CN108412491B - 一种复合截齿 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种复合截齿，包括截齿钢体、复合材料烧结体和锥形刀头，所述复合材料烧结体焊接在截齿钢体上，所述复合材料烧结体的顶部中间位置形成有与锥形刀头相匹配的中心孔，所述锥形刀头过盈压装在所述中心孔内，所述复合材料烧结体的硬度沿轴向朝中心孔端呈梯度递增分布，所述复合材料烧结体由硬质相与金属混合烧结而成。本发明的截齿刀头的抗剪切强度与抗弯强度与传统的硬质合金刀头相当，而在耐磨性上要超出硬质合金10倍以上，尤其是复合烧结体的硬度是传统截齿耐磨涂层的2‑3倍，极大地提高了耐磨性。

Description

一种复合截齿
技术领域
本发明涉及采煤机、铣刨机、旋挖钻机、综掘机、地铁盾构机用截齿，尤其涉及一种复合截齿。
背景技术
参见图1，现有技术中的截齿通常是用一个硬质合金锥形刀头3(锥形齿)通过焊接与截齿钢体1联结成一个整体，在锥形齿3与截齿钢体1的结合部，加焊耐磨层2，将硬度提高至HRC55°左右。当然有些特殊用途(应用于掘进机、旋挖钻机的)的截齿，采取热喷涂通过火焰、电弧、等离子等热源将线状的硬质合金或粉末硬质合金加热至熔化或半熔化状态形成高速熔滴，使其在锥形合金齿(锥形刀头)与钢体的链接结合部上形成涂层，提高耐磨性和耐腐蚀性。尽管如此，截齿在施工使用中掉锥形合金齿(锥形刀头)的情况时有发生，导致截齿在施工过程中失效。尽管国标MT246-1996对截齿钢体与锥形合金齿(锥形刀头)之间的焊缝、焊料、充盈度作了严格、详细的规定，但始终无法从根本上解决截齿因掉锥形合金齿(锥形刀头)而造成的截齿失效。究其根本原因还是钢体和焊接材料涂层硬度不够，涂层过薄耐磨性不够而造成的。锥形合金齿(锥形刀头)由于受本身材料性质条件的限制，所以在施工过程中有崩块，掉尖、断裂等现象发生，也是造成截齿在施工中失效的原因之一。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种复合截齿，该截齿具有高的硬度和高的强度。
为解决上述技术问题，本发明所提供的复合截齿，包括截齿钢体、复合材料烧结体和锥形刀头，所述复合材料烧结体焊接在截齿钢体上，所述复合材料烧结体的顶部中间位置形成有与锥形刀头相匹配的中心孔，所述锥形刀头过盈压装在所述中心孔内，所述复合材料烧结体的硬度沿轴向朝中心孔端呈梯度递增分布，所述复合材料烧结体由硬质相与金属混合烧结而成。
进一步的，所述复合材料烧结体由金刚石与铁基预合金粉烧结而成。
进一步的，所述复合材料烧结体在高度上依次分为四个成分梯度层，其中，第一梯度层中铁基预合金粉的体积比为50％-60％；第二梯度层中铁基预合金粉的体积比为60％-70％；第三梯度层中铁基预合金粉的体积比为80％-90％；第四梯度层为纯铁基预合金粉。
进一步的，所述复合材料烧结体在大功率压机上热压烧结成型，烧结温度为900℃-1000℃，成型压力为80KN-110KN。
进一步的，所述截齿钢体上与复合材料烧结体相结合的面呈外凸锥形，所述复合材料烧结体与截齿钢体相结合的面呈水平面，在截齿钢体的外凸锥形面与复合材料烧结体的水平结合面之间熔焊有Fe55自熔性合金。
进一步的，所述锥形刀头的底端设有十字U型槽，所述中心孔底部设有与所述十字U型槽相适配的凸筋。
进一步的，所述复合材料烧结体的高度在28mm-32mm之间，所述锥形刀头插入复合材料烧结体内的深度≥14mm。
上述技术方案的复合截止，所述锥形刀头由钴金属粉料和金刚石粉料按一定比例经三维混料机混合后，装入模具中置于六面顶液压机上经高温高压合成.
进一步的，钴金属粉料的体积比为2％-30％。
进一步的，所述锥形刀头的合成温度控制在1000℃-1500℃，压强控制在4-5Gpa/mm2。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果在于：
1、本发明复合截齿由截齿钢体、复合材料烧结体和锥形刀头组成，复合材料烧结体的硬度沿轴向梯度变化，锥形刀头采用压装的方式与复合材料烧结体连接为一体，而非直接焊接在截齿钢体上，使得整个截齿在具备高硬度和高强度的情况下，锥形刀头的抗裂性、防脱性得到很大提高。
2、本发明首次将硬度沿轴向梯度变化的复合材料烧结体应用于截齿钢体与锥形刀头的连接及保护，并通过复合材料烧结体中硬质相、粘接性成分、烧结参数等的调节，得出了特属于截齿钢体和锥形刀头的连接及保护的复合材料烧结体。特别是，当锥形刀头采用钴金属粉料和金刚石粉料为原料烧结而成，复合材料烧结体由金刚石与铁基预合金粉烧结而成时，截齿刀头的抗剪切强度与抗弯强度与传统的硬质合金刀头相当，而在耐磨性上要超出硬质合金10倍以上，尤其是复合烧结体的硬度是传统截齿耐磨涂层的2-3倍，极大地提高了耐磨性。
3、复合材料烧结体的成分在高度上呈梯度变化，在满足高耐磨性的同时具有优异的强韧性，克服了因金刚石比例达到一定比例后不能与截齿刚体焊接的问题，从而即保证了与锥形刀头连接端的高硬度及高耐磨性，又具备与截齿钢体焊接的特性。此外，当复合材料烧结体底端完全采用预合金成分时，因与截齿钢体材质相近时，还可以可进一步消除焊接应力，连接更加可靠。
4、复合材料烧结体与截齿钢体采用Fe55自熔性合金熔焊连接，且截齿钢体连接面呈外凸锥形，使得焊接处硬度大于等于70，抗拉强度可达到截齿钢体母材的97％，由此保证了复合材料烧结体与截齿钢体不脱落。
本发明的复合截齿可以广泛应用于采煤机、掘进机、铣刨机、旋挖钻机、综掘机、地铁盾构机等施工工程设备。
附图说明
图1为现有技术中截齿的结构示意图；
图2为本发明截齿的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
参见图2，一种复合截齿，包括截齿钢体1、复合材料烧结体4和锥形刀头3，复合材料烧结体4焊接在截齿钢体1上形成齿座，复合材料烧结体4的顶部中间位置形成有与锥形刀头3相匹配的中心孔5，锥形刀头3热压过盈压装在中心孔5内且刀尖从中心孔内露出。具体的，锥形刀头3由钴金属粉料和金刚石粉料按一定比例经三维混料机混合后，装入模具中置于六面顶液压机上经高温高压合成，其中，钴金属粉料的体积比为2％-30％；优选为5％-20％。作为优选的，锥形刀头的合成温度控制在1000℃-1500℃，压强控制在4-5Gpa/mm2。
复合材料烧结体4的硬度从底端到顶端呈梯度递增分布，复合材料烧结体由硬质相与金属混合烧结而成，硬质相可以采用碳化物、金刚石等物质，金属可以现有技术中的用作粘结剂的纯金属或预合金。具体到本实施例中，复合材料烧结体4为由金刚石与铁基预合金粉烧结而成且铁基预合金粉含量呈梯度递减分布，优选为铁钛预合金粉。具体烧结工艺为：复合材料烧结体在大功率压机上热压烧结成型，烧结温度为900℃-1000℃，成型压力为80KN-110KN。
本实施例中，复合材料烧结体4的高度在28mm-32mm之间，优选为30mm,锥形刀头3插入复合材料烧结体4内的深度≥14mm。
本实施例中，优选的，复合材料烧结体4在高度上依次分为四个成分梯度层，其中，第一梯度层中铁基预合金粉的体积比为50％-60％；优选为53％-57％，第二梯度层中铁基预合金粉的体积比为60％-70％；优选为64％-66％；第三梯度层中铁基预合金粉的体积比为80％-90％；优选为82％-87％；最底端的第四梯度层为纯铁基预合金粉。
为保证复合材料烧结体4与截齿钢体1连接处的不脱落，发明人从选材、焊接方式、连接处结构等方面出发，经过无数次试验，得出下述优选方案：截齿钢体1上与复合材料烧结体4相结合的面呈外凸锥形，复合材料烧结体4与截齿钢体1相结合的面呈水平面，在截齿钢体1的外凸锥形面与复合材料烧结体4的水平结合面之间熔焊有Fe55自熔性合金6。经过检测，焊接处硬度大于等于70，抗拉强度可达到截齿钢体母材的97％，由此保证了复合材料烧结体与截齿钢体不脱落。
另一种优选方案，锥形刀头3的底端设有十字U型槽，中心孔5底部设有与十字U型槽相适配的凸筋，复合超硬材料锥形刀头3压入中心孔5后，凸筋匹配安装在十字U型槽内。
应用实施例1
应用对象为双滚筒采煤机、截齿数量40个，对比实验地点内蒙古西北某煤矿。在用传统截齿，钢体42Crmo，硬质合金锥齿YG11C，合金锥齿周围有2mm厚融覆耐磨层，硬度HRC58°，型号为采煤机锥形截齿U85。该截齿为国内某知名品牌。截齿在双滚筒采煤机工作8小时后停机检查40个截齿有6个掉了锥形合金齿，经技术人员鉴定，需重新更换40个截齿后，双筒采煤机才能继续工作。
本发明的截齿钢体为准贝式钢体，由金刚石与金属烧结而成的复合材料烧结体4上连接锥形刀头3下连接截齿钢体1，型号为采煤机镐型截齿U85。截齿在双筒采煤机上工作24小时后停机检查，40个截齿完好无损，没有一个掉锥齿的，金刚石复合超硬材料锥形齿有轻微磨损，截齿的前端部分——金刚石复合烧结体有磨损，经技术人员检测磨损高度为0.85mm。金刚石复合烧结体的总高度为30mm高，保护锥形齿的有限高度为14mm，要锥形齿掉，磨损高度必需大于9mm，由此可推算出，本发明的截齿(采煤机镐型齿)的使用寿命是市场上在用截齿的10倍。
应用实施例2
应用对象为SR150C-SR型旋挖钻机，截齿数量20个，对比试验地点：四川东北某工程。
在用传统截齿钢体35Crmo，硬质合金锥齿KE-20，合金锥齿周围有2～3mm硬质材料融覆涂层，截齿型号3050—19(该截齿为国内某企业用德国进口锥形齿合金齿做掘进用刀头)。截齿在旋挖机工作4小时后停机检查截齿，施工方技术人员经检查发现，截齿钢体前端部位出现大的犁沟，说明附有硬质材料涂层的截齿钢体前端部位硬度远低于岩石磨料硬度；硬质合金也出现可见的犁沟，经技术人员判定为硬质合金硬度不够；有2个硬质合金全部脱落，说明钎焊质量不能满足施工环境要求。该回次的施工掘进深度为1.36m。
本发明的截齿钢体为准贝式钢体，由金刚石与金属烧结而成的复合材料烧结体4上连接锥形齿下连接截齿钢体1，截齿型号3053-19。截齿在旋挖钻机工作4小时后停机检查，全部截齿前端部分无犁沟现象，复合超硬材料锥形齿无犁沟现象，20个截齿无一个脱落。该回次施工掘进深度为3.84m，并且截齿仍可继续施工。由此可见本发明截齿与传统截齿相比，施工效率提高2.82倍后仍然有继续施工掘进的潜在价值。
上述实施例仅仅是清楚地说明本发明所作的举例，而非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里也无需也无法对所有的实施例予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种复合截齿，其特征在于：包括截齿钢体、复合材料烧结体和锥形刀头，所述复合材料烧结体焊接在截齿钢体上，所述复合材料烧结体的顶部中间位置形成有与锥形刀头相匹配的中心孔，所述锥形刀头过盈压装在所述中心孔内，所述复合材料烧结体的硬度沿轴向朝中心孔端呈梯度递增分布；
所述复合材料烧结体由金刚石与铁基预合金粉烧结而成；
所述复合材料烧结体在高度上依次分为四个成分梯度层，其中，第一梯度层中铁基预合金粉的体积比为50%-60%；第二梯度层中铁基预合金粉的体积比为60%-70%；第三梯度层中铁基预合金粉的体积比为80%-90%；第四梯度层为纯铁基预合金粉；
所述锥形刀头由钴金属粉料和金刚石粉料按一定比例经三维混料机混合后，装入模具中置于六面顶液压机上经高温高压合成。
2.根据权利要求1所述的复合截齿，其特征在于：所述复合材料烧结体在大功率压机上热压烧结成型，烧结温度为900℃-1000℃，成型压力为80KN-110KN。
3.根据权利要求1所述的复合截齿，其特征在于：所述截齿钢体上与复合材料烧结体相结合的面呈外凸锥形，所述复合材料烧结体与截齿钢体相结合的面呈水平面，在截齿钢体的外凸锥形面与复合材料烧结体的水平结合面之间熔焊有Fe55自熔性合金。
4.根据权利要求1所述的复合截齿，其特征在于：所述锥形刀头的底端设有十字U型槽，所述中心孔底部设有与所述十字U型槽相适配的凸筋。
5.根据权利要求1所述的复合截齿，其特征在于：所述复合材料烧结体的高度在28mm-32mm之间，所述锥形刀头插入复合材料烧结体内的深度≥14mm。
6.根据权利要求5所述的复合截齿，其特征在于：所述钴金属粉料的体积比为2%-30%。
7.根据权利要求6所述的复合截齿，其特征在于：所述锥形刀头的合成温度控制在1000℃-1500℃，压强控制在4-5Gpa/mm2。
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Denomination of invention: A composite pick

Effective date of registration: 20220218

Granted publication date: 20200327

Pledgee: Hunan Chaoji Testing Technology Co.,Ltd.

Pledgor: HUNAN TAIDING NEW MATERIAL CO.,LTD.

Registration number: Y2022430000013