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机床导轨修复技术探讨

2016-05-14刘小凡孙志平王贵丽娄海汇

青春岁月 2016年8期
关键词:修复技术

刘小凡 孙志平 王贵丽 娄海汇

【摘要】阐述了机床导轨在使用过程中引起的损伤及修复工艺特点,介绍了机床导轨传统的修复方法,指出了不足;根据再制造理论及表面工程技术的发展,介绍了废旧床导轨的新型修复技术,以达到循环再利用、减少环境污染的目的。

【关键词】机床导轨;修复技术;再制造

机床在现代机械制造行业中有着举足轻重的地位。我国现有机床保有量有800万台左右,其中服役超过10年以上的传统旧机床超过200万台,依照国际通用的3%的裁减率,每年裁减的旧机床约25万台,其金属总分量超越150万吨。

我国废旧机床设备量大而广,同时由于近年来环境的恶化,大力发展机床再制造产业便成为有效实现资源回收和循环再利用的重要手段,并起到节约资源以及减少环境污染的作用,使之产业化,提供大量的就业岗位,其经济、社会以及环境效益都很显著。

机床导轨作为机床的核心部件,应该满足导向精度、刚度、耐磨性、低速平稳性、结构工艺性等基本要求,其误差不可忽视。机床导轨磨损后,其精度就不能得到保证,影响机床运动部件之间的相互位置关系,将会严重影响机床的生产加工。本文仅就废旧机床导轨修复采用的新型技术加以讨论。

一、机床导轨修复工艺特点

导轨损伤特点:铸铁导轨的主要损伤形式是划伤、拉伤磨损,形成沟槽,沟槽形状很不匀称,长短不一,大小不同,有些是单一划伤或多重划伤,有些是大面积区域的拉伤,这就要求修复之前必须要进行机械加工。对于滑动导轨来说,通过利用淬火工艺增加硬度和耐磨性,如果表层损伤严重,就会造成表面硬度降低,此时还需要重新淬火,这就需要导轨磨床和高频淬火设备。

导轨材料特点:机床导轨通常采用灰铸铁HT200-400,易于铸造、加工、减摩。但铸铁材料组织比较疏松,许多微小孔分布在导轨表面。显露出来的石墨在导轨正常工作时很容易被脱落下来,并被填塞在导轨表面的这些微孔中。由于机床导轨表面光洁度高,对于导轨面上的浅划伤,冷焊使金属补材与基体产生的微冶金结合,可得到高结合强度的填补层。特别适用于经过热处理的,材质合金量高的机床导轨。

导轨受力特点:机床的直线运动部件靠导轨导向和承重。导轨相对运动时,表面会承受切向力,导轨润滑性越好,切向力越小。导轨在工作中的变形量要尽可能小,导轨划伤后的镀层不会因导轨的变形导致脱落。如果机床在工作中长期承受较强的震动,将会是影响镀层与基体结合强度的主要因素。

导轨使用特点:机床导轨一般都使用油润滑来减少摩擦系数和克服工作中的爬行现象。这些油沿着导轨表面的微孔渗入到组织内部,到达一定深度被填塞的石墨和灰尘等吸收形成油垢,从而影响冷焊层与基体,镀层与基体的结合强度。对于机床导轨专用修补胶的修复,这些物质可能与胶粘剂中金属颗粒抑制胶体流动起反作用,不利于固化和粘接。

二、机床导轨传统修复方法

机床导轨的传统修复方法主要是喷焊,电弧焊,刮研和配磨等修复方法。

焊补方式易产生裂纹,易受热变形,产生二次气孔,焊补处基体与母材颜色差异比较大,所以传统焊补工艺无法彻底解决机床导轨的缺陷修复。技术经验丰富的操作者才能使修复质量稳定。

刮研修复法是利用测量工具、刮刀等工具,在基准表面的基础上,采用手工操作的方式,进行研点、测量、边刮、加工,使工件达到所要求的尺寸、几何形状以及表面粗糙度等的精加工工序。但劳动强度很大,修复效率较低,不适合规模化生产。

三、机床导轨新型修复技术

1、微脉冲电阻焊技术

微脉冲电阻焊技术利用电流通过电阻产生的高温,将补材施焊到工件母材上去。在有脉冲的瞬时,电阻热在金属补材和基材之间产生焦耳热,并形成一个微小的熔融区,构成微区脉冲焊接的一个基本修补单元;在无电脉冲的时段,高温状态的工件依靠热传导将有脉冲时的高温迅速冷却。因为无脉冲时间可以调节,整个工件在修补区温升很小,所以它属于一种冷焊技术。

微脉冲修补技术的出现,实现了修补层与基体结合强度高、母材不产生热变形和热损伤的目的,而且达到了清洁环保、经济实惠的效果,在失效零件的再制造恢复中具有很大的实际应用价值。

2、纳米复合电刷镀技术

纳米复合电刷镀技术是一种新兴的复合电刷镀技术,因此它具有普通电刷镀技术的一般特点。另外,纳米复合电刷镀技术又具有不同于普通电刷镀技术的独有特点,主要表现在电刷镀液、镀层组织和性能等方面。

纳米复合电刷镀技术不仅是表面处理新技术,也是零件再制造的关键技术,还是制造金属陶瓷材料的新方法。纳米复合镀技术是在电镀、电刷镀、化学镀技术基础上发展起来的新技术,它是纳米技术与传统技术的结合,因此纳米复合电刷镀成为再制造产品恢复尺寸的重要手段,尤其是在对薄壁件、细长杆、精密件的再制造过程中经常用到。

3、激光熔覆再制造技术

激光熔覆是指在被涂覆基体表面上,以不同的填料方式放置选择的涂层材料,经激光辐照使其和基体表面薄层同时熔化,快速凝固后形成稀释度极低、与基体金属成冶金结合的涂层,从而显著改善基体材料表面的耐磨、耐蚀、耐热、抗氧化等性能的工艺方法。它是一种经济效益较高的表面改性技术和废旧零部件维修与再制造技术,可以在低性能廉价钢材上制备出高性能的合金表面,以降低材料成本,节约贵重稀有金属材料。

激光熔覆技术有着以下特点:无裂纹、无杂质、无脱落、性能稳定、不波动。可以获得有别于常规方法的特殊性能,如更高的硬度、更好的耐磨性、更持久的防腐性、更可靠的牢固性等。可用于大受力件的深度磨损,大面积磨损的修补;各种恶劣环境下的防腐修复;较薄覆层的性能要求;保护基体以及其它更多可沉积的材料;各种大型受力模具或零件的硬度再提高,其工艺过程的自动化满足再制造规模化的要求。

4、微纳米自修复技术

在表面工程领域中,微纳米自修复技术是个全新的概念,是最近几年逐渐发展起来的智能自修复新技术。利用一种全新的机械装备和机械零件减磨材料,是目前世界上利用摩擦生热和理化作用产生金属自修复效果,达到磨损和修复动态平衡的一项尖端技术。可以预防和修复处于长期运转中的机器磨损表面,从而大大地延长装备的使用寿命、减少维修次数、降低运行和维修费用、节约能源和材料。该技术已成为现代维修技术的发展方向之一,也是维修领域的创新性前沿研究内容,在机械装备中具有广阔的应用前景。

四、结束语

随着越来越多的机床报废,钢铁煤炭资源短缺和环境污染加重,迫切需要再制造技术。作为最终形式的回收,再制造将作为一种有效的方法来促进中国循环经济的发展。机床导轨修复要积极采取基于再制造理论的新型修复技术,甚至多种技术的融合,减少机床导轨的更换检修时间,提高机床整体的加工精度,并可实现机床的实时快速修复,节约大量资金,对于实现绿色制造与建设节约型社会有着广泛而深远的意义。

【参考文献】

[1] 赵文强, 苗鸿宾, 江 敏. 机床导轨激光熔覆修复技术的研究[J]. 制造技术与机床, 2012(12):94-97.

[2] 董信昌. 基于再制造的机床导轨复合修复技术研究[D]. 北京: 北方工业大学, 2015.

[3] 徐滨士, 朱绍华, 等. 表面工程的理论与技术[M]. 北京: 国防工业出版社, 2010.

[4] 朱 胜, 姚巨坤. 再制造技术与工艺[M]. 北京: 机械工业出版社, 2011.

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