华润水泥（封开）有限公司526541
摘要：分析了锤式破碎机锤头失效的主要原因，阐述了影响锤式破碎机锤头磨损的主要因素，指出了提高锤式破碎机锤头使用寿命的措施。
关键词：锤式破碎机，锤头，寿命，磨损，措施
前言：锤式破碎机是利用高速旋转的锤头冲击物料，使物料沿其自然裂隙、层理面和节理面等脆弱部分断裂而破碎的破碎机械，广泛应用于矿山、冶金、建材及电力行业。锤式破碎机在陶瓷行业也有一定的应用，如用于制陶原料页岩等的破碎。锤式破碎机在工作过程中，由于受到物料的冲击和摩擦，不可避免地使锤头、衬板、篦条等零件发生磨损而失效，其中，锤头是最主要的易磨损零件，其消耗量极大，需要储备大量的备件，这不仅占用资金，而且影响企业的正常生产。因此，对锤头磨损的影响因素进行分析，寻找提高锤头使用寿命的措施，对维持企业正常生产和提高企业经济效率，具有重要的现实意义。
1、锤头磨损失效分析
当物料与高速旋转的锤头撞击时，如正面撞击，物料尖角压入锤面，形成撞击坑，其冲击力全部转为对锤面的压应力，此时锤头属于撞击凿削磨料磨损。但当物料以一定角度撞击锤头时，冲击力可分解为垂直锤面的法向应力和平行锤面的切向应力，前者使锤头表面产生冲击坑，后者对锤头表面进行切削，形成一道道切削沟槽，则为切削冲刷磨料磨损。
锤头工作期间不是整个锤面全部用于破碎物料，只有顶部侧面靠近边缘的区域进行破碎，称为工作区，随着锤头的不断磨损，工作区发生变化，物料对锤头的磨损方式也发生变化，即前期以撞击凿削磨料磨损为主，逐渐转为后期以切削冲刷磨料磨损为主.因此锤头的磨损失效机理是撞击凿削磨料磨损和切削冲刷磨料磨损。
2、影响锤头磨损的主要因素
影响锤头磨损的主要因素有：锤头的材质、制造质量及结构设计、破碎机的技术设计、给料情况及结构中各部的间隙等。
2.1锤头材质的影响
一般来说，硬度越大的锤头其耐磨性也愈大。要提高锤头的耐磨性，就要增加其硬度，但随着硬度的提高。锤头的抗冲击韧性就会降低。因此，如何兼顾锤头适宜的硬度和良好的抗冲击韧性是提高锤头耐磨性的关键。
锤头常用的材料有：高锰钢、高铬铸铁、低碳合金钢。高锰钢韧性好，工艺性好，价格低，其主要特点是在较大的冲击或接触应力的作用下，表面层将迅速产生加工硬化，其加工硬化指数比其它材料高5～7倍，耐磨性得到较大的提高。但如果使用中冲击力不够或接触应力小，则不能使表面迅速产生加工硬化，高锰钢的耐磨性就不能充分发挥。高铬铸铁是一种具有优良抗磨性能的耐磨材料，但韧性较低，易发生脆性断裂。为了使高铬铸铁锤头安全运行，人们开发了复合锤头，即将高铬铸铁镶铸在高锰钢或低合金钢锤头头部，或者锤头工作部分采用高铬铸铁，锤柄部分采用碳钢，将两者复合起来，使锤头头部具有高硬度，而锤柄部具有高韧性，充分发挥两种材料的各自优点而克服单一材料的缺点，满足锤头使用性能要求。但其制造工艺复杂，工艺要求较严格。低碳合金钢主要为含铬、钼等多种元素的合金结构钢，硬度高、韧性好，其基体组织有马氏体，贝氏体或贝氏体+马氏体复合组织。锤头硬度为HRC45左右，冲击韧性d≥15J／cd。在同等工况条件下，其使用寿命至少比高锰钢锤头提高1倍以上。但锤头的调质热处理是关键，调质热处理后不仅要求整体抗拉强度达850MPa以上，而且要求有相当的塑性和韧性。
2.2锤头的制造质量
锤头的制造工艺也是决定其使用寿命的关键因素。如果锤头表面或内部制造中存在缺陷，如缩孔、裂纹、穿晶等，不仅会降低锤头性能，甚至会造成锤头断裂。因此，在锤头生产中必须制定合理的铸造和热处理工艺。例如对高铬铸铁锤头，应采用立浇和合理使用外冷铁，并严格控制浇铸温度等措施，这样可使锤头在铸造时有良好的凝固顺序和补缩条件，进而得到致密的内部组织，并减弱晶粒粗大的现象。锤头的热处理工艺则决定了其力学性能的实现和碳化物的分布形态。由于在锤头的成分中都含有一定量的铬和其它合金元素，因此如何使这些合金元素形成硬质点碳化物的作用充分发挥出来，也是制定热处理工艺时考虑的一个因素。总之，制定合理的生产工艺和严格的质量检验手段，是保证锤头达到使用性能的先决条件。
2.3锤头的结构设计
不同结构和几何形状的锤头，其热处理的力学性能、内部的金相组织有很大的差别，进而对耐磨性有较大的影响，特别是厚度、尺寸大的锤头影响更为突出。锤头越厚大，越不易淬透，其抗磨损性能也就越差。由于锤头的内部抗磨损性能明显低于表面，因此，对于厚度较大的锤头，只能借助于合理的铸造和热处理工艺来改善这一状况，但这一手段对提高锤头的抗磨损性能是有限的，最好的办法是在不改变锤头的打击动能和强度的情况下，对锤头的结构进行优化设计，一方面可提高锤头的利用率，另一方面可减少结构对热处理性能的影响，避免锤头的耐磨性能下降。
3、提高锤头寿命的措施
3.1合理选择锤头材料
选择合适的材料是提高锤头寿命的基本途径。由于锤头在使用过程中不同程度地承受撞击磨损与切削磨损，对使用的材质提出了高韧性与高硬度的要求。提高锤头的硬度，可提高其耐磨性，从而减轻撞击磨损；提高材料的韧性有助抑制裂纹的产生和扩展，有利于减轻冲刷磨损。但韧性与硬度是一对矛盾，在实际选择材质时，一定要充分了解工况条件及其磨损机制，合理选用材质。
3.2合理设计锤头结构
锤头的形状和质量直接影响破碎机的产量和使用寿命。应根据破碎物料的性质、进料粒度及检修情况进行合理选择。用于粗碎时，锤头应重且数量要少；用于中细碎时锤斗的重量要轻且数量要多。锤式破碎机常见的锤头如图3所示。图3中(a)、(b)、(c)是轻型锤头，质量通常为3.5～15.0kg，多用于破碎块度为100—200mm的软质和中硬物料。其中(a)、(b)两种是两端带孔的，磨损后可以调换4次；而(c)种锤头只能换2次；(d)为中型锤头，质量为30～60kg，且重心距悬挂中心较远，多用于破碎800—1000mm的中硬物料；而(e)、(f)是重型锤头，其质量为50—120kg，主要用来破碎大块且坚硬的物料。
为了提高锤头的使用寿命，在设计和选择锤头结构时应注意以下几点：
1)在满足冲击力度的前提下，尽量选择两端带孔的锤头，它磨损后两端可进行多次调换，能有效延长锤头的使用寿命。
2)如果工艺要求使用一端带孔的锤头，在保持锤头重量基本不变的情况下，尽量延长悬挂长度，增大工作部尺寸，减小悬挂部尺寸。这样，不仅可以增加锤头的磨损裕量，延长锤头的使用寿命，而且还能有效增加锤头的动量和冲量，加大打击力度，提高破碎效果。
3)为了提高锤头的耐磨性，可在其工作面上涂焊一薄层硬质合金，或设计成复合型锤头，锤头工作部使用高硬度材料，非工作部使用高韧性材料，使锤头既耐磨又耐冲击。
4)采用先进的锤头结构，如组合式快速更换的锤头。这种锤头由柄部和头部构成，两者材料不同，柄部韧、头部硬，柄部和头部通过销轴连接。头部磨损不可再用后，操作者不必拆下整个锤头，仅拆装销轴即可快速更换锤头。每次更换锤头时真正扔掉的金属仅占整个锤头重量的25％左右，是相当经济的。
图1锤式破碎机常见的锤头结构
3.3加强设备的管理与维护
正确使用与科学维护是使设备始终处于良好状态，延长锤头使用寿命的有效途径。如果使用和维护不当，不仅容易引起设备故障，如振动、噪声、发热、磨损等，而且势必招致锤头的使用寿命降低。锤式破碎机在日常使用与维护中应特别注意以下几点：
1)根据设计型号，适当控制进料尺寸，严禁超出设计最大限定尺寸的物料入机。
2)选用合适的给料设备，如采用板式给料机或振动给料机等进行喂料，保证进料均匀稳定，避免因喂料不均匀对设备造成冲击和发生无效运转。
3)由于锤头铸造时质量有误差，锤头使用过程中应根据电流的情况，按时倒眼、翻个，以使锤头均匀磨损和转子运转平衡。
4)更换新锤头时最好进行称量，根据质量平均分成几组，每组的质量要求相等，否则开机时转子不平衡容易引起振动。
5)停车时要检查锤头与筛条之间、筛条与筛条之问的间隙，必要时进行调整，并定期更换筛条。因为锤头的成本比筛条高，新筛条与旧筛条相比，锤头能多用4～5个班。
6)锤式破碎机的锤架是铸钢材质，与物料接触较少，但当破碎机内进入金属物或衬板脱落时，容易造成中锤盘损坏或弯曲，这时要及时将其换掉，否则容易夹锤头引起振动。
4、结语
锤式破碎机具有结构简单、破碎比大、耗能少、出料均匀、适合破碎各种物料，质量轻、操作维修方便等特点，被广泛用于建材行业。但锤式破碎机锤头磨损快，使用寿命短，成为该机的突出问题。锤式破碎机锤头磨损失效为：小冲击力的冲击磨损和切削、冲刷磨损针对不同的影响因素，采用不同的减磨措施，延长锤头的使用寿命。从总体上讲，提高锤式破碎机锤头的使用寿命，不仅制造厂要刻意保证和提高锤头的材质、机械性能和质量，而且使用厂家要务必重视科学选型，做到“因材施锤”，以及合理使用和科学管理。
参考文献
[1]锤式破碎机锤头磨损的影响因素分析及对策[J].任海军.四川建材.2007(04)
[2]锤式破碎机的锤头材料和质量的研究[J].银金光.矿山机械.2007(01)
[3]提高锤式破碎机锤头寿命的途径[J].董金波,任思璟.煤矿机械.2005(06)
[4]锤式破碎机锤头用新型耐磨材料的研制与选择[J].李茂林,毛静波.水利电力机械.1999(05)
[5]锤式破碎机锤头的材质及选择[J].吕振林,饶启昌,白蓉.中国建材装备.1998(01)