Да би се одговорили на изазове обраде који су повезани са слабом крутошћу танког-бубња са танким зидовима- машине за испирање руде, посебно због његове подложности деформацијама и треперењу током стезања и обраде, што угрожава квалитет површине-примењена је анализа коначних елемената да би се оптимизовао дизајн{3} рационалан, ефикасан и ефикасан трошак подршке{3}. Ова иницијатива је побољшала производни процес за бубањ са танким{5}}зинама, побољшала ефикасност машинске обраде и ефективно смањила трошкове производње.
01
Увод
Уређај за испирање руде је витални део опреме у преради минерала, који се обично користи током припремне фазе-пре дробљења, магнетног одвајања и флотације-за испирање грудвица глине или шљунка из руде. Уређај за испирање руде величине 2,1 м × 4,5 м који је представљен у овом пројекту био је прилагођен-дизајниран и произведен за клијента из иностранства. Његова структура се састоји од неколико кључних компоненти, укључујући део за довод, део бубња, погонски склоп, склоп потпорног ваљка, склоп потисног ваљка и кућиште зупчаника; сам бубањ је основна компонента машине. Примарна структурна карактеристика овог бубња је његов танак зид-дебљине само 12 мм-што га сврстава у бубањ са танким-зидовима, ниске-кости у поређењу са стандардним компонентама типа бубња{13}}. Централни изазов у машинској обради бубњева ниске{15}}врсте је њихов недостатак крутости, што контролу деформације чини критичном [1, 2]. Током стезања и обраде, бубањ је склон клепету, што може довести до одступања димензионалних и геометријских толеранција [3] и нарушити квалитет површине. Штавише, постоји неслагање између стања бубња током обраде и његовог стања током стварног рада: док стезање подразумева причвршћивање крајева, бубањ је подржан са два прстена (пнеуматика) током рада.
Конвенционална решења за машинску обраду бубњева мале{0}}коће се фокусирају на повећање крутости како би се минимизирале деформације изазване силама стезања машине и силама сечења. Наша компанија је раније произвела машину за испирање руде са сличном структуром 1995. године; међутим, због технолошких ограничења тог времена, анализа крутости бубња са танким{3}}зинама се у великој мери ослањала на претходно искуство и била је ограничена на квалитативну процену. План процеса у то време укључивао је дизајнирање потпорног учвршћења да би се појачала крутост бубња; овај уређај је користио структуру налик на стезаљку-учвршћену око спољног обима на оба краја бубња, допуњену аксијалним ослонцима постављеним уз унутрашњи зид. Уз помоћ овог алата, повећана је крутост цилиндра, што је омогућило да се процес обраде и производње успешно заврши. Међутим, алат је тежио 2.035 кг-скоро колико и сам цилиндар за прање руде (2.813 кг)-што је резултирало слабом економском ефикасношћу.
02
Структура цилиндра за испирање руде са танким зидовима{0}}
Цилиндар је кључна компонента склопа за испирање руде, са интегралном завареном структуром где је зид цилиндра заварен за завршне поклопце. Унутрашње структуре ребара се разликују између два краја: крај за напајање има већи отвор, већи број ребара и релативно сложену структуру; крај за пражњење има мањи отвор, мање ребара и једноставнију структуру. Зид цилиндра је израђен од челика К345Б дебљине 12 мм, максималног спољног пречника 2.124 мм, дужине 4.819 мм и унутрашњег пречника 2.100 мм; тежак је 2.813 кг. Области које захтевају машинску обраду обухватају две спољне цилиндричне површине (спољни пречник 1 и спољни пречник 2) које се спајају са прстеновима за ношење, као и лице прирубнице на крају за увлачење (погледајте слику 1). За спољне пречнике 1 и 2, димензија је Φ2,124 мм, са окомитом на чеону страну од 0,025 мм, коаксијалношћу од Φ0,15 мм и храпавостом површине Ра=3.2 μм.
Слика 1: 3Д модел цилиндра
03
Оптимизација шеме алата за подршку за цилиндар за прање руде са танким зидовима{0}}
3.1 Технички приступ шеми алата за цилиндар
Софтвер Аутодеск Инвентор је коришћен за обављање анализе коначних елемената (ФЕА) на цилиндру да би се свеобухватно проценила његова крутост. Симулације деформације су спроведене како за стање сопствене-тежине цилиндра тако и за стање у коме је стегнут на машини. На основу резултата анализе деформација, направљен је план производног процеса, оптимизована је структура алата и развијен је нови дизајн алата за подршку цилиндра.
3.2 Моделирање цилиндра помоћу коначних елемената
3Д модел је конструисан коришћењем приступа „изнутра-напоље“ заснованог на структурној конфигурацији цилиндра. Током моделирања, структура цилиндра је поједностављена и направљене су следеће претпоставке:
1) Потпорне компоненте на оба краја цилиндра поседују довољну крутост.
2) Дефекти као што су непотпуно спајање или пукотине у завареним спојевима цилиндра се не узимају у обзир. 3) Промене својстава материјала на шавовима цилиндра се занемарују; претпоставља се да је материјал шава идентичан основном материјалу [4, 5].
3.3 Прорачун оптерећења и подешавање граничних услова
Током процеса прорачуна, спољашња оптерећења која делују на цилиндар састоје се првенствено од две компоненте: конструкцијске тежине самог цилиндра и силе стезања коју врши центар алатне машине. На основу параметара компоненти и спецификација алатних машина-и након консултације са упутством за алатну машину-сила стезања центра је одређена на 20 кН.
Ослањајући се на искуство у производњи са цилиндричним компонентама, дубина реза током машинске обраде је минимална, а утицај сила резања је занемарљив; стога се не анализира утицај сила резања на деформацију цилиндра. На основу ове свеобухватне анализе, гранични услови и подешавања оптерећења за цилиндар су утврђени на следећи начин:
(1) Оптерећења цилиндра: Разматрају се два случаја оптерећења. Прво, у статичком стању узима се у обзир само сопствена тежина цилиндра. Друго, у -притегнутом стању машине, узимају се у обзир сила стезања из центра алатне машине и сила хватања из чељусти стезне главе; сва остала оптерећења се занемарују.
(2) Гранични услови: У статичком стању, вертикално померање на оба краја цилиндра је ограничено, док је аксијално померање остављено слободно за израчунавање сопствене-деформације цилиндра. У машинском-затегнутом стању, аксијални и радијални помаци су ограничени на једном крају, док је вертикално померање ограничено, а радијално кретање је остављено слободним на другом крају, симулирајући услове оптерећења док је стегнут у машини.
3.4 Анализа коначних елемената деформације цилиндра
(1) Деформација у статичком стању: Гравитација се примењује на цилиндар, а анализа коначних елемената се користи за израчунавање деформације дуж Кс, И и З оса; детаљи су приказани на сликама 2 до 4.
Слика
Слика 2 Деформација цилиндра дуж Кс-осе у статичком стању
Слика
Слика 3 Деформација цилиндра дуж И-осе у статичком стању
Слика
Слика 4 Деформација цилиндра дуж З-осе у статичком стању
(2) Деформација у стегнутом стању машине-: Аксијална и радијална оптерећења се примењују на цилиндар, а анализа коначних елемената се користи за израчунавање деформације дуж Кс, И и З оса док су стегнуте у машини; детаљи су приказани на сликама 5 до 7. Слика
Слика 5: Деформација цилиндра дуж Кс-осе док је стегнут
Слика
Слика 6: Деформација цилиндра дуж И-осе док је стегнут
Слика
Слика 7: Деформација цилиндра дуж З-осе док је стегнут
Резултати анализе коначних елемената за модел цилиндра-и у његовом статичком стању и током стегнутог стања обраде{1}}су представљени у табели 1.
Табела 1: Резултати анализе коначних елемената за цилиндар под различитим условима (Јединица: мм)
Слика
Анализа података, поређење и проучавање довели су до следећих закључака: цилиндар испољава минималну деформацију у свом статичком стању, док се значајна локализована деформација јавља на оба краја цилиндра током процеса стегнуте обраде.
04
Подржите шему алата и процес верификације за танк{0}}цилиндар за прање руде са танким зидовима
4.1 Оптимизована шема алата
На основу карактеристика ниске{0}}крутности цилиндра, дизајнирана је нова шема алата за подршку (погледајте слике 8 и 9). Ова шема алата се састоји од сета од четири прстенаста носача постављена на мање крутим деловима унутрашњег зида цилиндра. Спољни пречник прстенастих носача је подесив како би се олакшала уградња, а алат је тежак 150 кг. Сваки прстенасти носач се састоји од три сегмента плоча у облику лука, спојних плоча, причвршћивача са вијцима и клинова. Суседни сегменти лука су спојени вијцима; спољни пречник се може локално подесити променом размака између прикључних рупа. Када се подеси, склоп се затегне помоћу клинова, а затим се у потпуности учврсти помоћу причвршћивача.
Слика
Слика 8: Алат за подршку цилиндра
Слика
Слика 9: Шема инсталације алата за подршку цилиндра
1-Подложна плоча 2-Крај задњег бата алата 3-Средиште задњег стожера
4-Алат за подупирање 5-Радни комад 6-Чељуст 7-Крај главе алата
Да би се осигурало да се цилиндар за прање руде са танким{0}}зинама не деформише током обраде, морају се предузети следеће мере:
1) Приликом заваривања цилиндра бланка, прстенасти потпорни алат је заварен на унутрашњи зид цилиндра; након процеса заваривања, цилиндар-заједно са прстенастим носачима-подвргава се-опуштању напона жарењу у пећи. Пошто је прстенасти носач заварен за тело цилиндра пре жарења, инхерентна крутост цилиндра је побољшана, чиме се спречава деформација током процеса-отпуштања напона жарења.
2) Четири подложне плоче су постављене на стезну главу на крају главе како би подржале чеону страну цилиндра, обезбеђујући да стезне чељусти хватају спољну површину цилиндра на траженој локацији. На унутрашњем зиду постављен је сет прстенастих носача директно насупрот контактних тачака између чељусти за стезање и спољашње површине цилиндра како би се спречила деформација изазвана силом стезања. Процесни блок је дизајниран за интерфејс између радног комада и центра задњег стожца; Пројектни захтеви за овај блок су били да његове спољне димензије морају да одговарају машинској обради централног отвора, а сам централни отвор је морао бити специфициран на основу централног угла машине алатке и масе радног предмета.
4.2 Процес верификације
Након имплементације наведених процесних мера, извршена је пробна обрада након стезања цилиндра на алатну машину. Индикатори са бројчаником су коришћени за проверу истрчавања цилиндра; утврђено је да је тачност поравнања мања од 1 мм, што у потпуности задовољава захтеве плана обраде. Ова тачност поравнања је у суштини била конзистентна са прецизношћу завареног празног цилиндра, потврђујући да је деформација током процеса стезања минимална. Процес обраде цилиндра и готова компонента приказани су на сликама 10 до 12.
Слике
Слика 10 Груба и завршна обрада цилиндра
Слика 11 Процесни блок на интерфејсу са центром алатне машине
Слика 12 Завршени цилиндар
Усвајањем оптимизоване шеме алата за подршку цилиндара, успешно је произведен цилиндар са танким{0}}зинама за машину за испирање руде. Инспекција је потврдила да сви параметри прецизности задовољавају спецификације цртежа. Оптимизована шема носача је потврђена у пракси, што је такође потврдило тачност резултата анализе коначних елемената (ФЕА) за цилиндар.
05
Закључак
Анализом коначних елемената, анализа крутости танког{0}}зидног цилиндра машине за испирање руде је подигнута са емпиријског, квалитативног приступа на квантитативни. Ово је ефективно побољшало квалитет дизајна производног процеса и резултирало оптимизованим решењем алата за подршку које је рационално, исплативо-и ефикасно. Практична верификација показује да овај приступ ефикасно смањује трошкове обраде и скраћује производне циклусе; пружа научну основу за производњу сличних производа и нуди вредну референцу за друге упоредиве артикле.
