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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(guò)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(kāi)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(shì)。
　　關(guān)鍵詞：軸承；損傷；修復(fù)；工藝
　　1．前言
　　滾動(dòng)軸承是大部分機(jī)械裝置的旋轉(zhuǎn)軸或可動(dòng)部位支承的重要元件，也是依靠滾動(dòng)體的滾動(dòng)實(shí)現(xiàn)對(duì)主機(jī)旋轉(zhuǎn)的支承元件。滾動(dòng)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(rùn)滑、維護(hù)等的限制，滾動(dòng)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(lái)恢復(fù)設(shè)備的正常運(yùn)行。
　　隨著市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(shì)，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(lái)越受到工業(yè)行業(yè)的青睞。這相對(duì)于采購(gòu)新軸承來(lái)說(shuō)，無(wú)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(kāi)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(lái)，鐵姆肯公司在中國(guó)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(gòu)相比在交貨期和降低成本上更具有突出的優(yōu)勢(shì)。
　　2．軸承修復(fù)的必要性
　　軸承損壞會(huì)使整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)遭受損失，結(jié)果則會(huì)造成額外的成本支出、維護(hù)工作的增加、延長(zhǎng)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(huì)在它還沒(méi)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(wú)形的浪費(fèi)。軸承修復(fù)則可以將軸承壽命延長(zhǎng)，成為除采購(gòu)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(guó)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(shì)。
　　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(lái)確定相對(duì)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(rùn)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(jiàn)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(cè)、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(lái)說(shuō)，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(guò)長(zhǎng)期使用后的軸承，滾動(dòng)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(guò)程中，通過(guò)磨削滾道、更換滾動(dòng)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(chǎng)可行性
　　隨著行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的加劇，各生產(chǎn)企業(yè)想盡辦法來(lái)降低設(shè)備維護(hù)和生產(chǎn)成本，以提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(zhǎng)的原因。
　　相對(duì)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(gòu)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(gòu)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(lái)，軸承修復(fù)具備非常良好的市場(chǎng)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(guò)軸承修復(fù)而節(jié)省下來(lái)。
　　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(guò)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(guò)一個(gè)非常嚴(yán)格的檢測(cè)過(guò)程來(lái)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(cè)。首先是檢測(cè)軸承的主要損傷，如是否存在裂紋、大的剝落和過(guò)熱變色等，存在這些損傷的軸承很可能無(wú)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(rùn)滑失效
　　3.2 損傷軸承的表現(xiàn)
　　通過(guò)狀態(tài)監(jiān)測(cè)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(wèn)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(guò)預(yù)期的壽命
　　* 工作溫度是否超過(guò)華氏200度（93.3攝氏度）
　　* 軸承運(yùn)轉(zhuǎn)是否存在過(guò)大的振動(dòng)
　　* 潤(rùn)滑和溫度是否突然改變
　　* 軸承是否存在過(guò)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(cè)的同時(shí)可以進(jìn)行損傷評(píng)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(duì)于損壞的軸承來(lái)說(shuō)，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(lái)說(shuō)，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(shí)限制的小設(shè)備到無(wú)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(shuí)，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(guò)專業(yè)培訓(xùn)的人員可以判定軸承是否需要修復(fù)。通過(guò)及時(shí)地常規(guī)檢查、預(yù)防性維護(hù)和振動(dòng)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(huì)經(jīng)過(guò)徹底的清洗，然后解體，同時(shí)修復(fù)工程師將會(huì)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(shí)別號(hào)，然后，會(huì)對(duì)所有的軸承組件做詳細(xì)的檢查。檢查包括：主要損傷問(wèn)題，如裂紋、剝落或熱損傷，來(lái)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(cè)量?jī)?nèi)孔的外徑和軸承寬度等指標(biāo)，判定損傷類型和程度來(lái)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(duì)新軸承或損傷較小的軸承。包括：清洗檢測(cè)、總體評(píng)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(duì)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(cè)、總體評(píng)估、解體、滾道及滾動(dòng)體表面處理、游隙設(shè)定與更改等。
　　* 修復(fù)類型III：主要針對(duì)需要全面修復(fù)的各類損傷的軸承。包括：清洗檢測(cè)、總體評(píng)估、解體、滾道疲勞層去除、滾動(dòng)體更換、保持架加工或更換、游隙設(shè)定與更改等。
　　簡(jiǎn)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(jí)別的修復(fù)包含了更多的工藝，例如重磨滾道面，更換滾動(dòng)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(dòng)體直徑來(lái)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(dòng)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(cè)和表面精磨可以使這些用過(guò)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(chǎng)條件和損傷程度，某些修復(fù)是可以在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的，但是，現(xiàn)場(chǎng)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(huì)被重新組裝并包裝以便保存和運(yùn)輸。通常，修復(fù)后會(huì)進(jìn)行終檢來(lái)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(jí)別的檢查和包裝。
　　6 軸承修復(fù)的效果
　　經(jīng)過(guò)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(shí)損傷程度來(lái)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(wú)法清除真正的疲勞層，無(wú)法清除因碎片引起的凹陷或磨損。因此，如果僅對(duì)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(guò)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(dòng)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(duì)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(dòng)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(wú)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(lái)，從而造成無(wú)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(cè)保養(yǎng)后有一定數(shù)量的更換，而且每年近千萬(wàn)軸承更換費(fèi)用對(duì)于生產(chǎn)成本也形成了非常大的的壓力。但是出于對(duì)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(dòng)體剝落，無(wú)法再次上機(jī)使用，但是供應(yīng)商告知, 新訂購(gòu)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(guò)全面嚴(yán)格的檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該軸承使用時(shí)間較長(zhǎng)，滾動(dòng)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(jiàn)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(jiàn)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(cè)量
　　* 確定外滾道磨削尺寸及更換的滾動(dòng)體尺寸
　　* 外滾道修磨
　　* 滾道檢查及檢查確認(rèn)
　　* 新的滾動(dòng)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(dòng)體，對(duì)于游隙進(jìn)行了調(diào)整，恢復(fù)到新軸承的精度要求。見(jiàn)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(gòu)新軸承的約50%。
　　軸承成功修復(fù)以后，該磨輥車間大量開(kāi)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(mén)進(jìn)行推廣，節(jié)省了非?？捎^的生產(chǎn)備件采購(gòu)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(guó)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(shū)
　　經(jīng)過(guò)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(gòu)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(huì)意義。