YGZ90 型鑿巖機(jī)釬尾套失效分析及工藝改進(jìn)

周亮，李文杰

（天水風(fēng)動(dòng)機(jī)械股份有限公司，甘肅 天水741020）

1 前言

YGZ90 型導(dǎo)軌式鑿巖機(jī)是我公司新研發(fā)生產(chǎn)的獨(dú)立回轉(zhuǎn)鑿巖機(jī)系列產(chǎn)品之一，它以壓縮空氣為動(dòng)力，屬中深孔鑿巖設(shè)備，主要用于井下礦山鉆鑿中深炮孔以及類(lèi)似的鉆孔作業(yè)中，扭矩較大，工作安全可靠，在節(jié)理發(fā)育、裂隙、溶洞較多的巖層中作業(yè)不易卡釬。 YGZ90 鑿巖機(jī)采用了沖擊與回轉(zhuǎn)各自獨(dú)立的結(jié)構(gòu)（見(jiàn)圖1），沖擊能與回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速的大小可根據(jù)礦巖條件分別調(diào)節(jié)，回轉(zhuǎn)部分采用齒輪式氣動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，經(jīng)兩級(jí)正齒減速帶動(dòng)釬桿回轉(zhuǎn)， 沖擊部分采用活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)做功。

圖1

釬尾套是承擔(dān)釬尾導(dǎo)向和定位的關(guān)鍵零件，主要受釬尾的沖擊載荷。 近期，用戶反應(yīng)使用過(guò)程中釬尾套不耐磨損，甚至有開(kāi)裂現(xiàn)象，本文針對(duì)用戶返回的釬尾套失效件展開(kāi)失效分析及熱處理工藝改進(jìn)。

2 零件設(shè)計(jì)要求及失效件情況

釬尾套材質(zhì)為20Cr， 有效硬化層深度（CHD）為0.8～1.1 mm，表面硬度為58～63 HRC。釬尾套見(jiàn)圖2，釬尾套的外形圖及失效件見(jiàn)圖3，端面處嚴(yán)重磨損，材料開(kāi)裂剝落。

圖2

圖3

3 理化性能檢驗(yàn)

3.1 材質(zhì)

失效件在DK77 系列電火花數(shù)控線切割機(jī)上截取檢測(cè)試樣， 采用化學(xué)分析法檢測(cè)材質(zhì)，金屬成份見(jiàn)表1。

表1

3.2 硬度

線切割截取試樣，經(jīng)磨平、拋光，依據(jù)GB/T 230.1-2018 《金屬材料洛氏硬度試驗(yàn)第一部分：試驗(yàn)方法》 在HRS-150 型數(shù)顯洛氏硬度計(jì)上分別檢測(cè)表面及心部硬度各五個(gè)點(diǎn)，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖4、圖5。

圖4 表面硬度

圖5 心部硬度

3.3 有效硬化層深度

根據(jù)GB/T9450-2005 《鋼件滲碳淬火硬化層深度的測(cè)定和校核》中的規(guī)定[1]，理論上是從零件表面到維氏硬度為550HV1 處的垂直距離， 這個(gè)結(jié)果為有效硬化層深度。試樣在HVS-1000A 型數(shù)顯顯微硬度計(jì)上檢測(cè)，兩條硬化層深度曲線，一條CHD=0.98mm，另一條CHD=0.95mm，見(jiàn)圖6。

圖6

3.4 金相組織

試樣在P-1 型拋光機(jī)上磨平、 金相砂紙打磨、P-2 型金相試樣拋光機(jī)上拋光，再經(jīng)過(guò)4%的硝酸酒精腐蝕制作成金相試樣，最后在XJL-02A型立式金相顯微鏡上觀察金相組織，見(jiàn)圖7。

圖7

3.5 檢測(cè)結(jié)論

通過(guò)對(duì)YGZ90 鑿巖機(jī)釬尾套失效件的材質(zhì)、硬度、有效硬化層深度和金相組織檢測(cè)，釬尾套材質(zhì)為20Cr、表面硬度為60～61.5 HRC，心部硬度為41.2～42.3 HRC、 有效硬化層深度CHD=0.965 mm，滲碳層、心部淬火、回火組織未發(fā)現(xiàn)異常。

4 分析及熱處理工藝改進(jìn)

由圖1 可知，活塞往返運(yùn)動(dòng)，釬尾受活塞沖擊的同時(shí)做往返運(yùn)動(dòng)，此時(shí)釬尾套受釬尾沖擊載荷。 從圖3 中看到，釬尾套受釬尾沖擊產(chǎn)生嚴(yán)重磨損，釬尾套發(fā)生開(kāi)裂、掉塊現(xiàn)象而早期報(bào)廢。主要原因?yàn)闈B碳層深度較淺， 有效硬化層深度不足。 因此，根據(jù)對(duì)滲碳件的接觸疲勞壽命和有效硬化層的研究[2]，改進(jìn)熱處理工藝參數(shù)（滲碳時(shí)間：強(qiáng)滲從3.5 h 增加到13 h，擴(kuò)散從2.5 h 增加到9 h）， 使其有效硬化層深度為2.0～2.4 mm，表面和心部硬度保持不變。 經(jīng)滲碳淬火處理后，檢測(cè)釬尾套有效硬化層深度： 一條CHD=2.20 mm，另一條CHD=2.14 mm，平均CHD=2.17 mm（見(jiàn)圖8），用戶使用后反應(yīng)良好，解決了釬尾套發(fā)生早期報(bào)廢的問(wèn)題。

圖8

5 結(jié)束語(yǔ)

改進(jìn)熱處理工藝后，釬尾套有效硬化層深度增加到2.0～2.4 mm，有效地解決了釬尾套使用時(shí)發(fā)生嚴(yán)重磨損及開(kāi)裂而引起的早期報(bào)廢問(wèn)題。