CN109504968A - 激光熔覆与渐进挤压改性的再制造方法 - Google Patents

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王会廷
吴琦
沈晓辉
曹杰
潘红波
张兴权
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
    • C23C24/08—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat
    • C23C24/10—Coating starting from inorganic powder by application of heat or pressure and heat with intermediate formation of a liquid phase in the layer
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    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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Abstract

本发明公开一种激光熔覆与渐进挤压改性的再制造方法，属于激光加工增材制造领域。该方法根据受损零件表面的裂纹的区域和深度，对其进行铣削至一定深度。然后从底部进行给定的熔覆层厚度的激光熔覆，待第一层激光熔覆后，对第一层熔覆层进行渐进逐步挤压，使熔覆层产生一定的塑性变形，逐层的进行激光熔覆与渐进挤压交错再制造，直至熔覆层厚度大于铣削深度，再采用机加工的方法将零件恢复至原来尺寸。本发明利用渐进挤压对激光熔覆层进行挤压变形处理，使每层熔覆层都产生塑性变形，有效的减少了其内部缺陷和内应力，从而获得性能良好的熔覆再制造层，使基体材料表面的强度和韧性大大提高。

Description

激光熔覆与渐进挤压改性的再制造方法
技术领域：
本发明属于激光加工技术领域，具体涉及一种零件损伤部位的激光熔覆与渐进挤压改性的再制造方法。该方法对零件的表面修复方面能够发挥重要作用，该方法利用渐进挤压变形抑制激光熔覆再制造层的熔覆缺陷和开裂倾向的产生，进一步提升了熔覆层综合性能。
技术背景：
激光熔覆技术是绿色加工再制造领域内重要的组成部分，其通过激光束辐照熔覆粉末和基体，使熔覆粉末和集体表面薄层迅速熔化，并快速凝固形成冶金结合的表面涂层，从而显著改善基体表面耐磨、耐热、耐蚀等性能。
渐进成形技术是一种新型的加工技术，通过数控程序控制成形工具进行分层逐点挤压变形，依靠变形的累积，获得最终形状的成形方法。金属表面在成形工具头的挤压下会形成塑性变形层，使激光熔覆层内某些部位发生塑性变形，从而调整残余应力的分布和水平，消除熔覆缺陷和再制造应力，实现对再制造裂纹的抑制，提高再制造熔覆层的性能。
虽然激光熔覆有很多优势，但由于激光熔池自表及里温度场和成分分布不均匀及快速凝固特性而形成再制造应力，极易导致再制造层开裂、变形以致产品报废。还有因冶金因素和力学因素引起的凝固裂纹。渐进成形技术可以在激光熔覆层诱导一定深度的残余应力层来有效的消除再制造应力，并且细化晶粒消除显微组织缺陷。
发明内容：
本发明的目的在于提供一种激光熔覆与渐进挤压改性的再制造方法，该方法利用渐进成形提供外加体积力，细化晶粒消除熔覆缺陷实现再制造裂纹的抑制，也使再制造层内某些部位发生塑性变形，从而调整残余应力的分布和水平，消除再制造应力。
本发明提供的激光熔覆与渐进挤压改性的再制造方法的具体步骤如下:
(1)首先检测受损零件表面裂纹或磨损情况，确定熔覆区域；
(2)对所述受损零件进行分析，在计算机上用三维CAD软件建立所述受损零件的三维数字模型，对所述受损零件的三维模型熔覆区域进行分层处理，并进行路径规划，设计成形轨迹，生成NC代码；
(3)根据磨损情况确定裂纹深度H0，将所述受损零件表面铣削深度H,H≧H0,去除所述受损零件的表面裂纹、疲劳层和锈蚀；
(4)对铣削后的所述受损零件表面抛光，用乙醇和丙酮清洗，清除表面的氧化皮和油污；
(5)根据铣削深度H、单次激光熔覆层厚度h1及渐进成形轴向进给量为h2确定熔覆层总数N，使h1>h2,即N≧H/(h1-h2)，N为整数；
(6)将所述受损零件固定在CO2激光数控加工机床上，利用同步送粉法进行第一层激光熔覆，使其厚度为h1；
(7)待第一层熔覆层凝固成型后，在所述第一层熔覆层表面进行渐进成形，使其渐进成形轴向进给量为h2；
(8)如此重复步骤(6)和步骤(7)，直到激光熔覆层覆盖整个零件的熔覆区域，在完成最后一层激光熔覆层的渐进成形后，采用机加工方法将表面损伤区域恢复到所述受损零件的原来尺寸。
本发明方法是激光熔覆与渐进挤压交错进行，第一层是激光熔覆层。
本发明根据受损零件表面的裂纹的区域和深度，对其进行机械加工切削一定深度，然后从底部进行给定的熔覆层厚度的激光熔覆，激光熔覆后的余热有利于熔覆层的塑性变形，利用熔覆余热在熔覆层表面进行渐进挤压。如此逐层的进行激光熔覆与渐进挤压交错再制造，直至熔覆层厚度大于铣削深度，再采用机加工的方法将零件恢复至原来尺寸。本发明利用渐进挤压对激光熔覆层进行组合处理，使每层熔覆层都产生塑性变形，有效减少了其内部缺陷，从而获得性能良好的熔覆层，使基体材料表面的强韧性大大提高。
本发明利用渐进成形对激光熔覆层进行逐层组合处理，使所有熔覆层都产生塑性变形，有效减少其内部组织缺陷并提升熔覆层的性能，从而提高零件的高质量再制造。
附图说明：
图1为本发明激光熔覆与渐进挤压改性再制造方法的成形原理示意图；
图2(a)为本发明中受损零件裂纹深度H0的形状示意图；
图2(b)为本发明中受损零件表面铣削后的形状示意图；
图2(c)为本发明中受损零件熔覆层和渐进挤压变形层厚度示意图；
图2(d)为本发明中受损零件修复后的形状示意图。
图中：1：成形工具；2：激光器；3:合金粉末；4：激光熔覆层；5：基体表面形状；6：成形轨迹；7：受损零件。
具体实施方式：
以下结合附图对本发明作进一步说明。
本发明所提供一种激光熔覆与渐进挤压改性的再制造方法，该方法具体步骤如下：
(1)首先检测受损零件表面裂纹或磨损情况，确定熔覆区域；
(2)对所述受损零件进行分析，在计算机上用三维CAD软件建立所述受损零件的三维数字模型，对所述受损零件的三维模型熔覆区域进行分层处理，并进行路径规划，设计成形轨迹，生成NC代码；
(3)根据磨损情况确定裂纹深度H0,见图2(a)，将所述受损零件表面铣削深度H,H≧H0,见图2(b)、图2(c)，去除所述受损零件的表面裂纹、疲劳层和锈蚀；
(4)对铣削后的所述受损零件表面抛光，用乙醇和丙酮清洗，清除表面的氧化皮和油污；
(5)根据铣削深度H、单次激光熔覆层厚度h1及渐进成形轴向进给量为h2确定熔覆层总数N，使h1>h2(见图2(c)),即N≧H/(h1-h2)，N为整数；
(6)将所述受损零件固定在CO2激光数控加工机床上，利用同步送粉法进行第一层激光熔覆，使其厚度为h1；
(7)待第一层熔覆层凝固成型后，在第一层熔覆层表面进行渐进挤压，使其渐进成形轴向进给量为h2；
(8)如此重复步骤(6)和步骤(7)，直到激光熔覆层覆盖整个零件的熔覆区域，在完成最后一层激光熔覆层的渐进成形后，采用机加工方法将表面损伤区域恢复到所述受损零件的原来尺寸，见图1所示。

Claims (2)

1.激光熔覆与渐进挤压改性的再制造方法，其特征在于该方法具体步骤如下:
(1)首先检测受损零件表面裂纹或磨损情况，确定熔覆区域；
(2)对所述受损零件进行分析，在计算机上用三维CAD软件建立所述受损零件的三维数字模型，对所述受损零件的三维模型熔覆区域进行分层处理，并进行路径规划，设计成形轨迹，生成NC代码；
(3)根据磨损情况确定裂纹深度H0，将所述受损零件表面铣削深度H,H≧H0,去除所述受损零件的表面裂纹、疲劳层和锈蚀；
(4)对铣削后的所述受损零件表面抛光并进行清洗，清除表面的氧化皮和油污；
(5)根据铣削深度H、单次激光熔覆层厚度h1及渐进成形轴向进给量为h2确定熔覆层总数N，使h1>h2,即N≧H/(h1-h2)，N为整数；
(6)将所述受损零件固定在CO2激光数控加工机床上，利用同步送粉法进行第一层激光熔覆，使其厚度为h1；
(7)待第一层熔覆层凝固成型后，在所述第一层熔覆层表面进行渐进成形，使其渐进成形轴向进给量为h2；
(8)如此重复步骤(6)和步骤(7)，直到激光熔覆层覆盖整个零件的熔覆区域，在完成最后一层激光熔覆层的渐进成形后，采用机加工方法将表面损伤区域恢复到所述受损零件的原来尺寸。
2.根据权利要求1所述激光熔覆与渐进挤压改性的再制造方法，其特征在于该方法是激光熔覆与渐进挤压交错进行，第一层是激光熔覆层。
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