CN103100826B - 一种防腐型液压杆的制造方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明为一种防腐型液压杆的制造方法及设备，涉及液压杆制造技术，解决现有液压杆易腐蚀的问题，本方法包含：选表面没有镀层的液压杆基体为毛坯；对毛坯进行表面车削；对车削后的毛坯进行激光熔覆全表面处理，形成激光粉末熔覆层，合金粉末中包含C，Cr，Mn，Si，Ni，Mo，Fe；检验激光粉末熔覆层的质量，无缺陷的为液压杆产品半成品；对液压杆产品半成品进行机加工并进行最后检验，将合格的防腐型液压杆产品进行包装。本方法制成的液压杆由于激光粉末熔覆层中的合金粉末中包含了耐磨性好及防腐性好的成份，提高了产品的防腐性能；另外，由于激光熔覆的热影响区域小，熔覆后不会降低液压杆的抗压性能，大大提高了产品的使用寿命。

Description

一种防腐型液压杆的制造方法及设备

技术领域

本发明涉及液压杆的制造技术，尤其是指一种防腐型液压杆的制造方法及设备。

背景技术

煤矿液压杆，是煤矿矿井中广泛使用的液压支架的核心部件。

液压杆的主要作用是支撑重量，因此需选择性能良好的抗压强度高的钢材作为其基体材料。目前制造液压杆基体的材料大多数是选用27SiMn。而液压杆的表面由于工作时会和液压缸中的密封圈产生刮碰，因此液压杆的表面需要有很好的光洁度，否则会刮坏密封圈，使液压支架失效；另外，处在采煤工作面的液压杆时刻会受到飞溅的煤粒甚至是煤块的撞击，因此液压杆的表面需要有一定的硬度，否则会被撞出麻点或凹坑而致损坏；此外，由于煤矿矿井中的严重腐蚀，影响液压杆的使用寿命，因此现有的液压杆表面都采用镀铬的方式抗腐蚀。

因此，液压杆的芯部抗压强度要大、表面要有一定的硬度、光洁度及抗腐蚀性能，这就是液压杆的基本要求，鉴于此，现有的液压杆由27SiMn作为基材+表面镀铬的方式制造而成。

现有的液压杆最多使用2年即报废，腐蚀严重的3个月就得更换，平均1年就得更换一次，这是由于目前使用的液压杆表面普遍使用镀铬的方式防腐蚀，而这种防腐蚀方式远远未能达到矿井环境中的防腐要求。这是由于矿井中存在着大量的H₂S、HP气体，这些气体与矿井中的水分发生化学反应生成硫酸、磷酸，镀铬是一种通过化学反应将铬离子粘附在液压杆基体表面的技术，这是一种机械结合，硫酸、磷酸通过铬离子的缝隙渗入液压杆基体表面，腐蚀液压杆。

目前常见的表面覆层的方法中，堆焊技术、等离子技术、热喷涂技术都能将某种粉末“涂”或“粘”在液压杆表面，但是这些工艺技术都有各自缺点：

堆焊防腐层和等离子熔覆防腐层是可以解决液压杆表面的腐蚀问题，但是无论是堆焊防腐层和等离子熔覆防腐层，都无法解决热传导的问题，这是工艺特点决定的。堆焊和等离子熔覆的热传导都很严重，实施这些工艺时，整个液压杆都是发烫的状态(严重者达到1000℃左右，烧红的状态——奥氏体)，这种状态下液压杆芯部的韧性遭到了破坏，使液压杆的抗压性能迅速下降，也就是说，堆焊了防腐层，解决了防腐的问题，却同时带来了新的问题——液压杆韧性下降；

热喷涂技术的喷涂结合力不强，影响使用寿命。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的问题，提供一种防腐性能好，使用寿命长的防腐型液压杆的制造方法。

本发明的另一目的是提供一种防腐型液压杆的制造设备。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种防腐型液压杆的制造方法，其包含以下步骤：

S1，选用产品毛坯：采用表面没有镀层的液压杆基体作为毛坯；

S2，对所述毛坯进行表面车削：对毛坯的单边车去0.7-1.0mm；

S3，对表面车削后的毛坯进行激光粉末熔覆全表面的处理：将表面车削后的毛坯安装在激光粉末熔覆装置的数控加工机床工作台卡盘上，用其中激光器产生的激光将其中送粉器中的合金粉末熔覆在车削后的毛坯全表面，形成激光粉末熔覆层；所述合金粉末的成分和配方(重量％)：C：0.05；Cr：18.1；Mn：0.6；Si：0.7；Ni：2.2；Mo：2.2；Fe：余量；

S4，检验激光粉末熔覆层的质量：人工观察激光粉末熔覆层是否存在缺陷，如果存在缺陷，重复上述步骤S3，进行修补，直至车削后的毛坯全部表面都熔覆完整，成为液压杆产品半成品；

S5，对液压杆产品半成品进行机加工：精车或精磨成所需尺寸的液压杆；

S6，对机加工后的液压杆进行检验，符合尺寸要求和激光粉末熔覆层无缺陷的产品为合格的防腐型液压杆产品；

S7，对防腐型液压杆产品进行包装打包。

所述激光粉末熔覆层缺陷是指熔覆层开裂或存在凹坑。

所述步骤S3中，机床工作台卡盘转速调整在使毛坯旋转时的线速度为450-550mm/分钟。

所述激光粉末熔覆层的厚度为1.0-1.3mm。

所述步骤S5中，精车或精磨成所需尺寸的液压杆是指将液压杆产品半成品安装在车床上，按照成品尺寸要求，将其精车削至成品尺寸，如果车削已符合成品表面粗糙度的要求，机加工结束；如果车削还不符合成品表面粗糙度的要求，则再上磨床进行精磨至符合成品表面粗糙度的要求。

所述步骤S6中，对机加工后的液压杆进行检验，是尺寸检验及激光粉末熔覆层质量的最后检验，如果符合尺寸要求和激光粉末熔覆层无缺陷，则该产品为合格的防腐型液压杆；如果不符合尺寸，而激光粉末熔覆层无缺陷，则重复上述步骤S5；如果激光粉末熔覆层有缺陷，无论尺寸是否符合，需重复上述步骤S3-S5，直至成为合格的防腐型液压杆产品。

本发明的另一目的是通过以下技术方案实现的：

一种的防腐型液压杆的制造设备，其包含：

机床，包括：对表面没有镀层的液压杆毛坯进行表面车削以及对液压杆产品半成品进行机加工的车床；对液压杆产品半成品进行机加工的磨床；

激光粉末熔覆装置，是对表面车削后的毛坯进行激光粉末熔覆全表面处理的装置，其包含：

激光器，是CO₂激光器，其激光波长为10.6μm，运行功率为3.5-4.5KW；

送粉器，内装合金粉末，所述合金粉末的成分和配方(重量％)：C：0.05；Cr：18.1；Mn：0.6；Si：0.7；Ni：2.2；Mo：2.2；Fe：余量；

数控加工机床，其机床工作台卡盘上置放车削后的毛坯，所述激光器发出的激光与送粉器的送粉头正对车削后的毛坯端部；

控制器，其是一个数控系统，分别与所述激光器，送粉器，数控加工机床连接，使激光器产生的激光将送粉器送出的的合金粉末熔覆在车削后的毛坯全表面，使车削后的毛坯成为全表面有激光粉末熔覆层的液压杆产品半成品；

检测器，采用卡尺，对液压杆产品半成品进行尺寸检测，检测合格的为防腐型液压杆产品；

打包装置，采用木箱打包机对防腐型液压杆产品包装打包。

所述车床与磨床的X轴加工长度均为至少3米，可加工工件的直径均为至少Ф500mm。

所述制造设备还包含：

同步指示系统，设置在所述激光器发出激光的光路上，其是发出一束红光的装置，发出的这束红光的路线和激光的路线一致；

外光路系统，设置在所述激光器发出激光的光路上，其由数个透射镜与数个反射镜组成；

冷水机组，分别连接所述激光器与所述外光路系统连接。

所述制造设备还包含用于搬运液压杆毛坯，液压杆产品半成品及防腐型液压杆产品的行车起吊装置。

本发明的有益效果：

用本发明的方法制成的液压杆解决了现有液压杆的两大问题：

一是解决了液压杆的防腐问题，现有镀铬液压杆的防腐性能差，本发明的激光粉末熔覆层中的合金粉末中包含了耐磨性好的镍、铬，还包含防腐性能好的碳、锰、硅、钼、铁，并通过恰当的材料配比，熔覆之前无需预热，熔覆完成之后无需保温，即可达到熔覆层不开裂而防腐性能提升的效果。

二是解决了液压杆的寿命问题，本发明采用激光技术手段对液压杆进行表面激光熔覆处理，激光作用的特点是热影响区域小，只在液压杆表面热传导，对液压杆芯部韧性基本不影响，即，熔覆之后的液压杆基体的韧性不遭到破坏，不会降低液压杆的抗压性能，这是堆焊熔覆及等离子熔覆所无法实现的。因此，本发明在提升防腐性能的同时不会降低液压杆的抗压性能，从而大大提高了产品的使用寿命。

为进一步说明本发明的上述目的、结构特点和效果，以下将结合附图对本发明进行详细说明。

附图说明

图1为本发明的防腐型液压杆的制造方法流程图；

图2为本发明的防腐型液压杆的制造设备示意图。

具体实施方式

下面结合实施例的附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。

为了表述方便，下文中将本发明的防腐型液压杆，命名为“LCAE液压杆”(LCAE：LaserCladding&Anti-Errosion，即，激光熔覆+防腐)。本发明是用激光技术手段对液压杆进行表面激光熔覆处理，解决液压杆腐蚀的问题。

参见图1，本发明防腐型液压杆的制造方法包含如下步骤：

S1，选用产品毛坯：将现有液压杆(表面没有镀层的液压杆基体，市场有供应)作为本发明产品的毛坯(采用27SiMn材料)。

S2，对所述毛坯进行表面车削：将毛坯安装在车床上，按照成品尺寸要求，对毛坯的单边车去0.7-1.0mm。

S3，对表面车削后的毛坯进行激光粉末熔覆全表面的处理：用激光将合金粉末熔覆在车削后的毛坯表面，是对车削后的毛坯全表面覆盖的熔覆，形成的激光粉末熔覆层的厚度为1.0-1.3mm。作业时将车削好的毛坯安装在激光粉末熔覆装置的数控加工机床工作台卡盘上，启动激光粉末熔覆装置，用其中激光器产生的激光将其中送粉器中的合金粉末熔覆在车削后的毛坯全表面。

上述激光器最大功率为5KW，本发明采用的运行功率为3.5-4.5KW(本发明使用的激光粉末熔覆装置中的激光器是CO₂激光器，其激光波长为10.6μm)；机床工作台卡盘转速调整在使毛坯旋转时的线速度为450-550mm/分钟。

车削后的毛坯熔覆前无需预热，熔覆后无需冷却，靠自然冷却。

所述合金粉末成分和配方(重量％)：

成分

C

Cr

Mn

Si

Ni

Mo

Fe

含量

0.05

18.1

0.6

0.7

24.2

2.2

余量

S4，检验激光粉末熔覆层的质量：人工观察激光粉末熔覆层是否存在开裂、凹坑等缺陷，如果存在缺陷，重复上述步骤S3，进行修补，直至车削后的毛坯全部表面都熔覆完整，成为液压杆产品半成品。

S5，对液压杆产品半成品进行机加工：精车或精磨成所需尺寸的液压杆。作业时将液压杆产品半成品安装在车床上，按照成品尺寸要求，将其精车削至成品尺寸，如果车削已符合成品表面粗糙度的要求，机加工结束；如果车削还不符合成品表面粗糙度的要求，则再上磨床进行精磨至符合成品表面粗糙度的要求。

S6，对机加工后的液压杆进行检验：主要是尺寸检验及激光粉末熔覆层质量的最后检验，作业时用卡尺测量机加工后的液压杆直径及人工观察激光粉末熔覆层是否存在缺陷，如果符合尺寸要求和激光粉末熔覆层无缺陷，则该产品为合格的LCAE液压杆；如果不符合尺寸，而激光粉末熔覆层无缺陷，则重复上述步骤S5；如果激光粉末熔覆层有缺陷，无论尺寸是否符合，需重复上述步骤S3-S5，直至成为合格的LCAE液压杆产品。

S7，对合格的LCAE液压杆产品进行包装打包：主要用木箱包装，适合于汽车装卸和运输。

本发明用激光技术手段对液压杆进行表面激光熔覆处理，激光作用的特点是热影响区域小，只在液压杆表面热传导，对液压杆芯部韧性基本不影响，即，熔覆之后的液压杆基体的韧性不遭到破坏，不会降低液压杆的抗压性能，这是堆焊熔覆及等离子熔覆所无法实现的。

另外，本发明激光粉末熔覆层的合金粉末中包含了耐磨性好的镍(Ni)、铬(Cr)，但是，这些硬度很高的元素在堆焊或熔覆过程中是很容易开裂的，而本发明的合金粉末中还包含防腐性能好的碳(C)、锰(Mn)、硅(Si)、钼(Mo)、铁(Fe)，并通过恰当的材料配比，熔覆之前无需预热，熔覆完成之后无需保温，即可达到熔覆层不开裂而防腐的效果。

本发明提供的防腐型液压杆的制造设备参见图2，其包含：

机床2，其包含：对表面没有镀层的液压杆毛坯进行表面车削以及对液压杆产品半成品进行机加工的车床21，所述车床X轴的加工长度至少3米，可加工工件的直径至少为Ф500mm；对液压杆产品半成品进行机加工的磨床22，所述磨床X轴的加工长度至少3米，可加工工件的直径至少为Ф500mm。如果车削已符合成品表面粗糙度的要求，机加工结束；如果车削还不符合成品表面粗糙度的要求，则再上磨床3进行精磨至符合成品表面粗糙度的要求。

激光粉末熔覆装置1，是对表面车削后的毛坯进行激光粉末熔覆全表面处理的装置，其包含：

激光器12，是CO₂激光器，其激光波长为10.6μm；

送粉器14，内装合金粉末，所述合金粉末成分和配方(重量％)：

成分

C

Cr

Mn

Si

Ni

Mo

Fe

含量

0.05

18.1

0.6

0.7

24.2

2.2

余量

同步指示系统15，置于激光器12发出激光的光路上，其是一种发出一束红光的装置，发出的这束红光的路线和激光的路线完全一致，在激光的光路上安装该装置的作用是用来“对光”的，即在正式打开光闸使激光器12的激光照射到液压杆工件的工作点之前，先要用这束红光来校准激光的照射位置，以便激光器12的激光对准液压杆工件的工作点位置。

外光路系统16，是置于激光器12发出激光的光路上的数个透射镜与数个反射镜，激光经过外光路系统16的几次透射、反射、折射、聚焦后到达液压杆工件的工作点。

冷水机组13，是水冷却器，分别与激光器12及与外光路系统15连接(冷水机组13的冷水管连到激光器腔体里的散热器上对激光器进行散热冷却；冷水管还连到每一个透射镜、反射镜的镜座上，对各镜座进行散热冷却。)

数控加工机床17，其机床工作台卡盘上置放车削后的毛坯，所述激光与送粉器14的送粉头正对车削后的毛坯端部(激光熔覆扫描从一个端部开始到另一端部)；

控制器11，其是一个数控系统，分别与所述激光器12，送粉器14，数控加工机床17连接，其控制数控加工机床17的机床工作台卡盘转速(机床工作台卡盘转速调整在使毛坯旋转时的线速度为450-550mm/分钟)及机床X轴移动速度，控制送粉器14的送粉速度，控制激光器12的输出功率，另外，通过控制器11来打开或关闭激光器光闸，使激光器12产生的激光将送粉器14送出的的合金粉末熔覆在车削后的毛坯全表面，使车削后的毛坯成为全表面有激光粉末熔覆层的液压杆产品半成品，粉末熔覆层的厚度控制在1.0-1.3mm；

检测器3，采用卡尺，对液压杆产品半成品进行尺寸检测，合格的为LCAE型液压杆产品。

打包装置4，采用木箱打包机，对合格的LCAE液压杆产品进行包装打包。

本设备还包含行车起吊装置5，用于搬运液压杆毛坯，液压杆产品半成品及LCAE液压杆产品。

图2中虚线所示的是产品生产流程中设备所属各装置的使用状态示意线，其中，双点虚线为行车起吊装置的使用状态示意线。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的目的，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求的范围内。

Claims (10)

1.一种防腐型液压杆的制造方法，其特征在于包含以下步骤：

S1，选用产品毛坯：采用表面没有镀层的液压杆基体作为毛坯；

S2，对所述毛坯进行表面车削：对毛坯的单边车去0.7-1.0mm；

S3，对表面车削后的毛坯进行激光粉末熔覆全表面的处理：将表面车削后的毛坯安装在激光粉末熔覆装置的数控加工机床工作台卡盘上，用其中激光器产生的激光将其中送粉器中的合金粉末熔覆在车削后的毛坯全表面，形成激光粉末熔覆层；所述合金粉末的成分和配方(重量％)：C：0.05；Cr：18.1；Mn：0.6；Si：0.7；Ni：2.2；Mo：2.2；Fe：余量；

S4，检验激光粉末熔覆层的质量：人工观察激光粉末熔覆层是否存在缺陷，如果存在缺陷，重复上述步骤S3，进行修补，直至车削后的毛坯全部表面都熔覆完整，成为液压杆产品半成品；

S5，对液压杆产品半成品进行机加工：精车或精磨成所需尺寸的液压杆；

S6，对机加工后的液压杆进行检验，符合尺寸要求和激光粉末熔覆层无缺陷的产品为合格的防腐型液压杆产品；

S7，对防腐型液压杆产品进行包装打包。

2.如权利要求1所述的防腐型液压杆的制造方法，其特征在于：

所述激光粉末熔覆层缺陷是指熔覆层开裂或存在凹坑。

3.如权利要求1所述的防腐型液压杆的制造方法，其特征在于：

所述步骤S3中，机床工作台卡盘转速调整在使毛坯旋转时的线速度为450-550mm/分钟。

4.如权利要求1所述的防腐型液压杆的制造方法，其特征在于：

所述激光粉末熔覆层的厚度为1.0-1.3mm。

5.如权利要求1所述的防腐型液压杆的制造方法，其特征在于：

所述步骤S5中，精车或精磨成所需尺寸的液压杆是指将液压杆产品半成品安装在车床上，按照成品尺寸要求，将其精车削至成品尺寸，如果车削已符合成品表面粗糙度的要求，机加工结束；如果车削还不符合成品表面粗糙度的要求，则再上磨床进行精磨至符合成品表面粗糙度的要求。

6.如权利要求1所述的防腐型液压杆的制造方法，其特征在于：

所述步骤S6中，对机加工后的液压杆进行检验，是尺寸检验及激光粉末熔覆层质量的最后检验，如果符合尺寸要求和激光粉末熔覆层无缺陷，则该产品为合格的防腐型液压杆；如果不符合尺寸，而激光粉末熔覆层无缺陷，则重复上述步骤S5；如果激光粉末熔覆层有缺陷，无论尺寸是否符合，需重复上述步骤S3-S5，直至成为合格的防腐型液压杆产品。

7.一种防腐型液压杆的制造设备，其特征在于包含：

机床，包括：对表面没有镀层的液压杆毛坯进行表面车削以及对液压杆产品半成品进行机加工的车床；对液压杆产品半成品进行机加工的磨床；

激光粉末熔覆装置，是对表面车削后的毛坯进行激光粉末熔覆全表面处理的装置，其由激光器，送粉器，数控加工机床及控制器组成：

所述激光器是CO₂激光器，其激光波长为10.6μm，运行功率为3.5-4.5KW；

所述送粉器内装合金粉末，所述合金粉末的成分和配方(重量％)：C：0.05；Cr：18.1；Mn：0.6；Si：0.7；Ni：2.2；Mo：2.2；Fe：余量；

所述数控加工机床的机床工作台卡盘上置放车削后的毛坯，所述激光器发出的激光与送粉器的送粉头正对车削后的毛坯端部；

所述控制器是一个数控系统，分别与所述激光器，送粉器，数控加工机床连接，使激光器产生的激光将送粉器送出的的合金粉末熔覆在车削后的毛坯全表面，使车削后的毛坯成为全表面有激光粉末熔覆层的液压杆产品半成品；

检测器，采用卡尺，对液压杆产品半成品进行尺寸检测，检测合格的为防腐型液压杆产品；

打包装置，采用木箱打包机对防腐型液压杆产品包装打包。

8.如权利要求7所述的防腐型液压杆的制造设备，其特征在于：

所述车床与磨床的X轴加工长度均为至少3米，可加工工件的直径均为至少Ф500mm。

9.如权利要求7所述的防腐型液压杆的制造设备，其特征在于：

所述制造设备还包含：

同步指示系统，设置在所述激光器发出激光的光路上，其是发出一束红光的装置，发出的这束红光的路线和激光的路线一致；

外光路系统，设置在所述激光器发出激光的光路上，其由数个透射镜与数个反射镜组成；

冷水机组，分别连接所述激光器与所述外光路系统。

10.如权利要求7所述的防腐型液压杆的制造设备，其特征在于：

所述制造设备还包含用于搬运液压杆毛坯，液压杆产品半成品及防腐型液压杆产品的行车起吊装置。