CN102069355B - 一种镐形截齿的生产方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种镐形截齿的生产方法，属于采煤机技术领域。采用冷锻技术制备齿体：冷锻成形齿体，然后在齿体头部熔覆合金耐磨层，并钎焊硬质合金头，然后进行齿体热处理和表面防腐处理。冷锻成形截齿坯件，坯料的氧化、脱碳的可能性小，具有尺寸精度和表面质量高，机械性能好等特点。在齿体头部采用等离子喷焊技术，获得与截齿齿体呈冶金结合的耐磨层，可避免硬质合金过早磨损脱落的现象。与现有的截齿相比，本发明对于提高采掘机械的工作效率和降低生产成本有着重要意义。

Description

一种镐形截齿的生产方法
技术领域
本发明涉及一种矿用螺旋滚筒采煤机镐形截齿的加工方法，属于采煤机技术领域。
背景技术
截齿是采煤、采矿、隧道等掘进机械的常用易损配件。截齿通常由热锻的齿体和硬质合金组成并通过钎焊连接。截齿主要包括以下几种失效形式，合金头脱落、齿身折断，齿身弯曲等。合金脱落是因为齿头的过度磨损，使的硬质合金头过早失去保护支撑；齿身弯曲和折断，是当截齿工作是承受很大的外力，由于齿体强度不足出现的现象。可以看出，只有当齿体具有很高的强度和冲击韧性，同时齿体头部又要有很高的硬度和耐磨性，才能使截齿具有很长的使用寿命。
发明内容
本发明的目的是为了改善齿体的强度和冲击韧性，提高齿头的耐磨性，延长其使用寿命，克服上述截齿传统生产工艺的不足，提供一种工序简单、加工质量高的镐形截齿的生产工艺方法。
本发明的一种镐形截齿的生产方法，其特征在于，采用等离子束熔覆技术在冷锻齿体的齿头制备耐磨合金层，包括以下步骤，见图3：
第一步，齿体下料
对选用的35CrMnSi或42CrMo合金钢棒材，按照截齿(图1中1)毛坯体积计算后下料；
第二步，冷锻成形齿体，其流程见图2
将上述制得的坯料进行前处理，即球化退火处理和磷皂化处理，之后进行正挤预成形(预镦粗成形)并进行球化退火处理和磷皂化处理，之后再进行终挤(冷锻成形)。
第三步，齿体头部熔覆合金耐磨层
采用等离子熔覆设备，把冷锻后的齿体加持在旋转装置上，工作时齿头呈水平旋转，在截齿齿头部采用等离子束形成熔池，同时沿轴线方向向熔池内送入合金粉，用等离子束熔覆合金粉，粉末熔化后与截齿头部表面基体熔合并凝固，在齿体表面形成一层成分和结构与齿体显著改变的合金化耐磨层(图1中3)，合金化耐磨层厚度为1～2mm。合金化耐磨层中含有摩尔分数为2％-5％的Ta，其他成分为现有技术中的镐形截齿齿体头部熔覆合金成分，所用的等离子喷焊合金粉末中包括摩尔数为2-5％的Ta。
上述涂层中W的摩尔百分含量为2％，Ta为2％-5％，Cr为14％，Si为1％，Ni为1％，Nb为0.5，Mn为0.5，余量为Fe。涂层中还可包括其他元素如：C、Mo、Ti、B、Si、WC、TiC等；所用等离子喷焊合金粉末材料成分组成：W的摩尔百分含量为5％，Ta为2％-5％，Cr为15，Si为1％，Ni为1％，Nb为0.5％，Mn为0.5％，余量为Fe。所用等离子喷焊合金粉末材料成分还可包括C、Mo、Ti、B、Si、WC、TiC等。Ta的加入能够提高涂层的冲击韧性，W的加入能够提高涂层的硬度和耐磨性。在煅烧过程中部分元素会损失，所用等离子喷焊合金粉末材料成分与涂层成分不完全一致。
等离子熔覆的工艺为：扫描速度300-500mm/min；非弧电流300A-400A；喷距5-8mm，送粉速率20-30g/min，送粉气流量0.6m3/h，工作气流量0.6m3/h。第四步，钎焊硬质合金头
将经第三步制得的齿体放入中频感应的线圈中加热焊接硬质合金刀头(图1中2)，其频率范围为15-25KHZ，温度为840～920℃，恒温时间为5～10分钟，根据钎焊间距和缝高计算钎焊用料，焊料为铜基钎焊YG13C。
第五步，齿体热处理
将经第四步制得的截齿放入260～290℃的硝盐槽中淬火。
第六步，表面防腐处理
将热处理后的截齿涂油防锈包装。
第二步的球化退火处理工艺为：将毛坯在井式炉内退火，退火温度为850～880℃，保温6～8小时，随炉冷却到350℃以下出炉；磷皂化处理工艺为：采用磷皂化流水线对退过火的毛坯棒料磷化和皂化处理，形成表面润滑层，其中磷化温度为70～80℃，时间为15～25min，皂化温度为60～70℃，时间为5～15分钟；预镦粗成形和冷锻成形工艺为：使用400T液压机预镦粗成形；磷皂化处理后使用400T液压机终锻成形，冲头下压速度为3～5mm/s，压力为300kg/mm2。
采用本发明的技术方案：冷锻成形截齿具有较高的强度和冲击韧性，可避免齿身弯曲和折断。在齿体头部采用等离子束熔覆技术，获得与截齿齿体呈冶金结合的耐磨层，可避免硬质合金过早磨损脱落的现象。传统的热锻生产方式不可避免的存在机加工后金属流线被切断，金属晶粒粗大和机械性能下降等缺陷，导致非正常失效。冷锻成形截齿坯件，坯料的氧化、脱碳的可能性小，具有尺寸精度和表面质量高，机械性能好等特点，特别适合于大批量生产。等离子束表面熔覆技术是以等离子弧为热源，采用同步送粉方式，在基体材料表面获得一层均匀致密、结构牢固的特殊保护涂层，实现涂层与金属基体的冶金结合，有效地保护了硬质合金头。试验证明，经上述工艺的改进，截齿使用寿命提高了5倍以上。
附图说明
图1是本发明的截齿结构图
图中1齿体2为硬质合金3为耐磨层
图2是冷锻工艺流程图
图3是本发明工艺流程图
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。
实施例1：
第一步，齿体下料
对选用的42CrMo合金钢棒材，按照截齿毛坯体积计算后用圆锯机将合金钢棒下料，毛坯重量差±1g；
第二步，齿体冷锻工艺，其流程见图2：
将毛坯在井式炉内退火，退火温度为860℃，保温6小时，随炉冷却到350℃以下出炉，采用磷皂化流水线对退过火的毛坯棒料磷化和皂化处理，形成表面润滑层，其中磷化温度为80℃，时间为15min，皂化温度为60℃，时间为10min。
采用高强度钢制造正挤压磨具和反挤压磨具，使用400T液压机预镦粗成形(见附图1)；然后在井式炉内退火，退火温度为860℃，保温6小时，随炉冷却到350℃以下出炉，采用磷皂化流水线对退过火的毛坯棒料磷化和皂化处理，形成表面润滑层，其中磷化温度为80℃，时间为15min，皂化温度为60℃，时间为10min。之后经磷皂化处理后使用400T液压机终锻成形，冲头下压速度为3～5mm/s，压力为300kg/mm2。
第三步，熔覆耐磨层
把冷锻后的齿体加持在旋转装置上，工作时齿头呈水平旋转，沿轴线方向用等离子束熔覆合金粉，截齿头部表面产生快速熔化和凝固。在齿体表面形成一层成分和结构与齿体显著改变的合金化层(见附图1中的2)，合金层厚度为1～2mm。涂层中W的摩尔百分含量为2％，Ta为2％，Cr为14％，Si为1％，Ni为1％，Nb为0.5％，Mn为0.5％，余量为Fe。
等离子熔覆的工艺为：扫描速度500mm/min；非弧电流300A；喷距5mm，送粉速率20g/min，送粉气流量0.6m3/h，工作气流量0.6m3/h。所用合金粉末材料成分组成：W的摩尔百分含量为5％，Ta为2％，Cr为15％，Si为1％，Ni为1％，Nb为0.5，Mn为0.5，余量为Fe。
第四步，钎焊硬质合金
将齿体放入中频感应的线圈中加热焊接硬质合金刀头(见附图1中的3)，其频率范围为15KHZ温度为860℃，恒温时间为5分钟，根据钎焊间距和缝高计算钎焊用料，焊料为铜基钎焊YG13C。
第五步，齿体热处理
将制得的截齿放入290℃的硝盐槽中淬火。
第六步，表面防腐处理
将热处理后的截齿涂油防锈包装。
采用本发明的技术方案截齿使用寿命提高了5倍以上。

Claims (1)

1.一种镐形截齿的生产方法，其特征在于，采用等离子束熔覆技术在冷锻齿体的齿头制备耐磨合金层，包括以下步骤：
第一步，齿体下料
对选用的35CrMnSi或42CrMo合金钢棒材，按照截齿毛坯体积计算后下料；
第二步，冷锻成形齿体
将上述制得的坯料进行前处理，即球化退火处理和磷皂化处理，之后进行正挤预成形即预镦粗成形，并进行球化退火处理和磷皂化处理，之后再进行终挤成形即冷锻成形；
第三步，齿体头部熔覆合金耐磨层
采用等离子熔覆设备，把冷锻后的齿体加持在旋转装置上，工作时齿头呈水平旋转，在截齿齿头部采用等离子束形成熔池，同时沿轴线方向向熔池内送入合金粉，用等离子束熔覆合金粉，粉末熔化后与截齿头部表面基体熔合并凝固，在齿体表面形成一层成分和结构与齿体显著改变的合金化耐磨层，合金化耐磨层中含有摩尔分数为2％-5％的Ta，其他成分为现有技术中的镐形截齿齿体头部熔覆合金成分；
等离子熔覆的工艺为：扫描速度300-500mm/min；非弧电流300A-400A；喷距5-8mm，送粉速率20-30g/min，送粉气流量0.6m3/h，工作气流量0.6m3/h；
第四步，钎焊硬质合金头
将经第三步制得的齿体放入中频感应的线圈中加热焊接硬质合金刀头，其频率范围为15-25KHZ，温度为840～920℃，恒温时间为5～10分钟，根据钎焊间距和缝高计算钎焊用料，焊料为铜基钎焊YG13C；
第五步，齿体热处理
将经第四步制得的截齿放入260～290℃的硝盐槽中淬火；
第六步，表面防腐处理
将热处理后的截齿涂油防锈包装；
第二步的球化退火处理工艺为：将毛坯在井式炉内退火，退火温度为850～880℃，保温6～8小时，随炉冷却到350℃以下出炉；磷皂化处理工艺为：采用磷皂化流水线对退过火的毛坯棒料磷化和皂化处理，形成表面润滑层，其中磷化温度为70～80℃，时间为15～25min，皂化温度为60～70℃，时间为5～15分钟；预镦粗成形和冷锻成形工艺为：使用400T液压机预镦粗成形；磷皂化处理后使用400T液压机终锻成形，冲头下压速度为3～5mm/s，压力为300kg/mm2；
合金化耐磨层厚度为1～2mm；涂层中W的摩尔百分含量为2％，Ta为2％-5％，Cr为14％，Si为1％，Ni为1％，Nb为0.5％，Mn为0.5％，余量为Fe。
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