仿型技術(shù)在大型軋機人字齒輪軸修復(fù)中的應(yīng)用

摘要：循環(huán)再利用、修復(fù)再制造已成為先進制造技術(shù)的重要組成部分和發(fā)展方向，在受現(xiàn)場條件限制以及無法使用齒輪加工設(shè)備對大型軋鋼機傳動箱人字齒輪軸進行修復(fù)的情況下，應(yīng)用自主創(chuàng)新的仿形裝置及靠模工藝有效解決生產(chǎn)技術(shù)難題。該技術(shù)的成功應(yīng)用，對軋鋼設(shè)備的低成本修復(fù)和快速檢修提供了寶貴經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：仿型技術(shù)；軋機傳動；人字齒輪軸；修復(fù)工藝

中圖分類號：TG174 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）01-0055-04

1現(xiàn)狀分析

某國有大型鋼鐵主干企業(yè)熱軋生產(chǎn)線引進設(shè)備R1大型軋鋼機傳動箱人字齒輪軸，是該軋機的核心部件。該部件價值近千萬，而且生產(chǎn)周期較長、工藝復(fù)雜、制造難度大、運輸困難，在成本效益管理模式下，其備件不可能無條件預(yù)投。若能夠確認(rèn)其舊品在無變形、內(nèi)部無缺陷的前提下，對表面損傷進行修復(fù)，恢復(fù)其漸開線齒形，達到或接近原設(shè)計精度要求，將創(chuàng)造十分可觀的經(jīng)濟效益。通過實踐，修復(fù)件重新投入使用，可節(jié)省成本50%、節(jié)能60%、節(jié)材70%，且?guī)缀醪划a(chǎn)生固體廢物，達到環(huán)保要求。

1.1沒有專用齒輪機床加工

由于齒輪軸上已安裝的十字扁頭和大法蘭均不能拆卸，致使工件的噸位大、體積大，給運輸、起吊、安裝、調(diào)整都帶來很大的困難，且沒有現(xiàn)成的機床可以加工。

1.2自制專用機床傳動比太大實現(xiàn)困難

若自制專用機床按照正常的加工工藝進行修復(fù)，由于加工的主運動與進給運行的傳動比多達30000以上，傳動鏈太長，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，使得專用機床的設(shè)計、制造困難。

1.3修復(fù)基準(zhǔn)部分缺失，影響修復(fù)精度

由于齒輪軸上兩對軸承均產(chǎn)生磨損跡象，齒面也嚴(yán)重磨損，非工作面已出現(xiàn)銹蝕，加工基準(zhǔn)不易找準(zhǔn)，其修復(fù)精度難以保證。

1.4齒輪測量困難

齒形的粗精加工、跑合等工藝過程需要精確測量，沒有專用的量具，造成測量困難。

2修復(fù)技術(shù)方案

2.1修復(fù)目標(biāo)的確定

根據(jù)目前的設(shè)備和加工能力以及齒軸本身尚存精度的完整性，修復(fù)后的齒軸精度略低于原級別，但應(yīng)達到使用的基本要求精度，即不低于國標(biāo)9級精度。

2.2整體修復(fù)工藝路線

2.3齒形修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)

2.3.4仿形裝置的工作原理。如前所述，齒輪軸有一齒面保存完好，通過超聲波和磁粉探傷，確認(rèn)無表面及深度裂紋，并且通過對尺寸和形位公差精密測量，均在公差范圍內(nèi)，沒有產(chǎn)生變形，可以借助完好齒面作為靠模基礎(chǔ)面。

由于人字齒輪軸齒面為斜角，裝在滑臺上的仿形裝置作軸向運動時，作用在其齒面上的力中有一分解向下的分力，形成驅(qū)動齒輪軸轉(zhuǎn)動的力矩，可以使工件被動回轉(zhuǎn)。仿形裝置上有兩組放置相鄰齒槽中的滾輪，滾輪組與完好齒面接觸，仿形裝置一方面帶動齒輪軸旋轉(zhuǎn)，同時其上旋轉(zhuǎn)的指形齒輪銑刀可以切削待修復(fù)的齒面。以完好齒面為基準(zhǔn)加工另一齒面，并且同時驅(qū)動齒輪軸旋轉(zhuǎn)是仿形裝置的主要特色。此外，滑臺軌道要和齒輪軸中心線平行，才能保證齒形的正確性。

2.3.5測量方式。由于采用仿形法進行齒輪加工，其測量手段包括以下項目，以驗證修復(fù)后的精度達到要求：用樣板控制粗、精、修整等工序的齒形及尺寸；測量公法線長度；測量接觸斑點；測量齒側(cè)間隙。

2.3.6齒輪軸的跑合。跑合是保證齒輪軸嚙合精度的有效方法。跑合時，采用電機＋減速機連接齒輪軸上法蘭進行驅(qū)動；工件依靠在基礎(chǔ)平臺上兩組平行的軸承座支撐，形成類似傳動箱的開式機構(gòu)，使其能夠按照傳動箱精度和模式進行跑合運轉(zhuǎn)。跑合過程中，按照接觸斑點誤差標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合其他相關(guān)檢測項目要求進行檢測，逐步修整，直到合格。

3修復(fù)工藝實施效果

根據(jù)修復(fù)方案，制定了詳細的焊接工藝、熱噴焊工藝、加工工藝、檢測工藝。實施過程關(guān)鍵在于修復(fù)加工基準(zhǔn)和測量基準(zhǔn)的一致性及測量點的選擇，由于是舊品修復(fù)，局部基準(zhǔn)的處理要合理考慮，不違背基準(zhǔn)確定原則。按照修復(fù)工藝實施以及對現(xiàn)場問題處理原則的掌控，修復(fù)結(jié)論如下：

（1）根據(jù)探傷報告表明，滾柱軸承和齒輪軸均無裂紋存在。

（2）根據(jù)硬度檢測，修復(fù)后齒面硬度在HB＝277～328之間，達到圖紙要求。

（3）根據(jù)自測幾何尺寸，齒形完全符合標(biāo)準(zhǔn)齒形樣板要求，公法線長度偏小0.2～0.4mm左右，基本是正態(tài)分布，接觸斑點檢查，沿齒高方向達40%，沿齒長方向達60%以上，達到圖紙要求。個別齒大于該指標(biāo)，少數(shù)齒小于該指標(biāo)，所占齒數(shù)的比例小于5%，在基本要求范圍內(nèi)，齒側(cè)間隙在1.3～2.0之間，在標(biāo)準(zhǔn)要求范圍內(nèi)。

（4）修復(fù)好的齒輪軸安裝在軋鋼機傳動箱中進行空載試車，經(jīng)過近96h的實機跑合，運行平穩(wěn)，無異常噪聲；打開窺視窗檢查，齒面接觸良好，潤滑油溫正常，箱體溫度在40℃左右。

軋機傳動箱基本恢復(fù)原有精度，正常運行，每年檢修未見異常情況。

4結(jié)語

在現(xiàn)場條件限制以及無法使用齒輪加工設(shè)備對大型軋鋼機傳動箱人字齒輪軸進行修復(fù)的情況下，成功應(yīng)用仿形裝置和靠模工藝是一種有效解決問題的好方法，不僅解決技術(shù)難題，還大大降低了備件成本，縮短了恢復(fù)周期。該技術(shù)多次應(yīng)用于該國有大型鋼鐵主干企業(yè)的其他生產(chǎn)線軋機，均取得較好的結(jié)果。該項技術(shù)的成功應(yīng)用，將對我國軋鋼設(shè)備的低成本修復(fù)和快速檢修提供寶貴經(jīng)驗，并產(chǎn)生可觀的經(jīng)濟效益。

參考文獻

[1]朱愛華，等．滾動軸承摩擦力矩的計算分析[J]．軸承，2008，（7）．

[2]陳大成．機械設(shè)計手冊（第三冊）[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007．

[3]徐濱士，馬世寧，等．綠色再制造工程設(shè)計基礎(chǔ)及其關(guān)鍵技術(shù)[J]．中國表面工程，2001，（2）．

作者簡介：蘇碧輝（1960-），女，廣東人，武漢鋼鐵重工集團有限公司設(shè)計研究所項目工程師，研究方向：冶金設(shè)備機電一體化設(shè)計制造以及引進設(shè)備改造。

（責(zé)任編輯：周加轉(zhuǎn)）