一种机床失效齿轮的激光熔覆修复方法与流程

本发明涉及一种机床失效齿轮的激光熔覆修复方法,属于齿轮再制造领域。

背景技术：

齿轮是机床的关键零部件，在服役过程中易出现磨损、点饰、剥落、裂纹、断齿的失效形式。齿轮的失效将对机械系统的运行造成影响并易造成事故，因齿轮的数量大，成本高，目前装备维修中齿类零件主要采取“换件维修”，基本不进行修复或修复率很低，造成巨大浪费，所以对齿轮进行再制造具有重大的经济意义。

齿轮的修复一直以来都是一项难题，传统的修复方法有堆焊修复法、金属涂覆法、镶齿修复法、调整换位法、变位切削法等，但修复后质量并不理想。

技术实现要素：

为此本专利设计发明修复效率高、修复后加工量小、修复面结合强度好的失效齿轮激光熔覆修复方法。为了克服上述现有技术的不足，本发明旨在提供一种机床失效齿轮再制造修复方法，具有结合强度更高，熔合性好等优点。

一种机床失效齿轮的激光熔覆修复方法，其特征在于，包括如下步骤：

s1、采用酒精，丙酮等对失效齿轮失效部位进行清洗，去除轮齿表面的灰尘、油污。

s2、采用线切割对齿轮失效部位进行预处理，去除齿轮失效部位的残余应力层。

s3、对线切割的加工面使用砂纸进行打磨成规整平面。

s4、将待修复齿轮置于加热炉中加热至400℃，待温度稳定后在400℃恒温状态下对待修复齿轮进行激光熔覆再制造修复。

s5、对再制造后的齿轮对其进行线切割处理，并用砂纸打磨恢复其表面形貌。

s6、再制造齿轮检测。

优选的，所述的再制造熔覆材料为fe304铁基不锈钢合金粉末，其化学成分为c≤0.1％，mn≤0.5％，si≤0.5％，p≤0.035％，s≤0.03％，cr0.17-0.19％，ni0.08-0.11％，fe余量。

优选的，所述的再制造熔覆材料为fe304铁基不锈钢合金粉末，其化学成分为c:0-0.07％，mn:0-0.02％，si:0-0.10％，p:0-0.035％，s:0-0.03％，cr:0.17-0.19％，ni:0.08-0.11％，其余为fe。

优选的，所述的激光熔覆设备为ylr-1000光纤激光器，rc52激光熔覆头，mcwl-50dtr水冷机，vmc1100p立式加工中心，rc-pgf-d-2送粉器，plc及激光器操作集成柜，rc-cam快速成型软件。

优选的，所述激光熔覆过程以氩气作为保护气体。

优选的，对再制造齿轮检测包括再制造齿轮显微硬度检测、摩擦磨损性能测试、金相组织分析。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：本发明所采用的激光熔覆方法修复效率高、修复后加工量小；熔覆过程中造成的热影响区较小，裂纹的生成概率小；熔覆层与基体呈现冶金结合，结合性能较好，熔覆层不易脱落；再制造后所需后处理少，且再制造成本较低。

附图说明

图1为齿轮修复前图。

图2为待修复齿轮预处理后图。

图3为同轴送粉示意图。

图4为3d打印设备结构示意图。

图5为进行齿轮激光熔覆时的示意图。

图6为再制造齿轮图。

图7为再制造齿轮硬度图。

图8为再制造齿轮摩擦磨损测试结果图。

图9为熔覆层与基体结合部分的金相组织图。

图10为再制造齿轮熔覆层内部的金相组织图。

具体实施方式

以下结合具体实施方式以详细阐述本发明，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

图中序号说明：1-激光器，2-传输光纤，3-水冷机，4-加工头，5-机床主体，6-送粉器，7-整机运动控制系统，8快速成型软件,9-铣刀，10-夹具，11-齿轮，12-激光束及粉末，13-齿轮修复面，14-激光头。本发明提供了一种机床失效齿轮的激光熔覆修复方法，如图4所示，本发明设备包括激光器1，传输光纤2，水冷机3，加工头4，机床主体5，送粉器6，整机运动控制系统7，快速成型软件8，其连接方式和位置如图4所示。所使用激光熔覆设备为ylr-1000光纤激光器，rc52激光熔覆头，mcwl-50dtr水冷机，vmc1100p立式加工中心，rc-pgf-d-2送粉器，plc及激光器操作集成柜，rc-cam快速成型软件。如图5所示，其包括夹具10，齿轮11，激光束及粉末12，齿轮修复面13，激光头14。

如图5所示，本文所称的激光熔覆方法为，通过夹具10对齿轮11进行定位装卡，将激光头14与齿轮修复面13的距离调整至最佳位置后，将激光束及粉末12沿齿轮11的轮齿方向进行扫描修复，扫描一道后，将激光头14调至原点，按最佳搭接率依次进行下一道扫描，直至修复完成。

本发明提供的机床失效齿轮修复方法，具体包括以下步骤：

s1、清洗：采用酒精，丙酮等对失效齿轮失效部位进行清洗，去除轮齿表面的灰尘、油污；

s2、预处理：采用线切割对齿轮失效部位进行预处理，去除齿轮失效部位的残余应力层；

s3、对线切割的加工面使用砂纸进行打磨成规整平面，如图2；

激光熔覆：s4、将待修复齿轮置于加热炉中加热至400℃(摄氏度)，待温度稳定后在400℃恒温状态下对待修复齿轮进行激光熔覆再制造修复。整个修复过程在氩气的保护下进行，沿着齿轮的轮齿方向进行激光熔覆扫描，通过激光头将高能激光束辐照在齿轮失效表面的同时，将熔覆材料加热融化并快速凝固，从而使熔覆材料与齿轮冶金结合，最终在齿轮修复表面形成性能更加优异的熔覆涂层，参见图5所示的情况。所述熔覆涂层的熔覆材料为fe304铁基不锈钢合金粉末，其化学成分为c≤0.1％，mn≤0.5％，si≤0.5％，p≤0.035％，s≤0.03％，cr0.17-0.19％，ni0.08-0.11％，fe余量。优选的，其化学成分为c:0-0.07％，mn:0-0.02％,si:0-0.10％,p:0-0.035％,s:0-0.03％,cr:0.17-0.19％；ni:0.08-0.11％,其余为fe。

后处理：s5、对再制造后的齿轮对其进行线切割处理，并用砂纸打磨恢复其表面形貌，再制造齿轮图如图6；

s6、再制造齿轮检测：通过显微硬度检测、摩擦磨损性能测试、金相组织分析对齿轮进行综合质量性能检测，判断修复齿轮是否满足再制造质量要求。图7为再制造齿轮硬度图(显微硬度)。图8为再制造齿轮摩擦磨损测试结果图(摩擦磨损性能)。图9为熔覆层与基体结合部分的金相组织图(金相组织)。图10为再制造齿轮熔覆层内部的金相组织图(金相组织)。从图7-图10中的图表数据可以看出，本发明基于激光熔覆技术，提高了机床失效齿轮的再制造修复质量，修复效率高，修复面结合强度好，能够实现性能更为优异的齿轮表面涂层制备；同时，工艺简单，降低了机床失效齿轮的再制造成本。

以上优选的实施方式只为说明本发明的技术构思和特点，目的在于让本领域的技术人员了解本发明的内容并加以实施，并不能以此来限制本发明的保护范围，凡是根据本发明实质所作出的等效变化或修饰均属于本发明的保护范围。

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