濃密機(jī)中心驅(qū)動軸制作工藝分析

丁小明

（飛翼股份有限公司,長沙 410600）

濃密機(jī)是一種基于重力沉降作用的固液分離設(shè)備，通常為由混凝土、木材或金屬板材制作而成的帶錐底的筒形結(jié)構(gòu)，分中心傳動和周邊傳動兩種方式，廣泛應(yīng)用于尾礦充填、干堆和冶金選礦等領(lǐng)域，尤以大型濃密機(jī)在尾礦充填和干堆這一綠色開采領(lǐng)域有著很強(qiáng)的實(shí)用價值。對于中心傳動的大型濃密機(jī)，中心驅(qū)動軸是關(guān)鍵部件，其精度要求較高、所受扭力大，因此必須按高標(biāo)準(zhǔn)制作。以下就某公司10米濃密機(jī)中心驅(qū)動軸為例（參見圖1），對其進(jìn)行分析。

對中心軸制定工藝流程為：（1）下料→（2）零件初加工、倒焊角→（3）焊接（含焊前預(yù)熱和焊后熱處理）→（4）噴砂/拋丸→（5）無損探傷（磁粉+超聲）→（6）車（外圓和端面）→（7）銑（數(shù)控銑花鍵）→（8）鉗鉆孔→（9）表面熱處理（花鍵齒面淬火）→（10）涂裝→（11）裝配入庫。根據(jù)工藝流程，焊接和銑花鍵工序是重點(diǎn)和難點(diǎn)，故僅對這兩道工序著重分析，其他常規(guī)工序內(nèi)容不贅述。

圖1 中心驅(qū)動軸

1 焊接工藝分析

1.1 焊接工藝難點(diǎn)

主軸為Ф400實(shí)心棒料，材質(zhì)為42CrMo，其余件材質(zhì)為Q345B，每段焊縫的焊接均為異種鋼焊接。42CrMo為高強(qiáng)度中碳合金調(diào)質(zhì)鋼，Q345B為低碳合金鋼，根據(jù)國際焊接學(xué)會的碳當(dāng)量計(jì)算公式：CE=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15（%）（1），42CrMo碳當(dāng)量在0.69%～0.87%，Q345B碳當(dāng)量小于0.45%。CE≤0.45%，鋼件淬硬傾向不大，焊接性良好；CE＞0.45%，工件淬硬性強(qiáng)，冷裂傾向明顯?？梢姡?dāng)42CrMo與Q345B異種鋼焊接時，工件焊接性差，在焊縫熔合區(qū)和近42CrMo側(cè)熱影響區(qū)極易產(chǎn)生冷裂紋。

如圖1所示，板材為中厚板材，主軸為實(shí)心棒材，焊接時拘束度大，焊縫無自由收縮空間，故焊縫中會有較大的拉應(yīng)力。圖一中件1主軸和件3軸承座的連接焊縫所開為K型坡口，往往容易在根部因鐵水熔合不好，形成一個應(yīng)力集中源。

同時由于為冬季施焊，散熱速度加快，工件內(nèi)、外溫度梯度增大，將加大淬硬組織出現(xiàn)的幾率。

1.2 焊接工藝方法分析

（1）焊接方式和焊接參數(shù)確定。參考既往普通鋼材焊接的經(jīng)驗(yàn)，42CrMo鋼與Q345B鋼采用MAG、SMAW、TIG、SAW等焊接方法均可，本例中采用半自動MAG焊。焊材按就低原則選用ER50-6/Ф1.2焊絲，并采用多層多道焊接，以使后道焊縫對前道焊縫起到一個回火的作用，對消除應(yīng)力和淬硬組織、提高組織穩(wěn)定性有一定的效果；同時控制層間溫度250～350℃，焊接熱輸入≤1.5KJ/mm。最終焊接工藝參數(shù)確定如下表1：

表1 氣體保護(hù)焊接工藝參數(shù)表

（2）熱處理方法分析。42CrMo材質(zhì)淬硬傾向明顯，對工件進(jìn)行焊前預(yù)熱和焊后熱處理是保證焊接質(zhì)量的重要工藝措施。

焊前預(yù)熱可以減慢焊縫及熱影響區(qū)的冷卻速度，有利于避免產(chǎn)生淬硬組織，便于焊縫和熱影響區(qū)氫的逸出，防止裂紋的產(chǎn)生。預(yù)熱的最低溫度根據(jù)母材化學(xué)成分、熱處理?xiàng)l件、工件形狀和大小進(jìn)行確定。42CrMo從奧氏體轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體的起始溫度Ms點(diǎn)大約在310℃，理想的預(yù)熱溫度應(yīng)比Ms點(diǎn)稍高15～25℃，同時考慮工件體積較大，且為冬季施工，熱量損失加大，可適當(dāng)提高預(yù)熱溫度。最終確定預(yù)熱溫度為350±10℃。

焊后熱處理應(yīng)在焊接完成后立即進(jìn)行，使工件在高溫區(qū)停留時間充分，便于焊縫和熱影響區(qū)的擴(kuò)散氫逸出，同時使工件在受熱和冷卻階段連續(xù)、均勻進(jìn)行，達(dá)到消除焊接應(yīng)力和淬硬組織的目的。最終選擇退火溫度為620±10℃。

（3）焊接注意事項(xiàng)。1）因主軸在焊前已進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，表面覆蓋一層較厚氧化皮，焊前必須安排噴砂或噴丸工序，徹底清除主軸表面氧化層；2）焊接過程中，采用保溫石棉對待焊區(qū)進(jìn)行覆蓋保溫，配合便攜式遠(yuǎn)紅外測溫儀進(jìn)行監(jiān)測，必要時架設(shè)多把火焰噴炬對工件進(jìn)行環(huán)形加熱，以緩和溫度梯度，降低內(nèi)應(yīng)力，避免產(chǎn)生淬硬組織；3）圖1中件1主軸和件3軸承座在鉚焊定位時，均勻保持2～3mm焊縫間隙，保證此處焊縫焊透；4）工件熱處理完成后，對焊縫區(qū)和熱影響區(qū)進(jìn)行了磁粉探傷，同時對熱影響區(qū)進(jìn)行了超聲波探傷，未發(fā)現(xiàn)缺陷，檢測合格。

2 花鍵機(jī)加工藝分析

（1）花鍵加工難點(diǎn)。該外花鍵采用德標(biāo)制作。由于受工件結(jié)構(gòu)和外形尺寸、公司設(shè)備所限，無法采用傳統(tǒng)的插齒、滾齒等方式加工外花鍵。而購買一套德標(biāo)成型刀具價格偏高，此件為試制產(chǎn)品，尚無批量，經(jīng)濟(jì)上不劃算。

（2）數(shù)控銑花鍵工藝分析。綜合考量，最后確認(rèn)采用CNC數(shù)控銑外花鍵。具體加工工藝為：先用薄板試制，CNC編程后在薄板上銑加工外花鍵，將其與減速機(jī)上內(nèi)花鍵配裝，用塞尺檢驗(yàn)內(nèi)、外花鍵裝配間隙。通過多次程序修正，達(dá)到內(nèi)、外花鍵各處裝配間隙≤0.03mm的效果。最終套用此程序?qū)χ行妮S上外花鍵進(jìn)行銑加工成形。

工件加工完成后經(jīng)試裝檢驗(yàn)合格，證明按此工藝方法加工后的工件裝配性良好，完全滿足設(shè)計(jì)要求。

3 結(jié)論

（1）本例中10米濃密機(jī)中心驅(qū)動軸是42CrMo和Q345B異種鋼焊接，冬季冷天氣施工時采用CO2氣體保護(hù)焊、焊前350±10℃預(yù)熱、焊后620±10℃熱處理的焊接工藝合理可行。

（2）綜合設(shè)備、工具、加工成本等多方面因素考慮，對于中心驅(qū)動軸此類的單件試制產(chǎn)品，采用數(shù)控銑外花鍵的加工工藝，既能滿足圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求，又滿足經(jīng)濟(jì)合理性的要求。