CN107405624B - 耐磨本体及其制造方法 - Google Patents

Abstract

用于破碎水泥或矿物工业中的颗粒材料的耐磨本体包括：本体(1)，其设置有多个高耐磨插入件(3)，该插入件嵌入在本体的表面区域(6)中的互补凹部(2)中。在每个凹部(2)内布置延性附接部件(4)，延性附接部件(4)可通过弹性或塑性变形而变形，并且高耐磨插入件(3)通过变形后的延性附接部件(4)而固定在凹部中。在一些实施例中，延性附接部件(4)为环或套筒的形式。还提供了一种这种耐磨本体的制造方法。

Description

耐磨本体及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种耐磨本体及耐磨本体制造方法，该耐磨本体用于压碎颗粒材料，如粗矿石，岩石，团聚材料，矿物，石料，水泥等制造中使用的材料，用于水泥或矿物工业的矿物或其他类型的材料。耐磨本体可以例如用于立式辊磨机，高压辊压机或用于在矿物或水泥工业中压碎颗粒材料的类似设备中。

背景技术

磨损本体(例如，辊和台)经常由于材料被本体碾压或在本体上碾压而经受磨损。例如，当辊或桌经受磨损时，身体的部分在使用过程中可能经常被腐蚀或破裂，并且随后需要更换或修理。因此，这些本体通常包括磨损表面，以试图延长本体的使用寿命并降低更换或修理的频率或对更换或修理的需求。

用于磨损本体(例如辊或台)上的一些磨损表面包括贴片(tiles)，例如美国专利号5,755,033中公开的贴片。在美国专利5,755,033中，将贴片表面直接粘接到辊本体上。贴片相对较薄，由比辊本体更硬的材料制成。在使用时，当压碎材料时，贴片可以从辊本体脱离，这可能使辊本体暴露于研磨过程，从而损坏辊本体。必须重新附接或更换贴片以修复磨损表面，并防止对辊本体造成损坏。然而，由于磨损表面经常暴露于磨削力，因此任何缺失的贴片的重新附接或更换可能导致比最初提供的附接更不稳固的附接，这可能使贴片更有可能在使用期间再次脱落。

其它磨损表面可以包括直接附接到磨损本体(例如辊或台)上的耐磨插入件。耐磨插入件可以通过胶水或粘合剂或爆炸焊接而附接到辊本体或台上。具有这种磨损表面的辊或台经常会出现插入件破裂，断裂或脱落，因为胶水，粘合剂或焊接不能与磨损本体或磨损表面提供足够的结合，以承受与研磨和压碎材料相关的极端压力。

压碎装置中使用的其它磨损表面可以从美国专利5,269,477中获知。这种磨损表面包括嵌入凹槽中的耐磨插入件。可以使用结合环将耐磨插入件附接到辊本体的磨损表面。然而，一旦这种表面的相对薄的结合环由于磨损而耗尽，则在使用期间插入件不再机械地保持在辊本体内，使得由胶或其它粘合剂提供的粘合可能是将插入件保持在辊本体中的唯一手段。结果，插入件可能掉落或损坏。如果再次使用结合环来重新安装新的插入件，则这种插入件的更换可能非常耗时。此外，使用胶水或其他粘合剂作为附着机构需要高的成本。使用胶水或粘合剂，需要更长的耐磨插件才能合适地保留。这是因为插入件的长度(l)与直径(d)的比值需要大于2。这意味着为了制造耐磨插入件，需要额外的耐磨材料(这是昂贵的)。

欧洲专利0516952 B1描述了另一种磨损表面，其中磨损本体包括嵌入在压碎表面中的多个圆柱形插入件。由耐磨材料制成的圆柱形插入件插入磨损本体(辊子)的磨损表面中的钻孔或凹部中，并通过冷缩配合连接或类似布置的方式固定。插入件的一部分从辊表面突出。考虑到插入件和凹槽必须精确地相互匹配以便承受在操作过程中发生的高负载，它们必须以相对较高的精度制造，并且由于辊的整个外周被插入件覆盖，所以制造这种辊是非常耗时的过程。因此，这种辊的制造的成本高。优选，对凹部和插入件的精度要求较低。

美国专利公开号2014/0183291描述了一种磨损表面，其中磨损插入件嵌入凹部中的套筒中。然而，这种布置不是优选的，因为它要求套筒被制造为精确地配合在凹部内。此后，辊表面的表面材料将磨损插入件锁定在凹部中的适当位置。

将插入件附接到磨损表面和磨损本体中的其它方法，例如螺纹连接或使用簧环，是已知的。然而，这些方法意味着磨损表面和本体的复杂的且因此昂贵的加工。由于在常规的辊或台上的耐磨插件的数量是数百个，这将导致长的加工时间，例如制造螺纹或精密钻孔，从而将导致高的加工成本。使用簧环或锁环需要专门的槽(sloths)，这增加了加工成本。此外，预期通过上述方法的附接更复杂，其不适合于现场应用。

本发明的目的是提供一种消除或减少所述缺点的耐磨本体。

需要一种新的耐磨本体(及其制造方法)，其可以包含更稳定和可靠的附接，支撑和保持耐磨插入件的手段。耐磨本体的实施例优选地允许将耐磨插入件充分地附接到例如辊或台，以提高本体的稳定性和延长其使用寿命。插入件优选地被充分地固定，以显著地减少(如果不是完全减少)插入件断裂或其它插入件损坏的发生，这可以有助于降低使用耐磨本体的实施例的压碎装置的维护成本和并缩短其停机时间。

发明内容

本发明提供了用于破碎如在水泥或矿物工业中使用的原矿石的颗粒材料的耐磨本体，以及制造这种耐磨本体的方法。耐磨本体包括本体，该本体设置有嵌入在本体的表面区域中的互补凹部中多个高耐磨插入件。在每个凹部内布置有延性附接部分。延性附接部分可以通过弹性或塑性变形而变形，并且高耐磨插入件通过变形后的延性附接部件固定在凹部中。

在示例性实施例中，耐磨本体是辊台部分或辊。

在示例性实施例中，延性附接部件是环或套筒的形式。延性附接部件的内表面可以是例如锥形、双锥形、锯齿形、圆形、具有倒角边缘、凹形、凹槽、带螺纹或蘑菇形。

凹部中的一个中的延性附接部件的内表面可以是锥形的，并且相同凹部中的至少一个高耐磨插入件的外表面可以是相应地锥形以装配到延性附接部件中。其中一个凹部中的延性附接部件的内表面可以是锯齿状的，并且相同凹部中的至少一个高耐磨插入件的外表面可以相应地是锯齿状的以配合在延性附接部件中。其中一个凹部中的延性附接部件的内表面可以是双锥形的，圆形的，具有倒角边缘，凹形，凹槽，带螺纹或蘑菇形，并且在相同的凹部中的至少一个高耐磨插入件的外表面可以相应地为双锥形，圆形，具有倒角边缘，凹形，凹槽，带螺纹或蘑菇形，以配合在延性附接部件中。

在示例性实施例中，延性附接部件主要包括铝。在另一个实施例中，延性附接部件包括钢。在另一个实施例中，延性附接部件是合金。在示例性实施例中，高耐磨插入件包括复合材料，烧结碳化钨，由金属基复合材料(“MMC”)制成的工具钢或陶瓷。在一个实施例中，多个凹部具有大于或等于0.3mm的工程公差。在一个实施例中，本体的表面区域具有170HV和260HV之间的维氏硬度，延性附接部件的维氏硬度小于80HV，高耐磨插入件的维氏硬度大于600HV。在一个实施例中，本体的表面区域具有在550MPa和800MPa之间的屈服应力，并且延性附接部件的屈服应力小于250MPa。

在另一个示例性实施例中，高耐磨插入件可以包括在插入件的轴向方向上的至少一部分，该至少一部分与延性附接部件的上部区域的表面的至少一部分重叠，并且该至少一部分从所述凹部突出。在一些实施例中，延性附接部件的上部区域的至少一部分可以从凹部突出。

自生或半自生材料可以布置在凹部之间的本体的表面区域上，使得高耐磨插入件通过自生或半自生材料进一步固定在凹部中。

还提供了制造如本文所述的用于破碎颗粒材料(例如用于水泥或矿物工业的原矿石)的耐磨本体的方法。该方法包括以下步骤：在本体的表面区域提供多个凹槽，在每个凹部中嵌入延性附接部件，将高耐磨插入件嵌入每个凹部中，在将耐磨插入件和延性附接部件嵌入凹部中之后通过向延性附接部件施加压缩力而压缩和变形延性附接部件，从而将高耐磨插入件固定在每个凹部内和固定至本体上。

可以通过将压缩力直接施加到高耐磨插入件上来将压缩力施加到延性附接部件。压缩力也可以直接施加到延性附接部件。压缩力可以通过冲击或压制工具提供。

在将延性附接部件和高耐磨插入件嵌入凹部内之前，延性附接部件和高耐磨插入件可以在凹部外侧被连接或预组装。

该方法还可以包括向本体的在高耐磨插入件之间的表面区域提供自生或半自生材料的步骤。该方法还可以包括从凹部去除磨损或破裂的高耐磨插入件，然后将新的高耐磨插入件嵌入相同的凹部中的步骤。

根据以下对一些当前优选实施例以及实现该相同过程的一些当前优选方法的描述，本发明的其它细节、目的和优点将变得显而易见。

附图说明

在附图中示出了耐磨本体，使用该耐磨本体的一个或多个实施方式粉碎材料的装置，以及其制造方法的优选实施例。应当理解，附图中使用相似的附图标记标识相似的部件。

图1是包括本发明的耐磨本体(即辊或台)的立式磨机的透视图。

图2是包括本发明的耐磨本体(即辊)的高压研磨机的透视图。

图3是示出辊本体的凹部和表面区域的耐磨辊本体的透视图。

图4是示出辊本体的凹部和表面区域的耐磨辊本体分段的分解视图。

图5A-5E是根据本发明的不同实施例的高耐磨插入件的透视图。

图6A-6E是根据本发明的不同实施例的高耐磨插入件和相应的延性附接部件的透视图。

图7是耐磨辊本体的一实施例的一部分的局部横截面图，其示出了在辊的凹部中的高耐磨插入件和相应的延性附接部件。

图8A-8C是耐磨辊本体的不同实施例的部分的局部横截面图，其示出了在辊本体的凹部中的高耐磨插入件和相应的延性附件部件。

图9A是耐磨辊本体的一实施例的一部分的局部横截面分解图，其示出了高耐磨插入件和相应的延性附接部件。

图9B是耐磨辊本体的一实施例的一部分的局部横截面图，其示出了在辊本体的凹部中的高耐磨插入件和相应的延性附接部件。

具体实施方式

本发明涉及一种耐磨本体1及耐磨本体1的制造方法，该耐磨本体1用于压碎颗粒材料，如粗矿石，岩石，团聚材料，矿物，石料，水泥等制造中使用的材料等，用于水泥或矿物工业的矿物或其他类型的材料。耐磨本体可以例如用于立式辊磨机(如图1所示)，高压辊压机(通常称为“HPGR”)(如图2所示)，或用于在矿物或水泥工业中压碎颗粒材料的类似设备中。

图3和图4示出了辊本体形式的耐磨本体1及其分段(图4)，其中凹部2嵌入在本体1的表面区域6中。虽然示出了一定数量的凹部2，在本体1的表面区域6中可以嵌入更多或更少的凹部。另外，图3和图4所示的凹部2的形状基本上是圆形。然而，在本发明的不同实施例中，可应用其它形状的凹部2。凹部2被制造以对应于耐磨插入件3的形状。

图5A至5E示出了各种形状的高耐磨插入件3。仅示出了高耐磨插入件3的主要几何形状。示出的高耐磨插入件3的外表面9为锥形，双锥形，带槽，带螺纹和弯曲(蘑菇形)的，但是也可以使用其它形状，例如圆形高耐磨插入件3(参见例如图7和8A)以及例如图6A-6E，8A-8C和9A-9B中所示的形状。高耐磨插入件3的外表面9的最佳几何形状将例如取决于待处理的材料，延性附接部件4的形状，和施加在本体1上的力。凹部2被制造成对应于高耐磨插入件3的形状。

在不同的实施例中，高耐磨插入件3可以包括烧结碳化钨，由金属基复合材料(“MMC”)制成的工具钢，陶瓷或复合材料。

图6A至6E示出了多种形状的延性附接部件(ductile attachment part)4和插入其中的相应形状的耐磨插入件3。延性附接部件4可以是环或套筒的形状(如图9A-9B所示)。在其他实施例中，延性附接部件4不是环形的，并且可以是薄片、球体或其它非规则形状。示出了圆形，锥形，倒角边缘延性附接部件4，形成有带槽内8和外表面的凹部，以及带槽延性附接部件4，但是也可以使用其他形状。延性附接部件4的最佳几何形状将例如取决于待处理的材料，高耐磨插入件3的形状和施加在本体1上的力。凹部2被制造成对应于高耐磨插入件3和延性附接部件4的形状。

在不同的实施例中，延性附接部件4可以主要包括铝或完全由铝构成，其可通过弹性或塑性变形而变形。在其它实施例中，延性附接部件4可以包括较少延性的材料，例如钢和其它类似材料，其可通过弹性或塑性变形而变形。延性附接部件也可以是合金。在优选实施例中，由于变形硬化效果和易变形性，延性附接部件4主要包括铝。

在优选实施例中，表面6具有170至260HV的维氏硬度范围，延性附接部件4具有小于80HV的维氏硬度范围，且高耐磨插入件3的维氏硬度范围大于600HV。在优选实施例中，表面6具有在550和800MPa之间的屈服应力范围，并且延性附接部件4的屈服应力范围小于250MPa。

图7示出了本体1的一实施例的一部分的局部横截面图，其示出了本体1的凹部2中的多个高耐磨插入件3和相应的延性附件部件2。延性附接部件4布置在每个凹部2内，延性附接部件4可通过塑性或弹性变形而变形，并且高耐磨插入件3在变形之后通过延性附接部件4固定在凹部2中。可以在高耐磨插入件3之间的本体1的表面区域6上提供自生或半自生材料(未示出)。自生或半自生材料(未示出)可以向本体的表面提供额外的磨损保护。

图8A-8C示出了耐磨本体1的不同实施例的部分的局部横截面视图，其示出了本体1的凹部2中的高耐磨插入件3和相应的延性附接部件4。如图8A所示，在一个实施例中，其中一个凹部2中的延性附接部件4的内表面8是圆形的，并且在相同凹部2中的高耐磨插入件3的外表面9相应地是圆形的，以匹配在延性附接部件4中。在一些实施例中，如图8A-8C所示，高耐磨插入件3在插入件的轴向方向上包括至少一个部分7，其中该至少一个部分7与延性安装部分4的上部区域5的表面的至少一部分重叠，且该至少一个部分7从凹部2突出。因为耐磨插入件3与凹部2重叠，这种布置提供对侧向力的较高容差。

如图8B所示，在一个实施例中，其中一个凹部2中的延性附接部件4的内表面8是锥形的，并且相同凹部2中的高耐磨插入件3的外表面9相应地形成为锥形以配合在延性附接部件4中。如图8C所示，在一个实施例中，其中一个凹部2中的延性附接部件4的内表面8是形成有槽的，并且在相同凹部2中的高耐磨插入件3的外表面9相应地形成有槽，以配合在延性附接部件4中。在其它实施例(未示出)中，其中一个凹部2中的延性附接部件4是成型的(如图6A-6E，7，9A-9B所示)，并且在相同的凹部2中的高耐磨插入件3的外表面9相应地成型为配合在延性附接部件4中(如图5A-5E，6A-6E，7，9A-9B所示)。

如图9B所示，在另一个实施例中，其中一个凹部2中的延性附接部件4的内表面8是倒锥形的，并且在相同凹部2中的高耐磨插入件3的外表面9相应地是锥形的以匹配在延性附接部件4中。在一些实施例中，如图9B所示，高耐磨插入件3在插入件的轴向方向上包括至少一个部分7，其中该至少一个部分7不与延性附接部件4的上部区域5的表面的至少一部分重叠。在一些实施例中，延性附接部件4的至少一个部分7和上部区域5从凹部2突出。在一个实施例中，延性附接部件4包括钢并且可通过弹性变形而变形，这表示当松弛时它将恢复到其初始形状。当修复破损或损坏的高耐磨插入件3时，这种弹性变形的延性附接部件4是优选的。

图9A示出了在延性附接部件4嵌入凹部2之前，并且在压缩和变形延性附接部件4以将高耐磨插入件3固定在各凹部2和本体1中之前，凹部2中的高耐磨插入件3和相应形状的延性附接部件4。

本发明提供了一种解决方案，其中耐磨插入件3在没有粘合或焊接的情况下被附接，且由此耐磨插入件3和预加工凹部2之间的公差为0.3mm或更大。不同于需要严格公差的现有技术解决方案，本发明消除了对这种严格公差的需要，从而消除了从一个供应商转到另一个供应商时的问题，因为每个供应商通常在制造期间使用单独的模具来压制耐磨插入件，这可能导致略小或较大的耐磨插入件。增大的公差要求还允许使用高速钻孔工具来生产凹部，与现有技术解决方案所需的更耗时的精密钻孔相比，这可以缩短在本体内钻出凹部的生产时间。

本发明的另外的优点包括例如：

·在高的环境温度(大于400摄氏度)下完全保留高耐磨插入件；

·与现有技术的用于附接耐磨插入件的解决方案相比，高耐磨插入件具有显著更大的保持力；

·辊机运行过程中的压缩载荷有利于高耐磨插入件的进一步附接(而由胶粘剂或其他粘合剂固定的插入件通常由于插入件的相对运动所导致粘合剂层破裂而松动)；

·本文提供的附接方法允许施加较短的高耐磨插入件，从而导致显著更低的成本(即在本发明中可实现接近1的长度直径比)；

·因为延性附接部件通过弹性或塑性变形快速硬化，所以附接的高耐磨插入件在轴向方向上可承受巨大的横向冲击；

·这里提供的方法允许凹部的大公差，其中可以接受高耐磨插入件公差的较大偏差，因为这些公差被匹配的延性附接部件的变形所吸收；

·更高的公差允许增加钻头速度，从而减少总体机加工时间；

·附接方法不需要热处理，不需要粘合剂和也不需要焊接，因此不需要任何先进的工艺设备，意味着该解决方案可以在现场实地实施；且

·高耐磨插入件可以作为复合材料生产，以节省碳化钨，从而显著降低成本。

例如如图3-9所示的耐磨本体1的制造方法，也在本文中公开。这种方法可以制造耐磨本体1，其可例如用于立式辊磨机(如图1所示)，HPGR(如图2所示)，或在矿物或水泥行业中用于破碎颗粒材料的类似设备。该方法可以包括以下步骤：在耐磨本体1的表面区域6设置多个凹部2，将延性附接部件4嵌入到各凹部2中，将高耐磨插入件3嵌入到各凹部2中，以及在将高耐磨插入件3和延性附接部件4嵌入到各凹部2中之后通过对延性附接部件4进行压缩力，使延性附接部件4压缩和变形，从而将高耐磨插入件3固定在各凹部2中以及固定至辊1。在该方法的其它实施例中，该方法还可以包括在本体1的表面区域6在高耐磨插入件3之间提供自生或半自生材料的步骤。在该方法的一些实施例中，该方法还可以包括从凹部2移除磨损或损坏的高耐磨插入件3，然后将新的高耐磨插入件3嵌入到该相同凹部2中。

在该方法的一些实施例中，延性附接部件4和高耐磨插入件3在被嵌入凹部2之前被结合或预组装至凹部2的外侧。

在该方法的一些实施例中，通过将压缩力直接施加到耐磨插入件3上，而将压缩力施加到延性附接部分4。在其他实施例中，压缩力可以直接施加到延性附接部件4。在一些实施例中，压缩力由冲击或压制工具施加。

在零件的功能和布置上可以做出各种改变；等同的手段可以代替所示和描述的那些；并且某些特征可以独立于其他特征使用而不偏离如所附权利要求所限定的本发明的实质和范围。

Claims (11)

1.一种用于破碎颗粒材料的耐磨本体，包括本体(1)，其设置有嵌入在该本体(1)的表面区域(6)中的互补凹部(2)中的多个高耐磨插入件(3)，其特征在于，在每个互补凹部(2)内布置有延性附接部件(4)和高耐磨插入件(3)，所述延性附接部件(4)为环或套筒的形式，且能抵靠所述高耐磨插入件的外表面和所述互补凹部的内表面通过塑性或弹性变形而变形，并且所述高耐磨插入件(3)通过变形后的所述延性附接部件(4)而固定在互补凹部(2)中，其中所述高耐磨插入件在所述高耐磨插入件的轴向方向上包括至少一个部分，其中所述至少一个部分与所述延性附接部件的上部区域的表面完全重叠，其中所述至少一个部分被配置成使得其至少一部分被接纳在所述互补凹部中，并且所述高耐磨插入件低于所述至少一个部分的整个外表面的宽度小于所述至少一个部分。

2.根据权利要求1所述的耐磨本体，其中，所述延性附接部件(4)的内表面(8)呈锥形或锯齿状。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的耐磨本体，其中，所述本体(1)的表面区域(6)具有在170HV和260HV之间的维氏硬度，所述延性附接部件(4)的维氏硬度小于80HV，所述高耐磨插入件(3)的维氏硬度大于600HV。

4.根据权利要求1-2中任一项所述的耐磨本体，其中，所述本体(1)的表面区域(6)具有在550MPa和800MPa之间的屈服应力，并且所述延性附接部件(4)的屈服应力小于250MPa。

5.根据权利要求1-2中任一项所述的耐磨本体，其中，所述高耐磨插入件(3)与所述互补凹部(2)之间的容差为至少0.3mm。

6.根据权利要求1所述的耐磨本体，其中所述颗粒材料是用于水泥或矿物工业的原矿石。

7.如权利要求1-5中任一项所述的耐磨本体的制造方法，所述耐磨本体用于破碎颗粒材料，所述方法包括以下步骤：

-在耐磨本体(1)的表面区域(6)提供多个互补凹部(2)；

-将延性附接部件(4)嵌入每个互补凹部(2)中；

-将高耐磨插入件(3)嵌入每个互补凹部(2)中；

-在将高耐磨插入件(3)和延性附接部件(4)嵌入到互补凹部(2)中之后，通过对延性附接部件(4)施加压缩力而对延性附接部件(4)进行压缩和变形，从而将高耐磨插入件(3)固定在每个互补凹部(2)内和固定至本体(1)上。

8.根据权利要求7所述的耐磨本体的制造方法，还包括向所述本体(1)的在所述高耐磨插入件(3)之间的所述表面区域(6)提供自生或半自生材料的步骤。

9.根据权利要求7-8中任一项所述的耐磨本体的制造方法，其中，通过将压缩力直接施加到所述高耐磨插入件(3)，而将所述压缩力施加到所述延性附接部件(4)。

10.根据权利要求7-8中任一项所述的耐磨本体的制造方法，还包括在从其互补凹部(2)移除磨损或损坏的高耐磨插入件(3)后将新的高耐磨插入件(3)嵌入相同互补凹部(2)的步骤。

11.根据权利要求7所述的耐磨本体的制造方法，其中所述颗粒材料是用于水泥或矿物工业中的原矿石。

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