掌三维几何曲面而设计。

步骤四：中层部件2及下层部件3的几何模型将导出成金属三维打印机可兼容格式，然后经金属三维打印技术制造中层部件及下层部件；也或者，可以根据中层部件以及下层部件的几何模型，经传统数控加工技术制造中层部件2及下层部件3。

步骤五：利用所建立的上层部件1及中层部件2几何模型来加工制造嵌件注塑模具来制造上层部件1。

本发明的马蹄铁的中层部件及下层部件可经金属三维打印技术制造或传统数控加工技术制造。所述传统数控加工技术可包括金属成形、铣削、电火花、车削、打磨等，均为现有技术，因此本发明中不再细化。所述金属三维打印技术即直接金属激光烧结技术(DMLS)，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（根据步骤四中的导出模型获得）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中层部件及下层部件的形貌烧结。

本发明中利用耐磨材料制造与地面产生摩擦的下层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 (9)

1.一种避震且易于更换的马蹄铁，其特征在于，包括顺次连接的上层部件、中层部件、下层部件，所述上层部件的上表面形状与马蹄面的形状相配，上层部件沿着轮廓边缘还分散有多个上钉孔；所述中层部件和下层部件均为U字形结构，且中层部件上分散有多个中钉孔；所述上层部件有倒钩结构使上层部件与中层部件结合；所述中层部件与下层部件通过螺钉连接。

2.根据权利要求1所述的避震且易于更换的马蹄铁，其特征在于，所述上层部件的下表面具有凹凸纹路，且上层部件的下表面的边缘还分布有多个倒钩结构。

3.根据权利要求2所述的避震且易于更换的马蹄铁，其特征在于，所述中层部件上分布有多个对应所述倒钩结构的流通孔，且中层部件的U字形结构的两个支端和中间位置均具有螺丝孔。

4.根据权利要求1所述的避震且易于更换的马蹄铁，其特征在于，所述中层部件的下表面于每个中钉孔的外缘具有一圈沉孔。

5.根据权利要求1所述的避震且易于更换的马蹄铁，其特征在于，所述中层部件于U字形结构的两端及中间位置的外侧具有螺丝孔；所述下层部件于U字形结构的两端及中间位置的外侧具有孔结构；螺钉对应穿过所述下层部件的孔结构，并拧至所述中层部件的螺丝孔，从而将中层部件与下层部件连接。

6.根据权利要求1所述的避震且易于更换的马蹄铁，其特征在于，所述上层部件的材料为硅橡胶、聚氯乙烯PVC或聚氨酯PU；所述中层部件的材料为铁、铝合金、钢或钛合金；所述下层部件的材料为钛合金。

7.一种避震且易于更换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，获得一系列根据马蹄面形貌得来的三维坐标数据；

步骤二：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，重建马掌三维几何曲面；

步骤三：基于所重建的马掌三维几何曲面设计马蹄铁的上层部件、中层部件以及下层部件的几何模型；

步骤四：将中层部件及下层部件的几何模型导出成金属三维打印机可兼容格式，然后经金属三维打印技术或传统数控加工技术制造中层部件及下层部件；

步骤五：根据上层部件和中层部件的几何模型加工嵌件注塑模具，并采用嵌件注塑模具来制造上层部件。

8.根据权利要求7所述的避震且易于更换的马蹄铁的制造方法，其特征在于，所述步骤二中利用计算器辅助设计系统完成重建马掌三维几何曲面。

9.根据权利要求7所述的避震且易于更换的马蹄铁的制造方法，其特征在于，所述步骤四具体为：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，最终完成中层部件和下层部件的形貌烧结。