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煤礦采掘機(jī)械硬質(zhì)合金截齒性能優(yōu)化分析
摘 要:在我國的現(xiàn)代化建設(shè)過程中，煤炭資源有著不能取代的作用，作為一次性能源，只有對其高效高產(chǎn)的開采才能保障經(jīng)濟(jì)建設(shè)任務(wù)的順利進(jìn)行。對于煤炭的現(xiàn)代化開采，采掘機(jī)械硬質(zhì)合金截齒的性能對整個開采過程有著重要的作用。因此要采用高新材料，合理的設(shè)計，降低可能出現(xiàn)問題的可能性，提高整個開采過程的效率。
關(guān)鍵詞:硬質(zhì)合金截齒；截齒生產(chǎn)；性能研究

概述
我國的煤炭資源相對比較豐富，其主要形成的時期在侏羅紀(jì)與石炭紀(jì)地質(zhì)時期，成煤的環(huán)境較為復(fù)雜，煤炭存在層的差異較大，這就在很大程度上給煤炭的開采帶來了困難，也對開采機(jī)械的使用提出了更高的要求，因為這些復(fù)雜的環(huán)境會使采掘機(jī)械硬質(zhì)合金截齒的磨損程度加大，從而對煤炭開采生產(chǎn)的工作效率帶來影響，使其受到制約。
硬質(zhì)合金截齒其實就是裝載在采掘機(jī)械滾筒上面的割煤刀具，在采掘過程中采掘機(jī)械的功率消耗最主要的承擔(dān)者就是截齒，為了更好的減少對截齒的損耗，提高開采的效率，其耐磨性須達(dá)到一定的要求，對于其刀體來說要有足夠的強(qiáng)度、耐磨性和韌性。目前研究中的鑄鋼技術(shù)制作的截齒強(qiáng)度可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過由焊接技術(shù)制造的截齒強(qiáng)度，而且已經(jīng)運用到實際的操作過程中，這對截齒使用壽命有很大程度的提高，從而在實際的生產(chǎn)過程中有力地保障了生產(chǎn)工作的順利進(jìn)行。

1、選擇硬質(zhì)合金截齒材料
1． 1 選擇的原則采掘機(jī)械工作的環(huán)境較為特殊，截齒的工作環(huán)境也就變得更加特殊，這樣就會容易使截齒發(fā)生失效的現(xiàn)象，主要的表現(xiàn)就是截齒丟失、刀頭碎裂、硬質(zhì)合金刀頭脫落和磨損等。由此可見，截齒的材料選擇要滿足一定的強(qiáng)度和硬度要求，其中強(qiáng)度主要指抗彎強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度，當(dāng)然截齒同時需要滿足較高的沖擊韌性。在研究過程中通常要選擇相對要求較高的材料作為截齒材料，這其中應(yīng)用相對較廣泛的材料就是中等碳量的稀土低合金貝氏體耐磨鑄鋼。
1． 2 成分組成
1． 2． 1 鋼中的主要組成元素有很多，其中碳就是主要元素之一，也是重要的元素之一，因此對鋼的淬透性、強(qiáng)韌性、耐磨性以及硬度就提出了相當(dāng)高的要求，因為碳對其都有一定的影響。碳的含量既不能過低也不能過高，碳的含量取值范圍應(yīng)該定為在百分之 0． 35到百分之 0． 45 之間。含碳量提高了，那么高的強(qiáng)度與硬度也就有了相應(yīng)的提高。但是由于在鋼的成分中含有一定量的合金元素，其占有的比重主要在百分之 3到百分之 5 之間，正是這些含量不多的合金元素，碳與它們可以形成相應(yīng)的碳化物，在制作的過程中，形成的碳化物溶解性較差，擴(kuò)散的程度也不夠充分與均勻，從而就會對奧氏體的穩(wěn)定性造成一定的影響，使其穩(wěn)定性大大降低，含碳量超標(biāo)，也就會進(jìn)一步導(dǎo)致淬透性變差，從而使得鋼的韌性進(jìn)一步降低。如果碳的含量過低，那就會使鋼的淬硬性變差，耐磨性也就會降低。

1． 2． 2 鉻、錳是其中相對重要的元素，他們所起到的主要作用是進(jìn)一步提高鋼的淬透性，從而對在連續(xù)冷卻情況先獲得的貝氏體的組織與結(jié)構(gòu)進(jìn)一步的改善，從而提高鋼的各方面的性能。

1． 2． 3 另一個重要的元素硅，硅在鋼中不會形成相應(yīng)的碳化物，但是會起到強(qiáng)化的作用，對于鋼的回火穩(wěn)定性也可以起到相應(yīng)的提高作用，對于第一類回火脆性的發(fā)生起到很好的推遲作用。

1． 2． 4 鋼的組成元素中的硼，其作用主要是可以將淬透性提高，同時可以形成相應(yīng)的硼的碳化物。

1． 2． 5 與此同時，將一定的稀土加到鋼中，可以起到將鋼水凈化的作用，同時可以起到細(xì)化鑄態(tài)組織的作用。

2、設(shè)計與制造
2． 1 設(shè)計方面
2． 1． 1 對于采掘機(jī)械截割頭的設(shè)計，其幾何形狀要按照一定合理的設(shè)計方法來進(jìn)行設(shè)計，不僅要對其幾何形狀合理的設(shè)計，更要對其尺寸、相應(yīng)的集合參數(shù)、截齒的排列方式以及截割時對應(yīng)的參數(shù)進(jìn)行相應(yīng)匹配的設(shè)計，要保證在使用的過程中，能夠使硬質(zhì)合金截齒在工作中均勻的受力，使其磨損的程度盡量相同，保證運動過程中的平穩(wěn)程度，進(jìn)一步提高截齒割煤巖工作的效率，盡量減少截齒的磨損與損壞可能，以此保證截齒可靠性得到提高。

2． 1． 2 在實際操作過程中，需要對實際情況進(jìn)行仔細(xì)的研究與分析，根據(jù)實際開采的地質(zhì)條件進(jìn)行有針對性的實驗，以便進(jìn)一步確定煤巖體的硬度系數(shù)與相關(guān)數(shù)據(jù)，根據(jù)實驗所得到的數(shù)據(jù)與相關(guān)的硬度指數(shù)，選擇不同牌號與型號的截齒和合金刀頭來進(jìn)行實際開采工作，從而保證截齒的使用壽命達(dá)到最大程度，避免不必要的損失，提高抗沖擊能力的同時還可以保證開采工作的順利進(jìn)行。

2． 1． 3 在實際的采掘過程中，采掘機(jī)械的截齒齒體材料的選擇有著一定的要求，一般應(yīng)該采用鍛造性能相對優(yōu)良的優(yōu)質(zhì)合金結(jié)構(gòu)鋼。在我國目前的經(jīng)濟(jì)與科技水平條件下，普遍應(yīng)用的主要是 35CrMnSi，這種材料在實際的操作工程中，經(jīng)過調(diào)質(zhì)后具有相對較高的疲勞極限，抗沖擊的能力也有所提高，但是也有一定的缺陷，主要是具有較為明顯的回火脆性缺陷。因此，選擇42CrMo 材料作為齒體的材料，可以克服上述出現(xiàn)的缺陷問題，在調(diào)質(zhì)過后綜合性能有一定的提高，回火脆性也沒有了，這種材料相比而言是比較適合作為截齒材料。

2． 2 鑄焊工藝
2． 2． 1 在制造的過程中，要嚴(yán)格按照相關(guān)的設(shè)計要求進(jìn)行生產(chǎn)，確保齒座與截齒之間的尺寸相互配合，保證硬質(zhì)合金截齒在對應(yīng)的齒座中可以自由靈活的轉(zhuǎn)動，避免截齒在運轉(zhuǎn)的過程中發(fā)生偏磨的現(xiàn)象，也就能保證刀齒的鋒利程度，從而保證自磨刃功能的實現(xiàn)。

2． 2． 2 鑄焊其實就是在鑄造的過程中同時將焊接過程加以完成的過程，因此在截齒的制造過程中采用的就是這種鑄焊的制作工藝。主要的方法就是將硬質(zhì)合金清洗干凈，主要是其表面，然后涂敷一層低熔點的釬料，主要成分是銅，再將其放入鑄型型腔中，通過液態(tài)金屬的熱量將其硬質(zhì)合金表面的低熔點合金熔化，經(jīng)過一段時間的凝固后形成一個過渡層，從而進(jìn)一步將合金與鋼基體結(jié)合起來。

2． 2． 3 使用性能鑄焊焊縫相比釬焊的焊縫來說，抗剪強(qiáng)度相對較高，同時可以對其整體進(jìn)行熱處理，使得母體材料的組織與性能可以得到更容易更準(zhǔn)確地控制。鑄焊工藝制造的截齒相比釬焊而言，使用的壽命比鍛造的截齒要長很多。鑄鋼截齒的原材料主要是由廢鋼為主的，加入一定的鐵合金熔煉而制成的，相比而言成本要低很多。

2． 2． 4 使用硬質(zhì)合金截齒合金頭堆焊加工工藝，選用耐磨性能和塑性相對較好的北京固本耐磨焊絲，在截齒體與合金頭焊縫處堆焊三層耐磨層。堆焊高硬度碳化鈮，其彌散的分布在鐵基馬氏體上和殘余奧氏體上，保護(hù)基體不受磨損。碳化鈮尺寸小，在堆焊層中約10微米，與高鉻碳化物（40～60微米）相比，其分布更致密，更均勻。在堆焊層中，由于碳化物的尺寸大大減小，單位面積內(nèi)的碳化物分布更密集，因此在受到?jīng)_擊載荷時，單個碳化物上承受的沖擊力會大幅降低，因此整個堆焊層的耐沖擊性能也會顯著提高。

2． 3 優(yōu)越性采用以上的設(shè)計方案與施工工藝，可以從很大程度上降低原始工藝生產(chǎn)的截齒帶來的缺陷，運用新材料新工藝生產(chǎn)的截齒在具體的操作過程中可以起到很好的效果，對于煤礦開采工作的順利進(jìn)行提供了有利的技術(shù)保障，也給國家與企業(yè)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供了保障，在很大程度上其優(yōu)越性是無法替代的。

3、總結(jié) 在煤礦開采的過程中，因為開采工作的特殊環(huán)境與特殊要求，就給采掘機(jī)械提出了更加嚴(yán)格的要求，采掘機(jī)械的硬質(zhì)合金截齒在截割的過程中可能會發(fā)生或者遇到很多的問題，一般主要是截齒失效，或者是截齒數(shù)量的消耗相對較大，使得煤礦開采的效率受到嚴(yán)重的影響與制約，從而使得經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生一定的損失。通過對截齒可能產(chǎn)生的這些狀況的原因加以仔細(xì)認(rèn)真的分析，從材料上對其問題提出根本解決的辦法，及時采取相應(yīng)的應(yīng)對措施，從設(shè)計方案、鑄造工藝等方面提出相應(yīng)的解決辦法，提高硬質(zhì)合金截齒的穩(wěn)定性與可靠性，從而對煤炭生產(chǎn)的效益起到促進(jìn)作用，提高生產(chǎn)的效率，最終達(dá)到高效高產(chǎn)的礦井建設(shè)要求，實現(xiàn)礦井的穩(wěn)定快速發(fā)展，提高煤礦的產(chǎn)量也就從某種程度上提高國家的經(jīng)濟(jì)實力。