Щитовая машина — это тип инженерной техники, специально используемой для проходки туннелей. Ее уплотнительные кольца вместе с другими вспомогательными уплотнениями (такими как полиуретановые стопорные кольца и нитриловые резиновые уплотнительные кольца) образуют полную уплотнительную систему.
Эта система герметизации гарантирует, что земляной бункер щитовой машины останется свободным от шлаков и грунтовых вод.
Он также обеспечивает герметизацию и смазку главного привода, помогая продлить срок службы главного подшипника.
В главном приводе и корпусе щита щитовой машины имеются кольца, среди которых главный привод имеет наибольшее количество спецификаций и типов колец.
Кольца в главном приводе в основном делятся на уплотнительные кольца, изоляционные кольца, компрессионные кольца, лабиринтные кольца, соединительные кольца и т. д. в соответствии с их функциями.
Использование металлических колец позволяет максимально увеличить несущую способность всей системы уплотнения главного привода.
Это один из ключевых факторов обеспечения нормальной работы буровых установок щитового типа большого диаметра и даже сверхбольшого диаметра.
Роль металлических колец в несущей способности
Если взять в качестве примера уплотнительные кольца главного привода щитовой машины большого диаметра, то отношение диаметра к толщине каждого кольца превышает 150, что является чрезвычайно типичным тонкостенным кольцом.
В процессе обработки зажим заготовки, позиционирование, перемещение и выбор технологических маршрутов оказывают большое влияние на деформацию заготовки и точность обработки.
Особенно при обработке тонкостенных колец большого диаметра сложнее контролировать допуски размеров и деформации заготовки, что напрямую влияет на сборку главного привода.
В данной работе в качестве примера рассматривается уплотнительное кольцо тоннелепроходческого комбайна. Анализируется процесс обработки тонкостенных кольцевых деталей большого диаметра.
Предложен комплекс экономичных и реализуемых программ обработки.
Эти программы разработаны с целью удовлетворения требований к сборке деталей и снижения производственных затрат.
Модель деталей
Для примера рассмотрим туннелепроходческий станок с тонкостенным кольцом А, материал заготовки — 42CrMo.
Внешний диаметр заготовки 1102 мм, внутренний диаметр 1062 мм, общая высота 32 мм, а также ее эскиз поперечного сечения показаны на рисунке 1.
Процесс обработки тонкостенных колец большого диаметра
Трудность в обработка тонкостенных колец большого диаметра заключается в выравнивании зажима и контроле напряжений при обработке, особенно когда это реализовано с помощью эффективного и недорогого решения.
Очень сложно реализовать обработку тонкостенных колец большого или даже сверхбольшого диаметра с высокой степенью обобщения и недорогим решением.
В данной работе высокое качество обработки тонкостенных колец достигается за счет контроля зажима, центрирования и деформации обработки колец.
В качестве примера рассмотрим обработку тонкостенного кольца А на рис. 1.
Кольцо А имеет выступающий с одного конца язычковый профиль, что неблагоприятно для обработки обычным зажимом, а если проектировать и изготавливать специальную оснастку, то она требует слишком много спецификаций.
В главном приводе щитовой машины обычно имеется от 1 до 5 колец, имеющих схожую конструкцию и такие же внутренние и внешние диаметры, как и кольцо А.
Количество тонкостенных колец данного типа зависит от геологических условий расположения щитовой машины.
Исходя из указанной проблемы и формы детали, принят метод многоэлементной разгрузки.
При этом методе несколько тонкостенных колец с одинаковым внутренним и наружным диаметрами прокатываются и выгружаются одновременно.
Кроме того, к необходимому количеству колец добавляется еще одна деталь.
Высота заготовки для этого дополнительного кольца должна быть предпочтительно в два раза больше толщины кольца.
Как показано на рисунке 2, после завершения обработки материала основные этапы следующие:
(1) Безопасная токарная обработка и ручной процесс разделения заготовок
Отдельно от поверхности внутреннего круга и внешнего круга отверните заготовку; отворачивая, старайтесь не отворачивать заготовку напрямую, в радиальном направлении остается остаток 3 мм, прекратите поворот, вручную отделите заготовку.
По такому же способу обработки других деталей колец оставшуюся заготовку можно использовать в качестве запасных частей или сделать имитационную заготовку, после обработки для набивки язычка тонкостенных деталей колец.
(2) Инструкции по зажиму и обработке торцов кольца A
Очистите рабочий стол, поверните кольцо А, по крайней мере, 8 равномерно распределенных прижимных пластин будут зажаты на рабочем столе, найдите внешнюю окружность заготовки, торцевая поверхность автомобиля вся плоская (кольцо вырезано из заготовки, обе торцевые поверхности видны на свету).
(3) Точение канавки внутреннего кольца с радиальным допуском 2 мм
Прижмите заготовку с внешнего круга, обработайте внутренний круг по размеру, обточите канавку внутреннего кольца, оставив запас радиуса 2 мм;
Черновая обточка торцевой поверхности ступеньки (рисунок 3), скос точения, оставляя припуск 2 мм; черновая обточка внутренней окружности в размер, оставляя припуск 2 мм.
(4) Повторная фиксация и окончательная обработка состаренных заготовок
После обработки старением заготовки, закрепить и выпрямить заготовку на станке в соответствии с вышеприведенными шагами. Получистовая токарная обработка, чистовая токарная обработка торца в размер;
Получистовая токарная обработка, чистовая токарная обработка торцевой поверхности ступени и скошенной поверхности в размер; обратите внимание на соблюдение требований к шероховатости поверхности; черновая и чистовая токарная обработка внутренней окружности и кольцевой канавки в размер.
(5) Обработка отверстий и фрезерование скошенных кромок для кольца A
Кольцо А имеет резьбовые отверстия или легкие отверстия в окружном направлении. Обработать отверстия в соответствии с требованиями чертежа.
Фрезой диаметром 10 мм отфрезеруйте скошенный край ступеньки. Затем просверлите отверстия.
(6) Переворачивание и прецизионная обработка кольцевой заготовки с использованием специального инструмента
Переверните заготовку с помощью специального токарного инструмента, предназначенного для кольцевых деталей. Поместите заготовку на блок такой же высоты, который можно сделать из подручного материала, например, из покрышек.
Откорректируйте внутреннюю круглую поверхность заготовки. Прижмите заготовку снаружи.
Черновая и чистовая обточка торца до необходимого размера толщины. Черновая и чистовая обточка гребня, уступа и фаски до заданных размеров.
(7) Токарная обработка и контроль допусков тонкостенных колец с использованием специальных приспособлений
Нажмите на заготовку с внутренней стороны, а затем ослабьте внешнюю прижимную пластину. Сначала нажмите на одну сторону заготовки, а затем ослабьте другую сторону.
Продолжайте получистовую обработку. Далее выполните окончательную обработку внешнего круга до указанного размера.
Затем выполните чистовую обработку канавки наружного кольца до окончательного размера. Наконец, выполните черновую и чистовую обработку язычка до достижения требуемого размера.
Необходимо уделять пристальное внимание процессу обработки, чтобы гарантировать соблюдение требований по допускам формы и положения.
Во время токарный процессПри этом следует свести к минимуму степень контакта инструмента с поверхностью и скорость подачи.
Это помогает предотвратить деформацию заготовки. Схема процесса обработки показана на рисунке 3.
Зажим и центрирование тонкостенных колец без добавления крупногабаритного специального оборудования реализуются путем разработки небольших зажимных приспособлений и шинных колодок.
В процессе обработки черновая и чистовая обработка выполняются раздельно.
Заготовка ослабляется и проходит обработку старением между черновой и чистовой обработкой. Этот процесс помогает снять напряжение обработки, накопленное во время черновой обработки.
Для деталей с особо высокими требованиями к точности применяется вибрационное старение, позволяющее более эффективно снимать остаточные напряжения.
Принципы последовательности операций обработки в зависимости от размера заготовки
В сочетании с характеристиками внешних размеров заготовки, скорректируйте последовательность обработки формы детали, основными принципами являются:
(1) зажим максимально возможного размера в соответствии с чертежами, требуемая обработка на месте.
Уменьшение количества зажимов может значительно исключить несовпадение опорных точек зажима с ошибками обработки, вызванными.
(2) для соосности, перпендикулярности требований размера, насколько это возможно, в том же самом зажиме завершено.
В процессе работы инструмента при формировании внешних размеров можно максимально обеспечить его соосность, перпендикулярность.
(3) Легко зажимать торцевую поверхность в первую очередь для финишной обработки.
Рисунки на контуре морфологии более умеренных изменений в конце приоритета для отделки, легко переворачиваются как другой конец стабильного финишного эталона.
В зависимости от особенностей формы кольца и классификации материалов, кольца со схожими характеристиками обрабатываются с использованием одних и тех же обрабатывающих приспособлений. Пример таких случаев полевой обработки показан на рисунке 4.
Программа снятия напряжений для тонкостенных колец большого диаметра
После завершения черновой обработки детали продолжают подвергать вибрационному старению или естественному старению, а также отжигу для снятия напряжений, если позволяют условия, чтобы достичь цели стабилизации размера.
После старения деталь подвергается финишной обработке.
В реальной обработке на месте эффект отжига для снятия напряжений намного больше, чем эффект вибрационного старения. Вибрационное старение было разработано на основе «метода релаксации молотком» (ударного старения).
В процессе вибрационного старения к детали применяется периодическая динамическая нагрузка.
Это динамическое напряжение накладывается на остаточное напряжение, уже присутствующее в материале.
Когда суммарное напряжение достигает предела текучести материала, компонент начинает резонировать.
Этот резонанс приводит к локальной пластической деформации внутри компонента.
Эта пластическая деформация обычно сначала появляется в области с наибольшим остаточным напряжением.
Это способствует расслаблению и снятию остаточного напряжения в этой области.
В результате стабилизируется размер заготовки, что позволяет устранить остаточные напряжения.
Однако остаточные напряжения, снимаемые вибрационным старением, ограничены. Для тонкостенных кольцевых деталей применение отжига для снятия напряжений оказывает хорошее влияние на стабилизацию размеров деталей.
В то же время перед финишной обработкой к кольцу применяется ультразвуковое воздействие Hauckner.
Такое высокочастотное вибрационное воздействие способствует снятию остаточных напряжений, присутствующих в заготовке.
Кроме того, он преобразует растягивающее напряженное состояние на поверхности заготовки в сжимающее напряженное состояние.
Программа токарной обработки тонкостенных колец большого диаметра
На практике заготовку с хорошей жесткостью обычно транспортируют непосредственно на передвижной тележке и поворачивают в воздухе.
Оборудование для проходки тоннелей имеет диаметр уплотнительного кольца 3 ~ 7 м, соотношение диаметра к толщине превышает 150 и имеет сложную конструкцию.
Их необходимо часто переворачивать во время обработки, а сами детали имеют низкую жесткость. Традиционный метод токарной обработки очень легко может вызвать деформацию заготовки.
Существующие подъемные инструменты выполняют только функцию подъема и не могут одновременно выполнять функцию поворота и транспортировки на большие расстояния.
Для плоского подъема тонкостенных колец можно использовать строп. Однако, если необходимо перевернуть заготовку, следует применять вспомогательный инструмент.
В противном случае заготовка может деформироваться из-за напряжений, возникающих в процессе обточки.
Заготовка диск
При этом необходимо учитывать и условия хранения заготовки после обработки.
Для переворачивания готовых тонкостенных колец тонкостенные кольца большого диаметра обычно закрепляют с помощью опорных пластин колец.
Переворачивание, горизонтальный подъем и вертикальный подъем тонкостенных колец осуществляются с помощью подъемных проушин, расположенных в разных местах.
Этот метод эффективно предотвращает деформацию тонкостенных колец, которая может быть вызвана неравномерной силой в процессе подъема (рис. 5).
Рациональная конструкция сокращает количество приспособлений для кантовки тонкостенных колец большого диаметра и облегчает транспортировку колец на большие расстояния.
Заключение
В данной работе подробно рассматривается процесс обработки тонкостенных деталей щитовых уплотнений большого диаметра, склонных к деформации.
Оптимизация и улучшение осуществляются по нескольким аспектам, включая зажим, позиционирование, передачу и выбор технологических маршрутов.
Кроме того, разрабатываются специальные приспособления, зажимные приспособления и поворотные инструменты для повышения стабильности и точности обработки.
После обработки с помощью программы обработки, предложенной в данной статье, размер обработки уплотнительного кольца соответствует требованиям сборки, и проблем с ремонтом не возникает.
С точки зрения всего жизненного цикла изделия использование данной программы позволяет реализовать малозатратную обработку деталей и повысить эффективность обработки.
FAQ:
Уплотнительные кольца в щитовых машинах являются важнейшими компонентами, предотвращающими попадание грунта и грунтовых вод в силосную яму. Они также обеспечивают герметизацию и смазку главного привода, напрямую влияя на срок службы и эксплуатационную надежность главного подшипника.
Металлические кольца значительно повышают несущую способность системы герметизации главного привода. Это необходимо для обеспечения стабильного и непрерывного бурения щитовых установок большого и сверхбольшого диаметра.
Основные проблемы включают контроль деформации при зажиме, обеспечение точности обработки и управление остаточными напряжениями. Эти проблемы возникают из-за большого соотношения диаметра к толщине колец, что делает их склонными к короблению и размерной нестабильности.
Зажим осуществляется с помощью небольших специальных приспособлений и шинных накладок, чтобы избежать деформации. Заготовки точно центрируются, а несколько тонкостенных колец часто обрабатываются вместе, уложенными друг на друга, для повышения стабильности обработки.
Такие материалы, как 42CrMo легированная сталь Они используются благодаря своей превосходной прочности, вязкости и обрабатываемости. Эти свойства помогают поддерживать жёсткие допуски и предотвращать преждевременный износ или выход из строя при высоких эксплуатационных нагрузках.
Методы снятия стресса включают в себя: вибрационное старение, естественное старение и отжиг для снятия напряжений. Среди них отжиг является наиболее эффективным способом стабилизации размеров за счет снятия остаточных напряжений, возникающих при обработке, особенно в высокоточных деталях.
Ультразвуковая ударная обработка применяется перед чистовой обработкой для снятия остаточных напряжений на поверхности и преобразования растягивающего напряжения в полезное сжимающее напряжение, что повышает размерную стабильность и усталостную прочность уплотнительных колец.
Этапы обработки выстроены таким образом, чтобы минимизировать количество операций зажима и обработать как можно больше деталей за один установ. Коаксиальные и перпендикулярные детали обрабатываются в одном и том же зажиме, а финишная обработка приоритетна на легкодоступных поверхностях.
Переворачивание производится с помощью специальные подъемные проушины и кольцевые опорные пластины Равномерное распределение усилий. Этот метод предотвращает деформацию, вызванную неправильным подъёмом при транспортировке или перестановке в мастерской.
Оптимизированный процесс обработки снижает деформацию, обеспечивает высокую точность и соответствует требованиям сборки без необходимости доработки. Он также снижает производственные затраты за счёт использования общего инструмента, оптимизированных рабочих процессов и эффективных методов снятия напряжений.
