掘進機伸縮保護筒加工工藝的研究

王學章

（潞安集團寺家莊有限責任公司，山西 晉中 030600）

1 掘進機伸縮保護筒概述

本文所研究掘進機的型號為EBZ160，該掘進機主要由截割頭、升降臂、導水管、截割臂等組成。截割部主要由截割主軸、伸縮內筒、伸縮外筒以及伸縮保護筒組成。在實際生產中，截割主軸、伸縮內筒、伸縮外筒均為主要承載機構，其質量不能輕易降低，而伸縮保護筒為設備的最外層保護部件，主要對截割部內部的各種精密零部件進行保護，不兼備承載功能。因此，可將掘進機伸縮保護筒設計為薄壁筒形結構，在減小掘進機截割部自重的同時，優化掘進機截割部的功率分配[2]。實際上，掘進機的伸縮保護筒的外型尺寸較大。伸縮保護筒的左端直徑為470 mm，右端直徑為520 mm，保護筒的長度為1 000 mm，左右兩側孔的同軸度要求最小為0.05 mm，工件表面的粗糙度不得大于3.2。總的來講，在保證伸縮保護筒壁薄的同時，該工件另一加工難點為兩側孔同軸度的保證。

2 伸縮保護筒加工工藝的確定

伸縮保護筒加工工藝主要對毛坯形式和余量進行確定，對整個加工工藝進行設計以及對后續的熱處理工藝進行設計。

2.1 伸縮保護筒毛坯形式的確定

伸縮保護筒在加工之前其由三部分采用坡口焊接工藝焊接而成的組件，包括有保護筒本體、前座和右擋板，其具體結構形式如圖1 所示。

圖1 伸縮保護筒加工毛坯件結構簡圖

在對上述毛坯組件進行加工之前，需對其關鍵尺寸進行核對，包括左右兩端孔的直徑、保護筒的圓柱度和同軸度等。根據測量結果確定加工余量。

一般情況下，焊接而成的保護筒加工毛坯組件的表面粗糙度為100，需按照粗糙度為3.2的要求對其表面進行加工。成品保護筒左右兩端的直徑分別為470 mm 和520 mm，經測量毛坯組件左右兩端孔的直徑分別為471.9 mm 和521.9 mm。對加工毛坯組件圓柱度和同軸度進行測量可知，該兩項參數的加工余量為3 mm。此外，毛坯組件加工時需對其進行裝夾，在實際定位裝夾過程中，通常情況下的累計誤差為1 mm。

綜上所述，焊接所得加工毛坯件的綜合同軸度要求和成品關鍵尺寸為470 mm 和520 mm。確定該加工毛坯件的加工余量為6 mm。

2.2 加工工藝路線的設計

加工工藝路線的確定需綜合伸縮保護筒的加工精度、加工性、生產批量和生產節拍以及加工常的加工能力制定。

1）加工精度：包括有尺寸精度、形狀精度和位置精度。其中，尺寸精度對應的標準公差等級分為20級，伸縮筒兩端直徑的公差為H8；形狀精度為形狀公差等級分為12 級；伸縮筒的形狀精度為圓度，其對應的圓度值為0.02 mm；位置精度對應的位置公差等級分為12 級，伸縮筒的位置精度為伸縮筒，其對應的同軸度為0.08 mm。

2）零件加工性指毛坯零件加工為成品的難易程度，其主要與毛坯零件的物理機械性能（硬度、強度、塑性、韌性以及導熱系數等）、毛坯零件的合金元素的含量以及加工工藝等相關。其中，毛坯零件的硬度越大對應的加工性越差，強度越高對應的加工性也越低，塑性越大對應的加工性越低等[3]。

3）生產批量大時一般采用先進的加工方法，小批量生產時采用通用或常規的加工方法即可。結合掘進機在煤礦生產的應用需求，其對應伸縮保護筒采用經濟批量生產法即可。

4）針對掘進機伸縮保護筒的加工主要采用鏜床完成。目前，寺家莊有限責任公司擁有數控雙面銑鏜床、數控臥式銑鏜床、龍門銑鏜床以及數顯臥式銑鏜床等多種類型，可滿足各種生產需求[4]。

綜合上述四方面的因素，最終確定加工工藝路線如下：組立電焊—去應力退火—打壓—粗鏜、精鏜—鉆孔。按照上述工藝路線加工完成后，為提升整個零件的性能還需對其進行熱處理，對應的熱處理工序為：加熱—保溫—爐冷—空冷。其中，采用臺車式爐將加工好的零件在240～260 min 內加熱至550～650 ℃，加熱至預期溫度后保溫210～280 min；而后在臺車式爐內按照50℃/h的速度將零件冷卻至300 ℃后空冷。

3 零件變形的消除措施

鑒于掘進機伸縮保護筒屬于薄壁筒件，其在加工過程中尤其容易變形。因此，在實際加工過程中應采取相應的措施預防伸縮保護筒的變形，具體如下：

1）采用伸縮保護筒整體加工理念，保證零件的整體剛性，避免薄壁零件的變形；

2）選用特殊的加工工具對伸縮保護筒的薄壁筒進行加工，在此案例中采用數控對頭鏜床對伸縮保護筒兩端進行同時加工，從而解決了對伸縮保護筒單側加工時出現的軸線偏移問題；

3）采用多種加工工藝相結合的方式，著重對切削用量和切削路徑進行優化，使得零件的變形達到最小；

4）對毛坯零件加工過程中容易變形的位置采用特殊的工裝進行裝夾，對容易變形的位置進行適當的支撐，通過特殊工裝定點、定位達到薄壁筒變形減小的問題[5]。

4 結語

掘進機作為綜采工作面的采掘關鍵設備之一，在實際應用中由于設備自重、波動交變載荷的影響導致其受力情況復雜。尤其是由于掘進機自身重量太大導致其機體本身承受的載荷過大。因此，可適當地減小掘進機的自重以提高掘進效率和安全性。本文針對掘進機截割伸縮保護筒不承受載荷的特征，可將其加工成薄壁筒降低截割部自重，并制定組立電焊—去應力退火—打壓—粗鏜、精鏜—鉆孔和熱處理工藝路線。