大型黏膠筒體制造工藝探討

恒天重工股份有限公司 張明/文

1引言

在黏膠短纖生產中,大型回轉筒體設備起到重要作用，用于黏膠纖維生產中的老成工序，在堿纖維素制備過程中，對粉碎后的堿纖維素進行連續(xù)高溫老化，使堿纖維素氧化降解，達到生產需要的堿纖維素聚合度，有利于過濾和紡絲。本文所述筒體是大型回轉筒體設備中的典型代表，制造工藝具有普遍性，對同類零件的加工具有指導和借鑒作用。筒體總長22150 mm，外徑φ2950 mm，因其體積大，圓度和直線度不易控制。大型回轉筒體設備的質量是由筒體焊接質量、滾圈穩(wěn)定運轉、大鏈輪加工精度所決定。面對市場的激烈競爭，大型回轉筒體工藝的開發(fā)，對我們提出更高的要求。按照精益制造的生產要求，制定合適的工藝方案，保證制造質量，穩(wěn)定市場占有率。

2產品工藝分析

筒體由進口、出口和中間筒體三節(jié)組成,每節(jié)筒體之間用法蘭連接（圖1）。進出口筒體與滾圈采用烘套方式過盈配合，主傳動大鏈輪安裝在進口筒體端，兩道滾圈立放在兩對支承輪上，通過傳動裝置帶動整個筒體運轉。筒體從進料口到出料口有1%的安裝斜度，使堿纖維素在筒體內移動時緩慢地向出料口移動，以利于出料。三節(jié)筒體連接后，兩滾圈與筒體同軸度≤φ0.25mm，滾圈外圓跳動≤1mm，兩端法蘭連接面與筒體垂直度≤0.25mm，筒體焊接質量和加工精度要求非常高。通過分析筒體結構和綜合恒天重工設備加工能力，制造難點主要集中在筒體的焊接質量、滾圈和鏈輪的制造精度，具體如下所述。

圖1 筒體結構簡圖

2.1

筒體尺寸φ2950 mm尺寸大、卷圓直徑偏差≤1.5mm、焊接應力大，形位公差不易保證。

2.2

滾圈外徑φ3360 mm，整體鍛件，調質硬度HB260-300，外圓表面熱處理硬度HRC45-55，需能解決表面硬度問題。

2.3

鏈輪外徑φ3420 mm超出恒天重工常見鏈輪加工范圍（≤φ1000 mm），屬首次加工，加工經(jīng)驗不足，制造難度較大。

3關鍵制造工藝的研究

3.1 筒體制造工藝

3.1.1做好焊前準備工作，創(chuàng)造良好施焊條件。

調好合理的焊接工藝參數(shù)，焊前對焊接區(qū)表面（坡口及附近）進行徹底清理，清除全部毛刺及其它污染物。精細等離子切割機割16塊引熄弧板，輔助筒體的起弧和收弧焊，保證埋弧焊焊接質量。

3.1.2 焊接工藝

3.1.2.1 以中間筒體為例，筒體有左一、左二、右一、右二，四段筒體組焊成形（圖2）。四段筒體每段均有兩塊料組焊成筒體直徑，整節(jié)筒體有8塊料拼接成形。

圖2 中間筒體焊接圖

8塊料先擺焊成四段筒體直徑，然后4段筒體分別卷圓成形，利用檢測工裝檢驗筒體圓度，合格后點焊牢固并吊下筒體。4段筒體直徑另一端對接坡口雙面埋弧焊，并在三輥卷圓機上再次校正圓度。

3.1.2.2 右一筒體與右法蘭電焊成結合件1，左一筒體與左法蘭電焊結合件2。結合件1立放在平臺，法蘭端朝上與結合件2合配擺焊，兩法蘭內外圓對齊、卡蘭卡緊點焊在一起，焊接各自筒體與法蘭。焊后磨開法蘭焊點，磨平焊疤。結合件1與右二筒體雙面埋弧焊焊成結合件3，結合件2與左二筒體雙面埋弧焊焊成結合件4，結合件3與結合件4在懸掛式電焊專機上組焊中間筒體成形。筒體對接擺焊時縱焊縫與環(huán)焊縫不得十字交叉焊接。擺焊工藝搭子和工藝托腳，修正筒體端面錯邊量≤1.5mm。前后筒體的焊接工藝均可參照中間筒體的焊接工藝。

3.1.3 優(yōu)化加工順序，保質量提效率。

3.1.3.1 每段筒體直徑長度拼接成形后（未卷圓前），用劃線工裝劃出直徑長度中心線作為工藝基準線，方便卷圓后對筒體上各孔的劃線加工。

3.1.3.2 與滾圈組焊的厚筒體寬度刨后留有加工余量，與相關零件組焊成厚筒體結合件后在立車上精加工，保證厚筒體兩端面作為基準面的準確性。在大立車上車加工法蘭外圓及相關尺寸，保證法蘭與筒體的圓度和端面垂直度公差要求。兩法蘭連接定位銷孔，在裝配現(xiàn)場配鉆。

3.1.4 充分利用工裝，穩(wěn)控零件精度。

制作圓度檢驗工裝，測量筒體內外壁圓度偏差，用大平尺多位置測量筒體直徑，保證筒體圓度和直徑公差要求。筒體卷圓成形后焊撐圓工裝，防止筒體的焊接收縮，穩(wěn)定筒體尺寸。筒體運輸中，在其兩端焊接工藝撐管（兩端均三件交錯60°），防止筒體在運輸過程中受力變形，用戶安裝試車后再取出撐管磨平焊道，打磨光滑不掛絲。

3.1.5 保證外觀質量，滿足使用要求。

法蘭與筒體焊接角焊道存在的凹點和筒體表面局部的凹坑，均要焊補填平，磨平、磨光所有內外焊道。筒體加工完成后內外表面均要噴砂處理，外圓噴砂后涂漆，內圓拋光處理，保證外觀質量和使用要求。

3.2 滾圈制造工藝

3.2.1 滾 圈 (圖3) 外 徑 φ3360 mm， 材 質35CrMo，屬于高硬度超大規(guī)格鍛件，35CrMo合金有優(yōu)良的抗沖擊韌性，缺點是焊接性差。根據(jù)技術要求及我廠設備加工能力采取對應的工藝措施。采用自由鍛環(huán)鍛方法進行整體鍛造。鍛造過程建造了精致的顆粒結構，改進了金屬的物理屬性。粗加工后進行超聲波探傷，保證內部組織結構完整無缺陷，按JB/T4385.1-1999錘上自由鍛標準II級制造、檢驗和驗收。

圖3 滾圈結構圖

3.2.2 滾圈調質處理（淬火溫度860°，保溫4個小時，然后高溫回火560°，保溫10個小時左右。）硬度HB260-300，超聲波探傷，按NB/T47013.3-2015標準I級合格。滾圈精加工后表面中頻淬火【1】，通過交變磁場在滾圈內感應出交變電流，由于趨膚效應，電流主要集中在滾圈表面，產生很高的熱量，然后施加合適的冷卻介質，提高滾圈表面硬度，而內部基體性質沒有改變，淬火后硬度大于HRC45。

3.2.3 滾圈與墊板焊后退火去除焊接應力，尺寸穩(wěn)定后再加工相關尺寸，保證尺寸精度。滾圈與擋環(huán)安裝孔現(xiàn)場配鉆、螺栓緊固后焊接牢固。

3.2.4 兩件滾圈內徑加工完成后，做標記、記錄尺寸偏差。根據(jù)前后筒體組件上墊板的外徑加工情況（兩組、墊板外徑面與滾圈紅套），選擇合適的滾圈配對熱裝，保證2～2.42mm過盈量，達到設計安全要求。

3.3鏈輪制造工藝

3.3.1 鏈輪外徑φ3420 mm超出公司常見鏈輪加工范圍（≤φ1000mm），屬于超大規(guī)格加工類型零件，毛坯加工方式選擇鍛件，調質處理硬度HB230，具備良好的綜合機械性能。

3.3.2 制造劃線工裝，用于劃鏈輪5mm銑開線,用萬能銑頭按銑開線將圓環(huán)銑開。在數(shù)控加工中心銑外形、銑齒、鉆孔。鏈輪座16-φ26 mm孔與大鏈輪在筒體結合件上合配加工,保證孔位尺寸。

3.3.3 齒面高頻淬火【2】，齒面硬度 (HRC45-50)和耐磨性能，延長鏈輪的使用壽命。制作合適的工藝撐擋控制淬火變形,保證鏈輪加工質量，降低傳輸波動，提高整個筒體的運轉穩(wěn)定性。

3.3.4 在現(xiàn)代生產中工裝的利用能夠大幅提高生產效率和降低勞動強度，尤其面對零件結構復雜，操作空間受限制的場合，工裝的作用更為突出。根據(jù)鏈輪的結構特點和安裝精度要求，設計制造鏈輪裝配工裝（圖4），提高裝配效率和保障安全作業(yè)。

圖4 鏈輪裝配工裝

4產品技術指標及應用

通過采取合理的焊接工藝措施和加工方式，提高了筒體加工質量。采取合適的熱處理方法和檢測手段，保證滾圈、鏈輪鍛件毛坯質量和表面硬度要求，利用工裝保證鏈輪的安裝質量,相鄰孔尺寸偏差≤0.3mm，任意兩孔尺寸偏差≤0.6mm。合理安排加工順序，及時解決出現(xiàn)的問題，不斷完善加工工藝，最終完成了大型粘膠筒體的加工制造。

實際開車測量筒體圓度偏差≤1.5mm，滾圈與筒體、法蘭與筒體同軸度≤φ0.25mm、滾圈外圓跳動≤1mm，達到預期技術指標。推廣應用本次大型粘膠筒體制造工藝，納入標準化文件，提高工藝開發(fā)質量和技術指導性作用。積累了在大型筒體、大規(guī)格軌道和超大鏈輪加工方面的經(jīng)驗，對同類零件的加工具有指導和借鑒作用。有力提升了公司在高技術、關鍵領域的制造水平。