Подшипник шаровой мельницы

Подробное введение в подшипники для шаровых мельниц, а также процессы их производства и контроля

I. Функции и типы подшипников шаровых мельниц

• Высокая грузоподъемность: Способен выдерживать большие радиальные нагрузки (первичные) и осевые нагрузки (от цилиндра);

• Ударопрочность: Адаптируется к кратковременным перегрузкам, вызванным неравномерным питанием;

• Износостойкость: Низкий коэффициент трения с цапфой (≤0,001) и срок службы ≥10 000 часов;

• Ремонтопригодность: Легко устанавливается, смазывается и заменяется.

1. Сферические роликовые подшипники

• Конструкция: Двойные ряды роликов со сферической дорожкой качения на наружном кольце, позволяющей внутреннему кольцу центрироваться относительно наружного кольца (допуск отклонения ±2°);

• Характеристики: Воспринимают в основном радиальные нагрузки и незначительные осевые нагрузки, подходят для малых и средних шаровых мельниц (диаметр цилиндра ≤3 м).

2. Двухрядные конические роликовые подшипники

• Конструкция: Два ряда конических роликов, способных воспринимать как радиальные, так и осевые нагрузки (большая осевая грузоподъемность);

• Характеристики: Должны устанавливаться парами (симметричное расположение), подходят для средних и крупных шаровых мельниц (диаметр цилиндра 3-5 м).

3. Подшипники скольжения (подшипники из баббитового металла)

• Конструкция: На внутреннюю поверхность вкладыша подшипника, смазанную масляной пленкой, заливается баббит (на основе олова или свинца);

• Характеристики: Чрезвычайно высокая грузоподъемность (подходит для сверхбольших шаровых мельниц с диаметром цилиндра ≥5 м), но требуют принудительной системы смазки и сложного обслуживания.

II. Процесс изготовления подшипников для шаровых мельниц (на примере сферических роликовых подшипников)

1. Изготовление внутренних и наружных колец (Материал: высокоуглеродистая хромистая подшипниковая сталь GCr15)

• Подготовка заготовки:

• Ковка: Круглая сталь нагревается до 850–900 °C и проковывается в кольцевые заготовки (с припуском на толстый конец 3–5 мм). После ковки проводится нормализация (860 °C в течение 2 ч, охлаждение на воздухе) для устранения сетчатых карбидов.

• Контроль: Ультразвуковой контроль (УЗК) на внутренние дефекты (не допускаются включения размером ≥φ2 мм).

• Черновая обработка:

• Токарная обработка: токарные станки с ЧПУ обрабатывают внутреннее отверстие, внешнюю окружность и торцевые поверхности, оставляя припуск на шлифование 1–2 мм;

• Сверление (наружное кольцо): Смазочные отверстия (диаметром 5–8 мм) сверлятся с допуском положения ±0,5 мм.

• Термическая обработка:

• Закалка: нагрев до 830-860 ℃, охлаждение в масле до ≤200 ℃, в результате чего получается твердость 61-65HRC;

• Отпуск: выдержка при температуре 150–180 °C в течение 2–3 часов для устранения закалочных напряжений и стабилизации структуры.

• Чистовая обработка:

• Внутреннее кольцо: Внутришлифовальные станки обрабатывают внутреннее отверстие (допуск IT5, шероховатость поверхности Ра≤0,4 мкм); бесцентрошлифовальные станки обрабатывают наружную дорожку качения (сферическая точность 0,005 мм);

• Наружное кольцо: круглошлифовальные станки обрабатывают наружную окружность (допуск IT6); специальные шлифовальные станки обрабатывают внутреннюю сферическую поверхность (отклонение радиуса кривизны ±0,01 мм);

• Шлифование:

• Суперфиниширование: Суперфиниширование поверхности дорожки качения (Ра≤0,1 мкм) для снижения коэффициента трения.

2. Изготовление роликов (Материал: GCr15SiMn, с лучшей износостойкостью, чем GCr15)

• Пустой: Холодная высадка для формирования сферической головки, удаление оксидной окалины;

• Термическая обработка: Закалка + низкотемпературный отпуск (как у внутреннего кольца, твердость 60-64HRC);

• Шлифование: Бесцентрошлифовальные станки обрабатывают наружную окружность (цилиндричность ≤0,002 мм); сферошлифовальные станки обрабатывают сферические торцы (соответствие дорожке качения ≥90%).

3. Изготовление сепараторов (Материал: низкоуглеродистая сталь 20# или латунь H62)

• Штамповка: стальные пластины штампуются в карманные структуры (для стали 20#), или латунь куется, а затем обтачивается для формирования карманов;

• Формование: Допуск размера кармана ±0,1 мм для обеспечения гибкого вращения роликов в карманах (зазор 0,1–0,3 мм).

4. Процесс сборки

• Очистка: Все детали очищаются керосином (удаляется железная стружка и масло);

• Соответствие групп: внутренние кольца, наружные кольца и ролики группируются по допуску размеров (±0,001 мм на группу) для обеспечения радиального зазора (0,1–0,3 мм);

• Клепка/Сварка: После сборки сепаратора и роликов закрепите их клепкой (стальные сепараторы) или сваркой (латунные сепараторы);

• Окончательная проверка: проверьте гибкость вращения (отсутствие заеданий), нанесите антикоррозийное масло и упакуйте.

III. Процесс проверки подшипников шаровых мельниц

1. Проверка сырья и заготовок

• Проверка материалов:

• GCr15: Спектральный анализ для проверки содержания Кр (1,4-1,65%) и C (0,95-1,05%);

• Баббит (подшипники скольжения): Химический анализ для проверки сплава на основе олова (Сн≥83%) и сплава на основе свинца (свинец≥78%).

• Качество ковки:

• Проверка макроструктуры (метод травления): отсутствие усадочных раковин и трещин, класс карбида вольфрама ≤2.

2. Внутрипроизводственный контроль (ключевые узлы)

• После термической обработки:

• Твердость: твердомер по Роквеллу измеряет твердость внутренних/наружных колец (61–65HRC) и роликов (60–64HRC);

• Металлографическая структура: класс мартенсита ≤2, остаточный аустенит ≤15% (во избежание размерных изменений).

• После чистовой обработки:

• Точность размеров: КИМ измеряет внутренний диаметр внутреннего кольца (IT5) и наружный диаметр наружного кольца (IT6);

• Геометрический допуск: радиальное биение внутреннего кольца ≤0,003 мм, перпендикулярность торца наружного кольца ≤0,002 мм/100 мм;

• Качество поверхности: шероховатость дорожек качения (Ра≤0,4 мкм), отсутствие царапин и вмятин (проверяется с помощью 10-кратного увеличения).

3. Проверка готовой продукции

• Точность вращения:

• Радиальное биение внутреннего кольца (Пт) ≤0,01 мм, радиальное биение наружного кольца (Фа) ≤0,015 мм;

• Радиальный зазор: Измеряется щупами или щупами для измерения зазоров (0,1–0,3 мм, регулируется размером подшипника);

• Тест на жизнь: Отбор проб для ускоренных испытаний на долговечность (1000 об/мин, 1,2x номинальная нагрузка) со сроком службы ≥1000 часов (эквивалентно ≥10 000 часов фактического использования);

• Эффективность уплотнения (для герметичных подшипников): Испытание погружением в воду (глубина воды 50 мм, 500 об/мин, отсутствие попадания воды в течение 30 мин).