一种高耐磨采煤机截齿及其生产工艺 【技术领域】
本发明涉及采煤机械设备领域，尤其是涉及一种高耐磨采煤机截齿及其生产工艺。
背景技术
采煤机是目前国内外煤矿井下广泛使用的采煤机械之一，截齿是截割煤岩的关键性零件，采煤机工作机构实际所耗用的功率大部分由它消耗。在采煤机截割煤岩过程中，工矿条件复杂，造成截齿失效，截齿消耗量非常大。采煤机截齿一般由硬质合金齿头钎焊于合金结构钢构成，是直接切割煤层采掘煤炭的刀具。
截齿在截割煤岩时承受高的压应力、剪应力和冲击负荷，经常会遇到煤矸石等硬的矿料，并且在采煤过程中截齿还有升温问题，因此截齿工作的工况条件复杂多变。截齿头位于截齿的最前端，是截齿的关键部件，它与煤矿直接接触以切割煤层，对材料性能的要求很高，通常采用硬质合金的截齿头，但是截齿在截割煤岩过程中，一般的截齿体由于整体耐磨性较差，易造成截齿头在未完全耗损时就裸露脱落，致使截齿完全失效，这是截齿最普遍的失效形式。
为了适应煤炭生产发展的要求，满足新型采掘机械的要求，必须解决截齿的失效问题，因此，截齿性能亟待提高，提高截齿的使用性能，延长截齿的使用寿命就显得非常重要。但是，目前常用堆焊技术对截齿进行处理提高截齿的表面耐磨性，堆焊处理效率低、损耗多、表面质量差，且对操作技能要求高；采用镶铸工艺制造以提高截齿头与截齿体的结合强度，但镶铸截齿在铸造过程中容易出现缩松、夹杂等缺陷，会严重影响其使用。这些工艺措施均能延长截齿的使用寿命，但是又由于具有的相对缺点使得这些措施的应用受到限制。
【发明内容】
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种高耐磨采煤机截齿，增加截齿的耐磨性，使截齿头不易裸露脱落，延长了截齿的使用寿命。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
该高耐磨采煤机截齿包括截齿本体和齿头，截齿本体采用低合金钢，齿头采用立方氮化硼材料并通过钎焊工艺固定于截齿本体前端的齿头孔内，截齿本体前端的表面采用高频感应熔覆工艺熔覆一层耐磨层。
本发明的另一目的是提供一种高耐磨采煤机截齿的生产工艺，其工艺简单，生产效率高，生产成本较低。
为达到所述的工艺目的，该工艺采用低合金钢材质锻造生产截齿本体，通过钎焊的工艺方法将立方氮化硼齿头固定在截齿本体前端，并利用高频感应熔覆工艺在截齿本体前端的表面熔覆一层耐磨层，其中，高频感应熔覆工艺包括以下步骤：
a.清理表面
将截齿本体表面进行清理，将欲熔覆表面的截齿本体前端的油污、氧化物去除；
b.配置熔覆层粉料
所述的熔覆层粉料，由金属合金粉末、熔剂粉末和非金属粉料组成，依据熔覆层所需的性能要求，确定合金粉、熔剂以及非金属粉料的成分及配比；
c.制作熔覆套
采用水玻璃砂、树脂砂、粘土砂或耐火砖制作熔覆套，熔覆套内腔形状与截齿本体前端的形状一致，但尺寸略大于截齿本体前端的尺寸，截齿本体与熔覆套形成的缝隙控制在1～5mm以内；
d.安装熔覆套
将截齿本体前端置入熔覆套，保证熔覆套与截齿本体形成的缝隙均匀一致，并将b步骤配置好的熔覆层粉料填置于熔覆套与截齿本体之间；
e.高频感应加热；
选用高频感应设备，确定加热功率和加热时间，将d步骤安装过熔覆套并预置过熔覆层粉料的截齿置于线圈中感应加热，使熔覆层粉料熔覆于截齿本体的前端；
f.清理修整
待熔覆层冷却后，清理去除熔覆套，对截齿修整。
进一步，所述b步骤中的熔覆层粉料按重量百分比配比如下：
金属合金粉末：1％C、13％Cr、2％B、2％Ni、3％Si、62％Fe，合计占熔覆层粉料的83％；
熔剂粉末：12％焊剂、2％硼酐、1％冰晶石，合计占熔覆层粉料的15％；
非金属粉料：WC硬质颗粒粉末，占熔覆层粉料的2％。
进一步，所述b步骤中金属合金粉末、熔剂粉末和非金属粉料的粒度均大于100目。
进一步，所述高频感应设备加热功率选用80KW，加热时间23～26s左右。
本发明的有益效果是：
为了解决截齿的主要失效问题，针对一般截齿头的裸露脱落现象，本发明在一般用截齿(低合金钢材质锻造生产截齿体)的基础上，采用高频感应熔覆工艺在截齿体表面熔覆一层高硬度耐磨层。本发明中熔覆层粉料配比最佳，采用的金属合金粉末的粒度合适，熔覆层的厚度合理，加热设备频率选择合适及加热时间控制合理，所生产的高耐磨采煤机截齿与其他截齿相比，增加了截齿体的耐磨性，使截齿头不易裸露脱落，延长了截齿地使用寿命。本发明的高频感应熔覆工艺与以往技术相比，实现了基体受热小、涂层充分熔融、高效快速完成覆层这一模式，其具有明显的优势特点：①涂层与基体是冶金结合：结合力高，不脱落，可提高承载，涂层经充分熔化再结晶形成抗腐耐磨优质的金相组织。②涂层内几乎无空隙、气孔或微裂纹，抗磨能力和防腐能力可与高档技术相媲美。③利用感应快速加热：工件热变形降到最低限，热影响深度浅，制作效率高，可进行批量化生产，生产工艺可控制。
本发明又提出通过钎焊的工艺方法将立方氮化硼齿头固定在齿头孔中，提高了截齿头的硬度，减少了截齿的磨损量，提高采煤机井下作业效率。总体来讲，此工艺简单，生产效率高，生产成本较低。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
【附图说明】
图1为本发明中的高耐磨采煤机截齿的结构示意图。
图2为本发明中的安装熔覆套步骤的安装示意图。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
如图1所示，本发明的高耐磨采煤机截齿包括截齿本体1和齿头3，截齿本体采用低合金钢，齿头3采用立方氮化硼材料并通过钎焊工艺固定于截齿本体前端的齿头孔内，截齿本体1前端的表面采用高频感应熔覆工艺熔覆一层耐磨层2。
结合图2所示，具体生产时，首先采用低合金钢材质锻造生产截齿本体1，然后通过钎焊的工艺方法将立方氮化硼齿头3固定在齿头孔中，最后采用高频感应熔覆工艺在截齿本体1表面涂覆一层高硬度耐磨层2。
高频感应熔覆工艺是通过以下步骤实现的：
(1)清洗截齿体：表面质量会影响表面处理后的质量，只有将截齿体表面的油污和氧化膜除去，才能获得结合好、质量高的表面熔覆层。一般先酸洗，再机械打磨，要求表面清洁，但不要求具有很高的光滑度。
(2)确定金属合金粉末：依据熔覆层所要求的各种性能，配置相对应的金属合金粉系列，同时可以附加一些非金属粉料，例如WC硬质颗粒粉末，实施时要找到各合金之间的最佳配比，同时又要考虑经济性以及优化高频感应熔覆工艺。
本实施例中，金属合金粉末中包括：1％C、13％Cr、2％B、2％Ni、3％Si、62％Fe，合计占熔覆层粉料的83％；非金属粉料采用WC硬质颗粒粉末占熔覆层粉料的2％。(均为重量百分比，以下未特别声明的均为重量百分比)
(3)选用熔剂：直接的合金粉料熔点较高，工艺性能较差，熔化慢且合金元素容易严重烧损，只有加入一定量的熔剂才可以去除粉料表面的氧化物，降低熔点，改善流动性，减少夹渣、气孔等缺陷，提高表面成形质量。
本实施例中，熔剂粉末：12％焊剂、2％硼酐、1％冰晶石，合计占熔覆层粉料的15％。
(4)熔覆层粉料制备：为了配置出符合要求的粉料，需要将各种块状合金制成细小的颗粒状再均匀混合，需符合粒度要求，同时加入熔剂。按设计配方计算各种元素含量，正确配置。一般情况下，要求粒度越小越好。本实施例中金属合金粉末、熔剂粉末和WC硬质颗粒粉末的不小于100目。
(5)制备表面熔覆套：如图2所示，由于所述截齿属于镐形截齿，大体呈圆锥状，如何预置粉料于截齿本体1表面上成为难题，本发明预置一表面熔覆套4，熔覆套4由耐火材料做成，可以根据不同要求采用不同材料的砂子，例如水玻璃砂、树脂砂、耐火砖套等，可以保证熔覆套透气性良好，本实施例选用水玻璃砂制作熔覆套4。熔覆套4内部形状与截齿体一致，但尺寸要稍大，熔覆套4制作时要求尺寸精确，容置截齿本体1后，熔覆套内腔壁与截齿本体要空隙均匀，保证空隙为1～5mm，本实施例中空隙为3mm。熔覆套4要具有一定的强度，且与截齿本体1密封性好，以预置熔覆层粉料。
(6)高频感应熔覆：选定高频感应加热设备，确定合适的设备加热功率、进给速度，将带熔覆套的预置过合金粉料的截齿体置于线圈中感应加热熔覆，根据熔覆层粉料厚度，确定加热时间。本实施例中加热功率选用80KW，加热时间25s左右。
(7)清理：待熔覆层冷却后清理熔覆套，对附着过合金层的截齿进行清洁修整。
本发明的优点是，由于采用低合金钢直接锻造截齿体，因此截齿内部的综合力学性能好，不易出现截齿体断裂、折断、弯曲变形等失效形式；使用立方氮化硼齿头，由于其具有很高的硬度及耐磨性，可以显著提高采煤机井下作业效率，减少了截齿的磨损量，降低了截齿的更换频率；利用高频感应熔覆工艺获得的高硬度耐磨层，显著提高了截齿的整体耐磨性，很大程度上减少了由于截齿体磨损过度造成的截齿头裸露脱落，延长了截齿的服役寿命，实现了截齿的正常报废。本发明的截齿，经金相检测、硬度测试与耐磨性测试，金相组织良好，性能优良，硬度可达到53～58HRC，耐磨性能优异。装机试验后使用寿命明显延长，可达到一般截齿的2～3倍。高硬度和高耐磨性是该技术最显著特点。本发明显著提高了截齿的可靠性，可以大大降低截齿损耗，而且具有较好的工艺性，生产效率高、生产成本较低，能进一步提高煤炭生产的效益，很好地适应了高产高效矿井建设和发展的需要。
很明显，本发明中使用的熔覆层粉料还可以根据不同环境工况自行选择，从而设计不同性能防腐耐磨层，适用于不同行业，一般来讲覆层种类有优质合金型、不锈钢型、硬质合金型、金属陶瓷型、Ni-Cr合金型、高铬铸铁型、铜合金型等。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。