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軸承修復(fù)技術(shù)——更換軸承的另一種經(jīng)濟(jì)有效的選擇

2010-01-18

作者:許將;杜強(qiáng)
(鐵姆肯公司工業(yè)服務(wù)部)

  摘要:在工業(yè)領(lǐng)域,當(dāng)技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)軸承有損傷時(shí),通常的做法是將此軸承更換下機(jī)報(bào)廢,并使用新的軸承,但此時(shí)軸承通常還未達(dá)到全部有效經(jīng)濟(jì)的使用壽命,可以通過修復(fù)技術(shù)重新投入使用。事實(shí)上,不斷改進(jìn)的軸承設(shè)計(jì)、材料、軸承維護(hù)方法也極大地提高了軸承修復(fù)的可靠性。本文介紹了鐵姆肯公司已經(jīng)開展六十多年的軸承修復(fù)技術(shù),這一技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于航空、交通、水泥建材、冶金、電力、造紙等行業(yè)。經(jīng)驗(yàn)表明:成功被修復(fù)的軸承其使用周期不低于新軸承的使用周期。在工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)逐漸普及的軸承修復(fù)與更換軸承相比,在交貨期和成本方面具有更明顯的優(yōu)勢。
  關(guān)鍵詞:軸承;損傷;修復(fù);工藝
  1.前言
  滾動軸承是大部分機(jī)械裝置的旋轉(zhuǎn)軸或可動部位支承的重要元件,也是依靠滾動體的滾動實(shí)現(xiàn)對主機(jī)旋轉(zhuǎn)的支承元件。滾動軸承有許多突出優(yōu)點(diǎn),在現(xiàn)代工業(yè)中有著廣泛的應(yīng)用。然而,由于材料、潤滑、維護(hù)等的限制,滾動軸承有其使用疲勞壽命極限。軸承發(fā)生損傷或達(dá)到壽命后,工業(yè)企業(yè)大多采取更換新軸承的方法來恢復(fù)設(shè)備的正常運(yùn)行。
  隨著市場競爭和技術(shù)的發(fā)展,軸承修復(fù)技術(shù)本身所具有的優(yōu)勢,即在較短時(shí)間內(nèi)花費(fèi)較少的資金即可再次當(dāng)作新軸承上機(jī)使用,越來越受到工業(yè)行業(yè)的青睞。這相對于采購新軸承來說,無疑是一個(gè)更加經(jīng)濟(jì)、更加快捷的生產(chǎn)保障措施。
  鐵姆肯公司已經(jīng)開展了六十多年的軸承修復(fù)業(yè)務(wù),廣泛應(yīng)用于航空、交通、水泥建材、冶金、電力、造紙等行業(yè)。2006年以來,鐵姆肯公司在中國的修復(fù)中心也已經(jīng)為水泥、鋼鐵、造紙等客戶修復(fù)軸承達(dá)到6800余套,其中50%以上為其它進(jìn)口品牌的軸承。經(jīng)驗(yàn)表明:修復(fù)后的軸承其使用周期完全能達(dá)到新軸承的同等使用周期要求。而且軸承修復(fù)與新品軸承采購相比在交貨期和降低成本上更具有突出的優(yōu)勢。
  2.軸承修復(fù)的必要性
  軸承損壞會使整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)遭受損失,結(jié)果則會造成額外的成本支出、維護(hù)工作的增加、延長非正常的停機(jī)時(shí)間。在大多數(shù)傳統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用中,軸承會在它還沒有達(dá)到其完全的使用壽命時(shí)被報(bào)廢,導(dǎo)致成本增加和無形的浪費(fèi)。軸承修復(fù)則可以將軸承壽命延長,成為除采購新品外另一個(gè)經(jīng)濟(jì)理想的選擇。
  軸承修復(fù)技術(shù)在國內(nèi)外工業(yè)領(lǐng)域正逐漸普及,向客戶提供了增值性的服務(wù)。改進(jìn)軸承的設(shè)計(jì)、鋼的純凈度、維護(hù)方法和修復(fù)工藝逐步提高了其潛在的優(yōu)勢。
  2.1.技術(shù)可行性
  Z初軸承設(shè)計(jì)考慮了其使用和應(yīng)用條件來確定相對應(yīng)的使用壽命和疲勞壽命。但是由于不正確的安裝、污染物、不充分的潤滑或偏心等因素導(dǎo)致軸承實(shí)際的壽命通常都達(dá)不到預(yù)期的運(yùn)行時(shí)間(見圖一)。事實(shí)上,在工業(yè)應(yīng)用中僅有不到10%的軸承的壽命達(dá)到了L10標(biāo)準(zhǔn)(設(shè)計(jì)壽命)。

圖一:軸承運(yùn)行時(shí)間
  技術(shù)、材料、狀態(tài)檢測、可靠性維護(hù)工藝以及加工工藝等方面的改進(jìn),使得軸承修復(fù)在技術(shù)上成為可能。
  從技術(shù)上來說,軸承修復(fù)正是將軸承發(fā)生損傷的部件進(jìn)行修復(fù)或更換,以達(dá)到新軸承的狀態(tài)要求。如:經(jīng)過長期使用后的軸承,滾動體、滾道、柱銷等部件不可避免地存在疲勞損傷,軸承修復(fù)過程中,通過磨削滾道、更換滾動體、柱銷等部件,將軸承全面修復(fù)。這樣其功能性部件或表面完全符合新軸承的使用要求。
  2.2 市場可行性
  隨著行業(yè)競爭的加劇,各生產(chǎn)企業(yè)想盡辦法來降低設(shè)備維護(hù)和生產(chǎn)成本,以提高產(chǎn)品的市場競爭力。而另一方面,隨著鋼材等原材料的價(jià)格攀升,軸承的價(jià)格不斷上漲已成為工業(yè)企業(yè)主要生產(chǎn)成本增長的原因。
  相對于制造新軸承,高質(zhì)量的修復(fù)工藝能在1/3的時(shí)間內(nèi)將軸承恢復(fù)到新軸承的使用狀態(tài)。與采購新軸承相比,軸承修復(fù)技術(shù)可幫助工業(yè)企業(yè)節(jié)省至少40%甚至更高的采購成本,而在正常的使用維護(hù)下,修復(fù)后的軸承完全可以達(dá)到新軸承的使用性能。
  這樣以來,軸承修復(fù)具備非常良好的市場可行性。
  2.3 節(jié)能必要性
  與新軸承制造相比,軸承修復(fù)更符合環(huán)境保護(hù)的要求,需要較少的能源投入并減少原料的消耗和浪費(fèi)。新軸承制造的主要能源消耗包括鋼材、鍛料、熱處理和磨加工,而這些能源都可以通過軸承修復(fù)而節(jié)省下來。
  除了成本和時(shí)間上的節(jié)省外,軸承修復(fù)Z有可能實(shí)現(xiàn)軸承的壽命循環(huán)。權(quán)威研究機(jī)構(gòu)的研究表明:修復(fù)后,軸承的使用周期可以與新軸承的使用周期相同。修復(fù)后的軸承重新使用的是已被證實(shí)的可靠軸承鋼材料,因此更加降低了軸承材料失效的風(fēng)險(xiǎn)。更換的部件所使用的材料和公差必須符合原始制造商或同等規(guī)范,而不符合原始制造規(guī)范的修復(fù)都將增大過早失效的風(fēng)險(xiǎn)。
  3.軸承的損傷
  一旦軸承發(fā)生損傷,必須經(jīng)過一個(gè)非常嚴(yán)格的檢測過程來判斷該損傷的軸承是否可以修復(fù)。待修軸承必須全面清洗,然后進(jìn)行非常嚴(yán)格的全面檢測。首先是檢測軸承的主要損傷,如是否存在裂紋、大的剝落和過熱變色等,存在這些損傷的軸承很可能無法修復(fù)而必須報(bào)廢。
  3.1 軸承的主要損傷類型
  軸承損傷原因主要有以下幾個(gè)方面:
  * 化學(xué)損傷:蝕刻、銹蝕、腐蝕斑、生銹或磨損侵蝕
  * 熱損傷:變色或裂紋
  * 電流損傷:燒傷、凹槽或蝕損斑
  * 機(jī)械損傷:疲勞、裂紋、剝落,破裂、劃痕、微剝落、污點(diǎn)、布氏硬度、缺口、磨損、安裝損傷、偏心或潤滑失效
  3.2 損傷軸承的表現(xiàn)
  通過狀態(tài)監(jiān)測和常規(guī)檢查可以提早發(fā)現(xiàn)軸承運(yùn)轉(zhuǎn)是否存在問題,認(rèn)真的檢查可以幫助確定軸承是否需要進(jìn)行修復(fù),例如:
  * 軸承是否已接近或超過預(yù)期的壽命
  * 工作溫度是否超過華氏200度(93.3攝氏度)
  * 軸承運(yùn)轉(zhuǎn)是否存在過大的振動
  * 潤滑和溫度是否突然改變
  * 軸承是否存在過大的運(yùn)轉(zhuǎn)噪音
  * 軸承密封是否出現(xiàn)較大損壞
  很多資料可描述損傷,并提供一些原因分析,這些有助于改進(jìn)后續(xù)軸承的使用,但不能界定損傷與是否可修的關(guān)系。詳細(xì)檢測的同時(shí)可以進(jìn)行損傷評估和原因分析。
  4. 可以修復(fù)的軸承
  雖然軸承修復(fù)有很多好處,但對于損壞的軸承來說,修復(fù)并不總是Z佳的選擇。正確利用軸承修復(fù)技術(shù)取決于軸承是否需要修復(fù),以及從貨期和經(jīng)濟(jì)性上考慮哪種修復(fù)方案Z佳。
  從修復(fù)工具上來說,修復(fù)的局限性在于軸承的Z大、Z小尺寸和產(chǎn)品類型。有很多不同類型的修復(fù)供應(yīng)商,范圍從因工作范圍和知識限制的小設(shè)備到無限范圍產(chǎn)品和服務(wù)的大軸承制造。
  修復(fù)范圍也限制了可修復(fù)軸承的尺寸,但是不管原始制造商是誰,所有類型的軸承都可以修復(fù),包括:
  * 圓錐滾子軸承
  * 調(diào)心滾子軸承
  * 圓柱軸承
  * 球軸承
  * 止推軸承
  * 交叉滾子軸承等
  受過專業(yè)培訓(xùn)的人員可以判定軸承是否需要修復(fù)。通過及時(shí)地常規(guī)檢查、預(yù)防性維護(hù)和振動分析等維護(hù)手段可恰當(dāng)把握修復(fù)時(shí)機(jī),從而幫助工業(yè)企業(yè)經(jīng)濟(jì)地修復(fù)受損傷的軸承。
  5 軸承修復(fù)工藝方法
  當(dāng)修復(fù)件到達(dá)修復(fù)中心后,所有的軸承會經(jīng)過徹底的清洗,然后解體,同時(shí)修復(fù)工程師將會記錄軸承信息和實(shí)際的內(nèi)部游隙,并完成解體并標(biāo)注的識別號,然后,會對所有的軸承組件做詳細(xì)的檢查。檢查包括:主要損傷問題,如裂紋、剝落或熱損傷,來判定軸承是否可修。綜合檢查結(jié)果后將確定修復(fù)方案。
  此外,修復(fù)中要全面測量內(nèi)孔的外徑和軸承寬度等指標(biāo),判定損傷類型和程度來決定軸承是否可修和合適的修復(fù)方案。
  不同行業(yè)和應(yīng)用要求不同的軸承修復(fù)服務(wù),鐵姆肯公司有7種不同類型的軸承修復(fù)方案服務(wù)于各類型的客戶,以實(shí)現(xiàn)可靠的軸承修復(fù),但是總體上,軸承修復(fù)服務(wù)分為下面三種。
  * 修復(fù)類型I:主要針對新軸承或損傷較小的軸承。包括:清洗檢測、總體評估、輕微損傷的處理、游隙設(shè)定與更改等。
  * 修復(fù)類型II:主要針對使用時(shí)短時(shí)間內(nèi)發(fā)生表面損傷的軸承。 包括:清洗檢測、總體評估、解體、滾道及滾動體表面處理、游隙設(shè)定與更改等。
  * 修復(fù)類型III:主要針對需要全面修復(fù)的各類損傷的軸承。包括:清洗檢測、總體評估、解體、滾道疲勞層去除、滾動體更換、保持架加工或更換、游隙設(shè)定與更改等。
  簡而言之,類型I:檢驗(yàn)、清洗、鑒定。類型II:維護(hù)保養(yǎng)或表面精磨修復(fù)工藝。損傷更大的軸承則需要進(jìn)行類型III修復(fù),即再制造的修復(fù)工藝。這類級別的修復(fù)包含了更多的工藝,例如重磨滾道面,更換滾動體和保持架組件,甚至更換更多軸承部件。通常,滾道面的重新磨削需要加大滾動體直徑來補(bǔ)償幾何尺寸和游隙,這樣可以保證軸承徑向游隙。而圓錐滾子軸承因其特殊性,加大滾動體或新隔圈等可以保證軸向游隙。
  修復(fù)類型III原則上適用于較大尺寸的軸承。軸承尺寸較小或經(jīng)常報(bào)廢的小軸承如果有批量也可以進(jìn)行修復(fù)。清洗、檢測和表面精磨可以使這些用過的軸承恢復(fù)到新品的使用性能,而費(fèi)用僅僅是更換新品成本的一小部分。
  根據(jù)現(xiàn)場條件和損傷程度,某些修復(fù)是可以在現(xiàn)場進(jìn)行的,但是,現(xiàn)場修復(fù)適用于維護(hù)保養(yǎng)性修復(fù),但不適用于再制造修復(fù)。
  當(dāng)修復(fù)方案確定并且修復(fù)完成后,軸承會被重新組裝并包裝以便保存和運(yùn)輸。通常,修復(fù)后會進(jìn)行終檢來保證設(shè)計(jì)時(shí)的組裝標(biāo)準(zhǔn)。不同的供應(yīng)商執(zhí)行不同級別的檢查和包裝。
  6 軸承修復(fù)的效果
  經(jīng)過正確的修復(fù),修復(fù)后的軸承性能與新軸承相同。其游隙等各項(xiàng)精度參數(shù)皆可達(dá)到新軸承的要求,重要的是懂得和辨識損傷程度來選擇正確的修復(fù)方案。例如,表面精磨處理可以清除一定的輕微損傷,但無法清除真正的疲勞層,無法清除因碎片引起的凹陷或磨損。因此,如果僅對軸承做表面精磨處理,一般不適合損傷嚴(yán)重的軸承。而如果經(jīng)過全面的再制造修復(fù)工藝,則軸承的疲勞層被徹底清除,而滾動體也要進(jìn)行全面的更換,保持架等也要進(jìn)行全面的整理,這樣軸承完全可以達(dá)到新軸承的性能要求。

 
  圖二:修復(fù)前后效果對比圖
 
  7 案例分析
  7.1  背景
  某著名鋼鐵企業(yè)冷軋磨輥車間,承擔(dān)著為冷軋生產(chǎn)線提供軋輥軸承總成的重要職責(zé),直接關(guān)系到各條冷軋生產(chǎn)線的正常運(yùn)行。由于轉(zhuǎn)動的軋輥要和軸承配合,而軸承的好壞直接決定著軋輥及軋制產(chǎn)品的穩(wěn)定性,如果因?yàn)檩S承在機(jī)發(fā)生故障造成設(shè)備無法正常運(yùn)轉(zhuǎn),冷軋機(jī)及后續(xù)生產(chǎn)線很可能就要停下來,從而造成無法估計(jì)的損失,因此軸承運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性非常關(guān)鍵。
  該生產(chǎn)線選用軋輥軸承主要為四列圓錐滾子軸承,孔徑大于350mm,屬于大尺寸軸承范疇。由于軸承使用壽命受工況條件影響,而軋鋼時(shí),軋機(jī)的工作條件可以稱得上“極度惡劣”,所以軸承每年都在檢測保養(yǎng)后有一定數(shù)量的更換,而且每年近千萬軸承更換費(fèi)用對于生產(chǎn)成本也形成了非常大的的壓力。但是出于對修復(fù)后軸承質(zhì)量的擔(dān)心,該車間并不敢嘗試進(jìn)行軸承修復(fù)。
  2006年中旬,該生產(chǎn)線中的軋機(jī)工作輥軸承在日常清洗維護(hù)檢查中發(fā)現(xiàn)有嚴(yán)重的滾動體剝落,無法再次上機(jī)使用,但是供應(yīng)商告知, 新訂購的軸承交貨要推遲6個(gè)月,生產(chǎn)線的順行面臨著威脅,綜合各方面因素考慮,該鋼鐵企業(yè)決定將4件軸承送至鐵姆肯公司軸承修復(fù)中心。
  7.2 軸承損傷情況
  經(jīng)過全面嚴(yán)格的檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn),該軸承使用時(shí)間較長,滾動體和滾道面存在疲勞,但是原始材料情況良好。
  外滾道:磨損、銹斑、麻點(diǎn)、生銹。詳見圖三
  圖三:外圈滾道損傷情況

  內(nèi)滾道:磨損、銹斑;滾子:磨損、凹陷、銹斑、麻點(diǎn)、嚴(yán)重剝落、銹斑;保持架:磨損、銹斑。詳見圖四。
  圖四:內(nèi)滾道、滾子、保持架損傷情況

  7.3 修復(fù)工藝
  基于損傷情況,鐵姆肯公司制定了嚴(yán)格的修復(fù)流程,主要的修復(fù)工藝包括:
  * 內(nèi)滾道修磨
  * 內(nèi)滾道檢查及測量
  * 確定外滾道磨削尺寸及更換的滾動體尺寸
  * 外滾道修磨
  * 滾道檢查及檢查確認(rèn)
  * 新的滾動體制造
  * 游隙確認(rèn)及調(diào)整
  * Z終裝配
  * 軸承包裝
  7.4 使用結(jié)果
  2個(gè)月后,修復(fù)一新的軸承交到了該磨輥車間,軸承滾道進(jìn)行了全面的磨削,更換了全部滾動體,對于游隙進(jìn)行了調(diào)整,恢復(fù)到新軸承的精度要求。見圖五。
  圖五:修復(fù)后的軸承部件

  在軸承維護(hù)人員的嚴(yán)格檢查后,該軸承裝入了軸承座,并裝配上機(jī)使用。在機(jī)使用6個(gè)月后,拆檢發(fā)現(xiàn),軸承表面和精度指標(biāo)良好,軸承再次裝機(jī)使用。截至2009年11月,該軸承仍然在運(yùn)轉(zhuǎn)使用中。而此套軸承的全部修復(fù)費(fèi)用僅僅相當(dāng)于采購新軸承的約50%。
  軸承成功修復(fù)以后,該磨輥車間大量開展軸承修復(fù),并且在該鋼鐵集團(tuán)內(nèi)的熱軋、煉鋼、煉鐵、高線等更多的生產(chǎn)部門進(jìn)行推廣,節(jié)省了非常可觀的生產(chǎn)備件采購費(fèi)用。
  8 結(jié)論
  軸承修復(fù)業(yè)務(wù)正逐漸得到普及,鐵姆肯公司軸承修復(fù)中心在中國已經(jīng)修復(fù)了6800余套各種品牌,各種類型的軸承,廣泛地應(yīng)用于鋼鐵、有色、水泥、造紙、電力等行業(yè)。
  鐵姆肯公司高質(zhì)量的軸承修復(fù)技術(shù)可以提供以下服務(wù):
  * 全方位的服務(wù)選項(xiàng)
  * 豐富軸承使用經(jīng)驗(yàn)指導(dǎo)
  * 更換原始設(shè)備制造商標(biāo)準(zhǔn)的部件
  * 與新軸承性能相匹配的產(chǎn)品
  * 質(zhì)保和服務(wù)
  * 可靠的質(zhì)量承諾書
  經(jīng)過修復(fù)后的軸承在設(shè)備上穩(wěn)定運(yùn)行,軸承修復(fù)技術(shù)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性正在逐漸得到全面的驗(yàn)證。此外,與報(bào)廢和采購新軸承相比,軸承修復(fù)具有非常突出的資源節(jié)約、節(jié)能減排的社會意義。