龍門導軌磨床床身斷裂修復再造工藝

趙春江

（內蒙古機電職業技術學院，內蒙古呼和浩特 010070）

呼和浩特恒方科技有限公司是集科研和生產一體化的中外合資企業，主要產品是為高壓電器開關配套生產的大型密封氣室、鋁合金法蘭盤等金屬制品。2008年初廠區搬遷，在設備運輸過程中，不慎將新購進的GL－5000數控龍門動梁導軌磨床床身摔斷。機床床身全長12 m，分別由導軌床身和主軸箱箱體支座組成，斷裂處位于長7 m的導軌床身上，如圖1所示。

事故發生后，公司與機床制造商溝通聯系，決定進行修復。經過各方專家及工程技術人員慎重而認真的分析，公司最終采用了機械聯接修復工藝。

1 修復方案的制訂

1.1 修復方案分析

GL－5000數控龍門動梁導軌磨床精度要求高，如床身導軌的直線度全長允差0.02 mm，而床身斷面較大，形狀復雜，且箱體壁薄厚不均，最薄處僅為20 mm，這些都給床身再接帶來一定難度。如圖2所示。

把斷后床身修復再造，就目前機械零件修復技術而言，可采取的修復工藝方法有粘接、焊接、金屬扣合以及機械聯接等方法。但究竟哪一種方法更切實可行，各方技術人員進行了科學細致分析研究。各種方法的工藝特色對比如下:

（1）粘接修復法 采用膠粘劑等對失效零件進行修補或聯接，以恢復零件使用功能的方法稱為粘接修復法。其主要工藝優點是工藝簡便，成本低，工期短，便于現場修復。但對于大型精密機床而言，斷裂處要承受十幾噸的拉力，即使采用強力粘結，恐難以滿足技術要求，同時粘接工藝具有不耐高溫;抗沖擊、抗老化性能差等缺點。另外，在現場實際檢查過程中，發現鑄鐵導軌床身雖屬粉碎性斷裂，但斷面局部仍明顯可見拉伸變形現象，要想做到斷面對貼處完全彌合是根本不可能的。由于有以上不足以及對粘接質量的檢查結果較難判斷，最終放棄該方案。

（2）焊接修復法 焊接修復法的特點:結合強度高;修復質量好，生產效率高;成本低，靈活性大，多數工藝簡便易行。缺點是熱影響區大，容易產生焊接變形和應力，以及裂紋、氣孔、夾渣等缺陷。對于導軌床身這樣的重要零件，為了保證焊口質量，焊接時一般要將機件加熱到較高溫度，使得機件變形較大，而焊接后又不能再進一步調整，難以控制導軌變形量，因此不宜修復較高精度、細長、薄壁類零件。此修復法未被采納。

（3）金屬扣合法 對于不易焊補和不許有較大變形的鑄件發生裂紋或斷裂時，可用金屬扣合法修復。它是利用扣合件的塑性變形或熱脹冷縮的性質完成扣合作用，達到修復的目的。照常理金屬扣合對該導軌床身的斷裂修復較為適宜，修復初期，曾嘗試強固扣合，現場實施中，由于導軌折斷處變形較大，金屬扣合無法進行。

（4）機械聯接修復法 實踐證明，機械聯接修復法較為穩妥，方案可行。在修復聯接過程中，可以做到精益求精，對高精度導軌床身的修復質量相對來說較易控制，是一種較理想、可實施的修復方案。具體措施如下。

1.2 機械聯接修復方案的制訂

這一方案的關鍵是聯接體設計和聯接工藝設計。修復方法就是用兩塊法蘭式聯接板，通過螺釘、螺栓以及定位銷釘等聯接方式，把折斷的床身重新聯接起來。具體操作就是先將導軌床身兩破碎斷頭面銑平，加工滿足技術要求后，分別將左右法蘭式聯接板安裝在床身斷面處，最后以法蘭式聯接方法將兩段床身聯接起來。圖3為聯接結構示意圖，1、2號件分別為左右法蘭式聯接板，3、4號件分別為折斷導軌床身左右段，5號件為法蘭聯接面圓柱定位銷（直徑20 mm），頂面2個，床身兩側各1個。

2 聯接體以及聯接工藝設計

2.1 左右法蘭式聯接板結構設計

選用灰口鑄鐵為原材料，澆鑄出左右箱式聯接板，其橫截面結構與原導軌床身橫截面結構基本一致，如圖3所示，1、2號件兩外端面分別與銑平后的床身斷面接觸聯接。根據原機床床身壁厚尺寸，左右聯接板分別設計有4個M33和10個M24內螺紋聯接孔，以及4個φ24 mm圓錐定位銷用來完成與左右斷裂床身的聯接。另外1、2號件兩內端面為左右聯接板對合的法蘭聯接面，為了提高聯接強度，在聯接板的上下兩側設計出3對（6個）φ36H7螺栓過孔，選用特制M33螺栓，螺栓的光桿直徑為 φ36h7，如圖4，軸孔配合;同時，為了保證兩聯接板的穩定性，又在上下兩側聯接處各設計1個φ24 mm圓錐定位銷。

2.2 機械聯接工藝設計

2.2.1 維修前準備工作

（1）導軌床身探傷 鑄鐵床身機件創傷多屬粉碎性斷裂，難免還有其他裂紋或暗傷。因此先將折斷的導軌床身清洗干凈，利用目測，仔細觀察是否還有其它裂紋，同時又對整個導軌面和一些重要結合面進行了著色和磁粉探傷，均未發現其他問題。

（2）強度理論驗算 按工作臺驅動油缸的最大牽引力，并計算出各聯接面斷面聯接件的整體拉力，分別對聯接結構設計進行了強度理論驗算。驗算結果證明，聯接強度足夠，滿足設計使用要求。

2.2.2 床身斷裂處的修整加工

（1）切除斷頭 維修前測得斷面裂縫距兩筋板面的距離分別為210 mm和270 mm。為了提高聯接強度，便于加裝聯接板，具體維修時，在落地鏜床上采用鉆排孔的方法，切除全部斷頭，直至兩筋板面處。

（2）精銑兩端面 分別依次將斷裂床身的一截放置在龍門刨床工作臺上，以兩條導軌面為基準調整床身位置精度;然后，利用原刀架上換置的臥式銑削動力頭，精銑床身斷面，從而保證銑削端面相對兩條導軌面的垂直度要求以及表面粗糙度要求。

（3）鉆鉸螺紋孔 精銑兩端面之后，在工作地現場按設計尺寸，在兩端面上劃線，而后鉆底孔，攻螺紋，見圖3。注意此時定位銷孔不能直接加工出來，需與法蘭式聯接板裝配時配做。

2.2.3 法蘭式聯接板的毛坯準備及加工制造

（1）法蘭式聯接板的毛坯準備 在選擇聯接板材料時，為了保證機床的高精度以及良好的剛性，應盡量做到使其化學成分、金相組織和硬度與原機床床身一致。

經過多次試驗比較，材質化驗分析以及金相組織鑒定，發現原機床床身材質與HT300的各項性能較為接近;最后，研究決定采用 HT300配料，經爐前加0.5%Si－Fe，孕育處理后，澆注成型聯接板毛坯件。鑄件具體化學成分為 3.03%C、1.41%Si、1.06%Mn、0.13%S。各做3根試棒，做抗彎、抗拉試驗，其抗拉強度、抗彎強度的平均值分別為σb=380 MPa、σw=640 MPa。鑄件洛氏硬度為139～154 HB。金相組織情況:基體—索氏體型珠光體+片狀珠光體，數量占98%，二元磷共晶，數量≤2%，具有強化鑄件強度性能。石墨片狀卷曲，大部分有序排列，在100倍顯微鏡下，測得石墨長度為5 mm。

通過對以上試驗數據的研究分析以及對鑄件實物表面觀察和測試，聯接板鑄件材料性能完全符合原機床床身對材料性能的要求。由砂型鑄造制出法蘭式聯接板毛坯件。

（2）法蘭式聯接板的加工制造 兩段機床床身切除斷點，平整兩端面后，其總長縮短480 mm。為了保持原導軌床身長度，將兩塊聯接板的厚度均設計為240 mm。加工聯接板時歷經銑削、刨削、鉆鉸、磨削等多道工序，法蘭式聯接板整體結構并不復雜，加工技術難度不大。需強調兩點，第一，為了使床身與聯接板對接整齊，保證兩導軌的整體精度，聯接板的導軌面應保留加工余量，待床身與其裝配對接后精加工。第二，用于兩法蘭式聯接板相互聯接所需加工的螺栓孔和錐銷孔，該階段先不加工出來，待各件裝配對接時配鉆、配鉸。

2.2.4 導軌床身裝配對接工藝過程

導軌床身裝配對接就是通過兩法蘭式聯接板將兩斷裂床身連為一體，對接過程中，既要保證導軌精度，又要使對接表面平整，具有足夠的剛性。為此，采用先定位后加工的原則，關鍵部位對接后精加工，具體工藝過程安排如下。

（1）床身定位 將左右法蘭式聯接板分別聯接到折斷床身的斷口處，并打好定位圓柱銷。然后把兩合件吊裝到龍門刨床工作臺上，使法蘭式聯接板接合面對整貼緊，開始進行精調導軌精度，當其形狀位置等各項精度指標達到技術要求后，用卡蘭將左右聯接板固定緊，使兩截床身成為一整體，之后在法蘭式聯接板接合面處，再鉆鉸4個騎縫定位圓柱銷，頂面2個，床身兩側各一個。通過以上工作，使4個零部件的相互位置完全確定下來。

（2）法蘭聯接螺栓孔和定位錐銷孔的加工 左右法蘭式聯接板的聯接螺栓孔和定位錐銷孔，由于受機床和床身組件安裝位置等因素的限制，此時還無法加工出來，必須做出相應調整，才能進行加工。

首先，將起夾緊作用的卡蘭松開，把右端床身連同右聯接板一起，從龍門刨床工作臺上吊下，卸下右聯接板，然后，再用卡蘭將其與左端床身組裝夾緊。這樣給鉆銑動力主軸頭讓出加工位置，以便對6－φ36H7螺栓過孔和2－φ24 mm定位錐銷孔進行加工。

（3）床身拆卸與清洗 將加工后的各組件全部拆卸，利用風槍、手銼等工具把鐵屑、毛刺等雜物清理掉，然后再用煤油將斷裂床身以及聯接板清洗干凈，便于保證各零部件的裝配精度和后道工序的粘接要求。

（4）零部件的裝配 清洗后，將左右法蘭式聯接板分別與斷裂床身左右段裝配，即螺釘聯接和定位圓錐銷聯接。同時，聯接板與床身的接合面之間涂刷聚氨酯粘結劑，提高聯接強度，并使接合面間具有良好的密封作用。

（5）斷裂床身的總裝 將部裝好的兩段床身再次放置在龍門刨床工作臺上，使法蘭聯接板接合面對正，通過墊鐵以及百分表粗調導軌面形位精度，然后，在左右聯接板接合面上涂刷聚氨酯粘結劑，并迅速對接組裝。組裝同時利用千分表精調導軌面形位精度，滿足要求之后，放置36 h，原地不動。

（6）修整與調試 等聚氨酯粘結劑固化后，精刨兩導軌面和床身全部頂面，經檢驗合格，將整體床身從龍門刨床工作臺上吊裝下來，并移至該導軌磨床的原地基處，通過精調和必要的刮研，全面恢復修復磨床的床身導軌精度。

3 維修驗收與成果鞏固

通過5個月的維修，終于完成了龍門導軌磨床床身斷裂修復再造工作。經有關專家組的鑒定，證明機床維修效果良好，通過驗收。該機床修復后，已經正常工作近3年，機床精度保持穩定，經總工程師批準，設備維修部將此維修方案正式納入大型設備維修工藝，使此成果鞏固下來。

［1］中國機械工程學會設備維修專業學會.機修手冊［M］.北京:機械工業出版社，1993.

［2］陳冠國.機械設備維修［M］.北京:機械工業出版社，1997.

［3］李士軍.機械維護修理與安裝［M］.北京:化學工業出版社，2010.

［4］趙春江.機械設備修理技術教程［M］.北京:人民郵電出版社，2011.