采煤機(jī)殼體熱變形問題研究

李金玲

采煤機(jī)殼體熱變形問題研究

李金玲

金屬材料在加工中，會因受到各種熱變形的影響而使零件的精度發(fā)生變化而產(chǎn)生誤差，這直接影響到工件質(zhì)量的好壞。通過熱變形對采煤機(jī)殼體的影響以及危害，對熱變形進(jìn)行了分析，指出熱變形產(chǎn)生的原因，提出了如何減少熱變形的方法。

殼體；熱變形；影響

采煤機(jī)的殼體結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜并且體積大，在鑄造和加工的過程中產(chǎn)生的熱變形嚴(yán)重影響了其使用性能及使用壽命。殼體為鑄鋼件，在鑄造過程中易產(chǎn)生變形，變形原因既有鑄鋼件結(jié)構(gòu)的原因，也有工藝控制不當(dāng)?shù)脑?。生產(chǎn)中往往因殼體鑄鋼件出現(xiàn)過大變形造成產(chǎn)品報(bào)廢。一旦出現(xiàn)這種情況將造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。而熱變形大大降低了機(jī)械的加工精度，并且還降低了加工效率，直接影響到殼體的好壞，特別是薄煤層采煤機(jī)的殼體所采用的箱體是整體結(jié)構(gòu)鑄造，體積大，這就大大加深了加工的難度，這種結(jié)構(gòu)在鑄造時(shí)由于體積大往往變形也就大。因此本文結(jié)合諸多因素找到如何減少殼體熱變形的方法。

1 熱處理變形

采煤機(jī)的殼體首先都是通過鑄造的方式獲取，但是鑄造的力學(xué)性能比較差，而熱處理通過改變鋼的組織結(jié)構(gòu)，獲得所需要性能的一種工藝。所以熱處理是解決這種問題必不可少的一個(gè)步驟。

熱處理可以提高零件的強(qiáng)度、硬度、韌性、彈性、耐磨性、耐蝕性，還可以改善殼體的切削性能，使之易于加工；熱處理是改善材料的工藝性能、保證產(chǎn)品質(zhì)量、延長使用壽命、挖掘材料潛力不可缺少的工藝方法，但是熱處理過程中會產(chǎn)生一定的變形，這種變形可以在一定程度上加以控制和減小,但是不能夠完全避免。熱處理中，產(chǎn)生缺陷的原因可能有工藝不當(dāng)、操作不當(dāng)、設(shè)備和環(huán)境條件不合適等，要避免這些缺陷首先要了解這些熱處理缺陷產(chǎn)生的原因?qū)ζ溥M(jìn)行分析。熱處理缺陷中最常見的就是熱處理變形，這種變形有尺寸變形和形狀變形。而當(dāng)鑄件在凝固之后的繼續(xù)冷卻過程中，其固態(tài)收縮受到阻礙，鑄件內(nèi)部將產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，這些內(nèi)應(yīng)力有時(shí)是在冷卻過程中暫時(shí)存在的，有時(shí)則一直保留到室溫，這時(shí)產(chǎn)生的則稱之為殘余內(nèi)應(yīng)力。這些鑄造產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力是鑄件產(chǎn)生裂紋和變形的原因。要解決這些問題只能采用相應(yīng)的方法盡量減小變形量，這也是最好的解決方法。殼體這種大的工件采用退火處理來降低鋼的硬度，以利于切削加工，提高鋼的塑性和韌性；防止產(chǎn)生裂紋，同時(shí)使鋼獲得所需的力學(xué)性能。

1.1 通過溫度的控制減小變形。首先可以降低工藝溫度，工件的高溫強(qiáng)度損失相對減少，塑性抗力增強(qiáng)，這樣殼體的綜合能力增強(qiáng)，變形減??；其次可以使工件加熱和冷卻的溫度區(qū)間減少，使殼體的各個(gè)部位溫差降低，由此而導(dǎo)致的熱應(yīng)力和組織應(yīng)力也相對減少，使變形減??；最后減少熱處理工藝時(shí)間，則工件的高溫蠕變時(shí)間減少，也可以使變形減小。

1.2 合理使用冷卻方法，盡量采用預(yù)冷的方式使工件分級冷卻。特別對于殼體這種復(fù)雜的工件，利用等溫淬火能很大程度上減少變形。由于在殼體冷卻過程中薄厚程度不同，冷卻的速度也不同，以至于在同一時(shí)期內(nèi)鑄件各部分收縮不一致引起了熱應(yīng)力，熱應(yīng)力使殼體的厚壁受拉伸，薄壁受壓縮，殼體的壁厚差別越大、合金線收縮率越高、彈性模量越大，熱應(yīng)力越大。所以在設(shè)計(jì)的時(shí)候盡量保持殼體壁厚一致，保持殼體上孔和筋的對稱，在鑄造工藝上應(yīng)采用同時(shí)凝固原則，以便冷卻均勻；如果不可避免的薄厚不一致，也可以采用將澆口開在薄壁處，使薄壁處鑄型在澆注過程中的溫升比厚壁處高，因而可補(bǔ)償薄壁處的冷卻快的現(xiàn)象。有時(shí)為增快厚壁處的冷卻，還可在壁厚處安放冷鐵，這樣可以有效的減少變形量。

1.3 時(shí)效處理方法。殼體在鑄造完成后如果發(fā)生變形，這個(gè)變形會使其內(nèi)應(yīng)力有所減緩，但并未徹底去除，這樣的殼體經(jīng)機(jī)械加工后，由于內(nèi)應(yīng)力的重新分布，還將緩慢地發(fā)生微量變形，使零件喪失了應(yīng)有的精確度。所以有時(shí)可以進(jìn)行時(shí)效處理，來防止變形。有三種時(shí)效方法可以供我們來選擇。自然時(shí)效是將鑄件置于露天場地半年以上，使其緩慢地發(fā)生變形從而使內(nèi)應(yīng)力消除，但是自然時(shí)效時(shí)間長并且占用場地，可以采用人工時(shí)效或振動時(shí)效。人工時(shí)效是將鑄件加熱到500～650℃進(jìn)行去應(yīng)力退火，它是一種能夠快速降低鑄件內(nèi)應(yīng)力的退火工藝。而振動時(shí)效相比人工時(shí)效則可節(jié)約能源90%以上，提高抗變形能力30%以上，尺寸穩(wěn)定性提高30%以上，疲勞壽命提高20%以上；處理時(shí)效通常只需15～45分鐘，不分場地，不受工件尺寸、形狀、重量等限制，可插在任何工序之間進(jìn)行處理?？梢愿鶕?jù)實(shí)際的情況來選取何種時(shí)效處理方法。時(shí)效處理宜在粗加工之后進(jìn)行，以便將粗加工所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力一并消除。

2 切削熱和摩擦熱變形

2.1切削熱是指在切削過程中所消耗的能量有很大一部分轉(zhuǎn)變成了熱能。大量的切削熱使得切削的溫度升高，從而影響刀具前刀面上的摩擦因數(shù)、刀具的磨損、積屑瘤的形成和消退、工件的精度以及質(zhì)量等。切削的過程中產(chǎn)生的熱通過切屑、工件、刀具和周圍的介質(zhì)傳導(dǎo)，各部分所占的熱量隨不同的工件材料、刀具材料、切削用量及加工方法而不同。切削加工中由于切削熱的存在十分不利：切削熱傳入工件時(shí)，使工件的溫度升高，產(chǎn)生熱變形，影響加工精度；切削熱作用在刀具上時(shí)，加劇了刀具的磨損，也有可能使刀具喪失切削能力。若想減少這種因素的影響，首先就要減少切削熱的產(chǎn)生，改善其散熱條件，主要措施就是要選擇合理的切削用量和刀具角度，選擇合適的切削液及降溫方式等。

2.2摩擦熱主要是因?yàn)闄C(jī)床中的各個(gè)部件間由于傳動會產(chǎn)生一定的摩擦，這樣就會產(chǎn)生一定的熱量，又由于這些熱量會產(chǎn)生在機(jī)床的某個(gè)不定的部位，發(fā)生局部溫升，這就破壞了機(jī)床原有的熱平衡以及機(jī)床的加工精度，引起了加工誤差。

2.3 殼體在機(jī)床上加工的時(shí)候也會由于各個(gè)方面產(chǎn)生的熱量發(fā)生變形。機(jī)床同時(shí)受到內(nèi)部和外部熱量的影響。內(nèi)部的熱量主要來源于機(jī)床內(nèi)部的各個(gè)部件間的傳動時(shí)產(chǎn)生的摩擦，而外部熱源則與機(jī)床所處的環(huán)境有關(guān)。機(jī)床長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，由于機(jī)床內(nèi)的齒輪、軸承等長時(shí)間工作，產(chǎn)生過多的熱量致使主軸也會發(fā)熱抬高或傾斜，這對加工精度有很大的影響，使工件的尺寸產(chǎn)生誤差。機(jī)床的床身也會由于長時(shí)間工作，床身上表面比床身的底面溫度高而形成溫差，因此床身將產(chǎn)生彎曲變形，床身導(dǎo)軌的直線性明顯受到影響發(fā)生直線度誤差，從而影響加工精度。刀具長時(shí)間的運(yùn)轉(zhuǎn)，刃部溫度升高，刀具也會發(fā)生變形。如圖所示。

圖為采煤機(jī)的截割部與電機(jī)花鍵連接的孔，Φ200的尺寸是安裝軸承的尺寸，要求一定的精度等級，例如：在加工這個(gè)Φ200的孔時(shí)如果刀具由于長時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，刃部的溫度升高，刀具的伸長量增加，工件受熱膨脹，切削時(shí)

實(shí)際背吃刀量減小，此時(shí)的孔最后加工后的尺寸將會偏大，最后造成在安裝的時(shí)候偏心，這就使機(jī)器在使用的時(shí)候產(chǎn)生噪聲，并減少其使用壽命。盡量避免此種情況的發(fā)生就要使機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間之后，待各部件間的溫度達(dá)到平衡狀態(tài)并選擇合適切削液，此時(shí)的誤差會降到最低。

3 結(jié)語

綜上所述，若想保證殼體的質(zhì)量就應(yīng)該控制升溫的問題。減小變形首先應(yīng)在鑄造的時(shí)候把好關(guān)，提高熱處理工藝減小變形；其次就是在加工的時(shí)候采取良好的降溫方式，機(jī)床要采取良好的冷卻方式，減小摩擦和提高潤滑，也可以使用合適的冷卻方式對潤滑油和切削液進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，使機(jī)床和刀具減少發(fā)熱；盡量保持室內(nèi)恒溫，減少溫差使機(jī)器達(dá)到熱平衡后再進(jìn)行加工；選擇合適的刀具及加工方法，最后達(dá)到減小變形的目的。

[1]劉曄東.熱處理變形淺析[J].機(jī)械工人:熱加工，2007(10)：16.

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[3]熊良山，嚴(yán)曉光，等.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)[M].武漢：華中科技大學(xué)出版社，2007.

[4]劉會霞.金屬工藝學(xué)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007.

ClassNo.:TH161.4DocumentMark:A

(責(zé)任編輯：鄭英玲)

AnalysisofthethermaldeformationoftheCoalMimingMachineShell

Li Jinling

When the metallic parts are processed, they would result in the errors due to various thermal deformations which directly affects the quality of the parts .The paper analyzes the effect resulted from the thermal deformation on the coal mining machine shell and tries to indicate the reasons of the thermal deformation . It provides some solutions to eliminate the thermal deformation.

shell；thermal deformation；impact

李金玲，助理工程師，雞西煤礦機(jī)械有限公司，黑龍江·雞西。郵政編碼：158100

1672-6758(2011)11-0063-2

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