复合压辊的制造技术

专利名称：复合压辊的制造技术
技术领域：
本发明总体上涉及复合压辊的制造，包括使用焊接以获得分层的或立体分布特性
来改进整个辊子的性能和/或寿命。尤其是，本发明涉及被一种或堆焊组合物覆盖的金属基底。 在本申请中为了简化目的，任何对"焊接"的提及指的是"焊接、镀层和硬面"，任何 对"被焊接"的提及指的是"被焊接、被镀层和/或被硬面化"。 通篇中的"制造"一词不仅用于被焊接辊子以及其它类似金属部件的主要生产，还 用于该种部件的整修。
背景技术：
复合辊的一种应用是用来将材料碾压至贸易中可接受的精度的压辊。例如，压辊 用作矿石破碎机和用于水泥制造的原料、炼砖、粒状高炉矿渣破碎机。 应该明白，使用复合辊的许多应用场合要求复合压辊是耐用的以承受巨大压强和 力。因此，复合辊制造所提供的部件，是在恶劣和苛刻的工作环境中使用，在该环境中能够 耐受磨损、附着、腐蚀、氧化和/或侵蚀很重要。 —种公知的提供这种耐用复合辊的方法是制造一种包括金属底部或基底的复合 辊，该金属底部或基底被焊接在一个或多个基底表面上。这种基底可从各种材料中选择，公 知的合适材料包括非合金或合金钢或其它合金。以这种方式，得到包括被焊接的、硬的耐磨 涂层的基底。该涂层可通过焊接被施加，由所用的涂层材料特性所限制使得焊接后有微小 的厚度增加。这种涂层方法具有的问题包括涂层的硬度越增加(期望其增加辊子的寿命和 效果)，越难施加该涂层并且该涂层对裂化越敏感。因此在使用硬化材料和使用该涂层方法 的辊子的寿命和操作效果之间有一个折衷。 另一种公知的提供耐用复合辊的方法是在W02008/125445中描述的并被转让给 Polysius AG。根据W02008/125445，提供一种具有型材(profiled member)的高压床辊磨 机，型材被插入沿辊子体间隔开的孔。所述型材为棒状并且一般由碳化钨合金制成。这种 插入方法所具有的问题是随着时间流逝，基底会变形并且棒会被移位。随后很难修复辊磨 机并且很耗时，对于拥有该辊磨机的工厂导致了费用浩大的操作上的停工。

发明内容
因此，本发明的一个目的是提供一种复合辊，其克服或至少减轻现有技术复合辊 的问题。 根据本发明的第一个方面，提供一种如权利要求1所述的复合辊。 根据本发明的第二个方面，提供一种如权利要求17所述的复合辊的制造方法。 根据本发明的第三个方面，提供一种如权利要求18所述的复合辊的制造方法。 根据本发明的第四个方面，提供一种如权利要求19所述的复合辊的制造方法。 较佳的特征记载在从属权利要求中。
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根据本发明的第一实施例，通过锻造或铸造的方式制造辊子基底，该辊子基底最 好被加工或碾压成圆柱形。通常制造该基底之后紧随的是一系列非破坏性试验以确保其坚 实。在通过焊接将腔体填满之后，在圆柱形基底的外部加上包含所需的该立体腔体的独立 结构或构造。 根据本发明的第二实施例，铸造出带有表面腔体的辊子基底，或将辊子基底(铸 造或锻造)加工或处理以生成表面腔体。紧随其后的是一系列非破坏性试验以确保其坚 实。在此情况下，腔体结合在基底中并且通过焊接被直接填满。 较佳的，立体构造的腔体可以是椭圆形、半球形的、蜂窝结构的或任意其它合适的 单个形状或组合。根据本发明，这些腔体可通过焊接填充并且与基底的完整熔接导致复合 辊在形状上构成整体。 如果基底被指定或生产为一组既定的特性，如果焊接材料( 一种或多种)被指定 并生产为另一组既定的特性，并且如果堆焊的几何形状被设计成以获得空间方向性，则完 成的辊子作为整体会具有适于使用的另一组既定的特性并且不能通过单独一种材料而获 得。 本发明的其它实施例根据下述变更例来说明。 根据本发明的第一变更例，包含立体堆积的被焊接的组件随后在部分圆柱体表面 或整个圆柱体表面被一层或多层堆焊包覆，以获得特定的性能。 根据本发明的第二变更例，复合辊上的焊态(asielded)表面可被加工或碾压以 改进样子，粗糙度或几何形状。 根据本发明的第三变更例，具有W02007/028990中所揭示的装置，其内容通过整
体引用完全合并在此，并且包括在焊接位置的焊接装置，支撑将通过在焊接位置的焊接装
置被焊接的部件的装置，以及设置成加工这样焊接部件的表面的最终加工装置。 较佳的，制备的辊子基底被放置在类似车床的设备中，该设备允许其旋转及可能
的分度(indexing)以便于焊接沉积。 较佳的，在使用或不使用气体屏蔽的情况下，在一个或多个焊头的帮助下进行焊 接。 优选的，焊接之后同时存在或紧接着的是加工设备，包括设置成加工被焊接的部 件表面的加工装置；该设备的特征包括铣头或研磨头，从而制造出比焊态部件更光滑的成
品表面o 根据本发明的第四变更例，提供一种制造和加工焊接部件的方法，该方法包括焊
接部件的表面，然后在远离与焊接装置相同的位置对这样焊接后的部件进行加工。 根据本发明的第五变更例，腔体的焊接可以在最少的操作者参与的情况下通过焊
接机按照所编程的次序自动执行，从而增加了生产效率。 根据本发明的第六变更例，焊头在焊接过程中与保持辊子的主轴或主轴箱同步移
动以增加可重复性和精确度。在图8中，焊头和主轴箱的标号分别为3和23。 根据本发明的第七变更例，可以同时使用多个焊头以提高效率。 较佳的，所有实施例中，焊接和熔接都提供一种在腔体内稳固地包含高耐磨材料
的方法。


现在仅通过示例并结合

本发明的实施例和变更例，其中 图1是说明制造复合辊的流程图； 图2是复合辊的平面示意图； 图3是说明制造复合辊的流程图； 图4是复合辊的平面示意图； 图5是根据本发明的腔体的示意图，该腔体包括熔接的高耐磨材料； 图6是根据本发明的操作中的一对复合辊的示意图； 图7是根据本发明的复合辊的一部分和多个腔体的示意图； 图8是适于本发明使用的公知的焊接设备的示意具体实施例方式
根据图l，其为根据本发明第一实施例及其变更例描述复合辊的制造的流程 图，其包括使用本领域的现有技术制造钢基底的第一步骤100。这种现有技术包括锻造 (forging)禾口铸造(casting)。 第二步骤102包括将钢基底的外表面加工成圆柱形。第三步骤104包括检查钢基 底以确保结构的完整性和尺寸正确。第四步骤106包括将外部立体结构附装到基底的外表 面。现在描述的具体实施例中外部立体结构是具有腔体的钢网。随后的第五步骤108包括 将具有外部网的钢基底应用到焊接装置。 步骤110、 112、 114、 116和118描述了在熔化处理过程中将高耐磨材料填充到腔体 中的同时，操作焊接装置的多个变更例。按照步骤118，外部网的腔体被高耐磨材料连续和 自动地填充。按照步骤116，在焊头移动的同时基底被同步滚动，并且按照步骤114，使用多 个焊头。 对于步骤114、 116和118描述的各个变更例，一个或多个焊头和加工装置可以处 在相同位置110，S卩，作为同一个焊接机的部分，或替代的，加工装置可以位于远离焊头的位 置112。 步骤120和122包括其他的变更例。在步骤120，在高耐磨材料熔化之后，附加的 焊接层被施加到基底上。在步骤122，基底完成的表面被加工。 参考图2，其为根据第一实施例及其变更例制造的复合辊的平面示意图，包括由立 体构造204包围的铸造的或锻造的钢基底202。立体构造204通过焊接填充有高耐磨材料， 并且从而在焊接处理过程中熔合到钢基底的表面。以这种方式，钢基底202和立体构造为 一体完整的部件，其具有包括高耐磨材料的嵌入腔体。 参考图3，其为根据第二实施例及其进一步变更例描述复合辊的制造的流程图，其 包括锻造不带腔体的基底的第一可选步骤300。随后，在第二步骤302中基底被加工成圆柱 形。替代的第一可选步骤304是铸造出的基底在基底的外表面带有腔体。在第二可选步骤 304之后，或第一可选步骤300和第二步骤302之后是第三步骤306，该步骤中基底的结构 完整性和尺寸的正确被确认。 在第四步骤308，外部立体结构被附装到基底的外表面。现在描述的具体实施例中 该外部立体结构是具有腔体的钢网。随后的第五步骤310包括将具有外部网的钢基底应用
5到焊接装置。 替代的第四步骤312包括利用切割工具在基底的表面上形成腔体，切割工具包括 激光切割机或水喷射器。本领域的技术人员应该知道其他合适的切割机。在替代的第四步 骤312之后，带有腔体的外部结构可以被附装(如第四步骤308所示)，或者随后的步骤是 第五步骤310。 步骤314、316、318、320和322描述了在熔化处理过程中将高耐磨材料填充到腔体 中的同时，操作焊接装置的多个变更例。按照步骤322，外部网的腔体被高耐磨材料连续和 自动地填充。按照步骤320，在焊头移动的同时基底被同步滚动，并且按照步骤318，使用多 个焊头。 对于步骤318、320和322描述的各个变更例， 一个或多个焊头和加工装置可以处 在相同位置314，S卩，作为同一个焊接机的部分，或替代的，加工装置可以位于远离焊头的位 置316。 步骤324和326包括其他的变更例。在步骤324，在高耐磨材料熔化之后，附加的 焊接层被施加到基底上。在步骤326，基底完成的表面被加工。 参考图4，为根据第二实施例及其变更例制造的复合辊的平面示意图，其包括具有 填充了高耐磨材料352的腔体的、铸造的或锻造的钢基底350。高耐磨材料被熔合到腔体中 并从而稳固地结合在基底内。 从图5可最好地看出，阐示了根据本发明的包括熔化的高耐磨材料502的腔体500 的特写示意图。高耐磨材料502由硬基底504包围，该基底在本实施例中构成钢复合辊的 一部分。 对这种高耐磨材料的选择包括选自公知的硬面合金的材料。公知的硬面合金有 包括碳化物、氮化物和硼化物的合金。本领域的技术人员应当知道正确选择的这种材料是 可以利用焊接处理熔化到腔体内并且具有很强的耐压强和压力的特性。
可从英国焊接合金有限公司(Welding Alloys Ltd, UK)获得合适材料的具体例 子，包括从产品编号MC-0得到的碳化铬和从产品编号CN-0 ;CNV-0得到的复合碳化物。
图6是根据本发明的一对操作中的复合辊600、602的示意图。第一复合辊600包 括成排的腔体604，各腔体分别包括熔接的高耐磨材料606。同样的，第二复合辊602包括 成排的腔体608，各腔体分别包括熔接的高耐磨材料610。 在操作中，需压碎的颗粒612在一对转动的复合辊600、602之间通过，该对辊子以 箭头所示的方向侧向向颗粒612施加压力以将颗粒压碎成粉末。 参考图7，颗粒612被示出在与该对复合辊600、602所施加的力的方向平行的角度 撞击成排的腔体604。 如图5、6和7所示，耐磨材料以既定的方位被布置使得可以最好的耐受颗粒612 在接触点产生的压力。压力也被包围的硬基底504分散。 在仅有腔体的实施例、具有外部立体结构的实施例或者采用两者结合的实施例 中，使用腔体结构的其他优点如下 (1)用于耐磨的硬材料往往很脆并且对诸如腔体的边缘等应力集中的地方很敏 感。在这些边缘处，公知的现有技术的装置中的材料会破裂并脱开。根据本发明，材料被熔 接并被包含在腔体内，所以边缘处不会被暴露，导致在该点减少破损。
(2)腔体结构使其可以组合不同特性的材料，从而生成更强更耐用的组件。
(3)可以设计具有特殊空间分布(例如在一个方向伸长)的腔体结构以适用于既 定应用或既定部件形状的应力。例如，可以将腔体(或硬金属单元)定位成使得其具有与 处理中的金属流动平行或垂直的轴线，来获得既定的性能。得到的组件是各向异性的。
参考图8，其为适于本发明使用的公知的焊接设备的示意图，包括W02007/028990 中描述的焊接装置l，该专利的内容通过应用整体合并在此。 参考图8，用于制造在轧钢厂使用的硬面辊子(未示出)的设备l，包括在包覆位 置的四个主要部件，即大致以符号2标示的与车床类似的装置，用于旋转地支撑金属圆柱 体(未示出)，该圆柱体作为基底通过电弧焊用金属包覆；大致以符号3标示的电弧焊装 置，用于将金属包覆金属圆柱体的表面；大致以符号4标示的装置，用于加工圆柱体的金属 包覆表面；以及大致以符号5标示的激光装置，用于监控圆柱体的金属包覆表面和/或未包 覆的表面。 设备1包括处在包覆位置的床身6，装置2-5安装在其上。车床型装置2包括主轴 箱21，该主轴箱以现有的方式可旋转地安装至相对床身6固定的驱动单元23上。同样以 公知的方式，尾架22可旋转地安装至另一单元24，该单元24安装至床身轨道25，以朝向或 离开驱动单元23和相关联的主轴箱21的方式线性运动。被金属包覆的金属圆柱体(未示 出)的轴线上相对的端部可以分别安装至主轴箱21和尾架22，以绕着与装置3的电弧焊枪 的纵轴大致垂直的轴线相对电弧焊装置3旋转。装置3安装至一对上轨道32，以平行于将 被包覆的金属圆柱体的轴线的方向线性运动，使得电焊枪31和其相关联的部件，诸如送丝 (wire feed)和电源等，可以相对圆柱体轴向前后移动以跨过圆柱体的表面。
金属表面加工装置4包括现有的驱动单元41和铣头42，单元41可以安装至一对 上下间隔开的轨道43、44，该轨道也平行于将被金属包覆的金属圆柱体的轴线以及床轨道 和上轨道32延伸。设置的控制单元50用来控制设备1的部件的操作。
在设备1的使用过程中，将被金属包覆的金属圆柱体安装至车床型支撑装置2上， 如上所述。金属圆柱体是任意合适的金属材料，通常为钢。 随着圆柱体通过支撑装置2的旋转，焊接装置3沿着金属圆柱体的轴线长度前后 往复运动，同时电弧焊枪31的尖端位于离圆柱体表面所需的距离处。 在特定实施例中，电弧焊装置3沿着其相关的上轨道32的这种运动是跟随驱动单 元41的运动而进行的，因此加工装置32的铣头42沿着其相关的轨道43、44平行于焊接装 置3的上轨道32延伸。取决于所制造的硬面辊子的最终应用，铣头42的距离设成使得其 将圆柱体的金属包覆表面加工成所需的厚度。 同样，因为铣头42紧密追随电弧焊枪31，包覆金属仍然很热，便于对圆柱体的这
种包覆表面的加工。从而，为最终的硬面辊子提供了相对光滑的包覆面。 安装成沿着平行于轨道25、43、44和32延伸的轨道51线性运动的激光监控装置5
可以用来监控圆柱体的表面，而不管其未被包覆、被部分包覆或完全包覆，以控制支撑装置
2的操作，例如支撑装置的旋转速度，从而控制将被包覆或正被包覆的金属圆柱体的操作，
以及控制电弧焊装置3和/或加工装置4的操作，以提供圆柱体的表面通过电弧焊装置3
包覆所需的厚度和光洁度。 毫无疑问本领域的技术人员可以想出其他有效的替代实施例。应该明白本发明不限于所述的实施例，并且包含在权利要求所附加的宗旨和范围内本领域的技术人员显而易 知的修改例。
权利要求
一种挤压颗粒的复合压辊，所述压辊包括具有腔体的基底，所述腔体包含焊接的高耐磨材料，其中所述腔体形成在所述基底的外表面，使得所述高耐磨材料设置成朝向并挤压所述颗粒。
2. 如权利要求1所述的复合压辊，其中所述腔体是在所述基底体内的表面腔体。
3. 如权利要求1所述的复合压辊，其中所述腔体形成在焊接至所述基底的外表面上的独立层内。
4. 如权利要求3所述的复合压辊，其中所述独立层为网。
5. 如权利要求4所述的复合压辊，其中所述网的间隔形成包含所述高耐磨材料的腔体。
6. 如权利要求4或5所述的复合压辊，其中所述网由钢构成。
7. 如上述任意一项权利要求所述的复合压辊，其中所述高耐磨材料选自硬面合金，任选的合金包括碳化物、氮化物和硼化物。
8. 如上述任意一项权利要求所述的复合压辊，其中所述高耐磨材料从所述腔体的开口突出。
9 如权利要求1-7中任意一项所述的复合压辊，其中所述高耐磨材料与所述腔体的开口平齐。
10. —对相邻的如上述任意一项权利要求所述的复合压辊，其中相对的腔体在与所述颗粒的接触区域大致互相垂直。
11. 如权利要求IO所述的一对相邻的复合压辊，其中与所述颗粒接触的区域位于作用在所述颗粒上的挤压力最大的区域。
12. 如权利要求10或11所述的一对相邻的复合压辊，其中所述接触区域大致在所述复合压辊的咬入角。
13. 如上述任意一项权利要求所述的复合压辊，其中所述基底由钢构成。
14. 如上述任意一项权利要求所述的复合压辊，其中所述基底由纳米钢构成。
15. 如上述任意一项权利要求所述的复合压辊，其中所述腔体具有不同的表面面积。
16. 如权利要求10、11或12所述的复合压辊，其中所述腔体的密度分布在所述与颗粒接触的区域增加。
17. —种复合压辊的制造方法，包括提供基底；在所述基底的表面形成腔体；以及在所述腔体内焊接高耐磨材料。
18. —种复合压辊的制造方法，包括提供基底；将网焊接至所述基底的外表面；以及在所述焊接的网的间隔内焊接高耐磨材料。
19. 一种复合压辊的制造方法，包括锻造或铸造包括腔体的辊子基底；以及在所述腔体内焊接高耐磨材料。
20. 如权利要求17-19中任意一项所述的复合压辊的制造方法，其中通过焊接提供熔接。
全文摘要
一种挤压颗粒的复合压辊，所述压辊包括具有腔体的基底，腔体包含被焊接和熔接的高耐磨材料，其中所述腔体形成在基底的外表面内，使得高耐磨材料设置成朝向并挤压颗粒。
文档编号B02C4/28GK101722080SQ20091022117
公开日2010年6月9日 申请日期2009年11月2日 优先权日2008年10月31日
发明者多里佛·冈卡尔夫斯·特科 申请人:焊接合金有限公司