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斗齿作为挖掘机与物料直接接触的零件,常处在复杂恶劣工况下工作,属于挖掘机中的易磨损件,所以要求齿尖具有高硬度与高耐磨性,其他部位具有强韧性的力学性能。然而传统成形工艺生产的斗齿已无法满足人们对其力学性能日益提高的要求。本文提出以液态模锻工艺成形斗齿的技术思路,设计了完整的液态模锻斗齿技术方案。首先,选取低碳合金钢ZG14CrMnSiNi为研究对象,利用SEM、EDS、JB-50冲击试验机等其他检测设备,研究ZG14CrMnSiNi在不同压力下组织、硬度、韧性及其他力学性能特点,得出了压力对液锻斗齿材料组织与力学性能的影响规律,同时分析了液态模锻对于改善材料组织与提高材料力学性能的积极作用;其次,通过对斗齿结构分析,设计出了液态模锻斗齿专用模具和成形工艺方案;然后,利用ProCAST仿真模拟软件对液锻斗齿工艺进行模拟,通过对温度场、应力场以及铸造缺陷的观察与分析,验证方案可行性;最后,针对斗齿液态模锻工艺方案与模具方案设计出了满足适用斗齿专用液锻压力机的技术方案。得到的主要结论如下:(1)液锻比压对于改善ZG14CrMnSiNi晶粒尺寸有着显著的作用。随着比压的增大,晶粒逐步细化,但是随着比压的增大,压力对于晶粒的细化作用逐渐减弱。相比传统的金属型铸造工艺,液锻斗齿钢的组织及晶粒尺寸更加均匀。在铸态时,金属型铸造铁素体的晶粒尺寸最大,比压60MPa液锻试样铁素体晶粒尺寸相比金属型铸造减小了 33.0%,比压120MPa液锻试样铁素体晶粒尺寸相比金属型铸造减小了 43.9%,比压150MPa液锻试样晶粒度相比金属型铸造减小了 54.5%;在热处理态时,60MPa液锻试样晶粒度相比金属型铸造减小了 46.0%,比压120MPa液锻试样的晶粒度相比金属型铸造减小了 60.0%,比压150MPa液锻试样晶粒度相比金属型铸造减小了 69.6%。(2)经过对比不同比压下材料的硬度、冲击韧性以及耐磨性得到随着压力的增大,材料的硬度与冲击韧性逐渐变大。在比压150MPa下,100min试样磨损量最小为0.4697g,与金属型铸造相比耐磨性提高了将近40.0%,较比压60MPa耐磨性提高了 10.7%,较比压120MPa下耐磨性提高了 13.6%,说明试样硬度与韧性的提高带来了良好的耐磨性,压力在细化晶粒等作用下对于ZG14CrMnSiNi材料力学性能有了明显的提高。(3)斗齿的液锻采取一模四腔水平成型,中心对称矩形布置,上下分模,加压方案为间接加压充型+直接加压补缩,出件方案为下压头带动顶杆快速出件。(4)通过计算机模拟得到可行性工艺方案:液锻比压150MPa,充型速度46.6mm/s,浇注温度为1560℃,模具预热200℃。综上所述,通过对斗齿材料的组织与性能研究,证实了用液态模锻工艺制作的斗齿在提高耐磨性、减少组织缺陷以及提高斗齿使用寿命方面具有明显的优势,并且产品性能相比金属型铸造有了较大的提升。同时通过对斗齿工艺方案的设计与仿真模拟的结果证实了液态模锻斗齿在生产实际中可行性。