內壁熔銅及外壁熔覆的疊加再制造技術應用研究

劉利云

（山西省霍州煤電集團鑫鉅煤機，山西 霍州 031412）

液壓支架作為現代化礦井綜采面的核心設備，在煤礦井下采煤持續作業中發揮著舉足輕重的作用，液壓支架立柱是液壓支架的主要承載部件，液壓立柱中缸體、外缸內外表面受井下潮濕、高硫、高鹽、復雜惡劣環境、導致其內表面出現腐蝕、劃痕、損壞等缺陷并成為常態，嚴重影響著立柱的使用壽命。據統計，每年有超過2000架次左右的液壓支架需要維修，提高油缸內外壁抗磨損及耐腐蝕性性能成為迫切問題。

1 目前煤礦機械設備現狀

隨著社會的進步，各種先進的科學技術更迭速度明顯加快，就現階段來看，煤機加工制造行業因受傳統裝備及技術的影響，部分配件如液壓油缸等設備，難以適應煤礦嚴酷的自然環境，使企業的發展受到制約。因此，有必要采取一定的措施，提升現代化制造加工水平，增強企業的可持續發展能力，以提高資源的高效和循環利用為核心，以節能、節材、資源綜合利用和發展循環經濟為重點，促進企業高質量的可持續發展[1]。

在此背景下，近年大型支架企業在做抗磨損及耐腐蝕性內外壁制造技術的研究和推進工作，技術逐步趨于成熟，智能先進表面工程技術及再制造的研發和使用應用而生，使得零部件得到了重復利用及再制造。我公司引進內孔熔銅機等新設備，將油缸內壁深孔熔銅、外壁激光熔覆的疊加技術，深入開展，并研發適合本公司的自主生產加工技術[2]。

2 主要研究內容、目標、技術關鍵

2.1 主要研究內容

主要以液壓支架立柱關鍵零部件的再制造，以內外壁防護層為研究對象、重點開展裝備再制造領域的發展戰略，表面工程和再制造工程，提高液壓支架使用壽命為目標。通過總結分析現有支架再制造和修復技術的優點，吸納國內支架修復的經驗，深入開展研發自主生產加工技術。通過油缸內壁熔銅外壁熔覆技術，以高強度銅合金、激光熔覆陶瓷粉為填充材料，利用高溫電弧、激光熔覆涂層與表面基體熔化的金屬形成牢固的原子間結合與冶金結合，對油缸內外壁采用再制造手段恢復原尺寸[3]。

（1）掌握不同壁厚材料的熱脹冷縮系數，制定工件在外圓激光熔覆、內壁熔銅相疊加技術前的尺寸加工預留量，并繪制產品的熔銅前的生產工藝附圖，熔銅熔覆后的生產工藝附圖。

（2）內壁熔銅涂層厚度。

（3）內壁熔銅的焊接參數的制定。

（4）激光外圓熔覆、內壁熔銅后工件二次加工工藝參數的確定。

通過以上參數的制定，在經過一系列多道工序精密加工，內外基準多次轉換，同軸度,粗糙度達到圖紙設計要求，滿足油缸安全使用性能。

做相關的彎曲試驗、室溫沖擊試驗、耐腐蝕性的鹽霧試驗、熔覆層表面硬度HB，是否符合產品的設計要求。

圖1 再制造前舊油缸內表面

圖2 內壁熔銅再制造后成品表面

表1 再制造的形態及指標性能分析

2.2 研究目標

通過新技術實現舊缸的修復再制造達到重新利用，其次新油缸產品從源頭上表面強化，提升內、外表面抗磨損及耐腐蝕性能。

（1）通過內壁熔銅和外壁激光熔覆的疊加再制造技術，可以將舊缸的內外缸壁得到修復達到重新利用。首先探傷評估缸體的損傷程度，確定缺陷位置以及機械性能影響程度，然后通過機械加工的方式去除油缸內壁缺陷及金屬疲勞層，對油缸內壁采用熔銅再制造手段恢復尺寸。

（2）該項技術還可以將新產品從源頭上達到表面強化，將新品油缸在制造過程中對需要強化區域預留熔銅量，再進行熔銅處理以及后續機械加工，不僅可以使油缸內壁的粗糙度和尺寸精度達到標準要求，而且還在新品油缸內壁形成銅合金強化層，使油缸內壁具備較好的抗磨損及耐腐蝕性能，達到新品表面強化、延長油缸的使用壽命。

內壁熔銅和外壁激光熔覆涂層的厚度、硬度、結合及外觀質量等各項指標不低于MT313-92《液壓支架立柱技術條件》的規定。

2.3 主要技術關鍵、加工技術路線

在油缸應用中涉及的系列關鍵技術：需要工程技術人員準確地掌握金屬的熱脹冷縮系數及加工基準，制定最佳的工藝參數與標準是本項目最大核心與技術難點。

舊油缸內壁熔銅修復工藝：在原來油缸工藝的基礎上，根據熔覆層的厚度，粗鏜時內孔尺寸加大，再將內孔熔覆上銅合金，精加工去除多余的熔覆層材料，最終達到尺寸，在加工過程中，內壁熔銅外圓熔覆后工件內外表面受熱輸入的影響，勢必引起工件的圓度誤差，形位誤差，而油缸表面要求極高的精度公差，因此要求后續一系列多道工序精密加工，配合內外基準多次轉換，工件內、外圓度公差范圍控制在小于0.08mm以內，從而滿足油缸制造精度要求。

工藝流程：油缸入庫編號→毛坯清洗→毛坯檢測→焊接裝夾專用胎具、車出基準（保證內、外圓的同軸度）→鏜內孔（去除疲勞層）→粗車內止口→內壁熔銅→精修基準→二次粗鏜內孔→平端面→以內孔為基準校正架位→珩磨內孔→精車缸口→打磨→去毛刺→終檢→包裝打標識。

3 達到的技術水平，經濟、社會效益及推廣應用的前景

3.1 再制造后達到的技術水平

液壓支架立柱通過內壁融銅外圓熔覆后，其熔覆層與立柱基本形成了牢固的冶金結合熔覆層，熔覆層組織致密、無氣孔、有較好的耐腐蝕性、耐磨和抗沖擊性。不僅防腐、耐磨及耐腐蝕性能指標遠高于原缸體，強化了油缸內壁的表面性能，產品的綜合機械強度得到保持甚至略高于原有數值，延長油缸的使用壽命。

3.2 經濟效益

（1）液壓支架油缸內壁耐磨、防腐蝕再制造熔銅工藝，在支架大修油缸時，可以修復缸徑≥230mm各種型號的液壓支架油缸內壁，可針對各種油缸快速制定修復和強化方案，恢復油缸的使用性能，解決了大修時油缸內壁報廢的問題。其次內壁報廢的油缸利用該工藝加工技術，可以省去油缸原材料采購備料、熱處理、部分機加工加工階段所需的時間、合理利用熔銅新工藝大大縮短了生產周期，為支架大修提供了工期保證，可以達到了制造周期短、修復快的效果，做到了產品大修的優質、高效。

（2）對于新品內壁熔銅油缸，新產品從源頭生產制造過程就采用內壁熔銅技術。相比不做處理的油缸，使用壽命平均可延長3到5倍，很大程度上提高了液壓支架立柱的使用壽命，延長了油缸檢修周期。外圓熔覆內壁熔銅再制造疊加技術的性價比是比較高的，相對于其他修復技術，占有明顯優勢。

3.3 社會效益

環保方面的優勢，該項疊加技術優于鍍鉻，杜絕鍍鉻過程中產生污染環境的廢水和清洗廢水。節能降耗方面的優勢，再制造疊加技術不受修復厚度和修復次數的限制，缸體可以重復利用。

3.4 推廣應用的前景

該技術可廣泛用于液壓支架立柱的修復再制造及表面強化，再制造后的立柱可以達到井下純水液壓支架的標準，對于改善地下水質污染環境保護具有重大意義。在性能、經濟效益等方面具有明顯優勢，打造循環低碳產業鏈，形成創收、創效等綜合效益多贏的新局面。