JP2001512362A - 複合磨耗部品用のインサートと、このインサートを用いて磨耗部品を製造する方法と、得られた磨耗部品 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 全体が環状セグメントまたは閉じたリングの形をしており、外部領域(12)とこの外部領域(12)より厚さの薄い内部領域(14)とを有し、内部領域(14)に一連の孔(16)を有することを特徴とする、耐磨耗性の高い金属またはセラミック材料で作られた複合磨耗部品用のインサート。各インサートはコア金属の鋳造前に互いに積重ねられ、孔(16)にロッドを挿通して仮固定される。コア金属の鋳造後、インサート(10)とコア金属との間は孔(16)を介して確実に固定される。

Description

【発明の詳細な説明】 複合磨耗部品用のインサートと、このインサートを用いて 磨耗部品を製造する方法と、得られた磨耗部品 本発明は複合磨耗部品用のインサートと、このインサートを用いて磨耗部品を 製造する方法に関するものである。 本発明はさらに、こうして製造された磨耗部品、特に、縦型ミルやロールプレ スで使用される粉砕ローラまたはシリンダーに関するものである。 ミルおよび粉砕機の分野で用いられる磨耗部品は被粉砕材料によって大きな機 械的応力を受け、その加工表面は大きく摩耗する。従って、こうした磨耗部品は 高い耐磨耗性と衝撃等の機械的応力に耐えることができるだけの一定の延性とを 有しているのが望ましい。一定の延性は磨耗部品を切削する場合にも要求される 。しかし、耐磨耗性と延性は互いに矛盾するものであることは周知である。これ ら２つの対立する特性を互いにバランスさせるることはできるが、耐磨耗性か延 性のいずれかを犠牲にしなければならない。 こうした妥協を避けるためにバイメタル（２つの金属からなる）部品とし、磨 耗に曝される部分は耐磨耗性に優れたクロム合金鋳鉄で作り、それを可延性に優 れた合金からなるコアで支持することは公知である。そうすることによって磨耗 部品の磨耗が減り、コアの破壊も減る。 欧州特許第0,476,496号にはこのような磨耗部品のインサート製造方法が記載 されている。この特許では硬い合金で作られたインサートが延性のあるコア合金 で支持される。このコア合金は各インサートを予め鋳型内に配置した状態で鋳造 される。この特許では、例えば粉砕ローラの場合、各インサートはローラ表面に 沿って母線方向に並行に配置される。 この方法は上記問題を解決する理想的な解決策のようにみえるが、実施上はい くつかの問題点がある。問題点の１つはコア金属の注入時にインサート（特に小 型のインサート）が移動しないように固定しなければならない点にある。欧州特 許第0,620,065号では各インサートを鋳型を規定する表面として用いられる仮の 犠牲支持体上に固定することによってインサートを有する複合磨耗部品を製造し ている。 欧州特許第0,620,065号に記載の丸いインサートの解決法の主たる欠点は硬質 表面が小さいという点にある。この欠点は欧州特許第0,476,496号に記載の棒状 インサートにはなく、装置全体の機械的剛性を損なう欠点である。 硬いインサートを用いた時の問題点の１つは鋳造中に熱衝撃によってクラック が生じる危険があることである。 事実、鋳造中にインサートに亀裂が入る危険はインサートの硬度が高くなり、 特に鋳鉄またはセラミックで作られた極めて硬いインサートの場合はそうである 。また、インサートの体積が大きくなれば大きくなる程、コア金属の鋳造温度も 高くしなければならないため、亀裂の危険は寸法が大きくなるとともに増す。 これら全ての問題を軽減するために一般にインサートは約400〜500℃の温度に 予熱されるが、この予熱は容易ではない。すなわち、砂型の近くに大型の加熱設 備を配置する必要があり、また、インサートを加熱炉内に配置しなければならな いが、インサートは仮に固定された不安定な状態であるため簡単にぐらつくため 、インサートを炉内に置くことは容易ではない。 本発明の目的は上記問題点を克服し、高い充填率でコア金属に強く固定された 、鋳造時の熱衝撃に対する耐久性に優れた新規なインサートを提供することにあ る。このインサートを用いることによって新規な複合磨耗部品が製造できる この目的を達成するために本発明が提供する耐磨耗性の高い材料で作られた複 合磨耗部品用のインサートは、全体としてリング状のセグメントすなわち閉じた リングの形をしており、外部領域と外部領域より厚さの薄い内部領域とを有し、 内部領域いはその厚さを貫通する一連の孔が形成されている事を特徴としている 。 本発明のインサートはさらに、以下で説明するような粉砕効率を最適化するた めの設計をしている。 外部領域の少なくとも一方の側面に突出部を備え、好ましい実施例ではこの突 出部はリブで構成され、このリブは放射方向に延び、リブ間に凹部が規定される 。 この突出部またはリブは外部領域の両側面にあってもよい。リブを側面の外側端 部の手前で終わっていてもよい。 本発明はさらに、上記インサートを用いて複合磨耗部品を製造する方法を提供 する。本発明方法では、内部領域の孔と外部領域の突出部とが互いに重なる状態 で所定数のインサートを互いに積み重ね、こうして作ったインサート構造物の互 いに整合した二列の孔に２本のロッドを通してインサート構造物を仮固定して安 定化させた後、インサート構造物を予熱し、それを鋳型内に配置し、機械的応力 に耐え得る相対的に可延性のある材料を鋳型に注入してインサートが占めていな い空間、特に孔および突出部間の凹部に充填してインサートと鋳造材料とを機械 的に結合する。 予熱はインサート構造物全体を300〜700℃の温度に予熱した炉内に置くことで 行うのが好ましい。 熱衝撃の危険を減らすために、インサートに予め薄い耐火剤被膜を形成してお くことができる。 インサートに存在する孔にロッドを挿入することによって、複数のインサート からなるインサート構造物を鋳造前に十分に安定化させることができる。２本の ロッドで各インサートの整合性を維持することができるので、インサート構造物 を容易に運搬することができ、従って、全く危険を伴わずに、インサート構造物 を予熱炉へ移すことができ、それによって鋳造中に熱衝撃によってクラックが生 じる危険性が大きく減る。この方法により製造が容易になり、従って、部品の製 造コストが安くなる。 本発明はさらに、機械的応力に耐え得る材料で作られた相対的に可延性のある 切削可能なコアと、このコアに機械的に支持された一連の外周部インサートとか らなる円筒形の複合磨耗部品を提供する。本発明の複合磨耗部品では、インサー トが環状インサートであり、可延性コアの材料がインサートの内部領域の孔と、 インサートの外部領域の突出部の間に形成される凹部の小室とを占めることを特 徴としている。 可延性のあるコア金属がインサートの内部領域の穴の中に充填されるので、イ ンサートは支持体に確実にアンカー（投錨）される。 本発明の複合部品のインサートの配置および向きによって固定状態はさらに向 上する。すなわち、欧州特許第0,476,496号に記載のローラでは、インサートは 母線方向を向いており、このことはローラ使用時にインサートの向きに対して直 角な横向きの接線方向剪断力と、この剪断力を弛める運動とがインサートに交互 に加わるということを意味する。これらの力および弛緩運動によってインサート の底に疲労割れがを生じることがある（特にローラプレスの特徴である高圧の場 合）。 これに対して、本発明の複合部品のインサートは環状をしており、粉砕中にイ ンサートに加わる力の方向に対して所定の向きをしているので、上記の欠点は防 止される。 さらに、インサートは支持体を完全に取り囲んだ環状インサートであり、アン カー効果の補強にのみ寄与するので、破損した時以外にはインサートを離すこと はできない。従って、本発明の複合部品は公知のものより機械的信頼性が高い。 環状インサートを用い、それと予熱の最適条件とを組合わせることによって極 めて高いインサート充填率、すなわち極めて高い耐磨耗表面積比率を達成するこ とができる。 さらに、冶金的接合が存在しないので、磨耗部品の外側表面で開始したクラッ クはインサート／支持体界面で止まり、磨耗部品のコアへ向かってクラックが成 長するのが阻止される。 粉砕ローラの中央部の磨耗を補償し、使用中に凹状圧延面ができるのを防止す るために、インサートの両端部の耐磨耗性を中央部の耐磨耗性よりわずかに低く することもできる。 本発明の磨耗部品は粉砕ロールの交換磨耗部品（frerre、フープ）として用い ることができる。そのための支持ハブを収容する円筒形の中心ボアを磨耗部品に 形成することができる。 ロールの交換磨耗部品にする以外に、各セグメントを鋳造し、それを例えばク ランプまたはボルト締めによってハブに固定して円筒形磨耗部品にすることもで きる。 本発明の上記以外の特徴および利点は添付図面を参照した下記の好ましい実施 例の説明から明らかになろう。 図１は本発明のインサートの一つのセグメントの斜視図。 図２は本発明のインサートを備えた交換磨耗部品の放射方向断面図。 図３は図２の矢印IIの方向での交換磨耗部品の正面図。 図１は本発明の環状インサート10の一つのセグメントを示している。このセグ メントの特徴は閉じることができ、このインサートが用いられる磨耗部品を完全 に取り囲むことができる点にある。このインサート10は耐磨耗性の高い合金、例 えばクロム合金（炭化物を含むことができる）から鋳造で作ることができる。こ のインサート10は炭化物、硼化物、窒化物または酸化物型のセラミック材料また はその他任意の材料で作ることもできる。 図１に示すように、インサート10は外部領域12と内部領域14とを有し、内部領 域14は外部領域12より薄い。内部領域14には多数の孔16が形成されている。これ らの孔16は鋳造時に作ることができ、内部領域14の厚さ方向にまっすぐ貫通して いる。 図示した実施例では、外部領域12の各横方向側面とインサートの全外周とに放 射状リブ18が形成されている。各放射状リブ18の間には凹部20が規定される。互 いに反対側の側面にリブを備えたインサートが好ましいが、リブを一方の側面の みに設けることもできる。さらに、上記リブ18の代わりに他の突出要素、例えば 島状突起を用いることもできる。要は、以下で説明するように、各インサートの 間に鋳造金属を充填可能な凹部および小室を形成することである。 鋳造でインサートを作った場合には、バリ取り後にアニーリング熱処理して耐 熱衝撃性を向上させる。は薄い耐火剤被膜を塗布することによって耐熱衝撃性を さらに向上させることもできる。 次に、互いに同一な所定数のインサート10を互いに積み重ね、孔16を互いに整 合させ、リブ18を互いに接触させて放射状の小室22を形成する（図３参照）。互 いに対を成すインサート10の厚さの薄い内部領域14のの間には環状空間24 が規定される（図２参照）。 互いに積重ねたものの底部を形成する２つの外側インサートの外部側面にはリ ブを形成しないのが好ましい。 次に、互いに整合した二列の孔16からなる少なくとも２つの貫通孔の中にロッ ドを通して、互いに積重ねたインサート構造物を安定化させ、各インサート10の 整合状態を維持する。 次に、インサート構造物全体を炉内に入れ、300〜700℃の温度に予熱する。全 てのインサートが所望温度になったときに、インサート構造物を炉から取り出し 、円筒形鋳型の中に置き、磨耗部品の鋳造を開始する。 すなわち、可延性のあるコア合金を鋳型に注入してインサート10を支持するコ ア26を形成する。このコア合金は球状黒鉛鋳鉄であるのが好ましい。コア合金は 各インサート10の間の環状空間24、孔26および小室22に充填され、凝固すること によって形成された支持コア26の中に各インサート10を完全にアンカーさせる。 鋳造温度はインサートと注入した合金との間に冶金的接合が起こらないように選 択する。 完成磨耗部品が粉砕ロールまたはローラの交換磨耗部品となる場合には、鋳型 は中心にコア26の中心円筒形ボア28となる円筒形境界を有している。 冷却および焼入れ後、磨耗部品は通常の加工、例えばバリ取り、予備加工等を 行った後、アニールし、ボアを最終切削する。 インサート10に形成した孔16の重要な役目に注目されたい。すなわち、これら 孔16は鋳造前の段階（特に予熱の段階）で各インサート10を安定した状態で仮固 定するのに使われ、運搬時に複数のインサート10がズレないようにする役目をす る。孔は鋳造後に各インサートをコア26の内部に完全にアンカーさせる役目をす る。 各インサート10の間に形成される小室22にも２つの目的がある。先ず、注入さ れた合金がインサートの外側表面にまで流出できるようにして、アンカー効果を 補強する役目をする。さらに、小室22を充填した可延性のある鋳鉄が早く磨耗し て、これら小室が耐久性のある（図２の30に示すような）負の断面形状 （凹部）を形成する。インサート間のこの凹部30は粉砕効率を良くする。 小室22の形状は粉砕方法または被粉砕材料の要求に容易に合わせることができ る。別の実施例では小室にせずに、凹部30が磨耗部品の周りに環状溝を形成する ようにして、そこから圧縮空気が排気するようにすることもできる。これはイン サートの外側端縁部にまで延びていないリブ18を用いることによって容易に達成 できる。 以上、本発明を環状インサートを用いた好ましい実施例で説明したが、円弧状 の開放式インサートを用いて上記方法と同様な方法で粉砕ローラまたはロールの セグメントを作ることもできる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，Ｍ Ｗ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，Ｅ Ｓ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ， ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，Ｍ Ｘ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ， ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 耐磨耗性の高い金属またはセラミック材料で作られた複合磨耗部品用のイ ンサートにおいて、 全体が環状セグメントまたは閉じたリングの形をしており、外部領域(12)とこ の外部領域(12)より厚さの薄い内部領域(14)とを有し、内部領域(14)に一連の孔 (16)を有することを特徴とするインサート。 ２． 外部領域(12)の少なくとも一方の側面に突出部を有する請求項１に記載の インサート。 ３． 突出部がリブ(18)で構成され、このリブ(18)が放射方向に延び、リブとリ ブとの間に凹部(20)が規定される請求項２に記載のインサート。 ４． リブ(18)が外部領域(12)の両側面にある請求項３に記載のインサート。 ５． リブ(18)が側面の外側端縁部の前方で終わっている請求項３または４に記 載のインサート。 ６． 請求項1〜5のいずれか一項に記載のインサートを用いて複合磨耗部品を製 造する方法であって、 内部領域(14)の孔(16)および外部領域(12)の突出部(18)を互いに重ねた状態で 所定数のインサートを互いに積み重ね、得られたインサート構造物の整合した二 列の孔(16)に２本のロッド通して安定な状態に仮固定し、インサート構造物を予 熱した後、鋳型内に置き、機械的応力に耐え得る相対的に可延性のある材料を鋳 に注入してインサートが占めていない空間、特に孔(16)と突出部間の凹部(20)に 充填してインサート(10)と鋳造材料との間を機械的に接合することを特徴とする 方法。 ７． インサート構造物全体を300〜700℃の温度に予熱した炉内に置くことによ って予熱を行う請求項６に記載の方法。 ８． インサート(10)に予め薄い耐火剤の被膜を形成する請求項６に記載の方法 。 ９． 機械的応力に耐え得る材料で作られた相対的に可延性のある切削可能なコ アと、このコアに機械的接合によって支持された一連の外周部インサートとから なる円筒形の複合磨耗部品において、 インサート(10)が請求項1〜5のいずれか一項に記載の環状インサートであり、 可延性コア(26)の材料がインサートの内部領域(14)の孔(16)とインサートの外部 領域(12)の突出部(18)の間の凹部(20)によって形成される小室(22)とに充填され ている複合磨耗部品。 10． 円筒形の底部側の外部インサートの耐磨耗性が中央部の耐磨耗性よりわず かに低い請求項９に記載の部品。 11． ２つの外部インサートがその外側側面に突出部を備えていない請求項９に 記載のインサート 12． コア(26)が支持コアを収容するための円筒形ボア(28)を有する、粉砕ロー ルの交換磨耗部品として用いられる請求項9〜11のいずれか一項に記載の交換磨 耗部品。