CN103032069B - 一种采煤机截齿的生产方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采煤机截齿的生产方法，将配合好的截齿逐次进入感应器的加热区，自动进料节拍应控制在12秒-14秒；截齿进入焊接区时，首先向合金齿头上部补撤硼砂，待铜熔化后应轻摇合金数下，等温槽温度达到或大于230℃即可热处理，将焊好的截齿逐次夹出，装入吊钩，迅速手提吊钩将截齿浸入等温槽盐液中，左右摆3次后挂上横杆，将齿头合金全部浸入盐液中，待进出料平衡时温度达到265℃时，就应迅速开始送水降温；截齿在等温槽内变化不超过20℃的恒定温度带状态下停留时间不少于30分钟；将截齿提出淋盐后清洗冷却。本发明与现有技术相比不同的是两次加热合为一体，一次完成，即保证了钎焊质量又提高了热处理淬火质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种采煤机截齿的生产方法。
背景技术
截齿是采煤及巷道掘进机械中的易损件之一，是落煤及碎煤的主要工具，它的性能好坏直接影响采煤机械生产能力的发挥、功率的消耗、工作平稳性和其他相关零部件的使用寿命。一般结构是在经淬火、回火处理的低合金结构钢刀体上镶嵌硬质合金刀头。
一般截齿生产主要工序有六道，它们分别是下料、模锻、机加、硬质合金钎焊、热处理、表面处理与防锈处理。对产品性能质量影响较大的主要是模锻、机加、硬质合金钎焊、热处理四道工序。机加对一般企业而言较易掌握与控制，硬质合金钎焊、热处理是两道关键难点工序。
截齿硬质合金钎焊早期传统工艺技术是采用火焰加热进行硬质合金钎焊，该工艺特点是简单易行、钎焊质量差、易出现加热不匀、焊缝充满度差、产品一致性差等。所以在我国90年代初期各企业就基本不采用了。当时替代火焰加热方法增加了一次设备投资，但钎焊质量明显提高，焊接成本下降。可是由于高频或超音频固有的特点这种方法会产生加热透入深度浅、表面易过烧、合金底部焊接质量不高等问题。另外高频设备维护量大，元器件成本高、采购困难。随着我国电力电子技术的发展，进入90年代后，新开工企业普遍采用效果更好的中频电源感应加热进行硬质合金钎焊，老企业由于设备投资及旧设备处理等原因，仅有部分企业停高频改用中频电源感应加热技术。中频电源感应加热技术较之高频感应加热技术，针对硬质合金钎焊而言是明显地上了一个台阶，它加热透入深度符合截齿生产特点，设备技术成熟、维护量小、加热均匀、钎焊质量好、易实现连续生产与控制、产品一致性高。
截齿热处理早期传统工艺技术是使用箱式炉或高温盐炉，将完成钎焊工序并冷却到室温后的截齿集中加热到规定温度(一般850～880℃)，然后投入淬火介质中，处理结束后还需根据技术要求进行回火处理。随着采矿工具技术的发展，根据国情特点，众多科研单位与生产企业经过了多年的研究摸索试验，进入90年代基本上已形成共识即截齿产品应优先选用35CrMnSiA材质并配套使用等温淬火工艺技术，从而获得高性能截齿产品。这样大部分企业均采用了高温盐炉加热，使用35CrMnSiA材质，采用等温淬火热处理工艺，使国产截齿产品质量普遍有了提高，基本满足了煤矿用户的各种工况需求。但与国际名牌产品相比，硬质合金钎焊缝抗剪强度始终存在一定的差距，加之存在环境污染，工作条件差等问题始终是需要努力解决的。硬质合金钎焊常用焊料熔化温度860～920℃，中碳合金结构淬火温度一般控制850～890℃。一般工艺过程，齿头部与钎焊缝均经过两次加热，齿头部机械性能无明显变化。但合金钎焊缝在经过两次加热后产生了明显变化，研究结论表明，合金钎焊缝两次加热后抗剪强度下降30％并易出现焊料与母材、焊料本身的微裂纹。原因主要是在第2次加热时，温度已达到或接近焊料自身熔化温度，增加了焊料成份变化的机会，降低焊缝性能；同时多次热冷变化产生的应力降低了钎焊质量。齿头部(约占齿体1/3～2/5)两次加热也浪费了能源。工作环境污染主要来源于高温盐炉散发的烟气，这是高温盐炉固有的。对环境有污染的工业废料产生多，也是采用高温盐炉加热所固有的特点。因为在生产过程中，高温盐总要带入低温盐槽，将低温盐污染导致低温盐过早失效作为废料排除。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种大幅度提高质量、生产效率和降低环境污染的采煤机截齿的生产方法。
为解决上述技术问题，本发明采煤机截齿的生产方法，包括如下步骤：
1)对表面处理干净的齿体齿孔进行孔径公差带检查，该齿体齿孔与表面处理干净的齿头合金配合间隙，单边保证在0.1mm-0.15mm；
2)将配合好的截齿逐次进入感应器的加热区，自动进料节拍应控制在12秒-14秒；
3)截齿进入感应器的焊接区时，首先向合金齿头上部补撤硼砂，待铜熔化后应轻摇合金数下，以便合金下移、排渣，并轻压合金到位，观察焊缝圆周是否有铜液充满；
4)如3)步的截齿焊缝铜液未充满应提示不得进入热处理工序，转入待处理程序，集中补铜，补铜时中频调低电源直流电压控制在400V--430V，将片状铜焊料剪成宽8mm长200mm以上的或使用直径1.5mm以下的铜焊丝，以端部截面紧靠合金上部或焊缝部加热，待铜焊料端部熔化时轻推焊料，同时加硼砂助焊，补足铜为止；
5)等温热处理，等温槽实际温度控制在230℃-270℃，等温槽温度达到或大于230℃即可热处理，将3)或/和4)步焊好的截齿逐次夹出，装入吊钩，迅速手提吊钩将截齿浸入等温槽盐液中，截齿浸入深度以齿头合金头部露出为界，左右摆3次后挂上横杆，将齿头合金全部浸入盐液中，待进出料平衡时温度达到265℃时，就应迅速开始送水降温；
6)截齿在等温槽内变化不超过20℃的恒定温度带状态下停留时间不少于30分钟；
7)达到等温时间后将截齿提出液面，淋盐后迅速清洗冷却得产品。
以生产日期开始算起，超过两个月以上的齿头合金在滚磨筒内滚磨时间不少于两个小时，出筒后用清水清洗并迅速放入100℃硼砂水中煮两分钟，取出并晾干齿头合金表面备用，备用时间不超过8小时。
补铜时中频电源直流电压控制为：镐型齿420V-430V，刀型齿400V-420V。
优先的等温槽实际温度控制在240℃-270℃。
本发明方法仍采用中频电源感应加热，并采用等温淬火工艺。与现有技术相比不同的是两次加热合为一体，一次完成，故称“一体化”技术。充分利用中频感应加热升温快、表里温差梯度小、加热均匀等优点，即保证了钎焊质量又提高了热处理淬火质量。
附图说明
图1是现有方法中的温度变化曲线图；
图2是本发明方法中的温度变化曲线图；
图中：(a)表示齿头合金头部与钎焊缝，(b)表示齿体。
具体实施方式
实施例1：镐型齿的生产方法
一、焊前准备
1、齿头合金焊前准备
a、以箱为批次单位抽样，测量合金外径公差范围带，如大于0.1mm，应对全部合金分选。分选等级以0.8mm为单位区分。例如小于0.8mm；大于等于0.8mm小于0.16mm。
b、以箱为批次单位抽样，检查合金表面含碳氧化物等情况。以手搓数粒合金后观察手心表面是否有灰色或黑色，如有，该合金需增加表面处理工序。
c、以生产日期开始算起，超过两个月以上的合金除做a项检查外，全部增加物理滚磨工序。在滚磨筒内滚磨时间不少于两个小时。出筒后用清水清洗并迅速放入100℃硼砂水中煮两分钟，取出空干水，并晾干合金表面备用，备用时间不超过8小时。
2、齿体齿孔准备
a、对齿孔进行孔径公差带检查。齿孔与合金配合间隙，单边保证在0.1mm-0.15mm。
b、现钻现焊的齿孔(钻焊间隔时间不超过8小时)使用清孔工具，蘸少许无水酒精清除孔内残屑即可。
c、钻焊时间超过8小时的一律采用机械除锈清孔工序，然后再进行b项工序。
二、合金钎焊
1、将配合好的截齿逐次进入感应器的加热区，自动进料节拍应控制在12秒-14秒。特殊情况节拍时间以保证铜熔化为原则。
2、截齿进入焊接区时(以感应器出口边缘始算，镐型齿向里100mm均为焊接区)，首先向合金上部补撤硼砂，待铜熔化后应轻摇合金数下，以便合金下移、排渣，并轻压合金到位，观察焊缝圆周是否有铜液充满。禁止重压、挤压合金，造成铜液被挤出。
3、如焊缝铜液未充满应提示不得进入热处理工序，转入待处理程序，集中补铜。
4、补铜时中频电源直流电压调低至420V-430V，将片状铜焊料剪成宽8mm长200mm以上的或使用直径1.5mm以下的铜焊丝，以端部截面紧靠合金上部或焊缝部加热。待铜焊料端部熔化时轻推焊料，补铜时应同时加硼砂助焊，补足铜为止。
三、等温热处理
1、等温槽实际温度控制在240℃-270℃之间。每班开始工作时，等温槽温度大于230℃，镐型齿如追求超高强度时(HRC48-50)可降到230℃，即可热处理，进出料平衡时温度达到265℃，就应迅速开始送水降温。如追求超高硬度时，可根据试验值在合适温度值送水降温。
2、将焊好的截齿逐次夹出，装入吊钩。可夹出位置，镐型齿间距感应器出口石棉板外缘30mm(含石棉板)。
3、迅速手提吊钩将截齿浸入等温槽盐液中，截齿浸入深度以齿头合金头部露出为界。左右摆3次后挂上横杆，齿头合金应全部浸入盐液中。
4、截齿在等温槽内变化不超过20℃的恒定温度带状态下停留时间不少于30分钟。
5、达到等温时间后将截齿提出液面，稍停片刻淋盐，迅速投入清洗箱，清洗冷却，然后提出并拆吊钩。
6、每次应对所处理完截齿表面硬度进行检测并记录，抽样应取开始、进出池平衡、结束三种状态下，各三只样品。测试点应根据试验经验选择有代表性、反映真实需求的位置。
7、合金钎焊质量应定期按标准要求检查并记录。
实施例2：刀型齿的生产方法
一、焊前准备
1、齿头合金焊前准备
a、以箱为批次单位抽样，测量合金外径公差范围带，如大于0.1mm，应对全部合金分选。分选等级以0.8mm为单位区分。例如小于0.8mm；大于等于0.8mm小于0.16mm。
b、以箱为批次单位抽样，检查合金表面含碳氧化物等情况。以手搓数粒合金后观察手心表面是否有灰色或黑色，如有，该合金需增加表面处理工序。
c、以生产日期开始算起，超过两个月以上的合金除做a项检查外，全部增加物理滚磨工序。在滚磨筒内滚磨时间不少于两个小时。出筒后用清水清洗并迅速放入100℃硼砂水中煮两分钟，取出并晾干合金表面备用，备用时间不超过8小时。
2、齿体齿孔准备
a、对齿孔进行孔径公差带检查。齿孔与合金配合间隙，单边保证在0.1mm-0.15mm。
b、现钻现焊的齿孔(钻焊间隔时间不超过8小时)使用清孔工具，蘸少许无水酒精清除孔内残屑即可。
c、钻焊时间超过8小时的一律采用机械除锈清孔工序，然后再进行b项工序。
二、合金钎焊
1、将配合好的截齿逐次进入感应器的加热区，自动进料节拍应控制在12秒-14秒。特殊情况节拍时间以保证铜熔化为原则。
2、截齿进入焊接区时(以感应器出口边缘始算，刀型齿向里75mm均为焊接区)，首先向合金上部补撤硼砂，待铜熔化后应轻摇合金数下，以便合金下移、排渣，还应拨校合金角度，并轻压合金到位，观察焊缝圆周是否有铜液充满。禁止重压、挤压合金，造成铜液被挤出。
3、如焊缝铜液未充满应提示不得进入热处理工序，转入待处理程序，集中补铜。
4、补铜时中频电源直流电压调低至400V-420V，将片状铜焊料剪成宽8mm长200mm以上的或使用直径1.5mm以下的铜焊丝，以端部截面紧靠合金上部或焊缝部加热。待铜焊料端部熔化时轻推焊料，补铜时应同时加硼砂助焊，补足铜为止。
三、等温热处理
1、等温槽实际温度控制在240℃-270℃之间。每班开始工作时，等温槽温度大于230℃即可热处理，进出料平衡时温度达到265℃，就应迅速开始送水降温。如追求超高硬度时，可根据试验值在合适温度值送水降温。
2、将焊好的截齿逐次夹出，装入专用吊钩。可夹出位置，刀型齿间距感应器出口石棉板外缘30mm(含石棉板)。
3、迅速手提吊钩将截齿浸入等温槽盐液中，截齿浸入深度以齿头合金头部露出为界。左右摆3次后挂上横杆，齿头合金应全部浸入盐液中。
4、截齿在等温槽内变化不超过20℃的恒定温度带状态下停留时间不少于30分钟。
5、达到等温时间后将截齿提出液面，稍停片刻淋盐，迅速投入清洗箱，清洗冷却，然后提出并拆吊钩。
6、每次应对所处理完截齿表面硬度进行检测并记录，抽样应取开始、进出池平衡、结束三种状态下，各三只样品。测试点应根据试验经验选择有代表性、反映真实需求的位置。
7、合金钎焊质量应定期按标准要求检查并记录。
如图1所示，一般工艺过程，齿头部与钎焊缝均经过两次加热，齿头部机械性能无明显变化。但合金钎焊缝在经过两次加热后产生了明显变化，研究结论表明，合金钎焊缝两次加热后抗剪强度下降30％并易出现焊料与母材、焊料本身的微裂纹。原因主要是在第2次加热时，温度已达到或接近焊料自身熔化温度，增加了焊料成份变化的机会，降低焊缝性能；同时多次热冷变化产生的应力降低了钎焊质量。齿头部(约占齿体1/3～2/5)两次加热也浪费了能源。工作环境污染主要来源于高温盐炉散发的烟气，这是高温盐炉固有的。对环境有污染的工业废料产生多，也是采用高温盐炉加热所固有的特点。因为在生产过程中，高温盐总要带入低温盐槽，将低温盐污染导致低温盐过早失效作为废料排除。
“一体化”技术正是为解决前述问题研究开发的，它仍采用中频电源感应加热，并采用等温淬火工艺。不同的是两次加热合为一体，一次完成。使用专用设备及配套工艺技术在截齿硬质合金钎焊的同时完成齿体全部淬火加热。利用专有技术解决钎焊、热处理淬火对加热温度的不同要求，并充分利用中频感应加热升温快、表里温差梯度小、加热均匀等优点即保证了钎焊质量又提高了热处理淬火质量。
从图2中可看出较之未采用“一体化”技术，钎焊缝中焊料不但去除了二次加热，同时在焊后降温过程中，工艺条件也明显改善，焊料凝固后有一段近300℃保温时间。图2与图1相比，也可看出全过程已从总时间t6大大缩短为t2。
综上所述，“一体化”技术与非“一体化”技术相比，首先是钎焊质量大幅度提高、热处理指标符合工况需求，从技术上消除了传统工艺所固有的缺陷，保证了工业化生产中截齿产品钎焊质量的各项指标大幅度提高。以抗剪强度为例，按照国家截齿标准规定，钎焊缝抗剪强度合格指标为≥180Mpa/cm2；优质品指标为≥230Mpa/cm2。一般工艺技术掌握控制好的可达到合格指标但达到优质指标的较少。而采用“一体化”技术后，批量生产的产品抗剪强度一般均达到优质产品指标，很多均大大超过230Mpa/cm2，达到280Mpa/cm2以上的也不少见。
第二是生产效率提高、生产成本下降。因为采用“一体化”技术将两次加热缩为一次加热，就钎焊热处理两道工序而言，最少节能60％，每只产品两道工序所耗净时间(扣除存放转运、准备等时间)，从平均5分30秒下降到20秒钟，针对不同型号截齿，生产线速度可控制在9秒-15秒完成一只。没有高温盐消耗，同时没有高、低温盐混合造成低温盐失效的可能，低温盐消耗同比下降95％。
第三、改善工作环境大幅度降低环境污染。由于取消了高温盐炉杜绝了工作环境中的烟气污染，同时低温盐废弃污染物减少了95％以上。
第四、便于自动化生产，大大降低生产过程中影响质量人为因素，产品一致性好，质量稳定。
第五、便于生产计划、调度，对市场订货响应速度快。与一般生产技术比，采用“一体化”技术后，批次响应时间可从2天下降为1个小时。对同品种大批量，不同品种小批量均有相同的适应性与生产效率。从生产指令下发始各种变化都可在1小时内获得成品。
第六、设备整体配套性好，日常维护量小，投资回收快。
由于“一体化”技术在研究开发伊始就比较重视可操作性，所以就目前“一体化”技术而言，无论是中频电源频率的选择、功率的大小、专用加热设备、传动设备、等温淬火槽、设备供应厂家等均是优化设计与择优。
本发明方法还可用于凿岩用柱齿钻头、十字型钻头、一字型钻头的硬质合金钎焊、热处理一体化生产，齿靴、齿轮齿面热处理等。
Claims (4)
1.一种采煤机截齿的生产方法，包括如下步骤：
1)对表面处理干净的齿体齿孔进行孔径公差带检查，该齿体齿孔与表面处理干净的齿头合金配合间隙，单边保证在0.1mm-0.15mm；
2)将配合好的截齿逐次进入感应器的加热区，自动进料节拍应控制在12秒-14秒；
3)截齿进入感应器的焊接区时，首先向合金齿头上部补撤硼砂，待铜熔化后应轻摇合金数下，以便合金下移、排渣，并轻压合金到位，观察焊缝圆周是否有铜液充满；
4)如3)步的截齿焊缝铜液未充满应提示不得进入热处理工序，转入待处理程序，集中补铜，补铜时中频调低电源直流电压控制在400V-430V，将片状铜焊料剪成宽8mm长200mm以上的或使用直径1.5mm以下的铜焊丝，以端部截面紧靠合金上部或焊缝部加热，待铜焊料端部熔化时轻推焊料，同时加硼砂助焊，补足铜为止；
5)等温热处理，等温槽实际温度控制在230℃-270℃，等温槽温度达到或大于230℃即可热处理，将3)或/和4)步焊好的截齿逐次夹出，装入吊钩，迅速手提吊钩将截齿浸入等温槽盐液中，截齿浸入深度以齿头合金头部露出为界，左右摆3次后挂上横杆，将齿头合金全部浸入盐液中，待进出料平衡时温度达到265℃时，就应迅速开始送水降温，且保证加水之后等温槽的温度不小于230℃；
6)截齿在等温槽内变化不超过20℃的恒定温度带状态下停留时间不少于30分钟；
7)达到等温时间后将截齿提出液面，淋盐后迅速清洗冷却得产品。
2.根据权利要求1所述的采煤机截齿的生产方法，其特征是：以生产日期开始算起，超过两个月以上的齿头合金在滚磨筒内滚磨时间不少于两个小时，出筒后用清水清洗并迅速放入100℃硼砂水中煮两分钟，取出并晾干齿头合金表面备用，备用时间不超过8小时。
3.根据权利要求1所述的采煤机截齿的生产方法，其特征是：所述的补铜时中频电源直流电压控制为：镐型齿420V-430V，刀型齿400V-420V。
4.根据权利要求1所述的采煤机截齿的生产方法，其特征是：所述的等温槽实际温度控制在240℃-270℃。
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| Publication number | Publication date |
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Denomination of invention: Production method of cutting picks of coal mining machine Effective date of registration: 20180713 Granted publication date: 20150114 Pledgee: China Co truction Bank Corp Qianshan branch Pledgor: Anhui Province Wanjiang Mechanical and Electrical Equipment Manufacturing Co., Ltd. Registration number: 2018340000310 |