新型磨球壓滾成形生產(chǎn)線研制

陳艷妮

(四川鴻艦重型機械制造有限責(zé)任公司,四川 攀枝花 617000)

0 前言

磨球?qū)ξ锪掀鹌扑楹脱心プ饔?，在礦山采選、煤炭、水泥等行業(yè)有廣泛應(yīng)用，每年消耗數(shù)以百萬噸計。傳統(tǒng)磨球生產(chǎn)有鑄造工藝、鍛造工藝、軋制工藝三種，存在產(chǎn)能低、工作環(huán)境差、熱輻射、勞動強度大、噪音大、煙塵、粉塵，污染嚴重等缺陷，環(huán)保壓力大。從磨球產(chǎn)業(yè)長遠發(fā)展和環(huán)保政策要求來看，必須進行技術(shù)更新，控制環(huán)境污染，提高磨球產(chǎn)能。某公司自行設(shè)計、制造包括上料及中頻加熱成套設(shè)備、多規(guī)格棒料剪斷機、上料機器人工作站及控制系統(tǒng)集成設(shè)備、成形擠壓機、整形設(shè)備、鏈斗式緩冷機、雙道交叉水冷淬火機等設(shè)備的磨球壓滾成形生產(chǎn)線，用機器人代替人工，在噪音方面明顯低于鍛造磨球生產(chǎn)方式，每噸磨球的固體排放物少，沒有煙氣污染，綜合環(huán)保性能好。

1 技術(shù)參數(shù)及質(zhì)量指標(biāo)

本文使用Φ70 mm、Φ80 mm、Φ100 mm三種規(guī)格圓鋼生產(chǎn)出Φ100 mm、Φ120 mm、Φ150 mm三種規(guī)格磨球，產(chǎn)能指標(biāo)要求每小時400個。磨球產(chǎn)品允許直徑偏差±3 mm，圓整度≤1 mm，表面硬度及心部硬度需滿足生產(chǎn)要求，兩端平頭高度<3 mm，外觀要求表面光潔，無明顯凸起及凹坑，無裂紋現(xiàn)象。

2 工作原理及主要結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 總體設(shè)備布置圖

磨球壓滾生產(chǎn)線主要包括七部分：上料及中頻加熱成套設(shè)備、多規(guī)格棒料剪斷機、上料機器人工作站及控制系統(tǒng)集成設(shè)備、成形擠壓機、整形設(shè)備、鏈斗式緩冷機、雙道交叉水冷淬火機，如圖1所示。

圖1 磨球壓滾生產(chǎn)線

天車將圓鋼棒料吊裝到上料架臺面，通過上料架輥輪將圓鋼輸送進電加熱爐，電加熱爐將圓鋼棒料加熱到1 050 ℃，輸送輥道將高溫棒料輸送進多規(guī)格棒料熱剪機，熱剪機將高溫棒料剪切成定尺圓鋼，機器人將定尺圓鋼夾取到成形擠壓機的模具里，擠壓機將定尺圓鋼擠壓成半成品，氣缸將半成品推進整形機里，整形后的磨球進入鏈斗式緩冷機空冷，空冷后的磨球進入雙道水冷淬火機水冷，水冷后的磨球進入磨球料斗。

2.2 上料及中頻加熱成套設(shè)備

上料及中頻加熱成套設(shè)備主要由上料架、爐體、感應(yīng)器、托料輥、壓料機構(gòu)等組成，如圖2所示。

圖2 上料及中頻加熱成套設(shè)備

天車吊裝圓鋼棒料到上料架臺面，通過上料架輸送輥將圓鋼輸送進電加熱爐，電加熱爐將圓鋼棒料加熱到1 050 ℃，輸送輥將高溫棒料輸送進多規(guī)格棒料熱剪機。連續(xù)送料機構(gòu)包括至少三根依次間隔分布的托料輥，壓料機構(gòu)包括至少兩根壓輥，處于連續(xù)送料機構(gòu)的輸送前端和輸送末端的兩根托料輥的上側(cè)均設(shè)有一根壓輥，壓輥能夠上下運動以靠近或遠離其所對應(yīng)的托輥。

采用中頻電感應(yīng)加熱，不容易發(fā)生過熱與過燒，產(chǎn)品質(zhì)量有保證，氧化鐵皮損失小，生產(chǎn)機動靈活，生產(chǎn)環(huán)境好，節(jié)省人力與占地面積，容易實現(xiàn)機械化自動化生產(chǎn)等。

2.3 棒料熱剪機

該設(shè)備機體采用整體焊接結(jié)構(gòu)，通過曲柄帶動上刀具對熱態(tài)圓鋼進行定尺熱剪。氣動摩擦式離合與制動器具有過載保護功能。PLC程序控制，機動遞進式干油潤滑，可實現(xiàn)自動剪切、快換刀片、自動潤滑，氣壓不足、潤滑油不足、油路堵塞、無油自動報警及電機過載自動報警等監(jiān)控及安全保護控制裝置，如圖3所示。

圖3 棒料熱剪機

2.4 上料機器人工作站及控制系統(tǒng)集成設(shè)備

上料機器人工作站包括下料機構(gòu)和取料機器人，下料機構(gòu)的進料端與多規(guī)格棒料熱剪機上設(shè)置的出料導(dǎo)軌的出料端相對應(yīng)，取料機器人能夠?qū)⑦M入下料機構(gòu)中的坯料抓取并送入成形擠壓機的模具型腔內(nèi)。取料工作站的取料機器人設(shè)置在機器人底座上，機器人夾具設(shè)置在取料機器人的機械手臂上。機器人夾具包括固定部和移動部，固定部上設(shè)有呈“V”字形的固定夾口，移動部可伸縮地設(shè)置在固定部上，移動部上與固定夾口相對應(yīng)處設(shè)有呈“V”字形的移動夾口，移動夾口能夠隨著移動部的運動靠近或遠離固定夾口，如圖4所示。

圖4 上料機器人工作站

熱取料工作主要由可編程的機器人完成熱剪切的坯料準(zhǔn)確抓取，然后垂直放入球形下模。高溫坯料在上模壓下前保持垂直不傾斜，是擠壓成半成品球的關(guān)鍵。為保持坯料在上模壓下前保持垂直，在下模上表面設(shè)計氣動扶正定位機構(gòu)，與機器人在控制系統(tǒng)中實現(xiàn)聯(lián)動，機器人準(zhǔn)確防止坯料后，啟動氣動扶正定位機構(gòu)，氣缸推動兩個片狀V形夾持臂，夾緊坯料。然后系統(tǒng)允許機器人夾具松開坯料，離開壓力機。

2.5 成型擠壓機

成型擠壓機設(shè)置有棒料扶正定位機構(gòu)、推料機構(gòu)和吹氣清掃機構(gòu)。棒料扶正定位機構(gòu)能夠?qū)⑻幱诔尚蛿D壓機的模具型腔內(nèi)的坯料扶正定位。推料機構(gòu)能夠?qū)D壓成的半成品磨球推出成型擠壓機的模具型腔并推送至擠壓出料滑道內(nèi)。吹氣清掃機構(gòu)能夠?qū)Τ尚蛿D壓機的模具型腔進行吹掃清理，如圖5所示。

圖5 成型擠壓機

2.6 成型模具

擠壓模具將熱剪后的定尺圓鋼擠壓成近似圓形，便于滾圓。擠壓模具采用等體積原理來設(shè)計，由于采用曲柄式壓力機鍛壓，上、下模具之間需有間隙，經(jīng)多次試驗調(diào)整，將模具間隙設(shè)計為10 mm。定尺坯料為1 000 ℃左右的高溫坯料，上、下模具設(shè)計有冷卻水腔；下頂桿將擠壓成形的粗坯磨球從下模具頂出；上、下模具的間隙為10 mm左右，根據(jù)擠壓出球形進行調(diào)整，如圖6所示。

圖6 成型模具

2.7 整形裝置

整形裝置包括整形機體、橫梁部、左、右軋輥及其調(diào)整座、拉桿裝配、導(dǎo)球槽等，如圖7所示。左軋輥、右軋輥相互平行，軸線有一定的交錯角。軋輥上設(shè)置有螺旋槽，且螺旋槽彼此相對應(yīng)的凹陷部位能夠擬合成圓形，保證滾圓后的磨球沒有環(huán)帶，球形好。磨球粗坯在軋輥的帶動下，做平行于軋輥軸線與軋輥旋轉(zhuǎn)方向相同的旋轉(zhuǎn)運動，粗坯在軋輥輥形的作用下整形成磨球成品。螺旋孔型限制磨球粗坯的變形，粗坯磨球經(jīng)塑性成形成磨球。螺旋槽的設(shè)計遵循體積不變定律和最小阻力定律。

圖7 整形設(shè)備

2.8 鏈斗式緩冷機

鏈斗式緩冷機包括驅(qū)動部、傳動頭輪部、傳動尾輪部、輸送鏈斗部、卸料斗、分料溜槽等，如圖8所示。

圖8 鏈斗式緩冷機

滾圓成形的磨球表里溫度不均勻，都高于淬火需要的溫度，故需進行冷卻。冷卻需在生產(chǎn)線上連續(xù)進行。采用鏈斗式緩冷機作為緩冷設(shè)備。鏈斗式緩冷機通過變頻電機帶動具有料斗的鏈條提升磨球進行緩冷，通過調(diào)節(jié)變頻機轉(zhuǎn)速來調(diào)節(jié)鏈條速度從而調(diào)整根據(jù)工藝需要的磨球冷卻時間。

2.9 雙道交叉水冷淬火機

雙道交叉水冷淬火機包括驅(qū)動電機、螺旋輸送機、水淬水槽等，如圖9所示。雙道交叉水冷淬火機對緩冷后的磨球進行淬火處理。從緩冷設(shè)備出來的磨球緩冷到合適溫度后通過緩冷出料滑道進入雙道交叉水冷淬火機，變頻電機帶動水槽中的螺旋旋轉(zhuǎn)使磨球水冷淬火，磨球在水中邊旋轉(zhuǎn)邊前進，磨球與水全面均勻接觸，保證磨球淬透與均勻。

圖9 雙道交叉水冷淬火機

3 應(yīng)用效果

多規(guī)格磨球壓滾成形生產(chǎn)線經(jīng)過一年半年時間的生產(chǎn)運行，每小時可生產(chǎn)Φ100 mm磨球420個，Φ120 mm磨球420個，Φ150 mm磨球420個，磨球的機械性能指標(biāo)遠大于傳統(tǒng)磨球，符合國家倡導(dǎo)的節(jié)能減排精神。磨球壓滾成形技術(shù)提供了一種新的磨球生產(chǎn)工藝技術(shù)，具有生產(chǎn)效率高、磨球質(zhì)量穩(wěn)定、耐磨性高、環(huán)保節(jié)能、自動化程度高等特點，克服了傳統(tǒng)鑄鑄造磨球和鍛造磨球生產(chǎn)的缺點，是未來磨球生產(chǎn)的發(fā)展趨勢。對攀枝花地區(qū)發(fā)展磨球產(chǎn)業(yè)、如何在環(huán)保前提下發(fā)展提供了實踐經(jīng)驗，同時給與磨球壓滾成形技術(shù)的學(xué)術(shù)研究及行業(yè)提供技術(shù)支持和實踐經(jīng)驗。