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摘要：本文对磁选机筒体加工工艺进行了研究，设计了保证筒体圆度的工装和防止筒体环形法兰焊接变形的工装，能将筒体圆度控制在 1mm以内，保证了磁系和筒体之间的设计间隙，提高了加工进度节约了成本。
关键词：筒式磁选机、磁筒、加工工艺、圆度
永磁筒式磁选机具有结构简单、体积小、重量轻、效率高、耗电少等优点，已广泛用于黑色及有色金属选矿厂、重介质洗煤厂及其他工业部门[1]。CTB1245型磁筒直径为1.2m，长度达4.5m，提高筒体的加工精度，能有效减小设计间隙，节约磁性材料的使用量，降低制造成本。
1.磁筒筒体结构
图1 磁筒筒体结构示意图
Fig1 Sketch of magnetic drum structure
件1为不锈钢圆筒，件2为不锈钢环形法兰，圆筒通常由5mm或者6mmsus304不锈钢卷制而成，筒表面加一层耐磨材料保护筒皮，两端焊接有2件不锈钢法兰（用于连接不锈钢端盖）。
2.原材料及设备
2.1原材料
2.2设备
本次产品试制所投入的生产设备清单见表1所示。
表1主要生产设备清单
3筒体加工工艺
3.1下料
此环节最重要的是控制和保证筒体板料的下料尺寸及焊接坡口形式。板料坡口采用I型坡口。放样时筒体的展开尺寸均以平均直径为计算依据，同时也应考虑板厚的实际尺寸对放样带来的误差及圆弧板在卷制过程中钢板发生塑性弯曲变形时使钢板沿厚度和长度方向所发生的变化。圆弧板外周的周长延伸率ε可按下式计算。
本次卷板因为采用4辊卷板机，所以工艺上无需考虑引弧板，下料时直接到尺寸。为了测量及组装方便，下料 
应分为四等分，并用划归做好记号，具体下料方式见图1.板料下好后，按照表要求进行检查验收，尺寸合格后方可进行卷圆。
图2板料划线及下料尺寸图
表2 板料尺寸允许偏差
3.2筒体卷圆
工业试制采用的为四辊卷板机，本次制作的筒体椭圆度要求为1mm左右，远远超出一般筒体卷制的精度要求。因此，在卷板过程中一定要严格控制影响筒体圆度的各个因素，而影响筒体圆度的因素如机械设备性能、操作人员的技术水平及检验圆度样板的精确度等。本次卷圆工艺主要有以下几个点：
3.2.1补偿材料的弹性恢复变形，板料在外载荷作用下发生变形时，其变形由塑性变形和弹性变形两部分组成。卸载后，塑性变形材料保存残余变形而使得零件成型。但是弹性变形区材料会发生弹性恢复，导致材料的形状、尺寸都发生与加载时变形相反的变化，即产生回弹。由于板料卷圆以弯曲变形为主，由弯曲变形导致的筒体板料截面内（沿厚度方向）应力分布不均匀，从而产生回弹。基于回弹在数值计算上非常复杂，可以根据回弹率与弯曲半径的经验公式3及公式4反推出卷圆的弯曲半径，进而调节加载力及下压量，来补偿材料的回弹变形量。这种方法在一定程度上可以保证筒体的椭圆度，为实际卷圆过程中提供工艺指导。冷卷板材要产生回弹，为此在卷制时，应卷弯成略小于要求的曲率半径，使卷板机卸载后，刚好回弹到要求的曲率。
回弹前的曲率（在上、下轴辊压力下）计算公式如下：
3.2.2卷制成型。经过计算回弹量和回弹前的筒体内径制定了此次卷板工艺，具体如下：
1）校准圆辊之间的间隙，保证两侧能同步进行
2）对中和预弯
因为采用四辊卷板机，所以在整个卷板过程中无没有直边，首先进行对中和预弯。把板料送进Ⅰ和Ⅱ辊之间对中压紧，然后升起Ⅲ辊，使板料弯曲成适当的曲率，
a对中 b预弯 c卷圆
图3 卷圆过程示意图
3）卷圆
板料经卷圆后，由于末端还有一段尚未被卷圆，所以必须升起Ⅳ辊进行卷弯，指导达到要求为止。板料需要经多次进给滚弯，才能达到所要求的曲率半径，每次上轴辊的压下量一般为5—10mm。卷圆前，可以根据所要弯制板料的曲率半径，计算出上、下轴辊的相对位置，以便控制卷弯终了时上下轴辊的位置。
图4卷弯结束时下、侧辊的相对位置
3.2.3焊接筒体法兰
筒体卷制完成后，需要将筒体法兰和筒体焊接在一起，校正筒体的圆度和保证法兰和筒体的垂直度时本环节的加工难点。为此，本次试制设计了保证筒体圆度和环形法兰焊接变形的工装。采用专用工装将整个筒体撑圆，通过专用工装将环形法兰固定，直到整个焊接过程完成。
3.2.4保证筒体圆度工装设计
因为筒体长度较长，为加工过程中容易产生变形，加工过程中设计了保证筒体焊接圆度的涨圆器。涨圆器主要有连接板、销轴、左右旋螺杆、张紧螺母等几部分组成。
图5 筒体圆度撑圆器
将图5撑圆器放置在筒体内侧，通过调节张紧螺母，控制连接板与筒体内壁的间隙，达到调节筒体圆度的目的。调节完成后，整个焊接过程中一直用筒体撑圆器支撑筒体，直到整个焊接过程结束。能将筒体圆度控制在
mm范围内，保证了整个磁筒的加工精度。
3.2.5保证筒体连接法兰圆度工装设计
筒体环形法兰在焊接过程中也存在焊接变形，以直径为1200mm的筒体为例，在焊接自有变形的情况下，法兰的椭圆度能达到3-5mm，这给后续的装配带来了很大的困难。实际生产过程中设计了防止筒体法兰变形的工装，保证了筒体的加工精度。
图6 环法兰焊接工装
4小结
1）该工艺保证了筒体焊接的圆度和直线度，圆度保证在2mm以内，直线度控制在1mm以内；
2）将筒体与磁系间的间隙控制在6mm以内，节约了磁钢的用量，达到了设计的分选区磁场强度要求；
3）为设计了筒体圆度的工装，将筒体的圆度控制在1.5mm以内；
4）设计了防止筒体法兰焊接变形的工装，能有效防止筒体在焊接过程中产生焊接变形
参考文献：
[1]徐正春.磁电选矿.[M].北京：冶金工业出版社，1980：5-30.
[2]贾耀卿.常用金属材料手册[M].北京：中国标准出版社，1999：273-274.
[3]成大先.机械设计手册[M].5版，北京：化学工业出版社，2008，7（1）：114-115.
作者简介：
刘义敏，1986年8月25日生，男，汉族，工程师，研究方向为矿山机械设备制造
论文作者:刘义敏,潘鑫,唐家伟
论文发表刊物:《电力设备》2017年第34期
论文发表时间:2018/5/14
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