CN113272502A - 用于附接到挖掘机铲斗的齿 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于附接到斗轮挖掘机的挖掘机铲斗(12)的齿(20)，其中，齿(20)部分地由金属基复合材料形成，并且金属基复合材料包括嵌入件(44)，嵌入件(44)铸造到金属基材料(42)中并且由硬质材料制成。本发明还涉及一种制造用于附接到斗轮挖掘机的挖掘机铲斗(12)的齿(20)的方法，包括：将由硬质材料或钨、铬、铌和/或钒、硼、钛、硅和/或钽以及比如碳和/或氮的其反应搭档制成的嵌入件(44)定位在铸造模具中来铸造齿(20)，和将金属基材料(42)铸造成所述齿(20)，使得所述嵌入件(44)至少部分地由所述齿(20)的金属基材料(42)包围。

Description

用于附接到挖掘机铲斗的齿

技术领域

本发明涉及一种用于附接到斗轮挖掘机的挖掘机铲斗的齿，并且还涉及一种用于生产这种齿的方法。

背景技术

为了去除硬质材料，比如露天矿中的岩石，使用了采掘机械，比如挖掘机，特别是斗轮挖掘机。这种斗轮挖掘机具有附接到挖掘机铲斗的齿，特别是采掘或切削齿。对硬质材料的机加工经常对挖掘机铲斗的齿、特别是齿唇引起可观的磨损。因此需要频繁更换这种齿，这导致了高停机时间和维护成本。

DE 20 2015 006 273 U1公开了一种用于附接到斗轮挖掘机的挖掘机铲斗的齿。斗轮挖掘机的齿通常由钢铸造并且设置有防磨装置。所述防磨装置通常非常脆性而不能承受挖掘过程的高载荷。结果是挖掘机齿的快速磨损直至毁坏。

发明内容

由此出发，本发明的目的是提供一种用于斗轮挖掘机的齿，所述齿易于制造并且具有高耐磨性。

该目的通过具有独立装置权利要求1和独立方法权利要求12的特征的齿来实现。有利的发展将从从属权利要求中变得明显。

根据第一方面，一种用于附接到斗轮挖掘机的挖掘机铲斗的齿由金属基复合材料形成，其中，金属基复合材料包括嵌入件，该嵌入件铸造到金属基材料中并且由硬质材料制成。嵌入件是防磨元件。术语“铸造到……中”应当理解为表示嵌入件至少部分地由铸造材料、特别是金属基材料包围。

硬质材料包括例如陶瓷、金刚石、碳化物或氮化物。硬质材料特别具有950HV30至2200HV30、优选1500HV30至2200HV30的硬度。

优选地，金属基复合材料排他地由一个或多个嵌入件和金属基材料组成。特别地，整个齿完全由金属基复合材料形成。该齿优选地具有齿尖和与其邻接的齿柄。齿柄优选地以能够连接到挖掘机铲斗的方式构造。特别地，其仅是由金属基复合材料形成的齿尖，其中，齿柄例如是锻造的。特别地，齿尖通过焊接连接到齿柄。锻造的齿柄具有比铸造的齿柄更好的力学性能，其结果是例如避免了柄区域中的断裂。

通过斗轮挖掘机来开采的材料例如是硬岩石，比如矿物材料、矿石、煤、油砂、石灰石、泥灰、粘土、白垩岩、石膏和类似的原材料。

该嵌入件包括例如来自金刚石、碳化钨、碳化钛、碳化硼、碳化铌、碳化铬、碳化钒、碳化硅、碳化锆、碳化钽、氮化硼、氮化硅、氮化钛和/或陶瓷(比如氧化铝和/或氧化锆)或这些材料的掺和物的硬质材料。例如，该嵌入件包括例如来自金刚石、碳化钨、碳化钛、碳化硼、碳化铌、碳化铬、碳化钒、碳化硅、碳化锆、碳化钽、氮化硼、氮化硅、氮化钛或陶瓷(比如氧化铝和/或氧化锆)或这些材料的掺和物的硬质材料。

优选地，嵌入件包括约20％至80％、优选地30％至75％、最优选地45％至55％的碳化钨，其中，嵌入件的其余成分主要是作为剩余部分的碳。

同样可以想到的是，嵌入件包括约20％至80％、优选30％至75％、最优选45％至55％的碳化钛，其中，嵌入件的其余成分主要是作为剩余部分的碳。以上说明以体积百分比计。

嵌入件特别具有多孔结构，其中，嵌入件优选具有例如均匀分布和/或构造的多个孔。作为示例，孔构造为蜂窝形式。嵌入件优选为单件形式。齿优选为单件形式并且通过铸造工艺来制造。

金属基复合材料应当理解为是指由比如钢的金属基材料构成的材料，由硬质材料制成的嵌入件已经被铸造到该材料中。金属基材料例如是具有约200-600HB、特别是350-500HB、优选为450HB(布氏硬度)的硬度的钢，并且例如具有大于或等于1-15％、特别是2-8％的断裂伸长率。

由金属基复合材料形成齿提供了由硬质材料形成的嵌入件导致的简单的可生产性和高防磨的优点。

根据第一实施例，嵌入件由例如硬质材料或钨、铬、铌、钒、硼、钛、硅、钽的粉状和/或粒状混合物或者由这些元素的掺和物通过加热制成。例如，嵌入件由钨、铬、铌、钒、硼、钛、硅、钽的粉状混合物或者由这些元素的掺和物通过加热制成。同样可以想到的是，嵌入件由钨、铬、铌、钒、硼、钛、硅、钽的粒状混合物或者由这些元素的掺和物通过加热制成。

钨、铬、铌、钒、硼、钛、硅或钽或这些元素的掺和物的混合物优选与聚集体/反应搭档、例如与碳和/或氮混合，并且进行压制、粘合或烧结以形成嵌入件，优选为嵌入件的前体。嵌入件随后被放置在对应于齿的反型的铸造模具中，并且用特别是热的金属基材料包覆成型，使得嵌入件被金属基材料包围并且金属基材料至少部分地渗入嵌入件，使得金属基材料进入多孔嵌入件的孔中并且将其填充。在铸造工艺期间作用在压制、粘结或烧结材料上的热量确保了各种元素与其反应搭档之间存在反应，使得例如产生了耐磨碳化物和氮化物，比如碳化钨、碳化钛、碳化硼、碳化铌、碳化铬、碳化钒、碳化硅、碳化钽、氮化硼、氮化钛或氮化硅和/或这些化合物的掺和物。在该实施例中，碳化物和氮化物在金属基材料内形成嵌入件。

同样可以想到的是，嵌入件例如由颗粒(粒料)的粉状和/或粒状混合物制造，特别是由硬质材料制造，硬质材料包括陶瓷(比如氧化铝和氧化锆)或硬质金属(优选为碳化物和氮化物，比如碳化钨、碳化钛、碳化硼、碳化铌、碳化铬、碳化钒、碳化硅、碳化锆、碳化钽、氮化硼、碳化硅和/或氮化钛或者这些化合物的掺和物)，其中，混合物例如与粘合剂混合、加热、特别是用气体处理并且烘烤。该混合物优选在例如对应于嵌入件的反型的柔性模具中加热。特别地，嵌入件通过对上述粉状材料的压制、粘合或烧结来制造，并且***到对应于齿的反型的铸造模具中。优选地，粒状碳化钨、碳化钛或碳化铌与粘合剂混合、加热、特别是用气体处理并且烘烤。在铸造模具中，嵌入件随后被金属基材料包围并且至少部分地渗入。

随后，混合物冷却并且硬化来形成具有多孔结构的非常耐磨的嵌入件。这提供了不同形式的嵌入件的简单生产的可能性。嵌入件的多孔结构不应当理解为意味着嵌入件必须具有填充有空气的孔，而是理想地所有并且现实地大多数孔填充有金属基材料。

根据另一实施例，嵌入件至少部分地或完全地形成齿的表面。特别地，齿的表面上的嵌入件至少部分地覆盖有金属基材料。金属基材料优选是比嵌入件的材料更易延展、更软的材料，这就是为什么金属基材料比嵌入件磨损得更快并且例如从布置在齿表面上的孔中冲刷掉的原因。

根据另一实施例，齿部分地或完全地通过铸造工艺来制造。优选地，仅齿尖通过铸造工艺来制造。在铸造工艺期间，将嵌入件定位在具有齿的反型的铸造模具中。金属基材料随后被铸造到铸造模具中，使得所述金属基材料渗入嵌入件的孔并且至少部分地或完全地用金属基材料包围嵌入件。铸造工艺代表了一种特别简单的制造齿的方法，其中，嵌入件可以以简单的方式放置在铸造模具内的任何所需点处，并且因此可以在齿的任何所需点处实现防磨。

根据另一实施例，齿具有多个嵌入件。例如，多个嵌入件包括多个颗粒，特别是硬质材料颗粒。由颗粒形成的嵌入件优选具有0.2微米至6微米的尺寸，其中，颗粒例如通过用碳对钨进行渗碳来制备。每个嵌入件优选地由恰好一个颗粒组成，其中多个嵌入件在基质材料中以无序的方式布置。同样可以想到的是，齿包括恰好一个嵌入件。例如，优选地沿着齿的表面延伸的三个嵌入件布置在齿内。多个嵌入件提供了将所述嵌入件布置在磨损最严重的位置的可能性。齿的其余区域可以用更有利的金属基材料来铸造。特别地，嵌入件具有约5mm至50mm、优选5mm至25mm的厚度。嵌入件优选地在齿尖的整个宽度上延伸。

根据另一实施例，嵌入件至少部分地或完全地在齿的纵向方向上沿着表面延伸。特别地，嵌入件在齿尖的整个范围上完全延伸。优选地，齿仅包括恰好一个嵌入件，其构成齿的最简单和最具成本效益的实施例。

根据另一实施例，齿具有齿尖，其中，嵌入件布置在齿尖中。齿尖优选地具有确保改进的材料去除的切削面。齿尖优选地指向斗轮挖掘机的挖掘机铲斗的转动方向，并且在挖掘过程期间与材料接触。优选地，齿在其一端具有带有紧固区域的齿柄，并且在其相对端具有齿尖。齿柄优选地具有用于将齿紧固到挖掘机铲斗的装置。特别地，仅齿尖具有嵌入件，其中，齿柄仅由基材料形成。特别地，齿尖和齿柄为单件形式，优选地铸造。两部分式构造也是可以想到的。优选地，嵌入件至少部分地形成齿尖的表面并且特别是沿着齿尖的整个表面延伸。一个或多个嵌入件优选地布置在齿尖中。

根据另一实施例，齿尖具有切削面，该切削面在材料去除并且特别是切削所述材料期间与材料接触。嵌入件至少部分地形成切削面。齿尖优选具有多个切削面，例如三个切削面。嵌入件优选地完全沿着齿尖的整个切削面延伸。特别地，嵌入件具有V形横截面并且例如以贝壳形方式形成。优选地，齿尖的所有外表面都是切削面，并且嵌入件例如以包络形状的方式形成，使得所述嵌入件沿着齿尖的外表面延伸。优选地，嵌入件为单件形式，并且特别地，齿具有恰好一个嵌入件。齿的芯优选仅由金属基材料形成，其中，嵌入件仅布置在齿的表面的区域上。

根据另一实施例，多个嵌入件布置在齿的每个切削面上。嵌入件优选为板状形式，并且特别是彼此相邻地布置。

根据另一实施例，齿尖具有多个切削面，其中，至少一个切削面大部分由金属基材料形成。大部分是指例如大于60％至95％，优选70％至90％，特别是80％。特别地，至少一个切削面或所有其余的切削面附加地设置有特别是完全沿着切削面延伸的嵌入件。结果，在齿的操作期间，齿尖的切削面磨损到比配备有嵌入件的其余切削面更明显的程度，导致齿、优选齿的切削形状削尖。

本发明还包括一种用于附接到斗轮挖掘机的斗轮的挖掘机铲斗，其具有如上所述的齿。优选地，多个如上所述的齿附接到每个挖掘机铲斗。特别地，挖掘机铲斗至少一个齿或每个齿包括嵌入基材料中的嵌入件。

本发明还包括制造用于附接到斗轮挖掘机的挖掘机铲斗的齿的方法，该方法包括以下步骤：

将由硬质材料或钨、铬、铌和/或钒、硼、钛、硅和/或钽以及优选地比如碳和/或氮的反应搭档制成的嵌入件定位在铸造模具中来铸造齿，和

将金属基材料铸造成所述齿，使得嵌入件至少部分地由齿的金属基材料包围。

参照齿所描述的优点和解释也相应地在方法方面适用于用于制造齿的方法。

根据一个实施例，在定位操作之前，将硬质材料的粉状和/或粒状混合物通过粘合、压制或烧结来制造嵌入件。

根据一个实施例，齿具有齿尖和齿柄，其中，齿尖是通过铸造来制造的，而齿柄是锻造的，其中，齿尖随后连接、优选焊接到齿柄。

根据另一实施例，在定位嵌入件之前，将钨、铬、铌、钒、硼、钛、硅和/或钽的混合物和/或这些元素的掺和物压制成嵌入件。

根据另一实施例，在铸造工艺期间，嵌入件的材料反应以形成碳化物。

附图说明

在下文中将参照附图基于多个示例性实施例更详细地解释发明。

图1示出根据一个示例性实施例的具有多个挖掘机铲斗的斗轮挖掘机的斗轮的正视图的示意图。

图2示出根据一个示例性实施例的用于附接到斗轮挖掘机的挖掘机铲斗的齿的等轴视图的示意图。

图3示出根据图2的示例性实施例的用于附接到斗轮挖掘机的挖掘机铲斗的齿的等轴剖视图的示意图。

具体实施方式

图1示出了例如用于破碎块状材料的斗轮挖掘机或用于回收块状材料的桥式斗轮取料机的斗轮10，特别是在露天矿场或堆场中。优选地，这种斗轮用于开采或回收矿物、矿石、砂、粘土、砾石、油砂、煤或其他颗粒材料。图1的斗轮10具有大致环形形式的斗轮框架18，斗轮框架18具有例如部分圆环形状的多个节段。在斗轮框架18上安装有多个挖掘机铲斗2。作为示例，图1所示的斗轮10具有八个铲斗12，这八个铲斗12以彼此均匀间隔的方式附接到斗轮框架18的外周。每个铲斗12附接到斗轮机框架18，以便能够围绕枢转轴线转动。

在操作期间，斗轮10围绕斗轮框架的中心轴线转动。在图1的示例中，转动方向例如指示为逆时针方向。优选地，每个挖掘机挖铲斗12具有两个相对的切削边缘14、16，使得斗轮10可以在两个转动方向上操作，使得铲斗12的指向斗轮的转动方向的切削边缘14、16可以接合待去除的材料。如参照图2至图5所描述的，多个齿20分别附接到挖掘机铲斗12中的每一个。齿优选地附接到挖掘机铲斗12的相应切削边缘12、14。

图2示出了用于附接到挖掘机铲斗(未示出)的齿20。齿20包括齿尖22和齿柄24，其中，齿尖22例如与齿柄24构造成单件。同样可以想到的是，齿柄24和齿尖22构造为分离的部件，并且随后彼此连接(例如焊接)。优选地，齿柄24直接邻接齿尖22并且特别地用于将齿20紧固到斗轮挖掘机的挖掘机铲斗12。齿尖22形成齿20的前端，所述前端在齿20的操作期间指向斗轮10的转动方向。齿顶22是齿形的并且构造成在齿10的尖端方向上收窄。齿尖22具有例如三角形或矩形的横截面区域。优选地，齿尖22具有四个外表面，即两个分别相对的侧向切削面26、上部面28和下部切削面30。

齿柄24例如具有两个彼此平行延伸的翼片30、32。每个翼片32、34具有孔36、38，该孔特别是以齐平的方式与另一翼片32、34的相应孔36、38相对。孔36、38用于接收用于将齿22紧固到挖掘机铲斗12的紧固装置(未示出)。优选地，齿20在齿柄24的端部区域上具有止挡部40，止挡部40用于将齿20定位在挖掘机铲斗12上，并且在齿20安装在挖掘机铲斗12上的情况下，止挡部40抵靠所述挖掘机铲斗，特别是抵靠挖掘机铲斗12的切削边缘14、16。优选地，齿柄紧固到挖掘机铲斗12的切削边缘14、16。

齿20由金属基复合材料形成，其中，金属基复合材料包括嵌入件44，嵌入件44铸造到金属基材料42中并且由硬质材料制成。嵌入件优选地由硬质材料形成并且具有多孔结构。硬质材料包括例如碳化钨、陶瓷(比如氧化铝和氧化锆)、碳化钛、碳化硼、碳化铌或碳化铬或这些材料的掺和物。金属基材料28包括比嵌入件44更易延展的材料(比如钢)并且被铸造到嵌入件44中。金属基材料42特别是渗入到嵌入件44中，其中，在由硬质材料制成的嵌入件44与金属基材料28之间形成材料粘合的固定连接。

齿20优选地通过铸造工艺来制造并且特别地为单件形式。例如，至少一个嵌入件44由包括碳化钨、陶瓷(比如氧化铝和氧化锆)、碳化钛、碳化硼、碳化铌或碳化铬的颗粒(粒料)的粉状和/或粒状混合物来制造或者由这些材料的掺和物来制造，其中，混合物例如与粘合剂混合、加热、特别是用气体处理并且烘烤。具体地，混合物在例如对应于嵌入件44的反型的柔性模具中进行加热。随后，混合物冷却并硬化，形成具有多孔结构的非常耐磨的主体。为了制造齿20，将嵌入件44放置在对应于齿20的反型的铸造模具中。随后，将金属基材料铸造到铸造模具中，使得所述金属基材料渗入到嵌入件44中并且至少部分地或完全地包围所述嵌入件。

在图1的示例性实施例中，嵌入件44构造成使得其在齿20的整个切削面上延伸。优选地，嵌入件44至少部分地形成侧向切削面26和下部切削面30，并且是单件形式。同样可以想到的是，嵌入件由彼此相邻布置的多个节段形成。嵌入件44被铸造到金属基质材料28中，使得所述金属基材料优选渗入嵌入件。作为示例，整个齿20由金属基复合材料形成。齿尖22的上部面28例如不具有嵌入件44，其中仅切削面26的嵌入件44的上端形成齿尖22的上部面28的一部分。上部面28大部分或完全由金属基材料形成。因此，在齿20的操作期间，所述上部面比嵌入件44磨损得更快，使得齿20的齿形变尖。

图3示出了根据图2的齿20的剖视图，其中，相同的元件由相同的附图标记表示。嵌入件44在切削面26和下部切削面30的整个区域上延伸，并且优选地为贝壳形的和单件形式。

附图标记表

10 斗轮

12 挖掘机铲斗

14 切削边缘

16 切削边缘

18 斗轮框架

20 齿

22 齿尖

24 齿柄

26 切削面

28 上部面

30 下部切削面

32 翼片

34 翼片

36 孔

38 孔

40 止挡部

42 金属基材料

44 嵌入件。

Claims (16)

1.一种用于附接到斗轮挖掘机的挖掘机铲斗(12)的齿(20)，

其特征在于，

所述齿(20)由金属基复合材料形成，并且所述金属基复合材料包括嵌入件(44)，所述嵌入件(44)铸造到金属基材料(42)中并且由硬质材料制成。

2.根据权利要求1所述的齿(20)，其中，所述嵌入件(44)由硬质材料或钨、铬、铌、钒、硼、钛、硅和/或钽的粉状和/或粒状混合物通过加热来制造。

3.根据前述权利要求中任一项所述的齿(20)，其中，所述嵌入件(44)至少部分地形成所述齿(20)的表面。

4.根据前述权利要求中任一项所述的齿(20)，其中，所述齿(20)通过铸造工艺来制造。

5.根据前述权利要求中任一项所述的齿(20)，其中，所述齿(20)包括多个嵌入件(44)。

6.根据前述权利要求中任一项所述的齿(20)，其中，所述嵌入件(44)至少部分地在纵向方向上沿着所述齿(20)的表面延伸。

7.根据前述权利要求中任一项所述的齿(20)，其中，所述齿(20)包括齿尖(22)，并且所述嵌入件(44)布置在所述齿尖(22)中。

8.根据权利要求7所述的齿(20)，其中，所述齿尖(22)具有至少一个切削面(26、28、30)，并且所述嵌入件至少部分地形成所述切削面(26、28、30)。

9.根据权利要求7或8所述的齿(20)，其中，多个嵌入件(44)布置在所述齿(20)的每个切削面(26、28、30)上。

10.根据权利要求7所述的齿(20)，其中，所述齿尖(22)具有多个切削面(26、28、30)，并且至少一个切削面(26、28、30)的大部分由所述金属基材料(42)形成。

11.一种用于附接到斗轮挖掘机的斗轮框架(18)的挖掘机铲斗(12)，包括根据前述权利要求中任一项所述的齿(20)。

12.一种制造用于附接到斗轮挖掘机的挖掘机铲斗(12)的齿(20)的方法，包括：

将由硬质材料或钨、铬、铌和/或钒、硼、钛、硅和/或钽制成的嵌入件(44)定位在铸造模具中来铸造所述齿(20)，和

将金属基材料(42)铸造成所述齿(20)，使得所述嵌入件(44)至少部分地由所述齿(20)的金属基材料(42)包围。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，在所述定位操作之前，将硬质材料的粉状和/或粒状混合物通过加热来制造所述嵌入件(44)。

14.根据权利要求12或13中任一项所述的方法，其中，所述齿(20)具有齿尖(22)和齿柄(24)，并且其中，所述齿尖(22)是通过铸造来制造的，而所述齿柄(24)是锻造的，其中，所述齿尖随后连接到所述齿柄(24)。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其中，在定位所述嵌入件之前，将钨、铬、铌、钒、硼、钛、硅和/或钽的混合物和/或这些元素的掺和物压制成所述嵌入件。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，在铸造工艺期间，所述嵌入件的材料反应来形成碳化物。

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