一种激光仿生耦合导轨及其再生方法

文档序号:9361726阅读:497来源:国知局
一种激光仿生耦合导轨及其再生方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于再生铸铁导轨技术领域,涉及一种多仿生耦合表面组合的激光仿生耦 合的导轨及其再生方法。
【背景技术】
[0002] 机床导轨是支承运动部件并保证运动精度的导向部分,它直接影响着机床的工 作精度。当导轨面与载荷面之间发生相对运动时,若不是完全的液体摩擦,就必然会产生 磨损。在沿着该导轨所架刀具的工作方向上,由于加工工件尺寸不一所致的多次不等的进 给量,会造成局部磨损程度不一致现象。长此以往,导轨的导向精度也就逐渐下降,即导轨 磨损后使刀架溜板产生偏移。最后将严重地影响着机床的工作性能,致使机床丧失工作能 力。沿着刀具的进给方向,该类报废导轨的工作面明显存在着磨损程度不一致现象,即在承 受较长时间磨损作用的严重磨损区域,表面的磨损沟壑深度可达到〇. 〇4_。而承受较短时 间磨损作用的轻微磨损区域,表面的磨损沟壑深度均小于0. 〇2_。与此同时,对两处区域进 行硬度或应力检测,发现两处区域的硬度或应力存在差异,即报废后的导轨表面的硬度、应 力存在分布不均现象。另外,一般铸铁导轨表面均经过高频淬火后才得以使用,而沿着报废 导轨表面的淬火层深度的1~5cm处硬度或应力及抗磨损性能均呈梯度分布。如若在应力 硬度分布不均的导轨表面应用同一种方法进行修复,则将导致修复后的导轨表面的抗磨损 性能极其不稳定,则再生很难实现。然而,若要获得应力、硬度均匀的表面,则需要将导轨表 面的1~5cm厚度除去。这将会导致导轨的高度尺寸无法达到使用标准,难以实现再生。

【发明内容】

[0003] 本发明要解决的技术问题是提供一种服役期间抗磨损性能能够持久均匀分布,从 而从根本上解决报废导轨表面由于磨损不均所造成的难以再生问题的激光仿生耦合导轨 及其再生方法。
[0004] 为了解决上述技术问题,本发明的激光仿生耦合导轨,其特征在于所述导轨工作 面上的轻微磨损区和严重磨损区分别加工有I仿生单元体和II仿生单元体;设加工有I仿 生单元体的轻微磨损区与未经处理的轻微磨损区相比单位时间内的磨损失重量减少Y 1,加 工有II仿生单元体的严重磨损区与未经处理的严重磨损区相比单位时间内的磨损失重量 减少 Y2,Yi< γ2。
[0005] 本发明利用仿生理论,根据轻微平整处理后的报废导轨表面硬度、应力分布情况, 在沿着导轨实际工作时架于其上的刀具进给方向上,将导轨表面分为严重磨损区和轻微磨 损区,并利用激光,在其表面加工形成抗磨损性能不同的仿生表面。即在两种磨损程度不同 的区域分别加工出耦合有不同形状仿生单元体的仿生表面,进而获得硬度、应力分布均匀 且抗磨损性能趋于均匀一致的多仿生耦合表面组合的导轨表面,实现其再生。本发明不仅 使得力学性能分布不均的表面再次恢复均匀分布,还可以通过不同抗磨损性能仿生表面的 组合形成整体抗磨损性能长期一致化的仿生表面。有效避免由于局部受力较大所造成的 局部磨损严重现象。本发明打破了传统的对力学性能分布均匀的表面所进行的均匀修复方 式,而是以更适合其实际工作的角度,对经高频淬火的铸铁导轨的局部磨损表面直接实施 多仿生耦合表面组合的非均匀再生修复方式,从根本上解决了该类报废导轨表面由于磨损 不均所造成的难以再生问题。
[0006] 所述导轨工作面上的轻微磨损区加工有点状仿生单元体,严重磨损区表面加工有 条状仿生单元体;其中点状仿生单元体间距为A S1,Asi= 3~4mm,条状仿生单元体间距为 As2,且 2. 6〈AS2_As〈3mm〇
[0007] 所述点状仿生单元体距表面深度为Ahl,Ahl= 1~I. 5mm,条状仿生单元体距表面 深度为 Ah2,且 Ahl-Ah2= 0· 87mm〇
[0008] 所述导轨工作面上的轻微磨损区加工有条状仿生单元体,严重磨损区表面加工有 网状仿生单元体;其中条状仿生单元体间距为B S1,Bsi= 4~5mm,网状仿生单元体间距为 BS2, 1〈BS2_Bs1〈1· 6mm〇
[0009] 所述条状仿生单元体距表面深度为Bhl,Bhl= 1~I. 5mm,网状仿生单元体距表面 深度为 Bh2,且 Bhl-Bh2= 0· 58mm〇
[0010] 所述导轨工作面上的轻微磨损区加工有点状仿生单元体,严重磨损区表面加工有 网状仿生单元体;其中条状仿生单元体间距为C S1,Csi= 5~7mm,网状仿生单元体间距为 CS2,0〈CS1_CS2〈1. 6mm ο
[0011] 所述点状仿生单元体距表面深度为chl,Chl= 1~I. 5mm,网状仿生单元体距表面 深度为 Ch2,S Chl_Ch2= 0· 66mm〇
[0012] 上述激光仿生耦合导轨的再生方法,包括下述步骤:
[0013] 步骤一、利用机械磨铣对经磨损后的报废铸铁导轨表面进行预处理,在清除表面 各种污迹及氧化皮的同时平整表面,去除直径在〇. Olmm以上的孔洞及磨痕;
[0014] 步骤二、对磨损的导轨表面进行硬度或应力检测,将硬度HV>640或应力ε〈300, 或者磨损沟壑深度小于0.02mm的区域确定为轻微磨损区;将硬度为HV〈640或应力 ε >300,或者磨损沟壑深度大于0. 02mm的区域确定为严重磨损区域;
[0015] 步骤三、根据导轨工作面严重磨损区与轻微磨损区的硬度梯度AHV或应力梯 度A ε确定严重磨损区与轻微磨损区仿生表面的组合形式;当AHV〈90或应力梯度 △ ε〈130时,利用激光在导轨工作面的轻微磨损区和严重磨损区加工耦合形成点、条仿生 表面组合形式,即在轻微磨损区加工点状仿生单元体,严重磨损区加工条状仿生单元体;当 90〈 Δ HV〈140或应力梯度130〈 Δ ε〈290时,利用激光在导轨工作面的轻微磨损区和严重磨 损区加工耦合形成条、网仿生表面组合形式,即在轻微磨损区加工条状仿生单元体,严重磨 损区加工网状仿生单元体;当AHV>140或应力梯度△ ε >290,时,利用激光在导轨工作面 的轻微磨损区和严重磨损区加工耦合形成点、网仿生表面组合形式,即在轻微磨损区加工 点状仿生单元体,严重磨损区加工网状仿生单元体。
[0016] 当导轨工作面上的轻微磨损区加工有点状仿生单元体,严重磨损区表面制备有条 状仿生单元体时,点状仿生单元体间距为A S1,Asi= 3~4mm,条状仿生单元体间距为A S2,且 2. 6〈AS2-As〈3mm ;点状仿生单元体距表面深度为Ahl,Ahl= 1~I. 5mm,条状仿生单元体距表 面深度为 Ah2,且 Ahl-Ah2= 0· 87mm〇
[0017] 当导轨工作面上的轻微磨损区加工有条状仿生单元体,严重磨损区表面制备有网 状仿生单元体时,条状仿生单元体间距为BS1,Bsi= 4~5mm,网状仿生单元体间距为B S2, 1〈BS2-BS1〈1. 6mm ;条状仿生单元体距表面深度为Bhl,Bhl= 1~I. 5mm,网状仿生单元体距表 面深度为 Bh2,且 Bhl-Bh2= 0· 58mm〇
[0018] 当导轨工作面上的轻微磨损区加工有点状仿生单元体,严重磨损区表面制备有网 状仿生单元体时,条状仿生单元体间距为C S1,Csi= 5~7mm,网状仿生单元体间距为C S2, 0〈CS「CS2〈1. 6mm ;所述点状仿生单元体距表面深度为Chl,Chl= 1~I. 5mm,网状仿生单元体 距表面深度为Ch2,且Chl-Ch2= 0· 66mm〇
[0019] 本发明的技术效果:利用仿生原理,通过调整激光器,在高频淬火导轨表面设计出 多形貌仿生单元体,并分别与母体相互耦合形成具有高力学性能的"软硬相间"仿生表面。 本发明制备出两种仿生表面组合的非均匀仿生表面,不仅可以大幅度
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