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摘要：由于滚轮架辊子表面受到不规则焊件的割伤，本文采用机械加工、热处理及镶套等技术进行修复。根据滚轮架使用情况设计镶套辊子的修复工艺，经过过盈配合、轴套改进，最后对镶套后辊面采取高频表面淬火达到使用硬度。辊子镶套修复后，实际使用效果良好。
关键词：滚轮架；辊面修复；镶套
Keywords: turning roller; roll surface repair; bushing
1 概述
W公司可调式焊接滚轮架表面受到不规则焊件的损伤，由于辊子重新制造或返厂修复时间均需数月之久，无法满足生产急需，故W公司决定设法自行修复。
如今常用的辊面修复方法为堆焊修复，由于表面堆焊修复工艺还不是十分稳定，并且表面堆焊修复后的辊子表面组织不像锻钢那样均匀致密，因此组织结构中经常存在缺陷。结合现有机械加工和热处理设备能力，用车削的方式去掉辊子表面的疲劳层，再采用外购成型的辊套进行热装，辊子表面组织状态与新的整体锻造的辊子相同，可满足生产使用要求。
2 滚轮架简介
滚轮架是一种位移装置，它利用主动滚轮和焊接件之间的摩擦力来驱动工件旋转，可根据工件直径大小不同，移动滚轮组，调节滚轮的中心距离。主要用于重型圆筒形工件的装配和焊接，如管道、容器、锅炉等。
滚轮架主要由主动滚轮架和从动滚轮架组成。主动滚轮架主要由主动轮架、底座、滚轮、调节螺栓、减速器、导电装置等组成。主动滚轮架和从动滚轮架上均有六个滚轮，滚轮材质为45号锻钢。滚轮架结构如图1所示。
图1 滚轮架结构示意图
3 辊子修复工艺
将损伤的辊子车削加工，待镶套加热至一定温度后进行热装，装配后进行钻孔焊接然后进行镶套辊子表面热处理，最后再进行整体表面精加工以保证辊子原尺寸。
3.1 辊子车削
先测量辊子表面损伤深度最大有4mm，利用布氏硬度计检测其辊面硬度HL368，合金分析仪测量辊子化学成分对比分析确认其材质为Q345低合金结构钢。确定疲劳层可根据硬度来判断，先将伤痕层车削掉，检测辊子表面硬度，若硬度高于原始表面硬度，说明疲劳层还没有去除，如果降至原始硬度就说明已经修磨干净。将辊子车削至疲劳层下单边2mm。
3.2 镶套的选择
3.2.1 材料选择
采用镶套修复方法修复损坏的辊子时, 镶套一般情况应该选用与辊芯一致的材料, 但辊芯表面硬度较低，磨损很快时, 应采用硬度比辊芯表面更高的材料。镶套材料的热膨胀系数应与辊芯材料的热膨胀系数基本一致, 以确保修复后的辊芯与镶套在工作温度变化时热膨胀相大体一致, 从而使镶套与辊芯之间的配合更加稳固。因此镶套材料的材质选用45号碳素结构钢。
3.2.2 镶套厚度选择
镶套修复时，其镶套的壁厚通常较薄，如果配合的过盈量太大, 容易导致镶套压裂;如果其配合的过盈量太小, 又导致镶套在母材中松动。还需考虑最终镶套后其表面还需要加工留一定余量，故选用壁厚30mm的镶套。
3.3 配合尺寸关系确定
配合可分为间隙配合、过盈配合和过渡配合。间隙配合主要用于孔和轴之间的活动联接；过盈配合主要用于不允许有相对运动的孔轴之间的紧固联接；过渡配合主要用于易于拆卸、装配的定位联接并且孔轴间有较好的对中性和同轴度；因此选用过盈配合方式。考虑温度对辊套膨胀的影响， 并考虑加工误差和材料等不确定因素， 选择最大过盈量0.9496mm， 对照公差表选取配合为Φ252H8/za7，过盈量为0.839～0.972mm。
3.4 配合面上的粗糙度
同时在选择镶套修复的过盈量, 还应该考虑镶套与损坏辊芯配合表面上的粗糙度, 若镶套与损坏辊芯配合面上的粗糙度不能满足加工要求, 并且两者表面的凹凸处在压人后相互剪切, 从而降低了接合强度, 甚至导致镶套松动。
3.5 镶套热装
过盈配合装配方法通常有压装配合、热装配合和冷装配合。由于镶套辊子本身较大不适宜压装配合和冷装配合，只能利用热装配合，通常是将镶套加热到一定温度后产生膨胀，辊子在常温状态，因为温度差的存在，镶套和辊芯之间的过盈配合变成间隙配合。然后将辊芯装入镶套，温差变小最后形成过盈配合，镶套冷却后，紧紧将辊芯夹住，他们之间会产生很大的接合强度，从而保证镶套与辊子不会相对滑动。
3.6 轴套改进
镶套后辊子主要传递扭矩和承受轴向力。因修复使用一段时间后可能还是会存在镶套和辊芯之间滑脱的情况，故新增镶套与辊心接口工艺。以镶套外径划六等分，配钻Φ40mm×90°的焊接工艺孔。由于45号碳素结构钢本身的焊接性能较差，近焊缝区域可能产生硬脆的马氏体组织，导致性能下降。为改善接口性能，采取必要的工艺措施，焊前预热至250~400℃，选用低氢型J507焊条，焊后进行热处理，消除应力。改进后镶套的强度显然增加，散脱的可能性减小了。镶套结构改进示意图如图2所示。
图2 镶套结构改进示意图
3.6 精加工
精车要求机床精度高，刚性好，传动平稳，能够微量进给，无爬行现象。车削时，以辊轴双顶尖为基准车加工，选用硬质合金刀具，刀具的主偏角选大一些（45°~90°），刀具的刀尖圆弧半径小于0.1~1.0mm，以减少弹性变形。加工完成后用百分表测量辊轴偏离中心线的程度，以圆跳动和全跳动均不得大于0.10作为标准。
3.7 表面热处理
精加工后采用感应加热表面淬火和回火作为最终热处理工艺。感应加热表面淬火的表层硬度比普通淬火高2~3HRC，并具有较低的脆性，冲击韧度和疲劳强度提高，淬火层深度易于控制。感应加热表明淬火可分为高频淬火、中频淬火和工频淬火。高频淬火淬硬层1.5~2mm，硬度高，工件不易氧化且淬火质量好，对于轴辊截面较大的工件可取较浅的淬透层深度，小于半径1/10以下，选用高频淬火。
淬火之前，轴辊用空气炉整体预热方法进行预热，选择的预热温度要有利于改善轧辊淬火后的应力分布和感应加热时提高轴辊的热层深度。过度预热会影响轧辊在冷却过程中的冷却速度。预热温度的选择是否合理关系到是否能获得较好的淬硬层深度和理想的淬火后残余应力分布。高频淬火后硬度达HRC48~52。回火温度的选择根据轴辊硬度要求确定，因轴辊尺寸较大，回火保温时间要充分，保证组织均匀，较充分的去除残余应力。
4 结束语
经后续跟踪验证，用该方法进行修复的滚轮架辊子在使用过程中稳定可靠，可应用于其他类似的滚轮架辊子的修复。
参考文献：
[1] 李新和.机械设备维修工程学[M] .北京:机械工业出版社,1999.
[2] 成大先主编.机械设计手册[M] .北京:化学工业出版社, 2007.11.
作者简介：陈臣（1986-），男，江苏南京人，本科，工程师，从事机械设备管理工作。
论文作者:陈臣
论文发表刊物:《防护工程》2018年第36期
论文发表时间:2019/4/16
标签：辊子论文; 滚轮论文; 表面论文; 硬度论文; 加工论文; 工件论文; 温度论文; 《防护工程》2018年第36期论文;