磨机连接件的磨损机理研究

杨光春　陈玖成

摘 要：该文从磨机连接件的工作情况、受力状况出发，通过分析磨机连接件因受到磨球和物料的冲击造成损伤磨损的原理；揭示了磨机连接件的磨损机理是同时涉及切削、疲劳以及腐蚀三种基本磨损机理的一种特殊磨损形式，同时提出影响连接件磨损的主要因素。

关键词：磨损机理 影响因素 磨机连接件

中图分类号：TD453 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）04（c）-0064-02

球磨机是冶金、选矿和建材等工业领域粉体材料制备的关键设备。连接件是球磨机中的易损件，在磨机工作时，磨机内介质（钢球、物料等）由于抛落运动对连接件产生强大的冲击力，使其受到凿削、疲劳以及脆性剥落等磨损作用，同时还会受到矿浆的腐蚀，而不断受到损坏，但是这一问题从未有人重视过，在磨机的经常性检修中发现：由于连接件的失效，会造成衬板脱落或漏矿，所以，其中一项内容就是更换个别连接件，这将会造成人财物的极大浪费。因此，对磨机连接件的磨损机理进行研究是必要的。

1 连接件情况

（1）材料

目前磨机连接件的材料主要为45﹟钢和Q235A两种，头部形状以椭圆锥和扁锥形为主，个别也有台形锥的，螺纹的制造方法主要有两种，即滚压法和车削法。

（2）工作情况

物料在磨机中的粉碎过程主要是靠磨机回转时筒体内磨球对物料的碾碎和冲击作用来完成[1]。如图1所示，磨机内物料和磨球随筒体一起转动，当达到脱离点A时以抛物线轨迹瀑布式泻落而下于B点，在这种复杂运动过程中，连接件将承受着来自磨球和物料的冲击力（可分解成为切向力和法向力）以及磨粒的磨削作用而被磨损，直到失效。

2 受力情况

在简化的模型下分析，如图1所示，连接件受到两个方向的冲击力：切向力和法向力。

其冲击速度根据资料[2]可知，在筒体的切向和径向分别为：

其最大冲击能量根据资料[1]可知：

式中 m—磨球的重量；H—磨球抛落后降落的最大高度

从式中可以看出，磨球的质量越大，则产生的冲击能量也越大；磨机的直径越大，磨球或物料抛落时所产生的冲击能量也就越大，那么连接件头部所受到的冲击作用也就会越大。因此，在现代工业生产中，对连接件的要求就更高。

3 磨损机理

连接件的主要失效形式是磨损、剥落和腐蚀，以磨损为主。在磨球、物料的共同作用下，磨机连接件的主要磨损机制是：

3.1 切削磨损

由于物料磨粒是天然矿石或水泥烧结块的碎粒，其形状具有随机性，从金属磨削原理来看，物料磨粒具有很大的负前角和较大的切削刃钝圆半径。在物料磨研过程中，有些磨粒与连接件表面只是单纯的滑擦作用，这将引起连接件表面产生裂纹；有些磨粒在自身和磨球的冲击法向力作用下产生很大的压强，极易较深地压入连接件头部表层，在切向力的推动下产生切削作用，如图2所示。这种切削过程可分为三个阶段：滑擦、犁耕和形成磨屑。这种滑擦使连接件表面产生弹性变形，而磨粒在其表面滑擦而过，未切入（H段）；犁耕阶段磨粒切入连接件表面，材料向两边隆起，产生塑性变形使表面出现刻痕（犁沟），但无磨屑产生（K段）；在C段，切削深度和应力达到一定数值，金属被直接凿掉形成磨屑。

3.2 疲劳磨损

连接件头部受到磨球和物料磨粒的反复撞击、挤压和滑擦，在交变的冲击应力作用下引起交变的接触应力，产生交变剪切应力，特别是划痕和隆起在磨球的反复冲击碾压作用下，产生应变疲劳裂纹，扩展至表面，就会导致连接件头部表层成块脱落，从而造成疲劳磨损。

3.3 腐蚀磨损

在选矿所用湿式球磨机中，腐蚀介质与切削磨损、疲劳磨损共同作用于连接件头部表面，磨损会不断产生新的表面，而腐蚀又使得材料表面力学性能遭到破坏，这就会导致材料表面加速磨损。

根据以上分析，要想提高连接件的使用寿命，其材质就应具有高的硬度、高的耐冲击韧性和良好的耐腐蚀性能。

4 影响连接件磨损的主要因素

4.1 磨机的装载量与转速

磨机的直径越大，物料和磨球的装载量也就越大，当磨机的转速一定时，物料和磨球抛落下来的动能就越大，连接件所受到的冲击力就愈大，其磨损也随之加大。当磨机的装载量一定，而转速越高时，物料和磨球的运动速度就愈大，此时，连接件所受到的冲击力、切向力和法向力就越大，物料、磨球与连接件之间的相对运动速度也加大，从而导致连接件的磨损加剧。因此，磨机的装载量与转速要根据磨机的工作效率进行综合考虑。

4.2 磨粒的性质

磨粒的性质主要涉及磨粒的硬度、脆韧性、形状等方面，它们对连接件表层的切削磨损过程有着极为重要的影响。

当磨粒的硬度比连接件头部的硬度高得多时，连接件的磨损主要是以凿削磨损为主，反之，连接件的疲劳磨损占较大比例；同时，磨粒越硬，其抛落冲击时对连接件头部的缓冲作用也是越小。因此，磨粒的硬度对材料的耐磨性有着显著的影响。

磨粒的脆韧性和形状对连接件的磨损同样存在直接影响。如果磨粒硬且脆，易磨碎呈尖锐多角形状，曲率半径小的尖端由于锋利，而且在自身和磨球的冲击法向力作用下产生很大的压强，极易较深地压入连接件头部表层，从而造成切削磨损；若磨粒的塑韧性较好，不易破碎，其曲率半径就大，磨粒压入深度也小，可使连接件头部表层材料处于弹性变形范围，最终表现为连接件的表层材料剥落。

4.3 磨机内介质的性质

磨矿分为干式球磨和湿式球磨两种，干式球磨中连接件主要受到磨球和物料的抛落冲击，属于凿削磨损和疲劳磨损；在湿式球磨中，由于矿浆具有一定的酸碱性，连接件与这接触必然产生腐蚀，加之磨球和物料颗粒的凿削作用，破坏了连接件表层的钝化膜，使腐蚀加剧。所以，在磨球和物料磨粒相同时，湿磨方式比干磨方式的磨损情况更加严重。

5 结语

磨机连接件是在极为恶劣的条件下工作，其主要失效形式为磨损，连接件材质的选择要根据它的工况条件来确定。

参考文献

[1] 梅瑛，樊瑞.磨球的冲击磨损与球磨机结构参数选择[J].矿山机械，2007⑺：42-44.

[2] 马少健，陈炳辰.磨矿介质对磨机衬板冲击力的模拟计算[J].矿冶，1996⑸：42-45.

[3] 刘家俊.材料磨损原理及其耐磨性[M]. 北京：清华大学出版社，1993.

[4] 李启衡.碎矿与磨矿[M].北京：冶金工业出版社，2002.endprint

摘 要：该文从磨机连接件的工作情况、受力状况出发，通过分析磨机连接件因受到磨球和物料的冲击造成损伤磨损的原理；揭示了磨机连接件的磨损机理是同时涉及切削、疲劳以及腐蚀三种基本磨损机理的一种特殊磨损形式，同时提出影响连接件磨损的主要因素。

关键词：磨损机理 影响因素 磨机连接件

中图分类号：TD453 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）04（c）-0064-02

球磨机是冶金、选矿和建材等工业领域粉体材料制备的关键设备。连接件是球磨机中的易损件，在磨机工作时，磨机内介质（钢球、物料等）由于抛落运动对连接件产生强大的冲击力，使其受到凿削、疲劳以及脆性剥落等磨损作用，同时还会受到矿浆的腐蚀，而不断受到损坏，但是这一问题从未有人重视过，在磨机的经常性检修中发现：由于连接件的失效，会造成衬板脱落或漏矿，所以，其中一项内容就是更换个别连接件，这将会造成人财物的极大浪费。因此，对磨机连接件的磨损机理进行研究是必要的。

1 连接件情况

（1）材料

目前磨机连接件的材料主要为45﹟钢和Q235A两种，头部形状以椭圆锥和扁锥形为主，个别也有台形锥的，螺纹的制造方法主要有两种，即滚压法和车削法。

（2）工作情况

物料在磨机中的粉碎过程主要是靠磨机回转时筒体内磨球对物料的碾碎和冲击作用来完成[1]。如图1所示，磨机内物料和磨球随筒体一起转动，当达到脱离点A时以抛物线轨迹瀑布式泻落而下于B点，在这种复杂运动过程中，连接件将承受着来自磨球和物料的冲击力（可分解成为切向力和法向力）以及磨粒的磨削作用而被磨损，直到失效。

2 受力情况

在简化的模型下分析，如图1所示，连接件受到两个方向的冲击力：切向力和法向力。

其冲击速度根据资料[2]可知，在筒体的切向和径向分别为：

其最大冲击能量根据资料[1]可知：

式中 m—磨球的重量；H—磨球抛落后降落的最大高度

从式中可以看出，磨球的质量越大，则产生的冲击能量也越大；磨机的直径越大，磨球或物料抛落时所产生的冲击能量也就越大，那么连接件头部所受到的冲击作用也就会越大。因此，在现代工业生产中，对连接件的要求就更高。

3 磨损机理

连接件的主要失效形式是磨损、剥落和腐蚀，以磨损为主。在磨球、物料的共同作用下，磨机连接件的主要磨损机制是：

3.1 切削磨损

由于物料磨粒是天然矿石或水泥烧结块的碎粒，其形状具有随机性，从金属磨削原理来看，物料磨粒具有很大的负前角和较大的切削刃钝圆半径。在物料磨研过程中，有些磨粒与连接件表面只是单纯的滑擦作用，这将引起连接件表面产生裂纹；有些磨粒在自身和磨球的冲击法向力作用下产生很大的压强，极易较深地压入连接件头部表层，在切向力的推动下产生切削作用，如图2所示。这种切削过程可分为三个阶段：滑擦、犁耕和形成磨屑。这种滑擦使连接件表面产生弹性变形，而磨粒在其表面滑擦而过，未切入（H段）；犁耕阶段磨粒切入连接件表面，材料向两边隆起，产生塑性变形使表面出现刻痕（犁沟），但无磨屑产生（K段）；在C段，切削深度和应力达到一定数值，金属被直接凿掉形成磨屑。

3.2 疲劳磨损

连接件头部受到磨球和物料磨粒的反复撞击、挤压和滑擦，在交变的冲击应力作用下引起交变的接触应力，产生交变剪切应力，特别是划痕和隆起在磨球的反复冲击碾压作用下，产生应变疲劳裂纹，扩展至表面，就会导致连接件头部表层成块脱落，从而造成疲劳磨损。

3.3 腐蚀磨损

在选矿所用湿式球磨机中，腐蚀介质与切削磨损、疲劳磨损共同作用于连接件头部表面，磨损会不断产生新的表面，而腐蚀又使得材料表面力学性能遭到破坏，这就会导致材料表面加速磨损。

根据以上分析，要想提高连接件的使用寿命，其材质就应具有高的硬度、高的耐冲击韧性和良好的耐腐蚀性能。

4 影响连接件磨损的主要因素

4.1 磨机的装载量与转速

磨机的直径越大，物料和磨球的装载量也就越大，当磨机的转速一定时，物料和磨球抛落下来的动能就越大，连接件所受到的冲击力就愈大，其磨损也随之加大。当磨机的装载量一定，而转速越高时，物料和磨球的运动速度就愈大，此时，连接件所受到的冲击力、切向力和法向力就越大，物料、磨球与连接件之间的相对运动速度也加大，从而导致连接件的磨损加剧。因此，磨机的装载量与转速要根据磨机的工作效率进行综合考虑。

4.2 磨粒的性质

磨粒的性质主要涉及磨粒的硬度、脆韧性、形状等方面，它们对连接件表层的切削磨损过程有着极为重要的影响。

当磨粒的硬度比连接件头部的硬度高得多时，连接件的磨损主要是以凿削磨损为主，反之，连接件的疲劳磨损占较大比例；同时，磨粒越硬，其抛落冲击时对连接件头部的缓冲作用也是越小。因此，磨粒的硬度对材料的耐磨性有着显著的影响。

磨粒的脆韧性和形状对连接件的磨损同样存在直接影响。如果磨粒硬且脆，易磨碎呈尖锐多角形状，曲率半径小的尖端由于锋利，而且在自身和磨球的冲击法向力作用下产生很大的压强，极易较深地压入连接件头部表层，从而造成切削磨损；若磨粒的塑韧性较好，不易破碎，其曲率半径就大，磨粒压入深度也小，可使连接件头部表层材料处于弹性变形范围，最终表现为连接件的表层材料剥落。

4.3 磨机内介质的性质

磨矿分为干式球磨和湿式球磨两种，干式球磨中连接件主要受到磨球和物料的抛落冲击，属于凿削磨损和疲劳磨损；在湿式球磨中，由于矿浆具有一定的酸碱性，连接件与这接触必然产生腐蚀，加之磨球和物料颗粒的凿削作用，破坏了连接件表层的钝化膜，使腐蚀加剧。所以，在磨球和物料磨粒相同时，湿磨方式比干磨方式的磨损情况更加严重。

5 结语

磨机连接件是在极为恶劣的条件下工作，其主要失效形式为磨损，连接件材质的选择要根据它的工况条件来确定。

参考文献

[1] 梅瑛，樊瑞.磨球的冲击磨损与球磨机结构参数选择[J].矿山机械，2007⑺：42-44.

[2] 马少健，陈炳辰.磨矿介质对磨机衬板冲击力的模拟计算[J].矿冶，1996⑸：42-45.

[3] 刘家俊.材料磨损原理及其耐磨性[M]. 北京：清华大学出版社，1993.

[4] 李启衡.碎矿与磨矿[M].北京：冶金工业出版社，2002.endprint

摘 要：该文从磨机连接件的工作情况、受力状况出发，通过分析磨机连接件因受到磨球和物料的冲击造成损伤磨损的原理；揭示了磨机连接件的磨损机理是同时涉及切削、疲劳以及腐蚀三种基本磨损机理的一种特殊磨损形式，同时提出影响连接件磨损的主要因素。

关键词：磨损机理 影响因素 磨机连接件

中图分类号：TD453 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）04（c）-0064-02

球磨机是冶金、选矿和建材等工业领域粉体材料制备的关键设备。连接件是球磨机中的易损件，在磨机工作时，磨机内介质（钢球、物料等）由于抛落运动对连接件产生强大的冲击力，使其受到凿削、疲劳以及脆性剥落等磨损作用，同时还会受到矿浆的腐蚀，而不断受到损坏，但是这一问题从未有人重视过，在磨机的经常性检修中发现：由于连接件的失效，会造成衬板脱落或漏矿，所以，其中一项内容就是更换个别连接件，这将会造成人财物的极大浪费。因此，对磨机连接件的磨损机理进行研究是必要的。

1 连接件情况

（1）材料

目前磨机连接件的材料主要为45﹟钢和Q235A两种，头部形状以椭圆锥和扁锥形为主，个别也有台形锥的，螺纹的制造方法主要有两种，即滚压法和车削法。

（2）工作情况

物料在磨机中的粉碎过程主要是靠磨机回转时筒体内磨球对物料的碾碎和冲击作用来完成[1]。如图1所示，磨机内物料和磨球随筒体一起转动，当达到脱离点A时以抛物线轨迹瀑布式泻落而下于B点，在这种复杂运动过程中，连接件将承受着来自磨球和物料的冲击力（可分解成为切向力和法向力）以及磨粒的磨削作用而被磨损，直到失效。

2 受力情况

在简化的模型下分析，如图1所示，连接件受到两个方向的冲击力：切向力和法向力。

其冲击速度根据资料[2]可知，在筒体的切向和径向分别为：

其最大冲击能量根据资料[1]可知：

式中 m—磨球的重量；H—磨球抛落后降落的最大高度

从式中可以看出，磨球的质量越大，则产生的冲击能量也越大；磨机的直径越大，磨球或物料抛落时所产生的冲击能量也就越大，那么连接件头部所受到的冲击作用也就会越大。因此，在现代工业生产中，对连接件的要求就更高。

3 磨损机理

连接件的主要失效形式是磨损、剥落和腐蚀，以磨损为主。在磨球、物料的共同作用下，磨机连接件的主要磨损机制是：

3.1 切削磨损

由于物料磨粒是天然矿石或水泥烧结块的碎粒，其形状具有随机性，从金属磨削原理来看，物料磨粒具有很大的负前角和较大的切削刃钝圆半径。在物料磨研过程中，有些磨粒与连接件表面只是单纯的滑擦作用，这将引起连接件表面产生裂纹；有些磨粒在自身和磨球的冲击法向力作用下产生很大的压强，极易较深地压入连接件头部表层，在切向力的推动下产生切削作用，如图2所示。这种切削过程可分为三个阶段：滑擦、犁耕和形成磨屑。这种滑擦使连接件表面产生弹性变形，而磨粒在其表面滑擦而过，未切入（H段）；犁耕阶段磨粒切入连接件表面，材料向两边隆起，产生塑性变形使表面出现刻痕（犁沟），但无磨屑产生（K段）；在C段，切削深度和应力达到一定数值，金属被直接凿掉形成磨屑。

3.2 疲劳磨损

连接件头部受到磨球和物料磨粒的反复撞击、挤压和滑擦，在交变的冲击应力作用下引起交变的接触应力，产生交变剪切应力，特别是划痕和隆起在磨球的反复冲击碾压作用下，产生应变疲劳裂纹，扩展至表面，就会导致连接件头部表层成块脱落，从而造成疲劳磨损。

3.3 腐蚀磨损

在选矿所用湿式球磨机中，腐蚀介质与切削磨损、疲劳磨损共同作用于连接件头部表面，磨损会不断产生新的表面，而腐蚀又使得材料表面力学性能遭到破坏，这就会导致材料表面加速磨损。

根据以上分析，要想提高连接件的使用寿命，其材质就应具有高的硬度、高的耐冲击韧性和良好的耐腐蚀性能。

4 影响连接件磨损的主要因素

4.1 磨机的装载量与转速

磨机的直径越大，物料和磨球的装载量也就越大，当磨机的转速一定时，物料和磨球抛落下来的动能就越大，连接件所受到的冲击力就愈大，其磨损也随之加大。当磨机的装载量一定，而转速越高时，物料和磨球的运动速度就愈大，此时，连接件所受到的冲击力、切向力和法向力就越大，物料、磨球与连接件之间的相对运动速度也加大，从而导致连接件的磨损加剧。因此，磨机的装载量与转速要根据磨机的工作效率进行综合考虑。

4.2 磨粒的性质

磨粒的性质主要涉及磨粒的硬度、脆韧性、形状等方面，它们对连接件表层的切削磨损过程有着极为重要的影响。

当磨粒的硬度比连接件头部的硬度高得多时，连接件的磨损主要是以凿削磨损为主，反之，连接件的疲劳磨损占较大比例；同时，磨粒越硬，其抛落冲击时对连接件头部的缓冲作用也是越小。因此，磨粒的硬度对材料的耐磨性有着显著的影响。

磨粒的脆韧性和形状对连接件的磨损同样存在直接影响。如果磨粒硬且脆，易磨碎呈尖锐多角形状，曲率半径小的尖端由于锋利，而且在自身和磨球的冲击法向力作用下产生很大的压强，极易较深地压入连接件头部表层，从而造成切削磨损；若磨粒的塑韧性较好，不易破碎，其曲率半径就大，磨粒压入深度也小，可使连接件头部表层材料处于弹性变形范围，最终表现为连接件的表层材料剥落。

4.3 磨机内介质的性质

磨矿分为干式球磨和湿式球磨两种，干式球磨中连接件主要受到磨球和物料的抛落冲击，属于凿削磨损和疲劳磨损；在湿式球磨中，由于矿浆具有一定的酸碱性，连接件与这接触必然产生腐蚀，加之磨球和物料颗粒的凿削作用，破坏了连接件表层的钝化膜，使腐蚀加剧。所以，在磨球和物料磨粒相同时，湿磨方式比干磨方式的磨损情况更加严重。

5 结语

磨机连接件是在极为恶劣的条件下工作，其主要失效形式为磨损，连接件材质的选择要根据它的工况条件来确定。

参考文献

[1] 梅瑛，樊瑞.磨球的冲击磨损与球磨机结构参数选择[J].矿山机械，2007⑺：42-44.

[2] 马少健，陈炳辰.磨矿介质对磨机衬板冲击力的模拟计算[J].矿冶，1996⑸：42-45.

[3] 刘家俊.材料磨损原理及其耐磨性[M]. 北京：清华大学出版社，1993.

[4] 李启衡.碎矿与磨矿[M].北京：冶金工业出版社，2002.endprint