CN101224531A - 一种制氧空气压缩机主传动齿轮的修复工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种制氧空气压缩机主传动齿轮的修复工艺，包括有如下工艺步骤：1)对需修复的受损主传动齿轮的剩余寿命进行评估；2)在已经发生局部断齿的部位预埋高强度40CrMo系列钢制螺栓；3)采用激光定向光原型制造恢复主传动齿轮的原设计尺寸和形态；4)采用仿形加工恢复齿面齿形，达到齿面原设计尺寸公差及形位公差的技术要求。本发明具有的优点和积极效果是：经过本发明的工艺方法再加工制造的制氧空气压缩机齿轮，将损伤的主传动齿轮完整修复，并能使修复后的主传动齿轮的性能达到原设计技术要求，并提高了耐磨损、耐应力腐蚀能力，保证在使用运行中转动平稳可靠，同时也使修复后的主传动齿轮的用寿命指标满足或超过了原设计要求。
Description
技术领域
本发明属于一种齿轮的修复工艺，特别是涉及一种使修复后的主传动齿轮使用寿命和性能达到原设计技术要求，并提高了耐磨损、耐应力腐蚀能力的一种制氧空气压缩机主传动齿轮的修复工艺。
背景技术
目前，H型空气压缩机是空气分离制造氧气装置中的主要设备。在其长期运行过程中，由于工况条件等原因，H型空气压缩机的主传动齿轮承受转子每分钟1万多转高旋转负荷作用，产生应力腐蚀麻点，甚至局部断裂掉块，进而造成撞击其它齿面，发生更多更大的断齿或齿面压溃损伤，造成机组停产。对于产生损伤的H型空气压缩机的主传动齿轮，传统的维修方法是更换压缩机的主传动齿轮，和更换压缩机两极转子，维修时间长，费用高。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种将损伤的主传动齿轮完整修复，使修复后的使用寿命和性能达到原设计技术要求，并提高了耐磨损、耐应力腐蚀能力的一种制氧空气压缩机主传动齿轮的修复工艺。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种制氧空气压缩机主传动齿轮的修复工艺，包括有如下工艺步骤：
1)对需修复的受损主传动齿轮的剩余寿命进行评估；2)在已经发生局部断齿的部位预埋高强度40CrMo系列钢制螺栓；3)采用激光定向光原型制造恢复主传动齿轮的原设计尺寸和形态；4)采用仿形加工恢复齿面齿形，达到齿面原设计尺寸公差及形位公差的技术要求。
第1步所述的剩余寿命的评估，首先是确定其使用材料，然后，建立弹性有限元计算模型及损伤后主传动齿轮的边界条件，模型为三维立体齿轮模型，模拟齿轮整体损伤力学过程，确定如经过不再带来材料其他损伤的修复或再制造，主传动齿轮是否可以继续使用。
第2步所述的预埋高强度40CrMo系列钢制螺栓，是使用Φ8-Φ16的螺栓，预埋距离间隔为25-30mm。
第3步所述的采用激光定向光原型制造恢复主传动齿轮的原设计尺寸和形态，其具体工艺参数为：采用6000WCo2激光智能数控加工系统，使用连续高功率定向光源，扫描速度8-10mm/s，Φ6聚焦光源，按齿形模拟原形进行再制造，稀释率为10％，恢复损伤齿面原有机械尺寸，沿齿形表面1-2mm留有机械复形加工金属材料余量。
所述的按齿形模拟原形进行再制造的金属材料分齿内外使用的双重合金材料，齿内部材料选用40CrNiMoA为基础，增加Ni元素含量的合金材料，定向制造后齿内部为强韧化性能，齿形表面层在2-3mm内选用40CrNiMoA为基础，增加Cr、Nb等金属元素含量的合金材料。
第4步所述的采用仿形加工恢复齿面齿形，是在五座标数控加工机床上按齿轮原设计参数制作一件齿形标准模块和一件齿形标准样板，由人工操作，对激光再制造的齿轮按标准样板和模块进行研修齿面齿形，并使用红丹进行研磨和抛光处理。
本发明的一种制氧空气压缩机主传动齿轮的修复工艺，具有的优点和积极效果是：经过本发明的工艺方法再加工制造的制氧空气压缩机齿轮，将损伤的主传动齿轮完整修复，并能使修复后的主传动齿轮的性能达到原设计技术要求，并提高了耐磨损、耐应力腐蚀能力，保证在使用运行中转动平稳可靠，同时也使修复后的主传动齿轮的用寿命指标满足或超过了原设计要求。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，详细说明本发明的一种制氧空气压缩机主传动齿轮的修复工艺如下：
本发明的一种制氧空气压缩机主传动齿轮的修复工艺，其特征是：包括有如下工艺步骤：
1)对需修复的受损主传动齿轮的剩余寿命进行评估；
首先是确定其使用材料，然后，建立弹性有限元计算模型及损伤后主传动齿轮的边界条件，模型为三维立体齿轮模型，模拟齿轮整体损伤力学过程，确定如经过不再带来材料其他损伤的修复或再制造，主传动齿轮是否可以继续使用。
本发明实施例的主传动齿轮使用材料为40CrNiMoA钢，是高强度、高韧性合金钢。其性能数据如下表：
| 材料 | σ(Mpa) | σ(Mpa) | δ(％) | Φ(％) | AKV(J) |
| 40CrNiMoA | 980 | 835 | 12 | 55 | 78 |
从计算剩余强度结果看出，是齿轮齿面麻点剥落和压溃损伤，甚至局部断齿损伤不超过原齿长度的二分之一，可以满足主传动齿轮对材料强度指标的要求。
2)为了进一步提高主传动齿轮使用可靠性、安全性，修复再制造时，在已经发生局部断齿的部位预埋高强度40CrMo系列钢制螺栓；
所述的预埋高强度40CrMo系列钢制螺栓，螺栓具体数量和尺寸及预埋距离以齿面高度，断齿长度为依据，一般使用Φ8-Φ16螺栓，预埋距离间隔25-30mm。这样，断齿部位修复就增加了其强度指标。
3)采用激光定向光原型制造恢复主传动齿轮的原设计尺寸和形态；
所述的采用激光定向光原型制造恢复主传动齿轮的原设计尺寸和形态，其具体工艺参数为：采用6000WCo2激光智能数控加工系统，使用连续高功率定向光源，扫描速度8-10mm/s，Φ6聚焦光源，按齿形模拟原形进行再制造，稀释率为10％，恢复损伤齿面原有机械尺寸，沿齿形表面1-2mm留有机械复形加工金属材料余量。所述的按齿形模拟原形进行再制造的金属材料分齿内、齿外使用的双重合金材料，齿内部(心部)材料选用40CrNiMoA为基础，增加Ni元素含量的合金材料，定向制造后齿内部为强韧化性能，齿形表面层在2-3mm内选用40CrNiMoA为基础，增加Cr、Nb等金属元素含量的合金材料。使成型的齿面有高于原40CrNiMoA钢的高耐磨性，抗应力腐蚀的能力，提高齿面的使用寿命。
4)由于齿面是局部损伤，不能采用铣床、插床等机械加工方法。因为经过使用的齿轮，再进行机械加工，由于加工基础的改变会将齿轮的齿形和齿根全部破坏。所以采用仿形加工恢复齿面齿形，达到齿面原设计尺寸公差及形位公差的技术要求；
所述的采用仿形加工恢复齿面齿形，是在五座标数控加工机床上按齿轮原设计参数制作一件齿形标准模块和一件齿形标准样板，由人工操作，对激光再制造的齿轮按标准样板和模块进行研修齿面齿形，并使用红丹进行研磨和抛光处理。这种方法恢复后的齿轮齿面精度可以达到0.02-0.03mm，完全满足图纸设计参数要求。
实例1：
某钢铁企业制氧分厂的DHF45-4型空气压缩机主传动齿轮，因为长时间使用发生应力腐蚀，齿面一侧中间部位产生麻点剥落，并有5处不同侧齿面断齿掉块，最大断齿长约65mm，小则也有长约38mm。采用本发明的工艺方法进行修复再加工制造。即：1)对需修复的受损主传动齿轮的剩余寿命进行评估，确定主传动齿轮经修复可以继续使用；2)在已经发生局部断齿的部位预埋高强度40CrMo系列钢制螺栓；3)采用激光定向光原型制造恢复主传动齿轮的原设计尺寸和形态；4)采用仿形加工恢复齿面齿形，达到齿面原设计尺寸公差及形位公差的技术要求。只在短短3天就完成了修复工作。加工完好齿轮一次投入生产成功，啮合传动平稳，无噪声，运行良好。到现在已经运行近两年时间，经检查没有发现齿轮有任何质量和表面变化。
Claims (6)
1.一种制氧空气压缩机主传动齿轮的修复工艺，其特征是：包括有如下工艺步骤：
1)对需修复的受损主传动齿轮的剩余寿命进行评估；
2)在已经发生局部断齿的部位预埋高强度40CrMo系列钢制螺栓；
3)采用激光定向光原型制造恢复主传动齿轮的原设计尺寸和形态；
4)采用仿形加工恢复齿面齿形，达到齿面原设计尺寸公差及形位公差的技术要求。
2.根据权利要求1所述的一种制氧空气压缩机主传动齿轮的修复工艺，其特征是：第1步所述的剩余寿命的评估，首先是确定其使用材料，然后，建立弹性有限元计算模型及损伤后主传动齿轮的边界条件，模型为三维立体齿轮模型，模拟齿轮整体损伤力学过程，确定如经过不再带来材料其他损伤的修复或再制造，主传动齿轮是否可以继续使用。
3.根据权利要求1所述的一种制氧空气压缩机主传动齿轮的修复工艺，其特征是：第2步所述的预埋高强度40CrMo系列钢制螺栓，是使用Φ8-Φ16的螺栓，预埋距离间隔为25-30mm。
4.根据权利要求1所述的一种制氧空气压缩机主传动齿轮的修复工艺，其特征是：第3步所述的采用激光定向光原型制造恢复主传动齿轮的原设计尺寸和形态，其具体工艺参数为：采用6000WCo2激光智能数控加工系统，使用连续高功率定向光源，扫描速度8-10mm/s，Φ6聚焦光源，按齿形模拟原形进行再制造，稀释率为10％，恢复损伤齿面原有机械尺寸，沿齿形表面1-2mm留有机械复形加工金属材料余量。
5.根据权利要求4所述的一种制氧空气压缩机主传动齿轮的修复工艺，其特征是：所述的按齿形模拟原形进行再制造的金属材料分齿内外使用的双重合金材料，齿内部材料选用40CrNiMoA为基础，增加Ni元素含量的合金材料，定向制造后齿内部为强韧化性能，齿形表面层在2-3mm内选用40CrNiMoA为基础，增加Cr、Nb等金属元素含量的合金材料。
6.根据权利要求1所述的一种制氧空气压缩机主传动齿轮的修复工艺，其特征是：第4步所述的采用仿形加工恢复齿面齿形，是在五座标数控加工机床上按齿轮原设计参数制作一件齿形标准模块和一件齿形标准样板，由人工操作，对激光再制造的齿轮按标准样板和模块进行研修齿面齿形，并使用红丹进行研磨和抛光处理。
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