賈 晗

（武漢理工大學(xué)能源與動力學(xué)院輪機(jī)工程系，湖北武漢 430063）

0 引言

隨著我國裝備制造業(yè)、大型船舶制造業(yè)的不斷發(fā)展，生產(chǎn)線設(shè)備也向大型、重型方向不斷轉(zhuǎn)變，但生產(chǎn)線設(shè)備的制造或修復(fù)給機(jī)械加工提出了更高的要求，經(jīng)常會遇到一些大型加工件由于受噸位、場地條件或現(xiàn)有設(shè)備的加工行程、功能等因素的限制而無法實現(xiàn)。目前我國機(jī)械設(shè)備制造行業(yè)加工設(shè)備種類及廠家雖然很多，但大多為定型的中小型設(shè)備，整體趨勢向數(shù)控型、精密型發(fā)展，不同的設(shè)備具備不同的加工特點，如果定制專用設(shè)備來實現(xiàn)大型備件的加工制造，因大型工件單件生產(chǎn)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(xué)的技術(shù)合作與支持，形成了一套充分利用現(xiàn)有設(shè)備的功能特點，自制工裝，改進(jìn)輔具、刀具，將設(shè)備進(jìn)行有機(jī)的組合，根據(jù)需要拼裝成多功能組合設(shè)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(fù)等，也通過組合方式等嘗試，積累了經(jīng)驗，取得了明顯效果。

1 設(shè)備組合加工、修復(fù)大型備件的實踐應(yīng)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(jié)廠風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)1000 r/min，為當(dāng)今世界上轉(zhuǎn)速最高的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子之一。由于在使用和海運過程中的包裝不當(dāng)，如受海水侵蝕等，風(fēng)機(jī)軸兩端軸瓦處出現(xiàn)點蝕現(xiàn)象，最大深度約1 mm，已不能正常使用，該風(fēng)機(jī)軸長6410 mm，需修復(fù)軸瓦處直徑300 mm，分布在軸兩端，長度500 mm；轉(zhuǎn)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(dá)4 m，已無法拆卸，部件設(shè)備已無法實現(xiàn)常規(guī)加工修復(fù)。為保證安裝后在高速運轉(zhuǎn)時的正常運行，經(jīng)研究確定利用機(jī)加工去除點蝕，再根據(jù)加工后尺寸配制軸瓦的方案。目前國內(nèi)任何獨立設(shè)備都無法完成該備件的修復(fù)工作，為此根據(jù)工件的特點，經(jīng)過調(diào)查論證，采用利用現(xiàn)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(jìn)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(zhuǎn)；將W200HC鏜銑床主軸滑枕伸出作為刀臺，設(shè)計制作專用刀具進(jìn)行加工。由于W200HC鏜銑床主軸和滑枕伸出長度>2 m，大于風(fēng)機(jī)扇葉半徑，因此當(dāng)風(fēng)機(jī)軸旋轉(zhuǎn)時，可對軸進(jìn)行加工；且W200HC軸向行程大于風(fēng)機(jī)軸長度6.41 m,可以實現(xiàn)對軸兩端的一次性加工，從而保證風(fēng)機(jī)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(shè)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(fēng)機(jī)軸旋轉(zhuǎn)的問題。在整個加工過程中，切削平穩(wěn)，風(fēng)機(jī)軸旋轉(zhuǎn)無振動，無撓曲變形。修復(fù)后的風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子同軸度誤差0.002 mm，橢圓度誤差為零，表面粗糙度達(dá)到 ，經(jīng)技術(shù)鑒定，完全符合使用要求。在首次試驗成功的基礎(chǔ)上，又不斷進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，設(shè)計了筒形車削刀具，借助三位立體坐標(biāo)儀，先后完成了3套大型風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)子軸的修復(fù)任務(wù)。

1.2 用鏜銑床完成大直徑面銑削

利用鏜銑床回轉(zhuǎn)工作臺及鉆床有機(jī)組合并加以改造，完成了大直徑面的銑削。例如，百噸煉鋼轉(zhuǎn)爐大方坯連鑄機(jī)300 t大包回轉(zhuǎn)臺的制作。該大包回轉(zhuǎn)臺長12 000 mm，寬8500 mm，總噸位80 t，備件上端面有一內(nèi)徑6000 mm、外徑7500 mm的法蘭面需要加工，并需與回轉(zhuǎn)支撐配鉆36-32 mm的孔。由于該備件噸位超出現(xiàn)有機(jī)加工車間最大起重能力，加工面直徑超過現(xiàn)有設(shè)備最大加工行程，現(xiàn)有設(shè)備無法完成備件的制造加工任務(wù)，經(jīng)分析論證，采用30 t回轉(zhuǎn)臺及Z30100鉆床設(shè)備組合方式來完成。即利用30 t回轉(zhuǎn)臺完成旋轉(zhuǎn)及水平移動，將回轉(zhuǎn)臺找正安裝在大包回轉(zhuǎn)臺需加工的法蘭孔內(nèi)，然后將鉆床安裝在回轉(zhuǎn)臺臺面上，以加工面為基準(zhǔn)通過回轉(zhuǎn)臺水平移動及旋轉(zhuǎn)運動找出回轉(zhuǎn)中心，并對工件找正。以鉆床主軸箱為動力頭，設(shè)計定位套消除主軸軸向間隙。既具備了旋轉(zhuǎn)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(chǔ)上，同樣利用回轉(zhuǎn)工作臺與車床組合，設(shè)計套筒刀具實現(xiàn)了百噸轉(zhuǎn)爐托圈耳軸1200 mm直徑耳軸孔的加工任務(wù)，通過設(shè)備組合實現(xiàn)運動動作，采用光電感應(yīng)原理設(shè)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(shè)備組合的方式，實現(xiàn)了百噸轉(zhuǎn)爐托圈壓合面的現(xiàn)場修復(fù)等項目。

1.3 利用車床主軸箱與滑臺組合實現(xiàn)高爐風(fēng)口套的在線修復(fù)

通過該技術(shù)的開放應(yīng)用，填補了國內(nèi)冶金行業(yè)的空白，高爐的風(fēng)口套經(jīng)長期使用后，密封錐面出現(xiàn)磨損、風(fēng)蝕現(xiàn)象，造成與風(fēng)口中套密封不嚴(yán)、出現(xiàn)氣體漏風(fēng)現(xiàn)象。常規(guī)風(fēng)口套有2種，①帶法蘭式，法蘭與爐皮焊接，風(fēng)口套通過法蘭連接；②風(fēng)口套直接與爐皮焊接式。帶法蘭式出現(xiàn)磨損后直接更換風(fēng)口套即可，直接焊接式風(fēng)口套需將原風(fēng)口套從爐皮連接處進(jìn)行氣焊割除，然后將新制造的風(fēng)口套通過電焊與爐皮進(jìn)行焊接。如果高爐爐齡較長，爐皮在長期高溫、惡劣環(huán)境下使用，內(nèi)部組織成分主要是含碳量已發(fā)生變化，如含碳量降低，直接影響風(fēng)口套的焊接性能，當(dāng)含碳量降到一定程度時，焊接工藝將無法完成。在國內(nèi)個別高爐曾經(jīng)出現(xiàn)過風(fēng)口套焊接更換時，風(fēng)口套與爐皮焊接不牢，被迫將爐皮及風(fēng)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(shè)計了風(fēng)口套在線加工修復(fù)工藝，但該修復(fù)工藝在冶金行業(yè)應(yīng)用還未有過先例。根據(jù)仿形加工原理設(shè)計制造了風(fēng)口套現(xiàn)場加工專用量具和工裝，利用現(xiàn)有設(shè)備提供動力。施工時首先利用仿形專用量具測量現(xiàn)有風(fēng)口套錐面磨損程度，根據(jù)磨損量進(jìn)行焊接，然后將專用設(shè)備與爐體進(jìn)行焊接、裝卡、定位，再根據(jù)現(xiàn)有風(fēng)口套進(jìn)行找正，以基準(zhǔn)定位保證設(shè)備與風(fēng)口套的同軸度，加工時仿形風(fēng)口套的錐度進(jìn)行進(jìn)給加工，實現(xiàn)進(jìn)刀角度與風(fēng)口套的錐面角度相一致；加工完后，利用仿形量具進(jìn)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(xiàn)場使用要求。

在此基礎(chǔ)上，又先后完成了直徑5000 mm，長度15 000 mm的百噸混料機(jī)輥筒的現(xiàn)場加工修復(fù)，以及近千噸的3500 mm中板軋機(jī)牌坊的現(xiàn)場加工改造，輥道支撐件、矯直機(jī)等多種設(shè)備的現(xiàn)場加工修復(fù)等工作，均取得了預(yù)期效果。

2 取得效果

經(jīng)過多次的設(shè)備組合實現(xiàn)了現(xiàn)場大型零備件加工修復(fù)等工作，已積累了豐富的經(jīng)驗。雖現(xiàn)場大型零部件加工、修復(fù)的種類、方式和環(huán)境均有所不同，但相同的都是根據(jù)條件選用不同功能的設(shè)備，通過采用有機(jī)的設(shè)備組合方式，設(shè)計配套加工附具，拓展現(xiàn)有成型設(shè)備的功能，利用技術(shù)優(yōu)勢形成專機(jī)，以低成本滿足不同工況的大型備件加工修復(fù)工作，既降低了投入成本，創(chuàng)造了更大的效益，也提高了工作效率。據(jù)粗略估算，為一項產(chǎn)品設(shè)計制造專機(jī)的設(shè)計及制造成本在萬元人民幣，周期個月，而且項目完成后設(shè)備將長期處于閑置狀態(tài)，該項目的完成成本是萬元人民幣，設(shè)備投入成本占項目成本的。如果采用設(shè)備組合方式，設(shè)備的投入成本則萬元人民幣，既可利用現(xiàn)有的設(shè)備個別部件，不用增加設(shè)備投入，還可以循環(huán)利用。專機(jī)功能的實現(xiàn)，可根據(jù)需要功能設(shè)計產(chǎn)品制造工藝，設(shè)計制造輔助工裝卡具等，投入資金50萬元人民幣，這一技術(shù)、理念的實現(xiàn)，專機(jī)設(shè)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(shù)、理念的實施，將使許多過去無法完成的工作得到實現(xiàn)，還將改變過去許多大修項目的實施方案，例如，風(fēng)口套現(xiàn)場修復(fù)功能的實現(xiàn)，徹底改變了過去常規(guī)風(fēng)口套現(xiàn)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。