专利名称：一种镐型截齿的生产工艺方法
技术领域：
本发明涉及一种螺旋滚筒采煤机镐型截齿的生产工艺方法，属于机械加工领域。
背景技术：
目前螺旋滚筒式采煤机普遍采用镐型截齿作为采煤刀具。根据MT246-1996煤矿截齿标准，截齿的齿体材料推荐选用35CrMnSiA，42CrMo等优质合金结构钢。镐型截齿由齿体和柱状硬质合金齿尖所组成，柱状硬质合金齿尖用硬钎焊(如铜焊或银焊)的方法镶焊在齿体头部顶端的盲孔内。现在普遍采用以下工序进行生产①齿体下料→②锻造→③机械加工→④钎焊硬质合金齿尖→⑤截齿整体调质热处理或盐浴等温淬火→⑥表面防腐处理。截齿整体调质热处理或盐浴等温淬火是提高齿体强韧性与齿体头部表面耐磨性能的必要步骤。但是调质热处理(即淬火加高温回火)及盐浴等温淬火过程中的加热和冷却，会在钎焊缝及硬质合金中产生显微裂纹，损害截齿使用寿命。钎焊过程对齿体头部的剧烈加热，也会引发硬质合金内部裂纹增生，并导致齿体头部产生过热组织。另外，截齿整体调质热处理或等温淬火对提高包覆硬质合金的齿体头部表面的耐磨性十分有限，因此在使用过程中齿体头部表面早期磨损，使硬质合金过早暴露出来并脱落，导致了截齿的急剧磨损破坏。因此，围绕硬质合金周边齿体头部表面的耐磨性问题，人们开展了大量的工作，申报的相关专利如下所述。
申请号为89101285.0的专利“高硬耐磨涂层截齿及工艺”中，论述了在齿体头部喷焊一层高硬度耐磨合金的方法。该方法对表面前处理要求严格，而且在喷焊时不能对齿头进行冷却，否则潮湿的表面严重影响涂层结合力，喷焊时合金粉末散失严重成本高，喷焊层与基体主要是机械嵌合，难以承受高冲击负荷。申请号为98110589.0的专利“采煤机用截齿及工艺”中，论述了在齿体表面渗碳、碳氮共渗或喷镀提高齿体耐磨性的方法。申请号为98243585.1的专利“采煤机用镐型截齿”中，论述了利用上述专利方法生产的一种镐型截齿。该方法中喷镀缺陷如前面所述的喷焊，而渗碳或碳氮共渗加热时的高温会丧失掉齿体调质的强韧化效果，钎焊加热又会丧失掉齿头渗碳或碳氮共渗的硬化效果，如果最终为渗碳或碳氮共渗，则又削弱了钎焊缝与硬质合金的强度。
综上所述，目前尚未有一种既保持齿体、钎焊缝、硬质合金齿尖的强韧性，又能大幅度提高硬质合金齿尖周边齿头表面耐磨性的简便可靠的生产方法。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种即保持截齿齿体、钎焊缝、硬质合金齿尖的强韧性，又能大幅度提高硬质合金齿尖周边齿体头部表面硬度和抗冲击磨损性能的高效率低成本镐形截齿生产方法。
本发明的生产工序如下①齿体下料→②锻造→③机械加工→④齿头表面离子束熔覆耐磨合金防护层→⑤齿体热处理→⑥精修盲孔→⑦冷装硬质合金齿尖→⑧表面防腐处理。
本发明各工序的具体实施工艺方法是①齿体下料选用20CrMnTi、20CrMnMo等低碳低合金结构钢棒为原料，下料体积按照截齿毛坯体积计算；②锻造始锻温度为1200℃，终锻温度为≥800℃，热锻出齿体毛坯；③机械加工在车床上按照图纸要求切削出齿体外形；④齿头表面离子束熔覆耐磨合金防护层采用压缩电弧等离子束熔覆机床，把截齿夹持在旋转装置上，工作时齿头呈水平状态旋转，用压缩电弧等离子束从齿头上表面加热熔化，在瞬间依次形成的齿头表面熔池内，注入由Cr、Ni、W、Mo、V、Ti、C、B、Si以及WC、TiC等成分组成的混合粉末，粉末熔化后与基体熔合并凝固，形成硬面冶金涂层，同时在齿头底部设冷却装置对齿头进行冷却；⑤齿体热处理淬火加低温回火，淬火温度为880℃，碱液淬火，回火温度为200℃，以获得低碳板条状马氏体组织，等离子束熔覆合金层不受影响；⑥精修盲孔在镗床或车床上精修齿体头部顶端的盲孔至过盈装配尺寸；⑦冷装硬质合金齿尖在压力机上把柱状硬质合金齿尖压入齿体头部的盲孔内；⑧表面防腐处理对截齿检查后进行涂油防锈包装。
本发明的技术特点是与传统的生产工序相比，在第④道工序中采用了等离子束流熔覆合金或金属陶瓷涂层技术。其技术原理是在压缩电弧等离子束流扫描下，金属零件表面依次高速熔化形成熔池，同步向熔池中定量送入合金或金属陶瓷粉末，合金或金属陶瓷粉末与熔池一起混合、扩散、反应、凝固，形成所需厚度的呈冶金结合的高抗冲击耐磨保护层。由于熔覆同时有冷却装置冷却齿头和齿尖，因此截齿整体仍处于室温状态下；另外，将原钎焊硬质合金齿尖改为冷装硬质合金齿尖，并把原来的截齿整体调质热处理改为只对截齿齿体热处理，这样即消除了钎焊对齿体和硬质合金的损害，也消除了整体热处理对钎焊缝和硬质合金的损害，同时解决了包覆硬质合金的齿头表面耐磨性问题。
本发明的积极效果是1、由于采用了低碳低合金结构钢作为齿体材料，比传统应用的中碳超高强度合金钢锻造温度区间宽，不易锻裂，提高了锻造效率和成品率；2、由于对齿体单独进行热处理，不会对硬质合金质量产生影响，且获得的低碳板条状马氏体具备高强度和高韧性，有效发挥了低碳低合金结构钢的性能潜力，节约了成本；3、所采用的等离子束熔覆技术，可获得厚度、成分组织与性能均匀一致的合金硬化层，与熔覆层底部的低碳马氏体硬化层一起，提高了对硬质合金的包覆支撑力，大幅度提高了齿头表面的耐磨性，有效地保护了硬质合金，也进一步提高了齿头的抗弯强度；4、由于以冷装代替钎焊，消除了钎焊料和钎焊缝，提高了工效，降低了成本，消除了钎焊热影响。因此齿体、硬质合金齿尖都保持了最佳性能状态，大幅度提高了截齿的使用寿命，生产成本低，效率高，能够批量稳定生产。
为了证明本发明的效果，把用该方法试验生产的镐型截齿安装到1.6米直径双螺旋滚筒采煤机的其中一个滚筒上(共36把)，把按照传统工艺生产的截齿安装到另外一个滚筒上，在同等条件下进行对比采煤试验。试验结果表明，经等离子束熔覆耐磨强化的截齿使用寿命提高了4倍。
权利要求
1.一种镐型截齿的生产工艺方法，它按以下工序进行①齿体下料→②锻造→③机械加工→其特征还包括④齿头表面离子束熔覆耐磨合金防护层→⑤齿体热处理→⑥精修盲孔→⑦冷装硬质合金齿尖→⑧表面防腐处理。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，采用低碳低合金结构钢作为截齿齿体毛坯材料。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于齿体毛坯的始锻温度为1200℃，终锻温度为800℃。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，齿体头部表面等离子束熔覆高合金防护层的方法是采用压缩电弧等离子束熔覆机床使截齿夹持在旋转装置上，熔覆时齿头呈水平状态旋转，压缩电弧等离子束从齿头上表面加热熔化，在瞬间依次形成的熔池内，注入由Cr、Ni、W、Mo、V、Ti、C、B、Si以及WC、TiC等成分组成的混合粉末，粉末熔化后与基体熔合并凝固，形成硬面冶金涂层，同时，在齿头底部设冷却装置对齿头表面进行冷却。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，冷装硬质合金齿尖时先在镗床或车床上精修盲孔，再在压力机上把柱状硬质合金齿尖压入盲孔内，即硬质合金齿尖采用过盈配合冷装的方法。
6.如权利要求1所述的方法，其特征还在于齿体热处理时的淬火温度为880℃，碱液淬火，回火温度为200℃。
全文摘要
一种镐型截齿的生产工艺方法，它按以下工序进行①齿体下料→②锻造→③机械加工→其特征在于④齿头表面离子束熔覆耐磨合金防护层→⑤淬火加低温回火→⑥精修盲孔→⑦冷装硬质合金齿尖→⑧表面防腐处理。用本发明生产截齿的优点是齿体、硬质合金齿尖都保持了最佳性能状态，大幅度提高了截齿的使用寿命，生产成本低，效率高，能够批量稳定生产。
文档编号B23P23/04GK1626309SQ20031011444
公开日2005年6月15日 申请日期2003年12月9日 优先权日2003年12月9日
发明者李惠琪, 孙玉宗, 姬强 申请人:泰安市科大金纳等离子科技有限公司