始极片加工机组步进台改进优化_罗方彪.pdf

铜业工程 COPPER ENGINEERINGTotal 179No.1 2023总第179期2023年第1期引文格式引文格式：罗方彪,江越文.始极片加工机组步进台改进优化J.铜业工程,2023(1):152-156.始极片加工机组步进台改进优化罗方彪，江越文（江西铜业股份有限公司贵溪冶炼厂，江西 贵溪 335424）摘要：步进台是传统法电解始极片加工机组的重要部件，由于使用年限过长，故障频发，严重制约了机组作业速度，且难以保证始极片加工质量，已无法满足现有生产的需求。针对上述问题，经过对故障原因的深入分析研究，从结构设计和材料选用等方面对步进台初始设计进行了优化，降低了该部位的故障率，提升了机组的运行效率。关键词：步进台；传统法电解；始极片；机组作业率；故障率doi：10.3969/j.issn.1009-3842.2023.01.021中图分类号：TF811 文献标识码：A 文章编号：1009-3842（2023）01-0152-051 引言在传统的阴极铜生产方式中，需要用始极片作为阴极。始极片为纯铜薄片，在装槽电解前需要在始极片加工机组进行多工序加工1。贵溪冶炼厂传统法电解始极片加工机组，也称为始极片1103整形机组2，是1985年2月16日从日本住友金属矿山株式会社引进的，该机组负责对始极片进行压平压纹、铆耳、提升和排距3。始极片质量及加工速度直接影响到阴极铜的质量和产量，因此必须保证始极片加工机组的稳定运行。始极片1103整形机组服役多年，部分结构设计已无法满足企业不断提高的产能需求，故障频发，严重影响机组的作业率，且难以有效保证始极片的加工质量。因此，必须对始极片加工机组尤其是该设备的重要部件步进台的初始设计进行改进优化，使其与新的生产需求相匹配。2 步进台简介2.1工艺流程在始极片加工机组中，步进台的作用是传送和定位，该装置有三个工位。经过压纹的始极片4（即，阴极），通过传送轮送至步进台的第一个工位，在此工位对始极片导电棒进行轴向校正5，目的是为了在铆接过程中保证两吊耳中心对称。之后，通过步进台将始极片移送至第二个工位进行前后校正定位、吊耳铆接6，此时始极片加工完成。最后，加工好的始极片由该装置送入第三个工位，该工位的作用是将成品始极片输出。因此，步进台是始极片加工机组核心区域铆耳部位的重要的传送和定位装置。一旦步进台出现故障，不仅会直接影响作业速度，而且会导致对始极片进行铆耳时定位不准，造成始极片的质量下降7。2.2机构组成步进台由移动架、升降油缸、移动架水平油缸、行走滑轨和移动框架等部位组成。步进台运作行程为 1500 mm；升降油缸缸径为 63 mm，杆径为35.5 mm，行程为65 mm；移动架水平油缸缸径为63 mm，杆径为 45 mm，行程为 1500 mm。步进台油缸动作顺序依次为，升降油缸上升、水平油缸前进、升降油缸下降、水平油缸后退，并按此顺序循环运行。3 步进台的故障分析及解决方案由于使用年限太长，步进台各机构经常发生连接螺栓断裂、油缸与机架连接处折断、滑块破损脱落、油缸连接销磨损等故障，导致极板变形8，影响始极片垂直度，制约作业效率9，同时也增加了操作人员处理故障的工作强度。2019年下半年步进台的故障时长统计见表1，可见步进台平均每月有2 h处于故障中，故障率高。收稿日期：2022-06-05；修订日期：2023-01-28作者简介：罗方彪（1985），男，广东汕尾人，本科，研究方向：冶金生产运行管理，E-mail：3.1步进台滑块故障步进台移动框架通过 4个滑动轴承在滑轨上移动，4个滑动轴承两端安装了尼龙块作为缓冲装置10。移动框架行走时，由于受到巨大的冲击力作用，经常造成轴承两端的尼龙块破损，轴承中的滚珠掉落，如图 1 所示，导致轴承卡死而被迫停机，严重时甚至导致极板变形直至损坏。为了解决这一问题，选用了黄铜作为制作轴承两端缓冲装置的材料，如图2。相比尼龙材质，黄铜具有更良好的耐磨性和更高的强度11。以黄铜材料代替尼龙材料制作的缓冲块，具备更高的防撞能力，可有效减少设备停机、极板变形等故障的发生率，也可延长设备局部零件的使用寿命。3.2步进台移动框架固定螺栓断裂易崩开步进台移动框架由螺栓连接固定，该连接螺栓在工作时会受到较大的剪切力。设备长期运行过程中，容易出现螺栓孔径因磨损变大导致螺栓松动的现象，如图3所示，松动的螺栓在剪切力作用下更容易断裂12。出现故障后，框架会出现相对移动和变形，间距也会改变，从而导致始极片定位不准。这种情况下，始极片会受到因定位不准造成的惯性冲击而产生变形，由于该区域空间较小，难以在设备运行的状态下展开对变形始极片的处理工作，严重影响了机组作业效率。为了彻底解决这一故障，在原连接处加装了燕尾槽，如图4。燕尾槽是一种机械结构，槽的形状是，它的作用通常是对机械的相对运动进行导向，具有导向精度高、动作平滑稳定、间隙可调、承载能力大、安装方便等优点13。加装燕尾槽能有效提高机构承载冲击力的能力，避免固定螺栓因受剪切作用而断裂。根据现场具体情况对移动框架进行改造后，运行效率显著提高，移动框架行走更平稳，可将始极片精确定位地运达下一工序，并且能完好保持始极片的垂直度，有效避免了始极片变形报废，减少了员工劳动强度，提高了作业率。3.3移动框架的横梁承受面小，易断裂行走油缸的拉伸力量集中在油缸杆的连接处。连接座与移动框架的横梁原有的连接方式为单面表12019年下半年故障时长统计Table 1Statistics of failure duration in the second half of 2019图1滑动轴承尼龙块脱落示意图Fig.1Diagram of sliding bearing nylon block shedding图2黄铜块代替尼龙块示意图Fig.2Diagram of brass block instead of nylon block图3固定螺栓松动脱落示意图Fig.3Diagram of fixing bolt loosens and falls off152罗方彪等 始极片加工机组步进台改进优化2023年第1期3.1步进台滑块故障步进台移动框架通过 4个滑动轴承在滑轨上移动，4个滑动轴承两端安装了尼龙块作为缓冲装置10。移动框架行走时，由于受到巨大的冲击力作用，经常造成轴承两端的尼龙块破损，轴承中的滚珠掉落，如图 1 所示，导致轴承卡死而被迫停机，严重时甚至导致极板变形直至损坏。为了解决这一问题，选用了黄铜作为制作轴承两端缓冲装置的材料，如图2。相比尼龙材质，黄铜具有更良好的耐磨性和更高的强度11。以黄铜材料代替尼龙材料制作的缓冲块，具备更高的防撞能力，可有效减少设备停机、极板变形等故障的发生率，也可延长设备局部零件的使用寿命。3.2步进台移动框架固定螺栓断裂易崩开步进台移动框架由螺栓连接固定，该连接螺栓在工作时会受到较大的剪切力。设备长期运行过程中，容易出现螺栓孔径因磨损变大导致螺栓松动的现象，如图3所示，松动的螺栓在剪切力作用下更容易断裂12。出现故障后，框架会出现相对移动和变形，间距也会改变，从而导致始极片定位不准。这种情况下，始极片会受到因定位不准造成的惯性冲击而产生变形，由于该区域空间较小，难以在设备运行的状态下展开对变形始极片的处理工作，严重影响了机组作业效率。为了彻底解决这一故障，在原连接处加装了燕尾槽，如图4。燕尾槽是一种机械结构，槽的形状是，它的作用通常是对机械的相对运动进行导向，具有导向精度高、动作平滑稳定、间隙可调、承载能力大、安装方便等优点13。加装燕尾槽能有效提高机构承载冲击力的能力，避免固定螺栓因受剪切作用而断裂。根据现场具体情况对移动框架进行改造后，运行效率显著提高，移动框架行走更平稳，可将始极片精确定位地运达下一工序，并且能完好保持始极片的垂直度，有效避免了始极片变形报废，减少了员工劳动强度，提高了作业率。3.3移动框架的横梁承受面小，易断裂行走油缸的拉伸力量集中在油缸杆的连接处。连接座与移动框架的横梁原有的连接方式为单面表12019年下半年故障时长统计Table 1Statistics of failure duration in the second half of 2019故障时长/h7月48月29月110月2.511月112月1.5合计12平均2图1滑动轴承尼龙块脱落示意图Fig.1Diagram of sliding bearing nylon block shedding图2黄铜块代替尼龙块示意图Fig.2Diagram of brass block instead of nylon block图3固定螺栓松动脱落示意图Fig.3Diagram of fixing bolt loosens and falls off153总第179期铜业工程Total 179焊接，受力面积小，单位面积受力集中，强度不足。在油缸长期频繁动作的作用力下，横梁焊接面容易出现疲劳裂纹，最终导致横梁脱焊断裂，如图5所示。为了彻底解决横梁断裂故障，对油缸连接座进行改造。将连接座改成“门”型，对嵌入横梁的三个面进行焊接，这种连接方式有效提高了连接处的强度，如图6所示。经生产实践检验，对连接座与横梁连接方式改造后，有效消除了横梁焊接面出现脱焊断裂的现象。3.4步进台行走油缸连接叉磨损导致行走不到位由于生产需要，始极片机组产能必须达到平均每天加工6000多块始极片，才能满足装槽的需求量，这就要求机组保持长时间高负荷运转。步进台长时间运行会导致行走油缸连接叉与销轴产生疲劳磨损，连接叉与销轴必须具有一定的抗拉强度才能适应这种工况，选用碳钢作为其材质可具备符合工况的抗疲劳磨损能力，但不耐腐蚀。生产过程中，始极片上残留的酸垢会滴落在连接叉与销轴上导致其表面出现腐蚀现象，酸垢腐蚀会加剧连接叉孔和销轴磨损。原有的连接叉与销轴结构在腐蚀和疲劳磨损的复合作用下，两者的配合间隙会变大，使整个机架动作行程出现偏差，造成始极片在运送到下一工序的过程中定位不准，从而导致加工出的始极片质量不合格，如图7所示。为了解决磨损及定位不准的问题，将连接叉内圈嵌入铜套，如图8所示。铜套是一种在滑动传动机构当中使用的既能减少摩擦，又能传导推力，还能起到支撑和固定作用的部件。使用黄铜制作的铜套，具有一定的耐磨性、支撑强度以及耐腐蚀性14。连接叉内圈嵌入铜套后，在半年的试用期间，没有更换过连接叉和插销，可见，嵌入铜套可以极大程度地缓解该连接部位的磨损。4 改进效果改进优化后，经过半年的实践运行检验可以发现，步进台部件故障时长大幅下降，故障频发的问题得到了有效解决。改进前的 2019 年 712 月，故障时长合计为12 h（见表1）；改进后的2020年712月，故障时长合计仅为1 h（见表2）。图4加装燕尾槽示意图Fig.4Diagram of adding dovetail groove图5油缸连接叉与横梁焊接面断裂示意图Fig.5Fracture diagram of cylinder connecting fork and beam welding surface图6改为三面加固焊接示意图Fig.6Diagram of change to three side reinforcement welding5 结论通过对步进台动作方式进行分析，找出了其易发生故障的症结，并采取了更换缓冲块材质15、改进连接结构、增大焊接面积、连接叉嵌入铜套等一系列改进优化措施。经生产实践检验，步进台改造之后效果良好，基本消除了制约步进台顺畅运行的主要因素，降低了设备故障率，减少了操作人员处理废始极片的劳动强度，有效提高了始极片加工机组的运行效率，在满足现有加工速度下保证了始极片的加工质量，为工厂提升阴极铜产品质量和产量提供了有力保障。参考文献：1 闫茹.铜电解生产系统生产始极片的探索实践 J.山西冶金，2017，40（6）：80.2 武霞，曹世杰，王刚.浅析影响电解铜质量的因素及解决方法 J.世界有色金属，2020（19）：7.3 刘煜.降低始极片加工机组提升机故障率实践 J.铜业