專利名稱：一種磨損軸類零件攪拌摩擦加工再制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于廢舊工程機(jī)械零件再制造加工領(lǐng)域，具體是針對(duì)表面磨損軸類零件的一種攪拌摩擦加工再制造方法。
背景技術(shù)：
廢舊工程機(jī)械零部件再制造是再制造工程的重要組成部分，是提高資源利用率、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的重要途徑之一。軸類零件是工程機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中廣泛使用的零部件之一，由于傳遞載荷大及反復(fù)加載經(jīng)常會(huì)發(fā)生各種磨損失效，直接廢棄局部磨損的軸類零件將造成材料及能源的嚴(yán)重浪費(fèi)，如何對(duì)磨損軸類零件進(jìn)行再制造后繼續(xù)使用是再制造工程迫切需要解決的課題。研究和開(kāi)發(fā)先進(jìn)的再制造方法對(duì)磨損軸類零件進(jìn)行再制造加工，對(duì)工程機(jī)械再制造工程的發(fā)展有巨大促進(jìn)作用。目前，已應(yīng)用的軸類零件表面再制造加工方法有表面堆焊、熱噴涂、電刷鍍、激光熔覆及耗材摩擦焊等，它們?cè)诰哂懈髯詢?yōu)點(diǎn)的同時(shí)，也具有工藝上的一些局限性。(I)表面堆焊是在金屬材料或零件表面熔焊上耐磨耐蝕等特殊性能金屬層的一種工藝方法，通過(guò)堆焊可以修復(fù)外形不合格的金屬零部件及產(chǎn)品或制造雙金屬零部件。用表面堆焊方法加工軸類零件時(shí)，加工面積較大，軸母材和金屬層之間為冶金結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度高；但采用熔焊方法難免會(huì)產(chǎn)生各種熔化冶金缺陷及結(jié)晶缺陷等，焊后焊縫組織粗大，尤其熱影響區(qū)韌性明顯降低，存在嚴(yán)重的焊接殘余應(yīng)力和變形，并可能產(chǎn)生各種裂紋等缺陷，導(dǎo)致該工藝在使用中具有明顯局限性。(2)熱噴涂技術(shù)是一種將涂層材料(粉末或絲材)送入某種熱源(電弧、燃燒火焰、等離子體等)中熔化，并利用高速氣流將其噴射到基體材料表面形成涂層的工藝。熱噴涂涂層具有耐磨損、耐腐蝕、耐高溫和隔熱等優(yōu)良性能，并能對(duì)磨損、腐蝕或加工超差引起的零件尺寸減小進(jìn)行局部修復(fù)加工，在航空航天、機(jī)械制造、石油化工等領(lǐng)域中有廣泛應(yīng)用。用熱噴涂技術(shù)修復(fù)軸類零件時(shí)修復(fù)速度快，適合復(fù)雜形狀及大面積加工；但涂層總存在一定空隙率、致密性低，涂層與母材之間存在殘余應(yīng)力，涂層結(jié)合一般為機(jī)械結(jié)合，其結(jié)合強(qiáng)度較低，在軸類零件表面長(zhǎng)期磨損擠壓大載荷作用下很容易再次磨損剝落，雖后續(xù)發(fā)展了超音速噴涂工藝，其涂層致密性與結(jié)合強(qiáng)度有明顯改善，但涂層仍很難適合承受擠壓磨損沖擊載荷的作用。(3)電刷鍍的基本原理與電鍍相同，都屬于電化學(xué)結(jié)晶過(guò)程，刷鍍是在通電狀態(tài)下蘸鍍液的陽(yáng)極與被鍍工件表面做相對(duì)接觸運(yùn)動(dòng)下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而施鍍的。電刷鍍技術(shù)修復(fù)軸類零件時(shí)為現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)，易于操作，工期較短，修復(fù)寬面效率較高，鍍層與母體之間是金屬鍵結(jié)合，結(jié)合力高，熱輸入量低，不產(chǎn)生熱應(yīng)力；但鍍層大于O. 5_易脫落，刷鍍面積受鍍筆大小的限制，并且鍍液對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境有一定污染。(4)激光熔敷表面再制造加工技術(shù)是利用高能量、高密度的激光束，在缺陷的金屬材料表面處快速熔凝一層具有高機(jī)械性能及綜合性能的合金材料，提高工件的表面強(qiáng)度、耐磨性以及抗腐蝕性，融合零件表層裂紋及存在的微孔缺陷，再經(jīng)過(guò)一定機(jī)械加工使得熔敷層表面質(zhì)量符合要求。采用該工藝加工軸類零件時(shí)，熔敷材料與母材接近、耐磨損性能較好、冶金結(jié)合強(qiáng)度高、不易脫落，但激光熔敷仍是一種熔化焊接方法，類似于表面堆焊將存在熔化焊中不可避免的冶金組織及熔化缺陷特征，如熱影響區(qū)韌性降低及焊接殘余應(yīng)力，有設(shè)備操作比較復(fù)雜、成本高等局限性。(5)耗材摩擦焊工藝是常規(guī)摩擦焊熱效應(yīng)與普通電弧焊焊條作用及運(yùn)動(dòng)方式的有機(jī)結(jié)合，基本原理是消耗材料“焊條”旋轉(zhuǎn)并與被焊工件接觸，依靠接觸面摩擦所產(chǎn)生的熱，使結(jié)合面兩側(cè)的材料達(dá)到熱塑性狀態(tài)，并施加頂鍛壓力實(shí)現(xiàn)連接，與此同時(shí)耗材與工件沿所需焊接方向相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在這個(gè)過(guò)程中，“焊條”不斷消耗，從而形成焊縫或焊敷層。用耗材摩擦焊加工時(shí)不熔化母材和耗材，為固相連接、溫度低、焊縫組織細(xì)小均勻，結(jié)合強(qiáng)度高；但由于目前設(shè)備及工藝局限性，耗材長(zhǎng)度有限、很難實(shí)現(xiàn)連續(xù)加工，該工藝目前主要處在實(shí)驗(yàn)室研究階段，國(guó)內(nèi)尚未見(jiàn)到實(shí)際工程應(yīng)用。攪拌摩擦焊是由英國(guó)焊接研究所發(fā)明的一種新型固相連接技術(shù)，其基本原理是一個(gè)由軸肩和攪拌針組成的非消耗的焊接工具高速旋轉(zhuǎn)并插入被連接工件之間，通過(guò)工具的摩擦生熱使被焊金屬升溫并發(fā)生塑化，從而實(shí)現(xiàn)固相連接。攪拌摩擦加工是在攪拌摩擦焊技術(shù)基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的一種用于材料改性和制備表面復(fù)合材料的加工工藝。該方法通過(guò)攪拌摩擦機(jī)械作用產(chǎn)生的熱塑性變形來(lái)細(xì)化被加工材料表面晶粒與微觀組織，從而改善材料表面綜合力學(xué)性能。但加工寬度受到攪拌工具的限制，加工效率不高，也未使用填充金屬，目前尚未見(jiàn)到攪拌摩擦加工應(yīng)用于廢舊工程機(jī)械軸類零件的再制造工程中。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供一種磨損軸類零件攪拌摩擦加工再制造方法，本發(fā)明是將攪拌摩擦搭接焊與攪拌摩擦加工結(jié)合在一起的一種復(fù)合加工工藝，利用非消耗的偏心攪拌摩擦工具將填充材料與軸基體母材搭接焊在一起、并通過(guò)攪拌摩擦加工實(shí)現(xiàn)填充材料在磨損軸表面堆焊過(guò)程，通過(guò)一系列標(biāo)準(zhǔn)化的工藝過(guò)程，實(shí)現(xiàn)對(duì)磨損軸類零件表面的批量化加工再制造，而不是局部修復(fù)工藝。本發(fā)明采用攪拌摩擦焊接與加工方法對(duì)磨損軸類零件進(jìn)行再制造，能克服目前工藝的局限性，填充金屬和軸基體材料之間是固相冶金結(jié)合，組織晶粒細(xì)小，大大提高零件表面的耐磨性，殘余應(yīng)力和變形很小，無(wú)熔化缺陷。本發(fā)明加工方法不產(chǎn)生電弧和化學(xué)污染物質(zhì)，綠色無(wú)污染，節(jié)能環(huán)保。生產(chǎn)效率高，自動(dòng)化程度高，適合批量再制造生產(chǎn)。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明一種磨損軸類零件攪拌摩擦加工再制造方法，包括以下步驟步驟一對(duì)軸類零件的磨損表面進(jìn)行清洗，并采用機(jī)加工方法，在軸類零件磨損區(qū)域的表面加工環(huán)形凹槽，該凹槽的底部深至到露出軸類零件完好的基體表面為止；步驟二 制作填充金屬帶選擇與軸類零件母材同材質(zhì)制作成環(huán)狀填充金屬帶，該填充金屬帶的內(nèi)徑等于所述凹槽底部軸段處的外徑；制作引入金屬帶和引出金屬帶選擇與軸類零件母材同材質(zhì)制作環(huán)狀的引入金屬帶和引出金屬帶，其厚度均為2_，其內(nèi)徑與軸類零件的原始外徑一致；制作攪拌摩擦焊機(jī)的偏心攪拌工具該偏心攪拌工具為一鎢基合金或立方氮化硼材料的偏心階梯軸，其軸肩的直徑是偏心設(shè)置的偏心攪拌頭直徑的3倍，所述偏心攪拌頭與軸肩之間的偏心尺寸Λ d在O 5_范圍，偏心攪拌頭的長(zhǎng)度比填充金屬帶的厚度大
O.5 1mm，所述偏心攪拌頭為圓柱形狀或圓臺(tái)形狀，所述偏心攪拌頭的外回轉(zhuǎn)表面上設(shè)有螺旋形溝槽；制作旋轉(zhuǎn)裝置旋轉(zhuǎn)裝置包括底座，底座上一端安裝有電機(jī)、減速器和卡盤(pán)，底座上的另一端固定支撐，所述支撐上設(shè)有與卡盤(pán)同軸心的軸承；制作兩 個(gè)環(huán)形卡具所述環(huán)形卡具為開(kāi)口環(huán)結(jié)構(gòu)，在開(kāi)口處設(shè)有緊固螺栓連接件；步驟三將軸類零件裝夾在旋轉(zhuǎn)裝置上后，將填充金屬帶套在、并固定在軸類零件的凹槽中，用環(huán)形夾具夾緊該填充金屬帶，用摩擦塞焊在填充金屬帶軸向接合線處點(diǎn)焊:Γ5個(gè)點(diǎn)，之后卸掉環(huán)形夾具；將引入金屬帶和引出金屬帶放置于所述填充金屬帶的兩邊，用摩擦塞焊將填充金屬帶和與之相鄰的引入金屬帶及引出金屬帶點(diǎn)焊在一起；再用兩個(gè)環(huán)形夾具分別固定引入金屬帶和引出金屬帶的外端，從而將填充金屬帶緊密地固定在凹槽中；將上述裝夾有軸類零件的旋轉(zhuǎn)裝置固定在攪拌摩擦焊機(jī)的工作臺(tái)上；步驟四在攪拌摩擦焊機(jī)上安裝上述偏心攪拌工具，設(shè)定偏心攪拌工具的轉(zhuǎn)速為1000-3500r/min，工作臺(tái)的行走速度為O. 5-5mm/min，減速器輸出軸的轉(zhuǎn)速為O. 5_2r/min ；啟動(dòng)攪拌摩擦焊機(jī)，待轉(zhuǎn)速達(dá)到預(yù)設(shè)值后，使偏心攪拌工具沿其軸向豎直向下緩慢擠壓進(jìn)入引入金屬帶中，待偏心攪拌工具軸肩的端面壓入引入金屬帶O. 15-0. 20_時(shí)，停止偏心攪拌工具向下運(yùn)動(dòng)，啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)裝置中的電機(jī)，軸類零件開(kāi)始緩慢旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)一周后，偏心攪拌工具在引入金屬帶上留下一條環(huán)形焊縫，此時(shí)，讓攪拌摩擦焊機(jī)的工作臺(tái)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)裝置移動(dòng)，使偏心攪拌工具由引入金屬帶進(jìn)入填充金屬帶，在偏心攪拌工具與填充金屬帶和軸類零件基體材料的攪拌摩擦作用下，填充金屬帶與基體焊合在一起，隨著工作臺(tái)的向前移動(dòng)，偏心攪拌工具在填充金屬帶區(qū)域完成了攪拌摩擦加工，待偏心攪拌工具行走至填充金屬帶的另一端部時(shí)，將偏心攪拌工具緩緩抬起，最后從引出金屬帶上退出；最后停止攪拌摩擦焊焊機(jī)和旋轉(zhuǎn)裝置的電機(jī)；步驟五將軸類零件從卡盤(pán)上卸下來(lái)，卸掉環(huán)形夾具，去除引入金屬帶和引出金屬帶，按照軸類零件的原始外徑尺寸進(jìn)行加工。為完成軸類零件的攪拌摩擦加工過(guò)程，本發(fā)明中使用的偏心攪拌頭可以用于高溫鋼鐵材料的攪拌摩擦搭接焊加工，所述磨損軸類零件為鋼鐵材料，用于驅(qū)動(dòng)偏心攪拌工具的電機(jī)的功率為22kW以上，偏心攪拌工具軸向移動(dòng)為位移控制方式，偏心攪拌工具的最大軸向壓力為100kN、最大側(cè)向力為50kN。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是I)工藝過(guò)程為固相焊接過(guò)程、填充材料與軸基體母材為冶金結(jié)合，連接區(qū)域組織晶粒細(xì)小、致密性及結(jié)合強(qiáng)度高，具有優(yōu)異的綜合力學(xué)性能。避免了傳統(tǒng)熔焊(如熔化堆焊、激光熔敷等)工藝可能出現(xiàn)的各種熔化和結(jié)晶缺陷。2)采用與母材性能相同的填充材料實(shí)現(xiàn)磨損區(qū)域修復(fù)加工，工藝過(guò)程加熱溫度低、熱影響區(qū)窄，對(duì)基體母材的力學(xué)性能影響小，焊接殘余應(yīng)力與變形小。3)采用非消耗偏心攪拌工具既實(shí)現(xiàn)填充堆焊材料與基體母材的冶金連接，又實(shí)現(xiàn)填充材料與局部母材的攪拌摩擦改性加工過(guò)程，可以實(shí)現(xiàn)固相攪拌摩擦堆焊連續(xù)加工過(guò)程，與傳統(tǒng)耗材摩擦焊工藝比較具有明顯不同的特點(diǎn)。
4)由于采用非消耗偏心攪拌工具，可實(shí)現(xiàn)較寬連接區(qū)域材料的攪拌摩擦改性加工，連接加工效率高，連接區(qū)域晶粒細(xì)小，冶金組織均勻，與傳統(tǒng)攪拌摩擦加工采用軸對(duì)稱攪拌工具比較具有明顯不同。5)工藝過(guò)程是一種綠色環(huán)保的機(jī)械加工過(guò)程，不需要冷卻介質(zhì)、無(wú)電弧及煙霧污染，一般不需要保護(hù)氣體，加工過(guò)程成本低、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、效率高。


圖1是本發(fā)明磨損軸類零件攪拌摩擦加工再制造原理示意圖 ；圖2是圖1中AA剖面的剖面圖；圖3是圖1中B-B剖面的剖面圖；圖4是本發(fā)明磨損軸類零件攪拌摩擦加工再制造專用的攪拌工具示意5是本發(fā)明磨損軸類零件攪拌摩擦加工再制造工藝流程圖；圖中，1-電機(jī)，2-減速器，3-卡盤(pán)，4、10_環(huán)形夾具，5-引入金屬帶，6_填充金屬帶，7-偏心攪拌頭,8-軸肩，9-摩擦塞焊點(diǎn)焊焊縫,11-磨損軸類零件，12-引出金屬帶，13-軸承，14-支撐板，15-底座，16-工作臺(tái)，17-螺栓連接件。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出一種表面磨損軸類零件的攪拌摩擦加工再制造方法，采用非消耗帶有偏心攪拌頭的偏心攪拌工具，來(lái)實(shí)現(xiàn)填充金屬帶與被修復(fù)軸表面冶金搭接連接。由于采用偏心攪拌頭，在一道攪拌摩擦加工過(guò)程中，可實(shí)現(xiàn)更寬范圍的連接區(qū)域內(nèi)材料攪拌摩擦加
工處理。本發(fā)明一種磨損軸類零件攪拌摩擦加工再制造方法，如圖5所示，主要包括預(yù)處理、配件加工、裝夾固定、攪拌摩擦加工處理和后續(xù)處理。加工再制造完成后進(jìn)行性能檢測(cè)，最后交付使用。下面結(jié)合具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)地描述本發(fā)明一種磨損軸類零件攪拌摩擦加工再制造方法步驟一對(duì)軸類零件的磨損表面進(jìn)行清洗，并采用機(jī)加工方法，在軸類零件磨損區(qū)域的表面加工環(huán)形凹槽，該凹槽的底部深至到露出軸類零件完好的基體表面為止，所述凹槽的深度為d,軸類零件磨損區(qū)域的最大深度為(I1,當(dāng)(I1彡Imm時(shí)，d取Imm ;當(dāng)d>l時(shí)，d取d^O. 5mm.步驟二 制作填充金屬帶6 :選擇與軸類零件母材同材質(zhì)制作成環(huán)狀填充金屬帶，該填充金屬帶6的內(nèi)徑等于所述凹槽底部軸段處的外徑；所述填充金屬帶的寬度與所述凹槽寬度之間的尺寸關(guān)系為過(guò)盈配合，所述填充金屬帶的厚度為d^dpmrn。制作引入金屬帶5和引出金屬帶12 :選擇與軸類零件母材同材質(zhì)制作環(huán)狀的引入金屬帶和引出金屬帶，其厚度均為2_，其內(nèi)徑與軸類零件的原始外徑一致。制作攪拌摩擦焊機(jī)的偏心攪拌工具如圖1、圖3和圖4所示，該偏心攪拌工具為一鎢基合金或立方氮化硼材料的偏心階梯軸，其軸肩8的直徑是偏心設(shè)置的偏心攪拌頭7直徑的3倍，偏心攪拌頭的長(zhǎng)度比填充金屬帶的厚度大O. 5 1_，所述偏心攪拌頭7為圓柱形或圓錐臺(tái)，所述偏心攪拌頭7的外回轉(zhuǎn)表面上設(shè)有螺旋形溝槽；所述偏心攪拌頭與軸肩之間的偏心尺寸Λ d在O 5mm范圍，具體尺寸由一次攪拌摩擦加工焊道寬度決定。制作旋轉(zhuǎn)裝置如圖1所示，旋轉(zhuǎn)裝置包括底座15，底座15上一端安裝有電機(jī)1、減速器2和卡盤(pán)3，底座15上的另一端固定支撐14，支撐14上設(shè)有與卡盤(pán)3同軸心的英擦44鄭軸承13。制作兩個(gè)環(huán)形卡具如圖1和圖2所示，所述環(huán)形卡具為開(kāi)口環(huán)結(jié)構(gòu)，在開(kāi)口處設(shè)有緊固螺栓連接件。步驟三將軸類零件裝夾在旋轉(zhuǎn)裝置上后，將填充金屬帶6套在、并固定在軸類零件的凹槽中，先用一個(gè)環(huán)形夾具夾緊該填充金屬帶，用摩擦塞焊在填充金屬帶軸向接合線處點(diǎn)焊3飛個(gè)點(diǎn)，之后卸掉環(huán)形夾具；將引入金屬帶5和引出金屬帶12放置于所述填充金屬帶6的兩邊，用摩擦塞焊將填充金屬帶6和與之相鄰的引入金屬帶5及引出金屬帶12點(diǎn) 焊在一起(分別沿摩擦塞焊點(diǎn)焊焊縫9的徑向點(diǎn)焊4飛個(gè)點(diǎn));再用兩個(gè)環(huán)形夾具4、10分別固定引入金屬帶4和引出金屬帶10的外端，從而將填充金屬帶6緊密地固定在凹槽中；將上述裝夾有軸類零件的旋轉(zhuǎn)裝置固定在攪拌摩擦焊機(jī)的工作臺(tái)16上；步驟四在攪拌摩擦焊機(jī)上安裝上述偏心攪拌工具，設(shè)定偏心攪拌工具的轉(zhuǎn)速為1000-3500r/min，工作臺(tái)16的行走速度為O. 5-5mm/min，減速器2輸出軸的轉(zhuǎn)速為O. 5~2r/min ；啟動(dòng)攪拌摩擦焊機(jī)，待轉(zhuǎn)速達(dá)到預(yù)設(shè)值后，使偏心攪拌工具沿其軸向豎直向下緩慢擠壓進(jìn)入引入金屬帶5中，待偏心攪拌工具軸肩8的端面壓入引入金屬帶O. 15-0. 20mm時(shí)，停止偏心攪拌工具向下運(yùn)動(dòng)，啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)裝置中的電機(jī)1，卡盤(pán)3帶動(dòng)軸類零件開(kāi)始緩慢旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)一周后，偏心攪拌工具在引入金屬帶5上留下一條環(huán)形焊縫，此時(shí)，讓攪拌摩擦焊機(jī)的工作臺(tái)16帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)裝置移動(dòng)，使偏心攪拌工具由弓I入金屬帶5進(jìn)入填充金屬帶6，在偏心攪拌工具與填充金屬帶6和軸類零件基體材料的攪拌摩擦作用下，填充金屬帶6與基體焊合在一起，隨著工作臺(tái)16的向前移動(dòng)，偏心攪拌工具在填充金屬帶6區(qū)域完成了攪拌摩擦加工，待偏心攪拌工具行走至填充金屬帶6的另一端部時(shí)，將偏心攪拌工具緩緩抬起，最后從引出金屬帶12上退出；最后停止攪拌摩擦焊焊機(jī)和旋轉(zhuǎn)裝置的電機(jī)I ;步驟五將軸類零件從卡盤(pán)3上卸下來(lái)，卸掉環(huán)形夾具4、10，去除引入金屬帶5和引出金屬帶12，按照軸類零件的原始外徑尺寸進(jìn)行加工。對(duì)再制造軸類零件進(jìn)行耐磨性、填充金屬與軸基體結(jié)合強(qiáng)度等綜合性能的檢測(cè)和評(píng)估。用攪拌摩擦焊加工方法再制造的軸類零件裝入相關(guān)設(shè)備，投入使用。實(shí)例平地機(jī)上用的雙排鏈輪軸，長(zhǎng)期使用后發(fā)生磨損失效，經(jīng)檢測(cè)軸頸與軸承配合的位置磨損深度約為O. 50_，采用攪拌摩擦加工的方法對(duì)其進(jìn)行再制造。首先將磨損部位清洗干凈，再機(jī)加工出深度為Imm的凹槽，然后加工厚度為3mm的填充金屬帶和厚度為2mm的引入金屬帶和引出金屬帶及專用環(huán)形夾具和攪拌工具。如圖1所示，將磨損雙排鏈輪軸安裝底座13上，用卡盤(pán)3和軸承13固定該軸，將填充金屬帶6嵌入凹槽中，用手工電弧焊在填充金屬帶6的縱向接合線處點(diǎn)焊4個(gè)點(diǎn)，再在填充金屬帶6的兩側(cè)裝上引入金屬帶5和引出金屬帶12，并將它們?cè)趦蛇叺哪Σ寥更c(diǎn)焊焊縫9處點(diǎn)焊在一起，最后裝上環(huán)形夾具4、10，擰緊固定螺栓連接件17，完成填充金屬帶6、引入金屬帶5和引出金屬帶12的裝夾固定。將裝有雙排鏈輪軸的底座15安裝在攪拌摩擦焊機(jī)的工作臺(tái)16上，在焊機(jī)控制面板上設(shè)置偏心攪拌工具的轉(zhuǎn)速為1500r/min，工作臺(tái)16行走速度為Imm/min，調(diào)整電機(jī)I的轉(zhuǎn)速和減速器2的減速比，使減速器2的輸出軸轉(zhuǎn)速為lr/min。開(kāi)啟焊機(jī)，待轉(zhuǎn)速達(dá)到1500r/min穩(wěn)定后，將偏心攪拌工具移動(dòng)至引入帶靠近填充金屬帶6的位置，使偏心攪拌工具向下移動(dòng)，手動(dòng)調(diào)節(jié)焊機(jī)控制手柄，使偏心攪拌工具緩慢插入引入金屬帶5中，待偏心攪拌工具的軸肩8的端面壓入引入金屬帶5的O. 15mm時(shí)，停止偏心攪拌工具的向下移動(dòng)，啟動(dòng)電機(jī)1，卡盤(pán)3帶動(dòng)軸開(kāi)始旋轉(zhuǎn)，攪拌摩擦焊加工完一周后，啟動(dòng)焊機(jī)工作臺(tái)16沿X軸(即軸的軸向)方向運(yùn)動(dòng)，偏心攪拌工具即開(kāi)始不斷向前進(jìn)行攪拌摩擦加工，進(jìn)入填充金屬帶6，將填充金屬帶6和軸基體材料焊合在一起，待偏心攪拌工具移動(dòng)至填充金屬帶6端部開(kāi)始進(jìn)入引出金屬帶12時(shí)，將偏心攪拌工具緩慢抬起，最后從引出金屬帶12上退出，即完成了磨損部位的攪拌摩擦加工。卸掉引入和引出金屬帶5、12上的環(huán)形夾具4、10，去除引入金屬帶5和引出金屬帶12，加工掉多余的填充金屬，至此完成了磨損軸攪拌摩擦加工再制造的過(guò)程。經(jīng)檢測(cè)，填充金屬與軸基體材料實(shí)現(xiàn)了固相冶金連接，結(jié)合強(qiáng)度高，經(jīng)攪拌摩擦加工的軸表面區(qū)域的組織晶粒非常細(xì)小，耐磨性大大提高，該方法成功完成了磨損雙排鏈輪軸的再制造，可以用來(lái)對(duì)磨損雙排鏈軸進(jìn)行批量再制造加工。上述說(shuō)明的應(yīng)用實(shí)例不局限于磨損雙排鏈軸的再制造，也可以應(yīng)用于其他各類廢舊軸類零件的批量化加工再制造過(guò)程。盡管上面結(jié)合圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式
，上述的具體實(shí)施方式
僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨的情況下，還可以作出很多變形，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種磨損軸類零件攪拌摩擦加工再制造方法，其特征在于包括以下步驟 步驟一對(duì)軸類零件的磨損表面進(jìn)行清洗，并采用機(jī)加工方法，在軸類零件磨損區(qū)域的表面加工環(huán)形凹槽，該凹槽的底部深至到露出軸類零件完好的基體表面為止； 步驟二 制作填充金屬帶選擇與軸類零件母材同材質(zhì)制作成環(huán)狀填充金屬帶，該填充金屬帶的內(nèi)徑等于所述凹槽底部軸段處的外徑； 制作引入金屬帶和引出金屬帶選擇與軸類零件母材同材質(zhì)制作環(huán)狀的引入金屬帶和引出金屬帶，其厚度均為2mm，其內(nèi)徑與軸類零件的原始外徑一致； 制作攪拌摩擦焊機(jī)的偏心攪拌工具該偏心攪拌工具為一鎢基合金或立方氮化硼材料的偏心階梯軸，其軸肩的直徑是偏心設(shè)置的偏心攪拌頭直徑的3倍，所述偏心攪拌頭與軸肩之間的偏心尺寸Λ d在O 5mm范圍，偏心攪拌頭的長(zhǎng)度比填充金屬帶的厚度大O.5 lmm，所述偏心攪拌頭為圓柱形狀或圓臺(tái)形狀，所述偏心攪拌頭的外回轉(zhuǎn)表面上設(shè)有螺旋形溝槽； 制作旋轉(zhuǎn)裝置旋轉(zhuǎn)裝置包括底座，底座上一端安裝有電機(jī)、減速器和卡盤(pán)，底座上的另一端固定支撐，所述支撐上設(shè)有與卡盤(pán)同軸心的軸承； 制作兩個(gè)環(huán)形卡具所述環(huán)形卡具為開(kāi)口環(huán)結(jié)構(gòu)，在開(kāi)口處設(shè)有緊固螺栓連接件；步驟三將軸類零件裝夾在旋轉(zhuǎn)裝置上后，將填充金屬帶套在、并固定在軸類零件的凹槽中，用環(huán)形夾具夾緊該填充金屬帶，用摩擦塞焊在填充金屬帶軸向接合線處點(diǎn)焊:Γ5個(gè)點(diǎn)，之后卸掉環(huán)形夾具；將引入金屬帶和引出金屬帶放置于所述填充金屬帶的兩邊，用摩擦塞焊將填充金屬帶和與之相鄰的引入金屬帶及引出金屬帶點(diǎn)焊在一起；再用兩個(gè)環(huán)形夾具分別固定引入金屬帶和引出金屬帶的外端，從而將填充金屬帶緊密地固定在凹槽中；將上述裝夾有軸類零件的旋轉(zhuǎn)裝置固定在攪拌摩擦焊機(jī)的工作臺(tái)上； 步驟四在攪拌摩擦焊機(jī)上安裝上述偏心攪拌工具，設(shè)定偏心攪拌工具的轉(zhuǎn)速為1000-3500r/min，工作臺(tái)的行走速度為O. 5-5mm/min，減速器輸出軸的轉(zhuǎn)速為O. 5_2r/min ；啟動(dòng)攪拌摩擦焊機(jī)，待轉(zhuǎn)速達(dá)到預(yù)設(shè)值后，使偏心攪拌工具沿其軸向豎直向下緩慢擠壓進(jìn)入引入金屬帶中，待偏心攪拌工具軸肩的端面壓入引入金屬帶O. 15-0. 20mm時(shí)，停止偏心攪拌工具向下運(yùn)動(dòng)，啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)裝置中的電機(jī)，軸類零件開(kāi)始緩慢旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)一周后，偏心攪拌工具在引入金屬帶上留下一條環(huán)形焊縫，此時(shí)，讓攪拌摩擦焊機(jī)的工作臺(tái)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)裝置移動(dòng)，使偏心攪拌工具由引入金屬帶進(jìn)入填充金屬帶，在偏心攪拌工具與填充金屬帶和軸類零件基體材料的攪拌摩擦作用下，填充金屬帶與基體焊合在一起，隨著工作臺(tái)的向前移動(dòng)，偏心攪拌工具在填充金屬帶區(qū)域完成了攪拌摩擦加工，待偏心攪拌工具行走至填充金屬帶的另一端部時(shí)，將偏心攪拌工具緩緩抬起，最后從引出金屬帶上退出；最后停止攪拌摩擦焊焊機(jī)和旋轉(zhuǎn)裝置的電機(jī)； 步驟五將軸類零件從卡盤(pán)上卸下來(lái)，卸掉環(huán)形夾具，去除引入金屬帶和引出金屬帶，按照軸類零件的原始外徑尺寸進(jìn)行加工。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述磨損軸類零件攪拌摩擦加工再制造方法，其特征在于 所述凹槽的深度為d,軸類零件磨損區(qū)域的最大深度為dl,當(dāng)(I1彡Imm時(shí)，d取Imm ;當(dāng)d>l 時(shí)，d 取 dj+0. 5mm ； 所述填充金屬帶的寬度與所述凹槽寬度之間的尺寸關(guān)系為過(guò)盈配合，所述填充金屬帶的厚度為dfdi+anm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述磨損軸類零件攪拌摩擦加工再制造方法，其特征在于所述磨損軸類零件為鋼鐵材料，用于驅(qū)動(dòng)偏心攪拌工具的電機(jī)的功率為22kW以上，偏心攪拌工具的最大軸向壓力為lOOkN、最大側(cè)向力為50kN。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種磨損軸類零件攪拌摩擦加工再制造方法，是一種將攪拌摩擦搭接焊與攪拌摩擦加工相結(jié)合的一種復(fù)合加工工藝，利用非消耗的偏心攪拌摩擦工具將填充材料與磨損軸基體母材搭接焊在一起，并通過(guò)攪拌摩擦加工實(shí)現(xiàn)填充材料在軸表面的堆焊過(guò)程，通過(guò)一系列標(biāo)準(zhǔn)化的工藝過(guò)程，可實(shí)現(xiàn)磨損軸的批量再制造。具體工藝由預(yù)處理(軸類零件磨損區(qū)域清洗和加工凹槽)、配件加工(攪拌工具、填充金屬帶、引入引出金屬帶、環(huán)形夾具和旋轉(zhuǎn)裝置的加工)、裝夾固定、攪拌摩擦加工處理和后續(xù)處理等組成。本發(fā)明提出的磨損軸類再制造方法屬于固相加工，連接區(qū)域材料之間為冶金結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度高，綜合力學(xué)性能優(yōu)良，綠色環(huán)保，生產(chǎn)效率較高。
文檔編號(hào)B23K20/12GK103008872SQ20121055533
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月18日
發(fā)明者宋友寶, 楊新岐, 張國(guó)勝 申請(qǐng)人:天津大學(xué)