秸稈壓塊模具的磨損及強化工藝分析

陳立志 李廣志

摘 要：通過秸稈壓塊機的工作原理，對壓塊模具的磨損原因進行分析，根據(jù)目前壓塊模具磨損問題的現(xiàn)狀，從局部強化的角度提出可行的強化工藝，并通過實際裝機對比分析，總結(jié)提出切實有效的工藝方法。

關(guān)鍵詞：秸稈；模具；磨損；強化

中圖分類號：S226 文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.04.070

0 引言

隨著我國政府對環(huán)境治理要求的不斷提高，秸稈焚燒管控不斷升級，以及秸稈收、儲、運產(chǎn)業(yè)鏈的不斷完善，秸稈回收再利用迎來了產(chǎn)業(yè)發(fā)展的春天，秸稈壓塊作為主要手段得到了迅速發(fā)展，然而壓塊模具的快速磨損卻成為了制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。因而，整個行業(yè)都在為此積極尋找相應(yīng)對策，其中針對磨損部位的局部強化工藝被越來越多的推廣應(yīng)用。

1 秸稈壓塊模具的磨損原因分析

目前，較為常見的秸稈壓塊機的基本結(jié)構(gòu)主要由支座、壓塊成型模具、物料成型腔和壓輪組成，工作時粉碎后的物料由喂入裝置送入物料成型腔內(nèi)，動力電機驅(qū)動壓輪旋轉(zhuǎn)，物料在壓輪旋轉(zhuǎn)過程中不斷被壓緊，最終在壓輪壓力的作用下克服成型模具的摩擦力被擠壓進成型模具，同時物料與模具的摩擦會產(chǎn)生大量的熱，產(chǎn)生的熱量會軟化秸稈中的纖維素和木質(zhì)素使其產(chǎn)生粘結(jié)作用。由此，秸稈物料在成型模具內(nèi)被不斷壓緊、粘結(jié)，最終被擠出模具成為塊狀燃料。在這一過程中，成型模具受到來自物料的法向壓力，同時在物料擠壓推進的過程中，物料對成型模具表面產(chǎn)生切削力，在這兩種力的作用下就會使成型模具發(fā)生磨損，隨著法向壓力的減小磨損也會降低，也就是說磨損會沿著進料方向逐漸降低，其中以入口部分磨損最為嚴重。

另外，秸稈壓塊機的加工物料主要是各類秸稈的粉碎剪切物，其本身硬度雖然較低，但其含有較多的非晶質(zhì)硅酸體和石屑灰粉等雜質(zhì)，并帶有尖銳棱角。因此，其具有軟磨料和硬磨料的雙重特性，還具有一定的酸腐蝕性，這也是導致成型磨具磨損的一個重要因素。

2 秸稈壓塊模具磨損問題的現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)秸稈壓塊機成型模具所用的材料，主要以碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金鋼為主，加工工藝一般由鍛壓、切削、鉆銑等工序制成，熱處理工藝主要包括正火、調(diào)質(zhì)、淬火、滲碳、滲氮等。碳素結(jié)構(gòu)鋼以45號鋼為代表，本身硬度不高，淬火可以淬硬到HRC35～HRC40。因為其本身易切削加工，價格便宜，早期被許多秸稈壓塊設(shè)備廠家所使用。但因其熱處理后硬度偏低，耐磨性和耐腐蝕性都相對較差，使用壽命不超過100 h，因而在壓塊模具的應(yīng)用逐漸減少。

低合金鋼以20CrMo、20CrMnTi等為代表，都是性能良好的滲碳鋼，淬透性較高，經(jīng)滲碳后表面硬度可以達到HRC50左右，有較高的低溫沖擊韌性，加工工藝性能也較好，熱處理后有較高的硬度，相對于碳素結(jié)構(gòu)鋼具有較好的耐磨性和抗腐蝕性，也是目前應(yīng)用最多的壓塊模具材料，通常使用壽命在200 h左右。另外，還有部分生產(chǎn)廠家的壓塊模具采用不銹鋼材料，其硬度及耐磨性顯著增加，韌性也較好，使用壽命能達到300 h，但成本相對較高。由此我們看到，隨著秸稈壓塊成型技術(shù)的不斷發(fā)展，成型設(shè)備的使用穩(wěn)定性在不斷增強，但是成型模具的快速磨損卻一直是發(fā)展中的難題。

3 壓塊模具的強化工藝及特點對比

壓塊模具的強化工藝是指針對其快速磨損進行的一種提高疲勞強度和耐磨性能的工藝方法，目前應(yīng)用較多的主要有火焰噴涂、等離子噴涂、超音速噴涂等。

火焰噴涂是最常用的噴涂方法，它是利用氧和乙炔的燃燒火焰將粉末狀或絲狀涂層材料加熱到熔融或半熔融狀態(tài)后噴向基體表面而形成涂層的一種方法。它具有設(shè)備簡單、工藝成熟、操作靈活、加工成本低等優(yōu)點。但是該方法高硬度涂層材料選擇較少，制備的涂層孔隙度較大， 與基體材料的結(jié)合強度較低。等離子噴涂是以等離子弧作為熱源將粉末融化，高速噴到基體表面形成涂層。其優(yōu)點是粉末氧化程度低、涂層致密、結(jié)合強度和硬度較高，但其缺點也十分明顯，殘余應(yīng)力較大，涂層不能過厚，否則容易產(chǎn)生裂紋和脫落。另外，使用和維護成本昂貴，造成加工成本較高。超音速噴涂以丙烷、丙烯等碳氫系燃氣燃燒為熱源，工作流程與等離子噴涂相似，但由于噴槍的獨特結(jié)構(gòu)和送粉方式不同，使其能量集中，受熱均勻，雖然工作溫度不是很高，粉末的融合程度卻非常好。此外，由于粉末粒子動能更大，速度更快，因而其涂層氧化程度和孔隙率極低，硬度和結(jié)合強度都非常高。溫度不是很高，使得殘余應(yīng)力相對較小，可以增加涂層厚度，使強化部位耐磨性更好。

4 結(jié)論

根據(jù)3種不同強化工藝進行試驗，并對強化后模具進行裝機，得出以下結(jié)論：

（1） 三種工藝的操作性、可控性和可重復性基本相近，但超音速噴涂的效率遠高于其它兩種。

（2） 超音速噴涂涂層主要成分缺失最少，各項指標優(yōu)于其它兩種。

（3） 工藝加工成本火焰噴涂最低，其次超音速噴涂，等離子噴涂最高。

（4） 裝機使用時間火焰噴涂強化使用400 h左右，等離子噴涂強化使用600 h左右，超音速噴涂強化使用800 h左右。

綜上所述，三種強化工藝中超音速噴涂強化效果最為優(yōu)異，雖然其成本略高于火焰噴涂，但使用性能提高一倍，因而對于壓塊模具的強化處理以超音速噴涂工藝更為切實有效。

參考文獻：

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