實心軸的校直

王萬龍

（福海創石油化工有限公司設備管理部，福建漳州 363216）

由于這些傳動軸長且直徑大（長度＞5 m、直徑＞200 mm），需要幾種方法混合使用才能達到校正目的，現將在實際校正過程中通常采用的步驟和方法向大家作一講解。

1 前期準備

軸在校直前第一步必須先清理軸件表面的結垢、氧化物，避免有害介質造成環境污染和人身健康危害，同時為下步檢查軸件是否損傷做準備；

第二步對表面進行檢查目的是發現是否存在隱形裂紋和損傷。可以采用對軸表面進行著色（PT）檢查；

第三步對于損傷部分進行判定——淺表裂紋可以采用機械打磨去除，然后進行補焊修復。

2 數據采集及記錄

彎曲軸的彎曲量檢查是后續實施校直的前提條件，如有條件可以采取上車床檢查，這樣會很方便得到各部位數值，但由于大型車床在大多場合不宜尋找，在這里介紹的是我們自己設計制作的專用校驗臺。它是采用“工”子鋼焊接制成臺架和門架，可以根據軸檢測或校直部位的需要進行靈活組裝。（附：門架圖）

測量時在臺架上安裝兩個支撐，單個支撐是由一對球軸承以“Y”形制成。軸放置在軸承上旋轉時非常輕松省力，可以將軸旋停至任意位置。

實施步驟如下：

⑴將待測軸安放于托架上的“Y”形支撐上；

⑵將軸沿長度方向按等距進行位置標記（可以等距或在關注位置進行標注）。在軸端圓周上分8等分（45°/分）——利用水平尺進行上下（0/180）/左右（90/270）4等分后再劃分其余（45/225）、（135/315）4等分；

⑶在軸上方拉一鋼絲或細線繩作為測量基準線，向下投影與軸端圓周上“0”位重合，距離高度100～200 mm間（見圖1）；

圖1 門架圖

圖2 軸端面角度布置圖

圖3 矯正實景

⑷用直角尺進行逐點測量，測量完“0”位置后旋轉下一角度，依次測量下去；

⑸將所測數據記錄在表中（見：附表1），這樣即可直觀地看出軸彎曲變化大小和位置；

表1 軸彎曲檢查記錄表

在軸彎曲校正值接近個位數時，采用百分表進行測量。

3 校直方法

3.1 加熱冷激法

加熱冷激法方法簡單效果明顯，他是通過加熱凸起的變形部位使局部金屬軟化，然后采用水沖冷卻使凸起部位收縮達到校直的目的。

步驟如下：選擇軸的最大彎曲點（凹側）進行火焰加熱，并在加熱區域以外包裹保溫材料隔熱。這里采用的是乙炔/氧氣火焰加熱，加熱溫度在相變溫度下（加熱溫度約比材料臨界溫度低100 ℃左右），待溫度均勻后采用自來水對凸起部位進行冷卻，使軸產生反向收縮變形，從而達到校直目的。

此方法需要注意：①不可操之過急如冷卻過急，有造成裂紋的可能；②如校直未達到目標值,可沿軸向移動擴大加熱區域后重復上述過程；③最好吊掛起來實施，這樣冷卻水會在需要冷卻的一側流淌，效果更明顯。

局部加熱冷激法校直適用于慢彎曲的碳鋼或低合金鋼軸，但冷激過程變形量不易控制。

3.2 機械加壓法

此時要將檢查軸承支架更換為校正支撐——“Y”形由圓鋼加工制成。

（1）將軸凸面向上，選擇最大彎曲點兩側安放支撐（V形鐵），位置選擇軸直徑5倍（這里以φ200計）1～2 m左右位置；

（2）在軸凸面最高點處采用150 t千斤頂對軸進行施壓。此時彎曲位置會隨著千斤頂的伸長漸漸向下變直，此過程要均勻，在軸達到水平后仍需繼續施壓，讓軸向下彎曲。

假設原變形量為20 mm，施壓后變形量讀數應大于20 mm，原因是軸會由于壓力撤除后自然反彈。就是常言說的：矯枉必先過正。這個變形量選多少合適？需要根據軸徑粗細、材質硬度高低去嘗試，一般選變形量的1.5倍，即原20 mm的變形量，施壓變形數值選30 mm為宜。如此反復實施變形量會逐漸減小，如此逐點進行校直。

這種校直方法生產效率高，但需要注意在施力表面加銅/不銹鋼板以防將構件表面弄出壓痕。

3.3 局部加壓加熱法

此方法利用千斤頂等工具加壓，讓軸的彎曲部位趨于校直（此時軸內部會產生應力），然后再對凹側進行局部火焰加熱，此處內應力將會迫使彎曲部位形成塑性變形。但需要注意這個施加的力在軸冷卻后才能撤除，不然將失去對變形的可控性。

由于此法為局部加熱，凸凹兩邊溫差較大。同管道焊接要求一樣同一部位加熱次數不宜超過兩次，不然將有可能造成組織分布不均勻或出現裂紋等不利后果。

較之“加熱冷激法”此方法對變形量可預先設定，因此對彎軸的校直具有明顯的可控性優點。此法還可以待溫度均勻后在凸側澆水冷激方法加強校直效果。查詢資料有一種說法：被校直的軸穩定性較差，在將來運行中可能向原來的方向再次發生彎曲。(提醒：做好標記，以便下次校正時好做比對)

3.4 內應力松弛法

經過上述幾種校正方法后此時軸整體彎曲已接近允許范圍，隨后就要考慮消除局部各點存在的內應力，以便軸使用中的穩定。

方法是將最大變形段的整個圓周上進行火焰加熱，溫度要緩慢上升（低于回火溫度30～50 ℃）。架百分表觀察變形量，然后在靠近最大彎曲點的凸側施加壓力并保持至溫度降至環境溫度，這樣隨著時間的延續金屬內應力漸漸降低，校直數值進一步理想。

4 總結

以上步驟先對變形較大部位進行加熱冷激或機械強制粗校直，此時整個軸變形量減小，肉眼可見彎曲消除，表現在軸承托架上盤動變得輕松。然后下一步就可以對軸進行二次打表（百分表）實施精細測量、制表，從數據上分析確立彎曲部位和內應力了。

但這個階段的變形有些部位由于組織應力較大，已無法再進行機械強制校直（所謂的短彎、硬彎）。因此需要借助火焰加熱手段，來消除組織應力更為可行。在采用火焰加熱時要根據不同材質的不同相變臨界溫度，控制好加熱溫度，這點需要格外注意，否則將會造成軸的組織結構損傷甚至前功盡棄，軸件報廢！

在校直趨于精細時，測量越是要頻繁時刻把握變形數據，分析應力區域，隨即調整支撐位置點。支撐點兩間距大，施加同樣的壓力軸極易造成變形，但回彈也大，因此施加變形幅度要大。然而這種做法也易造成軸的極限變形，彎曲向反方向發生。

兩支撐點間距小，施加壓力相對要大得多。塑性變形為主，適合小硬彎校直。

通過如上幾種方法的使用，我們實現了最終軸校直數據（允許跳動值）＜0.08 mm。對于一些高速軸為了消除其殘余應力，還需要進行進一步的整體熱處理，由于需要專用設備這里不予贅述。