DE10336169B4 - Composite tool for impact and / or abrasive loads - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Komposit-Werkzeug für schlagende und/oder abrasive Belastungen. Derartige Werkzeuge werden beispielsweise zum Zerkleinern von Metall-, Gesteins- oder Abbruchmaterialien eingesetzt. Dabei sind die Werkzeuge extremen Belastungen sowohl im Bereich ihrer direkt mit dem zu zerkleinernden Gut in Kontakt kommenden Flächen als auch in dem Bereich ausgesetzt, in dem sie in der jeweiligen Zerkleinerungsmaschine gehalten sind.The The invention relates to a composite tool for beating and / or abrasive Charges. Such tools are for example for crushing used by metal, rock or demolition materials. there the tools are extreme loads both in their field directly with the material to be comminuted coming into contact surfaces as also exposed in the area where they are in the respective crusher are held.
Aus
der
Gleichzeitig stützt der Grundkörper die Schneidplatte an ihrem Umfang. Das duktilere Material des Einsatzes soll dagegen die Schlagabsorptionsfähigkeit des Werkzeugs insgesamt erhöhen. Während der Einsatz vom umgebenden Grundkörper vor Verschleiß geschützt ist, dämpft er auf die Schneidplatte treffende Schläge weitgehend ab.simultaneously supports the main body the cutting plate at its periphery. The more ductile material of the insert on the other hand should the impact absorption capacity of the tool as a whole increase. During the Insert from the surrounding body before Wear is protected, damps he largely hits the cutting plate striking blows.
Trotz
der voranstehend beschriebenen Wirkungsweise zeigt sich in der Praxis,
dass es bei Bohreinsätzen
der in der
Aus
der Praxis ebenfalls bekannt und in der
Ein Nachteil der voranstehend erläuterten einfach ausgeführten Monoblock-Werkzeuge ist, dass sie eine durchgehend niedrige Basishärte besitzen oder aus schlaghärtenden Materialien hergestellt sind. Sie weisen in der Regel einen zu geringen Verschleißwiderstand auf. Bei hoch- bzw. differenziert, über mehrere Abschnitte unterschiedlich gehärteten Monoblock-Werkzeugen besteht dagegen häufig das Risiko eines Bruchs in den Zonen, die eine besonders hohe Härte und, damit einhergehend, eine niedrige Duktilität besitzen.One Disadvantage of the above explained simply executed Monoblock tools is that they have a consistently low base hardness or from hacking Materials are made. They usually have too little wear resistance on. In high or differentiated, different over several sections hardened monoblock tools exists against it frequently the risk of breakage in the zones, which has a particularly high hardness and, concomitantly, have a low ductility.
Es ist versucht worden, die Nachteile der Monoblock-Werkzeuge durch Werkzeuge aus Materialien mit von einander abweichenden mechanisch-technologischen Eigenschaften zu beseitigen. Die verschleißfesten, die hohen mechanischen Schlagbelastungen aufnehmenden Formteile sind dabei durch mechanische Hilfsmittel in dem jeweiligen Grundkörper eingespannt. Im praktischen Einsatz zeigt sich allerdings, dass die mechanischen Verbindungen zwischen den miteinander verkoppelten Elementen anfällig gegen Ermüdung in Folge der im Betrieb auftretenden hohen Belastungen sind.It An attempt has been made to overcome the disadvantages of monobloc tools through tools made of materials with differing mechanical and technological properties to eliminate. The wear-resistant, the high mechanical impact loads receiving moldings are clamped by mechanical aids in the respective body. In practical use, however, it shows that the mechanical connections vulnerable to inter-linked elements fatigue as a result of the high loads occurring during operation.
Auch sind Werkzeuge für schlagende Belastungen bekannt, die durch Verbundguss erzeugt worden sind. Bei diesen Werkzeugen wird der verschleißfeste Formkörper in der Regel durch eine stoffschlüssige Verbindung in dem Material des Grundkörpers gehalten. Nachteilig an diesen Werkzeugen sind allerdings die hohen Kosten ihrer Herstellung, die sich durch einen hohen Aufwand an Material und eine komplexe Prozessführung ergeben. Darüber hinaus besteht im Betrieb laufend das Risiko eines Bruchs der metallischen Verbindung zwischen verschleißbeständigem Formelement und Grundkörper. Werkzeuge dieser Art sind beispielsweise aus der DE-PS 592 580 bekannt.Also are tools for beating loads that have been generated by composite casting are. In these tools, the wear-resistant molded body in usually by a cohesive Compound held in the material of the body. adversely However, these tools are the high cost of their production, which is characterized by a high expenditure of material and a complex Litigation result. About that In addition, there is a constant risk of breakage of the metal during operation Connection between wear-resistant molded element and basic body. Tools of this type are known for example from DE-PS 592 580.
Schließlich sind Komposit-Werkzeuge bekannt, bei denen ein schwammartiges, porös ausgebildetes Insert, das aus Metall oder einer Keramik bestehen kann, in den Werkstoff des Grundkörpers eingegossen ist. Im Zuge des Abgießens dringt der Grundkörper-Werkstoff in die Öffnung und Höhlungen des Inserts ein, so dass sich eine intensive Verklammerung des Grundkörpers mit dem Inlay ergibt. Problematisch beim Einsatz solcherart hergestellter Werkzeuge ist jedoch, dass sich die Sprödigkeit der als Werkstoff für den Inlay-Werkstoff eingesetzten Metall-Oxide bei bestimmten Anwendungen nachteilig auf das Einsatzverhalten der Werkzeuge auswirkt.Finally, composite tools are known in which a sponge-like, porous trained insert, which may consist of metal or a ceramic, is poured into the material of the body. In the course of pouring the penetrates Base material in the opening and cavities of the insert, so that there is an intensive clamping of the body with the inlay. However, a problem with the use of tools produced in this way is that the brittleness of the metal oxides used as the material for the inlay material has a disadvantageous effect on the application behavior of the tools in certain applications.
Ausgehend vom voranstehend erläuterten Stand der Technik lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Komposit-Werkzeug der eingangs angegebenen Art zu schaffen, das bei Minimierung des Risikos eines Werkzeugbruchs eine hohe Verschleißbeständigkeit aufweist und bei dem der Formkörper im Grundkörper über eine lange Betriebsdauer sicher gehalten ist.outgoing from the above-explained state The technique of the invention was the object of a composite tool of the beginning to create the specified type, while minimizing the risk of Tool breakage has a high wear resistance and in the the molded body in Basic body over one long service life is kept safe.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch ein Komposit-Werkzeug für schlagende und/oder abrasive Belastungen gelöst worden, das einen aus einer hochduktilen, schlaghärtenden Eisenbasis-Legierung erzeugten Grundkörper und mindestens einen in den Grundkörper eingegossenen, im Grundkörper unter weitestgehendem Ausschluss einer stoffschlüssigen Verbindung formschlüssig gehaltenen Formkörper gebildet ist, der im der schlagenden Belastung direkt ausgesetzten Bereich des Komposit-Werkzeugs angeordnet und aus einem vom Eisenwerkstoff des Grundkörpers abweichenden, hochverschleißfesten Metallwerkstoff als massiver Körper vorgefertigt ist, wobei der Formkörper eine ausgehend von einer Basisfläche sich in Richtung seiner der Basisfläche gegenüberliegenden Stirnfläche verjüngende Form besitzt und wobei die Stirnfläche dem der schlagenden Belastung direkt ausgesetzten Bereich des Komposit-Werkzeugs zugeordnet ist.These Task is inventively by a Composite tool for beating and / or abrasive loads have been solved, the one from a highly ductile, final-curing Iron-base alloy produced base body and at least one in the main body cast in, in the main body under the most extensive exclusion of a material connection positively held moldings that is directly exposed in the beating load Area of the composite tool and arranged from one of the iron material of the basic body deviating, highly wear-resistant Metal material as a solid body is prefabricated, wherein the molding is a starting from a footprint in the direction of its base surface opposite face tapering shape owns and whereby the end face the area of the composite tool directly exposed to the impact load assigned.
Eine solche Form ist beispielsweise dann gegeben, wenn der Formkörper die Grundform eines Pyramidenstumpfes besitzt. Bei einer solchen im wesentlich konisch von der Basis- zur Stirnfläche zulaufenden Formgebung ist auf einfache Weise sichergestellt, dass der Formkörper auch noch nach langer Betriebszeit sicher im Grundkörper gehalten ist.A such shape is given, for example, when the molding the Basic shape of a truncated pyramid has. In such an im essentially conical from the base to the face tapered shape is easily ensured that the shaped body too is safely held in the body after a long period of operation.
Das erfindungsgemäße Komposit-Werkzeug besteht im Wesentlichen aus einem Grundkörper, der aus einem gegossenen, hochduktilen Werkstoff erzeugt ist. In der im Betrieb schlagend und/oder abrasiv belasteten Zone dieses Grundkörpers ist ein Formkörper platziert, der aus einer hochfesten, ebenfalls metallischen, bevorzugt eisenbasierten Legierung gefertigt ist. Die Form des Formkörpers ist dabei so gewählt, dass der Formkörper im ihn umgebenden Material des Grundkörpers sicher formschlüssig gehalten ist. Gleichzeitig sind die Werkstoffe von Grundkörper und Formkörper so aufeinander abgestimmt, dass es zu keiner nennenswerten stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Formkörper und dem Grundkörper kommt. Ebenso wenig ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Formkörper durch zusätzliche mechanisch wirkende Hilfsmittel in dem Grundkörper gehalten ist.The composite tool according to the invention consists essentially from a basic body, which is produced from a cast, highly ductile material. In the impacting and / or abrasive zone during operation the body is a shaped body placed, which is made of a high-strength, also metallic, preferred iron-based alloy is made. The shape of the molding is chosen so that the shaped body securely held positively in the surrounding material of the body is. At the same time, the materials of the base body and the molded body are the same coordinated, that there is no significant cohesive connection between the molding and the main body comes. Nor is it according to the invention provided that the molding by additional mechanically acting aids is held in the body.
Mit der Erfindung steht ein in Zerkleinerungsmaschinen universell einsetzbares, besonders einfach herstellbares Komposit-Werkzeug zur Verfügung, das in seiner dem primären Verschleiß ausgesetzten Arbeitszone durch den dort angeordneten Formkörper einen hohen Verschleißwiderstand besitzt und gleichzeitig eine deutlich reduzierte Bruchempfindlichkeit aufweist. Da die hohen schlagenden oder abrasiven Belastungen durch den aus hartem, verschleißfestem Material bestehenden Formkörper aufgenommen werden, können der Werkstoff des Grundkörpers und die bei seiner Verarbeitung angewendeten Wärmebehandlungen ohne Rücksicht auf die im praktischen Betrieb auftretenden Belastungen auf eine möglichst hohe Duktilität des Grundkörpers ausgerichtet sein.With the invention is a universally applicable in crushing machines, particularly easy to produce composite tool available, the in his the primary Wear exposed Working zone by the molded body arranged there a high wear resistance possesses and at the same time a significantly reduced fragility having. Because the high impact or abrasive loads due to made of hard, wear-resistant Material existing moldings added can, can the material of the main body and the heat treatments applied during its processing without consideration on the loads occurring in practical operation on a preferably high ductility aligned to the body be.
Die bei der Erzeugung erfindungsgemäßer Komposit-Werkzeuge angewendete Wärmebehandlung sieht vor, dass die Wärmeführung während des Herstellprozesses die notwendigen Parameter für die beiden zu kombinierenden Werkstoffe berücksichtigt. Ziel ist es dabei, im Grundkörper eine möglichst hohe Duktilität und im Formkörper eine möglichst hohe Härte zu erzeugen. Dies wird erreicht durch eine Behandlung im Hochtemperaturbereich von 950–1100 °C. Dann erfolgt eine gebrochene Flüssigkeitshärtung im Bereich von 350–600 °C, an die sich wiederum eine Abkühlung an Luft und ein nachträgliches Entspannen bei Temperaturen von 300–400 °C anschließen.The in the production of composite tools according to the invention applied heat treatment provides that the heat guide during the manufacturing process the necessary parameters for takes into account the two materials to be combined. The goal is to in the main body one possible high ductility and in the molding one possible high hardness to create. This is achieved by a treatment in the high temperature range from 950-1100 ° C. Then done a broken liquid hardening in the Range of 350-600 ° C, to the turn a cool in the air and a subsequent relaxation at temperatures of 300-400 ° C.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, dass der Formkörper in beliebiger, kostengünstiger Weise vorgefertigt werden kann. So kann es sich bei dem in das erfindungsgemäße Komposit-Werkzeug eingegossenen Formkörper beispielsweise um ein Schmiedeteil, ein Stanzteil, ein geschnittenes Teil, ein gebranntes Teil, ein Sinterteil oder ein Gussstück handeln. Dabei kann das Stanzteil, gebrannte bzw. geschnittene Teil aus einem Flachmaterial hergestellt sein.One Another significant advantage of the invention is that the molded body in any, more cost effective Way can be prefabricated. So it may be in the case in the composite tool according to the invention cast molded body for example, a forged part, a stamped part, a cut Part, a fired part, a sintered part or a casting act. In this case, the stamped part, fired or cut part of a flat material be prepared.
Erfindungsgemäß wird durch die Auswahl der für den Grundkörper und den Formkörper verwendeten Werkstoffe sichergestellt, dass die spezifischen mechanisch-technologischen Eigenschaften beider Werkstoffe, nämlich einerseits hochverschließfest für den Formkörper und andererseits hochduktil für den Grundkörper, sowohl während des Herstellungsprozesses selbst als auch im praktischen Einsatz erhalten bleiben. Als für die Herstellung des Grundkörpers geeigneter Werkstoff, der diese Anforderungen erfüllt, erweist sich eine Eisenlegierung, die (in Gew.-%) 8,0–22,0 % Mn, 0,2–2,8 % Cr, 0,5–1,5 % C und als Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen enthält. Eine eine hohe Härte des Formkörpers ermöglichende Eisenlegierung enthält dagegen (in Gew.-%) 6,0–16,0 % Cr, 0,3–1,5 Mo, 0,3–1,4 % W, 0,6–2,2 % C und als Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen. Unterstützt durch eine auf die jeweiligen Werkstoff-Zusammensetzungen abgestimmte Wärmebehandlung lassen sich mit diesen Legierungen besonders langlebige, robuste Komposit-Werkzeuge erzeugen, die auch härtesten Belastungen über die jeweils geforderte Einsatzdauer standhalten. Dabei können innerhalb der erfindungsgemäß vorgegebenen Legierung die Werkstoffe von Grundkörper und Formkörper so aufeinander abgestimmt werden, dass der Formkörper während und in Folge der Nutzungsbeanspruchung permanent im Komposit-Werkzeug verspannt ist.According to the invention, the selection of the materials used for the base body and the molded body ensures that the specific mechanical-technological properties of both materials, namely on the one hand high-sealing strength for the molding and the other highly ductile for the body, both during the manufacturing process itself and in practical use stay. As for the manufacturer A material which satisfies these requirements is an iron alloy containing (in% by weight) 8.0-22.0% Mn, 0.2-2.8% Cr, 0.5-1, 5% C and the remainder contains Fe and unavoidable impurities. In contrast, an iron alloy which enables a high hardness of the molding contains (in% by weight) 6.0-16.0% Cr, 0.3-1.5 Mo, 0.3-1.4% W, 0.6- 2.2% C and balance Fe and unavoidable impurities. Supported by a heat treatment adapted to the respective material compositions, these alloys can be used to produce particularly durable, robust composite tools which withstand even the toughest loads over the respective required service life. In this case, within the alloy specified according to the invention, the materials of the base body and the shaped body can be matched to one another in such a way that the shaped body is permanently clamped in the composite tool during and as a result of the usage stress.
Die Herstellung eines erfindungsgemäßen Komposit-Werkzeugs erfolgt bewusst so, dass es zu keiner wesentlichen metallischen Bindung zwischen dem Formkörper und dem ihn zumindest teilweise umgebenden Grundkörper kommt. Um die permanente Verbindung zwischen dem Grundkörper und dem Formkörper zu gewährleisten, ist der Formkörper vielmehr so ausgelegt, dass der Formkörper formschlüssig im Material des Grundkörpers eingebettet ist.The Production of a composite tool according to the invention deliberately done so that it does not cause any significant metallic Bond between the molding and the body at least partially surrounding it comes. To the permanent connection between the body and the molding guarantee, is the molding rather, designed so that the molding is positively in Material of the basic body is embedded.
Der formschlüssige Halt des Formkörpers kann auch dadurch erreicht werden, dass in die Seitenflächen des Formkörpers Vertiefungen eingeformt sind. Alternativ oder ergänzend können zum selben Zweck an die Seitenflächen des Formkörpers Erhöhungen angeformt sein.Of the positive Halt the molding can also be achieved in that in the side surfaces of the molding Wells are formed. Alternatively or additionally, for same purpose to the side surfaces of the molding increases be formed.
Nachfolgend
wird die Erfindung anhand einer Ausführungsbeispiele darstellenden
Zeichnung näher
erläutert.
Die
in den Figuren dargestellten Komposit-Werkzeuge
Beim
in
Auf
diese Weise ist eine ausgehend von der Grundfläche
Durch
diese Dimensionierung der den Formköper
In
den Arbeitsabschnitt
Wiederum,
entsprechend dem in
Auch
beim Komposit-Werkzeug
Beim
in
Der
Formkörper
Beim
in
Ein
wichtiger Vorteil des in
- 1, 11, 21, 311, 11, 21, 31
- Komposit-WerkzeugeComposite Tools
- 22
- Grundkörperbody
- 2a2a
- schmale Stirnseite des Grundkörpersnarrow Front side of the main body
-
22 - 2b2 B
-
Arbeitsabschnitt
des Grundkörpers
2 Working section of the basic body2 - 2c2c
-
Einspannabschnitt
des Grundkörpers
2 Clamping section of the body2 - 2d2d
-
Lagerabschnitt
des Grundkörpers
2 Bearing section of the body2 - 3, 13, 23, 33', 33'', 33'''3, 13, 23, 33 ', 33' ', 33' ''
- Formkörpermoldings
- 3a, 13a, 33a3a, 13a, 33a
- Grundfläche des jeweiligenFootprint of the respective
-
Formkörpers
3 ,13 ,23 ,33' ,33'' ,33''' molding3 .13 .23 .33 ' .33 '' .33 ''' - 3b, 13b, 33b3b, 13b, 33b
- Stirnfläche des jeweiligenFace of the respective
-
Formkörpers
3 ,13 molding3 .13 - 2e2e
-
Wände
2e des Grundkörpers2 walls2e of the basic body2 - 23c, 23d, 23e, 23f23c, 23d, 23e, 23f
-
Seitenflächen des
Formkörpers
23 Side surfaces of the molding23 - 23g23g
- kanalartige Vertiefungenchannel-like wells
- 23h23h
- Vorsprüngeprojections
- dG1, dG2 d G1 , d G2
- mittlere Wandstärke der denmiddle Wall thickness the one
-
Formkörper
3 seitlich umgebendenmoldings3 laterally surrounding -
Wand
2e wall2e - dF1, dF2 d F1 , d F2
-
mittlere
Dicke dF1 des Formkörpers
3 average thickness d F1 of the molding3 - LL
-
Gesamtlänge des
Grundkörpers
2 Total length of the main body2 - X, YX, Y
- Messachsenmeasuring axes
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