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雙軸撕碎機刀片的構成及發展走向淺析
- 2020-06-29-

  根據《固體廢物汙染環境防治法》,固體廢棄物可分為生活垃圾、工業固體廢物和危險廢物三類,隨著對環境治理日益重視,固體廢棄物對環境造成的汙染也越發引起人們的重視。而對固體廢棄物的處理離不開雙軸破碎機,其高效、耐用已成為許多企業的高度重視後的首要選擇。從眾多市場實踐來看,雙軸破碎機的刀具使用壽命和運用方式是製約其效能的關鍵。刀具作為切削工具,隨著製造技術的發展,切削加工作為製造技術的主要基礎工藝,進入了以發展高速切削,開發新的切削工藝和加工方法,提供成套技術為特征的發展新階段。本文試就對雙軸破碎機的刀具構成、不足和發展走向,作一次淺顯分析。

  一、刀片的外形與結構

  從外形上來說,雙軸撕碎機刀片以爪刀為多。按照各個公司的設計,安裝在雙軸或四軸撕碎機上,一般可分為單爪撕碎機刀片和多爪撕碎機刀片等,通過改變刀爪的數量(外部形狀)粉碎、撕裂和擠壓減小物料達到理想尺寸。

  從結構上來說,雙軸撕碎機刀片可分為整體結構和分體組合結構。整體結構由D2、LD、Cr12Mov、SKD-11等材質,經過鍛打、線切割、淬火、精磨等多道工藝加工,整體為同一材質的刀片;分體組合結構由刀頭(切削邊緣)部分和刀座體部分(刀頭固定座)組合而成,其刀頭部分一般采用與整體結構刀相同的材質和加工工藝製作而成;刀座體部分采用普通合金鋼加工而成。從組合形式來看可分為:外圓(緣)等分向(軸)心緊固式和左右側向緊固。

  1、 外圓等分向心緊固式,一般將刀片外部邊緣6等分後固定在等邊六邊形的刀座體上。

此類結構目前在市場上已有廣泛應用, 也有其它等分結構。

  2、 左右側向緊固式,此類結構將刀具邊緣切削部分從左右

  兩側固定到刀座體上。

  例:美國ECO公司

  從使用的效果來看,分體結構刀無論是在維修和使用成本上都略勝於整體結構刀。

上述撕碎機刀片目前正廣泛應用於廢塑料、廢橡膠、木材和其他大體積廢棄物的粉碎。

  二、刀片材質成分比較

  撕碎機刀片材質一般為9sicr、Cr12MoV、SKD-11,其中9SiCr為合金工具鋼,此種材質刀具硬度高,耐磨性較好,但是脆性較大,適用於橡膠、纖維、紙張等材質較軟的廢料,Cr12MoV和SKD-11為冷作模具鋼,這兩種材料性能相似,具有耐磨性強、抗衝擊性強,適合撕碎木材、廢舊家具、硬度高的塑料等。

 (一)刀具成分:

  合金鋼

  合金鋼種類很多,通常按合金元素含量多少分為低合金鋼(含量<5%),中合金鋼(含量5%~10%),高合金鋼(含量>10%);按質量分為優質合金鋼、特質合金鋼;按特性和用途又分為合金結構鋼、不鏽鋼、耐酸鋼、耐磨鋼、耐熱鋼、合金工具鋼、滾動軸承鋼、合金彈簧鋼和特殊性能鋼(如軟磁鋼、永磁鋼、無磁鋼)等。

  合金工具鋼

  在碳素工具鋼中加入Si、Mn、Ni、Cr、W、Mo、V等合金元素的鋼。合金工具鋼的淬硬性、淬透性耐磨性和韌性均比碳素工具鋼高,按用途大致可分為刃具、模具和量具用鋼3類。其中碳含量高的鋼(碳質量分數大於0.80%)多用於製造刃具、量具和冷作模具,這類鋼淬火後的硬度在HRC60以上,且具有足夠的耐磨性;碳含量中等的鋼(碳質量分數 0.35%~0.70%)多用於製造熱作模具,這類鋼淬火後的硬度稍低,為HRC50~55,但韌性良好。

  刃具用鋼

  刃具在工作條件下產生強烈的磨損並發熱,還有震動和承受一定的衝擊負荷。刃具用鋼應具有高的硬度、耐磨性、紅硬性和良好的韌性。為了保證其具有高的硬度,滿足形成合金碳化物的需要,鋼中碳質量分數一般在0.80%~1.45%。鉻是這類鋼的主要合金元素,質量分數一般在0.50%~1.70%,有的鋼還含有鎢,以提高切削金屬的性能。這類工具鋼因含有合金元素,因此淬透性比碳素工具鋼好,熱處理產生的變形小,具有高的硬度和耐磨性。常用的鋼類有鉻鋼、矽鉻鋼和鉻鎢錳鋼等。

  冷作模具鋼

  冷作模具包括冷衝模、拉絲模、拉延模、壓印模、搓絲模、滾絲板、冷鐓模和冷擠壓模等。冷作模具有鋼,按其所製造具的工作條件,應具有高的硬度、強度、耐磨性、足夠的韌性,以及高的淬透性、淬硬性和其他工藝性能。用於這類用途的合金工具用鋼一般屬於高碳合金鋼,碳質量分數在0.80%以上,鉻是這類鋼的重要合金元素,其質量分數通常不大於5%。但對於一些耐磨性要求很高,淬火後變形很小模具用鋼,最高鉻質量分數可達13%,並且為了形成大量碳化物,鋼中碳質量分數也很高,最高可達2.0%~2.3%。冷作模具鋼的碳含量較高,其組織大部分屬於過共析鋼或萊氏體鋼。常用的鋼類有高碳低合金鋼、高碳高鉻鋼、鉻鉬鋼、中碳鉻鎢釧鋼等。

   [化學成分]:冷作模具鋼一般具有高的含碳量,wC=1.0%~2.0%,以獲得高硬度和高耐磨性。加入合金元素Cr、Mo、W、V等,以提高耐磨性、淬透性和耐回火性。

  [常用冷作模具鋼]:Crl2型鋼包括Cr12、Cr12MoV等,這類鋼的淬透性及耐磨性好,熱處理變形小,常用於大型冷作模具。其中Crl2MoV鋼除耐磨性不及Cr12鋼外,強度、韌性都較好,應用最廣。尺寸較小的冷作模具可選用低合金冷作模具鋼CrWMn等,也可采用刃具鋼9SiCr或軸承鋼GCr15。(高耐磨冷作模具鋼:高耐磨冷作模具鋼一般是高碳高鉻鋼,是一種高合金冷作模具鋼,應用最為廣泛,包括有LD-1、LD-2、Cr12、Cr12Mo1V1、Cr12MoV、Cr12Mo、Cr4W2MoV、Cr6WV、Cr12V、ER5、GM、Cr5Mo1V、Cr12W等常見的13種。)

  熱作模具鋼

  熱作模具分為錘鍛、模鍛、擠壓和壓鑄幾種主要類型,包括熱鍛模、壓力機鍛模、衝壓模、熱擠壓模和金屬壓鑄模等。熱變形模具在工作中除要承受巨大的機械應力外,還要承受反複受熱和冷卻的做用,而引起很大的熱應力。熱作模具鋼除應具有高的硬度、強度、紅硬性、耐磨性和韌性外,還應具有良好的高溫強度、熱疲勞穩定性、導熱性和耐蝕性,此外還要求具有較高的淬透性,以保證整個截麵具有一致的力學性能。對於壓鑄模用鋼,還應具有表麵層經反複受熱和冷卻不產生裂紋,以及經受液態金屬流的衝擊和侵蝕的性能。這類鋼一般屬於中碳合金鋼,碳質量分數在0.30% ~0.60%,屬於亞共析鋼,也有一部分鋼由於加入較多的合金元素(如鎢、鉬、釩等)而成為共析或過共析鋼。常用的鋼類有鉻錳鋼、鉻鎳鋼、鉻鎢鋼等。

   [化學成分]:熱作模具鋼為中碳成分,wC=0.3%~0.6%,以獲得綜合力學性能;合金元素有Cr、Mn、Ni、Mo、W、Si等,其中Cr、Mn、Ni主要作用是提高淬透性; W、Mo提高耐回火性並防止回火脆性; Cr、W、Mo、Si還提高鋼的耐熱疲勞性。

  [常用熱作模具鋼]:5CrMnMo5CrNiMo是最常用的熱鍛模具鋼,其中5CrMnMo常用來製造中小型熱鍛模,5CrNiMo常用於製造大中型熱鍛模;對於受靜壓力作用的模具(如壓鑄模、擠壓模等),應選用3Cr2W8V4Cr5W2VSi鋼。

4Cr5MoSiV1(美國H13、德國1.2344、日本SKD61、瑞典8407)

  其特點:

1、是空冷硬化熱作模具鋼也是應用最廣泛的熱作模具鋼。 

2、有較高的韌性和耐冷熱疲勞性能。

3、在中溫條件下具有很好的韌性、熱疲勞性能和一定的耐磨性。

4、空淬熱處理變形小空淬時產生的氧化皮傾向小而且可以抵抗熔融鋁的衝蝕作用。 

  3Cr2W8V( 美國H21、日本SKD5、德國1.2567)

  其特點:

  1、在高溫下有較高的強度和硬度在650℃時硬度達300HBS。

  2、鋼材斷麵在80mm以下時可以淬透。

  3、鋼的相變溫度較高抵抗冷熱交變的耐熱疲勞性良好。

  4、韌性和塑性較差。

  5CrMnMo(美國6G、日本SKT5、德國1.2311)

  其特點:有良好的韌度和強度一定的耐磨性淬透性能較好對回火脆性不敏感。 

  三、刀具的磨損

  一般認為磨損是物體工作表麵材料在相對運動中不斷破壞或損失的現象。而對於磨損的分類也有很多方法,若按磨損機製劃分,可分為磨料磨損粘著磨損、腐蝕磨損、衝蝕磨損、接觸疲勞磨損、衝擊磨損、微動磨損等大類。在工業領域中磨料磨損和粘著磨損在工件磨損失效中占有最大比例,而衝蝕、腐蝕、疲勞、微動等磨損失效方式由於往往產生在一些重要構件的運行中,故日益受到重視。在工況條件下,往往是幾種磨損形式同時或先後出現,磨損失效交互作用呈現較複雜的形式。確定工件磨損失效的類型是合理選用或研製耐磨鋼的依據。另外,零、部件的磨損是一個係統工程問題,影響磨損的因素很多,它包括工作條件(載荷、速度、運動方式)、潤滑條件、環境因素(濕度、溫度、周圍介質等)、材料因素(成分、組織、力學性能)、零件表麵質量及物理化學特性等。其中每個因素的改變都可能使磨損量改變,甚至使磨損機製改變。由此可見,材料因素隻是影響工件磨損的因素之一,要提高鋼件的耐磨性需要從特定條件下的摩擦、磨損係統整體著手才會取得預期的效果。

  四、刀具工藝發展

  近年來,刀具材料的表麵強化(潤化)技術發展很快,有關新技術、新工藝層出不窮,針對不同需要可以選擇不同的表麵強化技術來提高鋼件在各種類型磨損條件下的耐磨性,以價格較低廉的基體材料製作工件取代昂貴的合金鋼。滲碳、碳氮共滲滲氮等工藝目前仍然是強化機械零件的主要措施,采用共滲、複合滲、滲硼、滲金屬、噴焊堆焊氣相沉積電刷鍍、離子注入等工藝在不同機件的各種工況條件下都取得了提高耐磨性的明顯效果。此外,鑄滲、複合鑄造等鑄造工藝在耐磨鋼件的製造中也有應用。

  磨損是發生在工件表麵的過程,因此,強化工件表麵就顯得十分重要。鋼的表麵強化技術有著悠久的曆史,譬如,滲碳技術至少可以追溯到兩幹多年前中國的漢朝,而一千多年前的中國史書中已有關於碳氮共滲工藝的記載。近幾十年來,各種各樣的表麵強化技術與裝備發展迅速,采取必要的表麵強化及表麵改性措施,不僅可以節約大量的原材料,而且可以賦予工件表麵層以各種特殊的、作為整體材料難以得到的組織結構與性能,從而取得最優異的耐磨性能和巨大的經濟效益。如今,表麵強化技術已成為刀具(包括耐磨材料)的研究與應用的一個重要發展方向。


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