數控機床主軸修復

匡少寶

(安徽應流集團 機械公司，安徽 合肥 230601)

數控機床主軸修復

匡少寶

(安徽應流集團 機械公司，安徽 合肥 230601)

為了對數控機床主軸進行焊補修復，使其達到預先的使用性能和加工精度，采取了用奧氏體不銹鋼焊條焊接作為過渡層，再用高強度焊條堆焊的方法。該主軸焊補后，無損檢測滿足要求。該機床重新安裝調試后，其加工精度未受影響。機床主軸在采用這種焊補方法返修后，既有較好的抗沖擊載荷性能，又有較高的使用穩定性。

鏜銑床；40Cr；42MnVB；淬硬區域；滲透檢驗

0 前言

隨著我國加工行業的發展，數控機床已廣泛應用于各類零件的加工生產。在數控機床的使用過程中，由于各種原因都會使機床產生零部件磨損，有的還會發生嚴重的撞機事故。因此，為了盡量節約成本和維護機床的正常使用，對各類機床零部件的修復顯得尤為重要。

1 主軸裂紋產生的原因

安徽應流集團機械公司是從事閥門與工程機械類零件的鑄造、焊接、機加工等生產出口的企業。加工廠使用的國產某型號數控鏜銑床，由于程序輸入時錯誤，導致機床撞壞，使機床的主軸鍵槽嵌入端沿鍵槽壁裂開，長度約25 mm，主軸裂紋如圖1所示。

此軸如果重新訂做，需近三個月的時間，且價格近十萬元。經設備與技術部門討論后，按照先修復、再檢測的方案進行。如果修復后的主軸使用性能和加工精度都能符合使用要求，將不再另外采購新的主軸；否則將重先購買(返修一般需三、四天）。

2 確定主軸材料、焊接性能和補焊措施

根據國內機床主軸材料使用要求(承受中等載荷，轉速較高；承受交變和沖擊載荷，精度要求高)，可判定其主軸材料為40Cr或42MnVB調質后局部淬硬。在經設備部門與生產廠家確認，其材料為40Cr。

40Cr屬中碳調質鋼，可采用的焊接方法有：鎢極氬弧焊或氦弧焊、熔化極氣保焊、埋弧焊、焊條電弧焊和電阻焊等。焊條電弧焊需要使用低氫焊條，并采用較低的熱輸入。大的熱輸入將產生寬的、組織粗大的熱影響區，增大脆化傾向，同時也增大焊縫和熱影響區熱裂紋的產生。對于調質鋼焊后不作調質處理，大的熱輸入會增大熱影響區的軟化程度。

圖1 主軸裂紋示意

作為機床主軸的使用特性，要求在動載荷和沖擊載荷下具有良好的性能，如焊接過程中有淬硬區域，則不能進行相關的熱處理，如果進行熱處理，鍵槽后面軸承安裝部位的尺寸精度無法保證(變形或氧化)。

在考慮以上因素的基礎上選擇焊接材料。低強度的焊材一般不易出現裂紋，且焊接容易，但滿足不了使用性能要求，所以焊材的強度不能過低。如果直接采用高強度的焊接材料，如J107Cr、J907Cr或J857Cr等，可能會由于強度過高在熱影響區或熔合線處產生冷裂紋，因為需補焊的區域是經過淬火處理的。

在此決定在補焊區域采用抗裂性能好的J857CrNi焊條，首先用奧氏體不銹鋼焊條焊一個過渡層。這樣既能保證焊補區域的材料能滿足在動載和沖擊載荷下的良好性能，又能保證高的使用強度。

焊前最低預熱260℃，層間溫度260℃～280℃。為防止焊后尚未轉變的奧氏體在室溫下轉變為脆硬的馬氏體而產生裂紋，焊后采用280℃、保溫1.5 h后緩慢冷卻(冷卻速度不超過100℃/h)，使焊縫中的氫能充分擴散逸出，減少裂紋傾向。爐內緩冷至室溫24 h后打磨，并作滲透探傷檢驗。

按上述方案對主軸進行了焊補修復，并在第三天的下午進行打磨和滲透檢驗，除端部有2 mm長的咬邊外，沒有焊接缺陷。

為了防止加工后出現裂紋，在第四天上午又對加工后的主軸做了一次滲透檢驗，結果仍沒有裂紋。設備維修人員對機床進行了組裝和調試，加工精度沒有問題，完全符合產品加工精度要求。

3 數控機床主軸焊補工藝

(1)坡口準備。對需焊補區域進行滲透檢驗，并打磨后復檢。合格后將坡口夾角打磨不小于60°，根部要求圓滑過渡。

(2)焊接設備。采用上海通用的ZX5－500K型晶閘管整流弧電焊機。

(3)焊接材料采用 J857CrNi，φ 3.2 mm；過渡層(厚度 3～5 mm)采用 A022，φ 2.5mm。

(4)焊接電流 80～120A(J857CrNi)和 60～90A(A022)。

(5)焊前預熱。采用低溫熱處理爐局部加熱不低于260℃。

(6)用紅外線測儀檢測層間溫度260℃～280℃。

(7)采用低溫熱處理爐局部280℃、保溫1.5 h后緩慢冷卻(冷卻速度不超過100℃/h)。

(8)在加熱區域冷至室溫24 h后對焊補區域進行打磨，并進行滲透檢驗。

Spindle welding repair of CNC machine tool

KUANG Shao-bao
(Anhui Yingliu Group Machine Co.，Hefei 230601，China)

In order to repair the spindle of CNC machine by repair welding，and achieve the original function and working accuracy，firstly we use austenitic stainless steel electrode for transition.Then resurfacing welds it by using high strength welding rod.After this repair welding，we check it by nondestructive examination and find it has no problem.And furthermore,the accuracy is also very good after this spindle to be installed on the machine.So by using this repair welding method，the spindle gets the good resistance to impact load and stability in use.

boring miller；40Cr；42MnVB；hardened area；penetrate inspection

TG455

B

1001－2303(2011)03－0085－02

2009－12－20；

2010－08－10

匡少寶(1978—)，男，安徽六安人，工程師，主要從事焊接工藝編制、焊接機器人編程和焊接現場管理工作。