破碎機(jī)耐磨部件磨損失效4種原因分析
2021-12-24 12:35
礦山施工過程中，破碎機(jī)是不可缺少的設(shè)備，它能夠提高原礦產(chǎn)量，減少機(jī)械設(shè)備的損耗，在保證產(chǎn)量的基礎(chǔ)上節(jié)省了企業(yè)的成本，提高了經(jīng)濟(jì)效益。但是耐磨件磨損問題是許多礦山生產(chǎn)企業(yè)比較關(guān)心的問題。本文就破碎機(jī)耐磨部件磨損失效現(xiàn)象的要點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析。
01.金屬材料的磨損機(jī)理
1.1 粘著磨損
機(jī)械加工后的零件經(jīng)常存在粘著劑磨損。粘著劑磨損的意思是在滑動(dòng)摩擦過程中，摩擦副接觸表面局部金屬粘著，粘著處很容易在之后的相對(duì)滑動(dòng)中損壞，使得金屬碎粒從零件表面脫落或零件表面擦傷。當(dāng)相互作用的表面接觸時(shí)，接觸只發(fā)生在幾個(gè)單獨(dú)的微小凸尖上，并且由于接觸面小，發(fā)生在接觸面積上的應(yīng)力很大，導(dǎo)致接觸表面塑性變形，表面膜層被金屬流動(dòng)破壞，使金屬原子直接接觸產(chǎn)生鍵合，形成冷焊點(diǎn)，即引發(fā)了粘著。在相對(duì)滑動(dòng)過程中，粘著處受損，金屬屑粒從零件表面脫落。粘著磨損通常分為三個(gè)階段：磨合、穩(wěn)定磨損和劇烈磨損。
1.2 磨料磨損
一般磨料磨損是指較硬的磨料與摩擦表面接觸運(yùn)動(dòng)，使得表面材料損耗。在工業(yè)生產(chǎn)中，磨料的磨損會(huì)增加材料的消耗，似乎磨料磨損造成的磨損失效占了超過一半的比例。
1.3 表面疲勞磨損
表面疲勞磨損就是當(dāng)兩接觸面滾動(dòng)、滑動(dòng)或滾動(dòng)滑動(dòng)復(fù)合運(yùn)動(dòng)時(shí)由于作用在摩擦表面微觀體積上周期性的接觸載荷或交變應(yīng)力，導(dǎo)致表面以及亞表面因疲勞產(chǎn)生裂紋，最終造成材料損耗。表面疲勞磨損裂紋會(huì)在表面和亞表面上發(fā)生，并且沿著與表面平行或垂直的方向延伸，最終導(dǎo)致表面材料會(huì)以細(xì)片狀剝落，出現(xiàn)麻點(diǎn)或痘斑形狀的剝落坑。
1.4 腐蝕磨損
在摩擦過程中，摩擦副之間或者摩擦副表面以及環(huán)境介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)形成腐蝕產(chǎn)物，由于腐蝕產(chǎn)物的形成和脫落而導(dǎo)致的磨損就是腐蝕磨損。腐蝕磨損可以分為化學(xué)腐蝕磨損和電化學(xué)腐蝕磨損兩類?；瘜W(xué)腐蝕磨損中最重要的就是氧化磨損。當(dāng)摩擦副進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，凸起的部分與另一方摩擦接觸產(chǎn)生塑性變形，空氣中的氧氣進(jìn)入到塑性變形層中，形成氧化膜。但是由于氧化膜的強(qiáng)度較低，所以當(dāng)發(fā)生第二個(gè)凸起時(shí)會(huì)剝落并露出新的表面，新表面被氧化又形成氧化膜，然后剝落。如此重復(fù)后，機(jī)械零件的表面逐漸磨損，最終零件失效。
02破碎機(jī)工作原理
顎式破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)多樣，但工作原理相同，即利用動(dòng)顎板的周期性運(yùn)動(dòng)破壞物料。當(dāng)動(dòng)顎板繞懸掛心軸向固定顎板擺動(dòng)時(shí)，兩個(gè)顎板之間的物料就會(huì)受到壓碎、分裂等綜合作用。初期，壓小，使物料體積變小，物料相互擠壓；當(dāng)壓力超過物料最大承受限度時(shí)就會(huì)發(fā)生破裂。相反，當(dāng)動(dòng)顎板離開固定顎板向相反方向擺動(dòng)時(shí)，物料依靠重力向下運(yùn)動(dòng)。由于動(dòng)顎板的每次周期運(yùn)動(dòng)都會(huì)擠壓物料并向下排送。若干周期后，破碎的物料通過排料口排出機(jī)外。
03影響磨損的主要因素
3.1 零件的形狀
不同結(jié)構(gòu)和形狀的顎板，其熱處理的力學(xué)性能、內(nèi)部的金相組織有所不同，耐磨性也有較大的差別。顎板越厚，越難淬透，抗磨損性能也就越差。由于顎板的內(nèi)部抗磨損性低于表面，所以厚度較大的顎板只能通過有效的鑄造和熱處理工藝來改善這一問題，但這種方法很難大幅提高顎板的抗磨損性能，最好的辦法是在不改變顎板的強(qiáng)度基礎(chǔ)上，優(yōu)化顎板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這樣既可以提高顎板的利用率，又可減少結(jié)構(gòu)對(duì)熱處理性能產(chǎn)生的影響，防止顎板的耐磨性能降低。
3.2 零件的選材
通常，顎板越硬，耐磨性越高。為了提高顎板的耐磨性，有必要增加硬度，但是硬度增加，顎板的抗沖擊韌性將降低。那么如何平衡好顎板硬度和抗沖擊韌性對(duì)于提高顎板的耐磨性十分重要。當(dāng)前破碎機(jī)耐磨部件常用的材料有高錳鋼、高鉻鑄鐵和低碳合金鋼。高錳鋼具有出色的韌性，優(yōu)異的工藝性和低廉的價(jià)格，它能夠在沖擊或接觸應(yīng)力的情況下迅速產(chǎn)生加工硬化，加工硬化指數(shù)比其他材料高出五到七倍，耐磨性大大提高。但是，如果在使用過程中沖擊力不足或接觸應(yīng)力較小，則無法快速加工硬化，那么高錳鋼的耐磨性無法充分發(fā)揮。高鉻鑄鐵具有良好的抗磨性，但韌性低，容易脆性斷裂。低碳合金鋼是含有鉻、鉬等多種元素的合金結(jié)構(gòu)鋼，具有高強(qiáng)度和優(yōu)異的韌性的特點(diǎn)，基體結(jié)構(gòu)為馬氏體、貝氏體以及兩者復(fù)合組織。
3.3 破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)
優(yōu)化破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)可以使得動(dòng)顎板具有出色的運(yùn)動(dòng)性，可以減少磨損并提高加工處理能力。合理設(shè)計(jì)破碎腔可以減少堵塞情況的發(fā)生，減慢動(dòng)顎板的磨損速度。因此，在設(shè)計(jì)破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)時(shí)，需要注意破碎腔的設(shè)計(jì)。破碎腔的形狀和尺寸必須滿足一定的要求。
首先，單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入破碎腔的物料不能多于能夠破碎和排出的物料，否則機(jī)器會(huì)超負(fù)荷和堵塞；其次，物料必須均勻地分布在破碎腔中，確保機(jī)器穩(wěn)定運(yùn)行；接著，為提高破碎效率并防止堵塞和過度破碎，要保證破碎的物料可以從破碎腔中順利排出；最后，確保產(chǎn)品的細(xì)度和形狀是立方體，破碎型的破碎機(jī)的破碎腔下方應(yīng)設(shè)計(jì)平行區(qū)。
3.4 破碎機(jī)給料情況的影響
給料情況包括：入料粒度、硬度及破碎機(jī)的給料方式。物料的入料粒度和硬度與破碎機(jī)是否出現(xiàn)積料和顎板打擊物料所受到的碰撞沖量息息相關(guān)，破碎機(jī)的給料方式不同會(huì)導(dǎo)致物料到顎板的落差不同，對(duì)顎板打擊物料產(chǎn)生的碰撞沖量產(chǎn)生影響。顎板重量不變，顎板的碰撞沖量與物料質(zhì)量和落差成正比，而碰撞沖量與顎板耐磨性息息相關(guān)。另外，物料不能含水量太高，否則物料容易粘成一團(tuán)，造成積料，加快顎板的磨損，減少使用壽命。
礦山施工過程中難免會(huì)遇到磨損失效問題，這時(shí)候就需要對(duì)磨損機(jī)理進(jìn)行研究，不斷尋找降低磨損的方法，將企業(yè)的損失降低到最小。
01.金屬材料的磨損機(jī)理
1.1 粘著磨損
機(jī)械加工后的零件經(jīng)常存在粘著劑磨損。粘著劑磨損的意思是在滑動(dòng)摩擦過程中，摩擦副接觸表面局部金屬粘著，粘著處很容易在之后的相對(duì)滑動(dòng)中損壞，使得金屬碎粒從零件表面脫落或零件表面擦傷。當(dāng)相互作用的表面接觸時(shí)，接觸只發(fā)生在幾個(gè)單獨(dú)的微小凸尖上，并且由于接觸面小，發(fā)生在接觸面積上的應(yīng)力很大，導(dǎo)致接觸表面塑性變形，表面膜層被金屬流動(dòng)破壞，使金屬原子直接接觸產(chǎn)生鍵合，形成冷焊點(diǎn)，即引發(fā)了粘著。在相對(duì)滑動(dòng)過程中，粘著處受損，金屬屑粒從零件表面脫落。粘著磨損通常分為三個(gè)階段：磨合、穩(wěn)定磨損和劇烈磨損。
1.2 磨料磨損
一般磨料磨損是指較硬的磨料與摩擦表面接觸運(yùn)動(dòng)，使得表面材料損耗。在工業(yè)生產(chǎn)中，磨料的磨損會(huì)增加材料的消耗，似乎磨料磨損造成的磨損失效占了超過一半的比例。
1.3 表面疲勞磨損
表面疲勞磨損就是當(dāng)兩接觸面滾動(dòng)、滑動(dòng)或滾動(dòng)滑動(dòng)復(fù)合運(yùn)動(dòng)時(shí)由于作用在摩擦表面微觀體積上周期性的接觸載荷或交變應(yīng)力，導(dǎo)致表面以及亞表面因疲勞產(chǎn)生裂紋，最終造成材料損耗。表面疲勞磨損裂紋會(huì)在表面和亞表面上發(fā)生，并且沿著與表面平行或垂直的方向延伸，最終導(dǎo)致表面材料會(huì)以細(xì)片狀剝落，出現(xiàn)麻點(diǎn)或痘斑形狀的剝落坑。
1.4 腐蝕磨損
在摩擦過程中，摩擦副之間或者摩擦副表面以及環(huán)境介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)或電化學(xué)反應(yīng)形成腐蝕產(chǎn)物，由于腐蝕產(chǎn)物的形成和脫落而導(dǎo)致的磨損就是腐蝕磨損。腐蝕磨損可以分為化學(xué)腐蝕磨損和電化學(xué)腐蝕磨損兩類?；瘜W(xué)腐蝕磨損中最重要的就是氧化磨損。當(dāng)摩擦副進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，凸起的部分與另一方摩擦接觸產(chǎn)生塑性變形，空氣中的氧氣進(jìn)入到塑性變形層中，形成氧化膜。但是由于氧化膜的強(qiáng)度較低，所以當(dāng)發(fā)生第二個(gè)凸起時(shí)會(huì)剝落并露出新的表面，新表面被氧化又形成氧化膜，然后剝落。如此重復(fù)后，機(jī)械零件的表面逐漸磨損，最終零件失效。
02破碎機(jī)工作原理
顎式破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)多樣，但工作原理相同，即利用動(dòng)顎板的周期性運(yùn)動(dòng)破壞物料。當(dāng)動(dòng)顎板繞懸掛心軸向固定顎板擺動(dòng)時(shí)，兩個(gè)顎板之間的物料就會(huì)受到壓碎、分裂等綜合作用。初期，壓小，使物料體積變小，物料相互擠壓；當(dāng)壓力超過物料最大承受限度時(shí)就會(huì)發(fā)生破裂。相反，當(dāng)動(dòng)顎板離開固定顎板向相反方向擺動(dòng)時(shí)，物料依靠重力向下運(yùn)動(dòng)。由于動(dòng)顎板的每次周期運(yùn)動(dòng)都會(huì)擠壓物料并向下排送。若干周期后，破碎的物料通過排料口排出機(jī)外。
03影響磨損的主要因素
3.1 零件的形狀
不同結(jié)構(gòu)和形狀的顎板，其熱處理的力學(xué)性能、內(nèi)部的金相組織有所不同，耐磨性也有較大的差別。顎板越厚，越難淬透，抗磨損性能也就越差。由于顎板的內(nèi)部抗磨損性低于表面，所以厚度較大的顎板只能通過有效的鑄造和熱處理工藝來改善這一問題，但這種方法很難大幅提高顎板的抗磨損性能，最好的辦法是在不改變顎板的強(qiáng)度基礎(chǔ)上，優(yōu)化顎板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，這樣既可以提高顎板的利用率，又可減少結(jié)構(gòu)對(duì)熱處理性能產(chǎn)生的影響，防止顎板的耐磨性能降低。
3.2 零件的選材
通常，顎板越硬，耐磨性越高。為了提高顎板的耐磨性，有必要增加硬度，但是硬度增加，顎板的抗沖擊韌性將降低。那么如何平衡好顎板硬度和抗沖擊韌性對(duì)于提高顎板的耐磨性十分重要。當(dāng)前破碎機(jī)耐磨部件常用的材料有高錳鋼、高鉻鑄鐵和低碳合金鋼。高錳鋼具有出色的韌性，優(yōu)異的工藝性和低廉的價(jià)格，它能夠在沖擊或接觸應(yīng)力的情況下迅速產(chǎn)生加工硬化，加工硬化指數(shù)比其他材料高出五到七倍，耐磨性大大提高。但是，如果在使用過程中沖擊力不足或接觸應(yīng)力較小，則無法快速加工硬化，那么高錳鋼的耐磨性無法充分發(fā)揮。高鉻鑄鐵具有良好的抗磨性，但韌性低，容易脆性斷裂。低碳合金鋼是含有鉻、鉬等多種元素的合金結(jié)構(gòu)鋼，具有高強(qiáng)度和優(yōu)異的韌性的特點(diǎn)，基體結(jié)構(gòu)為馬氏體、貝氏體以及兩者復(fù)合組織。
3.3 破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)
優(yōu)化破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)可以使得動(dòng)顎板具有出色的運(yùn)動(dòng)性，可以減少磨損并提高加工處理能力。合理設(shè)計(jì)破碎腔可以減少堵塞情況的發(fā)生，減慢動(dòng)顎板的磨損速度。因此，在設(shè)計(jì)破碎機(jī)的結(jié)構(gòu)時(shí)，需要注意破碎腔的設(shè)計(jì)。破碎腔的形狀和尺寸必須滿足一定的要求。
首先，單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入破碎腔的物料不能多于能夠破碎和排出的物料，否則機(jī)器會(huì)超負(fù)荷和堵塞；其次，物料必須均勻地分布在破碎腔中，確保機(jī)器穩(wěn)定運(yùn)行；接著，為提高破碎效率并防止堵塞和過度破碎，要保證破碎的物料可以從破碎腔中順利排出；最后，確保產(chǎn)品的細(xì)度和形狀是立方體，破碎型的破碎機(jī)的破碎腔下方應(yīng)設(shè)計(jì)平行區(qū)。
給料情況包括：入料粒度、硬度及破碎機(jī)的給料方式。物料的入料粒度和硬度與破碎機(jī)是否出現(xiàn)積料和顎板打擊物料所受到的碰撞沖量息息相關(guān)，破碎機(jī)的給料方式不同會(huì)導(dǎo)致物料到顎板的落差不同，對(duì)顎板打擊物料產(chǎn)生的碰撞沖量產(chǎn)生影響。顎板重量不變，顎板的碰撞沖量與物料質(zhì)量和落差成正比，而碰撞沖量與顎板耐磨性息息相關(guān)。另外，物料不能含水量太高，否則物料容易粘成一團(tuán)，造成積料，加快顎板的磨損，減少使用壽命。
礦山施工過程中難免會(huì)遇到磨損失效問題，這時(shí)候就需要對(duì)磨損機(jī)理進(jìn)行研究，不斷尋找降低磨損的方法，將企業(yè)的損失降低到最小。
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