CN1759980A - 大直径磨机组合端盖的制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及机械加工技术领域，一种大直径磨机组合端盖的制造工艺，将由美国斯维达拉公司设计的直径为φ8.5m，整体式的磨机端盖，其磨机端盖分成四个扇形块分别铸造，中空轴(1)独立铸造；扇形端盖(2)的两侧各铸有法兰连接板(3)，扇形端盖的法兰连接板由H6/h6铰制螺栓(4)和普通螺栓(5)连接组合成整体圆台形端盖；中空轴上端连接磨机的动力端，中空轴的下端法兰盘(6)连接圆台形端盖的法兰盘(7)，两个法兰盘通过大直径螺钉(8)固定连接，端盖壁厚保持一致性；采用该项加工技术制造出特大型磨机端盖，磨机组合端盖连接精度高，不发生变形，为我国对特大型直径磨机的自行设计制造，具有广泛的应用及推广价值。
Description
技术领域：
本发明涉及机械加工技术领域，一种大直径磨机组合端盖的制造工艺。
背景技术：
目前，国内磨机制造主要以Φ5米以下规格为主，磨机端盖为中空轴与端盖整体式铸造结构。由于Φ5米以上的磨机整体端盖铸造困难，无法运输，因此Φ5米以上大直径磨机端盖只能采用组合式结构；Φ5.5米规格磨机端盖采用3件组合，Φ8.5米以上磨机端盖一般采用5件组合。限于技术原因，Φ5米以上大直径磨机完全依赖进口。
发明内容：
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种大直径磨机组合端盖的制造工艺，使磨机组合端盖连接精度高，不发生变形，使端盖壁厚保持一致性。
为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
该大直径磨机组合端盖的制造工艺，将由美国斯维达拉公司设计的直径为φ8.5m，尺寸精度达到IT5-IT6级，表面粗糙度Ra≤0.8μm，结构为铸造整体式的磨机端盖，分成四个扇形块分别铸造；中空轴独立铸造；扇形端盖的两侧各铸有法兰连接板，扇形端盖的法兰连接板由H6/h6铰制螺栓和普通螺栓连接组合成整体圆台形端盖；中空轴上端连接磨机的动力端，中空轴的下端连接圆台形端盖的法兰盘，两个法兰盘通过大直径螺钉固定连接。
该大直径磨机组合端盖的制造工艺，其中空轴轴颈的加工：磨机一般采用静压轴承，中空轴轴颈是静压滑动面，其尺寸和形位公差要求非常严格；轴颈的径向及端面跳动量要求控制在0.05mm之内，表面粗糙度要求Ra≤0.8μm；针对以上问题，在加工时要采用精加工及光整加工相结合的方法，其轴颈的形位公差由精加工时车削来保证，表面粗糙度由后续的光整加工来保证；轴颈的光整加工要采用高速抛光布轮，由于抛光布轮在工作中始终处于柔性状态，不会改变轴颈的形位公差但却能大大降低表面粗糙度，满足图纸要求。
该大直径磨机组合端盖的制造工艺，其端盖壁厚一致性的控制：为了保证端盖截面的等强度，图纸对端盖壁厚的一致性有严格的要求，4件直角扇形端盖如何保证壁厚的一致性，毛坯第一次划线的基准选择极其重要，针对4件直角扇形端盖都必须以外锥不加工表面为基准，因此工艺上根据锥面的形成原理采用母线回转法引出可以参考的基准线，从而最终保证工件壁厚基本一致。
该大直径磨机组合端盖的制造工艺，其直角扇形端盖加工中变形的控制工艺：
端盖在磨机运行中承受着较大的交变载荷的作用，尤其是直角扇形端盖的结合面；为了保证磨机运转的平稳性，图纸要求直角扇形端盖结合面螺栓把合后间隙小于0.03mm，且任一处塞尺检查进入深度不超过25mm；
直角扇形端盖的形状基本上属于“瓦片型薄壳”结构，刚性极差，在铸造的过程中，各部冷热收缩不均匀，加之铸件内部金相组织转变时的体积变化，毛坯的内应力很大，如果加工中得不到及时消除，将直接影响结合面的加工精度，同时结合面上的铰制螺栓也无法定位与安装，从而直接影响磨机的运转平稳性；
为此在加工中必须要采用将结合面、内锥面及内外圆的粗精加工分开的方法，将工件反复把合、拆开，并交叉进行内外圆、内锥面及结合面的加工；在半精加工及精加工之前要安排人工时效工序，以充分平衡并消除铸造应力及加工应力；但在精车内锥面、精铣结合面时还要采用小吃刀量、高速切削的进给方式来减小切削热变形，提高工件的表面加工精度及质量。
该大直径磨机组合端盖的制造工艺，其1/4扇形端盖组合精度的控制：该磨机端盖由4件1/4圆的扇形端盖组合成整圆，理论上4件扇形端盖的每一件都必须控制扇形角度为90度，或4件扇形端盖的角度累计误差为零，才能保证最终组成整圆，但在实际加工过程中是很难做到的；先将2件1/4扇形端盖对应的结合面铣成，组成1/2端盖，再铣成2件1/2端盖结合面，最终组成整圆。
该大直径磨机组合端盖的制造工艺，其扇形端盖结合面联接孔的加工：四件扇形端盖的联接采用了铰制螺栓与普通螺栓混合的联接方式，在每一处法兰连接板的18组螺栓联接中，10组为铰制螺栓联接，起定位作用，严重的过定位给加工带来了极大的难度；1/4扇形端盖在把合状态下，直径为φ8540mm，由于联接孔所处特殊位置，无法利用铣镗床直角铣头进行配钻、铰联接孔，也无法实施有支撑的远距离接杆钻、铰联接孔等常规工艺方法进行加工。
在加工中必须利用钻模，采用相同基准原则，其具体方法是：a.首先采取相应的工艺措施使1/4扇形端盖的法兰板在法向截面上保持一致；b.予钻联接孔，将1/4扇形端盖组合成整圆；c.将1/4扇形端盖的法兰板一起在立车上精车定位基准；d.将专用钻模以所车的定位基准面定位分别钻、铰各端盖上各联接孔。
该大直径磨机组合端盖的制造工艺，其中空轴与扇形端盖的装配：中空轴与4件端盖的连接，采用大直径螺钉连接，中空轴下端法兰盘及圆台形端盖的法兰盘连接孔，分别按钻模钻制，保证连接孔位正确，而后将其预装在一起，完成整件端盖的加工。
由于采用上述技术方案，本发明具有如下优越性：
该端盖是磨机产品中的关键件之一，其结构工艺复杂，加工和装配精度高、难度大、制造周期长；其端盖是目前国内生产的尺寸最大、形状结构最复杂、精度要求最高的磨机端盖；在组合式磨机端盖加工过程中由于采用了精度连接，变形控制，壁厚一致性的控制制造工艺，保证了质量，经外商严格检查后，加工精度完全达到图纸要求，其制造水平已达到世界先进水平；该项加工技术的研究成功也为我国自行设计制造直径φ5米以上的各类磨机奠定了坚实的基础，具有广泛的应用及推广价值。
附图说明：
图1是大直径磨机组合端盖结构的装配图；
图2是四件扇形端盖装配结构的主视图；
图3是四件扇形端盖装配结构的俯视图；
图1、2、3中所示：1-中空轴；2-扇形端盖；3-法兰连接板；4-铰制螺栓；5-普通螺栓；6-法兰盘；7-圆台法兰盘；8-大直径螺钉。
具体实施方式：
如图1、2、3中所示：该大直径磨机组合端盖的制造工艺，将由美国斯维达拉公司设计的直径为φ8.5m，尺寸精度达到IT5-IT6级，表面粗糙度Ra≤0.8μm，结构为铸造整体式的磨机端盖分成若干扇形块分别铸造，中空轴(1)独立铸造；扇形端盖(2)的两侧各铸有法兰连接板(3)，扇形端盖的法兰连接板由H6/h6铰制螺栓(4)和普通螺栓(5)连接组合成整体圆台形端盖；中空轴上端连接磨机的动力端，中空轴的下端法兰盘(6)连接圆台形端盖的法兰盘(7)，两个法兰盘通过大直径螺钉(8)固定连接。
其综合加工制造的工艺如下：
一、中空轴轴颈的加工：磨机一般采用静压轴承，中空轴(1)轴颈是静压滑动面，其尺寸和形位公差要求非常严格；轴颈的径向及端面跳动量要求控制在0.05mm之内，表面粗糙度要求Ra≤0.8μm；针对以上问题，在加工时要采用精加工及光整加工相结合的方法，其轴颈的形位公差由精加工时车削来保证，表面粗糙度由后续的光整加工来保证；轴颈的光整加工要采用高速抛光布轮，由于抛光布轮在工作中始终处于柔性状态，不会改变轴颈的形位公差但却能大大降低表面粗糙度，满足图纸要求。
二、端盖的加工：
1、端盖壁厚一致性的控制：为了保证端盖截面的等强度，图纸对端盖壁厚的一致性有严格的要求，4件直角扇形端盖如何保证壁厚的一致性，毛坯第一次划线的基准选择极其重要，针对4件直角扇形端盖(2)都必须以外锥不加工表面为基准，因此工艺上根据锥面的形成原理采用母线回转法引出可以参考的基准线，按外箱面斜度做工艺模板，装夹在回转臂上，例如钻床的摇臂上，测量外锥面至工艺模板的间距，从而最终保证工件壁厚基本一致。
2、直角扇形端盖加工中变形的控制：端盖在磨机运行中承受着较大的交变载荷的作用，尤其是直角扇形端盖(2)的结合面；为了保证磨机运转的平稳性，图纸要求直角扇形端盖结合面螺栓把合后间隙小于0.03mm，且任一处塞尺检查进入深度不超过25mm。
直角扇形端盖(2)的形状基本上属于“瓦片型薄壳”结构，刚性极差，在铸造的过程中，各部冷热收缩不均匀，加之铸件内部金相组织转变时的体积变化，毛坯的内应力很大，如果加工中得不到及时消除，将直接影响结合面的加工精度，同时结合面上的铰制螺栓(4)也无法定位与安装，从而直接影响磨机的运转平稳性；如何更有效地减少内应力及控制加工中的变形成为该组合端盖在制造中要解决的关键问题。
为此在加工中必须要采用将结合面、内锥面及内外圆的粗精加工分开的方法，将工件反复把合、拆开，并交叉进行内外圆、内锥面及结合面的加工；在半精加工及精加工之前要安排人工时效工序，以充分平衡并消除铸造应力及加工应力；但在精车内锥面、精铣结合面时还要采用小吃刀量、高速切削的进给方式来减小切削热变形，提高工件的表面加工精度及质量；只有通过采取以上措施才能有效的减少内应力，控制加工中的变形，同时为后续结合面的加工、铰制螺栓孔的加工及铰制螺栓(4)的安装提供可靠的保证。
3、1/4扇形端盖组合精度的控制：该磨机端盖由4件1/4圆的扇形端盖组合成整圆，理论上4件扇形端盖的每一件都必须控制扇形角度为90度，或4件扇形端盖的角度累计误差为零，才能保证最终组成整圆，但在实际加工过程中是很难做到的；为此工艺上采取了相应措施，先将2件1/4扇形端盖对应的结合面铣成，组成1/2端盖，再铣成2件1/2端盖结合面，最终组成整圆。
4、扇形端盖结合面联接孔的加工：4件扇形端盖的联接采用了铰制螺栓(4)与普通螺栓(5)混合的联接方式，在每一处连接法兰的18组螺栓联接中，10组为铰制螺栓(4)联接，起定位作用。严重的过定位给加工带来了极大的难度。1/4扇形端盖在把合状态下，直径为φ8540mm，由于联接孔所处特殊位置，无法利用铣镗床直角铣头进行配钻、铰联接孔，也无法实施有支撑的远距离接杆钻、铰联接孔等常规工艺方法进行加工。
针对以上问题，在加工中必须利用钻模采用相同基准原则来解决；具体方法是：a首先采取相应的工艺措施使1/4扇形端盖的法兰板在法向截面上保持一致；b予钻联接孔，将1/4扇形端盖组合成整圆；c将1/4扇形端盖的法兰板一起在立车上精车定位基准；d将专用钻模以所车的定位基准面定位分别钻、铰各端盖上各联接孔。
三、中空轴与端盖的装配：其中空轴(1)与扇形端盖(2)的装配：中空轴与4件端盖的连接，采用大直径螺钉(8)连接，中空轴下端法兰盘(6)及圆台形端盖的法兰盘(7)连接孔，分别按钻模钻制，保证连接孔位正确，而后将其预装在一起，完成整件端盖的加工。
Claims (4)
1、一种大直径磨机组合端盖的制造工艺，将由美国斯维达拉公司设计的直径为φ8.5m，尺寸精度达到IT5-IT6级，表面粗糙度Ra≤0.8μm，结构为铸造整体式的磨机端盖，其特征在于：其磨机端盖分成四个扇形块分别铸造，中空轴(1)独立铸造；扇形端盖(2)的两侧各铸有法兰连接板(3)，扇形端盖的法兰连接板由H6/h6铰制螺栓(4)和普通螺栓(5)连接组合成整体圆台形端盖；中空轴上端连接磨机的动力端，中空轴的下端法兰盘(6)连接圆台形端盖的法兰盘(7)，两个法兰盘通过大直径螺钉(8)固定连接。
2、如权利要求1所述的大直径磨机组合端盖的制造工艺，其特征在于：其中空轴轴颈的加工：磨机一般采用静压轴承，中空轴(1)轴颈是静压滑动面，其尺寸和形位公差要求非常严格；轴颈的径向及端面跳动量要求控制在0.05mm之内，表面粗糙度要求Ra≤0.8μm；针对以上问题，在加工时要采用精加工及光整加工相结合的方法，其轴颈的形位公差由精加工时车削来保证，表面粗糙度由后续的光整加工来保证；轴颈的光整加工要采用高速抛光布轮，由于抛光布轮在工作中始终处于柔性状态，不会改变轴颈的形位公差但却能大大降低表面粗糙度，满足图纸要求。
3、如权利要求1所述的大直径磨机组合端盖的制造工艺，其特征在于：其端盖的加工工艺：
1).其端盖壁厚一致性的控制：为了保证端盖截面的等强度，图纸对端盖壁厚的一致性有严格的要求，4件直角扇形端盖(2)如何保证壁厚的一致性，毛坯第一次划线的基准选择极其重要，针对4件直角扇形端盖都必须以外锥不加工表面为基准，因此工艺上根据锥面的形成原理采用母线回转法引出可以参考的基准线，从而最终保证工件壁厚基本一致；
2).其直角扇形端盖加工中变形的控制工艺：a.端盖在磨机运行中承受着较大的交变载荷的作用，尤其是直角扇形端盖(2)的结合面，为了保证磨机运转的平稳性，图纸要求直角扇形端盖结合面螺栓把合后间隙小于0.03mm，且任一处塞尺检查进入深度不超过25mm；b.直角扇形端盖的形状基本上属于“瓦片型薄壳”结构，刚性极差，在铸造的过程中，各部冷热收缩不均匀，加之铸件内部金相组织转变时的体积变化，毛坯的内应力很大，如果加工中得不到及时消除，将直接影响结合面的加工精度，同时结合面上的铰制螺栓(4)也无法定位与安装，从而直接影响磨机的运转平稳性；为此在加工中必须要采用将结合面、内锥面及内外圆的粗精加工分开的方法，将工件反复把合、拆开，并交叉进行内外圆、内锥面及结合面的加工；在半精加工及精加工之前要安排人工时效工序，以充分平衡并消除铸造应力及加工应力；但在精车内锥面、精铣结合面时还要采用小吃刀量、高速切削的进给方式来减小切削热变形，提高工件的表面加工精度及质量；
3).其1/4扇形端盖(2)组合精度的控制：该磨机端盖由4件1/4圆的扇形端盖组合成整圆，理论上4件扇形端盖的每一件都必须控制扇形角度为90度，或4件扇形端盖的角度累计误差为零，才能保证最终组成整圆，但在实际加工过程中是很难做到的；先将2件1/4扇形端盖对应的结合面铣成，组成1/2端盖，再铣成2件1/2端盖结合面，最终组成整圆；
4).其扇形端盖结合面联接孔的加工：四件扇形端盖的联接采用了铰制螺栓(4)与普通螺栓(5)混合的联接方式，在每一处法兰连接板(3)的18组螺栓联接中，10组为铰制孔螺栓联接，起定位作用，严重的过定位给加工带来了极大的难度；1/4扇形端盖在把合状态下，直径为φ8540mm，由于联接孔所处特殊位置，无法利用铣镗床直角铣头进行配钻、铰联接孔，也无法实施有支撑的远距离接杆钻、铰联接孔等常规工艺方法进行加工；在加工中必须利用钻模，采用相同基准原则，其具体方法是：a.首先采取相应的工艺措施使1/4扇形端盖的连接法兰板(3)在法向截面上保持一致；b.予钻联接孔，将1/4扇形端盖组合成整圆；c.将1/4扇形端盖的法兰连接板(3)一起在立车上精车定位基准；d.将专用钻模以所车的定位基准面定位分别钻、铰各端盖上各联接孔。
4、如权利要求1所述的大直径磨机组合端盖的制造工艺，其特征在于：其中空轴(1)与扇形端盖(2)的装配：中空轴与4件端盖的连接，采用大直径螺钉(8)连接，中空轴下端法兰盘(6)及圆台形端盖的法兰盘(7)连接孔，分别按钻模钻制，保证连接孔位正确，而后将其预装在一起，完成整件端盖的加工。
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