弛張篩橫梁成形工藝研究

李 剛，楊增旺，周建益，韓 楷，王雪飛

江蘇鵬飛集團(tuán)股份有限公司 江蘇海安 226623

弛張篩是一種潮濕細(xì)粒煤炭篩分設(shè)備，其聚氨酯篩面做馳張運(yùn)動，可以防止黏濕物料粘黏[1]。PFS 弛張篩振動器產(chǎn)生的離心力使篩框產(chǎn)生振動，單片條形聚氨脂篩網(wǎng)鑲嵌在固定橫梁 (與篩框相連) 和浮動橫梁上 (與浮動平衡梁相連)，多片篩網(wǎng)組成完整篩面，篩面隨著篩框振動而振動，平衡梁運(yùn)動。在這個過程中，聚氨酯篩面連續(xù)不斷地?cái)U(kuò)張、收縮，可以獲得較高的加速度，從而有效地解決了篩板篩孔堵塞、篩分效率低的問題。而連接聚氨脂篩的固定橫梁和浮動橫梁的制作與安裝精度是保證弛張篩有效工作的前提，也是影響聚氨脂篩使用壽命的重要因素。

1 弛張篩橫梁成形

弛張篩橫梁由固定橫梁和浮動橫梁組成。聚氨脂篩板與橫梁采用嵌入式無螺栓連接，安裝方便、零部件少且質(zhì)量輕，但安裝聚氨脂篩的橫梁槽口寬度須相同，固定橫梁與篩框連接，浮動橫梁與平衡梁連接，固定橫梁與浮動橫梁交替搭配等距安裝。弛張篩的各橫梁不拼接，間距誤差不超過 1 mm，且每 1 000 mm的累積誤差不超過 1 mm。

橫梁的形狀與位置精度要求高，現(xiàn)以 PFS3090 弛張篩浮動橫梁為例，其由端板、連接板、梁體、篩板安裝槽體焊接成箱式鋼梁，如圖 1 所示。

圖1 浮動橫梁結(jié)構(gòu)

1.1 弛張篩梁體成形

梁體在篩板安裝槽體下方，與其焊接成箱式結(jié)構(gòu)，是橫梁的主要承載體。梁體截面為開環(huán)形，由 5 mm 鋼板經(jīng)多次折彎而成，且長度方向不得拼接。

折彎力[3]

式中：s為板料厚度，mm，取 2.50 mm；l為板料折彎長度，m，取 2.94 mm；v為下模開口寬度，mm，取 40 mm。

折彎力P=1 194.4 kN。

折彎工藝為：剪切下料—劃折彎線—折彎。在WC67Y/K-300T/4000 型折彎機(jī)上作業(yè)，保證梁體開口尺寸與圖紙要求相同或接近。

1.2 篩板安裝槽體成形

根據(jù)弛張篩運(yùn)行和篩板安裝要求，弛張篩上各橫梁篩板安裝槽口的大小與形狀必須相同，相鄰兩篩板邊緣連接鍥條嵌入裝配，篩板在槽內(nèi)牢固無松動。若槽口寬度大于允許公差，篩板易松動；若槽口寬度小于允許公差，篩板裝配困難。槽口外側(cè)兩斜面應(yīng)相對于槽口中線對稱，保證弛張篩篩板周期性撓曲張弛。由于篩板安裝槽體截面特殊，目前市場無相應(yīng)截面型材，用 80 mm×43 mm×5 mm 槽鋼制作，篩板安裝槽體制作工序分解為槽鋼截面折彎、槽口尺寸形狀校正和槽體兩端圓弧成形。

1.2.1 槽鋼截面折彎

槽鋼下料長度

式中：l1為橫梁中間段長，m，取 2.764 m；l2為橫梁圓弧段中性層展開長，m，取 0.208 m；l3為橫梁圓弧上直段長，m，取 0.11 m；l4為橫梁圓弧成形所需下料長度 (梁制作成形后切除)，m，取 0.05 m。

槽鋼下料長度l=3.50 m。

根據(jù)槽鋼下料長度和折彎力選用 WC67Y/K-300T/4000 型折彎機(jī)進(jìn)行槽鋼截面折彎。

1.2.2 槽口尺寸形狀校正

無論折彎機(jī)成形，還是加工定制型鋼，槽體槽口寬度尺寸與直線度很難控制一致。為了保證槽體兩端圓弧成形后槽口尺寸和形位精度達(dá)到圖紙要求，在液壓成形架上安裝 1 副槽口整形校正模，對槽口 (或定制型鋼) 進(jìn)行整形校正，如圖 2 所示。

圖2 槽口整形校正模

槽口整形校正模由液壓成形架、整形校正上模、整形校正下模、液壓缸及液壓站等組成。依次對每件折彎的篩板安裝槽體進(jìn)行槽口形狀校正。

1.2.3 槽體兩端圓弧成形

槽鋼截面折彎時，槽體兩端橫向再壓圓彎成 U形。根據(jù)橫梁工作環(huán)境與使用要求，篩板安裝槽體彎曲時圓弧段不許產(chǎn)生褶皺、裂紋等不可預(yù)料的缺陷，且彎曲處槽口形狀尺寸與直線段相同，槽體縱向彎曲處的變形為彈性變形，即翼緣發(fā)生彈性變形；橫向彎曲處的變形為橫向圓角彎曲處的變形，即在橫向圓角部位彎曲的過程中，槽體從變形前的直線段逐漸彎曲。彎曲有滾壓、拉拔等成形法，如果采用滾壓彎曲成形法，槽體槽口翼緣易產(chǎn)生褶皺且圓處兩端與直線段不易相切；如果采用拉拔彎曲成形法，能滿足要求。因橫梁兩圓弧相連的中間段較長，兩圓弧彎曲分別采用單獨(dú)成形工藝。

彎曲力是設(shè)計(jì)彎曲模和選擇壓力機(jī)噸位的主要依據(jù)。由于材料性能、零件形狀、彎曲方法、模具結(jié)構(gòu)、模具間隙和模具工作表面質(zhì)量是影響彎曲力的因素，因此，用理論分析的方法很難準(zhǔn)確計(jì)算彎曲力。生產(chǎn)中常用經(jīng)驗(yàn)公式概略計(jì)算彎曲力，作為設(shè)計(jì)彎曲工藝過程和選擇液壓設(shè)備的依據(jù)。由于槽鋼折成異型體，其材料彎曲很難計(jì)算準(zhǔn)確，為此簡化以矩形體計(jì)算。

(1) 自由彎曲時的彎曲力[2]

式中：K為安全系數(shù)，取 1.3；B為彎曲件的寬度，mm，取 72 mm；t為彎曲材料的厚度，mm，取 57 mmv；σb為抗拉強(qiáng)度，MPa，取 450 MPa；r為彎曲件的內(nèi)彎曲半徑，mm，取 93 mm。

彎曲力F=547 392 N。

(2) 校正彎曲時的彎曲力 校正彎曲是在自由彎曲后，進(jìn)一步對貼合成形模表面的彎曲件進(jìn)行擠壓，校正力比自由壓彎力大得多，且這 2 個彎曲力先后作用，校正彎曲時只需計(jì)算校正彎曲力即可。校正彎曲力

式中：q為單位面積上的校正力，MPa；A為校正部分垂直投影面積，mm2，取 13 500 mm2。

校正彎曲力F校=1 620 000 N。

(3) 壓力機(jī)噸位的確定 自由彎曲時壓力機(jī)噸位應(yīng)為

由于校正力發(fā)生在接近壓力機(jī)下死點(diǎn)的位置，校正力的數(shù)值比自由彎曲力、頂件力和壓料力大得多，在確定壓力機(jī)噸位時校正力要乘以一個系數(shù)，即：

現(xiàn)有 200 t 液壓模架及液壓設(shè)備滿足槽體彎曲成形要求。

(4) 彎曲回彈量計(jì)算 由于回彈直接影響了彎曲件的形狀誤差和尺寸公差，因此在彎曲成形模設(shè)計(jì)制造時，必須預(yù)先考慮材料的回彈值，修正模具相應(yīng)工作部分的形狀和尺寸。

槽體兩端彎曲圓弧，彎曲半徑的變化很小，可不予考慮，僅考慮彎曲角度的回彈變化。運(yùn)用查表法，查取單角自由彎曲 90°時回彈角的經(jīng)驗(yàn)修正數(shù)值為1.5°。

根據(jù)篩板安裝槽體彎曲處形狀尺寸設(shè)計(jì)的拉拔彎曲成形模與液壓模架如圖 3 所示。

圖3 梁體兩端彎曲成形模

該模具由上模、下滾輪模及下模座等組成。上模按橫梁截面槽口與上側(cè)壁形狀制作，下滾輪模按橫梁截面下底部形狀制作。工作時，將梁體置于2 個滾輪模上，一端按要求定位，然后啟動液壓站，升降液壓缸，當(dāng)液壓缸上升到橫梁圓弧極限位置時，自動回程至原位，制裁卸下工件，調(diào)頭以已彎曲端定位，控制橫梁尺寸，按上述方法彎曲另一端至要求。

1.3 橫梁的焊接

橫梁的焊接工藝對橫梁制作精度和使用壽命影響較大，焊接產(chǎn)生的變形使橫梁槽口尺寸和直線度發(fā)生變化，影響弛張篩篩板的安裝。焊縫存在夾渣、咬邊、裂紋等缺陷以及焊接應(yīng)力，橫梁在高速振動運(yùn)轉(zhuǎn)中會出現(xiàn)焊縫撕裂，影響弛張篩的運(yùn)行。減少橫梁焊接應(yīng)力與變形的措施如下：

(1) 選用線能量較低的焊接方法，可以有效地減小塑性壓縮區(qū)，減少焊接變形，用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊代替手工電弧焊；

(2) 提高裝配精度，減小焊縫間隙，減小焊接量，從而減小焊接變形，用專用橫梁焊接胎模，如圖4 所示。

圖4 橫梁焊接胎模

組裝焊接時通過調(diào)節(jié)螺栓壓緊梁體與篩板安裝槽體的焊縫間隙。

焊接順序：焊接順序是影響焊接結(jié)構(gòu)變形的主要因素之一，針對橫梁焊縫較長且對稱，采用分中對稱焊法、跳焊法，分段交替焊，減小熱影響區(qū)，避免篩板安裝槽體焊接時變形。

焊接工藝：待焊件清理—梁體、篩板安裝槽體、端板在焊接胎模安裝校正—點(diǎn)焊固定—對稱焊法、跳焊法施焊—卸模—加固焊—清理。

1.4 去應(yīng)力處理

焊接后的橫梁進(jìn)行噴砂處理，以消除焊縫應(yīng)力并硬化表面。通過砂丸敲擊工件表面，一方面消除應(yīng)力，增加工件表面強(qiáng)度，減小加工后應(yīng)力變形；另一方面能去除工件表面的銹皮等污物，在工件表面建立毛面，提高工件表面的粗糙度，增強(qiáng)工件與涂料的結(jié)合力。

1.5 橫梁機(jī)加工

弛張篩內(nèi)外篩框?qū)蔷€等長誤差每 1 000 mm 不應(yīng)超過 1 mm，橫梁兩端板的加工和橫梁兩端板上連接孔位置關(guān)系到橫梁的安裝精度與弛張篩的使用性能，有 2 種加工方法：方法 1，橫梁兩端板加工后組焊，這樣既能保證零件尺寸和位置精度，又能防止焊接變形；方法 2，在工裝上焊接后再整體加工，需要中型銑鏜床設(shè)備，橫梁的尺寸和位置精度以及橫梁兩端板面上連接孔相對于橫梁篩板安裝槽的尺寸與位置精度均由機(jī)床加工時控制保證。根據(jù)現(xiàn)有設(shè)備條件，采用 TX6312A 型數(shù)顯落地銑鏜床一次裝夾加工端面與連接孔，為提高機(jī)加工效率，兩件一組對稱放置在銑鏜床工作臺基準(zhǔn)面上，用螺桿、壓擔(dān)固定裝夾，用圓盤銑刀和三面刃盤銑刀先對橫梁一端板進(jìn)行端面與螺孔安裝背面銑削加工，換裝鉆孔刀具，根據(jù)橫梁端板孔相對位置，輸入各孔相對尺寸數(shù)據(jù)，對該端板上4 個?18的孔進(jìn)行鉆削加工，然后銑鏜床工作臺旋轉(zhuǎn)180°，利用同樣方法銑削橫梁另一端面，并控制橫梁長度尺寸，按要求加工端面上的 4 個?18 孔。橫梁安裝如圖 5 所示。

圖5 橫梁安裝

2 結(jié)語

根據(jù)弛張篩橫梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，確定其結(jié)構(gòu)件的成形工序：下料、折彎、壓彎、焊接和機(jī)加工等工藝進(jìn)行研究優(yōu)化，設(shè)計(jì)壓彎成形模、焊接胎模，保證橫梁制造成形，橫梁制造后經(jīng)實(shí)檢其尺寸精度和形位公差達(dá)到圖紙要求，其成形工藝設(shè)計(jì)合理，保證了整機(jī)裝配要求。產(chǎn)品在選煤廠應(yīng)用，各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平，可以有效篩分 3～13 mm的潮濕原煤，為企業(yè)創(chuàng)造了效益。