濃密機中心驅動軸制作工藝分析

丁小明

（飛翼股份有限公司,長沙 410600）

濃密機是一種基于重力沉降作用的固液分離設備，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構，分中心傳動和周邊傳動兩種方式，廣泛應用于尾礦充填、干堆和冶金選礦等領域，尤以大型濃密機在尾礦充填和干堆這一綠色開采領域有著很強的實用價值。對于中心傳動的大型濃密機，中心驅動軸是關鍵部件，其精度要求較高、所受扭力大，因此必須按高標準制作。以下就某公司10米濃密機中心驅動軸為例（參見圖1），對其進行分析。

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。根據工藝流程，焊接和銑花鍵工序是重點和難點，故僅對這兩道工序著重分析，其他常規工序內容不贅述。

圖1 中心驅動軸

1 焊接工藝分析

1.1 焊接工藝難點

主軸為Ф400實心棒料，材質為42CrMo，其余件材質為Q345B，每段焊縫的焊接均為異種鋼焊接。42CrMo為高強度中碳合金調質鋼，Q345B為低碳合金鋼，根據國際焊接學會的碳當量計算公式：CE=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15（%）（1），42CrMo碳當量在0.69%～0.87%，Q345B碳當量小于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，冷裂傾向明顯。可見，當42CrMo與Q345B異種鋼焊接時，工件焊接性差，在焊縫熔合區和近42CrMo側熱影響區極易產生冷裂紋。

如圖1所示，板材為中厚板材，主軸為實心棒材，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，形成一個應力集中源。

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

1.2 焊接工藝方法分析

（1）焊接方式和焊接參數確定。參考既往普通鋼材焊接的經驗，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，對消除應力和淬硬組織、提高組織穩定性有一定的效果；同時控制層間溫度250～350℃，焊接熱輸入≤1.5KJ/mm。最終焊接工藝參數確定如下表1：

表1 氣體保護焊接工藝參數表

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

焊前預熱可以減慢焊縫及熱影響區的冷卻速度，有利于避免產生淬硬組織，便于焊縫和熱影響區氫的逸出，防止裂紋的產生。預熱的最低溫度根據母材化學成分、熱處理條件、工件形狀和大小進行確定。42CrMo從奧氏體轉變為馬氏體的起始溫度Ms點大約在310℃，理想的預熱溫度應比Ms點稍高15～25℃，同時考慮工件體積較大，且為冬季施工，熱量損失加大，可適當提高預熱溫度。最終確定預熱溫度為350±10℃。

焊后熱處理應在焊接完成后立即進行，使工件在高溫區停留時間充分，便于焊縫和熱影響區的擴散氫逸出，同時使工件在受熱和冷卻階段連續、均勻進行，達到消除焊接應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。1）因主軸在焊前已進行調質處理，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進行覆蓋保溫，配合便攜式遠紅外測溫儀進行監測，必要時架設多把火焰噴炬對工件進行環形加熱，以緩和溫度梯度，降低內應力，避免產生淬硬組織；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，對焊縫區和熱影響區進行了磁粉探傷，同時對熱影響區進行了超聲波探傷，未發現缺陷，檢測合格。

2 花鍵機加工藝分析

（1）花鍵加工難點。該外花鍵采用德標制作。由于受工件結構和外形尺寸、公司設備所限，無法采用傳統的插齒、滾齒等方式加工外花鍵。而購買一套德標成型刀具價格偏高，此件為試制產品，尚無批量，經濟上不劃算。

（2）數控銑花鍵工藝分析。綜合考量，最后確認采用CNC數控銑外花鍵。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，將其與減速機上內花鍵配裝，用塞尺檢驗內、外花鍵裝配間隙。通過多次程序修正，達到內、外花鍵各處裝配間隙≤0.03mm的效果。最終套用此程序對中心軸上外花鍵進行銑加工成形。

工件加工完成后經試裝檢驗合格，證明按此工藝方法加工后的工件裝配性良好，完全滿足設計要求。

3 結論

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

（2）綜合設備、工具、加工成本等多方面因素考慮，對于中心驅動軸此類的單件試制產品，采用數控銑外花鍵的加工工藝，既能滿足圖紙設計要求，又滿足經濟合理性的要求。