一种新型磨机筒体挂胶表面处理方法

段秋华

1洛阳矿山机械工程设计研究院有限责任公司河南洛阳 471039

2矿山重型装备国家重点实验室 河南洛阳 471039

筒 体是矿用磨机的核心零件，大部分磨机筒体需要厂内挂胶，以减缓介质对筒体的冲击和矿浆对筒体的腐蚀[1]。为避免挂胶区域在加工过程中产生锈蚀而影响挂胶效果，现有工艺要求挂胶前对筒体进行 2 次喷丸、除锈。而一般筒体规格约为 7.5 m×3.8 m，除锈面积约为 104 m2，现有工艺的人工和运输成本高，制造成本较高。笔者采用激光除锈技术，在筒体挂胶前优化表面处理工艺，取消了第 2 次喷丸和筒体加工面的工装保护工序。

1 激光除锈技术

激光除锈[2]是一种新除锈技术，采用高峰值功率的激光照射锈蚀部位、锈层，基体吸收激光能量后温度急剧升高，进而产生一系列物理效应，如膨松、气化、热冲击与热振动、声波震碎等，最终使得锈蚀与基体脱离，实现除锈。当工件表面污染物吸收激光能量后，快速气化或瞬间受热膨胀，克服污染物与基体表面之间的作用力，由于受热能量升高，污染物粒子振动后从基体表面脱落。激光除锈工作原理如图 1 所示。

与传统除锈方式相比，激光除锈技术具有以下特点：

(1) 可以远程除锈，且不与工件直接接触，不会对工件造成物理损坏，保持工件表面原有的粗糙度；

(2) 可以准确定位除锈部位，不受工件表面形貌限制，不需要工装保护，能够清洗任何激光辐射到的地方；

(3) 无需转运，不需要密闭空间，可以就地处理；

(4) 可使污染物直接气化，不会产生大量粉尘，且在清洗过程中只消耗电能，使用成本较低。

2 试验验证

基于第 1 节所述原理，采用激光除锈对挂胶表面进行除锈处理，替代第 2 次喷丸工序，对挂胶前表面处理工艺进行优化。

采用优化后的工艺方法制作试板，对试板进行挂胶、剥离试验，验证挂胶效果。试验过程如下。

(1) 制作试板 2 件，尺寸为 400 mm×25 mm×6 mm，均进行喷丸处理。试板原始状态如图 2 所示。

(2) 模拟试验生产工况，将试板在容易锈蚀环境中放置与实际生产周期等同的时间。此时，试板表面将有不同程度的锈蚀，试板锈蚀状态如图 3 所示。

(3) 采用激光除锈设备对锈蚀的试板表面进行除锈，将试板表面锈蚀完全清除。经过与样块对比，如图 4 所示，除锈质量达到 Sa2.5 级，满足磨机筒体挂胶表面质量要求。

(4) 将激光除锈后的试板表面涂刷底涂胶，然后切割成尺寸为 60 mm×25 mm×6 mm 的试板，编号分别为 A1～ A6，B1～ B6。

(5) 准备对应尺寸橡胶，对橡胶粘接面进行打磨处理，分别对 12 块试板进行挂胶操作，如图 5 所示。

(6) 待胶完全固化后，将试板分为 2 组，试板 A1～A6在挂胶 48 h 后进行剥离试验，试板 B1～ B6在挂胶72 h 后进行剥离试验。试验过程如图 6 所示，试验结果分别如表 1、2 所列。

根据 BS 6374-5—1985《橡胶衬垫规范》要求，室温下自硫化的橡胶，最低可接受的剥离强度为 2.7 kN/m。从表 1、2 试验结果可以看出，2 组试板的剥离强度均满足规范要求，并且随着挂胶时间的增加，剥离强度越来越高，这说明优化工艺是可行的。

表1 挂胶 48 h 后剥离试验结果

3 磨机筒体挂胶表面处理工艺优化

现行的磨机筒体表面处理工艺流程如图 7 所示，从图 7 可以看出，筒体需要进行 2 次喷丸除锈。第 2次喷丸时，需要对加工面进行防护，防护后的工件运输至金构车间对挂胶区域进行除锈，再返回加工车间进行挂胶。上述表面处理方式人工成本和运输成本高，喷丸室的使用对环境有一定的影响，且成本较高。

表2 挂胶 72 h 后剥离试验结果

优化后的工艺流程及效果如下。

(1) 工艺优化后，将 2 次喷丸改为了 1 次喷丸，减少了 1 次喷丸工序和对零件加工面的工装保护。喷丸时，对筒体内外表面均喷丸。根据试板试验，喷丸后表面极易锈蚀，若不采用任何措施，加工过程中裸露在外的挂胶表面会出现严重锈蚀，增加激光除锈设备的负荷，减少设备使用寿命；挂胶表面涂抹防锈油后，锈蚀程度减缓。挂胶前去除防锈油，采用激光除锈技术去除表面浮锈。优化后的工艺流程如图 8 所示。

(2) 工艺优化后，缩短了工艺流程，降低了喷丸成本，减轻了喷丸室负荷，提高了生产效率，节省了零件的防护、转运等成本，并且不需要转运零部件，对除锈场地无特殊要求。

4 成本分析

将优化后的工艺应用到某规格磨机筒体上，筒体挂胶表面除锈过程如图 9 所示。对工艺优化前后的挂胶流程成本进行分析，结果如表 3 所列。

表3 工艺优化前后挂胶流程成本分析 元

由表 3 可以看出，工艺优化后的挂胶流程总费用仅为优化前的 43.5% 左右，挂胶流程费用大大降低，且激光除锈设备不受场地制约，施工便捷，安全环保。

5 结语

与优化前的工艺流程相比，采用激光除锈方式进行挂胶前表面处理，除锈效率高、成本低、节能环保，对于提高磨机筒体挂胶表面处理效率具有重要意义。