大型磨机薄板齿轮防护罩精细制造工艺研究

大型磨机薄板齿轮防护罩精细制造工艺研究

王欢

中国有色（沈阳）冶金机械有限公司工艺研究中心辽宁沈阳110027

摘要:磨机主要由给料部、主轴承、进料部、筒体部、传动部、基础部及防护罩体等组成。磨机的传动部件是由电机带动小齿轮转动，小齿轮与大齿轮啮合后，大齿轮再带动筒体进行旋转，使物料达到研磨目。防护罩主要作用是保护大、小齿轮在封闭的空间里工作，达到防水，防尘，又不会泄露润滑油，保证大、小齿轮的使用寿命。但在制造过程中，由于设计结构不合理，焊接制造工艺编制不完善，造成了防护罩体质量不合格，用户现场使用问题频发。本文主要对薄板齿轮防护罩体生产制造工艺及出现的问题进行分析，并针对问题提出了相应的解决方案，以优化制造工艺，达到控制焊接质量的目的。

关键词:磨机;防护罩;焊接;质量控制.

1前言

磨机广泛应用于化工、氧化铝、水泥，硅酸盐制品，新型建筑材料、耐火材料、化肥、黑与有色金属选矿以及玻璃陶瓷等生产行业，中国有色（沈阳）冶金机械有限公司（以下简称沈冶机械）是国内磨机生产的专业厂家，也是具备出口能力的磨机制造企业[1]。

磨机主要由给料部、主轴承、进料部、筒体部、传动部、基础部及防护罩体等组成。磨机的传动部件是由电机带动小齿轮转动，小齿轮与大齿轮啮合后，大齿轮再带动筒体进行旋转，使物料达到研磨目。防护罩主要作用是保护大、小齿轮在封闭的空间里工作，达到防水，防尘，又不会泄露润滑油，保证大、小齿轮的使用寿命[2-3]。但在制造过程中，由于设计结构不合理，焊接制造工艺编制不完善，造成了防护罩体质量不合格，用户现场使用问题频发。如图1所示，齿轮防护罩所采用的材料以厚度为4mm薄板为主。本文主要对薄板齿轮防护罩体生产制造工艺及出现的问题进行分析，并针对问题提出了相应的解决方案，以优化制造工艺，达到控制焊接质量的目的。

2薄板齿轮防护罩在焊接制造过程中出现的问题及原因分析

2.1焊接制造过程中出的问题

在齿轮防护罩组焊完成后，发现齿轮罩对口平面错位，密封环位置尺寸收缩，焊接后发生变形，造成了外观平面尺寸和装配的不符合图纸要求，与齿轮进行装配后，发生严重的干涉情况，缩短了齿轮防护罩的使用寿命，也大大降低了对大、小齿轮的防护作用，影响产品质量。

图1齿轮防护罩

2.2产生焊接变形的原因

（1）齿轮防护罩本身的焊接结构，属于薄板不对称焊接结构，焊接过程中焊件各部分温度的分布不均匀和残余应力的存在，使立板和筋板与上平面形成的角焊缝产生横向和纵向收缩，是产生角变形和扭曲变形的主要原因；

（2）齿轮防护罩计结构不合理，未考虑焊接热输入对部件变形的影响；

（3）焊接过程中，未对焊件进行有效的防变形处理。

（4）焊接过程中，焊接工艺参数

3薄板齿轮防护罩焊接质量控制措施

3.1焊接结构的设计变更

原设计图纸中罩体及把合法兰均采用拼接后，焊成单件，在单件制造过程中，增加了焊缝，焊接热量的输入增加和焊接产生的内在应力是造成焊接变形的主要原因，因此在不影响设计要求的前提下，尽可能减少焊缝数量，降低焊接热输入，减小焊接变形。经与设计人员确认，罩体采用压力折制，达到一体成型，连接法兰则变更整体下料，见图3。

图2设计变更图

3.2焊接制造工艺过程优化

3.2.1薄板齿轮防护罩整体组立焊接,单件增加防变形拉筋

在以往的制造过程中，防护罩基本采用单件组立焊接的工艺进行生产，这种工艺的缺点是焊接变形控制难度大，把合法兰制造精度差，影响产品制造质量。为避免在组立焊接过程中出现的质量问题，采取了整体组立焊接的制造工艺，具体实施方案如下：将各压制成型的各防护罩整单件进行组立，并利用定位焊方法点固于焊接平台上，并在单件中加防变形支撑(见图3-A)，对上平面的进行焊接，再将防护罩翻转，完成下平面的焊接，同时将配钻的连接法兰成组点焊好后，组立焊接于各单件防护罩的把合位置(见图3-B/C/D)。

图3定位焊点固及增加拉筋

3.2.2焊接工艺参数的优化

焊接时，焊件中各部分温度的分布不均匀是导致焊件变形的主要原因。要得到一个焊接变形量比较小的焊件，必须控制焊接传热过程。焊接工艺参数直接影响着焊接时的传热过程，与焊接残余应力与变形量有着直接关系。齿轮防护罩的焊接中主要以T型接头为主，对不同焊接电流、焊接电压及焊接速度三个焊接工艺参数分别进行研究，分析单个参数变化对焊接接头变形的影响规律，确定焊接工艺参数，对如何降低焊件的焊接变形，有着极其重要的意义。

为了预测焊件的焊接变形，利用ANSYS对焊接过程产生的温度场、应力场以及焊后变形进行了模拟。运用正交法设计了试验方案，按方案进行了试验并优化焊接工艺。最终确定了焊接工艺方案，见表1。

3.2.3采用合理的焊接顺序，并做焊后消除应力处理

针对在焊接过程中，焊件受到不均匀的局部加热和冷却是产生焊接变形和焊接应力的主要原因。在焊接过程中，并采用合理的焊接顺序，焊后通过震动消除局部残余应力，待焊件冷却到室温，局部的焊接变形可以通过火焰矫进行简单的处理，焊接质量就会达到预期效果。

齿轮防护罩焊接过程中，严格控制焊接顺序，首先，挡圈与防护罩本体焊接由2名焊工采用间隔跳焊法，避免部件局部集中受热，待焊件温度降到室温后，再按焊接工艺指导规程完成剩余焊接量，使焊件的焊接残余应力和变形方向得到了有效控制。

4结论

在薄板齿轮防护罩焊接制造过程中，焊件图纸尺寸不合格的主要原因是由焊接变形和焊接应力造成，从设计和工艺过程控制两个方面进行原因分析，并进行了部件设计优化，焊接工艺参数优化，最终确定了制造实施方案。按优化后的方案进行施焊的薄板齿轮防护罩焊件，焊接变形等问题得了到有效的控制，获得了高质量的焊件，保证了磨机的整体制造质量，希望此次设计及工艺过程方面的优化能给行业内同类产品的制造提供了一定的参考。

参考文献：

[1]宋敏,刘大力.磨机齿轮防护装置的设计及应用[J].有色设备，2017，(5)：45-47

[2]曾伟兵.齿轮罩结构优化方向探讨[J].时代农机，2018，(7)：215

[3]陈峰.磨机的机构改进及设计[J].矿山机械，2015，（7）147-149