基于再制造的機床導軌表面激光熔覆修復關鍵技術研究

范君

摘 要：隨著現代機械制造也的不斷發展，再制造作為一門新興產業獲得極大發展，在工程機械制造等領域發揮重要作用。在機械制造領域的機床維護上，機床表面修復技術是再制造技術在機床行業的重要應用，是加快企業向綠色化生產模式的邁進。本文在機床表面修復理論的基礎上，對表面修復再制造技術在機床修復中的應用進行深入的探討，并指出激光熔覆修復技術的巨大應用潛力。

關鍵詞：機械制造 再制造 機床修復技術 激光熔覆

中圖分類號：TG502.7文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2016）11（a）-0000-00

1 再制造技術理論概述

1.1 表面修復再制造技術

表面修復再造技術廣泛應用于機械制造中，其是再造技術的重要內容，將機械上因氧化、腐蝕、刮傷、磨損、變形等因素而失去原有性能的零部件，采用先進的修復再造技術對其修復再制造，進而降低機械制造中的投入成本。通常來說，對失效的零部件進行表面修復再制造具有諸多優點和好處，比如減少原材料及新備件的消耗，對零部件性能的優化和提高，解決無備件問題等。

在實際修復再制造中，并非所有零部件均適用與此，可用于表面修復再制造的零部件需滿足以下條件：①對零部件的表面修復再制造成本要明顯低于更換新部件的成本；②修復后的零部件在性能的各參數上滿足實際需求；③修復再制造后的零部件壽命周期要滿足生產需求；④修復再制造的過程要滿足環保要求，真正實現綠色制造。修復方案的選擇需要結合機械零部件的實際情況，通常要考慮以下幾個因素：①修復再制造技術工藝對零部件材質的適應性；②可修復的厚度；③修復覆層與基體結合強度；④修復層的耐磨性。

1.2 表面修復再制造技術在機床修復中的應用

表面修復再制造技術的諸多優點使其在機床修復中被廣泛應用，而應用的范圍通常包括機床導軌、變速箱軸承孔、油泵柱塞軸、主軸軸承、滑動配合面等磨損。衡量機床表面磨損失效且需修復再制造的標準通常包括：①機床隨能正常工作，但部件性能損壞超過規定標準；②機床零件嚴重失損且無法正常工作；③機床零部件完全不能工作。從表面修復再制造技術在機床修復中的實際應用來看，表面損傷失效主要包括磨損失效與腐蝕失效兩種因素。對機床表面修復再制造的原則需兼顧性能原則與經濟性原則，其技術路線如下：①機床修復再制造可行性評估報告；②機床修復再制造目標確定；③機床修復再制造技術的設計；④機床修復再制造的工藝設計；⑤機床修復再制造的質量控制與檢驗；⑥技術培訓及配套服務。

2 激光熔覆修復技術

激光熔覆是實現表面修復再制造的重要技術之一，用于零部件表面修復中具有突出的優點，能夠使零部件獲得性能更優的熔覆層，使其更加耐磨、耐腐蝕、耐高溫等。激光具有其獨特之處，可使其能夠通過一系列光學系統作用聚焦成極細的的光束，進而使其在光斑附近產生極大的能量密度，可在短時間內將物質熔化和氣化，最終達到加工目的。激光熔覆正是基于激光這一特性而發展出來的一種先進的表面修復再制造技術，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、高強度的覆層，進而達到零部件表面修復的目的。按照激光熔覆合金材料的供應方式，激光熔覆修復技術可以分為兩種，即預置式激光熔覆與同步式激光熔覆。

3 機床導軌表面激光熔覆修復技術

3.1 常用的機床導軌表面修復技術

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

3.2 機床導軌激光熔覆修復方案

對于機床導軌表面激光熔覆修復，可采用激光熔覆修復的一般工藝步驟，即粉末材料選擇、設備選擇與工藝規程制定。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，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。針對本文的機床導軌表面修復，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，結合實際實驗目的和需求，本文選擇德國IPG公司生產的光纖激光器配備日本川崎激光加工機器人等其他輔助設備組成光纖激光修復成套設備。機床導軌激光熔覆工藝規程為：工況分析→工藝準備與檢驗→工藝實施→熔覆層檢驗→熔覆后機加工→成品檢驗。

3.3 光纖激光修復成套設備

為了使本文的修復實驗操作簡單方便，且能夠實現快速修復，提高修復效率，光纖激光修復成套設備及參數如下：①光纖激光器，規格YLS-2000，符合我國用電標準，配備各種借口，可實現激光器的遠程控制及系統的集成控制；②激光傳輸系統，配有一根光纖，可彎曲半徑最小200mm，具有自我保護功能，確保操作安全；③激光熔覆加工頭，實現光纖傳輸激光的準直、聚焦；④機器人系統，日本川崎R系列，Kawasaki RS20N，包括機器人本體、外部I/O設備、示教盒、機器人控制柜、供電電纜；⑤送粉器系統，型號為DPSF-3，配備側向送粉噴嘴及調整機構；⑥冷卻系統，全自動控制運行方式，提供循環用冷卻水，具有多項安全保護功能；⑦筆記本電腦，安裝機器人相關驅動程序。

3.4 機床導軌光纖激光熔覆步驟

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

4 機床導軌光纖激光熔覆修復結果

機床導軌激光熔覆修復之后，經檢測導軌多項機械性能有很大提高，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。實驗說明利用光纖激光修復成套設備對機床導軌磨損面進行修復再制造的工藝方法具有可行性，且發展前景可觀。

參考文獻

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