实心轴的校直

王万龙

（福海创石油化工有限公司设备管理部，福建漳州 363216）

由于这些传动轴长且直径大（长度＞5 m、直径＞200 mm），需要几种方法混合使用才能达到校正目的，现将在实际校正过程中通常采用的步骤和方法向大家作一讲解。

1 前期准备

轴在校直前第一步必须先清理轴件表面的结垢、氧化物，避免有害介质造成环境污染和人身健康危害，同时为下步检查轴件是否损伤做准备；

第二步对表面进行检查目的是发现是否存在隐形裂纹和损伤。可以采用对轴表面进行着色（PT）检查；

第三步对于损伤部分进行判定——浅表裂纹可以采用机械打磨去除，然后进行补焊修复。

2 数据采集及记录

弯曲轴的弯曲量检查是后续实施校直的前提条件，如有条件可以采取上车床检查，这样会很方便得到各部位数值，但由于大型车床在大多场合不宜寻找，在这里介绍的是我们自己设计制作的专用校验台。它是采用“工”子钢焊接制成台架和门架，可以根据轴检测或校直部位的需要进行灵活组装。（附：门架图）

测量时在台架上安装两个支撑，单个支撑是由一对球轴承以“Y”形制成。轴放置在轴承上旋转时非常轻松省力，可以将轴旋停至任意位置。

实施步骤如下：

⑴将待测轴安放于托架上的“Y”形支撑上；

⑵将轴沿长度方向按等距进行位置标记（可以等距或在关注位置进行标注）。在轴端圆周上分8等分（45°/分）——利用水平尺进行上下（0/180）/左右（90/270）4等分后再划分其余（45/225）、（135/315）4等分；

⑶在轴上方拉一钢丝或细线绳作为测量基准线，向下投影与轴端圆周上“0”位重合，距离高度100～200 mm间（见图1）；

图1 门架图

图2 轴端面角度布置图

图3 矫正实景

⑷用直角尺进行逐点测量，测量完“0”位置后旋转下一角度，依次测量下去；

⑸将所测数据记录在表中（见：附表1），这样即可直观地看出轴弯曲变化大小和位置；

表1 轴弯曲检查记录表

在轴弯曲校正值接近个位数时，采用百分表进行测量。

3 校直方法

3.1 加热冷激法

加热冷激法方法简单效果明显，他是通过加热凸起的变形部位使局部金属软化，然后采用水冲冷却使凸起部位收缩达到校直的目的。

步骤如下：选择轴的最大弯曲点（凹侧）进行火焰加热，并在加热区域以外包裹保温材料隔热。这里采用的是乙炔/氧气火焰加热，加热温度在相变温度下（加热温度约比材料临界温度低100 ℃左右），待温度均匀后采用自来水对凸起部位进行冷却，使轴产生反向收缩变形，从而达到校直目的。

此方法需要注意：①不可操之过急如冷却过急，有造成裂纹的可能；②如校直未达到目标值,可沿轴向移动扩大加热区域后重复上述过程；③最好吊挂起来实施，这样冷却水会在需要冷却的一侧流淌，效果更明显。

局部加热冷激法校直适用于慢弯曲的碳钢或低合金钢轴，但冷激过程变形量不易控制。

3.2 机械加压法

此时要将检查轴承支架更换为校正支撑——“Y”形由圆钢加工制成。

（1）将轴凸面向上，选择最大弯曲点两侧安放支撑（V形铁），位置选择轴直径5倍（这里以φ200计）1～2 m左右位置；

（2）在轴凸面最高点处采用150 t千斤顶对轴进行施压。此时弯曲位置会随着千斤顶的伸长渐渐向下变直，此过程要均匀，在轴达到水平后仍需继续施压，让轴向下弯曲。

假设原变形量为20 mm，施压后变形量读数应大于20 mm，原因是轴会由于压力撤除后自然反弹。就是常言说的：矫枉必先过正。这个变形量选多少合适？需要根据轴径粗细、材质硬度高低去尝试，一般选变形量的1.5倍，即原20 mm的变形量，施压变形数值选30 mm为宜。如此反复实施变形量会逐渐减小，如此逐点进行校直。

这种校直方法生产效率高，但需要注意在施力表面加铜/不锈钢板以防将构件表面弄出压痕。

3.3 局部加压加热法

此方法利用千斤顶等工具加压，让轴的弯曲部位趋于校直（此时轴内部会产生应力），然后再对凹侧进行局部火焰加热，此处内应力将会迫使弯曲部位形成塑性变形。但需要注意这个施加的力在轴冷却后才能撤除，不然将失去对变形的可控性。

由于此法为局部加热，凸凹两边温差较大。同管道焊接要求一样同一部位加热次数不宜超过两次，不然将有可能造成组织分布不均匀或出现裂纹等不利后果。

较之“加热冷激法”此方法对变形量可预先设定，因此对弯轴的校直具有明显的可控性优点。此法还可以待温度均匀后在凸侧浇水冷激方法加强校直效果。查询资料有一种说法：被校直的轴稳定性较差，在将来运行中可能向原来的方向再次发生弯曲。(提醒：做好标记，以便下次校正时好做比对)

3.4 内应力松弛法

经过上述几种校正方法后此时轴整体弯曲已接近允许范围，随后就要考虑消除局部各点存在的内应力，以便轴使用中的稳定。

方法是将最大变形段的整个圆周上进行火焰加热，温度要缓慢上升（低于回火温度30～50 ℃）。架百分表观察变形量，然后在靠近最大弯曲点的凸侧施加压力并保持至温度降至环境温度，这样随着时间的延续金属内应力渐渐降低，校直数值进一步理想。

4 总结

以上步骤先对变形较大部位进行加热冷激或机械强制粗校直，此时整个轴变形量减小，肉眼可见弯曲消除，表现在轴承托架上盘动变得轻松。然后下一步就可以对轴进行二次打表（百分表）实施精细测量、制表，从数据上分析确立弯曲部位和内应力了。

但这个阶段的变形有些部位由于组织应力较大，已无法再进行机械强制校直（所谓的短弯、硬弯）。因此需要借助火焰加热手段，来消除组织应力更为可行。在采用火焰加热时要根据不同材质的不同相变临界温度，控制好加热温度，这点需要格外注意，否则将会造成轴的组织结构损伤甚至前功尽弃，轴件报废！

在校直趋于精细时，测量越是要频繁时刻把握变形数据，分析应力区域，随即调整支撑位置点。支撑点两间距大，施加同样的压力轴极易造成变形，但回弹也大，因此施加变形幅度要大。然而这种做法也易造成轴的极限变形，弯曲向反方向发生。

两支撑点间距小，施加压力相对要大得多。塑性变形为主，适合小硬弯校直。

通过如上几种方法的使用，我们实现了最终轴校直数据（允许跳动值）＜0.08 mm。对于一些高速轴为了消除其残余应力，还需要进行进一步的整体热处理，由于需要专用设备这里不予赘述。