专利名称：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%，I1a为2% -5%, Cr为14%，Si为1%，Ni 为l%，Nb为0. 5，Mn为0. 5，余量为佝。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，余量为狗。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
3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. 6m7h。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°C，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沈0 290°C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°C，保温6 8小时，随炉冷却到350°C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°C，时 间为15 25min，皂化温度为60 70°C，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 表面获得一层均勻致密、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。
图1是本发明的截齿结构中1齿体2为硬质合金3为耐磨层图2是冷锻工艺流程3是本发明工艺流程图
具体实施例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，毛坯重量差士 Ig;
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°C，保温6小时，随炉冷却到350°C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°C，时间为15min，皂化温度为60°C，时间为lOmin。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°c，保温6小时，随炉冷却到350°C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°C，时间为15min，皂化温度为60°C，时间为lOmin。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中的幻，其频率 范围为15KHZ温度为860°C，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°C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。
权利要求
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°C，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°C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。
2.按照权利要求1的方法，其特征在于，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°C，保温6 8小时，随炉冷却到350°C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°C，时间为15 25min，皂化温度为60 70°C，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。
3.按照权利要求1的方法，其特征在于，第三步涂层中还包括^0、11、8、5丨、1(、11(; 所用的合金粉末材料成分还包括C、Mo、Ti、B、Si、WC、TiC0
4.按照权利要求1的方法，其特征在于，合金化耐磨层厚度为1 2mm。
5.按照权利要求1的方法，其特征在于，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。
全文摘要
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。
文档编号C23C4/08GK102069355SQ20101060758
公开日2011年5月25日 申请日期2010年12月27日 优先权日2010年12月27日
发明者刘敏, 张新亚, 李勇, 王毅, 索红莉, 董传博, 赵锋, 郭艾东, 马麟 申请人:北京工业大学, 北京艾力永泰能源科技有限公司