設(shè)備組合加工大型備件實(shí)現(xiàn)低成本制造

賈 晗

（武漢理工大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院輪機(jī)工程系，湖北武漢 430063）

0 引言

隨著我國(guó)裝備制造業(yè)、大型船舶制造業(yè)的不斷發(fā)展，生產(chǎn)線設(shè)備也向大型、重型方向不斷轉(zhuǎn)變，但生產(chǎn)線設(shè)備的制造或修復(fù)給機(jī)械加工提出了更高的要求，經(jīng)常會(huì)遇到一些大型加工件由于受噸位、場(chǎng)地條件或現(xiàn)有設(shè)備的加工行程、功能等因素的限制而無(wú)法實(shí)現(xiàn)。目前我國(guó)機(jī)械設(shè)備制造行業(yè)加工設(shè)備種類及廠家雖然很多，但大多為定型的中小型設(shè)備，整體趨勢(shì)向數(shù)控型、精密型發(fā)展，不同的設(shè)備具備不同的加工特點(diǎn)，如果定制專用設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)大型備件的加工制造，因大型工件單件生產(chǎn)較多，將造成制造成本的巨額增加及浪費(fèi)，而且因周期較長(zhǎng)使工期無(wú)法保證。通過(guò)與武漢理工大學(xué)的技術(shù)合作與支持，形成了一套充分利用現(xiàn)有設(shè)備的功能特點(diǎn)，自制工裝，改進(jìn)輔具、刀具，將設(shè)備進(jìn)行有機(jī)的組合，根據(jù)需要拼裝成多功能組合設(shè)備，以較低的投入解決了難題。既完成了大型備件的加工、修復(fù)等，也通過(guò)組合方式等嘗試，積累了經(jīng)驗(yàn)，取得了明顯效果。

1 設(shè)備組合加工、修復(fù)大型備件的實(shí)踐應(yīng)用實(shí)例

1.1 鏜銑床與車床組合，解決超長(zhǎng)、超高件的加工難題

435 m3燒結(jié)廠風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)1000 r/min，為當(dāng)今世界上轉(zhuǎn)速最高的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子之一。由于在使用和海運(yùn)過(guò)程中的包裝不當(dāng)，如受海水侵蝕等，風(fēng)機(jī)軸兩端軸瓦處出現(xiàn)點(diǎn)蝕現(xiàn)象，最大深度約1 mm，已不能正常使用，該風(fēng)機(jī)軸長(zhǎng)6410 mm，需修復(fù)軸瓦處直徑300 mm，分布在軸兩端，長(zhǎng)度500 mm；轉(zhuǎn)子軸為單備件加工制造，部件組合使用，因軸上附件較多，中間扇葉直徑達(dá)4 m，已無(wú)法拆卸，部件設(shè)備已無(wú)法實(shí)現(xiàn)常規(guī)加工修復(fù)。為保證安裝后在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的正常運(yùn)行，經(jīng)研究確定利用機(jī)加工去除點(diǎn)蝕，再根據(jù)加工后尺寸配制軸瓦的方案。目前國(guó)內(nèi)任何獨(dú)立設(shè)備都無(wú)法完成該備件的修復(fù)工作，為此根據(jù)工件的特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)調(diào)查論證，采用利用現(xiàn)有的W200HC鏜銑床（立柱行程8 m，主軸箱行程4.5 m）和C6025車床進(jìn)行組合加工。以C6025車床主軸箱作為動(dòng)力，以其卡爪及尾座支撐，制作輔具裝夾工件，并帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)；將W200HC鏜銑床主軸滑枕伸出作為刀臺(tái)，設(shè)計(jì)制作專用刀具進(jìn)行加工。由于W200HC鏜銑床主軸和滑枕伸出長(zhǎng)度>2 m，大于風(fēng)機(jī)扇葉半徑，因此當(dāng)風(fēng)機(jī)軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，可對(duì)軸進(jìn)行加工；且W200HC軸向行程大于風(fēng)機(jī)軸長(zhǎng)度6.41 m,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)軸兩端的一次性加工，從而保證風(fēng)機(jī)軸軸瓦處的同軸度。而C6025車床及尾座中心高只有1.5 m，小于扇葉半徑，于是設(shè)計(jì)了1 m鑄鐵平臺(tái)，將C6025車床座落在平臺(tái)上，使中心高>2 m（扇葉半徑），解決了風(fēng)機(jī)軸旋轉(zhuǎn)的問(wèn)題。在整個(gè)加工過(guò)程中，切削平穩(wěn)，風(fēng)機(jī)軸旋轉(zhuǎn)無(wú)振動(dòng)，無(wú)撓曲變形。修復(fù)后的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子同軸度誤差0.002 mm，橢圓度誤差為零，表面粗糙度達(dá)到 ，經(jīng)技術(shù)鑒定，完全符合使用要求。在首次試驗(yàn)成功的基礎(chǔ)上，又不斷進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，設(shè)計(jì)了筒形車削刀具，借助三位立體坐標(biāo)儀，先后完成了3套大型風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸的修復(fù)任務(wù)。

1.2 用鏜銑床完成大直徑面銑削

利用鏜銑床回轉(zhuǎn)工作臺(tái)及鉆床有機(jī)組合并加以改造，完成了大直徑面的銑削。例如，百噸煉鋼轉(zhuǎn)爐大方坯連鑄機(jī)300 t大包回轉(zhuǎn)臺(tái)的制作。該大包回轉(zhuǎn)臺(tái)長(zhǎng)12 000 mm，寬8500 mm，總噸位80 t，備件上端面有一內(nèi)徑6000 mm、外徑7500 mm的法蘭面需要加工，并需與回轉(zhuǎn)支撐配鉆36-32 mm的孔。由于該備件噸位超出現(xiàn)有機(jī)加工車間最大起重能力，加工面直徑超過(guò)現(xiàn)有設(shè)備最大加工行程，現(xiàn)有設(shè)備無(wú)法完成備件的制造加工任務(wù)，經(jīng)分析論證，采用30 t回轉(zhuǎn)臺(tái)及Z30100鉆床設(shè)備組合方式來(lái)完成。即利用30 t回轉(zhuǎn)臺(tái)完成旋轉(zhuǎn)及水平移動(dòng)，將回轉(zhuǎn)臺(tái)找正安裝在大包回轉(zhuǎn)臺(tái)需加工的法蘭孔內(nèi)，然后將鉆床安裝在回轉(zhuǎn)臺(tái)臺(tái)面上，以加工面為基準(zhǔn)通過(guò)回轉(zhuǎn)臺(tái)水平移動(dòng)及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)找出回轉(zhuǎn)中心，并對(duì)工件找正。以鉆床主軸箱為動(dòng)力頭，設(shè)計(jì)定位套消除主軸軸向間隙。既具備了旋轉(zhuǎn)及銑削運(yùn)動(dòng)等專用功能，也可一次完成法蘭面銑削及鉆孔等。

在此基礎(chǔ)上，同樣利用回轉(zhuǎn)工作臺(tái)與車床組合，設(shè)計(jì)套筒刀具實(shí)現(xiàn)了百噸轉(zhuǎn)爐托圈耳軸1200 mm直徑耳軸孔的加工任務(wù)，通過(guò)設(shè)備組合實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)動(dòng)作，采用光電感應(yīng)原理設(shè)計(jì)測(cè)量專用儀器，測(cè)量?jī)啥S孔的同軸度是0.1 mm，保障了精度。通過(guò)采取設(shè)備組合的方式，實(shí)現(xiàn)了百噸轉(zhuǎn)爐托圈壓合面的現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)等項(xiàng)目。

1.3 利用車床主軸箱與滑臺(tái)組合實(shí)現(xiàn)高爐風(fēng)口套的在線修復(fù)

通過(guò)該技術(shù)的開(kāi)放應(yīng)用，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)冶金行業(yè)的空白，高爐的風(fēng)口套經(jīng)長(zhǎng)期使用后，密封錐面出現(xiàn)磨損、風(fēng)蝕現(xiàn)象，造成與風(fēng)口中套密封不嚴(yán)、出現(xiàn)氣體漏風(fēng)現(xiàn)象。常規(guī)風(fēng)口套有2種，①帶法蘭式，法蘭與爐皮焊接，風(fēng)口套通過(guò)法蘭連接；②風(fēng)口套直接與爐皮焊接式。帶法蘭式出現(xiàn)磨損后直接更換風(fēng)口套即可，直接焊接式風(fēng)口套需將原風(fēng)口套從爐皮連接處進(jìn)行氣焊割除，然后將新制造的風(fēng)口套通過(guò)電焊與爐皮進(jìn)行焊接。如果高爐爐齡較長(zhǎng)，爐皮在長(zhǎng)期高溫、惡劣環(huán)境下使用，內(nèi)部組織成分主要是含碳量已發(fā)生變化，如含碳量降低，直接影響風(fēng)口套的焊接性能，當(dāng)含碳量降到一定程度時(shí)，焊接工藝將無(wú)法完成。在國(guó)內(nèi)個(gè)別高爐曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)風(fēng)口套焊接更換時(shí)，風(fēng)口套與爐皮焊接不牢，被迫將爐皮及風(fēng)口套等全部更換，造成檢修工期延長(zhǎng)，成本巨額增加的情況。為此設(shè)計(jì)了風(fēng)口套在線加工修復(fù)工藝，但該修復(fù)工藝在冶金行業(yè)應(yīng)用還未有過(guò)先例。根據(jù)仿形加工原理設(shè)計(jì)制造了風(fēng)口套現(xiàn)場(chǎng)加工專用量具和工裝，利用現(xiàn)有設(shè)備提供動(dòng)力。施工時(shí)首先利用仿形專用量具測(cè)量現(xiàn)有風(fēng)口套錐面磨損程度，根據(jù)磨損量進(jìn)行焊接，然后將專用設(shè)備與爐體進(jìn)行焊接、裝卡、定位，再根據(jù)現(xiàn)有風(fēng)口套進(jìn)行找正，以基準(zhǔn)定位保證設(shè)備與風(fēng)口套的同軸度，加工時(shí)仿形風(fēng)口套的錐度進(jìn)行進(jìn)給加工，實(shí)現(xiàn)進(jìn)刀角度與風(fēng)口套的錐面角度相一致；加工完后，利用仿形量具進(jìn)行加工后錐面測(cè)量及研磨，利用塞尺檢測(cè)接觸面的精度，完全滿足現(xiàn)場(chǎng)使用要求。

在此基礎(chǔ)上，又先后完成了直徑5000 mm，長(zhǎng)度15 000 mm的百噸混料機(jī)輥筒的現(xiàn)場(chǎng)加工修復(fù)，以及近千噸的3500 mm中板軋機(jī)牌坊的現(xiàn)場(chǎng)加工改造，輥道支撐件、矯直機(jī)等多種設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)加工修復(fù)等工作，均取得了預(yù)期效果。

2 取得效果

經(jīng)過(guò)多次的設(shè)備組合實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場(chǎng)大型零備件加工修復(fù)等工作，已積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。雖現(xiàn)場(chǎng)大型零部件加工、修復(fù)的種類、方式和環(huán)境均有所不同，但相同的都是根據(jù)條件選用不同功能的設(shè)備，通過(guò)采用有機(jī)的設(shè)備組合方式，設(shè)計(jì)配套加工附具，拓展現(xiàn)有成型設(shè)備的功能，利用技術(shù)優(yōu)勢(shì)形成專機(jī)，以低成本滿足不同工況的大型備件加工修復(fù)工作，既降低了投入成本，創(chuàng)造了更大的效益，也提高了工作效率。據(jù)粗略估算，為一項(xiàng)產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造專機(jī)的設(shè)計(jì)及制造成本在萬(wàn)元人民幣，周期個(gè)月，而且項(xiàng)目完成后設(shè)備將長(zhǎng)期處于閑置狀態(tài)，該項(xiàng)目的完成成本是萬(wàn)元人民幣，設(shè)備投入成本占項(xiàng)目成本的。如果采用設(shè)備組合方式，設(shè)備的投入成本則萬(wàn)元人民幣，既可利用現(xiàn)有的設(shè)備個(gè)別部件，不用增加設(shè)備投入，還可以循環(huán)利用。專機(jī)功能的實(shí)現(xiàn)，可根據(jù)需要功能設(shè)計(jì)產(chǎn)品制造工藝，設(shè)計(jì)制造輔助工裝卡具等，投入資金50萬(wàn)元人民幣，這一技術(shù)、理念的實(shí)現(xiàn)，專機(jī)設(shè)備的投入僅占項(xiàng)目成本約20%，項(xiàng)目整體成本可降低40%50%。而且此技術(shù)、理念的實(shí)施，將使許多過(guò)去無(wú)法完成的工作得到實(shí)現(xiàn)，還將改變過(guò)去許多大修項(xiàng)目的實(shí)施方案，例如，風(fēng)口套現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)功能的實(shí)現(xiàn)，徹底改變了過(guò)去常規(guī)風(fēng)口套現(xiàn)場(chǎng)頻繁更換的歷史，既降低了備件的制造成本，縮短了大修工期，也可增效上千萬(wàn)元人民幣。