镐型截齿多质量特性的调控机制与制造工艺研究

Pick is the tool applied in breaking rock and coal in coal mining machine and entry-driving machine. The frequent pick failures in coal cutting owing to the complexity of the working condition. Therefore, it is necessary to improve the quality characteristics of the pick. Abrasive resistance, impact toughness and shear strength as the key factors to evaluate the quality of pick impact the domestic competitive power. At the same time, the manufacturing process of pick has the effect on quality of it. However, the research involves the relationship between process and quality of pick is limited. There is no existed theory and method to guarantee the quality of pick by controlling the process. The regulation mechanism is explored to meet the request of the multiple quality characteristics by improving three key quality factors, providing a methodology of the manufacturing process and establishing a relative systematic model to confirm the quality of pick based on the cryogenic treatment. The research findings will provide the theory and technology support the manufacturing of pick.

截齿是采煤机、掘进机用来破岩落煤用的刀具, 在截割煤岩过程中, 由于工矿条件复杂,截齿失效非常频繁。为适应煤炭生产发展的要求,必须提高截齿的质量性能。在衡量截齿质量水平的诸多特性中，耐磨性、冲击韧性和耐腐蚀性三个质量特性是其关键质量特性。这三个质量特性已成为制约我国截齿竞争力提升的关键要素。截齿制造过程对质量的影响很大，但目前对制造工艺和质量的关系研究还很不够，对通过控制工艺过程保证产品质量还缺乏一套系统的理论和方法。本项目以镐型截齿为研究对象，以镐型截齿制造工艺设计为主线，以综合提高镐型截齿耐磨性、冲击韧性和焊缝抗剪强度三个关键质量特性为目标，以深冷处理技术研究为基础，系统研究镐型截齿制造过程的质量保证原理，建立镐型截齿制造过程的系统化模型，探索综合保证镐型截齿多关键质量特性的调控机制，提出一套保障镐型截齿制造过程质量的工艺保障方法，为提高我国镐型截齿制造水平提供理论和技术支撑。

项目以镐型截齿为研究对象，以镐型截齿制造工艺为主线，以深冷处理技术为基础，应用正交优化试验设计和数值模拟计算，系统研究了镐型截齿制造过程的质量保证原理，建立镐型截齿制造过程的系统化模型，探索了综合保证镐型截齿多关键质量特性的调控机制。.基于镐型截齿制造质量的多尺度评价指标体系，确定了工艺因素在镐型截齿质量中的作用，明确了齿体耐磨性、硬质合金头耐磨性、齿体硬度、焊缝强度等质量特性为关键特性，开展深冷处理工艺研究，对多质量特性进行了调控。.硬质合金头以YG8、YG10、YG11C、YG13C、YG15C研究材料，采用不同的深冷温度、降温速率、保冷时间、交变次数和回火温度等工艺参数安排试验，深冷处理后材料耐磨性最大分别提高10.07%、42.92%、70.3%、35.1%、45.1%，硬度最大提升4.35%、33.6%、5.8%、2.8%、5.9%。齿体分别以42CrMo、35CrMnSiA和35SiMnMo合金钢为研究材料，结果表明：前两者的耐磨性提高了17.66%和22.64%，而35SiMnMo合金钢耐磨性下降了31.45%；前两者的洛氏硬度提高了3.89%和2.23%，而35SiMnMo合金钢下降8.29%；冲击韧性分别提高了54.79%，29.52%和2.74%。此外，深冷工艺对截齿钎焊焊缝抗剪切强度和应力状况的影响规律表明，焊缝深冷后韧性改善，表面应力由拉应力转为压应力，有效的提高了焊缝强度，并通过仿真分析获得了深冷处理过程中截齿排列和排列间距的经济方式，为工业生产提供参考。.微观组织分析表明，对于合金头材料有η相析出并弥散分布，粘结相发生α-Co向ε-Co转变，对于齿体材料42CrMo，随着深冷温度降低，基体组织上Cr7C3、Fe3C碳化物析出越明显，并且随着深冷时间的延长，碳化物逐渐细化，这些特征是材料耐磨性提高的主要内因。.综合截齿材料各项性能，采用YG10/42CrMo的材料组合进行截齿整体深冷处理试验及割岩试验，获得了截齿综合力学性能最优深冷处理工艺参数为深冷温度-196℃、深冷时间12h，耐磨性提高29%。.本项目提出的镐型截齿制造过程质量的工艺保障方法，有效提升了截齿的综合力学性能，为提高我国镐型截齿制造水平提供了理论和技术参考。