1、顎板磨損機(jī)理
多年的生產(chǎn)實(shí)踐表明，顎板在破碎物料時(shí)，除因韌性不足而斷裂失效以外，主要表現(xiàn)為兩種失效形式，即疲勞磨損和犁溝磨損。這主要是由破碎過(guò)程中顎板受到?jīng)_擊、擠壓和研磨所致。
疲勞磨損是在沖擊或擠壓應(yīng)力較高，物料形狀較圓整的情況下發(fā)生的。據(jù)測(cè)試，顎式破碎機(jī)在工作循環(huán)中，顎板受到脈動(dòng)循環(huán)載荷作用。盡管動(dòng)顎擺動(dòng)次數(shù)較大，物料連續(xù)進(jìn)入破碎腔，但由于破碎腔中物料的破碎存在隨機(jī)性，因而顎板上的任一點(diǎn)仍呈現(xiàn)較快的不規(guī)則脈動(dòng)應(yīng)力循環(huán)。當(dāng)表面接觸應(yīng)力足夠大時(shí)，顎板中由于冶煉、鑄造過(guò)程中造成的夾雜物和氣孔之類的缺陷以及金屬晶體缺陷就會(huì)由于應(yīng)力集中而發(fā)展成微裂紋，并在應(yīng)力循環(huán)的作用下逐步擴(kuò)展，造成小塊脫落，如圖l所示。若物料與顎板的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度較大，物料雖不能切入顎板表面，但斷續(xù)劃過(guò)顎板表面，也會(huì)使其受到交變接觸應(yīng)力作用，產(chǎn)生微變形，同時(shí)由于物料的反復(fù)作用而產(chǎn)生局部加工硬化，形成軟硬相間的表面，同樣也會(huì)造成微粒剝落。
犁溝磨損在微觀上表現(xiàn)為兩種形式：其一是物料在外力作用下以一定速度相對(duì)于顎板運(yùn)動(dòng)時(shí)，硬物料尖角部位微量切入金屬基體，并經(jīng)歷一段距離后又從基體中脫離出來(lái)，導(dǎo)致表層材料脫落，在基體上留下一道道犁溝，如圖2所示。其二是物料壓入顎板表面造成壓痕，使壓痕周圍表層突起，隨后剝落所致。造成犁溝的條件取決于局部應(yīng)力和顎板材料與物料兩者的相對(duì)硬度。在應(yīng)力一定的情況下，物料的硬度比顎板材料的硬度大得越多，越容易產(chǎn)生犁溝磨損。生產(chǎn)實(shí)踐中，我們�？吹筋�板在破碎石英時(shí)，由于石英硬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)顎板鋼基體硬度，因而，表面犁溝磨損十分嚴(yán)重，且犁溝形貌多呈倒三角形，應(yīng)力越大犁溝越深。而在破碎石灰石時(shí)，由于石灰石比顎板基體軟得多，在壓力作用下自身破裂，被碾成粉狀。所以，破碎石灰石時(shí)，很少看到有犁溝磨損。
2、影響顎板磨損的因素
顎式破碎機(jī)顎板磨損與許多因素有關(guān)。不同的機(jī)型，由于其運(yùn)動(dòng)特性不同，其顎板磨損也不相同：同一臺(tái)破碎機(jī)，由于破碎的物料或物料組分不同，其磨損也不一樣。這就有必要弄清造成磨損的主要原因所在。
2.1物料硬度及其組分對(duì)顎板磨損的影響
物料的硬度對(duì)顎板磨損有著重要影響。在其它條件相同的情況下，硬度高的物料比硬度低的物料更容易壓入顎板基體表面，從而產(chǎn)生犁溝磨損。
表1為不同物料對(duì)X210CrW12耐磨材料的影響。從中可看出，上述物料對(duì)X210CrW12材料磨摜的影響順序?yàn)椋菏?gt;雜砂巖>玄武巖>輝綠石>石灰石。
石英是造成顎板磨損的主要物料，其硬度通常在HV1100左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)一般的錳系及鉻系鋼基耐磨材料的硬度。磨損形式多為犁溝磨損。
雜砂巖，通常含有41%左右的石英和36%左右的方解石，整體相對(duì)較軟，但由于組分中含有硬度較大的石英，因此，對(duì)顎板基體仍有犁削作用，造成的磨損也較嚴(yán)重。
玄武巖與輝綠石相比，雖然其組分中所含的長(zhǎng)石和輝綠石硬度相當(dāng)，但所含的比例大不一樣，玄武巖中長(zhǎng)石占的比例較大而輝綠石中輝石的比例相對(duì)較小。因此，玄武巖對(duì)顎板的磨損要比輝綠石的大。
石灰石，其主要成分是極軟的方解石，所以對(duì)顎板基體磨損很小，通常不易察覺(jué)。
2.2顎板材料對(duì)顎板壽命的影響
顎板材料對(duì)顎板使用壽命的影響是不言而喻的。國(guó)外對(duì)耐磨材料的研究起步較早，目前國(guó)內(nèi)廣泛使用的高錳鋼ZGMn13就是英國(guó)人R.A.(R.A.Hadfeld)于1882年發(fā)明的，堪稱第一代耐磨材料。時(shí)至本世紀(jì)30年代，出現(xiàn)了第二代耐磨材料——鎳硬鑄鐵，其耐磨性遠(yuǎn)優(yōu)于高錳鋼，但脆性很大，因而未能廣泛應(yīng)用。第三代耐磨材料是本世紀(jì)70年代興起的高鉻鑄鐵（鋼），其沖擊韌性與鎳硬鑄鐵相比有所提高，而且還具有較高的耐磨性能，因而成為耐磨材料的換代產(chǎn)品，但其生產(chǎn)工藝要求較為嚴(yán)格。此后，出現(xiàn)了因工況條件不同而合理配比沖擊韌性和耐磨性的耐磨合金鋼和金屬?gòu)?fù)合材料。
盡管高錳鋼在低應(yīng)力和中應(yīng)力沖擊磨料磨損條件下，正部分被其它鋼種所替代，但由于其生產(chǎn)工藝條件要求不高，原料來(lái)源廣泛，目前仍在耐磨材料中占有重要地位。就國(guó)內(nèi)應(yīng)用廣泛的錳系鑄鋼如ZGMn13而言，其強(qiáng)度、塑性以及韌性都較高，可以在很大的沖擊載荷下工作而不致斷裂，然而要發(fā)揮高錳鋼鑄件的耐磨性能，其關(guān)鍵在于充分利用其在沖擊條件下能產(chǎn)生表面加工硬化的特性。通常，有以下三條途徑可提高高錳鋼鑄件的耐磨性能。
(1)適量添加Cr、Mo、V、Ti等合金元素
在錳系鑄鋼中，適量添加合金元素，具有強(qiáng)化奧氏體基體，增加硬化第二相以及提高奧氏體加工硬化速率等作用，因而是提高耐磨性、延長(zhǎng)顎板使用壽命的有效途徑。添加合金元素Cr后，在水韌處理時(shí)，Cr可大部分溶入奧氏體中，使其穩(wěn)定性提高，同時(shí)又促使碳化物在冷卻時(shí)加快析出，因而可提高鋼的屈服強(qiáng)度，增加在強(qiáng)沖擊磨損時(shí)的耐磨性。
(2)采用不同的鑄造工藝
砂型鑄造與金屬型鑄造相比，對(duì)高錳鋼鑄件的表面硬化作用有很大差別。采用砂型鑄造工藝生產(chǎn)的鑄鋼件，其表面硬度一般為HB250～350，HRC25～35，而采用金屬型鑄造工藝生產(chǎn)的鑄鋼件，其硬度可達(dá)到HB280—400，HRC27～38，比砂型鑄造提高約25%左右。因此，若生產(chǎn)條件許可，采用金屬型鑄造工藝可提高顎板的使用壽命。
(3)采用不同的熱處理工藝
采用水韌處理。水韌處理可使高錳鋼在鑄態(tài)時(shí)組織中析出碳化物，因而韌性較低，但加熱到1030-- 1100℃后，進(jìn)行水冷，可得到單一奧氏體組織，韌性提高，使其在高負(fù)荷條件下發(fā)揮出較高的耐磨性能。
采用爆炸硬化處理，爆炸硬化可在極短的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生高壓，使高錳鋼表面形成一層硬化層，其硬度可達(dá)到HB300～500，屈服強(qiáng)度可提高2倍，耐磨性提高50%。
2.3動(dòng)顎運(yùn)動(dòng)軌跡對(duì)顎板磨損的影響
動(dòng)顎運(yùn)動(dòng)軌跡對(duì)顎式破碎機(jī)的性能有著重要影響。顎式破碎機(jī)的主要性能指標(biāo)生產(chǎn)能力、比功耗、鋼耗（顎板磨損）以及破碎產(chǎn)品質(zhì)量等都與運(yùn)動(dòng)軌跡有著直接關(guān)系�，F(xiàn)以復(fù)擺顎式破碎機(jī)機(jī)為例，來(lái)分析動(dòng)顎運(yùn)動(dòng)軌跡對(duì)顎板的磨損的影響。復(fù)擺顎式破碎機(jī)的顎板經(jīng)生產(chǎn)使用后，通常具有如下磨損特征：固定顎板的磨損主要發(fā)生在顎板下部，排料口處磨損最大，而動(dòng)顎在中部磨損最大。
為分析顎板磨損情況，以計(jì)算機(jī)模擬出顎板齒面上各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡，分析其行程、角度以及軌跡的轉(zhuǎn)向等。動(dòng)顎齒面上的運(yùn)動(dòng)軌跡從上部到下部逐步由橢圓變成扁平的月牙形，而其軌跡長(zhǎng)軸的方向則隨肘板的支承方式不同而有所變化。在傳統(tǒng)的顎式破碎機(jī)中，軌跡長(zhǎng)軸與靜顎成一較小的角度，且該角度自上而下逐步變大，到排料口處，該角度達(dá)最大值。因此，若將長(zhǎng)軸投影響到水平軸和垂直軸上則可得到其行程的分布規(guī)律，即水平行程從動(dòng)顎上部到中部逐漸減小，再?gòu)闹胁康较虏坑种饾u增大；垂直行程則從上部到下部逐漸增大。動(dòng)顎工作時(shí)，上部以近似于圓的橢圓軌跡，向左、向左下運(yùn)動(dòng)壓碎礦石；動(dòng)顎下部則以月牙形的軌跡，向左、向左上近乎垂直地研碎礦石。因此，當(dāng)?shù)V石從上部破碎到中部時(shí)，因中部動(dòng)顎行程變短，破碎作用減弱而使礦石難以充分破碎，滯留于中部，從而加劇了動(dòng)顎中部的研磨，致使動(dòng)顎中部磨損最大。在排料口處，由于破碎力與摩察力的合力處于摩擦錐之外，如圖4所示，這便使物料沿因定顎板齒面滑動(dòng)，同時(shí)由于該處齒面上的垂直行程最大，因而產(chǎn)生嚴(yán)重磨損。改變動(dòng)顎的支承方式可改變動(dòng)顎運(yùn)動(dòng)軌跡的長(zhǎng)軸方向，從而減小動(dòng)顎的垂直行程，減輕顎板磨損。
此外，嚙角、齒形對(duì)顎板的磨損也具有一定的影響。
3、提高顎板壽命的措施
3.1針對(duì)不同礦石性質(zhì)合理選擇破碎機(jī)機(jī)型
目前國(guó)內(nèi)外研制開發(fā)的顎式破碎機(jī)已達(dá)數(shù)十種，總的來(lái)看，各有各的特點(diǎn)。如簡(jiǎn)擺顎式破碎機(jī)在破碎極堅(jiān)硬物料方面確實(shí)具有其它機(jī)型無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)，其顎板壽命比復(fù)擺顎式破碎機(jī)延長(zhǎng)3～4倍。
3.2合理設(shè)計(jì)破碎機(jī)機(jī)構(gòu)參數(shù)
從70到80年代，人們?cè)?jīng)通過(guò)構(gòu)造曲線型腔來(lái)提高顎式破碎機(jī)的性能，起初收到了良好的效果，但由于顎板磨損存在不均勻性，往往設(shè)計(jì)之初的理想齒面，一經(jīng)磨損后就很快是喪失其原有的性能。因此，要提高顎式破碎機(jī)的整機(jī)性能，尤其是顎板的使用壽命，可通過(guò)調(diào)整顎式破碎機(jī)的機(jī)構(gòu)參數(shù)獲得有利于減小磨損的運(yùn)動(dòng)軌跡，這樣，調(diào)整動(dòng)顎運(yùn)動(dòng)軌跡而不是構(gòu)造曲線型腔，就成為提高顎式破碎機(jī)性能的一條最為理想的途徑。我院研制的PEW系列外動(dòng)顎勻擺顎式破碎機(jī)就是最好的例子。如PEWA750×1060外動(dòng)顎低矮破碎機(jī)在金川龍首礦使用2年多，出礦200多萬(wàn)t，顎板還沒(méi)有調(diào)頭。在銅陵鳳凰山礦f=18～20硬巖礦使用，顎板壽命比傳統(tǒng)復(fù)擺顎式破碎機(jī)提高5倍，近年來(lái)我院研制的外動(dòng)顎勻擺顎式破碎機(jī)系列是顎式破碎機(jī)新機(jī)型，該機(jī)型結(jié)構(gòu)獨(dú)特，參數(shù)設(shè)計(jì)合理，具有理想的動(dòng)顎軌跡，顎板磨損很小，壽命長(zhǎng)。
3.3采用適合的鑄造工藝及熱處理工藝
如果條件許可，采用適合的工藝措施將是提高顎板壽命的極好方法，一般可提高顎板耐磨性能近～倍以上。
3.4合理設(shè)計(jì)嚙角和齒形
合理的嚙角在破碎物料時(shí)能有效地鉗住物料而不致產(chǎn)生滑動(dòng)、加劇磨損。不同的物料選用不同的齒形，既能提高生產(chǎn)能力又能延長(zhǎng)顎板的使用壽命。
3.5研究并采用新型耐磨材料
4、結(jié)語(yǔ)
從顎式破碎機(jī)顎板磨損機(jī)理入手，指出了顎板磨損的兩種主要失效形式，即疲勞磨損和犁溝磨損，并分析和總結(jié)了影響顎板磨損的因素，提出了提高顎板壽命的措施。試驗(yàn)證明，這些措施在研制的新型破碎機(jī)中取到了良好的效果。
