Cevher yıkayıcının ince-duvarlı tamburunun-zayıf sertliğiyle ilişkili işleme zorluklarını, özellikle de yüzey kalitesinden ödün veren bağlama ve işleme sırasında deformasyona ve çatırtıya karşı hassasiyetini ele almak için-rasyonel, uygun maliyetli ve verimli bir destek fikstürünün tasarımını optimize etmek üzere sonlu elemanlar analizi kullanıldı-. Bu girişim, ince duvarlı tamburun-üretim sürecini iyileştirdi, işleme verimliliğini artırdı ve üretim maliyetlerini etkili bir şekilde azalttı.
01
giriiş
Cevher yıkayıcı, cevher işlemede hayati önem taşıyan bir ekipman parçasıdır ve genellikle-kırma, manyetik ayırma ve yüzdürme öncesinde-hazırlık aşamasında, cevherden kil topaklarını veya çakılları temizlemek için kullanılır. Bu projede yer alan 2,1 m × 4,5 m cevher yıkayıcı, denizaşırı bir müşteri için-özel olarak tasarlanmış ve üretilmiştir. Yapısı, besleme bölümü, tambur bölümü, tahrik düzeneği, destek silindiri düzeneği, itme silindiri düzeneği ve dişli muhafazası dahil olmak üzere birçok temel bileşenden oluşur; tamburun kendisi makinenin temel bileşenidir. Bu tamburun temel yapısal özelliği, standart tambur tipi bileşenlerle karşılaştırıldığında onu ince-duvarlı, düşük-sert bir tambur olarak sınıflandıran-yalnızca 12 mm kalınlığındaki-ince duvarıdır. Bu tür düşük sertlikteki tamburların işlenmesindeki temel zorluk-sertliklerinin olmamasıdır, bu da deformasyonun kontrolünü kritik hale getirir [1, 2]. Sıkıştırma ve işleme sırasında tambur, boyutsal ve geometrik tolerans sapmalarına [3] yol açabilecek ve yüzey kalitesini bozabilecek çatırdamaya eğilimlidir. Ayrıca, tamburun işleme sırasındaki durumu ile fiili çalışma sırasındaki durumu arasında bir tutarsızlık vardır: kelepçeleme uçların sabitlenmesini içerirken, tambur servis sırasında iki taşıma halkası (lastik) tarafından desteklenir.
Düşük sertlikteki tamburların işlenmesine yönelik geleneksel çözümler{0}, makine bağlama kuvvetleri ve kesme kuvvetlerinin neden olduğu deformasyonu en aza indirmek için sertliği artırmaya odaklanır. Firmamız daha önce 1995 yılında benzer yapıya sahip bir cevher yıkama makinesi üretmiş; ancak o zamanın teknolojik sınırlamaları nedeniyle, ince duvarlı tamburun sertliğinin analizi-büyük ölçüde geçmiş deneyimlere dayanıyordu ve niteliksel değerlendirmeyle sınırlıydı. O zamanki süreç planı, tamburun sağlamlığını güçlendirmek için bir destek fikstürünün tasarlanmasını içeriyordu; bu düzenek, tamburun her iki ucunda dış çevrenin etrafına sabitlenmiş, iç duvara karşı yerleştirilen eksenel desteklerle desteklenen kelepçe benzeri bir yapı kullanmıştır. Bu aletin yardımıyla silindirin sağlamlığı artırılarak işleme ve imalat sürecinin başarıyla tamamlanması sağlandı. Bununla birlikte, takımların ağırlığı 2.035 kg-neredeyse cevher yıkama silindirinin kendisi kadar (2.813 kg)-bu da ekonomik verimliliğin düşmesine neden oluyordu.
02
İnce-Cevher Yıkama Silindirinin Yapısı
Silindir, cevher yıkama tertibatının önemli bir bileşenidir ve silindir duvarının uç kapaklara kaynaklandığı entegre kaynaklı bir yapıya sahiptir. İç nervür yapıları iki uç arasında farklılık gösterir: besleme ucu daha büyük bir açıklığa, daha fazla sayıda nervüre ve nispeten karmaşık bir yapıya sahiptir; boşaltma ucu daha küçük bir açıklığa, daha az nervüre ve daha basit bir yapıya sahiptir. Silindir duvarı, 12 mm kalınlığında, maksimum dış çapı 2.124 mm, uzunluğu 4.819 mm ve iç çapı 2.100 mm olan Q345B çeliğinden yapılmıştır; 2.813 kg ağırlığındadır. İşleme gerektiren alanlar, sürme halkaları ile arayüz oluşturan iki dış silindirik yüzeyin (Dış Çap 1 ve Dış Çap 2) yanı sıra besleme ucundaki flanş yüzünü içerir (bkz. Şekil 1). Dış Çap 1 ve 2 için boyut Φ2,124 mm'dir, uç yüze diklik 0,025 mm, eşeksenlilik Φ0,15 mm ve yüzey pürüzlülüğü Ra=3.2 μm'dir.
Şekil 1: Silindirin 3D Modeli
03
İnce-Cevher Yıkama Silindiri için Destek Takımlama Şemasının Optimizasyonu
3.1 Silindir Takımlama Şemasına Teknik Yaklaşım
Rijitliğini kapsamlı bir şekilde değerlendirmek amacıyla silindir üzerinde sonlu elemanlar analizi (FEA) gerçekleştirmek için Autodesk Inventor yazılımı kullanıldı. Hem silindirin kendi-ağırlık durumu hem de takım tezgahına kenetlendiği durum için deformasyon simülasyonları gerçekleştirildi. Deformasyon analizi sonuçlarına dayanarak bir üretim süreci planı tasarlandı, takım yapısı optimize edildi ve yeni bir silindir destek takımı tasarımı geliştirildi.
3.2 Silindirin Sonlu Elemanlar Katı Modellenmesi
Silindirin yapısal konfigürasyonuna dayalı olarak "içeriden-dışarıya" yaklaşımı kullanılarak bir 3 boyutlu model oluşturuldu. Modelleme sırasında silindir yapısı basitleştirilmiş ve aşağıdaki varsayımlar yapılmıştır:
1) Silindirin her iki ucundaki destek bileşenleri yeterli sağlamlığa sahiptir.
2) Silindir kaynaklarındaki eksik kaynaşma veya çatlak gibi kusurlar dikkate alınmaz. 3) Silindir kaynak dikişlerindeki malzeme özelliği değişiklikleri dikkate alınmaz; kaynak malzemesinin ana malzemeyle aynı olduğu varsayılır [4, 5].
3.3 Yük Hesabı ve Sınır Koşulu Kurulumu
Hesaplama işlemi sırasında silindire etki eden dış yükler temel olarak iki bileşenden oluşur: silindirin yapısal ağırlığı ve takım tezgahı merkezinin uyguladığı sıkıştırma kuvveti. Bileşen parametrelerine ve takım tezgahı spesifikasyonlarına dayalı olarak-ve takım tezgahı kılavuzuna danışıldıktan sonra-merkezin sıkıştırma kuvveti 20 kN olarak belirlendi.
Silindirik bileşenlerle ilgili üretim deneyiminden yararlanılarak işleme sırasındaki kesme derinliği minimum düzeydedir ve kesme kuvvetlerinin etkisi ihmal edilebilir düzeydedir; bu nedenle kesme kuvvetlerinin silindir deformasyonu üzerindeki etkisi analiz edilmemiştir. Bu kapsamlı analize dayanarak silindir için sınır koşulları ve yük ayarları aşağıdaki şekilde oluşturulmuştur:
(1) Silindir Yükleri: İki yük durumu dikkate alınır. Öncelikle statik durumda silindirin yalnızca kendi ağırlığı dikkate alınır. İkinci olarak, makinenin-sıkıştırılmış durumunda, takım tezgahı merkezinden gelen sıkma kuvveti ve ayna çenelerinden gelen sıkma kuvveti dikkate alınır; diğer tüm yükler dikkate alınmaz.
(2) Sınır Koşulları: Statik durumda, silindirin her iki ucundaki dikey yer değiştirme sınırlanırken eksenel yer değiştirme, silindirin kendi-deformasyonunu hesaplamak için serbest bırakılır. Makinenin- kenetlenmiş durumunda, eksenel ve radyal yer değiştirmeler bir uçta sınırlanırken, dikey yer değiştirme sınırlanır ve diğer uçta radyal hareket serbest bırakılır; bu, takım tezgahına kenetlenmiş durumdaki yükleme koşullarını simüle eder.
3.4 Silindir Deformasyonunun Sonlu Eleman Analizi
(1) Statik Durumda Deformasyon: Silindire yerçekimi uygulanır ve X, Y ve Z eksenleri boyunca deformasyonu hesaplamak için sonlu elemanlar analizi kullanılır; ayrıntılar Şekil 2 ila 4'te gösterilmektedir.
Resim
Şekil 2 Statik durumdaki silindirin X-ekseni boyunca deformasyonu
Resim
Şekil 3 Statik durumda Y-ekseni boyunca silindirin deformasyonu
Resim
Şekil 4 Silindirin statik durumda Z-ekseni boyunca deformasyonu
(2) Makine-Kenetlenmiş Durumda Deformasyon: Silindire eksenel ve radyal yükler uygulanır ve takım tezgahına kelepçelenmişken X, Y ve Z eksenleri boyunca deformasyonu hesaplamak için sonlu eleman analizi kullanılır; ayrıntılar Şekil 5 ila 7'de gösterilmektedir.
Şekil 5: Silindirin kelepçeliyken X-ekseni boyunca deformasyonu
Figür
Şekil 6: Silindirin kelepçeliyken Y-ekseni boyunca deformasyonu
Figür
Şekil 7: Silindirin kelepçeliyken Z-ekseni boyunca deformasyonu
Silindir modelinin-hem statik durumunda, hem de kelepçeli işleme durumunda-sonlu eleman analizi sonuçları Tablo 1'de sunulmaktadır.
Tablo 1: Farklı koşullar altında silindir için sonlu elemanlar analizi sonuçları (Birim: mm)
Figür
Veri analizi, karşılaştırma ve çalışma şu sonuçlara varılmasını sağlamıştır: Silindir statik durumunda minimum deformasyon sergilerken kelepçeli işleme prosesi sırasında silindirin her iki ucunda önemli lokal deformasyon meydana gelir.
04
İnce duvarlı cevher yıkama silindiri için-destek takım şeması ve doğrulama süreci
4.1 Optimize edilmiş takım şeması
Silindirin düşük-rijitlik özelliklerine dayanarak yeni bir destek takım şeması tasarlandı (bkz. Şekil 8 ve 9). Bu takım şeması, silindirin iç duvarının daha az sert bölümlerine monte edilen dört adet halka şeklinde destekten oluşur. Halka şeklindeki desteklerin dış çapı kurulumu kolaylaştırmak için ayarlanabilir ve takımların ağırlığı 150 kg'dır. Her halka şeklindeki destek, yay şeklindeki üç plaka parçasından, bağlantı plakalarından, cıvatalı bağlantı elemanlarından ve takozlardan oluşur. Bitişik yay bölümleri birbirine cıvatalanmıştır; bağlantı delikleri arasındaki mesafe değiştirilerek dış çap lokal olarak ayarlanabilir. Ayarlandıktan sonra düzenek takozlar kullanılarak sıkılır ve ardından cıvatalı bağlantı elemanlarıyla tamamen sabitlenir.
Figür
Şekil 8: Silindir destek takımları
Figür
Şekil 9: Silindir destek takımlarının kurulum şeması
1-Shim plakası 2-Takım tezgahı punta ucu 3-Punta merkezi
4-Dairesel destek takımları 5-İş parçası 6-Ayna çenesi 7-Takım tezgahı mesnet ucu
İnce duvarlı cevher yıkama silindirinin-işleme sırasında deforme olmamasını sağlamak için aşağıdaki önlemlerin alınması gerekir:
1) Boş silindirin kaynaklanması sırasında, halka şeklindeki destek aleti silindirin iç duvarına kaynaklanır; Kaynak işleminin ardından silindir-halka şeklindeki desteklerle birlikte-bir fırında gerilim giderme tavlamasına- tabi tutulur. Halka şeklindeki destek tavlama öncesinde silindir gövdesine kaynaklandığından, silindirin doğal sertliği artırılır, böylece gerilim giderme tavlama işlemi sırasında deformasyon önlenir.
2) Silindirin uç yüzünü desteklemek için fener milinin ucundaki aynaya dört adet destek plakası takıldı, böylece sıkıştırma çeneleri silindirin dış yüzeyini gerekli konumda kavradı. Sıkıştırma kuvvetinin neden olduğu deformasyonu önlemek için, sıkıştırma çeneleri ile silindirin dış yüzeyi arasındaki temas noktalarının tam karşısındaki iç duvara bir dizi halka şeklinde destek fikstürü yerleştirildi. İş parçası ile punta merkezi arasındaki arayüz için bir işlem bloğu tasarlandı; Bu bloğun tasarım gereklilikleri, dış boyutlarının merkez deliğin işlenmesine uygun olması ve merkez deliğin kendisinin takım tezgahının merkez açısına ve iş parçasının kütlesine göre belirtilmesiydi.
4.2 Doğrulama Süreci
Yukarıda belirtilen proses önlemlerinin uygulanmasının ardından, silindirin takım tezgahına sıkıştırılmasının ardından bir deneme işleme çalışması gerçekleştirildi. Silindirin salgısını kontrol etmek için kadranlı göstergeler kullanıldı; hizalama doğruluğunun 1 mm'den az olduğu ve işleme planının gerekliliklerini tam olarak karşıladığı bulundu. Bu hizalama doğruluğu esasen kaynaklı silindir ham parçasının hassasiyeti ile tutarlıydı ve bu da kelepçeleme işlemi sırasında deformasyonun minimum düzeyde olduğunu doğruluyordu. Silindir işleme süreci ve bitmiş bileşen Şekil 10'dan 12'ye kadar gösterilmektedir.
Görseller
Şekil 10 Silindirin kaba ve ince işlenmesi
Şekil 11 Takım tezgahı merkezi ile arayüzdeki proses bloğu
Şekil 12 Bitmiş silindir
Optimize edilmiş silindir desteği takım şeması benimsenerek, cevher yıkayıcı için-ince duvarlı silindir başarıyla üretildi. Denetim, tüm hassas parametrelerin çizim spesifikasyonlarını karşıladığını doğruladı. Optimize edilmiş destek şeması pratikte doğrulandı ve bu aynı zamanda silindir için sonlu elemanlar analizi (FEA) sonuçlarının doğruluğunu da doğruladı.
05
Çözüm
Sonlu eleman analizi sayesinde, cevher yıkayıcının ince duvarlı silindirinin-sertlik analizi ampirik, niteliksel bir yaklaşımdan niceliksel bir yaklaşıma yükseltildi. Bu, üretim sürecinin tasarım kalitesini etkili bir şekilde iyileştirdi ve rasyonel, uygun maliyetli ve verimli bir optimize edilmiş destek takım çözümüyle sonuçlandı-. Pratik doğrulama, bu yaklaşımın işleme maliyetlerini etkili bir şekilde azalttığını ve üretim döngülerini kısalttığını göstermektedir; benzer ürünlerin üretimi için bilimsel bir temel sağlar ve diğer karşılaştırılabilir ürünler için değerli bir referans sunar.
