專利名稱：具有改良的磨損表面的銷接元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般說來涉及銷接元件。更明確地說，本發(fā)明涉及使用至少兩個不同表面處理來處理的銷接組件接箍、嵌件、軸襯和履帶鏈節(jié)。背景銷接通常用于許多工作機(jī)器應(yīng)用中，諸如，用于履帶鏈條或底盤系統(tǒng)、鏈接銷或吊桿銷接中。通常，由通用鋼以有限的表面處理制成銷接元件。此外，相同元件或元件表面上的多個表面處理從技術(shù)上說具有挑戰(zhàn)性，這是因為使用多個表面處理通常遭遇后續(xù)處理使一個或多個較早表面處理的有效性抵消的問題。與改良銷接耐磨性有關(guān)的大多數(shù)改良是針對密封技術(shù)，諸如授予Yamamoto等人的第7，121，555號美國專利中公開的那種技術(shù)。盡管Yamamoto等人取得了進(jìn)展，但是他們沒有解決與銷接元件有關(guān)的改良，并且當(dāng)然沒有解決與創(chuàng)造使用多個表面處理的銷接元件有關(guān)的改良。發(fā)明概述在一個方面，本發(fā)明涉及一種銷接元件，所述銷接元件包括具有外磨損表面的主體，所述外磨損表面包括第一處理區(qū)和緊鄰所述第一處理區(qū)的第二處理區(qū)。所述第一處理區(qū)包括包覆合金材料，而所述第二處理區(qū)包括氮化表面。在另一方面，本發(fā)明涉及一種用于形成銷接元件的方法，所述方法包括以下步驟將合金鍛造為所述銷接元件的一般形狀；從所述銷接元件的磨損表面除去材料以形成第二處理區(qū)；氮化所述第二處理區(qū)；從所述銷接元件的所述外磨損表面除去材料以形成第一處理區(qū)；和將合金包覆至所述第一處理區(qū)。在另一方面，本發(fā)明涉及一種銷接組件，所述銷接組件包括銷接元件，所述銷接元件具有主體。所述主體包括磨損表面，所述磨損表面具有(i)第一處理區(qū)、(ii)與所述外磨損表面不共面的第二處理區(qū)、(iii)介于所述第一處理區(qū)與所述第二處理區(qū)之間的寬度為至少約Imm的肩部和(iv)介于所述肩部與所述第二處理區(qū)之間的通道。另外，所述第一處理區(qū)包括包覆不銹鋼合金，并且所述第二處理區(qū)包括硬度為至少約55HRC的氮化表面，并且延伸至所述表面下方至少約0. 15mm。附圖簡述

圖1為銷接組件的示意圖。圖2為包括接箍、嵌件和密封組件的銷接組件區(qū)域的示意圖。圖3為本公開的嵌件的橫截面圖，所述嵌件具有第一處理區(qū)和第二處理區(qū)。圖4為使第二處理區(qū)暴露的本公開的嵌件的橫截面圖。圖5為使第一處理區(qū)和第二處理區(qū)暴露的本公開的嵌件的橫截面圖。圖6為具有涂敷于第一處理區(qū)的包覆合金的本公開的嵌件的橫截面圖。圖7為在第一處理區(qū)與第二處理區(qū)之間安置有通道的本公開的嵌件的橫截面圖。圖8為包括根據(jù)本公開制備的軸襯和履帶鏈節(jié)的銷接組件的橫截面圖。圖9為包括根據(jù)本公開制備的軸襯和接箍的銷接組件的橫截面圖。
在任何可能的情況下，所有附圖中相同元件符號將用以代表相同或相似的部分。詳述本文公開的銷接元件在各種工作機(jī)器應(yīng)用中具有實用性，如下文詳述。銷接元件在履帶鋪設(shè)機(jī)器的底盤系統(tǒng)中使用的以下例子僅用于舉例，而并非以限制意義呈現(xiàn)。在例如建造、采礦、石油/天然氣、林業(yè)和其它惡劣的操作環(huán)境中，履帶鋪設(shè)機(jī)器在操作期間將鉸接履帶鏈條用于在地體上方推進(jìn)機(jī)器。此類履帶鏈條通常安置在機(jī)器的每一側(cè)上而成對地使用。履帶鏈條包括一系列子組件，所述子組件的數(shù)目由給定應(yīng)用所要的長度決定，其中每一履帶鏈條的相對末端是使用主鏈環(huán)機(jī)械地耦接在一起，以形成通常延伸約一個驅(qū)動鏈輪和至少一個惰輪的閉環(huán)。每一子組件包括履帶銷組件、內(nèi)鏈環(huán)和外鏈環(huán)以及履帶板。如圖1中所示，履帶銷組件10包括履帶銷11、軸襯12、接箍14和嵌件13，嵌件13有時也稱為接箍。嵌件13包括第一末端區(qū)15、磨損邊緣16和鏜孔17?？梢詫⑶都?3相對于履帶銷11固定，以使得嵌件13不會相對于履帶銷11軸向旋轉(zhuǎn)或移動。例如，可以將嵌件13壓入配合至、焊接至、黏著或以化學(xué)方式粘合至履帶銷11或者以附接兩個機(jī)器元件的另一種已知方式粘合至履帶銷11。在操作過程中，移動銷接元件的持續(xù)金屬與金屬間接觸可能導(dǎo)致顯著的磨損，甚至在進(jìn)行測量以最小化這些元件之間的摩擦?xí)r也是如此。參閱附圖，圖2圖示現(xiàn)有技術(shù)履帶銷組件元件的橫截面，尤其是具有主體和暴露于操作環(huán)境的磨損表面16的嵌件13和接箍14。在現(xiàn)有技術(shù)構(gòu)造中，將推力環(huán)21安置成鄰接于磨損表面16。此外，也可以將唇部23作為密封組件沈的一部分而安置成鄰接于磨損表面16，密封組件沈還包括承載環(huán)M和密封外殼25。當(dāng)磨損表面16未經(jīng)處理時，推力環(huán)21和唇部23可以不可接受地磨損磨損表面16，這是因為在推力環(huán)21的情況下，推力環(huán)21是由比磨損表面16更硬的合金形成。在唇部23的情況下，磨損表面16可能由于環(huán)境因素而腐蝕，諸如暴露于堿性或酸性漿體。因此，如圖3中所示，嵌件13包括與密封組件的唇部23對接的第一處理區(qū)31和對接磨損表面16上的推力環(huán)21的第二處理區(qū)32，肩部33安置在第一處理區(qū)31與第二處理區(qū)32之間，其中第一處理區(qū)31和第二處理區(qū)32通常彼此平行，但是可能不共面。為了形成嵌件13，使用鍛造和退火工藝形成一般形狀。可以使用任何適合的合金，例如，鋼，包括碳鋼和鉻鉬鋼(chromoly steel)。通常執(zhí)行額外的冷加工以進(jìn)一步形成嵌件13，諸如對嵌件13進(jìn)行綠色轉(zhuǎn)動和滾花。參閱圖4，從將在任選的中性硬化步驟之后形成第二處理區(qū)32的磨損表面16的一部分除去材料。所除去的材料可以形成用于第二處理區(qū)32的任何適合的形狀，以使得第二處理區(qū)32相對于磨損表面16為非平面的。如圖4中所示，一個此類形狀為在肩部33附近切除任選徑向部分的大體矩形。材料除去的深度可以為任何適合的深度，并且在一個例子中，材料的深度為至少約0. 1mm，諸如至少約0. 15mm或0. 20mm。在所述材料除去步驟之后，第二處理區(qū)32經(jīng)歷氮化步驟。氮化步驟包括氮化技術(shù)的此項技術(shù)中已知的標(biāo)準(zhǔn)步驟，諸如氣體氮化、流體或鹽浴氮化、離子氮化或等離子體氮化。圖4圖示將氣體氮化用來氮化暴露于氣體氮化工藝的嵌件13的表面的實施方案。氮化的第二處理區(qū)32的平均表觀硬度為至少約45HRC，諸如至少約47HRC甚至至少約50HRC。通過“表觀硬度”，此為使用HRC標(biāo)度從典型測試獲得的硬度，所述硬度可能由于較軟基板上氮化的第二處理區(qū)32的相對薄層而向下歪斜，所述較軟基板的硬度可以為僅約42HRC或更少。僅第二處理區(qū)32的實際硬度可能實質(zhì)上較高，諸如至少約55HRC甚至至少約65HRC。第二處理區(qū)32延伸至第二處理區(qū)32表面下方至少約0. Imm深，諸如至少約0. 15mm深或至少約0. 20mm深。此氮化殼體41被展示為由于氣體氮化工藝而以稍微或大體上均勻的方式追蹤嵌件13的外表面輪廓的襯里。其它氮化工藝可能不產(chǎn)生這種大體上均勻的殼體深度，并且在一些工藝中可能僅定位至第二處理區(qū)32。將了解，殼體可能不表現(xiàn)由氮化產(chǎn)生的硬度的不同下降，而是硬度的下降可以為逐漸的。在第二處理區(qū)32的氮化之后，嵌件13經(jīng)歷另一個材料除去步驟，借此從通常將變?yōu)榈谝惶幚韰^(qū)31的區(qū)域中的磨損表面16除去材料。具體地說，如圖5中所見，磨損表面16的一部分將被保留為肩部33，而從遠(yuǎn)離第二處理區(qū)32的肩部末梢側(cè)上的磨損表面16除去材料。肩部33應(yīng)具有足以防止第一處理區(qū)31的處理期間的后續(xù)步驟顯著地與第二處理區(qū)32相互作用的寬度。通常，肩部33應(yīng)為至少約Imm寬，諸如至少約2mm寬或至少約3mm寬。再次參閱圖5，從磨損表面16除去的材料在磨損表面16中留下形狀為大體上矩形的凹處51，其中在凹處的任一末端或兩個末端處切除任選徑向部分。凹處51的深度在約0. IOmm與約4. Omm之間，諸如在約0.8mm與約3. Omm之間。凹處51的寬度在約1.0mm與約12. Omm之間，諸如在約2. Omm與約10. Omm之間，甚至在約3. Omm與約7. 5mm之間。在此步驟之后，使用包覆操作來用適合于鄰接密封組件的唇部23的合金填充形成于磨損表面16中的凹處51。具體地說，不銹鋼合金或其它耐腐蝕合金適合于使用包覆工藝沉積為粉末或電線原料。在包覆操作期間，由肩部并且選擇性地通過在第二處理區(qū)32的氮化表面上方放置蓋帽來保護(hù)第二處理區(qū)32免于來自包覆工藝的任何材料徑流或濺潑。所得嵌件13圖示于圖6中，圖6圖示第一處理區(qū)31如何將合金包覆至第一處理區(qū)31以填充凹處并產(chǎn)生額外合金材料61的堆積。然后，使用例如硬切削的冷加工步驟除去包覆材料的額外堆積。在此處理步驟期間，有可能并且預(yù)期，將也從磨損表面16除去材料，以使得磨損表面16的最終表面、第一處理區(qū)31的包覆表面和肩部33全部經(jīng)歷材料除去。然而，所除去的材料量小于第二處理區(qū)32的深度，以便第一處理區(qū)31與第二處理區(qū)32保持大體上平行，但相對于彼此為非平面的。也可以包括最終的搪磨或拋光步驟。可以選擇性地在肩部33與第二處理區(qū)32之間形成通道，如圖7中所示。此通道可以幫助鄰接特征結(jié)構(gòu)(諸如推力環(huán)21)的安裝。如圖8中所見，也可以將類似工藝應(yīng)用于其它銷接元件，如為此特定應(yīng)用重新設(shè)置嵌件13。具體地說，可以與唇部23和推力環(huán)21對接的軸襯12的表面可以經(jīng)歷兩個類似的定位工藝。具體來說，從將形成第二處理區(qū)32的軸襯12的邊緣的一部分除去材料。所除去的材料可以形成用于第二處理區(qū)32的任何適合形狀，以使得第二處理區(qū)32相對于軸襯12的邊緣為非平面的。一個此類形狀為大體矩形，其中在肩部33附近切除任選徑向部分。在所述材料除去步驟之后，第二處理區(qū)32經(jīng)歷氮化步驟，繼之以另一個材料除去步驟，借此從通常將變?yōu)榈谝惶幚韰^(qū)31的區(qū)域中的軸襯12邊緣除去材料。從軸襯12除去的材料留下形狀為大體上矩形的凹處，其中在凹處的任一末端或兩個末端處切除任選徑向部分。然后，使用包覆操作來用適合于鄰接密封組件的唇部23的合金填充形成于軸襯12中的凹處。在包覆操作期間可能發(fā)生額外合金材料61的堆積。然后，使用例如硬切削的冷加工步驟除去包覆材料的額外堆積。在此處理步驟期間，有可能并且預(yù)期，將也從軸襯12除去材料，以使得軸襯12邊緣的最終表面、第一處理區(qū)31的包覆表面和肩部33全部經(jīng)歷材料除去。然而，所除去的材料量小于第二處理區(qū)32的深度，以便第一處理區(qū)31與第二處理區(qū)32保持大體上平行，但相對于彼此為非平面的。也可以包括最終的搪磨或拋光步驟。再次參閱圖8，也可以將類似的定位工藝應(yīng)用于另一個銷接元件，諸如，可以與唇部23和推力環(huán)21對接的履帶鏈節(jié)81的內(nèi)表面可以經(jīng)歷兩個類似的定位工藝。具體來說，從將形成第二處理區(qū)32的履帶鏈節(jié)81的一部分除去材料。所除去的材料可以形成用于第二處理區(qū)32的任何適合形狀，以使得第二處理區(qū)32相對于履帶鏈節(jié)81的側(cè)面為非平面的。一個此類形狀為大體矩形的，其中在肩部33附近切除任選徑向部分。在所述材料除去步驟之后，第二處理區(qū)32經(jīng)歷氮化步驟，繼之以另一個材料除去步驟，借此從通常將變?yōu)榈谝惶幚韰^(qū)31的區(qū)域中的履帶鏈節(jié)81的側(cè)面除去材料。從履帶鏈節(jié)81除去的材料留下形狀為大體上矩形的凹處，其中在凹處的任一末端或兩個末端處切除任選徑向部分。然后，使用包覆操作來用適合于鄰接密封組件的唇部23的合金填充形成于履帶鏈節(jié)81中的凹處。在包覆操作期間可能發(fā)生額外合金材料61的堆積。然后，使用例如硬切削的冷加工步驟除去包覆材料的額外堆積。在此處理步驟期間，有可能并且預(yù)期，將也從履帶鏈節(jié)81除去材料，以使得履帶鏈節(jié)81邊緣的最終表面、第一處理區(qū)31的包覆表面和肩部33全部經(jīng)歷材料除去。然而，所除去的材料量小于第二處理區(qū)32的深度，以便第一處理區(qū)31與第二處理區(qū)32保持大體上平行，但相對于彼此為非平面的。也可以包括最終的搪磨或拋光步驟?，F(xiàn)參閱圖9，也可以將類似的定位工藝應(yīng)用于另一個銷接元件，諸如接箍14，在此特定設(shè)定中與嵌件13—起重新設(shè)置接箍14。此類銷接組件可以稱為匣式組件。接箍14可以與唇部23和推力環(huán)21對接，并且可以經(jīng)歷類似于上文針對嵌件13所述工藝的兩個定位工藝。具體來說，從將形成第二處理區(qū)32的接箍14的一部分除去材料。所除去的材料可以形成用于第二處理區(qū)32的任何適合形狀，以使得第二處理區(qū)32相對于接箍14的側(cè)面為非平面的。一個此類形狀為大體矩形的，其中在肩部33附近切除任選徑向部分。在所述材料除去步驟之后，第二處理區(qū)32經(jīng)歷氮化步驟，繼之以另一個材料除去步驟，借此從通常將變?yōu)榈谝惶幚韰^(qū)31的區(qū)域中的履帶鏈節(jié)81的側(cè)面除去材料。從接箍14除去的材料留下形狀為大體上矩形的凹處，其中在凹處的任一末端或兩個末端處切除任選徑向部分。然后，使用包覆操作來用適合于鄰接密封組件的唇部23的合金填充形成于接箍14中的凹處。在包覆操作期間可能發(fā)生額外合金材料61的堆積。然后，使用例如硬切削的冷加工步驟除去包覆材料的額外堆積。在此處理步驟期間，有可能并且預(yù)期，將也從接箍14除去材料，以使得接箍14邊緣的最終表面、第一處理區(qū)31的包覆表面和肩部33全部經(jīng)歷材料除去。然而，所除去的材料量小于第二處理區(qū)32的深度，以便第一處理區(qū)31與第二處理區(qū)32保持大體上平行，但相對于彼此為非平面的。也可以包括最終的搪磨或拋光步驟。工業(yè)實用性根據(jù)本公開形成的嵌件13尤其適合于在供履帶式機(jī)器的底盤系統(tǒng)中使用的銷接組件中使用。例如，嵌件可以為上文所述的銷接組件的一部分，作為在履帶式拖拉機(jī)、履帶式挖掘機(jī)和其它履帶式工作機(jī)器上使用的環(huán)狀履帶系統(tǒng)的一部分。此外，本公開的嵌件13可以用于具有類似銷接構(gòu)造的任何設(shè)定中，其中推力環(huán)或其它類似硬元件鄰接嵌件13，從而導(dǎo)致操作期間的過度磨損。此類例子包括上文所述的軸襯、履帶鏈節(jié)或接箍表面。測試已表明，根據(jù)本公開的具有第一處理區(qū)31和第二處理區(qū)32的磨損表面16的雙重處理可以使銷接元件的處理表面的耐磨性比傳統(tǒng)銷接元件設(shè)計增加十倍。盡管已參閱示例性實施方案描述本公開，但是所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到，可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下進(jìn)行形式和細(xì)節(jié)的改變。例如，盡管可能已將不同的示例性實施方案描述為包括提供一個或多個益處的一個或多個特征，但是設(shè)想在于，所述的特征可以彼此互換或者可以在所述示例性實施方案或于其它替代性實施方案中彼此組合。參閱示例性實施方案描述并在以上權(quán)利要求書中闡述的本公開顯然旨在盡可能廣泛。
權(quán)利要求
1.一種銷接元件，其包括主體，所述主體具有包括第一處理區(qū)和緊鄰所述第一處理區(qū)的第二處理區(qū)的外磨損表面，其中所述第一處理區(qū)包括包覆合金材料；并且所述第二處理區(qū)包括氮化表面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銷接元件，其中所述銷接元件是選自由以下元件構(gòu)成的元件群組接箍、軸襯、嵌件和履帶鏈節(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銷接元件，其中所述包覆合金材料為不銹鋼。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銷接元件，其中第二處理區(qū)不與所述外磨損表面共面。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銷接元件，其中所述第二處理區(qū)的表觀硬度為至少約45HRC。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銷接元件，其包括安置在所述第一處理區(qū)與所述第二處理區(qū)之間的通道。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銷接元件，其中所述外磨損表面進(jìn)一步包括介于所述第一處理區(qū)與所述第二處理區(qū)之間的肩部。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的銷接元件，其中所述肩部為至少約Imm寬。
9.一種用于形成銷接元件的方法，其包括將合金鍛造為所述銷接元件的一般形狀；從所述銷接元件的磨損表面除去材料，以形成第二處理區(qū)；氮化所述第二處理區(qū)；從所述銷接元件的所述外磨損表面除去材料以形成第一處理區(qū)；和將合金包覆至所述第一處理區(qū)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述方法進(jìn)一步包括在任何冷加工步驟之前退火所述銷接元件。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中所述方法進(jìn)一步包括在退火之后冷加工所述銷接元件。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述方法進(jìn)一步包括在冷加工之后氮化所述銷接元件。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述方法進(jìn)一步包括從所述第一處理區(qū)除去過量的包覆合金。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中所述方法進(jìn)一步包括搪磨所述磨損表面的表面和第一處理區(qū)的所述包覆合金。
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中從所述磨損表面除去所述材料以形成第一處理區(qū)同時在所述第一處理區(qū)與所述第二處理區(qū)之間形成肩部。
16.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其包括在所述第一處理區(qū)與所述第二處理區(qū)之間形成通道。
17.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中使用氣體氮化技術(shù)執(zhí)行所述第二區(qū)的所述氮化。
18.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述第一處理區(qū)與所述第二處理區(qū)不共面。
19.一種銷接組件，其包括銷接元件，所述銷接元件具有帶磨損表面的主體，所述磨損表面包括第一處理區(qū)、與所述外磨損表面不共面的第二處理區(qū)、介于所述第一處理區(qū)與所述第二處理區(qū)之間的寬度為至少約Imm的肩部和介于所述肩部與所述第二處理區(qū)之間的通道，其中所述第一處理區(qū)包括包覆不銹鋼合金；并且所述第二處理區(qū)包括表觀硬度為至少約45HRC的氮化表面，并且延伸至所述表面下方至少約0. 15mm。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的銷接組件，其中所述銷接元件是選自由以下元件構(gòu)成的元件群組接箍、軸襯、嵌件和履帶鏈節(jié)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于具有改良的磨損表面的銷接組件的銷接元件，尤其是銷接元件表面的用于對接推力環(huán)、唇部和其它鄰接磨損元件的那些部分。所述銷接元件包括通過從所述銷接元件的所述磨損表面除去材料形成并且用包覆材料取代的第一處理區(qū)。在此操作之前，通過從所述銷接元件的不同于所述第一處理區(qū)的區(qū)部除去材料和在所述區(qū)部上執(zhí)行氮化工藝來形成第二處理區(qū)。
文檔編號F16J15/32GK102575773SQ201080047724
公開日2012年7月11日 申請日期2010年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月23日
發(fā)明者R·L·雷克爾, S·R·帕羅特 申請人:卡特彼勒公司