1问题的提出
破碎机主轴断裂后，另1台也保不准何时会出现问题，万一另1台也在短时间内出现同样的情况，那后果简直就不敢设想，所以必须尽快组织该破碎机主轴的订货事宜。通过询问得知，该主轴进口价格竟然高达230万元，并且交货期也很长（*快要6个月），加上担心再进口主轴还可能出现同样的主轴断裂问题，项目部否定了该主轴的进口计划，决定马上自己组织技术力量对断裂主轴进行研究，充分分析主轴断裂发生的原因，找出主轴断裂发生的病症，探索其国产化的可能性。
2主轴断裂原因分析
这样1根重达30来t的进口主轴竟然会发生断裂，有点不可思议。而现在否定进口计划，决定国产，对笔者来说更是一个极大的挑战。但现实已经没有退路，只有迎难而上。首先必须对主轴断裂的原因进行分析，才能对后面的国产化探索和使用提供帮助。
在随后的拆检中我们发现，该主轴断裂部位是发生在轴上部轴径489至轴径630的圆弧过渡区，正是主轴在破碎过程中受弯曲力矩*大的区域。通过对断裂口取样并进行扫描电镜观察分析，确定断裂面是因主轴达到其疲劳极限而产生的疲劳断裂，而非因外力作用过力而产生的脆性断裂。
经充分论证后，得出：该机型因是由42-50型旋回破碎机改型而成，除主轴加长，进料口径增大外，其余部位并未作相应的改动。故由于进料口径的增大，该机的破碎比也较42-50型的大，主轴所承受的破碎力矩也比42-50型的大，按理主轴上部轴径的直径也应相应加大，而事实上改型后的主轴直径却没有加大。同时，由于主轴的长度相比42-50型的也加长了12m，也使得主轴圆弧过渡区所承受的弯曲力矩相应增大。这样，与42-50型旋回破碎机相比，50-65型破碎机主轴圆弧过渡区在破碎过程中所承受的弯曲力矩要大得多，这便加速了轴径的疲劳损坏，增加了主轴断裂发生的可能性。而主轴圆弧过渡区本来就是主轴应力*为集中的区域，如若主轴因达到其弯曲疲劳极限而产生断裂，断裂部位就应该发生在该区域，事实上主轴断裂部位正是发生在此区域。因此，达到弯曲疲劳极限就是主轴发生断裂的主要原因。
3国产化探索
31结构改进分析
确定主轴发生断裂的主要原因之后，接下来要做的就是寻找防止主轴断裂的方法：要防止主轴断裂，就是要延长主轴疲劳极限到来的时间，也即增大主轴的抗弯强度，降低主轴过渡圆弧区的应力集中系数。
要增大主轴抗弯强度，在主轴长度无法改变的情况下，就必须加大主轴上部轴径尺寸和过渡圆弧圆角尺寸。但加大主轴上部轴径尺寸会带来一连串其他相关零件的尺寸改动问题，实际上行不通，所以只能是加大过渡圆弧圆角尺寸。而降低主轴应力集中系数也是在应力*为集中的过渡圆弧区，所以对该轴的结构改动就全部集中在此过渡圆弧区。
通过我们的精确计算，确定可以将主轴过渡圆弧圆角尺寸由原来的R160mm加大到R285mm，而不影响其它零件的装配。因此，主轴过渡圆弧圆角尺寸可确定为R285mm.另外，加大过渡圆弧圆角尺寸理论上是可以改善主轴过渡圆弧区的应力集中系数，但经过我们的详细计算发现：由于原过渡圆弧圆角尺寸r与主轴小端轴径d的比值r/d=160/489=032>025，通过查阅机械设计手册得知，当r/d的值大于025以后，单纯的加大过渡圆弧圆角尺寸已不能降低该区的疲劳缺口应力系数，也即加大过渡圆弧圆角尺寸对降低该区的应力集中状况已经没有作用。那么只能通过提高主轴过渡圆弧区的强度和表面精度来降低该区的应力集中系数。
提高过渡圆弧区的强度也即提高整轴的强度，提高主轴的整体机械性能，这可以通过选择合适的材质和合适的热处理工艺来实现，所以要对现轴的材质和强度做一个检测分析。同时，提高过渡圆弧区的表面精度也需对现轴的表面粗糙度作出实际检测。
32主轴材质分析
1）通过取样并化学分析，并与我国国内合金结构钢牌号相对照，其化学成分近似于合金结构钢40CrMnMo.
2）通过取样并进行机械性能试验
3）通过查阅！机械设计手册，并咨询国内有关厂家，我国现用于破碎机及提升机主轴的材料主要有4种，它们是：20CrNMio，40CrNMioA，40CrMnMo，42CrMo.20CrNMio锻造，热处理性能较好，在采用渗碳，淬火工艺时，可具有韧性好，强度高，与轴承的结合部耐磨损的特点。小型旋回破碎机使用较好，在大型旋回破碎机上应用非常少，特别是这种主轴上端带衬套的结构形式完全没必要采用渗碳，淬火工艺制造；12 2009年2月第2期李必胜，等：进口旋回破碎机主轴的国产化实践探索No.2Feb.2009 40CrMnMo可应用于大型破碎机及提升机主轴，其淬透性好，强度高，韧性好，如能达到性能标准应是很好的选择。但该材料对氢极为敏感，极易产生氢脆即白点，生产工艺中极难控制，故很少选用；42CrMo广泛应用于大型破碎机，提升机主轴，其强度高，韧性好，可用于制造该破碎机主轴，但其韧性略低于40CrNMioA；40CrNMioA同样广泛应用于大型破碎机，提升机主轴，其淬透性好，强度高，韧性好，主要机械性能优于原破碎机主轴。而且其生产工艺成熟，机械性能稳定，替代原轴材质应该是非常不错。经过以上种种分析对比，并咨询洛阳矿山机械研究院有关专家，该轴国产材质应该可以选择40CrNMioA，这也是我们的*终选择。
33制定加工工艺
材质和尺寸确定后，接下来要做的就是怎样确保主轴的加工质量和机械性能，满足使用要求。关键的就是要制定严格的加工工艺并严格实施。
经过仔细研究分析，结合结构改进，我们*终确定了冶炼锻造粗加工探伤热处理半精车二次探伤精车精磨等的主要加工工艺，具体措施如下：
1）冶炼。冶炼采用60t钢锭，进行真空浇注，真空脱气，并采取特殊措施确保浇注和脱气时的真空度及真空时间，化学成分符合JB/T6396-92大型合金结构钢锻件用钢成分标准。
2）锻造。脱模后热送到锻压车间保温，并缓慢升温至锻造温度，整个过程绝对禁止快速升温。采用不低于6000t的水压机自由锻造，锻造比不小于3，锻后需经过1次去氢退火，2次正火处理。正火采用压缩空气四周均匀，快速冷却，以确保晶粒细化，并消除氢脆现象。
3）粗加工。选在C61160卧式车床上进行粗加工，并留有足够的半精车余量。
4）探伤。粗加工完毕后，需对工件进行表面裂纹和内部缺陷探伤，探伤标准执行锻件超声波探伤质量标准Q/LK905-92符合轴类锻件中提升机主轴的要求。
5）热处理。在3M%6M台式热处理炉中进行。设计热处理硬度为HB263-293.650&保温4h，860&保温10h，油冷2h，空冷15min，油冷1~15h，480&~ 500&保温20h，350&保温4h，冷却至250&. 6）机械性能检测。本体取样，检测标准执行大型合金结构钢锻件机械性能标准JB-T6396-92中关于40CrNMioA机械性能的要求。
7）半精车。半精车时预留精车余量。
8）第二次探伤。标准同上。
9）精车。按图精车，满足图纸要求。
10）精磨。精磨R285过渡圆弧表面并碾压，该表面不得有任何微细划痕。
11）镗。钻屑各孔，并攻丝；去毛刺，倒棱边，工序完成。
改进后的50-65主轴上部结构加工见图2：图2改进后的主轴上部结构示意（单位：mm）
34加工图纸和加工工艺
方案确定后，由项目部委托洛阳矿山机械厂实施加工。该厂是具有大型机械主轴加工能力的大厂，加工及检测设备齐全。选择该厂，主轴的加工质量是完全能够得到保证的。同时，项目部也派出1名技术人员常驻该厂，对主轴的加工过程实施全程监控。在经历了30多d的加工后，新的主轴终于从该厂加工出来，同时，各项检测报告表明均符合相关标准，国产加工获得了完全成功。
4应用主轴加工出来后，于2002年7月11日安装到50- 65M-II旋回破碎机中并投入运行。至今，该主轴已连续运行了近5000h，并未发现任何异常。证明50-65M -II旋回破碎机主轴的国产化实践探索取得了成功。
5结语
此次50-65M-II旋回破碎机主轴国产化的成功，有几点值得我们总结：首先，保护好**现场或掌握**手资料至关重要。此次主轴发生断裂后，及时地采取了保护措施，特别是对断口实施了保护，这为后面对断面进行金相分析保存了*真实的状况，保证了金相分析的准确。
其次，要尽量多的获取原始资料，以利作出正确的分析判断和正确的设计思路。对于该轴，做了大量可以做的试验，以期获取较多的原始资料。包括化学成分，机械性能，金相组织，表面粗糙度，硬度检测等等。甚至连设备出厂情况都做了了解和分析。
第三，要胆大心细，冲破束缚，敢于挑战。该轴断裂以前，一直认为我国在原材料和热处理工艺上与国外相比存在较大差距的，许多零件是不可能由国内生产的，此次主轴断裂后，也是无奈之下选择了国产化探索。正是这次无奈，使得我们打破了原来的认识，敢于分析国外的工件，敢于相信国内的材料及加工手段。通过努力，该轴的国产化实践是成功的。
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