用于在锯帘线中携载锯珠的磨料层的金属套筒的制作方法

本发明涉及用作锯珠的磨料层的载体的金属套筒。这种珠穿在钢帘线上并以注塑聚合物彼此分离，从而形成锯帘线。

背景技术：

用于锯切天然石材或人造石材料(诸如混凝土或砖)的锯帘线越来越普遍地用于开采采石场并将大块石块切割成板。锯帘线通常包括直径为3.5或5mm的钢帘线，锯珠串在其上。这些锯珠通过聚合物套筒彼此分离，聚合物套筒通过注射成型形成在珠之间。

珠本身由其上固定有磨料层的小金属套筒制成。该磨料层包含被保持在金属基体材料中的金刚石颗粒。磨料层可以通过在环形坯块中烧结与金刚石混合的金属粉末来制造。随后环被钎焊到金属套筒上。近来已经通过激光熔覆提出了用于制造锯珠的替代方法(见WO2012/119946和WO2012/119947)，由此磨料层直接固定到金属套筒上。

金属套筒的内径(ID)稍大于钢帘线的直径。例如，对于3.5mm帘线直径，金属套筒的ID在3.6至3.9mm之间。套筒的外径(OD)为约5mm。使磨料层在顶部上，珠的直径变为7至7.5mm的直径。金属套筒的长度为11至12mm。

由于在接触待被切割的材料的磨料层与钢帘线之间的所有力和扭矩必须穿过微小金属套筒，所以金属套筒和钢帘线的固定对于锯帘线的性能都是重要的。磨料层与金属套筒之间的钎焊结合或合金化结合通常是刚性和坚固的，并且造成较小的问题。

由于帘线和聚合物是相对柔性的材料并且金属套筒是刚性的，套筒和帘线之间的界面在使用期间负载很重。在分析来自现场的许多失效的锯帘线之后，发明人确定了以下失效模式：

a.由于刚性金属套筒中的帘线的反复弯曲，套筒的边缘倾向于接触钢帘线，从而摩擦钢单丝并磨穿它们。该失效模式可以通过金属套筒内部形状克服，其轴向中间段为圆柱形，同时朝向金属套筒的端部进行倒角。倒角端还允许聚合物进入钢帘线与金属套筒的内表面之间的间隙。在本申请人的PCT/EP2013/073905中已经提出了具体的形状。

b.此外，由帘线传递到金属套筒的轴向力可导致珠沿钢帘线纵向移动。这个问题可以通过使用粘合剂底漆确保帘线与聚合物之间的良好结合来克服，使得珠被聚合物套筒保持。在本申请人的WO2011/061166中已经提出了粘合剂底漆。而且，通过向金属套筒的内表面提供螺旋螺纹可以改善金属套筒对钢帘线的机械锚固。两者都导致由于珠的轴向运动造成的大大减少的失效模式。

c.在使用期间，使锯帘线沿其纵向轴线旋转，以确保磨料层的均匀磨损。通过将具有U形轮廓的滑轮以小角度放置在锯机中，使得帘线从滑轮凸缘“滚下”，从而将该旋转引导到帘线。该“滚下”在珠上施加扭矩，该扭矩被传递到帘线。钢帘线自身由以绞距和方向彼此缠绕的钢丝股组成。锯帘线的滚动方向必须在钢帘线的“闭合”方向上，否则帘线将扭曲打开。钢帘线的“闭合”方向是趋向于缩短帘线的捻距的方向。

发明人的分析表明，许多锯帘线仍然由于锯帘线上的珠的旋转而失效。失效模式如下：

1.由于在进入滑轮的U形凹槽时重复(在正常操作条件下每秒约3至6次)短时间的扭矩撞击珠，单个珠被错位。单个珠可能比其余珠略弱，例如因为在聚合物注射期间没有足够的聚合物已经在金属套筒与钢帘线之间进入(例如，珠已经在注射模具的末端位置)。

2.一段时间后，珠可以在钢帘线上自由旋转，并且在珠与钢帘线之间不再有粘附或锚固。当聚合物间隔件将珠轴向保持在适当位置时，珠保持在轴向位置。现在在每个滑轮入口处，珠相对于帘线旋转：没有从珠到钢帘线的扭矩传递。本发明人估计，在正常操作条件下，珠绕钢帘线每秒约旋转一圈。

3.该运动进一步磨损钢帘线与珠套筒的内侧之间的薄聚合物层。在聚合物层磨损之后，钢单丝与珠的金属套筒接触。由于现在石粉和水可以进入钢帘线与珠套筒之间的间隙，因此单丝被有效地磨掉。

4.最后，由于帘线被圆形磨损的钢帘线单丝磨损，帘线在工作张力下在旋转珠处断裂。

因此，单个珠可以在小于其正常寿命期望值的10％内引起含有400+珠的完整锯帘线的失效。

“旋转锯珠”的问题是已知的，并且已经提出了许多建议来解决该问题，其中一些在图1a至1f中示出：

图1a.在JPH0259273A中，其建议为金属套筒2提供轴向延伸的凹槽“3”。虽然这将提高扭矩阻力，但会降低轴向保持力。

图1b.在JPH07156134A的金属套筒“3”中，在套筒的整个长度上形成槽“3a”。该槽将有助于增加扭矩阻力和轴向保持力。然而，发明人认为，该槽过多地在机械上削弱了套筒。

图1c.在公开文献KR0128010Y1中，金属套筒“11”设置有内螺纹以及注入聚合物的切口“11b”。尽管这将改善扭矩阻力和保持力，但是切口引起优选的弯曲方向并且还削弱了金属套筒的末端。预期的是，突出部分“11a”被弯曲或将被弯曲，或者将损坏钢帘线的单丝。

图1d.在JP2000176737A中，建议在金属套筒“3”中制造孔“1”，然后将磨料环“6”钎焊在其上。孔提供聚合物以及铜焊金属的良好锚固。然而，发明人认为，许多孔严重削弱了套筒的机械强度。

图1e.在JP2009023041A中，建议在金属套筒“22”的内表面上具有与螺纹内表面结合的纵向凹槽“30”。再次，根据发明人，凹槽“30”形成套筒的优选断裂线。

图1f.在KR20120115799A中，套筒“62”的内部部分“66”被制成适合于由钢帘线“52”的外股形成的“螺纹”。虽然这将导致对轴向负载以及扭矩阻力的非常好的抵抗力以及套筒的良好机械强度，但是必须将珠螺接在钢帘线的整个长度上以将其放置就位。这使得该解决方案相当不切实际。

公开文献US1909344描述了到层状钢帘线的型锻连接。已经提出通过将套筒型锻到钢帘线上来附着锯珠(EP0213434)，但是在该领域从未实现过。型锻附着可能损坏钢帘线的外部单丝，并增加导致过早失效的单丝处的弯曲应力。

发明人提出了一种替代方式和更好的解决方案。

技术实现要素：

因此，本发明的目的是提供一种金属套筒，其确保轴向保持力并且抵抗钢帘线和锯珠之间的扭矩。金属套筒不引起优选的弯曲方向并且机械上足够坚固。还提供了一种制造这种金属套筒的方法，其允许以经济的方式制造金属套筒。

根据本发明的第一方面，提供了一种金属套筒。金属套筒适合作为锯珠的磨料层的载体。锯珠用于安装在锯帘线上。金属套筒为大致管状形状并且具有径向外表面和径向内表面。套筒由金属制成，例如钢。套筒的典型尺寸为外径4.0、4.4、4.7、5.0、6.0或7.0mm，长度10、11或12mm。套筒的壁厚度为0.5至0.7mm之间的值。

该金属套筒的特征在于，内表面在金属套筒的轴向第一部分中设置有第一组平行凹槽，并且在金属套筒的轴向第二部分中设置有第二组平行凹槽。这些第一组凹槽和第二组凹槽在会合平面处会合。两组凹槽都具有相对于金属套筒的轴线的凹槽角，在所述会合平面处的凹槽偏移和垂直于凹槽的凹槽间隔。在第一组凹槽与第二组凹槽之间，凹槽角、凹槽偏移和凹槽间隔中的至少一个不同。

这些参数(角度、偏移和间距)中的每一个可以表示为数值：凹槽角可以以度或弧度，凹槽偏移以度数、弧度或微米(后者通过套筒的内半径乘以弧度数获得)并且凹槽间距以微米进行表示。

更具体地：存在其中三个参数中仅一个参数在两组之间相异的三个组合，存在三个参数中的两个参数相异的三个组合，并且存在所有三个参数在第一组与第二组之间相异的一个组合。

“相异”或“不同”是指参数之间的数值差异不为零。如果差异为零，则参数是相等的。这独立于单元，因为长单元在两组凹槽之间是一致的。例如，当所有凹槽在相同的周向位置处结束时，在会合平面处的凹槽的偏移为零。一旦一个凹槽不在相同位置处结束，则凹槽偏移存在差异。因此，如果第一凹槽组中的螺旋线的数目不同于第二凹槽组中的螺旋线的数目，则凹槽偏移不能为零。

凹槽是平行的。这意味着当内表面在平面中“滚动”打开时，凹槽将以平行线存在。当在三维中考虑时，凹槽形成具有相同节距和直径的同轴螺旋，但在垂直于螺旋线的方向上在凹槽间距上移位。

在包括套筒的轴线的平面中切割的金属套筒上测量凹槽角。观察套筒的内部，并且测量靠近套筒的轴线的角度。凹槽角具有符号。当在最小旋转(即，覆盖锐角，小于90°)上从金属套筒的轴线朝向凹槽方向开始时，当旋转沿逆时针方向时角度为正，而当沿顺时针方向旋转时，角度为负。可替代地规定：凹槽角的符号对应于金属套筒的内表面中的螺旋凹槽的旋向性。负号对应于螺旋槽的S定向(左手旋螺)，正号对应于Z定向(右手旋螺)。凹槽角的大小对应于螺旋角。

任何凹槽角的大小可以在0°至86°之间变化，或者更优选地在25°至75°之间变化。在30°与60°之间(例如大约45°)的值给出了扭转阻力和轴向保持力之间的良好平衡。

凹槽间距垂直于凹槽测量，并且从第一凹槽的一个特征到下一个凹槽上的对应特征。该特征例如可以是凹槽的径向最远点(“谷”)或凹槽之间的径向最近点(“峰”)。凹槽间距总是非零的正数。

会合平面是第一端部停止的凹槽和第二端部的开始的凹槽之处(或反之亦然)。它垂直于套筒的轴线。会合平面将套筒的轴向长度分成轴向第一部分和轴向第二部分。会合平面例如可以是套筒的轴向长度的1/3。然后，第一部分从套筒的一端延伸到4mm，并且第二部分从4mm延伸到12mm处的端部(对于12mm长的套筒)。

凹槽间距、凹槽偏移或凹槽角中的至少一个参数的差异的影响在于套筒在聚合物中不仅在轴向方向上而且在周向方向上被阻塞。

在第一优选实施例中，会合平面在套筒的轴向中间处。

在第二优选实施例中，第一组和第二组的凹槽角具有相反的符号。例如，第一凹槽组可以具有负符号(S，左手螺旋)，而第二凹槽组则必须具有正符号(Z，右手螺旋)。

在其进一步改进的实施例中，凹槽角的大小可以相等。

特别感兴趣的情况是凹槽角中的一个为零，另一个凹槽角不为零。零角凹槽平行于套筒的轴线行进，从而防止套筒的旋转，而另一组倾斜地定向，从而防止套筒的轴向位移。

特别感兴趣的另一种情况是第一组和第二组的凹槽间距和凹槽角相等，但是两个凹槽组彼此偏移。偏移约为凹槽间隔的一半。因此，一个凹槽组的峰顶终止于另一个凹槽组的谷部，从而提供轴向锚固。两组的凹槽角都为零的情况也是所考虑的实施例。

在另一个非常优选的实施例中，内表面的轴向中间段在套筒的轴向长度的0.25至0.75倍之间的长度上是大致圆柱形的。该中间段的轴向外侧的末端段具有倒角开口。倒角开口具有在10与30mm之间的曲率半径。优选地，倒角开口平滑地进入圆柱形中间件(即，内表面的轴向方向上的零和一阶导数是连续的)。倒角开口允许在聚合物注射期间聚合物更好地进入金属套筒与钢帘线之间的间隙中。附加地，它们防止钢帘线的外部单丝在使用期间被套筒的边缘损坏。

金属套筒的外表面现在是圆柱形的。在本发明的优选实施例中，外表面基本上是圆柱形的，但是具有一个或多个轴向定向的平面。平面从套筒的轴线测量的角度为15°或更小，但在任何情况下都大于3°。平面的存在有助于在金属注射成型中使套筒与模具脱离。优选地，两个平面存在于套筒的外表面上，所述平面彼此径向地定位。

根据本发明的第二方面，描述了一种锯珠，其包括套筒和磨料层。关于锯珠的特征在于金属套筒是根据上述描述的。特别优选的实施例是当根据本申请人的WO2012/119946和WO2012/119947中所述的激光熔覆过程制造锯珠时。该过程得到磨料层的树枝状金相显微结构。

根据本发明的第三方面，保护了一种锯帘线。该锯帘线包括钢帘线和在其上带螺纹的锯珠。锯珠由聚合物间隔件分开。钢帘线包括以一定捻距和方向扭绞在一起的股线。关于锯帘线的具体情况是使用锯珠，其中金属套筒是根据上文所述的那些。

锯帘线的优选实施例是具有金属套筒的锯帘线，其中第一组的凹槽角与第二组的凹槽角具有相反的符号。第一凹槽组可以具有负符号(S，左手螺旋)，而第二凹槽组则必须具有正符号(Z，右手螺旋)。或者恰恰相反。在这两种情况下，凹槽表示周向箭头方向。注意，看到的箭头是套筒半部中最接近观察者眼睛的那一个(而不是半部中最远离的那个，当然是相反方向的)。安装锯珠，使得金属套筒中的凹槽的箭头方向与缩短钢帘线的捻距的扭转方向相反。这是闭合帘线的方向，即股线彼此紧固。

如在[0007]，项“c”中提及的，锯帘线在使用期间旋转。旋转方向为闭合帘线的方向。如果现在锯珠将被安装成使得凹槽的箭头沿着闭合的方向，则凹槽将倾向于将聚合物轴向地推出到珠的外部并且切除聚合物。通过相反地安装它们，聚合物被推向中心，从而在聚合物与套筒之间提供更好的抓紧。

在第四实施例中，提供了一种制造金属套筒的方法。基本上，该方法是如同一申请人的共同未决申请PCT/EP2013/073905中所述的金属注射过程的创造性改进。该方法包括步骤：

1.提供金属粉末和粘合剂的混合物

i.粘合剂是有机分子的混合物，诸如石蜡、聚烯烃(例如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙二醇、聚氧乙烯和许多其他)和硬脂酸。

ii.优选地，金属粉末基于包含至多0.8wt％的碳，小于0.5wt％的硅和一种或多种选自镍、锰、钼、铬、铜的金属，其余为铁的钢组合物

将粘合剂与金属粉末充分混合成糊状。

2.提供具有模腔的模具。模腔由具有内表面的外壳和能够从外壳的相对端进入及缩回的第一销具和第二销具形成。这些销具在对应于稍后待形成的金属套筒的会合平面的位置处彼此会合。销具朝向会合平面渐缩，即它们具有朝向模具中心的不增加的直径。

外模具的内表面例如可以由两个半模形成，当闭合时，这两个半模形成模腔。闭合的两个半模形成具有两个轴向定向平面的圆柱体，在该平面处半模相遇。

3.将混合物注入模腔中。注射通常使用冲压机或柱塞注射螺杆通过模具中的注射孔进行。

4.第一销具和第二销具被缩回，并且将绿套从外壳中移除。这可以通过打开外壳或通过将绿套筒轴向推出外壳来实现。

5.然后，通过热或除去粘合剂的催化反应除去绿套筒的粘合剂。所得套筒称为褐套筒。

6.褐套筒在高于金属粉末的熔点的保护性大气中被烧结，由此粉末颗粒聚结成实心套筒。

颜色“绿”和“褐”通常用于金属注射成型领域，但不表示套筒的真实颜色。它们仅用作过程中的状态的指示符，并且不对权利要求进行限制。

与PCT/EP2013/073905不同之处在于，第一销具具有第一突出螺纹，该第一突出螺纹具有第一螺旋角和第一螺旋间距，该第二销具具有第二突出螺纹，该第二突出螺纹具有第二螺旋角和第二螺旋间距，第一螺纹和第二螺纹以螺旋相位角在所述会合平面处彼此会合，其中第一螺纹和第二螺纹在螺旋角、螺旋间距和螺旋相位中的至少一个方面彼此不同。

“彼此不同”是指例如螺旋角的数值不同。一旦第一螺纹的一个螺旋不与第二螺纹的相应螺旋相遇，则螺旋相位彼此不同。只有当第一螺纹和第二螺纹的所有单个螺纹在相同的周向位置处会合时，两个螺旋的相位才相等。

不言而喻，为了从模具中移除销具，它们必须沿其适当的螺旋方向转动。当第一销具和第二销具从绿套筒转出时，平面有助于保持绿套筒在适当位置。

该方法的一个特别优选的实施例是，第一螺纹和第二螺纹具有相反的旋向性：如果第一螺纹是“S”旋，则第二螺纹是“Z”旋或相反。

在另一个易于实现的实施例中，第一螺纹和第二螺纹具有相等的螺旋角和螺旋间距，但在会合平面处的相位角不同。换言之：组合的螺纹在会合平面处显示不连续性，因为螺纹在那里不完全匹配。

附图说明

图1a：根据JPH0259273A的珠和套筒

图1b：根据JPH07156134A的珠和套筒的视图

图1c：如KR0128010Y1中的珠和套筒的透视图

图1d：在JP2000176737A中描述的珠和套筒

图1e：如JP2009023041A的珠和套筒

图1f：KR20120115799A帘线上的珠和套筒。

图2：根据本发明的第一实施例的珠和套筒

图3：根据本发明的第二实施例的珠和套筒。

图4：不同可能的参数组合的概述

图5a和5b：具有锯珠的锯帘线，其具有套筒，该套筒具有相对于钢帘线的铺设方向的凹槽方向。

具体实施方式

在图2中，示出了根据本发明的示例性锯珠200。珠被切成两半，并且套筒的内表面是可见的。在外侧，磨料层202被指示。套筒204由单片金属制成。存在轴向第一部分206和轴向第二部分208。在每个部分中，形成了一组平行的螺旋凹槽212。每个凹槽212具有顶部214(阴影线指示)和谷部215。第一组的间距用“d1”指示，第二组的间距用“d2”指示。该间距垂直于凹槽螺旋被测量。第一组和第二组的凹槽在会合平面216处会合。在该示例中，合会平面216大约在中间。在实施例中，“d1＝1.10mm”，“d2＝0.95mm”。

两组凹槽都具有由“α”和“β”指示的凹槽角。根据本申请中采用的约定，角度“α”具有正号(在最小角度上的转向是逆时针方向上的)，而“β”具有负号(在最小角度上的转向是顺时针方向上的)。两个凹槽组的旋向性相反。第一部分206具有右旋螺旋方向(Z)，而第二部分208具有左旋螺旋方向(S)。要记住，凹槽是从内部所见的。在该特定示例中，“α＝45°”，而“β＝80°”。

由“Δ”指示的凹槽偏移在该情况下不同于零，因为两个部分中的凹槽数目不同。在凹槽的数目不同的情况下，凹槽偏移永远不能为零(因为至少一个凹槽在另一组中不具有对应部分)。

金属套筒示出了基本上圆柱形的中间段210。该中间段的长度约为金属套筒总长度的一半。中间段外侧的末端段进行倒角。

图3中描绘了另一个实施例。与先前示例的主要区别在于，第一凹槽角“α”现在为零。所有其他参数均相同。

图4描绘了可能的不同组合。在“组合1”中，参数之间的唯一差异是凹槽偏移不同，即两个凹槽组之间不为零。凹槽角和距离相等。组合2不能被实现，因为每组中的凹槽的数目将不同，因此凹槽偏移永远不可能相等，即凹槽偏移之差不能为零。在组合3中“β＝-α”，即角度具有相反的符号。组合4至6的线图示出了只有一个参数相等的实施例。发明人发现组合3、4、5和7是最好的。线图1在实践中最容易实现。

金属套筒可以容易地在类似于同一申请人的PCT/EP2013/073905中，更具体地在结合图3a、3b、4a和4b的段落[70]至[73]中描述的模具中制造。这些段落和附图在此引入作为参考。现有技术模具与当前模具之间的区别在于，可进入外壳中的第一销具和第二销具具有不同的螺旋角和/或螺旋间距。第一和第二可进入或可插入销具的螺旋角和间距压印到绿套筒中，从而形成第一组和第二组的凹槽，其中对应的凹槽角和间距作为该螺旋的负向。

通常，以下成分可以用于通过金属注射成型制造根据本发明的金属套筒：

第一类型的原料可获自和

·MIM 2200FN02标称合金成分：

Ni(1.5-2.5wt％)，Mo(最大0.5wt％)，Si(最大1.0wt％)，C(最大0.1wt％)，Fe(余量)。

·MIM 2200FN08标称合金成分：

Ni(6.5-8.5wt％)，Mo(最大0.5wt％)，Si(最大1.0wt％)，C(0.4-0.6wt％)，Fe(余量)。

·MIM 17-4PH标称合金成分：

Cr(15-17.5wt％)，Ni(3.0-5.0wt％)，Mn(最大1.0wt％)，Si(最大1.0wt％)，Cu(3.0-5.0wt％)，C(最大0.07％)，Fe(余量)。

PolyMIM系统允许对绿套筒进行水性脱脂(在40-60℃下去离子水约5小时，加上2小时干燥)。在PolyMIM系统中，模具保持在40至60℃，原料在喷嘴处的温度为190℃，同时需要750至950MPa之间的注射压力。进料速率在3至25cm3/s之间。

第二原料是根据BASF的系统(例如参见US5802437)：

·不锈钢316L标称合金成分：

Cr(16-18wt％)，Ni(10-14wt％)，Mo(2-3wt％)，Mn(最大2.0％)，Si(最大1.0％)，C(最小0.03％)，Fe(余量)。

系统基于在110℃下在HNO3环境中的催化脱脂(需要后燃)。

烧结循环由原料供应商规定。通常，它们包括在600℃处约1至2小时的保持步骤以及在最终温度(1290℃至1380℃，取决于合金)处2至3小时的保持步骤。烧结套筒显示出超过理论可能密度的95％的良好密度。在金相横截面中，微米尺寸(1至5μm)的孔保持可见。这证明套筒是通过金属注射成型制成的。

在通过激光熔覆或通过将具有金刚石的烧结金属粉末的环钎焊到套筒上而将磨料层施加在套筒上之后，套筒必须正确地安装在锯帘线上。这在图5a和图5b中分别针对“S”和“Z”旋钢帘线522和522'示出。对于左旋“S”帘线，闭合方向由箭头520指示。在该方向上转动帘线端将趋于缩短钢帘线522的捻距。这也是在锯切期间施加在锯珠上的扭矩的方向，以便使珠和绳索旋转。帘线涂覆有也填充金属套筒526与钢帘线522之间的间隙的聚合物524。

在半透明金属套筒中，凹槽由线528指示。仅指示套筒的较近一半中的凹槽，并且该形式为指示与帘线520的闭合方向相反的方向的箭头。图5b实际上仅是图5a的镜像，并且示出了在“Z”型帘线的情况下箭头的取向。发明人发现，以这种方式，珠不开始相对于钢帘线旋转，从而解决“锯珠旋转”的问题。