專利名稱：一種高耐磨采煤機(jī)截齒及其生產(chǎn)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采煤機(jī)械設(shè)備領(lǐng)域，尤其是涉及一種高耐磨采煤機(jī)截齒及其生產(chǎn)工藝。
背景技術(shù)：
采煤機(jī)是目前國(guó)內(nèi)外煤礦井下廣泛使用的采煤機(jī)械之一，截齒是截割煤巖的關(guān)鍵 性零件，采煤機(jī)工作機(jī)構(gòu)實(shí)際所耗用的功率大部分由它消耗。在采煤機(jī)截割煤巖過(guò)程中，工 礦條件復(fù)雜，造成截齒失效，截齒消耗量非常大。采煤機(jī)截齒一般由硬質(zhì)合金齒頭釬焊于合 金結(jié)構(gòu)鋼構(gòu)成，是直接切割煤層采掘煤炭的刀具。 截齒在截割煤巖時(shí)承受高的壓應(yīng)力、剪應(yīng)力和沖擊負(fù)荷，經(jīng)常會(huì)遇到煤矸石等硬 的礦料，并且在采煤過(guò)程中截齒還有升溫問(wèn)題，因此截齒工作的工況條件復(fù)雜多變。截齒頭 位于截齒的最前端，是截齒的關(guān)鍵部件，它與煤礦直接接觸以切割煤層，對(duì)材料性能的要求 很高，通常采用硬質(zhì)合金的截齒頭，但是截齒在截割煤巖過(guò)程中，一般的截齒體由于整體耐 磨性較差，易造成截齒頭在未完全耗損時(shí)就裸露脫落，致使截齒完全失效，這是截齒最普遍 的失效形式。 為了適應(yīng)煤炭生產(chǎn)發(fā)展的要求，滿足新型采掘機(jī)械的要求，必須解決截齒的失效 問(wèn)題，因此，截齒性能亟待提高，提高截齒的使用性能，延長(zhǎng)截齒的使用壽命就顯得非常重 要。但是，目前常用堆焊技術(shù)對(duì)截齒進(jìn)行處理提高截齒的表面耐磨性，堆焊處理效率低、損 耗多、表面質(zhì)量差，且對(duì)操作技能要求高；采用鑲鑄工藝制造以提高截齒頭與截齒體的結(jié) 合強(qiáng)度，但鑲鑄截齒在鑄造過(guò)程中容易出現(xiàn)縮松、夾雜等缺陷，會(huì)嚴(yán)重影響其使用。這些工 藝措施均能延長(zhǎng)截齒的使用壽命，但是又由于具有的相對(duì)缺點(diǎn)使得這些措施的應(yīng)用受到限 制。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種高耐磨采煤機(jī)截齒，增加截齒的耐磨性，使
截齒頭不易裸露脫落，延長(zhǎng)了截齒的使用壽命。 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案 該高耐磨采煤機(jī)截齒包括截齒本體和齒頭，截齒本體采用低合金鋼，齒頭采用立 方氮化硼材料并通過(guò)釬焊工藝固定于截齒本體前端的齒頭孔內(nèi)，截齒本體前端的表面采用 高頻感應(yīng)熔覆工藝熔覆一層耐磨層。 本發(fā)明的另一 目的是提供一種高耐磨采煤機(jī)截齒的生產(chǎn)工藝，其工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn) 效率高，生產(chǎn)成本較低。 為達(dá)到所述的工藝目的，該工藝采用低合金鋼材質(zhì)鍛造生產(chǎn)截齒本體，通過(guò)釬焊 的工藝方法將立方氮化硼齒頭固定在截齒本體前端，并利用高頻感應(yīng)熔覆工藝在截齒本體 前端的表面熔覆一層耐磨層，其中，高頻感應(yīng)熔覆工藝包括以下步驟
a.清理表面
3
將截齒本體表面進(jìn)行清理，將欲熔覆表面的截齒本體前端的油污、氧化物去除；
b.配置熔覆層粉料 所述的熔覆層粉料，由金屬合金粉末、熔劑粉末和非金屬粉料組成，依據(jù)熔覆層所 需的性能要求，確定合金粉、熔劑以及非金屬粉料的成分及配比；
c.制作熔覆套 采用水玻璃砂、樹(shù)脂砂、粘土砂或耐火磚制作熔覆套，熔覆套內(nèi)腔形狀與截齒本體 前端的形狀一致，但尺寸略大于截齒本體前端的尺寸，截齒本體與熔覆套形成的縫隙控制 在1 5mm以內(nèi)；
d.安裝熔覆套 將截齒本體前端置入熔覆套，保證熔覆套與截齒本體形成的縫隙均勻一致，并將b 步驟配置好的熔覆層粉料填置于熔覆套與截齒本體之間；
e.高頻感應(yīng)加熱； 選用高頻感應(yīng)設(shè)備，確定加熱功率和加熱時(shí)間，將d步驟安裝過(guò)熔覆套并預(yù)置過(guò)
熔覆層粉料的截齒置于線圈中感應(yīng)加熱，使熔覆層粉料熔覆于截齒本體的前端；
f.清理修整 待熔覆層冷卻后，清理去除熔覆套，對(duì)截齒修整。
進(jìn)一步，所述b步驟中的熔覆層粉料按重量百分比配比如下 金屬合金粉末l^C、13^Cr、2^B、2^Ni、3^Si、62^Fe，合計(jì)占熔覆層粉料的
83% ; 熔劑粉末12%焊劑、2%硼酐、1%冰晶石，合計(jì)占熔覆層粉料的15% ;
非金屬粉料WC硬質(zhì)顆粒粉末，占熔覆層粉料的2% 。 進(jìn)一步，所述b步驟中金屬合金粉末、熔劑粉末和非金屬粉料的粒度均大于100 目。 進(jìn)一步，所述高頻感應(yīng)設(shè)備加熱功率選用80KW，加熱時(shí)間23 26s左右。
本發(fā)明的有益效果是 為了解決截齒的主要失效問(wèn)題，針對(duì)一般截齒頭的裸露脫落現(xiàn)象，本發(fā)明在一般 用截齒(低合金鋼材質(zhì)鍛造生產(chǎn)截齒體)的基礎(chǔ)上，采用高頻感應(yīng)熔覆工藝在截齒體表面 熔覆一層高硬度耐磨層。本發(fā)明中熔覆層粉料配比最佳，采用的金屬合金粉末的粒度合適， 熔覆層的厚度合理，加熱設(shè)備頻率選擇合適及加熱時(shí)間控制合理，所生產(chǎn)的高耐磨采煤機(jī) 截齒與其他截齒相比，增加了截齒體的耐磨性，使截齒頭不易裸露脫落，延長(zhǎng)了截齒的使用 壽命。本發(fā)明的高頻感應(yīng)熔覆工藝與以往技術(shù)相比，實(shí)現(xiàn)了基體受熱小、涂層充分熔融、高 效快速完成覆層這一模式，其具有明顯的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)①涂層與基體是冶金結(jié)合結(jié)合力高， 不脫落，可提高承載，涂層經(jīng)充分熔化再結(jié)晶形成抗腐耐磨優(yōu)質(zhì)的金相組織。②涂層內(nèi)幾乎 無(wú)空隙、氣孔或微裂紋，抗磨能力和防腐能力可與高檔技術(shù)相媲美。③利用感應(yīng)快速加熱 工件熱變形降到最低限，熱影響深度淺，制作效率高，可進(jìn)行批量化生產(chǎn)，生產(chǎn)工藝可控制。
本發(fā)明又提出通過(guò)釬焊的工藝方法將立方氮化硼齒頭固定在齒頭孔中，提高了截 齒頭的硬度，減少了截齒的磨損量，提高采煤機(jī)井下作業(yè)效率?？傮w來(lái)講，此工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn) 效率高，生產(chǎn)成本較低。 本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說(shuō)明書(shū)中進(jìn)行闡述，并且在某種程度上，基于對(duì)下文的考察研究對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見(jiàn)的，或者可 以從本發(fā)明的實(shí)踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標(biāo)和其他優(yōu)點(diǎn)可以通過(guò)下面的說(shuō)明書(shū)以及附圖 中所特別指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。


圖1為本發(fā)明中的高耐磨采煤機(jī)截齒的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明中的安裝熔覆套步驟的安裝示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述。 如圖1所示，本發(fā)明的高耐磨采煤機(jī)截齒包括截齒本體1和齒頭3，截齒本體采用 低合金鋼，齒頭3采用立方氮化硼材料并通過(guò)釬焊工藝固定于截齒本體前端的齒頭孔內(nèi)， 截齒本體1前端的表面采用高頻感應(yīng)熔覆工藝熔覆一層耐磨層2。 結(jié)合圖2所示，具體生產(chǎn)時(shí)，首先采用低合金鋼材質(zhì)鍛造生產(chǎn)截齒本體l，然后通 過(guò)釬焊的工藝方法將立方氮化硼齒頭3固定在齒頭孔中，最后采用高頻感應(yīng)熔覆工藝在截 齒本體1表面涂覆一層高硬度耐磨層2。
高頻感應(yīng)熔覆工藝是通過(guò)以下步驟實(shí)現(xiàn)的 (1)清洗截齒體表面質(zhì)量會(huì)影響表面處理后的質(zhì)量，只有將截齒體表面的油污 和氧化膜除去，才能獲得結(jié)合好、質(zhì)量高的表面熔覆層。 一般先酸洗，再機(jī)械打磨，要求表面 清潔，但不要求具有很高的光滑度。 (2)確定金屬合金粉末依據(jù)熔覆層所要求的各種性能，配置相對(duì)應(yīng)的金屬合金 粉系列，同時(shí)可以附加一些非金屬粉料，例如WC硬質(zhì)顆粒粉末，實(shí)施時(shí)要找到各合金之間 的最佳配比，同時(shí)又要考慮經(jīng)濟(jì)性以及優(yōu)化高頻感應(yīng)熔覆工藝。 本實(shí)施例中，金屬合金粉末中包括1% C、13% Cr、2% B、2% Ni、3% Si、62% Fe， 合計(jì)占熔覆層粉料的83% ;非金屬粉料采用WC硬質(zhì)顆粒粉末占熔覆層粉料的2%。(均為 重量百分比，以下未特別聲明的均為重量百分比) (3)選用熔劑直接的合金粉料熔點(diǎn)較高，工藝性能較差，熔化慢且合金元素容易 嚴(yán)重?zé)龘p，只有加入一定量的熔劑才可以去除粉料表面的氧化物，降低熔點(diǎn)，改善流動(dòng)性， 減少夾渣、氣孔等缺陷，提高表面成形質(zhì)量。 本實(shí)施例中，熔劑粉末12%焊劑、2%硼酐、1%冰晶石，合計(jì)占熔覆層粉料的 15%。 (4)熔覆層粉料制備為了配置出符合要求的粉料，需要將各種塊狀合金制成細(xì) 小的顆粒狀再均勻混合，需符合粒度要求，同時(shí)加入熔劑。按設(shè)計(jì)配方計(jì)算各種元素含量，
正確配置。 一般情況下，要求粒度越小越好。本實(shí)施例中金屬合金粉末、熔劑粉末和wc硬 質(zhì)顆粒粉末的不小于100目。 (5)制備表面熔覆套如圖2所示，由于所述截齒屬于鎬形截齒，大體呈圓錐狀，如 何預(yù)置粉料于截齒本體1表面上成為難題，本發(fā)明預(yù)置一表面熔覆套4，熔覆套4由耐火材 料做成，可以根據(jù)不同要求采用不同材料的砂子，例如水玻璃砂、樹(shù)脂砂、耐火磚套等，可以 保證熔覆套透氣性良好，本實(shí)施例選用水玻璃砂制作熔覆套4。熔覆套4內(nèi)部形狀與截齒體
5一致，但尺寸要稍大，熔覆套4制作時(shí)要求尺寸精確，容置截齒本體1后，熔覆套內(nèi)腔壁與截 齒本體要空隙均勻，保證空隙為1 5mm，本實(shí)施例中空隙為3mm。熔覆套4要具有一定的 強(qiáng)度，且與截齒本體1密封性好，以預(yù)置熔覆層粉料。 (6)高頻感應(yīng)熔覆選定高頻感應(yīng)加熱設(shè)備，確定合適的設(shè)備加熱功率、進(jìn)給速
度，將帶熔覆套的預(yù)置過(guò)合金粉料的截齒體置于線圈中感應(yīng)加熱熔覆，根據(jù)熔覆層粉料厚
度，確定加熱時(shí)間。本實(shí)施例中加熱功率選用80KW，加熱時(shí)間25s左右。 (7)清理待熔覆層冷卻后清理熔覆套，對(duì)附著過(guò)合金層的截齒進(jìn)行清潔修整。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，由于采用低合金鋼直接鍛造截齒體，因此截齒內(nèi)部的綜合力學(xué)
性能好，不易出現(xiàn)截齒體斷裂、折斷、彎曲變形等失效形式；使用立方氮化硼齒頭，由于其具
有很高的硬度及耐磨性，可以顯著提高采煤機(jī)井下作業(yè)效率，減少了截齒的磨損量，降低了
截齒的更換頻率；利用高頻感應(yīng)熔覆工藝獲得的高硬度耐磨層，顯著提高了截齒的整體耐
磨性，很大程度上減少了由于截齒體磨損過(guò)度造成的截齒頭裸露脫落，延長(zhǎng)了截齒的服役
壽命，實(shí)現(xiàn)了截齒的正常報(bào)廢。本發(fā)明的截齒，經(jīng)金相檢測(cè)、硬度測(cè)試與耐磨性測(cè)試，金相組
織良好，性能優(yōu)良，硬度可達(dá)到53 58HRC，耐磨性能優(yōu)異。裝機(jī)試驗(yàn)后使用壽命明顯延長(zhǎng)，
可達(dá)到一般截齒的2 3倍。高硬度和高耐磨性是該技術(shù)最顯著特點(diǎn)。本發(fā)明顯著提高了
截齒的可靠性，可以大大降低截齒損耗，而且具有較好的工藝性，生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本較
低，能進(jìn)一步提高煤炭生產(chǎn)的效益，很好地適應(yīng)了高產(chǎn)高效礦井建設(shè)和發(fā)展的需要。 很明顯，本發(fā)明中使用的熔覆層粉料還可以根據(jù)不同環(huán)境工況自行選擇，從而設(shè)
計(jì)不同性能防腐耐磨層，適用于不同行業(yè)，一般來(lái)講覆層種類有優(yōu)質(zhì)合金型、不銹鋼型、硬
質(zhì)合金型、金屬陶瓷型、Ni-Cr合金型、高鉻鑄鐵型、銅合金型等。 最后說(shuō)明的是，以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，本領(lǐng)域普通 技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案所做的其他修改或者等同替換，只要不脫離本發(fā)明技術(shù)方案 的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
一種高耐磨采煤機(jī)截齒，包括截齒本體和齒頭，截齒本體采用低合金鋼，其特征在于，齒頭采用立方氮化硼材料并通過(guò)釬焊工藝固定設(shè)置于截齒本體前端的齒頭孔內(nèi)，截齒本體前端的表面采用高頻感應(yīng)熔覆工藝熔覆一層耐磨層。
2. —種生產(chǎn)權(quán)利要求1所述的高耐磨采煤機(jī)截齒的生產(chǎn)工藝，其特征在于，采用低合金鋼材質(zhì)鍛造生產(chǎn)截齒本體，通過(guò)釬焊的工藝方法將立方氮化硼齒頭固定在截齒本體前端，并利用高頻感應(yīng)熔覆工藝在截齒本體前端的表面熔覆一層耐磨層；其中，所述高頻感應(yīng)熔覆工藝包括以下步驟a. 清理表面將截齒本體表面進(jìn)行清理，將欲熔覆表面的截齒本體前端的油污、氧化物去除；b. 配置熔覆層粉料所述的熔覆層粉料，由金屬合金粉末、熔劑粉末和非金屬粉料組成，依據(jù)熔覆層所需的性能要求，確定合金粉、熔劑以及非金屬粉料的成分及配比；c. 制作熔覆套采用水玻璃砂、樹(shù)脂砂、粘土砂或耐火磚制作熔覆套，熔覆套內(nèi)腔形狀與截齒本體前端的形狀一致，但尺寸略大于截齒本體前端的尺寸，截齒本體與熔覆套形成的縫隙控制在1 5mm以內(nèi)；d. 安裝熔覆套將截齒本體前端置入熔覆套，保證熔覆套與截齒本體形成的縫隙均勻一致，并將b步驟配置好的熔覆層粉料填置于熔覆套與截齒本體之間；e. 高頻感應(yīng)加熱采用高頻感應(yīng)設(shè)備，確定加熱功率和加熱時(shí)間，將d步驟安裝過(guò)熔覆套并預(yù)置過(guò)熔覆層粉料的截齒置于線圈中感應(yīng)加熱，使熔覆層粉料熔覆于截齒本體的前端；f. 清理修整待熔覆層冷卻后，清理去除熔覆套，對(duì)截齒修整。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的高耐磨采煤機(jī)截齒的生產(chǎn)工藝，其特征在于，所述b步驟中的熔覆層粉料按重量百分比配比如下金屬合金粉末1% C、13% Cr、2% B、2% Ni、3% Si、62% Fe，合計(jì)占熔覆層粉料的83% ;熔劑粉末12%焊劑、2%硼酐、1%冰晶石，合計(jì)占熔覆層粉料的15% ;非金屬粉料WC硬質(zhì)顆粒粉末，占熔覆層粉料的2%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的高耐磨采煤機(jī)截齒的生產(chǎn)工藝，其特征在于，所述b步驟中金屬合金粉末、熔劑粉末和非金屬粉料的粒度不小于100目。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的高耐磨采煤機(jī)截齒的生產(chǎn)工藝，其特征在于，所述e步驟中的高頻感應(yīng)設(shè)備加熱功率選為80KW，加熱時(shí)間為24 26s。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種高耐磨采煤機(jī)截齒及其生產(chǎn)工藝，采用低合金鋼材質(zhì)鍛造生產(chǎn)截齒本體，通過(guò)釬焊的工藝方法將立方氮化硼齒頭固定在截齒本體前端，并利用高頻感應(yīng)熔覆工藝在截齒本體前端的表面熔覆一層耐磨層，工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)成本較低，生產(chǎn)的截齒耐磨，截齒頭不易脫落，使用壽命長(zhǎng)；適用于提高煤炭開(kāi)采生產(chǎn)效率。
文檔編號(hào)E21C35/00GK101737044SQ20091022721
公開(kāi)日2010年6月16日 申請(qǐng)日期2009年12月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月1日
發(fā)明者孫玉福, 楊會(huì)龍, 趙靖宇 申請(qǐng)人:鄭州大學(xué)