一种机床导轨的激光熔覆修复方法与流程

本发明涉及机床再制造领域，特别涉及一种机床导轨的激光熔覆修复方法。

背景技术：

机床导轨是机床的关键部件，其承担的加工工作量占据了整个机床工作量的40％，如何对失效导轨进行再制造一直是机床再制造行业的难题。因此，对机床导轨再制造技术进行研究和实践，可以提升机床精度和质量，延长机床的使用寿命，更对我国机床再制造行业的发展具有重要意义。

目前修复导轨采用的再制造技术主要有：电刷镀技术、热喷涂技术、表面粘接粘涂技术，电刷镀技术修复工艺简单，适应范围广泛，但其存在自动化程度较低，必须由人工操作等缺点。热喷涂技术修复精度较高，修复温差较小不易产生热变形，但存在易产生孔洞，裂纹等缺陷。表面粘接粘涂技术修复精度较高，结合强度大，修复效率较高，但存在粘接涂层易老化，耐高温性较差等问题。为此，本专利设计发明一种工艺简单，自动化程度较高，成本低，修复效率高，修复面结合强度好的机床导轨激光熔覆修复方法。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明旨在提供一机床导轨再制造修复方法，具有结合强度更高，熔合性好等优点。

一种机床导轨激光熔覆修复方法，包括如下步骤：

s1、采用酒精，丙酮等对损伤导轨表面进行清洗，去除导轨表面的灰尘、油污。

s2、判断导轨失效形式，探明损伤导轨的变形过量，表面损伤和体积损伤。

s3、采用立式铣床对失效导轨进行预处理，去除导轨表面缺陷。

s4、基于步骤s1/s2/s3，优化工艺参数，对损伤导轨表面进行激光熔覆，使导轨修复表面形成性能更加优异的熔覆涂层。

s5、通过冷缓处理去除修复后导轨内部热应力，并按照精度要求对修复后的导轨进行精确的机加工；

s6、使用无损检测法对修复后的导轨进行综合质量性能检测。优选的，所述预处理方式为通过圆弧铣刀对导轨的上下滚道面进行铣削，使用平面铣刀对导轨的45°斜面进行铣削，铣削至导轨表面露出新的材料为止。另外，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，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:0-0.07％，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。所述激光熔覆过程以氩气作为保护气体。

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操作便捷，自动化程度较高，能够实现大规模加工；熔覆过程温差变化较小，基体不会产生热变形现象，熔覆层与基体表面为冶金结合，其结合强度更高；熔覆层组织致密均匀，产生裂纹气孔的可能性较低，修复质量较好；经济性较高，熔覆材料消耗较少，并可回收再利用，可实现加工污染较小的绿色制造。

附图说明

图1为3d打印设备结构示意图。

图2为进行导轨预处理及后处理时的示意图。

图3为进行导轨激光熔覆时的示意图。

图4为熔覆后和加工后的直线导轨图。

图5为直线导轨的显微组织图。

图6为直线导轨显微硬度分析图。

图7为直线导轨摩擦磨损性能分析图。

图8为直线导轨抗拉强度分析图。

图9为直线导轨抗压强度分析图。

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-导轨，11-导轨修复面，12-夹具，13-激光头，14-激光束及粉末。本发明提供了一种机床导轨的修复方法，如图1所示，本发明的设备包括：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，铣刀9，其连接方式和位置如图1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2至图3所示，其包括铣刀9，夹具12，和激光头13。

如图2所示，本文所称的预处理是在修复前利用铣刀去除导轨表面的宏观凹坑，通过夹具12对导轨10进行定位装卡，利用铣刀9沿导轨10长轴方向对导轨修复面3进行铣削，直到导轨修复面11露出新的材料为止，并记录背吃刀量。

如图3所示，本文所称的激光熔覆方法为，通过夹具12对导轨10进行定位装卡，将激光头13与导轨修复面11的距离调整至最佳位置后，将激光束及粉末14沿导轨10的长轴方向进行扫描修复，扫描一道后，将激光头13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。

本发明提供的机床导轨修复方法，具体包括以下步骤：

s1、清洗：由于机床导轨激光熔覆修复是在氩气的保护进行加工，并依靠熔覆材料与导轨基体的冶金结合从而获得良好的修复涂层的过程，因此，要求导轨表面整洁，分别使用酒精，丙酮对导轨表面进行清洗，去除表面的油污，灰尘和夹杂，清洗结束后使用吹风机将导轨表面吹干，确保修复面的干燥。

s2、缺陷检测：将清洗后的导轨经着色，粘贴标记点后，使用gom光学扫描仪进行多次扫描，每次扫描时要保证扫描面上最少存在3在三个标记点，将多次扫描得到的点云数据经拼接处理后得到失效导轨的表面损伤信息。

s3、预处理：本专利所修复的导轨其失效形式主要为表面疲劳磨损和锈蚀，导轨的工作表面均在存较多的凹坑。采用立式铣床对失效导轨进行预处理，预处理的方法是通过圆弧铣刀和平面铣刀分别对导轨的上下滚道面和45°斜面进行铣削，去除导轨各工作面的凹坑缺陷，参见图2所示的情况。

s4、激光熔覆：基于步骤s1/s2/s3，优化工艺参数，对损伤导轨表面进行激光熔覆，整个修复过程在氩气的保护下进行，沿着导轨的长轴方向进行激光熔覆扫描，通过激光头将高能激光束辐照在导轨表面的同时，将熔覆材料加热融化并快速凝固，从而使熔覆材料与导轨冶金结合，最终在导轨修复表面形成性能更加优异的熔覆涂层，参见图3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。

s5、后处理：激光熔覆结束后，经冷缓处理使熔覆层与导轨表面形成新的高强度连接层，本发明优选的是保温冷缓处理方式，将修复后的导轨在一定温度下缓慢冷却，避免冷却过程中热应力与组织应力造成裂纹。经冷缓处理后，按精度要求对修复后的导轨进行精确的机加工。

s6、质量检验：通过金相分析，硬度检测，耐磨耐损性能测试和抗拉强度测试对导轨进行综合质量性能检测，判断修复导轨是否满足再制造质量要求。图4为熔覆后和加工后的直线导轨图。图5为直线导轨的显微组织图(金相分析)。图6为直线导轨显微硬度分析图(硬度检测)。图7为直线导轨摩擦磨损性能分析图(耐磨耐损性能测试)。图8为直线导轨抗拉强度分析图(抗拉强度测试)。图9为直线导轨抗压强度分析图(抗压强度测试)。其中图8和9中的英文“stress”为强度，“strain”为压力。从图4-图9中的图表数据可以看出，本发明基于激光熔覆技术，提高了机床损伤导轨的再制造修复质量，修复效率高，修复面结合强度好，能够实现性能更为优异的导轨表面涂层制备；同时，工艺简单，自动化程度较高，降低了机床损伤导轨的再制造成本。

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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