一種油缸內(nèi)孔修復(fù)工藝研究

王孝杰，陳凱，吳傳印

(兗礦東華重工有限公司，山東 鄒城 273500)

液壓支架對(duì)頂板的支護(hù)主要依靠立柱的工作阻力實(shí)現(xiàn)，其他的輔助動(dòng)作要通過(guò)千斤頂去執(zhí)行，因此立柱和千斤頂（以下統(tǒng)稱油缸）是支架的重要部件。油缸維修周期和質(zhì)量決定了液壓支架的維修周期及性能，在井下服役之后，升井大修的油缸缸筒，發(fā)現(xiàn)大部分缸筒內(nèi)壁都存在不同程度的銹蝕、銹坑、磨損，尤其是趙樓礦升井的支架油缸缸筒內(nèi)壁。采用珩磨去除銹坑、劃傷至無(wú)缺陷，通常加工去除0.5mm 甚至2mm?，F(xiàn)階段采用低溫鍍鐵工藝處理缸筒內(nèi)壁出現(xiàn)的銹坑或劃傷，但低溫鍍鐵鍍層與機(jī)體非冶金結(jié)合，在油缸往復(fù)動(dòng)作試驗(yàn)5000 次后出現(xiàn)鍍鐵層脫落，不能有效保證維修質(zhì)量，而且不符合綠色環(huán)保的要求。但是內(nèi)孔熔覆工藝熔覆層與基體成冶金結(jié)合，熔覆過(guò)程中缸體熱變形量小，可以修復(fù)內(nèi)孔形狀尺寸，同時(shí)可采用銅基熔絲進(jìn)行熔覆，提高缸筒內(nèi)壁的耐腐蝕及耐磨性能，因此，對(duì)內(nèi)孔熔覆工藝技術(shù)進(jìn)行研究成為一個(gè)亟需解決的再制造課題。

1 內(nèi)孔熔覆工藝優(yōu)勢(shì)

（1）對(duì)安全、環(huán)境、健康的影響性分析。本項(xiàng)目的實(shí)施不會(huì)改變對(duì)環(huán)境的影響，同時(shí)，內(nèi)孔熔覆再制造技術(shù)可使大量的廢舊產(chǎn)品得到再生，符合節(jié)能降耗、綠色環(huán)保的要求。內(nèi)孔熔覆生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的煙塵，可利用煙塵凈化器進(jìn)行處理，達(dá)到環(huán)保要求，同時(shí)降低煙塵對(duì)作業(yè)人員人身健康的傷害。

（2）經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益分析。該項(xiàng)目完成后，能夠擴(kuò)展油缸內(nèi)壁的修復(fù)途徑、方法，使得原本因劃傷、銹坑嚴(yán)重而無(wú)法修復(fù)的油缸得到有效的修復(fù)。集團(tuán)公司各礦井現(xiàn)有使用支架存量較大，東華重工再制造分公司每年的支架維修量達(dá)到1800 架，其中部分立柱按照檢修標(biāo)準(zhǔn)在沒(méi)有修復(fù)方法的情況下將無(wú)法使用報(bào)廢處理，通過(guò)內(nèi)孔熔覆修復(fù)該部分立柱，在提升質(zhì)量的前提下，可節(jié)約部分投入新件的成本。修復(fù)舊油缸，采用不切除缸底的工藝進(jìn)行分析。經(jīng)調(diào)研初步工藝流程如下：①珩磨；②車床找正、車缸口；③鏜孔；④內(nèi)孔熔銅；⑤車缸口；⑥鏜孔；⑦珩磨；內(nèi)孔熔銅效率：0.17 ㎡/h。

6 臺(tái)內(nèi)孔熔覆設(shè)備，按照每天工作24h，一天可完成24 ㎡。按照缸筒直徑360mm 的ZF17000 外缸計(jì)算，修復(fù)比投入新件可節(jié)省費(fèi)用35%；同時(shí)內(nèi)孔熔覆工藝并非普通意義上的修復(fù)，其不僅可以很好的將油缸內(nèi)壁尺寸恢復(fù)到圖紙要求，而且可以根據(jù)不同工況條件，選擇合適的熔覆材料進(jìn)而改變基體表面的性能，從而大大提高修復(fù)質(zhì)量，延長(zhǎng)其使用壽命，減少因油缸故障造成的煤礦人員、運(yùn)輸成本的增加及停產(chǎn)帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失。采用內(nèi)孔熔覆工藝對(duì)油缸進(jìn)行修復(fù)，替代電鍍等落后產(chǎn)能，符合新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換的要求，也可減少對(duì)環(huán)境的污染、破壞。符合促進(jìn)再制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展和循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求，具有良好的社會(huì)效益。

2 熔覆工藝研究

（1）熔覆方法選擇。熔覆方法的選用對(duì)于熔覆有著至關(guān)重要的作用，為了保證構(gòu)件的熔覆質(zhì)量，熔覆方法的選用應(yīng)該滿足沒(méi)有裂紋、夾雜與氣孔的出現(xiàn)。并應(yīng)該使成形美觀、飛濺較小。此外節(jié)約成本、提高效率也是要考慮的問(wèn)題。MIG 焊接幾乎可以焊接所有的金屬，尤其適合于焊接鋁及鋁合金、銅及銅合金以及不銹鋼等材料。焊接過(guò)程中幾乎沒(méi)有氧化燒損，只有少量的蒸發(fā)損失，冶金過(guò)程比較簡(jiǎn)單。

（2）熔覆參數(shù)的匹配性研究。內(nèi)孔熔覆主要是以獲得特定性能的表層、發(fā)揮表面層金屬性能為目的，通過(guò)研究?jī)?nèi)孔熔覆的物理性能、熱過(guò)程、冶金過(guò)程以及熔覆金屬的凝固結(jié)晶與相變過(guò)程，確定內(nèi)孔熔覆工藝的各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)（電流、電壓、熔覆速度等）及注意事項(xiàng)。從而在生產(chǎn)實(shí)踐中正確選擇熔覆金屬材料和熔覆工藝，獲得符合技術(shù)要求的經(jīng)濟(jì)性好的表面熔覆層。①熔覆電流、電壓。通過(guò)對(duì)同一種材質(zhì)的熔絲對(duì)同一工件進(jìn)行熔覆試驗(yàn)，不斷對(duì)電流、電壓進(jìn)行調(diào)試，從而獲得穩(wěn)定可靠的電流、電壓參數(shù)。②熔絲干伸長(zhǎng)度。調(diào)整不同熔絲干伸長(zhǎng)度，進(jìn)行熔覆試驗(yàn)，觀察熔覆過(guò)程及熔覆后的表層外觀質(zhì)量，檢測(cè)加工后的熔覆層性能，獲得最優(yōu)的熔絲干伸長(zhǎng)度參數(shù)。③熔覆速度。調(diào)整不同的熔覆線速度，進(jìn)行熔覆試驗(yàn)，觀察質(zhì)量，檢測(cè)性能，獲得針對(duì)不同直徑工件的熔覆速度參數(shù)。④搭接量。調(diào)整相鄰兩圈搭接量，進(jìn)行熔覆試驗(yàn)，檢測(cè)其加工后的性能，獲得穩(wěn)定可靠的搭接量參數(shù)。

（3）熔覆材料的選擇。熔覆材料的選擇必須考慮兩方面的問(wèn)題：一是不能使焊縫產(chǎn)生裂紋等熔覆缺陷；二是使熔覆接頭能滿足使用性能要求。根據(jù)不同要求及使用條件，選取普通碳鋼、不銹鋼、銅基熔絲等不同材料和性能的熔絲進(jìn)行熔覆試驗(yàn)，檢測(cè)其加工后的耐磨、耐蝕性能，形成選材參照，為不同熔絲材料的選取積累數(shù)據(jù)。

3 熔覆層性能

通過(guò)采用摩擦磨損測(cè)試技術(shù)、拉伸試驗(yàn)技術(shù)、金相組織分析及應(yīng)力測(cè)試分析等多種檢測(cè)技術(shù)，研究熔覆層的硬度、耐磨性、粗糙度、金相組織等性能，并與工件使用環(huán)境進(jìn)行對(duì)照，對(duì)熔覆層性能進(jìn)行判定，積累不同熔覆層的性能參數(shù)。著重研究銅基熔絲材料對(duì)油缸內(nèi)孔防腐、耐磨性能的影響。

4 關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點(diǎn)

（1）關(guān)鍵技術(shù)。①銅基材料熔覆工藝。銅基材料熔覆工藝是將具有一定使用性能的銅基熔絲材料通過(guò)脈沖電源熔敷在母體材料的表面，以賦予母材防腐性能和使零件恢復(fù)原有形狀尺寸的工藝方法。通過(guò)研究獲得電流、電壓、熔絲材料適用性、熔絲干伸長(zhǎng)度、熔覆速度等關(guān)鍵參數(shù)。②缸筒盲孔加工技術(shù)。待修復(fù)油缸均為成品油缸，熔覆件均為盲孔件，且油缸長(zhǎng)度較長(zhǎng)，盲孔較深，通過(guò)對(duì)深盲孔加工設(shè)備、刀具及工藝參數(shù)的研究，獲得深盲孔加工技術(shù)。③微觀組織檢測(cè)技術(shù)。利用金相顯微鏡觀察、鑒別和分析金屬材料微觀組織，為研究不同熔覆參數(shù)下獲得的熔覆層微觀組織及性能，探討組織與性能之間的關(guān)系提供依據(jù)，同時(shí)優(yōu)化并獲得更優(yōu)的熔覆參數(shù)。

（2）創(chuàng)新點(diǎn)。①設(shè)計(jì)制造連續(xù)送絲機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)熔覆全過(guò)程自動(dòng)高效、無(wú)接頭，避免熔覆中產(chǎn)生熔合不良、氣孔等缺陷。②采用風(fēng)冷、水冷等強(qiáng)制冷卻方式的調(diào)控熔覆溫度，確保熔覆后母材的組織成分、力學(xué)綜合性能原始性能一致，并預(yù)防控制變形量達(dá)到最小限度值。

5 具體實(shí)施方法

（1）調(diào)研、了解內(nèi)孔熔覆技術(shù)的國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀，收集相關(guān)資料。

（2）對(duì)盲孔加工設(shè)備進(jìn)行調(diào)研和引進(jìn)。

（3）制定熔覆前、后機(jī)加工工藝參數(shù)，通過(guò)檢測(cè)、試驗(yàn)，獲得成熟可靠的機(jī)加工工藝參數(shù)。

（4）研究?jī)?nèi)孔熔覆工藝參數(shù)。采用控制變量試驗(yàn)驗(yàn)證法，合理控制電流、電壓、熔覆速度、搭接量等多組變量，尋求最佳工藝參數(shù)，并利用金屬全浸泡試驗(yàn)、硬度測(cè)試、摩擦磨損、拉伸試驗(yàn)等檢測(cè)及微觀組織分析技術(shù)，反復(fù)進(jìn)行周期試驗(yàn)，研究液壓支架油缸缸筒熔覆層質(zhì)量檢測(cè)和評(píng)價(jià)方法。形成完整的理論及試驗(yàn)檢測(cè)體系，為內(nèi)孔熔覆技術(shù)工藝的制定提供技術(shù)支持，獲得穩(wěn)定可靠的工藝參數(shù)。

（5）進(jìn)行工業(yè)性驗(yàn)證，將產(chǎn)品投入現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，不斷的摸索經(jīng)驗(yàn)，培養(yǎng)鍛煉技術(shù)隊(duì)伍，進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)積累。項(xiàng)目總結(jié)驗(yàn)收。

6 現(xiàn)有基礎(chǔ)及技術(shù)條件

（1）兩年來(lái)與多所高校、院所在熔覆工藝及材料等方面保持了良好的交流。

（2）擁有“礦山設(shè)備關(guān)鍵零部件表面強(qiáng)化檢測(cè)中心”。該檢測(cè)中心是集合金粉末材料和礦山設(shè)備關(guān)鍵零部件表面強(qiáng)化涂層為一體的檢測(cè)、試驗(yàn)中心。配置有電感耦合等離子光譜儀、激光粒度分析儀、粉末材料光譜分析儀、金相顯微鏡、龍門(mén)洛氏硬度計(jì)、摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)、鹽霧試驗(yàn)臺(tái)、渦流探傷儀等國(guó)內(nèi)外高、精、尖檢測(cè)儀器。可對(duì)強(qiáng)化涂層的硬度、耐磨、耐腐蝕、厚度等性能進(jìn)行檢測(cè)。內(nèi)孔熔覆與檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合，為礦山設(shè)備內(nèi)孔熔覆再制造技術(shù)工藝的制定、優(yōu)化提供了充分的科學(xué)依據(jù)，為再制造產(chǎn)品綜合質(zhì)量的提高及市場(chǎng)規(guī)模化推廣提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

7 結(jié)語(yǔ)

本文主要介紹了油缸內(nèi)控熔覆工藝實(shí)施方案及其創(chuàng)新之處，該研究達(dá)到了預(yù)期的效果，不管是在安全、環(huán)境、健康方面，還是在經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益方面都產(chǎn)生了良好的反應(yīng)，值得推廣使用。