廢舊機(jī)床再制造設(shè)計(jì)與研究

曹敏曼，辛志杰

(中北大學(xué)山西省深孔加工工程技術(shù)研究中心，太原 030051)

0 引言

自20世紀(jì)90年代以來(lái)，中國(guó)面臨著資源枯竭、環(huán)境污染的嚴(yán)峻局勢(shì)，再制造業(yè)在國(guó)內(nèi)迅速發(fā)展起來(lái)［1］。對(duì)廢舊機(jī)床進(jìn)行再制造的費(fèi)用低于新品的價(jià)格，并且節(jié)約資源，減少能源浪費(fèi)。我國(guó)機(jī)床總數(shù)大約有600萬(wàn)臺(tái)左右，在機(jī)床維修與報(bào)廢的高峰期，廢舊機(jī)床再次對(duì)再制造提出需求，再制造具有良好的市場(chǎng)前景［2］。機(jī)床零件的再制造是機(jī)床再制造的主要內(nèi)容，對(duì)機(jī)床進(jìn)行再制造性評(píng)估，并研究機(jī)床再制造的主要過(guò)程對(duì)機(jī)床零件的再制造有一定的理論指導(dǎo)作用，滿足現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展所提倡的節(jié)約能源，減少污染的要求。隨著人們對(duì)再制造的不斷認(rèn)識(shí)以及政府的大力支持和企業(yè)的參與，我國(guó)再制造必將在未來(lái)建設(shè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的過(guò)程中發(fā)揮重要的作用［3］。

1 機(jī)床再制造前期準(zhǔn)備

對(duì)機(jī)床進(jìn)行再制造要把握好再制造開(kāi)始的時(shí)間。機(jī)床在使用過(guò)程中分別會(huì)在開(kāi)始階段、使用中期、使用后期發(fā)生故障，產(chǎn)品的生命周期過(guò)程發(fā)生故障規(guī)律可用“浴盆曲線”［4］來(lái)表示，如圖1所示。從圖中看出，機(jī)床在使用中期發(fā)生故障的頻率低并且穩(wěn)定，由于機(jī)床在使用過(guò)程中逐漸磨損，因此在使用后期發(fā)生故障率高，為使機(jī)床不影響工作的進(jìn)行，應(yīng)該在A線處開(kāi)始進(jìn)行再制造，使得機(jī)床在不到故障高峰期就能夠進(jìn)入第二次生命周期。

圖1 機(jī)床的浴盆曲線

在對(duì)機(jī)床進(jìn)行再制造前，應(yīng)掌握機(jī)床在使用壽命中所處的位置，如果機(jī)床的零部件很快進(jìn)入發(fā)生故障率較高的第三個(gè)階段，就應(yīng)該進(jìn)行再制造，這樣能夠使機(jī)床今早進(jìn)入第二次生命循環(huán)，保證機(jī)床的可靠性。

2 機(jī)床再制造過(guò)程研究

2.1 機(jī)床再制造性評(píng)估

在對(duì)老舊機(jī)床進(jìn)行再制造前，先判斷是否值得再制造。如果機(jī)床的核心部件已發(fā)生嚴(yán)重的損壞和變形，那么對(duì)其進(jìn)行再制造的成本必然很高，就沒(méi)有再制造的價(jià)值與意義，對(duì)于此類機(jī)床應(yīng)直接廢棄，或進(jìn)行回爐冶煉［5］。對(duì)于核心部件沒(méi)有發(fā)生嚴(yán)重?fù)p壞的機(jī)床，需要分析機(jī)床的再制造性。機(jī)床再制造可行性分析主要從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的角度對(duì)再制造機(jī)床進(jìn)行分析，判斷機(jī)床是否有必要進(jìn)行再制造。機(jī)床再制造流程如圖2所示。

圖2 機(jī)床再制造流程

2.1.1 技術(shù)可行性分析

廢舊機(jī)床再制造技術(shù)可行性主要包括拆解性(Vd)、清洗性(Vc)、分類檢查性(Vi)、零件修復(fù)可行性(Vr)、升級(jí)性(Vu)、重新裝配性(Va)。

這6 個(gè)因素的權(quán)重分別表示為：w=(wd，wc，wi，wr，wu，wa)，機(jī)床的技術(shù)可行性表示為：R=wd*Vd+wc*Vc+wi*Vi+wr*Vr+wu*Vu+wa*Va。

用AHP法確定6個(gè)因素的權(quán)重值。首先確定6個(gè)因素之間的兩兩比較矩陣為：

技術(shù)可行性的6個(gè)方面分別按如下方法進(jìn)行確定：

(2)清洗性：用廢舊機(jī)床的清洗難易程度表示清洗性。用λj、μj分別表示清洗手段以及清洗的難易程度，如表1所示。

表1 清洗手段及其難易程度

(3)分類檢查性：通過(guò)嚴(yán)格的檢查將零件劃分為可重新使用零件、修復(fù)后可重新使用零件、不可重新使用零件。通過(guò)專家評(píng)定的方法判定，評(píng)價(jià)結(jié)果表示為 Vi={0.95，0.80，0.65，0.40}。

因此機(jī)床升級(jí)性表示為Vu=ν*wT，w為νi的權(quán)重。

(6)裝配性：在裝配過(guò)程中存在許多不確定因素，采用專家評(píng)定的方法判斷裝配性。裝配性可被劃分為4 個(gè)檔次，即 Va={0.95，0.80，0.65，0.40}。

2.1.2 經(jīng)濟(jì)可行性分析

2.2 零件拆解

在對(duì)廢舊機(jī)床進(jìn)行拆解前，應(yīng)掌握各個(gè)零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及連接件的關(guān)系，保證零件的質(zhì)量。拆解前，要做好準(zhǔn)備工作，制定拆解方案［7］。在拆解階段，將零件進(jìn)行分類，并制定合理的拆解工藝。拆解下來(lái)的零件，避免隨意堆放，以免零件生銹影響再制造性。

2.3 零件清洗

對(duì)于能夠進(jìn)行再制造的零件，在進(jìn)行再制造前應(yīng)進(jìn)行清洗。機(jī)床經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用后，零件表面會(huì)有大量油污及銹痕，如果不進(jìn)行正確的清洗，很難判斷零件的磨損情況以及其他缺陷?？梢圆捎脵C(jī)械、物理、化學(xué)的方法去除零件表面的污垢，為零件再制造做好準(zhǔn)備。

2.4 廢舊機(jī)床再制造

機(jī)床不同部件或零件采用不同的修復(fù)手段。

機(jī)床床身、立柱、工作臺(tái)：在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的使用后，保持了較高的形狀精度，因此進(jìn)行簡(jiǎn)單的機(jī)械加工后即可重新使用。

箱體：機(jī)床長(zhǎng)期使用后，可能存在漏油或密封不當(dāng)?shù)葐?wèn)題，因此也可采用機(jī)械加工法進(jìn)行恢復(fù)。

機(jī)床床面：長(zhǎng)期使用表面會(huì)有細(xì)小缺陷，采用微脈沖電阻焊技術(shù)進(jìn)行修復(fù)。微脈沖電阻焊技術(shù)能夠?qū)α慵木植繐p傷進(jìn)行修復(fù)。常用的微脈沖電阻焊設(shè)備為 GM-3450A，其主要技術(shù)參數(shù)為［8］：：電源為220V，頻率為50HZ;單個(gè)脈沖的最大輸出能量為125～250J，一次的最大儲(chǔ)能為125J;脈沖間隔為250～300ms。

機(jī)床導(dǎo)軌：普通機(jī)床導(dǎo)軌屬于鑄造零件，舊的機(jī)床導(dǎo)軌對(duì)出現(xiàn)劃傷現(xiàn)象。對(duì)于劃傷的導(dǎo)軌，先將表層的劃傷痕跡磨削后，再采用微脈沖電阻焊技術(shù)進(jìn)行修復(fù)，為提高機(jī)床導(dǎo)軌的耐磨性及防腐性，可用電刷鍍技術(shù)在其表面鍍上金屬水溶液。采用電刷鍍技術(shù)的工藝流程［9］為：鍍前準(zhǔn)備—電凈—一次活化—二次活化—鍍后處理。

機(jī)床主軸：主軸是長(zhǎng)期使用后會(huì)出現(xiàn)磨損與變形的情況，影響主軸的旋轉(zhuǎn)精度以及直線度。因此在對(duì)主軸進(jìn)行再制造時(shí)主要校正其直線度與旋轉(zhuǎn)精度，對(duì)于軸承座孔的磨損情況，采用電刷鍍技術(shù)進(jìn)行修復(fù)。主軸屬于精密件，在進(jìn)行再制造時(shí)要注意主軸的圓角半徑以及其表面粗糙度，否則會(huì)影響主軸的性能與壽命。

3 質(zhì)量檢測(cè)

在對(duì)機(jī)床各個(gè)部分再制造修復(fù)后，要對(duì)再制造機(jī)床進(jìn)行驗(yàn)收［10］。首先，機(jī)床的各項(xiàng)安全性能必須達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，保證人身安全以及財(cái)產(chǎn)安全，這是機(jī)床再制造后必須遵循的原則;其次，機(jī)床的各項(xiàng)性能及精度滿足客戶的需求，可能某些精度達(dá)不到新品的標(biāo)準(zhǔn)，只要不影響客戶的使用即可;再次，再制造機(jī)床壽命是客戶關(guān)注的一個(gè)方面，在對(duì)機(jī)床各個(gè)零件進(jìn)行再制造修復(fù)時(shí)，要嚴(yán)格遵循工藝流程，只有這樣，才能保證再制造機(jī)床的壽命。

4 結(jié)論

機(jī)床再制造是充分利用資源環(huán)境的機(jī)床制造新模式。①提出廢舊機(jī)床再制造閉環(huán)流程，對(duì)機(jī)床再制造過(guò)程有借鑒作用;②設(shè)計(jì)廢舊機(jī)床再制造性評(píng)估方法判斷廢舊機(jī)床是否值得再制造，并闡述廢舊機(jī)床再制造過(guò)程;③針對(duì)廢舊機(jī)床不同零件提出了合理的再制造修復(fù)工藝及方法。

［1］張小芬，何慶.廢舊機(jī)床的綠色再制造及表面工程技術(shù)［J］.綠色制造技術(shù)，2009(10)：33－35.

［2］曹華軍.廢舊機(jī)床再制造關(guān)鍵技術(shù)及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用［J］.中國(guó)設(shè)備工程，2010：7－9.

［3］胡耀嶺.機(jī)床再制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展國(guó)際比較及啟示［J］.再生資源與循環(huán)經(jīng)濟(jì)，2012，5(2)：41 －44.

［4］朱勝，姚巨坤.再制造設(shè)計(jì)理論及應(yīng)用［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

［5］史家迎.機(jī)床再制造技術(shù)研究［D］.山東：山東大學(xué)，2009.

［6］朱勝，姚巨坤.再制造技術(shù)與工藝［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.

［7］Yanbin Du.An integrated method for evaluating the remanufacturability of used machine tool［J］.Journal of Cleaner Production，2012：82－91.

［8］趙中敏.機(jī)床各系統(tǒng)部件的再制造實(shí)踐［J］.中國(guó)設(shè)備工程，2010：18－19.

［9］董文.電弧噴涂技術(shù)在機(jī)床主軸中的應(yīng)用［J］.機(jī)械制造，2009，47(540)：70 －71.

［10］劉飛，曹華軍，張華，等.綠色制造的理論與技術(shù)［M］.北京：科學(xué)出版社，2005.