金属加工世界

2010年1月刊

 

铁姆肯公司工业服务部 许 将，杜 强

 

■摘要：在工业领域：当技术人员发现轴承有损伤时，通常的做法是将此轴承要换下机报废，并使用新的轴承，但此时轴承通常还未达到全部有效经济的使用寿命，可以通过修复技术重新投入使用，事实上，不断改进的轴承设计、材料、轴承维护方法也极大地提高了轴承修复的可靠性，本文介绍了铁姆肯公司已经开展六十多年的轴承修复技术，这一技术已经广泛地应用于航空、交通、水泥建材、冶金、电力、造纸等行业。经验表明：成功被修复的轴承其使用周期不低于新轴承的使用周期，在工业领域内逐渐普及的轴承修复与更换轴承相比，在交货期和成本方面具有更明显的优质。
   

■关键司：轴承；损伤；修复；工艺
　　

1．前言

滚动轴承是大部分机械装置的旋转轴或可动部位支承的重要元件，也是依靠滚动体的滚动实现对主机旋转的支承元件。滚动轴承有许多突出优点，在现代工业中有着广泛的应用。然而，由于材料、润滑、维护等的限制，滚动轴承有其使用疲劳寿命极限。轴承发生损伤或达到寿命后，工业企业大多采取更换新轴承的方法来恢复设备的正常运行。
　　

随着市场竞争和技术的发展，轴承修复技术本身所具有的优势，即在较短时间内花费较少的资金即可再次当作新轴承上机使用，越来越受到工业行业的青睐。这相对于采购新轴承来说，无疑是一个更加经济、更加快捷的生产保障措施。
　　

铁姆肯公司已经开展了六十多年的轴承修复业务，广泛应用于航空、交通、水泥建材、冶金、电力、造纸等行业。2006年以来，铁姆肯公司在中国的修复中心也已经为水泥、钢铁、造纸等客户修复轴承达到6800余套，其中50%以上为其它进口品牌的轴承。经验表明：修复后的轴承其使用周期完全能达到新轴承的同等使用周期要求。而且轴承修复与新品轴承采购相比在交货期和降低成本上更具有突出的优势。
　　

2．轴承修复的必要性
轴承损坏会使整个运转系统遭受损失，结果则会造成额外的成本支出、维护工作的增加、延长非正常的停机时间。在大多数传统的工业应用中，轴承会在它还没有达到其完全的使用寿命时被报废，导致成本增加和无形的浪费。轴承修复则可以将轴承寿命延长，成为除采购新品外另一个经济理想的选择。
　　

轴承修复技术在国内外工业领域正逐渐普及，向客户提供了增值性的服务。改进轴承的设计、钢的纯净度、维护方法和修复工艺逐步提高了其潜在的优势。
　　

2.1．技术可行性
最初轴承设计考虑了其使用和应用条件来确定相对应的使用寿命和疲劳寿命。但是由于不正确的安装、污染物、不充分的润滑或偏心等因素导致轴承实际的寿命通常都达不到预期的运行时间（见图一）。事实上，在工业应用中仅有不到10%的轴承的寿命达到了L10标准（设计寿命）。
　　

技术、材料、状态检测、可靠性维护工艺以及加工工艺等方面的改进，使得轴承修复在技术上成为可能。
　　

从技术上来说，轴承修复正是将轴承发生损伤的部件进行修复或更换，以达到新轴承的状态要求。如：经过长期使用后的轴承，滚动体、滚道、柱销等部件不可避免地存在疲劳损伤，轴承修复过程中，通过磨削滚道、更换滚动体、柱销等部件，将轴承全面修复。这样其功能性部件或表面完全符合新轴承的使用要求。
　　

2.2 市场可行性
随着行业竞争的加剧，各生产企业想尽办法来降低设备维护和生产成本，以提高产品的市场竞争力。而另一方面，随着钢材等原材料的价格攀升，轴承的价格不断上涨已成为工业企业主要生产成本增长的原因。
　　

相对于制造新轴承，高质量的修复工艺能在1/3的时间内将轴承恢复到新轴承的使用状态。与采购新轴承相比，轴承修复技术可帮助工业企业节省至少40%甚至更高的采购成本，而在正常的使用维护下，修复后的轴承完全可以达到新轴承的使用性能。
　　

这样以来，轴承修复具备非常良好的市场可行性。

2.3 节能必要性
与新轴承制造相比，轴承修复更符合环境保护的要求，需要较少的能源投入并减少原料的消耗和浪费。新轴承制造的主要能源消耗包括钢材、锻料、热处理和磨加工，而这些能源都可以通过轴承修复而节省下来。
　　

除了成本和时间上的节省外，轴承修复最有可能实现轴承的寿命循环。权威研究机构的研究表明：修复后，轴承的使用周期可以与新轴承的使用周期相同。修复后的轴承重新使用的是已被证实的可靠轴承钢材料，因此更加降低了轴承材料失效的风险。更换的部件所使用的材料和公差必须符合原始制造商或同等规范，而不符合原始制造规范的修复都将增大过早失效的风险。
　　

3．轴承的损伤
一旦轴承发生损伤，必须经过一个非常严格的检测过程来判断该损伤的轴承是否可以修复。待修轴承必须全面清洗，然后进行非常严格的全面检测。首先是检测轴承的主要损伤，如是否存在裂纹、大的剥落和过热变色等，存在这些损伤的轴承很可能无法修复而必须报废。
　　

3.1 轴承的主要损伤类型
轴承损伤原因主要有以下几个方面：
　　

●化学损伤：蚀刻、锈蚀、腐蚀斑、生锈或磨损侵蚀
●热损伤：变色或裂纹
●电流损伤：烧伤、凹槽或蚀损斑
●机械损伤：疲劳、裂纹、剥落，破裂、划痕、微剥落、污点、布氏硬度、缺口、磨损、安装损伤、偏心或润滑失效
　　

3.2 损伤轴承的表现
通过状态监测和常规检查可以提早发现轴承运转是否存在问题，认真的检查可以帮助确定轴承是否需要进行修复，例如：

●轴承是否已接近或超过预期的寿命
●工作温度是否超过华氏200度（93.3摄氏度）
●轴承运转是否存在过大的振动
●润滑和温度是否突然改变
●轴承是否存在过大的运转噪音
●轴承密封是否出现较大损坏
　　

很多资料可描述损伤，并提供一些原因分析，这些有助于改进后续轴承的使用，但不能界定损伤与是否可修的关系。详细检测的同时可以进行损伤评估和原因分析。
　　

4. 可以修复的轴承
虽然轴承修复有很多好处，但对于损坏的轴承来说，修复并不总是最佳的选择。正确利用轴承修复技术取决于轴承是否需要修复，以及从货期和经济性上考虑哪种修复方案最佳。
　　

从修复工具上来说，修复的局限性在于轴承的最大、最小尺寸和产品类型。有很多不同类型的修复供应商，范围从因工作范围和知识限制的小设备到无限范围产品和服务的大轴承制造。
　

修复范围也限制了可修复轴承的尺寸，但是不管原始制造商是谁，所有类型的轴承都可以修复，包括：

●圆锥滚子轴承
●调心滚子轴承
●圆柱轴承
●球轴承
●止推轴承
●交叉滚子轴承等
　　

受过专业培训的人员可以判定轴承是否需要修复。通过及时地常规检查、预防性维护和振动分析等维护手段可恰当把握修复时机，从而帮助工业企业经济地修复受损伤的轴承。
　　

5. 轴承修复工艺方法
当修复件到达修复中心后，所有的轴承会经过彻底的清洗，然后解体，同时修复工程师将会记录轴承信息和实际的内部游隙，并完成解体并标注唯一的识别号，然后，会对所有的轴承组件做详细的检查。检查包括：主要损伤问题，如裂纹、剥落或热损伤，来判定轴承是否可修。综合检查结果后将确定修复方案。
　　

此外，修复中要全面测量内孔的外径和轴承宽度等指标，判定损伤类型和程度来决定轴承是否可修和合适的修复方案。
　　

不同行业和应用要求不同的轴承修复服务，铁姆肯公司有7种不同类型的轴承修复方案服务于各类型的客户，以实现可靠的轴承修复，但是总体上，轴承修复服务分为下面三种。
　　

●修复类型I：主要针对新轴承或损伤较小的轴承。包括：清洗检测、总体评估、轻微损伤的处理、游隙设定与更改等。
　　

●修复类型II：主要针对使用时短时间内发生表面损伤的轴承。 包括：清洗检测、总体评估、解体、滚道及滚动体表面处理、游隙设定与更改等。
　　

●修复类型III：主要针对需要全面修复的各类损伤的轴承。包括：清洗检测、总体评估、解体、滚道疲劳层去除、滚动体更换、保持架加工或更换、游隙设定与更改等。
　　

简而言之，类型I：检验、清洗、鉴定。类型II：维护保养或表面精磨修复工艺。损伤更大的轴承则需要进行类型III修复，即再制造的修复工艺。这类级别的修复包含了更多的工艺，例如重磨滚道面，更换滚动体和保持架组件，甚至更换更多轴承部件。通常，滚道面的重新磨削需要加大滚动体直径来补偿几何尺寸和游隙，这样可以保证轴承径向游隙。而圆锥滚子轴承因其特殊性，加大滚动体或新隔圈等可以保证轴向游隙。
　　

修复类型III原则上适用于较大尺寸的轴承。轴承尺寸较小或经常报废的小轴承如果有批量也可以进行修复。清洗、检测和表面精磨可以使这些用过的轴承恢复到新品的使用性能，而费用仅仅是更换新品成本的一小部分。
　　

根据现场条件和损伤程度，某些修复是可以在现场进行的，但是，现场修复适用于维护保养性修复，但不适用于再制造修复。
　　

当修复方案确定并且修复完成后，轴承会被重新组装并包装以便保存和运输。通常，修复后会进行终检来保证设计时的组装标准。不同的供应商执行不同级别的检查和包装。
　　

6 轴承修复的效果
经过正确的修复，修复后的轴承性能与新轴承相同。其游隙等各项精度参数皆可达到新轴承的要求，重要的是懂得和辨识损伤程度来选择正确的修复方案。例如，表面精磨处理可以清除一定的轻微损伤，但无法清除真正的疲劳层，无法清除因碎片引起的凹陷或磨损。因此，如果仅对轴承做表面精磨处理，一般不适合损伤严重的轴承。而如果经过全面的再制造修复工艺，则轴承的疲劳层被彻底清除，而滚动体也要进行全面的更换，保持架等也要进行全面的整理，这样轴承完全可以达到新轴承的性能要求。

　

图二为修复前后的效果对比。
　　

7 案例分析
7.1 背景
某著名钢铁企业冷轧磨辊车间，承担着为冷轧生产线提供轧辊轴承总成的重要职责，直接关系到各条冷轧生产线的正常运行。由于转动的轧辊要和轴承配合，而轴承的好坏直接决定着轧辊及轧制产品的稳定性，如果因为轴承在机发生故障造成设备无法正常运转，冷轧机及后续生产线很可能就要停下来，从而造成无法估计的损失，因此轴承运转可靠性非常关键。
　　

该生产线选用轧辊轴承主要为四列圆锥滚子轴承，孔径大于350mm，属于大尺寸轴承范畴。由于轴承使用寿命受工况条件影响，而轧钢时，轧机的工作条件可以称得上“极度恶劣”，所以轴承每年都在检测保养后有一定数量的更换，而且每年近千万轴承更换费用对于生产成本也形成了非常大的的压力。但是出于对修复后轴承质量的担心，该车间并不敢尝试进行轴承修复。
　　

2006年中旬，该生产线中的轧机工作辊轴承在日常清洗维护检查中发现有严重的滚动体剥落，无法再次上机使用，但是供应商告知, 新订购的轴承交货要推迟6个月，生产线的顺行面临着威胁，综合各方面因素考虑，该钢铁企业决定将4件轴承送至铁姆肯公司轴承修复中心。
　　

7.2 轴承损伤情况
经过全面严格的检验发现，该轴承使用时间较长，滚动体和滚道面存在疲劳，但是原始材料情况良好。
　　

外滚道：磨损、锈斑、麻点、生锈。详见图三

　　

内滚道：磨损、锈斑；滚子：磨损、凹陷、锈斑、麻点、严重剥落、锈斑；
　　

保持架：磨损、锈斑。详见图四。

　　

7.3 修复工艺
基于损伤情况，铁姆肯公司制定了严格的修复流程，主要的修复工艺包括：
　　

●内滚道修复

●内滚道检查及测量
●确定外滚道磨削尺寸及更换的滚动体尺寸
●外滚道修磨
●滚道检查及检查确认
●新的滚动体制造
●游隙确认及调整
●最终装配
●轴承包装
　　

7.4 使用结果
2个月后，修复一新的轴承交到了该磨辊车间，轴承滚道进行了全面的磨削，更换了全部滚动体，对于游隙进行了调整，恢复到新轴承的精度要求。见图五。

　　

在轴承维护人员的严格检查后，该轴承装入了轴承座，并装配上机使用。在机使用6个月后，拆检发现，轴承表面和精度指标良好，轴承再次装机使用。截至2009年11月，该轴承仍然在运转使用中。而此套轴承的全部修复费用仅仅相当于采购新轴承的约50%。
轴承成功修复以后，该磨辊车间大量开展轴承修复，并且在该钢铁集团内的热轧、炼钢、炼铁、高线等更多的生产部门进行推广，节省了非常可观的生产备件采购费用。
　　

8 结论
轴承修复业务正逐渐得到普及，铁姆肯公司轴承修复中心在中国已经修复了6800余套各种品牌，各种类型的轴承，广泛地应用于钢铁、有色、水泥、造纸、电力等行业。
　

铁姆肯公司高质量的轴承修复技术可以提供以下服务：

●全方位的服务选项
●丰富轴承使用经验指导
●更换原始设备制造商标准的部件
●与新轴承性能相匹配的产品
●质保和服务
●可靠的质量承诺书
　　

经过修复后的轴承在设备上稳定运行，轴承修复技术的可靠性和经济性正在逐渐得到全面的验证。此外，与报废和采购新轴承相比，轴承修复具有非常突出的资源节约、节能减排的社会意义。