CN115103946A - 耐磨构件 - Google Patents

Abstract

一种耐磨构件包括：壳体，其限定从中穿过并且具有纵向轴线的通道，所述壳体包括形成于其中的从所述壳体的内表面充分凹入并通向所述通道的壳体腔；插入件，其以可滑动方式位于所述通道内并且限定所述壳体的所述内表面与所述插入件之间的纵向空隙，所述插入件包括形成于其中的从所述插入件的外表面充分凹入并通向所述通道中的插入件腔；钎焊材料，除了所述钎焊材料与所述插入件和所述壳体的任何接合之外，所述钎焊材料还填充所述纵向空隙并横向于所述纵向轴线延伸到所述壳体腔和插入件腔中，以针对所述插入件相对于所述壳体的轴向移动提供轴向阻力。

Description

耐磨构件

技术领域

本发明涉及一种包含硬化插入件的耐磨构件。

本发明主要开发用于沿着挖掘机的挖掘边缘使用，并且下文将参考本申请进行描述。然而，应了解，本发明不限于此特定使用领域。

背景技术

在整个说明书中对现有技术的任何讨论决不应被视为承认此类现有技术是广为人知的或构成所述领域的公知常识的一部分。

各种类型和大小的挖掘设备包含各种耐磨构件，以保护前部挖掘边缘免于损坏和磨损。耐磨构件包含尖头(或尖端)、转接器、护罩、滑道等。这些耐磨构件通常受到极为粗糙材料的摩擦并且在艰难条件下使用。为了承受严苛的挖掘条件，耐磨构件可由耐磨损材料、覆层或层制成。

具有高耐磨性的一种材料是碳化物，例如碳化钨或碳化硅。然而，此类材料极为昂贵，因此已知使用此类材料的插入件，所述插入件位于包括钢等较便宜材料的壳体中。还已知使用硬化外部后部，例如使用渗透硬化形成的层。这两种方法可组合在一起，使得插入件(例如碳化钨或碳化硅插入件)安装在耐磨构件的壳体通道中，并且插入件与壳体之间的空间填充有提供硬化渗透层的钎焊材料。期望改进对此类插入件的使用。

发明内容

根据第一方面，提供一种耐磨构件，所述耐磨构件包括：壳体，其限定从中穿过并且具有纵向轴线的通道，所述壳体包括形成于其中的从所述壳体的内表面充分凹入并通向所述通道中的壳体腔；插入件，其以可滑动方式位于所述通道内并且限定所述壳体的所述内表面与所述插入件之间的纵向空隙，所述插入件包括形成于其中的从所述插入件的外表面充分凹入并通向所述通道中的插入件腔；钎焊材料，除了所述钎焊材料与所述插入件和所述壳体的任何接合之外，所述钎焊材料还填充所述纵向空隙并横向于所述纵向轴线延伸到所述壳体腔和插入件腔中，以针对所述插入件相对于所述壳体的轴向移动提供轴向阻力。

所述钎焊材料还可提供横向于所述纵向轴线的阻力。

在一些实施例中，所述壳体还包括支撑腔，所述支撑腔限定从中穿过的支撑腔轴线，其中所述支撑腔轴线横向于所述插入件腔，由此提供额外的纵向轴向阻力。

在一些实施例中，支撑腔从壳体的壳体内表面延伸到壳体的壳体外表面，并且由壳体的外表面上的盖封闭。

在一些实施例中，插入件可基本上围封在通道内。

在一些实施例中，所述壳体腔与通道入口和在通道的端部处的壳体内后壁间隔开。

在一些实施例中，插入件可插入到内后壁中，不受从壳体或插入件进入通道的突出部的阻挡。

在一些实施例中，壳体腔从插入件腔纵向偏移。

在一些实施例中，所述插入件包括多个插入件腔。

在一些实施例中，每个插入件腔具有拱形凹面形状。

在一些实施例中，所述壳体包括多个壳体腔。

在一些实施例中，每个壳体腔包括楔形形状，楔形的窄端比楔形的较宽部分更接近通道入口。

在一些实施例中，每个壳体腔具有大体楔形形状(任选地，在竖直方向上具有凹面壁)，楔形的窄端比楔形的较宽部分更远离通道入口。

根据第二方面，提供一种耐磨构件，所述磨损构件包括：壳体，其限定从中穿过并且具有纵向轴线的通道，所述壳体包括形成于其中的从所述壳体的内表面充分凹入并通向所述通道中的壳体腔；插入件，其以可滑动方式位于并且基本上围封于所述通道内并且限定所述壳体的所述内表面与所述插入件之间的纵向空隙，所述插入件包括形成于其中的从所述插入件的外表面充分凹入并通向所述通道中的插入件腔；所述插入件和壳体被构造成使得所述插入件不会突出到所述壳体腔中并且所述壳体不会突出到所述插入件腔中。

根据第三方面，提供一种耐磨构件，所述耐磨构件包括：壳体，其限定在其中从前端轴向延伸的通道；支撑腔，其与所述通道连通并且横向于所述通道延伸；耐磨损插入件，其接收于所述通道中；以及钎焊材料，其填充所述通道和支撑腔以将所述插入件固定在所述通道中。

根据第四方面，提供一种耐磨构件，所述耐磨构件包括：壳体，其限定在其中从前端轴向延伸的通道；插入件，其沿着所述通道的纵向轴线接收在所述通道中；以及通向所述通道中的壳体腔，其具有楔形形状，其中所述楔形的窄端比所述楔形的较宽部分更接近所述通道入口。

根据第五方面，提供一种挖掘设备部件，其包括根据第一方面所述的耐磨构件。

根据第六方面，提供一种耐磨组件，其包括：(i)根据第一到第四方面中的任一者所述的耐磨构件；(ii)基部，所述耐磨构件安装在所述基部上；以及(iii)锁，其将所述耐磨构件固定到所述基部。

在一些实施例中，所述挖掘设备部件选自由以下组成的群组：尖头(或尖端或齿)；转接器；护罩；流道；或铲斗。

在替代实施例中，本发明的耐磨构件可用于其它工业设备中，例如用在叶轮或狭口衬套(throatbush)(抽吸衬里、侧衬套等)中的泵内。

当结合附图考虑时，根据下面的具体实施方式，这些和其它方面、特征和优点将变得显而易见，所述附图是本公开的一部分并且以举例的方式示出各种实施例的原理。

附图说明

在附图中：

图1是根据本发明的实施例的耐磨构件的图形透视图；

图2是沿着图1中的线2-2的图1的耐磨构件的前部部分在钎焊过程之前的简化横截面侧视图；

图3是沿着图1中的线3-3的图1的耐磨构件的前部部分在钎焊过程之前的简化横截面俯视平面图；

图4是图1和2的耐磨构件的部分(在图1中由虚线4'示出的部分)的中心前部部分在钎焊过程之前的简化横截面正视图。

图5是图1到4的耐磨构件中使用的插入件的透视图；

图6是图5的插入件的俯视平面图；

图7是图5和6的插入件的侧视图；

图8是类似于图2的但在钎焊过程之后的简化横截面侧视图；

图9是类似于图3的但在钎焊过程之后的简化横截面俯视平面图；以及

图10是类似于图4的但在钎焊过程之后的简化横截面正视图。

具体实施方式

以下实施例仅以举例的方式描述，以便提供对本发明的某些方面的更详细理解。应理解，涵盖其它实施例。

首先参考图1到4，其示出作为地面接合工具的部分使用的尖端(或尖头)形式的耐磨构件10的各种视图。图2到4是简化图，因为它们是未示出任何阴影的横截面，并且它们仅示出耐磨构件10的前部部分。

耐磨构件10包括：壳体12，其限定从中穿过的通道14和纵向轴线16。通道14部分地由壳体12的内表面限定，所述内表面包含后壁18、上表面20a、相对的下表面20b、左侧表面22a和右侧表面22b。上、下表面20大体上是平的(例如，平坦的)，并且左、右侧表面22优选地在其上包含突出部(分别为24a、b)，所述突出部靠近通道14的入口26并且靠近后壁18以更好地将插入件40定位在通道中(并未全部在图中示出)。突出部的任选布置可变化。还可在壳体内表面的一些或所有顶部、底部、侧表面和后表面上省略(或提供)突出部。

壳体12的内表面还优选地在其中限定一个或多个壳体腔(分别为28a、b)(在图3中最佳地看到)。每个壳体腔28a、b从限定所述腔28a、b的侧表面22a、b的周围部分充分凹入，并且通向通道14中。每个壳体腔28a、b具有大体楔形形状(在竖直方向上具有凹面壁)，其中楔形的较大部分比楔形的较小部分更接近内后壁18。楔形形状使得为改进质量而在进行铸造之前清洁壳体腔得以简化。虽然壳体腔被示为处于相对侧表面上，但其它变型是可能的。例如，可在一个或两个侧表面上提供多个壳体腔，可在侧表面上存在或不存在此类壳体腔的情况下在顶部和底部表面上提供壳体腔，壳体腔可以是相对表面上的壳体腔的镜像或与相对表面上的壳体腔偏移，某些表面上的壳体腔可能比其它表面多，等等。

插入件40以可滑动方式位于以及任选地基本上围封于通道14内。虽然所示实施例包含具有插入件40的一个通道14，但可取决于耐磨构件的大小和/或形状提供各自具有插入件的多个通道。现将参考图5到7更详细地描述插入件40。插入件40由硬化的耐磨损材料制成，以增加耐磨构件10的整体耐磨性。在此实施例中，插入件40包括碳化钨或其合金；然而，插入件40还可例如由任何替代硬化材料制成，所述硬化材料例如选自由硅、钛、钒、铬、锆、铌、钼、铪、钽或钨碳化物和/或氮化物和/或硼化物或其合金组成的群组。

插入件40包含大体上为长方体形状的主体42，其渐缩到前边缘44以符合耐磨构件10的前部的形状，并为耐磨构件10的前部提供抗磨边缘(wear-facing edge)。其它插入件形状也是可能的。

在所示实施例中，插入件主体42包含相对的侧壁46a、b，每个侧壁任选地分别限定前插入件腔50a、b和分别限定后插入件腔52a、b。当从上方看时，插入件腔50、52的形状大体上是拱形和凹面形形状(最佳在图5和6中所见)，并且每个侧壁46a、b上的插入件腔从所述侧壁46a、b的其它部分充分凹入(使得每个腔的每一侧上侧壁上的相对外表面优选是平坦的，或者至少是线性的，但其它形状是可能的)。插入件主体42进一步限定大体平坦的后壁54。其它插入件腔布置也是可能的。例如，一个或多于两个的插入件腔可提供于每个侧壁上，所述插入件腔可形成为具有不同大小，它们可彼此处于偏移位置，它们可具有不同的形状等。插入件腔优选地是宽的，并且沿着插入件侧壁的大部分延伸。在所示实施例中，插入件腔可限定渐缩前部后方的插入件侧壁的约30-50％，但其它百分比(更高或更低)是可能的。

如下文更详细地描述，插入件腔50、52提供额外表面积以供钎焊或以其它方式将插入件40固定在耐磨构件10的壳体12内。

再次参考图1到3，在插入钎焊或其它基质材料之前，插入件40位于壳体12的通道14内，并且在壳体12的内表面(即，上表面20a、下表面20b、左侧表面22a和右侧表面22b)与插入件40之间限定纵向空隙60。

插入件后壁54与壳体后壁18接触或极为接近，并且优选地定位成使得插入件40基本围封(例如，至少80％围封，或至少90％围封)于通道12内，并且插入件腔50、52横向于纵向轴线16定位，并相对于最近的壳体腔28偏移(最佳如图3中所见)。插入件40可从通道14向前突出。

插入件40示出为在通道14内相对居中；然而，在一些实施例中，插入件40可在通道14中偏移(例如，从纵向轴线16偏移)。

纵向空隙60允许插入件40插入，不受壳体12的内表面(即，上表面20a、下表面20b、左侧表面22a和右侧表面22b)上的突出部阻挡。纵向空隙60和腔28、50、52还提供将在后续制造步骤(下文描述)中以粉末和/或钎焊或其它基质材料填充的空间。

耐磨构件10优选地由砂型铸造形成，但其它类型的制造也是可能的(例如，熔模铸造或锻造)。当铸造耐磨构件10时优选在模具中提供隔件或型芯(未示出)以支撑形成通道14的型芯的后端。当铸造耐磨构件10时，这些隔件在壳体12中形成横向于纵向轴线16的穿过上下表面20a、b的一个或多个支撑孔或支撑腔70，并且延伸穿过壳体12的外表面72。支撑孔70在外表面72处由盖74密封。通道入口26、穿过通道14的纵向空隙60、壳体腔28和封盖支撑孔70限定了用于接收耐磨粉末(和/或其它多孔耐磨损材料)和/或钎焊或其它基质材料的空间。盖74防止接收的耐磨损粉末和/或基质材料在插入期间当被引入到插入件40周围时逸出。

耐磨构件10的制造过程可概括如下。首先例如在砂型铸造过程中铸造耐磨构件壳体12。图案用于限定壳体的外部形状，并且型芯和/或隔件用于形成通道14、壳体腔28和/或支撑腔70。其它腔，例如用于接收土工设备基部的安装腔(未示出)和锁接收腔(未示出)，通常也形成于耐磨构件壳体12的后部部分(未示出)中。然后将钢水倒入模具中，以形成铸造的耐磨构件壳体。此类耐磨构件的砂型铸造的其它细节(例如，猝灭、回火等)是众所周知的，在本文中不进行论述。支撑孔70由盖74封盖以产生支撑腔。这些是为了确保粉末和/或基质材料不会在将插入件40固定在通道14中的步骤中漏泄。

由钢板制成的壳漏斗80(如图2和3中的虚线所示)焊接到壳体12的一端，靠近通道入口26。此壳漏斗80任选地首先用于引导耐磨损粉末等(例如，碳化钨或其它耐磨损材料)填充通道14和支撑腔70。在封盖之前，可任选地将耐磨损材料的其它多孔预制件放置在支撑腔70中。或者，可省略耐磨损粉末和/或预制件。

然后将基质材料放置在漏斗80中并加热(例如，在炉中)以使粉末和/或预制件渗入并填充通道14、壳体腔28、插入件腔50、52和支撑腔70。如果未使用粉末和/或预制件，则基质材料仍将填充通道14、壳体腔28、插入腔50、52和支撑腔70。基质材料优选是钎焊材料或其它合适的金属(例如球墨铸铁)以用于将插入件固定到位。基质材料可包括用于固定碳化物和/或渗透粉末和/或预制件的不同材料(例如树脂)。如果树脂等用作基质材料，则通常会遵循钢的任何所要热处理。热处理可类似于用于钎焊材料的热处理，这取决于每种材料所需的温度。

然后可任选地将覆层82(例如，耐磨堆焊)连接到壳体外表面72，以在耐磨构件10前部附近提供额外的磨损保护。

例如，在以全文引用的方式并入本文中的第9,561,562号美国专利中描述了一种合适的渗透过程。

优选实施例中渗透过程的结果是，基质区域(即，通道入口26、纵向空隙60、壳体腔28、插入件腔50、52和封盖支撑孔70)填充有硬化材料90。在一个实施例中，钎焊材料包括铜，并且耐磨损材料包括渗碳碳化钨粉末(碳化钨和例如钴等粘结金属的复合物)。可首先放入碳化钨粉末，然后将铜置于碳化钨粉末上，并且将铜熔化并渗透到碳化物粉末中。然而，可使用其它类型的钎焊材料和耐磨损材料。

除了钎焊材料90与插入件40和壳体12的任何接合之外，基质材料90还填充纵向空隙60，并横向于纵向轴线延伸到壳体腔28和插入件腔50、52中，以针对插入件相对于壳体12的轴向移动提供轴向阻力。具体地说，钎焊材料90与壳体12的内表面20、22和插入件40的外表面冶金接合，以针对插入件40从壳体12的移位提供化学密封。用基质材料90填充壳体腔28、插入件腔50、52和支撑腔70会提供增强的阻力和支撑，以减少使用期间插入件丢失的风险。

由于典型的钎焊材料通常与插入件40形成比壳体12(通常由钢/铁合金制成)更牢固的接合，因此耐磨构件10的结构形成为使得如果钎焊材料90与壳体12之间的冶金接合在使用中减弱，则壳体腔28和封盖支撑孔70中的钎焊材料90会提供进一步的物理密封以减轻插入件40移位的风险。

具体地说，壳体腔28和插入件腔50、52的横向位置进一步提供防止插入件40移位的主要物理密封，因为钎焊材料90必须在这些位置进行结构剪切以使插入件40移位。此外，封盖支撑孔70以类似的方式提供二次物理密封——也必须在这些位置剪切钎焊材料90才能使插入件40移位。

因此，插入件腔50、52、壳体腔28和封盖支撑孔70的布置一旦用钎焊材料90密封则会物理密封插入件40并提供轴向阻力，以防止插入件40相对于壳体12的移动。

所描述的耐磨构件10可安装在基部上并用锁固定到基部，以形成耐磨组件。优选切割和/或重新折叠壳漏斗80以闭合开口以供使用。

应了解，虽然耐磨构件10已示为楔形，但耐磨构件也可以其它形状的形式制造。此外，当在各种抗磨部件中使用时，尤其是在包含尖头(尖端)、转接器、整个齿、护罩、流道和铲斗的挖掘设备中使用时，耐磨构件10可提供有利的效果。

在本说明书和随附的权利要求书中，单数形式“一(a/an)”和“所述”包含复数指代物，除非上下文另有明确说明。此外，除非上下文明确要求，否则在整个描述和权利要求书中，词语“包括(comprise/comprising)”等应被解释为具有包容性意义，而非具有排他性或详尽意义；也就是说，在“包含但不限于”意义上。

尽管已参考特定实施例描述本发明，但所属领域的技术人员将理解，本发明可以许多其它形式体现。例如，应了解，在不脱离本发明的范围的情况下，本领域的技术人员将显而易见许多组合、改变、修改、变化和取代，并且本申请旨在涵盖所有此类组合、改变、修改、变化和取代。此外，其中提及具有本发明所涉领域的已知等同物的特定制品，此类已知等同物被视为并入本文中，如同单独阐述一般。

在其它实施例中，插入件腔可具有替代形状，例如多边形、卵形等。可在每个插入件侧壁上提供多于或少于两个的数目的插入件腔。侧壁上的腔可具有不同形状。

在其它实施例中，插入件40可从通道14突出。例如，25％或更多的插入件主体42可突出到通道入口26之外。

关于可能享有共同特性和特征的若干实施例而提供了先前描述。应理解，任何一个实施例或上文所描述的任何方面的一个或多个特征可与本发明的其它实施例或其它方面的一个或多个特征组合。另外，本发明的任何实施例或方面中的任何单个特征或特征组合可构成额外实施例。

附图标记列表

耐磨构件10 插入件主体42

壳体12 插入件前边缘44

通道14 插入件侧壁46a、b

纵向轴线16 前插入件腔50a、b

内后壁18 后插入件腔52a、b

上表面20a 插入件后壁54

下表面20b 纵向空隙60

左侧表面22a 支撑孔70

右侧表面22b 壳体外表面72

突出部24a、b 盖74

通道入口26 壳漏斗80

壳体腔28a、b 覆层82

插入件40 钎焊材料90

Claims (18)

1.一种耐磨构件，所述耐磨构件包括：壳体，其限定从中穿过并且具有纵向轴线的通道，所述壳体包括形成于其中的从所述壳体的内表面充分凹入并通向所述通道的壳体腔；插入件，其以可滑动方式位于所述通道内并且限定所述壳体的所述内表面与所述插入件之间的纵向空隙，所述插入件包括形成于其中的从所述插入件的外表面充分凹入并通向所述通道中的插入件腔；钎焊材料，除了所述钎焊材料与所述插入件和所述壳体的任何接合之外，所述钎焊材料还填充所述纵向空隙并横向于所述纵向轴线延伸到所述壳体腔和插入件腔中，以针对所述插入件相对于所述壳体的轴向移动提供轴向阻力。

2.根据权利要求1所述的耐磨构件，其中所述壳体还包括支撑孔，所述支撑孔限定从中穿过的轴线，其中所述支撑孔轴线横向于所述插入件腔，由此提供额外的纵向轴向阻力。

3.根据权利要求2所述的耐磨构件，其中所述支撑孔从所述壳体的所述内表面延伸到所述壳体的外表面，并且由所述壳体的所述外表面上的盖封闭。

4.根据任一前述权利要求所述的耐磨构件，其中所述壳体腔与通道入口和在所述通道的端部处的所述壳体的内后壁间隔开。

5.根据权利要求4所述的耐磨构件，其中所述插入件能插入到所述内后壁中，不受从所述壳体或所述插入件进入所述通道的突出部的阻挡。

6.根据任一前述权利要求所述的耐磨构件，其中所述壳体腔从所述插入件腔纵向偏移。

7.根据任一前述权利要求所述的耐磨构件，其包括多个插入件腔。

8.根据权利要求7所述的耐磨构件，其中每个插入件腔具有拱形凹面形状。

9.根据任一前述权利要求所述的耐磨构件，其包括多个壳体腔。

10.根据权利要求9所述的耐磨构件，其中每个壳体腔包括楔形形状，所述楔形的窄部分比所述楔形的较宽部分更接近通道入口。

11.根据权利要求9所述的耐磨构件，其中每个壳体腔包括楔形形状，所述楔形的窄部分比所述楔形的较宽部分更远离所述通道入口。

12.根据任一前述权利要求所述的耐磨构件，其中所述插入件位于所述通道内并且基本上由所述通道围封。

13.根据任一前述权利要求所述的耐磨构件，其中所述插入件从所述通道突出。

14.根据权利要求13所述的耐磨构件，其中所述插入件包括插入件主体，并且所述插入件主体的不超过25％突出超过通道入口。

15.一种耐磨组件，其包括：

(i)根据任一前述权利要求所述的耐磨构件，

(ii)基部，所述耐磨构件安装在所述基部上，以及

(iii)锁，其将所述耐磨构件固定到所述基部。

16.一种耐磨构件，所述磨损构件包括：壳体，其限定从中穿过并且具有纵向轴线的通道，所述壳体包括形成于其中的从所述壳体的内表面充分凹入并通向所述通道中的壳体腔；插入件，其以可滑动方式位于并且基本上围封于所述通道内并且限定所述壳体的所述内表面与所述插入件之间的纵向空隙，所述插入件包括形成于其中的从所述插入件的外表面充分凹入并通向所述通道中的插入件腔；所述插入件和壳体被构造成使得所述插入件不会突出到所述壳体腔中并且所述壳体不会突出到所述插入件腔中。

17.一种挖掘设备部件，其包括根据任一前述权利要求所述的耐磨构件。

18.根据权利要求17所述的挖掘设备部件，其中所述挖掘设备部件选自由以下组成的群组：尖头；转接器；护罩；流道；以及铲斗。

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