Az ércmosó vékony{0}}falú dobjának gyenge merevségével kapcsolatos megmunkálási kihívások-kifejezetten a deformációra és rázkódásra való hajlamosságára a befogás és megmunkálás során, ami veszélyezteti a felület minőségét, -végeselem-elemzést alkalmaztunk a racionális, költséghatékony, költséghatékony rögzítés és rögzítés tervezésének optimalizálására. Ez a kezdeményezés javította a vékony falú dob gyártási folyamatát, javította a megmunkálási hatékonyságot, és hatékonyan csökkentette a gyártási költségeket.
01
Bevezetés
Az érces mosógép létfontosságú berendezés az ásványi feldolgozásban, általában az előkészítő szakaszban-használják az aprítást, a mágneses elválasztást és a flotációt-, hogy mossák le az agyagdarabokat vagy kavicsot az ércből. Az ebben a projektben bemutatott 2,1 m × 4,5 méteres ércmosót egy tengerentúli ügyfél számára tervezték és gyártották. Szerkezete több kulcselemből áll, beleértve az előtoló részt, a dobrészt, a hajtóegységet, a támasztógörgő-egységet, a nyomógörgő-egységet és a hajtóműházat; maga a dob a gép alapeleme. Ennek a dobnak az elsődleges szerkezeti jellemzője, hogy vékony fala -mindössze 12 mm vastag,{10}}ez a vékony{11}}falú, alacsony{12}}merevségű dob a szabványos dob{13}}típusú alkatrészekhez képest. Az ilyen alacsony{15}merevségű dobok megmunkálásánál a központi kihívás a merevség hiánya, ami miatt a deformáció szabályozása kritikus [1, 2]. A befogás és megmunkálás során a dob hajlamos a csattanásra, ami méretbeli és geometriai tűrés eltérésekhez [3] vezethet, és rontja a felület minőségét. Ezen túlmenően eltérés van a dob megmunkálási állapota és a tényleges működés közbeni állapota között: míg a befogás a végek rögzítését jelenti, a dobot a szervizelés során két futógyűrű (abroncs) támasztja alá.
Az alacsony-merevségű dobok megmunkálására szolgáló hagyományos megoldások a merevség növelésére összpontosítanak, hogy minimalizálják a gép szorító- és forgácsolóereje által okozott deformációt. Cégünk korábban 1995-ben gyártott hasonló szerkezetű ércmosót; azonban az akkori technológiai korlátok miatt a vékony falú dob merevségének elemzése nagyrészt múltbeli tapasztalatokra támaszkodott, és a minőségi értékelésre korlátozódott. Az akkori folyamatterv a dob merevségének megerősítésére szolgáló tartószerkezet tervezését jelentette; ez a rögzítés egy bilincsszerű szerkezetet használt, amelyet a dob mindkét végén a külső kerület körül rögzítettek, kiegészítve a belső falhoz elhelyezett axiális támasztékokkal. Ennek a szerszámnak a segítségével megnövelték a henger merevségét, lehetővé téve a megmunkálási és gyártási folyamat sikeres befejezését. A szerszámok tömege azonban 2035 kg{10}}majdnem annyit nyomott, mint maga az ércmosó henger (2813 kg)-, ami rossz gazdasági hatékonyságot eredményezett.
02
A vékony{0}}falú ércmosó henger felépítése
A henger az érces mosószerelvény kulcsfontosságú eleme, és egy beépített hegesztett szerkezettel rendelkezik, ahol a henger fala a végsapkákhoz van hegesztve. A belső bordaszerkezetek különböznek a két végén: az adagolóvégnek nagyobb a nyílása, nagyobb a bordaszáma és viszonylag összetett a szerkezete; a nyomóvégnek kisebb a nyílása, kevesebb a bordája, és egyszerűbb a szerkezete. A hengerfal Q345B acélból készül, vastagsága 12 mm, maximális külső átmérője 2124 mm, hossza 4819 mm, belső átmérője 2100 mm; súlya 2813 kg. A megmunkálást igénylő területek közé tartozik a két külső hengeres felület (1. külső átmérő és 2. külső átmérő), amelyek érintkeznek a vezetőgyűrűkkel, valamint a karima felülete az előtolás végén (lásd 1. ábra). Az 1. és 2. külső átmérőnél a méret Φ2 124 mm, a homlokfelületre merőleges 0,025 mm, a koaxialitás Φ0,15 mm és a felületi érdesség Ra=3.2 μm.
1. ábra: A henger 3D-s modellje
03
A támasztószerszámrendszer optimalizálása a vékony{0}}falú ércmosó hengerhez
3.1 A hengerszerszámozási rendszer műszaki megközelítése
Az Autodesk Inventor szoftverrel végeselem-elemzést (FEA) végeztek a hengeren, hogy átfogóan értékeljék a henger merevségét. Deformációszimulációkat végeztek mind a henger önsúlyának, mind a szerszámgéphez való rögzítésének állapotára vonatkozóan. Az alakváltozáselemzési eredmények alapján gyártási folyamattervet dolgoztak ki, optimalizálták a szerszámszerkezetet, és újszerű hengertartó szerszámtervet dolgoztak ki.
3.2 A henger végeselemes testmodellezése
Egy 3D-s modellt a henger szerkezeti konfigurációján alapuló „belül-kifelé” megközelítéssel készítettek. A modellezés során egyszerűsítettük a hengerszerkezetet, és a következő feltételezéseket fogalmaztuk meg:
1) A tartóelemek a henger mindkét végén kellő merevséggel rendelkeznek.
2) Az olyan hibákat, mint a nem teljes olvadás vagy a hengerhegesztési varratok repedései nem veszik figyelembe. 3) A hengerhegesztési varratoknál bekövetkezett anyagtulajdonságok változásait figyelmen kívül hagyjuk; a varratanyagot az alapanyaggal azonosnak tételezzük fel [4, 5].
3.3 Terhelésszámítás és peremfeltétel beállítása
A számítási folyamat során a hengerre ható külső terhelések elsősorban két összetevőből állnak: magának a hengernek a szerkezeti súlyából és a szerszámgép középpontja által kifejtett szorítóerőből. Az alkatrészparaméterek és a szerszámgép specifikációi alapján-és a szerszámgép kézikönyvében-a középpont szorítóereje 20 kN volt.
A hengeres alkatrészekkel kapcsolatos gyártási tapasztalatok alapján a vágási mélység a megmunkálás során minimális, a forgácsolóerők hatása pedig elhanyagolható; ezért nem elemezzük a forgácsolóerők hatását a henger deformációjára. Ezen átfogó elemzés alapján a henger peremfeltételeit és terhelési beállításait az alábbiak szerint határozzák meg:
(1) Hengerterhelések: Két terhelési esetet veszünk figyelembe. Először is, statikus állapotban csak a henger saját tömegét veszik figyelembe. Másodszor, a gép-befogott állapotban figyelembe veszi a szerszámgép középpontjából kiinduló szorítóerőt és a tokmánypofák fogási erejét; az összes többi terhelést figyelmen kívül hagyjuk.
(2) Peremfeltételek: Statikus állapotban a függőleges elmozdulás a henger mindkét végén korlátozott, míg az axiális elmozdulás szabadon marad a henger ön-deformációjának kiszámításához. Gépi-rögzített állapotban az axiális és sugárirányú elmozdulások az egyik végén, míg a függőleges elmozdulások korlátozva vannak, a másik végén pedig szabadon hagyják a sugárirányú mozgást, szimulálva a terhelési viszonyokat, miközben a szerszámgépben van rögzítve.
3.4 A henger alakváltozásának végeselem-analízise
(1) Deformáció statikus állapotban: A hengerre gravitációt alkalmazunk, és végeselem-analízist alkalmazunk az X, Y és Z tengely mentén bekövetkező deformáció kiszámításához; részletek a 2-4. ábrákon láthatók.
Kép
2. ábra A henger alakváltozása az X-tengely mentén statikus állapotban
Kép
3. ábra A henger alakváltozása az Y-tengely mentén statikus állapotban
Kép
4. ábra A henger alakváltozása a Z-tengely mentén statikus állapotban
(2) Deformáció a gépben-befogott állapotban: A hengerre tengelyirányú és radiális terhelések vonatkoznak, és végeselem-analízist használnak az X, Y és Z tengelyek mentén bekövetkező deformáció kiszámításához, miközben a szerszámgépben van rögzítve; a részleteket az 5-7. ábrák mutatják. Ábra
5. ábra: A henger deformációja az X-tengely mentén szorított állapotban
Ábra
6. ábra: A henger deformációja az Y-tengely mentén befogott állapotban
Ábra
7. ábra: A henger deformációja a Z-tengely mentén befogott állapotban
A hengermodell végeselemes elemzésének eredményeit-mind statikus állapotában, mind a befogott megmunkálási állapotban-az 1. táblázat tartalmazza.
1. táblázat: A henger végeselemes elemzési eredményei különböző körülmények között (Mértékegység: mm)
Ábra
Az adatok elemzése, összehasonlítása és tanulmányozása a következő következtetésekhez vezetett: a henger statikus állapotában minimális deformációt mutat, míg a befogott megmunkálási folyamat során jelentős lokális deformáció lép fel a henger mindkét végén.
04
Szerszámozási séma és ellenőrzési folyamat a vékony{0}}falú ércmosó hengerhez
4.1 Optimalizált szerszámozási séma
A henger alacsony -merevségi jellemzői alapján új támasztószerszám-sémát terveztek (lásd a 8. és 9. ábrát). Ez a szerszámozási séma négy gyűrű alakú támaszból áll, amelyeket a henger belső falának kevésbé merev szakaszaira szerelnek fel. A gyűrűs tartók külső átmérője állítható a beszerelés megkönnyítése érdekében, a szerszámok súlya 150 kg. Mindegyik gyűrű alakú támasz három ív{7}}lemezszegmensből, összekötő lemezekből, csavarozott rögzítőelemekből és ékekből áll. A szomszédos ívszegmensek össze vannak csavarozva; a külső átmérő helyileg állítható a csatlakozó furatok közötti távolság változtatásával. A beállítást követően a szerelvényt ékekkel meg kell húzni, majd teljesen rögzíteni kell a csavaros rögzítőkkel.
Ábra
8. ábra: Hengertartó szerszámok
Ábra
9. ábra: A hengertartó szerszámok beépítési sémája
1-Alátétlemez 2-Szerszámgép farokrész vége 3-Háromszár közepe
4 - Gyűrűs tartószerszám 5 - Munkadarab 6 - Tokmány pofa 7 - Szerszámgép fejrész vége
Annak érdekében, hogy a vékonyfalú{0}}alátéthenger ne deformálódjon meg a megmunkálás során, a következő intézkedéseket kell tenni:
1) A hengerdarab hegesztése során a gyűrű alakú tartószerszámot a henger belső falához hegesztik; a hegesztési folyamatot követően a henger-a gyűrűs támasztékokkal együtt-feszültségmentesítő-hevítésen esik át egy kemencében. Mivel a gyűrű alakú támasztékot a hengertesthez hegesztik az izzítás előtt, a henger belső merevsége megnő, ezáltal megakadályozza a deformációt a feszültségmentesítő izzítási folyamat során.
2) Négy támlemezt szereltek fel a tokmányra a fejrész végén, hogy támogassák a henger homlokfelületét, biztosítva, hogy a szorítópofák a kívánt helyen megfogják a henger külső felületét. A szorítópofák és a henger külső felülete közötti érintkezési pontokkal közvetlenül szemben lévő belső falra egy gyűrű alakú tartóelem-készletet szereltek fel, hogy megakadályozzák a szorítóerő okozta deformációt. A munkadarab és a farokrész közepe közötti interfészhez egy folyamatblokkot terveztek; Ennek a blokknak a tervezési követelményei az voltak, hogy a külső méreteinek illeszkedniük kell a középső furat megmunkálásához, magát a középső furatot pedig a szerszámgép középponti szöge és a munkadarab tömege alapján kellett megadni.
4.2 Ellenőrzési folyamat
A fent említett folyamatintézkedések végrehajtását követően a hengernek a szerszámgépre rögzítése után próba megmunkálást végeztünk. A henger kifutásának ellenőrzésére számlapjelzőket használtak; a beállítási pontosság 1 mm-nél kisebbnek bizonyult, ami teljes mértékben kielégíti a megmunkálási terv követelményeit. Ez a beállítási pontosság lényegében összhangban volt a hegesztett hengerdarab pontosságával, ami megerősíti, hogy a deformáció a befogási folyamat során minimális volt. A henger megmunkálási folyamata és a kész alkatrész a 10-12. ábrákon látható.
Képek
10. ábra A henger durva és simító megmunkálása
11. ábra Folyamatblokk a szerszámgép központjával való interfésznél
12. ábra Kész henger
Az optimalizált hengertartó szerszámozási séma alkalmazásával sikeresen legyártották az érces mosógép vékonyfalú{0}}hengerét. Az ellenőrzés megerősítette, hogy minden precíziós paraméter megfelel a rajzi előírásoknak. Az optimalizált alátámasztási sémát a gyakorlatban validálták, ami a hengerre vonatkozó végeselem-elemzés (FEA) eredményeinek pontosságát is megerősítette.
05
Következtetés
A végeselem-elemzés révén az ércmosó vékony{0}}falú hengerének merevségi elemzése az empirikus, kvalitatív megközelítésből kvantitatív megközelítésbe került. Ez hatékonyan javította a gyártási folyamat tervezési minőségét, és egy optimalizált támogató szerszámmegoldást eredményezett, amely racionális, költséghatékony és hatékony. A gyakorlati ellenőrzések azt mutatják, hogy ez a megközelítés hatékonyan csökkenti a feldolgozási költségeket és lerövidíti a gyártási ciklusokat; tudományos alapot ad hasonló termékek előállításához, és értékes referenciaként szolgál más hasonló termékekhez.
