提升水泥机械装备产品质量的几点建议

黄继全，郭中强

水泥行业的发展离不开辊压机、选粉机、水泥窑、水泥磨等大型机械装备的发展进步，提供性能可靠、质量优良、满足用户要求的水泥机械装备产品，是水泥机械装备企业步入先进企业行列的基本条件。坚持水泥机械装备产品高质量发展，对水泥生产企业和水泥机械装备生产企业提高产品品牌效应，增强客户信任度，提高市场竞争能力具有重要意义。现从优化产品设计、优化产品制造工艺、加强产品检验与监造、改进产品的涂装与包装四个方面入手，就如何提高水泥机械装备产品质量提出几点建议，期望对业界同仁有所帮助。

1 优化产品设计

1.1 优化机械装备性能指标

水泥机械装备企业在进行产品设计时，应从水泥生产工艺角度出发，不断优化水泥机械装备运行参数，优化装备产品性能指标，这样可以为客户带来较大的经济效益，提高装备制造企业的品牌效应。如通过调整辊磨磨盘转速、选粉机转速、系统风机风速、磨内风温、磨内物料湿度等辊磨相关参数，提高辊磨设备的生产能力，提升产出物料的品质。在此基础上，还应采集大量设备现场运行数据，结合水泥生产工艺分析，进一步优化设备性能指标参数，提高装备质量。

1.2 优化机械装备结构

为提高机械装备质量，在进行水泥机械装备产品设计时，还应满足水泥生产工艺参数的调整需求，通过改变机械装备结构的形式、尺寸、安装方式等，提升装备性能和质量。

（1）选用合适的辊磨磨盘辊道（平面辊道、锥面辊道、弧面辊道）,调整合适的挡料圈高度尺寸，调整风环截面尺寸及结构等。

（2）选择合适的选粉机转子整体结构形式，选用合适的叶片结构形式及尺寸、安装角度及安装形式，调整出风口结构尺寸等。

1.3 优化零部件结构

在进行水泥机械装备产品设计时，应重视装备零部件的结构设计优化。如通过确定轴类零部件轴肩R角、优化载荷较大的零部件细部结构尺寸（铸造件的圆角），可以改善构件的应力集中状况；通过减轻零部件的重量，可以降低产品制造成本；通过优化辊子表面耐磨层材料，可以提高设备耐磨性能等。装备零部件结构设计时注意事项如下：

（1）合理选择轴类零件轴肩部位及圆柱面与圆锥面过渡的圆角R，尽可能选择较大值，避免R角处产生较大的应力集中造成轴的过早失效。如，若辊磨销轴圆柱面与圆锥面过渡的圆角R设计偏小，则会导致应力集中，销轴产生断裂，如图1所示。

图1 辊磨销轴的圆柱面与圆锥面过渡的圆角R偏小，导致销轴发生断裂

（2）辊磨的下摇臂，既有内腔圆角R，又有外壁折角（近似于尖角），铸件折角处易产生缩孔、裂纹、粘砂等缺陷；此外，在铸件使用时，折角处易形成应力集中。因此，辊磨的下摇臂铸件外壁的折角处应设计成圆角，且圆角R应选较大值（如图2 所示），这样可以减弱尖角处形成的热节，降低应力集中度，使铸件不易产生裂纹并消除定向结晶。同时，铸造圆角还有利于造型、出砂，并使铸件外形美观。

图2 辊磨的下摇臂外壁折角处应选择较大圆角R

（3）回转窑托轮与托轮轴有过盈装配要求，其托轮孔两端采用大圆角或过渡斜锥面的设计，有利于缓解集中应力。

（4）辊压机的辊轴与辊套在过盈配合孔和轴的端面结合面处，曾采用钻销孔穿销轴，以承受一定的切向力，防止出现窜轴现象，但这同时也大大降低了辊轴和辊套的过盈配合效果。设计时应选用优质钢材，经合理热处理，提高材料的机械强度，保证在过盈配合状态下，辊轴与辊套的紧密配合。

1.4 合理选用零部件加工精度

在进行水泥机械装备产品设计时，应合理确定零部件加工精度，以利于简化加工方法、减少加工流程、优化加工工艺。

（1）设计时，有些零件外周采用倒角，比采用圆弧更有利于其加工成型。如，缓冲板外周的圆角可改为倒角，如图3所示。

图3 缓冲板外周的圆角可改为倒角

（2）设计者在进行零部件设计时，往往将零部件表面精度等级选取得较高，这就导致制造厂家需提升加工方法才能满足零部件加工工艺要求，从而增加了产品的制造成本。因此，在设计中，应在满足零部件性能的前提下，合理选用设计精度等级。

1.5 优化零部件材质

设计时应优选材料类型（钢板件、锻件、铸件或其他材料）、材料成分及热处理方式等。如辊压机的辊子材质选取，设计者最初采用了45号钢，后改用42CrMo，又加入了其他如Ni合金的材料，进一步提升辊子的强度。目前，设计时采用的是一种新型优质合金材料，同时，对热处理工艺作了进一步调整，对提升辊子的技术性能起到了关键作用。

1.6 优化配套设备选型

水泥机械装备配套的设备主要有驱动设备（包括电动机、减速机、联轴装置）、液压系统、润滑系统、控制系统等，驱动设备是核心，设计时优选的驱动设备可以直接提升水泥机械装备性能。

1.7 充分理解并运用现行标准

与国外标准相比，国内机械产品行业标准的综合性更强，而国外标准的专业性更强。在进行产品设计时，若要针对某个产品进行国际对标，则需综合考虑产品生产所涉及的各环节（材料、焊接技术、无损检测等）、各单项的专业性标准。如，在机械产品的设计中，平面图纸绘图设计方法逐渐被三维绘图设计方法所替代，在设计过程中，零部件生成二维图纸后的尺寸标注，特别是正确使用标准对依据零部件相互配合、形位公差进行尺寸标注显得尤为重要。

（1）对于相互间有配合要求的大型结构件，特别是零部件装配过程中不易观察到的配合面，在设计时需合理选择配合公差及结合面在导入装配时的结构形式（斜面、锥面）。如，辊磨选粉机中转子轴套与壳体上法兰的配合，应选择基孔制、间隙配合，以利于设备的装配。

（2）对于关键零件各表面及其相互间形状位置公差的要求，应根据国家标准形位公差的选择原则，选择形状位置公差值，明确基准尺寸部位（对零件运行可靠性起关键作用的部位）。如何标注形位公差、进行组合标注等，应在设计中予以关注。

（3）对于一些大型锻铸件、结构件的无损检测，设计时宜采用设备行业标准推荐的检测标准。如轴类锻件的探伤检测通常采用行业标准，其对缺陷等级的划分较国家标准更为细致，判定更容易。如JB/T 5000标准，这是一个系列标准，几乎涵盖了重型机械所涉及到的各项技术条件的要求，是最常用的技术标准。

2 优化产品制造工艺

2.1 提升加工设备性能

提升加工设备性能，可使加工工艺向专业化、功能化、智能化转变，提升产品质量及生产效率。

（1）使用机器人焊接工作站。槽板输送机的很多零部件均可采用数控机床、成型轧辊机床加工制造。采用机器人焊接工作站可实现槽板焊接成型的自动化、智能化，从而提高产品的焊接质量及工作效率。机器人焊接工作站见图4。

图4 机器人焊接工作站

（2）采用专用数控钻孔机床。目前辊压机多采用柱钉辊，辊子辊面上有数以万计的柱钉孔，辊子本体的材料硬度高，采用专用数控钻孔机床及高强度耐磨钻头可满足高效、高质加工柱钉孔的要求。专用数控钻孔机床见图5。

图5 专用数控钻孔机床

2.2 采用专用工装及流水生产线

（1）设计制造专用工夹具

辊磨的上、下摇臂需加工多个交叉垂直孔和表面，且各表面间均有一定的垂直度要求，使生产加工装夹定位次数较多，定位基准变换频繁。如设计一个工装，通过一次定位装夹进行加工，即可减少多次翻倒装夹定位所带来的误差，提高加工效率和定位精度，提高产品制造质量。

（2）采用加工流水线

篦式冷却机空气梁等零部件可采用专用机床加工流水线，按加工工序要求，区域性布置专用机床，机械化流水转运零部件，实现零部件各加工工序的紧密衔接。半自动化的流水作业方式，可在很大程度上保证产品质量，提高生产效率。篦式冷却机空气梁专用机床加工流水线如图6所示。

图6 篦式冷却机空气梁专用机床加工流水线

2.3 完善产品制造工艺技术文件

制造工艺技术文件是指导加工制造产品的纲领性文件，是生产者从产品原材料准备或产品毛坯状态到产品成型过程中所必须遵循的规则，是保障产品制造质量的基础。因此，在使用智能技术进行制造的同时，需不断完善工艺技术文件体系。

编制严谨的产品制造工艺技术文件体系，是一个企业为用户提供优质产品的重要保证，也是一个企业产品生产制造管理体系的重要组成部分，是各企业参照国家有关机械制造工艺方面的标准要求，依据其不同产品类型、生产制造能力所制订的。

产品制造工艺技术文件的种类主要包括工艺性文件、过程指导性文件、技术支持性文件。

（1）工艺性文件一般包括：机械加工产品工艺卡、铆焊工艺卡、热处理工艺卡、装配工艺卡等。

（2）过程指导性文件一般包括：零件明细表、油漆明细表、外协件明细表、交库明细表、专用工艺装备明细表、外协制作加工联系单、外购工具联系单、技术联系单、材料代用通知单、外协外购产品检验入库单、设备定尺板材料需用计划表、集装箱发运通知单、重点项目生产进度汇报表等。

（3）技术支持性文件一般包括：产品结构工艺审查记录、加工工艺评审报告、工艺加工守则、技术交底记录等。

2.3.1 机械加工产品工艺卡

机械加工产品工艺卡是具体指导产品加工制造过程的文件，一般在多工序或复杂零件的加工工序中使用，对于一些专业性加工工艺，如焊接、热处理等工艺，也大多采用产品工艺卡的方式制定工艺文件。机械加工产品工艺卡明确了零件加工各工序的顺序、零件基准定位的原则和方法，各工序所采用的机床规格，各种加工刀具、工装夹具的选用等事项，是机械加工工艺重要的指导性作业文件。

2.3.2 装配工艺卡

装配工艺卡对于产品最后的成型十分重要。一个产品能否安全可靠运行，与其装配质量密切相关，而装配工艺卡正是指导装配工作的指导性文件。使用装配工艺卡还可有效防止不合格零件进入总装产品中。装配工艺卡主要用于规范部件的装配顺序，并对关键零部件提出具体的装配要求，避免出现影响零部件的运行或损坏零部件情况。

2.3.3 零件明细表

零件明细表包含产品所有的材料采购清单（包括型材尺寸、零件材质、零件数量、外购件的汇总）以及产品加工的所有工艺流程，是所有加工工艺文件的统领性指导文件。产品生产加工的各道工序都应在其指导下进行。

2.3.4 交库明细表

对于建材机械装备，产品全部加工制造完成后，并非整体交付给用户，而是组装成若干个组件和大量的单体零件来交付。各零件经加工完成后，有的进入装配阶段，有的进入工厂库房等待交付，工序过程由交库明细表指导完成。交库明细表还可为编制产品的装箱单提供数据，如装配成型的部件外形尺寸和重量、单体零件的数量和重量等。交库明细表的完整性、准确性是将产品完整交付用户的保证，是不可或缺的文件，不同工厂的交库明细表的表现形式各有不同。目前普遍采用二维码标识成品零部件，对编制交库明细表很有帮助。

2.3.5 工艺加工守则

工艺加工守则是机床设备操作人员在产品加工过程中必须执行的规定，主要包括：操作安全、加工前的准备、刀具与装夹、加工要求及每种机床的操作方法等。

3 加强产品检验与监造

产品的检验与监造是一项十分重要的工作，其关系到产品质量、产品运行的可靠性及产品性能能否保证等一系列问题。

3.1 产品质量检验计划（QCP）的编制及注意事项

产品质量检验计划（QCP）通常由产品制造单位（乙方）完成初步编制后，提交委托单位（甲方）审核、修改并共同完成编制，这是由产品制造工艺的形成过程所决定的，即，制造单位编制加工工艺并根据加工工艺顺序确定产品质量检验的工序节点，委托单位则根据所加工产品的性能要求提出检验规则及标准。QCP 的编制必须满足产品加工制造流程的完整性，最终确认后，作为合同的约束性条款纳入产品供货合同的技术文件中。编制QCP 时需注意如下事项：

（1）将产品中的所有关键及主要零部件的质量检验均纳入到QCP中。

（2）根据加工制造流程，明确质量检验工序节点和检验采用的标准和等级，确定各参检见证方。

（3）明确零部件所属项目、所属设备、所属部件，明确零件的材质，与零件相对应的零件图号等。

（4）涵盖检测控制的类型，如明确尺寸检测、无损探伤等检测类型等（不限于此）。

3.2 明确合同中技术文本的特殊条款

在签订供货合同时，签订技术条款是保证产品质量的重要一环。除了按照图纸设计要求明确供货范围及验收标准外，一般还会增加一些图纸设计中所不包含的特殊条款，如：产品的外观质量、涂装、包装的要求等，这些都应在签订供货合同时予以明确，在产品监造过程中，也必须予以重视。

3.3 控制检验时间节点

除了按照QCP 中规定的时间节点进行产品质量检验外，还需对产品加工过程中某一工序的中间环节进行现场监督查验，如对大型铸造件浇注过程的监督。由于在大型铸造件制造过程中，钢水的冶炼、浇注等方面都存在一定的难度，产生缺陷的概率也比较大，对其浇注过程进行现场监督查验很有必要。

生产过程的现场监督查验，还包括对重要零部件随机试样的分离、标记、存储、传递等的查验，这些进程都应及时进行现场确认，可以采取现场拍摄照片和视频的方式来完成，后期进行现场确认，确保工件与试样材料性能的一致性。

3.4 检验注意事项

（1）对工件进行尺寸测量前，需查看测量仪器检测校验记录，确认校验日期有效。

（2）关注被测零件温度与环境温度。不同环境温度下，测量结果不同，不应立刻对刚加工完成的工件进行测量。

（3）关注测量仪器的夹持方式，测量仪器手握时间过长将影响测量精度。内径千分杆测量工件内孔如图7所示。

（4）液压系统不应只检测系统压力，还应对系统中的关键元器件进行单独检测（液压缸、各种阀等），同时对所用油品加以关注。

3.5 产品监造工作要点

（1）熟知分交合同有关技术条款，明确监造检验零部件的图纸设计要求、检验项目、检验标准等。

（2）了解并掌握产品生产计划，特别是零部件的生产进度安排，以及时进行现场成品工序检测。

（3）依据生产厂家的管理状况，及时提出质询，确保产品加工质量。

（4）经常与操作人员进行交流，掌握准确信息，掌控产品质量。

（5）经常协助操作人员进行测量工作，提高监造人员检测水平。

（6）对于大型的、复杂的焊接结构件，监造人员需深入细致观察，重点关注容易被忽视的部位，确保构件内外部的质量。

3.6 铸锻加工件监造要点

（1）铸造件：重点关注钢水冶炼、浇注过程（温度控制、冒口设置）、冒口切割（剩余的尺寸）、试样留取（位置、数量）、热处理方式（退火、正火）。

（2）锻造件：重点关注钢坯来源（普通钢水、精炼钢水）、锻造方式（自由锻、模锻、碾环锻）、热处理方式（正火、淬火、调质）、毛坯粗加工（倒角≮2mm）、试样留取（位置、数量）。

（3）焊接结构件：重点关注焊接应力消除处理方式（加热时效法、振动时效法）、边角修整、焊渣清除、内部焊缝检查、三面相交处焊缝的处理。

（4）带孔类辊子：重点关注有配合公差要求的孔尺寸表面的精加工（依次优选为内圆磨床磨削、珩磨、砂带磨），超声波探伤应在各表面精加工前进行，磁粉探伤应在表面精加工完成后、外圆表面光整加工前进行。

（5）轴类零件（含整体辊子）：重点关注配合尺寸的表面光整加工（依次优选为外圆磨床磨削、压辊、砂带磨）、台阶处内R的光整加工（压辊、砂带磨），超声波探伤应在各表面精加工前，磁粉探伤应在表面精加工完成后、外圆表面光整加工前进行。

（6）大型减速机：齿轮类（含齿轮轴）主要加工工序依次为车削、滚齿、热处理，热处理包括齿面热处理、精加工、磨齿（磨轴）；箱体和行星架类重点关注精加工后检验；齿轮类检测包括尺寸检测、齿形检测（齿形检测仪）、超声波探伤和磁粉探伤、齿面硬度（齿面硬度仪）；箱体和行星架类精加工后，需用三坐标检测仪或在机床上检验三维位置尺寸。

（7）大型液压缸：油缸精加工采用深孔钻、深孔镗或车削，珩磨（珩磨机）；活塞杆与轴类零件加工相同；油缸检验项有尺寸、粗糙度、形位公差、超声波探伤和磁粉探伤；油缸组装后的油压试验。

3.7 装配过程的监造要点

（1）装配前需清整零部件，去除飞边毛刺，按装配工艺要求对零件进行修磨倒角。

（2）轴承装配：检验轴承型号，检查常温下游隙，加热方式一般首选油浴加温，其次选择电磁感应加温，也可采用电炉加温，不可用火焰直接在轴承上加温。

（3）油路油管：查验管接头焊接、折弯、除锈、清洗情况，查验完成管件的试压和清洗并妥善封口。

（4）润滑油：查验油脂润滑填充状况、稀油润滑油路是否通畅等。

（5）密封件：查验密封件是否完整无破损、自制件是否规范，检验密封性。

（6）过盈配合零部件：关注加热方式、温度控制、装配时定位的控制（如辊磨辊子与轮毂的轴向定位）。

（7）有研磨配合要求的零部件：查验研磨部位接触点的分布、范围。

（8）检查相对运动的零部件之间是否存在干涉、碰撞情况。

（9）转子部件（特别是焊接结构件）需进行动平衡实验。

3.8 外观质量检验

（1）检验铸造圆角的修磨状况，检验带有型腔的铸造件内外表面有无铸造缺陷。

（2）对于准备进行调质处理的大型轴类零件，确保粗加工后的轴肩处有2~3mm 的倒角，避免热处理过程中应力集中，出现微裂。

（3）对于焊接结构件外露的切割棱角、飞边毛刺等均采用磨光机修磨光整，倒角一般为2~3mm。

（4）由薄钢板组焊成形的表面，不应有敲击痕迹，以免涂漆后影响外观质量，降低产品品质。

（5）产品成型后，外观应整洁，无划痕、无磕碰、无残渣、无尖角、无油漆脱落等现象。

4 改进产品的涂装与包装

4.1 产品的涂装

4.1.1 产品涂装的一般性原则

不可采用涂抹腻子的方式处理所有产品缺陷，铸造件外表面须采用磨光机修整，以提高产品零件（包括铸造件、焊接结构件等）的表观质量。风机连接法兰处涂覆腻子的涂装方式如图8所示。

图8 风机连接法兰处采用涂覆腻子方式涂装

在发运（或者临时储存）过程中，轴类零件、回转窑的轮带、大齿圈等的表面是裸露的（一般会加保护套），其表面的涂装效果将直接影响零件的质量，因此轴的表面应采用不同于其他表面的耐锈蚀、耐腐蚀涂装材料，且在现场安装时便于清除。

4.1.2 涂装检验注意事项

（1）涂装材料：认真查验所采用的涂装材料的牌号、色标号与合同要求是否一致。

（2）涂装方式：以喷涂为主，个别部位采用毛刷进行补充。

（3）涂装零件表面前，需认真检查是否有残存的杂物、是否光滑，结构件表面是否进行了除锈处理。壳体灰尘沙粒等清理不干净即喷漆，造成漆膜表面存在颗粒及麻面见图9。

图9 漆膜表面存在颗粒及麻面

（4）认真查验油漆喷涂过程中，是否存在不均匀、漏漆、流挂的现象，边角及隐蔽处是否喷涂到位。喷涂不均产生的油漆流挂见图10。

图10 喷涂不均产生的油漆流挂

（5）检查螺栓孔。外露螺栓孔的孔壁必须涂漆，法兰盖上的螺栓孔应在装配工作完成后拆下来涂漆，之后再次装配并整体涂漆。

（6）检查漆膜厚度，这是涂装完成后的最终检验，应正确使用油漆测厚仪，漆膜厚度既不能小于合同要求也不能过厚。

（7）原则上不允许使用腻子修复表面。

4.2 产品的包装

4.2.1 产品包装的一般性原则

（1）在产品的包装过程中，同一部件的所有零件应集中在一起，即使相同规格的零件，只要不属于同一部件，就要分开包装，这样便于现场安装时，零部件的完整性和易查找。

（2）对于出口产品，尽可能采用集装箱进行包装，有利于保护零件不致受损，同时还可节省海运费用。

（3）合理进行裸装零部件的打包捆装，特别关注捆装中外延件的伸出长度，尽可能不伸出或缩短伸出尺寸，以免增加海运费用。

（4）查验包装箱的制作及使用是否与被包装物相匹配，如，是否有多余的空间、是否有足够的强度承载包装物。

（5）包装箱应能够承受一定压力负荷，具有较好的密封，适于吊运和叉车转运等。

4.2.2 包装检验注意事项

（1）包装箱所采用的木材可能含有虫害、病菌或其他有害生物，需验证包装用木材是否经过熏蒸，认真查验熏蒸记录。

（2）对于包装箱的吊运，需检查包装箱起吊部位标志，确认吊点用的包角、专用吊环是否规范。

（3）在装箱过程中，除清点所装入的产品与装箱单所列零部件是否一致外，还要按层进行拍照，并做好记录。

（4）在包装箱喷制或装钉唛头时，需仔细检查其形式、内容是否正确，是否与装箱单一致。

（5）在包装箱上通常还要喷涂一些其他标识：如码放层数、易碎、防雨、防潮等等标记，需根据包装箱形式、被包装物的特性等确定包装箱表面所需喷涂的标识种类。