CN103909378A - 一种球磨机正变位大模数齿轮光纤激光再制造工艺 - Google Patents

一种球磨机正变位大模数齿轮光纤激光再制造工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种球磨机正变位大模数齿轮光纤激光再制造工艺，采用合金粉末设计表面层性能，使用六轴机器人编程生成加工程序，采用光纤激光熔覆技术和大模数齿轮加工技术对磨损齿轮进行在修复。通过上述方式，本发明提高了齿轮的耐腐蚀和耐磨损，延长了齿轮的使用寿命。

Description

一种球磨机正变位大模数齿轮光纤激光再制造工艺
技术领域
本发明涉及齿轮再制造技术领域，特别是涉及一种球磨机正变位大模数齿轮光纤激光再制造工艺。
背景技术
现有技术中，应用在球磨机上的正变位大模数齿轮（齿高50mm，齿顶圆直径600mm,齿宽450，模数22，齿数19，长度2500mm）的制造工艺为中碳合金钢40Cr经铸造、铣、去应力退火、表面淬火。作为球磨机传动部件，在使用过程中受磨料、周期应力、腐蚀等作用，失效方式有磨粒磨损、疲劳磨损、过量塑性变形、黏着磨损和腐蚀磨损，长期使用导致尺寸超差、磨损沟槽、局部断裂等现象，导致齿轮失效。常规采用的再制造技术如表面堆焊、表面离子熔覆技术，因结合强度低、孔隙率高、组织粗大、热影响区大等缺陷，再制造后齿轮在使用过程中剥落、耐磨性差和使用寿命短，难以满足实际使用的需要。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种球磨机正变位大模数齿轮光纤激光再制造工艺，提高了齿轮的耐腐蚀和耐磨损，延长了齿轮的使用寿命。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种球磨机正变位大模数齿轮光纤激光再制造工艺，包括如下步骤：
步骤一：确定熔覆层材料，设计Fe-Cr系合金粉末，设计熔覆层材料的强化相和韧性相，满足耐磨损和耐腐蚀要求，选择与齿轮基体材料热膨胀系数相近的合金粉末，所述合金粉末的组分及质量分数是：Fe：(78%-81%)；C： (0.1%-0.2%)；Cr：（13%-16%）；Ni：（4%-4.8%）Mo：（1.5%-2%）；所述合金粉末通过熔炼后雾化制备出粒度为50～200微米的球形粉末；
步骤二：齿轮表面经除油-除杂-除锈清洗-着色探伤-铣掉损伤部位，获得清洁表面；
步骤三：齿轮激光再制造，采用光纤激光器六轴机器人组成的柔性激光加工***，光束模式为多模，输出功率为2400W，光斑直径为10mm×4mm，焦距为300mm；送粉量15g/s，侧向送粉；扫描路径：利用机器人语言编程，采用相对指令，有限循环，40%搭接率，扫描速度600mm/min，生成自动加工程序；单道熔覆层平均厚度1mm,宽度4mm；
步骤四：结合Fe-Cr相图，通过金相显微镜、SEM（扫描电子显微镜）、摩擦磨损实验，显微硬度计等分析手段，得到熔覆层形貌、摩擦学实验数据；
步骤五：根据实验数据分析，光纤激光熔覆层凝固组织的组成相为Fe-Cr固溶体和碳化物，形貌为柱状晶、枝晶特征和不规则碳化物，无气孔和裂纹，熔覆层与齿轮基体结合界面为白亮带的冶金结合，磨损量为齿轮基体的1/2；
步骤六：经过多道搭接和多层熔覆，得到厚度约为6mm的平整熔覆层；
步骤七：齿形加工。
在本发明一个较佳实施例中，所述步骤一中合金元素Ni和Mo形成固溶体，强化相为原位生成的Cr3C2。
在本发明一个较佳实施例中，所述步骤七根据分度圆直径，齿根圆和齿顶圆数据，结合正变位系数，获得标准齿形数据，利用龙门铣床和齿形数据，通过CNC编程，生成齿形加工程序，加工完经过退火处理获得与标准齿轮一致的齿形。
本发明的有益效果是：本发明激光再制造产品性能，经过表面层材料和性能设计，利用激光熔覆技术，得到与基体结合方式为冶金结合的厚度为6mm的激光熔覆层，尺寸和形状与新齿轮一致，但性能远高于的新齿轮的激光再制造产品，耐磨性是基体的2倍，使用寿命可达到新齿轮的2倍。
具体实施方式
下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
本发明实施例：
一种球磨机正变位大模数齿轮光纤激光再制造工艺，包括如下步骤： 
步骤一：确定熔覆层材料，设计Fe-Cr系合金粉末，设计熔覆层材料的强化相和韧性相，满足耐磨损和耐腐蚀要求，选择与齿轮基体材料热膨胀系数相近的合金粉末，其中；40Cr基体合金在温度为20～400℃内平均线膨胀系数12.3×10-6/℃, 
所述合金粉末的组分及质量分数是：Fe：79.17%  C：0.13%  Cr：15%  Ni：4.1%  Mo：1.6%；合金粉末在温度为100～500℃平均线膨胀数12.1×10-6/℃，与40Cr基体合金的热物性接近；所述合金粉末通过熔炼后雾化制备出粒度为50～200微米的球形粉末；其中合金元素Ni和Mo形成固溶体，Ni提高合金的耐腐蚀性，Mo提高晶界强度，增加韧性，强化相为原位生成的Cr3C2   ；
步骤二：齿轮表面经除油-除杂-除锈清洗-着色探伤-铣掉损伤部位，获得清洁表面；
步骤三：齿轮激光再制造，采用光纤激光器六轴机器人组成的柔性激光加工***，光束模式为多模，输出功率为2400W，光斑直径为10mm×4mm，焦距为300mm；送粉量15g/s，侧向送粉；扫描路径：利用机器人语言编程，采用相对指令，有限循环，40%搭接率，扫描速度600mm/min，生成自动加工程序；单道熔覆层平均厚度1mm,宽度4mm。
步骤四：结合Fe-Cr相图，通过金相显微镜、SEM（扫描电子显微镜）、摩擦磨损实验，显微硬度计等分析手段，得到熔覆层形貌、摩擦学实验数据；
步骤五：根据实验数据分析，光纤激光熔覆层凝固组织的组成相为Fe-Cr固溶体和碳化物，形貌为柱状晶、枝晶特征和不规则碳化物，无气孔和裂纹，熔覆层与齿轮基体结合界面为白亮带的冶金结合，磨损量为齿轮基体的1/2；
步骤六：经过多道搭接和多层熔覆，得到厚度约为6mm的平整熔覆层；
步骤七：齿形加工，根据分度圆直径，齿根圆和齿顶圆数据，结合正变位系数，获得标准齿形数据，利用龙门铣床和齿形数据，通过CNC编程，生成齿形加工程序，加工完经过退火处理获得与标准齿轮一致的齿形。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (3)

1.一种球磨机正变位大模数齿轮光纤激光再制造工艺，其特征在于，包括如下步骤： 
步骤一：确定熔覆层材料，设计Fe-Cr系合金粉末，设计熔覆层材料的强化相和韧性相，满足耐磨损和耐腐蚀要求，选择与齿轮基体材料热膨胀系数相近的合金粉末，所述合金粉末的组分及质量分数是：Fe： (78%-81%)；C：(0.1%-0.2%)；Cr：（13%-16%）； Ni：（4%-4.8%） Mo：（1.5%-2%）；所述合金粉末通过熔炼后雾化制备出粒度为50～200微米的球形粉末；
步骤二：齿轮表面经除油-除杂-除锈清洗-着色探伤-铣掉损伤部位，获得清洁表面；
步骤三：齿轮激光再制造，采用光纤激光器六轴机器人组成的柔性激光加工***，光束模式为多模，输出功率为2400W，光斑直径为10mm×4mm，焦距为300mm；送粉量15g/s，侧向送粉；扫描路径：利用机器人语言编程，采用相对指令，有限循环，40%搭接率，扫描速度600mm/min，生成自动加工程序；单道熔覆层平均厚度1mm,宽度4mm；
步骤四：结合Fe-Cr相图，通过金相显微镜、SEM（扫描电子显微镜）、摩擦磨损实验，显微硬度计等分析手段，得到熔覆层形貌、摩擦学实验数据；
步骤五：根据实验数据分析，光纤激光熔覆层凝固组织的组成相为Fe-Cr固溶体和碳化物，形貌为柱状晶、枝晶特征和不规则碳化物，无气孔和裂纹，熔覆层与基体结合界面为白亮带的冶金结合，磨损量为基体的1/2；
步骤六：经过多道搭接和多层熔覆，得到厚度约为6mm的平整熔覆层；
步骤七：齿形加工。
2.根据权利要求1所述的球磨机正变位大模数齿轮光纤激光再制造工艺，其特征在于：所述步骤一中合金元素Ni和Mo形成固溶体，强化相为原位生成的Cr3C2。
3.根据权利要求1所述的球磨机正变位大模数齿轮光纤激光再制造工艺，其特征在于：所述步骤七根据分度圆直径，齿根圆和齿顶圆数据，结合正变位系数，获得标准齿形数据，利用龙门铣床和齿形数据，通过CNC编程，生成齿形加工程序，加工完经过退火处理获得与标准齿轮一致的齿形。
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