引言

礦用提升機屬于礦產開采領域的大型提升機械設備,其主要由電機帶動主軸轉動,主軸與滾筒連接并帶動鋼絲繩收放完成容器在井筒中的升降,在我國的采礦行業(yè)中使用廣泛。主軸作為礦用提升機最為關鍵的零部件,其傳遞負載和動力的穩(wěn)定可靠性就決定了采礦安全等級的高低。礦用提升機主軸的使用除與其工況條件好壞及提升載荷大小等影響因素相關外,還與主軸機械加工工藝過程有關。我們要充分考慮選材、毛坯件的獲取形式、機加工路線等因素,以達到降低機械加工制造系統(tǒng)能耗,實現(xiàn)綠色制造的目的。

1礦用提升機主軸加工工藝要求

一般情況下礦用提升機主軸系統(tǒng)主要由主軸、滾筒、輪轂、軸承等零件構成,如圖1所示。其中主軸呈階梯狀,其與軸承在軸頸部分相互配合,以支撐整個主軸系統(tǒng)工作。軸頸作為提升機主軸的工藝基準,其加工精度和圓柱體表面的粗糙度要求都較高。

1—固定滾簡:2—鍵:3—主軸:4—輪轂:5—游動滾簡;

6—軸瓦(軸承)。

圖1礦用提升機主軸裝置

提升機在作業(yè)時,主軸的受力情況比較復雜,各軸段根據(jù)其工況的不同而采用不同的結構尺寸,但大體的加工工藝要求如下:

(1)支撐軸頸尺寸精度要求:提升機主軸軸頸是用來安裝支撐軸承或軸瓦的,是主軸部件的裝配基準面,其零件加工精度直接影響主軸裝置的回轉精度,通常要求主軸軸頸部分尺寸精度較高。

(2)主軸工作表面的幾何形狀精度要求:提升機主軸的工作表面是指主軸與滾筒輪轂、軸承、軸瓦等零件直接裝配的表面,比如軸頸、外圓柱面、外錐面、錐孔等。為了保證工作時主軸裝置的穩(wěn)定性,要求其圓柱度、圓度等幾何形狀精度在限制的尺寸公差規(guī)定范圍之內。

(3)主軸工作表面的位置精度要求:提升機主軸的位置精度要求由其工作時所處位置和功能而定。主軸的位置精度應在滿足支撐軸頸尺寸精度要求的前提下保證軸頸和軸承裝配后的同軸度要求。同軸度要求對主軸裝置傳動精度和傳動穩(wěn)定性的影響比較大,同軸度低的主軸在提升機工作時產生的噪聲和振動比較大,嚴重縮短了主軸的使用壽命。

(4)主軸表面粗糙度要求:提升機主軸中與齒輪、帶輪等傳動件裝配使用的軸頸表面粗糙度要求一般為Ra2.5~0.63μm,與軸承、軸瓦配合起到支撐作用的軸頸表面粗糙度要求為Ra0.63~0.16μm。

(5)主軸各段表面硬度要求:在工作時,主軸的軸頸、軸頭等表面都會受到不同形式的摩擦影響。尤其是軸徑與軸承配合使用時,軸頸與軸瓦構成轉動副產生摩擦,設計中要求軸頸具有很好的耐磨性。與滾動軸承構成轉動副的軸頸上,摩擦主要來自于套圈和滾動體之間的相對運動,對于軸頸的耐磨性沒有特殊的要求,但考慮到安全性仍要求適當提高其硬度,一般為40~50HRC。

2礦用提升機主軸加工工藝分析

礦用提升機主軸的加工工藝要求較多,加工難度大,工藝流程較長,對各工序的精度要求較高。在主軸加工工藝分析過程中,滿足加工精度的同時,可以通過合理選材、正確劃分加工工序、減少裝夾和工件轉運次數(shù)、優(yōu)化加工路線和加工工藝參數(shù)等措施來減少加工過程產生的能耗。

2.1主軸材料的選擇

提升機主軸材料的選擇根據(jù)材料加工的性能、工藝、經濟性及主軸工作環(huán)境、工況、載荷等來確定。由于提升機主軸在工作過程中承受載荷和傳遞動力,會受到交變復合應力的作用,主軸材料一般選擇綜合力學性能較高的優(yōu)質中碳鋼或中碳合金調質鋼,同時還可通過熱處理提高強度和耐磨性。2.2毛坯件的獲取方式

根據(jù)主軸的形狀、材料的種類、使用場合,毛坯的獲取方式一般有棒料鋸切、鍛造、鑄造、焊接等。根據(jù)前面分析的提升機主軸材料為優(yōu)質中碳鋼或中碳合金調質鋼,我們推薦毛坯采用棒料鋸切或鍛造的形式。棒料鋸切方式獲得主軸毛坯的速度快,但余量大,浪費材料且能耗高,而采用鍛件在減少了加工余量的同時獲得了較高的力學性能。所以,提升機主軸的毛坯獲取方式一般選擇為鍛造,并結合預備熱處理的正火(或退火)來消除鍛件的內應力,提高機械切削性能。

2.3主軸加工工藝過程

主軸類零件的工序一般為粗加工、半精加工、精加工三個過程。各階段的劃分大致以熱處理為界限,如圖2所示。合理劃分階段和安排工序可以保證加工質量,使生產效率達到最高,并降低能耗,減少經濟成本。

(1)粗加工過程:1)毛坯。通過鍛造獲得毛坯件,鍛件一般要長于主軸200mm左右。2)正火。正火作為預備熱處理為后續(xù)的粗加工做準備,提高加工時的切削性能。3)粗加工。將毛坯件鋸頭測試檢驗,合格后進行機加工。修研頂尖孔,粗車外圓至余量4~6mm,粗車端面余量至1~2mm,檢測合格進入下一道加工工序。

(2)半精加工過程:1)調質處理。此處的調質處理依舊為預備熱處理,使其達到一定的硬度和強度,消除粗加工內應力。2)半精加工。車中心孔、定位孔,半精車、精車外圓至余量0.5~0.8mm,車外端面至零件標注尺寸。

(3)精加工過程:1)局部淬火。在精加工前安排最終熱處理,使其獲得良好的耐磨性和抗疲勞性,提高主軸的精度和使用的可靠性。2)精加工前的粗磨。粗磨工藝孔、定位孔,粗磨外圓,銑鍵槽,加工螺紋等。3)精加工。精磨外圓、內外錐面,保證加工精度與設計圖紙相符合。

3結語

主軸是礦用提升機的關鍵零部件,其制造加工的工藝過程對主軸的使用和壽命影響較大。根據(jù)主軸的加工工藝要求,從主軸材料、毛坯形式、加工工藝過程等方面進行了分析和探討,為礦用提升機主軸機械加工工藝的制定提供了一定的指導。