王躍輝，吳佳佳，邵 彬，周明燕

1洛陽礦山機械工程設計研究院有限責任公司 河南洛陽 471039

2礦山重型裝備國家重點實驗室 河南洛陽 471039

旋 回破碎機是重要的粗碎設備，廣泛應用于礦山、建材、骨料等行業(yè)。礦石爆破后，粒度≤1 300 mm 的礦石即可通過大型礦車為旋回破碎機喂料[1]。礦石在破碎腔內(nèi)破碎至 -300 mm 從出料口排出，通過輸送設備為后續(xù)的破碎設備或磨礦設備給料。旋回破碎機破碎腔的襯板，即動、定錐襯板是破碎機的易損件。以某大型礦山為例，該礦山擁有 4 臺60-89 型旋回破碎機，每臺套破碎機動定錐襯板質(zhì)量約為 55 t，襯板壽命約 2.5 個月，每年需消耗襯板 1 320 t，每年僅襯板和被襯的消耗高達幾千萬元。如果襯板的壽命能提高 10%，就可為礦山企業(yè)節(jié)省大量的直接成本，此外還可以節(jié)省更換襯板的人工成本，以及由于設備停機帶來的連帶損失。

1 旋回破碎機襯板工作情況

旋回破碎機是一種通過主軸總成的旋擺運動與殼體之間擠壓物料進行破碎作業(yè)的重型裝備。主電動機驅(qū)動傳動軸，帶動一對錐齒輪，動力經(jīng)過豎直放置的偏心總成最終傳遞給破碎圓錐 (主軸)，破碎圓錐進行旋擺運動，習慣稱為動錐。主軸總成被破碎殼體所包圍，二者之間形成破碎腔。破碎殼體通過底架固定在混凝土基礎上，在破碎過程中固定不動，習慣稱為定錐。動錐和定錐擠壓礦石進行破碎作業(yè)，同時礦石隨動錐轉(zhuǎn)動和重力作用從進料口經(jīng)多次破碎，最終運動到襯板下部排礦口排出破碎腔。動錐和定錐表面的易損件稱為動錐襯板和定錐襯板，它們一起構(gòu)成了破碎腔[1]。新安裝的定錐襯板和動錐襯板如圖 1 所示。

圖1 新安裝的定錐襯板和動錐襯板Fig.1 Newly installed concave and mantle

旋回破碎機位于礦山工藝的最前端工序，礦石粒度大、硬度高，礦車給料頻率難以控制，工作條件極其惡劣，動定錐襯板被礦石磨損后定期需要更換，磨損前后的襯板情況如圖 2 所示。旋回破碎機作為礦山生產(chǎn)線的給料系統(tǒng)，其檢修時間直接影響到整條生產(chǎn)線的連續(xù)運行，襯板的更換周期成為礦山企業(yè)制定生產(chǎn)計劃和維修計劃的主要依據(jù)之一。襯板應用環(huán)境對襯板的壽命影響巨大，我國某大型礦山下屬的 2 個礦山使用同一型號破碎機，其中一個礦山的破碎機襯板可處理礦石 300 萬 t，而另一礦山則可處理超過 1 000萬 t。由于市場、環(huán)境、成本等因素[1]，礦山用戶對延長襯板壽命的愿望非常強烈，為了減少襯板的更換次數(shù)，甚至不惜接受更高的襯板價格。

圖2 磨損前后的襯板Fig.2 Liner before and after wear

2 襯板失效的影響因素分析

2.1 影響襯板壽命的主要因素

破碎機襯板的最終壽命受到諸多因素的影響，其中關(guān)鍵因素為破碎機運行參數(shù)、破碎腔的腔型、破碎腔的襯板材質(zhì)、給料系統(tǒng)的設計和物料的情況等。

在以上因素中，破碎機的運行參數(shù)，如排礦口尺寸、偏心距、轉(zhuǎn)速等都對襯板的磨損產(chǎn)生重要影響，這些參數(shù)更是保證設備穩(wěn)定可靠運行，滿足生產(chǎn)工藝要求的重要條件。以排礦口為例，排礦口尺寸是破碎機運行的最關(guān)鍵指標，直接決定了破碎機的負荷、處理量及破碎產(chǎn)品的粒度，同時也對破碎機襯板的使用壽命產(chǎn)生重要影響。排礦口越小，破碎產(chǎn)品的粒度越細，與此同時，破碎機的負荷增加，處理量減小，襯板的壽命明顯縮短。由于設備的穩(wěn)定可靠運行是襯板優(yōu)化工作的前提，所以襯板腔型需要依據(jù)設定的運行參數(shù)進行優(yōu)化，而不是讓運行參數(shù)適應襯板。

破碎腔的腔型曲線和襯板材質(zhì) (含鑄件質(zhì)量)是構(gòu)成破碎腔的兩個基本元素，也是破碎腔襯板優(yōu)化的主要方向，因此重點對這兩方面的工作進行總結(jié)和評述。

破碎機的給料系統(tǒng)，如給料料倉的結(jié)構(gòu)設計、給料方式、給料速度、給料方向、來料粒度分布、來料的幾何形狀和物理性質(zhì)等，都會對襯板的磨損產(chǎn)生重要影響。給料系統(tǒng)布置不合理會造成襯板沿圓周不均勻的磨損，同時會產(chǎn)生過量的沖擊。而來料粒度與襯板腔型的不匹配，則會造成襯板沿豎直方向的不均勻磨損。同時，來料的幾何形狀直接影響到襯板的磨損失效機理，而物料的耐磨特性對襯板的使用壽命有著決定性的影響。很多研究者都試圖通過建立磨損參數(shù)模型和試驗方法，對礦石的磨損特性和襯板的耐磨性進行理論分析，并創(chuàng)建普適的評價體系。但遺憾的是，這些模型和指標都具有各自的局限性，難以最終形成通用的、可對比的理論體系。

除此以外，礦山企業(yè)的工作班制和環(huán)境因素 (如濕度和溫度)等也會對襯板的結(jié)構(gòu)提出要求。旋回破碎機襯板較厚，一套定錐襯板通常是動錐襯板壽命的2 倍，而下層襯板是上層襯板的多倍，襯板壽命的不匹配會造成襯板提前更換。

2.2 襯板磨損失效機理

2.2.1 破碎腔磨損的基本類型

雖然影響襯板最終壽命的因素眾多，但最終造成襯板表面材料損失的仍是由摩擦引起的材料磨損。磨損根據(jù)機理不同可分為磨料磨損、黏著磨損、疲勞磨損、微動磨損、腐蝕磨損和沖蝕磨損等[2]。而破碎腔中發(fā)生的磨損又以磨料磨損 (也稱為磨粒磨損)為主。磨料磨損是旋回破碎機襯板最常見的失效形式，也是最主要的磨損類型。磨料磨損根據(jù)工況和發(fā)生區(qū)域不同呈現(xiàn)多種不同的形式。礦石在破碎腔內(nèi)由重力引起的自由滑動屬于低應力擦傷式磨料磨損，發(fā)生較為普遍，但是磨損量較小，礦石在破碎腔的運動軌跡一直伴隨著低應力磨損的發(fā)生。破碎腔中發(fā)生的擠壓破碎主要是高應力磨料磨損，下段破碎腔中發(fā)生的磨損和中細碎破碎機中發(fā)生的磨損以這種磨損形式為主。鑿削式磨料磨損經(jīng)常在破碎較硬礦石和大塊礦石時發(fā)生，上半段破碎腔內(nèi)發(fā)生的破碎以這種磨損形式為主，但是該磨損同時伴隨著材質(zhì)的加工硬化過程，使得實際的磨損速率較為緩慢。

2.2.2 磨料磨損機理

磨料磨損機理主要是研究礦石磨損過程中磨屑如何從襯板表面脫落下來。雖然研究者進行了大量的工作，但迄今為止其機理未完全清楚，觀點也沒有統(tǒng)一。主要的磨損機理包括幾類：微觀切削磨損，常見但卻不起主要作用的一種磨損機理，畢竟礦石棱邊的鋒利度和切削角度與真正的刀具無法相比，又缺乏有效的刀盤、夾具提供有效的后座力；韌性材質(zhì)襯板以多次塑變磨損機理為主，襯板和礦石的物理性質(zhì)對這種磨損形式能產(chǎn)生重要的影響；疲勞磨損在破碎腔中是一種普遍存在的磨損類型，但也不是起主要磨損作用的磨損形式；脆性材料襯板以微觀斷裂磨損失效形式為主，當斷裂發(fā)生時，壓痕周圍的材料會隨之一起碎裂剝落，因此磨損要比塑性材料大。

2.2.3 磨料磨損的影響因素

單就材質(zhì)本身而言，影響到磨料磨損的主要是磨耗介質(zhì)本身的物理特性和幾何特性，迄今為止硬度仍是最常用的材料耐磨性的參考指標。材料磨損過程是一個動態(tài)過程，而其硬度的變化也是一個動態(tài)過程，考察襯板的硬度既要關(guān)注其靜態(tài)壓痕硬度，也要關(guān)注其動態(tài)硬度。靜態(tài)壓痕硬度主要是指常用的布氏、維式和洛氏硬度等，而相對的動態(tài)硬度或動力學硬度主要是指硬度隨襯板表面應力情況或外界環(huán)境 (如溫度)變化而呈現(xiàn)不同數(shù)值的特性。加工硬化后的硬度是指在沖擊載荷作用下，材料抵抗變形的能力。熱處理過程中的熱載荷和環(huán)境溫度變化都會對硬度產(chǎn)生影響，典型的如表征高錳鋼耐磨性的硬度可分為材料鑄態(tài)硬度、熱處理后硬度和加工硬化后的表面硬度。加工硬化后的金屬隨溫度的升高硬度會急劇下降，直至接近原來無應變時的硬度值。

在硬度的考察中不僅要區(qū)別靜態(tài)硬度和動態(tài)硬度，絕對硬度和相對硬度的影響也存在著巨大差異。磨料磨損的過程不僅受到材質(zhì)絕對硬度的影響，更多的還受到磨粒和被磨材料硬度的相對值的影響。通常認為，磨料磨損時，磨損率與所受載荷成正比，與材料硬度成反比，實際上這是假定磨損 (比例)系數(shù)為常數(shù)，是理論研究中的一種簡化。磨損系數(shù)并非常數(shù)，而同磨料中的磨粒硬度與被磨襯板硬度的比值有關(guān)。當比值超過一定值后，磨損量會迅速降低。事實上，當?shù)V石和襯板的硬度比值發(fā)生變化時，襯板的磨損機理甚至有可能從一種變化為另外一種。

磨耗介質(zhì)幾何因素的影響主要是指其粒度分布和幾何形狀的影響，這些因素在襯板腔型優(yōu)化中起到關(guān)鍵作用。

3 襯板優(yōu)化工作的研究現(xiàn)狀

構(gòu)成破碎腔的基本元素是破碎腔的形狀和材質(zhì)，針對破碎腔襯板的優(yōu)化工作也主要從這兩個方面進行。

3.1 腔型優(yōu)化研究

在進行襯板的優(yōu)化設計工作時，首先要了解物料在破碎腔內(nèi)的運動規(guī)律及其與襯板之間的相互作用形式。礦石在破碎腔內(nèi)的運動與破碎機的運行參數(shù)密切相關(guān)，不同粒度和形狀的礦石會造成襯板沿高度方向磨損速度的變化。襯板腔型優(yōu)化工作的實踐性很強，很多腔型的優(yōu)化改進工作是在生產(chǎn)實踐中通過邊試驗邊摸索的方式直接完成，反而理論總結(jié)顯得不足。

郎寶賢等人[3]將堵塞截面的通過量作為目標函數(shù)，用圖解法對旋回破碎機腔型曲線進行幾何描述，從而進行腔型優(yōu)化，提高了生產(chǎn)率。但是優(yōu)化過程中物料性質(zhì)、動錐行程、嚙角、破碎力、功率及操作條件等因素被忽略。

居喜龍等人[4]將摩擦力與動錐對礦石運動轉(zhuǎn)速的乘積 (摩擦功率)作為腔型優(yōu)化的目標函數(shù)針，對PXZ1200/180 型旋回破碎機襯板進行了等厚度磨損優(yōu)化實踐，取得了良好的效果。

蔡改貧等人[5]采用多段二次擬合曲線對 KKД-500 型旋回破碎機襯板腔型曲線進行幾何描述，按照變嚙角設計原則優(yōu)化破碎腔型。試驗證明，采用新型破碎腔型，其破碎性能和破碎產(chǎn)能顯著提高。

龔姚騰等人[6]采用三次樣條曲線對襯板腔型進行幾何描述，將破碎生產(chǎn)率和嚙角作為目標函數(shù)，對破碎腔進行優(yōu)化設計。優(yōu)化后腔型的新襯板產(chǎn)能、產(chǎn)品合格率和襯板壽命均有顯著提高。

馮啟飛[7]對旋回破碎機破碎過程進行離散元仿真，運用徑向基函數(shù)和遺傳算法建立近似模型，并進行腔型優(yōu)化設計。由于各方面的限制，所采用的物料破碎模型還比較簡單，破碎過程忽略了襯板磨損的影響。

王帥[8]采用離散單元法將排礦口和物料強度作為變量，組合成多組工況，將生產(chǎn)能力、產(chǎn)品粒度、破碎功率等作為目標函數(shù)，對旋回破碎機的破碎特性展開研究。通過新腔型和參照腔型的對比仿真，對腔型優(yōu)化效果進行驗證。

畢秋實[9]以處理量為目標函數(shù)，對定錐角、動錐角、進動角和轉(zhuǎn)速等參數(shù)進行優(yōu)化設計，得到滿足出料粒度、碰撞次數(shù)和幾何約束條件的旋回破碎機腔型，并提出了通過實時監(jiān)測動錐受力、驅(qū)動轉(zhuǎn)矩等指標，優(yōu)化腔體受力、降低襯板磨損和提高比功率的想法。

李永勝[10]采用主要目標法尋找目標函數(shù)的最優(yōu)解，將生產(chǎn)能力作為主要目標函數(shù)，將產(chǎn)品粒度作為非線性約束條件進行破碎機腔型優(yōu)化。新襯板腔型通過離散元仿真對其生產(chǎn)能力進行了驗證。

最初的部分腔型采用了簡化的直線腔型，嚙角沿襯板高度方向保持不變，這種腔型現(xiàn)已很少采用?，F(xiàn)用的腔型主要為曲線變嚙角腔型，每個使用現(xiàn)場的旋回破碎機腔型都要根據(jù)各自的特殊情況進行定制化設計，腔型的差別主要體現(xiàn)在設計和優(yōu)化方法上，如表1 所列。影響到襯板優(yōu)化效果的因素很多，優(yōu)化的結(jié)果也是多個因素之間的最終平衡。

破碎腔的設計實際上針對的只是初始破碎腔型，隨著襯板的磨損，腔型會逐漸發(fā)生變化。好的腔型優(yōu)化設計方法應考慮襯板全壽命周期的動態(tài)變化，主要是指主軸高度、磨損量及嚙角的變化等。腔型改進工作不可能一蹴而就，是一個反復迭代的過程，只有通過多套襯板，平衡不同階段的磨損量和設備運行參數(shù)，才能得到理想的襯板腔型。同時，通過改變腔型延長襯板使用壽命不是無限的，因為襯板內(nèi)外空間尺寸的限制，當襯板自下而上基本做到同步磨損的時候，就應從其他方面，尤其是材質(zhì)優(yōu)化方面進一步提高襯板壽命。如果將礦石在破碎腔內(nèi)的運動和解離過程考慮在內(nèi)，離散元軟件無疑個很好的應用工具，但由于破碎機的磨損模型需要物料模型 (粒度分布、幾何形狀、物理性質(zhì))和給料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模型，以及磨料磨損過程模型等一系列難度較大的理論模型作為基礎支撐，而目前階段這些技術(shù)尚不完善，使得離散元模型模擬的結(jié)果存在一定的局限性。

3.2 材質(zhì)優(yōu)化研究

雖然破碎腔型的優(yōu)化能夠?qū)μ岣咭r板的使用壽命起到積極作用，但它同時又受到幾何空間以及設備、工藝運行參數(shù)等條件的限制，而襯板自身材質(zhì)的優(yōu)化則不受上述因素的限制，同時又可與腔型的優(yōu)化效果相互疊加，起到更加明顯的提高作用。長期以來，高錳鋼一直是破碎腔襯板材質(zhì)的不二選擇，約 80% 以上的礦山破碎機襯板材質(zhì)研究工作都放在高錳鋼材質(zhì)的研究及其改良上，但研究者并沒有放棄對于新材質(zhì)的探索，并取得了一些有益成果。

表1 主要腔型優(yōu)化方法對比Tab.1 Comparison of main optimization methods for cavity profile

3.2.1 高錳鋼材質(zhì)

高錳鋼一直是礦山、建材、骨料等行業(yè)的主要耐磨材料。高錳鋼韌性好，襯板在受到強烈的擠壓和高頻載荷沖擊時易發(fā)生表面強化而獲得良好的抗磨損特性[11]3。雖然具有上述優(yōu)點，采用傳統(tǒng)高錳鋼作為耐磨襯板在工作過程中仍存在一些缺點：屈服強度不高，襯板在高應力下長期使用容易發(fā)生變形，嚴重時定錐襯板甚至會擠裂殼體；奧氏體的穩(wěn)定性不高，襯板在鑄造和熱處理過程中脆性碳化物容易在芯部析出，降低高錳鋼的韌性；襯板鑄態(tài)或熱處理初始硬度偏低，導致襯板的初始耐磨性不高，其良好耐磨性依賴于合適的沖擊載荷條件；容易出現(xiàn)低溫脆性斷裂。

為了解決高錳鋼在上述工作環(huán)境中存在的問題，拓展傳統(tǒng)高錳鋼的適用范圍，研究者從不同方面對高錳鋼進行改良嘗試，并取得了良好的效果：對高錳鋼進行合金化；改變高錳鋼的錳、碳含量比；通過生產(chǎn)工藝的改進，提升鑄件自身的質(zhì)量或使襯板表面得到預硬化，提高其應用性能。

(1)合金化高錳鋼 合金化及變質(zhì)處理主要是通過改變高錳鋼中碳化物的類型、形態(tài)和分布，從而提高耐磨性能[12]：碳化物屬硬質(zhì)相能使材料硬度增加，但與此同時塑、韌性降低；碳化物自身的脆性使其成為潛在的裂紋源；碳化物的大小及分布對材料塑、韌性有不同影響。

在龐大的市場需求面前，多種合金元素被用于合金化嘗試。高錳鋼中加入一定量的鉻，能提高高錳鋼的加工硬化速率[13]，但是鉻和錳的交互作用會使錳鋼中網(wǎng)狀碳化物數(shù)量發(fā)生變化，因而需要重新評估工藝參數(shù)特別是保溫時間。鎳是擴大奧氏體相區(qū)元素，足量鎳元素的加入有固溶強化作用，同時對提高高錳鋼的低溫韌性有積極作用[14]。鉬的加入對提高大截面鑄件的抗裂紋能力有良好的效果，同時也能發(fā)生固溶強化。加鉬后高錳鋼的強度和硬度增加，提升了襯板的耐磨性能[15-16]。但也有研究指出，在低循環(huán)應力條件下，鉻鉬合金化錳鋼的抗疲勞性能有變差的傾向[17]。微量鈦元素的加入，能在高錳鋼中形成高熔點化合物，既可作為結(jié)晶核心，又能使晶粒得到細化，同時鈦的加入對于改善高錳鋼的熱處理工藝性有著積極作用。但是含鈦量過高則會造成鋼中夾雜物增多，產(chǎn)生應力集中和裂紋源，使韌性降低[18-19]。高錳鋼中加入少量的釩可以生成高硬質(zhì)點耐磨相，可以提高高錳鋼的起始硬度、加工硬化程度和低壓力負載下的耐磨性，釩含量增加可以細化鑄態(tài)組織[20]。同時加入釩和鈦，對改善耐磨性能效果更加明顯[21]。高錳鋼中加鈮可有效細化奧氏體晶粒，提高硬化能力和耐磨性。加入鈮后形成的碳化物會縮小奧氏體相區(qū)，減少鑄態(tài)組織中的網(wǎng)狀碳化物。含鈮高錳鋼經(jīng)過沉淀強化或彌散彌散強化能提高錳鋼的耐磨性[22-23]。稀土能夠細化鑄態(tài)組織，控制脆相碳化物析出，凈化鋼水，同時，能強化合金元素奧氏體基體，增強磨損抗力，提高加工硬化速率，減薄加工硬化的亞表層厚度，還能為后續(xù)的熱處理過程提供有利條件，全面性提升鑄件質(zhì)量[24-25]。

根據(jù)合金元素在高錳鋼中不同的作用，可以分為幾類：增加奧氏體穩(wěn)定性，穩(wěn)定奧氏體組織和改善工藝性能；形成碳化物，提高鋼的耐磨性；變質(zhì)處理。經(jīng)過合金化的高錳鋼，不僅高沖擊應力條件下襯板的耐磨性能得到改善，而且在沖擊應力不足或低溫條件下，襯板的耐磨性也能得到提升[26]。

(2)超高錳鋼 近年來，超高錳鋼在旋回破碎機襯板中的應用中越來越普遍，其錳含量為 17%～24%。錳含量提高后，鋼的加工硬化能力進一步得到增強。同時，隨著錳含量的大幅度增加，使得奧氏體區(qū)進一步擴大，為固溶更多的合金元素提供了有利條件[27]。研究者對于提高錳含量的同時，在超高錳鋼中添加其他合金元素進行合金化開展了不少研究工作[28]。實踐證明，合金化的超高錳鋼能進一步提高其機械性能和耐磨性能，工藝性能也能得到改善。

(3)工藝優(yōu)化 除了從化學成分上對普通高錳鋼和超高錳鋼材質(zhì)進行改善，研究者也從鑄造工藝上采取各種手段提高襯板的鑄造質(zhì)量、增加預硬化措施等，以提高襯板的性能。

研究者對生產(chǎn)工藝優(yōu)化進行了大量的實踐工作，取得了很多有益的成果。鋼水精煉[29]和懸浮澆注[30-31]是針對冶煉過程進行的優(yōu)化提升，而鑄態(tài)水韌強化[32-34]和沉淀強化[35-36]則是對熱處理過程的創(chuàng)新實踐，表面合金化[37-38]、噴丸強化[39-40]、爆炸強化[41]針對的是襯板表面有限深度內(nèi)進行的預硬化。有的工藝是針對基體，有的只針對表層；而同樣是針對基體，其硬化程度也不一樣。與此同時，不同的材質(zhì)和工藝其經(jīng)濟性、工藝復雜性和取得的效果又各不相同，有些方法還可以疊加在一起使用。在應用中應尋求以上因素的平衡，選擇合適的材料和工藝，而不是盲目地追求襯板的高壽命。

近年來，還有一些學者進行了梯度功能材料的研究[11]36-49,[42]。通過控制合金原子在液態(tài)金屬的擴散過程，在鑄件中形成合金元素、碳化物、力學性能的梯度分布，使鑄件獲得表硬內(nèi)韌的機械性能。

3.2.2 高鉻合金

除了高錳鋼，也有以高鉻鑄鐵為代表的高鉻合金和耐磨低合金鋼用于破碎腔的襯板材質(zhì)。高鉻鑄鐵自身硬度和耐磨性高，但沖擊韌度低，在承受較大沖擊載荷時常常出現(xiàn)裂紋，這也成為限制高鉻鑄鐵用作旋回破碎機襯板的主要因素。

低合金鋼中沒有硬的碳化物相[43]，因此硬度與高鉻鑄鐵相比較低。但有時為了保證定錐襯板的同步磨損，上部的襯板的材質(zhì)也會采用低合金鋼。

3.2.3 復合材料

高錳鋼的韌性很好，但其鑄態(tài)或熱處理后耐磨性不足；高鉻鑄鐵具有很好的耐磨性，但其沖擊韌性又不足。旋回破碎腔的襯板既對耐磨性有很高的要求，同時因為工作中存在大沖擊，需要具有足夠的韌性。單一材質(zhì)在實際生產(chǎn)中難以達到同時滿足高耐磨性和高韌性的要求。如果襯板的工作面使用硬度高的材質(zhì)，而非工作面使用高韌性的材質(zhì)，通過合適的工藝手段結(jié)合在一起，則能成為同時具有高韌性和高耐磨性的零件，滿足破碎腔襯板的使用需求。近年來，許多學者對于雙金屬復合的工藝和應用性能進行了研究，在一些行業(yè)已經(jīng)取得了良好的應用效果。獲得金屬復合材料的方法有很多種，常見的主要有鑄滲法、堆焊法、液-液復合法等。

鑲鑄法[44-45]是近年研究較多的復合材料制備工藝，其優(yōu)點是對不同形狀、厚度、材質(zhì)和數(shù)量的適應性強，同時工藝過程簡單，對生產(chǎn)單位的硬件條件要求不高。

顆粒增強金屬基復合材料[46-47]的出現(xiàn)也吸引了不少研究者的目光。很多學者都對碳化鎢顆粒/高錳鋼基復合材料進行了研究。這種復合材料能將高錳鋼的加工硬化特性和碳化鎢顆粒的高硬度有效結(jié)合起來，彌補單一材料性能的不足。

襯板主要材質(zhì)性能對比如表 2 所列。

4 發(fā)展方向

經(jīng)過大量的理論研究和實踐積累，該學科的發(fā)展目前呈現(xiàn)如下特點。

4.1 襯板優(yōu)化的思路更加明晰

每個礦山因為所處理的礦石性質(zhì)、礦石的喂料粒度分布、排料粒度要求不同，新投入運行的破碎機應在試運行 1～ 2 a，結(jié)合新投產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定后建立優(yōu)化的襯板腔型。襯板運行初期以襯板腔型優(yōu)化改進為主。腔型改進應著力于幾個層次的目的。

(1)滿足設備和工藝基本需求 破碎機的性能首先要能滿足系統(tǒng)對破碎單元提出的工藝需求，合理的嚙入角和進料口對喂料粒度進行匹配，合理的排礦口滿足對產(chǎn)品粒度的要求，還要兼顧破碎腔的高度及礦石在破碎腔內(nèi)的流動性等因素。

(2)提升破碎生產(chǎn)率，改善破碎效果 在滿足進出料粒度分布的同時，必須考慮到破碎腔高度方向各個截面的通過速度，最大化系統(tǒng)的通過量。

(3)提高破碎襯板的壽命 襯板的厚度和礦石的粒度分布，特別是細粉比例對于襯板最終的壽命有著較大的影響。襯板上半段和下半段的耐磨性應相匹配，襯板沿磨損帶實現(xiàn)均勻磨損。

經(jīng)過前一階段的使用摸索，襯板磨損已趨向均勻，單純通過襯板表面的腔型曲線已經(jīng)很難對襯板壽命的延長起到明顯作用，這時候必須把思路轉(zhuǎn)到通過材質(zhì)優(yōu)化，以進一步提升襯板壽命。

4.2 襯板材質(zhì)的研究進一步深入

對高錳鋼表面硬化的過程、影響因素、沖擊載荷類型，以及對高錳鋼亞表層結(jié)構(gòu)的力學性能甚至深層結(jié)構(gòu)的力學性能投入了大量的研究工作，但工業(yè)效果改進仍顯不足。對高鉻合金韌性的改善等尚且研究不足，缺乏有效解決思路。復合材料發(fā)展迅速，制造工藝日漸成熟，前景極為看好。

4.3 襯板壽命的檢測和預報手段更加方便快捷

在襯板優(yōu)化研究的領域，已經(jīng)出現(xiàn)很多新的襯板快速磨損檢測和壽命預報手段，特別是三維掃描技術(shù)的出現(xiàn)，使得襯板全壽命周期的跟蹤變得更加方便和快捷，但三維掃描技術(shù)也存在著自身的局限。

表2 襯板主要材質(zhì)性能對比Tab.2 Comparison of main liner materials in performance

4.4 試驗研究有待進一步加強

對于來料粒度分布和產(chǎn)品粒度分布的分析，特別是礦石物料構(gòu)成，包含由不同硬相占比組成的硬度梯度分布、物料自身的粒度分布、解離后的粒度分布等，還不夠重視。一方面強調(diào)襯板的使用壽命的延長研究，一方面對相關(guān)的試驗研究缺乏重視。

4.5 與工業(yè)試驗配套的襯板選型和耐磨性數(shù)據(jù)庫有待建立

隨著對這一課題的重視和研究的逐漸深入，許多因素對試驗結(jié)果產(chǎn)生重要的影響，因此有必要對收集到的工業(yè)試驗數(shù)據(jù)進行歸納分析。簡單的定性分析已經(jīng)不能滿足進一步研究的需要。對于襯板壽命的評價沒有公認的指標體系，難以指導行業(yè)的健康發(fā)展。科學的襯板質(zhì)量評價體系有待建立。

5 結(jié)語

破碎腔襯板優(yōu)化工作對于提高破碎機和生產(chǎn)線的作業(yè)率有著至關(guān)重要的影響，針對破碎腔襯板優(yōu)化的工作從礦山破碎機發(fā)明以來就沒有停止過。對破碎腔襯板優(yōu)化的影響因素眾多，理論分析的難度很大；而在實踐環(huán)節(jié)，由于襯板的生產(chǎn)與制造成本、周期及樣本數(shù)量的限制，雖具有名義上的可行性，卻缺乏實質(zhì)的專項數(shù)據(jù)積累和分析。經(jīng)過近一個世紀的發(fā)展，破碎腔腔型優(yōu)化和材質(zhì)優(yōu)化都取得了一定的進展。然而，這項工作還存在巨大的發(fā)展空間，特別是隨著礦山規(guī)模的大型化和礦山裝備企業(yè)的現(xiàn)代化，該研究將會進一步得到重視，并獲得長足的進步。