CN115464078B - 一种耐磨钢球的成型加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及钢球加工技术领域，尤其涉及一种耐磨钢球的成型加工方法。本发明颠覆性的改变了现有技术耐磨钢球的加工成型工艺，创造性地将模压成型与滚压成型有机组合，充分利用耐磨钢球的原材料在高温时变形应力小，加工成型容易的特性，将耐磨钢球的成型过程全部控制在温度900℃及以上，形成一个快速模压粗成型、高速滚压精成型的耐磨钢球高温成型工艺；现有技术的耐磨钢球生产线，不仅由于其生产环境恶劣、劳动强度高，招聘岗位工人困难，而且12个左右的操作工人拥挤在一条环境噪音较高的生产线上，语言交流困难，加之较高的劳动强度，极易发生安全事故。本发明彻底改变了工作环境，有效防止安全事故的发生，工作更安全舒适。
Description
技术领域
本发明涉及钢球加工技术领域，尤其涉及一种耐磨钢球的成型加工方法。
背景技术
现有技术中，耐磨钢球作为球磨机的主要耐磨消耗品已被广泛应用于冶金、选矿、建材等工业生产中。目前，国内外市场耐磨钢球的年消耗量已超800万吨，随着国内外半自磨机的大型化和使用量增多，直径80mm以上的大直径耐磨钢球的需求量也逐渐加。当前，大直径耐磨钢球的成型方法有两种，一种是铸造成型，这种方法制造的磨球耐磨性差，磨球的韧性低，磨球硬度不均匀，心部硬度低，破碎率高，抗冲击能力差；另一种方法是锻造成型，虽然锻造成型的钢球性能较好，但是成型效率低，钢球在锻打过程中需要人工多次翻转球坯，不仅操作工人劳动强度大、工作环境差、安全系数低，而且生产效率低，一台锻造设备需要两到三个操作工人，每分钟只能生产5～10个成品钢球，有时锻造工序还分为粗锻和精锻两个工序，生产效率就更低，有的采用对加热后的原料空气锤锻打成型，采用空气锤锻打工序环境温度高，劳动强度大，生产效率低。虽然近几年出现了工业机器人代替操作工人在锻打的粗锻过程工作，但精锻工序仍不能摆脱人工操作，锻造成型的生产效率依然较低。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种自动化程度高、生产效率高、生产成本低并显著降低工人劳动强度和改善劳动条件的一种耐磨钢球的成型加工方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种耐磨钢球的成型加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将直径为80～95mm，长度为2～6m的圆形钢棒置于加热炉中进行加热，待圆形钢棒均匀加热至1100～1250℃后，将圆形钢棒通过具有保温装置的钢棒输送装置输送至连续切断机进行切断后得到钢段；
S2、将钢段通过机械手夹持并夹紧，机械手夹持住钢段的圆柱面的中段，且机械手在钢段的圆柱面的夹持宽度为圆柱体高度的1/3至1/2，机械手将钢段垂直放置于压力成型机的下模内；
S3、机械手将钢段垂直放置于压力成型机的下模内后复位重新夹持下一个钢段并判断压力成型机的下模内是否为空位，若为空位则机械手将钢段垂直放置于压力成型机的下模内，若无空位则机械手悬停等待放置钢段操作；
S4、机械手将钢段垂直放置于压力成型机的下模内后，压力成型机的上模下压并与下模配合将钢段模压成型为钢球毛坯；
S5、压力成型机的上模复位后判断压力成型机的下模内是否有钢段存在，若有钢段存在则压力成型机的上模下压并与下模配合将钢段模压成型为钢球毛坯，若无钢段存在则压力成型机的上模悬停等待下压操作；
S6、钢段模压成型后压力成型机的上模复位，模压成型后的钢球毛坯由压力成型机上设置的推料机构将其推至钢球毛坯输送机构并输送至钢球滚圆机内；
S7、钢球滚圆机对钢球毛坯进行滚压成型，滚压成型后的钢球通过成型钢球输送装置经过钢球直径自动检测工位，通过激光扫描仪检测钢球直径是否合格，直径合格的钢球继续通过成型钢球输送装置输送至钢球热处理工序，直径不合格的钢球由激光扫描仪发出指令启动设置在钢球直径自动检测工位上的分拣推手将不合格钢球推离成型钢球输送装置；
S8、被推离成型钢球输送装置的不合格钢球进入滚道，在滚道上设置有钢球温度自动检测工位，该钢球温度自动检测工位的温度检测装置检测到温度不高于900℃的钢球后发出指令启动设置在滚道上的分拣推手将其推离滚道进入废品存放装置，符合温度要求的钢球继续滚动重新送入钢球毛坯输送机构随即送至钢球滚圆机内再次滚压成型；
S9、经过钢球热处理工序处理完成的钢球为成品钢球，随即打包入成品库。
本发明与现有技术相比具有下述的突出的实质性特点和显著进步及有益效果：
1、本发明颠覆性的改变了现有技术耐磨钢球的加工成型工艺，创造性地将模压成型与滚压成型有机组合，充分利用耐磨钢球的原材料在高温时变形应力小，加工成型容易的特性，将耐磨钢球的成型过程全部控制在温度900℃及以上，形成一个快速模压粗成型、高速滚压精成型的耐磨钢球高温成型工艺。
2、本发明采用一次模压将钢段通过模具粗成型，并与后续的高效磨盘滚压精成型相配合，与现有技术的锻造成型相比成型速度显著提高，工作噪音小，球坯圆度及表面质量高，实验数据表明仅耐磨钢球成型的效率与现有技术相比提高6～12倍，生产成本降低20～30%。
3、本发明使耐磨钢球成型全过程实现了自动化控制，一条生产线仅需一名工作人员操作守护，较现有技术减少10余名工作人员且工作人员的工作环境大大改善，也无需从事繁重的体力劳动。
4、现有技术的耐磨钢球生产线，不仅由于其生产环境恶劣、劳动强度高，招聘岗位工人困难，而且12个左右的操作工人拥挤在一条环境噪音较高的生产线上，语言交流困难，加之较高的劳动强度，极易发生安全事故。本发明彻底改变了工作环境，有效防止安全事故的发生，工作更安全舒适。
具体实施方式
实施例1
一种耐磨钢球的成型加工方法，包括以下步骤：
S1：首先制作圆形钢棒，将直径为80mm圆钢，裁制成长度为3.6m（按加工20个直径120mm的钢球计算）的圆形钢棒，将圆形钢棒送入天然气步进式加热炉中进行加热，待圆形钢棒均匀加热至1100～1250℃后，将圆形钢棒通过具有保温装置的钢棒输送装置输送至连续切断机进行切断后得到钢段，切断为定尺切断，本实施例为加工直径为120mm的耐磨钢球，所以定尺切断后的钢段长度为180mm，且钢段为上平面与下平面平行的圆柱体（这里定尺切断的长度需要满足：耐磨钢球的体积=钢段的圆柱体体积；实际操作过程中考虑生产工序中的材料自然损耗，可以考虑让钢段的圆柱体体积略微大于所要加工的耐磨钢球的体积，实际上耐磨钢球的体积存在公差是正常的）；
本实施例的具有保温装置的连续切断机进行切断是指钢棒输送装置安装于保温的壳体内，该壳体的内腔与天然气步进炉加热炉的内腔相连通，连续切断机的切断频率与钢棒输送装置将圆形钢棒纵向输送到切断工位的速度以及机械手将钢段移出切断工位的频率相匹配，且他们之间的工作顺序及相互协调由程序设定；
S2：将钢段通过机械手夹持并夹紧，机械手夹持住钢段的圆柱面的中段，且机械手在钢段的圆柱面的夹持宽度为圆柱体高度的1/3至1/2，机械手将钢段垂直放置于压力成型机的下模内，垂直放置于压力成型机下模内的钢段的温度高于960℃，压力成型机是由凹型的半圆形上模和半圆形下模组成的液压成型机，本实施例中凹型的半圆形上模和半圆形下模的半圆形的半径均为60mm，机械手夹持住钢段后在0.2～1.0s内将钢段垂直放置于压力成型机的下模内，机械手将钢段垂直放置于压力成型机的下模内后复位重新夹持下一个钢段并判断压力成型机的下模内是否为空位，若为空位则机械手将钢段垂直放置于压力成型机的下模内，若无空位则机械手悬停等待放置钢段操作；
S3：机械手将钢段垂直放置于压力成型机的下模内后，压力成型机的上模下压并与下模配合将钢段模压成型为钢球毛坯，钢段模压成型后压力成型机的上模复位，模压成型后的钢球毛坯由压力成型机上设置的推料机构将其推至钢球毛坯输送机构并输送至钢球滚圆机内，进入钢球滚圆机内的钢球毛坯的温度不低于900℃，压力成型机的上模复位后判断压力成型机的下模内是否有钢段存在，若有钢段存在则压力成型机的上模下压并与下模配合将钢段模压成型为钢球毛坯，若无钢段存在则压力成型机的上模悬停等待下压操作；本实施例所采用的钢球滚圆机是本申请的申请人已经申请专利的现有技术设备，该钢球滚圆机申请人于2022年5月31日申请了中国实用新型专利，该专利申请号：202221334466.1，发明创造名称：一种钢球成型设备，申请人通常称该设备为钢球滚圆机。
S4：模压成型后的钢球毛坯通过钢球毛坯输送机构输送至钢球滚圆机内滚压成型，滚压成型后的钢球通过成型钢球输送装置输送至钢球热处理工序，钢球热处理工序处理完成的钢球为成品钢球打包入成品库，在成型钢球输送装置中设置有一个钢球直径自动检测工位，该钢球直径自动检测工位通过激光扫描仪检测钢球直径是否合格，直径合格的钢球继续通过成型钢球输送装置输送至钢球热处理工序，直径不合格的钢球由激光扫描仪发出指令启动设置在钢球直径自动检测工位上的分拣推手将不合格钢球推离成型钢球输送装置，被推离成型钢球输送装置的不合格钢球进入滚道，在滚道上设置有钢球温度自动检测工位，该钢球温度自动检测工位的温度检测装置检测到温度不高于900℃的钢球后发出指令启动设置在滚道上的分拣推手将其推离滚道并进入废品存放装置，在钢球温度自动检测工位后的滚道上继续滚动的不合格钢球重新送入钢球毛坯输送机构继续输送至钢球滚圆机内滚压成型。
实施例2
一种耐磨钢球的成型加工方法，包括以下步骤：
S1：首先制作圆形钢棒，将直径为95mm圆钢，裁制成长度为2.027m（按加工10个直径140mm的钢球计算，由于耐磨钢球在使用时没有机械配合要求，其直径允许有较大公差，实际操作过程中圆形钢棒也允许有公差）的圆形钢棒（或者是4.054m，按加工20个直径140mm的钢球计算），将圆形钢棒送入天然气步进式加热炉中进行加热，待圆形钢棒均匀加热至1100～1250℃后，将圆形钢棒通过具有保温装置的钢棒输送装置输送至连续切断机进行切断，切断为定尺切断，本实施例为加工直径为140mm的耐磨钢球，所以定尺切断后的钢段长度约为202.7mm，且钢段为上平面与下平面平行的圆柱体，这里定尺切断的长度需要满足：耐磨钢球的体积=钢段的圆柱体体积；本实施例的具有保温装置的连续切断机进行切断是指钢棒输送装置安装于保温的壳体内，该壳体的内腔与天然气步进炉加热炉的内腔相连通，连续切断机的切断频率与钢棒输送装置将圆形钢棒纵向输送到切断工位的速度以及机械手将钢段移出切断工位的频率相匹配，且他们之间的工作顺序及相互协调由程序设定。
S2：将钢段通过机械手夹持并夹紧，机械手夹持住钢段的圆柱面的中段，且机械手在钢段的圆柱面的夹持宽度为圆柱体高度的1/3至1/2，机械手将钢段垂直放置于压力成型机的下模内，垂直放置于压力成型机下模内的钢段的温度高于960℃，压力成型机是由凹型的半圆形上模和半圆形下模组成的液压成型机，本实施例中凹型的半圆形上模和半圆形下模的半圆形的半径均为70mm，机械手夹持住钢段后在0.2～1.0s内将钢段垂直放置于压力成型机的下模内，机械手将钢段垂直放置于压力成型机的下模内后复位重新夹持下一个钢段并判断压力成型机的下模内是否为空位，若为空位机械手将钢段垂直放置于压力成型机的下模内，若无空位则机械手悬停等待放置钢段操作；
S3：机械手将钢段垂直放置于压力成型机的下模内后，压力成型机的上模下压并与下模配合将钢段模压成型为钢球毛坯，钢段模压成型后压力成型机的上模复位，模压成型后的钢球毛坯由压力成型机上设置的推料机构将其推至钢球毛坯输送机构并输送至钢球滚圆机内，进入钢球滚圆机内的钢球毛坯的温度不低于900℃，压力成型机的上模复位后判断压力成型机的下模内是否有钢段存在，若有钢段存在则压力成型机的上模下压并与下模配合将钢段模压成型为钢球毛坯，若无钢段存在则压力成型机的上模悬停等待下压操作；本实施例所采用的钢球滚圆机是现有技术外购设备，该钢球滚圆机是申请人2021年12月16日由沈阳市某某机械有限公司购入，设备型号为GY-140。
S4：模压成型后的钢球毛坯通过钢球毛坯输送机构输送至钢球滚圆机内滚压成型，滚压成型后的钢球通过成型钢球输送装置输送至钢球热处理工序，钢球热处理工序处理完成的钢球为成品钢球打包入成品库，在成型钢球输送装置中设置有一个钢球直径自动检测工位，该钢球直径自动检测工位通过激光扫描仪检测钢球直径是否合格，直径合格的钢球继续通过成型钢球输送装置输送至钢球热处理工序，直径不合格的钢球由激光扫描仪发出指令启动设置在钢球直径自动检测工位上的分拣推手将不合格钢球推离成型钢球输送装置，被推离成型钢球输送装置的不合格钢球进入滚道，在滚道上设置有钢球温度自动检测工位，该钢球温度自动检测工位的温度检测装置检测到温度不高于900℃的钢球后发出指令启动设置在滚道上的分拣推手将其推离滚道并进入废品存放装置，在钢球温度自动检测工位后的滚道上继续滚动的不合格钢球重新送入钢球毛坯输送机构继续输送至钢球滚圆机内滚压成型。
可以理解，本发明是通过一些实施例进行描述的，本领域技术人员知悉的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对这些特征和实施例进行各种改变或等效替换。另外，在本发明的教导下，可以对这些特征和实施例进行修改以适应具体的情况及材料而不会脱离本发明的精神和范围。因此，本发明不受此处公开的具体实施例的限制，所有落入本申请的权利要求范围内的实施例都属于本发明所保护的范围内。
Claims (6)
1.一种耐磨钢球的成型加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将直径为80～95mm，长度为2～6m的圆形钢棒置于加热炉中进行加热，待圆形钢棒均匀加热至1100～1250℃后，将圆形钢棒通过具有保温装置的钢棒输送装置输送至连续切断机进行切断后得到钢段；
S2、将钢段通过机械手夹持并夹紧，机械手夹持住钢段的圆柱面的中段，且机械手在钢段的圆柱面的夹持宽度为圆柱体高度的1/3至1/2，机械手将钢段垂直放置于压力成型机的下模内；
S3、机械手将钢段垂直放置于压力成型机的下模内后复位重新夹持下一个钢段并判断压力成型机的下模内是否为空位，若为空位则机械手将钢段垂直放置于压力成型机的下模内，若无空位则机械手悬停等待放置钢段操作；
S4、机械手将钢段垂直放置于压力成型机的下模内后，压力成型机的上模下压并与下模配合将钢段模压成型为钢球毛坯；
S5、压力成型机的上模复位后判断压力成型机的下模内是否有钢段存在，若有钢段存在则压力成型机的上模下压并与下模配合将钢段模压成型为钢球毛坯，若无钢段存在则压力成型机的上模悬停等待下压操作；
S6、钢段模压成型后压力成型机的上模复位，模压成型后的钢球毛坯由压力成型机上设置的推料机构将其推至钢球毛坯输送机构并输送至钢球滚圆机内；
S7、钢球滚圆机对钢球毛坯进行滚压成型，滚压成型后的钢球通过成型钢球输送装置经过钢球直径自动检测工位，通过激光扫描仪检测钢球直径是否合格，直径合格的钢球继续通过成型钢球输送装置输送至钢球热处理工序，直径不合格的钢球由激光扫描仪发出指令启动设置在钢球直径自动检测工位上的分拣推手将不合格钢球推离成型钢球输送装置；
S8、被推离成型钢球输送装置的不合格钢球进入滚道，在滚道上设置有钢球温度自动检测工位，该钢球温度自动检测工位的温度检测装置检测到温度不高于900℃的钢球后发出指令启动设置在滚道上的分拣推手将其推离滚道进入废品存放装置，符合温度要求的钢球继续滚动重新送入钢球毛坯输送机构随即送至钢球滚圆机内再次滚压成型；
S9、经过钢球热处理工序处理完成的钢球为成品钢球，随即打包入成品库。
2.根据权利要求1所述的一种耐磨钢球的成型加工方法，其特征在于，所述S1步骤中切断为定尺切断，定尺切断后的钢段长度大于其直径，且钢段为上平面与下平面平行的圆柱体。
3.根据权利要求1所述的一种耐磨钢球的成型加工方法，其特征在于，所述S2步骤中垂直放置于压力成型机下模内的钢段的温度高于960℃。
4.根据权利要求1所述的一种耐磨钢球的成型加工方法，其特征在于，所述S2步骤中压力成型机是由凹型的半圆形上模和半圆形下模组成的液压成型机。
5.根据权利要求1所述的一种耐磨钢球的成型加工方法，其特征在于，所述S2步骤中机械手夹持住钢段后在0.2～1.0s内将钢段垂直放置于压力成型机的下模内。
6.根据权利要求1所述的一种耐磨钢球的成型加工方法，其特征在于，所述S6步骤中进入钢球滚圆机内的钢球毛坯的温度不低于900℃。
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