朱晨

摘要：大型軋機(jī)齒輪箱作為鋼廠主軋線的關(guān)鍵傳動(dòng)設(shè)備，其加工制造過(guò)程的保證十分重要。本文結(jié)合訪問(wèn)世界頂尖的冶金設(shè)備制造商——意大利達(dá)涅利（Danieli）和德國(guó)西馬克（SMS Group）的總部實(shí)地交流見(jiàn)聞，及實(shí)際加工制造過(guò)程的經(jīng)驗(yàn)，淺談一些加工要點(diǎn)供相關(guān)人員參考。

關(guān)鍵詞：軋機(jī)齒輪箱;大型齒輪件;加工要點(diǎn);達(dá)涅利;西馬克

機(jī)械行業(yè)的發(fā)展離不開(kāi)鋼鐵，鋼鐵的生產(chǎn)離不開(kāi)冶金設(shè)備，放眼全球范圍內(nèi)，公認(rèn)的三家最知名的冶金設(shè)備設(shè)計(jì)和制造企業(yè)為——意大利達(dá)涅利（Danieli），德國(guó)西馬克（SMS Group），日本普瑞特（Primetals）[1]，在行業(yè)內(nèi)具有強(qiáng)大的知名度和影響力，也代表設(shè)計(jì)和制造能力的先進(jìn)性。

軋機(jī)齒輪箱作為鋼廠主軋線的關(guān)鍵機(jī)械傳動(dòng)設(shè)備，其質(zhì)量的好壞與是否穩(wěn)定直接影響生產(chǎn)線的運(yùn)行。本文根據(jù)實(shí)際工作中曾出國(guó)去達(dá)涅利Buttrio總部（意大利布特里奧）和西馬克Hilchenbach總部（德國(guó)希爾辛巴赫）訪問(wèn)和技術(shù)交流的見(jiàn)聞，結(jié)合大型軋機(jī)齒輪箱加工制造的現(xiàn)場(chǎng)情況，對(duì)其中部分加工要點(diǎn)做簡(jiǎn)單敘述。

齒輪箱的關(guān)鍵零部件主要為齒輪件、箱體和軸承（通常采購(gòu)）。大型軋機(jī)齒輪箱重量往往都大于50噸，100多噸的也常見(jiàn)。國(guó)內(nèi)在制造這種大型軋機(jī)齒輪箱時(shí)，根據(jù)鋼廠軋機(jī)線的技術(shù)提供者，比如是達(dá)涅利還是西馬克等，通常會(huì)有相應(yīng)的監(jiān)造人員全過(guò)程進(jìn)行監(jiān)造。

一、齒輪件的加工淺述

大型軋機(jī)齒輪箱中的齒輪件往往具有單個(gè)零件重量大、尺寸大、模數(shù)大的特點(diǎn)。例如，單個(gè)零件重量往往都大于10噸，20多噸的也常見(jiàn)。齒軸直徑超過(guò)1米，長(zhǎng)度大于5米。齒輪直徑大于3米，有的超過(guò)4米。齒輪法向模數(shù)通常大于Mn30，有的大于Mn40。

得益于歐盟成員國(guó)內(nèi)部基礎(chǔ)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化程度水平高，達(dá)涅利和西馬克雖然是來(lái)自于兩個(gè)不同國(guó)家的公司，但其使用的大部分標(biāo)準(zhǔn)都是ISO國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)或EN歐洲標(biāo)準(zhǔn)。

針對(duì)大型軋機(jī)齒輪箱中齒輪件的特點(diǎn)，在齒輪件材料的選擇上，達(dá)涅利和西馬克都常選用滲碳鋼18CrNiMo7-6+HH，要求符合EN 10084標(biāo)準(zhǔn)。

毛坯上通常都選用鍛件，采用大型水壓機(jī)鍛造方式獲得，對(duì)于單個(gè)鍛件重量往往大于20噸或者30噸的情況下，為了確保質(zhì)量，正常都要從最初的制作鍛件用的鋼錠冶煉開(kāi)始就需要關(guān)注。達(dá)涅利和西馬克對(duì)鍛件用鋼錠通常都要求采用電爐和真空脫氣的冶煉方法。對(duì)于材料的晶粒度，一般都要求奧氏體晶粒度控制到ISO 643的5～8級(jí)。另外，由于齒輪件的模數(shù)大，需要進(jìn)行淬透性檢驗(yàn)（Jominy）來(lái)保證HH級(jí)鋼淬透性要求。且在鍛造過(guò)程中要保證足夠的鍛造比。鍛造過(guò)程和鍛后的熱處理也需控制，以減少內(nèi)部應(yīng)力。

對(duì)于鍛件的檢查可以分為外表面檢查和內(nèi)部的檢查。鍛件外表面的檢測(cè)一般采用目視檢查VT，磁粉探傷檢測(cè)MT，液體滲透檢測(cè)PT。鍛件不允許出現(xiàn)裂紋、白點(diǎn)、縮松縮孔的情況。鍛件內(nèi)部的檢測(cè)通常采用超聲波探傷檢測(cè)UT。要求超聲波探傷檢測(cè)100%覆蓋鍛件。達(dá)涅利和西馬克一般都按EN 10228-3的4級(jí)控制。但應(yīng)考慮到齒輪件的齒部為關(guān)鍵部位，至少對(duì)于齒輪全齒高范圍內(nèi)，需要著重探傷，探傷的標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)應(yīng)適當(dāng)提高。

達(dá)涅利和西馬克一般都要求在鍛件本體上取試樣，做機(jī)械性能分析，按EN 10250標(biāo)準(zhǔn)或額外的規(guī)定要求。

由于大型齒輪箱的齒輪件重量大、尺寸大、模數(shù)大的特點(diǎn)，鍛件質(zhì)量質(zhì)量控制往往在付出較大精力后，仍會(huì)有概率出現(xiàn)不符合要求的情況，在遇到這種特殊情況時(shí)，及時(shí)的與達(dá)涅利或西馬克監(jiān)造人員充分溝通十分重要，如何在滿足質(zhì)量要求的前提下，確定出最優(yōu)的處理方案需要考量制造企業(yè)的經(jīng)驗(yàn)水平。

達(dá)涅利對(duì)大模數(shù)齒輪的齒部粗加工上，采用硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位銑刀盤進(jìn)行粗銑齒，在去除齒部大部分余量后，會(huì)進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理，再接著用可轉(zhuǎn)為硬質(zhì)合金滾刀進(jìn)行滾齒，給齒部留出精加工余量。達(dá)涅利的齒輪銑刀盤和滾刀都是系列化，其設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)圖紙時(shí)會(huì)考慮到其工廠的刀具資源情況?？赡軙?huì)出現(xiàn)對(duì)于達(dá)涅利自己是正常的刀具，對(duì)于國(guó)內(nèi)公司就需要定制專用刀具的情況。滾齒需要結(jié)合熱處理能力，留出適當(dāng)?shù)木庸び嗔俊L齒精度及齒面質(zhì)量也需要關(guān)注控制。

在熱處理后，西馬克通常對(duì)齒輪進(jìn)行超聲波探傷。對(duì)于大型軋機(jī)齒輪件，建議熱處理后對(duì)齒輪進(jìn)行超聲波探傷。經(jīng)過(guò)滲碳淬火熱處理，需要注意有效硬化層深，齒面硬度，金相組織等方面要求的符合性檢查控制。

對(duì)于熱后精加工，西馬克設(shè)計(jì)人員通常會(huì)根據(jù)計(jì)算分析及其熱處理能力，給出熱處理后齒輪件齒頂圓允許的最大脹大量。其熱后加工方案是盡可能避免對(duì)滲碳淬火后齒部的非必要加工，包括避免進(jìn)行熱后齒頂齒側(cè)的打磨。建議制造企業(yè)根據(jù)自身熱處理情況合理策劃工藝尺寸，避免齒部的非必要加工。熱后精加工部位經(jīng)過(guò)磨削的，例如軸頸外圓，需要對(duì)磨削表面進(jìn)行MT或PT檢測(cè)。達(dá)涅利和西馬克通常需要在熱后對(duì)所有部位進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)。

齒部精加工正常都需要進(jìn)行磨齒加工，磨齒后的齒面需采用酸洗或磁彈來(lái)對(duì)齒面磨削燒傷進(jìn)行檢測(cè)。對(duì)于需要齒輪烘套到軸上的結(jié)構(gòu)時(shí)，盡量采用烘套后磨齒的方案，以避免單獨(dú)磨齒后再烘套的精度損失或基準(zhǔn)失效情況。組合后的齒輪件重量將大增，例如可能達(dá)到40多噸，需要充分策劃其起吊方案、烘套方案以及運(yùn)轉(zhuǎn)方案。另外在對(duì)大型齒輪件磨齒加工時(shí)需要考慮精度計(jì)量方案。因?yàn)橥ǔo(wú)法離線計(jì)量，一般大型齒輪件都會(huì)超出齒輪計(jì)量?jī)x的承重和尺寸。磨齒時(shí)需要避免磨削到齒根，不能出現(xiàn)齒根臺(tái)階的情況。

二、箱體的加工淺述

大型軋機(jī)齒輪箱中的箱體常見(jiàn)為上中下三層式的結(jié)構(gòu)，具有零件重量大、尺寸大、軸承孔徑大的特點(diǎn)。例如，單個(gè)零件重量往往都大于10噸，整個(gè)箱體組合后達(dá)到30～40噸。

針對(duì)大型軋機(jī)齒輪箱中箱體的特點(diǎn)，通常采用鋼板拼裝焊接成箱體。在材料的選擇上，達(dá)涅利和西馬克對(duì)主要部位的都常選用材料S355J2鋼板（國(guó)內(nèi)一般用牌號(hào)Q355D替代），其它部位材料選用材料S235JR鋼板（國(guó)內(nèi)一般用牌號(hào)Q235B替代），要求符合EN 10025-2標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)于箱體中的重要部位如軸承座一般采用鍛件而非鋼板。

鋼板在切割下料前進(jìn)行超聲波探傷，達(dá)涅利和西馬克一般要求按照EN 10160的S2/E2級(jí)控制。除了控制使用鋼板質(zhì)量外，焊接質(zhì)量也十分重要。由于焊接過(guò)程是特殊的工藝過(guò)程，通常需要從焊接操作者資質(zhì)、焊材、焊接工藝性、坡口加工方式、拼裝質(zhì)量、焊縫要求（比如全焊透焊縫）、焊接過(guò)程溫度控制，焊接后去應(yīng)力熱處理等等方面關(guān)注控制。所有焊縫需要進(jìn)行滲漏試驗(yàn)檢測(cè)確保不漏油。

如果過(guò)程中發(fā)現(xiàn)缺陷，通常需要和監(jiān)造人員工溝通，一般可采取徹底清除缺陷部位后補(bǔ)焊處理。需要注意的是，補(bǔ)焊完成后，需要對(duì)補(bǔ)焊周圍區(qū)域重新進(jìn)行全覆蓋的無(wú)損探傷檢查，確保符合要求。

由于大型軋機(jī)齒輪箱中箱體的重量大，尺寸大的特點(diǎn)，精加工完成后，通常會(huì)遇到無(wú)法離線上三坐標(biāo)計(jì)量檢測(cè)的情況。這種情況下通常采用在機(jī)床上檢查，確保符合圖紙要求。重點(diǎn)關(guān)注各組軸承孔的尺寸精度，形位公差的符合性。

三、裝配的過(guò)程淺述

裝配是齒輪箱加工制造的重要一環(huán)，也是達(dá)涅利和西馬克的監(jiān)造人員重點(diǎn)關(guān)注的環(huán)節(jié)。在所有零部件全部加工完成后，應(yīng)參照?qǐng)D紙并核實(shí)各零部件的最終檢測(cè)報(bào)告，確保合格后再進(jìn)入到裝配環(huán)節(jié)。投裝后的零部件的先要符合清潔度后，再開(kāi)始進(jìn)行裝配過(guò)程。

裝配過(guò)程中，需要把軸承安裝到相應(yīng)的軸上，需要關(guān)注軸承徑向和軸向游隙的符合性。在檢查齒輪側(cè)隙前，需要確保齒輪箱的水平位置，測(cè)量側(cè)隙是否符合圖紙要求。對(duì)于齒輪接觸斑點(diǎn)的檢查也是十分重要，按照?qǐng)D紙要求和標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)涅利和西馬克傾向于用藍(lán)油作為接觸斑點(diǎn)檢查印記，圓周范圍內(nèi)至少做3組，并把接觸印痕拍照或有透明膠帶拓印留存，接觸斑點(diǎn)的位置、有效面積、占比都需要符合規(guī)定要求。

對(duì)于大型軋機(jī)齒輪箱，為了補(bǔ)償裝配后反應(yīng)到齒輪副上的綜合誤差，通常會(huì)采用偏心套機(jī)構(gòu)[2]。在裝配過(guò)程中對(duì)偏心套調(diào)整并在調(diào)整到最優(yōu)狀態(tài)時(shí)，用銷軸固定位置。此處關(guān)于偏心套的偏心量何時(shí)確定并不統(tǒng)一，達(dá)涅利一般是要求齒輪件和箱體加工測(cè)量得到數(shù)據(jù)后再計(jì)算給出偏心量，西馬克并非如此。

裝配好合箱前需要檢查齒輪箱內(nèi)部的清潔度，對(duì)內(nèi)部油漆檢查，對(duì)噴油嘴位置、方向的檢查，檢查油管及各噴嘴是否暢通，檢查螺栓防松是否到位等等。

合箱后把齒輪箱在試驗(yàn)區(qū)域安裝固定好，并與測(cè)試電機(jī)連接。需要進(jìn)行空載試車檢查。試車前先檢查潤(rùn)滑系統(tǒng)，通潤(rùn)滑油后保持一段時(shí)間，確認(rèn)各儀表信號(hào)是否正常。按照試車要求逐步提升轉(zhuǎn)速，這個(gè)過(guò)程中需要關(guān)注軸承溫度并記錄，只有軸承溫度穩(wěn)定后才能提速，軸承溫度不能過(guò)高于進(jìn)油溫度。達(dá)到最高轉(zhuǎn)速后，一般要連續(xù)試驗(yàn)1個(gè)小時(shí)，過(guò)程中關(guān)注溫度和流量變化情況。在試車過(guò)程中，需要檢查齒輪箱的密封情況即是否有滲漏油的情況，檢查齒輪箱的振動(dòng)情況是否符合要求，檢查齒輪箱的噪音情況是否符合要求。試車結(jié)束后檢查過(guò)濾器的情況是否無(wú)異常。

各環(huán)節(jié)都無(wú)異常符合要求后，進(jìn)行外觀油漆和包裝，以及運(yùn)輸發(fā)貨。對(duì)于大型軋機(jī)齒輪箱，最終裝配的重量可達(dá)100多噸，需要提前規(guī)劃運(yùn)輸方案和運(yùn)輸路徑，防止超重限高等情況的發(fā)生。例如，西馬克裝配車間有火車鐵軌，對(duì)齒輪箱包裝后可直接到通過(guò)火車運(yùn)輸，其曾經(jīng)制造過(guò)超過(guò)260噸的齒輪箱。

四、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)大型軋機(jī)齒輪箱的齒輪件、箱體和裝配過(guò)程中加工要點(diǎn)的簡(jiǎn)述，以及結(jié)合達(dá)涅利和西馬克的一些獨(dú)到加工要點(diǎn)的梳理，期望能夠?qū)ο嚓P(guān)人員有一定的參考及借鑒作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]宋德春.三大國(guó)際知名冶金服務(wù)商發(fā)展戰(zhàn)略研究[J].中國(guó)鋼鐵業(yè)，2021（10）：4.

[2]汪葉蘭.板材齒輪箱中偏心套設(shè)計(jì)和應(yīng)用[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化，2012，41（4）：3.