匡少寶

(安徽應(yīng)流集團(tuán) 機(jī)械公司，安徽 合肥 230601)

數(shù)控機(jī)床主軸修復(fù)

匡少寶

(安徽應(yīng)流集團(tuán) 機(jī)械公司，安徽 合肥 230601)

為了對數(shù)控機(jī)床主軸進(jìn)行焊補(bǔ)修復(fù)，使其達(dá)到預(yù)先的使用性能和加工精度，采取了用奧氏體不銹鋼焊條焊接作為過渡層，再用高強(qiáng)度焊條堆焊的方法。該主軸焊補(bǔ)后，無損檢測滿足要求。該機(jī)床重新安裝調(diào)試后，其加工精度未受影響。機(jī)床主軸在采用這種焊補(bǔ)方法返修后，既有較好的抗沖擊載荷性能，又有較高的使用穩(wěn)定性。

鏜銑床；40Cr；42MnVB；淬硬區(qū)域；滲透檢驗(yàn)

0 前言

隨著我國加工行業(yè)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床已廣泛應(yīng)用于各類零件的加工生產(chǎn)。在數(shù)控機(jī)床的使用過程中，由于各種原因都會使機(jī)床產(chǎn)生零部件磨損，有的還會發(fā)生嚴(yán)重的撞機(jī)事故。因此，為了盡量節(jié)約成本和維護(hù)機(jī)床的正常使用，對各類機(jī)床零部件的修復(fù)顯得尤為重要。

1 主軸裂紋產(chǎn)生的原因

安徽應(yīng)流集團(tuán)機(jī)械公司是從事閥門與工程機(jī)械類零件的鑄造、焊接、機(jī)加工等生產(chǎn)出口的企業(yè)。加工廠使用的國產(chǎn)某型號數(shù)控鏜銑床，由于程序輸入時錯誤，導(dǎo)致機(jī)床撞壞，使機(jī)床的主軸鍵槽嵌入端沿鍵槽壁裂開，長度約25 mm，主軸裂紋如圖1所示。

此軸如果重新訂做，需近三個月的時間，且價格近十萬元。經(jīng)設(shè)備與技術(shù)部門討論后，按照先修復(fù)、再檢測的方案進(jìn)行。如果修復(fù)后的主軸使用性能和加工精度都能符合使用要求，將不再另外采購新的主軸；否則將重先購買(返修一般需三、四天）。

2 確定主軸材料、焊接性能和補(bǔ)焊措施

根據(jù)國內(nèi)機(jī)床主軸材料使用要求(承受中等載荷，轉(zhuǎn)速較高；承受交變和沖擊載荷，精度要求高)，可判定其主軸材料為40Cr或42MnVB調(diào)質(zhì)后局部淬硬。在經(jīng)設(shè)備部門與生產(chǎn)廠家確認(rèn)，其材料為40Cr。

40Cr屬中碳調(diào)質(zhì)鋼，可采用的焊接方法有：鎢極氬弧焊或氦弧焊、熔化極氣保焊、埋弧焊、焊條電弧焊和電阻焊等。焊條電弧焊需要使用低氫焊條，并采用較低的熱輸入。大的熱輸入將產(chǎn)生寬的、組織粗大的熱影響區(qū)，增大脆化傾向，同時也增大焊縫和熱影響區(qū)熱裂紋的產(chǎn)生。對于調(diào)質(zhì)鋼焊后不作調(diào)質(zhì)處理，大的熱輸入會增大熱影響區(qū)的軟化程度。

圖1 主軸裂紋示意

作為機(jī)床主軸的使用特性，要求在動載荷和沖擊載荷下具有良好的性能，如焊接過程中有淬硬區(qū)域，則不能進(jìn)行相關(guān)的熱處理，如果進(jìn)行熱處理，鍵槽后面軸承安裝部位的尺寸精度無法保證(變形或氧化)。

在考慮以上因素的基礎(chǔ)上選擇焊接材料。低強(qiáng)度的焊材一般不易出現(xiàn)裂紋，且焊接容易，但滿足不了使用性能要求，所以焊材的強(qiáng)度不能過低。如果直接采用高強(qiáng)度的焊接材料，如J107Cr、J907Cr或J857Cr等，可能會由于強(qiáng)度過高在熱影響區(qū)或熔合線處產(chǎn)生冷裂紋，因?yàn)樾柩a(bǔ)焊的區(qū)域是經(jīng)過淬火處理的。

在此決定在補(bǔ)焊區(qū)域采用抗裂性能好的J857CrNi焊條，首先用奧氏體不銹鋼焊條焊一個過渡層。這樣既能保證焊補(bǔ)區(qū)域的材料能滿足在動載和沖擊載荷下的良好性能，又能保證高的使用強(qiáng)度。

焊前最低預(yù)熱260℃，層間溫度260℃～280℃。為防止焊后尚未轉(zhuǎn)變的奧氏體在室溫下轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘤驳鸟R氏體而產(chǎn)生裂紋，焊后采用280℃、保溫1.5 h后緩慢冷卻(冷卻速度不超過100℃/h)，使焊縫中的氫能充分?jǐn)U散逸出，減少裂紋傾向。爐內(nèi)緩冷至室溫24 h后打磨，并作滲透探傷檢驗(yàn)。

按上述方案對主軸進(jìn)行了焊補(bǔ)修復(fù)，并在第三天的下午進(jìn)行打磨和滲透檢驗(yàn)，除端部有2 mm長的咬邊外，沒有焊接缺陷。

為了防止加工后出現(xiàn)裂紋，在第四天上午又對加工后的主軸做了一次滲透檢驗(yàn)，結(jié)果仍沒有裂紋。設(shè)備維修人員對機(jī)床進(jìn)行了組裝和調(diào)試，加工精度沒有問題，完全符合產(chǎn)品加工精度要求。

3 數(shù)控機(jī)床主軸焊補(bǔ)工藝

(1)坡口準(zhǔn)備。對需焊補(bǔ)區(qū)域進(jìn)行滲透檢驗(yàn)，并打磨后復(fù)檢。合格后將坡口夾角打磨不小于60°，根部要求圓滑過渡。

(2)焊接設(shè)備。采用上海通用的ZX5－500K型晶閘管整流弧電焊機(jī)。

(3)焊接材料采用 J857CrNi，φ 3.2 mm；過渡層(厚度 3～5 mm)采用 A022，φ 2.5mm。

(4)焊接電流 80～120A(J857CrNi)和 60～90A(A022)。

(5)焊前預(yù)熱。采用低溫?zé)崽幚頎t局部加熱不低于260℃。

(6)用紅外線測儀檢測層間溫度260℃～280℃。

(7)采用低溫?zé)崽幚頎t局部280℃、保溫1.5 h后緩慢冷卻(冷卻速度不超過100℃/h)。

(8)在加熱區(qū)域冷至室溫24 h后對焊補(bǔ)區(qū)域進(jìn)行打磨，并進(jìn)行滲透檢驗(yàn)。

Spindle welding repair of CNC machine tool

KUANG Shao-bao
(Anhui Yingliu Group Machine Co.，Hefei 230601，China)

In order to repair the spindle of CNC machine by repair welding，and achieve the original function and working accuracy，firstly we use austenitic stainless steel electrode for transition.Then resurfacing welds it by using high strength welding rod.After this repair welding，we check it by nondestructive examination and find it has no problem.And furthermore,the accuracy is also very good after this spindle to be installed on the machine.So by using this repair welding method，the spindle gets the good resistance to impact load and stability in use.

boring miller；40Cr；42MnVB；hardened area；penetrate inspection

TG455

B

1001－2303(2011)03－0085－02

2009－12－20；

2010－08－10

匡少寶(1978—)，男，安徽六安人，工程師，主要從事焊接工藝編制、焊接機(jī)器人編程和焊接現(xiàn)場管理工作。