一种多结构异距仿生表面组合的铸铁导轨及其再生方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于铸铁导轨技术领域，涉及一种再生铸铁导轨及其再生修复方法。
【背景技术】
[0002] 在机械工业中，机床通常被称为工作母机，是机械制造业的基本加工设备，它的品 种、性能、质量和技术水平直接影响着其他机电产品的性能、质量、生产技术水平和企业的 经济效益。我国是世界上最大的机床消费市场，目前拥有约800万台机床，依照国际通用的 3%的裁减率，每年裁减的旧机床约25万台，其金属总份量超越150万吨。对于一台老旧机 床，一般有45%~80%以上的残留价值，主要是耐久性较强的床身、立柱、底座等。重新制 造这些主体部件，需要消耗大量钢铁和能源。如果保留主体，修复或更换损坏部件，则可制 造出与新设备同等质量甚至性能更好的设备。机床导轨作为机床中的重要部件同时也是 易磨损的部件，它的再生对整个机床的再制造具有重大的意义。机床导轨失效多为疲劳磨 损失效，导轨在数以万计的往复运动中，在工件载荷的不均匀作用力下，表面会呈现不均匀 的磨损现象，使得表面不再保持水平，致使无法满足工厂零件的加工精度。从而被工厂所淘 汰。由于普通铸铁导轨都将表面经过高频淬火以加强抗磨损性能后才能得以应用，而表面 的淬火必然导致沿淬火层深度方向1~5cm处的硬度、应力呈梯度分布，经过长时间的非均 匀磨损后，若要达到表面硬度、应力的均匀分布，势必要将表面淬火层组织全部去除方可， 然而此时导轨的使用尺寸则很难达到使用标准，这为导轨的再生造成了一定困难。过去很 多修复方法采用舍去表面力学性能已经分布不均的表层淬火组织后填补材料的方法以实 现其再生，这些再生方法都导致原材料的大量浪费。另外，这些再生方式仅仅是单纯的增强 了表面的抗磨损性能，而没有很好的与实际非均匀磨损方式相匹配，失去了再生的灵活性。
【发明内容】
[0003] 本发明要解决的技术问题是提供一种工作表面硬度或应力分布均匀、整体抗磨损 性能均匀一致好且长期稳定，并且耐磨性好的多结构异距仿生表面组合的铸铁导轨及其再 生方法。
[0004] 为了解决上述技术问题，本发明的多结构异距仿生表面组合的铸铁导轨，其工作 面分为轻微磨损区和严重磨损区，其特征在于所述导轨轻微磨损区和严重磨损区上均制作 有第一仿生耦元和第二仿生耦元；第一仿生耦元为条状仿生耦元或网状仿生耦元，第二仿 生耦元为点坑状耦元；其中轻微磨损区第一仿生耦元的间距为As，严重磨损区第一仿生耦 元的间距为Bs，As>Bs;第二仿生耦元分布于第一仿生耦元间。
[0005] 所述轻微磨损区，第一仿生耦元的间距~为6~IOmm;严重磨损区，第一仿生耦元 的间距为Bs，Bs=As-l. 2 (mm)。
[0006] 所述轻微磨损区，第一仿生親元的深度AhS0. 3~0. 5mm;严重磨损区，第一仿生 親元的深度为BH，Bh=Ah+0. 57 (mm)。
[0007] 所述轻微磨损区，第一仿生耦元的间距~为6~IOmm;严重磨损区，第一仿生耦元 的间距为Bs，Bs=As-l. 8 (mm)。
[0008] 所述轻微磨损区，第一仿生親元的深度AhS0. 3~0. 5mm;严重磨损区，第一仿生 親元的深度为BH，Bh=AH (mm)。
[0009] 所述轻微磨损区，第一仿生耦元的间距~为6~IOmm;严重磨损区，第一仿生耦元 的间距为Bs，Bs=As-2. 6 (mm)。
[0010] 所述轻微磨损区，第一仿生親元的深度AhS0. 3~0. 5mm;严重磨损区，第一仿生 親元的深度为BH，Bh=AH+0. 43 (mm)。
[0011] 所述第二仿生耦元排布于第一仿生耦元周边；在轻微磨损区，第二仿生耦元距邻 近第一仿生耦元的间距S1=As/3 ;在严重磨损区，第二仿生耦元距邻近第一仿生耦元的间 距S2=Bs/3。
[0012] 第二仿生耦元横截面为"U"型环状的点坑状耦元，其边缘呈弧形过渡，点坑深度为h，0? 35mm〈h〈0. 45mm;在轻微磨损区，点坑状耦元的强化组织宽度KSi，深度Ii1=WA; 在严重磨损区，点坑状耦元的强化组织宽度KS2，深度h2=W2+h。
[0013] 由于导轨表面服役时所加工工件长度不同，致使刀具在导轨上以不同的进给距离 多次来回滑动，致使导轨表面分为两种磨损程度。本发明通过对比报废导轨表面的磨损沟 壑深度值判断出轻微磨损区和严重磨损区，即当磨损沟壑深度小于〇. 〇3_时为轻微磨损 区，测量该区域硬度HV>640,应力e〈275 ;当磨损沟壑深度大于0. 03mm时为严重磨损区，测 量该区域硬度为HV〈640,应力e>275。所以规定硬度HV>640,应力e〈300的区域为轻微 磨损区，硬度为HV〈640或应力e>275的区域为严重磨损区。在沿着刀具工作方向的导轨 表面，加工形成多结构异距仿生表面组合，利用两种抗磨损性能不同的仿生表面的组合以 提高整体导轨表面的抗磨损性能，与此同时使表面的抗磨损性能均匀一致。"点坑"结构的 仿生耦元能够容纳和存储一些较小的磨粒，并且可以使较大的磨粒由犁削形式的滑动转变 为滚动，可减小磨粒磨损，该耦元还可以存储润滑油，可有效减缓磨损。本发明由生物表皮 耐磨的耦合现象机理启发，模仿生物多因素相互耦合、协同作用的强化机理。把这两种都可 以提高耐磨性的仿生耦元素一起应用到滑动导轨中，使得具有不同结构的耦元与机体共同 构成多结构、多因素相互耦合、相互作用的多结构双耦元仿生表面，提高了滑动导轨的耐磨 性。
[0014] 上述多结构异距仿生表面组合的铸铁导轨的再生方法，包括下述步骤：
[0015] 步骤一，表面预处理：利用机械磨铣对经磨损后的不平整的报废铸铁导轨表面进 行预处理，在清除表面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；
[0016] 步骤二：对导轨表面进行硬度或应力检测分析，将导轨表面硬度HV>640或应力 e〈275的区域确定为轻微磨损区；将硬度HV〈640或应力e>275的区域确定为严重磨损 区；
[0017] 步骤三、在导轨工作面上制作第一仿生耦元和第二仿生耦元；其中第一仿生耦元 为条状仿生耦元或网状仿生耦元；第二仿生耦元排布于第一仿生耦元周边，为横截面呈 "U"型环状的点坑状耦元，其边缘呈弧形过渡，点坑深度为h，0. 35mm〈h〈0. 45mm;在轻微磨 损区，第二仿生耦元距邻近第一仿生耦元的间距S1=As/3,点坑状耦元的强化组织宽度 KS1，深度Ill=Wdh，^为轻微磨损区第一仿生耦元的间距；在严重磨损区，第二仿生耦 元距邻近第一仿生耦元的间距S2=Bs/3,点坑状耦元的强化组织宽度KS2，深度h2 =W2+h，BsS严重磨损区第一仿生耦元的间距；
[0018] 当严重磨损区与轻微磨损区之间的硬度梯度为AHV〈70,应力梯度为Ae〈180 时，在轻微磨损区，第一仿生耦元的间距4为6~10mm，深度AhS0.3~0.5mm;严重 磨损区，第一仿生親元的间距为Bs，Bs=As-l. 2 (mm)，第一仿生親元的深度为Bh，Bh = Ah+0. 57 (mm)；
[0019] 当严重磨损区与轻微磨损区之间的硬度梯度为70〈AHV〈100,应力梯度为 180〈Ae〈275时，在轻微磨损区，第一仿生親元的间距AsS6~10mm，深度A"为0. 3~ 0. 5mm;严重磨损区，第一仿生耦元的间距为Bs，Bs=As-l. 8 (mm)，第一仿生耦元的深度为 Bh,Bh=Ah(mm)；
[0020] 当严重磨损区与轻微磨损区之间的硬度梯度为aHV>100,应力梯度Ae>275时， 在轻微磨损区，第一仿生親元的间距AsS6~10mm，深度AhS0. 3~0. 5mm;严重磨损区， 第一仿生親元的间距为BS，BS=As-2. 6(mm)，第一仿生親元的深度为BH，BH=AH+0. 43(mm);
[0021] 步骤四：后续表面处理：进行打磨处理，使第