JPH04231164A - 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

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は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
掘削用または浚渫用の歯部品と、粉砕機のフェルールと
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
起因する化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】本発明の提供するバイメ
タル鋳物部品の製造方法は、第１の鋳型内でインサート
を鋳造し、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の周囲に鋳造物を鋳造す
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。

【０００９】本発明方法では、２つの構成要素の種類と
形態とを適切に選択することによって使用時の摩耗部品
の作業を維持または最適化する摩耗プロファイルにする
ことができる。

【００１０】本発明の好ましい応用としては、特に掘削
用と浚渫用の尖った歯部品がある。本発明の好ましい１
実施態様では、この歯部品が硬度が６０〜６８Ｒｃの鋳
鉄またはクロム製のロッド状インサートと、このインサ
ートを包んだ硬度が約４５〜５０Ｒｃの加工可能な鋼の
支持部材とで構成されている。

【００１１】本発明はさらに、支持ハブを収容するため
めの中央凹部を有する円筒形または円錐台形の粉砕機用
フェルールを提供する。このフェルールは、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摩耗インサ
ートとによって構成され、互いに隣接する摩耗インサー
トは上記の展性のある鋳鉄の薄い層によって形成された
放射状フィン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フェル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部
分を有している。互いに隣接する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られた放射状突出リ
ブによって決めることができる。

【００１２】本発明の好ましい１実施態様では、インサ
ートがフェルールの底部から延びて反対側の底部の前方
で終わり、フェルールの反対側の底部には展性のある鋳
鉄で作られた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。

【００１３】

【実施例】図１と図２は本発明を公知の浚渫機の歯（浚
渫歯）に適用した１実施例を示している。この浚渫歯は
一端部に作業用先端部２０を有し、他端部に鐘型の凹部
２２を有する先が細くなった部材である。凹部２２は複
数の脚部材によって囲まれ、この脚部材の中に浚渫歯を
固定させる固定部材が挿入される。

【００１４】公知の浚渫歯は一般に普通鋼または硬度範
囲が４５〜５５Ｒｃのわずかに合金された合金鋼によっ
て作られており、摩耗、衝撃、場合によっては腐食を受
ける。 これらの影響度は作業する土地によって異なってくる。 激しい摩耗と大きな動力を加えた場合の浚渫歯の寿命は
数日間しかない。従来の浚渫機の問題点は鍛造で作った
鋼の歯しか備えていない点にある。すなわち、浚渫機が
次第に大型になってきているにもかかわらず、硬い鋼鉄
は鍛造することができないという理由で大型浚渫機にも
従来の浚渫機用の浚渫歯を使用している場合が多い。し
かし、このような状況は摩耗部品のコストを大きくする
だけでなく、作業の生産性も明らかに低下させる。これ
を改良するためによく用いられる方法は、歯の先端部を
構成する面を溶接によって肉盛りする「化粧（ｃｏｓｍ
ｅｔｉｑｕｅ）」法である。この方法は使用済みの浚渫
歯の場合の他に新品の浚渫歯にも用いられている。従っ
て、使用済みの短くなった歯でも、同じ材料に硬い材料
で構成されたキコップを被覆することによって歯の先端
部２０は常に図１、図２に示した形になっている。しか
し、この肉盛り法の機械的特性と支持体に対する結合品
質の制約から、肉盛り部分は反復して加わる大きな衝撃
には耐えることができないため、先端部が剥離したり、
急に鈍くなることが多い。そのため歯が摩耗する前に歯
の切削効率が失われる。新品の浚渫歯に肉盛りを行った
場合には、浚渫歯の先端部がその分だけ厚くなる。しか
し、浚渫歯に求められる要件は尖っていることと、この
尖りをできだけ長期間維持していることであるため、こ
の場合の浚渫歯の切削効率は当初から小さくなる。

【００１５】図３、図４は上記問題点を解決した本発明
の浚渫歯を示している。図３、図４から分かるように、
この浚渫歯は、先端部２０の端部から軸線に沿って延び
た円筒形のロッドの形をしたインサート２４を有してい
る。 このインサート２４は凹部２２の中空部内にわずかに突
出している。

【００１６】図３、図４に示した浚渫歯は２段階で製造
される。先ず、別の鋳型内で硬度が例えば６０〜６８Ｒ
ｃのクロム含有量の大きい鋳鉄を用いてインサート２４
を鋳造する。次いで、このインサート２４を浚渫歯の形
に一致した鋳型内に入れ、硬度が４０〜５０Ｒｃの鋼鉄
を用いてインサート２４の周囲に浚渫歯を鋳造する。後
者の鋳造によってインサート２４と先端部２０との間に
冶金的接続が達成され、それによって溶接を用いた肉盛
り法に固有の欠点が無くなる。

【００１７】インサート２４と浚渫歯の残り部分によっ
て構成された支持部とを分析することによって、インサ
ートと支持部とによって形成された浚渫歯全体の焼き入
れ時に所望の硬度が得られるように調節することができ
る。インサート２４はその硬度によって摩耗に対する耐
久性が向上し、一方、支持部は相対的に展性が高いので
破損に対する耐久性が向上し、これら両者によって浚渫
歯の耐久寿命が長くなる。しかも、２つの材料の合金化
によって浚渫歯の耐久寿命と性能とを向上させるのに好
都合な相乗効果が生まれる。すなわち、材料を適切に選
択することによって、摩耗度の差を補正し、摩耗（硬い
インサートによって摩耗は遅くなるが）　が進行する間
の浚渫歯先端部の形を尖った状態に維持するように２つ
の材料の硬度を正確に調節することができる。換言すれ
ば、力をより強く受ける部分すなわちインサート２４は
耐摩耗性が高く、受ける力が相対的に小さい支持部は耐
摩耗性が小さいので、２つの材料は同時に摩耗し、その
結果、先端部の輪郭形状が維持できる。すなわち、本発
明の浚渫歯は使用する間に自動的に研がれ、その結果、
耐久寿命が長くなると同時に、使用する間に浚渫工具の
性能が向上する。

【００１８】以上の説明は例として浚渫歯を参照したが
、同様な方法でその他の機械、例えば掘削機、シャベル
機械等の摩耗歯を製造することができるということは明
らかである。

【００１９】図５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６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３
０との間の摩擦を避けるために、粉砕ローラ３２は図５
に示したように円錐台形をしている。また、図６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。

【００２０】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。これら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されている。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で
鋳造した後、高精密に加工し（場合によっては内径を公
差Ｈ６にする）、ハブを装着している。このフェルール
の摩耗は、使用とともに、一般に半径方向の断面で円形
の線に沿った全ての点で均一に進行する。これとは反対
に、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。また、作業
面が徐々に研磨され、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のが不可
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。

【００２１】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７に示したようなインサートを有する
フェルールを備えている。すなわち、本発明ではフェル
ールが、機械加工可能な展性のある鋳鉄の環状支持部材
４４と、この環状支持部材４４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インサート４２
とで構成されている。このインサート４２は例えば鋳鉄
またはクロム製で、フェルールの作業摩耗面を形成する
。

【００２２】本発明の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８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、フェルールの半
径方向湾曲面に沿ってわずかに円錐台形断面になったほ
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。

【００２３】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５２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
５２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
ンを形成することにある。空間５２にできる放射状フィ
ンの目的は、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。 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。

【００２４】上記のようなインサートを用いて製造した
フェルールは公知の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。

【００２５】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。

【００２６】図９〜図１１は、母線に沿った摩耗プロフ
ィル（輪郭）を補償可能なフェルールの一実施態様を示
している。すなわち、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し、粉砕ローラと回転台と
の間にポケットが形成ができる図５に示したローラ式縦
型粉砕機の場合には、母線に沿って摩耗プロフィルが不
規則になるのは良くない。特に、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。この欠点は第５図に示すような母線が直角な粉
砕ロールの場合には特にひどくなる。この場合には、本
発明の方法を応用して、インサートの形を変え、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。図９、図１０に
示したフェルール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、粉砕ローラの展性鋳鉄の支
持部材６４の一部である外側端縁部に外周クラウン６４
ａ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１
１はこのフェルール６０の摩耗の進行状態を示している
。プロフィルＡは、未使用の新品のフェルール６０の外
側輪郭を示し、実線Ｂは、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プロフィルの進行状態を
示しており、破線Ｃは図１０のフェルールによって補償
した展性の大きな外側端縁部を有する摩耗プロフィルの
進行状態を示している。

【図面の簡単な説明】

【図１】公知の浚渫歯の縦断面図。

【図２】図１の浚渫歯の側面図。

【図３】図１に対応する本発明で作った浚渫歯の縦断面
図。

【図４】図１に対応する本発明で作った浚渫歯の側面図
。

【図５】縦型粉砕機の概念図。

【図６】上記粉砕機の粉砕位置の詳細図。

【図７】本発明による粉砕ローラのフェルールの斜視図
。

【図８】粉砕フェルールに設けられる本発明のインサー
トの１つの斜視図。

【図９】図７のフェルールの別の実施態様の半径方向の
断面図。

【図１０】図７のフェルールの別の実施態様の軸方向の
断面図。

【図１１】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】

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１の鋳型内でインサートを鋳造し、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
   内でインサートの周囲に鋳造物を鋳造することからなる
   バイメタル鋳物部品の製造方法。
2. 【請求項２】上記インサートが耐摩耗性の高い材料で作
   られ、鋳物部品の他の部分が機械的外力に耐久性のある
   展性の高い材料で作られているような請求項１に記載の
   方法によって製造されるバイメタル摩耗部品。
3. 【請求項３】請求項１に記載の方法によって製造される
   堀削用および浚渫用の尖った歯。
4. 【請求項４】硬度が６０〜６８Ｒｃのクロム含有鋳鉄で
   作られたロッド状のインサート（２４）と、このインサ
   ートを覆った硬度が約４５〜５０Ｒｃの機械加工可能な
   鋼で作られた支持部材とによって構成される請求項３に
   記載の歯。
5. 【請求項５】機械加工可能な展性のある鋳鉄で作られた
   支持部材（４２）と、この支持部材（４２）の表面に母
   線に沿って縦方向に埋込まれた摩耗インサート（４４）
   とによって構成され、互いに隣接する摩耗インサート（
   ４４）は上記の展性のある鋳鉄の薄い層によって形成さ
   れた放射状フィン（５２）によって互いに分離されてい
   ることを特徴とする請求項１に記載の方法によって製造
   された支持ハブを収容するためめの中央凹部を有する円
   筒形または円錐台形の粉砕機用フェルール。
6. 【請求項６】各インサート（４４）が摩耗部品を構成す
   るほぼ平行６面体の部分（４６）を有し、この部分（４
   ６）が上記の展性のある鋳鉄との連結区域を構成する「
   蟻溝」形の断面を有する長い咽部（４８）を介してフェ
   ルールの中心に向かって放射状に延びているような請求
   項５に記載のフェルール。
7. 【請求項７】各インサート（４４）の縦方向側面上に、
   互いに隣接するインサート間の間隔を決定する少なくと
   も１つの放射状に突出したリブを有するような請求項６
   に記載のフェルール。
8. 【請求項８】インサート（６２）がフェルール（６０）
   の底部から延びて反対側の底部の前方で終わり、フェル
   ール（６０）の反対側の底部には上記の展性のある鋳鉄
   で作られた外周クラウン（６４ａ）　が形成されている
   ような請求項５〜７のいずれか一項に記載のフェルール
   。
9. 【請求項９】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ような請求項５〜８のいずれか
   一項に記載のフェルール。