一种具有三维互穿网络结构的钢铁-橡胶复合耐磨件的制备方法技术

本发明专利技术公开一种具有三维互穿网络结构的钢铁

【技术实现步骤摘要】
一种具有三维互穿网络结构的钢铁
‑
橡胶复合耐磨件的制备方法


[0001]本专利技术属于异质材料复合
，尤其是涉及一种具有三维互穿网络结构的钢铁
‑
橡胶复合耐磨件的制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，矿山机械的设计制造发展迅速，趋向大型化和高效化，大型的半自磨机、球磨机、渣浆泵等在各选矿厂得到了广泛的推广应用。由于设备尺寸的增大，给矿粒度或磨矿钢球都比较大，对设备中的关键耐磨部件（如衬板、渣浆泵护板、提升条等）的冲击大，磨损非常剧烈，耐磨件的使用寿命短，更换时间长，不仅浪费大量的人力、物力，而且设备的运转效率较低。
[0003]目前矿山机械关键耐磨部件的材质主要有三种：第一种是采用高铬铸铁、高锰钢或低合金钢等，主要存在以下问题：
①
抗冲击力不足，使用寿命短；
②
耐磨件易出现铸造缺陷，易裂，使用一段时间后会存在部分碎裂的现象，需要停机检修更换；
③
耐磨件较笨重，螺栓紧固困难，易松动，造成螺栓孔漏矿浆，严重时磨损螺栓孔；
④
金属耐磨件的安装、拆卸和维护都很麻烦，工人检修的劳动强度大，影响生产效率；第二种是采用高耐磨的天然橡胶，利用自身的弹性变形，吸收浆料的动能和冲击，但存在以下问题：
①
橡胶的硬度低，耐磨性差，使用寿命不足；
②
橡胶耐磨件强度低，在设备运行时受振动的影响而振动偏大，橡胶老化加速；
③
由于矿山选矿工艺本身条件恶劣，橡胶耐磨件的使用寿命较短；第三种是钢铁
‑
橡胶复合耐磨件，但这种复合耐磨件中的钢铁和橡胶为层状复合，一般以胶粘层进行连接，结合强度较低，在物料的高冲击作用下，钢铁或橡胶易整层剥落，导致作业危险系数较高，很难得到推广应用。
[0004]3D打印技术经过多年的发展，技术上已基本上形成了一套体系，3D打印技术制造复杂物品不增加成本，空间设计无限，无需组装，精确的实体复制等，这些优势使得3D打印应用的行业逐渐扩大。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的旨在提供一种高耐磨、耐冲击、使用寿命长、重量轻的大型复合耐磨件制备方法，具体包括以下步骤：（1）利用绘图软件绘制具有三维互穿网络结构的立体模型，利用3D打印机将绘制出的立体模型打印成空间结构塑料模板。
[0006]（2）将塑料模板与内浇道和直浇道拼接后放入松散石英砂的砂箱中，振实砂箱后将高耐磨的钢铁材料熔化并浇注入砂箱中，获得具有三维网络结构的钢铁骨架。
[0007]（3）将加热后呈柔软状态的橡胶注射到钢铁骨架中冷却成型，获得具有三维互穿网络结构的钢铁
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橡胶耐磨块。
[0008]（4）采用焊接或铆接的方法将具有三维互穿网络结构的钢铁
‑
橡胶耐磨块安装在
耐磨件的工作表面，即可获得表面强化的复合耐磨件。
[0009]所述的三维互穿网络结构中孔的横截面形状为圆形、三角形、四边形、六边形的一种或几种。
[0010]所述的三维互穿网络结构中孔横截面的等效直径为3~30mm，两孔中心间距为4~50mm。
[0011]所述的高耐磨的钢铁材料为高铬铸铁、高锰钢、合金钢中的任意一种。
[0012]所述的橡胶为常规的橡胶，优选组分及其配比为：天然橡胶:炭黑: 氧化锌/纳米氧化锌:硬脂酸: 添加剂:芳烃油=100:30:6:1:6:3；所述添加剂为常规添加剂例如促进剂CZ、防老剂RD、分散剂、硫磺等。
[0013]所述的耐磨件为衬板、渣浆泵护板、提升条中的任意一种。
[0014]本专利技术所述的三维互穿网络结构是指在xyz三个空间坐标上的耐磨钢铁块体均有贯穿型孔洞，在孔洞中充满橡胶后所形成的结构；现有钢铁
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橡胶复合耐磨件为一维复合，即在钢铁表面铺满橡胶后再一次叠放钢铁、橡胶，钢铁和橡胶的接触面需用胶粘层进行粘结。
[0015]本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果：（1）本专利技术的复合耐磨件是将高耐磨的钢铁材料通过液态成型制备成具有三维互穿网络结构的骨架，随后将加热后呈柔软状态的橡胶注射到钢铁骨架中冷却成型，这种设计有效综合钢铁材料的耐磨性和橡胶材料的抗冲击性，并且钢铁与橡胶之间具有交叉互锁作用，界面处无须使用胶粘层进行粘结，在冲击作用下橡胶不易脱落，显著提高了复合耐磨件的耐磨性，平均使用寿命是普通金属耐磨件的3倍以上。
[0016]（2）由于钢铁骨架内为致密的橡胶填充，而橡胶的密度远低于钢铁密度，因此复合耐磨件的重量明显降低，仅为普通金属耐磨件的1/2~2/3，随着服役时间的延长，耐磨块磨损严重后可用焊接或者铆接的方法单独将耐磨块装卸更换，无需停机，节约了成本，降低了设备的负荷和能耗，同时减轻了工人的劳动强度，便于进行机械化自动化批量生产。
附图说明
[0017]图1为本专利技术具有三维互穿网络结构的钢铁
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橡胶耐磨件复合区域示意图。
具体实施方式
[0018]下面将结合本专利技术中的实施例，对本专利技术中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0019]实施例1本实施例涉及一种具有圆形孔型的三维互穿网络结构高锰钢
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橡胶复合耐磨衬板制备方法，具体步骤如下：（1）首先利用Solid Edge绘图软件绘制三维互穿网络结构的立体模型，如图1所示，孔横截面的直径为15mm，两孔中心间距为25mm，利用3D打印机将绘制出的立体模型打印成三维互穿网络结构塑料模板。
[0020]（2）将塑料模板与内浇道和直浇道用胶水拼接后放入松散石英砂的砂箱中，将砂箱放置在振动台上振实，在中频感应炉中熔炼得到高锰钢金属熔体，将熔体浇注入砂箱中获得具有三维网络结构的高锰钢骨架。
[0021]（3）配制橡胶，其中橡胶的组分及其配比为：天然橡胶:炭黑:氧化锌(含纳米氧化锌):硬脂酸:(促进剂CZ、防老剂RD、分散剂、硫磺等添加剂):芳烃油=100:30:6:1:6:3；将配制好的橡胶加热软化，采用注射成型的方式将软化的橡胶注射到高锰钢骨架中，冷却后可得到具有圆形孔型的三维互穿网络结构高锰钢
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橡胶复合耐磨块，将该耐磨块采用铆接的方法安装在衬板工作面上即可。
[0022]采用本方法制备的高锰钢
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橡胶复合耐磨衬板，使用寿命由原纯高锰钢衬板的5个月提高到16个月，并且耐磨块可根据实际使用情况进行更换。
[0023]实施例2本实施例涉及一种具有圆形和三角形孔型的三维互穿网络结构高铬铸铁
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橡胶复合耐磨渣浆泵护板制备方法，具体步骤如下：（1）首先利用Proe绘图软件绘制三维互穿网络结构的立体模型，如图1所示，孔横截面的等效直径为3mm，两孔中心间距为4mm，利用3D打印本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有三维互穿网络结构的钢铁
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橡胶复合耐磨件的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：（1）利用绘图软件绘制具有三维互穿网络结构的立体模型，利用3D打印机将绘制出的立体模型打印成空间结构塑料模板；（2）将塑料模板与内浇道和直浇道拼接后放入松散石英砂的砂箱中，振实砂箱后将高耐磨的钢铁材料熔化并浇注入砂箱中，获得具有三维网络结构的钢铁骨架；（3）将加热后呈柔软状态的橡胶注射到钢铁骨架中冷却成型，获得具有三维互穿网络结构的钢铁
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橡胶耐磨块；（4）采用焊接或铆接的方法将具有三维互穿网络结构的钢铁
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橡胶耐磨块安装在耐磨件的工作表面，即可获得表面强化的复合耐磨件。2.根据权利要求1所述具有三维互穿网络结构的钢铁
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橡胶复合耐磨件的制备方法，其特征在于：三维互穿网络结构中孔的横截面形状为圆形、三角形、四边...

【专利技术属性】
技术研发人员：隋育栋，蒋业华，侯占东，周谟金，温放放，李祖来，卢德宏，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：