[摘 要]主要针对我公司采煤机中易损零件导向靴的内槽面表面处理的各种工艺方案进行介绍。针对导向靴工作状态下频繁与输送机、销排摩擦碰撞，极易发生断裂的问题，我公司在提高导向靴内槽面耐磨性能方面进行了多次尝试，包括表面淬火、堆焊耐磨层、焊接耐磨板等各种工艺方案，并且在近期运用了新兴的增材制造方法，采用激光熔覆处理技术对导向靴内槽面进行处理。经过对多种工艺方案的试验研究，掌握了各工艺方案的优缺点，总结了经验，对其他零件的表面处理也起到了一定的借鉴作用。
　　[关键词]导向靴 采煤机 耐磨性能 激光熔覆
　　中图分类号：TG146 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）17-0211-01
　　导向靴是采煤机行走部的重要零件，它将采煤机与刮板运输机衔接在一起，支撑链轮与销排啮合以实现采煤机的运动。由于采煤工艺及井下特殊环境的影响，导向靴工作状态下频繁与输送机、销排摩擦碰撞，受力复杂，工作环境恶劣，比较容易磨损，磨损到一定程度后会发生断裂。如何提高接触面耐磨性能一直是我单位亟待解决的难题。
　　1 导向靴内槽面耐磨性能的技术探索
　　确保采煤机井下行走部件的寿命和使用性能，对于煤矿高效开采具有重要意义。为此，我单位曾尝试过诸如表面淬火、堆焊耐磨层、焊耐磨板以及激光熔覆处理等各种方案。
　　1.1 内槽面表面淬火
　　内槽面表面淬火是我公司研发生产第一代采煤机时选择的表面处理方法。作为衡量材料耐磨性的重要指标之一，在同种材料图1导向靴内槽面（标识※的部分）示意图的情况下，不考虑其他因素，硬度越高，耐磨性越好。为此，在机械加工后对内槽面进行感应加热表面淬火以提高其表面硬度。表面淬火硬度达到HRC48-52，淬硬层深度5-7mm。由于钢的芯部仍保持冷态，这种方法变形量小，尺寸比较容易控制[1]。但使用效果欠佳，在恶劣的工作状态下，导向靴破裂现象仍然会经常发生。不能从根本上改变导向靴仍是综采设备中的易损件的现状。
　　1.2 内槽面堆焊耐磨层
　　为了改善导向靴内槽面的表面耐磨性能，我单位选用高锰合金耐磨焊条堆焊耐磨层。在最终机械加工工序时在内槽面为堆焊层留下空位。经过实际生产试验及矿井下生产运行检验，此堆焊耐磨层的处理方案使用效果良好，也未收到来自于煤矿方的不利消息。但因为导向靴内槽面的结构限制，对焊接操作工提出了非常高的技术要求，并且生产效率不高；因为此过程完全由焊工手工操作，焊接质量不好控制，会出现平面误差太大且过于粗糙的现象。
　　1.3 内槽面焊耐磨板
　　耐磨板是由基板及耐磨层组成，在焊接时，基板处需要用正常焊条，耐磨层处需要用不锈钢焊条焊接。同堆焊耐磨层类似，需要在最终机械加工工序时在内槽面留下空位。在实际生产过程中，由于内槽面的复杂结构，同样对焊接操作工提出了更高的技术要求。经客户反映，经常有导向靴因焊接效果不好，耐磨板在使用过程中易发生脱落。并且一台采煤机（2件导向靴）需要1740元，相对表淬及堆焊而言，费用更昂贵。
　　为了解决这个长久以来没有克服的问题，我厂于2012年年初试制了6件导向靴，并与太原理工大学等学术单位及专业制造商进行了交流，应用了激光熔覆处理技术。
　　2 激光熔覆处理技术试用分析
　　不同于传统减材成形的技术路线，激光熔覆处理技术以其材料累加[2]为基本特征的独特加工方法及预期的效果赢得了同行业兄弟单位的青睐，并在导向靴的加工及废件修复方面进行了试探性的使用。因此，我们对激光熔覆处理及其他同原理的增材制造技术产生了浓厚兴趣，希望能满足采煤机某些特定零件的特种技术要求。
　　激光熔覆技术可以以填料的方式在被涂覆基体表面上放置耐磨的涂层材料，经激光辐照使之和基体表面一薄层同时熔化，从而显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化等。
　　熔覆后的尺寸要求熔入本体2-3mm，突出2mm，熔覆后各面的表面硬度为HRC46-52，各面在磨损4-5mm之内硬度保持不变，冲击韧性不低于75.4J/cm2，经过本批次6件导向靴的试生产，熔覆处理过程中暴露了以下问题。
　　2.1 熔覆处理后表面平整度较低
　　熔覆处理导向靴内槽各面后，有样板不能穿过内槽面的现象，不能满足图样要求。而在熔覆处理后零件尺寸不合适的情况下，因内表面堆焊的是一层耐磨陶瓷粉末，对熔覆表面进行后期修整加工相当困难。无奈只能购买昂贵刀具进行铣削加工，效率低下，成本昂贵。
　　2.2 价格过高，不适合批量生产
　　六件导向靴的熔覆处理费用为一万元左右。相比上述其他处理方案，费用更高。
　　经过这次尝试，我厂在激光熔覆处理的技术方案上积累了一定的经验，虽然熔覆处理有其不足之处，但我们对增材制造的先进性有了更为深刻的认识。
　　2.3 实际使用情况良好
　　在制造完成后，根据客户反映，此批导向靴机械性能良好，断裂现象相比较上述其他处理方案而言有了一定程度的缓解，导向靴更加耐用。
　　2.4 技术具有先进性
　　使用不同材料进行增材制造以获得不同的力学性能的阶梯型的零件结构，运用增材制造可以获得芯部高韧性，表层高硬度、高耐磨性的零件[3]。这将是机械制造业的一场革新。相信随着科学技术的发展，激光熔覆处理技术很快能真正应用到重载装备中。
　　3 结语
　　经过对提高导向靴内槽面表面耐磨性能的各种方案的探索及总结，我们积累了诸多经验，为后续其他零件的表面处理积累了一些有用的参考数据。而本次对于熔覆处理的尝试，让我们认识到了增材制造技术的先进性，虽然还不够成熟，但希望在不远的将来，增材制造技术能达到更高的加工精度，实现更高的机械性能，并且在性价比足够合理的情况下普及到煤炭装备行业中来。
　　参考文献
　　[1] 罗秀文.金属材料及其加工工艺学[M].第1版.北京：科学普及出版社.1984.10 P103.
　　[2] 宋天虎.用智慧推动焊接制造的进步[J].机械工程导报. 2013（5/6）.19-26.
　　[3] 卢秉恒，李涤尘. 增材制造和3D打印[J].机械工程导报.2012（11/12）.4-10.
　　作者简介
　　商开振，1985年生，学士，助理工程师，主要从事机械加工工艺方面的工作。