Untuk mengatasi tantangan pemesinan yang terkait dengan lemahnya kekakuan drum berdinding tipis-mesin cuci bijih-khususnya kerentanan terhadap deformasi dan getaran selama penjepitan dan pemesinan, yang mengganggu kualitas permukaan-analisis elemen hingga digunakan untuk mengoptimalkan desain perlengkapan pendukung yang rasional,-efektif biaya, dan efisien. Inisiatif ini meningkatkan proses manufaktur-drum berdinding tipis, meningkatkan efisiensi pemesinan, dan secara efektif mengurangi biaya produksi.
01
Perkenalan
Pencuci bijih adalah peralatan penting dalam pemrosesan mineral, biasanya digunakan selama tahap persiapan-sebelum penghancuran, pemisahan magnetik, dan flotasi-untuk mencuci bongkahan tanah liat atau kerikil dari bijih. Mesin cuci bijih berukuran 2,1m × 4,5m yang ditampilkan dalam proyek ini-dirancang khusus dan diproduksi untuk klien luar negeri. Strukturnya terdiri dari beberapa komponen utama, termasuk bagian umpan, bagian drum, rakitan penggerak, rakitan rol pendukung, rakitan rol dorong, dan rumah roda gigi; drum sendiri merupakan komponen inti dari mesin. Karakteristik struktur utama drum ini adalah dindingnya yang tipis-dengan ketebalan hanya 12 mm-mengklasifikasikannya sebagai drum-berdinding tipis,-kekakuan rendah dibandingkan dengan komponen jenis drum-standar. Tantangan utama dalam pemesinan drum dengan kekakuan rendah adalah kurangnya kekakuan, sehingga pengendalian deformasi menjadi penting [1, 2]. Selama penjepitan dan pemesinan, drum rentan terhadap obrolan, yang dapat menyebabkan penyimpangan toleransi dimensi dan geometri [3] serta menurunkan kualitas permukaan. Selain itu, terdapat perbedaan antara kondisi drum selama pemesinan dan kondisi selama pengoperasian sebenarnya: meskipun penjepitan melibatkan pengamanan ujungnya, drum ditopang oleh dua cincin pengendara (ban) selama servis.
Solusi konvensional untuk pemesinan drum dengan kekakuan{0}}rendah berfokus pada peningkatan kekakuan untuk meminimalkan deformasi yang disebabkan oleh gaya penjepitan dan pemotongan mesin. Perusahaan kami sebelumnya memproduksi mesin cuci bijih dengan struktur serupa pada tahun 1995; namun, karena keterbatasan teknologi pada saat itu, analisis-kekakuan drum berdinding tipis sangat bergantung pada pengalaman masa lalu dan terbatas pada penilaian kualitatif. Rencana proses pada saat itu meliputi perancangan perlengkapan pendukung untuk memperkuat kekakuan drum; perlengkapan ini menggunakan struktur seperti penjepit yang dipasang di sekeliling lingkar luar pada kedua ujung drum, dilengkapi dengan penyangga aksial yang ditempatkan pada dinding bagian dalam. Dengan bantuan perkakas ini, kekakuan silinder ditingkatkan, sehingga proses pemesinan dan manufaktur dapat diselesaikan dengan sukses. Namun, perkakas tersebut berbobot 2.035 kg-hampir sama dengan silinder pencuci bijih itu sendiri (2.813 kg)-yang mengakibatkan efisiensi ekonomi yang buruk.
02
Struktur Silinder Pencuci Bijih-Berdinding Tipis
Silinder adalah komponen kunci dari rakitan mesin cuci bijih, yang menampilkan struktur las integral di mana dinding silinder dilas ke penutup ujung. Struktur rusuk bagian dalam berbeda antara kedua ujungnya: ujung umpan memiliki bukaan yang lebih besar, jumlah rusuk yang lebih banyak, dan struktur yang relatif kompleks; ujung pelepasan memiliki bukaan yang lebih kecil, rusuk yang lebih sedikit, dan struktur yang lebih sederhana. Dinding silinder terbuat dari baja Q345B dengan tebal 12 mm, diameter luar maksimum 2.124 mm, panjang 4.819 mm, dan diameter dalam 2.100 mm; beratnya 2.813 kg. Area yang memerlukan pemesinan mencakup dua permukaan silinder luar (Diameter Luar 1 dan Diameter Luar 2) yang berinteraksi dengan cincin pengendara, serta permukaan flensa pada ujung umpan (lihat Gambar 1). Untuk Diameter Luar 1 dan 2, dimensinya adalah Φ2,124 mm, dengan tegak lurus permukaan ujung 0,025 mm, koaksialitas Φ0,15 mm, dan kekasaran permukaan Ra=3.2 μm.
Gambar 1: Model 3D Silinder
03
Optimalisasi Skema Peralatan Pendukung untuk-Silinder Mesin Cuci Bijih Berdinding Tipis
3.1 Pendekatan Teknis untuk Skema Perkakas Silinder
Perangkat lunak Autodesk Inventor digunakan untuk melakukan analisis elemen hingga (FEA) pada silinder untuk mengevaluasi kekakuannya secara komprehensif. Simulasi deformasi dilakukan untuk kondisi-berat silinder dan kondisi penjepitannya pada peralatan mesin. Berdasarkan hasil analisis deformasi, rencana proses manufaktur dirancang, struktur perkakas dioptimalkan, dan desain perkakas pendukung silinder baru dikembangkan.
3.2 Pemodelan Padat Elemen Hingga pada Silinder
Model 3D dibuat menggunakan pendekatan "dalam-luar" berdasarkan konfigurasi struktur silinder. Selama pemodelan, struktur silinder disederhanakan, dan asumsi berikut dibuat:
1) Komponen pendukung pada kedua ujung silinder mempunyai kekakuan yang cukup.
2) Cacat seperti peleburan yang tidak sempurna atau retakan pada las silinder tidak dipertimbangkan. 3) Perubahan sifat material pada lapisan las silinder diabaikan; bahan las diasumsikan identik dengan bahan dasar [4, 5].
3.3 Perhitungan Beban dan Pengaturan Kondisi Batas
Selama proses perhitungan, beban eksternal yang bekerja pada silinder terutama terdiri dari dua komponen: berat struktural silinder itu sendiri dan gaya penjepitan yang dilakukan oleh pusat peralatan mesin. Berdasarkan parameter komponen dan spesifikasi perkakas mesin-dan setelah berkonsultasi dengan manual perkakas mesin-kekuatan penjepitan bagian tengah ditentukan sebesar 20 kN.
Berdasarkan pengalaman manufaktur dengan komponen silinder, kedalaman pemotongan selama pemesinan minimal, dan dampak gaya pemotongan dapat diabaikan; oleh karena itu, pengaruh gaya potong terhadap deformasi silinder tidak dianalisis. Berdasarkan analisis komprehensif ini, kondisi batas dan pengaturan beban silinder ditetapkan sebagai berikut:
(1) Beban Silinder: Dua kasus beban dipertimbangkan. Pertama, dalam keadaan statis, hanya berat silinder yang diperhitungkan. Kedua, dalam keadaan -mesin dijepit, gaya penjepit dari pusat peralatan mesin dan gaya cengkeraman dari rahang pencekam dipertimbangkan; semua beban lainnya diabaikan.
(2) Kondisi Batas: Dalam keadaan statis, perpindahan vertikal pada kedua ujung silinder dibatasi sementara perpindahan aksial dibiarkan bebas untuk menghitung deformasi-sendiri silinder. Dalam keadaan mesin-dijepit, perpindahan aksial dan radial dibatasi pada satu ujung, sementara perpindahan vertikal dibatasi dan gerakan radial dibiarkan bebas pada ujung yang lain, menyimulasikan kondisi pembebanan saat dijepit pada peralatan mesin.
3.4 Analisis Elemen Hingga Deformasi Silinder
(1) Deformasi dalam Keadaan Statis: Gravitasi diterapkan pada silinder, dan analisis elemen hingga digunakan untuk menghitung deformasi sepanjang sumbu X, Y, dan Z; rinciannya ditunjukkan pada Gambar 2 sampai 4.
Gambar
Gambar 2 Deformasi silinder sepanjang sumbu X-dalam keadaan statis
Gambar
Gambar 3 Deformasi silinder sepanjang sumbu Y-dalam keadaan statis
Gambar
Gambar 4 Deformasi silinder sepanjang sumbu Z-dalam keadaan statis
(2) Deformasi pada Mesin-Keadaan Dijepit: Beban aksial dan radial diterapkan pada silinder, dan analisis elemen hingga digunakan untuk menghitung deformasi sepanjang sumbu X, Y, dan Z saat dijepit di peralatan mesin; rinciannya ditunjukkan pada Gambar 5 sampai 7. Gambar
Gambar 5: Deformasi silinder sepanjang sumbu X-saat dijepit
Angka
Gambar 6: Deformasi silinder sepanjang sumbu Y-saat dijepit
Angka
Gambar 7: Deformasi silinder sepanjang sumbu Z-saat dijepit
Hasil analisis elemen hingga untuk model silinder-baik dalam keadaan statis maupun selama keadaan pemesinan dijepit-disajikan pada Tabel 1.
Tabel 1: Hasil analisis elemen hingga silinder pada kondisi berbeda (Satuan: mm)
Angka
Analisis data, perbandingan, dan studi menghasilkan kesimpulan berikut: silinder menunjukkan deformasi minimal dalam keadaan statisnya, sedangkan deformasi lokal yang signifikan terjadi di kedua ujung silinder selama proses pemesinan penjepit.
04
Mendukung skema perkakas dan proses verifikasi untuk-silinder mesin cuci bijih berdinding tipis
4.1 Skema perkakas yang dioptimalkan
Berdasarkan karakteristik-kekakuan silinder yang rendah, skema perkakas pendukung baru dirancang (lihat Gambar 8 dan 9). Skema perkakas ini terdiri dari satu set empat penyangga melingkar yang dipasang pada bagian yang tidak terlalu kaku pada dinding bagian dalam silinder. Diameter luar penyangga melingkar dapat disesuaikan untuk memudahkan pemasangan, dan perkakas berbobot 150 kg. Setiap penyangga berbentuk lingkaran terdiri dari tiga segmen pelat berbentuk busur-, pelat penghubung, pengencang yang dibaut, dan baji. Segmen busur yang berdekatan dibaut menjadi satu; diameter luar dapat disesuaikan secara lokal dengan memvariasikan jarak antar lubang sambungan. Setelah disetel, rakitan dikencangkan menggunakan irisan dan kemudian diamankan sepenuhnya dengan pengencang yang dibaut.
Angka
Gambar 8: Perkakas pendukung silinder
Angka
Gambar 9: Skema pemasangan perkakas pendukung silinder
1-Pelat shim 2-Ujung tailstock perkakas mesin 3-Bagian tengah tailstock
4-Perkakas penyangga berbentuk lingkaran 5-Benda kerja 6-Rahang chuck 7-Ujung headstock perkakas mesin
Untuk memastikan silinder pencuci bijih berdinding tipis-tidak berubah bentuk selama pemesinan, langkah-langkah berikut harus diambil:
1) Selama pengelasan silinder kosong, perkakas pendukung berbentuk cincin dilas ke dinding bagian dalam silinder; setelah proses pengelasan, silinder-bersama dengan penyangga annular-mengalami tegangan-relief annealing dalam tungku. Karena penyangga annular dilas ke badan silinder sebelum anil, kekakuan bawaan silinder ditingkatkan, sehingga mencegah deformasi selama proses anil pelepas tegangan.
2) Empat pelat pendukung dipasang pada chuck di ujung headstock untuk menopang permukaan ujung silinder, memastikan rahang penjepit mencengkeram permukaan luar silinder di lokasi yang diperlukan. Satu set perlengkapan pendukung berbentuk cincin dipasang di dinding bagian dalam tepat di seberang titik kontak antara rahang penjepit dan permukaan luar silinder untuk mencegah deformasi yang disebabkan oleh gaya penjepit. Blok proses dirancang untuk antarmuka antara benda kerja dan pusat tailstock; persyaratan desain untuk blok ini adalah dimensi luarnya harus mengakomodasi pemesinan lubang tengah, dan lubang tengah itu sendiri harus ditentukan berdasarkan sudut tengah perkakas mesin dan massa benda kerja.
4.2 Proses Verifikasi
Setelah penerapan langkah-langkah proses yang disebutkan di atas, uji coba pemesinan dilakukan setelah silinder dijepit ke peralatan mesin. Indikator dial digunakan untuk memeriksa kehabisan silinder; akurasi penyelarasan ditemukan kurang dari 1 mm, sepenuhnya memenuhi persyaratan rencana pemesinan. Akurasi penyelarasan ini pada dasarnya konsisten dengan presisi blanko silinder yang dilas, yang memastikan bahwa deformasi selama proses penjepitan minimal. Proses pemesinan silinder dan komponen jadi ditunjukkan pada Gambar 10 sampai 12.
Gambar
Gambar 10 Pemesinan kasar dan akhir pada silinder
Gambar 11 Blok proses pada antarmuka dengan pusat peralatan mesin
Gambar 12 Silinder jadi
Dengan mengadopsi skema perkakas pendukung silinder yang dioptimalkan, silinder-berdinding tipis untuk mesin cuci bijih berhasil diproduksi. Inspeksi memastikan bahwa semua parameter presisi memenuhi spesifikasi gambar. Skema dukungan yang dioptimalkan telah divalidasi dalam praktiknya, yang juga mengonfirmasi keakuratan hasil analisis elemen hingga (FEA) untuk silinder.
05
Kesimpulan
Melalui analisis elemen hingga, analisis kekakuan silinder berdinding tipis-mesin cuci bijih ditingkatkan dari pendekatan kualitatif empiris menjadi pendekatan kuantitatif. Hal ini secara efektif meningkatkan kualitas desain proses manufaktur dan menghasilkan solusi peralatan pendukung optimal yang rasional,-efektif biaya, dan efisien. Verifikasi praktis menunjukkan bahwa pendekatan ini secara efektif mengurangi biaya pemrosesan dan memperpendek siklus produksi; ini memberikan dasar ilmiah untuk produksi produk serupa dan menawarkan referensi berharga untuk barang serupa lainnya.
