JP2004081987A - 破砕用回転刃とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造コストの低下と靱性の確保を図りながら、刃部のメンテナンスの手間を減らせるようにする。
【解決手段】周方向で複数の破砕用刃部１を設けてある破砕用回転刃であって、回転軸芯側基部３を軟質金属２で形成するとともに、その外周側に硬質金属４を溶着して、刃部の少なくとも先端部７を、硬質材部５に形成してある。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、周方向で複数の破砕用刃部を設けてある破砕用回転刃とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記破砕用回転刃は、刃部を硬質金属で形成してその耐摩耗性を高める必要があるが、全体を硬質金属で形成すると、製造コストが高くなるとともに、破砕時の衝撃に対する靱性を確保しにくい問題がある。
このため、従来、複数の刃部は硬質金属で、また、それらの刃部を固定する回転基部は安価に入手し易い軟質金属で別々に製作し、各刃部を基部にボルトで固定して、製造コストの低下と靱性の確保とを図っている（例えば、特開平１１−２９０７１０号公報，特開平８−３２３２３２号公報，実公昭５７−４２５１８号公報，実開昭５５−１１５３４６号公報参照）　。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の破砕用回転刃は、刃部を基部にボルト固定しているために、刃部を適宜交換できる利点があるものの、破砕時の衝撃で固定ボルトが緩んだり破損するおそれがあり、その固定ボルトの破損に基づく刃部の欠損や脱落が発生する危険性がある。また、固定ボルトが緩んだまま使用した結果、固定ボルトが変形すると、刃部を基部から外すことも困難になって使用できなくなり、作業能率の低下を招くおそれがあるので、固定ボルトの緩みがないように頻繁に点検する必要があるなど、刃部のメンテナンスに手間がかかる欠点がある。
【０００４】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、製造コストの低下と靱性の確保を図りながら、刃部のメンテナンスの手間を減らせるようにすることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明の特徴構成は、周方向で複数の破砕用刃部を設けてある破砕用回転刃であって、回転軸芯側基部を軟質金属で形成するとともに、その外周側に硬質金属を溶着して、前記刃部の少なくとも先端部を、硬質材部に形成してある点にある。
【０００６】
〔作用〕
回転軸芯側基部を安価に入手し易い軟質金属で形成して、製造コストの低下と靱性の確保を図りながら、その外周側に硬質金属を溶着して、刃部の少なくとも先端部を回転軸芯側基部に溶着された硬質材部に形成してあるので、回転軸芯側基部と刃部とを固定ボルトによらずに、一体に固定することができる。
【０００７】
〔効果〕
製造コストの低下と靱性の確保を図りながら、回転軸芯側基部と刃部とを固定ボルトを使用せずに一体に固定することができるので、従来のような、固定ボルトの緩みなどの保守点検が不要で、刃部のメンテナンスの手間を減らせる。
【０００８】
請求項２記載の発明の特徴構成は、請求項１記載の破砕用回転刃の製造方法であって、前記硬質材部を耐摩耗鋳鉄材料で遠心力鋳造した後、前記回転軸芯側基部を、前記耐摩耗鋳鉄材料よりも軟質の軟質鋳鉄材料で前記硬質材部の内方に静置鋳造する鋳造工程と、前記硬質材部を軟化熱処理して、前記刃部を切削形成する切削工程と、前記硬質材部を焼き入れ熱処理する硬化熱処理工程とを設けてある点にある。
【０００９】
〔作用〕
鋳造工程において、硬質材部を耐摩耗鋳鉄材料で遠心力鋳造して筒状に形成し、その筒状に形成した硬質材部の内方に、耐摩耗鋳鉄材料よりも軟質の軟質鋳鉄材料を静置鋳造することによって、軟質の回転軸芯側基部の外周側に硬質材部を溶着することができる。
【００１０】
そして、切削工程において、硬質材部を切削し易いように軟化熱処理して、刃部を切削形成し、硬化熱処理工程において、切削のために軟化させた刃部の耐摩耗性を確保できるように、その少なくとも先端部を形成してある硬質材部を焼き入れ熱処理して硬化させることができる。
【００１１】
〔効果〕
軟質金属の回転軸芯側基部の外周側に硬質材部を容易に溶着しながら、少なくとも先端部が耐摩耗性を備えている刃部を形成できる。
【００１２】
請求項３記載の発明の特徴構成は、前記鋳造工程において、前記回転軸芯側基部の外周側に前記硬質金属を溶着してある回転刃素材を鋳造し、前記切削工程において、前記回転刃素材を複数の円板状の回転刃材料に切断するとともに、その回転刃材料に前記刃部を切削形成する点にある。
【００１３】
〔作用〕
鋳造工程において、回転軸芯側基部の外周側に硬質金属を溶着してある回転刃素材を鋳造しておき、切削工程において、その回転刃素材を複数の円板状の回転刃材料に切断するとともに、その回転刃材料に刃部を切削形成するので、一回の鋳造工程で鋳造した回転刃素材から、複数個の破砕用回転刃を製造できる。
【００１４】
〔効果〕
一個の破砕用回転刃毎の鋳造工程が不要で、製造工程を簡略化できる。
【００１５】
請求項４記載の発明の特徴構成は、前記鋳造工程において、前記硬質材部の内方に中間層を遠心力鋳造した後、その中間層の内方に前記回転軸芯側基部を静置鋳造する点にある。
【００１６】
〔作用〕
回転軸芯側基部の鋳造時に、硬質材部の内方に遠心力鋳造した中間層で、回転軸芯側基部の靱性を低下させ易い合金元素の、硬質材部から回転軸芯側基部への混入を防止できる。
【００１７】
〔効果〕
回転軸芯側基部の靱性を確保し易い。
【００１８】
請求項５記載の発明の特徴構成は、前記鋳造工程において、遠心力鋳造した硬質材部を内有している金型を起立させて、溶湯供給口をその金型の下部に接続し、前記溶湯供給口から前記硬質材部の内方に溶湯を供給して前記金型の上部からオーバーフローさせながら、前記硬質材部の内方に前記回転軸芯側基部を静置鋳造する点にある。
【００１９】
〔作用〕
回転軸芯側基部の鋳造時に、回転軸芯側基部の靱性を低下させ易い合金元素が、硬質材部や中間層から回転軸芯側基部を鋳造する溶湯に混入しても、そのような合金元素が混入している溶湯を、金型の上部からオーバーフローさせて、回転軸芯側基部への混入を防止できる。
【００２０】
〔効果〕
回転軸芯側基部の靱性を確保し易い。
【００２１】
請求項６記載の発明の特徴構成は、前記切削工程において、周方向で隣り合う刃部間に前記回転軸芯側基部又は前記中間層の一部が露出するように、前記刃部を切削形成する点にある。
【００２２】
〔作用〕
切削工程の後の硬化熱処理工程における硬質材部の焼入れ熱処理によって、硬質材部がベイナイト変態やマルテンサイト変態により膨張するので、硬質材部に大きな圧縮の残留応力が、また、回転軸芯側基部や中間層にそれに見合う大きな引張の残留応力が働らいて、回転軸芯側基部が引張・破壊するおそれがあるが、周方向で隣り合う刃部の間に回転軸芯側基部の一部を露出させることによって、硬質材部に生じる残留応力も、回転軸芯側基部や中間層に生じる残留応力も緩和することができる。
【００２３】
〔効果〕
回転軸芯側基部が引張・破壊するおそれがなく、回転軸芯側基部の耐久性を高めることができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
図１は、周方向で複数の破砕用刃部１を等間隔で設けてある破砕用回転刃Ａを示している。
【００２５】
前記破砕用回転刃Ａは、球状黒鉛鋳鉄材料（軟質鋳鉄材料（軟質金属）　の一例）　２で形成してある回転軸芯側基部３の外周側に、球状黒鉛鋳鉄材料２よりも硬質の耐摩耗鋳鉄材料（硬質金属の一例）　４を溶着して、その耐摩耗鋳鉄材料４からなる硬質材部５に刃部１の全体を切削加工により形成し、破砕装置の駆動回転軸Ｂに嵌合する矩形の嵌合孔６を回転軸芯側基部３に貫通形成してある。
【００２６】
前記耐摩耗鋳鉄材料４は、化学組成が重量％で、Ｃ：１．０　〜３．０　％、Ｓｉ：０．１　〜２．０　％、Ｍｎ：０．１　〜２．０　％、Ｃｒ：３．０　〜１０．０％、２Ｍｏ＋Ｗ：５．０　〜２０．０％、Ｖ，　Ｎｂ：一種又は二種の総計（Ｖ＋Ｎｂ）　で３．０　〜１０．０％かつＮｂは２　％以下、および残部実質的にＦｅからなり、焼入れおよび焼き戻し熱処理が施されて、基地が高硬度化し、かつ、Ｃｒ，　Ｍｏ，Ｗ，Ｎｂ，Ｖ，ＦｅおよびＣが相互に結合した高硬度の複合炭化物が基地中に存在するため、耐摩耗性が飛躍的に向上している。
尚、Ｃｏは基地中に固溶し、高温での硬度低下を抑制するために添加しても良いが、１０％以上添加しても、その効果は飽和している。
前記耐摩耗鋳鉄材料４は、高クロム鋳鉄やニハード鋳鉄などでも良い。
【００２７】
そして、図２，図３に示すように、二本の駆動回転軸Ｂの各々を複数個の破砕用回転刃Ａの各嵌合孔６にスペーサＣを挟んで嵌合して、一方の駆動回転軸Ｂに嵌合した破砕用回転刃Ａが、他方の駆動回転軸Ｂに嵌合した破砕用回転刃Ａの間に入り込み、かつ、それらの刃部１のうちの駆動回転軸Ｂの上側に位置する刃部１の先端部７どうしが互いに対向する方向に向くように、二本の駆動回転軸Ｂを破砕装置Ｄに互いに平行に軸支し、駆動回転軸Ｂの上側に位置する刃部１どうしが互いに近接する方向に回転移動するように、二本の駆動回転軸Ｂを互いに逆向きに駆動回転させて、二本の駆動回転軸Ｂ間に供給した被破砕物Ｅを破砕できるように構成してある。
【００２８】
前記破砕用回転刃Ａの製造方法を以下に説明する。
図４は、硬質材部５を耐摩耗鋳鉄材料４で遠心力鋳造して筒状に形成する横型遠心力鋳造装置Ｆを示しており、湯止め用砂型Ｇ１を両端部に設けてある回転金型Ｇを、回転ローラＦ１で回転自在に支持し、溶湯を堰鉢Ｆ２から注湯樋Ｆ３を介して回転金型Ｇ内に鋳込むようにしてある。
【００２９】
そして、耐摩耗鋳鉄材料４の溶湯を回転する回転金型Ｇに鋳込んで筒状の硬質材部５を遠心力鋳造し、それが凝固した後に、硬質材部５を内有した回転金型Ｇを起立させて、その両端に回転軸芯側基部鋳造用の上型、下型を連設して静置鋳型を構成し、耐摩耗鋳鉄材料４よりも軟質の球状黒鉛鋳鉄材料２の溶湯をその内部に鋳込んで、回転軸芯側基部３を静置鋳造し、図５に示すように、回転軸芯側基部３の外周側に硬質材部５が溶着している円柱状の回転刃素材８を作成する　［鋳造工程］。
【００３０】
前記横型遠心力鋳造装置Ｆにおいては、回転金型Ｇ内に鋳込まれた溶湯の各部が回転金型Ｇの回転に伴って上下動するため、加速度が変動し、また、回転ローラＦ１や回転金型Ｇの偏心や傷により振動が発生し易いので、鋳込まれた耐摩耗鋳鉄材料４の溶湯中の成分が移動し易く、厚肉の硬質材部５を鋳造する場合は、成分の移動により偏析が生じ易いので、通常、凝固開始温度＋７０℃程度以下として比較的低温で鋳込むのがよい。
【００３１】
次に、硬質材部５を焼きなましする軟化熱処理を行ってから、図５に示しているように、回転刃素材８を所定厚さの複数の円板状の回転刃材料９に切断し、各回転刃材料９の硬質材部５に各刃部１を切削形成するとともに、回転軸芯側基部３に嵌合孔６を切削形成する［切削工程］。
【００３２】
そして、各刃部（硬質材部）　１を真空炉の無酸素雰囲気中で焼き入れ熱処理して硬化させたあと［硬化熱処理工程］、所定寸法に仕上げる仕上げ加工を行って、破砕用回転刃Ａを製造する。
【００３３】
前記硬化熱処理工程では、硬質材部５を焼入れ温度（オーステナイト化温度）　から４００〜６５０℃までの温度域を１５０℃／Ｈｒ以上の冷却速度で焼入れすることにより、良好な焼入れ組織を得た後、５００〜６００℃の温度で１回ないし数回に亘って焼戻しを行って、所定硬さの刃部１を硬質材部５に形成してある破砕用回転刃Ａを製造する。
尚、硬化熱処理工程を無酸素雰囲気中で行うと、刃部１の先端部すなわち刃先に金属酸化物が生成されないため、酸化損耗し、丸みを帯びることなく熱処理を完了できる。従って、熱処理後の加工コストが安くなる。
【００３４】
尚、刃部１は、オーステナイト化熱処理の際に基地中に固溶したＭｏ，　Ｗ，　Ｖ，　Ｎｂ等が焼戻し熱処理によって微細炭化物として析出し、焼戻し２次硬化現象を生じるため、高温硬度に優れている。
【００３５】
〔第２実施形態〕
図６は、破砕用回転刃Ａの製造方法の別実施形態を示し、第１実施形態で示した鋳造工程において、硬質材部５を内有した回転金型Ｇを起立させて、その両端に回転軸芯側基部鋳造用の上型Ｈ１、下型Ｈ２を連設して静置鋳型Ｈを構成し、下型Ｈ２に設けた溶湯供給口Ｈ３を回転金型Ｇに接続し、溶湯供給口Ｈ３から硬質材部５の内側に球状黒鉛鋳鉄材料２の溶湯を供給して、回転金型Ｇの上部の上型Ｈ１から溶湯をオーバーフローさせながら、硬質材部５の内側に回転軸芯側基部３を静置鋳造する。
その他の構成は第１実施形態と同様である。
【００３６】
〔第３実施形態〕
図７は、破砕用回転刃Ａ及びその製造方法の別実施形態を示し、切削工程において、周方向で隣り合う刃部１間に回転軸芯側基部３の一部が露出するように、回転刃材料９の硬質材部５と回転軸芯側基部３とに亘って各刃部１を切削形成して、各刃部１の少なくとも先端部７を硬質材部５に形成してある破砕用回転刃Ａを示している。
その他の構成は第１実施形態又は第２実施形態と同様である。
【００３７】
〔第４実施形態〕
図８は、破砕用回転刃Ａの別実施形態を示し、球状黒鉛鋳鉄材料２で形成してある回転軸芯側基部３の外周側に、中間層１０と硬質材部５とを順に溶着して、耐摩耗鋳鉄材料４からなる硬質材部５に複数の破砕用刃部１を形成してある。
【００３８】
前記破砕用回転刃Ａの製造方法を説明する。
図９に示すように、耐摩耗鋳鉄材料４の溶湯を回転する回転金型Ｇに鋳込んで筒状の硬質材部５を遠心力鋳造し、その内面が凝固完了する前に、硬質材部５の内周面に中間層材料１１の溶湯を鋳込んで、硬質材部５に溶着している筒状の中間層１０を遠心力鋳造し、その後、硬質材部５と中間層１０とを内有した回転金型Ｇを起立させて、その両端に回転軸芯側基部鋳造用の上型、下型を連設して静置鋳型を構成し、球状黒鉛鋳鉄材料２の溶湯をその内部に鋳込んで、中間層１０に溶着している回転軸芯側基部３を静置鋳造し、回転軸芯側基部３の外周側に中間層１０を挟んで硬質材部５が溶着している円柱状の回転刃素材８を作成する　［鋳造工程］。
【００３９】
前記中間層１０は、化学組成が重量％で、Ｃ：１．０　〜２．５　％、Ｓｉ：０．２　〜３．０　％、Ｍｎ：０．２　〜１．５　％、Ｎｉ：４．０　％以下、Ｃｒ：４．０　％以下、Ｍｏ：４．０　％以下、Ｗ　，Ｖ，　Ｎｂ：総計で１２％以下、残部が実質的にＦｅからなる。
Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ　，Ｖ，　Ｎｂ（Ｃｏ）　は、硬質材部５を形成している耐摩耗鋳鉄材料４から混入した成分であり、硬質材部５の高合金成分が回転軸芯側基部３に混入することに起因する強靭性の劣化を防止することができる。
中間層１０は、回転軸芯側基部３に近い変態挙動であるため、硬質材部５に焼入れ熱処理を施しても、過大な残留応力が生じることがない。
【００４０】
尚、本実施形態においても、図１０に示すように、切削工程において、周方向で隣り合う刃部１間に回転軸芯側基部３の一部が露出するように、回転刃材料９の硬質材部５と中間層１０と回転軸芯側基部３とに亘って各刃部１を切削形成して、各刃部１の少なくとも先端部７を硬質材部５に形成してある破砕用回転刃Ａを製造しても良い。
その他の構成は第１実施形態と同様である。
【００４１】
〔その他の実施形態〕
１．本発明による破砕用回転刃は、硬質金属として、高速度工具鋼や合金工具鋼，高クロム鋳鉄やニハード鋳鉄などを使用してあっても良い。
２．本発明による破砕用回転刃は、軟質金属として、炭素工具鋼や片状黒鉛鋳鉄，黒鉛鋼などを使用してあっても良い。
３．本発明による破砕用回転刃の製造方法は、硬質材部を耐摩耗鋳鉄材料で筒状に静置鋳造した後、その内方に回転軸芯側基部を静置鋳造しても良い。
４．本発明による破砕用回転刃の製造方法は、硬質材部を耐摩耗鋳鉄材料で筒状に静置鋳造した後、その内方に中間層を筒状に静置鋳造し、更に、その中間層の内方に回転軸芯側基部を静置鋳造しても良い。
５．本発明による破砕用回転刃の製造方法は、単一の破砕用回転刃に対応する寸法の回転刃素材を鋳造し、その回転刃素材に刃部を切削形成して、単一の破砕用回転刃を製造しても良い。
６．本発明による破砕用回転刃の製造方法は、切削工程において、周方向で隣り合う刃部間に中間層の一部のみが露出するように、刃部を切削形成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】破砕用回転刃の平面図
【図２】破砕装置の要部平面図
【図３】破砕装置の要部斜視図
【図４】製造方法の説明図
【図５】製造方法の説明図
【図６】第２実施形態を示す製造方法の説明図
【図７】第３実施形態を示す平面図
【図８】第４実施形態を示す平面図
【図９】第４実施形態を示す製造方法の説明図
【図１０】第４実施形態の別例を示す平面図
【符号の説明】
１　　刃部
２　　軟質金属（軟質鋳鉄材料）
３　　回転軸芯側基部
４　　硬質金属（耐摩耗鋳鉄材料）
５　　硬質材部
７　　先端部
８　　回転刃素材
９　　回転刃材料
１０　中間層
Ｇ　　金型
Ｈ３　溶湯供給口

Claims (6)

1. 周方向で複数の破砕用刃部を設けてある破砕用回転刃であって、
   回転軸芯側基部を軟質金属で形成するとともに、その外周側に硬質金属を溶着して、前記刃部の少なくとも先端部を、硬質材部に形成してある破砕用回転刃。
2. 請求項１記載の破砕用回転刃の製造方法であって、
   前記硬質材部を耐摩耗鋳鉄材料で遠心力鋳造した後、前記回転軸芯側基部を、前記耐摩耗鋳鉄材料よりも軟質の軟質鋳鉄材料で前記硬質材部の内方に静置鋳造する鋳造工程と、
   前記硬質材部を軟化熱処理して、前記刃部を切削形成する切削工程と、
   前記硬質材部を焼き入れ熱処理する硬化熱処理工程とを設けてある破砕用回転刃の製造方法。
3. 前記鋳造工程において、前記回転軸芯側基部の外周側に前記硬質金属を溶着してある回転刃素材を鋳造し、
   前記切削工程において、前記回転刃素材を複数の円板状の回転刃材料に切断するとともに、その回転刃材料に前記刃部を切削形成する請求項２記載の破砕用回転刃の製造方法。
4. 前記鋳造工程において、前記硬質材部の内方に中間層を遠心力鋳造した後、その中間層の内方に前記回転軸芯側基部を静置鋳造する請求項２又は３記載の破砕用回転刃の製造方法。
5. 前記鋳造工程において、遠心力鋳造した硬質材部を内有している金型を起立させて、溶湯供給口をその金型の下部に接続し、
   前記溶湯供給口から前記硬質材部の内方に溶湯を供給して前記金型の上部からオーバーフローさせながら、前記硬質材部の内方に前記回転軸芯側基部を静置鋳造する請求項２〜４のいずれか１項記載の破砕用回転刃の製造方法。
6. 前記切削工程において、周方向で隣り合う刃部間に前記回転軸芯側基部又は前記中間層の一部が露出するように、前記刃部を切削形成する請求項２〜５のいずれか１項記載の破砕用回転刃の製造方法。

Images