CN111321400B - 双金属导轨激光熔覆中变形控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种双金属导轨激光熔覆中变形控制方法，其包括如下步骤：步骤一：将长导轨分成多个导轨段；步骤二：将多个导轨段中任一导轨段的导轨基体固定至双金属导轨激光熔覆系统；步骤三：两工业机器人的机械手臂分别夹持有激光熔覆喷枪和超声波激振装置进行导轨段的熔覆，所述超声波激振装置随激光熔覆喷枪同时同向运动；步骤四：熔覆完导轨段后对该导轨段加工成型，然后依次完成各导轨段的熔覆加工，最后将各导轨段组合成导轨；由此，本发明的技术方案与现有的耐磨导轨制造工艺相比，制造的双金属导轨变形极小，耐磨层熔覆后不需要因为导轨翘曲再磨削，因此耐磨层厚度均匀，机械性能不会被破坏，减小维修费用和使用成本，大大提高导轨的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及钻探机械超高速激光熔覆的技术领域，尤其涉及一种双金属导轨激光熔覆中变形控制方法。
背景技术
导轨作为钻机主要部件之一，是动力头运动的基准和支撑点，是影响钻机安全运行的关键部件，目前，采用超高速激光熔覆技术制造耐磨导轨长度一般在600mm～2000mm。直接在45#钢导轨上进行激光熔覆金属耐磨层会使导轨基体产生轻微翘曲变形，为使导轨平滑运行，需要使用磨床将翘曲的导轨磨平，不仅增加了加工工序，还会减少翘曲一端的耐磨层厚度，在后期的使用过程中，导轨则会在耐磨层薄的区域发生刮伤，影响其正常使用。
鉴于以上问题，有必要开展新双金属耐磨导轨熔覆过程中减小变形量的技术研究，以制造出熔覆层均匀的耐磨导轨。
为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种双金属导轨激光熔覆中变形控制方法，以克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种双金属导轨激光熔覆中变形控制方法，有效克服现有技术的缺陷，能改善导轨熔覆过程中翘曲变形的问题，减少应力不平衡现象，减小翘曲变形。
为实现上述目的，本发明公开了一种双金属导轨激光熔覆中变形控制方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一：将长导轨分成多个导轨段；
步骤二：将多个导轨段中任一导轨段的导轨基体固定至双金属导轨激光熔覆系统，所述双金属导轨激光熔覆系统由压紧装置、激光熔覆喷枪、工业机器人、超声波激振装置和夹紧工作台组成，所述多个导轨段通过压紧装置稳固的固定至夹紧工作台；
步骤三：双金属导轨激光熔覆系统中具有分列于夹紧工作台两侧的两个工业机器人，两工业机器人的机械手臂分别夹持有激光熔覆喷枪和超声波激振装置进行导轨段的熔覆，所述超声波激振装置随激光熔覆喷枪同时同向运动；
步骤四：熔覆完导轨段后对该导轨段加工成型，然后依次完成各导轨段的熔覆加工，最后将各导轨段组合成导轨。
其中：步骤一中能分为长度相等的四个导轨段，包含第一导轨段、第二导轨段、第三导轨段和第四导轨段。
其中：所述压紧装置包含位于导轨段两端的压紧板和压紧螺栓，所述压紧板设有供压紧螺栓贯穿的通孔，所述压紧螺栓的下端固定于夹紧工作台从而将导轨段稳固的固定。
其中：所述超声波激振装置距离激光熔覆喷枪后方一定距离进行同时同向运动。
其中：在导轨段表面设置熔覆顺序来实现更好的加工效果，熔覆过程中将导轨熔覆面分为多个熔覆区域，在熔覆过程中采用对称由外及里的逐步熔覆方式。
通过上述内容可知，本发明的双金属导轨激光熔覆中变形控制方法具有如下效果：
1、利用分段式+夹具+超声波激振的方法制造双金属钻机导轨，将较长的导轨分成多段，较短的长度在熔覆过程中的变形量会较小；熔覆过程中，利用夹紧工装固定导轨基体，利用超声波激振装置在熔覆过程中随熔覆热源同时运动，对导轨熔覆层及其附近区域进行激振延展，降低熔覆过程产生的残余应力，进而减小熔覆后翘曲变形。
2、将导轨熔覆面分为多个区域，采用对称熔覆的方式，有效的减少应力不平衡现象，减小翘曲变形
3、与现有的耐磨导轨制造工艺相比，采用本发明制造的双金属导轨变形极小，耐磨层熔覆后不需要因为导轨翘曲再磨削，因此耐磨层厚度均匀，机械性能不会被破坏，减小维修费用和使用成本，大大提高导轨的使用寿命。
本发明的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。
附图说明
图1显示了本发明中分段式双金属导轨的结构示意图。
图2显示了本发明中双金属导轨激光熔覆系统的结构示意图。
图3显示了本发明中控制双金属导轨进行激光熔覆的原理图。
图4显示了本发明中导轨表面熔覆的顺序图。
附图标记：
1-导轨基体，2-压紧装置，3-激光熔覆喷枪，4-工业机器人，5-超声波激振装置，6-夹紧工作台，7-合金熔覆层。
具体实施方式
参见图1至图4，显示了本发明的双金属导轨激光熔覆中变形控制方法。
所述双金属导轨激光熔覆中变形控制方法包括如下步骤：
步骤一：将长导轨分成多个导轨段(图中显示分为长度相等的四个导轨段，包含第一导轨段1-1、第二导轨段1-2、第三导轨段1-3和第四导轨段1-4)，在具体设置中，长度越短，熔覆过程应力变形量越小，但过短的导轨段将导致后续工序复杂，且熔覆中难以控制，因此，合适的长度限制是熔覆过程顺利进行的保证，在本发明中，优选的长度为200mm-300mm；
步骤二：将多个导轨段中任一导轨段的导轨基体1固定至双金属导轨激光熔覆系统，如图2所示，所述双金属导轨激光熔覆系统由压紧装置2、激光熔覆喷枪3、工业机器人4、超声波激振装置5和夹紧工作台6组成，所述多个导轨段通过压紧装置2稳固的固定至夹紧工作台6，所述压紧装置2包含位于导轨段两端的压紧板和压紧螺栓，所述压紧板设有供压紧螺栓贯穿的通孔，所述压紧螺栓的下端固定于夹紧工作台6，从而将导轨段稳固的固定。
步骤三：双金属导轨激光熔覆系统中具有分列于夹紧工作台6两侧的两个工业机器人4，两工业机器人的机械手臂分别夹持有激光熔覆喷枪3和超声波激振装置5进行导轨段的熔覆，所述超声波激振装置5随激光熔覆喷枪3同时同向运动，同时参见图3，所述超声波激振装置5距离激光熔覆喷枪3后方一定距离进行同时同向运动，由此，通过超声波激振装置5对合金熔覆层7及其附近区域进行激振延展，降低熔覆过程产生的残余应力，进而减小熔覆后翘曲变形。
在图4所示的优选实施例中，可在导轨段表面设置熔覆顺序来实现更好的加工效果，熔覆过程中可将导轨熔覆面分为多个熔覆区域，在熔覆过程中采用对称由外及里的逐步熔覆方式，如图4所示熔覆顺序依次为A→B→C→D，这样可有效的形成应力自平衡，最大限度减少应力不平衡现象，减小翘曲变形。
优选的是，所述激光熔覆喷枪3包括喷嘴及枪身，喷嘴设置在枪身的底部，喷嘴内设置有供熔覆材料通过的熔覆通道、气体输送通道及供激光通过的激光通道，熔覆通道围设在气体输送通道的外围，激光与气体输送使用同一通道同一路。工业机器人4位于夹紧工作台2一侧，熔覆过程中，激光熔覆喷头3位于导轨基体1表面上方一定距离处，
步骤四：熔覆完导轨段后对该导轨段加工成型，然后依次完成各导轨段的熔覆加工，最后将各导轨段组合成导轨，从而能有效减少应力变形造成的加工后耐磨层厚度不均匀现象。
由此可见，本发明的优点在于：
1、利用分段式+夹具+超声波激振的方法制造双金属钻机导轨，将较长的导轨分成多段，较短的长度在熔覆过程中的变形量会较小；熔覆过程中，利用夹紧工装固定导轨基体，利用超声波激振装置在熔覆过程中随熔覆热源同时运动，对导轨熔覆层及其附近区域进行激振延展，降低熔覆过程产生的残余应力，进而减小熔覆后翘曲变形。
2、将导轨熔覆面分为多个区域，采用对称熔覆的方式，有效的减少应力不平衡现象，减小翘曲变形，经实验对比测量，采用对称熔覆方式熔覆耐磨层的导轨翘曲变形比不采用对称熔覆方式熔覆的导轨变形量减小至少50％。。
3、与现有的耐磨导轨制造工艺相比，采用本发明制造的双金属导轨变形极小，耐磨层熔覆后不需要因为导轨翘曲再磨削，因此耐磨层厚度均匀，机械性能不会被破坏，大大提高导轨的使用寿命。
4、利用分段式导轨，将较长的导轨分为几段，如果发生耐磨层损坏，只需更换损坏段即可，大大减小维修费用和使用成本，提高钻机使用效率，经统计，采用分段式导轨的钻机导轨更换成本比传统整体式导轨降低40％。
显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本发明的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本发明不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本发明的教导的特定例子，本发明的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。
Claims (5)
1.一种双金属导轨激光熔覆中变形控制方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤一：将待加工的长导轨分成多个导轨段；
步骤二：将多个导轨段中任一导轨段的导轨基体固定至双金属导轨激光熔覆系统，所述双金属导轨激光熔覆系统包含压紧装置、激光熔覆喷枪、工业机器人、超声波激振装置和夹紧工作台，所述导轨段的导轨基体通过压紧装置稳固的固定至夹紧工作台；
步骤三：双金属导轨激光熔覆系统中具有分列于夹紧工作台两侧的两个工业机器人，两工业机器人的机械手臂分别夹持有激光熔覆喷枪和超声波激振装置进行导轨段的熔覆，所述超声波激振装置随激光熔覆喷枪同时同向运动；
步骤四：熔覆完导轨段后对该导轨段加工成型，然后依次完成各导轨段的熔覆加工并加工成型，最后将各导轨段组合成双金属导轨。
2.如权利要求1所述的双金属导轨激光熔覆中变形控制方法，其特征在于：步骤一中将长导轨分为长度相等的四个导轨段，包含第一导轨段、第二导轨段、第三导轨段和第四导轨段。
3.如权利要求1所述的双金属导轨激光熔覆中变形控制方法，其特征在于：所述压紧装置包含位于导轨段两端的压紧板和压紧螺栓，所述压紧板设有供压紧螺栓贯穿的通孔，所述压紧螺栓的下端固定于夹紧工作台从而将导轨段稳固的固定。
4.如权利要求1所述的双金属导轨激光熔覆中变形控制方法，其特征在于：所述超声波激振装置距离激光熔覆喷枪后方一定距离进行同时同向运动。
5.如权利要求1所述的双金属导轨激光熔覆中变形控制方法，其特征在于：在导轨段表面设置熔覆顺序来实现更好的加工效果，熔覆过程中将导轨段表面的熔覆面分为多个熔覆区域，在熔覆过程中采用对称由外及里的逐步熔覆方式，即先依次完成两端外侧区域的熔覆，再按照外侧区域熔覆的相同顺序进行内侧区域的熔覆。
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