機(jī)車高價值零部件和工藝裝備再制造應(yīng)用與設(shè)想

■中車戚墅堰機(jī)車有限公司 （江蘇常州 213011） 陳 興 顧加進(jìn) 王化清

陳 興

1. 再制造技術(shù)概述

再制造是指讓舊的零部件重新煥發(fā)生命活力的過程，其以損壞失效或行將報廢的零部件為毛坯，在失效分析、壽命評估等分析的基礎(chǔ)上，采用先進(jìn)工藝技術(shù)進(jìn)行再制造，且再制造產(chǎn)品無論性能還是質(zhì)量都不亞于原先的新品，再制造的目的就是減少物料消耗，降低成本。

中車戚墅堰機(jī)車有限公司作為工信部第二批產(chǎn)品再制造試點(diǎn)企業(yè)，持續(xù)深化推進(jìn)高價值零部件再制造工作，近年來在技術(shù)革新的過程中，不斷推進(jìn)再制造管理模式上的創(chuàng)新，規(guī)范作業(yè)流程、項(xiàng)目評審評價機(jī)制、產(chǎn)品行程分工、B O M搭建及E R P賬頁建立，且從生產(chǎn)計劃任務(wù)的下達(dá)、產(chǎn)品接收、價格核算、費(fèi)用結(jié)算、入庫和創(chuàng)效計算等方面進(jìn)行全面梳理、探討與分析，使再制造工作逐步走向規(guī)范化、常態(tài)化，通過持續(xù)開展機(jī)車高價值零部件和工藝裝備的再制造，已連續(xù)多年為公司實(shí)現(xiàn)降本目標(biāo)。

2. 機(jī)車高價值零部件再制造

機(jī)車修理過程中產(chǎn)生的廢舊高價值零部件（含新品制造過程產(chǎn)生的廢次品）再制造發(fā)展至今，已取得許多成功經(jīng)驗(yàn)，柴油機(jī)部分的零部件如機(jī)體、曲軸、氣缸蓋、氣缸套和連桿等，機(jī)車部分的零部件如電動機(jī)軸、電動機(jī)端蓋、機(jī)殼、滾動抱軸箱、齒芯、輪芯和從動齒輪等。通過先進(jìn)的工藝技術(shù)手段進(jìn)行再制造，從而達(dá)到重新使用、節(jié)約成本和減少浪費(fèi)的目的。

高價值零部件再制造工藝流程為：廢舊件收集→無損拆解→清洗→檢測分類→再制造和加工→檢測和評審→組裝→調(diào)試→成品。

目前，機(jī)車高價值零部件再制造方面采用的技術(shù)（工藝）方法主要包括：增材制造和機(jī)械加工、減材制造（機(jī)械加工）、置換修技術(shù)（含機(jī)械加工）、工裝再制造和刀具修復(fù)再制造等。增材制造如電刷鍍技術(shù)、微電弧火花堆焊及激光熔覆等，減材制造如等級修復(fù)，置換修技術(shù)如精密鑲套、碾瓦機(jī)體換蓋修復(fù)和置換修復(fù)等。

（1）電刷鍍修復(fù) 電刷鍍技術(shù)是應(yīng)用電化學(xué)沉積原理，在能導(dǎo)電的工件表面的選定部位快速沉積指定厚度鍍層的表面技術(shù)。

電刷鍍時電刷鍍電源的負(fù)極通過電纜線與工件連接，正級通過電纜線與鍍具連接。鍍具前端的陽極經(jīng)包裹后與工件的刷鍍表面輕輕接觸，含有需沉積的金屬離子的鍍液不斷添加到陽極和工件表面之間。此時充滿鍍液的陽極和工件表面之間形成了一個微型電鍍槽，在工件和陽極之間電場力的作用下，帶正電荷的金屬離子向帶負(fù)電荷的工件表面定向遷移，并在工件上獲得電子，還原成金屬原子。被還原的金屬原子在工件表面沉積形成鍍層，隨著時間的推移，鍍層厚度不斷增加，直至達(dá)到所需的厚度為止。鍍層厚度數(shù)值可通過工藝試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析獲得。目前涂鍍修復(fù)技術(shù)已廣泛運(yùn)用至機(jī)體主軸承孔及變速箱主軸承孔的修復(fù)工藝中。

（2）微電弧火花堆焊 微電弧火花堆焊是基于脈沖放電的原理，當(dāng)工具電極與工件在絕緣介質(zhì)中（如氬氣）靠近時，極間電壓將在兩極間“相對最靠近點(diǎn)”電離擊穿，形成脈沖放電，使電極和工件的極微小放電點(diǎn)處金屬熔化甚至氣化，該過程所產(chǎn)生的動能將把熔化的電極金屬拋離電極表面并過渡到工件表面。其在振動著的電極（與工件高速間歇性地離合）作用下與呈熔融態(tài)的工件表層微區(qū)點(diǎn)擠壓在一起，并有電極材料熔滲、擴(kuò)散到母材基體與熔融的工件表層金屬實(shí)現(xiàn)冶金結(jié)合，從而得到含電極材料的合金化表面堆焊涂敷層。

微電弧火花堆焊即通過反復(fù)在前一堆焊層上再次進(jìn)行堆焊，最終獲得具有一定厚度的堆焊層（見圖1）。

圖1 微電弧火花堆焊示意

微電弧火花焊修已在機(jī)體、曲軸、氣缸蓋等柴油機(jī)關(guān)鍵零部件以及抱軸箱、空心軸套、空心軸裝配等機(jī)車關(guān)鍵零部件上進(jìn)行了驗(yàn)證并裝車使用（見圖2、圖3）。

機(jī)體微電弧焊修流程：狀態(tài)確認(rèn)→清洗→裝蓋→三坐標(biāo)測量→制訂修復(fù)方案→方案評審→拆蓋→焊修→預(yù)加工→鉗修→滲透探傷1→裝蓋→精加工→三坐標(biāo)測量→滲透探傷2→壓瓦檢查→成檢→清理除銹涂油防銹→交付。

圖2 機(jī)體主軸承孔修復(fù)

圖3 曲軸非關(guān)鍵區(qū)域修復(fù)

（3）激光熔覆焊修 激光熔覆（激光3D打印）是利用激光束聚焦能量極高的特點(diǎn)，瞬間將金屬粉末熔化，同時使基體表面微熔，激光離去后熔化的基體及金屬粉末熔滴快速凝固，獲得與基體為冶金結(jié)合的金屬熔覆層，再通過機(jī)械加工進(jìn)行修復(fù)，此種方式可應(yīng)用于恢復(fù)零件表面幾何尺寸。同時，對增材修復(fù)工藝進(jìn)行的攻關(guān)研究和試驗(yàn)結(jié)果表明：增材修復(fù)層具有比基材更為優(yōu)異的力學(xué)性能。

激光熔覆技術(shù)解決了振動焊、氬弧焊、噴涂和鍍層等傳統(tǒng)修理方法無法解決的材料選用局限性、工藝過程熱應(yīng)力、熱變形、材料晶粒粗大以及基體材料結(jié)合強(qiáng)度難以保證的矛盾。

激光熔覆焊修已在公司柴油機(jī)關(guān)鍵件機(jī)體及機(jī)車關(guān)鍵件抱軸箱上得到了工藝驗(yàn)證并運(yùn)用（見圖4、圖5）。

（4）等級修復(fù) 等級修復(fù)即通過等級加工實(shí)現(xiàn)零件減材（機(jī)械加工），再通過配合等級軸瓦、等級襯套及等級軸承座的方式實(shí)現(xiàn)零部件的修復(fù)再利用。典型項(xiàng)目為柴油機(jī)曲軸等級修、柴油機(jī)連桿等級修及機(jī)車抱軸箱等級修。

1）柴油機(jī)曲軸等級修。針對軸頸沒有碾瓦、僅跳動超差（跳動值在要求范圍內(nèi)）或焊縫有輕微裂紋的曲軸進(jìn)行等級修復(fù)（見圖6）。

圖4 機(jī)體主軸承孔激光熔覆焊修

圖5 抱軸箱軸承孔激光熔覆焊修

圖6 已等級修復(fù)的曲軸

2）柴油機(jī)連桿等級修。在連桿檢修過程中，連桿大小頭孔軸線平行度超差而無法使用，為此開展連桿等級修工藝研究，采用以大頭孔為基準(zhǔn)鏜削等級小頭孔并安裝等級襯套的方式實(shí)施連桿等級修，保證連桿正常使用（見圖7）。

圖7 已等級修復(fù)的連桿

3）機(jī)車抱軸箱等級修。在抱軸箱檢修過程中，較多抱軸箱因兩端同軸度超差而無法使用。為此開展抱軸箱等級修復(fù)工藝研究，針對軸承孔同軸度精度超限嚴(yán)重，無法通過精密修整方法恢復(fù)精度的問題，以齒輪端軸承孔為基準(zhǔn)，對另一端軸承座孔端進(jìn)行精確校正光整加工，同時設(shè)計等級軸承座，確保非齒端符合配合與原裝配要求，實(shí)現(xiàn)抱軸箱再制造（見圖8）。

圖8 抱軸箱等級修復(fù)中

（5）置換修復(fù) 置換修復(fù)即通過置換組件中的損壞零配件，并利用組件中原有完好零配件的方式實(shí)現(xiàn)組件的修復(fù)再利用。典型項(xiàng)目為從動齒輪置換配對修復(fù)及惰輪襯套裝配修復(fù)等。

1）從動齒輪置換配對修復(fù)。DF11機(jī)車齒芯從動齒輪檢修中，當(dāng)其組件齒芯或齒圈之一存在裂紋缺陷、變形、磨損超限等問題時，若將其報廢，經(jīng)濟(jì)損失較大。采用換件修理法和尺寸修理法將尚有利用價值的舊齒芯或舊齒圈與新制齒圈或齒芯配對加工組成新的齒芯從動齒輪組件，達(dá)到修理機(jī)車、降本增效的目的（見圖9）。

圖9 從動齒輪置換配對修復(fù)

置換修復(fù)主要工藝流程：拆解從動齒輪→鉆去聯(lián)接銷→清洗→探傷→配對零件制作（新齒芯、齒圈和鉸制螺栓）→配鉆鉸螺栓孔→組裝→磨齒芯或齒圈→清理清洗→檢查→涂油防銹→交付。

2）柴油機(jī)惰輪襯套裝配修復(fù)。在柴油機(jī)修理過程中，部分惰輪襯套裝配內(nèi)孔存在襯套拉傷的情況而無法使用，通過更換拉傷襯套并壓裝半成品襯套再進(jìn)行加工的方式（見圖10），實(shí)現(xiàn)惰輪襯套裝配修復(fù)。

圖10 惰輪襯套裝配置換后加工中

3）精密鑲套修復(fù)。對缺陷部位進(jìn)行精加工，設(shè)計采用光套或螺套的形式，并將光套或螺套通過一定工藝手段鑲?cè)氡倔w已精加工的缺陷部位，并對鑲?cè)胩字匦录庸せ蛐拚謴?fù)原有結(jié)構(gòu)、性能和精度。采用精密鑲套工藝修復(fù)的產(chǎn)品有：機(jī)體、曲軸、抱軸箱和前端集成箱體等。

4）碾瓦機(jī)體換蓋修復(fù)。對碾瓦機(jī)體主軸承孔的精度狀態(tài)進(jìn)行檢測評估，更換半成品主軸承蓋，并通過精確校對定位和精密加工手段，恢復(fù)機(jī)體主軸承孔精度要求。采用換蓋修復(fù)工藝的有240機(jī)體、280機(jī)體、GEVO16機(jī)體等。

3. 工藝裝備再制造

工藝裝備再制造是指對現(xiàn)有工藝裝備（后簡稱“工裝”）進(jìn)行通用化和創(chuàng)新型改造，以達(dá)到縮短工件裝夾輔助時間和提高工件的加工質(zhì)量、效率的目標(biāo)。以機(jī)體加工中心工裝再制造項(xiàng)目為例，為提高工件加工效率和減少機(jī)體大型工裝新制費(fèi)用，采取對原有舊工裝改造的方法，增設(shè)了一面二銷定位及導(dǎo)向工裝模塊，用于新制機(jī)體的加工，還考慮到修理機(jī)體也要在該工裝上加工，又設(shè)計制作了可更換的平面定位裝置，并對原有工裝的夾緊裝置進(jìn)行了通用化的改造設(shè)計，由此實(shí)現(xiàn)了一套工裝滿足多種新造機(jī)體和修理機(jī)體的通用化應(yīng)用。該工裝再制造后在機(jī)體維修加工中的應(yīng)用可自動定位，不需要人工校調(diào)，大大縮短了機(jī)體定位裝夾的輔助時間，輔助時間相比于再制造前縮短了60%，并且精準(zhǔn)合理的定位確保了機(jī)體在維修加工中的精度和質(zhì)量，且該工裝（見圖11）可用于280系列機(jī)車柴油機(jī)的4種機(jī)體新制和維修。

圖11 280機(jī)體加工中心工裝

4. 再制造的發(fā)展設(shè)想

1）突出重點(diǎn)，逐步形成機(jī)車高價值零部件再制造產(chǎn)業(yè)化。機(jī)車關(guān)鍵零部件再制造重點(diǎn)是機(jī)體、氣缸蓋、曲軸、連桿、凸輪軸和輪對等，以高價值零部件再制造為基礎(chǔ)，研究零部件再制造建立獨(dú)立業(yè)務(wù)板塊的可行性，重點(diǎn)提升再制造產(chǎn)業(yè)化水平，積極推動機(jī)車關(guān)鍵零部件再制造朝專業(yè)化、規(guī)模化發(fā)展。

2）完善技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，加快再制造數(shù)據(jù)積累。健全機(jī)車高價值零部件再制造技術(shù)和質(zhì)量等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，組織開展再制造技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)研究及推廣應(yīng)用；完善再制造產(chǎn)品質(zhì)量評價體系，規(guī)范再制造產(chǎn)品生產(chǎn)，確保再制造產(chǎn)品質(zhì)量。在產(chǎn)品拆解清洗、無損檢測、壽命評估、修復(fù)、加工、質(zhì)量檢測與性能考核等再制造生產(chǎn)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，加快關(guān)鍵工藝技術(shù)的研發(fā)和數(shù)據(jù)積累，盡快掌握、固化一批核心關(guān)鍵技術(shù)。

3）加快技術(shù)創(chuàng)新，大力提升再制造裝備水平。技術(shù)創(chuàng)新方面，成立設(shè)計、工藝制造方面的專家骨干，聯(lián)合專業(yè)技術(shù)創(chuàng)新型團(tuán)隊(duì)，共同研究激光清洗、無損拆解、激光熔覆和低溫火花堆焊成形等再制造關(guān)鍵技術(shù)，在機(jī)車零部件如機(jī)體、抱軸箱等零部件再制造應(yīng)用的基礎(chǔ)上，逐步開拓機(jī)車其他高價值零部件的再制造。

4）以恢復(fù)尺寸精度、提升性能、提高再制造率為準(zhǔn)則，加快推進(jìn)機(jī)車再制造工裝研發(fā)（即工裝通用化改造）。豐富完善適用于不同產(chǎn)品類型的再制造加工裝備，提升機(jī)車零部件再制造過程自動化水平和智能化程度，提高再制造技術(shù)裝備水平、生產(chǎn)效率及產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性。

5. 結(jié)語

近年來，戚機(jī)公司技術(shù)人員大力推進(jìn)產(chǎn)品再制造工作，使許多報廢的高價值產(chǎn)品“起死回生”，有效地提升了企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。當(dāng)前國內(nèi)經(jīng)濟(jì)已進(jìn)入高速發(fā)展期，對資源環(huán)境的消耗很大，發(fā)展再制造產(chǎn)業(yè)，有利于節(jié)約資源，減少能源消耗；有利于減少污染，保護(hù)環(huán)境；有利于降低產(chǎn)品成本，提高企業(yè)競爭力。因此，再制造產(chǎn)業(yè)已成為綠色制造工程，推進(jìn)了資源高效循環(huán)利用，成為企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分。