泵轴的校直
六、泵轴的校直
当轴发生弯曲时，首先应在室温状态下用百分表对整个轴长进行测量，方法如前面所述，并绘制出弯曲曲线，确定出弯曲部位和弯曲度(轴的任意断面中，相对位置的最大跳动值与最小值之差的1／2)的大小。其次，还应对轴进行下列检查工作：
(1) 检查裂纹 对轴最大弯曲点所在的区域，用浸煤油后涂白粉或其他的方法来检查裂纹，并在校直轴前将其消除。消除裂纹前，需用打磨法、车削法或超声波法等测定出裂纹的深度。对较轻微的裂纹可进行修复，以防直轴过程中裂纹扩展；若裂纹的深度影响到轴的强度，则应当予以更换。裂纹消除后，需做转子的平衡试验，以弥补轴的不平衡。
(2) 检查硬度 对检查裂纹处及其四周正常部位的轴表面分别测量硬度，掌握弯曲部位金属结构的变化程度，以确定正确的直轴方法。淬火的轴在校直前应进行退火处理。
(3) 检查材质 如果对轴的材料不能肯定，应取样分析。在知道钢的化学成分后，才能更好地确定直轴方法及热处理工艺。在上述检查工作全部完成以后，即可选择适当的直轴方法和工具进行直轴工作。直轴的方法有机械加压法、捻打法、局部加热法、局部加热加压法和应力松弛法等。下面就一一加以介绍。
1、 捻打法(冷直轴法)
捻打法就是在轴弯曲的凹下部用捻棒进行捻打振动，使凹处(纤维被压缩而缩短的部分)的金属分子间的内聚力减小而使金属纤维延长，同时捻打处的轴表面金属产生塑性变形，其中的纤维具有了残余伸长，因而达到了直轴的目的。
捻打时的基本步骤为：
(1) 根据对轴弯曲的测量结果，确定直轴的位置并做好记号。
(2) 选择适当的捻打用的捻棒。捻棒的材料一般选用45#钢，其宽度随轴的直径而定(一般为15～40mm)，捻棒的工作端必须与轴面圆弧相符，边缘应削圆无尖角(R1=2～3mm)，以防损伤轴面。在捻棒顶部卷起后，应及时修复或更换，以免打坏泵轴。捻棒形状如图所示。
捻棒形状
直轴时，将轴凹面向上放置，在最大弯曲断面下部用硬木支撑并垫以铅板，如图所示。
另外，直轴时最好把轴放在专用的台架上并将轴两端向下压，以加速金属分子的振动而
使纤维伸长。
(4) 捻打的范围为圆周的1／3（即120°)，此范围应预先在轴上标出。捻打时的轴向长度可根据轴弯曲的大
小、轴的材质及轴的表面硬化程度来决定，一般控制在50～l00mm的范围之内。捻打顺序按对称位置交替进行，捻打的次数为中间多、两侧少，如图所示。
(5) 捻打时可用1～2kg的手锤敲打捻棒，捻棒的中心线应对准轴上的所标范围，锤击时的力量中等即可而不能过大。
(6) 每打完一次，应用百分表检查弯曲的变化情况。一般初期的伸直较快，而后因轴表面硬化而伸直速度减慢。如果某弯曲处的捻打已无显著效果，则应停止捻打并找出原因，确定新的适当位置再行捻打，直至校正为止。
(7) 捻打直轴后，轴的校直应向原弯曲的反方向稍过弯0.02～0.03mm，即稍校过一些。
(8) 检查轴弯曲达到需要数值时，捻打工作即可停止。此时应对轴各个断面进行全面、仔细的测量，并做好记录。
(9) 最后，对捻打轴在300～400℃进行低温回火，以消除轴的表面硬化及防止轴校直后复又弯曲。
上述的冷直法是在工作中应用最多的直轴方法，但它一般只适于轴颈较小且轴弯曲在0.2mm 左右的轴。此法的优点是直轴精度高，易于控制，应力集中较小，轴校直过程中不会发生裂纹。其缺点是直轴后在一小段轴的材料内部残留有压缩应力，且直轴的速度较慢。
2、内应力松弛法
此法是把泵轴的弯曲部分整个圆周都加热到使其内部应力松弛的温度(低于该轴回火温度30～50℃，一般为600～650℃)，并应热透。在此温度下施加外力，使轴产生与原弯曲方向相反的、一定程度的弹性变形，保持一定时间。这样，金属材料在高温和应力作用下产生自发的应力下降的松弛现象，使部分弹性变形转变成塑性变形，从而达到直轴的目的。
校直的步骤为：
(1) 测量轴弯曲，绘制轴弯曲曲线。
(2) 在最大弯曲断面的整修圆周上进行清理，检查有无裂纹。
(3) 将轴放在特制的、设有转动装置和加压装置的专用台架上，把轴的弯曲处凸面向上放好，在加热处侧面装一块百分表。加热的方法可用电感应法，也可用电阻丝电炉法。加热温度必须低于原钢材回火温度20—30℃，以免引起钢材性能的变化。测温时是用热电偶直接测量被加热处轴表面的温度。直轴时，加热升温不盘轴。
(4) 当弯曲点的温度达到规定的松弛温度时，保持温度1h，然后在原弯曲的反方向(凸面)开始加压。施力点距最大弯曲点越近越好，而支承点距最大弯曲点越远越好。施加外力的大小应根据轴弯曲的程度、加热温度的高低、钢材的松弛特性、加压状态下保持的时间长短及外加力量所造成的轴的内部应力大小来综合考虑确定。
(5) 由施加外力所引起的轴内部应力一般应小于0.5MPa，最大不超过0.7MPa。否则，应以0.5～0.7MPa 的应力确定出轴的最大挠度，并分多次施加外力，最终使轴弯曲处校直。
(6) 加压后应保持2～5h的稳定时间，并在此时间内不变动温度和压力。施加外力应与轴面垂直。
(7) 压力维持2～5h后取消外力，保温1h，每隔5min将轴盘动180°，使轴上下温度均匀。
(8) 测量轴弯曲的变化情况，如果已经达到要求，则可以进行直轴后的稳定退火处理；若轴校直得过了头，需往回直轴，则所需的应力和挠度应比第一次直轴时所要求的数值减小一半。
采用此方法直轴时应注意以下事项：
(1) 加力时应缓慢，方向要正对轴凸面，着力点应垫以铝皮或紫铜皮，以免擦伤轴表面。
(2) 加压过程中，轴的左右(横向)应加装百分表监视横向变化。
(3) 在加热处及附近，应用石棉层包扎绝热。
(4) 加热时最好采用两个热电偶测温，同时用普通温度计测量加热点附近处的温度来校对热电偶温度。
(5) 直轴时，第一次的加热温升速度以100～120℃／h为宜，当温度升至最高温度后进行加压；加压结束后，以50～100℃／h的速度降温进行冷却，当温度降至100℃时，可在室温下自然冷却。
(6) 轴应在转动状态下进行降温冷却，这样才能保证冷却均匀、收缩一致，轴的弯曲顶点不会改变位置。
(7) 若直轴次数超过两次以后，在有把握的情况下可将最后一次直轴与退火处理结合在一起进行。内应力松弛法适用于任何类型的轴，而且效果好、安全可靠，在实际工作中应用的也很多。关于内应力松弛法的施加外力的计算，这里就不再介绍，应用时可参阅有关的技术书籍中的计算公式。
3、局部加热法
这种方法是在泵轴的凸面很快地进行局部加热，人为地使轴产生超过材料弹性极限的反压缩应力。当轴冷却后，凸面侧的金属纤维被压缩而缩短，产生一定的弯曲，以达到直轴的目的。具体的操作方法为：
(1) 测量轴弯曲，绘制轴弯曲曲线。
(2) 在最大弯曲断面的整个圆周上清理、裂纹的情况。检查并记录好
(3) 将轴凸面向上放置在专用台架上，在靠近加热处的两侧装上百分表以观察加热后的变化。
(4) 用石棉布把最大弯曲处包起来，以最大弯曲点为中心把石棉布开出长方形的加热孔。加热孔长度(沿圆周方向)约为该处轴径的25％～30％，孔的宽度(沿轴线方向)与弯曲度有关，约为该处直径的10％一15％。
(5) 选用较小的5、6 号或7 号焊嘴对加热孔处的轴面加热。加热时焊嘴距轴面约15～20mm，先从孔中心开始，然后向两侧移动，均匀地、周期地移动火嘴。当加热至500～550℃时(轴表面呈暗红色)，立即用石棉布把加热孔盖起来，以免冷却过快而使轴表面硬化或产生裂纹。
(6) 在校正较小直径的泵轴时，一般可采用观察热弯曲值的方法来控制加热时间。热弯曲值是当用火嘴加热轴的凸起部分时，轴就会产生更加向上的凸起，在加热前状态与加热后状态的轴线的百分表读数差(在最大弯曲断面附近)。一般热弯曲值为轴伸直量的8～17 倍，即轴加热凸起0.08～0.17mm时，轴冷却后可校直0.0lmm，具体情况与轴的长径比及材料有关。对一根轴第一次加热后的热弯曲值与轴的伸长量之间的关系，应作为下一次加热直轴的依据。
(7) 当轴冷却到常温后，用百分表测量轴弯曲并画出弯曲曲线。若未达到允许范围，则应再次校直。如果轴的最大弯曲处再次加热无效果，应在原加热处轴向移动一位置，同时用两个焊嘴顺序局部加热校正。
(8) 轴的校正应稍有过弯，即应有与原弯曲方向相反的0.01～0.03mm的弯曲值，待轴退火处理后，这一过弯值即可消失。在使用局部加热法时应注意以下问题：
(1) 直轴工作应在光线较暗且没有空气流动的室内进行。
(2) 加热温度不得超过500～550℃，在观察轴表面颜色时不能带有色眼镜。
(3) 直轴所需的应力大小可用两种方法调节，一是增加加热的表面；二是增加被加热轴的金属层的深度。
(4) 当轴有局部损伤、直轴部位局部有表面高硬度或泵轴材料为合金钢时，一般不应采用局部加热法直轴。最后，应对校直的轴进行热处理，以免其在高温环境中复又弯曲，而在常温下工作的轴则不必进行热处理亦可。
4、机械加压法
这种, 方法是利用螺旋加压器将轴弯曲部位的凸面向下压，从而使该部位金属纤维压缩，把轴校直过来，如图所示。
机械加压法直轴
局部加热加压法
这种方法又称为热力机械校轴法，其对轴的加热部位、加热温度、加热时间及冷却方式均与局部加热法相同，所不同点就是在加热之前先用加压工具在弯曲处附近施力，使轴产生与原弯曲方向相反的弹性变形。在加热轴以后，加热处金属膨胀受阻而提前达到屈服极限并产生塑性变形。
这样直轴大大快于局部加热法，每加热一次都收到较好的结果。若第一次加热加压处理后的弯曲不合标准，则可进行第二次。第二次加热时间应根据初次加热的效果来确定，但要注意在某一部位的加热次数最多不能超过三次。在本节所讲的五种直轴方法中，机械加压法和捻打法只适用于直径较小、弯曲较小的轴；局部加热法和局部加热加压法适用于直径较大、弯曲较大的轴，这两种方法的校直效果较好，但直轴后有残余应力存在，而且在轴校直处易发生表面淬火，在运行中易于再次产生弯曲，因而不宜用于校正合金钢和硬度大于HBl80～190 的轴；应力松弛法则适于任何类型的轴，且安全可靠、效果好，只是操作时间要稍长一些。
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