差速搅拌捏合机搅拌轴加工方法研究

摘要：本文主要从材料选择、工艺制定等方面对差速搅拌捏合机搅拌轴的加工进行了研究，制定了较为切实可行的加工方案。

关键词：搅拌轴 工艺 车削 焊接

中图分类号：TQ051.7

差速搅拌捏合机是一种新型高效的卧式双轴全相自清洁型搅拌机,是由一对互相配合和旋转的叶片(通常成Z形)所产生强烈剪切作用而使处于半干状态或橡胶状的黏稠物料迅速反应而获得均匀混合的搅拌捏合设备。它有着巧妙的运转功能和变异的搅拌轴螺棱设计，并集物料的传输、搅拌、捏合、自清洁等多功能于一体，能很好地解决高黏度物料在搅拌混合过程中所面临的问题，有着良好的捏合和混合效果。目前，对于差速搅拌捏合机的设计研究已经进行了大量工作，但在实际上，它的工作涉及了众多复杂因素，关于其在加工制造理论上的研究还比较少，而设备的制造技术又决定着产品的质量和竞争力。因此，要想得到高质量的搅拌机，对差速搅拌捏合机的加工制造理论的研究也是极有必要的。

搅拌装置是差速搅拌捏合机的最重要组成部分，它由主搅拌轴和清洁轴组成，因此本文主要从材料选择、工艺的选择与制定等方面对搅拌轴的加工制造进行研究。

一、材料的选用

搅拌轴的工作条件与性能要求为：①轴在工作时，承受交变的弯曲应力与扭转应力同时还受到冲击负荷的作用，因此，轴除了要求高的综合力学性能，如较高的刚度和韧性外，还要求高的疲劳强度。②轴局部受到较大的摩擦，受摩擦的部分要求有高的硬度和耐磨性。45钢属于优质碳素结构钢，它价格便宜，经过调质后，可获得较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达45～52HRC。综上所述，轴的制造材料选用45钢。

二、搅拌轴的加工工艺

1.1工艺性分析

由图1-1、1-2可知，清洁轴与主搅拌轴的轴体均应车削加工，且将搅拌轴分解为若干断续排列的单元节进行加工，加工完毕后再将各节进行焊接即形成搅拌轴轴体。这样既方便了加工，节约了加工成本，又提高了加工精度。在车削加工前，因为毛坯一般采用热轧圆钢下料，所以应首先进行校直，校直可使车削余量均匀，减轻车削时的振动。另外,搅拌轴的工作表面应分别经过粗车、半精车和精车加工以提高搅拌设备的运转精度。同时，搅拌轴上的螺棱也为车削加工，然后分别焊接到各节轴体上，使之成为一体。

图1-1 主搅拌轴三维实体模型图 1-2 清洁轴三维实体模型

1.2工艺规程设计

1.2.1确定毛坯制造形式

轴的材料为45钢。考虑轴在机床运行过程中承受的载荷较大，为增强轴的强度和冲击韧度，轴的自身结构又比较简单，故选择锻件毛坯。搅拌轴的轮廓尺寸较大，且生产类型为小批量生产，为提高生产率和锻件的精度，宜采用自由锻方法制造毛坯。

1.2.2搅拌轴的加工制造

对搅拌轴单节轴的加工拟采取数控车床加工。

编制搅拌轴单节轴加工工艺流程如下：

1） 备料：Ф245mmх 205mm，空心圆棒。

2）夹持毛坯零件左端伸115mm，车左端端面见光保证表面质量，使用45°车刀，主轴转速800r/min，进给量0.25 mm/r，背吃刀量1.0 mm/r。

3）粗车左端外圆Ф240.5mmх 110mm，使用90°外圆车刀，主轴转速400r/min，进给量0.25 mm/r，背吃刀量2.0 mm/r。

4）精车左端外圆Ф240mmх 110mm至尺寸,倒角C1，使用90°外圆车刀，主轴转速800r/min，进给量0.08 mm/r，背吃刀量0.5 mm/r。

5）用专用夹套夹左端Φ240mm外圆，伸长100mm调头车右端端面，总长保证200±0.05mm，使用45°车刀，主轴转速800r/min，进给量0.25 mm/r，背吃刀量2.0 mm/r。

6）粗加工零件右端外圆至Φ240.5m x95mm，使用90°外圆车刀，主轴转速400r/min，进给量0.25 mm/r，背吃刀量2.0 mm/r。

7）精加工零件右端外圆至Φ240.mm x95mm，保证尺寸精度和零件表面粗糙度。使用90°外圆车刀，主轴转速800r/min，进给量0.08 mm/r，背吃刀量0.5 mm/r。

8）测量零件尺寸无误后，卸下工件上油入库。

搅拌轴加工要点：①毛坯应校直。 ②根据材质进行相应的热处理 。

③半精车、精车时要以轴线(两端中心孔)为基准进行装夹、加工。④要使用合理的装夹方法、合理的装夹工具和辅助工具。如中心架、跟刀架、鸡心夹、弹性活顶尖等。

⑤根据粗车、精车，合理安装刀具，采用合理的走刀方法。⑥根据轴的材料选择合理的刀具材料及刀具几何形状。⑦选用合理的切削用量及冷却液。

工序的安排:

搅拌轴的加工工序如下所示：

锻坯退火调质粗车淬火稳定回火半精车稳定回火精车粗磨精磨成活

1.2.3焊接

1.2.3.1焊接设备与焊材的选择

焊接设备选择直流逆变焊机，与传统焊机相比，直流逆变焊机的动特性好，焊接过程稳定，飞溅量小，能够满足高质量焊接的要求。

焊材选择直径3.2与4毫米的E5015碱性焊条, 焊前经350℃烘干,时间2到3小时,这样可以去除焊条中的水分，减小气孔，防止燃烧不充分。

1.2.3.2 焊接工序与工艺

1）工件的焊前处理

在焊接前，也应对轴体与螺棱做如下焊前处理：轴体焊缝做切除30度坡口加工。螺棱做倒角处理，倒角的深度大于20毫米，这样可以保证螺棱与轴体能够深度焊接，增加其强度，尽可能地减小或消除处零件表面可能会发生的初始裂纹，处理好坡口后将表面的油污清理干净，避免表面出现气孔与不融合。

2）焊接顺序与层次

轴体整体固定后，由中间向外进行第一层焊接。焊条直径3.2，焊接电流90A左右，电流极性直流正接，以保证焊透。

第一层焊接结束后，先进行熔渣清理，再进行第二层焊接。焊条直径3.2,极性直流反接，电流100A，焊机循序与第一层相同。

轴体焊好冷却后清理好熔渣。打磨高出表面的焊缝后进行螺棱的组装。组装按照由中间向两边的顺序进行。安装过程中应注意螺棱的尺寸和位置关系，整体组装结束后，进行焊接。焊接材料选用4毫米焊条，电流130A直流反接，焊条角度保持在行进75左右，夹角45度。每层焊接结束后清理干净熔渣。冷却后进行第二、三层焊接。

3）焊后热处理。

消除焊接应力最有效的办法是进行去应力退火，所以全部焊接工作结束冷却后，进行350℃去应力处理，以避免焊缝在应力作用下出现焊后裂纹。温度达到后，用草绳或者木屑覆盖直至冷却至常温。