大容量黃化機攪拌器加工工藝優(yōu)化研究

孟曙光

摘 要：本文對大型黃化機攪拌器的結(jié)構(gòu)組成、產(chǎn)品參數(shù)、關(guān)鍵零部件的加工精度、加工工藝流程進行介紹。由于本黃化機攪拌器是以往同類產(chǎn)品中尺寸最大的一款，因此，對零部件的加工工藝要求更高。為達到產(chǎn)品的使用要求，筆者對攪拌器的加工工藝進行詳細策劃和分析，對加工流程進行進一步優(yōu)化，并配備先進的加工設(shè)備，最終制定出完善合理的加工工藝方案，實現(xiàn)大型黃化機攪拌器的圓滿試造。

關(guān)鍵詞：攪拌器;主軸;馬鞍座;螺旋葉片;焊接機器人;葉片銑削專機

中圖分類號：TS152 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）05-0042-03

Abstract： In this paper， the structure， product parameters， processing accuracy of key parts and process flow of the agitator of large-scale yellowing machine were introduced. Because the mixer of the yellowing machine was the largest one of the similar products in the past， the processing technology of the parts was more demanding. In order to meet the use requirements of the product， the author planned and analysed the processing technology of the mixer in detail， optimized the processing flow further， equiped advanced processing equipment， and finally formulated a perfect and reasonable processing technology plan to realize the successful trial production of the mixer of the large-scale yellowing machine.

Keywords： blender;spindle;saddle seat;spiral blade; welding robot; blade milling machine

1 黃化機攪拌器簡介

隨著化纖粘膠市場競爭的日趨激烈，單機產(chǎn)能的要求越來越高。為適應(yīng)市場需求、提高產(chǎn)品競爭力，鄭州紡機工程技術(shù)有限公司研發(fā)出容積更大、結(jié)構(gòu)更先進的超大容量黃化機。螺旋攪拌器是黃化機的主要關(guān)鍵件，由主軸結(jié)合件、刮板、支撐臂、螺旋葉片等組焊而成，總長9 570mm，回轉(zhuǎn)直徑2 990mm（見圖1）。主軸結(jié)合件由軸體、軸頭、馬鞍座組焊而成，軸體材料為Q345-B無縫鋼管，軸頭、馬鞍座材質(zhì)為Q345-B正火態(tài)鍛件，螺旋葉片由Q345-B鋼板紅壓成形。由于黃化機容量增大，攪拌器整個外形尺寸也相應(yīng)變大，加工難度增加[1]。為保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高加工效率，筆者對加工工藝進行優(yōu)化升級。

2 加工難點

①圖紙要求螺旋攪拌器加工成形回轉(zhuǎn)直徑尺寸公差為（2 990±1）mm。

②兩端軸頭跳動≤0.25mm;兩端軸頭各部位的尺寸公差等級為h8級;兩端刮板對軸線的垂直度≤1.5mm;兩端刮板外側(cè)面間距尺寸公差（7 210±1）mm。

③軸頭各處粗糙度≤0.8μm，其余各處粗糙度≤3.2μm。

④攪拌器外形尺寸太大，超出常規(guī)機床加工范圍。

⑤焊道多，焊接量大，焊接變形不易控制，容易造成焊接應(yīng)力集中。

⑥焊縫強度要求>470N/mm2。

3 工藝措施

3.1 主軸結(jié)合件的加工

主軸結(jié)合件的主要加工流程：馬鞍座與軸體焊接→整體退火去應(yīng)力→紅套及焊接軸頭→主軸結(jié)合件的車削加工。

3.1.1 主軸的加工。主軸材料為Q345-B厚壁無縫鋼管，粗加工后對軸體管子通體按《無縫鋼管超聲波探傷檢驗方法》（GB/T 5777—2008）進行100%超聲波探傷檢測，并記錄檢驗結(jié)果，確認合格后進行下一道工藝加工。粗精車整個管身，粗糙度達到3.2μm，保證后續(xù)加工余量，并刻畫馬鞍座位置環(huán)線。

為了提高攪拌器軸頭與軸體的配合強度，兩軸頭采用紅套技術(shù)，提高配合力度，保證攪拌器在大扭矩工作狀態(tài)下能正常工作。紅套前注意區(qū)分左右旋，紅套后進行軸頭與軸體的焊接。焊接前利用加熱器對焊接部位進行預(yù)熱，并包覆保溫棉保溫，軸體升溫到300℃后，調(diào)節(jié)至200℃，保溫1.5h。焊接時采用對稱半爬坡焊，焊層15～17層，層 間若有焊渣必須清除干凈。焊接過程中，需要保持軸體溫度，并保證連續(xù)焊接，不允許長時間停留。焊后需要進行加熱保溫，去應(yīng)力處理。

根據(jù)加工要求，軸體在焊接完馬鞍座后，焊接工藝撐圈，用于支撐軸身，保證軸身整體車削加工。工藝卡環(huán)為圓環(huán)，箍在軸體后，對接焊縫要全焊飽滿，以保證車削要求。利用工藝撐環(huán)及軸頭裝夾牢固主軸結(jié)合件，對軸頭進行車削加工，達到圖紙要求，確保后期與筒體配合間隙滿足精度要求。

3.1.2 馬鞍座的加工。馬鞍座采用Q345-B正火態(tài)鍛件，按照《重型機械通用技術(shù)條件 鍛鋼件無損探傷》（JB/T 5000.15—1998）規(guī)定100%超聲波探傷。馬鞍座的主要加工流程為：鍛件毛坯經(jīng)噴丸、拋光處理→按技術(shù)要求探傷→車端面、外圓、坡口→車錐面→鏜大端圓弧面→銑坡口。對馬鞍座機加工完后進行與主軸的焊接。

3.1.3 馬鞍座與主軸的焊接。馬鞍座通過座根部環(huán)焊道與攪拌器軸體焊接，馬鞍座的焊接以往采用手工電焊，焊接過程會形成多個焊接接口。焊接過程受人為因素影響較大，焊道質(zhì)量不穩(wěn)定，使用過程中會造成焊道疲勞失效，影響黃化機的使用壽命。為提高和穩(wěn)定馬鞍座的焊接質(zhì)量，本批攪拌器馬鞍座的焊接采用焊接機器人來完成。首先采用人工對焊道進行點焊。其次，對焊道進行修磨處理后，調(diào)節(jié)好機器人的焊接參數(shù)，采用多條環(huán)焊道來完成整個焊道覆蓋。馬鞍座的焊接如圖2所示。

機器人焊接有以下特點：①機器手臂有六個自由度，焊接靈活，焊接視角廣闊;②在焊接過程中，焊道尺寸統(tǒng)一，一個環(huán)焊道只形成一個焊接接口，提高焊接強度和外觀質(zhì)量;③每層焊接由6個環(huán)焊道組成，分多層堆積覆蓋而成，單個焊道尺寸窄，熱影響區(qū)小，焊接收縮變形小，焊接質(zhì)量穩(wěn)定;④機器人焊接具有自動跟蹤功能，每個焊道完成之后自動進行下一個焊道焊接;⑤焊槍具有自動清渣功能，保護焊機，保證焊接質(zhì)量;⑥采用大容量桶裝焊絲，避免頻繁更換焊絲，提高焊接效率;⑦焊接效率較手工焊接大幅提高，縮短了生產(chǎn)周期[2]。

3.1.4 主軸結(jié)合件的退火處理。由于馬鞍座與攪拌軸之間的焊道多，焊接量大，焊成之后變形大，焊接過程產(chǎn)生殘余應(yīng)力。為消除焊接應(yīng)力，筆者采取在焊接馬鞍座后對整個軸身進行退火去應(yīng)力處理，溫度控制在500～550℃，并延長退火時間，以提高攪拌器的焊接強度和使用壽命，最終實現(xiàn)黃化機攪拌器整體性能的提升。

3.2 螺旋葉片的加工

螺旋葉片采用分段紅壓成形后對接組焊，將外螺旋葉片分為四段、內(nèi)螺旋葉片分為三段加工，利用壓模分別紅壓成形，并保留足夠的余量。由于螺旋葉片是空間螺旋線，為保證擺焊實現(xiàn)準確對接，筆者在結(jié)合件擺焊完成撐管后，再進行螺旋葉片的焊接。

外螺旋葉片在使用時起主攪拌作用，承受的力矩最大，回轉(zhuǎn)直徑公差精度要求±1mm，并且需要與筒體配合，配合間隙<3mm，粗糙度3.2μm。由此，筆者引進螺旋葉片銑削專機來保證攪拌器的回轉(zhuǎn)精度及外輪廓粗糙度。內(nèi)螺旋葉片的使用精度要求相對較低，采取手工拋光達到使用要求。

3.3 螺旋攪拌器的組焊

攪拌器的組焊主要分為以下兩步。

第一步，主軸與支撐臂和刮板的組焊。

第二步，螺旋葉片與主軸結(jié)合件的組焊。螺旋葉片的焊接放在支撐臂、刮刀組焊之后進行。焊接質(zhì)量的好壞直接決定后續(xù)工序的難易程度，應(yīng)注意從以下兩方面加以控制[3]。

①保證各零件相對擺焊位置準確。在主軸、刮刀、支撐臂上劃上十字中心線，按線擺焊。點焊牢固后復(fù)查刮刀、支撐臂與主軸結(jié)合件軸線的垂直度。兩刮刀外側(cè)面間距以實測為準，螺旋葉片的成形誤差較大，擺焊時需要多處測量，并進行相應(yīng)角度的調(diào)整。

②保證焊接質(zhì)量，減少焊接變形。攪拌器在使用過程中傳遞的扭矩很大，焊道承受較大的交變應(yīng)力，對焊道的強度要求較高，焊道不允許有氣孔、夾碴、咬邊等缺陷，焊接完成后需要進行探傷。

3.4 攪拌器螺旋葉片回轉(zhuǎn)直徑的銑削加工

以往的螺旋葉片外輪廓加工通過手工修磨，以保證外表面加工精度。該方式的加工效率低，加工質(zhì)量不穩(wěn)定。為改變這一狀況，鄭州紡機工程技術(shù)有限公司購買了專用的銑削設(shè)備。利用專機對攪拌器外表面進行銑削加工，保證外圓上各處回轉(zhuǎn)直徑，彌補以前全靠手工修補的不足，提高攪拌器的加工精度，提高與筒體的配合精度。螺旋葉片切削專機如圖3所示。

專機原配銑刀刀片為方肩刀，但方肩刀進給量小、易崩刀、效率低。由此，筆者選用直徑為125mm的MEGA 45度重型端面銑刀進行加工。其有以下優(yōu)點：最大切削深度可達17mm;每個刀片有4個切削刃，性價比高;金屬去除率提高30%;有硬質(zhì)合金熱片保護刀體，使用壽命長。

4 結(jié)語

由于本批黃化機的機型大，精度要求高，因此，筆者對加工工藝進行了深度優(yōu)化，進行了較大的技術(shù)革新。

①馬鞍座采用焊接機器人焊接，焊接收縮量減少，焊道強度提高，外觀整潔一致，質(zhì)量穩(wěn)定，焊接效率提升，操作人員焊接勞動強度降低。

②螺旋葉片的焊后整體銑削加工，保證了整個螺旋葉片使用面的加工精度，提高了生產(chǎn)效率，縮短了生產(chǎn)周期，改善了工作人員的操作環(huán)境。

③馬鞍座和主軸焊接后的整體退火，充分釋放了焊接應(yīng)力，提高了攪拌器的整體使用強度，延長了產(chǎn)品的使用壽命。

通過采取一系列工藝措施，配備專用加工設(shè)備，鄭州紡機工程技術(shù)有限公司圓滿完成了產(chǎn)品的加工制造，并大大提高了加工效率，降低了加工強度，積累了超大型黃化機攪拌器的加工經(jīng)驗，鞏固了公司在化纖粘膠領(lǐng)域的領(lǐng)先地位，并為公司業(yè)務(wù)進一步拓展打下了堅實的基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1]孫恒，陳作模.機械原理[M].北京：高等教育出版社，2000.

[2]劉鴻文.材料力學[M].北京：高等教育出版社，1991.

[3]吳宗澤.機械設(shè)計手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008.