掘進(jìn)機(jī)伸縮保護(hù)筒加工工藝的研究

王學(xué)章

（潞安集團(tuán)寺家莊有限責(zé)任公司，山西 晉中 030600）

1 掘進(jìn)機(jī)伸縮保護(hù)筒概述

本文所研究掘進(jìn)機(jī)的型號(hào)為EBZ160，該掘進(jìn)機(jī)主要由截割頭、升降臂、導(dǎo)水管、截割臂等組成。截割部主要由截割主軸、伸縮內(nèi)筒、伸縮外筒以及伸縮保護(hù)筒組成。在實(shí)際生產(chǎn)中，截割主軸、伸縮內(nèi)筒、伸縮外筒均為主要承載機(jī)構(gòu)，其質(zhì)量不能輕易降低，而伸縮保護(hù)筒為設(shè)備的最外層保護(hù)部件，主要對(duì)截割部?jī)?nèi)部的各種精密零部件進(jìn)行保護(hù)，不兼?zhèn)涑休d功能。因此，可將掘進(jìn)機(jī)伸縮保護(hù)筒設(shè)計(jì)為薄壁筒形結(jié)構(gòu)，在減小掘進(jìn)機(jī)截割部自重的同時(shí)，優(yōu)化掘進(jìn)機(jī)截割部的功率分配[2]。實(shí)際上，掘進(jìn)機(jī)的伸縮保護(hù)筒的外型尺寸較大。伸縮保護(hù)筒的左端直徑為470 mm，右端直徑為520 mm，保護(hù)筒的長(zhǎng)度為1 000 mm，左右兩側(cè)孔的同軸度要求最小為0.05 mm，工件表面的粗糙度不得大于3.2。總的來(lái)講，在保證伸縮保護(hù)筒壁薄的同時(shí)，該工件另一加工難點(diǎn)為兩側(cè)孔同軸度的保證。

2 伸縮保護(hù)筒加工工藝的確定

伸縮保護(hù)筒加工工藝主要對(duì)毛坯形式和余量進(jìn)行確定，對(duì)整個(gè)加工工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)以及對(duì)后續(xù)的熱處理工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2.1 伸縮保護(hù)筒毛坯形式的確定

伸縮保護(hù)筒在加工之前其由三部分采用坡口焊接工藝焊接而成的組件，包括有保護(hù)筒本體、前座和右擋板，其具體結(jié)構(gòu)形式如圖1 所示。

圖1 伸縮保護(hù)筒加工毛坯件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

在對(duì)上述毛坯組件進(jìn)行加工之前，需對(duì)其關(guān)鍵尺寸進(jìn)行核對(duì)，包括左右兩端孔的直徑、保護(hù)筒的圓柱度和同軸度等。根據(jù)測(cè)量結(jié)果確定加工余量。

一般情況下，焊接而成的保護(hù)筒加工毛坯組件的表面粗糙度為100，需按照粗糙度為3.2的要求對(duì)其表面進(jìn)行加工。成品保護(hù)筒左右兩端的直徑分別為470 mm 和520 mm，經(jīng)測(cè)量毛坯組件左右兩端孔的直徑分別為471.9 mm 和521.9 mm。對(duì)加工毛坯組件圓柱度和同軸度進(jìn)行測(cè)量可知，該兩項(xiàng)參數(shù)的加工余量為3 mm。此外，毛坯組件加工時(shí)需對(duì)其進(jìn)行裝夾，在實(shí)際定位裝夾過(guò)程中，通常情況下的累計(jì)誤差為1 mm。

綜上所述，焊接所得加工毛坯件的綜合同軸度要求和成品關(guān)鍵尺寸為470 mm 和520 mm。確定該加工毛坯件的加工余量為6 mm。

2.2 加工工藝路線的設(shè)計(jì)

加工工藝路線的確定需綜合伸縮保護(hù)筒的加工精度、加工性、生產(chǎn)批量和生產(chǎn)節(jié)拍以及加工常的加工能力制定。

1）加工精度：包括有尺寸精度、形狀精度和位置精度。其中，尺寸精度對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)公差等級(jí)分為20級(jí)，伸縮筒兩端直徑的公差為H8；形狀精度為形狀公差等級(jí)分為12 級(jí)；伸縮筒的形狀精度為圓度，其對(duì)應(yīng)的圓度值為0.02 mm；位置精度對(duì)應(yīng)的位置公差等級(jí)分為12 級(jí)，伸縮筒的位置精度為伸縮筒，其對(duì)應(yīng)的同軸度為0.08 mm。

2）零件加工性指毛坯零件加工為成品的難易程度，其主要與毛坯零件的物理機(jī)械性能（硬度、強(qiáng)度、塑性、韌性以及導(dǎo)熱系數(shù)等）、毛坯零件的合金元素的含量以及加工工藝等相關(guān)。其中，毛坯零件的硬度越大對(duì)應(yīng)的加工性越差，強(qiáng)度越高對(duì)應(yīng)的加工性也越低，塑性越大對(duì)應(yīng)的加工性越低等[3]。

3）生產(chǎn)批量大時(shí)一般采用先進(jìn)的加工方法，小批量生產(chǎn)時(shí)采用通用或常規(guī)的加工方法即可。結(jié)合掘進(jìn)機(jī)在煤礦生產(chǎn)的應(yīng)用需求，其對(duì)應(yīng)伸縮保護(hù)筒采用經(jīng)濟(jì)批量生產(chǎn)法即可。

4）針對(duì)掘進(jìn)機(jī)伸縮保護(hù)筒的加工主要采用鏜床完成。目前，寺家莊有限責(zé)任公司擁有數(shù)控雙面銑鏜床、數(shù)控臥式銑鏜床、龍門(mén)銑鏜床以及數(shù)顯臥式銑鏜床等多種類型，可滿足各種生產(chǎn)需求[4]。

綜合上述四方面的因素，最終確定加工工藝路線如下：組立電焊—去應(yīng)力退火—打壓—粗鏜、精鏜—鉆孔。按照上述工藝路線加工完成后，為提升整個(gè)零件的性能還需對(duì)其進(jìn)行熱處理，對(duì)應(yīng)的熱處理工序?yàn)椋杭訜帷亍獱t冷—空冷。其中，采用臺(tái)車(chē)式爐將加工好的零件在240～260 min 內(nèi)加熱至550～650 ℃，加熱至預(yù)期溫度后保溫210～280 min；而后在臺(tái)車(chē)式爐內(nèi)按照50℃/h的速度將零件冷卻至300 ℃后空冷。

3 零件變形的消除措施

鑒于掘進(jìn)機(jī)伸縮保護(hù)筒屬于薄壁筒件，其在加工過(guò)程中尤其容易變形。因此，在實(shí)際加工過(guò)程中應(yīng)采取相應(yīng)的措施預(yù)防伸縮保護(hù)筒的變形，具體如下：

1）采用伸縮保護(hù)筒整體加工理念，保證零件的整體剛性，避免薄壁零件的變形；

2）選用特殊的加工工具對(duì)伸縮保護(hù)筒的薄壁筒進(jìn)行加工，在此案例中采用數(shù)控對(duì)頭鏜床對(duì)伸縮保護(hù)筒兩端進(jìn)行同時(shí)加工，從而解決了對(duì)伸縮保護(hù)筒單側(cè)加工時(shí)出現(xiàn)的軸線偏移問(wèn)題；

3）采用多種加工工藝相結(jié)合的方式，著重對(duì)切削用量和切削路徑進(jìn)行優(yōu)化，使得零件的變形達(dá)到最小；

4）對(duì)毛坯零件加工過(guò)程中容易變形的位置采用特殊的工裝進(jìn)行裝夾，對(duì)容易變形的位置進(jìn)行適當(dāng)?shù)闹危ㄟ^(guò)特殊工裝定點(diǎn)、定位達(dá)到薄壁筒變形減小的問(wèn)題[5]。

4 結(jié)語(yǔ)

掘進(jìn)機(jī)作為綜采工作面的采掘關(guān)鍵設(shè)備之一，在實(shí)際應(yīng)用中由于設(shè)備自重、波動(dòng)交變載荷的影響導(dǎo)致其受力情況復(fù)雜。尤其是由于掘進(jìn)機(jī)自身重量太大導(dǎo)致其機(jī)體本身承受的載荷過(guò)大。因此，可適當(dāng)?shù)販p小掘進(jìn)機(jī)的自重以提高掘進(jìn)效率和安全性。本文針對(duì)掘進(jìn)機(jī)截割伸縮保護(hù)筒不承受載荷的特征，可將其加工成薄壁筒降低截割部自重，并制定組立電焊—去應(yīng)力退火—打壓—粗鏜、精鏜—鉆孔和熱處理工藝路線。