一種軸的維修技術(shù)在沖壓設(shè)備領(lǐng)域的運用

文/陸鳳廣、王俊河、梁家春、盧曦·奇瑞汽車股份有限公司

一種軸的維修技術(shù)在沖壓設(shè)備領(lǐng)域的運用

文/陸鳳廣、王俊河、梁家春、盧曦·奇瑞汽車股份有限公司

本文分析了壓力機滑塊微調(diào)機構(gòu)蝸桿軸的受力情況及主要存在的問題，并針對損壞提出修復(fù)方案，此維修方法在部分特殊軸軸端損壞的修復(fù)過程中可以產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益，軸端可以多次采用此方法進(jìn)行修復(fù)，既避免了整軸更換，減少了特殊軸的備件貯備，同時也降低了備件庫存的資金占用。

目前，最新式的壓力機一般采用直流調(diào)整或變頻調(diào)速的主傳動形式，利用壓力機主電機的變速設(shè)定，實現(xiàn)滑塊的微調(diào)動作，并逐漸取代了傳統(tǒng)的微調(diào)機構(gòu)，但在工廠中仍有大量的帶微調(diào)機構(gòu)的傳統(tǒng)壓力機在服役，在實際使用過程中，微調(diào)機構(gòu)的蝸桿軸損壞頻率高，更換成本高。

受力分析及常見的損壞形式

壓力機滑塊微調(diào)機構(gòu)的結(jié)構(gòu)

為降低滑塊次數(shù)，微調(diào)機構(gòu)采用蝸輪蝸桿減速箱的減速方式，蝸桿軸的一側(cè)與電機通過彈性圈柱銷聯(lián)軸節(jié)進(jìn)行聯(lián)接，蝸桿軸另一側(cè)的軸端安裝花鍵輪與微調(diào)制動器的制動摩擦盤相聯(lián)接。其充分利用了蝸輪蝸桿的優(yōu)點：1）蝸輪蝸桿機構(gòu)傳動平穩(wěn)、可靠；2）蝸輪蝸桿機構(gòu)傳動具有良好的自鎖特性；3）蝸輪蝸桿機構(gòu)傳動力矩大；4）蝸輪蝸桿機構(gòu)具有極大的傳動比。

同時利用制動器為主要傳動部件來實現(xiàn)壓力機平穩(wěn)、慢速的運行。微調(diào)電機可以實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制，操作人員可根據(jù)壓力機滑塊調(diào)整的需要，當(dāng)微調(diào)運行條件滿足時按下正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)按鈕，這時微調(diào)制動器氣源電磁閥得電，將制動器打開，同時使制動器限位接通，控制電路接通，實現(xiàn)微調(diào)正反轉(zhuǎn)運行，微調(diào)傳動系統(tǒng)傳動原理圖如1圖所示。

蝸桿軸的受力分析

蝸桿軸的A端，安裝微調(diào)制動器，實現(xiàn)對微調(diào)動作的制動功能，A端采用雙列圓錐滾子軸承，承受主要軸向力。蝸桿軸B端，通過彈性柱銷套聯(lián)軸節(jié)與電機相聯(lián)，采用雙列圓柱滾子軸承，使軸可以在軸向自由伸縮。蝸桿軸主要是把電機輸出力傳遞給蝸輪，圖2為蝸桿軸受力分析，可分為兩種受力情況：1）每次開動微調(diào)動作時，安裝在A側(cè)的制動器通氣打開，動作結(jié)束時，制動器斷氣閉合，制動力矩通過A端的平鍵作用在A端；2）當(dāng)壓力機每個行程動作結(jié)束時，行程動作的制動力矩，由蝸輪蝸桿機構(gòu)傳遞到A端。

常見的損壞形式

圖1 微調(diào)傳動系統(tǒng)圖

圖2 蝸桿軸受力分析

由于壓力機結(jié)構(gòu)的特殊性，壓力機每次工作行程制動或微調(diào)行程制動時，部分制動力矩都由微調(diào)制動器承受，所以在每天的工作中，由于蝸桿A端需要承受反復(fù)的交變沖擊，同時A端的軸徑較小，承載能力較差，在長期反復(fù)的沖擊載荷作用下，蝸桿軸制動端（A端）與花鍵配合的平鍵疲勞磨損，造成制動花鍵與蝸桿A端的配合出現(xiàn)松動，繼而發(fā)展為蝸桿軸制動端磨損、啃蝕、滾鍵、竄動，使蝸桿軸端出現(xiàn)磨損、鍵槽啃損失效等情況，嚴(yán)重的還會造成軸端從根部斷裂，造成滑車等事故，蝸桿軸端啃鍵失效如圖3所示。

常見的處理方式及存在的缺陷

在實踐過程中，針對蝸桿軸A端損壞常見的處理方法有：

⑴對于檢查出竄動較輕的情況，一般采用重新修配平鍵或制作臺階鍵的方式進(jìn)行消除松動或竄動；針對松動的平鍵重新配鍵或制作臺階鍵，但是如果鍵槽出現(xiàn)崩裂的情況，此方式無法修復(fù)。

⑵對于出現(xiàn)鍵槽啃壞或崩裂的情況，在損壞的鍵槽處補焊、打磨，重新配鍵；不過此方式維修工時長，且對維修人員技能要求高，維修效果難以保證。

⑶軸端滾鍵、軸端磨損直徑減小時，對軸端補焊并上車床機械加工，恢復(fù)尺寸精度；針對此修復(fù)方式，雖然能通過機械加工的方式恢復(fù)尺寸精度，但在補焊的過程中，軸端存在內(nèi)應(yīng)力、潛在裂紋等缺陷。生產(chǎn)實踐過程中，修復(fù)后的軸端普遍出現(xiàn)在使用過程中軸頸突發(fā)斷裂的情況。

⑷損壞嚴(yán)重或斷裂的情況需要更換新蝸桿。針對整軸更換也存在較多的問題，在實踐操作中存在較多困難。

整軸更換存在的問題及困難

圖3 蝸桿軸端啃鍵失效

由于常見蝸桿形式有：阿基米德圓柱蝸桿、法向直廓圓柱蝸桿、漸開線式圓柱蝸桿、錐面包絡(luò)圓柱蝸桿、圓弧圓柱蝸桿等等。在實踐過程中難以準(zhǔn)確確認(rèn)蝸桿的具體參數(shù)，在備件的采購上存在較大困難，尤其對較老的產(chǎn)品，同時由于蝸桿軸加工工藝復(fù)雜，單根價格在2萬元以上，并且訂貨周期長，更換的成本較高，由于蝸輪與蝸桿一般都采用配套加工，單采購新蝸桿與舊的蝸輪配合時常出現(xiàn)無法配合的情況（主要是由于蝸輪與蝸桿有著多種加工螺旋線和公差帶），實踐中已多次發(fā)生蝸桿備件不配套而無法安裝的情況。

維修案例

維修人員發(fā)現(xiàn)2#壓力機，蝸桿軸制動端與花鍵配合的鍵出現(xiàn)了疲勞磨損、竄動的情況，并且軸端出現(xiàn)了嚴(yán)重的啃蝕，軸端的直徑已明顯磨損變小，無法修復(fù)，只能更換新的蝸桿。在組織安裝新蝸桿的過程中發(fā)現(xiàn)，新件與蝸輪無法配合使用，更換蝸桿的方案被迫放棄。為了能夠順利生產(chǎn)完項目訂單，采取臨時性措施，將蝸桿軸端與小花鍵焊為一體使用。

但是焊接會存在一定的焊接應(yīng)力無法消除，降低軸的強度和抗疲勞能力，可能會發(fā)生軸端突然斷裂的情況，造成制動失效，繼而發(fā)生壓力機滑車的事故，所以該臨時措施不能長期使用。

為解決此問題，通?？梢圆捎靡韵聝煞N解決方式：1）成套更換蝸桿和蝸輪。此方案雖然能解決蝸桿與蝸輪的配合性問題，但成本高，總費用在10萬元以上。2）將舊蝸桿送回備件加工廠家，對蝸桿進(jìn)行原樣復(fù)制。此方案雖不用更換蝸輪，但將壞蝸桿拆走復(fù)制加工，會造成設(shè)備長時間停臺，同時成本較高（運費+定制費用等）。

新維修技術(shù)及方案

通過對蝸桿軸安裝尺寸進(jìn)行分析，從結(jié)構(gòu)強度上看，蝸桿軸制動端的設(shè)計尺寸明顯偏小，為整個軸中直徑最細(xì)的部分，而此部分需要承受較大的力矩，所以損壞難以避免。對蝸桿軸結(jié)構(gòu)進(jìn)行更改，將蝸桿軸的A端與其他部分進(jìn)行分離，形成分體結(jié)構(gòu)，再進(jìn)行組裝。把蝸桿軸制動端連同第一臺階機械加工去除，采用與原蝸桿相同材質(zhì)的合金材料重新加工軸的制動端及臺階，并將臺階加長。在原蝸桿切口截面上加工與新加臺階配合的沉孔，將新舊件進(jìn)行配合安裝（適量的過盈公差配合），在配合面上打定位銷和防松螺紋孔。

該方案具有的優(yōu)點：1)維修成本低，此方案的加工成本約為2000～5000元，而新蝸桿約為2萬元；2)加工的小軸與蝸桿為兩體結(jié)構(gòu)，小軸再出現(xiàn)損壞可以單獨更換；3)有效解決新蝸桿與舊蝸輪的配合難題；4)維修時間短，設(shè)備只需停產(chǎn)兩天即可完成修復(fù)；5)無需再準(zhǔn)備蝸桿備件，避免庫存資金的占用。

以JE39-1000壓力機蝸桿為例對維修方案的加工方式進(jìn)行說明，如圖4所示。從加工工藝、材質(zhì)、幾何尺寸、機械強度、疲勞壽命等多個方面和角度進(jìn)行分析，均可滿足使用的要求，新技術(shù)維修方案的裝配簡圖如圖5所示。

⑴將原微調(diào)蝸桿斷裂一端處向里延伸至中部φ85mm臺階處全部切除，并在圓心處開φ67.5H7×75(mm×mm)深孔，內(nèi)孔對直銑，以便固定重新加工的蝸桿聯(lián)接部分。

圖4 新技術(shù)維修方案的加工方式

圖5 新技術(shù)維修方案加工方式的裝配簡圖

⑵按原蝸桿尺寸及同樣材料（40CrMo）和工藝重新加工切除部分，并在兩部件之間聯(lián)接處加工φ67.5k6×70(mm×mm)聯(lián)接軸，可以與孔配合，保證過盈0～0.02mm。

⑶裝配時，將φ67.5k6×70(mm×mm)聯(lián)接軸裝到φ67.5H7×75(mm×mm)深孔內(nèi)。

⑷在兩部件φ67.5mm處配鉆3個M10騎縫螺紋孔以及3個φ10mm騎縫銷孔，裝配螺釘及銷子，裝配過程中嚴(yán)禁使用焊接方式，裝配完成后各尺寸滿足壓機安裝尺寸。

結(jié)束語

運用此方法對蝸桿進(jìn)行修復(fù)后，設(shè)備運行效果良好，達(dá)到更換新蝸桿效果，并且不存在新蝸桿與舊蝸輪配合公差超標(biāo)的問題。在沖壓車間采用此修復(fù)方法對易損的軸端進(jìn)行修復(fù)，一般都能得到良好的效果，特別針對特殊軸更具有良好的經(jīng)濟(jì)價值，對進(jìn)口的自動化設(shè)備輪與軸一體部件，在使用過程中出現(xiàn)軸端啃蝕、磨損、斷裂等情況，采用此方法可以節(jié)省大量的資金和時間。

⑴以奇瑞公司為例，以30臺設(shè)備計算，平均每個蝸桿軸端使用壽命為8年，到期更換蝸桿整軸費用約為60萬元，采用此種軸的修復(fù)方法，費用約為6～15萬。

⑵維修周期只需要1～2天，提高了維修效率。

⑶無需再貯備蝸桿備件，降低庫存資金的成本占用。

⑷解決蝸桿和蝸輪的配合問題，避免了成套更換，節(jié)約了維修費用。

陸鳳廣，設(shè)備動力部高級主任師，主要從事整車機械設(shè)備維修、保養(yǎng)工作，協(xié)助完成多條壓力機線安裝以及改造項目，獲得蕪湖市職工技術(shù)科技創(chuàng)新成果優(yōu)秀獎，擁有2項專利。