JP2799250B2 - バイメタル鋳物の製造方法と、この方法で製造される摩耗部品 - Google Patents

バイメタル鋳物の製造方法と、この方法で製造される摩耗部品

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は２種類の金属からなる
（バイメタル）鋳物の製造方法と、この製造方法によっ
て製造される摩耗部品、特に粉砕機の粉砕ロールの環状
フェルールに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】多数の摩耗部品、例えば粉砕機の分野で
用いられる摩耗部品は被粉砕物中で大きな械的な力を受
け、摩耗によって作業面が大きく損耗する。これらの摩
耗部品は耐摩耗性が大きく、機械的衝撃に対する耐久性
が高いことが望ましく、場合によっては機械加工可能な
展性が望まれている。これらの諸特性は互いに両立しな
いということは知られている。確かに、互いに反対な２
つの特性を折衷した鋼を選択することはできるが、その
場合には耐摩耗性または展性を必然的に犠牲にすること
になる。この折衷案ではなく、摩耗を受ける部分を耐摩
耗性に優れたクロム鋳鉄にし、それを展性のある鋼のコ
アで支持した複合部品も公知である。この複合部品では
摩耗部品の摩耗を小さくすると同時に、コアの加工も可
能になり、コアが破損するのを防ぐこともできる。さら
に、各構成要素を適切に選択することによって製造コス
トを下げることもできる。
【０００３】このような複合部品すなわちバイメタル部
品の製造方法としては種々の方法が公知である。例え
ば、ルクセンブルグ国特許ＬＵ−64,303号は、互いに異
なる特性または相補的な特性を有する材料を順次鋳造し
て複合部品を製造する方法を提案している。しかし、こ
の方法には２つの制約がある。先ず、この方法では鋳造
される２つの金属の間に水平な分離面が存在する必要が
する。さらに、２つの金属を順次鋳造して、２つの金属
間に正確な冶金接合を形成させるためには、部品をかな
り大きくしなければならない。これらの２つの制約によ
って上記特許が提案する解決方法の応用範囲は限定され
ている。
【０００４】また、溶接によってバイメタル摩耗部品を
作ることも公知である。溶接による接合方法では被結合
構成要素の形に格別な制約は理論的にはないが、実際に
は、多くの制約（これは使いる溶接法に依存する）があ
る。さらに、脆性のある材料に溶接法を用いる場合に
は、その加熱・冷却サイクルを完全に制御する必要があ
り、また、被結合面の位置を極めて正確に決定する必要
がある。従って、溶接による接合はコストが大幅に高く
なり、用途が限定される。
【０００５】また、ロー付けによる接合法でバイメタル
部品を製造することも公知である。この技術では種々の
形の構成要素を接合することができるが、この技術では
接触面を極めて正確に加工することが要求され、また、
極めて正確な位置決め装置が必要である。高温ロー付け
では、溶接に匹敵する機械特性が付与できるが、信頼性
のある接合を達成するためには細心の注意で操作を行う
必要があり、また、特殊な炉、特に真空炉が必要であ
る。従って、製造コストがかなり高くなる。低温ロー付
けは接着法と同じで、確かにコストは低くなるが、接合
部の機械的特性は明らかに劣るので大きい外力を受ける
摩耗部品としては不適当である。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、各構
成要素自体の特性に起因する効果だけでなく、２つの構
成要素を同時に用いたことによって生じる有利な相乗効
果すなわち各構成要素の形状、寸法および材料の選択に
起因する相乗効果を有するバイメタル鋳物の新規な製造
方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は耐摩耗性の高い
材料からなるインサートを第１の鋳型内で鋳造し、鋳造
されたインサートを第２の鋳型に入れ、この第２の鋳型
内でインサートを取り周む部分に展性の高い材料を鋳造
する２種類の金属からなる鋳物部品の製造方法におい
て、互いに隣接するインサート間の空間を規定するため
の少なくとも１つの突出リブがインサートの少なくとも
１方の縦方向側面に形成されるように第１の鋳型内でイ
ンサートを鋳造し、互いに隣接するインサートがこの突
出リブによって規定される空間だけ離れた状態で各イン
サートを第２の鋳型の外周部に互いに並べて配置し、第
２の鋳型の残りの空間および各インサート間の空間を満
たすように展性の高い材料を第２の鋳型内で鋳造し、イ
ンサートと展性の高い材料との間の結合を冶金結合では
なく、インサートの形状による機械的結合にしたことを
特徴とする方法を提供する。
【０００８】本発明はさらに、摩耗部品の最大摩耗箇所
に耐摩耗性の高い材料で作られたインサートが配置さ
れ、このインサートが機械的外力に耐えることのできる
展性の大きな材料の中に埋込まれている上記方法によっ
て製造されるバイメタル摩耗部品を提供する。本発明方
法では、２つの構成要素の種類と形状とを適当に選択す
ることによって使用中に摩耗部品の作業を維持または最
適化するような摩耗形状に形作ることができる。
【０００９】本発明は円筒形または円錐台形の粉砕機用
ロールを提供する。この粉砕機用ロールは支持ハブを収
容するためめの中央凹部を有し且つ機械加工可能な展性
のある鋳鉄で作られた支持部材と、この支持部材の表面
の母線に沿って縦方向に埋込まれた耐摩耗性のインサー
トとによって構成され、互いに隣接するインサートは展
性のある鋳鉄で形成された放射状フィンの薄い層によっ
て互いに分離されている。各インサートは展性の有る鋳
鉄との接続部を構成する「蟻溝」形断面の長い喉部を有
し且つロールの中心に向かって放射状に延びた摩耗部品
を構成するほぼ平行六面体の外側部分を有している。互
いに隣接した２つのインサートの間の間隔はインサート
の縦方向側面に設けた放射状突出リブで決めることがで
きる。
【００１０】本発明の好ましい１実施態様では、インサ
ートがロールの片側から延びて反対側の前方で終わり、
ロールの反対側には展性のある鋳鉄からなる外周クラウ
ンが形成されている。本発明の上記以外の特徴と利点
は、添付図面を参照した下記実施例の説明からより明ら
かとなろう。しかし、以下の実施例は本発明を何ら限定
するものではない。
【００１１】
【実施例】 図１はローラ式縦型粉砕機に本発明によって
作った複合摩耗部品を応用した場合の本発明の他の好ま
しい実施例の概念図である。この粉砕機は、例えば石
炭、クリンカの粉砕に使用される。この粉砕機は基本的
に回転台30と、その上を転動する粉砕ローラ32とによっ
て構成されている。被粉砕物は中央供給路34を介して導
入され、回転台30上に落下し、回転台30と粉砕ローラ32
との間で押潰され、粉砕される。図２に示すように、粉
砕物は回転台30の周辺部から供給される熱風上昇流によ
って運ばれながら、重力作用と粒度分級機36によって分
離される。粉砕ローラ32と回転台30との間の摩擦を避け
るために、粉砕ローラ32は図１に示したように円錐台形
をしている。また、図２の実施例のように、粉砕ローラ
40の転動面を凸状にすることもできる。この場合回転台
30には対応する環状凹部を形成する。
【００１２】粉砕ローラは一般にハブに支持された円錐
台形または円筒台形の環状のフェルール(frette)によっ
て構成されている。この粉砕ローラは粉砕時に生じる摩
耗に十分な抵抗力を有すると同時にハブに取付けできる
ように機械加工できる必要がある。一般に、公知の環状
フェルールはNi硬質鋳鉄またはクロム鋳鉄を鋳造し、精
密加工し（場合によっては内径を公差Ｈ６にする）てか
らハブを取付ける。この環状フェルールの摩耗は使用と
ともに一般に半径方向断面で円形の線に沿った全ての点
で均一に進行するが、母線に沿った摩耗は一般に均一で
はなく、端縁部、特に外周端縁部が中央部より遅く摩耗
する。しかも作業面が徐々に研磨されるため、環状フェ
ルールと被粉砕材料との間でスリップが生じる。その結
果、作業面の形が変わり、隙間調整機構を用いて粉砕の
最適条件を設定することが不可能になる。また、被粉砕
材料とフェルールとの間が滑ると摩耗が激しくなる。特
に被粉砕材料が湿っていると粉砕量が減少する。
【００１３】これの欠点を解消するために、本発明が提
案する粉砕機は図３に示したようなインサートを有する
環状フェルールを備えている。すなわち、本発明の環状
フェルールは機械加工可能な展性のある鋳鉄で作られた
環状の支持部材42と、この支持部材42の内部に埋め込ま
れた耐摩耗性に優れた材料で作られた外周端縁部のイン
サート44とで構成されている。このインサート44は例え
ば鋳鉄またはクロム製で環状フェルールの作業摩耗面を
形成する。
【００１４】本発明の環状フェルールを作る場合には、
先ず、適切な鋳型内でインサート44を別体に鋳造する。
このインサート44は図４の斜視図に示した形をしている
のが好ましい。このインサート44は断面形状が略截頭台
形をしたほぼ平行六面体の外側部分46を有している。こ
の外側部分を底部すなわち環状フェルールの内側に向か
って延ばした脚部48の半径方向断面は次第に狭くなっ
て、支持部材42との接続区域を構成する「逆蟻溝」形の
咽部になっている。各インサート44の外側部分46の縦方
向側面の少なくとも１方、図示した実施態様では両方の
縦方向側面に、少なくとも２つの突出リブ50が形成され
ている。
【００１５】次いで、インサート44を鋳型の全外周縁部
を覆った状態で環状フェルール鋳造用鋳型に入れる。す
なわち、各インサート44は、そのリブ50が相互に接触
し、互いに並置された２つのインサートの間にリブ50の
高さ分の空間（後で説明する放射状フィン52が鋳造され
る空間）ができるように並置される。このリブ50の目的
は、支持部材42を鋳造する際に上記空間内に展性のある
鋳鉄を流入させて、互いに隣接する全てのインサート44
の間に細い展性鋳鉄の放射状フィン52を形成することに
ある。空間にできる放射状フィン52の目的は、ローラの
作動時に、展性合金を優先的に摩耗させてインサート44
間に溝を形成させ、この溝の中に被粉砕物質を捕捉する
ことにある。従って、最適収率を得るためには、使用材
料の摩擦特性、被粉砕物質の粒度および尖り具合に応じ
て各インサート44間の間隔を選択しなければならない。
【００１６】すなわち、インサート44の形は複数の基準
によって決定され、被粉砕物質を細くするのに最適な外
周ピッチとなるような幅と間隔にしなければならない。
各インサート44の脚部48は上記の形状をしているので、
インサート44と支持部材42との間に良好な機械的接続が
達成され、鋳鉄またはクロム製インサート内部の応力集
中を最小にすることができる。本発明のインサート44は
半径方向高さが大きいので、使用可能な厚さが大きくな
り、使用寿命の最後まで良好な機械的接続を維持するこ
とができる。また、インサート44の位置はリブ50を用い
ることによって鋳型内で容易に調節することができる。
【００１７】上記のようなインサートを用いて製造した
環状フェルールは公知の環状フェルールに比較して多く
の利点を有している。先ず、支持部材は展性があるの
で、その機械加工と取付け作業が容易になり、コストが
易くなる。また。この展性によって、使用中の疲労およ
び静的外力によって部品全体が突然破損するといった危
険性が少なくなる。さらに、機械加工が極めて困難で且
つコストが高いクロム含有量の多い超高硬度（65Rc以
上) の鋳鉄を使用することができると同時に、本発明の
製造方法では高価なクロム含有鋳鉄の使用率を向上させ
ることができる。
【００１８】各々の材料の特性に固有な利点である上記
の利点に加えて、上記材料を組み合わせることによる相
乗効果が生まれ、別の利点が生まれる。例えば、焼入れ
時のマルテンサイト変態時にクロム含有鋳鉄は膨張し、
一方、展性鋳鉄は冷却終了時に線状に収縮するので、イ
ンサートを圧縮することができる。このように作業面が
圧縮されることによって耐疲労強度が向上し、場合によ
って、耐摩耗性が良くなる場合もある。また、さらに、
被粉砕物質を補足するのに適したインサート間隙を作る
ことができるとともに、摩耗面に初期形状を維持させる
ことができる。その結果、本発明方法によって作った環
状フェルールの耐摩耗性、機械的信頼性および使用期間
中の粉砕量を大きくすることができる。
【００１９】図５〜図７は、母線に沿った摩耗プロフィ
ル（輪郭）を補償することが可能な環状フェルールの一
実施態様を示している。すなわち、図１に示したローラ
式縦 型粉砕機の場合には被粉砕材料がローラの母線に沿
って回転台上を放射方向に移動するので、粉砕ローラと
回転台との間にポケットが形成されると良くない結果に
なる。従って、母線に沿った摩耗形状が不規則になるの
は特に良くない。実際に、摩耗層の使用可能厚さ全体が
摩耗する前に粉砕ローラを早期に取替えたり、再加工す
ると、粉砕量は定格粉砕量の50％まで低下する。また、
粉砕ローラと回転台との間のあまり摩耗していない端部
間では、金属同士が接触して摩耗部品が急速に劣化す
る。これらの欠点は第１図に示すような平らな回転台に
対して粉砕ロールの母線が直角な場合には特にひどくな
る。この場合には、本発明により図５、図６に示すよう
にインサートの形状を変え、特性の異なる２つの材料を
用いて、摩耗が小さい区域の摩耗を他の区域より大きく
することができる。
【００２０】すなわち、図５、図６に示した環状フェル
ール60のインサート62は母線全体に渡って延びているの
ではなく、粉砕ローラの外側端縁部には、展性のある鋳
鉄の支持部材64の一部からなる外周クラウン64ａが残さ
れている。この粉砕ローラでは、この外側端縁区域で意
識的に急速な摩耗を生じさせることによって、通常は緩
慢であるこの区域の摩耗を補償している。図７は環状フ
ェルール60の摩耗の進行状態を示し、プロフィルＡは未
使用の新品の環状フェルール60の外側輪郭を示し、実線
Ｂは環状フェルールが母線全体に均一な硬度を有してい
た場合の摩耗形状の進行状態を示し、破線Ｃは外側端縁
部を展性の大きな材料で補償した図６の環状フェルール
の場合の摩耗形状の進行状態を示している。
【図面の簡単な説明】
【図１】 縦型粉砕機の概念図。
【図２】 図１の粉砕機の粉砕位置の詳細図。
【図３】 本発明による粉砕ローラの環状フェルールの
斜視図。
【図４】 環状フェルールを構成する本発明のインサー
トの１つの斜視図。
【図５】 図３の環状フェルールの別の実施態様の半径
方向の断面図。
【図６】 図３の環状フェルールの別の実施態様の軸方
向の断面図。
【図７】 環状フェルールの外周端縁部の摩耗状態を示
す図。
【符号の説明】
30 回転台 32 粉砕ローラ 34 中央供給路 36 分級機 42 支持部材 44 インサート 50 リブ 52 放射状フィン 60 環状フェルール 62 インサート 64ａ 外周クラウン
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 実開 平２−81634（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭63−32643（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭57−31950（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B22D 19/00 B22D 19/06 B02C 15/04 E02F 9/28 E21B 10/46

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 耐摩耗性の高い材料からなるインサート
    を第１の鋳型内で鋳造し、鋳造されたインサートを第２
    の鋳型に入れ、この第２の鋳型内でインサートを取り周
    む部分に展性の高い材料を鋳造する２種類の金属からな
    る鋳物部品の製造方法において、 互いに隣接するインサート間の空間を規定するための少
    なくとも１つの突出リブがインサートの少なくとも１方
    の縦方向側面に形成されるように第１の鋳型内でインサ
    ートを鋳造し、互いに隣接するインサートがこの突出リ
    ブによって規定される空間だけ離れた状態で各インサー
    トを第２の鋳型の外周部に互いに並べて配置し、第２の
    鋳型の残りの空間および各インサート間の空間を満たす
    ように展性の高い材料を第２の鋳型内で鋳造し、インサ
    ートと展性の高い材料との間の結合を冶金結合ではな
    く、インサートの形状による機械的結合にしたことを特
    徴とする方法。
  2. 【請求項２】 展性の高い材料で作られた鋳造物で作ら
    れた支持体(42)を有し、この支持体(42)の外周表面上に
    はこの支持体の母線に沿って耐磨耗性材料からなる一連
    のインサート(44)が埋め込まれており、各インサート(4
    4)の少なくとも一つの縦方向側面には互いに隣接するイ
    ンサート間の空間を規定する少なくとも１つの突出リブ
    (50)が形成されており、互いに隣接した２つのインサー
    ト(44)は上記展性の高い材料の鋳造物よりなる放射方向
    フィン(52)によって離されており、インサート(44)と支
    持体との間の結合はインサート(44)の幾何形状による機
    械的結合であることを特徴とする、中心に支持ハブが挿
    入される孔を有する請求項１に記載の方法で作られた円
    筒形または截頭円錐形のローラ。
  3. 【請求項３】 各インサート(44)が、耐磨耗部を形成す
    る略平行六面体の外側部分(46)と、この外側部分(46)か
    らローラの中心へ向かって放射方向へ延びた脚部(48)と
    で構成され、脚部(48)が展性の高い材料の支持部(42)と
    の接合区域を形成する喉部を有する請求項２に記載のロ
    ーラ。
  4. 【請求項４】 インサートが硬度が 65Rc 以上のクロム
    含有鋳鉄で作られている請求項２または３に記載のロー
    ラ。
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