通过金属注射模制而获得的用于锯珠的套筒的制作方法

通过金属注射模制而获得的用于锯珠的套筒的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种金属套筒，该金属套筒专门适合用作在锯珠中的磨料层的载体套 筒，本发明还涉及环绕该套筒建造的锯珠以及使用该珠的锯绳。所述套筒通过金属注射模 制方法来制造，这使得锯珠在它的使用和制造中特别有利。
【背景技术】
[0002] 锯绳（有时也称为锯线）广泛用于在采石场中和在静止切块机中锯石头。锯绳的 应用目的已知是将锯珠组件穿在钢绳上并通过聚合物而间隔开，该聚合物环绕所述绳而注 射模制。
[0003] 锯珠自身通常由套筒构成，磨料层附接在该套筒上。磨料层由金属和磨料颗粒的 混合物来制造，该磨料颗粒通过粉末冶金而获得。将金属粉末和磨料颗粒的混合物按压在 一起成环形形状，以便形成压紧件。该压紧件自身在还原气体中进行烧结。再将这样致密 化的压紧件铜焊至小金属套筒上。
[0004] 近来已经发展了可选的制造方法，其中，磨料层通过激光镀覆而直接施加在金属 套筒上。见W02012/119946和W02012/119947。这种方法能够与制造锯绳的其它方法组合， 例如TO2011/061166中所述。
[0005] 尽管金属套筒只是整个锯绳中的次要部件，但是本发明人发现它对于锯绳的总体 性能有较大的影响。
[0006] 因为套筒接近钢绳，或者甚至与该钢绳接触，因此有钢绳磨损的危险。实际上， 由于套筒与柔性绳相比而言更具刚性，因此所述绳在弯曲时可能接触所述套筒的缘，从而 导致所述绳过早失效。因此，设想了不同的斜切的出口开口（见JP10006329、JP9314544、 GB2243094)。
[0007] 还有，在套筒和磨料层之间的结合以及在套筒和钢绳之间的结合必须良好，因为 作用在磨料层上的全部力都通过这些结合媒介而传递给钢绳。因此，已经提出使得套筒具 有多个孔（JP2000176737)，用于更好地锚固聚合物和磨料层。
[0008] 还提出在套筒的端部处制造凹口，用于更好地锚固聚合物和/或更好地除去碎肩 (DE19522655、EP0728552)。DE19522655 提出用塑料来制造套筒。
[0009] 每米锯绳能够存在多达40个珠。因此每节省一分将导致每米线的成本降低40分。 当前，通过由管进行机械加工和切割来制造套筒。当人们希望有可控的更复杂的形状时，这 很昂贵。因此，本发明人研宄了其它方式来制造金属套筒。

【发明内容】

[0010] 本发明的主要目的是提供一种套筒，该套筒能更便宜地大量制造。另一目的是提 供一种套筒，该套筒特别适用于通过激光镀覆而将磨料层附接于其上。另一目的是提供一 种能够在形状和材料组分方面有较大自由度地制造金属套筒的方法。本发明的最后目的是 提供一种锯珠和一种包括锯珠的锯绳，它们通过其金属套筒而特别优于当前已知的锯绳。
[0011] 根据本发明的第一方面，限定了一种根据权利要求1的特征组合的金属套筒，该 金属套筒用作锯珠的磨料层的载体。本发明的优选实施例的具体特征在从属的产品权利要 求中提出。
[0012] 用作锯珠的磨料层的载体的金属套筒有轴向孔，该轴向孔有轴向中间部分和在各 端处的斜切的开口。关于该套筒的特征是，通过"金属注射模制"来制造它。
[0013] 金属注射模制的技术能够以较低成本来制造大量（例如超过10万）的较小金属 物品（例如小于20克）。该技术包括以下步骤：
[0014] 使粘接剂与金属粉末完全混合，以便获得均匀的原料混合物或者获得预制的原 料；
[0015] 将该混合物注射模制至模具内，从而形成"绿色"套筒；
[0016] 从模具中取出该绿色套筒；
[0017] 使粘接剂从绿色套筒中进行脱黏（debinding)，从而形成"棕色"套筒；
[0018] 烧结该棕色套筒直到最大致密化。
[0019] 颜色"绿色"和"棕色"是在金属注射模制领域中使用的，但并不与部件的真正颜 色有任何关系。它们只是表示套筒的状态："绿色"能够由"新鲜"代替，"棕色"能够由"焙 烤"代替。
[0020] 粘接剂是有机分子的混合物，例如固体石蜡、聚烯烃（例如聚乙烯、聚丙烯、聚苯 乙烯、聚氯乙烯、聚乙二醇、聚甲醛等）和硬脂酸。
[0021] 粘接剂的组分确定了用于绿色套筒的脱黏模式。当前有三种主要系统：
[0022] 热脱黏，其中，粘接剂包括随着温度增加而逐渐蒸发的成分（例如Advamet? 原料）。更耐温度的成分只有当剩余的多孔粉末结构接近烧结温度时才蒸发。热脱黏的 优点是脱黏和烧结能够在单个炉中（例如在Nabertherm炉中）通过可编程的加热和析气 (gassing)循环而进行。
[0023] 基于溶剂的脱黏，其中，粘接剂的一些成分很容易溶解在液体溶剂中，而剩余的不 可溶成分保证烧结时仍然粘接。尽管在过去使用易挥发的有机溶剂，但是由于环境原因，已 经朝着可水溶的成分（极性分子，例如聚乙二醇）转变。后者明显是优选的。市场上可获 得的实例是PolyMIM?原料，它在LftMI水脱黏炉中脱黏。
[0024] 催化阶段腐蚀。在这种脱黏系统中，一种成分通过与反应剂相互作用而被反应掉。 例如，所述成分能够是聚甲醛，而反应剂是在氮气中的硝酸蒸气。产生的甲醛必须烧掉。公 知的催化原料是BASF的Catamold?,它能够在具有燃烧设备的CM炉中脱黏。
[0025] 在与脱黏相同的炉中（在热脱黏的情况下）或在专用炉中进行烧结。使用的温度 取决于所使用的金属粉末的种类，但是对于钢，其通常高于1200°c。使用保护气体例如氮 气、氢气或氩气，以便防止金属粉末氧化。烧结的目的是使得粉末熔化并且使得部件固结。 套筒通过金属注射模制来制造，这将保持最终产品的可追踪性，其中，微小的球形空腔在冶 金截面中保持可见。
[0026] 使用金属注射模制能够在较大形状自由度的情况下以较低成本来制造金属套筒。 人们只需要考虑在棕色套筒烧结成最终产品的过程中产生的相当大的收缩。能够从原料 中的金属粉末容积系数" γ "以及在烧结后获得的金属质量密度与它的理论最大值的比率 " α "来估计线性收缩系数"f "（即只沿一个方向的皱缩，而不是容积的皱缩）：f = ( α / γ)1/3。这是假设收缩为各向同性。通常，"α"必须高于95%，以便有足够的致密化。
[0027] 使用的金属粉末将在很大程度上确定所形成的套筒的机械和几何特性。特别优选 的金属粉末组分是钢，基于它们的强度和耐温性。优选的组分是这样的钢，该钢包含直到 0. 8wt%的碳、小于0. 5wt%的硅以及从包括镍、锰、钼、铬、铜的组中选出的一种或多种金 属，其余为铁。
[0028] 优选实例为：
[0029] 铁镍钢（小于0· 2wt%的C ;1· 9至8. Owt%的Ni、其余为铁）；
[0030] 不锈钢，例如奥氏体 316L(C 彡 0· 03wt % ;16 至 18wt% 的 Cr ;10-14wt% 的 Ni ; Mn < wt2% ;2_3wt% 的 Mo ;Si < lwt% ;其余为铁）。
[0031] 可沉淀硬化钢 17-4PH(C 彡 0· 07wt% ;15-17· 5wt% 的 Cr ;3-5wt% 的 Ni ;3-5wt% 的 Cu ;0· 15-0. 45wt% 的 Nb ;Mn < lwt% ;Si < lwt% ;其余为铁）。
[0032] 304L(C 彡 0· 08wt% ;18-20wt% 的 Cr ;8-10. 5wt% 的 Ni ;其余为铁）。
[0033] 因为金属套筒必须足够坚固而不会在锯的过程中被撕开，因此本发明人考虑最小 为250MPa的极限拉伸强度（UTS)。更优选的是大于500MPa的极限拉伸强度，或者甚至大于 lOOOMPa。另一方面，期望金属套筒有一些延展性，因为它可能在使用过程中受到严重冲击， 最好是，冲击能量被塑性地吸收。因此，优选是，在屈服强度RpO. 2和UTS之间的比率大约 在50和85%之间。
[0034] 特别是，金属套筒的金属必须能够经受超过1000°C的温度（在珠的激光镀覆过程 中产生这种温度）。另一方面，熔化点不应当太高而在通过激光镀覆来施加磨料层时形成粘 接层。因此，最好是，金属粉末原料的烧结温度大约与在激光镀覆过程中产生的温度相同。 因此，在从1200°C至1400°C之间的烧结温度窗口被认为是在两个要求之间的良好的平衡。
[0035] 优选是，以预混合的丸剂的形式获得原料混合物。脱黏系统的类型对于本发明并 不重要。不过，在原料中的金属粉末的量对于获得适合用作磨料层的载体的金属套筒而言 有一定的重要性。在烧结过程中，金属粉末颗粒合并成更大颗粒，从而导致在金属套筒的表 面处的平铺图形（tiled pattern)，它的尺寸特征大致由合并的颗粒的尺寸来确定。这些合 并的颗粒导致套筒的外表面的特定粗糙度，从而具有使得金属套筒用作用于锯珠的磨料层 的载体的有利特性。因此，本发明人更愿意使得金属粉末的中间颗粒尺寸为至少2 μ m，优选 是5 μπι或10 μπι或者更大。当粉末太小时，表面变得太平滑。超过50 μπι的颗粒尺寸会引 起保持金属套筒的总体几何公差的问题。
[0036] 套筒的外表面粗糙度也受到模具的内表面的影响（套筒在该模具中制造）。该内 表面能够有纹理（例如通过喷砂），以便将各向同性的粗糙图形施加在套筒的表面上。这导 致了高度可重复的表面粗糙度，其适用于激光镀覆。
[0037] 在普通的金属套筒中，任意类型的附加特征（例如套筒的内部或外部成形、内部 螺纹或表面处理）都产生额外的处理，这意味着额外的成本。对于根据本发明的金属套筒， 当设想较大数量时，这些附加特征增加的成本可忽略。
[0038] 通常，金属套筒的尺寸为大约Ilmm长，外径为7mm，内径为5mm(它的重量为大约 1.6克）。在它的顶部的磨料层使得它有9至Ilmm的外径。这是通常在采石场中用于石块 采取的套筒的尺寸。用于切片的珠套筒为大约Ilmm长，且内径为3. 7mm，外径为5. Omm (有 磨料层时为7. O至7. 5_)。它们的重量只有0.77克。将来，可以考虑这样的套筒，它有甚 至更小的内径，例如3. Omm或者甚至低于2. 5mm，最多4mm的外径，其中壁厚小于0· 5mm，长 度为Ilmm或更小，且重量小于0. 5克，总体直径小于7. 0mm。
[0039] 本发明人发现，金属套筒的形状特别对锯绳的疲劳寿命和珠的粘接具有较大影 响。具有轴向长度"L"的套筒的优选实施例具有轴向孔，该轴向孔有轴向中间部分以及在 各端处的斜切的或台阶形的开口。轴向中间部分为柱形，具有在0. 25 X L至0. 75 X L之间 的长度。尽管它是优选的，但是本发明并不必须使得轴向中间部分恰好在中部。轴向中间 部分包括套筒的中点就足够了。
[0040] 斜切开口是这样的，内径"dmin "是所述套筒的最小中部，并开口直至在套筒端部处 的内径"dmax"。优选是，在包括套筒的轴线的截面中，曲率半径为至少（d max-dmin)/2。例如， 在各端处的斜切开口能够是圆锥形形状。甚至更优选是，在各端处的斜切开口的内表面由 二次曲线的轴向旋转来描述。例如椭圆或抛物线。
[0041] 优选是，所述斜切开口示出了曲率半径，该曲率半径沿着钢绳在弯曲时的曲线。绳 的曲率半径由钢绳的刚性、所施加的拉伸以及锯绳的出口角度来确定。"出口角度"的意思 是指锯绳在离开石头（或进入它）时产生的偏离角度。对于当前使用的钢绳（具有大约 3. 0至5. Omm的直径，斜切开口的曲率半径应当在10和30mm之间，优选是在10和20mm之 间。
[0042] 优选是，所述轴向孔有螺旋的内螺纹，该内螺纹的槽在轴向孔的中部部分处最深， 在斜切开口处较浅。所述螺纹用于改进所述套筒在钢绳上的聚合物上的锚固。这样的锚固 很重要，以便将作用于磨料层上的力传递给钢绳。平滑的内表面并不产生足够的夹紧。所 述螺纹有特定的"螺纹角度"，该螺纹角度对应于当投射至轴向平面上时在螺纹和套筒的轴 线之间的角度。
[0043] 螺纹角度越小，套筒就能越好地抵抗在锯切过程中由绳施加在珠上的力矩。不过， 太小的螺纹角度会导致轴向锚固的损失，从而有套筒从绳上的聚合物上被拉动的危险。另 一方面，所述螺纹角度应当并不接近直角，这是因为，这样尽管能够优化轴向锚固，但是所 述珠将开始绕绳旋转，从而导致所述珠松开。应当避免松开珠，因为它们将导致所述珠的不 对称磨损。
[0044] 金属套筒的特别优选实施例是在套筒的内螺纹和绳的股线之间的角度接近垂直。 当作用在钢绳上的力传递至股线上时，当由聚合物在螺纹中形成的肋与股线大约垂直时有 最大保持力。因此，优选是，股线在绳中的捻向与金属套筒的螺纹方向相反。例如，当绳为 右手时（"Z"布置），螺纹必须为左手（"S"螺旋）。
[0045] 而且，因为股线的成缆角度通常小于25°，通常为大约15°，但是它也能够低于 15°，因此，螺纹角度必须补充该角度。因此，螺纹角度应当小于86°度，或者更优选是小于 75°，但是大于15°或者大于25°。
[0046] 优选是，所述螺纹有槽，在该槽之间有凸台，其中，该凸台比槽更宽。这将防止套筒 的结构由于缺乏材料而太弱。
[0047] 通过金属注射模制来制造的本发明的金属套筒的优点是该套筒的外表面有特定 的表面粗糙度，该表面粗糙度优选是各向同性的。存在各向同性的表面粗糙度有助于以后 制造珠。在传统的粘接的锯珠中（即，其中，环形磨料环焊接在套筒上），表面粗糙度有助于 增加在磨料环和套筒之间的粘接强度。当磨料层通过激光镀覆来施加时，激光的镜反射降 低，表面吸收光，从而更好地导致所述表面的更快速的加热和熔池的更快速的形成。还有， 在激光镀覆的材料和金属套筒之间的粘接层更快速地形成。
[0048] 首先，金属套筒的外表面必须有可测量程度的粗糙度。当粗糙度太低时，在粘接力 或通过激光镀覆的能力方面，使用该衬套将没有优点。第二，粗糙度必须各向同性。也就是 说，当不管测量方向如何都有相同的粗糙度特征时，可以说所述表面有各向同性的表面粗 糙度。
[0049] 套筒的表面显示各向同性的粗糙度的要求已经能够通过简单的光学显微镜来估 计。光泽的表面将不会提供良好的焊料粘接，或者反射太多激光（为了可用目的）。当对所 述表面进行转动、磨削或刷擦时，普通的金属套筒显示了在外表面上的圆形槽（由于在车 床上的工具加工）。因此，它们显示了各向异性的表面粗糙度。
[0050] 尽管具有"各向同性的表面粗糙度"的要求能够在显微镜下很容易地证明，但是还 能够对它定量，如在3D表面粗糙度测量中的IS025178-2:2012 (E)。
[0051] "算术平均高度Sa"的意思是指沿与参考表面垂直的方向（称为Z方向）测量粗糙 度，并定义为（ISO 25178-2标准的4. 1. 7):
[0053] 在有限面积A中，z (X，y)是在位置（X，y)处相对于参考表面的测量坐标值，在本 例中该参考表面是柱体表面，它至少是与测量点配合的正方形。其它的粗糙度测量也是可 行的，例如"平方根平均高度"，但这里不考虑。
[0054] 本发明人发现，"算术平均高度Sa"必须至少为0. 8 μ m。
[0055] 用于定量所述表面粗糙度的各向异性的程度的测量是"纹理长宽比St/'。它通过 "自动校正函数f arf"（ISO 25178的3. 2. 8)来确定，该函数在有限面积"A"上能够定义为：
[0057] 函数在（0,0)处有峰值，它在该处为"1"。当在fACF(Tx，T y) = s处形成截面时， S通常设置为0.2,环绕原点的中心区域将表示最快衰减方向，其中，距离（τ χ2, τ/)1/2为最 小，等于Rmin，最慢衰减的方向（其中距离最大，等于R max)。然后，"纹理长宽比St/'定义为 (IS025178的4. 2. 2)Rmin/Rmax。各向同性表面的Sj妾近1。优选是，对于根据本发明的金属 套筒，S ta大于0.8或80%。
[0058] 根据本发明的第二方面，要求保护一种由主方法权利要求中的步骤限定的制造金 属套筒的方法，该金属套筒用作锯珠的磨料层的载体。进一步的特定的发明特征添加至从 属方法权利要求的方法中。
[0059] 金属套筒有所述的几何形状，并至少有轴向孔，该轴向孔有轴向中间部分和在各 端处的斜切开口。基本上，该方法是金属注射模制，它包括将金属粉末和粘接剂的混合物注 射模制至模具的空腔内的已知步骤，从而形成"绿色套筒"。
[0060] 专门设计模具空腔以便产生金属套筒，该金属套筒用作锯珠的磨料层的载体。模 具空腔由外壳形成，该外壳有由旋转表面界定的内表面。这例如能够是通过使得与套筒的 轴线平行的线绕套筒旋转而获得的柱形表面。或者，当所述线相对于轴线倾斜（但并不与 它交叉），所形成的表面将是一个片材的有缝扩口形（hyperboloid)。在中部的圆形宽谷能 够用于在激光镀覆过程中接收磨料层。
[0061] 套筒的缘能够由于在各端处的斜切开口而较薄，因此所述缘可以设置有额外的外 表面，以便在使用过程中抗冲击。尽管这样的缘使得环形磨料环（如在现有的粉末冶金路 线中）不能在套筒上面滑动，但这对于激光镀覆的珠而言并不是问题。有利的是，这样的凸 出的缘端部可以帮助作为用于珠的磨损的指示。
[0062] 或者，圆 周凸起能够设置于空腔的各端处，该圆周凸起将形成在最终金属套筒的 端部处的凹口。这些凹口能够接收聚合物材料并且提供额外的锚固。有利的是，在没有额 外成本的情况下获得这些凹口。
[0063] 在特别优选的实施例中，外壳的内表面能够有纹理，以便在金属套筒的外表面上 压印出粗糙部分。这是获得足够粗糙度的可选方式。
[0064] 在后面三个实施例中，外壳必须制成为两半部分，这两半部分能够在包括模具空 腔的轴线的平面上分开，以便从模具中取出绿色套筒。
[0065] 第一和第二销能够从外壳的任意一侧进入和取出。当进入时，第一和第二销在模 具空腔的中部相互匹配，同时关闭模具空腔。第一和第二销限定了金属套筒的内表面。第一 和第二销朝着它们的匹配点逐渐变小。它们能够在有或没有较小旋转运动的情况下沿轴向 退出。在可选的附加步骤中，这样形成的绿色套筒在转变成棕色套筒之前产生内螺纹。因 为绿色套筒仍然非常软，这能够很容易地完成。
[0066] 在可选的优选实施例中，第一和第二销表示了凸出的螺纹。对于第一和第二销，螺 纹的方向相同。优选是，由螺纹的顶部形成的螺旋具有恒定半径。螺纹的节距是这样的：使 得螺纹螺旋与它的轴线的角度小于86°。在打开模具的过程中，所述销从绿色套筒中旋转 退出，从而并不损坏轴向孔。当在套筒仍然较热（在注射后）时执行旋转退出时，软的粘接 剂帮助所述销松开，因为它用作润滑剂。
[0067] 优选是，模具具有4至12个单独空腔。这将足以经济地制造超过1百万个零件。 用于将热原料注射至模具空腔中的门能够设置于外壳的外表面处。或者，门能够布置在第 一或第二销的基部处。这可能稍微更好，因为它避免了在套筒外表面处的瑕疵。能够通过 在第一或第二销和外壳之间的关闭缘处的通气凹口来进行通气。
[0068] 有利的是，不需要额外的机械加工来制造套筒的内螺纹（与现有技术的套筒相 比）。当通过旋转退出而取出其中一个销就足够了。释放循环能够例如类似于如下：
[0069] A.通过旋转退出到绿色套筒外而取出第一销；
[0070] B.两半外部模具打开；
[0071] C.将第二销拧出至套筒外。
[0072] 或者也能够遵循A、然后C和然后B的顺序。根据一种已知方法（在段[0015]中 所述）来除去绿色套筒的粘接剂，从而形成"棕色套筒"。最后，将该棕色套筒烧结成最终产 品。
[0073] 所形成的套筒非常适用于通过激光镀覆来制造锯珠。在这种制造方法中，通过利 用高能激光而使得金属基质粉末（由气流或线供给而进行供给）熔化至金属套筒上，从而 将磨料层沉积在金属套筒上。同时，将磨料材料供给至熔融金属池中。这样的制造方法在 W02012/119946(段[26]至[48])中广泛介绍，该文献被本文参引。尽管通过激光镀覆能 够获得磨料层的不同冶金结构（例如蜂窝状、层状或树枝状），但是本发明人发现树枝状结 构最合适。根据本发明的金属套筒特别适合激光镀覆，因为套筒的各向同性的粗糙度防止 激光束的镜反射，从而提高了激光进入套筒材料中的能量联接。现有技术的套筒太光泽和 /或具有沿圆方向的各向异性的粗糙度，这不能充分消除镜反射。
[0074] 本发明人发现，为了在用聚合物来密封所述锯绳时使得聚合物充分进入锯珠中， 在绳和套筒的轴向孔之间必须有足够间隙。金属套筒的最小内径必须比钢绳的直径大2% 和8%之间，更优选是大3%和6%之间。已经发现，低于2%的间隙将导致钢绳的内部疲劳 特性。另一方面，当间隙超过8%时，套筒的总直径变得太大，从而导致增加锯珠的直径。
[0075] 内螺纹的存在另外帮助聚合物在聚合物注射过程中进入。优选是，如在本申请人 的TO2013/102542A1中所述的注射模具用于该目的。所述模具保证钢绳的中心模制以及聚 合物在套筒下面的良好渗透。
[0076] 另外，当内螺纹大约垂直于钢绳的股线时，从股线向金属套筒的力传递将在锯切 的过程中进行优化。因此，优选是，套筒的内螺纹方向与钢绳的捻向相反。
[0077] 在本发明的第五方面，要求保护使用金属注射模制方法来制造套筒的用途，根据 上述说明，该套筒用作锯珠的磨料层的载体。
【附图说明】
[0078] 图1描述了金属套筒的几何形状。
[0079] 图2是不同类型套筒的表面粗糙度的测量。
[0080] 图3a和3b是用于制造根据本发明的金属套筒的第一优选方法。
[0081] 图4a和4b是用于制造根据本发明的金属套筒的第二优选方法。
[0082] 图5a和5b表示了普通金属套筒和本发明金属套筒的表面。
[0083] 图6示意表示了疲劳测试台的结构。
【具体实施方式】
[0084] 图1表示了本发明套筒的剖视图。套筒有总长度"L"和外径"D"。它有轴向孔，该 轴向孔有轴向中间部分，该轴向中间部分具有最小直径"d min"和长度" 1 "。在各端处的开口 是斜切的，并表示了曲率半径"R"。所述中间部分是与套筒的轴线同轴的柱体。在本例中， 所述斜切是具有恒定曲率半径的喇叭形。当存在螺纹时，它有由" α "表示的特定节距角度。
[0085] 5个测试套筒（以S3. 6/' Γ来识别）制造为以下尺寸：
[0086] "L" = Ilmm
[0087] "D" = 4. 98mm
[0088] "dmin" = 3. 6mm
[0089] " I '，= 0 (S3. 6/0)，3 (S3. 6/3)，5 (S3. 6/5)，7 (S3. 6/7)和 I Imm (S3. 6/11)
[0090] (艮P，I = 0XL，0. 272XL，0. 454XL，0. 636XL 和 1XL)
[0091] "R" 用于相应设计 36. 22mm (S3. 6/0)，19. 26mm (S3. 6/3)，10. 92mm (S3. 6/5)， 4. 97mm (S3. 6/7)和 Omm (S3. 6/11)
[0092] 没有提供螺纹以便测试形状参数的影响。在任何情况下，在两端处的套筒缘的厚 度都保持恒定为0. 27mm，以便在端部处没有强度问题。
[0093] 因此，"1 = 0"的套筒将并不具有柱形内部部分，而是只具有36. 22mm的恒定曲率 半径。在另一极限"1 = 1XL"处，柱形部分从一端延伸至另一端，而并不存在斜切。在"1 =3mm"的中间设计中，所述斜切具有19. 26mm的恒定曲率半径。
[0094] 将套筒置于疲劳测试台600,如图6中示意所示。直径为3. 5_的7X7类型钢绳 604保持在旋转钻头夹具602、602'之间拉紧。在绳上的拉伸力"F"保持恒定在2000N(这 大约是锯绳的正常工作拉伸）。钻头夹具602、602'的轴安装成12°的较小角度610。在钻 头夹具的中部，测试套筒606安装在旋转套筒保持器608中。所述绳在套筒保持器的各端 处相对于套筒保持器608的旋转轴线以6°离开。在测试之前，具有套筒的绳嵌入聚氨酯 中。所述绳以400rpm进行旋转。直到所述绳断裂的转数将至少重复地记录5次。然后，安 装另一测试套筒。
[0095] 获得下面的结果（表1)
[0096]
[0097] 表一
[0098] 对于具有在0. 25 X L至0. 75 X L之间的柱形轴向中间部分长度" 1 "以及在10和 20mm之间的曲率半径的套筒，获得最佳结果。下面选择S3. 6/5的套筒设计。
[0099] 具有上述几何形状的套筒能够通过金属注射模制来制造，如在图3a和3b中所示。 其中，柱形模具310由两半模具312、312'制造，这两半模具312、312'可在包括套筒轴线的 平面处连接。当连接时，两半模具312、312'形成外壳，其中，内表面表示了旋转表面，且套 筒的轴线作为旋转轴线。第一和第二金属销314和314'可从外壳的各端插入。所述销有 在318、318'处的匹配端部，当插入外壳内时，该匹配端部被连接。所述外壳的内表面设置有 环形缘330,用于在制造锯绳时充满聚氨酯，以便提供在聚氨酯和套筒之间的更好的密封。
[0100] 在高压下由标准柱塞注射螺纹通过喷嘴孔316来注射原料320,而通气孔316'允 许空气和多余的原料逸出。模具的内部空腔在毫秒内充满。然后，模具打开，并获得绿色套 筒。当在该实施例中第一和第二销314、314'朝着中部逐渐变细并且是平滑的时，所述销能 够从模具中沿轴向退出。在打开两半模具312、312'之后，获得"绿色套筒"322。该绿色套 筒能够很容易地在内部产生螺纹，因为它还非常软并且容易变形。
[0101] 模具410的可选设计在图4a中 表示。而且，模具空腔由外壳来形成，该外壳由两 半模具412、412'制造。第一和第二销414、414'都表示了突出的螺纹424,所述螺纹424在 本例中沿"S"方向。还设置了嘴416和通气孔416'。优选是沿轴向方向注射原料，因为这 不会弄脏套筒的外表面。这时，在打开两半模具412、412'之前，通过将第一和第二销414、 414'拧出至外壳外而释放绿色套筒422。这里，重要的是当绿色套筒仍然热时进行拧出，以 便防止所述销夹紧在绿色套筒中并且防止螺纹受损。
[0102] 本发明的另外的特征是两半模具412、412'还在模具空腔的各端处设置有环形凹 口 413、413'。在注射后，这导致在套筒的各端处在所述缘处存在额外的材料426、426'。所 述额外材料426、426'加强了套筒，并使得它在进入工件时更好地抗冲击。这里，凹口 413、 413'有半圆形截面，但是它们当然能够有任意截面，例如矩形或三角形。
[0103] 尽管该方法稍微更复杂，但是它能够允许套筒的内螺纹。与ISO标准金属螺钉螺 纹（见IS068-1)不同，这种螺纹显示了在螺纹之间的凸台。这将使得套筒保持足够坚固， 同时还使得材料能够充分进入。在本例中，将内螺纹选择为与套筒的轴线成85°角度。下 面对原料材料进行测试：
[01 04] 由PolyMIM?获得的原料
[0105] MIM 2200FN02名义合金组分：
[0106] 附（1.5至2.5￥七％)，]?〇(0.5￥七％最大），5丨（1.(^七％最大），（：(0.^^%最大）， Fe (平衡）。
[0107] MIM 2200FN08名义合金组分：
[0108] 附（6.5至8.5￥七％)、]?〇(0.5￥七％最大）、51(1.0￥七％最大）、（：（0.4-0.6￥七％)、 Fe (平衡）。
[0109] MIM 17-4PH名义合金组分：
[0110] Cr(15-17. 5wt% )、Ni (3. 0-5. Owt% )、Μη(1· 0%最大）、Si (1.0 wt%最大）、Cu(3. 0 至 5.0wt% )、C(0.07%最大）、Fe (平衡）。
[0111] PolyM頂系统能够用于绿色套筒的、基于水的脱黏（在40-60°C对水进行脱矿物大 约5小时，加上2小时干燥）。在PolyMIM系统中，模具保持在40至60°C，在喷嘴处的原料 温度为190°C，同时需要在750至950之间的注射压力。供给速率在3至25cm 3/s之间。
[0112] 根据BASF的Catamold?系统的原料（参见例如US5802437):
[0113] 不锈钢316L名义合金组分：
[0114] Cr(16-18wt% )、Ni(10-14wt% )、Mo(2-3wt% )、Mn(2.0wt%最大）、51(1.0%最 大）、C(0.03% 最小）、Fe (平衡）。
[0115] Catamold?系统基于在^^〇3环境中在iio°C的催化剂脱黏（需要后燃烧）。
[0116] 烧结循环由原料供应商来规定。通常，它们包括在600°C大约1至2小时的保持步 骤以及在最终温度（1290°c至1380°C，取决于合金）2至3小时的保持步骤。烧结的套筒显 示了良好密度，其超过理论可能密度的95%。在冶金截面中，微尺寸（1至5μπι)的孔保持 可见。这是套筒通过金属注射模制来制造的证据。
[0117] 在普通套筒和由金属注射制造的套筒上通过Olympus?的0LS40003D测量激光 显微镜来执行3D粗糙度测量。测量Sa参数"表面算术平均高度"。结果在图2中概括。试 样C1、C2和C3以普通方式来制造。试样11和12通过金属注射模制来制造。试样11是 由Catamold?路线来制造的不锈钢316L试样，而试样12是通过由PolyMIM路线获得的 MM 17-4PH来制造。在两个试样之间有明显的粗糙度差异：MM类型试样清楚地表示了比 普通试样更高的粗糙度。
[0118] 扫描电子显微图（图5a和5b)清楚表示了在用于制造套筒的普通方法（图5a) 和本发明的方法（图5b)之间的不同形态。普通的套筒显示了沿与套筒轴线垂直的方向机 械加工的轨迹，从而导致清楚的各向异性。本发明的试样（图5b)显示了各向同性的铺设 状的表面结构。应当知道，对图片的对比进行了加强，以便显示差异。
[0119] 初步激光镀覆测试显示，本发明的套筒开始镀覆所需的激光能量比普通的机械加 工的套筒少10至20%。本发明人认为，这种降低是由于增加的表面粗糙度导致了激光束的 更少的镜反射，因此导致激光能量的更好接入。
[0120] 由FN02制造的S36/5类型的套筒成功地用于通过激光镀覆来制造锯珠。套筒在 直径为3. 5的7X7类型的绳上使用。在该绳中的外部股线沿方向"Z"布置，与套筒内部的 "S"螺纹相反。
【主权项】
1. 一种金属套筒，该套筒用作锯珠的磨料层的载体，所述套筒有轴向孔，该轴向孔有轴 向中部部分和在各端处的斜切开口；其特征在于： 所述套筒通过金属注射模制而获得。2. 根据权利要求1所述的金属套筒，其中：所述套筒的外表面具有表面粗糙度，该表面 粗糙度有至少〇. 8 y m的算术平均高度Sa。3. 根据权利要求1至2中任意一项所述的金属套筒，其中：所述套筒的外表面有各向 同性的表面粗糙度。4. 根据权利要求1至3中任意一项所述的金属套筒，其中：所述轴向中间部分是柱形 的，其具有在套筒长度的〇. 25和0. 75倍之间的长度，且在各端处的所述斜切开口具有在10 和30mm之间的曲率半径。5. 根据权利要求1至4中任意一项所述的金属套筒，其中：所述轴向孔有内螺纹，该内 螺纹在所述轴向孔的中间部分处最深，在所述斜切开口处较浅。6. 根据权利要求5所述的金属套筒，其中：所述内螺纹与所述孔的轴线形成小于86° 的角度。7. 根据权利要求6所述的金属套筒，其中：所述螺纹有槽，在该槽之间有凸台，所述凸 台比所述槽更宽。8. 根据权利要求1至7中任意一项所述的金属套筒，其中：所述套筒由钢制造，所述钢 包括小于0. 8%重量的碳、小于0. 5%重量的娃以及从包括镍、猛、娃、钼、络、铜的组中选出 的一种或多种金属，其余为铁。9. 根据权利要求8所述的金属套筒，其中：所述钢是铁镍钢。10. -种制造用作锯珠的磨料层的载体的金属套筒的方法，所述套筒有轴向孔，该轴向 孔有轴向中间部分和在各端处的斜切开口，所述方法是通过在具有模具空腔的模具中对金 属粉末和粘接剂的混合物进行金属注射模制，从而形成绿色套筒，该绿色套筒随后除去粘 接剂并烧结成最终形状；其特征在于： 所述模具空腔由外壳形成，该外壳有由旋转表面界定的内表面以及第一销和第二销， 所述第一销和第二销能从所述外壳的相对端进入和退出，从而关闭或打开所述模具空腔， 所述第一销和第二销在所述模具空腔的中部相互匹配，且所述销朝向它们的匹配点逐渐变 细。11. 根据权利要求10所述的方法，其中：所述第一销和第二销有突出的螺纹，所述第一 销和/或第二销从所述绿色套筒旋转退出。12. 根据权利要求10至11中任意一项所述的方法，其中：所述外壳的所述内表面有纹 理。13. -种锯珠，包括在根据权利要求1至9中任意一项所述的套筒上的磨料层，其中，所 述磨料层显示了通过激光镀覆而获得的树枝状冶金微结构。14. 一种锯绳，包括直径为"d。"的钢绳，多个根据权利要求13的锯珠穿在该钢绳上，所 述锯珠有套筒，该套筒的最小内径在1. 02 X d。和1. 08 X d。之间。15. 根据权利要求14所述的锯绳，其中：所述套筒的所述内螺纹具有螺纹方向，该螺纹 方向与所述钢绳的捻向不同。
【专利摘要】一种金属套筒，其用作锯珠的磨料层的载体。该锯珠穿在钢绳上，并由聚合物分开，因此形成锯绳，用于锯切硬脆的材料，例如石头或混凝土。这些金属套筒对锯绳的总体性能以及成本有较大影响。本发明人提出了金属注射模制的方法，以便大量制造具有优化的几何形状的金属套筒，当前的方法不能用于制造这种金属套筒。特别合适的是通过激光镀覆而将磨料层施加在本发明的套筒的上面。因此，通过在本发明的金属套筒上激光镀覆而制造的珠以及包括该珠的锯绳也是本发明的一部分。
【IPC分类】B28D1/12, B23D65/00, B23D61/18
【公开号】CN104884203
【申请号】CN201380068954
【发明人】张珊宁, T·贝克兰特, J·德科南
【申请人】贝卡尔特公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2013年11月15日
【公告号】EP2925473A1, US20150298353, WO2014082870A1