圆锥破碎机衬板磨损材料优化设计

破碎机作为破碎矿石物料主要设备，广泛应用于矿山、建筑、冶金等行业当中。圆锥破碎机因其破碎粒度范围广、效率高等优点在破碎过程中起着不可替代的作用。由于圆锥破碎机工作环境恶劣，正常工作时破碎机衬板磨损严重，需经常更换。随着破碎的物料总量不断增加，巨大的钢耗支出和更换衬板带来的时间浪费严重制约着圆锥破碎机的效率。因此，加强对破碎机衬板的磨损研究十分必要，函需开发高效、节能环保的圆锥破碎机。本文从衬板材料选择出发，分析了衬板材料属性，总结了衬板材料的化学成分，找到了一种经济耐用的衬板材料，本文的研究与一定实用价值，为相关的工程设计提供了理论参考。

从圆锥破碎机衬板磨损模型目标函数出发，运用相关算法对破碎机的结构参数和性能参数进行优化，以期使破碎机达到最优设计。破碎机的结构和性能参数决定了矿山物料与衬板怎样发生挤压破碎，这在很大程度上也就决定了衬板怎样磨损。优化这些参数，来减小衬板的磨损。但这只是一方面，从另一方面我们也在积极寻找合适的衬板材料，增强衬板的耐磨性能。

传统破碎机衬板一般选择高锰钢，而迁安某机械厂所使用的GP500型圆锥破碎机，其破碎壁衬板的材质是含铬高锰钢。高锰钢因其良好的延展性与韧性及优良的加工硬化能力，综合性能优于其他耐磨材料，一直能作为破碎机衬板材质的首选材料。衬板作为破碎机运转周期中较易磨损的物件，现代科学理论研究关注在高锰钢原有基本性能的基础，对其成分配比进行优化，设计使用新的高锰钢材料到破碎生产中去，以提高衬板的耐磨性能，达到节约成本扩大效益的目的。

一、衬板材料选择依据

因为破碎机工作环境恶劣，在破碎机周期性运转过程中，矿石物料与衬板直接发生挤压破碎，矿石对衬板表面有冲击、挤压、剪切等方向的作用，考虑到铁矿石的硬度，这就需要衬板有较高的强度、硬度，优良的耐磨性能。

对破碎衬板材料的选择有近乎苛刻的条件。考虑到破碎机恶劣的工作条件，所以衬板材料必须要有良好的组织性能，可以选择马氏体+少量贝氏体结合的方式。其性能主要还是以上提到的几点：1）高硬度。一般情况下，材料硬度高了，耐磨性能自然就好了。但同时也应注意硬度提高的同时，韧性会随之下降。有资料表明，材料当硬度增加到60HRC以后，其韧性会迅速下降，安全性能也会很快下降，材料硬度提高反而不利于提高衬板耐磨性。通常将破碎机衬板的硬度设定为40HRC以上。2）韌性好。韧性作为表征材料性能的重要指标之一，在满足硬度要求的同时，需要较高的韧性，是材料能减少冲击断裂。3）优良的淬透性。经过淬火处理，奥氏体钢转变为马氏体，这能满足衬板材料的使用条件，提高其耐磨性。

二、破碎机衬板材料设计

后期的加工处理可能改变材料的组织和性能，可化学成分决定其组织结构和基本性能。现代矿山开采当中，矿石的硬度较高，衬板磨损较快。比如迁安某厂的GP500型圆锥破碎机使用ZGMn13作为衬板材料，但使用寿命较短。这就需要我们需求新的衬板材料，来提高衬板的耐磨性能以满足用户的使用要求。通过在普通高锰钢中加入合金元素，可以达到提高衬板耐磨性能的目的。

给出普通高锰钢、含铬高锰钢和CrMoVTiRe高锰钢三种材料的成分配比。高锰钢中加入合金元素能提高材料的性能，比如铬能提高奥氏体钢的淬透性，铝能提高奥氏体钢的稳定性等等。合金元素在一定程度上能提高材料的强度和硬度，但这样降低了材料的韧性。从表2可以看出，CrMoVTiRe高锰钢较普通的高锰钢在强度和硬度方面都有提高，而在韧性方面有较大幅度的降低。因此必须适量加入这些合金元素，在考虑材料的强度和硬度的同时，还要兼顾材料自身的韧性。另外，合金中磷、硫量及其他夹杂物数量都对合金的质量有重要影响。加入高锰钢中的元素不一定是越多越好，这一点我们一定要注意，这对于提高材料寿命很关键。

在圆锥破碎机的整个运转过程，衬板需要经受矿石的挤压、冲击及切削等作用，工作环境极其恶劣，需要衬板具有极强的强度、硬度和韧性。选择衬板材料的时候，一定要通盘考虑这些因素。虽然试验测量CrMoVTiRe高锰钢的冲击韧性值降到50J/cm2，但这可以满足衬板材料所需的冲击韧性要求，关键是它的硬度可以达到260HB，这在很大程度上增强了衬板的强度和硬度，因此CrMoVTiRE高锰钢较普通高锰钢更适合作为衬板的材料。

选择衬板材料的时候要在满足硬度、强度及韧性等基本使用条件的基础之上，通过反复实验，考量其实用性和经济性，最终确定衬板材料的化学成分，找到一种经济耐用的衬板材料。