ボールミル主軸

ボールミルシャフトの詳細な紹介、製造プロセス、検査プロセス

I. ボールミルシャフトの機能と構造特性

• トルク伝達：モーターの出力トルクを減速機を介してシリンダーに伝達し、シリンダーを回転させます（回転速度：15～30rpm）。

• 耐荷重: シリンダー、粉砕媒体 (鋼球)、材料 (大型ボールミルの場合は最大数千トン) の総重量を支えます。

• シーリング接続: 供給ポートと排出ポートのシーリング装置と連携して、材料の漏れを防止します。

• 形状：段付き中空円筒（中空構造により軽量化を実現）、両端にジャーナル（適合ベアリング）を備え、中央の円筒とフランジボルト接続。

• 寸法: 小型および中型のボールミルのシャフト径は通常 300 ～ 800 んん ですが、大型のものでは 1500 んん を超えることもあります。長さはシリンダーと一致します (2 ～ 10 m)。

• 材質：高強度と高靭性の両方が求められる。小型・中型シャフトには 45#高品質炭素鋼 （低コスト、良好な加工性）を採用し、大型または重荷重モデルでは 42CrMo合金構造用鋼 （引張強度800MPa以上、衝撃靭性60J/cm²以上）。

II. ボールミルシャフトの製造工程（42CrMo材を例に）

1. 原材料の前処理と鍛造

• 原材料の選択：直径300～1800mmの42CrMo丸鋼を使用し、材料証明書を添付します（化学成分：C 0.38～0.45％、Cr 0.9～1.2％、モ 0.15～0.25％）。

• 鍛造工程：

• 加熱：丸鋼を天然ガス炉で1100〜1150℃（オーステナイト化温度）に加熱し、2〜4時間保持します（直径に応じて調整）。

• 鍛造：自由鍛造または油圧プレス金型鍛造を採用し、段階的な据え込みと引き抜きにより、鍛造比（長さ直径比）≤ 3.5を確保し、内部の空隙を排除します。

• 鍛造後の処理：過度の温度差による割れを防ぐため、600℃までゆっくり冷却し、その後空冷します。鍛造代は15～20mmに制御します。

2. 熱処理（機械的性質を決定する重要なプロセス）

• 正規化: 860〜880℃に加熱し、3時間保持した後、空冷して粒子を微細化し、鍛造応力を除去し、硬度を220〜250 HBWに下げます。

• 焼入れと焼戻し：

• 焼入れ：840〜860℃に加熱し、保持した後、油冷（冷却速度≥50℃/秒）して芯部の硬化を確実にします。

• 高温焼戻し：580〜620℃で4時間保持し、その後空冷して最終硬度280〜320HBWを達成し、強度と靭性のバランスをとります。

• 欠陥検出: 焼入れおよび焼戻し後に、ひび割れや剥がれがなく、100% 超音波検査 (ユタ州) を実施します (JB/T 4730.3 レベル I に準拠)。

3. 荒加工と中仕上げ

• 荒加工：

• 旋削：床旋盤またはCNC旋盤で外円と端面を旋削し、8〜10 mmの加工代を残します。

• 掘削とボーリング: 内部の応力集中領域を除去するために中空の内穴 (シャフト径の 1/3 ～ 1/2 の直径) を掘削します。

• 半仕上げ：

• 仕上げ旋削: ジャーナルとフランジの端面をさらに旋削し、2〜3 mmの研削代を残して、ジャーナルにプロセステーブルを機械加工します（後続の位置決め用）。

• フライス加工：フランジ接続穴をフライス加工します（円周方向に均等に分布、8〜32個の穴、直径φ20〜φ60 んん）。

4. 精密機械加工（組立精度の確保）

• 研削：

• ジャーナル研削: ベアリングと一致するジャーナルをユニバーサル円筒研削盤 (許容差 IT6、表面粗さ ラ ≤ 0.8 μm) で研削し、円筒度 ≤ 0.005 んん/m を確保します。

• 端面研削：フランジ端面（平坦度≦0.02mm/m）を研削し、軸に対する垂直度≦0.01mm/100mmを確保します。

• 精密検査: 座標測定機を使用して、偏差が ±0.02 んん 以内に制御された主要な寸法 (ジャーナル直径、フランジの厚さなど) をチェックします。

• 表面処理：ジャーナル表面にリン酸塩処理（防錆のため）、非接合面にプライマー＋トップコート（総厚 ≥ 80 μm）。

5. 最終検査と試組立

• 清掃: ディーゼルで表面の油や鉄粉を清掃します。

• 試組立：ベアリングシートとシリンダーフランジを仮組立し、ジャーナルとベアリング内輪のフィット感（干渉量0.01～0.03mm）とフランジ接続穴の位置度合い（≤0.1mm）を確認します。

3. ボールミルシャフトの検査工程

1.原材料および鍛造品の検査

• 化学組成分析：直読分光計を使用して42CrMoの組成を検出し、CrとMoの含有量が標準範囲内であることを確認します。

• 鍛造品質検査：

• マクロ構造: エッチングテスト (10% 硝酸アルコール溶液)、収縮、かさぶた、ひび割れは認められません。

• 機械的性質：鍛造サンプルを採取し、引張試験（引張強度≥800MPa、降伏強度≥600MPa）および衝撃試験（-20℃衝撃エネルギー≥40J）を実施します。

2. 熱処理検査

• 硬度試験ブリネル硬度計を使用してジャーナルとフランジの複数のポイントで硬度を測定し、硬度が 280 ～ 320 HBW (均一性偏差 ≤ 20 HBW) であることを確認します。

• 金属組織: 焼入れ焼戻し組織（焼戻しソルバイト、グレード ≤ 3）を検査し、網目状炭化物や自由フェライトがないことを確認します。

3. 加工精度検査

• 寸法精度：

• ジャーナル径：マイクロメータで測定（許容範囲IT6、例：φ500 mmのジャーナルでは+0.03～+0.05 mmが許容されます）。

• 内穴径: 内部ダイヤルゲージで測定、許容差 H8 (給水管とのフィットクリアランスを確保)。

• 幾何公差：

• ラジアル振れ: 精密旋盤または偏向計で測定し、ジャーナルで ≤ 0.02 んん/m。

• 真直度: レベルで検出され、全長の偏差は 0.05 んん/m 以下です。

4. 最終製品検査

• 表面品質目視または浸透探傷試験（PT）により表面に傷や凹凸がないことを確認します（深さ ≤ 0.5 んん）。

• 動的バランステスト回転速度が30rpm以上のシャフトについては、動的バランステスト（アンバランス≦50g·んん/kg）を実施します。

• 水圧試験：中空シャフトの内孔に0.5MPaの水圧試験を実施し、30分間漏れがないことを確認します（シール性能を確保するため）。

IV. 要約