弛张筛横梁成形工艺研究

李 刚，杨增旺，周建益，韩 楷，王雪飞

江苏鹏飞集团股份有限公司 江苏海安 226623

弛张筛是一种潮湿细粒煤炭筛分设备，其聚氨酯筛面做驰张运动，可以防止黏湿物料粘黏[1]。PFS 弛张筛振动器产生的离心力使筛框产生振动，单片条形聚氨脂筛网镶嵌在固定横梁 (与筛框相连) 和浮动横梁上 (与浮动平衡梁相连)，多片筛网组成完整筛面，筛面随着筛框振动而振动，平衡梁运动。在这个过程中，聚氨酯筛面连续不断地扩张、收缩，可以获得较高的加速度，从而有效地解决了筛板筛孔堵塞、筛分效率低的问题。而连接聚氨脂筛的固定横梁和浮动横梁的制作与安装精度是保证弛张筛有效工作的前提，也是影响聚氨脂筛使用寿命的重要因素。

1 弛张筛横梁成形

弛张筛横梁由固定横梁和浮动横梁组成。聚氨脂筛板与横梁采用嵌入式无螺栓连接，安装方便、零部件少且质量轻，但安装聚氨脂筛的横梁槽口宽度须相同，固定横梁与筛框连接，浮动横梁与平衡梁连接，固定横梁与浮动横梁交替搭配等距安装。弛张筛的各横梁不拼接，间距误差不超过 1 mm，且每 1 000 mm的累积误差不超过 1 mm。

横梁的形状与位置精度要求高，现以 PFS3090 弛张筛浮动横梁为例，其由端板、连接板、梁体、筛板安装槽体焊接成箱式钢梁，如图 1 所示。

图1 浮动横梁结构

1.1 弛张筛梁体成形

梁体在筛板安装槽体下方，与其焊接成箱式结构，是横梁的主要承载体。梁体截面为开环形，由 5 mm 钢板经多次折弯而成，且长度方向不得拼接。

折弯力[3]

式中：s为板料厚度，mm，取 2.50 mm；l为板料折弯长度，m，取 2.94 mm；v为下模开口宽度，mm，取 40 mm。

折弯力P=1 194.4 kN。

折弯工艺为：剪切下料—划折弯线—折弯。在WC67Y/K-300T/4000 型折弯机上作业，保证梁体开口尺寸与图纸要求相同或接近。

1.2 筛板安装槽体成形

根据弛张筛运行和筛板安装要求，弛张筛上各横梁筛板安装槽口的大小与形状必须相同，相邻两筛板边缘连接锲条嵌入装配，筛板在槽内牢固无松动。若槽口宽度大于允许公差，筛板易松动；若槽口宽度小于允许公差，筛板装配困难。槽口外侧两斜面应相对于槽口中线对称，保证弛张筛筛板周期性挠曲张弛。由于筛板安装槽体截面特殊，目前市场无相应截面型材，用 80 mm×43 mm×5 mm 槽钢制作，筛板安装槽体制作工序分解为槽钢截面折弯、槽口尺寸形状校正和槽体两端圆弧成形。

1.2.1 槽钢截面折弯

槽钢下料长度

式中：l1为横梁中间段长，m，取 2.764 m；l2为横梁圆弧段中性层展开长，m，取 0.208 m；l3为横梁圆弧上直段长，m，取 0.11 m；l4为横梁圆弧成形所需下料长度 (梁制作成形后切除)，m，取 0.05 m。

槽钢下料长度l=3.50 m。

根据槽钢下料长度和折弯力选用 WC67Y/K-300T/4000 型折弯机进行槽钢截面折弯。

1.2.2 槽口尺寸形状校正

无论折弯机成形，还是加工定制型钢，槽体槽口宽度尺寸与直线度很难控制一致。为了保证槽体两端圆弧成形后槽口尺寸和形位精度达到图纸要求，在液压成形架上安装 1 副槽口整形校正模，对槽口 (或定制型钢) 进行整形校正，如图 2 所示。

图2 槽口整形校正模

槽口整形校正模由液压成形架、整形校正上模、整形校正下模、液压缸及液压站等组成。依次对每件折弯的筛板安装槽体进行槽口形状校正。

1.2.3 槽体两端圆弧成形

槽钢截面折弯时，槽体两端横向再压圆弯成 U形。根据横梁工作环境与使用要求，筛板安装槽体弯曲时圆弧段不许产生褶皱、裂纹等不可预料的缺陷，且弯曲处槽口形状尺寸与直线段相同，槽体纵向弯曲处的变形为弹性变形，即翼缘发生弹性变形；横向弯曲处的变形为横向圆角弯曲处的变形，即在横向圆角部位弯曲的过程中，槽体从变形前的直线段逐渐弯曲。弯曲有滚压、拉拔等成形法，如果采用滚压弯曲成形法，槽体槽口翼缘易产生褶皱且圆处两端与直线段不易相切；如果采用拉拔弯曲成形法，能满足要求。因横梁两圆弧相连的中间段较长，两圆弧弯曲分别采用单独成形工艺。

弯曲力是设计弯曲模和选择压力机吨位的主要依据。由于材料性能、零件形状、弯曲方法、模具结构、模具间隙和模具工作表面质量是影响弯曲力的因素，因此，用理论分析的方法很难准确计算弯曲力。生产中常用经验公式概略计算弯曲力，作为设计弯曲工艺过程和选择液压设备的依据。由于槽钢折成异型体，其材料弯曲很难计算准确，为此简化以矩形体计算。

(1) 自由弯曲时的弯曲力[2]

式中：K为安全系数，取 1.3；B为弯曲件的宽度，mm，取 72 mm；t为弯曲材料的厚度，mm，取 57 mmv；σb为抗拉强度，MPa，取 450 MPa；r为弯曲件的内弯曲半径，mm，取 93 mm。

弯曲力F=547 392 N。

(2) 校正弯曲时的弯曲力 校正弯曲是在自由弯曲后，进一步对贴合成形模表面的弯曲件进行挤压，校正力比自由压弯力大得多，且这 2 个弯曲力先后作用，校正弯曲时只需计算校正弯曲力即可。校正弯曲力

式中：q为单位面积上的校正力，MPa；A为校正部分垂直投影面积，mm2，取 13 500 mm2。

校正弯曲力F校=1 620 000 N。

(3) 压力机吨位的确定 自由弯曲时压力机吨位应为

由于校正力发生在接近压力机下死点的位置，校正力的数值比自由弯曲力、顶件力和压料力大得多，在确定压力机吨位时校正力要乘以一个系数，即：

现有 200 t 液压模架及液压设备满足槽体弯曲成形要求。

(4) 弯曲回弹量计算 由于回弹直接影响了弯曲件的形状误差和尺寸公差，因此在弯曲成形模设计制造时，必须预先考虑材料的回弹值，修正模具相应工作部分的形状和尺寸。

槽体两端弯曲圆弧，弯曲半径的变化很小，可不予考虑，仅考虑弯曲角度的回弹变化。运用查表法，查取单角自由弯曲 90°时回弹角的经验修正数值为1.5°。

根据筛板安装槽体弯曲处形状尺寸设计的拉拔弯曲成形模与液压模架如图 3 所示。

图3 梁体两端弯曲成形模

该模具由上模、下滚轮模及下模座等组成。上模按横梁截面槽口与上侧壁形状制作，下滚轮模按横梁截面下底部形状制作。工作时，将梁体置于2 个滚轮模上，一端按要求定位，然后启动液压站，升降液压缸，当液压缸上升到横梁圆弧极限位置时，自动回程至原位，制裁卸下工件，调头以已弯曲端定位，控制横梁尺寸，按上述方法弯曲另一端至要求。

1.3 横梁的焊接

横梁的焊接工艺对横梁制作精度和使用寿命影响较大，焊接产生的变形使横梁槽口尺寸和直线度发生变化，影响弛张筛筛板的安装。焊缝存在夹渣、咬边、裂纹等缺陷以及焊接应力，横梁在高速振动运转中会出现焊缝撕裂，影响弛张筛的运行。减少横梁焊接应力与变形的措施如下：

(1) 选用线能量较低的焊接方法，可以有效地减小塑性压缩区，减少焊接变形，用二氧化碳气体保护焊代替手工电弧焊；

(2) 提高装配精度，减小焊缝间隙，减小焊接量，从而减小焊接变形，用专用横梁焊接胎模，如图4 所示。

图4 横梁焊接胎模

组装焊接时通过调节螺栓压紧梁体与筛板安装槽体的焊缝间隙。

焊接顺序：焊接顺序是影响焊接结构变形的主要因素之一，针对横梁焊缝较长且对称，采用分中对称焊法、跳焊法，分段交替焊，减小热影响区，避免筛板安装槽体焊接时变形。

焊接工艺：待焊件清理—梁体、筛板安装槽体、端板在焊接胎模安装校正—点焊固定—对称焊法、跳焊法施焊—卸模—加固焊—清理。

1.4 去应力处理

焊接后的横梁进行喷砂处理，以消除焊缝应力并硬化表面。通过砂丸敲击工件表面，一方面消除应力，增加工件表面强度，减小加工后应力变形；另一方面能去除工件表面的锈皮等污物，在工件表面建立毛面，提高工件表面的粗糙度，增强工件与涂料的结合力。

1.5 横梁机加工

弛张筛内外筛框对角线等长误差每 1 000 mm 不应超过 1 mm，横梁两端板的加工和横梁两端板上连接孔位置关系到横梁的安装精度与弛张筛的使用性能，有 2 种加工方法：方法 1，横梁两端板加工后组焊，这样既能保证零件尺寸和位置精度，又能防止焊接变形；方法 2，在工装上焊接后再整体加工，需要中型铣镗床设备，横梁的尺寸和位置精度以及横梁两端板面上连接孔相对于横梁筛板安装槽的尺寸与位置精度均由机床加工时控制保证。根据现有设备条件，采用 TX6312A 型数显落地铣镗床一次装夹加工端面与连接孔，为提高机加工效率，两件一组对称放置在铣镗床工作台基准面上，用螺杆、压担固定装夹，用圆盘铣刀和三面刃盘铣刀先对横梁一端板进行端面与螺孔安装背面铣削加工，换装钻孔刀具，根据横梁端板孔相对位置，输入各孔相对尺寸数据，对该端板上4 个ϕ18的孔进行钻削加工，然后铣镗床工作台旋转180°，利用同样方法铣削横梁另一端面，并控制横梁长度尺寸，按要求加工端面上的 4 个ϕ18 孔。横梁安装如图 5 所示。

图5 横梁安装

2 结语

根据弛张筛横梁结构特点，确定其结构件的成形工序：下料、折弯、压弯、焊接和机加工等工艺进行研究优化，设计压弯成形模、焊接胎模，保证横梁制造成形，横梁制造后经实检其尺寸精度和形位公差达到图纸要求，其成形工艺设计合理，保证了整机装配要求。产品在选煤厂应用，各项性能指标达到国内先进水平，可以有效筛分 3～13 mm的潮湿原煤，为企业创造了效益。