本發明涉及一種礦山機械液壓缸外圓表面再制造的方法。
背景技術：
：根據調研及企業反饋的相關信息，由于煤礦井中的工作環境非常惡劣，存在有大量的SO2、H2S、Cl-、SO42-等腐蝕介質，環境相對濕度一般在75％左右，而且，煤礦井下強制通風，氧含量充足，極易導致液壓缸外圓表面腐蝕及磨損。另外，煤礦井下煤層結構復雜，液壓支架偏載受力、周期受載、炮采或斷層等惡劣工況時有發生，這也會給液壓缸帶來破壞性影響，最終導致液壓支架失效。失效液壓缸若直接廢棄將造成嚴重的材料浪費，利用再制造技術可將失效的液壓缸轉廢為寶，再制造后的液壓缸的性能能夠達到甚至超過新液壓缸的性能，實現了材料的綠色利用。常見的再制造技術有熱噴涂和熔覆等，采用熱噴涂技術對受損的液壓缸外圓表面進行再制造，其結合強度一般較低。由于礦井內常有煤屑飛濺等對液壓缸外表面進行沖擊，噴涂層很容易在此環境下剝落，嚴重影響著再制造液壓缸的壽命及工礦生產安全。現有技術一般采用激光熔覆的方法對受損的液壓缸外圓表面進行再制造，該工藝方法能夠獲得較厚的熔覆層，界面結合可靠，但卻存在著以下明顯的不足：1)材料消耗與浪費較大。在技術標準上一般要求基體上要有0.2mm左右的表面強化層即可滿足工作要求，現有的激光熔覆采用邊送粉邊熔覆的方法，其熔覆層平度差大，致使熔覆層必須有較大的厚度以保證車削及磨削后工作層的厚度，一般熔覆層需預留2mm左右的加工余量，造成很大的材料消 耗與浪費量；2)現有激光熔覆方法效率低。由于熔覆層需預留較大厚度，導致熔覆時間較長；由于熔覆時間較長，零件不可避免地會存在熱應力與少量變形，影響后續車削及磨削加工；3)加工余量大。一方面由于現有激光熔覆方法制備的熔覆層較厚；另一方面由于熔覆效率低，造成工件受熱時間長，熱應力較大，特別是強度較低、結構較為復雜、厚度較薄的零件會產生變形，這樣還必須要求熔覆層有較大的厚度來抵消變形。所以面對厚度較大的熔覆層，在后處理時必須采用車削加工，不僅延長了修復時間，還導致難以選擇硬度較高的材料，限制了熔覆材料范圍。因此，目前亟需找到一種能夠克服上述現有技術的缺陷且能夠具有快速、高效、節約材料的新的再制造礦山機械液壓缸外圓表面的方法。技術實現要素：本發明的目的是克服現有技術激光熔覆一步法制備涂層的缺陷，提供一種能夠具有快速、高效、節約材料的新的礦山機械液壓缸外圓表面再制造的方法。為了實現上述目的，本發明提供一種礦山機械液壓缸外圓表面再制造的方法，該方法包括：(1)采用噴砂裝置對廢舊礦山機械液壓缸外圓表面進行粗化處理；(2)采用超音速等離子噴涂在粗化后的廢舊礦山機械液壓缸外圓表面制備涂層，所述涂層的厚度為0.3-1.5mm；(3)采用激光熔覆對所述涂層進行熔覆，形成熔覆層；(4)對所述熔覆層表面進行磨削，使得所得到的礦山機械液壓缸外圓表面滿足設計尺寸。本發明的上述方法能夠克服現有技術激光熔覆一步法制備涂層的缺陷，且既節約材料、節省時間、減小變形、減少加工余量、降低成本、增大 涂層材料范圍；與熱噴涂一步法制備涂層比較，還能將機械結合的涂層變為冶金結合，進一步提高涂層的結合強度，解決熱噴涂無法再制造液壓缸外圓的不足。進一步地，本發明不但提供了一種礦山機械液壓缸外圓表面的再制造方法，再制造產品達到，甚至優于新品性能，而且能夠克服現有表面強化技術的缺陷，具有快速、高效和節約材料的優點。具體地，相對于現有技術的工藝，本發明的方法還具有以下優點：1)覆層性能好。材料可選范圍大，優選情況下，通過在覆層材料中特別地添加陶瓷相，可提高覆層硬度、耐磨性和耐腐蝕性，提高再制造產品的可靠性和壽命，使得再制造產品達到，甚至優于新品性能；2)節約材料。采用超音速等離子噴涂工藝制備的涂層均勻致密，制備0.2mm的涂層只需預留0.4mm左右的加工余量即可，與現有技術的激光熔覆預留2mm的加工余量相比節省了材料；3)熔覆時間短。第一步采用超音速等離子噴涂制備的涂層較薄，且均勻、致密，第二步激光熔覆時可采用更低的功率和更高的線速度實現涂層的重熔，使得工件熱影響小，變形小；4)加工余量小。由于噴涂過程中預留的厚度較小，在后處理時無需采用車削加工，直接進行磨削加工即可，不僅節省了時間，還可選擇更硬的材料以提高涂層耐磨性；5)從噴涂角度講，提高了噴涂層的結合強度，令噴涂層可應用于惡劣的礦井環境；從激光熔覆角度講，即節省了再制造時間，又降低成本；6)噴涂材料價格低廉。本發明的其他特征和優點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細說明。具體實施方式以下對本發明的具體實施方式進行詳細說明。應當理解的是，此處所描述的具體實施方式僅用于說明和解釋本發明，并不用于限制本發明。本發明提供了一種礦山機械液壓缸外圓表面再制造的方法，該方法包括：(1)采用噴砂裝置對廢舊礦山機械液壓缸外圓表面進行粗化處理；(2)采用超音速等離子噴涂在粗化后的廢舊礦山機械液壓缸外圓表面制備涂層，所述涂層的厚度為0.3-1.5mm；(3)采用激光熔覆對所述涂層進行熔覆，形成熔覆層；(4)對所述熔覆層表面進行磨削，使得所得到的礦山機械液壓缸外圓表面滿足設計尺寸。在本發明中，所述廢舊礦山機械液壓缸即為表面有損壞而需要且能夠進行再制造的礦山機械液壓缸，所述廢舊僅是為了區分礦山機械液壓缸在再制造前和再制造后的狀態，實際上均指同一礦山機械液壓缸。在本發明中，需要進行再制造的礦山機械液壓缸在依次完成超音速等離子噴涂和激光熔覆之后即為再制造后的礦山機械液壓缸，而在完成超音速等離子噴涂和激光熔覆之前均為廢舊礦山機械液壓缸。本領域技術人員不應理解為對本發明的限制。在本發明的方法中，所述激光熔覆的具體操作工藝為本領域技術人員所熟知，本發明在此不再贅述。本發明的上述方法具有節約材料、節省時間、減小變形、減少加工余量、降低成本、增大涂層材料范圍的優點，還能將機械結合的涂層變為冶金結合，進一步提高了涂層的結合強度。根據本發明所述的方法，本發明的發明人發現，當所述涂層的厚度為0.4-0.8mm時，通過本發明的方法獲得的再制造后的礦山機械液壓缸的使用性能等均達到最優。本發明的發明人發現，采用將超音速等離子噴涂與激光熔覆相結合的方法能夠完美地克服單一地采用超音速等離子噴涂時所獲得的再制造后的礦 山機械液壓缸在環境惡劣的煤礦井下效果不佳的缺陷，將機械結合的涂層變為冶金結合，進一步提高了涂層的結合強度，延長了涂層使用壽命；克服單一地采用激光熔覆再制造時耗時、耗材、變形大、加工余量大等缺陷，且增大了覆層材料范圍，提高了覆層的性能及使用壽命。根據本發明所述的礦山機械液壓缸外圓表面再制造的方法，其中，所述噴涂的線速度可以為40-60m/min。根據本發明所述的礦山機械液壓缸外圓表面再制造的方法，其中，所述激光熔覆的線速度可以為0.1-0.3m/s；優選地，所述激光熔覆的線速度為0.12-0.25m/s。根據本發明所述的礦山機械液壓缸外圓表面再制造的方法，其中，所述激光熔覆的熔覆步距可以為7-11mm；優選地，所述激光熔覆的熔覆步距為9.5-10.5mm。在本發明所述的礦山機械液壓缸外圓表面再制造的方法中，對所述涂層的種類沒有特別的限定，本發明的方法可以用于各種種類的涂層，然而，為了使得涂層與廢舊礦山機械液壓缸外圓表面的結合強度更強，本發明優選所述涂層為自熔合金涂層或自熔合金與陶瓷的復合涂層。本發明的發明人發現，當所述涂層中含有鐵基合金粉和鎳基合金粉中的至少一種以及含有Al2O3、TiO2和碳化鎢(WC)中的至少一種時，由該涂層形成的熔覆層耐蝕性和耐磨性更高，從而提高了熔覆層的使用壽命。進一步地，當所述鐵基合金粉中含有12-15重量％的Cr、0.3-0.7重量％的Mn、0.5-1.1重量％的B、1-1.5重量％的Si、1.5-1.9重量％的Mo、3.5-4重量％的Ni、0.1-0.15重量％的C以及余量的Fe時，能夠使得形成的熔覆層的使用壽命更長。優選情況下，以所述鎳基合金粉的總量計，當所述鎳基合金粉中含有70-98重量％的Ni45和2-30重量％的碳化鎢(WC)時，能夠使得形成的熔 覆層的使用壽命更長。根據本發明所述的礦山機械液壓缸外圓表面再制造的方法，該方法還包括：在進行所述粗化處理之前，采用車削或磨削方法去除廢舊礦山機械液壓缸外圓表面的損傷層、疲勞層和強化層中的至少一種。根據本發明的一種優選的具體實施方式，本發明所述的礦山機械液壓缸外圓表面再制造的方法包括：(1)采用車削或磨削方法去除廢舊礦山機械液壓缸外圓表面的損傷層、疲勞層和強化層中的至少一種；(2)采用噴砂裝置對廢舊礦山機械液壓缸外圓表面進行粗化處理；(3)采用超音速等離子噴涂在粗化后的廢舊礦山機械液壓缸外圓表面制備涂層，所述涂層的厚度為0.3-1.5mm；(4)采用激光熔覆對所述涂層進行熔覆，形成熔覆層；(5)對所述熔覆層表面進行磨削，使礦山機械液壓缸外圓表面滿足設計尺寸。在本發明所述的礦山機械液壓缸外圓表面再制造的方法中，優選去除廢舊礦山機械液壓缸外圓表面的損傷層、疲勞層和強化層中的至少一種，使得得到的廢舊礦山機械液壓缸外圓的半徑比標準液壓缸外圓的半徑小0.2-1.5mm。在本發明的方法中，還可以包括校直所述廢舊礦山機械液壓缸中可能存在的微量的變形。在本發明中，還可以使用酒精和/或丙酮對廢舊礦山機械液壓缸外圓表面進行清洗，去除廢舊礦山機械液壓缸外圓表面的殘留污漬。本發明的上述方法既節約材料、節省時間、減小變形、減少加工余量、降低成本、增大涂層材料范圍，還能將機械結合的涂層變為冶金結合，進一步提高了涂層的結合強度，從而延長了涂層的使用壽命。具體地，本發明的上述方法具有以下優點：1)覆層性能好。材料可選范圍大，通過在覆層材料中添加陶瓷相，可提高覆層硬度、耐磨性和耐腐蝕性，從而提高再制造產品的可靠性和壽命，使得再制造產品達到，甚至優于新品性能；2)節約材料。采用超音速等離子噴涂工藝制備的涂層均勻致密，例如制備0.2mm的涂層時，只需預留0.4mm左右的加工余量即可，與現有技術的激光熔覆預留2mm的加工余量相比節省了材料；3)熔覆時間短。第一步采用超音速等離子噴涂制備的涂層較薄，且均勻、致密，第二步激光熔覆時可采用更低的功率和更高的線速度實現涂層的重熔，使得工件熱影響小，變形小；4)加工余量小。由于噴涂過程中預留的厚度較小，在后處理時無需采用車削加工，直接進行磨削加工即可，不僅節省了時間，還可選擇更硬的材料以提高涂層耐磨性；5)從噴涂角度講，提高了噴涂層的結合強度，令噴涂層可應用于惡劣的礦井環境；從激光熔覆角度講，即節省了再制造時間，又降低成本。6)噴涂材料價格低廉。以下將通過實施例對本發明進行詳細描述。在以下實施例中，所使用的各種材料和儀器均來自商購。以下實施例中使用的廢舊液壓缸外圓表面的磨損程度相當。實施例1本實施例用于說明本發明的礦山機械液壓缸外圓表面再制造的方法，具體地，本實施例的步驟如下：1)去除廢舊礦山機械液壓缸外圓表面的疲勞層，使得得到的廢舊礦山機械液壓缸外圓的半徑比標準礦山機械液壓缸外圓的半徑小0.5mm；2)采用噴砂裝置(購自北京天寧信誠機械有限公司，型號為TNS-900，下同)對經過步驟1)后得到的廢舊礦山機械液壓缸外圓表面進行粗化處理；3)采用超音速等離子噴涂經過步驟2)后得到的廢舊礦山機械液壓缸外圓表面制備涂層，所述涂層的厚度為0.7mm，所述涂層的化學組成如表1所示，所述超音速等離子噴涂的操作參數如表2所示；4)采用激光熔覆對經過步驟3)后得到的礦山機械液壓缸外圓表面的所述涂層進行熔覆，形成熔覆層，其中，所述激光熔覆的線速度為0.23m/s，熔覆步距為10mm；5)對所述熔覆層表面進行磨削，使得所得到的礦山機械液壓缸外圓表面滿足設計尺寸(使得通過本發明的再制造的方法后得到的礦山機械液壓缸外圓表面的尺寸與標準礦山機械液壓缸外圓表面的尺寸相同，下同)。表1種類CrMnBSiMoNiCFe含量(重量％)130.50.81.21.73.50.15余量表2氬氣流量/L/min電壓/V電流/A送粉率/g/min120150380180對上述經過再制造而得到的礦山機械液壓缸進行切割，對其切割后試樣的各項性能進行檢測，并與原液壓缸材料及純噴涂層的各項性能進行對比，結果發現，上述經過再制造后得到的熔覆層的洛氏硬度為48HRC，而原液壓缸新品覆層洛氏硬度也為48HRC，熔覆層的組織及致密度與原液壓缸材料近似，孔隙率小于純噴涂層；熔覆層結合強度可達200MPa，與原液壓缸材料近似，未經重熔處理的噴涂層僅有48Mpa；采用CETR公司的UMT-3試驗機進行摩擦磨損實驗，摩擦參數為頻率10Hz，磨痕長度3mm，摩擦時間20min，油潤滑，測得兩種熔覆層磨損體積相當，均為4×10-3mm3左右。 總體而言，再制造得到的液壓缸各項性能與新品覆層相近，此外“兩步法”制備覆層較薄、熔覆時間較短、粉末浪費較少、無需車削工藝，整體提高了效率、節約了成本、經濟性較好。實施例2本實施例用于說明本發明的礦山機械液壓缸外圓表面再制造的方法，具體地，本實施例的步驟如下：1)去除廢舊礦山機械液壓缸外圓表面的疲勞層，使得得到的廢舊礦山機械液壓缸外圓的半徑比標準礦山機械液壓缸外圓的半徑小0.4mm；2)采用噴砂裝置對經過步驟1)后得到的廢舊礦山機械液壓缸外圓表面進行粗化處理；3)采用超音速等離子噴涂經過步驟2)后得到的廢舊礦山機械液壓缸外圓表面制備涂層，所述涂層的厚度為0.6mm，所述涂層的化學組成如表3所示，所述超音速等離子噴涂的操作參數如表4所示；4)采用激光熔覆對經過步驟3)后得到的礦山機械液壓缸外圓表面的所述涂層進行熔覆，形成熔覆層，其中，所述激光熔覆的線速度為0.25m/s，熔覆步距為10.5mm；5)對所述熔覆層表面進行磨削，使得所得到的礦山機械液壓缸外圓表面滿足設計尺寸。表3種類CrMnBSiMoNiCFe含量(重量％)140.30.81.51.93.90.1余量表4氬氣流量/L/min電壓/V電流/A送粉率/g/min100150380180對上述經過再制造而得到的礦山機械液壓缸進行切割，對其切割后試樣的各項性能進行檢測，并與原液壓缸材料及純噴涂層的各項性能進行對比，結果發現，上述經過再制造后得到的熔覆層的洛氏硬度為49HRC；熔覆層的組織及致密度與原液壓缸材料近似；熔覆層結合強度可達190MPa；采用CETR公司的UMT-3試驗機進行摩擦磨損實驗，摩擦參數為頻率10Hz，磨痕長度3mm，摩擦時間20min，油潤滑，測得覆層磨損體積為4×10-3mm3左右。總體而言，上述經過再制造而得到的礦山機械液壓缸各項性能與實施例1中再制造所得的液壓缸相近。實施例3本實施例用于說明本發明的礦山機械液壓缸外圓表面再制造的方法，具體地，本實施例的步驟如下：1)去除廢舊礦山機械液壓缸外圓表面的疲勞層，使得得到的廢舊礦山機械液壓缸外圓的半徑比標準礦山機械液壓缸外圓的半徑小0.6mm；2)采用噴砂裝置對經過步驟1)后得到的廢舊礦山機械液壓缸外圓表面進行粗化處理；3)采用超音速等離子噴涂經過步驟2)后得到的廢舊礦山機械液壓缸外圓表面制備涂層，所述涂層的厚度為0.8mm，所述涂層為金屬陶瓷涂層，其化學組成如表5所示，所述超音速等離子噴涂的操作參數如表6所示；4)采用激光熔覆對經過步驟3)后得到的礦山機械液壓缸外圓表面的所述涂層進行熔覆，形成熔覆層，其中，所述激光熔覆的線速度為0.22m/s，熔覆步距為9.5mm；5)對所述熔覆層表面進行磨削，使得所得到的礦山機械液壓缸外圓表面滿足設計尺寸。表5表6氬氣流量/L/min電壓/V電流/A送粉率/g/min125150380180對上述經過再制造而得到的礦山機械液壓缸進行切割，對其切割后試樣的各項性能進行檢測，并與原液壓缸材料及純噴涂層的各項性能進行對比，結果發現，上述經過再制造后得到的熔覆層的洛氏硬度為50HRC；熔覆層的組織及致密度與原液壓缸材料近似；熔覆層結合強度可達180MPa；采用CETR公司的UMT-3試驗機進行摩擦磨損實驗，摩擦參數為頻率10Hz，磨痕長度3mm，摩擦時間20min，油潤滑，測得覆層磨損體積為3×10-3mm3左右。總體而言，上述經過再制造而得到的礦山機械液壓缸各項性能與實施例1中再制造所得的液壓缸相當，而且具有硬度較大、耐磨性較好的優點。實施例4本實施例用于說明本發明的礦山機械液壓缸外圓表面再制造的方法，具體地，本實施例的方法與實施例1的方法相似，不同的是，本實施例的涂層的厚度為1mm。對上述經過再制造而得到的礦山機械液壓缸進行切割，對其切割后試樣的各項性能進行檢測，并與原液壓缸材料及純噴涂層的各項性能進行對比，結果發現，上述經過再制造后得到的熔覆層的洛氏硬度為45HRC；熔覆層的組織及致密度與原液壓缸材料近似；熔覆層結合強度可達150MPa；采用CETR公司的UMT-3試驗機進行摩擦磨損實驗，摩擦參數為頻率10Hz，磨 痕長度3mm，摩擦時間20min，油潤滑，測得覆層磨損體積為4×10-3mm3左右。實施例5本實施例用于說明本發明的礦山機械液壓缸外圓表面再制造的方法，具體地，本實施例的方法與實施例2的方法相似，不同的是，本實施例去除廢舊礦山機械液壓缸外圓表面的疲勞層，使得得到的廢舊礦山機械液壓缸外圓的半徑比標準礦山機械液壓缸外圓的半徑小0.8mm。對上述經過再制造而得到的礦山機械液壓缸進行切割，對其切割后試樣的各項性能進行檢測，并與原液壓缸材料及純噴涂層的各項性能進行對比，結果發現，上述經過再制造后得到的熔覆層的洛氏硬度為45HRC；熔覆層的組織及致密度與原液壓缸材料近似；熔覆層結合強度可達170MPa；采用CETR公司的UMT-3試驗機進行摩擦磨損實驗，摩擦參數為頻率10Hz，磨痕長度3mm，摩擦時間20min，油潤滑，測得覆層磨損體積為4×10-3mm3左右。實施例6本實施例用于說明本發明的礦山機械液壓缸外圓表面再制造的方法，具體地，本實施例的方法與實施例3的方法相似，不同的是，本實施例的激光熔覆的線速度為0.1m/s。對上述經過再制造而得到的礦山機械液壓缸進行切割，對其切割后試樣的各項性能進行檢測，并與原液壓缸材料及純噴涂層的各項性能進行對比，結果發現，上述經過再制造后得到的熔覆層的洛氏硬度為45HRC；熔覆層的組織及致密度與原液壓缸材料近似；熔覆層結合強度可達150MPa；采用CETR公司的UMT-3試驗機進行摩擦磨損實驗，摩擦參數為頻率10Hz，磨 痕長度3mm，摩擦時間20min，油潤滑，測得覆層磨損體積為3×10-3mm3左右。實施例7本實施例用于說明本發明的礦山機械液壓缸外圓表面再制造的方法，具體地，本實施例的方法與實施例6的方法相似，不同的是，本實施例的激光熔覆的熔覆步距為11mm。對上述經過再制造而得到的礦山機械液壓缸進行切割，對其切割后試樣的各項性能進行檢測，并與原液壓缸材料及純噴涂層的各項性能進行對比，結果發現，上述經過再制造后得到的熔覆層的洛氏硬度為45HRC；熔覆層的組織及致密度與原液壓缸材料近似；熔覆層結合強度可達130MPa；采用CETR公司的UMT-3試驗機進行摩擦磨損實驗，摩擦參數為頻率10Hz，磨痕長度3mm，摩擦時間20min，油潤滑，測得覆層磨損體積為3×10-3mm3左右。以上詳細描述了本發明的優選實施方式，但是，本發明并不限于上述實施方式中的具體細節，在本發明的技術構思范圍內，可以對本發明的技術方案進行多種簡單變型，這些簡單變型均屬于本發明的保護范圍。另外需要說明的是，在上述具體實施方式中所描述的各個具體技術特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進行組合，為了避免不必要的重復，本發明對各種可能的組合方式不再另行說明。此外，本發明的各種不同的實施方式之間也可以進行任意組合，只要其不違背本發明的思想，其同樣應當視為本發明所公開的內容。當前第1頁1 2 3