一种激光再制造轧机轴承座的方法与流程

本发明涉及一种轧机轴承座的再制造方法，特别是激光再制造轧机轴承座的方法。

背景技术：

四辊轧机是板带轧机的常用型式，广泛应用于钢铁和有色金属的塑性加工中，每部轧机两个支承辊和两个工作辊，每个轧辊两端各有一个轴承座，一台轧机产量达到五万吨钢左右时，就需要更换辊系，对支承辊或工作辊辊身进行重磨，为保证轧线的正常工作，一台轧机通常需要三套辊系作为备件。我国目前钢铁年产量为8亿吨，现存12.8万个轴承座在使用，到了一定时间都需要维修，因此再制造轴承座市场广大。

轴承座是板材和棒、线材轧机的核心部件之一，其精度的高低直接影响轧制产品的质量，它的结构复杂，轴承孔的精度要求高，壁厚差大，热应力变形不均匀，机械加工难度非常大。同时两侧面对轴孔的形位公差要求也非常高，它的机加精度直接影响着总装精度。一直以来，高产能轧机的轴承座备件均为国外进口，针对这种状况，国内一方面加大研制制造高品质轴承座的研发，另一方面研究修复和再制造损伤轴承座方法。

再制造技术是一种对废旧产品实施高技术修复和改造的产业，它针对的是损坏或将报废的零部件，在性能失效分析、寿命评估等分析的基础上，进行再制造工程设计，采用一系列相关的先进制造技术，使再制造产品质量达到或超过新品。

再制造技术是指以先进的表面工程技术为修复手段，在达到甚至超过与原有新品相同质量和性能的前提下，将废旧设备零部件、工程机械、机床等进行专业化修复的批量化生产过程。再制造不但能延长机电产品的使用寿命,提高机电产品技术性能和附加值，与制造新品相比，再制造产品可节省成本，节能节材，是循环经济"再利用"的高级形式。因此无论是毛坯来源还是再制造过程，对能源和资源的需求、对废物废气的排放都是极少的，是真正意义上的绿色制造，有力地促进了资源节约型、环境友好型社会的建设。2005年，国务院文件指出国家"支持废旧机电产品再制造"，并"组织相关绿色再制造技术及其创新能力的研发"。同年11月，国家发改委等6部委联合印发了《关于组织开展循环经济试点(第一批)工作的通知》，其中再制造被列为四个重点领域之一。2010年中央11部委联合发布的《关于推进再制造产业发展的意见》也明确指出:组织编制再制造产业发展规划、制定发布《再制造产品目录》、推动再制造产业发展。

随着再制造理念逐渐被社会接受，我国再制造产业正取得积极进展，产业规模不断扩大。传统再制造技术主要包括氩弧焊、喷涂、电镀、刷镀等。激光再制造技术是近年来新兴的一种技术模式，激光熔覆为激光再制造技术的主要手段之一。激光再制造技术的出现打破了传统再制造技术在可修复材料及修复零件形状等方面的限制，突破了再制造技术的局限性，采用激光再制造技术修复高温、高压、高转速涡轮动力机械零部件，已先后被石化、电力、冶金、汽车等十几个行业认可。2008年，激光加工技术纳入再制造领域，称为激光再制造。

激光再制造的技术具有优质、高效、节能、节材、环保等优势，通常以损伤及废旧的零部件作为再制造对象，但在实际生产应用中发现，由激光再制造处理过的废旧部件不仅仅恢复原有的性能参数，甚至优于新件的性能指标，所以近年来激光再制造技术也逐步成为新品提高性能的一种手段。

新品轧机轴承座基材材料通常为铸钢，由于结构复杂，壁厚不均，尺寸和形位公差要求高，一般铸件做完去应力时效处理后，直接进行粗机加，粗机加后再进行调制热处理，最后机加成型。面对轧制过程中轧制力和传动扭矩，轧机轴承座安装孔和与牌坊面配合的面承受巨大的摩擦力和冲击力，而使轴承安装孔面出现沟痕，磨损到一定程度迫使轴承安装孔变形，轴承扭曲卡死而烧箱。同时轴承座衬板安装面由于腐蚀和冲击减尺，轴承座定位精度下降，导致轴线偏移加剧轴承座扭曲变形。

所以保持轴承座安装孔和衬板安装面尺寸的稳定性是轧机轴承座长寿命使用的基础。作为轧机轧辊的定位基准和支撑基础的轴承座，长期保持强度和位姿精度对于保证轧机轧制质量起到至关重要的作用。

技术实现要素：

为解决轧机轴承座在受到轧制力冲击过程后造成尺寸和形位精度丧失轧机生产产品质量或轴承座损伤严重导致报废的问题，本发明提供一种激光再制造轧机轴承座的方法，以激光为热源，在轴承座轴承安装孔表面及衬板安装面熔覆上具有耐磨、耐冲击、耐腐蚀、易于机械加工的钴基或超级不锈钢材料功能层，精机加后恢复轧机轴承座原设计尺寸和形位公差，同时提高轴承座轴承安装孔表面、衬板安装面等部位表面材料性能，达到修旧胜新的效果。

本发明解决主要技术问题采用的技术方案是：

采用激光熔覆再制造技术，对轴承座关键部位包括如图3所示的轴承安装孔内表面5、左衬板安装面6、右衬板安装面7进行激光熔覆，在这些原工作面位置形成与基体冶金结合的钴基材料或超级不锈钢材料激光熔覆功能层，经精密的机加方法和工艺，保留激光熔覆功能层厚度为0.3-0.5mm，如图4所示，同时使精机加制造后尺寸和形位公差满足原始图纸设计尺寸要求。

轧机轴承座的激光再制造加工是复杂的金属复合与精密机加相结合的过程，分为：1、废旧轧机轴承座清洗；2、粗机加去除待加工位置的损伤面露出全新基材；3、激光熔覆；4、精密机械加工。

如图2，轴承安装孔表面5和左衬板安装面6、右衬板安装面7是需要保证和加强的三个部位。

轴承安装孔表面5装配的要求有很好的圆柱度、表面粗造度和尺寸精度，因此要求孔表面的材料性能有耐磨性、耐冲击性、防腐性、易于机械加工。针对这些要求，本发明选用硬度在hrc32-35之间的钴基合金，主要成分为：c（1.0-1.5）、w（4.0-5.0）、ni（1.5-3.0）、fe（1.0-2.5）、cr（27-30）、si（0.8-1.5）、co（其余）。该合金的机械性能远好于轴承座基体铸钢材料。

通过激光将钴基材料熔覆到轴承座安装孔基体表面5，形成新的激光熔覆合金功能层。

左衬板安装面6、右衬板安装面7在轧制过程中受到冷却水腐蚀及鳞片挤压，在轧制过程中轴承座与牌坊面有相对运动，因此要求衬板安装面保持尺寸稳定，要求表面材料耐腐蚀、耐磨损、高硬度同时高韧性。为满足该要求，本发明选用硬度为hrc30-35之间的超级不锈钢材料，成分如下：c（0.1-0.5）、ni（2.5-3.0）、b（1.0-2.5）、cr（14-20）、si（0.8-1.5）、mo（0.8-1.3）fe（其余）。该合金的机械性能远好于轴承座基体铸钢材料。

通过激光将钴基材料熔覆到轴承座左衬板安装面6和右衬板安装面7，形成新的激光熔覆合金功能层。

本发明的有益效果是：通过对损伤或报废的轧机轴承座关键部位轴承座内孔表面5、左衬板安装面6、右衬板安装面7通过激光再制造方法，根据不同位置对工作表面功能的不同要求，分别熔覆不同金属材料形成与轧机轴承座基体冶金结合的激光熔覆功能层，经精密机加工后恢复轧机轴承座原设计尺寸和形位公差，同时提高轴承座轴承安装孔表面、衬板安装面的表面材料机械性能，达到修旧胜新的效果。延长轧机轴承座的使用寿命，减少资源浪费，提高企业的经济效益。

说明书附图如下：

图1是轧机驱动侧轧辊与轴承座装配关系示意

图2是轧机操作侧轧辊与轴承座装配关系示意

图3是轧机轴承座激光熔覆位置示意

图4是激光熔覆功能层厚度示意

图中序号注解如下：

1——轧机驱动侧上工作辊轴承座；2——轧机驱动侧下工作辊轴承座；3——轧机操作侧上工作辊轴承座；4——轧机操作侧上工作辊轴承座；5——轴承安装孔；6——左衬板安装面；7——右衬板安装面；8——加工基准面；9——轴承孔、衬板安装面基材；10——轴承孔、衬板安装面激光熔覆功能层。

具体实施方式：

本发明以轧机生产线的工作辊为例，两个轧辊与驱动侧和操作侧每侧上下各一个共四个轴承座装配使用。

如图3，以轧机驱动侧下工作辊轴承座2为例。在激光熔覆前，轴承安装孔5需要机械加工到比最终直径尺寸大0.6-1.0mm，本次加工同时去除轴承安装孔5内表面的损伤、腐蚀层，露出原始基材。

在轴承安装孔5内表面基材上，激光熔覆硬度在hrc32-35之间的钴基合金，形成激光熔覆功能层。将该激光熔覆功能层进行粗机加，预留0.2-0.3mm的精加工余量，以内孔作为对称基准定位面，以轴承座原始与衬板安装面垂直面8为衬板安装面垂直加工基准。

以加工基准面8为定位基准，对左衬板安装面6、右衬板安装面7进行机械加工，使两个表面均比最终尺寸小0.3-0.5mm，本次加工同时去除左衬板安装面6、右衬板安装面7表面的损伤、腐蚀层，露出原始基材。

在左衬板安装面6、右衬板安装面7基材上，激光熔覆硬度为hrc54左右的超级不锈钢材料，形成厚度为0.8-1mm的激光熔覆功能层。

对轴承安装孔5内表面的激光熔覆功能层进行二次精机加，使之达到原图纸要求的末端尺寸，熔覆层可以保留0.3-0.5mm厚度。

以轴承座内孔表面5和加工基准面8对左衬板安装面6、右衬板安装面7进行精机加，达到与轴承安装孔轴线对称度要求。

轧机驱动侧上工作辊轴承座1、轧机操作侧上工作辊轴承座3和轧机操作侧上工作辊轴承座4的实施方案与上述轧机驱动侧下工作辊轴承座2的实施方案相同。