CN110846656A - 一种导向环、激光熔覆方法及铣槽机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种导向环、激光熔覆方法及铣槽机，导向环包括导向环基体，导向环基体具有一个工作表面和与工作表面相对的底面，工作表面包括位于两端的平面区、位于中间的环面区和过渡连接环面区和对应的平面区的过渡区；导向环基体的工作表面设有等厚度的熔覆涂层。激光熔覆方法包括如下步骤：确定熔覆参数；根据工作表面的形状确定激光熔覆加工头单层熔覆的加工路径；按照熔覆参数和加工路径对固定好的导向环基体的工作表面进行激光熔覆，重复n次得到熔覆涂层。本发明中通过在导向环不规则形状工作表面制备高性能涂层，保护导向环低性能基体材料，能够有效改善导向环在耐磨、耐腐等工况下载荷状态，提高导向环可靠性和延长其使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于工程机械零部件加工技术领域，具体涉及一种导向环、激光熔覆方法及铣槽机。
背景技术
双轮铣槽机采用摆齿机构设计满足盲区岩墙铣削要求，导向环是保证铣削轨迹和摆齿受力合理的核心零部件（如图1所示），在泥岩、泥沙、硬岩等工况作用下常常导致磨损、腐蚀等失效，从而影响整机的作业效率，因此，如何延长导向环的使用寿命降低设备检修次数对提高整机作业效率具有重要意义。
激光熔覆技术是利用高能激光束辐照，通过迅速熔化、扩展和凝固，在基材表面沉积一层具有特殊物理、化学或力学性能的材料，构成一种不同于基材的新材料，以弥补基体所缺少的高性能。可根据工件的性能要求，沉积各种成分的合金、金属基复合材料等，制备耐热、耐蚀、耐磨、减摩、抗氧化和无磁等特性的表面覆层，使材料具有常规处理所不具有的组织与性能。一方面，通过在正向生产过程中对导向环工作表面进行激光熔覆强化，提高其耐磨、耐蚀等性能，延长其使用寿命；另一方面，可通过激光熔覆技术对失效导向环进行再制造修复，提高零件的使用率，节约成本。
专利申请号为CN201810842158.1的公开文本中记载了一种高硬高韧高耐腐的耐磨部件及其耐磨层的加工方法，通过激光熔覆制成条纹状或网格状排列的耐磨条，形成非连续的表面耐磨涂层，改变磨粒在接触表面运动形式，降低接触表面的磨损失效，从而提高零件使用寿命。这种工艺的缺点在于：（1）非连续激光熔覆制成条纹状或网格状排列的耐磨条涂层无法实现多层的涂层结构，涂层的厚度较薄；（2）涂层为非连续结构，可以有效改变配合零部件的耐磨性能，但在没有涂层保护的基体易受到工况介质的腐蚀、变形等破坏，形成局部失效；（3）需要在相对配合的零件上同时制备耐磨条到达改变两个零件接触面运动形式，从而改变零件的耐磨性能，增加了零件数量的约束。
根据市场调研，也发现了一种采用热喷涂技术在导向环基体表面喷涂一层特殊性能材料的工艺，能够改变工作表面材料性能或组织，改善材料耐磨性或耐蚀性，从而延长导向环的使用寿命。这种工艺的缺点在于：（1）由于热喷涂技术特点，制备涂层一般控制在1mm以下，无法制备较厚涂层；（2）热喷涂涂层与基体结合为机械结合，结合强度低，在冲击、振动等载荷下容易导致涂层脱落，涂层若要达到冶金结合需要重熔等后续处理，增加工艺复杂性；（3）不同的喷涂方法适用材料不同，在不同工况下易受粉末材料的限制；（4）对于较厚（0.5mm～1mm）涂层，沉积效率低，加工成本高。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中使用不便的缺陷，提供一种导向环、激光熔覆方法及铣槽机，通过低成本工艺在不规则形状的工作表面形成均匀的熔覆涂层，提高导向环的可靠性和使用寿命。
为解决现有技术问题，本发明公开了一种导向环，包括导向环基体，所述导向环基体具有一个工作表面和与所述工作表面相对的底面，所述工作表面包括位于两端的平面区、位于中间的环面区和过渡连接所述环面区和对应的平面区的过渡区；
所述平面区为相对所述底面的高度沿周向由外向内依次增大的斜平面，其外沿相对所述底面的高度与其内沿相对所述底面的高度在同一径向上相等；所述环面区为内沿相对所述底面的高度大于其外沿相对所述底面的高度的锥面；
所述导向环基体的工作表面设有等厚度的熔覆涂层。
本发明还提供了一种激光熔覆方法，用于制造上述导向环，包括如下步骤：
确定熔覆参数，熔覆参数包括熔覆涂层厚度T、单层熔覆厚度T1和熔覆层数n，n=T/ T1；
根据工作表面的形状确定激光熔覆加工头单层熔覆的加工路径；
按照熔覆参数和加工路径对固定好的导向环基体的工作表面进行激光熔覆，重复n次得到熔覆涂层。
进一步地，所述根据工作表面的形状确定激光熔覆加工头的加工路径的过程具体如下：
根据工作表面的形状划分为两端的平面区、位于中间的环面区和过渡连接所述环面区和对应的平面区的过渡区；
所述环面区采用弧形往复式平移扫描轨迹进行激光熔覆，所述平面区和过渡区均采用直线往复式平移扫描轨迹进行激光熔覆。
进一步地，所述弧形往复式平移扫描轨迹和所述直线往复式平移扫描轨迹中相临两个子轨迹之间的距离为激光熔覆加工头的熔覆宽度的一半，所述弧形往复式平移扫描轨迹中相邻两个子轨迹6.1、7.1相对底面的高度差为环面区的内、外沿的高度差与往复次数的比值。
进一步地，所述激光熔覆加工头沿所述加工路径由外而内的移动以完成对对应区域的激光熔覆。
进一步地，在激光熔覆的过程中，所述激光熔覆加工头与所述工作表面之间保持离焦量的距离。
进一步地，在进行按照熔覆参数和加工路径对固定好的导向环基体的工作表面进行激光熔覆，重复n次得到熔覆涂层的步骤之前还设置如下步骤：
将所述导向环基体上的孔堵住。
进一步地，所述熔覆涂层的厚度为3.8mm～4.2mm。
本发明还提供了一种铣槽机，包括导向环，导向环为上述的导向环。
进一步地，所述铣槽机为双轮铣槽机。
本发明具有的有益效果：
（1）本发明中的激光熔覆涂层制备方法，通过在导向环不规则形状工作表面制备高性能涂层，保护导向环低性能基体材料，能够有效改善导向环在耐磨、耐腐等工况下载荷状态，提高导向环可靠性和延长其使用寿命，减少双轮铣设备检修频率，提高整机使用率。
（2）本发明中的激光熔覆涂层制备方法，不仅可用于导向环正向制造的强化环节，延长正常使用寿命，而且可用于导向环再制造修复环节，能够提高材料利用率，降低加工成本，实现废旧产品可持续化，具有资源环境优化性。
（3）本发明激光熔覆涂层制备方法，可以根据不同工况和载荷要求熔覆不同粉末，通用性较强，能够满足双轮铣设备在泥沙、硬岩等不同工况的要求。
（4）本发明中的区域划分与扫描路径规划方法，简单易操作，无需借助第三方软件等手段进行程序编辑，能够减少投入成本，以及有效减少轨迹程序编辑时间，提高作业效率。
附图说明
图1为现有技术中的铣槽机的局部示意图；
图2为本发明中的导向环的结构立体图；
图3为本发明中导向环基体在激光熔覆装置定位的结构示意图；
图4为图2所示导向环中的导向环基体的结构立体图；
图5为本发明中激光熔覆方法中的弧形往复式平移扫描轨迹进的示意图；
图6为本发明中激光熔覆方法中的直线往复式平移扫描轨迹进的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图2和4所示，本发明中的一种激光熔覆方法，用于制造一种导向环100，该导向环100包括导向环基体1，导向环基体1为开口结构的环状体。导向环基体1具有一个工作表面1.5和与工作表面1.5相对的底面1.4，工作表面1.5包括位于两端的平面区1.2、位于中间的环面区1.1和过渡连接环面区1.1和对应的平面区1.2的过渡区1.3。
平面区1.2为相对底面1.4的高度沿周向由外向内依次增大的斜平面，其外沿1.2.2相对底面1.4的高度与其内沿1.2.1相对底面1.4的高度在同一径向上相等；环面区1.1为内沿1.1.1相对底面1.4的高度大于其外沿1.1.2相对底面1.4的高度的锥面。导向环基体1的工作表面设有等厚度的熔覆涂层2。作为优选方案，导向环基体1的宽度为35mm，环面区1.1的外沿1.1.2的直径为780mm，其内、外沿1.1.1、1.1.2的高度差z1为11mm。熔覆涂层2的厚度为3.8mm～4.2mm，层数为3层。熔覆涂层2的表面无裂纹气孔等缺陷，涂层设计与实施结果相同
本发明中的激光熔覆方法，包括如下步骤：
S1、根据工况和载荷选取熔覆粉末并确定熔覆参数，熔覆参数包括熔覆涂层厚度T、单层熔覆厚度T1和熔覆层数n，n=T/ T1。
S2、根据工作表面1.5的形状确定激光熔覆加工头4单层熔覆的加工路径。该步骤的过程具体如下：
S21、根据工作表面1.5的形状划分为两端的平面区1.2、位于中间的环面区1.1和过渡连接环面区1.1和对应的平面区1.2的过渡区1.3。
S22、环面区1.1采用弧形往复式平移扫描轨迹6进行激光熔覆，平面区1.2和过渡区1.3均采用直线往复式平移扫描轨迹7进行激光熔覆。
如图5和6所示，弧形往复式平移扫描轨迹6和直线往复式平移扫描轨迹7中相临两个子轨迹6.1、7.1之间的距离与激光熔覆加工头4的熔覆宽度的一半，往复次数N=2d/d1，其中d为导向环基体的宽度，d1为激光熔覆加工头4的熔覆宽度。弧形往复式平移扫描轨迹6中相邻两个子轨迹6.1、7.1相对底面1.4的高度差为环面区1.1的内、外沿1.1.1、1.1.2的高度差与往复次数的比值，即激光熔覆加工头4在完成一个子轨迹后提升z3 ，z3= z1/N。平面区1.2采用直线往复式平移扫描轨迹7进行熔覆能够保证子轨迹7.1的熔覆起点7.2和熔覆终点7.3的高度差为z2。
S3、将导向环基体1放置到激光熔覆装置的工作台3上，并利用若干固定销轴5将导向环基体1的外圆面夹住将其固定。
S4、采用石棉等耐高温材料将导向环基体1上的孔堵住，防止激光加热时损坏螺纹孔，影响零件装配。
S5、控制激光熔覆加工头4按照熔覆参数和加工路径对固定好的导向环基体1的工作表面1.5进行激光熔覆，重复n次得到熔覆涂层2。激光熔覆加工头4沿加工路径由外而内的移动以完成对对应区域的激光熔覆。在激光熔覆的过程中，激光熔覆加工头4与工作表面1.5之间保持离焦量的距离。
本发明还提供了一种铣槽机，包括导向环100，导向环100为上述的导向环100。在一个实施例中，铣槽机为双轮铣槽机。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种导向环（100），包括导向环基体（1），所述导向环基体（1）具有一个工作表面（1.5）和与所述工作表面（1.5）相对的底面（1.4），其特征在于：
所述工作表面（1.5）包括位于两端的平面区（1.2）、位于中间的环面区（1.1）和过渡连接所述环面区（1.1）和对应的平面区（1.2）的过渡区（1.3）；
所述平面区（1.2）为相对所述底面（1.4）的高度沿周向由外向内依次增大的斜平面，其外沿（1.2.2）相对所述底面（1.4）的高度与其内沿（1.2.1）相对所述底面（1.4）的高度在同一径向上相等；所述环面区（1.1）为内沿（1.1.1）相对所述底面（1.4）的高度大于其外沿（1.1.2）相对所述底面（1.4）的高度的锥面；
所述导向环基体（1）的工作表面设有等厚度的熔覆涂层（2）。
2.一种激光熔覆方法，用于制造如权利要求1所述的一种导向环（100），其特征在于：
包括如下步骤：
确定熔覆参数，熔覆参数包括熔覆涂层厚度T、单层熔覆厚度T1和熔覆层数n，n=T/ T1；
根据工作表面（1.5）的形状确定激光熔覆加工头（4）单层熔覆的加工路径；
按照熔覆参数和加工路径对固定好的导向环基体（1）的工作表面（1.5）进行激光熔覆，重复n次得到熔覆涂层（2）。
3.根据权利要求2所述的一种激光熔覆方法，其特征在于：
所述根据工作表面（1.5）的形状确定激光熔覆加工头（4）的加工路径的过程具体如下：
根据工作表面（1.5）的形状划分为两端的平面区（1.2）、位于中间的环面区（1.1）和过渡连接所述环面区（1.1）和对应的平面区（1.2）的过渡区（1.3）；
所述环面区（1.1）采用弧形往复式平移扫描轨迹（6）进行激光熔覆，所述平面区（1.2）和过渡区（1.3）均采用直线往复式平移扫描轨迹（7）进行激光熔覆。
4.根据权利要求2所述的一种激光熔覆方法，其特征在于：
所述弧形往复式平移扫描轨迹（6）和所述直线往复式平移扫描轨迹（7）中相临两个子轨迹（6.1、7.1）之间的距离与激光熔覆加工头（4）的熔覆宽度的一半，所述弧形往复式平移扫描轨迹（6）中相邻两个子轨迹6.1、7.1相对底面（1.4）的高度差为环面区（1.1）的内、外沿（1.1.1、1.1.2）的高度差与往复次数的比值。
5.根据权利要求2或4所述的一种激光熔覆方法，其特征在于：
所述激光熔覆加工头（4）沿所述加工路径由外而内的移动以完成对对应区域的激光熔覆。
6.根据权利要求2所述的一种激光熔覆方法，其特征在于：
在激光熔覆的过程中，所述激光熔覆加工头（4）与所述工作表面（1.5）之间保持离焦量的距离。
7.根据权利要求2所述的一种激光熔覆方法，其特征在于：
在进行按照熔覆参数和加工路径对固定好的导向环基体（1）的工作表面（1.5）进行激光熔覆，重复n次得到熔覆涂层（2）的步骤之前还设置如下步骤：
将所述导向环基体（1）上的孔堵住。
8.根据权利要求2所述的一种激光熔覆方法，其特征在于：
所述熔覆涂层的厚度为3.8mm～4.2mm。
9.一种铣槽机，包括导向环（100），其特征在于，所述导向环（100）为如权利要求1所述的一种导向环（100）。
10.根据权利要求9所述的一种铣槽机，其特征在于：
所述铣槽机为双轮铣槽机。
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| CN110846656B (zh) | 2022-03-15 |
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