設備組合加工大型備件實現低成本制造

賈 晗

（武漢理工大學能源與動力學院輪機工程系，湖北武漢 430063）

0 引言

隨著我國裝備制造業、大型船舶制造業的不斷發展，生產線設備也向大型、重型方向不斷轉變，但生產線設備的制造或修復給機械加工提出了更高的要求，經常會遇到一些大型加工件由于受噸位、場地條件或現有設備的加工行程、功能等因素的限制而無法實現。目前我國機械設備制造行業加工設備種類及廠家雖然很多，但大多為定型的中小型設備，整體趨勢向數控型、精密型發展，不同的設備具備不同的加工特點，如果定制專用設備來實現大型備件的加工制造，因大型工件單件生產較多，將造成制造成本的巨額增加及浪費，而且因周期較長使工期無法保證。通過與武漢理工大學的技術合作與支持，形成了一套充分利用現有設備的功能特點，自制工裝，改進輔具、刀具，將設備進行有機的組合，根據需要拼裝成多功能組合設備，以較低的投入解決了難題。既完成了大型備件的加工、修復等，也通過組合方式等嘗試，積累了經驗，取得了明顯效果。

1 設備組合加工、修復大型備件的實踐應用實例

1.1 鏜銑床與車床組合，解決超長、超高件的加工難題

435 m3燒結廠風機轉子轉速達1000 r/min，為當今世界上轉速最高的風機轉子之一。由于在使用和海運過程中的包裝不當，如受海水侵蝕等，風機軸兩端軸瓦處出現點蝕現象，最大深度約1 mm，已不能正常使用，該風機軸長6410 mm，需修復軸瓦處直徑300 mm，分布在軸兩端，長度500 mm；轉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4 m，已無法拆卸，部件設備已無法實現常規加工修復。為保證安裝后在高速運轉時的正常運行，經研究確定利用機加工去除點蝕，再根據加工后尺寸配制軸瓦的方案。目前國內任何獨立設備都無法完成該備件的修復工作，為此根據工件的特點，經過調查論證，采用利用現有的W200HC鏜銑床（立柱行程8 m，主軸箱行程4.5 m）和C6025車床進行組合加工。以C6025車床主軸箱作為動力，以其卡爪及尾座支撐，制作輔具裝夾工件，并帶動工件旋轉；將W200HC鏜銑床主軸滑枕伸出作為刀臺，設計制作專用刀具進行加工。由于W200HC鏜銑床主軸和滑枕伸出長度>2 m，大于風機扇葉半徑，因此當風機軸旋轉時，可對軸進行加工；且W200HC軸向行程大于風機軸長度6.41 m,可以實現對軸兩端的一次性加工，從而保證風機軸軸瓦處的同軸度。而C6025車床及尾座中心高只有1.5 m，小于扇葉半徑，于是設計了1 m鑄鐵平臺，將C6025車床座落在平臺上，使中心高>2 m（扇葉半徑），解決了風機軸旋轉的問題。在整個加工過程中，切削平穩，風機軸旋轉無振動，無撓曲變形。修復后的風機轉子同軸度誤差0.002 mm，橢圓度誤差為零，表面粗糙度達到 ，經技術鑒定，完全符合使用要求。在首次試驗成功的基礎上，又不斷進行技術改進，設計了筒形車削刀具，借助三位立體坐標儀，先后完成了3套大型風機轉子軸的修復任務。

1.2 用鏜銑床完成大直徑面銑削

利用鏜銑床回轉工作臺及鉆床有機組合并加以改造，完成了大直徑面的銑削。例如，百噸煉鋼轉爐大方坯連鑄機300 t大包回轉臺的制作。該大包回轉臺長12 000 mm，寬8500 mm，總噸位80 t，備件上端面有一內徑6000 mm、外徑7500 mm的法蘭面需要加工，并需與回轉支撐配鉆36-32 mm的孔。由于該備件噸位超出現有機加工車間最大起重能力，加工面直徑超過現有設備最大加工行程，現有設備無法完成備件的制造加工任務，經分析論證，采用30 t回轉臺及Z30100鉆床設備組合方式來完成。即利用30 t回轉臺完成旋轉及水平移動，將回轉臺找正安裝在大包回轉臺需加工的法蘭孔內，然后將鉆床安裝在回轉臺臺面上，以加工面為基準通過回轉臺水平移動及旋轉運動找出回轉中心，并對工件找正。以鉆床主軸箱為動力頭，設計定位套消除主軸軸向間隙。既具備了旋轉及銑削運動等專用功能，也可一次完成法蘭面銑削及鉆孔等。

在此基礎上，同樣利用回轉工作臺與車床組合，設計套筒刀具實現了百噸轉爐托圈耳軸1200 mm直徑耳軸孔的加工任務，通過設備組合實現運動動作，采用光電感應原理設計測量專用儀器，測量兩耳軸孔的同軸度是0.1 mm，保障了精度。通過采取設備組合的方式，實現了百噸轉爐托圈壓合面的現場修復等項目。

1.3 利用車床主軸箱與滑臺組合實現高爐風口套的在線修復

通過該技術的開放應用，填補了國內冶金行業的空白，高爐的風口套經長期使用后，密封錐面出現磨損、風蝕現象，造成與風口中套密封不嚴、出現氣體漏風現象。常規風口套有2種，①帶法蘭式，法蘭與爐皮焊接，風口套通過法蘭連接；②風口套直接與爐皮焊接式。帶法蘭式出現磨損后直接更換風口套即可，直接焊接式風口套需將原風口套從爐皮連接處進行氣焊割除，然后將新制造的風口套通過電焊與爐皮進行焊接。如果高爐爐齡較長，爐皮在長期高溫、惡劣環境下使用，內部組織成分主要是含碳量已發生變化，如含碳量降低，直接影響風口套的焊接性能，當含碳量降到一定程度時，焊接工藝將無法完成。在國內個別高爐曾經出現過風口套焊接更換時，風口套與爐皮焊接不牢，被迫將爐皮及風口套等全部更換，造成檢修工期延長，成本巨額增加的情況。為此設計了風口套在線加工修復工藝，但該修復工藝在冶金行業應用還未有過先例。根據仿形加工原理設計制造了風口套現場加工專用量具和工裝，利用現有設備提供動力。施工時首先利用仿形專用量具測量現有風口套錐面磨損程度，根據磨損量進行焊接，然后將專用設備與爐體進行焊接、裝卡、定位，再根據現有風口套進行找正，以基準定位保證設備與風口套的同軸度，加工時仿形風口套的錐度進行進給加工，實現進刀角度與風口套的錐面角度相一致；加工完后，利用仿形量具進行加工后錐面測量及研磨，利用塞尺檢測接觸面的精度，完全滿足現場使用要求。

在此基礎上，又先后完成了直徑5000 mm，長度15 000 mm的百噸混料機輥筒的現場加工修復，以及近千噸的3500 mm中板軋機牌坊的現場加工改造，輥道支撐件、矯直機等多種設備的現場加工修復等工作，均取得了預期效果。

2 取得效果

經過多次的設備組合實現了現場大型零備件加工修復等工作，已積累了豐富的經驗。雖現場大型零部件加工、修復的種類、方式和環境均有所不同，但相同的都是根據條件選用不同功能的設備，通過采用有機的設備組合方式，設計配套加工附具，拓展現有成型設備的功能，利用技術優勢形成專機，以低成本滿足不同工況的大型備件加工修復工作，既降低了投入成本，創造了更大的效益，也提高了工作效率。據粗略估算，為一項產品設計制造專機的設計及制造成本在萬元人民幣，周期個月，而且項目完成后設備將長期處于閑置狀態，該項目的完成成本是萬元人民幣，設備投入成本占項目成本的。如果采用設備組合方式，設備的投入成本則萬元人民幣，既可利用現有的設備個別部件，不用增加設備投入，還可以循環利用。專機功能的實現，可根據需要功能設計產品制造工藝，設計制造輔助工裝卡具等，投入資金50萬元人民幣，這一技術、理念的實現，專機設備的投入僅占項目成本約20%，項目整體成本可降低40%50%。而且此技術、理念的實施，將使許多過去無法完成的工作得到實現，還將改變過去許多大修項目的實施方案，例如，風口套現場修復功能的實現，徹底改變了過去常規風口套現場頻繁更換的歷史，既降低了備件的制造成本，縮短了大修工期，也可增效上千萬元人民幣。