軸類零件激光再制造校直技術(shù)的研究.pdf

1、隨著國家對可持續(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，減少資源浪費的有力武器。軸類零件和軸系部件是機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)有機的組合在一起成為人們關(guān)注的焦點。20世紀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)域里得到廣泛應用，尤其對于機械零件的再制造修復。本文在此基礎(chǔ)上將激光再制造技術(shù)應用于軸類零件的校

2、直。本文通過激光校軸可行性試驗的探索研究，證實激光再制造校軸切實可行;通過激光熔覆工藝參數(shù)試驗的系統(tǒng)研究，確定工藝參數(shù)對校軸量的影響規(guī)律;通過熔覆過程中熔覆區(qū)附近點的溫度采集與分析，初步驗證激光熔覆校軸過程的溫度梯度機理;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、應力分布以及所對應的變形情況，進一步深層次探索了激光熔覆校軸的機理;通過工程實例有力的證實了激光熔覆校軸有著廣泛的應用前景;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彎曲軸進行校直，證實了最初的立項以及分析的正確性。激光淬火方法可以使軸的跳動值改變0.09mm，激光熔覆可以使軸的跳動值改變0.71mm?？梢娂す獯慊鹦Ｖ蹦芰τ邢蓿尚；亓浚ㄝS跳動值校回）最大為0.1 mm，軸跳動值超過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行校軸。
　　(2)在激光熔覆校軸時，確定了衡量軸彎曲量的β角，即軸彎曲帶所對中心角的一半。顯著影響校軸效果的工藝參數(shù)有熔覆區(qū)所對應的中心角α和熔覆層數(shù)n。當中心角α小于90°時，熔覆面積與軸彎曲量tanβ成正比關(guān)系，中心角α大于90°時，彎曲量tanβ減小，因此軸類零件激光熔覆校軸時，理論上講熔覆中心角α最大可取90°，實際操作要根據(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)彎曲量適當改變?nèi)鄹矊訑?shù)。
　　(3)利用ANSYS有限元軟件，對軸類零件激光熔覆過程溫度場進行了模擬，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，溫度基本不變。溫度梯度沿軸長方向和軸半徑方向的分布。任意時刻溫度場分布狀況相似，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，對軸類零件激光熔覆過程應力分布進行了模擬，可知熔覆區(qū)是高熱應力區(qū)，熔覆區(qū)的熱應力在熔覆過程中呈現(xiàn)動態(tài)變化，時而受拉應力時而受壓應力，光斑中心點的總應力以壓應力為主，不能籠統(tǒng)的認為熔覆過程熔覆區(qū)材料受壓應力。在冷卻過程中熔覆層的熱應力在X，Y,Z三個方向上均為拉應力，由于熔覆區(qū)材料冷卻收縮引起。
　　

7、(5)通過對熔覆區(qū)所在橫截面圓周方向各點的溫度分析可知，不論在激光熔覆過程中還是在軸冷卻過程中，軸圓周方向上所測點的溫度都是不同的，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力。從一方面證實了激光熔覆校軸的溫度梯度機理。通過ANSYS有限元對溫度場和應力場的分析得出激光熔覆過程中沿軸長方向和軸徑方向存在的巨大溫度梯度導致熱應力從而導致變形，進一步證實了溫度梯度機理。
　　(6)工程實例的成功實施確