擠壓輥套的制作方法

本實用新型涉及用于輥壓機的擠壓輥套。

背景技術：

輥壓機是在預粉磨、聯合粉磨和終粉磨系統中常見的主機設備。

首先根據圖1說明現有的擠壓輥的工作原理。圖1中，兩個具有相同結構的擠壓輥以彼此間具有一定間距的方式并排布置。擠壓輥的輥體2的外周面上設置有沿著周向等間隔配置的多列輥牙1。兩個擠壓輥的各個輥牙1形成的列交錯對應，使得一個擠壓輥上的每一個條輥牙列均對應于另一個擠壓輥上的兩條相鄰輥牙列之間的間隙。

物料P從上方落到兩個擠壓輥之間，經過輥牙1的擠壓和破碎，物料P變得碎小，并且落下。容易理解，在對物料P進行擠壓破碎時，輥牙1會受到很大的摩擦力，因而非常容易磨損。一般會采用具有高強度高耐磨性的材料來形成輥牙1。

從輥壓機的工作狀況可以看出，輥面的磨損實際上是輥面高應力磨料磨損和輥面亞表層疲勞磨損共同作用的結果，這就要求輥面具有較高的硬度和韌性。

為提高輥壓機輥面的耐磨性，已知在壓輥的表面上設置硬質合金制成的輥牙的技術。現有技術中，可以通過堆焊在壓輥表面上形成硬質合金輥牙。但是不同母材材質和工況條件需選用不同的焊絲，焊接材料和焊接工藝選擇不當，很容易造成輥面的局部剝落、疲勞破壞等情況，嚴重時需要離線修復，運轉率低。且輥面正常磨損情況下，亦需要定期的在線修復，且較為頻繁。因此，焊接輥牙的方式在一定程度上提高了生產企業的運行成本，并大大降低了生產效率。

為了提高輥牙與輥面的接合強度，現有技術中還采用了鑄造方式來形成一體式的擠壓輥。在這種技術中，由于形成輥牙的硬質合金與形成輥體的鋼材的材料不同，因此難以同時澆鑄出輥牙和輥體，需要在鑄造時使輥牙和輥體分別凝固成型。例如，可以采用離心鑄造的方式，使得位于鑄型的型腔空間內的外周的部分輥套和輥牙首先鑄出，等外層部分輥套和輥牙成型后，再向鑄型內澆入鋼水鑄出內部分輥體。由于兩部分的材料不同，因此在鑄造后的冷卻或熱處理過程中，材料的收縮/膨脹率也不同，從而在輥體中的異性材料接合部之間很容易產生不期望的應力殘余，使得擠壓輥的實際耐磨性和抗疲勞性下降，影響使用壽命，另外，這種鑄造方式的設備和工藝都很復雜，需要金屬模具，成材率低，使用中經常出現整體斷裂，造成生產成本昂貴和質量不穩定等問題。

技術實現要素：

本實用新型的第一方面提供一種擠壓輥套，其耐磨性和抗疲勞性能好，使用壽命長，并且生產成本低。本實用新型的第二方面提供用于第一方面的擠壓輥套的制造方法。

本實用新型第一方面的擠壓輥套包括輥套基體和鑲件，其中，所述輥套基體與所述鑲件通過鑲鑄方式彼此結合，所述輥套基體的強度低于所述鑲件，所述輥套基體的韌性高于所述鑲件，并且所述輥套基體為筒狀，所述鑲件設置于所述輥套基體的外周面。

輥套基體韌性高，可以提供良好的抗疲勞性能。設置于輥套基體的鑲件強度高，可以提供良好的耐磨性。輥套基體和鑲件通過鑲鑄方式彼此結合，這種結合屬于冶金結合的情形。冶金結合的結合強度遠高于現有的焊接結合方式，并且在鑄造后的冷卻或熱處理過程中不易產生應力殘余。因此本實用新型的擠壓輥套能夠克服現有技術的缺點，提高擠壓輥套的耐磨性和抗疲勞性能，延長使用壽命。另外，本實用新型的擠壓輥套對鑄造設備沒有特殊要求，鑄造工藝的難度也不高，因此生產成本低。

優選地，所述鑲件由硬質合金或金屬陶瓷制成。優選地，所述鑲件被構造成沿所述擠壓輥套的周向以交替方式配置的多個板條列和多個鑄釘列，其中，每個板條列均由一根呈直線狀的板條構成，每個鑄釘列均由沿所述擠壓輥套的軸向大致沿直線排成一列的多個鑄釘構成。優選地，每個所述板條列在所述擠壓輥套的周向上的寬度與每個所述鑄釘列在所述擠壓輥套的周向上的寬度相同，并且每個所述鑄釘的外徑均小于每個所述鑄釘列在所述擠壓輥套的周向上的寬度。

鑲件由硬質合金或金屬陶瓷制成，并且采用了板條列和鑄釘列的形式。板條列和鑄釘列彼此是分離的構件，在鑄造時，板條列和鑄釘列之間的空隙中會被輥套基體的材料熔液填充，在鑄件冷卻/熱處理時，填充到鑲件和輥套基體之間的這些材料熔液會吸收由于材料的收縮/膨脹率不同而造成的變形，從而防止產生不期望的殘余應力。

板條列和鑄釘列沿擠壓輥套的周向以交替方式配置，具有如下優點：一方面，輥壓機中的兩個輥彼此抵壓對物料進行擠壓或磨碎時，方便使一個輥上的板條列和另一個輥上的鑄釘列對位配合，從而順利進行對物料的擠壓或磨碎；另一方面，布置成列的板條列和鑄釘列在安置到用于鑄造擠壓輥套的砂型中時也方便定位和放置。

本實用新型第二方面的擠壓輥套的制造方法，包括如下步驟：預制鑲件，制作所述擠壓輥套的鑄型，采用鑲鑄工藝形成所述擠壓輥套，以及對所述擠壓輥套進行熱處理。

由于輥套基體和鑲件的材料不相同，所以不便于一次性鑄造成型。先預制鑲件，然后將預制好的鑲件布置于擠壓輥套的鑄型中，并采用如上所述的鑲鑄工藝使鑲件和輥套基體冶金結合。這樣就能夠實現本實用新型第一方面中的擠壓輥套。而且，可以通過購買現成的鑲件的方式，進一步降低制造難度。

優選地，所述鑲鑄工藝包括：將所述鑲件布置于所述鑄型中的預定位置，熔煉用于制造輥套基體的材料，并且向所述鑄型中澆入用于制造輥套基體的材料的熔液。

將預制好的鑲件布置在鑄型中的預定位置，然后澆入用于制造輥套基體的材料的熔液。比起通過離心鑄造來形成輥套基體和輥牙的方式，這一操作難度大為降低，因此能夠極大地節省生產成本，并提高生產效率。

優選地，所述鑲件包括板條和鑄釘。

優選地，所述鑄型為鑄造砂型，在所述鑲鑄工藝中對所述鑲件和所述鑄造砂型均進行預熱，其中，對所述鑲件的預熱溫度在200℃～350℃的范圍內，對所述鑄造砂型的預熱溫度在200℃～260℃的范圍內并且保溫0.5小時～1小時，在熔煉用于制造輥套基體的材料時，熔煉溫度在1400℃～1600℃的范圍內。優選地，在向所述鑄型中澆入用于制造輥套基體的材料的熔液時，澆鑄溫度在1400℃～1600℃的范圍內。優選地，在對鑄造成型的所述擠壓輥套進行熱處理后，所述鑲件的硬度至少為HRC54。

在鑲鑄工藝中對鑲件和鑄造砂型均可以進行預熱。當在上述溫度范圍內對鑲件和鑄型進行預熱/保溫時，可以防止在澆鑄時鑲件因溫度升高速度過快而產生不期望的金相組織微觀裂紋和熱膨脹不均勻造成的變形。1400℃是用于制造輥套基體的中碳合金鋼的熔煉溫度范圍的下限值，同時也是粉末冶金鋼結硬質合金的燒結溫度范圍的上限值。在1400℃～1600℃的澆鑄溫度范圍內進行澆鑄，能夠避免鑲件因為溫度過高而破壞其微觀金相組織，同時還能夠保證中碳合金鋼的良好的澆鑄性能。熱處理后硬度至少為HRC54的鑲件具有足夠的強度，在對一般的諸如煤炭、水泥等的物料進行擠壓和磨碎時能夠向物料施加可靠的破壞力。

附圖說明

圖1示出了一對現有技術的擠壓輥的工作原理示意圖。

圖2示出了作為本實用新型第一方面的一個實施方式的擠壓輥套的外周面的局部。

圖3是示出了用于制造擠壓輥套的鑄造砂型的一個示例的截面圖。

圖4是示出了本實用新型的鑲件布置于鑄造砂型中的情形的截面圖。

附圖標記說明：

1輥牙；2輥體；10輥套基體；20板條；30鑄釘；100砂芯；200透氣層；300冷卻水箱；P物料；d寬度。

具體實施方式

以下參照附圖詳細說明本實用新型的具體實施方式。

本實用新型的第一方面提供一種擠壓輥套。圖2示出了作為本實用新型第一方面的一個實施方式的擠壓輥套的外周面的局部。本實施方式的擠壓輥套包括筒狀的輥套基體10、板條20和鑄釘30。板條20和鑄釘30構成本實用新型的鑲件，并且可以通過鑲鑄方式布置在輥套基體10的外周面。

板條20和鑄釘30被構造成沿擠壓輥套的周向(即、輥套基體10的周向)以交替方式配置的多個板條列和多個鑄釘列。每個板條列均由一根呈直線狀的板條20構成，每個鑄釘列均由沿擠壓輥套的軸向大致沿直線排成一列的多個鑄釘30構成。在擠壓輥套的周向上，每個板條列和每個鑄釘列的寬度均為d。寬度d例如可以是10mm～15mm。鑄釘30的外徑小于寬度d。鑄釘30只要沿擠壓輥套的軸向排列在寬度d的范圍內即可，不需要嚴格保持直線排列。

板條20和鑄釘30的頂部均可以是圓弧狀的，并且在鑲鑄于輥套基體10的外周面后，板條20和鑄釘30的一部分均嵌入輥套基體10的材料內，但是板條20和鑄釘30的圓弧端露在輥套基體10外。容易理解，鑄釘30的頂部既可以在圖4所示的輥套基體的直徑方向上超出板條20的頂部，也可以是相互平齊，又或者是板條20的頂部在圖4所示的輥套基體的直徑方向上超出鑄釘30的頂部。

本實施方式的擠壓輥套可以安裝于圖1所示的輥體2，并用鑄釘30和板條20來代替輥牙1。容易理解，在需要擠壓或磨碎物料時，可以使一個擠壓輥套上的板條列對應另一個擠壓輥套上的鑄釘列。

以下說明輥套基體10、板條20和鑄釘30的成分。板條20和鑄釘30可以由硬質合金或金屬陶瓷制成。在本實施方式中采用硬質合金作為板條20和鑄釘30的材料的示例。輥套基體10采用中碳合金鋼或低碳合金鋼制成。

板條20和鑄釘30(即、鑲件)可以采用粉末冶金鋼結硬質合金預先制成。需要說明的是，可以從市場中購買得到預制好的鑲件。也可以購買用硬質合金或金屬陶瓷制成的板材、棒材等，然后通過機械加工得到期望的鑲件。例如，可以通過線切割加工，將買到的板材、棒材等加工成具有期望形狀的鑲件。

以下結合圖3和圖4說明作為本實用新型的擠壓輥套的制造方法的一個實施方式。

圖3中示出了制造擠壓輥套的鑄造砂型的截面。該鑄造砂型包括位于中央的砂芯100、位于最外側的冷卻水箱300和緊貼冷卻水箱300的內壁的透氣層200。在完成澆鑄后，可以抽走砂芯100。輥套基體10、板條20和鑄釘30的位置處于砂芯100和透氣層200之間。冷卻水箱300不僅用于在鑄造后對鑄件快速冷卻，還起到外圍砂箱的作用。透氣層200可以采用內嵌礦砂的砂料填充而成。礦砂的顆粒大，其周圍容易形成氣隙，方便透氣。

圖3和圖4中示出了板條20和鑄釘30布置于輥套基體10的外周面的情形，其中，圖3的截面是沿輥套基體10的軸線方向截取的，圖4的截面是沿垂直于輥套基體10的軸線方向的方向截取的。

本實施方式的制造方法包括如下步驟：預制板條20和鑄釘30；制作例如圖3所示的鑄造砂型；采用鑲鑄工藝形成擠壓輥套；以及對擠壓輥套進行熱處理。

雖然已經說明了作為鑲件的板條20和鑄釘30可以從市場上購得，但是，也可以采用粉末冶金鋼硬質合金通過鑄造制成板條20和鑄釘30。

在上述制造方法中，鑲鑄工藝包括：對預制好的板條20和鑄釘30進行預熱，對鑄造砂型進行預熱，將板條20和鑄釘30布置于鑄造砂型中的預定位置，熔煉用于制造輥套基體10的中碳合金鋼，并且向鑄造砂型中澆入中碳合金鋼熔液。需要說明的是，對板條20和鑄釘30以及鑄造砂型的預熱以及將板條20和鑄釘30布置于鑄造砂型中的預定位置的步驟沒有先后順序上的特殊要求。另外，還可以選擇對預制好的板條20和鑄釘30涂敷硼酸以增加潤濕性，從而促進鑲鑄時板條20和鑄釘30與輥套基體10的冶金結合。

以下詳細說明各步驟。

用粉末冶金鋼結硬質合金預制板條20和鑄釘30的過程中，依次采用“稱量→混料→高能球磨→烘干→研磨過篩→壓制/裝料→燒結→磨拋→噴涂”工藝步驟得到板條20和鑄釘30。其中，燒結方法為氣壓燒結、放電等離子體活化燒結或微波燒結中的一種。燒結溫度在1300℃～1400℃的范圍內，燒結體最終形狀為板條和鑄釘。

在制作鑄造砂型時，需要預留用于放置板條20和鑄釘30的空間或位置。例如，如圖4所示，當板條20和鑄釘30布置于輥套基體10的外周面時，需要在透氣層200的內周面處預留空間或位置。

在鑲鑄工藝中，板條20、鑄釘30和鑄造砂型都可以進行預熱。板條20和鑄釘30的預熱溫度在200℃～350℃的范圍內。鑄造砂型的預熱溫度在200℃～260℃的范圍內并且需要保溫0.5小時～1小時。板條20、鑄釘30和鑄造砂型可以分別預熱然后再組合在一起。或者可以先將板條20和鑄釘30預熱、然后將預熱了的板條20和鑄釘30與鑄造砂型組合在一起一同預熱。也可以先將板條20和鑄釘30布置于鑄造砂型中預留的空間或位置處，然后與鑄造砂型一同進行預熱(也可以一同對砂芯100和透氣層200進行預熱)。在合金鋼熔煉電弧爐中對用于形成輥套基體10的中碳合金鋼進行熔煉，熔煉溫度在1400℃～1600℃的范圍內。然后向鑄造砂型中澆入用于形成輥套基體10的中碳合金鋼熔液，澆鑄時的澆鑄溫度在1400℃～1600℃的范圍內。在1400℃～1600℃的澆注溫度范圍內，板條20和鑄釘30的材料中的硬質相不會熔化，因此板條20和鑄釘30均能夠保持其固有形狀。但是板條20和鑄釘30的材料中的一部分基質原料會熔化，因而在澆鑄后，板條20和鑄釘30的材料與液態的中碳合金鋼會產生冶金結合。冶金結合的鑲件與輥套基體之間沒有明顯的分界線，兩種材料混凝在一起，其結合強度遠遠高于傳統的焊接結合。

另外，在澆鑄用于形成輥套基體10的中碳合金鋼熔液時，板條20和鑄釘30之前的縫隙中會填充合金鋼熔液。這些縫隙中的合金鋼熔液會在冷卻凝固的過程中吸收由于不同材料的收縮/膨脹率不同而造成的變形，從而避免殘留有不期望的應力。

在完成澆鑄后，對得到的擠壓輥套進行熱處理，使板條20和鑄釘30的淬火態組織為碳化物+馬氏體，硬度至少為HRC54，優選地在HRC54～64的范圍內，從而完成擠壓輥套的制造。上述熱處理具體可以包括但不限于淬火、回火、調質等手段，只要能夠達到硬度要求即可。

盡管已經參照示例性實施方式說明了本實用新型，但是應當理解，本實用新型不限于所公開的示例性實施方式。例如，每個板條列和每個鑄釘列的寬度可以彼此不相同，只要不影響對物料的擠壓破碎即可。權利要求書的范圍應符合最寬泛的解釋，以包含所有的這些變型、等同結構和功能。