挖掘机斗齿液态模锻技术研究

发布时间：2020-05-08 02:35

【摘要】：斗齿作为挖掘机与物料直接接触的零件,常处在复杂恶劣工况下工作,属于挖掘机中的易磨损件,所以要求齿尖具有高硬度与高耐磨性,其他部位具有强韧性的力学性能。然而传统成形工艺生产的斗齿已无法满足人们对其力学性能日益提高的要求。本文提出以液态模锻工艺成形斗齿的技术思路,设计了完整的液态模锻斗齿技术方案。首先,选取低碳合金钢ZG14CrMnSiNi为研究对象,利用SEM、EDS、JB-50冲击试验机等其他检测设备,研究ZG14CrMnSiNi在不同压力下组织、硬度、韧性及其他力学性能特点,得出了压力对液锻斗齿材料组织与力学性能的影响规律,同时分析了液态模锻对于改善材料组织与提高材料力学性能的积极作用;其次,通过对斗齿结构分析,设计出了液态模锻斗齿专用模具和成形工艺方案;然后,利用ProCAST仿真模拟软件对液锻斗齿工艺进行模拟,通过对温度场、应力场以及铸造缺陷的观察与分析,验证方案可行性;最后,针对斗齿液态模锻工艺方案与模具方案设计出了满足适用斗齿专用液锻压力机的技术方案。得到的主要结论如下:(1)液锻比压对于改善ZG14CrMnSiNi晶粒尺寸有着显著的作用。随着比压的增大,晶粒逐步细化,但是随着比压的增大,压力对于晶粒的细化作用逐渐减弱。相比传统的金属型铸造工艺,液锻斗齿钢的组织及晶粒尺寸更加均匀。在铸态时,金属型铸造铁素体的晶粒尺寸最大,比压60MPa液锻试样铁素体晶粒尺寸相比金属型铸造减小了 33.0%,比压120MPa液锻试样铁素体晶粒尺寸相比金属型铸造减小了 43.9%,比压150MPa液锻试样晶粒度相比金属型铸造减小了 54.5%;在热处理态时,60MPa液锻试样晶粒度相比金属型铸造减小了 46.0%,比压120MPa液锻试样的晶粒度相比金属型铸造减小了 60.0%,比压150MPa液锻试样晶粒度相比金属型铸造减小了 69.6%。(2)经过对比不同比压下材料的硬度、冲击韧性以及耐磨性得到随着压力的增大,材料的硬度与冲击韧性逐渐变大。在比压150MPa下,100min试样磨损量最小为0.4697g,与金属型铸造相比耐磨性提高了将近40.0%,较比压60MPa耐磨性提高了 10.7%,较比压120MPa下耐磨性提高了 13.6%,说明试样硬度与韧性的提高带来了良好的耐磨性,压力在细化晶粒等作用下对于ZG14CrMnSiNi材料力学性能有了明显的提高。(3)斗齿的液锻采取一模四腔水平成型,中心对称矩形布置,上下分模,加压方案为间接加压充型+直接加压补缩,出件方案为下压头带动顶杆快速出件。(4)通过计算机模拟得到可行性工艺方案:液锻比压150MPa,充型速度46.6mm/s,浇注温度为1560℃,模具预热200℃。综上所述,通过对斗齿材料的组织与性能研究,证实了用液态模锻工艺制作的斗齿在提高耐磨性、减少组织缺陷以及提高斗齿使用寿命方面具有明显的优势,并且产品性能相比金属型铸造有了较大的提升。同时通过对斗齿工艺方案的设计与仿真模拟的结果证实了液态模锻斗齿在生产实际中可行性。
【图文】：

直读光谱仪,低碳合金钢,中频感应炉,材料成分

２．１．１合金的熔炼逡逑试验所用的金属原材料主要是废钢、２０铬锰料、中碳锰铁等配制而成。熔炼逡逑合金运用２５ｋｇ中频电磁感应炉如图２－１所示，使用的是碱性镁砂坩埚（主要成分逡逑ＭｇＯ），在空气中熔炼金属原料。首先先加入废钢料，熔炼时先放半炉，塞满炉膛，逡逑待熔化后再加入剩下一半钢材；剩下的钢材放在炉子上提前进行预热，然后运用逡逑钳子加入钢材；出炉前较短时间内，进行预脱氧处理需往炉内加入锰铁，出炉前逡逑加入铝丝与稀土硅进行终脱氧与孕育处理；扒渣处理需要在钢液浇注前进行。逡逑W逡逑图２－１邋２５ｋｇ中频感应炉逡逑Ｆｉｇ．邋２－１邋２５ｋｇ邋ｍｅｄｉｕｍ邋ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ邋ｉｎｄｕｃｔｉｏｎ邋ｆｕｒｎａｃｅ逡逑通过直读光谱仪对金属液对材料成分进行分析，得到低碳合金钢化学成分如逡逑１１逡逑

锻机,液态模锻模具,模具

２．１．２试样制备逡逑将出炉温度为１６８０°Ｃ的钢液，为了保证浇注温度为１５５０°Ｃ±２０，钢液浇注时逡逑间越短越好。金属液浇注所用模具如图２－２（ａ）所示，长宽高尺寸为１４0ｘ５0ｘ４０＿逡逑模具模腔。使用北京交通大学半固态实验室的ＴＨＰ１６－２００Ａ型四柱立式液态模锻逡逑机如图２－２（ｂ）所示进行液锻实验。进行液锻比压为１５０ＭＰａ、１２０ＭＰａ、６０ＭＰａ和逡逑０邋ＭＰａ下的四组实验，将涂有钢质液专用涂料的模具温度预热到２００°Ｃ，压头的挤逡逑压速度设置为0．３ｍ／ｓ，，浇注到模具中的金属液保压时间１５ｓ。每次钢液的浇注量为逡逑２．３ｋｇ，获得尺寸为１４0ｘ５0ｘ４０ｍｍ的试样。上述ＯＭＰａ下的试样属于金属型重力铸逡逑造，在进行浇注中将制备的大冒口放在模具上进行补缩。逡逑—＾ａｉ逡逑图２－２实验用液锻机模具及液锻机逡逑（ａ）液态模锻模具；（ｂ）ＴＨＰ１６－２００Ａ四柱立式液锻机逡逑Ｆｉｇ．邋２－２邋Ｔｈｅ邋ｓｑｕｅｅｚｅ邋ｃａｓｔｉｎｇ邋ｍａｃｈｉｎｅ邋ａｎｄ邋ｄｉｅ邋ｆｏｒ邋ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ逡逑（ａ）邋ｓｑｕｅｅｚｅ邋ｃａｓｔｉｎｇ邋ｄｉｅ；邋（ｂ）邋ＴＨＰ１６－２００Ａ邋ｆｏｕｒ－ｃｏｌｕｍｎ邋ｖｅｒｔｉｃａｌ邋ｓｑｕｅｅｚｅ邋ｃａｓｔｉｎｇ邋ｍａｃｈｉｎｅ逡逑对四个试件切割各种试样的位置如图２－３所示。取各组试样前，从试样表面去除逡逑５ｍｍ氧化层，然后用线切割机从每个试件上截取３个ｌ0ｘｌ0ｘ３0ｍｍ冲击磨料磨损逡逑１２逡逑
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU621

【参考文献】