专利名称：液压支架柱塞的表面激光强化方法
技术领域：
本发明属于激光技术领域，特别涉及一种液压支架柱塞的表面激光强化方法。
背景技术：
目前，在井下采煤生生产中，坑道使用液压支架作为生产安全保障装置。液压支架 属于液压机械，其立柱和中缸等液压柱塞表面普遍采取镀铬、镀锌等电镀方法进行表面防 腐处理。由于电镀，特别是镀铬表面存在大量气孔，在井下坑道潮湿和含有SO2等腐蚀气体 环境条件下，立柱和中缸等电镀柱塞表面产生麻点腐蚀、剥落、起皮等问题，导致立柱和中 缸的密封盒液压性能早期失效，降低液压支架的安全性和使用寿命。而且，电镀特别是镀铬 是被列入国家高环境污染的应淘汰的工艺方法。另外，立柱和中缸等液压柱塞，一般使用27SiMn、35CrM0、45Mn等中低碳及中碳合 金钢制造。在生产制造中为了提高其抗压强度性能，采用中频淬火或者调质热处理方法提 高零件材料强度，保证在坑道强大顶压条件的使用安全性能。中频淬火和调质处理工序复 杂、生产周期长，产品质量不稳定。而且，耗电大，成本昂贵。因此，提供一种质量可靠、工艺简单，无环境污染，应用显著的液压支架柱塞的表 面激光强化方法，是该领域技术人员急需着手解决的重要课题之一。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足之处，提供一种质量稳定可靠、工艺简单、安全无 污染、实际使用效果显著的液压支架柱塞的表面激光强化方法。为实现上述目的本发明所采用的技术方案是
一种液压支架柱塞的表面激光强化方法，其特征在于实施步骤如下
(1)液压支架的立柱、中缸柱塞毛坯件经过机械加工后，在柱塞外工作表面上，使用 TFL-H10000型CO2激光加工系统和YLS-4000型光纤激光加工机组，按质量分数％将主要合 金元素为Cr 16 18、Ti 26 28、Ni 0. 6 1. 0、Mo 6. 0 6. 5、Cu 2 4、Nb 3 3. 3，上述成分组成 的表面强化合金材料，分别制造成Φ2 5πιπι丝状，广3 X 15mm带状及粉剂状合金材料；在激 光功率密度4、X103 W/cm2，采用15X2mm宽带积分聚焦加工镜条件下，使用步进式送丝 机将丝状、带状合金材料应用于光纤激光加工机；或使用气动自动送粉器将合金粉剂应用 于C02激光加工系统；将上述表面强化合金材料分别加工于立柱、中缸柱塞外工作表面，形 成0. 5^0. 7mm的耐坑道环境腐蚀、抗压、强化高的合金冶金结合工作层；
(2)激光制造完成的立柱、中缸柱塞表面合金工作层，采用HKUSM-30型超声波金属表 面加工装置和Φ 15(ΓΦ 200mm强化滚轮，将立柱、中缸柱塞安装在机床上，对其工作表面进 行精度抛光和滚压，达到柱塞工作表面镜面光泽，并实现二次强化形成柱塞工作表面具有 压应力强化状态，增强了立柱、中缸柱塞工作表面的耐腐蚀、抗挤压强度性能指标。本发明的有益效果是
(1)采用激光表面处理的液压支架立柱、中缸等柱塞，完全可以取代原采用电镀处理的表面，提高了柱塞的耐环境腐蚀能力。而且，激光表面强化后柱塞工作表面无孔隙、冶金结 合强度高；不起皮、无剥落，比原镀铬层提高使用寿命三倍以上。(2)采用激光制造的高强度合金工作层，完全达到了原需求中频淬火和调质热处 理后强度性能、密封性能和耐久性能标准。(3)经过激光制造表面强化工作层，再采用超声波和滚轮进行抛光和二次强化处 理，立柱、中缸等柱塞工作表面的抗环境腐蚀能力和抗压强度等指标均等到进一步提高，使 用性能更优于原镀铬和中频淬火及调质处理的效果。(4)本发明还具有无环境污染、生产工艺简单，质量稳定可靠，简化技术工艺流程， 降低生产成本，具有大批量生产的特点。
具体实施例方式以下结合较佳实施例，对依据本发明提供的具体实施方式
详述如下 一种液压支架柱塞的表面激光强化方法，其特征在于实施步骤如下
(1)液压支架的立柱、中缸柱塞毛坯件经过机械加工后，在柱塞外工作表面上，使用 TFL-H10000型CO2激光加工系统和YLS-4000型光纤激光加工机组，按质量分数％将主要合 金元素为Cr 16 18、Ti 26 28、Ni 0. 6 1. 0、Mo 6. 0 6. 5、Cu 2 4、Nb 3 3. 3，上述成分组 成的表面强化合金材料，分别制造成①？^謹丝状，^乂巧!!]!!!带状及粉剂状合金材料；在 激光功率密度4、X IO3 W/cm2，采用15 X 2mm宽带积分聚焦加工镜条件下，使用步进式送 丝机将丝状或带状合金材料应用于光纤激光加工机；或使用气动自动送粉器将上述合金粉 剂应用于CO2激光加工系统；将上述表面强化合金材料分别加工于立柱、中缸柱塞外工作表 面，形成0. 5^0. 7mm总有效厚度的耐坑道环境腐蚀、抗压、强化高的合金冶金结合工作层。上述加工于立柱、中缸柱塞外工作表面的丝状、带状或粉剂可三种状态分层加工， 也可选择其中一种或两种。例如，可采用粉剂熔覆于立柱、中缸柱塞外工作表面，在其上形成厚度为 0. 5^0. 7mm的合金冶金结合工作层。或例如，可采用粉剂熔覆于工作表面的底层，在其上形成厚度0. 2^0. 3mm熔覆层； 然后在激光功率密度4、X IO3 W/ cm2，采用15 X 2mm宽带积分聚焦加工镜条件下，使用步进 式送丝机将丝状或带状合金应用于光纤激光加工机熔覆均勻缠绕设有丝状或/和带状层， 形成整体复合的0. 5^0. 7mm合金冶金结合工作层。采用上述表面强化合金材料加工于立柱、中缸柱塞外工作表面，既克服表面镀铬 产生表面气孔、起泡、剥落的不耐腐蚀问题，又具有增强立柱、中缸柱塞抗压强度性能，可以 直接取代了原设计制造生产中的镀铬和调质中频淬火热处理技术工艺。(2)激光制造完成的立柱、中缸柱塞表面合金工作层，按常规经过磨床磨削加工达 到图纸技术要求的机械尺寸公差和形位公差精度范围，采用HKUSM-30型超声波金属表面 加工装置和Φ 15(ΓΦ 200mm强化滚轮，将立柱、中缸柱塞安装在旋转机床上，对其工作表面 进行精度抛光和滚压，达到柱塞工作表面镜面光泽，并实现二次强化形成柱塞工作表面具 有压应力强化状态，增强了立柱、中缸柱塞工作表面的耐腐蚀、抗挤压强度性能指标。该方法使用CO2激光加工系统或者光纤激光加工机组，在立柱、中缸柱塞表面制造 厚度为0. 5^0. 7mm的耐腐蚀，抗压强度高，并与柱塞基体完全冶金融合、结合牢固、结晶均勻致密的含有Cr、Ni、Ti、Mo等合金元素为主要基础特制合金表面强化层。例如Φ 320/Φ 290-2268型液压支架用双伸缩立柱，其工作外表面再TFL-H10000 型CO2激光加工系统进行激光制造强化，使用功率密度为7. 8X IO3W/ cm 2，采用15X 2mm宽 带积分聚焦加工镜，将特制的专用宽为15mm、厚度0. 7mm带状合金制造在立柱外工作表面 上，形成牢固的冶金融合强化层。该激光制造立柱在磨床加工到设计图纸机械尺寸公差和 精度范围，再使用超声波和滚轮对其外工作表面进行抛光和滚压强化。经过上述加工完成的立柱，在国家煤矿支护设备质量监督检验中心，进行空载形 程，最低启动压力、密封性能、耐久性能、强度性能试验及模拟环境腐蚀与镀铬对比试验，其 各种性能结果均达到MT313-92《液压支架立柱技术条件》标准；其耐腐蚀性能是采用原镀 铬材料的三倍以上。上述参照实施例对该液压支架柱塞的表面激光强化方法进行的详细描述，是说明 性的而不是限定性的，按照组分配比限定范围可列举若干个实施例，因此在不脱离本发明 总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。
权利要求
一种液压支架柱塞的表面激光强化方法，其特征在于实施步骤如下(1)液压支架的立柱、中缸柱塞毛坯件经过机械加工后，在柱塞外工作表面上，使用TFL H10000型CO2激光加工系统和YLS 4000型光纤激光加工机组，按质量分数%将主要合金元素为Cr 16～18、Ti 26～28、Ni 0.6～1.0、Mo 6.0～6.5、Cu 2～4、Nb 3～3.3，上述成分组成的表面强化合金材料，分别制造成Φ2～5mm丝状，1～3×15mm带状及粉剂状合金材料；在激光功率密度4～8×103W/㎝2，采用15×2mm宽带积分聚焦加工镜条件下，使用步进式送丝机将丝状、带状合金材料应用于光纤激光加工机；或使用气动自动送粉器将合金粉剂应用于CO2激光加工系统；将上述表面强化合金材料分别加工于立柱、中缸柱塞外工作表面，形成0.5～0.7mm的耐坑道环境腐蚀、抗压、强化高的合金冶金结合工作层；(2)激光制造完成的立柱、中缸柱塞表面合金工作层，采用HKUSM 30型超声波金属表面加工装置和Φ150～Φ200mm强化滚轮，将立柱、中缸柱塞安装在机床上，对其工作表面进行精度抛光和滚压，达到柱塞工作表面镜面光泽。
全文摘要
本发明涉及一种液压支架柱塞的表面激光强化方法，该方法采用CO2激光加工系统或者光纤激光加工机组，在立柱、中缸等柱塞表面制造厚度为0.5~0.7mm的耐腐蚀、抗压强度高、并与柱塞基体完全冶金融合、结合牢固、结晶均匀致密的特制合金表面强化层。本发明采用激光表面处理的液压支架立柱、中缸等柱塞，提高了柱塞的耐环境腐蚀能力；而且激光表面强化后柱塞工作表面无孔隙、冶金结合强度高；不起皮、无剥落，比原采用镀铬层提高使用寿命三倍以上。采用激光制造的高强度合金工作层，完全达到了需求中频淬火和调质热处理后强度性能、密封性能和耐久性能标准。本发明环保无污染，加工工艺简单，质量稳定可靠，降低生产成本，适于大批量生产。
文档编号C21D1/09GK101967538SQ20101055899
公开日2011年2月9日 申请日期2010年11月25日 优先权日2010年11月25日
发明者魏振华 申请人:天津大族烨峤激光技术有限公司