陳立志，李廣志

（黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院，哈爾濱150081）

　　摘要：通過(guò)秸稈壓塊機(jī)的工作原理，對(duì)壓塊模具的磨損原因進(jìn)行分析，根據(jù)目前壓塊模具磨損問(wèn)題的現(xiàn)狀，從局部強(qiáng)化的角度提出可行的強(qiáng)化工藝，并通過(guò)實(shí)際裝機(jī)對(duì)比分析，總結(jié)提出切實(shí)有效的工藝方法。

　　0引言

　　隨著我國(guó)政府對(duì)環(huán)境治理要求的不斷提高，秸稈焚燒管控不斷升級(jí)，以及秸稈收、儲(chǔ)、運(yùn)產(chǎn)業(yè)鏈的不斷完善，秸稈回收再利用迎來(lái)了產(chǎn)業(yè)發(fā)展的春天，秸稈壓塊作為主要手段得到了迅速發(fā)展，然而壓塊模具的快速磨損卻成為了制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。因而，整個(gè)行業(yè)都在為此積極尋找相應(yīng)對(duì)策，其中針對(duì)磨損部位的局部強(qiáng)化工藝被越來(lái)越多的推廣應(yīng)用。

　　1秸稈壓塊模具的磨損原因分析

　　目前，較為常見(jiàn)的秸稈壓塊機(jī)的基本結(jié)構(gòu)主要由支座、壓塊成型模具、物料成型腔和壓輪組成，工作時(shí)粉碎后的物料由喂入裝置送入物料成型腔內(nèi)，動(dòng)力電機(jī)驅(qū)動(dòng)壓輪旋轉(zhuǎn)，物料在壓輪旋轉(zhuǎn)過(guò)程中不斷被壓緊，最終在壓輪壓力的作用下克服成型模具的摩擦力被擠壓進(jìn)成型模具，同時(shí)物料與模具的摩擦?xí)a(chǎn)生大量的熱，產(chǎn)生的熱量會(huì)軟化秸稈中的纖維素和木質(zhì)素使其產(chǎn)生粘結(jié)作用。由此，秸稈物料在成型模具內(nèi)被不斷壓緊、粘結(jié)，最終被擠出模具成為塊狀燃料。在這一過(guò)程中，成型模具受到來(lái)自物料的法向壓力，同時(shí)在物料擠壓推進(jìn)的過(guò)程中，物料對(duì)成型模具表面產(chǎn)生切削力，在這兩種力的作用下就會(huì)使成型模具發(fā)生磨損，隨著法向壓力的減小磨損也會(huì)降低，也就是說(shuō)磨損會(huì)沿著進(jìn)料方向逐漸降低，其中以入口部分磨損最為嚴(yán)重。

　　另外，秸稈壓塊機(jī)的加工物料主要是各類秸稈的粉碎剪切物，其本身硬度雖然較低，但其含有較多的非晶質(zhì)硅酸體和石屑灰粉等雜質(zhì)，并帶有尖銳棱角。因此，其具有軟磨料和硬磨料的雙重特性，還具有一定的酸腐蝕性，這也是導(dǎo)致成型磨具磨損的一個(gè)重要因素。

　　2秸稈壓塊模具磨損問(wèn)題的現(xiàn)狀

　　目前，國(guó)內(nèi)秸稈壓塊機(jī)成型模具所用的材料，主要以碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金鋼為主，加工工藝一般由鍛壓、切削、鉆銑等工序制成，熱處理工藝主要包括正火、調(diào)質(zhì)、淬火、滲碳、滲氮等。碳素結(jié)構(gòu)鋼以45號(hào)鋼為代表，本身硬度不高，淬火可以淬硬到HRC35～HRC40。因?yàn)槠浔旧硪浊邢骷庸ぃ瑑r(jià)格便宜，早期被許多秸稈壓塊設(shè)備廠家所使用。但因其熱處理后硬度偏低，耐磨性和耐腐蝕性都相對(duì)較差，使用壽命不超過(guò)100h，因而在壓塊模具的應(yīng)用逐漸減少。

　　低合金鋼以20CrMo、20CrMnTi等為代表，都是性能良好的滲碳鋼，淬透性較高，經(jīng)滲碳后表面硬度可以達(dá)到HRC50左右，有較高的低溫沖擊韌性，加工工藝性能也較好，熱處理后有較高的硬度，相對(duì)于碳素結(jié)構(gòu)鋼具有較好的耐磨性和抗腐蝕性，也是目前應(yīng)用最多的壓塊模具材料，通常使用壽命在200h左右。另外，還有部分生產(chǎn)廠家的壓塊模具采用不銹鋼材料，其硬度及耐磨性顯著增加，韌性也較好，使用壽命能達(dá)到300h，但成本相對(duì)較高。由此我們看到，隨著秸稈壓塊成型技術(shù)的不斷發(fā)展，成型設(shè)備的使用穩(wěn)定性在不斷增強(qiáng)，但是成型模具的快速磨損卻一直是發(fā)展中的難題。

　　3壓塊模具的強(qiáng)化工藝及特點(diǎn)對(duì)比

　　壓塊模具的強(qiáng)化工藝是指針對(duì)其快速磨損進(jìn)行的一種提高疲勞強(qiáng)度和耐磨性能的工藝方法，目前應(yīng)用較多的主要有火焰噴涂、等離子噴涂、超音速噴涂等。

　　火焰噴涂是最常用的噴涂方法，它是利用氧和乙炔的燃燒火焰將粉末狀或絲狀涂層材料加熱到熔融或半熔融狀態(tài)后噴向基體表面而形成涂層的一種方法。它具有設(shè)備簡(jiǎn)單、工藝成熟、操作靈活、加工成本低等優(yōu)點(diǎn)。但是該方法高硬度涂層材料選擇較少，制備的涂層孔隙度較大，與基體材料的結(jié)合強(qiáng)度較低。等離子噴涂是以等離子弧作為熱源將粉末融化，高速噴到基體表面形成涂層。其優(yōu)點(diǎn)是粉末氧化程度低、涂層致密、結(jié)合強(qiáng)度和硬度較高，但其缺點(diǎn)也十分明顯，殘余應(yīng)力較大，涂層不能過(guò)厚，否則容易產(chǎn)生裂紋和脫落。另外，使用和維護(hù)成本昂貴，造成加工成本較高。超音速噴涂以丙烷、丙烯等碳?xì)湎等細(xì)馊紵秊闊嵩?，工作流程與等離子噴涂相似，但由于噴***的獨(dú)特結(jié)構(gòu)和送粉方式不同，使其能量集中，受熱均勻，雖然工作溫度不是很高，粉末的融合程度卻非常好。此外，由于粉末粒子動(dòng)能更大，速度更快，因而其涂層氧化程度和孔隙率極低，硬度和結(jié)合強(qiáng)度都非常高。溫度不是很高，使得殘余應(yīng)力相對(duì)較小，可以增加涂層厚度，使強(qiáng)化部位耐磨性更好。

　　4結(jié)論

　　根據(jù)3種不同強(qiáng)化工藝進(jìn)行試驗(yàn)，并對(duì)強(qiáng)化后模具進(jìn)行裝機(jī)，得出以下結(jié)論：

　　（1）三種工藝的操作性、可控性和可重復(fù)性基本相近，但超音速噴涂的效率遠(yuǎn)高于其它兩種。

　　（2）超音速噴涂涂層主要成分缺失最少，各項(xiàng)指標(biāo)優(yōu)于其它兩種。

　?。?）工藝加工成本火焰噴涂最低，其次超音速噴涂，等離子噴涂最高。

　　（4）裝機(jī)使用時(shí)間火焰噴涂強(qiáng)化使用400h左右，等離子噴涂強(qiáng)化使用600h左右，超音速噴涂強(qiáng)化使用800h左右。

　　綜上所述，三種強(qiáng)化工藝中超音速噴涂強(qiáng)化效果最為優(yōu)異，雖然其成本略高于火焰噴涂，但使用性能提高一倍，因而對(duì)于壓塊模具的強(qiáng)化處理以超音速噴涂工藝更為切實(shí)有效。

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