基于再制造的機(jī)床導(dǎo)軌表面激光熔覆修復(fù)關(guān)鍵技術(shù)研究

范君

摘 要：隨著現(xiàn)代機(jī)械制造也的不斷發(fā)展，再制造作為一門新興產(chǎn)業(yè)獲得極大發(fā)展，在工程機(jī)械制造等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。在機(jī)械制造領(lǐng)域的機(jī)床維護(hù)上，機(jī)床表面修復(fù)技術(shù)是再制造技術(shù)在機(jī)床行業(yè)的重要應(yīng)用，是加快企業(yè)向綠色化生產(chǎn)模式的邁進(jìn)。本文在機(jī)床表面修復(fù)理論的基礎(chǔ)上，對表面修復(fù)再制造技術(shù)在機(jī)床修復(fù)中的應(yīng)用進(jìn)行深入的探討，并指出激光熔覆修復(fù)技術(shù)的巨大應(yīng)用潛力。

關(guān)鍵詞：機(jī)械制造 再制造 機(jī)床修復(fù)技術(shù) 激光熔覆

中圖分類號(hào)：TG502.7文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）11（a）-0000-00

1 再制造技術(shù)理論概述

1.1 表面修復(fù)再制造技術(shù)

表面修復(fù)再造技術(shù)廣泛應(yīng)用于機(jī)械制造中，其是再造技術(shù)的重要內(nèi)容，將機(jī)械上因氧化、腐蝕、刮傷、磨損、變形等因素而失去原有性能的零部件，采用先進(jìn)的修復(fù)再造技術(shù)對其修復(fù)再制造，進(jìn)而降低機(jī)械制造中的投入成本。通常來說，對失效的零部件進(jìn)行表面修復(fù)再制造具有諸多優(yōu)點(diǎn)和好處，比如減少原材料及新備件的消耗，對零部件性能的優(yōu)化和提高，解決無備件問題等。

在實(shí)際修復(fù)再制造中，并非所有零部件均適用與此，可用于表面修復(fù)再制造的零部件需滿足以下條件：①對零部件的表面修復(fù)再制造成本要明顯低于更換新部件的成本；②修復(fù)后的零部件在性能的各參數(shù)上滿足實(shí)際需求；③修復(fù)再制造后的零部件壽命周期要滿足生產(chǎn)需求；④修復(fù)再制造的過程要滿足環(huán)保要求，真正實(shí)現(xiàn)綠色制造。修復(fù)方案的選擇需要結(jié)合機(jī)械零部件的實(shí)際情況，通常要考慮以下幾個(gè)因素：①修復(fù)再制造技術(shù)工藝對零部件材質(zhì)的適應(yīng)性；②可修復(fù)的厚度；③修復(fù)覆層與基體結(jié)合強(qiáng)度；④修復(fù)層的耐磨性。

1.2 表面修復(fù)再制造技術(shù)在機(jī)床修復(fù)中的應(yīng)用

表面修復(fù)再制造技術(shù)的諸多優(yōu)點(diǎn)使其在機(jī)床修復(fù)中被廣泛應(yīng)用，而應(yīng)用的范圍通常包括機(jī)床導(dǎo)軌、變速箱軸承孔、油泵柱塞軸、主軸軸承、滑動(dòng)配合面等磨損。衡量機(jī)床表面磨損失效且需修復(fù)再制造的標(biāo)準(zhǔn)通常包括：①機(jī)床隨能正常工作，但部件性能損壞超過規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)；②機(jī)床零件嚴(yán)重失損且無法正常工作；③機(jī)床零部件完全不能工作。從表面修復(fù)再制造技術(shù)在機(jī)床修復(fù)中的實(shí)際應(yīng)用來看，表面損傷失效主要包括磨損失效與腐蝕失效兩種因素。對機(jī)床表面修復(fù)再制造的原則需兼顧性能原則與經(jīng)濟(jì)性原則，其技術(shù)路線如下：①機(jī)床修復(fù)再制造可行性評(píng)估報(bào)告；②機(jī)床修復(fù)再制造目標(biāo)確定；③機(jī)床修復(fù)再制造技術(shù)的設(shè)計(jì)；④機(jī)床修復(fù)再制造的工藝設(shè)計(jì)；⑤機(jī)床修復(fù)再制造的質(zhì)量控制與檢驗(yàn)；⑥技術(shù)培訓(xùn)及配套服務(wù)。

2 激光熔覆修復(fù)技術(shù)

激光熔覆是實(shí)現(xiàn)表面修復(fù)再制造的重要技術(shù)之一，用于零部件表面修復(fù)中具有突出的優(yōu)點(diǎn)，能夠使零部件獲得性能更優(yōu)的熔覆層，使其更加耐磨、耐腐蝕、耐高溫等。激光具有其獨(dú)特之處，可使其能夠通過一系列光學(xué)系統(tǒng)作用聚焦成極細(xì)的的光束，進(jìn)而使其在光斑附近產(chǎn)生極大的能量密度，可在短時(shí)間內(nèi)將物質(zhì)熔化和氣化，最終達(dá)到加工目的。激光熔覆正是基于激光這一特性而發(fā)展出來的一種先進(jìn)的表面修復(fù)再制造技術(shù)，利用高能激光束本身的高能特性將零部件表面快速熔化而凝固成一層具有耐磨性、抗氧化性、耐腐蝕性、高耐熱、高強(qiáng)度的覆層，進(jìn)而達(dá)到零部件表面修復(fù)的目的。按照激光熔覆合金材料的供應(yīng)方式，激光熔覆修復(fù)技術(shù)可以分為兩種，即預(yù)置式激光熔覆與同步式激光熔覆。

3 機(jī)床導(dǎo)軌表面激光熔覆修復(fù)技術(shù)

3.1 常用的機(jī)床導(dǎo)軌表面修復(fù)技術(shù)

機(jī)床導(dǎo)軌作為機(jī)床的基準(zhǔn)部件，為機(jī)床各類功能的順利實(shí)現(xiàn)提供了牢靠的基礎(chǔ)，在機(jī)床加工中，切削負(fù)荷所產(chǎn)生的往復(fù)疊加力往往會(huì)對導(dǎo)軌表面造成磨損、劃傷等缺陷，進(jìn)而應(yīng)先零件加工的精度和尺寸，因此這就需要進(jìn)行機(jī)床導(dǎo)軌表面修復(fù)再制造。在機(jī)床導(dǎo)軌表面修復(fù)的實(shí)際運(yùn)用中，噴焊、電刷鍍修復(fù)、電弧焊是常用技術(shù)，但其對鑄鐵導(dǎo)軌表面有一定的局限性，容易產(chǎn)生咬邊、裂紋、變形等問題，而激光熔覆修復(fù)技術(shù)則可以成功的避免這些問題，使熔覆層與基體結(jié)合更牢固，而且在修復(fù)后的耐磨性、耐腐蝕性、抗氧化性、抗高溫性能等方面具有優(yōu)化提升效果，進(jìn)而使其使用壽命得以延長。

3.2 機(jī)床導(dǎo)軌激光熔覆修復(fù)方案

對于機(jī)床導(dǎo)軌表面激光熔覆修復(fù)，可采用激光熔覆修復(fù)的一般工藝步驟，即粉末材料選擇、設(shè)備選擇與工藝規(guī)程制定。在激光熔覆粉末材料的選擇上，對比鐵鈷鎳基合金粉末特性得知，鈷基與鎳基的自熔性好，鐵基自熔性與抗氧化性差，但成本低，鎳基不耐高溫，但耐腐蝕、耐磨性強(qiáng)，韌性好且抗氧化，鈷基成本較高，但耐熱震、抗蠕變、耐磨耐腐蝕。針對本文的機(jī)床導(dǎo)軌表面修復(fù)，選擇含Ni、Cr、Si、B等元素的鎳基自熔性粉末作為激光熔覆材料，可獲得無裂紋、組織致密、無氣孔夾雜塌陷、硬度高且耐磨耐腐蝕的鎳基涂層。在材料選擇確定之后，結(jié)合實(shí)際實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮托枨?，本文選擇德國IPG公司生產(chǎn)的光纖激光器配備日本川崎激光加工機(jī)器人等其他輔助設(shè)備組成光纖激光修復(fù)成套設(shè)備。機(jī)床導(dǎo)軌激光熔覆工藝規(guī)程為：工況分析→工藝準(zhǔn)備與檢驗(yàn)→工藝實(shí)施→熔覆層檢驗(yàn)→熔覆后機(jī)加工→成品檢驗(yàn)。

3.3 光纖激光修復(fù)成套設(shè)備

為了使本文的修復(fù)實(shí)驗(yàn)操作簡單方便，且能夠?qū)崿F(xiàn)快速修復(fù)，提高修復(fù)效率，光纖激光修復(fù)成套設(shè)備及參數(shù)如下：①光纖激光器，規(guī)格YLS-2000，符合我國用電標(biāo)準(zhǔn)，配備各種借口，可實(shí)現(xiàn)激光器的遠(yuǎn)程控制及系統(tǒng)的集成控制；②激光傳輸系統(tǒng)，配有一根光纖，可彎曲半徑最小200mm，具有自我保護(hù)功能，確保操作安全；③激光熔覆加工頭，實(shí)現(xiàn)光纖傳輸激光的準(zhǔn)直、聚焦；④機(jī)器人系統(tǒng)，日本川崎R系列，Kawasaki RS20N，包括機(jī)器人本體、外部I/O設(shè)備、示教盒、機(jī)器人控制柜、供電電纜；⑤送粉器系統(tǒng)，型號(hào)為DPSF-3，配備側(cè)向送粉噴嘴及調(diào)整機(jī)構(gòu)；⑥冷卻系統(tǒng)，全自動(dòng)控制運(yùn)行方式，提供循環(huán)用冷卻水，具有多項(xiàng)安全保護(hù)功能；⑦筆記本電腦，安裝機(jī)器人相關(guān)驅(qū)動(dòng)程序。

3.4 機(jī)床導(dǎo)軌光纖激光熔覆步驟

本文主要針對某深孔鉆鏜床的導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)段磨損處進(jìn)行激光熔覆修復(fù)，修復(fù)的步驟可大體分為前期準(zhǔn)備階段、激光熔覆工藝實(shí)施階段和后機(jī)加工階段。在準(zhǔn)備階段，需對機(jī)床導(dǎo)軌激光修復(fù)工況進(jìn)行分析，了解工件材質(zhì)，明確熔覆位置、尺寸、形狀及工藝性能要求，并制定詳細(xì)的激光熔覆修復(fù)方法；在工藝實(shí)施階段，按照具體要求將設(shè)備成套組裝并打開控制開關(guān)，然后加冷卻水并設(shè)定水溫，低溫水范圍5-20oC，常溫水10-35oC，之后對設(shè)備抽氣與充氣，本次加工采用氮?dú)?；接著進(jìn)行機(jī)床導(dǎo)軌表面修復(fù)AS程序編程，設(shè)定本次加工的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)，最后啟動(dòng)程序開始激光熔覆修復(fù)工作。在機(jī)后加工階段，對熔覆層進(jìn)行檢測，并對導(dǎo)軌表面進(jìn)行加工處理，包括光潔度打磨等。

4 機(jī)床導(dǎo)軌光纖激光熔覆修復(fù)結(jié)果

機(jī)床導(dǎo)軌激光熔覆修復(fù)之后，經(jīng)檢測導(dǎo)軌多項(xiàng)機(jī)械性能有很大提高，其磨損處涂覆的3處合金熔覆層平均硬度達(dá)到HRC55，便面變形量小，耐磨耐腐蝕性、抗氧化性、耐高溫性能等大大增強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)說明利用光纖激光修復(fù)成套設(shè)備對機(jī)床導(dǎo)軌磨損面進(jìn)行修復(fù)再制造的工藝方法具有可行性，且發(fā)展前景可觀。

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