一种激光强化活齿颚板及其制备方法与流程

本发明涉及机械加工及金属表面处理技术领域，尤其是一种激光强化活齿颚板及其制备方法，用于颚式破碎机。

背景技术：

颚式破碎机是矿山、冶金、化工、电力等行业工业物料破碎作业的核心设备之一。它的主要工作部件是颚板，由一个动颚板和一个定颚板组成，均为若干带有凸起的齿条形工作面的铸造钢板。在工作过程中，颚板凸起的齿条形工作面与物料直接接触，动颚板与定颚板产生相对运动，两个颚板上的凸起齿条形工作面互相咬合物料，进而达到破碎目的。在工作中，颚板凸起齿条形工作面受到挤压、剪切以及接触疲劳应力的反复作用，齿条工作面往往很快磨损失效，进而导致颚板失效。颚板作为颚式破碎机最主要的易损件，一副颚板的平均使用寿命仅为十几天。由于颚板多采用高锰钢，价格较高，磨损的颚板更换频繁，并且更换过程劳动强度大，操作复杂，影响了企业的连续生产，并增加了企业的成本。

目前，广泛使用的颚板材料为水韧处理的高锰钢，通过铸造而成。首先，由于颚板工作中主要承受挤压力，而非冲击力，所以高锰钢加工硬化效果差，没有很好达到加工硬化的要求，使用中磨损快，使用寿命短；其次，在实际生产中，由于磨损均发生在颚板的齿条形工作面上，而颚板底板几乎不磨损，因为齿条形工作面磨损而更换整个颚板，产生了极大的浪费；再次，由于高锰钢比较于普通合金结构钢成本要高。能否寻找一种工艺方法，只需强化和更换发生磨损的颚板齿条。

因此，寻求一种局部更换、更耐磨、使用寿命长、性能好、价格低廉的颚板，是现阶段亟待解决的关键问题。

技术实现要素：

本发明需要解决的技术问题是提供一种激光强化活齿颚板及其制备方法，通过设置可拆卸的活齿，并在活齿设置激光熔覆合金层，使得制备的颚板能够局部更换、更加耐磨、延长了使用寿命、性能好、价格低廉。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种激光强化活齿颚板，包括颚板底座和设置在颚板底座上的若干个活齿，所述活齿表面熔覆一层金属基激光熔覆合金层；所述活齿的底部设置若干个螺栓孔；所述颚板底座上设置若干个沉头通孔；所述活齿和所述颚板底座通过紧固螺栓连接，活齿能够拆卸。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述活齿和所述颚板底座均为普通合金结构钢。

本发明技术方案的进一步改进在于：所述活齿设置为15个；所述螺栓孔设置为6个；所述沉头通孔设置为90个。

一种激光强化活齿颚板的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，加工活齿和颚板底座；

步骤2，对活齿待激光强化表面清洗，并使用墨汁涂黑，晾干；

步骤3，根据颚板实际工况要求，配制金属基陶瓷合金粉末；

步骤4，将活齿采用压板固定在大功率半导体激光加工平台上；

步骤5，利用激光器输出的高能量光束扫描通过同轴送粉输送到位的金属陶瓷合金粉末，使得金属基陶瓷合金粉末与活齿工作表面金属发生快速冶金反应，在活齿表面得到激光熔覆合金层；

步骤6，对步骤5激光熔覆后的活齿进行去应力退火，然后随炉缓冷；

步骤7，检查步骤6缓冷后的熔覆后活齿的表面状况，对存在缺陷的活齿表面的激光熔覆合金层进行局部打磨处理，重新进行熔覆；

步骤8，检查合格的激光熔覆后的活齿通过紧固螺栓固定安装在颚板底座上，组装完成后交付用户使用。

本发明技术方案的进一步改进在于：步骤2中，清洗使用丙酮或酒精。

本发明技术方案的进一步改进在于：步骤3中，所述金属基陶瓷合金粉末的组分及各组分的质量百分比组成为：c0.85～1.85%，cr17.5～26.5%，ni2.5～32%，nb4.7～9.4%，余量为fe；所述合金粉末粒度为135～350目。

本发明技术方案的进一步改进在于：步骤3中，所述金属基陶瓷合金粉末采用三维混粉器混合2～4小时，充分混合均匀。

本发明技术方案的进一步改进在于：步骤5中，激光熔覆工艺参数为：激光器功率为3800～4000w，矩形光斑为2.5×14mm，搭接率为30～50％，扫描速度为500～750mm/min。

本发明技术方案的进一步改进在于：步骤5中，所述激光熔覆合金层厚度为1～1.3mm。

本发明技术方案的进一步改进在于：步骤6中，应力退火温度为350～550℃，保温时间为3～5小时。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：

1、本发明中的活齿颚板，将活齿设置为可拆卸结构，活齿磨损后可单独拆卸更换，而无需更换颚板底座，更换磨损后的活齿灵活方便，且工艺简单，降低了劳动强度，节省材料、成本低，适合批量生产。

2、本发明通过激光强化技术在普通合金结构钢活齿表面熔覆一层高硬度、耐冲击和耐磨损的金属基激光熔覆合金层，合金层表面光滑、硬度高、耐磨性好，提升了颚板的耐磨性，性能优良，从而显著提高了颚板的使用寿命，具有显著的经济效益。

附图说明

图1是本发明中活齿颚板结构示意图；

图2是本发明中活齿结构示意图；

图3是本发明中颚板底座结构示意图；

其中，1、活齿，2、激光熔覆合金层，3、颚板底座，4、紧固螺栓，5、沉头通孔，6、螺栓孔。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

如图1～3所示，一种激光强化活齿颚板，包括颚板底座3和设置在颚板底座3上的若干个活齿1，所述活齿1表面熔覆一层金属基激光熔覆合金层2；所述活齿1的底部设置若干个螺栓孔6；所述颚板底座3上设置若干个沉头通孔5；所述活齿1和所述颚板底座3通过紧固螺栓4连接，活齿1能够拆卸。

具体的：所述活齿1和所述颚板底座3均为普通合金结构钢。

所述活齿1设置为15个；所述螺栓孔6设置为6个；所述沉头通孔5设置为90个。螺栓孔6的个数与位置均与沉头通孔5相对应，紧固螺栓4的个数、型号与螺栓孔6、沉头通孔5的个数及大小相匹配。

一种激光强化活齿颚板的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，加工活齿1和颚板底座3；根据图纸加工出活齿颚板各部件，包括：15个活齿1和1个颚板底座3，每个活齿1加工有6个螺栓孔6，颚板底座3加工有90个沉头通孔5；

步骤2，对活齿1待激光强化表面使用丙酮或酒精清洗，并使用墨汁涂黑，晾干；

步骤3，根据颚板实际工况要求，配制金属基陶瓷合金粉末；所述金属基陶瓷合金粉末的组分及各组分的质量百分比组成为：c0.85%，cr17.5%，ni2.5%，nb4.7%，余量为fe，合金粉末粒度为135～350目；所述金属基陶瓷合金粉末采用三维混粉器混合2小时，充分混合均匀；

步骤4，为避免激光熔覆过程中活齿变形，将活齿1采用压板固定在大功率半导体激光加工平台上；

步骤5，利用激光器输出的高能量光束扫描通过同轴送粉输送到位的金属陶瓷合金粉末，使得金属基陶瓷合金粉末与活齿1工作表面金属发生快速冶金反应，在活齿1表面得到激光熔覆合金层2；激光熔覆工艺参数为：激光器功率为3800w，矩形光斑为2.5×14mm，搭接率为30%，扫描速度为500mm/min；所述激光熔覆合金层2厚度为1mm；

步骤6，对步骤5激光熔覆后的活齿1进行去应力退火，然后随炉缓冷；应力退火温度为350℃，保温时间为3小时；

步骤7，检查步骤6缓冷后的熔覆后活齿1的表面状况，对存在缺陷的活齿1表面的激光熔覆合金层2进行局部打磨处理，重新进行熔覆；

步骤8，检查合格的激光熔覆后的活齿1通过紧固螺栓4固定安装在颚板底座3上，组装完成后交付用户使用。

实施例2

本实施例的活齿颚板的结构与实施例1中的一样，本实施例中不再赘述，制备方法的步骤也相同，区别为各参数设置不一样：

相关参数设置如下：

步骤3中，所述金属基陶瓷合金粉末的组分及各组分的质量百分比组成为：c1.85%，cr26.5%，ni32%，nb9.4%，余量为fe，合金粉末粒度为135～350目；所述金属基陶瓷合金粉末采用三维混粉器混合4小时；

步骤5中，激光熔覆工艺参数为：激光器功率为4000w，矩形光斑为2.5×14mm，搭接率为50%，扫描速度为750mm/min；所述激光熔覆合金层2厚度为1.3mm；

步骤6中，应力退火温度为550℃，保温时间为5小时。

实施例3

本实施例的活齿颚板的结构与实施例1中的一样，本实施例中不再赘述，制备方法的步骤也相同，区别为各参数设置不一样：

相关参数设置如下：

步骤3中，所述金属基陶瓷合金粉末的组分及各组分的质量百分比组成为：c1.55%，cr17.9%，ni16%，nb4.7%，余量为fe，合金粉末粒度为135～350目；所述金属基陶瓷合金粉末采用三维混粉器混合2小时；

步骤5中，激光熔覆工艺参数为：激光器功率为3800w，矩形光斑为2.5×14mm，搭接率为30%，扫描速度为550mm/min；所述激光熔覆合金层2厚度为1mm；

步骤6中，应力退火温度为350℃，保温时间为3小时。

实施例4

本实施例的活齿颚板的结构与实施例1中的一样，本实施例中不再赘述，制备方法的步骤也相同，区别为各参数设置不一样：

相关参数设置如下：

步骤3中，所述金属基陶瓷合金粉末的组分及各组分的质量百分比组成为：c1.85%，cr19.5%，ni32%，nb9.4%，余量为fe，合金粉末粒度为135～350目；所述金属基陶瓷合金粉末采用三维混粉器混合3小时；

步骤5中，激光熔覆工艺参数为：激光器功率p为3800w，矩形光斑为2.5×14mm，搭接率为35%，扫描速度为600mm/min；所述激光熔覆合金层2厚度为1mm；

步骤6中，应力退火温度为350℃，保温时间为3小时。

实施例5

本实施例的活齿颚板的结构与实施例1中的一样，本实施例中不再赘述，制备方法的步骤也相同，区别为各参数设置不一样：

相关参数设置如下：

步骤3中，所述金属基陶瓷合金粉末的组分及各组分的质量百分比组成为：c1.65%，cr22.5%，ni17%，nb5.4%，余量为fe，合金粉末粒度为135～350目；所述金属基陶瓷合金粉末采用三维混粉器混合4小时；

步骤5中，激光熔覆工艺参数为：激光器功率p为4000w，矩形光斑为2.5×14mm，搭接率为50%，扫描速度为750mm/min；所述激光熔覆合金层2厚度为1.1mm；

步骤6中，应力退火温度为450℃，保温时间为4小时。

实施例6

本实施例的活齿颚板的结构与实施例1中的一样，本实施例中不再赘述，制备方法的步骤也相同，区别为各参数设置不一样：

相关参数设置如下：

步骤3中，所述金属基陶瓷合金粉末的组分及各组分的质量百分比组成为：c1.65%，cr20.5%，ni12%，nb7.6%，余量为fe，合金粉末粒度为135～350目；所述金属基陶瓷合金粉末采用三维混粉器混合2小时；

步骤5中，激光熔覆工艺参数为：激光器功率p为3900w，矩形光斑为2.5×14mm，搭接率为40%，扫描速度为650mm/min；所述激光熔覆合金层2厚度为1.2mm；

步骤6中，应力退火温度为550℃，保温时间为5小时。

实施例1-6所制备的活齿颚板均能够实现局部更换方便、更耐磨、使用寿命更长、性能更好、价格低廉。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。