一種球磨機(jī)正變位大模數(shù)齒輪光纖激光再制造工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種球磨機(jī)正變位大模數(shù)齒輪光纖激光再制造工藝，采用合金粉末設(shè)計(jì)表面層性能，使用六軸機(jī)器人編程生成加工程序，采用光纖激光熔覆技術(shù)和大模數(shù)齒輪加工技術(shù)對磨損齒輪進(jìn)行在修復(fù)。通過上述方式，本發(fā)明提高了齒輪的耐腐蝕和耐磨損，延長了齒輪的使用壽命。
【專利說明】一種球磨機(jī)正變位大模數(shù)齒輪光纖激光再制造工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及齒輪再制造【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種球磨機(jī)正變位大模數(shù)齒輪光纖激光再制造工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)中，應(yīng)用在球磨機(jī)上的正變位大模數(shù)齒輪(齒高50mm，齒頂圓直徑600mm,齒寬450，模數(shù)22，齒數(shù)19，長度2500mm)的制造工藝為中碳合金鋼40Cr經(jīng)鑄造、銑、去應(yīng)力退火、表面淬火。作為球磨機(jī)傳動(dòng)部件，在使用過程中受磨料、周期應(yīng)力、腐蝕等作用，失效方式有磨粒磨損、疲勞磨損、過量塑性變形、黏著磨損和腐蝕磨損，長期使用導(dǎo)致尺寸超差、磨損溝槽、局部斷裂等現(xiàn)象，導(dǎo)致齒輪失效。常規(guī)采用的再制造技術(shù)如表面堆焊、表面離子熔覆技術(shù)，因結(jié)合強(qiáng)度低、孔隙率高、組織粗大、熱影響區(qū)大等缺陷，再制造后齒輪在使用過程中剝落、耐磨性差和使用壽命短，難以滿足實(shí)際使用的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是提供一種球磨機(jī)正變位大模數(shù)齒輪光纖激光再制造工藝，提高了齒輪的耐腐蝕和耐磨損，延長了齒輪的使用壽命。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個(gè)技術(shù)方案是:提供一種球磨機(jī)正變位大模數(shù)齒輪光纖激光再制造工藝，包括如下步驟:
步驟一:確定熔覆層材料，設(shè)計(jì)Fe-Cr系合金粉末，設(shè)計(jì)熔覆層材料的強(qiáng)化相和韌性相，滿足耐磨損和耐腐蝕要求，選擇與齒輪基體材料熱膨脹系數(shù)相近的合金粉末，所述合金粉末的組分及質(zhì)量分?jǐn)?shù)是:Fe: (78%-81%) ；C: (0.1%_0.2%) ；Cr: (13%-16%) ；Ni:(4%-4.8%)Mo:(1.5%-2%);所述合金粉末通過熔煉后霧化制備出粒度為50?200微米的球形粉末；
步驟二:齒輪表面經(jīng)除油-除雜-除銹清洗-著色探傷-銑掉損傷部位，獲得清潔表
面；
步驟三:齒輪激光再制造，采用光纖激光器六軸機(jī)器人組成的柔性激光加工系統(tǒng)，光束模式為多模，輸出功率為2400W，光斑直徑為IOmmX4臟，焦距為300mm ;送粉量15g/s，側(cè)向送粉；掃描路徑:利用機(jī)器人語言編程，采用相對指令，有限循環(huán)，40%搭接率，掃描速度600mm/min,生成自動(dòng)加工程序；單道熔覆層平均厚度1mm，寬度4mm ；
步驟四:結(jié)合Fe-Cr相圖，通過金相顯微鏡、SEM (掃描電子顯微鏡)、摩擦磨損實(shí)驗(yàn)，顯微硬度計(jì)等分析手段，得到熔覆層形貌、摩擦學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；
步驟五:根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，光纖激光熔覆層凝固組織的組成相為Fe-Cr固溶體和碳化物，形貌為柱狀晶、枝晶特征和不規(guī)則碳化物，無氣孔和裂紋，熔覆層與齒輪基體結(jié)合界面為白亮帶的冶金結(jié)合，磨損量為齒輪基體的1/2 ；
步驟六:經(jīng)過多道搭接和多層熔覆，得到厚度約為6mm的平整熔覆層；
步驟七:齒形加工。[0005]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述步驟一中合金元素Ni和Mo形成固溶體，強(qiáng)化相為原位生成的Cr3C2。
[0006]在本發(fā)明一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述步驟七根據(jù)分度圓直徑，齒根圓和齒頂圓數(shù)據(jù)，結(jié)合正變位系數(shù)，獲得標(biāo)準(zhǔn)齒形數(shù)據(jù)，利用龍門銑床和齒形數(shù)據(jù)，通過CNC編程，生成齒形加工程序，加工完經(jīng)過退火處理獲得與標(biāo)準(zhǔn)齒輪一致的齒形。
[0007]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明激光再制造產(chǎn)品性能，經(jīng)過表面層材料和性能設(shè)計(jì)，利用激光熔覆技術(shù)，得到與基體結(jié)合方式為冶金結(jié)合的厚度為6mm的激光熔覆層，尺寸和形狀與新齒輪一致，但性能遠(yuǎn)高于的新齒輪的激光再制造產(chǎn)品，耐磨性是基體的2倍，使用壽命可達(dá)到新齒輪的2倍。
【具體實(shí)施方式】
[0008]下面對本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)闡述，以使本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征能更易于被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解，從而對本發(fā)明的保護(hù)范圍做出更為清楚明確的界定。
[0009]本發(fā)明實(shí)施例:
一種球磨機(jī)正變位大模數(shù)齒輪光纖激光再制造工藝，包括如下步驟:
步驟一:確定熔覆層材料，設(shè)計(jì)Fe-Cr系合金粉末，設(shè)計(jì)熔覆層材料的強(qiáng)化相和韌性相，滿足耐磨損和耐腐蝕要求，選擇與齒輪基體材料熱膨脹系數(shù)相近的合金粉末，其中；40Cr基體合金在溫度為20?400°C內(nèi)平均線膨脹系數(shù)12.3X 10_6/°C，
所述合金粉末的組分及質(zhì)量分?jǐn)?shù)是:Fe:79.17% C:0.13% Cr:15% N1:4.1% Mo:1.6% ;合金粉末在溫度為100?500°C平均線膨脹數(shù)12.1 X 10_6/°C，與40Cr基體合金的熱物性接近；所述合金粉末通過熔煉后霧化制備出粒度為50?200微米的球形粉末；其中合金元素Ni和Mo形成固溶體，Ni提高合金的耐腐蝕性，Mo提高晶界強(qiáng)度，增加韌性，強(qiáng)化相為原位生成的Cr3C2 ；
步驟二:齒輪表面經(jīng)除油-除雜-除銹清洗-著色探傷-銑掉損傷部位，獲得清潔表
面；
步驟三:齒輪激光再制造，采用光纖激光器六軸機(jī)器人組成的柔性激光加工系統(tǒng)，光束模式為多模，輸出功率為2400W，光斑直徑為IOmmX 4mm，焦距為300mm ;送粉量15g/s，側(cè)向送粉；掃描路徑:利用機(jī)器人語言編程，采用相對指令，有限循環(huán)，40%搭接率，掃描速度600mm/min,生成自動(dòng)加工程序；單道熔覆層平均厚度1mm，寬度4mm。
[0010]步驟四:結(jié)合Fe-Cr相圖，通過金相顯微鏡、SEM(掃描電子顯微鏡)、摩擦磨損實(shí)驗(yàn)，顯微硬度計(jì)等分析手段，得到熔覆層形貌、摩擦學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；
步驟五:根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，光纖激光熔覆層凝固組織的組成相為Fe-Cr固溶體和碳化物，形貌為柱狀晶、枝晶特征和不規(guī)則碳化物，無氣孔和裂紋，熔覆層與齒輪基體結(jié)合界面為白亮帶的冶金結(jié)合，磨損量為齒輪基體的1/2 ；
步驟六:經(jīng)過多道搭接和多層熔覆，得到厚度約為6mm的平整熔覆層；
步驟七:齒形加工，根據(jù)分度圓直徑，齒根圓和齒頂圓數(shù)據(jù)，結(jié)合正變位系數(shù)，獲得標(biāo)準(zhǔn)齒形數(shù)據(jù)，利用龍門銑床和齒形數(shù)據(jù)，通過CNC編程，生成齒形加工程序，加工完經(jīng)過退火處理獲得與標(biāo)準(zhǔn)齒輪一致的齒形。
[0011]以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的【技術(shù)領(lǐng)域】，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種球磨機(jī)正變位大模數(shù)齒輪光纖激光再制造工藝，其特征在于，包括如下步驟: 步驟一:確定熔覆層材料，設(shè)計(jì)Fe-Cr系合金粉末，設(shè)計(jì)熔覆層材料的強(qiáng)化相和韌性相，滿足耐磨損和耐腐蝕要求，選擇與齒輪基體材料熱膨脹系數(shù)相近的合金粉末，所述合金粉末的組分及質(zhì)量分?jǐn)?shù)是:Fe: (78%-81%) ；C: (0.1%_0.2%) ；Cr:(13%-16%) ； Ni:(4%-4.8%) Mo:(1.5%-2%);所述合金粉末通過熔煉后霧化制備出粒度為50?200微米的球形粉末； 步驟二:齒輪表面經(jīng)除油-除雜-除銹清洗-著色探傷-銑掉損傷部位，獲得清潔表面； 步驟三:齒輪激光再制造，采用光纖激光器六軸機(jī)器人組成的柔性激光加工系統(tǒng)，光束模式為多模，輸出功率為2400W，光斑直徑為IOmmX 4臟，焦距為300mm ;送粉量15g/s，側(cè)向送粉；掃描路徑:利用機(jī)器人語言編程，采用相對指令，有限循環(huán)，40%搭接率，掃描速度600mm/min,生成自動(dòng)加工程序；單道熔覆層平均厚度1mm，寬度4mm ； 步驟四:結(jié)合Fe-Cr相圖，通過金相顯微鏡、SEM (掃描電子顯微鏡)、摩擦磨損實(shí)驗(yàn)，顯微硬度計(jì)等分析手段，得到熔覆層形貌、摩擦學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)； 步驟五:根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，光纖激光熔覆層凝固組織的組成相為Fe-Cr固溶體和碳化物，形貌為柱狀晶、枝晶特征和不規(guī)則碳化物，無氣孔和裂紋，熔覆層與基體結(jié)合界面為白亮帶的冶金結(jié)合，磨損量為基體的1/2 ； 步驟六:經(jīng)過多道搭接和多層熔覆，得到厚度約為6mm的平整熔覆層； 步驟七:齒形加工。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球磨機(jī)正變位大模數(shù)齒輪光纖激光再制造工藝，其特征在于:所述步驟一中合金元素Ni和Mo形成固溶體，強(qiáng)化相為原位生成的Cr3C2。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的球磨機(jī)正變位大模數(shù)齒輪光纖激光再制造工藝，其特征在于:所述步驟七根據(jù)分度圓直徑，齒根圓和齒頂圓數(shù)據(jù)，結(jié)合正變位系數(shù)，獲得標(biāo)準(zhǔn)齒形數(shù)據(jù)，利用龍門銑床和齒形數(shù)據(jù)，通過CNC編程，生成齒形加工程序，加工完經(jīng)過退火處理獲得與標(biāo)準(zhǔn)齒輪一致的齒形。
【文檔編號】C23C24/10GK103909378SQ201410137710
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年4月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月8日
【發(fā)明者】金朝龍, 顏瑞峰 申請人:蘇州天弘激光股份有限公司