段秋華

1洛陽礦山機械工程設(shè)計研究院有限責(zé)任公司河南洛陽 471039

2礦山重型裝備國家重點實驗室 河南洛陽 471039

筒 體是礦用磨機的核心零件，大部分磨機筒體需要廠內(nèi)掛膠，以減緩介質(zhì)對筒體的沖擊和礦漿對筒體的腐蝕[1]。為避免掛膠區(qū)域在加工過程中產(chǎn)生銹蝕而影響掛膠效果，現(xiàn)有工藝要求掛膠前對筒體進(jìn)行 2 次噴丸、除銹。而一般筒體規(guī)格約為 7.5 m×3.8 m，除銹面積約為 104 m2，現(xiàn)有工藝的人工和運輸成本高，制造成本較高。筆者采用激光除銹技術(shù)，在筒體掛膠前優(yōu)化表面處理工藝，取消了第 2 次噴丸和筒體加工面的工裝保護(hù)工序。

1 激光除銹技術(shù)

激光除銹[2]是一種新除銹技術(shù)，采用高峰值功率的激光照射銹蝕部位、銹層，基體吸收激光能量后溫度急劇升高，進(jìn)而產(chǎn)生一系列物理效應(yīng)，如膨松、氣化、熱沖擊與熱振動、聲波震碎等，最終使得銹蝕與基體脫離，實現(xiàn)除銹。當(dāng)工件表面污染物吸收激光能量后，快速氣化或瞬間受熱膨脹，克服污染物與基體表面之間的作用力，由于受熱能量升高，污染物粒子振動后從基體表面脫落。激光除銹工作原理如圖 1 所示。

與傳統(tǒng)除銹方式相比，激光除銹技術(shù)具有以下特點：

(1) 可以遠(yuǎn)程除銹，且不與工件直接接觸，不會對工件造成物理損壞，保持工件表面原有的粗糙度；

(2) 可以準(zhǔn)確定位除銹部位，不受工件表面形貌限制，不需要工裝保護(hù)，能夠清洗任何激光輻射到的地方；

(3) 無需轉(zhuǎn)運，不需要密閉空間，可以就地處理；

(4) 可使污染物直接氣化，不會產(chǎn)生大量粉塵，且在清洗過程中只消耗電能，使用成本較低。

2 試驗驗證

基于第 1 節(jié)所述原理，采用激光除銹對掛膠表面進(jìn)行除銹處理，替代第 2 次噴丸工序，對掛膠前表面處理工藝進(jìn)行優(yōu)化。

采用優(yōu)化后的工藝方法制作試板，對試板進(jìn)行掛膠、剝離試驗，驗證掛膠效果。試驗過程如下。

(1) 制作試板 2 件，尺寸為 400 mm×25 mm×6 mm，均進(jìn)行噴丸處理。試板原始狀態(tài)如圖 2 所示。

(2) 模擬試驗生產(chǎn)工況，將試板在容易銹蝕環(huán)境中放置與實際生產(chǎn)周期等同的時間。此時，試板表面將有不同程度的銹蝕，試板銹蝕狀態(tài)如圖 3 所示。

(3) 采用激光除銹設(shè)備對銹蝕的試板表面進(jìn)行除銹，將試板表面銹蝕完全清除。經(jīng)過與樣塊對比，如圖 4 所示，除銹質(zhì)量達(dá)到 Sa2.5 級，滿足磨機筒體掛膠表面質(zhì)量要求。

(4) 將激光除銹后的試板表面涂刷底涂膠，然后切割成尺寸為 60 mm×25 mm×6 mm 的試板，編號分別為 A1～ A6，B1～ B6。

(5) 準(zhǔn)備對應(yīng)尺寸橡膠，對橡膠粘接面進(jìn)行打磨處理，分別對 12 塊試板進(jìn)行掛膠操作，如圖 5 所示。

(6) 待膠完全固化后，將試板分為 2 組，試板 A1～A6在掛膠 48 h 后進(jìn)行剝離試驗，試板 B1～ B6在掛膠72 h 后進(jìn)行剝離試驗。試驗過程如圖 6 所示，試驗結(jié)果分別如表 1、2 所列。

根據(jù) BS 6374-5—1985《橡膠襯墊規(guī)范》要求，室溫下自硫化的橡膠，最低可接受的剝離強度為 2.7 kN/m。從表 1、2 試驗結(jié)果可以看出，2 組試板的剝離強度均滿足規(guī)范要求，并且隨著掛膠時間的增加，剝離強度越來越高，這說明優(yōu)化工藝是可行的。

表1 掛膠 48 h 后剝離試驗結(jié)果

3 磨機筒體掛膠表面處理工藝優(yōu)化

現(xiàn)行的磨機筒體表面處理工藝流程如圖 7 所示，從圖 7 可以看出，筒體需要進(jìn)行 2 次噴丸除銹。第 2次噴丸時，需要對加工面進(jìn)行防護(hù)，防護(hù)后的工件運輸至金構(gòu)車間對掛膠區(qū)域進(jìn)行除銹，再返回加工車間進(jìn)行掛膠。上述表面處理方式人工成本和運輸成本高，噴丸室的使用對環(huán)境有一定的影響，且成本較高。

表2 掛膠 72 h 后剝離試驗結(jié)果

優(yōu)化后的工藝流程及效果如下。

(1) 工藝優(yōu)化后，將 2 次噴丸改為了 1 次噴丸，減少了 1 次噴丸工序和對零件加工面的工裝保護(hù)。噴丸時，對筒體內(nèi)外表面均噴丸。根據(jù)試板試驗，噴丸后表面極易銹蝕，若不采用任何措施，加工過程中裸露在外的掛膠表面會出現(xiàn)嚴(yán)重銹蝕，增加激光除銹設(shè)備的負(fù)荷，減少設(shè)備使用壽命；掛膠表面涂抹防銹油后，銹蝕程度減緩。掛膠前去除防銹油，采用激光除銹技術(shù)去除表面浮銹。優(yōu)化后的工藝流程如圖 8 所示。

(2) 工藝優(yōu)化后，縮短了工藝流程，降低了噴丸成本，減輕了噴丸室負(fù)荷，提高了生產(chǎn)效率，節(jié)省了零件的防護(hù)、轉(zhuǎn)運等成本，并且不需要轉(zhuǎn)運零部件，對除銹場地?zé)o特殊要求。

4 成本分析

將優(yōu)化后的工藝應(yīng)用到某規(guī)格磨機筒體上，筒體掛膠表面除銹過程如圖 9 所示。對工藝優(yōu)化前后的掛膠流程成本進(jìn)行分析，結(jié)果如表 3 所列。

表3 工藝優(yōu)化前后掛膠流程成本分析 元

由表 3 可以看出，工藝優(yōu)化后的掛膠流程總費用僅為優(yōu)化前的 43.5% 左右，掛膠流程費用大大降低，且激光除銹設(shè)備不受場地制約，施工便捷，安全環(huán)保。

5 結(jié)語

與優(yōu)化前的工藝流程相比，采用激光除銹方式進(jìn)行掛膠前表面處理，除銹效率高、成本低、節(jié)能環(huán)保，對于提高磨機筒體掛膠表面處理效率具有重要意義。