CN109930150B - 一种利用激光熔覆技术对活塞杆进行加工的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于激光表面加工技术领域，具体涉及一种利用激光熔覆技术对活塞杆进行加工的方法。该方法采用预留待熔覆区域中间位置不熔，以百分表提前检测变形量的方法，在熔覆前将零件变形量进行车削，避免熔覆后因变形导致返工或局部区域熔覆层厚度不达标、基材外露的问题。
Description
技术领域
本发明属于激光表面加工技术领域，具体涉及一种利用激光熔覆技术对活塞杆进行加工的方法。
背景技术
液压立柱是煤炭开采设备液压支架的重要组成部分，主要包括活塞杆和缸筒，由于其工作环境非常恶劣，所以活塞杆外表面必须要求严格的防腐性能。
传统的工艺方法是在圆棒料的外表面电镀一层硬铬(该硬铬层为功能层)，以达到其性能要求，但是由于电镀存在严重的污染，且镀铬层本身存在较大的孔隙率等缺陷，逐渐被新工艺激光熔覆所取代。
虽然激光熔覆层较电镀层在性能和使用寿命上均有很明显改善，但是目前激光熔覆技术还未完善，现阶段活塞杆在激光熔覆时还存在以下问题：
1、由于活塞杆直径小，长径比很大，热处理后存在残余应力，导致激光熔覆时很容易出现弯曲变形。弯曲变形使得附着在零件表面的功能层厚度不均匀，导致基材外露，从而容易引发零件在使用过程中出现腐蚀失效的现象。
2、并在大规模批次生产时，由于弯曲变形大量的活塞杆功能层厚度不达标导致返修，大大降低产品合格率和产品质量。
发明内容
为了解决上述背景技术中的问题，本发明提出一种利用激光熔覆技术对活塞杆进行加工的方法，有效地解决了局部区域功能层厚度不达标、基材外露，导致零件腐蚀失效的问题。
同时大大减低了批次制造时由于弯曲变形所造成大量活塞杆需要返工的问题。
本发明的具体技术方案是：
本发明提供了一种利用激光熔覆技术对活塞杆进行加工的方法，该方法使用于单根或小批量活塞杆生产或返修，其主要以下步骤：
1)设定切削量B，在活塞杆公称尺寸的基础上对来料进行初始切削；
B＝|f|+2t+2A0
其中，f为活塞杆公称直径要求的下偏差值；
t为活塞杆所需功能层厚度；
A0为初始设定的活塞杆活塞杆熔覆后的变形量，取值范围为0.1mm-0.2mm；
2)确定待熔覆区域；
待熔覆区域包括起始点a起、中间区域s以及终止点a终；中间区域s包括中间区域起始点S起和中间区域终止点S终；
3)分段激光熔覆；
调节熔覆参数，运行激光器出光，激光器从待熔覆区域的起始点a起移动至中间区域起始点S起，进行第一段激光熔覆；
使激光器停止出光，并控制激光器继续移动至中间区域终止点S终；
再次运行激光器出光，激光器从中间区域的终止点S终移动至终止点a终，进行第二段激光熔覆；
4)垂直悬挂；
在完成步骤3)后，将已经熔覆完成的活塞杆垂直悬挂，待其完全冷却至室温；
5)百分表检测获得活塞杆的圆周跳动量最大值；
将完全冷却的活塞杆装夹在机床上，用百分表检测中间区域的圆周跳动A，并将A记录为活塞杆的圆周跳动量最大值；
6)零件尺寸检验并修正：
将A0和A进行比较，当A0＜A时，则认为初始的切削量不够，不符合要求，则需要以A作为活塞杆熔覆后的变形量，重新执行步骤1-5；
当A0≥A时，则认为符合要求，执行步骤7)；
7)补熔：
完成步骤6)后，将活塞杆中间区域进行补熔，补熔时的熔覆参数与步骤3)的熔覆参数相同；
8)进行后续切削加工，使活塞杆满足技术要求。
进一步地，上述步骤3)中的熔覆参数为：熔覆线速度为14～17mm/s；搭接率为38～42％；激光功率密度为15～18kw/cm2；熔覆后活塞杆的直径为D+q；其中，D为活塞杆公称直径，q为常数，取值为1.0至1.2mm。
进一步地，上述中间区域起始点S起与中间区域终止点S终的差值为8-10mm。
进一步地，上述机床中采用的顶尖为弹性顶尖。
进一步地，上述来料为待返修的活塞杆或者圆形棒料基材，来料直径大于等于30mm，且长径比大于5。
另外，为了适应活塞杆的大批量生产或返修，本发明还提供了另外一种利用激光熔覆技术对活塞杆进行加工的方法，包括以下步骤：
1)样本加工；
1.1)选取同一批次M根来料中的N根作为样本；其中，N＝4％-6％M；
1.2)设定切削量B，在活塞杆公称尺寸的基础上对来料进行初始切削；
B＝|f|+2t+2A0
其中，f为活塞杆公称直径要求的下偏差值；
t为活塞杆功能层的厚度；
A0为初始设定的活塞杆熔覆后的变形量，取值范围为0.1mm-0.2mm；
1.3)确定待熔覆区域；
待熔覆区域包括起始点a起、中间区域s以及终止点a终；中间区域s包括中间区域起始点S起和中间区域终止点S终；
1.4)分段激光熔覆；
调节熔覆参数，运行激光器出光，激光器从待熔覆区域的起始点a起移动至中间区域起始点S起，进行第一段激光熔覆；
使激光器停止出光，并控制激光器继续移动至中间区域终止点S终；
再次运行激光器出光，激光器从中间区域的终止点S终移动至终止点a终，进行第二段激光熔覆；
1.5)垂直悬挂；
在完成步骤1.4)后，将已经熔覆完成的活塞杆垂直悬挂，待其完全冷却至室温；
1.6)百分表检测获得活塞杆的圆周跳动量最大值；
将完全冷却的活塞杆装夹在机床上，用百分表检测中间区域的圆周跳动A1，并记录A1值；
1.7)零件尺寸检验并修正：
将A0和A1进行比较，当A0＜A1时，不符合要求，则需要以A1作为熔覆后的变形量，重新执行步骤1.2-1.6；
当A0≥A1时，则认为符合要求，执行步骤1.8)；
1.8)激光熔覆：
完成步骤1.7)后，将活塞杆中间区域进行补熔，补熔时的熔覆参数与步骤1.4)的熔覆参数相同；
1.9)进行后续切削加工，使活塞杆满足技术要求；
1.10)重复执行步骤1.1-1.9)，对抽取的N根样品进行加工，并分别获得A2，A3，…AN；
2)其余活塞杆的加工；
2.1)在A1，A2，A3，…AN选取最大值作为同一批次M根来料的最大圆周跳动量AmaX，确定同一批次其余M-N根来料的切削量BM进行切削；
BM＝|f|+2t+2Amax；
f为活塞杆公称直径要求的下偏差值；
t为活塞杆功能层的厚度；
2.2)激光熔覆：
完成步骤2.1)后，采用与步骤1.4)的熔覆参数对活塞杆进行激光熔覆；
3)进行后续切削加工，使活塞杆满足技术要求。
进一步地，上述步骤1.4)中的熔覆参数为：熔覆线速度为14～17mm/s；搭接率为38～42％；激光功率密度为15～18kw/cm2；熔覆后活塞杆的直径为D+q；其中，D为活塞杆公称直径，q为常数，取值为1.0至1.2mm。
进一步地，上述中间区域起始点S起与中间区域终止点S终的差值为8-10mm。
进一步地，上述机床中采用的顶尖为弹性顶尖。
进一步地，上述为待返修的活塞杆或者圆形棒料基材，来料直径大于等于30mm，且长径比大于5。
本发明的有益效果是：
1、本发明在进行来料初始切削时，切削量考虑了活塞杆的热变形，因此降低了加工时热变形导致的活塞杆功能层厚度不均所带来的问题。
2、本发明采用中间过程的圆周跳动量检测的步骤，能够及时发现活塞杆是否符合要求，并能及时返修，提高了生产效率。
3.本发明在针对批量加工是，采用抽样加工的方式，确定同一批次最大圆周跳动量(即最大变形)，从而将剩余来料直接进行切削、熔覆以及再切削的工艺，保证了产品质量。
4.本发明熔覆过程中机床采用弹性顶尖，熔覆后垂直悬挂自然冷却，进一步减小了工件在加工过程中的变形。
5.本发明的方法，不仅适用于活塞杆的制作，同时也适用于活塞杆的返修，在机械加工领域实用性强。
具体实施方式
下面以批量的活塞杆生产以及批量的活塞杆返修为例对本发明的方法进行详述：
实例1：新活塞杆的生产：
需要新生产的活塞杆待熔覆区域的规格：Φ70×885mm，圆形棒料基材数量：125件。
传统激光熔覆：选取Φ70圆形棒料基材直接切削(未考虑变形量)、熔覆加工25件，其中有18件因为弯曲较大，导致后续磨削加工余量不够造成返工，且弯曲凸起部分熔覆层不达标。
本发明熔覆：
步骤1)样本加工；
步骤1.1)选取100根Φ70圆形棒料基材中的5根作为样本；
步骤1.2)设定切削量B，在活塞杆公称尺寸Φ70的基础上对来料进行初始切削；
其中，f为活塞杆公称直径要求的下偏差值，本例中根据公差等级f9，下偏差取值为-0.10；
t为活塞杆功能层的厚度，本例中取值为0.4mm；
A0为初始设定的熔覆后的变形量，本例中取值为0.13mm；
则，切削量B＝|f|+2t+2A0＝|-0.10|+0.8+0.26＝1.16mm。
步骤1.3)确定待熔覆区域；
待熔覆区域包括起始点a起、中间区域s以及终止点a终；中间区域s包括中间区域起始点S起和中间区域终止点S终；
步骤1.4)分段激光熔覆；
调节熔覆参数，运行激光器出光，激光器从待熔覆区域的起始点a起移动至中间区域起始点S起，进行第一段激光熔覆；
使激光器停止出光，并控制激光器继续移动至中间区域终止点S终；
再次运行激光器出光，激光器从中间区域的终止点S终移动至终止点a终，进行第二段激光熔覆；
步骤1.5)垂直悬挂；
在完成步骤1.4)后，将已经熔覆完成的活塞杆垂直悬挂，待其完全冷却至室温；
步骤1.6)百分表检测获得活塞杆的圆周跳动量最大值；
将完全冷却的活塞杆装夹在机床上，用百分表检测中间区域的圆周跳动0.08mm；
步骤1.7)零件尺寸检验并修正：
由于0.08＜0.13时，则认为符合要求，继续执行步骤1.8)；
步骤1.8)激光熔覆：
完成步骤1.7)后，将活塞杆中间区域进行补熔，补熔时的熔覆参数与步骤1.4)的熔覆参数相同；
步骤1.9)再次进行切削，使得活塞杆到达使用尺寸要求且表面光滑；
步骤1.10)重复执行步骤1.1-1.9)，对抽取的其余4根样品进行加工，并分别获得0.11mm，0.12mm，0.12mm，0.10mm；
步骤2)其余95活塞杆的加工；
步骤2.1)选取0.12mm为同一批次100根基材的最大圆周跳动量，确定同一批次其余95根基材的切削量BM进行切削；
BM＝|f|+2t+2AmaX＝0.10+0.80+0.24＝1.14mm
步骤2.2)激光熔覆：
完成步骤2.1)后，采用与步骤1.4)的熔覆参数对活塞杆进行激光熔覆；
步骤3)再次进行切削，使得活塞杆到达使用尺寸要求且表面光滑。
加工后，检测功能层厚度均达标，仅仅有1件由于变形过大功能层厚度未达标，返工。
由此可见，本发明的方法相对于传统方法，产品合格率大大提升。
实例2：旧活塞杆的返修
需要返修的活塞杆待熔覆区域的规格：Φ60×1000mm，数量：100件。
传统激光熔覆：直接切削、熔覆加工7件，其中有4件因为弯曲较大，导致后续磨削加工余量不够造成返工，且弯曲凸起部分熔覆层不达标。
步骤1)样本加工；
步骤1.1)选取100根Φ60圆形棒料基材中的5根作为样本；
步骤1.2)设定切削量B，在活塞杆公称尺寸Φ60的基础上对来料进行初始切削；
其中，f为活塞杆公称直径要求的下偏差值，本例中根据公差等级f9，下偏差取值为-0.10
t为活塞杆功能层的厚度，本例中取值为0.4mm；
A0为初始设定的活塞杆熔覆后的变形量，本例中取值为0.15mm；
则，切削量B＝|f|+2t+2A0＝|-0.10|+0.8+0.30＝1.20mm
步骤1.3)确定待熔覆区域；
待熔覆区域包括起始点a起、中间区域s以及终止点a终；中间区域s包括中间区域起始点S起和中间区域终止点S终；
步骤1.4)分段激光熔覆；
调节熔覆参数，运行激光器出光，激光器从待熔覆区域的起始点a起移动至中间区域起始点S起，进行第一段激光熔覆；
使激光器停止出光，并控制激光器继续移动至中间区域终止点S终；
再次运行激光器出光，激光器从中间区域的终止点S终移动至终止点a终，进行第二段激光熔覆；
步骤1.5)垂直悬挂；
在完成步骤1.4)后，将已经熔覆完成的活塞杆垂直悬挂，待其完全冷却至室温；
步骤1.6)百分表检测获得活塞杆的圆周跳动量最大值；
将完全冷却的活塞杆装夹在机床上，用百分表检测中间区域的圆周跳动0.12mm；
步骤1.7)零件尺寸检验并修正：
由于0.12＜0.15时，则认为符合要求，继续执行步骤1.8)；
步骤1.8)激光熔覆：
完成步骤1.7)后，将活塞杆中间区域进行补熔，补熔时的熔覆参数与步骤1.4)的熔覆参数相同；
步骤1.9)再次进行切削，使得活塞杆到达使用尺寸要求且表面光滑；
步骤1.10)重复执行步骤1.1-1.9)，对抽取的其余4根样品进行加工，并分别获得0.14mm，0.12mm，0.16mm，0.11mm；
步骤2)其余95活塞杆的加工；
步骤2.1)选取0.16mm为同一批次100根基材的最大圆周跳动量，确定同一批次其余95根基材的切削量BM进行切削；
BM＝|f|+2t+2AmaX＝0.10+0.80+0.32＝1.22mm；
步骤2.2)激光熔覆：
完成步骤2.1)后，采用与步骤1.4)的熔覆参数对活塞杆进行激光熔覆；
步骤3)再次进行切削，使得活塞杆到达使用尺寸要求且表面光滑。
加工后，检测功能层厚度均达标，仅仅有2件由于变形过大功能层厚度未达标，返工。
二者对比：本发明极大降低返工率且保证产品质量。
以上描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应该了解本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书只是说明本发明，在不脱离本发明的精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的范围内。
Claims (10)
1.一种利用激光熔覆技术对活塞杆进行加工的方法，包括以下步骤：
1)设定切削量B，在活塞杆公称尺寸的基础上对来料进行初始切削；
B＝|f|+2t+2A0
其中，f为活塞杆公称直径要求的下偏差值；
t为活塞杆所需功能层厚度；
A0为初始设定的活塞杆熔覆后的变形量，取值范围为0.1mm-0.2mm；
2)确定待熔覆区域；
待熔覆区域包括起始点a起、中间区域s以及终止点a终；中间区域s包括中间区域起始点S起和中间区域终止点S终；
3)分段激光熔覆；
调节熔覆参数，运行激光器出光，激光器从待熔覆区域的起始点a起移动至中间区域起始点S起，进行第一段激光熔覆；
使激光器停止出光，并控制激光器继续移动至中间区域终止点S终；
再次运行激光器出光，激光器从中间区域的终止点S终移动至终止点a终，进行第二段激光熔覆；
4)垂直悬挂；
在完成步骤3)后，将已经熔覆完成的活塞杆垂直悬挂，待其完全冷却至室温；
5)百分表检测获得活塞杆的圆周跳动量最大值；
将完全冷却的活塞杆装夹在机床上，用百分表检测中间区域的圆周跳动量A，并将A记录为活塞杆的圆周跳动量最大值；
6)零件尺寸检验并修正：
将A0和A进行比较，当A0＜A时，则认为初始的切削量不够，不符合要求，则需要以A作为活塞杆熔覆后的变形量，重新执行步骤1) -5) ；
当A0≥A时，则认为符合要求，执行步骤7)；
7)补熔：
完成步骤6)后，将活塞杆中间区域进行补熔，补熔时的熔覆参数与步骤3)的熔覆参数相同；
8)进行后续切削加工，使活塞杆满足技术要求。
2.根据权利要求1所述的利用激光熔覆技术对活塞杆进行加工的方法，其特征在于：步骤3)中的熔覆参数为：熔覆线速度为14～17mm/s；搭接率为38～42％；激光功率密度为15～18kW /cm2；熔覆后活塞杆的直径为D+q；其中，D为活塞杆公称直径，q为常数，取值为1.0至1.2mm。
3.根据权利要求1所述的利用激光熔覆技术对活塞杆进行加工的方法，其特征在于：所述中间区域起始点S起与中间区域终止点S终的差值为8-10mm。
4.根据权利要求1所述的利用激光熔覆技术对活塞杆进行加工的方法，其特征在于：所述机床中采用的顶尖为弹性顶尖。
5.根据权利要求1所述的利用激光熔覆技术对活塞杆进行加工的方法，其特征在于：所述来料为待返修的活塞杆或者圆形棒料基材；来料直径大于等于30mm，且长径比大于5。
6.一种利用激光熔覆技术对活塞杆进行加工的方法，包括以下步骤：
1)样本加工；
1.1)选取同一批次M根来料中的N根作为样本；其中，N＝4％-6％M；
1.2)设定切削量B，在活塞杆公称尺寸的基础上对来料进行初始切削；
B＝|f|+2t+2A0
其中，f为活塞杆公称直径要求的下偏差值；
t为活塞杆功能层的厚度；
A0为初始设定的活塞杆熔覆后的变形量，取值范围为0.1mm-0.2mm；
1.3)确定待熔覆区域；
待熔覆区域包括起始点a起、中间区域s以及终止点a终；中间区域s包括中间区域起始点S起和中间区域终止点S终；
1.4)分段激光熔覆；
调节熔覆参数，运行激光器出光，激光器从待熔覆区域的起始点a起移动至中间区域起始点S起，进行第一段激光熔覆；
使激光器停止出光，并控制激光器继续移动至中间区域终止点S终；
再次运行激光器出光，激光器从中间区域的终止点S终移动至终止点a终，进行第二段激光熔覆；
1.5)垂直悬挂；
在完成步骤1.4)后，将已经熔覆完成的活塞杆垂直悬挂，待其完全冷却至室温；
1.6)百分表检测获得活塞杆的圆周跳动量最大值；
将完全冷却的活塞杆装夹在机床上，用百分表检测中间区域的圆周跳动量A1，并记录A1值；
1.7)零件尺寸检验并修正：
将A0和A1进行比较，当A0＜A1时，不符合要求，则需要以A1作为活塞杆熔覆后的变形量，重新执行步骤1.2) -1.6) ；
当A0≥A1时，则认为符合要求，执行步骤1.8)；
1.8)激光熔覆：
完成步骤1.7)后，将活塞杆中间区域进行补熔，补熔时的熔覆参数与步骤1.4)的熔覆参数相同；
1.9)进行后续切削加工，使活塞杆满足技术要求；
1.10)重复执行步骤1.1) -1.9)，对抽取的N根样品进行加工，并分别获得A2，A3，…AN；
2)其余活塞杆的加工；
2.1)在A1，A2，A3，…AN选取最大值作为同一批次M根来料的最大圆周跳动量Amax ，确定同一批次其余M-N根来料的切削量BM进行切削；
BM＝|f|+2t+2Amax；
f为活塞杆公称直径要求的下偏差值；
t为活塞杆功能层的厚度；
2.2)激光熔覆：
完成步骤2.1)后，采用步骤1.4)的熔覆参数对活塞杆进行激光熔覆；
3)进行后续切削加工，使活塞杆满足技术要求。
7.根据权利要求1所述的利用激光熔覆技术对活塞杆进行加工的方法，其特征在于：步骤3)中的熔覆参数为：熔覆线速度为14～17mm/s；搭接率为38～42％；激光功率密度为15～18kW /cm2；熔覆后活塞杆的直径为D+q；其中，D为活塞杆公称直径，q为常数，取值为1.0至1.2mm。
8.根据权利要求5所述的利用激光熔覆技术对活塞杆进行加工的方法，其特征在于：所述中间区域起始点S起与中间区域终止点S终的差值为8-10mm。
9.根据权利要求5所述的利用激光熔覆技术对活塞杆进行加工的方法，其特征在于：所述机床中采用的顶尖为弹性顶尖。
10.根据权利要求5所述的利用激光熔覆技术对活塞杆进行加工的方法，其特征在于：所述来料为待返修的活塞杆或者圆形棒料基材，来料直径大于等于30mm，且长径比大于5。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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