2100BL電鏟齒條的國(guó)產(chǎn)化研發(fā)

易劍輝，葉喜平

(1.江西銅業(yè)集團(tuán)德興銅礦采礦場(chǎng)，江西上饒 334224;2.江西銅業(yè)集團(tuán)德興鑄造，江西上饒 334224)

2100BL電鏟齒條的國(guó)產(chǎn)化研發(fā)

易劍輝，葉喜平

(1.江西銅業(yè)集團(tuán)德興銅礦采礦場(chǎng)，江西上饒 334224;2.江西銅業(yè)集團(tuán)德興鑄造，江西上饒 334224)

本文通過(guò)分析進(jìn)口2100BL電鏟齒條的化學(xué)成分和齒條在工作時(shí)的復(fù)雜工況條件，有針對(duì)性的選擇齒條材料，設(shè)計(jì)合理的鑄造工藝、熱處理工藝、焊接工藝，通過(guò)全面的質(zhì)量控制，確保了齒條的各項(xiàng)機(jī)械性能，達(dá)到了進(jìn)口件的要求，實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化。

電鏟齒條;鑄造;機(jī)械性能;質(zhì)量控制

2100BL電鏟廣泛運(yùn)用于大型露天礦山的挖掘裝載作業(yè)，齒條是該設(shè)備鏟斗挖掘的主要傳動(dòng)部件，鏟斗通過(guò)斗桿齒條的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)挖掘動(dòng)作，齒條在其中主要起到了終端傳動(dòng)的作用，工作時(shí)輸出很大扭矩且承受較大的沖擊載荷，其失效形式主要表現(xiàn)為齒的磨損和折斷，因此，在制造齒條時(shí)其質(zhì)量控制非常嚴(yán)格。目前各種型號(hào)的電鏟齒條材料主要有ZGMn13、ZG40CrNi2Mo、ZG35CrMo等［1，2］。本文選擇Mn13Mo作為齒條材料，對(duì)齒條的鑄造、熱處理以及焊接工藝進(jìn)行全面質(zhì)量控制，生產(chǎn)的齒條達(dá)到了進(jìn)口件性能，完全滿足現(xiàn)場(chǎng)使用要求。

1 齒條的化學(xué)分析

電鏟的高錳鋼齒條在P＆H－7中的化學(xué)成分見(jiàn)表1。

根據(jù)上表P＆H對(duì)電鏟齒條的化學(xué)成分的要求以及結(jié)合實(shí)際情況，本文將選擇Mn13Mo作為齒條材料來(lái)進(jìn)行研制。由于整根齒條長(zhǎng)度達(dá)到7.6m，整體鑄造很困難，采取三段分體鑄造而成，由于齒條工作時(shí)受力部位主要為齒面，齒條的底部只是在焊接時(shí)起到連接作用，其性能要求不高，三段齒條經(jīng)過(guò)機(jī)加工后焊接組成整體齒條，在質(zhì)量控制方面需嚴(yán)格把關(guān)。

表1 (%)

表2為Mn13Mo的化學(xué)成分及力學(xué)性能，由表可知，ZGMn13Mo符合P＆H對(duì)電鏟齒條的化學(xué)成分的要求，而且ZGMn13Mo具有高強(qiáng)度，良好的韌性和耐沖擊性，能夠承受自重400～500t的電鏟在工作時(shí)的復(fù)合載荷，尤其是耐磨性極好，使用壽命長(zhǎng)，淬透性好，經(jīng)熱處理后，可獲得均勻一致的較高的綜合機(jī)械性能。因此，本文將采用Mn13Mo材料來(lái)研制開(kāi)發(fā)電鏟齒條。

表2

2 鑄造工藝質(zhì)量控制

2.1 齒條的技術(shù)要求

(1)鑄件不允許有裂紋、疏松、夾渣、氣孔、砂眼等影響強(qiáng)度的鑄造缺陷;

(2)鑄造齒面應(yīng)清理平整、光滑，局部凹凸均不得大于2mm;

(3)鑄件齒廓應(yīng)用樣板檢查，樣板與實(shí)物的最大間隙不得大于2mm;

(4)鑄件對(duì)上下及側(cè)向彎曲不得大于2，兩端與實(shí)物的最大間隙不得大于2mm;

(5)未注明的鑄造圓角均為R5;

(6)調(diào)質(zhì)硬度HB302－341。

以上是齒條的技術(shù)要求，為了保證鑄件的尺寸精度，提高其表面質(zhì)量，我們選用樹(shù)脂砂作為型砂。樹(shù)脂砂造型方便，流動(dòng)性好，不受產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的限制，使生產(chǎn)的產(chǎn)品具有較光潔的表面，同時(shí)，生產(chǎn)的鑄件的表面質(zhì)量好，晶粒細(xì)，機(jī)械性能較好。同時(shí)我們選用樹(shù)脂砂為芯砂，其制造的芯砂具有良好的潰散性與退讓性，可以防止鑄件在凝固收縮過(guò)程中受阻而產(chǎn)生裂紋［3，4］。涂料采用鎂砂粉醇基涂料，澆注溫度控制在1430～1450℃。根據(jù)以上要求，鑄造過(guò)程中主要應(yīng)注意如下幾點(diǎn):

(1)木模應(yīng)光潔、平整，圓角全部做出，刷樹(shù)脂砂專用漆，并做齒廓成品檢驗(yàn)樣板一副;造型時(shí)根據(jù)要求位置放置好割片及保溫冒口套;

(2)造型盡量保證型(芯)的尺寸精度，拐角、凹槽及熱節(jié)帶應(yīng)使用鉻鐵礦砂;

(3)澆注時(shí)應(yīng)遵循慢－快－慢的原則，當(dāng)澆注至冒口高度2/3時(shí)由冒口緩流注滿;

(4)澆注完畢后應(yīng)及時(shí)使用保溫劑覆蓋冒口，保溫20h后打箱落砂。

2.2 齒條的機(jī)械性能

鑄件在鑄造成型后，由于ZGMn13Mo屬于高錳鋼鑄件，直接采取水韌處理，處理時(shí)防止齒條變形，當(dāng)鑄件存在焊補(bǔ)的缺陷時(shí)，在水韌處理后根據(jù)相關(guān)焊補(bǔ)工藝進(jìn)行補(bǔ)焊并打磨平整。水韌處理完成后，需對(duì)齒條的機(jī)械性能進(jìn)行取樣檢查，以保證生產(chǎn)的齒條滿足實(shí)際使用的要求。為了方便取樣檢查，在鑄造時(shí)專門(mén)鑄造了齒條鑄件附鑄試塊［5］。

齒條的機(jī)械性能的質(zhì)量控制是齒條質(zhì)量控制的重點(diǎn)，力學(xué)性能試樣取自于齒條鑄件附鑄試塊。沖擊試樣加工成10mm×10mm×50mmU型缺口試樣，拉伸試樣加工成8mm的標(biāo)準(zhǔn)短試樣。經(jīng)過(guò)沖擊和拉伸試驗(yàn)，并用硬度計(jì)測(cè)定熱處理后試樣的硬度，結(jié)果顯示，齒條試樣經(jīng)過(guò)熱處理后，外形尺寸、硬度、抗拉強(qiáng)度等各個(gè)技術(shù)指標(biāo)都符合產(chǎn)品要求，經(jīng)過(guò)機(jī)加工后，直接加工到位。

3 齒條焊接加工工藝

分體鑄造的齒條，經(jīng)過(guò)熱處理、機(jī)械加工，最后焊接加工成整體齒條。在將齒條焊接到斗桿的過(guò)程中，為保證焊接質(zhì)量，必須對(duì)焊接時(shí)焊條、焊接工藝等要點(diǎn)進(jìn)行控制。

(1)ZGMn13Mo屬于高錳鋼材質(zhì)，先在焊縫的兩側(cè)用不銹鋼焊條打底，中間堆焊焊條選用E7018焊條。E7018是鐵粉低氫鉀型藥皮的優(yōu)質(zhì)碳鋼焊條。該焊條具有優(yōu)異的焊接工藝性能，電弧挺度好，不易產(chǎn)生磁偏吹，焊縫成型細(xì)潔美觀，飛濺少，脫渣容易;焊縫金屬具有優(yōu)良穩(wěn)定的低溫韌性及抗裂性能。焊接前需經(jīng)過(guò)350～400℃烘烤2h，冷卻至100℃左右開(kāi)始焊接，并隨烘隨用。

(2)在焊接前，為了避免焊接缺陷的產(chǎn)生，需對(duì)斗桿進(jìn)行局部預(yù)熱，邊焊接邊預(yù)熱，預(yù)熱溫度為150～250℃，保證在焊接過(guò)程中溫度達(dá)到要求。在焊接坡口處應(yīng)清理油污、鐵屑等雜質(zhì)。焊接時(shí)，為防止焊接變形，采用雙面同時(shí)焊接的方法，第一道焊縫采用電流較小、焊速緩慢來(lái)減少裂紋的產(chǎn)生，在完成整體齒條的焊接后才停止作業(yè)。在焊后采用緩冷，以防止焊后焊接缺陷的產(chǎn)生。通過(guò)以上焊接工藝，焊后變形小，滿足零件的設(shè)計(jì)要求，用磁粉探傷表面無(wú)焊接缺陷，用X射線進(jìn)行焊縫探傷，焊縫內(nèi)部沒(méi)有缺陷，質(zhì)量良好。

4 結(jié)語(yǔ)

實(shí)踐表明，用ZGMn13Mo鑄鋼鑄造的2100BL電鏟齒條，經(jīng)過(guò)水韌處理、機(jī)械加工、最后進(jìn)行焊接組成整條齒條，在德興銅礦使用多年以來(lái)，沒(méi)有出現(xiàn)過(guò)質(zhì)量問(wèn)題，取得了良好的效果。

電鏟齒條的工況條件比較復(fù)雜，其質(zhì)量要求十分的嚴(yán)格，在鑄造、熱處理以及焊接加工的過(guò)程中需嚴(yán)格按照生產(chǎn)工藝進(jìn)行，我們應(yīng)用此工藝研制出來(lái)的齒條，鑄件表面質(zhì)量好、化學(xué)成分達(dá)標(biāo)、機(jī)械性能優(yōu)良、尺寸復(fù)合精度要求，整體產(chǎn)品焊接后經(jīng)過(guò)超聲波探傷無(wú)缺陷，完全滿足了使用要求。

［1］竇璽芳.挖掘機(jī)鏟桿齒條的更換［J］.礦山機(jī)械，2005，(5): 54255.

［2］馬立軍.WK24斗臂齒條焊裝工藝［J］.礦山機(jī)械，2000，(10): 86287.

［3］施延藻.鑄造實(shí)用手冊(cè)［M］.沈陽(yáng):東北工業(yè)學(xué)院出版社，1988.

［4］李剛.關(guān)于電鏟吃條的質(zhì)量控制［J］.礦山機(jī)械，2007.

［5］張玉庭.簡(jiǎn)明熱處理工手冊(cè)(第二版)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1998，9:270－273.

Research and Development on Nationalization of 2100BL Electric Shovel Gear

YI Jian－h(huán)ui，YE Xi－ping

(1.JCC Dexing Copper Mine，Shangrao，Jiangxi，China 334224; 2.JCC Dexing Casting Co.，Ltd.，Shangrao，Jiangxi，China 334224)

In this article，through analyzing the chemical composition of 2100BL electric shovel gear imported and the complex operation condition，the gear material is selected carefully.The casting process，heat treatment process and welding technology are designed reasonably.Through comprehensive quality control，all the mechanical behaviors of the gear can meet the requirements for the imports，to realize nationalization.

electric shovel gear;casting;mechanical behavior;quality control

TD422.2+1

B

1009－3842(2011)01－0069－02

2010－12－02

易劍輝(1979－)，男，江西宜豐人，本科，工程師，主要從事電鏟的現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)工作，E－mail:yjhisfly204@sina.com