专利名称：装载机用整体铸造合金钢铲刃板和铲刃板的生产工艺及装置的制作方法
技术领域：
本发明属于装载机的主要部件——铲刃板技术，主要涉及的是一种装载机用整体铸造合金钢铲刃板和铲刃板的生产工艺及装置。
背景技术：
铲刃板是装载机的关键部件，其安装在装载机铲斗的前部担任切削物料的作用。这就要求铲刃板有很高的耐磨性和耐冲击韧性，即其耐磨性和耐冲击韧性的好坏直接影响到整机的工作效率和用户的经济效益。铲刃板的耐磨性高不但能减少铲刃板的更换次数，还能为用户节省工作时间和节约资金，铲刃板的耐冲击韧性高，装载机在工作中遇到坚硬物料时刃口不会卷边，提高了装载机的掘进力和工作效率。由此，提高铲刃板耐磨性和耐冲击韧性，同时又能降低生产成本，成为多年来装载机生产中亟待解决的技术难题。
目前，装载机生产企业所生产铲刃板的材料和工艺有以下几种1、选用16Mn钢板经过切割加工后制成，刃口部未经任何强化处理。其耐磨性差，耐冲击韧性低，工作时易卷边，使用寿命短，造成工作效率低。2、选用16Mn钢板经切割加工后刃口处用耐磨合金焊条堆焊。其短期内能提高耐磨性，但堆焊层磨掉后还需停工进行二次堆焊、三次、四次……。这种工艺方法既浪费很多工作时间又给用户增加施工成本。3、选用GB35钢板经切割刃口、钻孔，采用中频加热淬火处理，只能提高刃口处表面的硬度(表面硬度层在3mm左右)，心部没有硬度，铲刃板的前期耐磨性有所提高，3mm厚硬度层磨损后，里面和16Mn钢板一样，耐磨性和耐冲击韧性就达不到要求。4、在铲刃板上用螺丝联接安装一层材质为31Si2CrMnMo可拆卸小刀片，这种结构和方法造成铲刃板的价格较高而且增加了装配难度和成本。
发明内容
本发明提出装载机用整体铸造合金钢铲刃板和铲刃板的生产工艺及装置的目的就在于使获得的铲刃板具有较好的耐磨性和耐冲击韧性，同时使其具有良好的可焊性，从而提高装载机的作业效率，延长使用寿命。
本发明完成上述目的采取的技术方案是铲刃板采用ZG25CrMnMo材质，该材质的主要元素含量为C0.20～0.28％，Mn0.90～1.20％，Si0.20～0.37％，Cr0.90～1.20％，Mo0.20～0.30％，余量为铁。本发明采用整体铸造成型的铲刃板，其材质的选择是发明人经过长期的研究探索和大量的实验所提出的。装载机的铲刃板是一种带刃口的窄长板，有带孔和不带孔两种，铲刃板上带孔，便于将铲齿安装上去，不带孔的是将铲齿与铲刃板焊接联接。不同的装载机型需要配不同尺寸的铲刃板，长度一般从2800mm～3500mm，宽度一般从200mm～350mm；厚度一般从18mm～30mm。作为装载机牙齿的铲刃板要对物料进行切割，其耐磨性要求较高，同时又要求具有较好的耐冲击韧性，铲刃板的后部要与装载机的斗体联接，因而要求其可焊性能好。铲刃板的可焊性要求材料中的含碳量和所含锰、铬元素不能高，而可淬硬性则要求材料中含足够的碳和锰、铬元素，铲刃要求有较高的硬度同时又要求有较高的耐冲击韧性，要同时满足这两种要求难度是很大的，硬度过高，耐磨性得到保证，则又影响到耐冲击韧性，使其性能下降。本发明所提出的材料其碳和锰、铬、钼元素的含量很好的解决了上述问题，使获得的铲刃板具有较好的耐磨性和耐冲击韧性，同时又具有良好的可焊接性。经试验和应用检测证明在各种不同工况环境下工作，其耐磨性是16Mn钢板制作的铲刃板的三倍以上，耐冲击韧性完全适应各种工况条件作业的要求，焊接性能完全达到了机械性能要求。
本发明所提出的铲刃板采用整体铸造成型工艺并经热处理工艺获得。
铸造工艺中，1、采用4个直接补缩冒口，即冒口作为浇注口和补缩口，4个冒口之间互不连通，并利用单个补缩通道与铸型连通，浇注液从冒口通过单个补缩通道进入铸型；解决了铸件纵向弯曲变形的问题。2、采用将型箱向上倾斜15°～30°放置进行浇注钢水的方式，这种方式增大了由冒口向模型内的补缩压力，提高浇注液的流动性，从而使获得的铸件内部组织致緻密，无夹渣，提高了铲刃板的整体性能。
本发明铲刃板的热处理工艺为将铸造工艺获得的铲刃板860℃～900℃正火处理，850℃～890℃淬火处理，270℃～290℃回火处理。
为了满足铲刃板既要有较好的耐磨性，较高的耐冲击韧性，还要满足与斗体联接所需要的可焊性，必须提高铲刃板前部作业部位的硬度及心部硬度，只要心部硬度提高就会使耐磨性达到较高的要求，而铲刃板后部与装载机斗体联接，则要有很好的可焊性，硬度不能高。由此，本发明的淬火工艺中，采用将铲刃板在淬火炉中整体加热、从铲刃板两面夹紧、两面喷淋和局部喷淋淬火的方式，即将铲刃板整体在淬火炉中加热，然后从铲刃板的正、反两面将其夹紧、喷淋淬火，同时使铲刃板后部即用以与斗体联接的部位位于喷淋区域之外，也即铲刃板的后部不进行喷淋淬火处理。本发明提出的淬火工艺使经淬火处理的铲刃板前部铲刃区70～80mm宽表面硬度在HRC38～48之间，心部硬度在HRC36～46之间，铲刃板后部与斗体焊接区30～50mm宽硬度很低，利于和斗体的焊接联接。现在已有的铲刃板淬火工艺采用中高频局部加热、淬火，其淬火方式是表面加热，不能提高铲刃板的心部硬度，因此，除所选材质不理想外，现有淬火方式也影响了铲刃板整体性能。而本发明采用对铲刃板整体加热，在淬火时从两面对其夹紧就可校正铲刃板的平整度和弯曲变形，有效避免了现有铲刃板淬火工艺的不足，本发明采用从铲刃板两面同时喷淋淬火的方式，有效提高了其心部的硬度，使铲刃板具有较好的耐磨性。
由于本发明采用整体加热，从两面夹紧、两面喷淋及局部喷淋淬火的淬火工艺，使铲刀板作业部位具有了理想的耐磨性，尤其是提高了其心部的硬度。同时又保证了铲刃板的耐冲击韧性和可焊性，使铲刃板与装载机斗体很好的结合一体。本发明提出的淬火方式，同时保证所获得铲刃板的平整度，因为淬火处理的同时，也是校正铲刃板平整度和弯曲变形的过程。
本发明生产装置中，包括整体铸造成型设备、热处理工艺中的正火炉、淬火炉和回火炉；主要涉及热处理淬火工艺中的淬火压床，其用以对从淬火炉中取出的铲刃板从两面夹紧，两面喷淋淬火处理。淬火压床包括两个箱体，即静箱体与动箱体，动箱体用以与静箱体配合将铲刃板从两面夹紧，两个箱体用以夹持铲刃板的箱面上具有多个喷淋孔，两个箱体上具有压力水水腔，从箱体两端进入的喷淋水经压力水水腔从喷淋孔喷出。
两个箱体的压力水水腔为2个/2个以上，并设置控制喷淋水大小的阀门，通过调节对应铲刃板不同部位的喷淋水大小而调整铲刃板不同部位的硬度。
两箱体用以夹持铲刃板的箱面上具有向外凸起的筋板，用以对合时夹持铲刃板。
淬火压床中，设置调整铲刃板高低位置的调节块，其垫撑在铲刃板底部，使铲刃板与斗体联接部位即不需喷淋淬火处理的部位高出两箱体而位于喷淋区外。
两箱体内充入有对箱体进行冷却的冷却水。
附图1为装载机铲刃板(带孔)结构示意图。
附图2为装载机铲刃板(不带孔)结构示意图。
附图3为现有铸造工艺获得铲刃板(未切割掉冒口与堂道)的结构示意图。
附图4为本发明铸造工艺获得铲刃板(未切割掉冒口与堂道)的结构示意图。
附图5为本发明浇注时型箱放置的结构示意图。
附图6为本发明淬火压床的结构示意图。
附图7为本发明淬火压床动箱体的结构示意图。
附图8为本发明铲刃板硬度分布说明图。
图中，1、铲刃板，2、补缩通道，3、冒口，4、堂道，5、型箱，6、静箱体，8、阀门，9、滚轮，10、压紧凸轮，11、动箱体，12、筋板，13、喷淋孔，14、压力水水腔。
具体实施例方式
结合附图，给出
具体实施例方式本发明装载机铲刃板的材质为ZG25CrMnMo，该材质的主要元素含量为C0.20～0.28％，Mn0.90～1.20％，Si0.20～0.37％，Cr0.90～1.20％，Mo0.20～0.30％，余量为铁。
例1C0.26％，Mn1.10％，Si0.30％，Cr1.10％，Mo0.25％，余量为铁，S、P≤0.035％。
例2C0.20％，Mn1.20％，Si0.25％，Cr1.0％，Mo0.20％，余量为铁，S、P≤0.035％。
例3C0.28％，Mn0.90％，Si0.20％，Cr0.95％，Mo0.30％，余量为铁，S、P≤0.035％。
本发明的铲刃板采用整体铸造成型工艺并经热处理工艺获得。
铸造工艺中，采用石英砂，并用水玻璃作为粘结剂制成的砂型，与现有铸造工艺的砂型材料相同。采用单个直接补缩冒口，即冒口作为浇注口和补缩口，每个冒口利用单个补缩冒口与铸型连通。
由于铲刃板1为窄长型的薄板，铸造难度很大，用现有的铸造工艺容易产生变形，厚度不均匀，内部缩松和夹渣的缺陷。现有铸造工艺中浇注板材时，浇注系统要用两根堂道4连接冒口3，如图3所示，这种工艺生产的铸件容易纵向弯曲变形。本发明铸造工艺中，采用4个直接补缩冒口，如图4所示，每个冒口3利用单个补缩通道2与铸型连通，浇注液从冒口通过单个补缩通道2进入铸型；解决了铸件纵向变形的问题。现有铸造工艺采用水平放置型箱5浇注的方式，使得铸件组织不緻密，并存在内部缩松、夹渣等问题，使铸件整体性能下降。本发明铸造工艺中，采用将型箱5向上倾斜一定角度放置进行浇注的方式；其倾斜角度在15°～30°(如图5所示)，该实施例选择为20°，增大了由冒口向模型内的补缩压力，浇注液的流动性好，使获得的铲刃板内部组织均匀、緻密。浇注时，钢水里的塘渣和型腔里面的浮砂以及气体，很快漂浮到上面冒口附近，避免铸件产生内部缩松、夹渣。
本发明铲刃板的热处理工艺为1、正火处理，产品装进正火炉后在60-80分钟(如70分钟)内温度升到850℃～890℃(如875℃)，保温90-120分钟(如100分钟)出炉空气冷却。2、将正火后的铲刃板整体装进淬火炉60-80分钟(如70分钟)内升温到850℃～890℃(如870℃)，保温80-100分钟(如90分钟)出炉淬火。3、回火处理，淬火后的铲刃板装进回火炉50-60分钟(如55分钟)内温度升到270℃～290℃(如280℃)，保温110-130分钟(如120分钟)出炉。
本发明淬火工艺中，将从淬火炉出来的铲刃板从两面夹紧，从两面喷淋淬火，同时将铲刃板后部与斗体联接部位置于喷淋淬火区外。
本发明生产方法中涉及到的生产装置，包括整体铸造成型设备，热处理工艺中的正火炉、淬火炉和回火炉；铸造成型设备中的砂型，结合图4，其冒口3通过一根堂道4与铸型连通；其余铸造设备全部与现有铸造工艺的设备相同。正火炉、淬火炉及回火炉，属于热处理工艺常用设备，即现有热处理工艺普遍采用的设备。本发明提出的生产装置主要涉及热处理淬火工艺中的淬火压床，其用以对从淬火炉中取出的铲刃板从两面夹紧，两面喷淋淬火处理。结合图6、7给出的本发明淬火压床的结构示意图，淬火压床包括两个箱体，即静箱体6与动箱体11，动箱体11用以与静箱体6配合将铲刃板1从两面夹紧，将从淬火炉移出的铲刃板置于静箱体6一侧，移动动箱体11，使其与静箱体配合，从两面将铲刃板夹紧。两个箱体用以夹持铲刃板的箱面上具有多个喷淋孔13，两个箱体上具有压力水水腔14，从箱体两端进入的喷淋水经压力水水腔14从喷淋孔13喷出，从铲刃板两面对其喷淋淬火。
两个箱体的压力水水腔14为2个/2个以上，并设置控制喷淋水大小的阀门8，通过调节对应于铲刃板不同部位的喷淋水大小(强度)，达到调整铲刃板不同部位硬度的目的。
两箱体用以夹持铲刃板的箱面上具有向外凸起的筋板12，用以对合时夹持铲刃板。
淬火压床中，设置用以调整铲刃板高低位置的调节块，其垫撑在铲刃板底部，从而保证使铲刃板后部(淬火时在上部)，也即铲刃板与斗体联接部位高出两个箱体而位于喷淋区外部，图6中，置于两箱体外，未被夹持部分即为铲刃板的后部。
两箱体下部设置滚轮9，便于箱体在机架上的移动，设置的手动压紧凸轮10用以使动箱体11与静箱体6配合将铲刃板夹紧。
两箱体内充入有冷却水对箱体进行冷却。
由图8可看出，铲刃板的前部切削部位为硬度区，表面硬度在HRC38-48之间，后部与斗体联接部位为无硬度区，中部为硬度过渡区。
权利要求
1.一种装载机用整体铸造合金钢铲刃板，本发明的特征是铲刃板采用ZG25CrMnMo材料，该材料的主要元素含量为C0.20～0.28％，Mn0.90～1.20％，Si0.20～0.37％，Cr0.90～1.20％，Mo0.20～0.30％，余量为铁。
2.一种生产权利要求1的装载机用整体铸造合金钢铲刃板的生产工艺，其特征是铲刃板采用整体铸造成型工艺并经热处理获得，热处理的淬火工艺中，采用将铲刃板在淬火炉中整体加热，从铲刃板两面夹紧、两面喷淋淬火和局部喷淋淬火的方式，即将铲刃板整体在淬火炉中加热，然后将从淬火炉出来的铲刃板从两面夹紧，从两面喷淋淬火；同时将铲刃板后部与斗体联接部位置于喷淋淬火区外，铲刃板后部与斗体联接部位不进行喷淋淬火。
3.一种实现权利要求2的装载机用整体铸造合金钢铲刃板生产工艺的生产装置，其主要包括铸造设备、热处理工艺中的正火炉、淬火炉及回火炉，本发明的特征是主要涉及热处理淬火工艺中的淬火压床，其用以对从淬火炉中取出的铲刃板从两面夹紧，两面喷淋淬火处理，淬火压床包括两个箱体，即静箱体(6)与动箱体(11)，动箱体(11)用以与静箱体(6)配合将铲刃板(11)从两面夹紧，两个箱体用以夹持铲刃板的箱面上具有多个喷淋孔(13)，两个箱体上具有压力水水腔(14)，从箱体两端进入的喷淋水经压力水水腔从喷淋孔喷出。
4.根据权利要求2所述的装载机用整体铸造合金钢铲刃板的生产工艺，其特征是铸造成型工艺中，采用4个直接补缩冒口(3)，4个冒口之间互不连通，即冒口(3)作为浇注口和补缩口，每个冒口利用单个补缩通道(2)与铸型连通，浇注液从冒口(3)通过单个补缩通道(2)进入铸型。
5.根据权利要求2所述的装载机用整体铸造合金钢铲刃板的生产工艺，其特征是铸造成型工艺中，采用将型箱(5)向上倾斜15°～30°放置进行浇注钢水的方式，增加由冒口向模型内的补缩压力，提高浇注液的流动性。
6.根据权利要求3所述的装载机用整体铸造合金钢铲刃板的生产装置，其特征是淬火压床两个箱体的压力水水腔(14)为2个/2个以上，并设置控制喷淋水大小的阀门(8)，通过调节对应铲刃板不同部位的喷淋水大小而调整铲刃板不同部位的硬度。
7.根据权利要求3或6所述的装载机用整体铸造合金钢铲刃板的生产装置，其特征是淬火压床中两箱体用以夹持铲刃板的箱面上具有向外凸起的筋板(12)，用以对合时夹持铲刃板。
8.根据权利要求3所述的装载机用整体铸造合金钢铲刃板的生产装置，其特征是淬火压床中，设置调整铲刃板高低位置的调节块，其垫撑在铲刃板底部，使铲刃板与斗体联接部位高出两箱体而位于喷淋区外。
9.根据权利要求4所述的装载机用整体铸造合金钢铲刃板的生产装置，其特征是淬火压床中两箱体内充入有对箱体进行冷却的冷却水。
全文摘要
本发明属于装载机的主要部件——铲刃板技术。提出的装载机用整体铸造合金钢铲刃板的和铲刃板的生产工艺及装置，铲刃板采用ZG25Cr MnMo材料，该材料的主要元素含量为C0.20～0.28％，Mn0.90～1.20％，Si0.20～0.37％，Cr0.90～1.20％，Mo0.20～0.30％，余量为铁；铲刃板采用整体铸造成型工艺并经热处理获得，热处理的淬火工艺中，采用将铲刃板在淬火炉中整体加热，从铲刃板两面夹紧、两面喷淋淬火和局部喷淋淬火的方式，即将铲刃板整体在淬火炉中加热，然后将从淬火炉出来的铲刃板从两面夹紧，从两面喷淋淬火；同时将铲刃板后部与斗体联接部位置于喷淋淬火区外，铲刃板后部与斗体联接部位不进行喷淋淬火。
文档编号B22C9/08GK1670315SQ20041001014
公开日2005年9月21日 申请日期2004年3月19日 优先权日2004年3月19日
发明者魏刚峰 申请人:洛阳市钢峰铸造有限公司