一種大型筒體加工用組合工裝治具設(shè)計(jì)

劉紅楓

(中國有色(沈陽)冶金機(jī)械有限公司 工藝研究所，遼寧 沈陽 110141)

一種大型筒體加工用組合工裝治具設(shè)計(jì)

劉紅楓

(中國有色(沈陽)冶金機(jī)械有限公司 工藝研究所，遼寧 沈陽 110141)

本文以大型回轉(zhuǎn)設(shè)備球磨機(jī)筒體加工為例，將原筒體外圓、端面、法蘭輪帶等卷制、吊裝運(yùn)輸中用于定位和防治筒體變形使用的不同結(jié)構(gòu)、規(guī)格的組合固定死支撐裝置，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)及優(yōu)化，設(shè)計(jì)成滿足不同規(guī)格結(jié)構(gòu)、規(guī)格筒體加工定位、防變形需要的可拆卸組合活支撐，應(yīng)用在筒體加工過程，使用效果良好。

回轉(zhuǎn)設(shè)備；球磨機(jī)；筒體；組合；固定死支撐；可拆卸活支撐

0 概述

球磨機(jī)是中國有色(沈陽)冶金機(jī)械有限公司生產(chǎn)制造的大型冶金、礦山類回轉(zhuǎn)產(chǎn)品中回轉(zhuǎn)窯、磨機(jī)、混合機(jī)的重點(diǎn)產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用于選礦工業(yè)中。主要由筒體部、給礦部、排礦部、軸承部、傳動(dòng)部和潤滑系統(tǒng)6個(gè)部分組成，其工作原理是電動(dòng)機(jī)通過傳動(dòng)部帶動(dòng)回轉(zhuǎn)部筒體轉(zhuǎn)動(dòng)，裝在筒體內(nèi)的研磨介質(zhì)-鋼球在摩擦力和離心力作用下運(yùn)動(dòng)到一定高度，然后按一定的線速度拋落，礦石受下落鋼球的撞擊以及借助鋼球與鋼球之間及鋼球與磨機(jī)之間的附加壓碎和磨剝作用而粉碎，并借助于水的沖力將磨碎的合格物料送出筒體外。筒體作為傳動(dòng)部的主要大型回轉(zhuǎn)部件，其筒體的制造質(zhì)量直接影響著磨機(jī)的工作質(zhì)量和使用壽命，近年來隨著磨機(jī)類設(shè)備總體設(shè)計(jì)規(guī)格的大型化和復(fù)雜化，對(duì)磨機(jī)整體的制造和加工質(zhì)量有了更高的要求，因此保持筒體卷制、轉(zhuǎn)序、外圓車削加工過程中的圓度和變形，是決定磨機(jī)工作狀態(tài)下是否連續(xù)平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵。

筒節(jié)是組成筒體的基本單元，它是由δ=(40-60) mm厚規(guī)格的鋼板預(yù)卷制成型后焊接而成；筒體它是由若干個(gè)焊接成型后筒節(jié)拔節(jié)而成，在筒體的兩端焊接有固定端法蘭，端法蘭分別與左右兩端的進(jìn)、出料部連接，形成統(tǒng)一回轉(zhuǎn)整體。目前中國有色(沈陽)冶金機(jī)械有限公司生產(chǎn)的大型磨機(jī)筒體直徑達(dá)φ=6500 mm，筒體有效長(zhǎng)度為L(zhǎng)=9000 mm，而筒體作為球磨機(jī)中最大的部件回轉(zhuǎn)部件，它在筒節(jié)的卷制、筒體的拔節(jié)、端法蘭的加工、筒體吊運(yùn)、轉(zhuǎn)序過程中的一系列大型組合防變形治具的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)和使用的合理性，制造的經(jīng)濟(jì)性直接影響著磨機(jī)的工作質(zhì)量及使用壽命和制造成本，因此嚴(yán)格控制筒體部各筒節(jié)制作過程的每個(gè)環(huán)節(jié)至關(guān)重要。

1 改進(jìn)前工裝治具

(1)以往中國有色(沈陽)冶金機(jī)械有限公司在筒體的制造過程中也使用了很多自行設(shè)計(jì)的組合支撐治具，但多數(shù)為定制治具，僅限于該規(guī)格筒體使用的組合固定死支撐，如：筒節(jié)在鋼板預(yù)卷制焊接成型后，為防止鋼板卷制后張力作用在焊接處開焊及保證預(yù)制筒節(jié)的圓度要求，需要制作固定米字支撐裝置焊接在筒節(jié)內(nèi)壁；在筒體的拔節(jié)組立(指相連筒節(jié)間的組合焊接)過程中，由于單個(gè)筒節(jié)高度約為2～3 m，采用在筒體內(nèi)焊接固定米字支撐的同時(shí)，相鄰?fù)补?jié)間的米字支撐用斜支撐作為輔助連接固定支撐，固定焊接在筒體內(nèi)側(cè)，當(dāng)筒體拔節(jié)組立焊接好大段節(jié)后，將整個(gè)筒體吊運(yùn)到下道工序，進(jìn)行法蘭的焊接和加工，這時(shí)需要將之前焊接好的組合固定死支撐及斜支撐全部割掉、拆除。由于米字支撐在設(shè)計(jì)時(shí)，考慮剛性問題，全部采用20a槽鋼拼裝組成，φ=6500 mm的米字支撐重量達(dá)1多噸，在拆卸割除的過程只能采用火焰切割進(jìn)行破壞性切割，拆除后的米字支撐不能重復(fù)利用，浪費(fèi)嚴(yán)重，同時(shí)由于切割過程火焰的高溫對(duì)筒體內(nèi)表面形成局部淬火，筒體局部應(yīng)力集中，產(chǎn)生變形，同時(shí)也嚴(yán)重影響了產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量。

(2)當(dāng)筒節(jié)成型后，進(jìn)行端法蘭的焊接裝配及加工時(shí)，為保證筒體在法蘭端面及外圓車削加工及定位需要，原有防變形固定死支撐已不能滿足現(xiàn)加工需要，故需要再重新設(shè)計(jì)新型固定死支撐，此時(shí)該支撐裝置固定焊死在筒體的一側(cè)，支撐裝置上的頂尖座將筒體一端固定于大型車床床頭上，另一端利用機(jī)床尾座的頂尖裝置，將頂尖與固定死支撐穩(wěn)固連接，形成一體，進(jìn)行端法蘭的外圓加工，加工完成后，需要利用人工火焰切割，將固定死支撐切割掉，這個(gè)過程，重復(fù)了上述破壞現(xiàn)象，切割后的支撐裝置無任何利用價(jià)值，浪費(fèi)嚴(yán)重，生產(chǎn)效率低下。

2 新型組合工裝治具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 筒節(jié)卷制、轉(zhuǎn)序用可拆卸組合活支撐裝置設(shè)計(jì)

該筒節(jié)卷制用活支撐裝置主要由：可調(diào)節(jié)活支撐裝置和可拆卸斜支撐裝置兩部分組成，可調(diào)節(jié)活支撐用于單個(gè)筒節(jié)卷制使用，可拆卸組合活支撐裝置組合，用于筒節(jié)拔節(jié)、組立時(shí)使用，圖1為筒節(jié)卷制用可拆卸活支撐結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。

1.固定連接盤 2.放射狀連接支撐 3.斜支撐連接板 4.滑動(dòng)定位塊 5.微調(diào)頂絲 6.調(diào)節(jié)弧板圖1 筒節(jié)卷制用可拆卸活支撐結(jié)構(gòu)示意圖

2.1.1可調(diào)節(jié)活支撐裝置

可調(diào)節(jié)活支撐由：固定連接盤、放射狀連接支撐、斜支撐連接板、滑動(dòng)定位塊、微調(diào)頂絲、調(diào)節(jié)弧板組成，固定連接盤采用δ=50m鋼板制作而成，連接盤上設(shè)計(jì)有專用把合孔，用于把合放射狀連接支撐，連接支撐采用16a槽鋼制造，選用槽鋼的關(guān)鍵是既可減輕支撐重量，又可在槽鋼的通槽內(nèi)鑲嵌滑動(dòng)定位塊，滑動(dòng)定位塊的位置根據(jù)筒節(jié)內(nèi)徑規(guī)格確定，槽鋼、滑動(dòng)定位塊通過螺栓把合形成統(tǒng)一整體；滑動(dòng)定位塊上端設(shè)計(jì)有與調(diào)節(jié)弧板一致的凹形槽，調(diào)節(jié)弧板和凹槽采用過渡配合，調(diào)節(jié)弧板與筒體內(nèi)壁的接觸處調(diào)整采用專用的微調(diào)頂絲實(shí)現(xiàn)；當(dāng)單個(gè)筒節(jié)卷制焊接完成后，將可調(diào)節(jié)活支撐裝置按預(yù)制筒體內(nèi)徑大小，調(diào)整好防止于筒體內(nèi)，通過微調(diào)頂絲的微調(diào)作用，實(shí)現(xiàn)筒體內(nèi)壁與支撐裝置的最佳配合；

2.1.2可拆卸斜支撐使用

當(dāng)筒節(jié)進(jìn)行拔節(jié)組立時(shí)，這時(shí)單個(gè)的可調(diào)節(jié)活支撐裝置已不能滿足拔節(jié)組立后筒體圓度控制需要，因?yàn)槊總€(gè)筒節(jié)高度在2.5～3 m，整個(gè)筒體一般由4個(gè)筒節(jié)拔節(jié)組立而成，因此要控制拔節(jié)組立后筒體圓度，設(shè)計(jì)在再單個(gè)可調(diào)節(jié)活支撐裝置中間通過加輔助斜支撐，斜支撐與焊接固定在放射狀連接支撐上的斜支撐連接板把合，形成穩(wěn)定連接支撐；

2.1.3可拆卸組合活支撐使用

當(dāng)整個(gè)筒體焊接完成后，由焊接到車削加工的轉(zhuǎn)序過程中，為防止筒體運(yùn)輸變形，需要帶著可拆卸組合活支撐裝置將筒體運(yùn)輸?shù)较碌拦ば颍谶M(jìn)行筒體的法蘭加工前，通過拆卸組合活支撐裝置的連接螺栓，將本支撐裝置的調(diào)節(jié)弧板、滑動(dòng)定位塊等拆卸，以備重復(fù)使用[1-3]。

2.2筒體法蘭車削加工用可拆卸組合活支撐裝置設(shè)計(jì)

筒體法蘭車削加工用可拆卸組合活支撐裝置主要由筒體圓度支撐架和可調(diào)節(jié)活支撐兩部分組成，圖2為該可拆卸組合活支撐裝置結(jié)構(gòu)示意圖：

1.筒節(jié)Ⅰ 2.筒節(jié)Ⅲ 3.筒節(jié)Ⅲ 4.Ⅳ筒節(jié) 5.法蘭 6.焊縫 7.圓度支撐架 8.可調(diào)節(jié)活支撐圖2 加工用可拆卸組合活支撐裝置

2.2.1筒節(jié)圓度支撐架設(shè)計(jì)

由于筒體焊接完成后長(zhǎng)度達(dá)9米多，為確保筒體在大頭車削加工過程中各筒節(jié)間圓度避免筒體受力變形，設(shè)計(jì)了專用筒節(jié)圓度支撐架，主要由：連接盤、連接板、定位環(huán)、搭接塊四部分組成，車削加工前，根據(jù)筒體直徑選用定位環(huán)直徑，通常情況下遵循如下原則：φ(定位環(huán))=φ(筒體直徑)-100 mm，定位環(huán)與筒體內(nèi)壁的連接通過搭接塊實(shí)現(xiàn)，通過調(diào)整搭接塊的規(guī)格，實(shí)現(xiàn)不同筒體內(nèi)徑圓度支撐架的支撐防變形作用。通過實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)積累后，確認(rèn)如下方式最有效抵消和防止車削加工變形，既：當(dāng)單個(gè)筒節(jié)長(zhǎng)度L在(2000～2500) mm時(shí)，圓度支撐架的擺放位置距單個(gè)筒節(jié)環(huán)縫焊接邊緣處L2=300 mm。

2.2.2可調(diào)節(jié)活支撐裝置設(shè)計(jì)

可調(diào)節(jié)活支撐裝置主要由：(1)中心頂盤、(2)頂尖座、(3)十字支撐、(4)調(diào)節(jié)頂絲、(5)定位塊等部分組成，中心頂盤中心設(shè)計(jì)有與機(jī)床尾座頂尖一直的頂尖座，十字支撐與上下中心頂盤焊接形成一體，十字支撐結(jié)構(gòu)采用方鋼，頂端設(shè)計(jì)長(zhǎng)螺紋孔，調(diào)節(jié)頂絲通過螺紋與十字支撐形成一體，并可通過調(diào)節(jié)螺紋實(shí)現(xiàn)活支撐直徑的變化，為防止支撐在車削加工過程受切削力作用發(fā)生軸向位移，在筒體內(nèi)側(cè)設(shè)計(jì)了定位塊，使用時(shí)先將定位塊點(diǎn)焊在筒體上，調(diào)整好活支撐的位置后將微調(diào)頂絲鎖死[1-3]。

3 結(jié)論

通過可拆卸組合活支撐裝置的設(shè)計(jì)，解決了筒節(jié)卷制、轉(zhuǎn)序、車削加工過程圓度和切削力導(dǎo)致的變形問題，同時(shí)由于該套支撐裝置各部件之間通過螺栓連接，使用完成后可直接拆卸備用，減少了大量材料及人員浪費(fèi)問題，大幅度降低了生產(chǎn)成本，滿足了高效、快捷的現(xiàn)代化加工生產(chǎn)需要，現(xiàn)應(yīng)用在中國有色(沈陽)冶金機(jī)械有限公司各類大型筒體加工過程中，使用效果良好，具有推廣價(jià)值。

[1] 中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì).焊接手冊(cè)—焊接結(jié)構(gòu)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992.

[2] 中國機(jī)械工程學(xué)會(huì)焊接學(xué)會(huì).焊接手冊(cè)—材料的焊接[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992.

[3] 吳拓.現(xiàn)代機(jī)床夾具設(shè)計(jì)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

DesignofCombinationFixtureforLargeShellEquipmentMachining

LIU Hong-feng
(Technology Research Institute, NFC(Shenyang) Metallurgical Machinery Co., Ltd. Shenyang 110141, China)

Based on the ball mill cylinder machining of large rotary equipment, this paper makes change to different combination fixture to fix the supports, which is used for locating and control cylinder deformation of cylindrical of original cylinder, end surface, flange wheel rolling, lifting transport. Through the improvement and optimization of structure design, this design can meet the different specification structures, the standard cylinder processing location, and disassembled and assembled movable supporting which used for anti-deformation, this combination fixture has been used in the cylinder processing, and gotten good effect.

rotary equipment；ball mill；cylinder；combination；fixed support；disassembled support

2013-09-16

劉紅楓(1963-)，女，遼寧沈陽人，高級(jí)工程師，大學(xué)本科，主要從事機(jī)械及焊接專業(yè)工裝治具設(shè)計(jì)工作，現(xiàn)任中國有色(沈陽)冶金機(jī)械有限公司工藝研究所高級(jí)工程師。

TD453

B

1003-8884(2014)02-0033-03