CN116988058A - 一种铸造轴承表面激光熔覆强化的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种铸造轴承表面激光熔覆强化的加工方法，加工方法包括：步骤S1，对铸造轴承进行沟道加工，并对加工的沟道进行预处理；步骤S2，通过激光在预处理过的沟道表面进行预熔覆层加工；步骤S3，对预熔覆层进行缺陷检查；步骤S4，在缺陷检查合格的预熔覆层上进行功能熔覆层的加工。本发明通过在功能熔覆层前进行预熔覆层工艺加工，使铸造轴承轴圈滚道表面熔覆层气孔率大大降低，产品一次性合格率由40～50％提高到98％以上，使材料、加工成本降低50％以上；本申请采用单道、多层熔覆技术，工件整体变形小；使整个熔覆层具有良好的承载能力、耐磨性能和抗疲劳性能。
Description
技术领域
本发明涉及轴承加工技术领域，具体涉及一种铸造轴承表面激光熔覆强化的加工方法。
背景技术
滚动轴承作为旋转机械设备的重要部件之一，主要用于支撑轴进行旋转，降低旋转过程中的摩擦，并且保证精度。而前、后环轴承作为自动输送火炮单元的导轨轴承，由于其具有转向、平移、承重等功能，使装甲车辆在射击时做到自动化、无人操作等功能，由此广泛的被应用于装甲车辆上。前、后环轴承包括传动前环和传动后环两部分，分别由前、后环的内圈、外圈和滚动体组成，其中滚动体为标准外购件，外圈为简单薄壁环形件，内圈结构比较特殊和复杂，壁厚一般在10mm以内，在生产过程中存在焊接变形大、材料利用率低、机加工作量大、加工效率低等诸多问题。为了解决这些问题申请号为CN 111644570B的中国专利《前后环轴承内圈生产方法》中采用熔模精密铸造成型的铸钢材料作为轴承内圈材料，通过激光熔覆的工艺在轴承内圈沟道中激光熔覆一层硬度高、耐磨性好的纳米合金粉，来提高轴承的使用寿命长。
但此方案的缺陷在于：由于铸件中不可避免地存在大量的气孔、缩孔、疏松、夹渣等缺陷，激光熔覆时，分布在近表层或浅表层的上述缺陷，在激光照射作用下很容易被烧穿，烧穿后内部气体膨胀、压力增大后喷出，造成液态熔覆金属突然飞溅而形成熔覆砂眼，从而导致熔覆层气孔率较高，产品一次性合格率很低(仅有40～50％)；而且该产品加工工序多，在熔覆层缺陷检测之前先后经历了铸件表面粗车、铸件沟道粗车、沟道激光熔覆、表面熔覆层精车、内圈内表面精车、沟道熔覆层精车、内圈内表面粗磨、内圈外表面粗磨、沟道熔覆层粗磨、熔覆层缺陷检测等十几道工序，一旦产品检出缺陷，则需要返回第一道工序开始返工，返工工序多、流程长，费工费时，造成极大的返工成本，而且返工后的熔覆层质量也不能得到保证。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种铸造轴承表面激光熔覆强化的加工方法，用于解决上述现有技术中，由于铸件中不可避免的存在大量的气孔、缩孔、疏松、夹渣等缺陷导致熔覆合格工艺偏低，导致返工增加成本的问题。具体方案为：
一种铸造轴承表面激光熔覆强化的加工方法，所述加工方法包括以下步骤：
步骤S1，对铸造轴承进行沟道加工，并对加工的沟道进行预处理；
步骤S2，通过激光在预处理过的沟道表面进行预熔覆层加工；
步骤S3，对预熔覆层进行缺陷检查；
步骤S4，在缺陷检查合格的预熔覆层上进行功能熔覆层的加工。
优选的，所述预熔覆层和功能熔覆层的熔覆工艺均采用矩形宽光斑激光，进行单层、单道的熔覆。
优选的，所述矩形光斑的外廓尺寸大于待熔覆的沟道的截面尺寸。
优选的，所述预熔覆层的工艺送粉量低于所述功能熔覆层的工艺送粉量；
所述预熔覆层的熔覆厚度低于所述功能熔覆层的熔覆厚度。
优选的，在所述预熔覆层中，激光熔覆的线能量密度为20～30W·s/mm3；
在所述功能熔覆层中，激光熔覆的线能量密度为15～25W·s/mm3。
优选的，在步骤S1中，所述沟道的加工深度h小于熔覆层厚度t；
所述熔覆层厚度t包括所述预熔覆层厚度t0和功能熔覆层厚度t1。
优选的，所述功能熔覆层厚度t1包括功能熔覆层的保留厚度t2和功能熔覆层的加工厚度t3。
优选的，所述预熔覆层厚度t0为0.3～0.8mm；
所述功能熔覆层的保留厚度t2为0.5～0.6mm；
所述功能熔覆层的加工厚度t3为0.5～0.7mm。
优选的，在步骤S3中，所述缺陷检查包括：预熔覆层表面缺陷检查和补熔。
优选的，所述缺陷检查包括表面不连续缺陷检查。
与现有技术相比，本申请的有益效果在于：
本申请通过在功能熔覆层前通过激光进行预熔覆层处理，实现对轴承铸件材料待熔覆表层或近表层的缺陷进行消除，或者将缺陷暴露在预熔覆层表面；并通过缺陷检查，对于存在缺陷区域进行打磨和补熔处理，为后续的功能熔覆层可以得到连续的、无缺陷的产品质量提供保障；
本申请中预熔覆层和功能熔覆层在进行熔覆时均采用宽光斑激光熔覆技术，且宽光斑的廓形尺寸大于沟道的截面尺寸，避免现有技术中采用的圆形小光斑需进行多道/次的搭接熔覆，从而导致产品缺陷率高的问题，实现功能熔覆层表面更平整，加工余量更小，加工效率更高；
本申请在预熔覆层加工阶段采用低粉量、低厚度、高线能量密度进行熔覆，进一步消除铸件中的气孔、缩孔、疏松、夹杂等缺陷，进一步减小对功能熔覆层质量的影响；
本申请在功能熔覆层加工阶段采用大粉量、大厚度、低线能量密度，在保证熔覆质量的情况下，能够避免工件出现较大变形；
本申请在预熔覆层和功能熔覆层的加工阶段均采用单道、多层熔覆技术，使得各层激光熔覆的线能量密度较低，工件整体变形小，使整个熔覆层具有良好的承载能力、耐磨性能和抗疲劳性能。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
在附图中：
图1为本发明激光熔覆层的结构示意图；
图2为本发明沟道机械加工的结构示意图；
图3为本发明熔覆完成后的结构示意图。
其中，1-沟道，2-预熔覆层，3-功能熔覆层，4-熔覆层，5-铸造轴承轴圈基体。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
根据附图1-3所示的一种铸造轴承表面激光熔覆强化的加工方法，所述加工方法包括以下步骤：
一种铸造轴承表面激光熔覆强化的加工方法，所述加工方法包括：
步骤S1，对铸造轴承进行沟道加工，并对加工的沟道进行预处理；
步骤S2，通过激光在预处理过的沟道表面进行预熔覆层加工；
步骤S3，对预熔覆层进行缺陷检查；
步骤S4，在缺陷检查合格的预熔覆层上进行功能熔覆层的加工。
进一步的，所述预熔覆层和功能熔覆层的熔覆工艺均采用矩形宽光斑激光，进行单层、单道的熔覆。
进一步的，所述矩形光斑的外廓尺寸大于待熔覆的沟道的截面尺寸。
进一步的，所述预熔覆层的工艺送粉量低于所述功能熔覆层的工艺送粉量；
所述预熔覆层的熔覆厚度低于所述功能熔覆层的熔覆厚度。
进一步的，在所述预熔覆层中，激光熔覆的线能量密度为20～30W·s/mm3；
在所述功能熔覆层中，激光熔覆的线能量密度为15～25W·s/mm3。
需要说明的是，本申请中所述的粉量为指单位时间送入熔池的粉末质量，低粉量是相对于功能熔覆层来说工艺送粉量更低，且预熔覆层的熔覆厚度低于功能熔覆层的熔覆厚度；在本申请的一个实施例中，预熔覆层的厚度范围(为0.3-0.8mm)；而功能熔覆层的厚度范围(为1-1.3mm)。
进一步的，在步骤S1中，所述沟道的加工深度h小于熔覆层厚度t；
所述熔覆层厚度t包括所述预熔覆层厚度t0和功能熔覆层厚度t1。
进一步的，所述功能熔覆层厚度t1包括功能熔覆层的保留厚度t2和功能熔覆层的加工厚度t3。
进一步的，所述预熔覆层厚度t0为0.3～0.8mm；
所述功能熔覆层的保留厚度t2为0.5～0.6mm；
所述功能熔覆层的加工厚度t3为0.5～0.7mm。
进一步的，在步骤S3中，所述缺陷检查包括：预熔覆层表面缺陷检查和补熔。
进一步的，所述缺陷检查包括表面不连续缺陷检查。
需要说明的是：
由于激光熔覆技术具有熔覆层与基体材料结合牢固、工件热变形小、熔覆层组织致密且均匀等特点，且熔覆材料选取范围广、节约材料、工艺便捷、可实现自动化生产等优点，因此比传统的堆焊、喷涂、电镀等方法更适用于对轴承内圈的处理；
在本申请中预熔覆层的表面缺陷检查手段可通过人工或者检测装置来实现，在本申请的一个实施例中主要通过人工进行缺陷检查；
在本申请中沟道的截面尺寸是指沟道的水平截面尺寸，设置矩形宽光斑的廓形尺寸大于沟道的截面尺寸，实现单次单道即可完成沟道单位截面的激光熔覆；
在本申请中激光熔覆的材料为铁基、镍基或铜基粉末合金中的任意一种。
下面通过以下实施例对本申请进行更详细的解释和说明。
实施例一
对材质为ZG32MnMo经精密熔模铸造成型的轴承轴圈进行激光熔覆工艺，其激光熔覆工艺的具体加工步骤为：
1)对轴承轴圈进行沟道机械加工，沟道的加工深度h为1.4mm，沟道加工宽度b为12mm；
2)采用酒精对沟道表面清洁、去油；
3)预熔覆层激光加工，采用2*14mm矩形宽光斑激光，以单层、单道的熔覆方式对清洁完成的轴承沟道进行预熔覆层加工，其中预熔覆层的厚度t0为0.5mm；熔覆激光的线能量密度为20W·s/mm3。
4)预熔覆层缺陷检查，检查预熔覆层表面是否有气孔、夹杂等不连续性缺陷；如果所述预熔覆层表面无所述缺陷，直接转入下一加工步骤；如果所述预熔覆层表面有所述缺陷，采用角磨机或打磨机等打磨工具对曲线区域进行打磨，打磨区域应平滑过渡，并对所述打磨区域进行激光熔覆补熔。
5)功能熔覆层激光加工，采用2*14mm矩形宽光斑的激光，以单道、两层熔覆的方式在预熔覆层表面进行功能熔覆层工艺的加工，其中功能熔覆层的厚度t1为1.1mm；熔覆采用的激光的线能量密度为15W·s/mm3。
6)功能熔覆层进行车削、磨削加工。
经过上述步骤加工，产品的一次性合格率达到98％，工件变形量为0.08mm。
实施例二
对材质为ZG32MnMo，经精密熔模铸造成型的轴承轴圈进行激光熔覆工艺，其熔覆工艺具体包括以下步骤：
1)在轴承轴圈沟道机械加工，其沟道的加工深度h为1.7mm，沟道加工的宽度b为12mm；
2)采用酒精对轴承轴圈的沟道表面清洁、去油；
3)预熔覆层激光加工，采用2*14mm矩形宽光斑激光，以单层、单道熔覆的方式在沟道表面进行预熔覆层工艺的加工，其中预熔覆层的厚度t0为0.7mm；熔覆采用的激光的线能量密度为25W·s/mm3。
4)预熔覆层缺陷检查，检查预熔覆层表面是否有气孔、夹杂等不连续性缺陷；如果所述预熔覆层表面无所述缺陷，直接转入下一加工步骤；如果所述预熔覆层表面有所述缺陷，采用角磨机或打磨机等打磨工具对缺陷区域进行打磨，打磨区域应平滑过渡，并对所述打磨区域进行激光熔覆补熔。
5)功能熔覆层激光加工，采用2*14mm矩形宽光斑的激光，以单道、两层熔覆的方式在预熔覆层的表面进行功能熔覆层的加工；其中功能熔覆层的厚度t1为1.2mm；熔覆采用的激光的线能量密度为20W·s/mm3。
6)功能熔覆层进行车削、磨削加工。
经过上述步骤加工，产品的一次性合格率达到100％，工件变形量为0.10mm。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种铸造轴承表面激光熔覆强化的加工方法，其特征在于，所述加工方法包括：
步骤S1，对铸造轴承进行沟道加工，并对加工的沟道进行预处理；
步骤S2，通过激光在预处理过的沟道表面进行预熔覆层加工；
步骤S3，对预熔覆层进行缺陷检查；
步骤S4，在缺陷检查合格的预熔覆层上进行功能熔覆层的加工。
2.根据权利要求1所述的一种铸造轴承表面激光熔覆强化的加工方法，其特征在于，所述预熔覆层和功能熔覆层的熔覆工艺均采用矩形宽光斑激光，进行单层、单道的熔覆。
3.根据权利要求2所述的一种铸造轴承表面激光熔覆强化的加工方法，其特征在于，所述矩形光斑的外廓尺寸大于待熔覆的沟道的截面尺寸。
4.根据权利要求2所述的一种铸造轴承表面激光熔覆强化的加工方法，其特征在于，所述预熔覆层的工艺送粉量低于所述功能熔覆层的工艺送粉量；
所述预熔覆层的熔覆厚度低于所述功能熔覆层的熔覆厚度。
5.根据权利要求2所述的一种铸造轴承表面激光熔覆强化的加工方法，其特征在于，在所述预熔覆层中，激光熔覆的线能量密度为20～30W·s/mm3；
在所述功能熔覆层中，激光熔覆的线能量密度为15～25W·s/mm3。
6.根据权利要求1所述的一种铸造轴承表面激光熔覆强化的加工方法，其特征在于，在步骤S1中，所述沟道的加工深度h小于熔覆层厚度t；
所述熔覆层厚度t包括所述预熔覆层厚度t0和功能熔覆层厚度t1。
7.根据权利要求6所述的一种铸造轴承表面激光熔覆强化的加工方法，其特征在于，所述功能熔覆层厚度t1包括功能熔覆层的保留厚度t2和功能熔覆层的加工厚度t3。
8.根据权利要求7所述的一种铸造轴承表面激光熔覆强化的加工方法，其特征在于，所述预熔覆层厚度t0为0.3～0.8mm；
所述功能熔覆层的保留厚度t2为0.5～0.6mm；
所述功能熔覆层的加工厚度t3为0.5～0.7mm。
9.根据权利要求1所述的一种铸造轴承表面激光熔覆强化的加工方法，其特征在于，在步骤S3中，所述缺陷检查包括：预熔覆层表面缺陷检查和补熔。
10.根据权利要求9所述的一种铸造轴承表面激光熔覆强化的加工方法，其特征在于，所述缺陷检查包括表面不连续缺陷检查。
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