仿型技术在大型轧机人字齿轮轴修复中的应用

摘要：循环再利用、修复再制造已成为先进制造技术的重要组成部分和发展方向，在受现场条件限制以及无法使用齿轮加工设备对大型轧钢机传动箱人字齿轮轴进行修复的情况下，应用自主创新的仿形装置及靠模工艺有效解决生产技术难题。该技术的成功应用，对轧钢设备的低成本修复和快速检修提供了宝贵经验。

关键词：仿型技术；轧机传动；人字齿轮轴；修复工艺

中图分类号：TG174 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）01-0055-04

1现状分析

某国有大型钢铁主干企业热轧生产线引进设备R1大型轧钢机传动箱人字齿轮轴，是该轧机的核心部件。该部件价值近千万，而且生产周期较长、工艺复杂、制造难度大、运输困难，在成本效益管理模式下，其备件不可能无条件预投。若能够确认其旧品在无变形、内部无缺陷的前提下，对表面损伤进行修复，恢复其渐开线齿形，达到或接近原设计精度要求，将创造十分可观的经济效益。通过实践，修复件重新投入使用，可节省成本50%、节能60%、节材70%，且几乎不产生固体废物，达到环保要求。

1.1没有专用齿轮机床加工

由于齿轮轴上已安装的十字扁头和大法兰均不能拆卸，致使工件的吨位大、体积大，给运输、起吊、安装、调整都带来很大的困难，且没有现成的机床可以加工。

1.2自制专用机床传动比太大实现困难

若自制专用机床按照正常的加工工艺进行修复，由于加工的主运动与进给运行的传动比多达30000以上，传动链太长，结构较为复杂，使得专用机床的设计、制造困难。

1.3修复基准部分缺失，影响修复精度

由于齿轮轴上两对轴承均产生磨损迹象，齿面也严重磨损，非工作面已出现锈蚀，加工基准不易找准，其修复精度难以保证。

1.4齿轮测量困难

齿形的粗精加工、跑合等工艺过程需要精确测量，没有专用的量具，造成测量困难。

2修复技术方案

2.1修复目标的确定

根据目前的设备和加工能力以及齿轴本身尚存精度的完整性，修复后的齿轴精度略低于原级别，但应达到使用的基本要求精度，即不低于国标9级精度。

2.2整体修复工艺路线

2.3齿形修复关键技术

2.3.4仿形装置的工作原理。如前所述，齿轮轴有一齿面保存完好，通过超声波和磁粉探伤，确认无表面及深度裂纹，并且通过对尺寸和形位公差精密测量，均在公差范围内，没有产生变形，可以借助完好齿面作为靠模基础面。

由于人字齿轮轴齿面为斜角，装在滑台上的仿形装置作轴向运动时，作用在其齿面上的力中有一分解向下的分力，形成驱动齿轮轴转动的力矩，可以使工件被动回转。仿形装置上有两组放置相邻齿槽中的滚轮，滚轮组与完好齿面接触，仿形装置一方面带动齿轮轴旋转，同时其上旋转的指形齿轮铣刀可以切削待修复的齿面。以完好齿面为基准加工另一齿面，并且同时驱动齿轮轴旋转是仿形装置的主要特色。此外，滑台轨道要和齿轮轴中心线平行，才能保证齿形的正确性。

2.3.5测量方式。由于采用仿形法进行齿轮加工，其测量手段包括以下项目，以验证修复后的精度达到要求：用样板控制粗、精、修整等工序的齿形及尺寸；测量公法线长度；测量接触斑点；测量齿侧间隙。

2.3.6齿轮轴的跑合。跑合是保证齿轮轴啮合精度的有效方法。跑合时，采用电机＋减速机连接齿轮轴上法兰进行驱动；工件依靠在基础平台上两组平行的轴承座支撑，形成类似传动箱的开式机构，使其能够按照传动箱精度和模式进行跑合运转。跑合过程中，按照接触斑点误差标准并结合其他相关检测项目要求进行检测，逐步修整，直到合格。

3修复工艺实施效果

根据修复方案，制定了详细的焊接工艺、热喷焊工艺、加工工艺、检测工艺。实施过程关键在于修复加工基准和测量基准的一致性及测量点的选择，由于是旧品修复，局部基准的处理要合理考虑，不违背基准确定原则。按照修复工艺实施以及对现场问题处理原则的掌控，修复结论如下：

（1）根据探伤报告表明，滚柱轴承和齿轮轴均无裂纹存在。

（2）根据硬度检测，修复后齿面硬度在HB＝277～328之间，达到图纸要求。

（3）根据自测几何尺寸，齿形完全符合标准齿形样板要求，公法线长度偏小0.2～0.4mm左右，基本是正态分布，接触斑点检查，沿齿高方向达40%，沿齿长方向达60%以上，达到图纸要求。个别齿大于该指标，少数齿小于该指标，所占齿数的比例小于5%，在基本要求范围内，齿侧间隙在1.3～2.0之间，在标准要求范围内。

（4）修复好的齿轮轴安装在轧钢机传动箱中进行空载试车，经过近96h的实机跑合，运行平稳，无异常噪声；打开窥视窗检查，齿面接触良好，润滑油温正常，箱体温度在40℃左右。

轧机传动箱基本恢复原有精度，正常运行，每年检修未见异常情况。

4结语

在现场条件限制以及无法使用齿轮加工设备对大型轧钢机传动箱人字齿轮轴进行修复的情况下，成功应用仿形装置和靠模工艺是一种有效解决问题的好方法，不仅解决技术难题，还大大降低了备件成本，缩短了恢复周期。该技术多次应用于该国有大型钢铁主干企业的其他生产线轧机，均取得较好的结果。该项技术的成功应用，将对我国轧钢设备的低成本修复和快速检修提供宝贵经验，并产生可观的经济效益。

参考文献

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[2]陈大成．机械设计手册（第三册）[M]．北京：化学工业出版社，2007．

[3]徐滨士，马世宁，等．绿色再制造工程设计基础及其关键技术[J]．中国表面工程，2001，（2）．

作者简介：苏碧辉（1960-），女，广东人，武汉钢铁重工集团有限公司设计研究所项目工程师，研究方向：冶金设备机电一体化设计制造以及引进设备改造。

（责任编辑：周加转）