孟曙光

摘 要：本文对大型黄化机搅拌器的结构组成、产品参数、关键零部件的加工精度、加工工艺流程进行介绍。由于本黄化机搅拌器是以往同类产品中尺寸最大的一款，因此，对零部件的加工工艺要求更高。为达到产品的使用要求，笔者对搅拌器的加工工艺进行详细策划和分析，对加工流程进行进一步优化，并配备先进的加工设备，最终制定出完善合理的加工工艺方案，实现大型黄化机搅拌器的圆满试造。

关键词：搅拌器;主轴;马鞍座;螺旋叶片;焊接机器人;叶片铣削专机

中图分类号：TS152 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2019）05-0042-03

Abstract： In this paper， the structure， product parameters， processing accuracy of key parts and process flow of the agitator of large-scale yellowing machine were introduced. Because the mixer of the yellowing machine was the largest one of the similar products in the past， the processing technology of the parts was more demanding. In order to meet the use requirements of the product， the author planned and analysed the processing technology of the mixer in detail， optimized the processing flow further， equiped advanced processing equipment， and finally formulated a perfect and reasonable processing technology plan to realize the successful trial production of the mixer of the large-scale yellowing machine.

Keywords： blender;spindle;saddle seat;spiral blade; welding robot; blade milling machine

1 黃化机搅拌器简介

随着化纤粘胶市场竞争的日趋激烈，单机产能的要求越来越高。为适应市场需求、提高产品竞争力，郑州纺机工程技术有限公司研发出容积更大、结构更先进的超大容量黄化机。螺旋搅拌器是黄化机的主要关键件，由主轴结合件、刮板、支撑臂、螺旋叶片等组焊而成，总长9 570mm，回转直径2 990mm（见图1）。主轴结合件由轴体、轴头、马鞍座组焊而成，轴体材料为Q345-B无缝钢管，轴头、马鞍座材质为Q345-B正火态锻件，螺旋叶片由Q345-B钢板红压成形。由于黄化机容量增大，搅拌器整个外形尺寸也相应变大，加工难度增加[1]。为保证产品质量，提高加工效率，笔者对加工工艺进行优化升级。

2 加工难点

①图纸要求螺旋搅拌器加工成形回转直径尺寸公差为（2 990±1）mm。

②两端轴头跳动≤0.25mm;两端轴头各部位的尺寸公差等级为h8级;两端刮板对轴线的垂直度≤1.5mm;两端刮板外侧面间距尺寸公差（7 210±1）mm。

③轴头各处粗糙度≤0.8μm，其余各处粗糙度≤3.2μm。

④搅拌器外形尺寸太大，超出常规机床加工范围。

⑤焊道多，焊接量大，焊接变形不易控制，容易造成焊接应力集中。

⑥焊缝强度要求>470N/mm2。

3 工艺措施

3.1 主轴结合件的加工

主轴结合件的主要加工流程：马鞍座与轴体焊接→整体退火去应力→红套及焊接轴头→主轴结合件的车削加工。

3.1.1 主轴的加工。主轴材料为Q345-B厚壁无缝钢管，粗加工后对轴体管子通体按《无缝钢管超声波探伤检验方法》（GB/T 5777—2008）进行100%超声波探伤检测，并记录检验结果，确认合格后进行下一道工艺加工。粗精车整个管身，粗糙度达到3.2μm，保证后续加工余量，并刻画马鞍座位置环线。

为了提高搅拌器轴头与轴体的配合强度，两轴头采用红套技术，提高配合力度，保证搅拌器在大扭矩工作状态下能正常工作。红套前注意区分左右旋，红套后进行轴头与轴体的焊接。焊接前利用加热器对焊接部位进行预热，并包覆保温棉保温，轴体升温到300℃后，调节至200℃，保温1.5h。焊接时采用对称半爬坡焊，焊层15～17层，层 间若有焊渣必须清除干净。焊接过程中，需要保持轴体温度，并保证连续焊接，不允许长时间停留。焊后需要进行加热保温，去应力处理。

根据加工要求，轴体在焊接完马鞍座后，焊接工艺撑圈，用于支撑轴身，保证轴身整体车削加工。工艺卡环为圆环，箍在轴体后，对接焊缝要全焊饱满，以保证车削要求。利用工艺撑环及轴头装夹牢固主轴结合件，对轴头进行车削加工，达到图纸要求，确保后期与筒体配合间隙满足精度要求。

3.1.2 马鞍座的加工。马鞍座采用Q345-B正火态锻件，按照《重型机械通用技术条件 锻钢件无损探伤》（JB/T 5000.15—1998）规定100%超声波探伤。马鞍座的主要加工流程为：锻件毛坯经喷丸、抛光处理→按技术要求探伤→车端面、外圆、坡口→车锥面→镗大端圆弧面→铣坡口。对马鞍座机加工完后进行与主轴的焊接。

3.1.3 马鞍座与主轴的焊接。马鞍座通过座根部环焊道与搅拌器轴体焊接，马鞍座的焊接以往采用手工电焊，焊接过程会形成多个焊接接口。焊接过程受人为因素影响较大，焊道质量不稳定，使用过程中会造成焊道疲劳失效，影响黄化机的使用寿命。为提高和稳定马鞍座的焊接质量，本批搅拌器马鞍座的焊接采用焊接机器人来完成。首先采用人工对焊道进行点焊。其次，对焊道进行修磨处理后，调节好机器人的焊接参数，采用多条环焊道来完成整个焊道覆盖。马鞍座的焊接如图2所示。

机器人焊接有以下特点：①机器手臂有六个自由度，焊接灵活，焊接视角广阔;②在焊接过程中，焊道尺寸统一，一个环焊道只形成一个焊接接口，提高焊接强度和外观质量;③每层焊接由6个环焊道组成，分多层堆积覆盖而成，单个焊道尺寸窄，热影响区小，焊接收缩变形小，焊接质量稳定;④机器人焊接具有自动跟踪功能，每个焊道完成之后自动进行下一个焊道焊接;⑤焊枪具有自动清渣功能，保护焊机，保证焊接质量;⑥采用大容量桶装焊丝，避免频繁更换焊丝，提高焊接效率;⑦焊接效率较手工焊接大幅提高，缩短了生产周期[2]。

3.1.4 主軸结合件的退火处理。由于马鞍座与搅拌轴之间的焊道多，焊接量大，焊成之后变形大，焊接过程产生残余应力。为消除焊接应力，笔者采取在焊接马鞍座后对整个轴身进行退火去应力处理，温度控制在500～550℃，并延长退火时间，以提高搅拌器的焊接强度和使用寿命，最终实现黄化机搅拌器整体性能的提升。

3.2 螺旋叶片的加工

螺旋叶片采用分段红压成形后对接组焊，将外螺旋叶片分为四段、内螺旋叶片分为三段加工，利用压模分别红压成形，并保留足够的余量。由于螺旋叶片是空间螺旋线，为保证摆焊实现准确对接，笔者在结合件摆焊完成撑管后，再进行螺旋叶片的焊接。

外螺旋叶片在使用时起主搅拌作用，承受的力矩最大，回转直径公差精度要求±1mm，并且需要与筒体配合，配合间隙<3mm，粗糙度3.2μm。由此，笔者引进螺旋叶片铣削专机来保证搅拌器的回转精度及外轮廓粗糙度。内螺旋叶片的使用精度要求相对较低，采取手工抛光达到使用要求。

3.3 螺旋搅拌器的组焊

搅拌器的组焊主要分为以下两步。

第一步，主轴与支撑臂和刮板的组焊。

第二步，螺旋叶片与主轴结合件的组焊。螺旋叶片的焊接放在支撑臂、刮刀组焊之后进行。焊接质量的好坏直接决定后续工序的难易程度，应注意从以下两方面加以控制[3]。

①保证各零件相对摆焊位置准确。在主轴、刮刀、支撑臂上划上十字中心线，按线摆焊。点焊牢固后复查刮刀、支撑臂与主轴结合件轴线的垂直度。两刮刀外侧面间距以实测为准，螺旋叶片的成形误差较大，摆焊时需要多处测量，并进行相应角度的调整。

②保证焊接质量，减少焊接变形。搅拌器在使用过程中传递的扭矩很大，焊道承受较大的交变应力，对焊道的强度要求较高，焊道不允许有气孔、夹碴、咬边等缺陷，焊接完成后需要进行探伤。

3.4 搅拌器螺旋叶片回转直径的铣削加工

以往的螺旋叶片外轮廓加工通过手工修磨，以保证外表面加工精度。该方式的加工效率低，加工质量不稳定。为改变这一状况，郑州纺机工程技术有限公司购买了专用的铣削设备。利用专机对搅拌器外表面进行铣削加工，保证外圆上各处回转直径，弥补以前全靠手工修补的不足，提高搅拌器的加工精度，提高与筒体的配合精度。螺旋叶片切削专机如图3所示。

专机原配铣刀刀片为方肩刀，但方肩刀进给量小、易崩刀、效率低。由此，笔者选用直径为125mm的MEGA 45度重型端面铣刀进行加工。其有以下优点：最大切削深度可达17mm;每个刀片有4个切削刃，性价比高;金属去除率提高30%;有硬质合金热片保护刀体，使用寿命长。

4 结语

由于本批黄化机的机型大，精度要求高，因此，笔者对加工工艺进行了深度优化，进行了较大的技术革新。

①马鞍座采用焊接机器人焊接，焊接收缩量减少，焊道强度提高，外观整洁一致，质量稳定，焊接效率提升，操作人员焊接劳动强度降低。

②螺旋叶片的焊后整体铣削加工，保证了整个螺旋叶片使用面的加工精度，提高了生产效率，缩短了生产周期，改善了工作人员的操作环境。

③马鞍座和主轴焊接后的整体退火，充分释放了焊接应力，提高了搅拌器的整体使用强度，延长了产品的使用寿命。

通过采取一系列工艺措施，配备专用加工设备，郑州纺机工程技术有限公司圆满完成了产品的加工制造，并大大提高了加工效率，降低了加工强度，积累了超大型黄化机搅拌器的加工经验，巩固了公司在化纤粘胶领域的领先地位，并为公司业务进一步拓展打下了坚实的基础。

参考文献：

[1]孙恒，陈作模.机械原理[M].北京：高等教育出版社，2000.

[2]刘鸿文.材料力学[M].北京：高等教育出版社，1991.

[3]吴宗泽.机械设计手册[M].北京：机械工业出版社，2008.