第三届研讨会获奖论文

时间：2007-10-27 浏览：

中国第一重型机械集团公司维修分公司 （副总工程师） 王英达

中国第一重型机械集团公司于2006年自行研制成功了万吨水压机。这一重大装备的投产，标志着我国核电、水电、火电、石化、煤化、船舶、军工等大型锻件达到新的水平，进入了世界领先行列。

2007年9月初，这台水压机的活动横梁在下移时，发现右侧主缸有滞后现象，而且有越发严重的趋势，9月23日这台万吨钢铁巨人被迫停机检修。经拆卸检查发现，主缸顶部充液阀的主阀杆提升柱塞表面涂层严重剥离损坏。

这台万吨水压机配置的充液阀是从国外某著名厂家进口的，其主阀杆提升柱塞外圆为￠260毫米、长度为800毫米，在滑动表面上采用特种工艺和专利技术制作了一层厚度仅0.15毫米的涂层。

万吨水压机被迫停产，情势严重。经紧急磋商，提出了几种修理方案：
1、向国外购买这个充液阀。经询价要数百万元，且交货期要半年时间。
2、向国外购买柱塞备件。价格昂贵要150余万元，且交货期最早也要三个月。
3、自制柱塞。但材质不清，特别是表面0.15毫米的涂层不知何种材料，更不知其制作工艺方法，有很大难度，且周期最快也要两周左右。
4、自行修复柱塞。想方设法修复柱塞表面破损的涂层，快速恢复万吨水压机生产。
我们决定采用第四种修复方案，经集团公司主管领导批准，并立即实施。

一、充液阀阀杆提升柱塞功能和性能分析

控制油通过换向阀使柱塞上下移动，柱塞带动主阀杆随之提升和下降，实现了充液阀阀口的开启和闭合。也由此使活动横梁在空行程下降时，有大量高位低压水通过开启的阀口充入主缸；而在工作行程压下时，充液阀阀口闭合，少量高压水进入主缸，水压机活动横梁则带动上砧座高压压下，对大型工件实现自由锻造。

由于水压机工作性质及充液阀工作特点决定，该损坏的柱塞表面应有以下特性：

1、必须耐磨。因为水压机活动横梁压下和提升动作频繁，该柱塞也就随之频繁上下移动，而上下移动使其外圆表面势必与高压密封圈组产生剧烈摩擦，如果表面不耐磨，势必造成急骤破坏。

2、摩擦系数必须要小，表面光洁度要高。因为该阀的主阀杆和柱塞外圆表面都装有承受高压的密封圈，如果摩擦阻力过大，势必造成柱塞移动困难。
经过以上综合分析，进口原件外圆表面剥离的0.15毫米涂层应该是一种特殊的耐磨材料。经仪器检测也证实了它是一种非金属复合材料，但究竟是什么材料，由于没有任何资料信息，无从考证。

但根据充液阀主阀杆提升柱塞的工作原理和特性，特别是万吨水压机恢复生产的急迫性，过份地追究进口原件采用何种涂料与何种工艺技术，已显得苍白无力。我们决定用国产的耐磨涂料和自己拥有的粘接技术进行快速修复。

二、耐磨涂料的选择

可供选择的国内耐磨涂料有北京奥宇可鑫公司的自润滑减摩涂料AK02-3、AK02-1；北京天山公司的TS316、TS215；湖北回天公司的 HT316、HT255；北京第一机床厂的BNT-1、BNT-2等等，我们首选了奥宇可鑫的自润滑耐磨涂料AK02-3。

该耐磨涂料主要性能如下： 抗压强度  83 Mpa
                         拉伸强度  54 Mpa
                         剪切强度  24 Mpa     
                         硬   度  84 D

三、修复工艺过程：

表面处理：
我们分析了原装件表面涂层剥离的主要原因是表面处理不好。因此我们将其表面用尖刀车成沟纹状，如附图所示。车深0.3~0.5毫米左右。从而也就将原件0.15毫米的涂层增厚三倍左右。

在车床上车沟纹槽时，不用任何冷却液，不准手摸或污染其表面。同时用负前角尖刀车削，使沟纹毛糙，以便下一步直接粘涂。

配  料：
根据AK02-3产品说明书主料和辅料混合配比的要求，按6：1比例配料。配料是在配料板上进行，首先将称定的主料和辅料放在配料板上，然后用腻刀反复在横、纵方向翻动拉扯，令其混合均匀，并释放混合反应时溢出的气泡。配料在尽短的时间内完成，保证下一步涂敷有充足的时间。

涂  敷：
首先用腻刀沿粘接表面纵向薄薄刮布一层，腻刀要用力，不要裹进空气；涂层要均匀，不要漏涂。然后令机床以最低速度带动工件旋转，用腻刀将涂料沿工件外径圆周方向涂敷。涂敷的厚度应以高出公称尺寸1~2毫米为好。方法是在刀架上夹持一刮板，开动机床刀架纵向移动，将涂料呈圆周方向沿轴向均匀地刮布在工件外圆需要粘接的表面上。

固  化：
为了提高涂层的机械性能，增加其强度，在涂敷一小时后用碘钨灯加热。碘钨灯设置在合适位置上，然后令机床卡盘带动工件低速旋转，使工件表面涂料均匀受热，温度约50℃左右。

加  工：
涂料完全固化后，开始机加工。机加工仍在涂敷时的机床上进行，选择的这台机床加工精度是完全可以满足工艺要求的。首先对工件沿基准外圆重新精确的找正，精度控制在0.01毫米左右,然后进行粗车、精车、精磨、精抛。

粗车选用进口合金刀头，中速车削；精车选用进口陶瓷刀头，低速车削；精磨选用砂带机进行；精抛选用高细度金相砂纸进行。
修复后的柱塞表面光洁度达到0.2微米、圆度0.01毫米、圆柱度0.015毫米、同心度0.015毫米、尺寸公差0.03毫米，达到并超过了进口件水平。

结  论
这台万吨水压机进口充液阀主阀杆提升柱塞修复后，立即返装并一次试压成功。经连续无故障性试验，证明该件修后完全恢复了原有性能，由于采用了特种修复工艺手段，在很大程度上提高了原件的工作可靠性。

我们仅用36个小时，就成功地修复了万吨水压机充液阀，使钢铁巨人又飒爽英姿投入生产。如果等待进口该备件要三、四个月的时间，而且要花费150余万元的高额进口备件费用。更重要的是避免了这台万吨水压机长时间停产的巨大经济损失。

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