Главный вал шаровой мельницы

Подробное описание, процесс изготовления и проверки вала шаровой мельницы

I. Функции и конструктивные характеристики вала шаровой мельницы

• Передача крутящего момента: передача крутящего момента от двигателя через редуктор на цилиндр, приводя его во вращение (скорость вращения: 15-30 об/мин);

• Несущая способность: выдерживать общий вес цилиндра, мелющих тел (стальных шаров) и материалов (до тысяч тонн для крупных шаровых мельниц);

• Уплотнительное соединение: используйте совместно с уплотнительным устройством на загрузочных и выпускных отверстиях, чтобы предотвратить утечку материала.

• Форма: Ступенчатый полый цилиндр (полая конструкция уменьшает вес), с опорными подшипниками (соответствующими подшипниками) на обоих концах и фланцевым болтовым соединением с цилиндром в середине;

• Габариты: Диаметр вала малых и средних шаровых мельниц обычно составляет 300–800 мм, а у крупных может превышать 1500 мм; длина соответствует цилиндру (2–10 м);

• Материал: Требует высокой прочности и вязкости. Валы малого и среднего размера. 45# высококачественная углеродистая сталь (низкая стоимость, хорошая обрабатываемость), в то время как большие или сверхпрочные модели используют Конструкционная сталь 42CrMo (прочность на разрыв ≥ 800 МПа, ударная вязкость ≥ 60 Дж/см²).

II. Процесс изготовления вала шаровой мельницы (на примере материала 42CrMo)

1. Предварительная обработка сырья и ковка

• Выбор сырья: Использовать круглую сталь 42CrMo диаметром 300-1800 мм с сертификацией материала (химический состав: C 0,38-0,45%, Кр 0,9-1,2%, Мо 0,15-0,25%);

• Процесс ковки:

• Нагрев: Нагрейте круглую сталь в печи на природном газе до 1100–1150 ℃ (температура аустенизации) и выдерживайте в течение 2–4 часов (в зависимости от диаметра);

• Ковка: применяется свободная ковка или штамповка на гидравлическом прессе с поэтапной осадкой и вытяжкой для обеспечения коэффициента ковки (отношение длины к диаметру) ≤ 3,5 и устранения внутренней пористости;

• Обработка после ковки: медленно охладить до 600 ℃, а затем охладить на воздухе, чтобы избежать трещин, вызванных чрезмерной разницей температур; контролировать припуск на ковку в размере 15–20 мм.

2. Термическая обработка (ключевой процесс, определяющий механические свойства)

• Нормализация: Нагрев до 860-880 ℃, выдержка в течение 3 часов, затем охлаждение на воздухе для измельчения зерна, устранения ковочных напряжений и снижения твердости до 220-250 HBW;

• Закалка и отпуск:

• Закалка: нагрев до 840-860 ℃, выдержка, затем охлаждение в масле (скорость охлаждения ≥ 50 ℃/с) для обеспечения закалки сердцевины;

• Высокотемпературный отпуск: выдержка при температуре 580–620 ℃ в течение 4 часов, затем охлаждение на воздухе для достижения окончательной твердости 280–320 HBW, что обеспечивает баланс прочности и вязкости;

• Дефектоскопия: Провести 100% ультразвуковой контроль (УЗК) после закалки и отпуска (в соответствии с Дж. Б./T 4730.3 Уровень I), не допуская наличия трещин и сколов.

3. Черновая и получистовая обработка

• Грубая обработка:

• Токарная обработка: Обтачиваем наружную окружность и торцевую поверхность на токарном станке или станке с ЧПУ, оставляя припуск на обработку 8-10 мм;

• Сверление и растачивание: Расточить полое внутреннее отверстие (диаметром 1/3-1/2 диаметра вала) для устранения зон концентрации внутренних напряжений;

• Получистовая обработка:

• Чистовая обработка: Продолжить обтачивать торец цапфы и фланца, оставив припуск на шлифование 2-3 мм, и обработать технологический столик у цапфы (для последующего позиционирования);

• Фрезерование: фрезерование отверстий для фланцевых соединений (равномерно распределенных по окружности, 8-32 отверстия, диаметр φ20-φ60 мм).

4. Прецизионная обработка (обеспечение точности сборки)

• Шлифование:

• Шлифовка цапфы: Отшлифовать цапфу под подшипник на универсальном круглошлифовальном станке (допуск IT6, шероховатость поверхности Ра ≤ 0,8 мкм), обеспечив цилиндричность ≤ 0,005 мм/м;

• Шлифовка торца: Отшлифовать торец фланца (плоскостность ≤ 0,02 мм/м) до обеспечения перпендикулярности к оси ≤ 0,01 мм/100 мм;

• Точная инспекция: Используйте координатно-измерительную машину для проверки основных размеров (например, диаметра цапфы, толщины фланца) с отклонением, контролируемым в пределах ±0,02 мм;

• Обработка поверхности: Фосфатирование поверхности цапфы (для защиты от ржавчины), а также грунтовка + верхнее покрытие на несопрягаемых поверхностях (общая толщина ≥ 80 мкм).

5. Окончательная проверка и пробная сборка

• Очистка: Очистите поверхность от масла и железных опилок дизельным топливом;

• Пробная сборка: предварительно соберите подшипниковое гнездо и фланец цилиндра, проверьте посадку между шейкой и внутренним кольцом подшипника (натяг 0,01–0,03 мм), а также угол расположения отверстий фланцевого соединения (≤ 0,1 мм).

III. Процесс проверки вала шаровой мельницы

1. Проверка сырья и ковки

• Анализ химического состава: Используйте спектрометр прямого считывания для определения состава 42CrMo, гарантируя, что содержание Кр и Мо находится в пределах стандартных диапазонов;

• Контроль качества ковки:

• Макроструктура: Испытание травлением (10% спиртовой раствор азотной кислоты), усадка, плены и трещины не допускаются;

• Механические свойства: Возьмите образцы поковок для испытания на растяжение (предел прочности ≥ 800 МПа, предел текучести ≥ 600 МПа) и испытания на удар (-20℃, энергия удара ≥ 40 Дж).

2. Контроль термообработки

• Испытание на твердость: Измерьте твердость в нескольких точках на шейке и фланце с помощью твердомера по Бринеллю, обеспечив твердость 280–320 HBW (отклонение однородности ≤ 20 HBW);

• Металлографическая структура: Осмотрите закаленную и отпущенную структуру (отпущенный сорбит, класс ≤ 3) на предмет отсутствия сетчатых карбидов или свободного феррита.

3. Проверка точности обработки

• Точность размеров:

• Диаметр шейки: измеряется микрометром (допуск IT6, например, шейка φ500 мм допускает отклонение от +0,03 до +0,05 мм);

• Внутренний диаметр отверстия: измеряется нутромером, допуск H8 (обеспечивая зазор посадки с подводящей трубой);

• Геометрический допуск:

• Радиальное биение: измеряется на прецизионном токарном станке или приборе для измерения прогиба, ≤ 0,02 мм/м на шейке;

• Прямолинейность: определяется по отклонению по всей длине ≤ 0,05 мм/м.

4. Окончательная проверка продукции

• Качество поверхности: Визуально или методом капиллярного контроля проверить поверхность на отсутствие царапин и неровностей (глубина ≤ 0,5 мм);

• Тест на динамическое равновесие: Для валов со скоростью вращения ≥ 30 об/мин провести динамическую балансировку (дисбаланс ≤ 50 г·мм/кг);

• Гидростатическое испытание: Проведите гидростатическое испытание под давлением 0,5 МПа на внутреннем отверстии полого вала без протечек в течение 30 минут (для обеспечения герметичности).

IV. Резюме