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双轴撕碎机刀片的构成及发展走向浅析

编辑:杭州有限公司  时间:2020-06-09

  根据《固体废物污染环境防治法》,固体废弃物可分为生活垃圾、工业固体废物和危险废物三类,随着对环境治理日益重视,固体废弃物对环境造成的污染也越发引起人们的重视。而对固体废弃物的处理离不开双轴破碎机,其高效、耐用已成为许多企业的高度重视后的首要选择。从众多市场实践来看,双轴破碎机的刀具使用寿命和运用方式是制约其效能的关键。刀具作为切削工具,随着制造技术的发展,切削加工作为制造技术的主要基础工艺,进入了以发展高速切削,开发新的切削工艺和加工方法,提供成套技术为特征的发展新阶段。本文试就对双轴破碎机的刀具构成、不足和发展走向,作一次浅显分析。

  一、刀片的外形与结构

  从外形上来说,双轴撕碎机刀片以爪刀为多。按照各个公司的设计,安装在双轴或四轴撕碎机上,一般可分为单爪撕碎机刀片和多爪撕碎机刀片等,通过改变刀爪的数量(外部形状)粉碎、撕裂和挤压减小物料达到理想尺寸。

  从结构上来说,双轴撕碎机刀片可分为整体结构和分体组合结构。整体结构由D2、LD、Cr12Mov、SKD-11等材质,经过锻打、线切割、淬火、精磨等多道工艺加工,整体为同一材质的刀片;分体组合结构由刀头(切削边缘)部分和刀座体部分(刀头固定座)组合而成,其刀头部分一般采用与整体结构刀相同的材质和加工工艺制作而成;刀座体部分采用普通合金钢加工而成。从组合形式来看可分为:外圆(缘)等分向(轴)心紧固式和左右侧向紧固。

  1、 外圆等分向心紧固式,一般将刀片外部边缘6等分后固定在等边六边形的刀座体上。

  此类结构目前在市场上已有广泛应用, 也有其它等分结构。

  2、 左右侧向紧固式,此类结构将刀具边缘切削部分从左右两侧固定到刀座体上。例:美国ECO公司

  从使用的效果来看,分体结构刀无论是在维修和使用成本上都略胜于整体结构刀。

  上述撕碎机刀片目前正广泛应用于废塑料、废橡胶、木材和其他大体积废弃物的粉碎。

  二、刀片材质成分比较

  撕碎机刀片材质一般为9sicr、Cr12MoV、SKD-11,其中9SiCr为合金工具钢,此种材质刀具硬度高,耐磨性较好,但是脆性较大,适用于橡胶、纤维、纸张等材质较软的废料,Cr12MoV和SKD-11为冷作模具钢,这两种材料性能相似,具有耐磨性强、抗冲击性强,适合撕碎木材、废旧家具、硬度高的塑料等。

(一)刀具成分:

  合金钢

  合金钢种类很多,通常按合金元素含量多少分为低合金钢(含量<5%),中合金钢(含量5%~10%),高合金钢(含量>10%);按质量分为优质合金钢、特质合金钢;按特性和用途又分为合金结构钢、不锈钢、耐酸钢、耐磨钢、耐热钢、合金工具钢、滚动轴承钢、合金弹簧钢和特殊性能钢(如软磁钢、永磁钢、无磁钢)等。

  合金工具钢

  在碳素工具钢中加入Si、Mn、Ni、Cr、W、Mo、V等合金元素的钢。合金工具钢的淬硬性、淬透性耐磨性和韧性均比碳素工具钢高,按用途大致可分为刃具、模具和量具用钢3类。其中碳含量高的钢(碳质量分数大于0.80%)多用于制造刃具、量具和冷作模具,这类钢淬火后的硬度在HRC60以上,且具有足够的耐磨性;碳含量中等的钢(碳质量分数 0.35%~0.70%)多用于制造热作模具,这类钢淬火后的硬度稍低,为HRC50~55,但韧性良好。

  刃具用钢

  刃具在工作条件下产生强烈的磨损并发热,还有震动和承受一定的冲击负荷。刃具用钢应具有高的硬度、耐磨性、红硬性和良好的韧性。为了保证其具有高的硬度,满足形成合金碳化物的需要,钢中碳质量分数一般在0.80%~1.45%。铬是这类钢的主要合金元素,质量分数一般在0.50%~1.70%,有的钢还含有钨,以提高切削金属的性能。这类工具钢因含有合金元素,因此淬透性比碳素工具钢好,热处理产生的变形小,具有高的硬度和耐磨性。常用的钢类有铬钢、硅铬钢和铬钨锰钢等。

  冷作模具钢

  冷作模具包括冷冲模、拉丝模、拉延模、压印模、搓丝模、滚丝板、冷镦模和冷挤压模等。冷作模具有钢,按其所制造具的工作条件,应具有高的硬度、强度、耐磨性、足够的韧性,以及高的淬透性、淬硬性和其他工艺性能。用于这类用途的合金工具用钢一般属于高碳合金钢,碳质量分数在0.80%以上,铬是这类钢的重要合金元素,其质量分数通常不大于5%。但对于一些耐磨性要求很高,淬火后变形很小模具用钢,最高铬质量分数可达13%,并且为了形成大量碳化物,钢中碳质量分数也很高,最高可达2.0%~2.3%。冷作模具钢的碳含量较高,其组织大部分属于过共析钢或莱氏体钢。常用的钢类有高碳低合金钢、高碳高铬钢、铬钼钢、中碳铬钨钏钢等。

   [化学成分]:冷作模具钢一般具有高的含碳量,wC=1.0%~2.0%,以获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。

  [常用冷作模具钢]:Crl2型钢包括Cr12、Cr12MoV等,这类钢的淬透性及耐磨性好,热处理变形小,常用于大型冷作模具。其中Crl2MoV钢除耐磨性不及Cr12钢外,强度、韧性都较好,应用最广。尺寸较小的冷作模具可选用低合金冷作模具钢CrWMn等,也可采用刃具钢9SiCr或轴承钢GCr15。(高耐磨冷作模具钢:高耐磨冷作模具钢一般是高碳高铬钢,是一种高合金冷作模具钢,应用最为广泛,包括有LD-1、LD-2、Cr12、Cr12Mo1V1、Cr12MoV、Cr12Mo、Cr4W2MoV、Cr6WV、Cr12V、ER5、GM、Cr5Mo1V、Cr12W等常见的13种。)

  热作模具钢

  热作模具分为锤锻、模锻、挤压和压铸几种主要类型,包括热锻模、压力机锻模、冲压模、热挤压模和金属压铸模等。热变形模具在工作中除要承受巨大的机械应力外,还要承受反复受热和冷却的做用,而引起很大的热应力。热作模具钢除应具有高的硬度、强度、红硬性、耐磨性和韧性外,还应具有良好的高温强度、热疲劳稳定性、导热性和耐蚀性,此外还要求具有较高的淬透性,以保证整个截面具有一致的力学性能。对于压铸模用钢,还应具有表面层经反复受热和冷却不产生裂纹,以及经受液态金属流的冲击和侵蚀的性能。这类钢一般属于中碳合金钢,碳质量分数在0.30% ~0.60%,属于亚共析钢,也有一部分钢由于加入较多的合金元素(如钨、钼、钒等)而成为共析或过共析钢。常用的钢类有铬锰钢、铬镍钢、铬钨钢等。

 [化学成分]:热作模具钢为中碳成分,wC=0.3%~0.6%,以获得综合力学性能;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提高耐回火性并防止回火脆性; Cr、W、Mo、Si还提高钢的耐热疲劳性。

  [常用热作模具钢]:5CrMnMo5CrNiMo是最常用的热锻模具钢,其中5CrMnMo常用来制造中小型热锻模,5CrNiMo常用于制造大中型热锻模;对于受静压力作用的模具(如压铸模、挤压模等),应选用3Cr2W8V4Cr5W2VSi钢。

  4Cr5MoSiV1(美国H13、德国1.2344、日本SKD61、瑞典8407)

  其特点:

  1、是空冷硬化热作模具钢也是应用最广泛的热作模具钢。 

  2、有较高的韧性和耐冷热疲劳性能。

  3、在中温条件下具有很好的韧性、热疲劳性能和一定的耐磨性。

  4、空淬热处理变形小空淬时产生的氧化皮倾向小而且可以抵抗熔融铝的冲蚀作用。 

  3Cr2W8V( 美国H21、日本SKD5、德国1.2567)

  其特点:

  1、在高温下有较高的强度和硬度在650℃时硬度达300HBS。

  2、钢材断面在80mm以下时可以淬透。

  3、钢的相变温度较高抵抗冷热交变的耐热疲劳性良好。

  4、韧性和塑性较差。

  5CrMnMo(美国6G、日本SKT5、德国1.2311)

  其特点:有良好的韧度和强度一定的耐磨性淬透性能较好对回火脆性不敏感。 

  三、刀具的磨损

  一般认为磨损是物体工作表面材料在相对运动中不断破坏或损失的现象。而对于磨损的分类也有很多方法,若按磨损机制划分,可分为磨料磨损粘着磨损、腐蚀磨损、冲蚀磨损、接触疲劳磨损、冲击磨损、微动磨损等大类。在工业领域中磨料磨损和粘着磨损在工件磨损失效中占有最大比例,而冲蚀、腐蚀、疲劳、微动等磨损失效方式由于往往产生在一些重要构件的运行中,故日益受到重视。在工况条件下,往往是几种磨损形式同时或先后出现,磨损失效交互作用呈现较复杂的形式。确定工件磨损失效的类型是合理选用或研制耐磨钢的依据。另外,零、部件的磨损是一个系统工程问题,影响磨损的因素很多,它包括工作条件(载荷、速度、运动方式)、润滑条件、环境因素(湿度、温度、周围介质等)、材料因素(成分、组织、力学性能)、零件表面质量及物理化学特性等。其中每个因素的改变都可能使磨损量改变,甚至使磨损机制改变。由此可见,材料因素只是影响工件磨损的因素之一,要提高钢件的耐磨性需要从特定条件下的摩擦、磨损系统整体着手才会取得预期的效果。

  四、刀具工艺发展

  近年来,刀具材料的表面强化(润化)技术发展很快,有关新技术、新工艺层出不穷,针对不同需要可以选择不同的表面强化技术来提高钢件在各种类型磨损条件下的耐磨性,以价格较低廉的基体材料制作工件取代昂贵的合金钢。渗碳、碳氮共渗渗氮等工艺目前仍然是强化机械零件的主要措施,采用共渗、复合渗、渗硼、渗金属、喷焊堆焊气相沉积电刷镀、离子注入等工艺在不同机件的各种工况条件下都取得了提高耐磨性的明显效果。此外,铸渗、复合铸造等铸造工艺在耐磨钢件的制造中也有应用。

  磨损是发生在工件表面的过程,因此,强化工件表面就显得十分重要。钢的表面强化技术有着悠久的历史,譬如,渗碳技术至少可以追溯到两干多年前中国的汉朝,而一千多年前的中国史书中已有关于碳氮共渗工艺的记载。近几十年来,各种各样的表面强化技术与装备发展迅速,采取必要的表面强化及表面改性措施,不仅可以节约大量的原材料,而且可以赋予工件表面层以各种特殊的、作为整体材料难以得到的组织结构与性能,从而取得最优异的耐磨性能和巨大的经济效益。如今,表面强化技术已成为刀具(包括耐磨材料)的研究与应用的一个重要发展方向。