艉管襯套加工的溫度修正方法

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(南通中遠(yuǎn)川崎船舶工程有限公司，江蘇 南通 226005)

艉管襯套(這里針對(duì)白合金襯套)為船舶軸系的重要組成部分。襯套通過外力壓入艉軸管內(nèi)[1]。壓力過大會(huì)引起巴氏合金變形甚至損壞巴氏合金；壓力過小配合不夠緊密，會(huì)影響襯套的使用壽命，甚至于無法達(dá)到使用目的。襯套和艉管之間的過盈量在0.01～0.05 mm之間[2]。襯套的尺寸與時(shí)間、地點(diǎn)、環(huán)境溫度、放置狀態(tài)存在著一定的聯(lián)系。襯套加工過程中的溫度修正也成為必不可少的環(huán)節(jié)。本文擬推薦一種簡(jiǎn)單易行的溫度修正方法。

1 測(cè)量時(shí)的溫度記錄

由于加工地點(diǎn)、加工時(shí)間與艉管地點(diǎn)、測(cè)量時(shí)間不同，襯套與千分尺的線膨脹系數(shù)不同，襯套與艉管的溫度變化量不同，會(huì)導(dǎo)致襯套與千分尺的不同變化，所以要考慮溫度修正[3]。

首先對(duì)艉管內(nèi)徑進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量時(shí)記錄艉管的左右舷溫度，左右舷溫度相差過大(超過3 ℃)也不宜測(cè)量。同時(shí)記錄測(cè)量時(shí)的大氣溫度，大氣溫度被認(rèn)為是內(nèi)徑千分尺的溫度。加工襯套時(shí)記錄襯套的溫度和環(huán)境溫度。襯套的測(cè)量是用外徑千分尺，必須與測(cè)量艉管的內(nèi)徑千分尺立即合尺，以內(nèi)徑千分尺的讀數(shù)為準(zhǔn)。艉管左右舷溫度平均值記為t1；艉管測(cè)量時(shí)環(huán)境溫度記為t2；襯套溫度記為t3；襯套加工環(huán)境溫度記為t4。

一些船廠僅記錄環(huán)境溫度，認(rèn)為加工時(shí)環(huán)境溫度的變化就代表了襯套的膨脹和收縮，這是不對(duì)的。因?yàn)橐r套或者艉管和環(huán)境溫度并不相同。

2 溫度修正計(jì)算方法

根據(jù)所記錄的溫度，可以對(duì)襯套加工量進(jìn)行修正計(jì)算。艉管與襯套的材料相當(dāng)，按照中碳鋼查出線性熱膨脹系數(shù)，這里先用K1代替。千分尺的線性熱膨脹系數(shù)用K2代替。那么可以通過式(1)計(jì)算得出襯套需要繼續(xù)加工的修正當(dāng)量，用X表示。

X=K1(t1-t3)+K2(t4-t2)

(1)

式(1)為參考日本川崎重工坂出工場(chǎng)資料，修正當(dāng)量X為襯套直徑為單位長(zhǎng)度時(shí)繼續(xù)切削的修正量。不同直徑D的修正量為XD。

金屬材料的線性熱膨脹系數(shù)在不同的溫度變化范圍下，會(huì)有不同。這里主要利用常溫下的線性熱膨脹系數(shù)[4]。參考日本川崎重工坂出工場(chǎng)資料，式(1)中取K1(鑄鐵)= 10.5×10-61/℃，K2(工具鋼)=11.5×10-61/℃。

3 溫度修正圖示法

使用方格紙，以艉管內(nèi)徑為橫坐標(biāo)，以溫度修正量為縱坐標(biāo)，繪制不同溫度變化曲線。根據(jù)襯套或者千分尺的膨脹系數(shù)繪出對(duì)應(yīng)各自溫度變化量的膨脹率曲線，見圖1。左側(cè)為艉管或者襯套的膨脹曲線，右側(cè)為千分尺的膨脹曲線，其中每條曲線對(duì)應(yīng)每1 ℃。

根據(jù)圖中曲線可以很直觀地查出艉管與襯套的相對(duì)變化量Δ1、測(cè)量艉管和測(cè)量襯套時(shí)千分尺溫度變化后千分尺的相對(duì)變化量Δ2, 定義：

圖1 溫度修正

(2)

式中：t1——艉管溫度；

t2——測(cè)量艉管時(shí)千分尺溫度；

t3——襯套溫度；

t4——測(cè)量襯套時(shí)千分尺溫度，此處千分尺溫度指大氣溫度。

判斷和修正方法見表1。

表1 切削量判斷表

舉例說明，10 000 TEU集裝箱船襯套直徑為1 300 mm。通過測(cè)量艉管溫度t1為18 ℃，艉管測(cè)量千分尺溫度t2=19 ℃，襯套溫度t3=21 ℃，測(cè)量襯套時(shí)千分尺溫度t4=23 ℃。從圖1中作兩條1 300 mm的垂線。計(jì)算出艉管的溫度和襯套溫度的差A(yù)=t1-t3=-3 ℃<0，則看左側(cè)垂線與3 ℃線的交點(diǎn)的橫坐標(biāo)，查得0.041，即襯套的修正量為0.041 mm。再計(jì)算出測(cè)量艉管時(shí)千分尺的溫度和測(cè)量襯套時(shí)千分尺的溫度的差B=t4-t2=4 ℃>0，再看右側(cè)垂線與4 ℃線的交點(diǎn)的橫坐標(biāo)，為0.06，即千分尺的修正量為0.06 mm。將0.041 mm與0.06 mm的修正量進(jìn)行疊加，根據(jù)表1中的CASE4，得出總的修正量為-0.041+0.06=0.019 mm，從而判斷襯套應(yīng)該比預(yù)期更多切屑掉0.019 mm。

是繼續(xù)切削還是留一定量不加工絕對(duì)不能弄錯(cuò)，如果搞反，將導(dǎo)致比不進(jìn)行溫度修正的誤差更大。還有一種簡(jiǎn)易判斷法：設(shè)C=A+B，如果C>0就繼續(xù)切削；如果C<0就留一定量不加工；如果C=0就按照決定值直接加工，見表2。

而具體加工或不加工的量，同樣需要根據(jù)圖1查出Δ1和Δ2，然后根據(jù)A、B的符號(hào)，A、B同號(hào)則兩者相加，A、B異號(hào)則兩者相減。

表2 切削正負(fù)判斷表

同樣，上邊的例子可按照表2進(jìn)行判斷。C=A+B=-3 ℃+4 ℃=1 ℃>0，而A<0，B>0即A、B異號(hào)，根據(jù)表2中的CASE2進(jìn)行，應(yīng)該切削0.041 mm與0.06 mm的差即0.019 mm。

但是表2的快速判斷法，在溫度變化不是很大的時(shí)候都是正確的。但是在溫度變化很大且C的數(shù)值不大的情況下，也有出錯(cuò)的時(shí)候。

具體舉例，10 000 TEU集裝箱船襯套直徑為1 300 mm。通過測(cè)量艉管溫度t1=16 ℃，艉管測(cè)量千分尺溫度t2=17.2 ℃，襯套溫度t3=24 ℃，測(cè)量襯套時(shí)千分尺溫度為t4=25 ℃。從圖1中作兩條1 300 mm的垂線。計(jì)算出艉管的溫度和襯套溫度的差A(yù)=t1-t3=-8 ℃<0，則看左側(cè)垂線與8 ℃線的交點(diǎn)的橫坐標(biāo)，查得0.109，即襯套的修正量為0.109 mm。再計(jì)算出測(cè)量艉管時(shí)千分尺的溫度和測(cè)量襯套時(shí)千分尺的溫度的差B=t4-t2=7.8 ℃>0，再看右側(cè)垂線與7.8 ℃線的交點(diǎn)的橫坐標(biāo)，為0.117，即千分尺的修正量為0.117 mm。那么0.109 mm與0.117 mm的修正量進(jìn)行疊加，根據(jù)表1中的CASE4，得出總的修正量為-0.109 + 0.117=0.008 mm，從而判斷襯套應(yīng)該比預(yù)期多切屑掉0.008 mm。如根據(jù)表2，則C=A+B=-8 ℃+7.8 ℃=-0.2 ℃<0，而A、B異號(hào)，根據(jù)表2中的CASE4，繼續(xù)預(yù)留0.008 mm,和表1算出的結(jié)果正好相反。

所以，溫差大的時(shí)候還是按照表1判斷才是準(zhǔn)確的。包括表2中CASE5的情況，如果嚴(yán)格按照表1計(jì)算下來，修正量也不會(huì)是0，但是它的數(shù)值非常接近于0，一般可以忽略。所以，作為快速簡(jiǎn)易方法，還是推薦使用表2的判斷方式。而且，當(dāng)C接近于0時(shí)，就可以考慮不需要進(jìn)行溫度修正，這樣作業(yè)更簡(jiǎn)單。

4 結(jié)論

本文基于溫度對(duì)襯套和千分尺(材料不同)的線性膨脹影響，導(dǎo)致襯套加工過程中尺寸以及切屑量不能直接判斷的問題，采用溫度修正圖表法，形成襯套機(jī)加工溫度修正通用工藝，方便機(jī)加工過程中切屑量的控制，從而達(dá)到襯套機(jī)加工的重要過程控制目標(biāo)，降低了襯套加工的風(fēng)險(xiǎn)。

由于襯套與艉管的配合為偶件配合，所以對(duì)經(jīng)驗(yàn)的要求很大。襯套加工數(shù)據(jù)的確定，最終目的是為了把襯套順利壓入到艉管中。但是，襯套壓入時(shí)同樣存在溫度影響，嚴(yán)格按照溫度修正加工出來的襯套也不一定完全適合。所以今后應(yīng)考慮通過以上方法更多地記錄、總結(jié)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析襯套加工過程中的各種影響因素，研究更準(zhǔn)確的方法，最終實(shí)現(xiàn)無風(fēng)險(xiǎn)安裝襯套。

[1] 王福根.船舶軸舵系裝置[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，2003.

[2] 陸金銘.船舶動(dòng)力裝置安裝工藝[M].北京：國防工業(yè)出版社，2006.

[3] 許寶森.船舶動(dòng)力裝置安裝工藝[M].北京：人民交通出版社，2007.

[4] 李立碑,孫玉福.金屬材料的熱膨脹系數(shù)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2011.