本發(fā)明屬于廢舊機(jī)床導(dǎo)軌修復(fù)再生領(lǐng)域，涉及一種采用激光加工方法分區(qū)構(gòu)建仿生耦合表面，對(duì)磨損程度非均勻的廢舊機(jī)床導(dǎo)軌進(jìn)行均一性修復(fù)的方法。

背景技術(shù)：

機(jī)床導(dǎo)軌是在機(jī)床上用來支承和引導(dǎo)部件沿著一定的軌跡運(yùn)動(dòng)或起夾緊定位作用的軌道。機(jī)床常規(guī)損壞零件可以更換，而對(duì)于導(dǎo)軌與床身連為一體的機(jī)床，當(dāng)導(dǎo)軌嚴(yán)重磨損達(dá)到報(bào)廢，就意味著整個(gè)機(jī)床的報(bào)廢，造成極大資源浪費(fèi)。如果將廢棄的導(dǎo)軌進(jìn)行修復(fù)再生，就能有效的延長(zhǎng)整個(gè)機(jī)床的使用壽命，節(jié)約大量資源。但是表面經(jīng)過淬火的導(dǎo)軌在報(bào)廢時(shí)往往殘留2～5mm厚的剩余淬火層，經(jīng)分析，一方面刀架由于長(zhǎng)期的沿導(dǎo)軌面非均勻工作，另一方面導(dǎo)軌淬火硬度沿厚度方向是梯度變化的，導(dǎo)致剩余淬火表面的磨損程度非均勻。若以硬度作為直觀測(cè)量指標(biāo)，即整個(gè)剩余淬火表面各部分的硬度不同，其耐磨性也不同。如果去除剩余淬火層來獲得均勻表面，則會(huì)使導(dǎo)軌尺寸和精度達(dá)不到機(jī)床的使用需求，且消耗大量的人力物力；如果保留剩余淬火層，由于現(xiàn)有方式都是在均勻面上修復(fù)，這就需要一種能夠修復(fù)非均勻達(dá)到耐磨性均一的新方法。

為了更好的提高效率和降低環(huán)境污染，科技目光逐漸轉(zhuǎn)向自然界。通過觀察分析，億萬年的進(jìn)化使得生物具有最佳組成結(jié)構(gòu)，即消耗最小的能量達(dá)到最優(yōu)的結(jié)果，于是仿生學(xué)應(yīng)運(yùn)而生。通過對(duì)自然界生物的研究，根據(jù)實(shí)際需要選出合適的生物模型進(jìn)行形態(tài)、結(jié)構(gòu)和材料的研究，并且轉(zhuǎn)化應(yīng)用。

中國(guó)專利公報(bào)公開了“一種激光仿生耦合導(dǎo)軌及其再生方法”(申請(qǐng)?zhí)枺?015106122948；公開日：2015年11月25日)和“一種多結(jié)構(gòu)異距仿生表面組合的鑄鐵導(dǎo)軌及其再生方法”(申請(qǐng)?zhí)枺?0151062123048；公開日：2015年12月2日)。第一種方法在沿著導(dǎo)軌實(shí)際工作時(shí)架于其上的刀具進(jìn)給方向上，將導(dǎo)軌表面分為嚴(yán)重磨損區(qū)和輕微磨損區(qū)，利用激光在兩種磨損程度不同的區(qū)域分別加工耦合不同形狀仿生單元體的仿生表面，進(jìn)而獲得硬度、應(yīng)力分布均勻且抗磨損性能趨于均勻一致的多仿生耦合表面組合的導(dǎo)軌表面，實(shí)現(xiàn)其再生；這種方法只將硬度差區(qū)間分成兩區(qū)，沒有考慮區(qū)間硬度值的不同，因而修復(fù)后在每個(gè)區(qū)間內(nèi)仍然存在抗磨損性能不均勻的問題。第二種方法通過不同磨損程度區(qū)域的硬度或應(yīng)力分布情況，設(shè)計(jì)特定的兩種間距變化的雙耦元仿生表面，通過雙耦元仿生單元體的兩種耦元的相互作用，與機(jī)體共同構(gòu)成多因素多結(jié)構(gòu)的相互耦合、相互作用的耦合仿生區(qū)域，以提高滑動(dòng)導(dǎo)軌的耐磨性；該方法的缺點(diǎn)是每種硬度差區(qū)間中雙耦元仿生單元體都是相同的間距，因而每個(gè)區(qū)間內(nèi)也存在抗磨損性能不均勻的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠做到整體與細(xì)節(jié)統(tǒng)一，實(shí)現(xiàn)機(jī)床導(dǎo)軌的磨損非均勻表面均一性修復(fù)的分區(qū)構(gòu)建仿生耦合表面修復(fù)再生廢舊機(jī)床導(dǎo)軌的再生方法。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的分區(qū)構(gòu)建仿生耦合表面修復(fù)再生廢舊機(jī)床導(dǎo)軌，其特征在于所述導(dǎo)軌表面按照未修復(fù)前的硬度由大到小分為A、B、C三個(gè)區(qū)域；A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)表面分別加工有條狀仿生耦元、點(diǎn)條組合仿生耦元、網(wǎng)狀仿生耦元；各區(qū)域分別按照修復(fù)前的硬度分為多個(gè)微調(diào)區(qū)域，并且各微調(diào)區(qū)域隨修復(fù)前的硬度由小到大，其上仿生耦元的間距由小到大變化。

所述A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)修復(fù)前的表面硬度分別為650HV～750HV、550HV～650HV、450HV～550HV。

所述A區(qū)條狀仿生耦元的寬度Aw、B區(qū)點(diǎn)狀仿生耦元的直徑Bd、B區(qū)條狀仿生耦元的寬度Bw和C區(qū)網(wǎng)狀仿生耦元寬度Cw均為1～1.6mm，A區(qū)條狀仿生耦元的深度Ah、B區(qū)點(diǎn)狀和條狀仿生耦元的深度Bh和C區(qū)網(wǎng)狀仿生耦元寬度深度Ch均為500～1000μm。

所述A區(qū)內(nèi)分為n1個(gè)微調(diào)區(qū)域，分別為A1、A2、……Ai……An1，對(duì)任一微調(diào)區(qū)域Ai，其上條狀仿生耦元的間距S_Ai＝(A_Ai/700)S_A，其中A_Ai為微調(diào)區(qū)域Ai修復(fù)前的硬度，S_A為A區(qū)條狀仿生耦元的標(biāo)準(zhǔn)間距，S_A＝3.2～3.6mm。

所述B區(qū)內(nèi)分為n2個(gè)微調(diào)區(qū)域，分別為B1、B2、……Bi……Bn2，對(duì)任一微調(diào)區(qū)域Bi，其上點(diǎn)條組合仿生耦元的間距S_Bi＝(B_Bi/600)S_B，其中B_Bi為微調(diào)區(qū)域Bi修復(fù)前的硬度，S_B為B區(qū)點(diǎn)條組合仿生耦元的標(biāo)準(zhǔn)間距，S_B＝6.1～7.1mm。

所述C區(qū)間內(nèi)分為n3個(gè)微調(diào)區(qū)域，分別為C1、C2、……Ci……Cn3，對(duì)任一微調(diào)區(qū)域Ci，其上網(wǎng)狀仿生耦元的間距S_Ci＝(C_Ci/500)S_C，其中C_Ci為微調(diào)區(qū)域Ci修復(fù)前的硬度，S_C為C區(qū)點(diǎn)條組合仿生耦元的標(biāo)準(zhǔn)間距，S_C＝3.8～4.5mm。

本發(fā)明的目的在于對(duì)廢棄機(jī)床導(dǎo)軌，保留其磨損非均勻的剩余淬火層，在不同硬度導(dǎo)軌面上構(gòu)建相應(yīng)的仿生耦合模型，使耐磨性不同的區(qū)域經(jīng)過各自對(duì)應(yīng)的仿生耦合模型修復(fù)后，其整個(gè)導(dǎo)軌的耐磨性達(dá)到一致，實(shí)現(xiàn)機(jī)床導(dǎo)軌的磨損非均勻表面的均一性修復(fù)。為修復(fù)再生非均勻達(dá)到均一性提供了新思路。

本發(fā)明的上述分區(qū)構(gòu)建仿生耦合表面修復(fù)再生廢舊機(jī)床導(dǎo)軌的再生方法，其特征在于步驟如下：

步驟一、清除廢舊機(jī)床導(dǎo)軌剩余淬火表面油污和磨損痕跡，并使其表明平整化；

步驟二、將導(dǎo)軌表面分為多個(gè)長(zhǎng)方形區(qū)域，在長(zhǎng)方形區(qū)域內(nèi)沿長(zhǎng)方形的兩條對(duì)角線進(jìn)行硬度測(cè)量并取平均值，作為該長(zhǎng)方形區(qū)域的硬度值；根據(jù)各長(zhǎng)方形區(qū)域硬度值進(jìn)行分區(qū)；硬度值在650HV～750HV內(nèi)的區(qū)域記為A區(qū)，將700HV作為A區(qū)標(biāo)準(zhǔn)硬度；硬度值在550HV～650HV內(nèi)的區(qū)域記為B區(qū)，將600HV作為B區(qū)標(biāo)準(zhǔn)硬度；將硬度值在450HV～550HV內(nèi)的區(qū)域記為C區(qū)，將500HV作為C區(qū)標(biāo)準(zhǔn)硬度；其中A區(qū)分為n1個(gè)微調(diào)區(qū)域，分別標(biāo)記為A1、A2、……Ai……An1，B區(qū)分為n2個(gè)微調(diào)區(qū)域，分別標(biāo)記為B1、B2、……Bi……Bn2，C區(qū)分為n3個(gè)微調(diào)區(qū)域，標(biāo)記為C1、C2、……Ci……Cn3；

步驟三、設(shè)定A區(qū)條狀仿生耦元的寬度Aw、B區(qū)點(diǎn)狀仿生耦元的直徑Bd、B區(qū)條狀仿生耦元的寬度Bw和C區(qū)網(wǎng)狀仿生耦元寬度Cw均為1～1.6mm，A區(qū)條狀仿生耦元的深度Ah、B區(qū)點(diǎn)狀和條狀仿生耦元的深度Bh和C區(qū)網(wǎng)狀仿生耦元寬度深度Ch均為500～1000μm；然后確定A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)的仿生耦元形狀及其各微調(diào)區(qū)域內(nèi)仿生耦元的實(shí)際間距；

步驟四，根據(jù)步驟三確定的A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)的仿生耦元形狀及其各微調(diào)區(qū)域內(nèi)仿生耦元的實(shí)際間距，利用激光加工方法在導(dǎo)軌表面A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)制備相應(yīng)形狀及間距的仿生耦元。

所述步驟三中確定的A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)的仿生耦元形狀及其各微調(diào)區(qū)域內(nèi)仿生耦元的實(shí)際間距如下：對(duì)于A區(qū)內(nèi)任一微調(diào)區(qū)域Ai，其上的條狀仿生耦元的間距S_Ai＝(A_Ai/700)S_A，其中A_Ai為微調(diào)區(qū)域Ai修復(fù)前的硬度，S_A為A區(qū)條狀仿生耦元的標(biāo)準(zhǔn)間距，S_A＝3.2～3.6mm；對(duì)于B區(qū)內(nèi)任一微調(diào)區(qū)域Bi，其上的點(diǎn)條組合仿生耦元的間距S_Bi＝(B_Bi/600)S_B，其中B_Bi為微調(diào)區(qū)域Bi修復(fù)前的硬度，S_B為B區(qū)點(diǎn)條組合仿生耦元的標(biāo)準(zhǔn)間距，S_B＝6.1～7.1mm；對(duì)于C區(qū)間內(nèi)任一微調(diào)區(qū)域Ci，其上的網(wǎng)狀仿生耦元的間距S_Ci＝(C_Ci/500)S_C，其中C_Ci為微調(diào)區(qū)域Ci修復(fù)前的硬度，S_C為C區(qū)點(diǎn)條組合仿生耦元的標(biāo)準(zhǔn)間距，S_C＝3.8～4.5mm。

所述步驟三中，確定A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)的仿生耦元形狀及其各微調(diào)區(qū)域內(nèi)仿生耦元的實(shí)際間距的方法如下：

(1)、選取N組與未處理導(dǎo)軌C區(qū)相同的試樣，試樣表面硬度為500HV，每組包含5個(gè)試樣，磨損高度為H₀；首先在第一組的1-5號(hào)試樣表面分別制備點(diǎn)狀、條狀、點(diǎn)網(wǎng)組合狀、點(diǎn)條組合狀、網(wǎng)狀仿生耦元，并且各試樣表面仿生耦元的總面積相等，然后在各試樣表面進(jìn)行磨損試驗(yàn)，測(cè)出磨損高度，利用公式(1)計(jì)算得到1-5號(hào)試樣仿生耦合表面的磨損減少率；然后在其他組的1-5號(hào)試樣上分別制備點(diǎn)狀、條狀、點(diǎn)網(wǎng)組合狀、點(diǎn)條組合狀、網(wǎng)狀仿生耦元，并且制備相同形狀仿生耦元的不同試樣，其上仿生耦元的間距不同；再利用公式(1)計(jì)算出相同形狀不同間距仿生耦元對(duì)應(yīng)的仿生耦合表面磨損減小率，擬合出仿生耦元間距S與磨損減少率△Xs-F％的關(guān)系式；△X_F％＝(H₀－H_F)/H₀×100％(1)

其中H_F為在導(dǎo)軌上制備仿生耦元后，經(jīng)磨損試驗(yàn)得到的磨損高度；

(2)、在不同硬度基體上加工出相同形狀的仿生耦元，進(jìn)行磨損試驗(yàn)，利用刻痕面積計(jì)算出磨損高度，擬合得出基體硬度X與磨損高度Y的回歸方程：Y＝－0.0016X+1.335；以C區(qū)標(biāo)準(zhǔn)硬度500HV處的磨損高度H₀為參照，利用回歸方程計(jì)算出A區(qū)標(biāo)準(zhǔn)硬度700HV處、B區(qū)標(biāo)準(zhǔn)硬度600HV處對(duì)應(yīng)的磨損高度，再利用公式(1)計(jì)算出A區(qū)標(biāo)準(zhǔn)硬度700HV、B區(qū)硬度標(biāo)準(zhǔn)600HV對(duì)應(yīng)的磨損減少率分別為△A＝59.8％，△B＝29.9％，即制備相同仿生耦元的仿生耦合表面，修復(fù)后A區(qū)的磨損高度是C區(qū)磨損高度的(1－59.8％)，B區(qū)的磨損高度是C區(qū)磨損高度的(1－29.9％)；

(3)、設(shè)未處理試樣C區(qū)標(biāo)準(zhǔn)硬度500HV處的磨損高度為H₀，修復(fù)后若使C區(qū)磨損減少率等于K％，根據(jù)公式(1)，則修復(fù)后C區(qū)磨損高度為H_C＝H₀(1－K％)；令C區(qū)標(biāo)準(zhǔn)硬度500HV處，B區(qū)標(biāo)準(zhǔn)硬度600HV處、A區(qū)標(biāo)準(zhǔn)硬度700HV處的仿生耦合表面磨損高度均為H_C＝H₀(1－K％)；C區(qū)修復(fù)后的理論磨損高度為H₀[1－(△X_FC％+△X_s-FC％)]＝H₀(1－K％)，推導(dǎo)出K＝△X_FC+△X_s-FC；其中△X_FC為C區(qū)試樣的仿生耦合表面的磨損減少率，△X_s-FC為該仿生耦合表面的對(duì)應(yīng)間距的磨損減少率；B區(qū)修復(fù)后的理論磨損高度為H₀[1－(△X_FB％+△X_s-FB％)](1－29.9％)＝H₀(1－K％)，推導(dǎo)出1.426(K－29.9)＝△X_FB+△X_s-FB；其中△X_FB為B區(qū)試樣的仿生耦合表面磨損減少率，△X_s-FB為該仿生耦合表面對(duì)應(yīng)間距的磨損減少率；A區(qū)修復(fù)后的理論磨損高度為H₀[1－(△X_FA％+△X_s-FA％)](1－59.8％)＝H₀(1－K％)，推導(dǎo)出2.487(K－59.8)＝△X_FA+△X_s-FA，其中△X_FA為A區(qū)試樣的仿生耦合表面磨損減少率，△X_s-FA為該仿生耦合表面對(duì)應(yīng)間距的磨損減少率；設(shè)K％取值83％，△X_FC+△X_s-FC＝83，△X_FB+△X_s-FB＝75.7206，△X_FA+△X_s-FA＝57.6984；根據(jù)步驟(2)得到的各區(qū)標(biāo)準(zhǔn)硬度仿生耦合表面磨損減少率和同一形狀對(duì)應(yīng)不同耦元間距的磨損減少率的計(jì)算公式，分別選出A、B、C區(qū)的耦元形狀及對(duì)應(yīng)的耦元標(biāo)準(zhǔn)間距S_A、S_B、S_C如下：A區(qū)為條狀耦元，耦元標(biāo)準(zhǔn)間距S_A為3.4mm；B區(qū)為點(diǎn)條組合耦元，耦元標(biāo)準(zhǔn)間距S_B為6.7mm；C區(qū)為網(wǎng)狀耦元，耦元標(biāo)準(zhǔn)間距S_C為4.2mm；

(4)、根據(jù)公式(2)、(3)、(4)計(jì)算A、B、C區(qū)中微調(diào)區(qū)域內(nèi)的仿生耦元的實(shí)際間距；

S_Ai＝(A_Ai/700)S_A (2)

S_Bi＝(B_Bi/600)S_B (3)

S_Ci＝(C_Ci/500)S_C (4)

其中A_Ai為A區(qū)中任一微調(diào)區(qū)域Ai修復(fù)前的硬度，S_A為A區(qū)條狀仿生耦元的標(biāo)準(zhǔn)間距，B_Bi為B區(qū)中任一微調(diào)區(qū)域Bi修復(fù)前的硬度，S_B為B區(qū)點(diǎn)條組合仿生耦元的標(biāo)準(zhǔn)間距，C_Ci為C區(qū)中任一微調(diào)區(qū)域Ci修復(fù)前的硬度，S_C為C區(qū)點(diǎn)條組合仿生耦元的標(biāo)準(zhǔn)間距。

本發(fā)明的技術(shù)效果：本發(fā)明利用激光仿生耦合技術(shù)，直接在剩余淬火磨損非均勻表面上進(jìn)行磨損量達(dá)到均一的修復(fù)，在不同的硬度分區(qū)導(dǎo)軌表面上匹配相應(yīng)的仿生耦合模型，突破了非均勻修復(fù)均一性的難題；無需去除大量剩余淬火層，也無需額外材料的補(bǔ)充添加，即可實(shí)現(xiàn)廢舊機(jī)床導(dǎo)軌的修復(fù)再生，避免因?qū)к壥Ф斐傻恼麄€(gè)機(jī)床的報(bào)廢。一般新導(dǎo)軌的使用壽命是8～10年，采用本發(fā)明修復(fù)后導(dǎo)軌的使用壽命可達(dá)到8～12年，使修復(fù)后機(jī)床能夠達(dá)到甚至超過新機(jī)床的工作年限，極大地提高了導(dǎo)軌與機(jī)床的利用年限。表明仿生耦合表面可以達(dá)到修復(fù)與再生廢舊機(jī)床導(dǎo)軌的目的，避免了整個(gè)機(jī)床的報(bào)廢，也避免了制造新機(jī)床的資源消耗，節(jié)約了大量的資源。

本發(fā)明利用仿生理論，根據(jù)輕微平整處理后的報(bào)廢導(dǎo)軌表面硬度、應(yīng)力分布情況，在沿著導(dǎo)軌實(shí)際工作時(shí)架于其上的刀具進(jìn)給方向上，將導(dǎo)軌表面分為嚴(yán)重磨損區(qū)(C區(qū))、中度磨損區(qū)(B區(qū))和輕微磨損區(qū)(A區(qū))，并利用激光，在其表面加工形成抗磨損性能不同的仿生表面。即在三種磨損程度不同的區(qū)域分別加工出耦合有不同形狀仿生單元體的仿生表面，進(jìn)而獲得硬度、應(yīng)力分布均勻且抗磨損性能趨于均勻一致的多仿生耦合表面組合的導(dǎo)軌表面，實(shí)現(xiàn)其再生。本發(fā)明不僅使得力學(xué)性能分布不均的表面再次恢復(fù)均勻分布，還可以通過不同抗磨損性能仿生表面的組合形成整體抗磨損性能長(zhǎng)期一致化的仿生表面。有效避免由于局部受力較大所造成的局部磨損嚴(yán)重現(xiàn)象。本發(fā)明打破了傳統(tǒng)的對(duì)力學(xué)性能分布均勻的表面所進(jìn)行的均勻修復(fù)方式，而是以更適合其實(shí)際工作的角度，對(duì)經(jīng)高頻淬火的鑄鐵導(dǎo)軌的局部磨損表面直接實(shí)施多仿生耦合表面組合的非均勻再生修復(fù)方式，從根本上解決了該類報(bào)廢導(dǎo)軌表面由于磨損不均所造成的難以再生問題。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

圖1是機(jī)床導(dǎo)軌具體分區(qū)測(cè)量示意圖。

圖2a是A區(qū)硬度為700HV區(qū)域仿生耦元模型示意圖；圖2b是仿生耦元的剖視圖。

圖3a是B區(qū)硬度為600HV區(qū)域仿生耦元模型示意圖；圖3b是點(diǎn)狀仿生耦元的剖視圖，圖3c是條狀仿生耦元的剖視圖。

圖4a是C區(qū)硬度為500HV區(qū)域仿生耦元模型示意圖；圖4b是仿生耦元的剖視圖。

圖5a是C區(qū)磨損高度示意圖，圖5b是仿生耦合表面磨損高度示意圖。

圖6是機(jī)床導(dǎo)軌仿生耦合表面整體俯視圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明選取的生物原模是蜣螂頭部、植物葉片和貝殼表面，一般都是從生物中得到靈感，進(jìn)而根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行實(shí)施優(yōu)化、轉(zhuǎn)化組合，可以將仿生非光滑結(jié)構(gòu)分為點(diǎn)狀、條狀、網(wǎng)狀、點(diǎn)條組合、點(diǎn)網(wǎng)組合。而且通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在廢舊機(jī)床導(dǎo)軌剩余淬火表面經(jīng)激光加工的仿生單元體發(fā)生物相轉(zhuǎn)移，金相組織從珠光體轉(zhuǎn)變?yōu)楦哂捕鹊鸟R氏體。仿生耦合單元體可以作為硬質(zhì)相，提供強(qiáng)度和硬度，導(dǎo)軌材料本身作為軟質(zhì)相，提供韌性和減震性，兩者軟硬相間的仿生耦合表面相互配合可以提高機(jī)床導(dǎo)軌的耐磨性。

本發(fā)明對(duì)床身與導(dǎo)軌連為一體的廢棄機(jī)床導(dǎo)軌的剩余淬火表面，由于磨損程度非均勻，先橫向測(cè)量導(dǎo)軌硬度，再按照硬度分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行區(qū)域標(biāo)記，不同的分區(qū)構(gòu)建不同的仿生耦合模型，仿生耦合模型包括形狀耦元及其特征量，激光加工出設(shè)計(jì)合理的仿生耦合表面，使得修復(fù)后的整個(gè)導(dǎo)軌的耐磨性達(dá)到一致，實(shí)現(xiàn)廢舊機(jī)床導(dǎo)軌剩余淬火表面磨損非均勻的均一性修復(fù)。

不同的仿生耦合模型與不同硬度組合可以獲得不同程度的耐磨性，本發(fā)明通過仿生原理關(guān)系計(jì)算得出不同硬度分區(qū)所對(duì)應(yīng)的仿生耦合模型，來達(dá)到耐磨性均一的目的。A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)中根據(jù)硬度值進(jìn)行間距微調(diào)，做到整體與細(xì)節(jié)的統(tǒng)一。突破了非均勻表面修復(fù)成均一性的難題，極大節(jié)約了資源和維修費(fèi)用，達(dá)到廢舊機(jī)床導(dǎo)軌再利用的目的。

所述導(dǎo)軌表面按照未修復(fù)前的硬度由大到小分為A、B、C三個(gè)區(qū)域；如圖2a、3a、4a所示，A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)表面分別加工有條狀仿生耦元、點(diǎn)條組合仿生耦元、網(wǎng)狀仿生耦元；A區(qū)仿生耦元的標(biāo)準(zhǔn)間距S_A＝3.4mm，B區(qū)仿生耦元的標(biāo)準(zhǔn)間距S_B＝6.7mm，C區(qū)仿生耦元的標(biāo)準(zhǔn)間距S_C＝4.2mm。如圖2b所示，A區(qū)條狀仿生耦元的寬度Aw＝1.4mm，深度A_h＝1000μm；如圖3b所示，B區(qū)中點(diǎn)狀仿生耦元的直徑Bd＝1.4mm，深度B_h＝1000μm，如圖3c所示，條狀仿生耦元的寬度Bw＝1.4mm，B_h＝1000μm；如圖4b所示，C區(qū)中網(wǎng)狀仿生耦元寬度Cw＝1.4mm，深度C_h＝1000μm。

所述A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)修復(fù)前的表面硬度分別為650HV～750HV、550HV～650HV、450HV～550HV；所述A區(qū)含有n1個(gè)微調(diào)區(qū)域，分別記為A1、A2、……Ai……A_n1，對(duì)任一微調(diào)區(qū)域Ai，其上條狀仿生耦元的間距S_Ai＝(A_Ai/700)S_A，其中A_Ai為微調(diào)區(qū)域Ai修復(fù)前的硬度，S_A為A區(qū)條狀仿生單元體的標(biāo)準(zhǔn)間距，S_A＝3.4mm。

所述B區(qū)含有n2個(gè)微調(diào)區(qū)域，分別為B1、B2、……Bi……B_n2，對(duì)任一微調(diào)區(qū)域Bi，其上點(diǎn)條組合仿生耦元的間距S_Bi＝(B_Bi/600)S_B，其中B_Bi為微調(diào)區(qū)域Bi修復(fù)前的硬度，S_B為B區(qū)點(diǎn)條組合仿生耦元的標(biāo)準(zhǔn)間距，S_B＝6.7mm。

所述C區(qū)含有n3個(gè)微調(diào)區(qū)域，分別為C1、C2、……Ci……C_n3，對(duì)任一微調(diào)區(qū)域Ci，其上網(wǎng)狀仿生耦元的間距S_Ci＝(C_Ci/500)S_C，其中C_Ci為微調(diào)區(qū)域C i修復(fù)前的硬度，S_C為C區(qū)點(diǎn)條組合仿生耦元的標(biāo)準(zhǔn)間距，S_C＝6.7mm。

其中n1、n2、n3的數(shù)值是不確定的，只要長(zhǎng)方形的平均硬度在哪個(gè)區(qū)間內(nèi)就標(biāo)記為哪區(qū)。而當(dāng)導(dǎo)軌不同時(shí)，它的長(zhǎng)方形分區(qū)的數(shù)量也是不同的，所以這里n1、n2、n3只是代表屬于A、B、C區(qū)的未知數(shù)量的一個(gè)記號(hào)。

本發(fā)明的修復(fù)廢舊機(jī)床導(dǎo)軌方法具體如下：

刀架由于長(zhǎng)期的沿導(dǎo)軌面非均勻工作導(dǎo)致導(dǎo)軌表面的磨損程度非均勻，常用工作區(qū)與非常用工作區(qū)和中間區(qū)域與邊緣區(qū)域的使用頻率和磨損狀況是不同的。經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，一方面刀架由于長(zhǎng)期的沿導(dǎo)軌面非均勻工作，另一方面導(dǎo)軌淬火硬度沿厚度方向是梯度變化的，導(dǎo)致導(dǎo)軌剩余淬火表面各處的磨損程度非均勻，若以硬度作為直觀測(cè)量指標(biāo)，即整個(gè)剩余淬火表面各部分的硬度不同，其耐磨性也不同。這就需要先進(jìn)行區(qū)域劃分。因?yàn)橛捕瓤梢灾庇^測(cè)量，本發(fā)明以硬度作為磨損程度非均勻的分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)。對(duì)磨損非均勻的剩余淬火表面進(jìn)行硬度測(cè)量，硬度值一般在450HV～750HV之間，分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)確定如下：硬度在650HV～750HV記為A區(qū)，700HV作為A區(qū)標(biāo)準(zhǔn)硬度；硬度在550HV～650HV記為B區(qū)，600HV作為B區(qū)標(biāo)準(zhǔn)硬度；硬度在450HV～550HV記為C區(qū)，500HV作為C區(qū)標(biāo)準(zhǔn)硬度。具體實(shí)施分區(qū)測(cè)量如下：為了對(duì)導(dǎo)軌表面硬度進(jìn)行精確的測(cè)量，將導(dǎo)軌面先橫向從中間一分為二，如圖1所示，先整體橫向測(cè)量硬度，根據(jù)橫向硬度的不同，再縱向大概每隔50mm將硬度近似的區(qū)域分為一區(qū)，將導(dǎo)軌面分為若干個(gè)長(zhǎng)方形區(qū)域；在各長(zhǎng)方形區(qū)域內(nèi)沿長(zhǎng)方形的兩條對(duì)角線進(jìn)行硬度測(cè)量，最后將硬度值進(jìn)行平均，得到的硬度平均值作為所在長(zhǎng)方形區(qū)域的硬度值。根據(jù)以上測(cè)量的硬度值將導(dǎo)軌表面分為A區(qū)、B區(qū)和C區(qū)。然后將屬于A區(qū)的n1個(gè)微調(diào)區(qū)域，分別標(biāo)記為A1、A2、……Ai……An，屬于B區(qū)的n2個(gè)微調(diào)區(qū)域，分別標(biāo)記為B1、B2、……Bi……Bn，屬于C區(qū)的n3個(gè)微調(diào)區(qū)域，標(biāo)記為C1、C2、……Ci……Cn；其中n1、n2、n3可以相等可以不等。

在A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)表面制備仿生耦元，各區(qū)域仿生耦元的形狀和各微調(diào)區(qū)域仿生耦元的實(shí)際間距確定方法具體如下：

由于C區(qū)硬度最小，磨損高度最大，因此可以以未處理導(dǎo)軌C區(qū)表面硬度500HV處的磨損高度H₀為基準(zhǔn)，如圖5a、5b所示，圖中H、H’分別為原導(dǎo)軌高度和制備有仿生耦元的導(dǎo)軌高度；利用公式(1)計(jì)算出制備各種形狀仿生耦元的仿生耦合表面的磨損減少率△X_F％；

△X_F％＝(H₀－H_F)/H₀×100％(1)

其中H_F為在導(dǎo)軌上制備仿生耦元后，經(jīng)磨損試驗(yàn)得到的磨損高度。

具體計(jì)算方法如下：

選取N組與未處理導(dǎo)軌C區(qū)相同的試樣，(N的取值范圍為至少6組)，試樣表面硬度為500HV，每組包含5個(gè)試樣，磨損高度為H₀。首先在第一組的1-5號(hào)試樣表面分別制備點(diǎn)狀、條狀、點(diǎn)網(wǎng)組合狀、點(diǎn)條組合狀、網(wǎng)狀仿生耦元，并且各試樣表面仿生耦元的總面積相等，本發(fā)明中取總面積為320mm²。然后在各試樣表面進(jìn)行磨損試驗(yàn)，測(cè)出磨損高度，利用公式(1)計(jì)算得到1-5號(hào)試樣仿生耦合表面的磨損減少率。計(jì)算結(jié)果分別為：1號(hào)試樣仿生耦合表面的磨損減少率為△Xsp％＝18.6％，2號(hào)試樣仿生耦合表面的磨損減少率為△Xst％＝33.7％，3號(hào)試樣仿生耦合表面的磨損減少率為△Xsp-re％＝60.2％，4號(hào)試樣仿生耦合表面的磨損減少率為△Xsp-st％＝65.0％，5號(hào)試樣仿生耦合表面的磨損減少率為△Xre％＝68.2％。減少率越大，抗磨損性能越好。

在其他組的1-5號(hào)試樣上分別制備點(diǎn)狀、條狀、點(diǎn)網(wǎng)組合狀、點(diǎn)條組合狀、網(wǎng)狀仿生耦元。制備相同形狀仿生耦元的不同試樣，其上仿生耦元的間距不同。然后計(jì)算出各形狀不同間距仿生耦元對(duì)應(yīng)的仿生耦合表面磨損減小率，擬合出仿生耦元間距S與磨損減少率△Xs-F％的關(guān)系如下：點(diǎn)狀仿生耦元對(duì)應(yīng)的仿生耦合表面磨損減小率△Xs-sp＝－0.44758×Ssp+8.1956，S sp為點(diǎn)狀仿生耦元的實(shí)際間距；條狀仿生耦元對(duì)應(yīng)的仿生耦合表面磨損減小率△Xs-st＝－12.93×Sst+68.089，S st為條狀仿生耦元的實(shí)際間距；網(wǎng)狀仿生耦元對(duì)應(yīng)的仿生耦合表面磨損減小率△Xs-re＝－14.7899×S re+77.115，S re為網(wǎng)狀仿生耦元的間距；點(diǎn)條組合仿生耦元對(duì)應(yīng)的仿生耦合表面磨損減小率△Xs-sp-st＝－5.9975×Ssp-st+51.083，Ssp-st為點(diǎn)條組合仿生耦元的實(shí)際間距；點(diǎn)網(wǎng)組合仿生耦元對(duì)應(yīng)的仿生耦合表面磨損減小率△Xs-sp-re＝－13.287×Ssp-re+68.048，S sp-re為點(diǎn)網(wǎng)組合仿生耦元的實(shí)際間距。

在仿生耦合試樣中多耦元的貢獻(xiàn)度還與該分區(qū)的硬度有關(guān)，在不同硬度基體上加工出相同形狀的仿生耦元(點(diǎn)狀、條狀或網(wǎng)狀)，進(jìn)行磨損試驗(yàn)，利用刻痕面積變化計(jì)算出磨損高度，擬合得出基體硬度X與磨損高度Y的回歸方程：Y＝－0.0016X+1.335，以C區(qū)標(biāo)準(zhǔn)硬度500HV處的磨損高度H₀為參照，H₀＝－0.0016×500+1.335＝0.535；利用回歸方程計(jì)算出A區(qū)標(biāo)準(zhǔn)硬度700HV處、B區(qū)標(biāo)準(zhǔn)硬度600HV處對(duì)應(yīng)的磨損高度，H_A＝－0.0016×700+1.335＝0.215，H_B＝－0.0016×600+1.335＝0.375；再利用公式(1)計(jì)算出A區(qū)標(biāo)準(zhǔn)硬度700HV、B區(qū)硬度標(biāo)準(zhǔn)600HV對(duì)應(yīng)的磨損減少率分別為△A＝59.8％，△B＝29.9％，即制備相同仿生耦元的仿生耦合表面，修復(fù)后A區(qū)的磨損高度是C區(qū)磨損高度的(1－59.8％)，B區(qū)的磨損高度是C區(qū)磨損高度的(1－29.9％)；

假設(shè)未處理試樣C區(qū)標(biāo)準(zhǔn)硬度500HV處的磨損高度為H₀，修復(fù)后若使C區(qū)磨損減少率等于K％，根據(jù)公式(1)，則修復(fù)后C區(qū)磨損高度為H_C＝H₀(1－K％)。為使抗磨損性能均一化，則修復(fù)后A區(qū)、B區(qū)的磨損高度也為H₀(1－K％)。首先以C區(qū)標(biāo)準(zhǔn)硬度500HV處，B區(qū)標(biāo)準(zhǔn)硬度600HV處、A區(qū)標(biāo)準(zhǔn)硬度700HV處的耐磨性一致列出滿足式，然后推導(dǎo)出最后的簡(jiǎn)化關(guān)系式，作為A、B、C三區(qū)的仿生耦合模型的選擇依據(jù)。C區(qū)目標(biāo)磨損高度為H₀(1－K％)，修復(fù)后的理論磨損高度為H₀[1－(△X_FC％+△X_s-FC％)]，兩者相等可得：H₀(1－K％)＝H₀[1－(△X_FC％+△X_s-FC％)]，推導(dǎo)出K＝△X_FC+△X_s-FC；其中△X_FC為C區(qū)標(biāo)準(zhǔn)硬度500HV所選的仿生耦合表面磨損減少率，△X_s-FC為該仿生耦合表面對(duì)應(yīng)仿生耦元間距的磨損減少率。B區(qū)目標(biāo)磨損高度為H₀(1－K％)，修復(fù)后的理論磨損高度為H₀[1－(△X_FB％+△X_s-B％)](1－29.9％)，兩者相等可得：H₀(1－K％)＝H₀[1－(△X_FB％+△X_s-FB％)](1－29.9％)，推導(dǎo)出1.426(K－29.9)＝△X_FB+△X_s-FB。其中△X_FB為B區(qū)標(biāo)準(zhǔn)硬度600HV所選的仿生耦合表面磨損減少率，△X_s-FB為該仿生耦合表面對(duì)應(yīng)仿生耦元間距的磨損減少率。A區(qū)目標(biāo)磨損高度為H₀(1－K％)，仿生耦合表面修復(fù)后的理論磨損高度為H₀[1－(△X_FA％+△X_s-FA％)](1－59.8％)。兩者相等可得：H₀(1－K％)＝H_C[1－(△X_A％+△X_s-FA％)](1－59.8％)，推導(dǎo)出2.487(K－59.8)＝△X_FA+△X_s-FA，其中△X_FA為A區(qū)標(biāo)準(zhǔn)硬度700HV所選的仿生耦合表面磨損減少率，△X_s-FA為該仿生耦合表面對(duì)應(yīng)仿生耦元間距的磨損減少率。經(jīng)過綜合分析，如果K取值過小，就使得修復(fù)后的導(dǎo)軌壽命不高，達(dá)不到修復(fù)目的；如果K取值過大，就會(huì)使仿生耦合模型的形狀耦元趨向于單一，就失去不同仿生耦合模型分區(qū)修復(fù)的意義。根據(jù)實(shí)際意義，設(shè)定K％取值83％，則三區(qū)滿足的關(guān)系式為C區(qū)83＝△X_FC+△X_s-FC，B區(qū)75.7206＝△X_FB+△X_s-FB，A區(qū)57.6984＝△X_FA+△X_s-FA，根據(jù)上面的不同形狀耦元及同一形狀對(duì)應(yīng)不同耦元間距的磨損減少率的計(jì)算公式，分別選出A、B、C區(qū)的耦元形狀及對(duì)應(yīng)的耦元標(biāo)準(zhǔn)間距S_A、S_B、S_C如下：A區(qū)為條狀耦元，耦元標(biāo)準(zhǔn)間距S_A為3.4mm；B區(qū)為點(diǎn)條組合耦元，耦元標(biāo)準(zhǔn)間距S_B為6.7mm；C區(qū)為網(wǎng)狀耦元，耦元標(biāo)準(zhǔn)間距S_C為4.2mm。

屬于A、B、C區(qū)的耦元形狀及耦元標(biāo)準(zhǔn)間距確定之后，因?yàn)橛捕葧?huì)影響耦元的作用效果，各區(qū)域的實(shí)際間距還是需要進(jìn)行微調(diào)。微調(diào)的關(guān)系式的推導(dǎo)過程在這就以A區(qū)為例來進(jìn)行詳盡的步驟推演。硬度700HV作為A區(qū)標(biāo)準(zhǔn)硬度A_A，其耦元標(biāo)準(zhǔn)間距為S_A，將屬于A區(qū)的任一微調(diào)區(qū)域硬度值記為A_Ai，其實(shí)際間距為S_Ai。通過分析，為使磨損高度一致，硬度與間距的變化就需要呈正比，即硬度相差比應(yīng)等于間距相差比，1－A_Ai/A_A＝1－S_Ai/S_A，推導(dǎo)出S_Ai＝(A_Ai/A_A)S_A＝(A_Ai/700)S_A。同理可得，B區(qū)的微調(diào)關(guān)系式為S_Bi＝(B_Bi/600)S_B，C區(qū)的微調(diào)關(guān)系式為S_Ci＝(C_Ci/500)S_C。

所述的一種分區(qū)構(gòu)建仿生耦合表面修復(fù)再生廢舊機(jī)床導(dǎo)軌的方法，結(jié)合圖1～圖4a、圖4b，具體步驟如下：

步驟一，清除廢舊機(jī)床導(dǎo)軌剩余淬火表面油污和磨損痕跡，并使其表明平整化；

步驟二，根據(jù)硬度分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施具體分區(qū)測(cè)量標(biāo)記。將導(dǎo)軌面先橫向從中間一分為二，橫向測(cè)量硬度，根據(jù)橫向硬度的不同，再縱向大概每隔50mm將硬度近似的區(qū)域分為一區(qū)，將導(dǎo)軌面分為若干個(gè)長(zhǎng)方形區(qū)域，沿長(zhǎng)方形的兩條對(duì)角線進(jìn)行硬度測(cè)量，并將硬度值進(jìn)行平均，根據(jù)硬度分區(qū)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分區(qū)標(biāo)記，標(biāo)準(zhǔn)如下：當(dāng)硬度Z在650HV≤Z≤750HV記為A區(qū)，700HV作為A區(qū)標(biāo)準(zhǔn)；當(dāng)硬度在550HV≤Z＜650HV記為B區(qū)，600HV作為B區(qū)標(biāo)準(zhǔn)；當(dāng)硬度在450HV≤Z＜550HV記為C區(qū)，500HV作為C區(qū)標(biāo)準(zhǔn)。其中屬于A區(qū)的n1個(gè)微調(diào)區(qū)域，分別標(biāo)記為A1、A2、……Ai……An1，屬于B區(qū)的n2個(gè)微調(diào)區(qū)域，分別標(biāo)記為B1、B2、……Bi……Bn2，屬于C區(qū)的n3個(gè)微調(diào)區(qū)域，標(biāo)記為C1、C2、……Ci……Cn3；

步驟三，確定A區(qū)、B區(qū)、C區(qū)的仿生耦元形狀及其各微調(diào)區(qū)域耦元的實(shí)際間距；A區(qū)為條狀耦元，耦元標(biāo)準(zhǔn)間距S_A為3.4mm；B區(qū)為點(diǎn)條組合耦元，耦元標(biāo)準(zhǔn)間距S_B為6.7mm；C區(qū)為網(wǎng)狀耦元，耦元標(biāo)準(zhǔn)間距S_C為4.2mm。再根據(jù)間距微調(diào)關(guān)系式：S_Ai＝(A_Ai/700)S_A，依次分別求出屬于A區(qū)的n1個(gè)微調(diào)區(qū)域?qū)?yīng)的耦元間距；根據(jù)B區(qū)間距微調(diào)關(guān)系式：S_Bi＝(B_Bi/600)S_B，依次分別求出屬于B區(qū)的n2個(gè)微調(diào)區(qū)域?qū)?yīng)的耦元實(shí)際間距；根據(jù)C區(qū)間距微調(diào)關(guān)系式：S_Ci＝(C_Ci/500)S_C，依次分別求出屬于C區(qū)的n3個(gè)微調(diào)區(qū)域?qū)?yīng)的耦元實(shí)際間距。以A區(qū)微調(diào)耦元間距的舉例如下：選出幾個(gè)屬于A區(qū)的區(qū)域，硬度值分別為650HV、670HV、730HV、750HV，根據(jù)A區(qū)的耦元間距微調(diào)關(guān)系式：S_Ai＝(A_Ai/700)S_A，分別求出對(duì)應(yīng)耦元間距S_A1＝(650/700)×3.4＝3.2mm，S_A2＝(670/700)×3.4＝3.3mm，S_A3＝(730/700)×3.4＝3.5mm，S_A4＝(750/700)×3.4＝3.6mm。

步驟四，根據(jù)步驟三確定的參數(shù)利用激光加工出各區(qū)設(shè)計(jì)合理的仿生耦合表面，并進(jìn)行處理使其表面平整化。仿生耦元的激光加工參數(shù)為：激光電流為180A，脈寬為6ms，頻率為7Hz，離焦量為12mm，掃描速度為25mm/min。

表1.CA6140廢舊車床導(dǎo)軌修復(fù)再生應(yīng)用實(shí)例。

注：表1中所示的試驗(yàn)實(shí)例數(shù)據(jù)保留一位小數(shù)位；采用的激光熔凝參數(shù)均為如下參數(shù)：激光電流為180A，脈寬為6ms，頻率為7Hz，離焦量為12mm，掃描速度為25mm/min。