田桂芹

（吉林遼源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林 遼源 136200）

采煤機截齒制造工藝和使用壽命的分析

田桂芹

（吉林遼源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，吉林 遼源 136200）

截齒是采煤機上的一個重要配件，制造截齒的材料必須具有很高的力學(xué)性能（如紅硬性、耐磨性、沖擊韌性等），文中通過對其制造工藝的分析、改進，大大提高了其使用壽命。

采煤機；截齒；工藝分析；使用壽命

0 引言

我國是一個煤炭資源大國，在煤礦企業(yè)生產(chǎn)中，除了大量的采煤工人，煤礦機械設(shè)備是保證煤炭生產(chǎn)的必備條件，其中采煤機截齒是采煤、采礦掘進機的常用配件，截齒的使用壽命會影響生產(chǎn)的有序進行，如何能夠增加截齒的使用壽命，現(xiàn)從以下幾個方面進行分析。

1 截齒的制造工藝分析

1.1 截齒機械性能分析

1）耐磨。耐磨是截齒必須滿足的要求，因為在采煤工作中，在切割的時候不可避免有摩擦力，因為煤礦中會含有巖石，因此切割工作并不容易。如果截齒不耐磨，那么采煤工作無法正常進行。2）抗壓。截齒在工作中不僅有摩擦力還有壓力，根據(jù)物理學(xué)表示，設(shè)備的壓力和相對應(yīng)給予的壓力是等同的，因此截齒還要具備抗壓性能，即硬度要保證。如果硬度存在問題，就不能保證設(shè)備的安全性，只有保證其安全性才能更好地完成開采工作。

1.2 鍛造釬焊截齒的結(jié)構(gòu)、材料工藝分析

截齒是由齒體和硬質(zhì)合金刀頭通過焊接組成，如果我們在焊接的過程當中要掌握不好刀頭和齒體的分布情況，刀頭突出太多，合金刀頭受齒體保護能力下降，當受到外力作用下就會刀頭脫落，所以刀頭不要突出太多，即使焊接分布合理，齒體在工作中也會受磨損，從而造成刀頭的突出。為避免這種現(xiàn)象，只有增加齒體前端的強度及耐磨性，所以增加耐磨頭（如圖1），用型材模鍛的方法獲得齒體1，將耐磨頭3與齒體采用機械加工成過盈配合嵌入再焊接［1］。

截齒能夠在強烈摩擦下仍保持其工作能力，就要選擇好材料，能承受重載、高速磨損條件下服役，要求鋼表面能形成薄而致密黏附性好的氧化膜，減少耐磨頭和合金頭之間產(chǎn)生粘咬、焊合等熔融磨損，又能減少表面進行氧化造成氧化磨損。在熱處理時，尤其是在淬火過程中，要體積變化小、形狀翹曲小、畸變小，應(yīng)該選用微變形鋼55CrMnSi制造。

圖1 截齒

1.3 截齒體的鍛造工藝分析

截齒在工作中除承受巨大的機械應(yīng)力外，還要承受反復(fù)受熱和冷卻的作用，原材料內(nèi)部缺陷的影響易引起鍛件性能下降、表面裂紋、折迭、粗晶等。這類裂紋的特點是：外層為光滑層，里層為撕裂層。裂紋兩側(cè)的貧碳區(qū)域較大（如圖2所示），應(yīng)嚴格控制其加熱溫度。55CrMnSi的鍛造溫度范圍狹窄，而且由于它含有合金元素，再結(jié)晶溫度較高，易產(chǎn)生鍛造裂紋。鍛后如果冷卻不當，鍛件內(nèi)部的應(yīng)力得不到消除和產(chǎn)生新的應(yīng)力，如鍛后冷卻太快，產(chǎn)生的組織應(yīng)力與原有的溫差應(yīng)力、內(nèi)應(yīng)力迭加，這時塑性極差，從而導(dǎo)致產(chǎn)生裂紋［2］。另外，爐內(nèi)的坯料要裝爐適量，還要不停地翻轉(zhuǎn)，以使其內(nèi)外溫度均勻。

圖2

1.4 鑲鑄復(fù)合工藝截齒的鑄造工藝分析

采用鑲鑄復(fù)合工藝制造采煤機截齒，其齒尖部位使用鉻系耐磨合金，齒體則用低合金鋼，目的就是保證齒體的綜合工作性能要求［3］。其合金化學(xué)成分如表1，在鑲鑄復(fù)合過程中控制液態(tài)金屬澆鑄溫度是重要環(huán)節(jié)，澆鑄溫度過高對于小型鑲鑄復(fù)合截齒用的鉻系耐磨合金熔層過厚，降低了耐磨性能。澆鑄溫度過低，液態(tài)金屬熱熔量達不到融化鉻系耐磨合金的溫度，使低合金鋼與鉻系耐磨合金不能形成理想的冶金結(jié)合層。

2 截齒兩種制造工藝對比

通過實驗分析，鍛造釬焊截齒有硬質(zhì)合金脫落問題，這是由于鍛造釬焊截齒硬質(zhì)合金與齒體屬于機械黏合，其結(jié)合力弱，鑲鑄截齒的硬質(zhì)合金與齒體的之間有一定的熔合層和過渡層，有效防止了硬質(zhì)合金脫落［4］。但是試驗還發(fā)現(xiàn)鍛造釬焊截齒常出現(xiàn)彎曲損壞，而鑲鑄截齒常出現(xiàn)折斷損壞［5］。

表1 合金的化學(xué)成分質(zhì)量分數(shù) %

3 針對不同工藝制造的截齒，增加使用壽命方法

3.1 鍛造釬焊截齒

1）對鍛造釬焊截齒刀體一定要嚴格保證原材料各項指標達到鍛坯的要求，采用分鍛加熱，避免形成過熱、過燒。采用高溫化學(xué)溫度計進行現(xiàn)場觀測，鍛后馬上進行合理的冷卻，使鍛件表面不能急冷急縮，除防止空氣淬火外，主要是消除鍛件內(nèi)部殘余應(yīng)力。

2）加焊齒體耐磨層，使得齒體硬度達到65HRC以上，齒體也可以采用42CrMo數(shù)控車床機械加工而成，保證尺寸一致，熱處理后硬度達到40HRC，齒頭部采用等溫淬火工藝。

圖3

3.2 鑲鑄復(fù)合截齒

嚴格控制鑲鑄復(fù)合過程中液態(tài)金屬澆鑄溫度，在熱處理過程中，在同一淬火溫度條件下采用不同的淬火介質(zhì)，同時滿足截齒耐磨性能和抗沖擊性能。鉻系耐磨合金結(jié)構(gòu)尺寸要符合截齒工作性能和工藝要求。

3.3 滾筒截齒排列

截割滾筒的截齒排列和安裝角度是否合理，也是影響截齒使用壽命因素，如果方法不合理就會造成截齒的合金脫落、齒身彎曲、折斷等，采煤機截齒的分布合理就能減小截齒、齒座磨損，減小截割阻力，減低電動機功率消耗，使采煤機工作平穩(wěn)。

4 結(jié)語

綜上所述，合理地設(shè)計截齒的結(jié)構(gòu)、選擇合適的材料、截割滾筒截齒的排列及角度都是影響截齒使用壽命的重要因素，每一項都是不容忽視，不僅要設(shè)備本身質(zhì)量好，同時也不能忽視保養(yǎng)，只有這樣才能保證截齒設(shè)備零件使用壽命得到延長。

［1］李喬非，沈大東.耐磨鋼與高強鋼復(fù)合截齒生產(chǎn)工藝研究［J］.熱加工工藝，2009（17）：137-138.

［2］陳寶國.W18Cr4V鋼鍛坯裂紋的產(chǎn)生與控制［J］.金屬加工（熱加工），2013（19）：47-49.

［3］魏緒樹，朱永長，榮守范.采煤機截齒鑲鑄復(fù)合金屬材料研究［J］.鑄造設(shè)備與工藝，2009（3）：24-26.

［4］張成軍，魏緒樹，紀朝輝，等.鑲鑄截齒與鍛造釬焊截齒損壞形式對比分析［J］.佳木斯大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2000（1）：19-21.

［5］魏緒樹，葛永成，張建偉.鑲鑄截齒井下采煤試驗［J］.佳木斯工學(xué)院學(xué)報，1998（2）：162-163，175.

（編輯 黃 荻）

TD 4；T H 162

A

1002-2333（2015）12-0242-02

田桂芹（1963—），女，副教授，研究方向為機械制造。

2015-07-03