ＥｑｕｉｐｍｅｎｔＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＮｏ．７，２０１４面向工程机械再制造的表面工程技术及其应用彭广，岳文辉，胡志远（湖南科技大学机械设备健康维护湖南省重点实验室，湖南湘潭４１１２０１）摘要：再制造是先进制造技术的重要组成部分和发展方向，是工程机械行业可持续发展的战略之一。在分析表面工程技术在工程机械再制造中的地位和作用的基础上，重点介绍了堆焊技术、热喷涂技术、电刷镀技术及激光再制造技术的特点及其应用现状，最后给出了表面工程技术在混凝土泵车底盘十字轴再制造中的应用实例。关键词：工程机械；再制造；表面工程技术中图分类号：ＴＨｌ６文献标识码：Ｂ文章编号：１６７２—５４５Ｘ（２０１４）０７—０１９６－０３再制造工程是废旧产品高技术修复的产业化，右，耐磨性提高了２倍，再制造件的性价比高。此外，可使废旧资源中蕴含的价值，如技术、能源、劳动力激光堆焊技术利用高能量密度的激光束作为热源，等得到最大限度的开发和利用，缓解资源短缺与资具有传统电弧粉末堆焊及等离子弧堆焊等方法所不源浪费的矛盾，减少大量的失效、报废产品对环境的具备的优势，已成为再制造过程的关键技术，如采用危害。工程机械零部件常见的失效形式是表面磨损，激光堆焊工艺修复轧辊的费用是制造新轧辊的要将表面磨损失效的零件再制造，主要是依靠先进３０％，且轧制金属量提高了３～５倍。的表面工程技术。表面工程技术不仅能在工程机械（２）热喷涂技术。热喷涂技术具有基体形状与的制造过程起到多方面的作用，还能在工程机械使尺寸不受、涂层厚度易控制、工艺操作简单、基用过程中对受损零部件进行修复和报废工程机械的体受热影响小等特点，作为一种再制造修复成形技再制造，延长工程机械的使用寿命，提高其利用价术在国防工业、印刷、航空航天、石油化工、矿山机值，降低资源消耗。本文针对磨损失效的混凝土泵车械、电力等领域得到广泛重视和应用。上海交通大学底盘十字轴进行了再制造修复，充分利用了失效十的张显程对面向再制造的等离子喷涂层结构的完整字轴的剩余价值，取得了较好的效果。性及寿命预测进行了系统研究，为再制造工程的发展提供了重要的科学依据。中国石油大学的范吉明１工程机械再制造中常用的表面工程技术研究了等离子喷涂Ｃｒ３Ｃ２一ＮｉＣｒ涂层及在再制造工程中的应用。白金元等采用电弧喷涂技术对发动机（１）堆焊技术。堆焊是利用焊接热源将具有耐缸体主轴承孑Ｌ进行喷涂，在基体上形成磨、耐腐蚀、耐高温或抗氧化等一定性能的材料熔敷１Ｃｒｌ８Ｎｉ９Ｔｉ—Ａｌ复合涂层，再制造的斯太尔发动机缸到焊件表面上，形成冶金结合的一种工艺过程。堆焊体性能优异，满足使用要求。作为一种经济、有效的表面改性方法，在再制造领域高速电弧喷涂具有沉积效率高、能耗低、涂层组中得到了广泛应用。织致密等特点，能够实现材料制备和成形一体化，特向永华等开发了自动化粉末等离子堆焊再制造别适用于再制造与快速成形领域。电弧喷涂由过去系统，对发动机缸体止推面进行了再制造堆焊试验，仅能喷涂约２ｒａｉｎ以下的薄涂层，发展到可以喷涂成再制造成本不到新品的１／５０。刘俊英等采用耐磨合形约１０～２０ｍｉｎ厚的金属零件。梁秀兵等１７１开发了基金堆焊技术再制造平地机车轮轴，其成本仅为新件于六自由度关节式机器人的自动化高速电弧喷涂系的２５％左右，最大限度地利用了失效件的剩余有效统，并对废旧曲轴进行了再制造，再制造成本仅为新价值；再制造的摊铺机后轴轮，成本为新件的３５％左品的１２．５％，可节能９０％以上。收稿日期：２０１４＿０４－０３基金项目：国家科技支撑计划项目（编号：２０１２ＢＡＦ０２８０１）。作者简介：彭广（１９９０＿＿），男，湖南湘潭人，硕士研究生，主要研究方向为先进制造技术。１９６万方数据《：装备制造技术）２０１４年第７期（３）电刷镀技术。电刷镀设备体积小、重量轻，便于场外修理使用；电刷镀的镀液中金属离子含量很高，沉积效率高，且镀液性能稳定，便于运输和储存。电刷镀技术广泛应用于废旧产品的加工再制造中。刘俊英等采用电刷镀技术对泵腔内壁产生磨损导致容积效率降低而失效的齿轮泵泵体实施再制造，避免了材料等资源的浪费，大大提高齿轮泵的使用寿命。朱胜等采用电刷镀技术再制造发动机凸轮轴轴颈，设备简单、操作方便、安全可靠、沉积速度快。陈铭等提出一种电刷镀流镀技术，可有效克服手工电刷镀的缺点，提高工作效率。徐滨士等提出了纳米电刷镀技术，在镀液中加入纳米颗粒，解决了许多传统刷镀技术无法解决的再制造难题，大大拓展了电刷镀的应用范围和提高了再制造产品的性能。电刷镀流镀技术和纳米电刷镀技术已广泛应用于发动机的连杆、凸轮轴、曲轴、缸套等零件的再制造加工。（４）激光再制造技术。激光再制造技术减少了再制造时金属的冶炼和加工，可以减少大量的能源消耗和浪费，是一种非接触、无污染、低噪声的绿色加工技术：是重大工程装备再制造新的发展方向。天津工业大学对激光再制造送粉工作头、送粉器、熔池温度场及光与粉末流相互作用机理等进行了系统研究。文献研制了自熔剂型铁基自强化合金粉末，对渗碳齿轮齿面进行了再制造修复，激光熔覆层的特征寿命比原特征寿命提高了１５％。山东建能大族激光再制造技术公司采用大功率激光表面熔覆技术和特种耐磨自熔性合金粉末，对采煤机及掘进机截齿、综采液压支架不锈钢立柱、刮板输送机以及齿轮传动箱中的失效零件进行再制造。胡晓冬等设计了一种用于激光再制造的沸腾式送粉器，所开发的送粉器控制系统控制精度高，稳定性好，在激光再制造领域具有较好的实际应用价值。首先对拆解的十字轴轴承部位检验，对于轴承与轴间存在间隙超过０．５ｒａｉｎ，或表面有明显严重磨损痕迹，局部磨损深度超过０．５ｒａｉｎ，并且磨损面积超过总面积１０％的十字轴，用清洗剂洗净十字轴表面及注油孔里的油污，使十字轴表面清洁无污物。对于车削十字轴磨损部位的疲劳层，轴端部预留１．５—２．０的工艺余量，防止堆焊层越过端面形成咬边或焊瘤。车削深度在原始外径尺寸下车掉单边厚度１．肌１．２ｍｍ，从端面沿径向车至配合段台阶圆角中部。用火焰预热堆焊部位，用测温笔检测预热温度，预热温度控制在１５００℃。为防止冷裂纹，焊后立即进行３００℃。３５０ｏＣ，保温２ｈ后随炉缓冷的热处理。考虑到轴径过小，为控制堆焊厚度，保证焊后较０００℃。１图１是一种基础传动部件，由十字轴、十字轴轴承、中间轴、轴叉等元件组成，传递动力的中间受力元件为十字轴。通过对十字轴磨损情况分析发现：其主要失效形式为十字轴和滚针轴承磨损，十字轴表面沿轴线方向磨痕均匀，且靠近圆弧顶部的磨痕最深，朝两端方向逐渐减小，主要体现为凹痕和疲劳点蚀和剥落。磨损失效的十字轴如图ｌ所示。十字轴再制造的工艺流程如图２所示。ｒ１１。。。。。。’。。。。。。。。。。。。。＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿●＿＿＿＿＿＿＿＿＿—＿１．．．．．．．．．．．ｊ磨损失效的十字轴程ＩｎｌＴｌ好的表面质量，对轴径外径小于０４０的十字轴，采用手工钨极氩弧焊呷Ｇ焊）进行手工表面堆焊或配合简易转动工装进行半自动式ＴＩＧ焊堆焊。采用ＵＴ－ＰＡＤＵＲ６００耐磨焊丝，单层堆焊，控制堆焊层厚度为ｌ＇ｍｌｌ。对轴承外径大或等于０４０的十字轴，也可采用混合气体保护焊替代ＴＩＧ焊。单层堆焊，焊层厚２．３２应用实例混凝土泵车是一种将混凝土输送泵与布料装置安装在汽车底盘上或专用车辆上的设备。混凝土泵车再制造的流程为：拆解－＋清洗＿＋修复＿重装－÷检测＿＋调试６大步骤。旧件经入厂检验之后，即会被完全拆解至零件，随后进人多轮清洗环节，包括物理清洗、化学清洗等，以洗去油漆油污和锈蚀层。清洗完后零件按同类新件规范进行修复。最后，经检验完全合格的零部件被重新用于组装成一个再制造产品。混凝土泵车底盘系统中的十字轴式万向联轴器度为２～３ｒｅ＿ｎ１。焊接工艺参数如表１所示。表１堆焊焊接工艺参数焊接方法ｌ焊丝丝径（ｒｎｍ）ｌ电源（Ａ）ｌ电压（、，）ｌ保护气体Ｉ道问温度（叼氩弧焊－１１Ｇｌ中１．６６５一∞ｌ１０－－１２ｌ纯氲气Ｉ１００－－１５０堆焊后立即进行消氢处理，入炉温度３００—３５０℃，保温时间２～３小时后空冷至室温，对堆焊层进行粗车。然后在外圆磨床上对轴承配合段进行精磨，以十字轴中心孔定位精磨十字轴，要求精磨后轴１９７万方数据ＥｑｕｉｐｍｅｎｔＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＮｏ．７，２０１４外径符合原始轴外径公差要求。最后将检验合格的产品包装入库。再制造后的十字轴如图３所示。现状，最后给出了表面工程技术在混凝土泵车底盘十字轴再制造中的应用实例。参考文献：厂厂图３再制造后的十字轴【１】向永华，徐滨士，吕耀辉，等．自动化等离子堆焊技术在发动机缸体再制造中的应用叨．中国表面工程，２００９，２２（６）：７２—－７６．采用氩弧焊堆焊工艺再制造的十字轴，堆焊层硬度和耐磨性能都能达到使用要求，机加工修复后进行实车试验，未出现不良现象。【２】刘俊英，张宏梅，蒋伯平，张慧星。张国胜．摊铺机后轴轮的耐磨合金堆焊再制造田．工程机械，２０１３（０３）：４－７．【３】范吉明．Ｃｒ３Ｃ２一ＮｉＣｒ涂层的等离子喷涂及在再制造工程中的应用研究Ｄ叩．北京：中国石油大学，２００９．３结束语运用先进的表面工程技术发展工程机械再制造产业，可以有效降低资源能源消耗，减少废弃物排放，最大限度地挖掘制造业产品的潜在价值。本文重点介绍了堆焊技术、热喷涂技术、电刷镀技术及激光再制造技术的特点及其在工程机械再制造中的应用【４】梁秀兵，陈永雄，白金元，刘燕，徐滨士．自动化高速电弧喷涂技术再制造发动机曲轴叨．中国表面工程，２０１０，２３（２）：１１２—１１６．【５】刘俊英，张国胜，蒋伯平，张彗星．齿轮泵的再制造工艺阴．工程机械。２０１３（０５）：５１－５４．【６】朱胜，姚巨坤．电刷镀再制造工艺技术叨．新技术新工艺，２００９（０６）：１－３．ＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＳｕｒｆａｃｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎＭａｃｈｉｎｅｒｙＲｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＰＥＮＧＧｕａｎｇ，ＹＵＥＷｅｎ－ｈｕｉ，ＨＵＺｈｉ－ｙｕａｎ１２０１，Ｃｈｉｎａ）（ＨｕｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＨｕｎａｎＰｒｏｖｉｎｃｉａｌＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＨｅａｌｔｈＭａｉｎｔｅｎａｎｃｅｆｏｒＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔ，ＸｉａｎｇｔａｎＨｕｎａｎ４１Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｍａｃｈｉｎｅｒｙｒｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｉｓａｖｉｔａｌｃｏｍｐｏｎｅｎｔｏｆａｄｖａｎｃｅｄｇｒｅｅｎｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，ａｎｄｉｔｉｓｏｎｅｏｆｔｈｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｏｐｔｉｏｎｓｔｒａｔｅｇｉｅｓｏｆｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｉｎｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｍａｃｈｉｎｅｒｙｉｎｄｕｓｔｒｙ．Ｒｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇａｆｆｅｃｔｓｎｏｔｏｎｌｙｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄｏｆｅｘｔｅｎｄｉｎｇｔｈｅｓｅｒｖｉｃｅｌｉｆｅｏｆｉｔｓｐｒｏｄｕｃｔｓａｎｄｉｍｐｒｏｖｉｎｇｔｈｄｒｔｅｃｈｎｉｃａｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄａｄｄｅｄｖａｌｕｅ，ｂｕｔａｌｓｏｐｒｏｖｉｄｅｓｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｆｏｒｐｒｏｄｕｃｔｄｅｓｉｇｎ，ｒｅｎｏｖａｔｉｏｎｌｏｗｅｓｔｃｏｓｔ，ｔｈｅｌｅａｓｔｅｎｅｒｇｙｂａｓｅｄｏｎａｎｄｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ，ａｎｄｕｌｔｉｍａｔｅｌｙｇｅｔｔｈｅａｎｄｒｅｓｏｕｒｃｅｔｈｅｓｔａｔｕｓｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｒｏｌｅｏｆｔｏｃｏｍｐｌｅｔｅｔｈｅｗｈｏｌｅｌｉｆｅｃｙｃｌｅｏｆｔｈｅｐｒｏｄｕｃｔ．Ｔｈｉｓｔｈｅｓｉｓｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｎｏｆａｎｄｓｕｒｆａｃｅｅｎｇｉｎｅｅｆｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｍａｃｈｉｎｅｒｙｒｅｍａｎｕｆａｃｔｕ＿ｄｎｇ，ｆｏｃｕｓｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｗｅｌｄｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，ｔｈｅｒｍａｌｓｐｒａｙｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅ，ｅｌｅｃ－ｔｒｉｃｂｒｕｓｈ－ｐｌａｔｉｎｇｔｅｃｈｎｉｑｕｅａｎｄｌａｓｅｒ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