Твердосплавные резцы – основной компонент горного инструмента для дробления и резки руды и горных пород в горнодобывающей промышленности (угольной, металлургической и неметаллической).
Свяжитесь с намиТвердосплавные резцы – основной компонент горного инструмента для дробления и резки руды и горных пород в горнодобывающей промышленности (угольной, металлургической и неметаллической). Высокая твёрдость карбида и прочность основного материала обеспечивают эффективную работу в экстремальных условиях (высокие ударные нагрузки, повышенный износ и сложные горно-геологические условия). Они являются «зубами» полностью механизированного горнодобывающего и проходческого оборудования (например, очистных и проходческих комбайнов), напрямую влияя на эффективность и стоимость горных работ. Ниже представлено подробное описание их основных компонентов, классификации, требований к производительности, принципов работы, вариантов применения, причин отказов и рекомендаций по выбору.
I.Состав сердечника: Композитная структура «твердосплавная головка + стальная матрица»
Эффективность резца зависит от синергии «износостойкости твердого сплава» и «ударной стойкости стальной матрицы». Эти два фактора сочетаются посредством специальных процессов, и ни один из них не является обязательным: требования к материалу компонентов играют ключевую роль в ключевом процессе.
| Компоненты | Требования к материалам | Основная роль | Ключевые процессы |
| Твердосплавная головка | Сплавы вольфрама-кобальта (WC-Co) (содержание кобальта обычно составляет 6–15 %) и сплавы вольфрама-титана-кобальта (WC-TiC-Co) используются в некоторых экстремальных условиях эксплуатации. | Находясь в непосредственном контакте с рудой и породой, он выдерживает режущий износ и экструзионное напряжение, обеспечивая «режущую способность» и «срок службы» резца. | Спекание методом порошковой металлургии (прессование → спекание → финишная обработка) для обеспечения плотности сплава ≥14,5 г/см³ и твердости ≥HRA85 |
| Стальное основание | Высокопрочная легированная конструкционная сталь (например, 42CrMo, 35CrMnSiA) должна обладать высокой вязкостью и высокой прочностью на растяжение. | Поддерживает твердосплавную головку, передает крутящий момент и ударную силу оборудования, поглощает противоударную нагрузку рудной породы и предотвращает разрушение. | Ковка (для повышения прочности) → Закалка и отпуск (твердость 28-32HRC, баланс прочности и вязкости) → «пайка» припоем (высокотемпературная сварка, обеспечивающая прочность соединения ≥150 МПа) |
II.Основная классификация: по горнодобывающему оборудованию и условиям работы
Различное горнодобывающее оборудование (угольные комбайны, проходческие комбайны) имеет разные методы резания и характеристики нагрузки, а соответствующие конструкции резцов и эксплуатационные характеристики значительно различаются. Основные классификации следующие:
1.Резцы для угледобывающих машин
Применимые сценарии: забой в угледобыче, выемка угольного массива (низкой твердости, но может содержать пустую породу).
Тип сердечника:
Кырк-резец (наиболее распространённый): головка имеет форму кыла с острой режущей кромкой, подходит для дробления слоёв угля и снижения сопротивления резанию. К типичным моделям относятся U92, U170 и U200 (номер модели обычно соответствует общей длине кырка в мм).
Клык ножевидной формы: головка плоская, как «лезвие», подходит для резки каменного угля или угля с небольшим количеством пустой породы. Обладает высокой режущей способностью, но ударопрочность несколько ниже, чем у клыка.
Особенности: особое внимание уделяется «низкому сопротивлению резанию» и «стойкости к ударам пустой породы», головки сплавов в основном имеют «сферические или конические режущие кромки», а приоритет отдается прочности матрицы.
2.Зубья для проходческих комбайнов
Применимые сценарии: проходка горных выработок (разрезка угольных пород, полуугольных пород или твердых пород), где условия работы более тяжелые (высокие ударные нагрузки и сильный износ).
Тип сердечника:
Резец проходческий: конструкция аналогична конструкции горнодобывающего комбайна, но основание толще (диаметр ≥ 22 мм), головка из сплава больше (диаметр ≥ 16 мм) и ударопрочность выше. Представленные модели: S100, S120 и S150.
Кирки для твердых пород: для руд с твердостью выше f8 (например, гранита и железной руды) головка сплава изготовлена из «крупнозернистого сплава WC-Co» (для более высокой ударной стойкости), а на базовую поверхность наварен износостойкий слой (например, наплавка из карбида вольфрама) для продления срока службы.
Особенности: Основное внимание уделяется «высокой ударопрочности» и «сильной износостойкости», более толстой структуре и более высоким затратам на материал.
III.Ключевые требования к производительности: адаптация к экстремальным условиям горнодобывающей промышленности
В процессе добычи полезных ископаемых резцы должны выдерживать износ, удары и высокие температуры (тепло трения, выделяющееся при резке, может достигать локальных температур 300–500 °C). Поэтому они должны соответствовать следующим основным эксплуатационным требованиям:
1.Высокая износостойкость: твердость твердосплавной головки должна быть ≥HRA85, а зерна WC должны быть однородными (чтобы избежать концентрации напряжений и растрескивания), что гарантирует снижение износа режущей кромки при резке руды и породы, а также увеличение срока службы (обычно срок службы резцов угледобывающих машин должен составлять ≥500 тонн угля).
2.Высокая ударопрочность: ударная вязкость стальной основы должна быть ≥12 Дж/см², чтобы предотвратить разрушение от «включений пустой породы» (например, блоков песчаника в угольных пластах) или «твёрдых участков» в руде. При этом прочность пайки твердосплавного наконечника и основы должна быть ≥150 МПа, чтобы предотвратить отслоение наконечника (один из наиболее распространённых видов разрушения).
3.Стойкость к высоким температурам: при температуре твердого сплава выше 300 °C прочность связующей фазы кобальта снижается, а твердость при высоких температурах необходимо повышать путем оптимизации состава сплава (например, путем добавления TaC); стальная матрица должна избегать «размягчения» при высоких температурах, а стабильность при отпуске после закалки и отпуска должна соответствовать стандартам.
4.Коррозионная стойкость/усталостная прочность: Горнодобывающая среда влажная (просачивание воды под землей), поэтому стальная основа требует антикоррозионной обработки (например, чернения и цинкования). Кроме того, резцы подвергаются длительным циклическим ударным нагрузкам, поэтому необходимо избегать появления усталостных трещин (например, оптимизировать радиус перехода основы для снижения концентрации напряжений).
IV.Принцип работы: совместное дробление руды и горных пород «Удар + Сдвиг».
Рабочий процесс кирки заключается в том, что мощность оборудования (крутящий момент, тяга) передается через кирку на руду и породу, реализуя процесс «дробления-вскрыши», который, в свою очередь, делится на три этапа:
1.Врезание в породу: резец вращается с высокой скоростью (линейная скорость обычно составляет 3–5 м/с) вместе с барабаном (режущим барабаном угольного комбайна). Твердосплавная режущая кромка сначала контактирует с породой и «вдавливается» в её поверхность благодаря своей высокой твёрдости, образуя начальную трещину.
2.Ударное дробление: под действием силы тяги барабана резец непрерывно сжимает рудную породу. Одновременно с этим, ударная сила, создаваемая вращением, приводит к расширению трещин в рудной породе. Когда напряжение превышает прочность рудной породы на сжатие, рудная порода подвергается «хрупкому разрушению» с образованием мелких кусков шлака.
3.Зачистка и удаление шлака: резец продолжает вращаться, «срезая и отделяя» измельченный шлак от матрицы и транспортируя шлак к скребковому конвейеру через спиральные лезвия барабана, завершая цикл резки.
4.Распространенные причины отказов: основные проблемы, влияющие на срок службы
V.Средний срок службы горных резцов обычно составляет 10–30 дней (в зависимости от условий эксплуатации). Существует четыре основных типа неисправностей, которые напрямую приводят к снижению эффективности добычи и увеличению затрат на замену:
1.Откалывание головки из карбида: составляет 30–40 % от общего количества отказов, в основном из-за дефектов в процессе пайки (таких как недостаточная температура сварки, поры в сварном шве) или несоответствия коэффициентов термического расширения подложки и головки из сплава (зазор после охлаждения), что приводит к откалыванию головки из сплава под ударом.
2.Растрескивание/чрезмерный износ головки сплава: составляет 25–35%. В первом случае причиной являются дефекты материала головки сплава (например, неравномерность зерен, внутренние включения) или чрезмерное воздействие на рудную породу (например, твердая порода); во втором случае причиной является недостаточная твердость сплава (например, слишком высокое содержание кобальта, пониженная твердость) или слишком длительное время резания твердой породы.
3.Разрушение стальной матрицы: составляет 15–25 %, в основном из-за недостаточной вязкости материала матрицы (например, некачественная закалка и отпуск) или дефектов конструкции (например, слишком малый радиус перехода), что приводит к появлению усталостных трещин при сильном ударе и, в конечном итоге, к разрушению.
4.Чрезмерный износ подложки: составляет 10–15%. Это происходит из-за отсутствия износостойкой обработки поверхности подложки или резки кварцсодержащих минеральных пород (кварц обладает высокой твёрдостью и чрезвычайно абразивен по отношению к стальной подложке), что приводит к уменьшению диаметра подложки и её неспособности удерживать головку из сплава, что приводит к необходимости её замены.
5.Рекомендации по выбору и использованию: улучшение жизни и снижение затрат
VI.Разумный выбор и правильное использование — залог продления срока службы кирки и снижения затрат на расходные материалы для горнодобывающей промышленности. Обратите внимание на следующие четыре момента:
1.Подберите модель в соответствии с условиями работы:
Угольная горнодобывающая машина (мягкий уголь, f≤3): выбирайте обычные резцы, такие как U92 и U170, с содержанием кобальта в сплаве 8–10 % (сбалансированная износостойкость и ударопрочность).
Проходка тоннелей в полуугольных и скальных породах (уголь + мягкая порода, f3-f6): выберите проходческие резцы S120 или S150 с утолщенным основанием и диаметром головки из сплава ≥14 мм.
Добыча твердых пород (f≥8): выберите специальные резцы для твердых пород, используйте крупнозернистый сплав WC-Co (содержание кобальта 12%-15%) и наварите карбид вольфрама на подложку.
2.Контролируйте параметры резания: избегайте чрезмерной линейной скорости ролика (более 5 м/с, что может привести к перегреву и износу сплава) и чрезмерного осевого давления (которое может легко привести к разрушению матрицы). Параметры следует корректировать в зависимости от твёрдости руды (для твёрдых пород следует уменьшить скорость и осевое давление).
3.Регулярный осмотр и техническое обслуживание: проверяйте резцы на предмет осыпания сплава и трещин матрицы каждую смену (8 часов) и своевременно заменяйте вышедшие из строя резцы (чтобы избежать ситуации, когда «плохие зубы стачиваются хорошими зубами»); регулярно очищайте посадочное место зубьев барабана от угольного шлама (чтобы предотвратить неправильную установку резцов).
4.Выбирайте высококачественных поставщиков: отдавайте приоритет производителям, прошедшим сертификацию ISO9001, чтобы гарантировать, что материал сплава (предоставьте отчет об испытаниях состава) и процесс пайки (ультразвуковой контроль сварных швов) соответствуют стандартам, а также избегайте дешевых и некачественных режущих зубьев (которые имеют короткий срок службы и увеличивают затраты).
