一种等离子熔覆复合碳化钨齿尖的镐型截齿及加工方法技术

本发明专利技术公开了一种等离子熔覆复合碳化钨齿尖的镐型截齿及加工方法，其实施步骤是：机械加工不包括齿头部分的中碳合金调质钢齿体→齿体调质热处理→摩擦焊高回火抗力的合金钢齿头→齿头顶部等离子熔覆复合碳化钨齿尖。本发明专利技术实现了截齿齿体中部强韧性、齿头耐高温磨损性和齿尖煤岩切割性能的优化组合，充分利用了碳化钨齿尖，还可回收利用齿头磨损报废的齿体，降低了生产成本。

【技术实现步骤摘要】
一种等离子熔覆复合碳化钨齿尖的镐型截齿及加工方法
本专利技术属于采矿刀具制备
，尤其涉及螺旋滚筒采煤机镐型截齿的生产方法。
技术介绍
螺旋滚筒采煤机是目前井下采煤普遍采用的高效机械化采煤设备，其中直接切割煤岩的刀具就是镐形截齿，是螺旋滚筒采煤机的主要易损件。目前采用的镐型截齿如图1所示，是由中碳合金调质钢作齿体1，在齿体头部钎焊硬质合金齿尖2制作而成,为了便于叙述，将齿体从上往下依次称为：齿头1.4、齿腰1.3、齿底1.1和齿柄1.1。其生产方式是：中碳合金调质钢齿体1加工→钎焊硬质合金齿尖2→截齿整体调质热处理。在使用过程中发现硬质合金齿尖1周边的齿体头部耐磨性差，尤其是煤质较硬或遭遇砂岩时，切割瞬间剧烈升温，作为高温回火抗力差的中碳合金调质钢的齿体头部退火软化，耐磨性能进一步恶化，由此导致了硬质合金齿尖2过早裸露脱落，即影响了采煤效率，又造成了齿尖硬质合金的浪费，同时磨损了头部的齿体1只能报废回炉。后来采取了在包覆硬质合金齿尖的齿体头部周边熔覆一层耐磨合金，对提高耐磨性发挥了一定的作用，但效果仍不理想。究其原因，主要是耐磨合金层厚度有限，熔覆时的高温又软化了齿体头部，当耐磨层磨损后，齿体头部仍然快速磨损，导致使用寿命不佳，因此在不改变齿体头部材料的情况下，在其表面实施熔覆耐磨技术是利弊相抵的。如果改用具备高回火抗力的高硬度高耐磨合金钢作为齿体，一是脆性大，齿体易从弯矩最大的腰部断裂；二是材料价格昴贵，锻造切削热处理难度大，市场难以接受。尽管如此，如果从提高截齿耐磨寿命的角度分析，提高齿头部位的回火抗力和高温硬度确是一个正确的技术方向，而且高的回火抗力也为进一步实施耐磨熔覆拓宽了工艺条件。在上述分析的基础上，前期也开发了材料分段焊接组合技术，如比较成功的摩擦焊技术。该技术是利用摩擦焊机，在去掉了齿头的中碳合金调质钢齿体顶部，摩擦焊接上高淬透性高回火抗力高硬度的合金钢齿头，再在齿头上镗铣盲孔钎焊硬质合金齿尖。由此产生的新问题是，由于高合金齿头的硬度高，镗铣盲孔难度大大增加，又增加了截齿的生产成本。综上所述，为了提高截齿整体性能并降低生产成本，需要综合利用材料和加工新技术，从截齿材料到加工制备方法上进行系统优化设计。本专利技术人前期开发成功了等离子熔覆复合碳化钨厚涂层新技术(申请号2020100681906)，开辟了低热输入、低烧蚀分解、高碳化钨含量、高耐磨厚涂层技术的新途径。该技术是采用双送粉器前后分别送入镍基合金粉及碳化钨粉，在保证镍基合金粉末充分熔化及与钢铁基体充分熔合的同时，既避免了碳化钨粉末的烧蚀分解，保证了碳化钨在涂层中的含量与颗粒完整性，最大限度地利用了碳化钨的耐磨性能，又不会降低镍基合金基体的冲击韧性，能够高效率地获得适用于矿山机械的高抗冲击高耐磨复合碳化钨厚涂层。该技术也为开发一种截齿生产新方法提供了具备技术可行性的新思路。
技术实现思路
本专利技术的目的在于着眼于提高镐型截齿齿体头部抗高温耐磨性能的同时，充分利用碳化钨齿尖材料，降低截齿生产成本，还能回收再利用磨损了头部的齿体，从而提供一种等离子熔覆复合碳化钨齿尖的镐型截齿。本专利技术同时提供上述镐型截齿的加工方法。为达到上述目的，本专利技术等离子熔覆复合碳化钨齿尖的镐型截齿采取的技术方案是：一种等离子熔覆复合碳化钨齿尖的镐型截齿，它包括齿体和齿尖，所述的齿体从上往下依次称为齿头、齿腰、齿底和齿柄，其特征在于，所述的齿头通过摩擦焊接的方式焊接在齿腰上，在齿头顶部中心熔覆出复合碳化钨齿尖；要求：所述的齿腰、齿底和齿柄为中碳合金调质钢材质；所述的齿头是具备高淬透性高回火抗力高硬度的合金钢，优选中低碳高镍铬钼合金钢材质。上述齿体可以为新加工的，也可以是齿头磨损报废而回收的齿体本专利技术加工上述镐型截齿的方法大体为：机械加工不包括齿头部分的中碳合金调质钢齿体→齿体调质热处理→摩擦焊接具备高淬透性高回火抗力高硬度的合金钢齿头→齿头顶部等离子熔覆复合碳化钨齿尖。详细方法为：第一步：确定齿头长度按照原截齿设计图纸，从齿体顶端(不包括齿尖)至齿体最大直径端台底部高度的1/2至2/3部位确定为齿头长度；第二步：机械加工不包括齿头部分的中碳合金调质钢齿体，也就是加工齿柄、齿底和齿腰，将三者合称为齿身，并调质热处理即淬火加高温回火，如果报废的齿体，其齿身不用调质热处理；第三步、选择与第二步齿身顶部直径相近的中低碳高镍铬钼合金钢棒(即高淬透性高回火抗力高硬度合金钢)，按照第一步确定的齿头长度增加5-10毫米锯切，在摩擦焊机上将该合金棒焊接在齿身顶部。第四步：将与齿身顶部焊接的合金棒材按照原设计图纸要求，加工成设计要求的齿头形状；第五步：利用等离子熔覆机床，在齿头顶部中心熔覆出复合碳化钨齿尖，具体方法是：夹持截齿齿体的柄部，使齿头的顶部端面保持水平位置，并沿齿体中心轴线匀速旋转，转速为10-20转/分钟；等离子炬保持在齿头顶部端面以上一定距离，该距离保证等离子弧的长度在25-35毫米范围内；在齿体旋转的同时引燃等离子弧同时送粉，等离子炬沿齿头顶部端面的径向，从距端面外圆边缘以内2-4毫米处，向端面中心匀速移动，移动速度为10-20毫米/分钟，移动到中心后立即以同样速度沿径向向相反方向移动，直到距边缘4-6毫米处再反向移动，移动到中心后重复上述过程，但是每次向外移动至边缘的距离都比前一次缩减2±0.1毫米左右，随着熔覆层厚度的增加，等离子炬作相应抬升，直至移动距离缩减到中心后停止熔覆，以此熔覆出近似齿尖形状。本专利技术的送粉方式优选利用双送粉器前后分别送入镍基合金粉及碳化钨粉。上述双送粉器前后分别送入镍基合金粉及碳化钨粉的方法为：在等离子炬上方的两个数控送粉器分别向位于等离子炬喷嘴前后的两个送粉孔送粉，两个送粉孔与喷嘴的中心连线与齿体顶面旋转的切线方向平行，位于喷嘴前方的送粉孔送入镍基合金粉末，位于喷嘴后方的送粉孔送入碳化钨粉末，在齿体旋转时引燃等离子弧同时送粉。进一步：所述的镍基合金粉末粒度为-80+200目，送粉量为50-90g/min；所述的碳化钨粉末粒度为-80+200目，送粉量为180-280g/min。进一步：等离子工作氩气的流量为2.0-5.0l/min，等离子熔覆电流为50-150A。(6)、用砂轮修整齿尖达到设计要求。利用本专利技术方法也可以修复现有因齿头磨损的废旧齿体，具体方法为：将报废齿体齿腰上面的齿头部分切割掉并加工出平面，在加工出的平面上直接摩擦焊接上与齿头相适应的中低碳高镍铬钼合金钢棒，然后将合金钢棒加工成设计的齿头形状，最后在齿头顶部等离子熔覆复合碳化钨齿尖。本专利技术的积极效果是：1、本专利技术利用低热输入、低烧蚀分解、高碳化钨含量、高耐磨等离子熔覆厚涂层技术，在中碳合金调质钢齿体的齿身顶部摩擦焊接上高淬透性高回火抗力高硬度合金钢齿头，再在高淬透性高回火抗力高硬度合金钢齿头顶部，熔覆出复合碳化钨齿尖，实现了截齿齿体中部(也就是齿身)强韧性、齿头耐高温磨损性和齿尖煤岩切割性能的优化组合，在提高齿头的耐磨性同时保护了齿尖，避免齿尖本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种等离子熔覆复合碳化钨齿尖的镐型截齿，它包括齿体和齿尖，所述的齿体从上往下依次称为齿头、齿腰、齿底和齿柄，其特征在于，所述的齿头通过摩擦焊接的方式焊接在齿腰上，在齿头顶部中心熔覆出复合碳化钨齿尖；所述的齿腰、齿底和齿柄为中碳合金调质钢材质；所述的齿头为合金钢材质。/n

【技术特征摘要】
1.一种等离子熔覆复合碳化钨齿尖的镐型截齿，它包括齿体和齿尖，所述的齿体从上往下依次称为齿头、齿腰、齿底和齿柄，其特征在于，所述的齿头通过摩擦焊接的方式焊接在齿腰上，在齿头顶部中心熔覆出复合碳化钨齿尖；所述的齿腰、齿底和齿柄为中碳合金调质钢材质；所述的齿头为合金钢材质。


2.一种如权利要求1所示的等离子熔覆复合碳化钨齿尖的镐型截齿的加工方法，其特征在于，方法如下：机械加工不包括齿头部分的中碳合金调质钢齿体→齿体调质热处理→摩擦焊接具备高淬透性高回火抗力高硬度的中低碳高镍铬钼合金钢齿头→齿头顶部等离子熔覆复合碳化钨齿尖。


3.如权利要求2所述的等离子熔覆复合碳化钨齿尖的镐型截齿的加工方法，其特征在于：
第一步：确定齿头长度
按照原截齿设计图纸，从不包括齿尖的齿体顶端至齿体最大直径端台底部垂直距离的1/2至2/3范围确定为齿头长度范围；
第二步：机械加工不包括齿头部分的中碳合金调质钢齿体，也就是加工齿柄、齿底和齿腰，将三者合称为齿身，并调质热处理即淬火加高温回火；
第三步、选择与第二步齿身顶部直径相近的中低碳高镍铬钼合金钢棒，按照第一步确定的齿头长度增加5-10毫米锯切，在摩擦焊机上将该合金棒焊接在齿身顶部；
第四步：将与齿身顶部焊接的合金棒材按照原设计图纸要求，加工成设计要求的齿头形状；
第五步：利用等离子熔覆机床，在齿头顶部中心熔覆出复合碳化钨齿尖，具体方法是：夹持截齿齿体的柄部，使齿头的顶部端面保持水平位置，并沿齿体中心轴线匀速旋转，转速为10-20转/分钟；等离子炬保持在齿头顶部端面以上一定距离，该距离保证等离子弧的长度在25-35毫米范围内；在齿体旋转的同时引燃等离子弧同时送粉，等离子炬沿齿头顶部端面的径向，从距端面外圆边缘以内2-4毫米处，向端面中心匀速移动，移动速度为10-20毫米/分钟，移动到中心后立即以同样...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宁，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东;37