2100BL电铲齿条的国产化研发

易剑辉，叶喜平

(1.江西铜业集团德兴铜矿采矿场，江西上饶 334224;2.江西铜业集团德兴铸造，江西上饶 334224)

2100BL电铲齿条的国产化研发

易剑辉，叶喜平

(1.江西铜业集团德兴铜矿采矿场，江西上饶 334224;2.江西铜业集团德兴铸造，江西上饶 334224)

本文通过分析进口2100BL电铲齿条的化学成分和齿条在工作时的复杂工况条件，有针对性的选择齿条材料，设计合理的铸造工艺、热处理工艺、焊接工艺，通过全面的质量控制，确保了齿条的各项机械性能，达到了进口件的要求，实现了国产化。

电铲齿条;铸造;机械性能;质量控制

2100BL电铲广泛运用于大型露天矿山的挖掘装载作业，齿条是该设备铲斗挖掘的主要传动部件，铲斗通过斗杆齿条的运动实现挖掘动作，齿条在其中主要起到了终端传动的作用，工作时输出很大扭矩且承受较大的冲击载荷，其失效形式主要表现为齿的磨损和折断，因此，在制造齿条时其质量控制非常严格。目前各种型号的电铲齿条材料主要有ZGMn13、ZG40CrNi2Mo、ZG35CrMo等［1，2］。本文选择Mn13Mo作为齿条材料，对齿条的铸造、热处理以及焊接工艺进行全面质量控制，生产的齿条达到了进口件性能，完全满足现场使用要求。

1 齿条的化学分析

电铲的高锰钢齿条在P＆H－7中的化学成分见表1。

根据上表P＆H对电铲齿条的化学成分的要求以及结合实际情况，本文将选择Mn13Mo作为齿条材料来进行研制。由于整根齿条长度达到7.6m，整体铸造很困难，采取三段分体铸造而成，由于齿条工作时受力部位主要为齿面，齿条的底部只是在焊接时起到连接作用，其性能要求不高，三段齿条经过机加工后焊接组成整体齿条，在质量控制方面需严格把关。

表1 (%)

表2为Mn13Mo的化学成分及力学性能，由表可知，ZGMn13Mo符合P＆H对电铲齿条的化学成分的要求，而且ZGMn13Mo具有高强度，良好的韧性和耐冲击性，能够承受自重400～500t的电铲在工作时的复合载荷，尤其是耐磨性极好，使用寿命长，淬透性好，经热处理后，可获得均匀一致的较高的综合机械性能。因此，本文将采用Mn13Mo材料来研制开发电铲齿条。

表2

2 铸造工艺质量控制

2.1 齿条的技术要求

(1)铸件不允许有裂纹、疏松、夹渣、气孔、砂眼等影响强度的铸造缺陷;

(2)铸造齿面应清理平整、光滑，局部凹凸均不得大于2mm;

(3)铸件齿廓应用样板检查，样板与实物的最大间隙不得大于2mm;

(4)铸件对上下及侧向弯曲不得大于2，两端与实物的最大间隙不得大于2mm;

(5)未注明的铸造圆角均为R5;

(6)调质硬度HB302－341。

以上是齿条的技术要求，为了保证铸件的尺寸精度，提高其表面质量，我们选用树脂砂作为型砂。树脂砂造型方便，流动性好，不受产品结构的限制，使生产的产品具有较光洁的表面，同时，生产的铸件的表面质量好，晶粒细，机械性能较好。同时我们选用树脂砂为芯砂，其制造的芯砂具有良好的溃散性与退让性，可以防止铸件在凝固收缩过程中受阻而产生裂纹［3，4］。涂料采用镁砂粉醇基涂料，浇注温度控制在1430～1450℃。根据以上要求，铸造过程中主要应注意如下几点:

(1)木模应光洁、平整，圆角全部做出，刷树脂砂专用漆，并做齿廓成品检验样板一副;造型时根据要求位置放置好割片及保温冒口套;

(2)造型尽量保证型(芯)的尺寸精度，拐角、凹槽及热节带应使用铬铁矿砂;

(3)浇注时应遵循慢－快－慢的原则，当浇注至冒口高度2/3时由冒口缓流注满;

(4)浇注完毕后应及时使用保温剂覆盖冒口，保温20h后打箱落砂。

2.2 齿条的机械性能

铸件在铸造成型后，由于ZGMn13Mo属于高锰钢铸件，直接采取水韧处理，处理时防止齿条变形，当铸件存在焊补的缺陷时，在水韧处理后根据相关焊补工艺进行补焊并打磨平整。水韧处理完成后，需对齿条的机械性能进行取样检查，以保证生产的齿条满足实际使用的要求。为了方便取样检查，在铸造时专门铸造了齿条铸件附铸试块［5］。

齿条的机械性能的质量控制是齿条质量控制的重点，力学性能试样取自于齿条铸件附铸试块。冲击试样加工成10mm×10mm×50mmU型缺口试样，拉伸试样加工成8mm的标准短试样。经过冲击和拉伸试验，并用硬度计测定热处理后试样的硬度，结果显示，齿条试样经过热处理后，外形尺寸、硬度、抗拉强度等各个技术指标都符合产品要求，经过机加工后，直接加工到位。

3 齿条焊接加工工艺

分体铸造的齿条，经过热处理、机械加工，最后焊接加工成整体齿条。在将齿条焊接到斗杆的过程中，为保证焊接质量，必须对焊接时焊条、焊接工艺等要点进行控制。

(1)ZGMn13Mo属于高锰钢材质，先在焊缝的两侧用不锈钢焊条打底，中间堆焊焊条选用E7018焊条。E7018是铁粉低氢钾型药皮的优质碳钢焊条。该焊条具有优异的焊接工艺性能，电弧挺度好，不易产生磁偏吹，焊缝成型细洁美观，飞溅少，脱渣容易;焊缝金属具有优良稳定的低温韧性及抗裂性能。焊接前需经过350～400℃烘烤2h，冷却至100℃左右开始焊接，并随烘随用。

(2)在焊接前，为了避免焊接缺陷的产生，需对斗杆进行局部预热，边焊接边预热，预热温度为150～250℃，保证在焊接过程中温度达到要求。在焊接坡口处应清理油污、铁屑等杂质。焊接时，为防止焊接变形，采用双面同时焊接的方法，第一道焊缝采用电流较小、焊速缓慢来减少裂纹的产生，在完成整体齿条的焊接后才停止作业。在焊后采用缓冷，以防止焊后焊接缺陷的产生。通过以上焊接工艺，焊后变形小，满足零件的设计要求，用磁粉探伤表面无焊接缺陷，用X射线进行焊缝探伤，焊缝内部没有缺陷，质量良好。

4 结语

实践表明，用ZGMn13Mo铸钢铸造的2100BL电铲齿条，经过水韧处理、机械加工、最后进行焊接组成整条齿条，在德兴铜矿使用多年以来，没有出现过质量问题，取得了良好的效果。

电铲齿条的工况条件比较复杂，其质量要求十分的严格，在铸造、热处理以及焊接加工的过程中需严格按照生产工艺进行，我们应用此工艺研制出来的齿条，铸件表面质量好、化学成分达标、机械性能优良、尺寸复合精度要求，整体产品焊接后经过超声波探伤无缺陷，完全满足了使用要求。

［1］窦玺芳.挖掘机铲杆齿条的更换［J］.矿山机械，2005，(5): 54255.

［2］马立军.WK24斗臂齿条焊装工艺［J］.矿山机械，2000，(10): 86287.

［3］施延藻.铸造实用手册［M］.沈阳:东北工业学院出版社，1988.

［4］李刚.关于电铲吃条的质量控制［J］.矿山机械，2007.

［5］张玉庭.简明热处理工手册(第二版)［M］.北京:机械工业出版社，1998，9:270－273.

Research and Development on Nationalization of 2100BL Electric Shovel Gear

YI Jian－hui，YE Xi－ping

(1.JCC Dexing Copper Mine，Shangrao，Jiangxi，China 334224; 2.JCC Dexing Casting Co.，Ltd.，Shangrao，Jiangxi，China 334224)

In this article，through analyzing the chemical composition of 2100BL electric shovel gear imported and the complex operation condition，the gear material is selected carefully.The casting process，heat treatment process and welding technology are designed reasonably.Through comprehensive quality control，all the mechanical behaviors of the gear can meet the requirements for the imports，to realize nationalization.

electric shovel gear;casting;mechanical behavior;quality control

TD422.2+1

B

1009－3842(2011)01－0069－02

2010－12－02

易剑辉(1979－)，男，江西宜丰人，本科，工程师，主要从事电铲的现场维护工作，E－mail:yjhisfly204@sina.com