軸類零件激光再制造校直技術(shù)的研究.pdf

1、隨著國家對(duì)可持續(xù)發(fā)展的迫切需要，再制造技術(shù)日益受到重視。再制造技術(shù)是消除環(huán)境污染，減少資源浪費(fèi)的有力武器。軸類零件和軸系部件是機(jī)械裝置中的重要組成部分，我國年產(chǎn)軸類零件的總量約在10億件左右，需要經(jīng)過校直工藝的約占70％。如何將再制造技術(shù)和校直技術(shù)有機(jī)的組合在一起成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。20世紀(jì)80年代以來，激光熔覆及淬火技術(shù)在國內(nèi)外的諸多工業(yè)領(lǐng)域里得到廣泛應(yīng)用，尤其對(duì)于機(jī)械零件的再制造修復(fù)。本文在此基礎(chǔ)上將激光再制造技術(shù)應(yīng)用于軸類零件的校

2、直。本文通過激光校軸可行性試驗(yàn)的探索研究，證實(shí)激光再制造校軸切實(shí)可行;通過激光熔覆工藝參數(shù)試驗(yàn)的系統(tǒng)研究，確定工藝參數(shù)對(duì)校軸量的影響規(guī)律;通過熔覆過程中熔覆區(qū)附近點(diǎn)的溫度采集與分析，初步驗(yàn)證激光熔覆校軸過程的溫度梯度機(jī)理;通過ANSYS有限元數(shù)值模擬得到激光熔覆校軸過程的瞬態(tài)溫度場(chǎng)、應(yīng)力分布以及所對(duì)應(yīng)的變形情況，進(jìn)一步深層次探索了激光熔覆校軸的機(jī)理;通過工程實(shí)例有力的證實(shí)了激光熔覆校軸有著廣泛的應(yīng)用前景;最后通過激光再制造技術(shù)校軸的展示

3、界面將這一技術(shù)簡(jiǎn)潔直觀向有需求的企業(yè)做介紹和推廣。論文主要研究成果如下:
　　(1)可行性試驗(yàn)證明，階梯軸在激光淬火和激光熔覆后均發(fā)生了朝向激光束的彎曲變形，因此采用激光淬火和激光熔覆的工藝方法可以對(duì)彎曲軸進(jìn)行校直，證實(shí)了最初的立項(xiàng)以及分析的正確性。激光淬火方法可以使軸的跳動(dòng)值改變0.09mm，激光熔覆可以使軸的跳動(dòng)值改變0.71mm?？梢娂す獯慊鹦Ｖ蹦芰τ邢?，可?；亓浚ㄝS跳動(dòng)值?；兀┳畲鬄?.1 mm，軸跳動(dòng)值超過0.1mm的彎

4、曲軸基本不必考慮激光淬火校直，轉(zhuǎn)而考慮用激光熔覆的方法進(jìn)行校軸。
　　(2)在激光熔覆校軸時(shí)，確定了衡量軸彎曲量的β角，即軸彎曲帶所對(duì)中心角的一半。顯著影響校軸效果的工藝參數(shù)有熔覆區(qū)所對(duì)應(yīng)的中心角α和熔覆層數(shù)n。當(dāng)中心角α小于90°時(shí)，熔覆面積與軸彎曲量tanβ成正比關(guān)系，中心角α大于90°時(shí)，彎曲量tanβ減小，因此軸類零件激光熔覆校軸時(shí)，理論上講熔覆中心角α最大可取90°，實(shí)際操作要根據(jù)客戶要求和軸上允許熔覆面積做具體調(diào)整。熔

5、覆層數(shù)n與軸彎曲量tanβ成正比關(guān)系，可以根據(jù)彎曲量適當(dāng)改變?nèi)鄹矊訑?shù)。
　　(3)利用ANSYS有限元軟件，對(duì)軸類零件激光熔覆過程溫度場(chǎng)進(jìn)行了模擬，可知激光熔覆過程中熔覆區(qū)的溫度分布最高，過渡區(qū)其次，軸基體的溫度最低，變化很小。而且距離熔覆區(qū)越遠(yuǎn)，溫度基本不變。溫度梯度沿軸長(zhǎng)方向和軸半徑方向的分布。任意時(shí)刻溫度場(chǎng)分布狀況相似，即光斑中心處溫度最高，并以光斑為中心向外逐層降低，等溫線近似橢圓形，橢圓中心位于光斑中心。光斑經(jīng)過處的溫度

6、和溫度變化率隨時(shí)間變化急劇，升溫變化率很高，降溫變化率也很高，表現(xiàn)出典型的急冷急熱的特性。
　　(4)利用ANSYS有限元軟件，對(duì)軸類零件激光熔覆過程應(yīng)力分布進(jìn)行了模擬，可知熔覆區(qū)是高熱應(yīng)力區(qū)，熔覆區(qū)的熱應(yīng)力在熔覆過程中呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化，時(shí)而受拉應(yīng)力時(shí)而受壓應(yīng)力，光斑中心點(diǎn)的總應(yīng)力以壓應(yīng)力為主，不能籠統(tǒng)的認(rèn)為熔覆過程熔覆區(qū)材料受壓應(yīng)力。在冷卻過程中熔覆層的熱應(yīng)力在X，Y,Z三個(gè)方向上均為拉應(yīng)力，由于熔覆區(qū)材料冷卻收縮引起。
　　

7、(5)通過對(duì)熔覆區(qū)所在橫截面圓周方向各點(diǎn)的溫度分析可知，不論在激光熔覆過程中還是在軸冷卻過程中，軸圓周方向上所測(cè)點(diǎn)的溫度都是不同的，這樣就產(chǎn)生了溫度梯度，溫度梯度使得各處的變形不均勻，由此產(chǎn)生了軸的彎曲和熱應(yīng)力。從一方面證實(shí)了激光熔覆校軸的溫度梯度機(jī)理。通過ANSYS有限元對(duì)溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的分析得出激光熔覆過程中沿軸長(zhǎng)方向和軸徑方向存在的巨大溫度梯度導(dǎo)致熱應(yīng)力從而導(dǎo)致變形，進(jìn)一步證實(shí)了溫度梯度機(jī)理。
　　(6)工程實(shí)例的成功實(shí)施確