（机械工程专业论文）开炼机辊筒工艺与装备研究.pdf

学位据集i 嬲燃料 中图分类号 t h l 6 学科分类号 4 6 0 论文编号 l0 0 1 0 2 0 1 0 9 0 0 8 密级公开 学位授予单位代码 1 0 0 1 0 学位授予单位名称北京化工大学 作者姓名霍田家学号 2 0 0 7 0 3 9 0 0 8 获学位专业名称机械工程获学位专业代码 4 6 0 课题来源自选项目研究方向橡塑机械 论文题目开炼机辊筒工艺与装备研究 关键词 开炼机，辊筒铸造，内热系统，工艺改造 论文答辩日期2 0 1 1 年5 月3 0 日论文类型应用研究 学位论文评阅及答辩委员会情况 姓名职称 工作单位学科专长 指导教师 张连凯 副教授北京化工大学 评阅人1 侯俊达高工华电抗磨有限公司 评阅人2 李方俊 副教授北京化工大学 评阅人3刘志国教授北师大高新所 评阅人4 评阅人5 答辩委员会主席 王奎升 教授北京化工大学 中国石化工程建设 答辩委员1张迎恺高工 公司 答辩委员2钱才富教授北京化工大学 答辩委员3 答辩委员4 答辩委员5 注：一论文类型：1 基础研究2 应用研究3 开发研究4 其它 二中图分类号在中国图书资料分类法查询。 三学科分类号在中华人民共和国国家标准( g b t 13 7 4 5 9 ) 学科分类与代码中查询。 四论文编号由单位代码和年份及学号的后四位组成。 摘要 开炼机辊筒工艺与装备研究 摘要 随着全球橡胶工业的发展，尤其是轮胎工业处于井喷状态，带动 了橡胶加工技术和机械的进展。在炼胶工艺过程中，开炼机仍然占据 着重要位置。 辊筒是开炼机的关键零件，辊筒的制造加工工艺将直接影响到开 炼机工作状态和寿命，也是辊筒产品成本构成的重要因素，直接影响 到企业的市场份额和经济效益。 针对开炼机辊筒的使用特点，选取了经济实用的铸造工艺，并筛 选出了合理的铸造合金配方，对冷硬铸铁的白口层硬度和深度进行控 制，提高了铸造辊筒的质量和成品率。 根据开炼机冷硬铸铁辊筒毛坯特点和加工需要，采用超细晶粒硬 质合金刀具切削工艺，并使用圆弧形车刀来降低刀具磨损对加工质量 所带来的影响，保证了加工几何精度和表面质量。 考虑到开炼机辊筒的加热方式，采用摆动式可调镗刀解决了内热 式辊筒内腔加工问题；同时采用双面钻孔工艺配合分度盘随行夹具、 钻孔专用工艺装备，实现了对钻孔辊筒的加工。 辊面加工是开炼机辊筒重要工序，在满足中高度和表面质量技术 要求前提下，采用由普通轧辊磨床粗磨再数控磨床精磨工艺，既保证 了加工质量，由节约了加工成本。 北京化工大学工程硕上学位论文 通过工艺措施和专用技术装备的改造，提升了所在单位的加工技 术和工艺装备水平，为更好地参与国内和国际橡胶机械市场竞争奠定 了坚实的基础，给企业创造了良好的经济和社会效益。 关键词：开炼机，辊筒铸造，内热系统，工艺改造 r e a s e r ch a st h ed e v e l o b l o o m i n gt i r e si n d u s t r mm b b e rp r o c e s st e c h n i q u ea 1 1 dm a c h i n eg o tm o r e i m p r o v e d h o w e v e r ，o p e nm i l li sm e o n eo fm o s ti m p o n a n td e v i c e si nt h e m b i b e rp r o c e s s r o l l e ri st h ek e y - p a no no p e nm i l l ，m eo p e r a t i o na n dl i f e t i m eo f m i l l ， s t m c t u r eo fp r o d u c t c o s t ，e v e n ， m a r k e ta n ds a l e si sa h e c t e d b y m a n u f a c t u r ep r o c e s so fr o l l e rd i r e c t l y a c c o r d i n gt o 印p l i c a t i o no f r o l l e ro nm i l l ，e c o n o m i c a la n dp r a c t i c a l c a s t i n gp r o c e s sh a sb e e ns e l e c t e d ， r e a s o n a b l ea 1 1 0 yf o m u l ah a sb e e n c h o s e n ，d 印t ha n dh a r d n e s so fc h i u i n gl a y e ri nc h i u e dc a s ti r o nh a sb e e n c o n t r o l l e d ，a n dt h ey i e l da n dq u a l i t yo fc a s t i n gr o l l e rg e ti i l l p r o v e d a c c o r d i n gt om a n u f a c t u r er e q u i r e m e ma n dr o u g h c a s tc h a r a c t e r so f c h i l l e dc a s ti r o nr 0 1 1 e ro nm i l l ，u l t r af i n eg r a i nh a r da l l o yc u t t e ri sr e q u i r e d t br e d u c et h ei m p a c to ft o o lw e a ro np r o c e s s i n gq u a l i t ya n de n s u r e p r o c e s s i n gg e o m e t 哆a c c u r a c ya n ds u r f a c eq u a l i t y c o n s i d e r i n gt h eh e a t i n gt y p eo fr o l l e ri nm i l l ，c h a m b e r i n gf o rr o l l e r t u b eh e a ti sg e ts o l v e db yu s i n gs w i n ga d j u s t a b l eb o r i n gt 0 0 1 t or e a l i z e t h e ( 1 r i l l i n go nr o n e r d o u b l ed r i l l i n gp r o c e s s ，i n d e x i n gp l a t es e t t e ra n d d r i n i n gs p e c i a ld e v i c ea r eu s e d 北京化工大学工程硕士学位论文 s u a c ep r o c e s si sa ni i i l p o r t a n ts t e pf o rr o l l e rm a n u f a c m r e t bm e e t t h er e q u i r e i n e mo fc a m b e ra n ds u r eq u a l i 以r o l l e ri sc o a r s eg r i n d e db y g e n e r a lr o l l e rg m d e rf i r s t l y ，t h e n ，i ti s r e f ；i n e db yc n cg 血d 既t l l o u g h t h e s e ，p r o c e s sq u a l i t yw i l lb eg u a r a n t e e da n d c o s tw i l lb er e d u c e d b yt r a n s f o m a t i o no fp r o c e s sm e a s u r e s ，t e c h n o l o g ya n de q u i p m e n t ， t h ec o m p a n y sp r o c e s s i n gt e c l 1 0 l o g ya n dt e c h n o l o g i c a le q u i p m e n th a s b e e ni l n p r o v e d ，as 0 1 i df o u n d a t i o nh a sb e e nl a i df o rb e t t e rp a r t i c i p a t i n gi n d o m e s t i ca n di n t e rn a t i o n a lm b b e rm a c h i n e 拶m a r k e tc o m p e t i t i o n ，t h e g o o de c o n o m i ca n ds o c i a lb e n e f i t sh a sb e e nc r e a t ef o re n t e 巾r i s e s k e y w o i i s ：o p e nm i l l ，r o l l e rc a s t i n g ，i n t e m a lh e a t i n gs y s t 锄，p r o c e s s m o d i f i c a t i o n 目录 目录 第一章绪论l 1 1 世界橡胶消费情况1 1 2 世界橡胶机械现状2 1 - 3 橡胶开炼机现状5 1 4 开炼机辊筒工艺存在的问题8 1 5 ，j 、结9 第二章开炼机辊筒铸造工艺研究1 l 2 1 辊筒铸造技术与发展1 1 2 2 开炼机辊筒铸造工艺分析1 7 2 3 辊筒铸造化学成分研究2 2 2 4 辊筒铸造工艺试验2 4 2 5 j 、结2 7 第三章辊筒车削工艺研究2 9 3 1 辊面加工刀具研究2 9 3 2 辊筒加工精度分析3 1 3 3 辊面加工装夹研究3 3 3 4 辊面加工工艺试验3 5 3 5 j 、结4 3 第四章辊筒换热系统加工研究 4 5 4 1 内换热式辊简结构工艺分析4 5 4 2 摆动可调镗刀研究4 7 4 3 钻孔辊工艺分析5 l 4 4 钻孔辊工艺与装备研究5 2 4 5 j 、结5 9 第五章环保节能与技术经济分析6 1 v 北京化工人学工程硕十学位论文 5 1 辊筒工艺环保节能分析6 1 5 2 辊筒工艺技术经济分析6 2 第六章总结6 3 参考文献6 5 致谢6 8 v i c o n t e n t s c o n t e n t s c h a p t e r li n t r o d u c t i o n 1 1 1 w b 订d s 劬b e rc o n s u m p t i o n 1 1 2d e v e l o p m e n to f t h ew o r l d sm b b e r m a c h i n e 巧2 1 3s t a m so f m b b e ro p e nm i l l 5 1 4t e c h n o l o g yp m b l 锄si nr o l l e fm i l lp f o c e s s i n g 8 1 5s a r y 9 c h a p t e r 2r o l l e rc a s t i n gp r o c e s sf o r r o l l e ro no p e nm i u 1 l 2 1r o l l e rc a s t i n gt e c h n 0 1 0 9 ya r l dd e v e l o p m e n t 1 1 2 2r o l l e rc a s t i n gp r o c e s sf o ro p e n “l l 1 7 2 3c h e m i c a lc o n s t i t u e n t so f c a s t i n gr o l l e r 2 2 2 4r o l l e rc a s t i n gp r o c e s st e s t 2 4 2 5s u m m a r y 2 7 c h a p t e r 3s t u d y o nr o u e rt u r n i n gp r o c e s s 2 9 3 1m a c h i n i n gt o o l sf o rm er o l l e rs u r f a c em a i l u f a c t u r e 2 9 3 2m 锄u f a c t u r ep r e c i s i o no f r o l l e r 3 1 3 3c l a l l l p sf o rm er 0 1 l e rs u r f a c em a n u f a 啪3 3 3 4p r o c e s st e s tf o r l e r o l l e rs u 渤c e m 删f a c l = l l r e 3 5 3 5s u m 瑚a r y 4 3 c h a p t e r 4m a n u f a c t l i r e o fr o u e r sh e a te x c h a n g es y s t e m 4 5 4 1s t m c t u r eo f r o l l e r h e a te x d l a n g e di n s i d e 4 5 4 2a d j u s t a b l es w i n g - t ) ，p e b 耐n gc u t 旧4 7 4 3p r o c e s sa i l a l v s i so f d r i u e dr o l l e r 5 1 4 4a s s e m b l ya 1 1 dp r o c e s so fd l - i l l e dr 0 1 l e r 5 2 4 5s u m m a r v 5 9 c h a p t e r 5g r e e ne n e r g ya n dt e c h n o l o g ye c o n o m i ca n a l y s i s 6 l v l i 北京化工大学工程硕十学位论文 5 1 骶e i l 髓e r g ya i l a l y s i so f r o l l e r p r o c e s s 6 1 5 2t e c h n o l o g ye c o n o m i ca i l a l y s i so f r o l l e rp r o c e s s 6 2 c h a p t e r 6c o n c l u s i o n 6 3 r e f e r e n c e 6 5 a c k n o w l e d g e m e n t 6 8 v l i i 第一章绪论 1 1 世界橡胶消费概况 第一章绪论 根据瓜s g 最近发布的报告显示，2 0 0 9 年世界橡胶消费量突破2 0 0 0 万吨， 达到2 2 1 9 7 万吨；预计到2 0 2 0 年，全球橡胶消费量预计将达3 ，l5 0 万吨【1 1 。 1 9 9 9 年美国的橡胶消费量在全世界占据首位，占到全世界橡胶总消费量的 1 9 8 ：中国居第二位，占1 2 7 ，比美国少1 1 9 万吨。但是经过1 0 年以后，却 发生了相反的变化，中国、印度等发展中国家对橡胶的消费量迅速增长，早已经 超过美国。 从近几年动向来看，美国和日本消费量增长不多，从2 0 0 2 年开始，中国橡 胶消费量增长迅猛，2 0 0 7 年我国橡胶消费量预计达到5 5 0 万吨，较上年的5 0 5 万吨增长8 9 ，已经连续6 年位居世界橡胶消费总量第一。此外，印度、巴西 及其他亚洲国家也有较快的增长。 近两年来，由于受国际金融危机的影响，橡胶消费总量在2 0 0 8 年出现了7 年来首次的负增长，美国和日本等许多发达国家的橡胶消费都有所降低，但是值 得注意的是，中国、印度和巴西等许多发展中国家的橡胶消费却呈现了不减反增 趋势，而中国更是连续7 年位居世界消费总量第一，此外，印度、巴西及其他亚 洲国家也有较快的增长。 以2 0 0 8 年世界橡胶消费总量为例，中国橡胶消费量为5 9 9 5 万吨，同比增 长o 2 ，占世界总消费量的2 7 。同期在橡胶消费量居前1 0 位国家中，下降的 有美国( 2 7 5 5 万吨) ，下降6 5 ；日本( 2 0 2 9 万吨) ，下降1 0 ；德国( 7 9 1 万吨) ，下降2 0 3 ；韩国( 6 8 7 万吨) ，下降5 1 ；泰国( 5 7 8 万吨) ，下降2 o ； 俄罗斯( 5 3 8 万吨) ，下降1 7 6 ；增长的为印度( 1 1 6 7 万吨) ，增长2 3 ；巴 西( 8 8 3 万吨) ，增长7 5 ；马来西亚( 5 8 5 万吨) ，增长2 8 。 而在橡胶生产方面，2 0 0 8 年中国天然橡胶产量达到6 3 8 万吨，同比增长 6 3 ，占世界总产量9 9 4 2 万吨的6 4 ，比世界增长率的2 2 高出4 个百分点。 全球排位次于泰国( 3 0 2 万吨) 、印尼( 2 8 2 4 万吨) 、马来西亚( 1 0 7 7 万吨) 、 印度( 8 7 9 万吨) 和越南( 6 6 2 万吨) ，继续保持世界第6 位。中国合成橡胶产 量为2 3 0 4 万吨，同比增长4 ，占世界总产量的1 8 ，首次超过美国( 2 2 9 4 万 吨) 跃居世界之首，而同期美国下降1 4 9 。第三至第十位的为日本1 6 6 2 万吨， 增长o 5 ；俄罗斯1 1 0 9 万吨，下降8 3 ；韩国9 7 万吨，下降4 ；德国7 9 万 吨，下降1 2 3 ；法国6 4 4 万吨，下降1 6 ；巴西4 4 4 万吨，增长4 5 ；英国 北京化工大学t 程硕十学位论文 2 6 8 万吨，增长1 5 7 【2 1 。 然而，随着全球金融危机的逐渐减退，橡胶消费又呈现了良好的发展势头。 全世界对橡胶消费的迅速增长，也带动了橡胶机械行业的高速发展，尤其是轮胎 橡胶机械展现了更强劲的发展势头。 中国橡胶消费已居世界首位，在国民经济中占有重要地位，所以国内橡胶 机械行业也面临着世界范围内的竞争与挑战，迫使必须提升自身制造能力并加快 技术进步，以适应世界橡胶工业的发展。 1 2 世界橡胶机械现状 橡胶工业涉及石油化工、橡胶合成、橡胶加工众多行业，橡胶消费总量的 巨大提升势必带动这些行业的高速发展，尤其是以天然气生产低碳化合物产品工 艺的竞争，石油原料加工企业产品更注重于向高碳产品谋取更大空间。 市场需求刺激了橡胶制品工业工业产能扩展，而橡胶制品工业水平主要体 现在橡胶加工装备水平，根据调查，本世纪以来世界橡胶机械销售额每年约为 3 0 亿美元，目前正在处于增长期和激烈竞争期。在2 0 0 8 年以前，橡胶机械呈现 巨大的发展，仅2 0 0 4 年相比于与2 0 0 3 年，橡胶机械总销售额约增长1 7 ，其中 大部分来自与汽车工业密切相关的轮胎行业【3 1 。 世界上许多较大的橡胶机械供应商销售同比增长2 0 ，有的甚至达到同比 增长3 0 。世界橡胶机械最大的供应商t k e 的销售额从2 0 0 3 年的1 2 亿欧元增 加到2 0 0 4 年的1 6 3 亿欧元。世界第二大橡胶机械供应商b e r s t o r 跑0 0 4 年销售额 为1 2 6 亿欧元。在世界范围内，中欧和南美橡胶机械销售额同比增长超过7 0 ， 中国增长超过8 0 【4 1 。 由于国内信贷规定发生变化，自2 0 0 4 年夏季以来，西方橡胶机械在国内销 售一直停滞不i j ，有效地阻止了外国公司信贷供应机械占据国内市场份额，但是 并未影响国外企业在大陆建厂的投资进程，很多国际老牌和知名轮胎制造商纷纷 抢滩登陆中国沿海和内地投资建厂，不惜余力地注入资金和技术，以谋求更大的 市场和发展空间。 国外企业的投入并没有减缓国内橡胶行业发展的步伐，以自主品牌为支柱 特别是以国防高端和符合国情的普及型产品，在国内具有巨大的市场潜力和不可 替代的竞争能力。 2 0 0 7 年中国官方数据表明，中国橡胶机械公司的总销售额为7 亿美元，占 世界橡胶机械总销售额的2 4 ，已占据中国市场的3 4 ，仅剩l 4 左右份额留给 外国公司【5 j 。 2 第一章绪论 西欧橡胶机械产品在国际橡胶市场0 7 年所占份额下降到1 8 ，加上中欧橡 胶机械产品在一起所占份额则下降越3 2 【6 1 。而北美地域橡胶机械的销售情况也 不容乐观，基本处于停滞不前状态，给当地行业形成了巨大压力，全世界橡胶机 械销售情况如表1 1 所示。 表1 1 世界橡胶机械市场销售情况【7 1 ( 单位：万美元) 1 r a b i el - 1r u b b e rm a c h i n e 巧m a r k e ti nw o d d ( m i l l i o nd o l l a r s ) 中国( 含台湾地区) 橡胶机械制造产品占据全球市场约2 4 的份额，虽然产 品技术含量和质量相对较低，但售价约为传统供应商的一半左右，具有很强的市 场竞争能力。 所以有些世界名牌企业与中国机械制造厂进行联合，开发一系列低精度作业 设备，以适应市场需求。以至于象法雷尔、t k e 、三菱这些主要橡胶机械商也开 始调整产品结构，以便与低成本的国产设备和专业机械竞争那些并不追求过细工 艺程度的更大市场份额。 在经过近年整个轮胎行业所涌起的一个创造性高潮推动下，经过适应与加强 开发，轮胎公司可为客户提供不同途径的技术方案。这些同样具有创造性的方案 包含着更新的思维方式和技术，从而使世界轮胎和非轮胎行业发生巨大变化。 作为橡胶轮胎工业主要装备支持的橡胶机械制造业也面临着巨大挑战，一方 面是加工技术水平和能力提高对设备性能提出更高要求，另一方面是行业内竞争 胶机械生产厂家为了谋求发 额( 单位：万美元) 1 a b l el - 2s a l e so f m a i n1 1 l b b e rm a c h i n e 巧m a r m f a c t u r ei i l2 0 0 9 ( m i l l i o nd o l l a r s ) l h f 公司德国2 8 9 7 22 9 9 4 03 2 2 神户制钢日本 3 飞迈荷兰 青岛软控中国 德斯玛德国 三菱重工日本 中田- t 程日本 大陆机械德国 天津赛象科技中国 桂林橡机中国 华橡自控中国 赫伯特德国 拉森特博洛印度 柯梅里奥意大利 贝尔斯托夫德国 特罗埃斯特德国 大连橡塑中国 r e p 法国 l w b 德国 双星机械中国 桂林橡胶设计院中国 北京敬业中国 p r o v 翻o 意大利 北京航空制造中国 上海精元中国 四川弧西中国 马朗贡尼意火利 戴维斯标准美国 三贸机械中国台湾 2 6 2 2 5 2 0 4 0 3 1 6 8 6 6 1 2 3 9 1 1 0 8 8 l 9 2 4 9 9 1 1 3 9 0 1 8 8 7 7 0 7 6 4 9 7 4 8 l 7 4 7 4 6 8 0 1 6 8 0 l 6 8 0 l 6 6 7 7 6 1 2 1 6 0 6 8 5 6 6 0 4 3 9 0 4 1 6 2 3 9 4 5 3 6 1 3 3 4 4 4 3 0 2 2 2 8 0 2 2 7 2 0 2 7 2 0 4 2 3 1 0 0 1 5 9 2 0 1 1 8 4 0 1 1 6 0 0 1 0 0 0 0 5 0 6 0 1 0 8 3 0 1 2 3 2 9 2 1 0 7 6 8 0 7 0 1 0 7 2 6 0 3 0 l o 5 2 5 7 2 6 0 7 0 9 0 5 7 3 0 3 4 4 0 3 2 6 0 3 8 7 0 3 2 7 0 3 6 6 0 2 5 5 0 3 7 4 2 8 1 4 2 4 6 8 8 8 8 2 9 1 5 8 2 6 8 - 4 8 1 7 6 8 2 9 1 2 6 2 9 6 6 3 5 9 6 8 7 6 3 4 6 7 6 l o 5 5 9 6 7 4 5 6 7 8 9 m n 坦 b m b m 掩 侈 加 扒 砣 乃 m 巧 弱 捣 凹 第一章绪论 3 0 东锐中国台湾 2 6 6 9 各企业从一味提升产品技术质量水平开始考虑力争建立为客户提供成套装 置而获取更大的市场和利润空间，但无论是高端产品，还是低档次的大路设备， 最终还是要以市场销售额来决定企业的出路。 在经历了激烈的技术和市场竞争后，2 0 0 7 年欧洲橡胶杂志( e r j ) 所公 布按销售收入排名全世界前3 0 名橡胶机械企业如表1 2 所示，国内有1 l 家入主 其内，其中3 家闯入前l o 强。无论是高端产品，还是低档次的大路设备，最终 还是要以市场销售额来决定企业的出路。 在橡胶机械品种上，普通密炼机已经接近其使用性能极限，现在轮胎行业大 量使用具有腐蚀性二氧化硅填料，正在考验密炼机转子的抗腐蚀和抗磨损能力。 密炼机寿命从l o 年缩短到7 年以下，有的甚至只有4 年使用寿命。 生产厂家正在采取更加先进结构的密炼机转子，以适应日益复杂胶料的混炼 需要。于是出现了p o i i l i n i 的可变间隙密炼机、h a g 西u n d 的可变阻力和可变速密 炼机等多种形式。同时关于连续混炼和双螺杆挤出的技术研究也在深入展开，力 求提供更加高效的加工装备。 虽然橡胶机械的需求变化同益加快，需求增长和衰退周期己缩短到5 l o 年 之间。市场对设备更新和需求发生变化时，很难再保证在某个地区总是能够取得 稳定的定单，国外竞争者决不甘心拱手相让任何市场份额，世界橡胶机械行业的 竞争将进入白热化阶段。 1 3 橡胶加工主要设备开炼机现状 橡胶加工过程中炼胶是各种橡胶制品生产中的关键工艺，而炼胶设备性能水 平则决定了炼胶质量和生产能力。随着轮胎和其他橡胶制品工业的快速发展，具 有百年以上历史的炼胶设备开炼机仍然扮演着重要角色，并且不断提升改进。 开炼机是利用两只具有一定速比的相对回转轧辊，通过摩擦力和附着力作用 将胶料拽进辊隙之中，在强烈的剪切、碾压机械作用和温度作用下，胶料中分子 链发生氧化断裂并同时与添加剂、填料等充分混合匀化，从而可以用不同的过程 参数炼制出所需要的胶料。 尽管开炼机有操作环境差、劳动强度高等缺点，但其也有适应能力强、炼胶 质量好、简便使用的优势，至今被广泛地应用于胶料的塑炼、混炼、压片、热炼 以及再生胶破碎和精炼等工艺中【8 】。 国内已经形成了比较完整的开炼机系列产品，按照辊简直径可以分为1 6 0 、 5 北京化工大学工程硕士学位论文 2 5 0 、3 6 0 、4 0 0 、4 5 0 、4 8 0 、5 5 0 ( 5 l o 、5 6 0 ) 、6 1 0 、6 6 0 、7 1 0 等级别规格【9 】，作 为开炼机的主要技术性能指标。 由于子午线轮胎生产能力的大幅度提升，对炼胶处理能力要求更高，胶料的 硬度也日益增大，从而加重了开炼机的负荷，需要更大规格的开炼机来保证产品 质量和适应生产节拍。 国内近年来开发的7 1 0 型开炼机属于典型的大规格机型，其辊简直径增大达 到7 1 0 l 砌，工作面宽度也延伸为2 5 4 0 1 1 1 m ，采用空气强制冷却的2 8 0 k w 电机驱 动，最大加工能力为1 4 0 0 k g l l 【l o 】。 由于所加工胶料硬度增高，炼胶设备工作需要更大的驱动功率。如国内新开 发的) ( 】阻6 6 0 g 型热炼机，所配用的主电机功率为2 8 0 k w ，比同等规格热炼机 的功率配置高出1 0 0 k w 【l l 】。 炼胶工艺改进和生产能力提升需要开炼机以更快的速度运转，国内生产的 6 6 0 、7 l o 系列大型开炼机前辊线速度以达4 0 m m i n ，而国外大型开炼机辊筒线速 度已经有超过5 0 m m i n 的产品【1 2 】。 辊筒线速度的提升，不仅对炼胶过程的操作难度提出更高的要求，也给开炼 机整机强度、传动系统、冷却系统、运行可靠和安全性能等方面带来了的问题， 对设计和制造各个环节都是新的挑战，。 最早开炼机是采用单电机驱动，利用开式齿轮传动把动力分配到两只辊筒上 实现炼胶。开式传动工作条件恶劣，齿轮磨损快而噪音大，也无法满足高速运转 的需要。 所以现代开炼机广泛采用硬齿面闭式传动形式，不仅润滑条件好、传动精度 高，适应大功率高速运转的需要，而且结构紧凑，节省空间。 近期国内为国外某公司专门设计了单电机驱动双机台的新型开炼机，这种机 型结构新颖，节省空间，便于生产线布置。如) ( 1 “s 6 6 0 型压片机，仅用一台 3 8 0 k w 电机驱动，硬齿面减速箱从左右分别把动力分配给两侧的机台，机台前 辊线速度接近4 0 m m i n ，单侧机台产量就可达4 0 0 k m i n 以上。而且采用单电机 和减速器分动驱动，具有节能、降噪效果，很受市场客户青睐。 为了适应炼胶工艺参数变化的需要，开炼机辊筒转速也要能够调节。现代开 炼机广泛采用直流电机调速技术，如国内开发的x k y - 6 6 0 g 型压片机就是利用 2 8 0 k w 直流电机驱动，前辊线速度可以在o 4 0 i n m i n 范围内无级调速，具有很 好的工艺适应性能。随着变频技术应用的普及，国外也有利用变频调速来控制开 炼机辊筒的转速。 液压驱动具有传动比功率大、结构紧凑、调节精准等优点。采用大扭矩低速 液压马达直接驱动开炼机辊筒，可以省去整个减速机构，加上液压管路走向比较 6 第一章绪论 灵活，便于设备布置。液压马达驱动可以采用交流异步电机驱动变量油泵的容积 调速方案，工作稳定而调节方便，免去直流调速所需要的整流与电气控制。 开炼机最具特征的就是辊筒，其也演变成多种形式。为了有效地调节炼胶过 程温度，需要对开炼机辊筒表面温度进行控制，于是就出现了中空辊。在中空辊 内通入循环工作介质，就可以调节辊面温度。 由于中空辊的空腔是铸造成型，受到铸造工艺技术限制，辊面壁厚直接影响 到温度控制的响应速度，采用钻孔辊可以使工作介质贴近辊面进行传热，辊面温 度控制精确程度高，可以保证获得更高的炼胶质量。 炼胶过程与辊面与胶料的摩擦与剪切作用有关，可以在辊面加工出各种不同 的沟纹，就可以改变辊面与胶料之间的作用方式，所以沟纹的深浅、分布、螺旋 角度等，都可以根据具体炼胶工艺需要进行设计【1 3 】。 辊筒轴承直接关系到其运转的平稳，轴承的磨损程度又决定了开炼机的工作 服役周期。现代开炼机普遍采用滚动轴承来承载辊筒的工作负荷，滚动轴承具有 摩擦阻力小、运行可靠、方便维护等优点。润滑方式也从脂润滑逐步向强制稀油 润滑过渡，希望进一步改善润滑冷却条件，适应高速重负荷的发展方向。 开炼机的大型化，也带动其底座和机架结构的变化。传统的开炼机都是采用 铸造底座和机架，不仅笨重，而且制造周期长，废品率高。整体焊接式底座美观 轻巧，无需地脚螺栓定位，易于搬迁调整，目前就连7 1 0 系列这样的大型开炼机 也配有整体焊接式底座。 带压盖式铸造机架是开炼机的主要形式，但有些企业应国外某公司特殊要 求，在6 1 0 型开炼机上采用封闭式整体焊接机架，这种机架结构紧凑、刚度高而 具有良好的受力状态。 开炼机辊筒间距也是炼胶的重要工艺参数，所以每台开炼机必须具有辊距调 整功能【1 4 1 。为了防止杂物进入辊简之间而造成开炼机过载而损坏，辊距调整装置 上还配合有过载安全保护器。 现代开炼机辊距调整装置都是采用手动和电动方式 15 1 ，并以安全片来实现过 载保护。手动调距装置结构简单、调整可靠，但是操作劳动强度大，一般在小型 开炼机上使用。电动调距装置对调距速度要求不高，而是需要很大的驱动力来移 动辊距实现调整，所以广泛采用大速比的摆线针轮减速器带动丝杠螺母机构，满 足调距功能需求。电动调距装置结构复杂、成本造价高，但是操作省力简便，主 要在大规格开炼机上使用。 仅靠人工操作很难实现准确可靠的调距，在大型开炼机上开始增加光电编码 器角位移检测装置来实现半闭环控制，位移控制可以达到毫米级以下。采用光电 测距传感器直接检测辊筒间距，就可以使调距实现闭环控制，具有更高的控制精 7 北京化工大学工程硕士学位论文 度和自动化程度。 随着炼胶工艺和胶料品种的变化，炼胶过程的调距更加频繁，辊筒挤压反力 增大了调距装置的载荷【1 6 】。针对这个问题，有企业为此专门开发了6 6 0 型液压调 距开炼机，把液压系统、调距油缸、位移传感、压力传感、p l c 控制、触摸屏人 机界面有效结合起来，可随时设定调整辊距，辊筒间隙误差控制在o 2 m m 以内。 配合开炼机工作还有许多挡胶板、翻胶器、切割刀等附属装置，最早挡胶板 采用铸铁材料，比较笨重，后来大多采用焊接结构，比较轻巧，使用方便。加工 炼制子午线胎硬胶时，开始采用尼龙或树脂层压挡胶板，不易粘连而且更加耐磨 实用。在结构上挡胶板有固定式、翻转式和前后移动式，可以通过手动或液压来 控制其运动。 翻料是炼胶工艺中的重要操作环节，小型开炼机是依靠人工翻胶，而在大型 开炼机上胶片宽而重，必须依靠机械装置来实现翻胶。机械翻胶装置有沿轴线来 回摆动式、五指辊式、旋转头式和犁铧式很多种结构，现代大型轮胎生产线上多 采用沿轴线来回摆动和五指辊翻胶式装置。 为了实现翻胶机构沿轴线的来回摆动，最早是模仿卷扬机辊筒上的钢丝绳排 线机构，采用交流电机直接带动正反丝杠来实现翻胶头的往复运动。现代开炼机 已经开始采用直流调速或变频调速来驱动翻胶装置，并设置了行程限位器，可以 使翻胶头在任意区域内摆动，方便炼胶的操作。 胶片炼制结束后需要切割，小型开炼机由人工手持割胶刀进行切割，而在大 型丌炼机上设计有切胶装置。切刀有直板刀和圆片刀两种形式，刀头沿着固定导 轨移动实现切割动作，可以用手动、气动或电动驱动割胶过程。 现代大型丌炼机都是在轮胎炼胶生产线上运行，不断向着高速、高产、高效 方向发展，需要克服自身操作环境恶劣和劳动强度大的缺点，并且确保整个流水 线的安全生产，所以对大型开炼机运行的安全保护和紧急制动性能都提出更高的 要求。 现代大型开炼机上设置了多方位的紧急停车控制接口，尽量缩短紧急停车控 制时间。对刹车的距离控制也提出了技术规定，在开始启动刹车直到辊筒完全停 止之间，制动距离的辊筒旋转周长应该控制在1 0 0 n u n 以内。 1 4 当前开炼机辊筒工艺需要解决的问题 据统计目前国内每年生产各种开炼机2 0 0 0 余台，规格型号5 0 余种，除满 足国内橡胶塑料工业发展需求外，而且还在世界橡胶和塑料机械市场上占据有相 当的份额【1 7 】。 第一章绪论 国内从上世纪5 0 年代就开始生产开炼机，经过几十年的发展，开炼机已经 成为主打产品，尤其是大型开炼机已经直接进入世界市场参与竞争。 辊筒是开炼机的关键零件，其质量决定了开炼机工作性能和使用寿命，其 制造成本关系到市场竞争能力和企业效益【l 引。 开炼机辊筒工艺复杂，前后要经历几十道工序，涉及到全厂的各个车间和 十几个工种，制造周期长，牵涉面广。 开炼机辊筒制造难度大而技术含量高，从原料配比、铸造成型到粗加工、 半精加工、精加工和配套加工，需要很多专用技术和工艺装配。 国内生产开炼机辊筒也有5 0 余年的历史，通过不断摸索和改进，在开炼机 辊筒制造和加工工艺上积累了丰富的经验，许多现行的国家和行业标准都是建立 在这些工艺和经验基础之上。 随着橡胶塑料机械市场的国际化，竞争机制更加灵活，也更加激烈。研究 分析现有辊筒制造加工工艺，总结经验，发现问题，不断改进，提高质量，降低 成本，使这个国内最传统的典型产品，具有更强市场竞争能力，这就是论文研究 工作的主要目的。 论文研究工作主要包括辊筒铸造工艺研究、辊筒车削工艺研究、辊筒磨削 工艺研究和换热系统加工工艺研究。 1 5 小结 通过对世界橡胶消费市场现状和发展趋势的分析，可以看出橡胶工业在整个 世界经济发展中逐步占有重要地位。随着国内经济的持续增长，中国对橡胶消费 已经位居世界首位，对整个世界橡胶行业有着重要的影响。 主要是受到汽车工业高速发展的刺激，橡胶消费需求增长，带动了橡胶机械 行业的快速发展。世界橡胶机械市场格局已经发生很大变化，老牌橡胶机械生产 商原以产品精良而占据市场份额，现在面临着其他企业更加经济实用产品的严重 挑战。 国产橡胶机械所占据了世界市场份额连年上升，已经对出口贸易、国内制造 业和国民经济起到重大影响。 炼胶是橡胶工业的重要工艺过程，而炼胶机械则是关键设备，虽然开炼机已 经有上百年的历史，但是仍然在现代橡胶工业中扮演着重要角色。 丌炼机的演变是为了适应炼胶工艺发展需要，机型演变带动设计和制造工艺 的进步与发展，尤其是进入国际市场竞争以后，产品质量和制造成本都是参与竞 争的可靠保证。 9 北京化工大学工程硕士学位论文 开炼机的辊筒是其最关键零件，直接决定了开炼机的实际工作性能和使用服 役寿命。 就开式炼胶机这种传统产品而言，在设计和工艺上都有着很大的进步，尤其 是辊筒这一关键零件，直接决定了开炼机的工作性能和服役寿命，也就决定了产 品的市场竞争能力。 论文针对辊筒这一开炼机关键零件，展丌制造工艺研究，内容涉及到辊筒毛 坯铸造、耐磨性能提高、辊面加工、冷却系统成型等多方面的内容。 目的在于为了改进制造加工工艺，提升技术含量，降低制造加工成本，为提 升国产开炼机辊筒生产制造技术水平，加强市场竞争能力提供技术保障。 l o 自1 9 9 8 年以来，国内钢和钢材年产量都超过亿吨，成为世界第一产钢大国， 每年需要消耗大量轧辊。国产轧辊冶金轧制辊消耗量为2 4 6 k 趴，与发达国家轧 制辊消耗量1 k 趴【2 0 】相比还有很大差距。 国内钢铁行业发展迅速，技术改造步伐加快，但是国内轧辊企业尚不能生 产高性能的配套轧辊，只有花巨资引进国外轧辊。宝山钢铁公司2 0 0 0 年用于轧 辊的采购资金超过2 亿元，而进口轧辊费用要占7 0 以上【2 1 1 。由此可见，深入 研究轧辊制造技术，改进制造工艺，是当前必须解决的问题。 金属型 图2 1 一体铸造轧辊铸型结构示意图 f i g2 一ls 缸1 l c t l l r ed i a g r a mo f0 n e - b o d yc a s t i i l gf o rr o l l e r 浇u 图2 2 溢流铸造生产轧辊铸型装配结构示意图 f i g 2 - 2s t m c t u r ed i a g r 锄o f o v e f - n o wc a s t i n gf o rr o l l e r 法，一体 上辊颈和 以采用金 现代钢铁企业向高速重载轧机的发展，要求轧辊能承受更大负荷，辊面具 有更高的耐磨性能【2 3 1 ，也需要轧辊芯部具有很好的韧性，而一体铸造所获得单一 成分轧辊很难满足需要。所以需要分别熔炼轧辊工作表面、轧辊芯部和轧辊颈部 用金属，并采用溢流铸造或离心铸造工艺来生产轧辊。 溢流铸造生产轧辊铸型装配结构如图2 2 所示【2 4 1 ，先浇注轧辊工作部分的 金属液体，待铸型中轧辊部分浇注满后，等待一段时间让会属型附近液体开始略 微冷却固化，再浇注轧辊芯部金属液体，顶出预先浇注的中心未凝固的工作部用 金属液体，利用溢流导槽将其引入溢流铁水贮存缸，然后堵上溢流口，将整个铸 型浇注充满。使用溢流铸造工艺，