浓密机中心驱动轴制作工艺分析

丁小明

（飞翼股份有限公司,长沙 410600）

浓密机是一种基于重力沉降作用的固液分离设备，通常为由混凝土、木材或金属板材制作而成的带锥底的筒形结构，分中心传动和周边传动两种方式，广泛应用于尾矿充填、干堆和冶金选矿等领域，尤以大型浓密机在尾矿充填和干堆这一绿色开采领域有着很强的实用价值。对于中心传动的大型浓密机，中心驱动轴是关键部件，其精度要求较高、所受扭力大，因此必须按高标准制作。以下就某公司10米浓密机中心驱动轴为例（参见图1），对其进行分析。

对中心轴制定工艺流程为：（1）下料→（2）零件初加工、倒焊角→（3）焊接（含焊前预热和焊后热处理）→（4）喷砂/抛丸→（5）无损探伤（磁粉+超声）→（6）车（外圆和端面）→（7）铣（数控铣花键）→（8）钳钻孔→（9）表面热处理（花键齿面淬火）→（10）涂装→（11）装配入库。根据工艺流程，焊接和铣花键工序是重点和难点，故仅对这两道工序着重分析，其他常规工序内容不赘述。

图1 中心驱动轴

1 焊接工艺分析

1.1 焊接工艺难点

主轴为Ф400实心棒料，材质为42CrMo，其余件材质为Q345B，每段焊缝的焊接均为异种钢焊接。42CrMo为高强度中碳合金调质钢，Q345B为低碳合金钢，根据国际焊接学会的碳当量计算公式：CE=C+Mn/6+（Cr+Mo+V）/5+（Ni+Cu）/15（%）（1），42CrMo碳当量在0.69%～0.87%，Q345B碳当量小于0.45%。CE≤0.45%，钢件淬硬倾向不大，焊接性良好；CE＞0.45%，工件淬硬性强，冷裂倾向明显。可见，当42CrMo与Q345B异种钢焊接时，工件焊接性差，在焊缝熔合区和近42CrMo侧热影响区极易产生冷裂纹。

如图1所示，板材为中厚板材，主轴为实心棒材，焊接时拘束度大，焊缝无自由收缩空间，故焊缝中会有较大的拉应力。图一中件1主轴和件3轴承座的连接焊缝所开为K型坡口，往往容易在根部因铁水熔合不好，形成一个应力集中源。

同时由于为冬季施焊，散热速度加快，工件内、外温度梯度增大，将加大淬硬组织出现的几率。

1.2 焊接工艺方法分析

（1）焊接方式和焊接参数确定。参考既往普通钢材焊接的经验，42CrMo钢与Q345B钢采用MAG、SMAW、TIG、SAW等焊接方法均可，本例中采用半自动MAG焊。焊材按就低原则选用ER50-6/Ф1.2焊丝，并采用多层多道焊接，以使后道焊缝对前道焊缝起到一个回火的作用，对消除应力和淬硬组织、提高组织稳定性有一定的效果；同时控制层间温度250～350℃，焊接热输入≤1.5KJ/mm。最终焊接工艺参数确定如下表1：

表1 气体保护焊接工艺参数表

（2）热处理方法分析。42CrMo材质淬硬倾向明显，对工件进行焊前预热和焊后热处理是保证焊接质量的重要工艺措施。

焊前预热可以减慢焊缝及热影响区的冷却速度，有利于避免产生淬硬组织，便于焊缝和热影响区氢的逸出，防止裂纹的产生。预热的最低温度根据母材化学成分、热处理条件、工件形状和大小进行确定。42CrMo从奥氏体转变为马氏体的起始温度Ms点大约在310℃，理想的预热温度应比Ms点稍高15～25℃，同时考虑工件体积较大，且为冬季施工，热量损失加大，可适当提高预热温度。最终确定预热温度为350±10℃。

焊后热处理应在焊接完成后立即进行，使工件在高温区停留时间充分，便于焊缝和热影响区的扩散氢逸出，同时使工件在受热和冷却阶段连续、均匀进行，达到消除焊接应力和淬硬组织的目的。最终选择退火温度为620±10℃。

（3）焊接注意事项。1）因主轴在焊前已进行调质处理，表面覆盖一层较厚氧化皮，焊前必须安排喷砂或喷丸工序，彻底清除主轴表面氧化层；2）焊接过程中，采用保温石棉对待焊区进行覆盖保温，配合便携式远红外测温仪进行监测，必要时架设多把火焰喷炬对工件进行环形加热，以缓和温度梯度，降低内应力，避免产生淬硬组织；3）图1中件1主轴和件3轴承座在铆焊定位时，均匀保持2～3mm焊缝间隙，保证此处焊缝焊透；4）工件热处理完成后，对焊缝区和热影响区进行了磁粉探伤，同时对热影响区进行了超声波探伤，未发现缺陷，检测合格。

2 花键机加工艺分析

（1）花键加工难点。该外花键采用德标制作。由于受工件结构和外形尺寸、公司设备所限，无法采用传统的插齿、滚齿等方式加工外花键。而购买一套德标成型刀具价格偏高，此件为试制产品，尚无批量，经济上不划算。

（2）数控铣花键工艺分析。综合考量，最后确认采用CNC数控铣外花键。具体加工工艺为：先用薄板试制，CNC编程后在薄板上铣加工外花键，将其与减速机上内花键配装，用塞尺检验内、外花键装配间隙。通过多次程序修正，达到内、外花键各处装配间隙≤0.03mm的效果。最终套用此程序对中心轴上外花键进行铣加工成形。

工件加工完成后经试装检验合格，证明按此工艺方法加工后的工件装配性良好，完全满足设计要求。

3 结论

（1）本例中10米浓密机中心驱动轴是42CrMo和Q345B异种钢焊接，冬季冷天气施工时采用CO2气体保护焊、焊前350±10℃预热、焊后620±10℃热处理的焊接工艺合理可行。

（2）综合设备、工具、加工成本等多方面因素考虑，对于中心驱动轴此类的单件试制产品，采用数控铣外花键的加工工艺，既能满足图纸设计要求，又满足经济合理性的要求。