仿型技術在大型軋機人字齒輪軸修復中的應用

摘要：循環再利用、修復再制造已成為先進制造技術的重要組成部分和發展方向，在受現場條件限制以及無法使用齒輪加工設備對大型軋鋼機傳動箱人字齒輪軸進行修復的情況下，應用自主創新的仿形裝置及靠模工藝有效解決生產技術難題。該技術的成功應用，對軋鋼設備的低成本修復和快速檢修提供了寶貴經驗。

關鍵詞：仿型技術；軋機傳動；人字齒輪軸；修復工藝

中圖分類號：TG174 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）01-0055-04

1現狀分析

某國有大型鋼鐵主干企業熱軋生產線引進設備R1大型軋鋼機傳動箱人字齒輪軸，是該軋機的核心部件。該部件價值近千萬，而且生產周期較長、工藝復雜、制造難度大、運輸困難，在成本效益管理模式下，其備件不可能無條件預投。若能夠確認其舊品在無變形、內部無缺陷的前提下，對表面損傷進行修復，恢復其漸開線齒形，達到或接近原設計精度要求，將創造十分可觀的經濟效益。通過實踐，修復件重新投入使用，可節省成本50%、節能60%、節材70%，且幾乎不產生固體廢物，達到環保要求。

1.1沒有專用齒輪機床加工

由于齒輪軸上已安裝的十字扁頭和大法蘭均不能拆卸，致使工件的噸位大、體積大，給運輸、起吊、安裝、調整都帶來很大的困難，且沒有現成的機床可以加工。

1.2自制專用機床傳動比太大實現困難

若自制專用機床按照正常的加工工藝進行修復，由于加工的主運動與進給運行的傳動比多達30000以上，傳動鏈太長，結構較為復雜，使得專用機床的設計、制造困難。

1.3修復基準部分缺失，影響修復精度

由于齒輪軸上兩對軸承均產生磨損跡象，齒面也嚴重磨損，非工作面已出現銹蝕，加工基準不易找準，其修復精度難以保證。

1.4齒輪測量困難

齒形的粗精加工、跑合等工藝過程需要精確測量，沒有專用的量具，造成測量困難。

2修復技術方案

2.1修復目標的確定

根據目前的設備和加工能力以及齒軸本身尚存精度的完整性，修復后的齒軸精度略低于原級別，但應達到使用的基本要求精度，即不低于國標9級精度。

2.2整體修復工藝路線

2.3齒形修復關鍵技術

2.3.4仿形裝置的工作原理。如前所述，齒輪軸有一齒面保存完好，通過超聲波和磁粉探傷，確認無表面及深度裂紋，并且通過對尺寸和形位公差精密測量，均在公差范圍內，沒有產生變形，可以借助完好齒面作為靠模基礎面。

由于人字齒輪軸齒面為斜角，裝在滑臺上的仿形裝置作軸向運動時，作用在其齒面上的力中有一分解向下的分力，形成驅動齒輪軸轉動的力矩，可以使工件被動回轉。仿形裝置上有兩組放置相鄰齒槽中的滾輪，滾輪組與完好齒面接觸，仿形裝置一方面帶動齒輪軸旋轉，同時其上旋轉的指形齒輪銑刀可以切削待修復的齒面。以完好齒面為基準加工另一齒面，并且同時驅動齒輪軸旋轉是仿形裝置的主要特色。此外，滑臺軌道要和齒輪軸中心線平行，才能保證齒形的正確性。

2.3.5測量方式。由于采用仿形法進行齒輪加工，其測量手段包括以下項目，以驗證修復后的精度達到要求：用樣板控制粗、精、修整等工序的齒形及尺寸；測量公法線長度；測量接觸斑點；測量齒側間隙。

2.3.6齒輪軸的跑合。跑合是保證齒輪軸嚙合精度的有效方法。跑合時，采用電機＋減速機連接齒輪軸上法蘭進行驅動；工件依靠在基礎平臺上兩組平行的軸承座支撐，形成類似傳動箱的開式機構，使其能夠按照傳動箱精度和模式進行跑合運轉。跑合過程中，按照接觸斑點誤差標準并結合其他相關檢測項目要求進行檢測，逐步修整，直到合格。

3修復工藝實施效果

根據修復方案，制定了詳細的焊接工藝、熱噴焊工藝、加工工藝、檢測工藝。實施過程關鍵在于修復加工基準和測量基準的一致性及測量點的選擇，由于是舊品修復，局部基準的處理要合理考慮，不違背基準確定原則。按照修復工藝實施以及對現場問題處理原則的掌控，修復結論如下：

（1）根據探傷報告表明，滾柱軸承和齒輪軸均無裂紋存在。

（2）根據硬度檢測，修復后齒面硬度在HB＝277～328之間，達到圖紙要求。

（3）根據自測幾何尺寸，齒形完全符合標準齒形樣板要求，公法線長度偏小0.2～0.4mm左右，基本是正態分布，接觸斑點檢查，沿齒高方向達40%，沿齒長方向達60%以上，達到圖紙要求。個別齒大于該指標，少數齒小于該指標，所占齒數的比例小于5%，在基本要求范圍內，齒側間隙在1.3～2.0之間，在標準要求范圍內。

（4）修復好的齒輪軸安裝在軋鋼機傳動箱中進行空載試車，經過近96h的實機跑合，運行平穩，無異常噪聲；打開窺視窗檢查，齒面接觸良好，潤滑油溫正常，箱體溫度在40℃左右。

軋機傳動箱基本恢復原有精度，正常運行，每年檢修未見異常情況。

4結語

在現場條件限制以及無法使用齒輪加工設備對大型軋鋼機傳動箱人字齒輪軸進行修復的情況下，成功應用仿形裝置和靠模工藝是一種有效解決問題的好方法，不僅解決技術難題，還大大降低了備件成本，縮短了恢復周期。該技術多次應用于該國有大型鋼鐵主干企業的其他生產線軋機，均取得較好的結果。該項技術的成功應用，將對我國軋鋼設備的低成本修復和快速檢修提供寶貴經驗，并產生可觀的經濟效益。

參考文獻

[1]朱愛華，等．滾動軸承摩擦力矩的計算分析[J]．軸承，2008，（7）．

[2]陳大成．機械設計手冊（第三冊）[M]．北京：化學工業出版社，2007．

[3]徐濱士，馬世寧，等．綠色再制造工程設計基礎及其關鍵技術[J]．中國表面工程，2001，（2）．

作者簡介：蘇碧輝（1960-），女，廣東人，武漢鋼鐵重工集團有限公司設計研究所項目工程師，研究方向：冶金設備機電一體化設計制造以及引進設備改造。

（責任編輯：周加轉）