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摘 要：采煤机是我国开采煤炭资源需要的重要机械，而重载齿轮的采煤机更是得到了广泛的应用，开采煤炭资源的时候，因为各个地方的地质条件不同，有些地方采煤机需要通过断层等，所以齿轮就显得十分重要，如果齿轮的质量不合格，采煤机很难发挥作用，因此采煤机重载齿轮的任何制造环节都非常重要，尤其是热处理工艺。本文主要通过对齿轮材料的选择以及加工制造工艺的介绍，进而探讨了提高采煤机重载齿轮性能途径，仅此提供借鉴。
关键词：采煤机重载齿轮；制造；热处理；工艺；途径
为了能够适应各种地质开采条件，对采煤机各个零部件质量都有严格的要求，尤其是齿轮，因为齿轮是采煤机开采煤炭重要的部件，尤其是一些地质条件不佳地方，齿轮起着非常重要的作用，齿轮的性能与开采的效率息息相关，在此，笔者就从制造工艺和热处理工艺两方面来探讨提高采煤机重载齿轮的性能的途径。
1 采煤机重载齿轮的材料与形状
采煤机普遍使用的重载齿轮，我们把它称作主传动齿轮，这种齿轮能够承受很大的荷载，其所使用的材料通常是合金渗碳钢，这种材料最大的优势就是具有高淬透性， 但是使用这两种材料的齿轮，对采煤机型号也有一定的要求，通常情况下，有三种型号的采煤机的齿轮使用这种材料，第一种是MG200W型号；第二种是MG300W型号；第三种是MG4630DW型号。采煤机的重载齿轮按照形状来说，主要有两种，一种是圆柱形状的，另一种是圆锥形状的，圆锥形的齿轮可以分为种，一种是单纯的圆锥齿轮，另一种是弧齿圆锥齿轮，这个齿轮有12个模数，螺旋角是35°。
2 采煤机重载齿轮的制造工艺
2.1 大圆角凸头滚刀新工艺
模数是10，而压力角是20°的采煤机重载齿轮，如果利用传统的制造工艺，在其滚齿的时候，对齿根圆角是R1.0，而径向间隙是2.5，但是如果采用新工艺齿根圆角就变为R4，而径向间隙也变为4，非常明显，利用这种制造工艺，齿根圆角半径提高了很多，而且磨齿后齿根也不会出现台痕，进而降低齿根应力集中，使增加齿轮的强度。通过实验比较，发现利用这种新工艺，其使用寿命与传统的工艺相比，延长很多。
2.2 氮化钦涂层插齿刀加工花键孔
利用合金渗碳钢材料制成的齿轮，其模数通常在6到12之间，压力角普遍是20°，内孔通常是花键孔，这种花键孔属于渐开线式的，它的模数在3到5之间，压力角要比外齿压力角大10°，即为30°。经过一系列的冷处理之后，外齿齿面硬度与内部影响都有所变化，前者硬度在58-62HRC之间，而后者的硬度最高可以达到42HRC，因为内部硬度过高，不方便加工，处理在热处理的时候，要控制好内部硬度，一般情況下，在30-36HRC之间即可。
为了能够保证齿轮性能更加优良，尤其是在强度方面，可以利用上述工艺，在整体淬火结束之后，再插制渐开线花键孔，采用这个工艺需要注意几个问题：首先，内部硬度要控制在30至36HRC之间，其次，使用插齿刀应该是氮化钦涂层式的，因为如果利用这种工艺，普通的插齿刀加工起来非常困难，而使用氮化钦涂层插齿刀进行加工，加工质量优良，为后期的使用奠定了基础，而且也符合相关设计参数的要求。
2.3 采用高强度合金钢硬齿而磨齿工艺
这种工艺最适合用在低速重载齿轮中，其主要过程是，第一步进行鼓形齿磨削，主要就是利用太阳轮来完成这项任务；第二步调整好冷却液、硬度等因素，控制好磨削量、砂轮粒度等因素，这种工艺有很多的优势，其中最重要的是齿面不会出现龟裂的问题，齿面也不会出现拉毛的现象。
3 改善齿轮的热处理工艺
提高采煤机重载齿轮的性能，除了改进制造工艺外，还有就是改善热处理工艺，只有这两种工艺有效的配合才会真正的提高采煤机重载齿轮的性能。
18Cr2Ni4WA材料有很高的淬透性，经渗碳、淬火、冷处理后具有较高的强度和韧性。为了进一步提高齿轮心部的强度和硬度，采用深层渗碳法，将带有花键孔的齿轮渗碳层深度加大到1.92.3mm，淬火后齿而硬度为5862HRC，心部硬度为3036HRC。表面渗碳层浓度控制在0.75%-1.00%，过渡层变化要平缓，以减小过渡层残余拉应力，有效硬化层控制在整体渗碳层的68%-70%。对金相组织的要求是碳化物级别不大于3级，残余奥氏体量不大于4级，脱碳层蕊不大于0.05mm，渗碳淬火后要保证心部力学性能。
控制热处理质量主要在于控制渗碳、淬火2个主要环节。在18Cr2Ni4WA材料中，Si，Mn2种元素极少，它们对渗碳层和渗层浓度梯度的影响可忽略不计。其主要合金元素Ni是非碳化物形成元素，主要作用是提高淬透性、降低渗层碳浓度和梯度。Cr和W都是碳化物形成元素，由于它们吸碳能力极高，因而使渗层碳浓度升高，浓度梯度变陡。故合金元素Ni，Cr和W综合作用的结果是渗层碳浓度升高，浓度梯度变陡。若采用一般的渗碳方法，渗层极易产生网状碳化物，使渗层变脆产生裂纹。鉴于此，采用分段渗碳法，渗剂采用甲醇和煤油，渗碳工艺过程分为排气、升温、强渗及扩散几个阶段。所谓分段渗碳法，就是把整个渗碳过程分为几个阶段，在不同阶段采用不同的碳势和温度，防止渗碳层网状碳化物的产生。18Cr2Ni4WA齿轮经分段渗碳后，根据心部硬度要求不同，再在220，420，540℃硝盐槽中进行分级淬火，使心部获得低碳马氏体+贝氏体+残余奥氏体组织。淬火后清洗表面残盐，在零下60℃-零下80℃的液氮+酒精溶液中进行冷处理，其主要目的是使渗层中残余奥氏体转变为马氏体，提高其硬度。冷处理后要及时进行低温回火。
经渗碳、淬火、冷处理和低温回火后，对齿而和齿根进行喷丸强化处理，可以进一步提高齿根强度。喷丸强化通常是齿轮加工的最后一道工序，喷丸过程中，微小球形弹丸撞击在齿轮表而，会产生很大的残余压应力薄层，这层薄层仅集中在齿轮表面和次表面，经喷丸后能使齿轮的接触疲劳强度提高30%-50%，并且能使齿根弯曲疲劳强度得到改善，能够有效地阻止裂纹的扩展，并且能够有效地抵抗破坏性冲击，减小点蚀。资料表明，通过喷丸强化处理，可使齿轮寿命明显提高。
结束语
综上所述，可知要想真正的提高采煤机重载齿轮的性能，既要在制造工艺上下功夫，又要在热处理工艺上下功夫。采煤机质量对煤矿开采业的发展十分重要，而齿轮是采煤机最为重要的构成部分，所以提高采煤机重载齿轮的性能很关键。本文主要介绍了三种提高采煤机重载初论性能的制造工艺，在制造的时候根据相关要求选择合适的制造工艺。本文是笔者多年的采煤机重载齿轮的制造及其热处理工艺实践经验的总结，希望为相关采煤机重载齿轮的制造人员提供借鉴，为我国采煤机重载齿轮制造工艺和热处理工艺的发展提供参考。
参考文献
[1]杨天文.对采煤机截齿失效形式的认识与分析[J].科技信息（学术研究），2007（25）.
[2]王悔改，张占领.热处理工艺对超高碳钢显微组织及磨损性能的影响[J].铸造技术，2011（4）.
[3]尚可超.基于绿色制造的采煤机齿轮新材料的研究与应用[J].机床与液压，2011（4）.
关键词：采煤机重载齿轮；制造；热处理；工艺；途径
为了能够适应各种地质开采条件，对采煤机各个零部件质量都有严格的要求，尤其是齿轮，因为齿轮是采煤机开采煤炭重要的部件，尤其是一些地质条件不佳地方，齿轮起着非常重要的作用，齿轮的性能与开采的效率息息相关，在此，笔者就从制造工艺和热处理工艺两方面来探讨提高采煤机重载齿轮的性能的途径。
1 采煤机重载齿轮的材料与形状
采煤机普遍使用的重载齿轮，我们把它称作主传动齿轮，这种齿轮能够承受很大的荷载，其所使用的材料通常是合金渗碳钢，这种材料最大的优势就是具有高淬透性， 但是使用这两种材料的齿轮，对采煤机型号也有一定的要求，通常情况下，有三种型号的采煤机的齿轮使用这种材料，第一种是MG200W型号；第二种是MG300W型号；第三种是MG4630DW型号。采煤机的重载齿轮按照形状来说，主要有两种，一种是圆柱形状的，另一种是圆锥形状的，圆锥形的齿轮可以分为种，一种是单纯的圆锥齿轮，另一种是弧齿圆锥齿轮，这个齿轮有12个模数，螺旋角是35°。
2 采煤机重载齿轮的制造工艺
2.1 大圆角凸头滚刀新工艺
模数是10，而压力角是20°的采煤机重载齿轮，如果利用传统的制造工艺，在其滚齿的时候，对齿根圆角是R1.0，而径向间隙是2.5，但是如果采用新工艺齿根圆角就变为R4，而径向间隙也变为4，非常明显，利用这种制造工艺，齿根圆角半径提高了很多，而且磨齿后齿根也不会出现台痕，进而降低齿根应力集中，使增加齿轮的强度。通过实验比较，发现利用这种新工艺，其使用寿命与传统的工艺相比，延长很多。
2.2 氮化钦涂层插齿刀加工花键孔
利用合金渗碳钢材料制成的齿轮，其模数通常在6到12之间，压力角普遍是20°，内孔通常是花键孔，这种花键孔属于渐开线式的，它的模数在3到5之间，压力角要比外齿压力角大10°，即为30°。经过一系列的冷处理之后，外齿齿面硬度与内部影响都有所变化，前者硬度在58-62HRC之间，而后者的硬度最高可以达到42HRC，因为内部硬度过高，不方便加工，处理在热处理的时候，要控制好内部硬度，一般情況下，在30-36HRC之间即可。
为了能够保证齿轮性能更加优良，尤其是在强度方面，可以利用上述工艺，在整体淬火结束之后，再插制渐开线花键孔，采用这个工艺需要注意几个问题：首先，内部硬度要控制在30至36HRC之间，其次，使用插齿刀应该是氮化钦涂层式的，因为如果利用这种工艺，普通的插齿刀加工起来非常困难，而使用氮化钦涂层插齿刀进行加工，加工质量优良，为后期的使用奠定了基础，而且也符合相关设计参数的要求。
2.3 采用高强度合金钢硬齿而磨齿工艺
这种工艺最适合用在低速重载齿轮中，其主要过程是，第一步进行鼓形齿磨削，主要就是利用太阳轮来完成这项任务；第二步调整好冷却液、硬度等因素，控制好磨削量、砂轮粒度等因素，这种工艺有很多的优势，其中最重要的是齿面不会出现龟裂的问题，齿面也不会出现拉毛的现象。
3 改善齿轮的热处理工艺
提高采煤机重载齿轮的性能，除了改进制造工艺外，还有就是改善热处理工艺，只有这两种工艺有效的配合才会真正的提高采煤机重载齿轮的性能。
18Cr2Ni4WA材料有很高的淬透性，经渗碳、淬火、冷处理后具有较高的强度和韧性。为了进一步提高齿轮心部的强度和硬度，采用深层渗碳法，将带有花键孔的齿轮渗碳层深度加大到1.92.3mm，淬火后齿而硬度为5862HRC，心部硬度为3036HRC。表面渗碳层浓度控制在0.75%-1.00%，过渡层变化要平缓，以减小过渡层残余拉应力，有效硬化层控制在整体渗碳层的68%-70%。对金相组织的要求是碳化物级别不大于3级，残余奥氏体量不大于4级，脱碳层蕊不大于0.05mm，渗碳淬火后要保证心部力学性能。
控制热处理质量主要在于控制渗碳、淬火2个主要环节。在18Cr2Ni4WA材料中，Si，Mn2种元素极少，它们对渗碳层和渗层浓度梯度的影响可忽略不计。其主要合金元素Ni是非碳化物形成元素，主要作用是提高淬透性、降低渗层碳浓度和梯度。Cr和W都是碳化物形成元素，由于它们吸碳能力极高，因而使渗层碳浓度升高，浓度梯度变陡。故合金元素Ni，Cr和W综合作用的结果是渗层碳浓度升高，浓度梯度变陡。若采用一般的渗碳方法，渗层极易产生网状碳化物，使渗层变脆产生裂纹。鉴于此，采用分段渗碳法，渗剂采用甲醇和煤油，渗碳工艺过程分为排气、升温、强渗及扩散几个阶段。所谓分段渗碳法，就是把整个渗碳过程分为几个阶段，在不同阶段采用不同的碳势和温度，防止渗碳层网状碳化物的产生。18Cr2Ni4WA齿轮经分段渗碳后，根据心部硬度要求不同，再在220，420，540℃硝盐槽中进行分级淬火，使心部获得低碳马氏体+贝氏体+残余奥氏体组织。淬火后清洗表面残盐，在零下60℃-零下80℃的液氮+酒精溶液中进行冷处理，其主要目的是使渗层中残余奥氏体转变为马氏体，提高其硬度。冷处理后要及时进行低温回火。
经渗碳、淬火、冷处理和低温回火后，对齿而和齿根进行喷丸强化处理，可以进一步提高齿根强度。喷丸强化通常是齿轮加工的最后一道工序，喷丸过程中，微小球形弹丸撞击在齿轮表而，会产生很大的残余压应力薄层，这层薄层仅集中在齿轮表面和次表面，经喷丸后能使齿轮的接触疲劳强度提高30%-50%，并且能使齿根弯曲疲劳强度得到改善，能够有效地阻止裂纹的扩展，并且能够有效地抵抗破坏性冲击，减小点蚀。资料表明，通过喷丸强化处理，可使齿轮寿命明显提高。
结束语
综上所述，可知要想真正的提高采煤机重载齿轮的性能，既要在制造工艺上下功夫，又要在热处理工艺上下功夫。采煤机质量对煤矿开采业的发展十分重要，而齿轮是采煤机最为重要的构成部分，所以提高采煤机重载齿轮的性能很关键。本文主要介绍了三种提高采煤机重载初论性能的制造工艺，在制造的时候根据相关要求选择合适的制造工艺。本文是笔者多年的采煤机重载齿轮的制造及其热处理工艺实践经验的总结，希望为相关采煤机重载齿轮的制造人员提供借鉴，为我国采煤机重载齿轮制造工艺和热处理工艺的发展提供参考。
参考文献
[1]杨天文.对采煤机截齿失效形式的认识与分析[J].科技信息（学术研究），2007（25）.
[2]王悔改，张占领.热处理工艺对超高碳钢显微组织及磨损性能的影响[J].铸造技术，2011（4）.
[3]尚可超.基于绿色制造的采煤机齿轮新材料的研究与应用[J].机床与液压，2011（4）.