关于EBZ160型掘进机铝青铜套的新工艺方法
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【摘 要】通过数据对ebz160型掘进机铝青铜套现行工艺方法的论述和研究，证明了目前的工艺方法是存在缺陷和不足的。同时，提出了新的工艺方法，并加以实施验证。
【关键字】铝青铜；堆焊；铸造工艺；离心浇注
一、掘进机的发展概况
我国从开始接触用于煤巷的掘进机到今天也有三十几年的历史了，经过这么多年的发展，奋斗在煤炭行业的众多设计者从引进先进技术到后来的自主研发，也使我国的煤炭采掘设备发展到今天的十几种机型。其中包括EBZ-160型、EBH-132型、ELMB-75型、AM-50型、S-100型、S-200型等。
二、铝青铜套在截割部中的结构特点及工艺性分析
EBZ160型掘进机的截割机构由截割头、截割臂、截割减速机、截割电机、升降臂及中心导水管组成。截割部又分为截割主轴、花键套、伸缩内筒、伸缩外筒、伸缩保护筒等主要部件。铝青铜套处于伸缩内筒、伸缩外筒与伸缩保护筒之间，在外筒与内筒滑动摩擦时起到支撑作用。
由于车间能力所限，目前均为手动操作。EBZ160型掘进机中，每台份含3种铝青铜套，每种1件，若按年产120台计算，车间必须完成360件套的铝青铜堆焊工作。铝青铜的堆焊对焊工的专业技能要求比较高，以车间工人整体技术水平只有主级工能胜任此工作。
三、现行的工艺方法及存在问题
1、现行工艺方法
目前车间对铝青铜套实施的工艺是先在套筒毛坯件内壁进行铝青铜的堆焊，然后转到机加工序，按设计要求尺寸加工成型。
对于铝青铜的堆焊实施了如下的对策，选用了A1规格的铝青铜焊丝（铝含量A17.5%，A29%，A310.5%），并采取了相应的焊接工艺方法。
2、存在问题
（1）在实际操作过程中遇到了堆焊层在切削加工时硬度过大，打表检测HB在250-280之间，并且有表皮比内部硬度更高的现象。
（2）由于现有条件的限制，铝青铜的堆焊完全靠人工手动完成。又由于手工堆焊的焊肉质量较低，因此工艺要求圆周焊过一遍后保温、缓冷至室温后再次实施堆焊，每种套至少堆焊两层，工作量非常之大。
四、新方法的提出及可行性论证
1、新方法的提出
经过多方面调研与考察，离心浇注是生产双层合金轴套的一种工艺方法。
为实现上述工艺过程，必须采用离心铸造机创造使铸型旋转的条件。根据铸型旋转轴载空间位置的不同，常用的有立式离心铸造机和卧式离心铸造机两种类型。
2、可行性论证
EBZ160掘进机中的三种铝青铜套规格分别为
轴套Ⅰ：外径φ426、内径φ362；
轴套Ⅱ：外径φ470、内径φ362；
轴套Ⅲ：外径φ620、内径φ476。
外壁材质为Q235-A，内壁要求堆焊铝青铜。
我们从下面两个方面进行论证：
（1）零件规格
三种轴套最大外径为φ620，最小内径为φ362，最长套长为135，外壁、内壁均为连续弧形表面，无异型突起。整个零件呈圆盘状，便于装夹。普通立式离心铸造机就可完成。
（2）零件材质
考虑到轴套Ⅰ、轴套Ⅱ都要与伸缩外筒的内壁进行焊接，原来选用的材质为Q235-A，考虑到焊接的需要，经过与铸造厂家的沟通，厂家的回复是离心浇注的母材材质可以选用Q235-A。
综上所述，将原来进行铝青铜堆焊的轴套更换为离心浇注的内壁为铝青铜的轴套是完全可行的。
五、离心铸造铝青铜套的工艺规程
我们选择三种铝青铜套其中一种轴套Ⅰ作为例子来研究离心铸造的工艺规程。
轴套Ⅰ是一个钢—铝青铜的双层合金轴套零件，外壳材料为Q235-A，内衬为铝青铜。它的加工尺寸为：钢套外壳外径φ426mm，光洁度12.5；铝青铜内衬内径φ355mm，光洁度3.2，长度100mm，铝青铜层厚度3.5mm。如果双层合金粘合不牢固，青铜层可能从钢套剥落。而青铜内衬存在的小孔眼，势必会降低轴套的耐磨性。如果青铜内衬有杂质或硬点，这些杂质由于液体的高压被挤出来，会发生研轴现象。因此钢与合金要全面而良好地结合，同时青铜层的化学成分和硬度要达到规定的要求。青铜内衬精车后要达到3.2，并且在任何部位上不能出现微小的缩松、针孔、气孔、裂纹、夹渣、硬点等铸造缺陷。
双层合金轴套的铸造工艺，根据所采取的加热和浇注方式的不同而异。我们采用液体注入的离心浇注法，浇注前先将钢制外壳进行机械加工，并进行清洗处理。
清洗处理包括下列步骤：
1、将钢套上的油脂用棉纱擦净，放在80～90℃含有20%苛性钠的溶液中煮3～5分钟。
2、再放在煮沸的清水中清洗1～2分钟以减低碱性。
3、放入稀硫酸中（硫酸与水的体积比为1：5）腐蚀去锈。
4、放在70～80℃含有5%苛性钠的溶液里中和。
5、用温水清洗。
6、涂覆盖剂，将钢套放入温度为90～100℃的稀硼砂水溶液中浸3～4分钟，以防止表面重新氧化。
清洗后将钢套依次置于加热炉和熔融的硼砂溶液中预热850～900℃，将钢套从硼砂溶液中取出，然后在1分钟之内置于离心浇注机上旋转，转子衬套固定在铸铁转子内，以每分钟900转围绕输出轴旋转，将已融化好的青铜溶液浇入钢套中，继续旋转3～5分钟，停车取下进行自然冷却即可。
钢套与铝青铜层牢固的结合是双层金属轴套的基本要求，在鉴定是否结合牢固时首先听敲击响声。将浇注过的零件两端面和青铜内衬内圆加工后用一根光滑圆顶面的铁棒，在衬套内壁圆周面各处敲击，如发出的声音清脆有钢声，说明该处结合良好。如发出哑声，说明该处结合不牢。另外，鉴于我们采用的是新方法，所以结合层的牢固与否是验证此方法是否可行的重要标准。
经过敲击鉴别认为结合良好的零件上，放置一个大于铝青铜层内径，小于外径的高度为10mm厚的压具，使压具压在铝青铜层上，并通过油压机对压具均匀施加压力。我们分别施以30吨和70吨的压力后发现铝青铜层仍然牢固地粘附在钢套外壳上。最后，将试验放在气锤工作台上冲击，才将铝青铜层破坏，但是仍有个别部位铝青铜层不是从钢套外壳的结合面破裂的。由此说明，钢与铝青铜层结合面的粘附强度已超过2000公斤/厘米2，完全达到设计要求。经过整车试用后证明，铝青铜层没有发生松脱现象。
随机抽取样件进行铝青铜层硬度检验，均在HB160-190之间。