基于再制造的机床导轨表面激光熔覆修复关键技术研究

摘 要：随着现代机械制造也的不断发展，再制造作为一门新兴产业获得极大发展，在工程机械制造等领域发挥重要作用。在机械制造领域的机床维护上，机床表面修复技术是再制造技术在机床行业的重要应用，是加快企业向绿色化生产模式的迈进。本文在机床表面修复理论的基础上，对表面修复再制造技术在机床修复中的应用进行深入的探讨，并指出激光熔覆修复技术的巨大应用潜力。

关键词：机械制造 再制造 机床修复技术 激光熔覆

中图分类号：TG502.7文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）11（a）-0000-00

1 再制造技术理论概述

1.1 表面修复再制造技术

表面修复再造技术广泛应用于机械制造中，其是再造技术的重要内容，将机械上因氧化、腐蚀、刮伤、磨损、变形等因素而失去原有性能的零部件，采用先进的修复再造技术对其修复再制造，进而降低机械制造中的投入成本。通常来说，对失效的零部件进行表面修复再制造具有诸多优点和好处，比如减少原材料及新备件的消耗，对零部件性能的优化和提高，解决无备件问题等。

在实际修复再制造中，并非所有零部件均适用与此，可用于表面修复再制造的零部件需满足以下条件：①对零部件的表面修复再制造成本要明显低于更换新部件的成本；②修复后的零部件在性能的各参数上满足实际需求；③修复再制造后的零部件寿命周期要满足生产需求；④修复再制造的过程要满足环保要求，真正实现绿色制造。修复方案的选择需要结合机械零部件的实际情况，通常要考虑以下几个因素：①修复再制造技术工艺对零部件材质的适应性；②可修复的厚度；③修复覆层与基体结合强度；④修复層的耐磨性。

1.2 表面修复再制造技术在机床修复中的应用

表面修复再制造技术的诸多优点使其在机床修复中被广泛应用，而应用的范围通常包括机床导轨、变速箱轴承孔、油泵柱塞轴、主轴轴承、滑动配合面等磨损。衡量机床表面磨损失效且需修复再制造的标准通常包括：①机床随能正常工作，但部件性能损坏超过规定标准；②机床零件严重失损且无法正常工作；③机床零部件完全不能工作。从表面修复再制造技术在机床修复中的实际应用来看，表面损伤失效主要包括磨损失效与腐蚀失效两种因素。对机床表面修复再制造的原则需兼顾性能原则与经济性原则，其技术路线如下：①机床修复再制造可行性评估报告；②机床修复再制造目标确定；③机床修复再制造技术的设计；④机床修复再制造的工艺设计；⑤机床修复再制造的质量控制与检验；⑥技术培训及配套服务。

2 激光熔覆修复技术

激光熔覆是实现表面修复再制造的重要技术之一，用于零部件表面修复中具有突出的优点，能够使零部件获得性能更优的熔覆层，使其更加耐磨、耐腐蚀、耐高温等。激光具有其独特之处，可使其能够通过一系列光学系统作用聚焦成极细的的光束，进而使其在光斑附近产生极大的能量密度，可在短时间内将物质熔化和气化，最终达到加工目的。激光熔覆正是基于激光这一特性而发展出来的一种先进的表面修复再制造技术，利用高能激光束本身的高能特性将零部件表面快速熔化而凝固成一层具有耐磨性、抗氧化性、耐腐蚀性、高耐热、高强度的覆层，进而达到零部件表面修复的目的。按照激光熔覆合金材料的供应方式，激光熔覆修复技术可以分为两种，即预置式激光熔覆与同步式激光熔覆。

3 机床导轨表面激光熔覆修复技术

3.1 常用的机床导轨表面修复技术

机床导轨作为机床的基准部件，为机床各类功能的顺利实现提供了牢靠的基础，在机床加工中，切削负荷所产生的往复叠加力往往会对导轨表面造成磨损、划伤等缺陷，进而应先零件加工的精度和尺寸，因此这就需要进行机床导轨表面修复再制造。在机床导轨表面修复的实际运用中，喷焊、电刷镀修复、电弧焊是常用技术，但其对铸铁导轨表面有一定的局限性，容易产生咬边、裂纹、变形等问题，而激光熔覆修复技术则可以成功的避免这些问题，使熔覆层与基体结合更牢固，而且在修复后的耐磨性、耐腐蚀性、抗氧化性、抗高温性能等方面具有优化提升效果，进而使其使用寿命得以延长。

3.2 机床导轨激光熔覆修复方案

对于机床导轨表面激光熔覆修复，可采用激光熔覆修复的一般工艺步骤，即粉末材料选择、设备选择与工艺规程制定。在激光熔覆粉末材料的选择上，对比铁钴镍基合金粉末特性得知，钴基与镍基的自熔性好，铁基自熔性与抗氧化性差，但成本低，镍基不耐高温，但耐腐蚀、耐磨性强，韧性好且抗氧化，钴基成本较高，但耐热震、抗蠕变、耐磨耐腐蚀。针对本文的机床导轨表面修复，选择含Ni、Cr、Si、B等元素的镍基自熔性粉末作为激光熔覆材料，可获得无裂纹、组织致密、无气孔夹杂塌陷、硬度高且耐磨耐腐蚀的镍基涂层。在材料选择确定之后，结合实际实验目的和需求，本文选择德国IPG公司生产的光纤激光器配备日本川崎激光加工机器人等其他辅助设备组成光纤激光修复成套设备。机床导轨激光熔覆工艺规程为：工况分析→工艺准备与检验→工艺实施→熔覆层检验→熔覆后机加工→成品检验。

3.3 光纤激光修复成套设备

为了使本文的修复实验操作简单方便，且能够实现快速修复，提高修复效率，光纤激光修复成套设备及参数如下：①光纤激光器，规格YLS-2000，符合我国用电标准，配备各种借口，可实现激光器的远程控制及系统的集成控制；②激光传输系统，配有一根光纤，可弯曲半径最小200mm，具有自我保护功能，确保操作安全；③激光熔覆加工头，实现光纤传输激光的准直、聚焦；④机器人系统，日本川崎R系列，Kawasaki RS20N，包括机器人本体、外部I/O设备、示教盒、机器人控制柜、供电电缆；⑤送粉器系统，型号为DPSF-3，配备侧向送粉喷嘴及调整机构；⑥冷却系统，全自动控制运行方式，提供循环用冷却水，具有多项安全保护功能；⑦笔记本电脑，安装机器人相关驱动程序。

3.4 机床导轨光纤激光熔覆步骤

本文主要针对某深孔钻镗床的导轨运动段磨损处进行激光熔覆修复，修复的步骤可大体分为前期准备阶段、激光熔覆工艺实施阶段和后机加工阶段。在准备阶段，需对机床导轨激光修复工况进行分析，了解工件材质，明确熔覆位置、尺寸、形状及工艺性能要求，并制定详细的激光熔覆修复方法；在工艺实施阶段，按照具体要求将设备成套组装并打开控制开关，然后加冷却水并设定水温，低温水范围5-20oC，常温水10-35oC，之后对设备抽气与充气，本次加工采用氮气；接着进行机床导轨表面修复AS程序编程，设定本次加工的标准参数，最后启动程序开始激光熔覆修复工作。在机后加工阶段，对熔覆层进行检测，并对导轨表面进行加工处理，包括光洁度打磨等。

4 机床导轨光纤激光熔覆修复结果

机床导轨激光熔覆修复之后，经检测导轨多项机械性能有很大提高，其磨损处涂覆的3处合金熔覆层平均硬度达到HRC55，便面变形量小，耐磨耐腐蚀性、抗氧化性、耐高温性能等大大增强。实验说明利用光纤激光修复成套设备对机床导轨磨损面进行修复再制造的工艺方法具有可行性，且发展前景可观。

参考文献

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