CN112139495A - 一种增材再制造修复齿轮断齿的方法 - Google Patents

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吴东江
赵大可
牛方勇
马广义
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Abstract

本发明公布了一种增材再制造修复齿轮断齿的方法，属于增材再制造领域。具体步骤是：将待修复齿轮断齿打磨平整，在上面加工出沟槽，然后将工件完全清理干干净。通过增材制造将沟槽填平，在此基础上将断齿剩余部分修复完毕。加工去除修复余量后，对复原后的齿轮进行性能评估。本发明实现了齿轮断齿的精确成形修复，具有新修复轮齿与基材结合强度高的优点。

Description

一种增材再制造修复齿轮断齿的方法
技术领域
本发明涉及增材再制造领域，尤其涉及一种增材再制造修复齿轮断齿的方法。
背景技术
齿轮是机械工业应用广泛的传动元件，尤其是在发动机中作用巨大，是传递动力和保证发动机稳定运转的基础。由于在高负载长时间运转条件下，传动轴的径向传动量大，导致接触区面积减小，接触应力增大，轮齿易于萌生裂纹。在工作应力作用下发生裂纹扩展，直至断裂。而制造满足发动机使役性能的齿轮所需的工艺复杂、周期长，并且造价非常高。为了降低成本，减少资源的浪费，发动机齿轮断齿的完整修复显得尤为重要。增材制造技术具有工艺简单、易于控制、成本低的特点。能够大大提高加工效率，实现无缺陷以及组织成分均匀的工件，在机械工业领域具有重要的应用价值。而如何将增材制造技术合理的应用于齿轮断齿的完整修复，是本领域的技术人员需要解决的问题。
丹阳宏图激光科技有限公司专利201210351302.4齿轮的激光熔覆修复工艺主要涉及齿轮的激光修复，修复后的齿轮硬度和耐磨性得到提高。
阳泉煤业集团华越机械有限公司煤机装备研究所专利201822305668.1介绍了一种激光熔覆齿轮再造修复方法。该方法通过激光熔覆技术对齿轮进行修复。修复后的表层与基体可以形成冶金结合，显著改善几层表面的耐磨性、耐蚀性、耐热性和抗氧化性。
综上所述，现有的齿轮修复方法普遍采用将断口磨平的修复方法，难以保证结合强度，使用过程中因材料和组织的失配容易造成应力集中发生再次破坏。
发明内容
本发明为解决现有技术存在的问题，提供一种对齿轮断齿进行完整修复的方法，以实现修复后的齿轮断齿与原有齿轮结合紧密，保证轮齿啮合传动的有效进行的目的。
为实现上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：
一种增材再制造修复齿轮断齿的方法，包括以下步骤：
(1)将待修复齿轮的断齿打磨平整，并在断齿处加工出沟槽，然后将工件完全清理干干净；
(2)通过增材制造方法将沟槽填平，并在此基础上将断齿剩余部分修复完毕；
(3)加工去除齿轮断齿表面的修复余量，完成断齿的复原；
(4)对复原后的轮齿进行评估。
所述步骤(1)中的沟槽沿齿厚方向和/或齿宽方向分布。
所述步骤(1)中的沟槽形状为倒三角形、倒梯形或U形。
所述步骤(1)中的沟槽数量为1-10个。
所述步骤(2)中的增材制造方法为基于同步送料的激光增材制造方法、基于同步送料的电弧增材制造方法、基于同步送料的电子束增材制造方法或基于同步送料的等离子弧增材制造方法。
所述同步送料方法为同步送粉或同步送丝。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明所述的修复齿轮断齿的方法，由于沿齿厚或齿宽方向分布沟槽的存在，大大提高了新修复轮齿与基底的结合强度。
附图说明
图1所示为沟槽横截面形貌示意图；
图中：A为倒梯形；B为U形；C为倒三角形。
图2为沟槽沿齿厚方向开设的示意图。
图3为沟槽沿齿宽方向开设的示意图。
图4所示为增材制造修复轮齿示意图；
图中：1同步送料桶；2能量源；3加工头；4保护气体；5沟槽；6待修复齿轮。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步说明。
实施例1
采用激光增材制造方法对齿轮断齿进行增材再制造修复，具体步骤如下：
(1)将待修复齿轮断齿部分用角磨机打磨平整，并在其上沿着齿厚方向加工出一个倒梯形沟槽，如图1中的A所示，利用煤油将待修复部位彻底清洗干净，去除表面的杂质，然后利用酒精清洗表面除去油污，风干处理等待修复。
(2)利用同步送料桶1向沟槽5输送粉末，通过激光束能量源来控制输入熔池的能量，采用加工头3控制成形轨迹，整个修复过程使用保护气体4保护，防止金属熔池被氧化。
(3)首先采用激光同步送粉增材制造填平沟槽，然后重新设定路径，在其上完成剩余部分齿轮断齿修复。
(4)加工去除齿轮断齿表面的修复余量，完成断齿的复原。
(5)对复原后的轮齿进行评估。
评估新修复轮齿与基底的结合强度以及硬度和耐磨性；进行探伤，检测是否合格。
实施例2
采用电弧增材制造方法对齿轮断齿进行增材再制造修复，具体步骤如下：
(1)将待修复齿轮断齿部分用角磨机打磨平整，并在其上沿着齿厚方向加工出三个U形沟槽，如图1中的B所示，利用煤油将待修复部位彻底清洗干净，去除表面的杂质，然后利用酒精清洗表面除去油污，风干处理等待修复。
(2)利用同步送料桶1向沟槽5输送粉末，通过等离子弧能量源来控制输入熔池的能量，采用加工头3控制成形轨迹，整个修复过程使用保护气体4保护，防止金属熔池被氧化。
(3)首先采用等离子弧同步送丝增材制造填平沟槽，然后重新设定路径，在其上完成剩余部分齿轮断齿修复。
(4)加工去除齿轮断齿表面的修复余量，完成断齿的复原。
(5)对复原后的轮齿进行评估。
评估新修复轮齿与基底的结合强度以及硬度和耐磨性；进行探伤，检测是否合格。
实施例3
采用电子束增材制造方法对齿轮断齿进行增材再制造修复，具体步骤如下：
(1)将待修复齿轮断齿部分用角磨机打磨平整，并在其上垂直齿厚方向加工出五个倒三角形沟槽，如图1中的C所示，利用煤油将待修复部位彻底清洗干净，去除表面的杂质，然后利用酒精清洗表面除去油污，风干处理等待修复。
(2)利用同步送料桶1向沟槽5输送粉末，通过电子束能量源来控制输入熔池的能量，采用加工头3控制成形轨迹，整个修复过程使用保护气体4保护，防止金属熔池被氧化。
(3)首先采用电子束同步送粉增材制造填平沟槽，然后重新设定路径，在其上完成剩余部分齿轮断齿修复。
(4)加工去除齿轮断齿表面的修复余量，完成断齿的复原。
(5)对复原后的轮齿进行评估。
评估新修复轮齿与基底的结合强度以及硬度和耐磨性；进行探伤，检测是否合格。
明显的，上述实施例的列举只是为了说明本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围不局限于此。对于所属领域的任何普通技术人员来说，根据本发明的技术方案以及发明构思所做的显而易见的改动任在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种增材再制造修复齿轮断齿的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将待修复齿轮的断齿打磨平整，并在断齿处加工出沟槽，然后将工件完全清理干干净；
(2)通过增材制造方法将沟槽填平，并在此基础上将断齿剩余部分修复完毕；
(3)加工去除齿轮断齿表面的修复余量，完成断齿的复原；
(4)对复原后的轮齿进行评估。
2.根据权利要求书1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的沟槽沿齿厚方向和/或齿宽方向分布。
3.根据权利要求书1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的沟槽形状为倒三角形、倒梯形或U形。
4.根据权利要求书1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的沟槽数量为1-10个。
5.根据权利要求书3所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的沟槽数量为1-10个。
6.根据权利要求书1、2或5所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中的增材制造方法为基于同步送料的激光增材制造方法、基于同步送料的电弧增材制造方法、基于同步送料的电子束增材制造方法或基于同步送料的等离子弧增材制造方法。
7.根据权利要求书3所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中的增材制造方法为基于同步送料的激光增材制造方法、基于同步送料的电弧增材制造方法、基于同步送料的电子束增材制造方法或基于同步送料的等离子弧增材制造方法。
8.根据权利要求书4所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中的增材制造方法为基于同步送料的激光增材制造方法、基于同步送料的电弧增材制造方法、基于同步送料的电子束增材制造方法或基于同步送料的等离子弧增材制造方法。
9.根据权利要求书6所述的方法，其特征在于，所述同步送料方法为同步送粉或同步送丝。
10.根据权利要求书7或8所述的方法，其特征在于，所述同步送料方法为同步送粉或同步送丝。
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