[go: up one dir, main page]

RU2779978C1 - Method for manufacturing the tooth of the excavator bucket - Google Patents

Method for manufacturing the tooth of the excavator bucket Download PDF

Info

Publication number
RU2779978C1
RU2779978C1 RU2022108356A RU2022108356A RU2779978C1 RU 2779978 C1 RU2779978 C1 RU 2779978C1 RU 2022108356 A RU2022108356 A RU 2022108356A RU 2022108356 A RU2022108356 A RU 2022108356A RU 2779978 C1 RU2779978 C1 RU 2779978C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
tooth
angle
forging
workpiece
length
Prior art date
Application number
RU2022108356A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Иванович Болобов
Эрик Викторович Ахмеров
Илья Витальевич Ракитин
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет"
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет"
Application granted granted Critical
Publication of RU2779978C1 publication Critical patent/RU2779978C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: excavator structural elements.
SUBSTANCE: invention relates to structural elements of excavators and other earth-moving machines. As a result of intense high-temperature plastic deformation in combination with rapid cooling, the metal of the lower half of the tooth, which is subject to the greatest wear, receives an increased intensity of plastic deformation, which remains during cooling and hardening, which ensures that this half of the tooth is given wear resistance that exceeds the wear resistance of the upper half, as a result of which both halves of the tooth during operation, they will wear out at the same speeds with the tooth retaining its original shape, i.e. the effect of self-sharpening of the tooth will be provided.
EFFECT: increasing the wear resistance of the tooth and reducing energy consumption for rock excavation.
1 cl, 9 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к конструктивным элементам экскаваторов и других землеройных машин.The invention relates to structural elements of excavators and other earth-moving machines.

Известен способ отливки зубьев экскаватора (патент RU № 2048255, опубл. 20.11.1995), заключающийся в заливке стали в литейную форму и регулируемом охлаждении одной или двух боковых поверхностей зуба, при котором скорость охлаждения увеличивается в 2,5-10 раз по сравнению с обычной скоростью охлаждения торцевых поверхностей, для повышения износостойкости и обеспечения эффекта самозатачивания зуба в процессе работы.There is a known method for casting excavator teeth (patent RU No. 2048255, publ. 11/20/1995), which consists in pouring steel into a mold and controlled cooling of one or two side surfaces of the tooth, in which the cooling rate increases by 2.5-10 times compared to normal cooling rate of the end surfaces, to increase wear resistance and ensure the effect of self-sharpening of the tooth during operation.

Недостатком данного способа является низкая твердость и износостойкость литого зуба по сравнению с зубьями, изготовленными методом штамповки.The disadvantage of this method is the low hardness and wear resistance of the cast tooth compared to the teeth made by stamping.

Известен зуб ковша экскаватора и способ его изготовления (патент RU № 2269628, опубл. 10.06.2004), заключающийся в повышении срока службы и эффекте самозатачивания за счет расположения в стальной отливке зуба на одной из его поверхностей мелких деталей из износостойкого чугуна, предохраняющих стальную основу от интенсивного абразивного износа.A known excavator bucket tooth and a method for its manufacture (patent RU No. 2269628, publ. 06/10/2004), which consists in increasing the service life and the effect of self-sharpening due to the location in the steel casting of the tooth on one of its surfaces of small parts made of wear-resistant cast iron, protecting the steel base from intense abrasive wear.

Недостатком данного способа является низкая стойкость износостойкого чугуна к ударным воздействиям, имеющим место при работе зуба ковша экскаватора, что может привести к разрушению изготовленных из него деталей.The disadvantage of this method is the low resistance of wear-resistant cast iron to impacts that occur during operation of the excavator bucket tooth, which can lead to the destruction of parts made from it.

Известен способ изготовления зуба землеройной машины (RU №2228409, опубл. 10.05.2004), заключающийся в соединении отдельных элементов зуба, выполненных из различных износостойких материалов, последовательно один в другой при помощи сварки.A method of manufacturing a tooth of an earth-moving machine is known (RU No. 2228409, publ. 05/10/2004), which consists in connecting individual elements of the tooth, made of various wear-resistant materials, sequentially one into the other by welding.

Недостатком данного способа является возникновение в зубе послесварочных напряжений, что может привести к преждевременному разрушению зуба в процессе работы.The disadvantage of this method is the occurrence of post-welding stresses in the tooth, which can lead to premature destruction of the tooth during operation.

Известен способ изготовления зубьев ковша карьерного экскаватора (патент CN № 105483344 A, опубл. 13.04.2016), заключающийся в определенном процессе термообработки отливок зуба, состоящем из: нагрева зубьев до 940°С со скоростью 200°С/ч и выдержке при этой температуре 3-4 ч, охлаждении до 630-650°С со скоростью 150°С/ч и выдержке при этой температуре 30-50 минут, охлаждении до 300-320°С и выдержке в печи с соляной ванной на протяжении 150 минут с последующим охлаждением на воздухе.There is a known method for manufacturing bucket teeth of a mining excavator (CN patent No. 105483344 A, publ. 04/13/2016), which consists in a certain process of heat treatment of tooth castings, consisting of: heating the teeth to 940 ° C at a speed of 200 ° C / h and holding at this temperature 3-4 hours, cooling to 630-650°C at a rate of 150°C/h and holding at this temperature for 30-50 minutes, cooling to 300-320°C and holding in an oven with a salt bath for 150 minutes, followed by cooling on air.

Недостатком данного способа является необходимость использования сложного термического оборудования, обеспечивающего нагрев и охлаждение зуба с заданной скоростью на трех этапах его термической обработки.The disadvantage of this method is the need to use complex thermal equipment that provides heating and cooling of the tooth at a given rate in three stages of its heat treatment.

Известен способ изготовления зуба ковша экскаватора (патент CN № 107663614 A, опубл. 06.02.2018), заключающийся в последовательной отливке из сплавов определенного состава держателя зуба и головки зуба, последующей термообработки и сварки двух составных частей при помощи электрода из чугуна с высоким содержанием хрома.A known method for manufacturing an excavator bucket tooth (CN patent No. 107663614 A, publ. 02/06/2018), which consists in sequential casting of a tooth holder and tooth head from alloys of a certain composition, subsequent heat treatment and welding of two components using an electrode made of cast iron with a high chromium content .

Недостатком данного способа изготовления является возникновение в зубе послесварочных напряжений, что может привести к преждевременному разрушению зуба в процессе работы.The disadvantage of this manufacturing method is the occurrence of post-weld stresses in the tooth, which can lead to premature tooth failure during operation.

Известен способ изготовления зуба ковша экскаватора (патент CN № 106311945 A, опубл. 11.01.2017), заключающийся в нагреве цилиндрической заготовки с определенными геометрическими параметрами до температуры ковки, предварительного этапа ковки, для придания заготовке приблизительных геометрических форм и заключительного, где с применением специальных штампов формируется окончательная форма зуба, и последующей термообработки, которая заканчивается ступенчатым охлаждением, повышающих показатель прочности на режущей кромке на 12-14% относительно остальной части зуба.A known method for manufacturing an excavator bucket tooth (CN patent No. 106311945 A, publ. 01/11/2017), which consists in heating a cylindrical billet with certain geometric parameters to a forging temperature, a preliminary forging stage, to give the billet approximate geometric shapes and final, where using special dies form the final shape of the tooth, and subsequent heat treatment, which ends with stepwise cooling, increasing the strength index on the cutting edge by 12-14% relative to the rest of the tooth.

Недостатком данного способа является необходимость применения штампов сложной геометрической формы, для изготовления которых требуется специализированное оборудование.The disadvantage of this method is the need to use stamps of complex geometric shapes, the manufacture of which requires specialized equipment.

Известен способ изготовления зуба ковша экскаватора (патент CN №104002099 A, опубл. 27.08.2014), принятый за прототип, заключающийся в нагреве железного слитка, ковке, состоящей из предварительного этапа, для придания заготовке приблизительных геометрических форм и заключительного, где формируется окончательная форма зуба, маркировку, нормализацию и термическую обработку.A known method for manufacturing an excavator bucket tooth (CN patent No. 104002099 A, publ. 08/27/2014), taken as a prototype, consisting in heating an iron ingot, forging, consisting of a preliminary stage, to give the workpiece approximate geometric shapes and a final one, where the final shape is formed teeth, marking, normalization and heat treatment.

Недостатком данного способа является то, что при его применении получаются изделия, у которых верхняя и нижняя половины зуба обладают одинаковой износостойкостью, что приводит к более быстрому изнашиванию нижней половины зуба и его притуплению в процессе работы, сопровождающемуся увеличением энергозатрат на экскавацию породы.The disadvantage of this method is that when it is used, products are obtained in which the upper and lower halves of the tooth have the same wear resistance, which leads to faster wear of the lower half of the tooth and its blunting during operation, accompanied by an increase in energy consumption for rock excavation.

Техническим результатом является повышение износостойкости зуба и снижения энергозатрат на экскавацию породы.The technical result is to increase the wear resistance of the tooth and reduce energy consumption for rock excavation.

Технический результат достигается тем, что на предварительном этапе ковки заготовке придают форму пятиугольной прямой призмы, высота которой, совпадает с шириной зуба, а основание выполнено из двух частей, одна из которых в виде прямоугольного треугольника с углом при вершине равном половине угла заострения зуба α повторяет форму верхней половины зуба и с противолежащим катетом H, который равен половине высоты зуба, вторая в виде прямоугольной трапеции с меньшим основанием l и большим основанием L, которое равно длине зуба, контактирующим с первой частью по оси симметрии зуба, а наклонная сторона трапеции расположена к оси зуба под углом β, который определяет отношение деформаций верхней и нижней частей поковки, а его величину определяют по формуле:The technical result is achieved by the fact that at the preliminary stage of forging the workpiece is shaped into a pentagonal straight prism, the height of which coincides with the width of the tooth, and the base is made of two parts, one of which is in the form of a right triangle with an angle at the apex equal to half the angle of sharpening of the tooth α repeats the shape of the upper half of the tooth and with the opposite leg H, which is equal to half the height of the tooth; axis of the tooth at an angle β, which determines the ratio of deformations of the upper and lower parts of the forging, and its value is determined by the formula:

β = (1,0-2,7) ⋅ α,β = (1.0-2.7) ⋅ α,

значения угла β и длины l взаимосвязаны, и обеспечивают условия равенства объёмов верхней и нижней частей будущей поковки, при этом длину l определяют по формуле:the values of the angle β and the length l are interrelated, and provide conditions for the equality of the volumes of the upper and lower parts of the future forging, while the length l is determined by the formula:

Figure 00000001
Figure 00000001

где kобл - коэффициент, компенсирующий потери металла при штамповке в зависимости от значения угла β, рассчитывают по формуле:where k region is the coefficient that compensates for the loss of metal during stamping, depending on the value of the angle β, is calculated by the formula:

Figure 00000002
Figure 00000002

Способ поясняется следующими фигурами:The method is illustrated by the following figures:

фиг. 1 - общий вид зуба ковша экскаватора;fig. 1 - general view of the excavator bucket tooth;

фиг. 2 - общий вид предлагаемой литейной заготовки;fig. 2 - general view of the proposed casting blank;

фиг. 3 - общий вид поковки зуба после предварительного этапа ковки;fig. 3 - General view of the forging of the tooth after the preliminary stage of forging;

фиг. 4 - распределение интенсивности пластической деформации металла по сечению поковки зуба, установленное при помощи компьютерного моделирования при β = 25°;fig. 4 - distribution of the intensity of plastic deformation of the metal over the cross section of the forging of the tooth, established using computer simulation at β = 25°;

фиг. 5 - значения деформации верхней части поковки в зависимости от угла наклона β;fig. 5 - values of deformation of the upper part of the forging depending on the angle of inclination β;

фиг. 6 - значения деформации нижней части поковки в зависимости от угла наклона β;fig. 6 - values of deformation of the lower part of the forging depending on the angle of inclination β;

фиг. 7 - средние отношения деформаций верхней и нижней части поковки в зависимости от угла наклона β;fig. 7 - average ratios of deformations of the upper and lower parts of the forging depending on the angle of inclination β;

фиг. 8 - объем металла, вытекающий в облойную канавку штампа;fig. 8 - the volume of metal flowing into the flash groove of the stamp;

фиг. 9 - график зависимости потери относительной массы образцов с различной степенью укова от времени испытания, где:fig. 9 is a graph of the dependence of the loss of relative mass of samples with different degrees of hardness on the test time, where:

1 - угол заострения зуба;1 - angle of sharpening of the tooth;

2 - длина зуба;2 - tooth length;

3 - ось симметрии зуба;3 - axis of symmetry of the tooth;

4 - ширина зуба;4 - tooth width;

5 - высота зуба;5 - tooth height;

6 - посадочная полость;6 - landing cavity;

7 - высота призмы;7 - prism height;

8 - длина меньшего основания прямоугольной трапеции;8 - the length of the smaller base of a rectangular trapezoid;

9 - угол между наклонной стороной трапеции и осью зуба;9 - the angle between the inclined side of the trapezoid and the axis of the tooth;

10 - половина угла заострения зуба;10 - half of the angle of sharpening of the tooth;

11 - большее основание прямоугольной трапеции;11 - the larger base of a rectangular trapezoid;

12 - высота прямоугольной трапеции;12 - height of a rectangular trapezoid;

13 - половина высоты зуба.13 - half the height of the tooth.

Способ осуществляется следующим образом. Для изготовления зуба ковша экскаватора, с углом заострения зуба 1 (фиг. 1), длиной зуба 2, шириной зуба 4, высотой зуба 5, осью симметрии зуба 3 и посадочной полостью 6 методом литья изготавливается заготовка в форме пятиугольной призмы, где высота призмы 7 (фиг. 2), совпадает с шириной зуба 4. Основание призмы представляет собой совокупность двух геометрических фигур. Первая - прямоугольный треугольник, который повторяет форму сечения верхней половины зуба с углом при вершине равным половине угла заострения зуба 10 и с противолежащим катетом, равным половине высоты зуба 13. Вторая - прямоугольная трапеция с меньшим основанием 8 и большим основанием 11, равным длине зуба 2, контактирующим с большим катетом прямоугольного треугольника по оси симметрии зуба 3. Наклонная сторона трапеции расположена к оси симметрии зуба 3 под углом между наклонной стороной трапеции и осью зуба 9, значение которого определяется из равенства:The method is carried out as follows. For the manufacture of an excavator bucket tooth, with a tooth sharpening angle 1 (Fig. 1), a tooth length 2, a tooth width 4, a tooth height 5, a tooth symmetry axis 3 and a seating cavity 6, a workpiece in the form of a pentagonal prism is made by casting, where the height of the prism is 7 (Fig. 2), coincides with the width of the tooth 4. The base of the prism is a combination of two geometric shapes. The first is a rectangular triangle that repeats the shape of the section of the upper half of the tooth with an angle at the apex equal to half the angle of sharpening of the tooth 10 and with the opposite leg equal to half the height of the tooth 13. The second is a rectangular trapezoid with a smaller base 8 and a larger base 11 equal to the length of the tooth 2 , in contact with the large leg of a right triangle along the axis of symmetry of tooth 3. The inclined side of the trapezoid is located to the axis of symmetry of tooth 3 at an angle between the inclined side of the trapezoid and the axis of tooth 9, the value of which is determined from the equality:

Figure 00000003
Figure 00000003

где β - угол между наклонной стороной трапеции и осью зубаwhere β is the angle between the inclined side of the trapezoid and the axis of the tooth

Так как значение угла между наклонной стороной трапеции и осью зуба 9 и длины меньшего основания прямоугольной трапеции 8 взаимосвязаны и определяются из условия обеспечения равенства объёмов верхней и нижней частей будущей поковки, то величина длины меньшего основания прямоугольной трапеции 8 рассчитывается по следующей формуле:Since the value of the angle between the inclined side of the trapezoid and the axis of the tooth 9 and the length of the smaller base of the rectangular trapezoid 8 are interrelated and are determined from the condition of ensuring equality of the volumes of the upper and lower parts of the future forging, the length of the smaller base of the rectangular trapezoid 8 is calculated by the following formula:

Figure 00000004
Figure 00000004

где l - длина меньшего основания прямоугольной трапеции;where l is the length of the smaller base of the rectangular trapezoid;

L - длина зуба;L is the length of the tooth;

H - половина высоты зуба.H - half the height of the tooth.

Так как геометрические размеры верхней части заготовки формируют недостаточный объём для заполнения ручья пуансоном за счет того, что часть металла заготовки вытекает в облойную канавку штампа, в зависимости от угла наклона длина 8 умножается на коэффициент компенсации потери металла на облой kобл, определяемый по формуле:Since the geometric dimensions of the upper part of the workpiece form an insufficient volume to fill the stream with a punch due to the fact that part of the workpiece metal flows into the flash groove of the stamp, depending on the angle of inclination, length 8 is multiplied by the metal loss compensation coefficient per flash k reg , determined by the formula:

Figure 00000005
Figure 00000005

Затем заготовка помещается в печь, где происходит ее нагрев до оптимальной начальной температуры ковки T1, характерной для каждой марки стали. Время нагрева t1 в часах от 0°С до температуры T1 рассчитывается по формуле:Then the billet is placed in a furnace, where it is heated to the optimal initial forging temperature T 1 , characteristic for each steel grade. Heating time t 1 in hours from 0°C to temperature T 1 is calculated by the formula:

Figure 00000006
Figure 00000006

где D - высота заготовки, м;where D is the height of the workpiece, m;

k - коэффициент, равный 10 для железа и мягкой стали и 20 - для высоколегированной стали.k is a factor equal to 10 for iron and mild steel and 20 for high alloy steel.

Далее следует предварительный этап ковки, на котором заготовка извлекается из печи и в нагретом состоянии подвергается ковке на штамповочной машине или ковочном прессе с приобретением внешнего очертания готового зуба ковша экскаватора, с углом заострения зуба 1 (фиг. 3), длиной зуба 2, осью симметрии зуба 3, шириной зуба 4 и высотой зуба 5. При помощи специально спроектированной геометрической формы заготовки, течение ее материала на этой стадии ковки приводит к формированию в объеме верхней половины поковки зоны повышенной интенсивности пластической деформации металла, установленной при помощи компьютерного моделирования на фиг. 4.This is followed by a preliminary forging stage, at which the workpiece is removed from the furnace and, in a heated state, is forged on a stamping machine or a forging press with the acquisition of the external outline of the finished excavator bucket tooth, with the tooth sharpening angle 1 (Fig. 3), tooth length 2, axis of symmetry tooth 3, tooth width 4 and tooth height 5. Using a specially designed geometric shape of the workpiece, the flow of its material at this stage of forging leads to the formation in the volume of the upper half of the forging of a zone of increased intensity of plastic deformation of the metal, which is established using computer simulation in Fig. four.

На заключительном этапе ковки в заготовке формируется полость, представляющая собой посадочное место для соединения с ковшом экскаватора и происходит обрезка выдавленного из полости объема металла с приобретением зубом своей окончательной формы.At the final stage of forging, a cavity is formed in the workpiece, which is a seat for connection with the excavator bucket, and the volume of metal squeezed out of the cavity is cut off with the tooth acquiring its final shape.

После этого поковка извлекается из полости штампа и подвергается закалке путем погружения в охлаждающую жидкость.After that, the forging is removed from the die cavity and subjected to hardening by immersion in a coolant.

Затем производится низкотемпературный отпуск при температуре 150-200°С в течение времени t2, рассчитываемого по формуле:Then low-temperature tempering is performed at a temperature of 150-200°C for a time t 2 calculated by the formula:

Figure 00000007
Figure 00000007

где t2 - продолжительность низкотемпературного отжига, мин;where t 2 - the duration of low-temperature annealing, min;

δ - время в минутах, принимаемое равным высоте заготовки, выраженной в мм.δ - time in minutes, taken equal to the height of the workpiece, expressed in mm.

После завершения термической обработки зуб проходит этапы пескоструйной очистки, с целью удаления с поверхности продуктов окисления, и дефектоскопии, на котором происходит поиск дефектов на поверхности зуба.After the heat treatment is completed, the tooth goes through the stages of sandblasting, in order to remove oxidation products from the surface, and flaw detection, which searches for defects on the tooth surface.

В результате интенсивной высокотемпературной пластической деформации в сочетании с быстрым охлаждением металл нижней, подвергающейся наибольшему износу, половины зуба получает повышенную интенсивность пластической деформации, сохраняющуюся при охлаждении и закалке, что обеспечивает придание этой половине зуба износостойкости, превышающей в 1,5 - 1,7 раз износостойкость верхней половины, вследствие чего обе половины зуба в процессе эксплуатации будут изнашиваться с одинаковыми скоростями с сохранением зубом своей первоначальной формы, т.е. будет обеспечиваться эффект самозатачивания зуба.As a result of intense high-temperature plastic deformation in combination with rapid cooling, the metal of the lower half of the tooth, which is subject to the greatest wear, receives an increased intensity of plastic deformation, which persists during cooling and hardening, which ensures that this half of the tooth is given wear resistance that is 1.5–1.7 times higher than wear resistance of the upper half, as a result of which both halves of the tooth during operation will wear out at the same speed while maintaining the tooth of its original shape, i.e. the effect of self-sharpening of the tooth will be provided.

Способ поясняется следующим примером.The method is illustrated by the following example.

Требуется изготовить зуб ковша экскаватора, с шириной зуба 4 = 150 мм, длиной зуба 2 = 525 мм, высотой зуба 5 = 292 мм, углом заострения зуба 1 = 30°С и посадочным отверстием 6.It is required to make an excavator bucket tooth, with a tooth width 4 = 150 mm, a tooth length 2 = 525 mm, a tooth height 5 = 292 mm, a tooth sharpening angle 1 = 30°C and a mounting hole 6.

Для изготовления зуба ковша экскаватора методом литья изготавливается заготовка, из стали 110Г13Л, как материала широко применяемого для изготовления зубьев ковшей экскаватора, в форме пятиугольной призмы c высотой призмы 7 = 150 мм. Основание призмы представляет собой совокупность двух геометрических фигур. Первая - прямоугольный треугольник, повторяющий форму верхней половины зуба с углом при вершине равным половине угла заострения зуба 10 = 15°С и с противолежащим катетом, равным половине высоты зуба 13 = 146 мм. Вторая - прямоугольная трапеция с меньшим основанием 8 и большим основанием 11, равным длине зуба 2 = 525 мм, контактирующим с большим катетом прямоугольного треугольника по оси симметрии зуба 3. Так как на основании проведенных экспериментов, результаты которых представлены на фиг. 5 - фиг. 7, значение угла 9 между наклонной стороной трапеции и осью зуба 9 определяет отношение деформации верхней и нижней частей поковки, то для обеспечения наибольшей разницы между степенью деформации обеих частей поковки и, как следствие, равномерной скорости изнашивания зуба, величина угла принимается равной 25°.For the manufacture of an excavator bucket tooth, a workpiece is made by casting, from steel 110G13L, as a material widely used for the manufacture of excavator bucket teeth, in the form of a pentagonal prism with a prism height of 7 = 150 mm. The base of a prism is a combination of two geometric shapes. The first one is a rectangular triangle repeating the shape of the upper half of the tooth with an angle at the apex equal to half the angle of sharpening of the tooth 10 = 15°C and with an opposite leg equal to half the height of the tooth 13 = 146 mm. The second is a rectangular trapezoid with a smaller base 8 and a larger base 11, equal to the length of the tooth 2 = 525 mm, in contact with the large leg of the right triangle along the axis of symmetry of the tooth 3. Since, based on the experiments carried out, the results of which are presented in Fig. 5 - fig. 7, the value of the angle 9 between the inclined side of the trapezoid and the axis of the tooth 9 determines the ratio of deformation of the upper and lower parts of the forging, then to ensure the greatest difference between the degree of deformation of both parts of the forging and, as a result, a uniform wear rate of the tooth, the angle is assumed to be 25°.

В связи с проведенным анализом потерь металла в процессе штамповки, результат которого представлен на фиг. 8, геометрические размеры верхней части заготовки формируют недостаточный объём для заполнения ручья пуансона за счет потери объема металла заготовки, который вытекает в облойную канавку штампа. Коэффициент компенсации потери металла на облой рассчитывается по формуле 3 и принимается равным 0,875. Таким образом, значение длины меньшего основания прямоугольной трапеции 8 составляет 291,85 мм.In connection with the analysis of metal losses during the stamping process, the result of which is shown in Fig. 8, the geometric dimensions of the upper part of the blank form an insufficient volume to fill the punch groove due to the loss of the volume of the blank metal, which flows into the flash groove of the die. The metal loss compensation coefficient for flash is calculated by formula 3 and is assumed to be 0.875. Thus, the value of the length of the smaller base of the rectangular trapezoid 8 is 291.85 mm.

Затем заготовка помещается в печь, где происходит ее нагрев до оптимальной начальной температуры ковки T1, которая для стали 110Г13Л составляет 1150°С. Время нагрева t1 в часах от 0°С до температуры T1 рассчитывается по формуле Доброхотова и составляет:Then the billet is placed in a furnace, where it is heated to the optimum initial forging temperature T 1 , which for steel 110G13L is 1150°C. Heating time t 1 in hours from 0°C to temperature T 1 is calculated by the Dobrokhotov formula and is:

Figure 00000008
Figure 00000008

Далее следует предварительный этап ковки, на котором заготовка извлекается из печи и в нагретом состоянии подвергается ковке на штамповочной машине или ковочном прессе с приобретением внешнего очертания готового зуба ковша экскаватора, с углом заострения зуба 1 (фиг. 3), длиной зуба 2, осью симметрии зуба 3, шириной зуба 4 и высотой зуба 5.This is followed by a preliminary forging stage, at which the workpiece is removed from the furnace and, in a heated state, is forged on a stamping machine or a forging press with the acquisition of the external outline of the finished excavator bucket tooth, with the tooth sharpening angle 1 (Fig. 3), tooth length 2, axis of symmetry tooth 3, tooth width 4 and tooth height 5.

При помощи специально спроектированной формы заготовки, течение ее металла на этой стадии ковки приводит к формированию в верхней половине зуба зоны повышенной интенсивности пластической деформации металла.With the help of a specially designed billet shape, the flow of its metal at this stage of forging leads to the formation of a zone of increased intensity of metal plastic deformation in the upper half of the tooth.

На заключительном этапе ковки в заготовке формируется полость, представляющая собой посадочное место для соединения с ковшом экскаватора, после чего происходит обрезка выдавленного из полости объема металла с приобретением зубом своей окончательной формы.At the final stage of forging, a cavity is formed in the workpiece, which is a seat for connection with the excavator bucket, after which the volume of metal squeezed out of the cavity is cut off with the tooth acquiring its final shape.

После этого поковка извлекается из полости штампа и подвергается закалке путем погружения в охлаждающую жидкость (воду).After that, the forging is removed from the die cavity and subjected to hardening by immersion in a coolant (water).

После чего производится низкотемпературный отпуск при температуре 200°С в течение времени After that, low-temperature tempering is carried out at a temperature of 200 ° C for a period of time

Figure 00000009
Figure 00000009

После завершения термической обработки закаленный зуб проходит этапы пескоструйной очистки, с целью удаления с поверхности продуктов окисления, и дефектоскопии, на котором происходит поиск дефектов на поверхности зуба.After completion of the heat treatment, the hardened tooth goes through the stages of sandblasting, in order to remove oxidation products from the surface, and flaw detection, which searches for defects on the tooth surface.

Из сравнения результатов, представленных в табл. 1 и фиг. 9, испытаний образцов стали 110Г13Л на абразивную износостойкость при изнашивании по высокоабразивной искусственной породе - электрокорунду видно, что высокотемпературное деформирование стали перед закалкой способствует повышению ее износостойкости, возрастающей с увеличением интенсивности деформации, степени укова, α: для образца деформированного с максимальной интенсивностью, образец № 2 α = 2,25 по сравнению с №5 α = 0, этот параметр возрастает на 66%, 0,48 мм2мин/мг по сравнению с 0,29 мм2мин/мг.From a comparison of the results presented in table. 1 and FIG. 9, testing samples of steel 110G13L for abrasive wear resistance during wear on a highly abrasive artificial rock - electrocorundum, it can be seen that high-temperature deformation of steel before hardening contributes to an increase in its wear resistance, which increases with an increase in the intensity of deformation, the degree of hardening, α: for a sample deformed with maximum intensity, sample No. 2 α = 2.25 compared with No. 5 α = 0, this parameter increases by 66%, 0.48 mm 2 min/mg compared to 0.29 mm 2 min/mg.

Таблица 1 - Результаты испытаний на абразивную износостойкость образцов стали 110Г13Л после различных способов термичесой обработкиTable 1 - Results of testing for abrasive wear resistance of steel samples 110G13L after various heat treatment methods № образцаSample No. Способ обработкиProcessing method Степень укова, αUKov degree, α ΣΔm/S, мг/мм2 за время t, минΣΔm/S, mg/mm 2 for time t, min 0,50.5 1one 1,51.5 22 2,52.5 33 3,53.5 1one Закалка с температуры ковкиHardening from forging temperature 2,252.25 2,202.20 3,863.86 5,625.62 6,976.97 8,328.32 9,609.60 10,7410.74 22 Закалка с температуры ковкиHardening from forging temperature 2,252.25 2,122.12 3,743.74 5,085.08 6,096.09 7,137.13 8,128.12 8,888.88 33 Закалка с температуры ковкиHardening from forging temperature 1,561.56 2,182.18 3,803.80 5,365.36 6,726.72 8,658.65 9,979.97 11,2311.23 4four Закалка с температуры ковкиHardening from forging temperature 1,561.56 2,012.01 3,373.37 5,055.05 6,686.68 7,967.96 9,129.12 10,3410.34 55 Нагрев и выдержка при 1150°С с последующей закалкойHeating and holding at 1150°C followed by quenching -- 2,172.17 4,064.06 5,915.91 7,877.87 9,669.66 10,9910.99 12,7712.77 66 Нагрев и выдержка при 1150°С с последующей закалкойHeating and exposure at 1150°C followed by hardening -- 2,092.09 3,843.84 5,735.73 7,287.28 8,948.94 10,6210.62 12,1012.10

Таким образом, в результате интенсивной высокотемпературной пластической деформации в сочетании с быстрым охлаждением металл нижней половины зуба, подвергающейся наибольшему износу, половины зуба получает повышенную интенсивность пластической деформации, сохраняющуюся при охлаждении и закалке, что обеспечивает придание этой половине зуба износостойкости, превышающей износостойкость верхней половины, вследствие чего обе половины зуба в процессе эксплуатации будут изнашиваться с одинаковыми скоростями с сохранением зубом своей первоначальной формы, т.е. будет обеспечиваться эффект самозатачивания зуба.Thus, as a result of intense high-temperature plastic deformation in combination with rapid cooling, the metal of the lower half of the tooth, which is subject to the greatest wear, receives an increased intensity of plastic deformation, which persists during cooling and hardening, which ensures that this half of the tooth is given wear resistance exceeding the wear resistance of the upper half, as a result, both halves of the tooth during operation will wear out at the same speeds with the tooth retaining its original shape, i.e. the effect of self-sharpening of the tooth will be provided.

Claims (6)

Способ изготовления зуба ковша экскаватора, включающий нагрев заготовки, ковку, состоящую из предварительного этапа для придания заготовке необходимой геометрической формы и заключительного, где формируется окончательная форма зуба, и термическую обработку, отличающийся тем, что на предварительном этапе ковки заготовке придают форму пятиугольной прямой призмы, высота которой совпадает с шириной зуба, а основание выполнено из двух частей, одна из которых в виде прямоугольного треугольника с углом при вершине, равным половине угла заострения зуба α, повторяет форму верхней половины зуба, и с противолежащим катетом H, который равен половине высоты зуба, вторая - в виде прямоугольной трапеции с меньшим основанием l и большим основанием L, которое равно длине зуба, контактирующим с первой частью по оси симметрии зуба, а наклонная сторона трапеции расположена к оси зуба под углом β, который определяет отношение деформаций верхней и нижней частей поковки, а его величину определяют по формулеA method for manufacturing an excavator bucket tooth, which includes heating the workpiece, forging, consisting of a preliminary stage to give the workpiece the necessary geometric shape and a final stage, where the final shape of the tooth is formed, and heat treatment, characterized in that at the preliminary stage of forging the workpiece is shaped into a pentagonal straight prism, the height of which coincides with the width of the tooth, and the base is made of two parts, one of which is in the form of a right triangle with an angle at the apex equal to half the angle of sharpening of the tooth α, repeats the shape of the upper half of the tooth, and with the opposite leg H, which is equal to half the height of the tooth , the second - in the form of a rectangular trapezoid with a smaller base l and a large base L, which is equal to the length of the tooth in contact with the first part along the axis of symmetry of the tooth, and the inclined side of the trapezoid is located to the tooth axis at an angle β, which determines the ratio of deformations of the upper and lower parts forgings, and its value is determined by the formula β = (1,0-2,7) ⋅α,β = (1.0-2.7) ⋅α, значения угла β и длины l взаимосвязаны и обеспечивают условия равенства объёмов верхней и нижней частей будущей поковки, при этом длину l определяют по формулеthe values of the angle β and the length l are interrelated and provide conditions for the equality of the volumes of the upper and lower parts of the future forging, while the length l is determined by the formula
Figure 00000010
Figure 00000010
где kобл – коэффициент, компенсирующий потери металла при штамповке в зависимости от значения угла β, рассчитывают по формулеwhere k reg is the coefficient that compensates for the loss of metal during stamping, depending on the value of the angle β, is calculated by the formula Kобл = 0,005⋅β+0,75.K region = 0.005⋅β+0.75.
RU2022108356A 2022-03-30 Method for manufacturing the tooth of the excavator bucket RU2779978C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2779978C1 true RU2779978C1 (en) 2022-09-16

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2048255C1 (en) * 1992-08-10 1995-11-20 Ньютон Моисеевич Аптекарь Excavator blade casting method
RU2228409C1 (en) * 2002-10-29 2004-05-10 Военно-технический университет при Федеральной службе специального строительства Российской Федерации Earth-moving machine tooth making method
RU2269628C2 (en) * 2003-12-01 2006-02-10 Виктор Фадеевич Балашов Excavator dipper tooth and method of its manufacture
CN104002099A (en) * 2014-04-30 2014-08-27 安徽拓山重工机械有限公司 Manufacturing process for excavator bucket teeth
CN105483344A (en) * 2015-12-03 2016-04-13 天津市中机雄风机械有限公司 Preparation method for bucket teeth of mining excavator
CN106311945A (en) * 2015-07-07 2017-01-11 湖北雷悍锻造有限公司 Forging machining technology of excavator bucket tooth

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2048255C1 (en) * 1992-08-10 1995-11-20 Ньютон Моисеевич Аптекарь Excavator blade casting method
RU2228409C1 (en) * 2002-10-29 2004-05-10 Военно-технический университет при Федеральной службе специального строительства Российской Федерации Earth-moving machine tooth making method
RU2269628C2 (en) * 2003-12-01 2006-02-10 Виктор Фадеевич Балашов Excavator dipper tooth and method of its manufacture
CN104002099A (en) * 2014-04-30 2014-08-27 安徽拓山重工机械有限公司 Manufacturing process for excavator bucket teeth
CN106311945A (en) * 2015-07-07 2017-01-11 湖北雷悍锻造有限公司 Forging machining technology of excavator bucket tooth
CN105483344A (en) * 2015-12-03 2016-04-13 天津市中机雄风机械有限公司 Preparation method for bucket teeth of mining excavator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2741046C1 (en) Method for production of large-size contour annular article from heat-resistant nickel-base alloy
CN109732294A (en) A kind of shield machine cutter ring processing technology increasing intensity
CA1042670A (en) Method of manufacturing elevator links and a cast elevator link blank for use in the method
RU2779978C1 (en) Method for manufacturing the tooth of the excavator bucket
JP3164259B2 (en) Die casting mold having water cooling hole and method of manufacturing the same
US3010186A (en) Piston manufacture
Zwierzchowski Factors affecting the wear resistance of forging tools
JP2767369B2 (en) Large cam, manufacturing method thereof and forging die
JPH0688166A (en) Die for hot working excellent in heat cracking resistance
Shivpuri Dies and die materials for hot forging
RU2332276C1 (en) Method of making ring shaped component parts
US20190022736A1 (en) High fluidity iron alloy forming process and articles therefrom
CN108866298B (en) Forging heat treatment process of Cr12MoV steel
RU2291755C2 (en) Sized forged pieces producing method and tool for performing the same
Vander Voort Failures of tools and dies
JPH11270320A (en) Manufacture of valve for internal combustion engine and valve formed manufactured thereby
JP2948047B2 (en) Manufacturing method of die casting mold having water cooling hole
RU2792019C1 (en) Method for manufacturing large-sized circular profile products from corrosion-resistant heat-resistant steel
JP3224044B2 (en) Tool having undulations on working surface and heat treatment method therefor
CN222552046U (en) Hot die forging die with long service life
CN104722688B (en) A kind of die forging production method of coal machine connector of hydraulic support
SU990413A1 (en) Method of producing female die
RU2731994C1 (en) Crusher hammer manufacturing method
RU2800258C1 (en) Method for manufacturing wear-resistant crushing plates for jaw crushers
CN114799007B (en) Finish forging forming process for basin-tooth forge piece