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TIMKEN軸承修複技術—更換軸承最經濟有效的方法

  

金屬加工世界

2010年1月刊

 

鐵姆肯公司工業服務部 許 將,杜 強

 

■摘要:在工業領域:當技術人員發現軸承有損傷時,通常的做法是將此軸承要換下機報廢,並使用新的軸承,但此時軸承通常還未達到全部有效經濟的使用壽命,可以通過修複技術重新投入使用,事實上,不斷改進的軸承設計、材料、軸承維護方法也極大地提高了軸承修複的可靠性,本文介紹了鐵姆肯公司已經開展六十多年的軸承修複技術,這一技術已經廣泛地應用於航空、交通、水泥建材、冶金、電力、造紙等行業。經驗表明:成功被修複的軸承其使用周期不低於新軸承的使用周期,在工業領域內逐漸普及的軸承修複與更換軸承相比,在交貨期和成本方麵具有更明顯的優質。
   

■關鍵司:軸承;損傷;修複;工藝
  

1.前言

滾動軸承是大部分機械裝置的旋轉軸或可動部位支承的重要元件,也是依靠滾動體的滾動實現對主機旋轉的支承元件。滾動軸承有許多突出優點,在現代工業中有著廣泛的應用。然而,由於材料、潤滑、維護等的限製,滾動軸承有其使用疲勞壽命極限。軸承發生損傷或達到壽命後,工業企業大多采取更換新軸承的方法來恢複設備的正常運行。
  

隨著市場競爭和技術的發展,軸承修複技術本身所具有的優勢,即在較短時間內花費較少的資金即可再次當作新軸承上機使用,越來越受到工業行業的青睞。這相對於采購新軸承來說,無疑是一個更加經濟、更加快捷的生產保障措施。
  

鐵姆肯公司已經開展了六十多年的軸承修複業務,廣泛應用於航空、交通、水泥建材、冶金、電力、造紙等行業。2006年以來,鐵姆肯公司在中國的修複中心也已經為水泥、鋼鐵、造紙等客戶修複軸承達到6800餘套,其中50%以上為其它進口品牌的軸承。經驗表明:修複後的軸承其使用周期完全能達到新軸承的同等使用周期要求。而且軸承修複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勢。
  

2.軸承修複的必要性
軸承損壞會使整個運轉係統遭受損失,結果則會造成額外的成本支出、維護工作的增加、延長非正常的停機時間。在大多數傳統的工業應用中,軸承會在它還沒有達到其完全的使用壽命時被報廢,導致成本增加和無形的浪費。軸承修複則可以將軸承壽命延長,成為除采購新品外另一個經濟理想的選擇。
  

軸承修複技術在國內外工業領域正逐漸普及,向客戶提供了增值性的服務。改進軸承的設計、鋼的純淨度、維護方法和修複工藝逐步提高了其潛在的優勢。
  

2.1.技術可行性
最初軸承設計考慮了其使用和應用條件來確定相對應的使用壽命和疲勞壽命。但是由於不正確的安裝、汙染物、不充分的潤滑或偏心等因素導致軸承實際的壽命通常都達不到預期的運行時間(見圖一)。事實上,在工業應用中僅有不到10%的軸承的壽命達到了L10標準(設計壽命)。
  

技術、材料、狀態檢測、可靠性維護工藝以及加工工藝等方麵的改進,使得軸承修複在技術上成為可能。
  

從技術上來說,軸承修複正是將軸承發生損傷的部件進行修複或更換,以達到新軸承的狀態要求。如:經過長期使用後的軸承,滾動體、滾道、柱銷等部件不可避免地存在疲勞損傷,軸承修複過程中,通過磨削滾道、更換滾動體、柱銷等部件,將軸承全麵修複。這樣其功能性部件或表麵完全符合新軸承的使用要求。
  

2.2 市場可行性
隨著行業競爭的加劇,各生產企業想盡辦法來降低設備維護和生產成本,以提高產品的市場競爭力。而另一方麵,隨著鋼材等原材料的價格攀升,軸承的價格不斷上漲已成為工業企業主要生產成本增長的原因。
  

相對於製造新軸承,高質量的修複工藝能在1/3的時間內將軸承恢複到新軸承的使用狀態。與采購新軸承相比,軸承修複技術可幫助工業企業節省至少40%甚至更高的采購成本,而在正常的使用維護下,修複後的軸承完全可以達到新軸承的使用性能。
  

這樣以來,軸承修複具備非常良好的市場可行性。

2.3 節能必要性
與新軸承製造相比,軸承修複更符合環境保護的要求,需要較少的能源投入並減少原料的消耗和浪費。新軸承製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複而節省下來。
  

除了成本和時間上的節省外,軸承修複最有可能實現軸承的壽命循環。權威研究機構的研究表明:修複後,軸承的使用周期可以與新軸承的使用周期相同。修複後的軸承重新使用的是已被證實的可靠軸承鋼材料,因此更加降低了軸承材料失效的風險。更換的部件所使用的材料和公差必須符合原始製造商或同等規範,而不符合原始製造規範的修複都將增大過早失效的風險。
  

3.軸承的損傷
一旦軸承發生損傷,必須經過一個非常嚴格的檢測過程來判斷該損傷的軸承是否可以修複。待修軸承必須全麵清洗,然後進行非常嚴格的全麵檢測。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複而必須報廢。
  

3.1 軸承的主要損傷類型
軸承損傷原因主要有以下幾個方麵:
  

●化學損傷:蝕刻、鏽蝕、腐蝕斑、生鏽或磨損侵蝕
●熱損傷:變色或裂紋
●電流損傷:燒傷、凹槽或蝕損斑
●機械損傷:疲勞、裂紋、剝落,破裂、劃痕、微剝落、汙點、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
通過狀態監測和常規檢查可以提早發現軸承運轉是否存在問題,認真的檢查可以幫助確定軸承是否需要進行修複,例如:

●軸承是否已接近或超過預期的壽命
●工作溫度是否超過華氏200度(93.3攝氏度)
●軸承運轉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轉噪音
●軸承密封是否出現較大損壞
  

很多資料可描述損傷,並提供一些原因分析,這些有助於改進後續軸承的使用,但不能界定損傷與是否可修的關係。詳細檢測的同時可以進行損傷評估和原因分析。
  

4. 可以修複的軸承
雖然軸承修複有很多好處,但對於損壞的軸承來說,修複並不總是最佳的選擇。正確利用軸承修複技術取決於軸承是否需要修複,以及從貨期和經濟性上考慮哪種修複方案最佳。
  

從修複工具上來說,修複的局限性在於軸承的最大、最小尺寸和產品類型。有很多不同類型的修複供應商,範圍從因工作範圍和知識限製的小設備到無限範圍產品和服務的大軸承製造。
 

修複範圍也限製了可修複軸承的尺寸,但是不管原始製造商是誰,所有類型的軸承都可以修複,包括:

●圓錐滾子軸承
●調心滾子軸承
●圓柱軸承
●球軸承
●止推軸承
●交叉滾子軸承等
  

受過專業培訓的人員可以判定軸承是否需要修複。通過及時地常規檢查、預防性維護和振動分析等維護手段可恰當把握修複時機,從而幫助工業企業經濟地修複受損傷的軸承。
  

5. 軸承修複工藝方法
當修複件到達修複中心後,所有的軸承會經過徹底的清洗,然後解體,同時修複工程師將會記錄軸承信息和實際的內部遊隙,並完成解體並標注唯一的識別號,然後,會對所有的軸承組件做詳細的檢查。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。綜合檢查結果後將確定修複方案。
  

此外,修複中要全麵測量內孔的外徑和軸承寬度等指標,判定損傷類型和程度來決定軸承是否可修和合適的修複方案。
  

不同行業和應用要求不同的軸承修複服務,鐵姆肯公司有7種不同類型的軸承修複方案服務於各類型的客戶,以實現可靠的軸承修複,但是總體上,軸承修複服務分為下麵三種。
  

●修複類型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、遊隙設定與更改等。
  

●修複類型II:主要針對使用時短時間內發生表麵損傷的軸承。 包括:清洗檢測、總體評估、解體、滾道及滾動體表麵處理、遊隙設定與更改等。
  

●修複類型III:主要針對需要全麵修複的各類損傷的軸承。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、遊隙設定與更改等。
  

簡而言之,類型I:檢驗、清洗、鑒定。類型II:維護保養或表麵精磨修複工藝。損傷更大的軸承則需要進行類型III修複,即再製造的修複工藝。這類級別的修複包含了更多的工藝,例如重磨滾道麵,更換滾動體和保持架組件,甚至更換更多軸承部件。通常,滾道麵的重新磨削需要加大滾動體直徑來補償幾何尺寸和遊隙,這樣可以保證軸承徑向遊隙。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遊隙。
  

修複類型III原則上適用於較大尺寸的軸承。軸承尺寸較小或經常報廢的小軸承如果有批量也可以進行修複。清洗、檢測和表麵精磨可以使這些用過的軸承恢複到新品的使用性能,而費用僅僅是更換新品成本的一小部分。
  

根據現場條件和損傷程度,某些修複是可以在現場進行的,但是,現場修複適用於維護保養性修複,但不適用於再製造修複。
  

當修複方案確定並且修複完成後,軸承會被重新組裝並包裝以便保存和運輸。通常,修複後會進行終檢來保證設計時的組裝標準。不同的供應商執行不同級別的檢查和包裝。
  

6 軸承修複的效果
經過正確的修複,修複後的軸承性能與新軸承相同。其遊隙等各項精度參數皆可達到新軸承的要求,重要的是懂得和辨識損傷程度來選擇正確的修複方案。例如,表麵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,如果僅對軸承做表麵精磨處理,一般不適合損傷嚴重的軸承。而如果經過全麵的再製造修複工藝,則軸承的疲勞層被徹底清除,而滾動體也要進行全麵的更換,保持架等也要進行全麵的整理,這樣軸承完全可以達到新軸承的性能要求。

 

圖二為修複前後的效果對比。
  

7 案例分析
7.1 背景
某著名鋼鐵企業冷軋磨輥車間,承擔著為冷軋生產線提供軋輥軸承總成的重要職責,直接關係到各條冷軋生產線的正常運行。由於轉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製產品的穩定性,如果因為軸承在機發生故障造成設備無法正常運轉,冷軋機及後續生產線很可能就要停下來,從而造成無法估計的損失,因此軸承運轉可靠性非常關鍵。
  

該生產線選用軋輥軸承主要為四列圓錐滾子軸承,孔徑大於350mm,屬於大尺寸軸承範疇。由於軸承使用壽命受工況條件影響,而軋鋼時,軋機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後有一定數量的更換,而且每年近千萬軸承更換費用對於生產成本也形成了非常大的的壓力。但是出於對修複後軸承質量的擔心,該車間並不敢嚐試進行軸承修複。
  

2006年中旬,該生產線中的軋機工作輥軸承在日常清洗維護檢查中發現有嚴重的滾動體剝落,無法再次上機使用,但是供應商告知, 新訂購的軸承交貨要推遲6個月,生產線的順行麵臨著威脅,綜合各方麵因素考慮,該鋼鐵企業決定將4件軸承送至鐵姆肯公司軸承修複中心。
  

7.2 軸承損傷情況
經過全麵嚴格的檢驗發現,該軸承使用時間較長,滾動體和滾道麵存在疲勞,但是原始材料情況良好。
  

外滾道:磨損、鏽斑、麻點、生鏽。詳見圖三

  

內滾道:磨損、鏽斑;滾子:磨損、凹陷、鏽斑、麻點、嚴重剝落、鏽斑;
  

保持架:磨損、鏽斑。詳見圖四。

  

7.3 修複工藝
基於損傷情況,鐵姆肯公司製定了嚴格的修複流程,主要的修複工藝包括:
  

●內滾道修複

●內滾道檢查及測量
●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
●新的滾動體製造
●遊隙確認及調整
●最終裝配
●軸承包裝
  

7.4 使用結果
2個月後,修複一新的軸承交到了該磨輥車間,軸承滾道進行了全麵的磨削,更換了全部滾動體,對於遊隙進行了調整,恢複到新軸承的精度要求。見圖五。

  

在軸承維護人員的嚴格檢查後,該軸承裝入了軸承座,並裝配上機使用。在機使用6個月後,拆檢發現,軸承表麵和精度指標良好,軸承再次裝機使用。截至2009年11月,該軸承仍然在運轉使用中。而此套軸承的全部修複費用僅僅相當於采購新軸承的約50%。
軸承成功修複以後,該磨輥車間大量開展軸承修複,並且在該鋼鐵集團內的熱軋、煉鋼、煉鐵、高線等更多的生產部門進行推廣,節省了非常可觀的生產備件采購費用。
  

8 結論
軸承修複業務正逐漸得到普及,鐵姆肯公司軸承修複中心在中國已經修複了6800餘套各種品牌,各種類型的軸承,廣泛地應用於鋼鐵、有色、水泥、造紙、電力等行業。
 

鐵姆肯公司高質量的軸承修複技術可以提供以下服務:

●全方位的服務選項
●豐富軸承使用經驗指導
●更換原始設備製造商標準的部件
●與新軸承性能相匹配的產品
●質保和服務
●可靠的質量承諾書
  

經過修複後的軸承在設備上穩定運行,軸承修複技術的可靠性和經濟性正在逐漸得到全麵的驗證。此外,與報廢和采購新軸承相比,軸承修複具有非常突出的資源節約、節能減排的社會意義。


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