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提高截齒性能的技術途徑

提高截齒性能的技術途徑


截齒損壞形式分析

通過對國內截齒損壞形式的調研和對一些國內外截齒的解剖分析及抗衝擊性能試驗,截齒失效原因主要有以下幾方麵:

1
抗衝擊性能低
通過大量觀察損壞的截齒,發現多數截齒的損壞不是正常磨損失效,尤其在硬岩截割中更為嚴重。原因如下。
(1)合金刀頭的性能差。國產合金中有石墨雜質,晶粒分布不均勻,部分合金中有裂紋,這是造成硬質合金頭崩裂的主要原因;其次是國產合金壓製工藝比較落後,合金上下密度差大、孔隙多、硬度低。
(2)合金頭釺焊殘餘應力大。由於合金刀頭與齒體材料的熱膨脹係數相差較大,且冷卻時的收縮差隨釺焊溫度的增大而增大。國產截齒多采用銅鋅釺料,其焊接溫度達950℃以上,焊接殘餘應力較大。
(3)截齒齒體頭部崩裂和偏磨使合金頭過早失去保護支撐。其原因主要是國產原材料性能不穩定,部分原材料中心疏鬆嚴重,使截齒體內部有潛在裂紋。有的截齒在工作時不能自轉,往往造成齒體的偏磨。

2
耐磨性差
耐磨性是指合金刀頭和齒頭部的耐磨性能。國產截齒合金一般含鈷量偏高,組織不完整,密度低,硬度不高,致使截齒合金刀頭耐磨性能差。而截齒頭部則是由於原材料質量性能不穩定和截齒熱處理工藝不當等原因,造成截齒頭部有裂紋,硬度偏低,影響其耐磨性。

3
掉合金頭
截齒掉合金頭是截齒失效的主要形式之一。截齒掉合金頭現象分為早期、中期和後期掉合金頭。其中早期掉合金頭所造成的危害最大,截齒在很短的工作時間裏,釺焊在截齒體上的硬質合金刀頭便從截齒體上掉下,致使截齒提前報廢。截齒的早期和中期掉合金頭的原因主要是焊縫質量差,強度低,截齒體加工尺寸控製不嚴,造成焊縫間隙過大或過小,致使焊料流動困難,從而造成合金頭“擠死”或“缺焊”。為此我國頒發的煤炭行業標準MT246 -1996《煤礦用截齒》中對截齒的焊縫提出了要求,要求釺焊焊縫的剪切強度≥180 MPa ,優質截齒的釺焊焊縫的剪切強度≥230 MPa ,另外要求焊縫內焊料充盈度不小於80%。截齒掉合金頭另外的原因就是合金頭釺焊工藝不當和焊前處理不好。截齒的後期掉合金頭是因為截齒體前端的過度磨損使得硬質合金刀頭過分突出,焊縫麵積減小,從而導致焊縫強度不夠造成截齒掉合金頭。因此,要解決截齒後期掉合金頭,除了提高釺焊質量和焊縫強度外,更重要的是提高截齒體前端的耐磨性。

提高截齒性能的技術途徑

1
抗衝擊、耐磨、無裂紋的硬質合金刀頭研製
在硬質合金研究方麵,與株洲硬質合金廠合作,對硬質合金進行了研究。通過對國內外硬質合金刀頭的解剖分析,得出國外合金與國產合金的3項性能(磁力、比重、硬度)基本接近。在合金的顯微結構上,也很難看出兩者有很大差距。但是國外刀頭的耐衝擊性和耐磨性比較明顯地優於國產刀頭合金,主要是由於國產刀頭合金原料純度低,粉末成型工藝落後造成的。為此,對硬質合金新材質新工藝進行了研究。研製的截齒刀頭選用了優質原料,改進成型工藝和合金製取工藝(高純鎢粉、高溫還原、高溫碳化)等3條技術措施,提高了截齒刀頭的壽命。研製的合金具有高韌性、高耐磨性和高衝擊性。

2
耐磨層的堆焊
為了解決截齒在采煤過程中的快速磨損失效問題,采用堆焊方式(或其他冶金方式)在截齒錐頂(硬質合金刀頭)以下齒體部位,沿圓周方向堆焊一個寬度約20-30mm、厚度2-3mm的環形帶。此環形帶即稱之為耐磨堆焊層。常用的耐磨堆焊材料為馬氏體堆焊合金(D317,D327,DG7等)、高鉻Fe-Cr-C合金係(D688,D638等)、碳化鎢、碳化铌等。從機理上講,截齒耐磨堆焊層的作用是:1、彌補或改變因硬質合金刀頭釺焊工藝在齒體圓周形成的性能劣化現象(指先熱處理後釺焊工藝生產的截齒)。2、進一步優化或強化刀頭部分使用性能。當然,采用先釺焊刀頭後整體熱處理截齒的製造工藝時,後者的作用更為突出。然而,實際情況並不簡單,截齒耐磨堆焊層的出現和使用,將截齒刀頭與被切割煤岩之間的磨擦、衝擊等作用,轉換為或部分轉換為堆焊層與被切割煤岩之間的磨擦、衝擊等作用。它們之間的磨擦磨損、衝擊損傷等,不僅取決於兩個接觸體材料的特性及其匹配行為,同時還受到采煤過程中諸多因素的影響。

3
刀體材質的研究
目前國內掘進機截齒刀體的材料多為合金結構鋼35CrMnSiA ,這種材料在淬火低溫回火或等溫淬火後,有較高的綜合機械性能,但該材料橫向性能比縱向性能差,有明顯的回火脆性等缺陷。為此,進行了用42CrMo合金結構鋼作為截齒體材料的研究。42CrMo同樣屬於中淬透合金鋼,該鋼無回火脆性,調質後有較高的疲勞極限和抗多次衝擊能力,與35CrMnSiA合金鋼相比,更適合截齒的受力特性,試驗結果表明,該鋼製作的齒體頭部的抗裂性能和衝擊韌性要比35CrMnSiA鋼種好。因此,42CrMo合金結構鋼比35CrMnSiA合金結構鋼更適宜作截齒材料。

4
焊縫間隙的研究
截齒釺焊焊縫間隙的大小是影響焊縫致密性和焊縫強度的關鍵因素。間隙太小,妨礙釺焊料流入;間隙過大,破壞釺焊縫的毛細管作用,使釺料不能填滿焊縫間隙。截齒的釺焊,是鋼與硬質合金的異種材料焊接,考慮硬質合金的線膨脹係數是鋼的1Π2~1Π3,因此釺焊縫間隙應比鋼對鋼焊接時稍小。通過對幾組不同間隙焊縫的試驗研究,試驗結果表明截齒焊縫間隙一般為0. 08~0. 15 mm為宜,另外最好采用帶錐麵的合金頭和帶錐麵的截齒體孔,以盡量保證硬質合金刀頭周圍焊縫間隙均勻一致。

5
釺焊及熱處理工藝
釺焊及熱處理工藝研究截齒的釺焊及熱處理工藝是保證強力截齒質量和壽命的關鍵技術之一。目前國內截齒的生產工藝一般為以下2種:
(1)截齒體加工成形→釺焊硬質合金頭→鹽爐加熱→硝鹽等溫淬火→回火。
(2)截齒體加工成形→鹽爐加熱→硝鹽等溫淬火→清洗→釺焊硬質合金頭→回火。
第1種生產工藝,釺焊硬質合金頭後鹽爐加熱再硝鹽等溫淬火。截齒體的硬度得到了保證,但硬質合金頭在釺焊和硝鹽等溫淬火這一過程中,都經過了2次加熱,從而使硬質合金頭脆化,使截齒在使用過程中因硬質合金頭崩裂和硬質合金頭與截齒體焊接的開裂而大大縮短截齒的使用壽命。第2種生產工藝,硝鹽等溫淬火後釺焊硬質合金頭,雖然焊縫的質量和硬質合金頭的質量得到了保證,但截齒體頭部的硬度卻下降了,導致截齒體頭部耐磨性大大降低,使得截齒在使用過程中硬質合金頭過早脫落,同樣也縮短了截齒的使用壽命。為此,采用截齒真空爐釺焊與熱處理同時一次加熱,使釺焊好的截齒直接進行淬火的工藝。該工藝具有以下顯著特點:
(1)采用真空爐加熱釺焊,避免了釺焊過程中釺焊表麵與空氣接觸產生氧化,可使熔化的液態釺料與釺焊表麵直接接觸,產生濕潤的填縫,以獲得優質的釺焊質量。
(2)使釺焊好的截齒不經空冷直接淬火,避免了二次加熱問題,又提高了齒體的綜合機械性能。截齒的真空釺焊工藝流程為:清洗截齒體待焊部分、釺料和硬質合金刀頭→烘幹→裝填焊料、硬質合金刀頭→將截齒裝入夾具內→入爐加熱→冷卻。


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提高截齒性能的技術途徑 2018-10-18 本文被閱讀 603 次
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