反击板是反击式破碎机中关键的承撞与二次破碎部件。其表面出现的凹坑与片状剥落,是物料高速冲击下材料发生疲劳失效的典型表现。这种损伤不仅直接削弱反击板的破碎与导流功能,更会引发生产效率下降、产品粒度失控和设备振动加剧等一系列连锁问题。
在设备运行一段时间后,反击板工作面通常呈现两种相互关联的损伤形态:
凹坑(冲击坑):在板锤高速抛射出的物料流持续撞击下,反击板表面形成的局部塑性变形区。凹坑底部往往伴随微裂纹,是剥落的起点。
片状剥落:材料以厚度不一的片状或块状从基体上分离脱落,留下深浅不一的剥落坑。剥落通常起源于凹坑底部、螺栓孔边缘或材料缺陷处,是失效的主要形式。
这两种损伤直接导致反击板的预设反击角度和表面轮廓被破坏,削弱其将物料再次导向板锤冲击区或物料间相互碰撞的能力,导致破碎效率降低,能量浪费于无效的摩擦与噪音中。
反击板的损伤是高周次冲击疲劳、冲蚀磨损与材料自身响应共同作用的复杂结果,其过程可分为三个阶段:
第一阶段:能量吸收与塑性变形
当速度为每秒数十米的高速物料流(主要成分为已被一次破碎的尖锐颗粒)撞击反击板时,其巨大的动能瞬间转化为对板面的压缩应力波。若冲击点应力超过材料的动态屈服强度,表层材料将发生塑性流动,形成肉眼可见的凹痕或犁沟,同时内部产生位错堆积和加工硬化。
第二阶段:微裂纹的萌生与扩展
在数以百万次的循环冲击下,加工硬化区的脆性增加。在应力最集中的凹坑底部、硬质相(如碳化物)与金属基体的界面处,或铸造微观缺陷处,会萌生微观疲劳裂纹。后续冲击载荷使裂纹尖端反复开合,裂纹沿着应力场方向或材料薄弱路径(如晶界)逐渐扩展。
第三阶段:断裂与材料剥离
当扩展的裂纹相互连接,或单条裂纹达到临界尺寸时,其包围的材料区域便失去与基体的有效结合力,在冲击的拉应力阶段或物料流的冲刷下发生脆性断裂并脱落,形成宏观剥落。脱落的碎片又会成为新的磨粒,加剧冲蚀磨损。
多种因素共同决定了损伤发生的速率与严重程度:
| 影响因素类别 | 具体因素 | 对损伤的影响机制 |
|---|---|---|
| 工况参数 | 物料特性(硬度、粒度、锐度) | 物料越硬、粒度越大、棱角越尖锐,单次冲击的动能和应力集中效应越强,越易引发塑性变形与裂纹。 |
| 冲击速度与频率 | 由转子线速度和给料量决定。速度越高,冲击能量越大;频率越高,疲劳累积越快。 | |
| 冲击角度 | 接近垂直的冲击(大冲击角)主要产生凹坑与剥落;小角度冲击则更倾向于切削磨损。 | |
| 部件自身 | 材料性能匹配度 | 韧性不足的材料难以通过塑性变形吸收冲击能,裂纹易萌生;硬度过低则抗塑性变形与切削能力差。适用于反击板的材料需在韧性、硬度与加工硬化能力间取得良好平衡。 |
| 制造与内部质量 | 铸造缺陷(气孔、夹渣)、组织不均(如粗大碳化物)、热处理不当产生的内应力,都会成为疲劳裂纹的优先起源点。 | |
| 结构设计 | 不合理的厚度过渡、螺栓孔布局不当,可能在工作应力下形成局部高应力区。 | |
| 操作维护 | 安装与紧固 | 反击板与机架背板贴合不实、紧固螺栓预紧力不足或松动,会导致部件在工作中颤振,承受额外的冲击和微动磨损,急剧加速疲劳。 |
| 磨损部件配合状态 | 板锤严重磨损后,抛出的物料流速度与方向会发生变化,可能冲击到反击板非正常区域,造成异常损伤。 |
减轻反击板的凹坑与剥落损伤,需采取综合性技术措施。
1. 适用性材料选择与质量控制
对于冲击强烈的工况,高韧性的奥氏体高锰钢仍是一种可靠选择,其在强烈冲击下能产生显著的表面加工硬化,从而抵抗进一步变形与磨损。也可考虑中碳合金钢或具有良好韧性基体的低合金马氏体钢。
严格把控铸件质量,通过超声探伤等手段减少内部缺陷,并通过合理的热处理工艺优化组织、消除内应力。
2. 结构设计与安装优化
优化反击板背部筋板布局,提高整体刚度,减少受冲击时的弯曲变形。
确保安装贴合牢固。安装时检查并确保反击板与机架背板之间无杂物,所有紧固螺栓按规定扭矩拧紧,并使用防松装置。定期检查紧固状态。
3. 操作维护与监控
控制稳定的给料,避免过大的给料粒度或金属异物进入,防止单次超载冲击。
建立定期检查制度,重点关注凹坑深度、裂纹(尤其是螺栓孔周围)及剥落情况。可利用简单的样板进行测量记录。
实施预防性更换。当反击板工作面磨损至影响腔型曲线,或出现连接螺栓区域的贯穿性裂纹时,即应计划更换,避免其断裂脱落造成设备二次损坏。
注意板锤磨损状态,及时更换磨损板锤,保持物料流稳定。