磨機連接件的磨損機理研究

楊光春　陳玖成

摘 要：該文從磨機連接件的工作情況、受力狀況出發，通過分析磨機連接件因受到磨球和物料的沖擊造成損傷磨損的原理；揭示了磨機連接件的磨損機理是同時涉及切削、疲勞以及腐蝕三種基本磨損機理的一種特殊磨損形式，同時提出影響連接件磨損的主要因素。

關鍵詞：磨損機理 影響因素 磨機連接件

中圖分類號：TD453 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）04（c）-0064-02

球磨機是冶金、選礦和建材等工業領域粉體材料制備的關鍵設備。連接件是球磨機中的易損件，在磨機工作時，磨機內介質（鋼球、物料等）由于拋落運動對連接件產生強大的沖擊力，使其受到鑿削、疲勞以及脆性剝落等磨損作用，同時還會受到礦漿的腐蝕，而不斷受到損壞，但是這一問題從未有人重視過，在磨機的經常性檢修中發現：由于連接件的失效，會造成襯板脫落或漏礦，所以，其中一項內容就是更換個別連接件，這將會造成人財物的極大浪費。因此，對磨機連接件的磨損機理進行研究是必要的。

1 連接件情況

（1）材料

目前磨機連接件的材料主要為45﹟鋼和Q235A兩種，頭部形狀以橢圓錐和扁錐形為主，個別也有臺形錐的，螺紋的制造方法主要有兩種，即滾壓法和車削法。

（2）工作情況

物料在磨機中的粉碎過程主要是靠磨機回轉時筒體內磨球對物料的碾碎和沖擊作用來完成[1]。如圖1所示，磨機內物料和磨球隨筒體一起轉動，當達到脫離點A時以拋物線軌跡瀑布式瀉落而下于B點，在這種復雜運動過程中，連接件將承受著來自磨球和物料的沖擊力（可分解成為切向力和法向力）以及磨粒的磨削作用而被磨損，直到失效。

2 受力情況

在簡化的模型下分析，如圖1所示，連接件受到兩個方向的沖擊力：切向力和法向力。

其沖擊速度根據資料[2]可知，在筒體的切向和徑向分別為：

其最大沖擊能量根據資料[1]可知：

式中 m—磨球的重量；H—磨球拋落后降落的最大高度

從式中可以看出，磨球的質量越大，則產生的沖擊能量也越大；磨機的直徑越大，磨球或物料拋落時所產生的沖擊能量也就越大，那么連接件頭部所受到的沖擊作用也就會越大。因此，在現代工業生產中，對連接件的要求就更高。

3 磨損機理

連接件的主要失效形式是磨損、剝落和腐蝕，以磨損為主。在磨球、物料的共同作用下，磨機連接件的主要磨損機制是：

3.1 切削磨損

由于物料磨粒是天然礦石或水泥燒結塊的碎粒，其形狀具有隨機性，從金屬磨削原理來看，物料磨粒具有很大的負前角和較大的切削刃鈍圓半徑。在物料磨研過程中，有些磨粒與連接件表面只是單純的滑擦作用，這將引起連接件表面產生裂紋；有些磨粒在自身和磨球的沖擊法向力作用下產生很大的壓強，極易較深地壓入連接件頭部表層，在切向力的推動下產生切削作用，如圖2所示。這種切削過程可分為三個階段：滑擦、犁耕和形成磨屑。這種滑擦使連接件表面產生彈性變形，而磨粒在其表面滑擦而過，未切入（H段）；犁耕階段磨粒切入連接件表面，材料向兩邊隆起，產生塑性變形使表面出現刻痕（犁溝），但無磨屑產生（K段）；在C段，切削深度和應力達到一定數值，金屬被直接鑿掉形成磨屑。

3.2 疲勞磨損

連接件頭部受到磨球和物料磨粒的反復撞擊、擠壓和滑擦，在交變的沖擊應力作用下引起交變的接觸應力，產生交變剪切應力，特別是劃痕和隆起在磨球的反復沖擊碾壓作用下，產生應變疲勞裂紋，擴展至表面，就會導致連接件頭部表層成塊脫落，從而造成疲勞磨損。

3.3 腐蝕磨損

在選礦所用濕式球磨機中，腐蝕介質與切削磨損、疲勞磨損共同作用于連接件頭部表面，磨損會不斷產生新的表面，而腐蝕又使得材料表面力學性能遭到破壞，這就會導致材料表面加速磨損。

根據以上分析，要想提高連接件的使用壽命，其材質就應具有高的硬度、高的耐沖擊韌性和良好的耐腐蝕性能。

4 影響連接件磨損的主要因素

4.1 磨機的裝載量與轉速

磨機的直徑越大，物料和磨球的裝載量也就越大，當磨機的轉速一定時，物料和磨球拋落下來的動能就越大，連接件所受到的沖擊力就愈大，其磨損也隨之加大。當磨機的裝載量一定，而轉速越高時，物料和磨球的運動速度就愈大，此時，連接件所受到的沖擊力、切向力和法向力就越大，物料、磨球與連接件之間的相對運動速度也加大，從而導致連接件的磨損加劇。因此，磨機的裝載量與轉速要根據磨機的工作效率進行綜合考慮。

4.2 磨粒的性質

磨粒的性質主要涉及磨粒的硬度、脆韌性、形狀等方面，它們對連接件表層的切削磨損過程有著極為重要的影響。

當磨粒的硬度比連接件頭部的硬度高得多時，連接件的磨損主要是以鑿削磨損為主，反之，連接件的疲勞磨損占較大比例；同時，磨粒越硬，其拋落沖擊時對連接件頭部的緩沖作用也是越小。因此，磨粒的硬度對材料的耐磨性有著顯著的影響。

磨粒的脆韌性和形狀對連接件的磨損同樣存在直接影響。如果磨粒硬且脆，易磨碎呈尖銳多角形狀，曲率半徑小的尖端由于鋒利，而且在自身和磨球的沖擊法向力作用下產生很大的壓強，極易較深地壓入連接件頭部表層，從而造成切削磨損；若磨粒的塑韌性較好，不易破碎，其曲率半徑就大，磨粒壓入深度也小，可使連接件頭部表層材料處于彈性變形范圍，最終表現為連接件的表層材料剝落。

4.3 磨機內介質的性質

磨礦分為干式球磨和濕式球磨兩種，干式球磨中連接件主要受到磨球和物料的拋落沖擊，屬于鑿削磨損和疲勞磨損；在濕式球磨中，由于礦漿具有一定的酸堿性，連接件與這接觸必然產生腐蝕，加之磨球和物料顆粒的鑿削作用，破壞了連接件表層的鈍化膜，使腐蝕加劇。所以，在磨球和物料磨粒相同時，濕磨方式比干磨方式的磨損情況更加嚴重。

5 結語

磨機連接件是在極為惡劣的條件下工作，其主要失效形式為磨損，連接件材質的選擇要根據它的工況條件來確定。

參考文獻

[1] 梅瑛，樊瑞.磨球的沖擊磨損與球磨機結構參數選擇[J].礦山機械，2007⑺：42-44.

[2] 馬少健，陳炳辰.磨礦介質對磨機襯板沖擊力的模擬計算[J].礦冶，1996⑸：42-45.

[3] 劉家俊.材料磨損原理及其耐磨性[M]. 北京：清華大學出版社，1993.

[4] 李啟衡.碎礦與磨礦[M].北京：冶金工業出版社，2002.endprint

摘 要：該文從磨機連接件的工作情況、受力狀況出發，通過分析磨機連接件因受到磨球和物料的沖擊造成損傷磨損的原理；揭示了磨機連接件的磨損機理是同時涉及切削、疲勞以及腐蝕三種基本磨損機理的一種特殊磨損形式，同時提出影響連接件磨損的主要因素。

關鍵詞：磨損機理 影響因素 磨機連接件

中圖分類號：TD453 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）04（c）-0064-02

球磨機是冶金、選礦和建材等工業領域粉體材料制備的關鍵設備。連接件是球磨機中的易損件，在磨機工作時，磨機內介質（鋼球、物料等）由于拋落運動對連接件產生強大的沖擊力，使其受到鑿削、疲勞以及脆性剝落等磨損作用，同時還會受到礦漿的腐蝕，而不斷受到損壞，但是這一問題從未有人重視過，在磨機的經常性檢修中發現：由于連接件的失效，會造成襯板脫落或漏礦，所以，其中一項內容就是更換個別連接件，這將會造成人財物的極大浪費。因此，對磨機連接件的磨損機理進行研究是必要的。

1 連接件情況

（1）材料

目前磨機連接件的材料主要為45﹟鋼和Q235A兩種，頭部形狀以橢圓錐和扁錐形為主，個別也有臺形錐的，螺紋的制造方法主要有兩種，即滾壓法和車削法。

（2）工作情況

物料在磨機中的粉碎過程主要是靠磨機回轉時筒體內磨球對物料的碾碎和沖擊作用來完成[1]。如圖1所示，磨機內物料和磨球隨筒體一起轉動，當達到脫離點A時以拋物線軌跡瀑布式瀉落而下于B點，在這種復雜運動過程中，連接件將承受著來自磨球和物料的沖擊力（可分解成為切向力和法向力）以及磨粒的磨削作用而被磨損，直到失效。

2 受力情況

在簡化的模型下分析，如圖1所示，連接件受到兩個方向的沖擊力：切向力和法向力。

其沖擊速度根據資料[2]可知，在筒體的切向和徑向分別為：

其最大沖擊能量根據資料[1]可知：

式中 m—磨球的重量；H—磨球拋落后降落的最大高度

從式中可以看出，磨球的質量越大，則產生的沖擊能量也越大；磨機的直徑越大，磨球或物料拋落時所產生的沖擊能量也就越大，那么連接件頭部所受到的沖擊作用也就會越大。因此，在現代工業生產中，對連接件的要求就更高。

3 磨損機理

連接件的主要失效形式是磨損、剝落和腐蝕，以磨損為主。在磨球、物料的共同作用下，磨機連接件的主要磨損機制是：

3.1 切削磨損

由于物料磨粒是天然礦石或水泥燒結塊的碎粒，其形狀具有隨機性，從金屬磨削原理來看，物料磨粒具有很大的負前角和較大的切削刃鈍圓半徑。在物料磨研過程中，有些磨粒與連接件表面只是單純的滑擦作用，這將引起連接件表面產生裂紋；有些磨粒在自身和磨球的沖擊法向力作用下產生很大的壓強，極易較深地壓入連接件頭部表層，在切向力的推動下產生切削作用，如圖2所示。這種切削過程可分為三個階段：滑擦、犁耕和形成磨屑。這種滑擦使連接件表面產生彈性變形，而磨粒在其表面滑擦而過，未切入（H段）；犁耕階段磨粒切入連接件表面，材料向兩邊隆起，產生塑性變形使表面出現刻痕（犁溝），但無磨屑產生（K段）；在C段，切削深度和應力達到一定數值，金屬被直接鑿掉形成磨屑。

3.2 疲勞磨損

連接件頭部受到磨球和物料磨粒的反復撞擊、擠壓和滑擦，在交變的沖擊應力作用下引起交變的接觸應力，產生交變剪切應力，特別是劃痕和隆起在磨球的反復沖擊碾壓作用下，產生應變疲勞裂紋，擴展至表面，就會導致連接件頭部表層成塊脫落，從而造成疲勞磨損。

3.3 腐蝕磨損

在選礦所用濕式球磨機中，腐蝕介質與切削磨損、疲勞磨損共同作用于連接件頭部表面，磨損會不斷產生新的表面，而腐蝕又使得材料表面力學性能遭到破壞，這就會導致材料表面加速磨損。

根據以上分析，要想提高連接件的使用壽命，其材質就應具有高的硬度、高的耐沖擊韌性和良好的耐腐蝕性能。

4 影響連接件磨損的主要因素

4.1 磨機的裝載量與轉速

磨機的直徑越大，物料和磨球的裝載量也就越大，當磨機的轉速一定時，物料和磨球拋落下來的動能就越大，連接件所受到的沖擊力就愈大，其磨損也隨之加大。當磨機的裝載量一定，而轉速越高時，物料和磨球的運動速度就愈大，此時，連接件所受到的沖擊力、切向力和法向力就越大，物料、磨球與連接件之間的相對運動速度也加大，從而導致連接件的磨損加劇。因此，磨機的裝載量與轉速要根據磨機的工作效率進行綜合考慮。

4.2 磨粒的性質

磨粒的性質主要涉及磨粒的硬度、脆韌性、形狀等方面，它們對連接件表層的切削磨損過程有著極為重要的影響。

當磨粒的硬度比連接件頭部的硬度高得多時，連接件的磨損主要是以鑿削磨損為主，反之，連接件的疲勞磨損占較大比例；同時，磨粒越硬，其拋落沖擊時對連接件頭部的緩沖作用也是越小。因此，磨粒的硬度對材料的耐磨性有著顯著的影響。

磨粒的脆韌性和形狀對連接件的磨損同樣存在直接影響。如果磨粒硬且脆，易磨碎呈尖銳多角形狀，曲率半徑小的尖端由于鋒利，而且在自身和磨球的沖擊法向力作用下產生很大的壓強，極易較深地壓入連接件頭部表層，從而造成切削磨損；若磨粒的塑韌性較好，不易破碎，其曲率半徑就大，磨粒壓入深度也小，可使連接件頭部表層材料處于彈性變形范圍，最終表現為連接件的表層材料剝落。

4.3 磨機內介質的性質

磨礦分為干式球磨和濕式球磨兩種，干式球磨中連接件主要受到磨球和物料的拋落沖擊，屬于鑿削磨損和疲勞磨損；在濕式球磨中，由于礦漿具有一定的酸堿性，連接件與這接觸必然產生腐蝕，加之磨球和物料顆粒的鑿削作用，破壞了連接件表層的鈍化膜，使腐蝕加劇。所以，在磨球和物料磨粒相同時，濕磨方式比干磨方式的磨損情況更加嚴重。

5 結語

磨機連接件是在極為惡劣的條件下工作，其主要失效形式為磨損，連接件材質的選擇要根據它的工況條件來確定。

參考文獻

[1] 梅瑛，樊瑞.磨球的沖擊磨損與球磨機結構參數選擇[J].礦山機械，2007⑺：42-44.

[2] 馬少健，陳炳辰.磨礦介質對磨機襯板沖擊力的模擬計算[J].礦冶，1996⑸：42-45.

[3] 劉家俊.材料磨損原理及其耐磨性[M]. 北京：清華大學出版社，1993.

[4] 李啟衡.碎礦與磨礦[M].北京：冶金工業出版社，2002.endprint

摘 要：該文從磨機連接件的工作情況、受力狀況出發，通過分析磨機連接件因受到磨球和物料的沖擊造成損傷磨損的原理；揭示了磨機連接件的磨損機理是同時涉及切削、疲勞以及腐蝕三種基本磨損機理的一種特殊磨損形式，同時提出影響連接件磨損的主要因素。

關鍵詞：磨損機理 影響因素 磨機連接件

中圖分類號：TD453 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）04（c）-0064-02

球磨機是冶金、選礦和建材等工業領域粉體材料制備的關鍵設備。連接件是球磨機中的易損件，在磨機工作時，磨機內介質（鋼球、物料等）由于拋落運動對連接件產生強大的沖擊力，使其受到鑿削、疲勞以及脆性剝落等磨損作用，同時還會受到礦漿的腐蝕，而不斷受到損壞，但是這一問題從未有人重視過，在磨機的經常性檢修中發現：由于連接件的失效，會造成襯板脫落或漏礦，所以，其中一項內容就是更換個別連接件，這將會造成人財物的極大浪費。因此，對磨機連接件的磨損機理進行研究是必要的。

1 連接件情況

（1）材料

目前磨機連接件的材料主要為45﹟鋼和Q235A兩種，頭部形狀以橢圓錐和扁錐形為主，個別也有臺形錐的，螺紋的制造方法主要有兩種，即滾壓法和車削法。

（2）工作情況

物料在磨機中的粉碎過程主要是靠磨機回轉時筒體內磨球對物料的碾碎和沖擊作用來完成[1]。如圖1所示，磨機內物料和磨球隨筒體一起轉動，當達到脫離點A時以拋物線軌跡瀑布式瀉落而下于B點，在這種復雜運動過程中，連接件將承受著來自磨球和物料的沖擊力（可分解成為切向力和法向力）以及磨粒的磨削作用而被磨損，直到失效。

2 受力情況

在簡化的模型下分析，如圖1所示，連接件受到兩個方向的沖擊力：切向力和法向力。

其沖擊速度根據資料[2]可知，在筒體的切向和徑向分別為：

其最大沖擊能量根據資料[1]可知：

式中 m—磨球的重量；H—磨球拋落后降落的最大高度

從式中可以看出，磨球的質量越大，則產生的沖擊能量也越大；磨機的直徑越大，磨球或物料拋落時所產生的沖擊能量也就越大，那么連接件頭部所受到的沖擊作用也就會越大。因此，在現代工業生產中，對連接件的要求就更高。

3 磨損機理

連接件的主要失效形式是磨損、剝落和腐蝕，以磨損為主。在磨球、物料的共同作用下，磨機連接件的主要磨損機制是：

3.1 切削磨損

由于物料磨粒是天然礦石或水泥燒結塊的碎粒，其形狀具有隨機性，從金屬磨削原理來看，物料磨粒具有很大的負前角和較大的切削刃鈍圓半徑。在物料磨研過程中，有些磨粒與連接件表面只是單純的滑擦作用，這將引起連接件表面產生裂紋；有些磨粒在自身和磨球的沖擊法向力作用下產生很大的壓強，極易較深地壓入連接件頭部表層，在切向力的推動下產生切削作用，如圖2所示。這種切削過程可分為三個階段：滑擦、犁耕和形成磨屑。這種滑擦使連接件表面產生彈性變形，而磨粒在其表面滑擦而過，未切入（H段）；犁耕階段磨粒切入連接件表面，材料向兩邊隆起，產生塑性變形使表面出現刻痕（犁溝），但無磨屑產生（K段）；在C段，切削深度和應力達到一定數值，金屬被直接鑿掉形成磨屑。

3.2 疲勞磨損

連接件頭部受到磨球和物料磨粒的反復撞擊、擠壓和滑擦，在交變的沖擊應力作用下引起交變的接觸應力，產生交變剪切應力，特別是劃痕和隆起在磨球的反復沖擊碾壓作用下，產生應變疲勞裂紋，擴展至表面，就會導致連接件頭部表層成塊脫落，從而造成疲勞磨損。

3.3 腐蝕磨損

在選礦所用濕式球磨機中，腐蝕介質與切削磨損、疲勞磨損共同作用于連接件頭部表面，磨損會不斷產生新的表面，而腐蝕又使得材料表面力學性能遭到破壞，這就會導致材料表面加速磨損。

根據以上分析，要想提高連接件的使用壽命，其材質就應具有高的硬度、高的耐沖擊韌性和良好的耐腐蝕性能。

4 影響連接件磨損的主要因素

4.1 磨機的裝載量與轉速

磨機的直徑越大，物料和磨球的裝載量也就越大，當磨機的轉速一定時，物料和磨球拋落下來的動能就越大，連接件所受到的沖擊力就愈大，其磨損也隨之加大。當磨機的裝載量一定，而轉速越高時，物料和磨球的運動速度就愈大，此時，連接件所受到的沖擊力、切向力和法向力就越大，物料、磨球與連接件之間的相對運動速度也加大，從而導致連接件的磨損加劇。因此，磨機的裝載量與轉速要根據磨機的工作效率進行綜合考慮。

4.2 磨粒的性質

磨粒的性質主要涉及磨粒的硬度、脆韌性、形狀等方面，它們對連接件表層的切削磨損過程有著極為重要的影響。

當磨粒的硬度比連接件頭部的硬度高得多時，連接件的磨損主要是以鑿削磨損為主，反之，連接件的疲勞磨損占較大比例；同時，磨粒越硬，其拋落沖擊時對連接件頭部的緩沖作用也是越小。因此，磨粒的硬度對材料的耐磨性有著顯著的影響。

磨粒的脆韌性和形狀對連接件的磨損同樣存在直接影響。如果磨粒硬且脆，易磨碎呈尖銳多角形狀，曲率半徑小的尖端由于鋒利，而且在自身和磨球的沖擊法向力作用下產生很大的壓強，極易較深地壓入連接件頭部表層，從而造成切削磨損；若磨粒的塑韌性較好，不易破碎，其曲率半徑就大，磨粒壓入深度也小，可使連接件頭部表層材料處于彈性變形范圍，最終表現為連接件的表層材料剝落。

4.3 磨機內介質的性質

磨礦分為干式球磨和濕式球磨兩種，干式球磨中連接件主要受到磨球和物料的拋落沖擊，屬于鑿削磨損和疲勞磨損；在濕式球磨中，由于礦漿具有一定的酸堿性，連接件與這接觸必然產生腐蝕，加之磨球和物料顆粒的鑿削作用，破壞了連接件表層的鈍化膜，使腐蝕加劇。所以，在磨球和物料磨粒相同時，濕磨方式比干磨方式的磨損情況更加嚴重。

5 結語

磨機連接件是在極為惡劣的條件下工作，其主要失效形式為磨損，連接件材質的選擇要根據它的工況條件來確定。

參考文獻

[1] 梅瑛，樊瑞.磨球的沖擊磨損與球磨機結構參數選擇[J].礦山機械，2007⑺：42-44.

[2] 馬少健，陳炳辰.磨礦介質對磨機襯板沖擊力的模擬計算[J].礦冶，1996⑸：42-45.

[3] 劉家俊.材料磨損原理及其耐磨性[M]. 北京：清華大學出版社，1993.

[4] 李啟衡.碎礦與磨礦[M].北京：冶金工業出版社，2002.endprint