內(nèi)壁熔銅及外壁熔覆的疊加再制造技術(shù)應(yīng)用研究

劉利云

（山西省霍州煤電集團(tuán)鑫鉅煤機(jī)，山西 霍州 031412）

液壓支架作為現(xiàn)代化礦井綜采面的核心設(shè)備，在煤礦井下采煤持續(xù)作業(yè)中發(fā)揮著舉足輕重的作用，液壓支架立柱是液壓支架的主要承載部件，液壓立柱中缸體、外缸內(nèi)外表面受井下潮濕、高硫、高鹽、復(fù)雜惡劣環(huán)境、導(dǎo)致其內(nèi)表面出現(xiàn)腐蝕、劃痕、損壞等缺陷并成為常態(tài)，嚴(yán)重影響著立柱的使用壽命。據(jù)統(tǒng)計，每年有超過2000架次左右的液壓支架需要維修，提高油缸內(nèi)外壁抗磨損及耐腐蝕性性能成為迫切問題。

1 目前煤礦機(jī)械設(shè)備現(xiàn)狀

隨著社會的進(jìn)步，各種先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)更迭速度明顯加快，就現(xiàn)階段來看，煤機(jī)加工制造行業(yè)因受傳統(tǒng)裝備及技術(shù)的影響，部分配件如液壓油缸等設(shè)備，難以適應(yīng)煤礦嚴(yán)酷的自然環(huán)境，使企業(yè)的發(fā)展受到制約。因此，有必要采取一定的措施，提升現(xiàn)代化制造加工水平，增強(qiáng)企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展能力，以提高資源的高效和循環(huán)利用為核心，以節(jié)能、節(jié)材、資源綜合利用和發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)為重點(diǎn)，促進(jìn)企業(yè)高質(zhì)量的可持續(xù)發(fā)展[1]。

在此背景下，近年大型支架企業(yè)在做抗磨損及耐腐蝕性內(nèi)外壁制造技術(shù)的研究和推進(jìn)工作，技術(shù)逐步趨于成熟，智能先進(jìn)表面工程技術(shù)及再制造的研發(fā)和使用應(yīng)用而生，使得零部件得到了重復(fù)利用及再制造。我公司引進(jìn)內(nèi)孔熔銅機(jī)等新設(shè)備，將油缸內(nèi)壁深孔熔銅、外壁激光熔覆的疊加技術(shù)，深入開展，并研發(fā)適合本公司的自主生產(chǎn)加工技術(shù)[2]。

2 主要研究內(nèi)容、目標(biāo)、技術(shù)關(guān)鍵

2.1 主要研究內(nèi)容

主要以液壓支架立柱關(guān)鍵零部件的再制造，以內(nèi)外壁防護(hù)層為研究對象、重點(diǎn)開展裝備再制造領(lǐng)域的發(fā)展戰(zhàn)略，表面工程和再制造工程，提高液壓支架使用壽命為目標(biāo)。通過總結(jié)分析現(xiàn)有支架再制造和修復(fù)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，吸納國內(nèi)支架修復(fù)的經(jīng)驗，深入開展研發(fā)自主生產(chǎn)加工技術(shù)。通過油缸內(nèi)壁熔銅外壁熔覆技術(shù)，以高強(qiáng)度銅合金、激光熔覆陶瓷粉為填充材料，利用高溫電弧、激光熔覆涂層與表面基體熔化的金屬形成牢固的原子間結(jié)合與冶金結(jié)合，對油缸內(nèi)外壁采用再制造手段恢復(fù)原尺寸[3]。

（1）掌握不同壁厚材料的熱脹冷縮系數(shù)，制定工件在外圓激光熔覆、內(nèi)壁熔銅相疊加技術(shù)前的尺寸加工預(yù)留量，并繪制產(chǎn)品的熔銅前的生產(chǎn)工藝附圖，熔銅熔覆后的生產(chǎn)工藝附圖。

（2）內(nèi)壁熔銅涂層厚度。

（3）內(nèi)壁熔銅的焊接參數(shù)的制定。

（4）激光外圓熔覆、內(nèi)壁熔銅后工件二次加工工藝參數(shù)的確定。

通過以上參數(shù)的制定，在經(jīng)過一系列多道工序精密加工，內(nèi)外基準(zhǔn)多次轉(zhuǎn)換，同軸度,粗糙度達(dá)到圖紙設(shè)計要求，滿足油缸安全使用性能。

做相關(guān)的彎曲試驗、室溫沖擊試驗、耐腐蝕性的鹽霧試驗、熔覆層表面硬度HB，是否符合產(chǎn)品的設(shè)計要求。

圖1 再制造前舊油缸內(nèi)表面

圖2 內(nèi)壁熔銅再制造后成品表面

表1 再制造的形態(tài)及指標(biāo)性能分析

2.2 研究目標(biāo)

通過新技術(shù)實現(xiàn)舊缸的修復(fù)再制造達(dá)到重新利用，其次新油缸產(chǎn)品從源頭上表面強(qiáng)化，提升內(nèi)、外表面抗磨損及耐腐蝕性能。

（1）通過內(nèi)壁熔銅和外壁激光熔覆的疊加再制造技術(shù)，可以將舊缸的內(nèi)外缸壁得到修復(fù)達(dá)到重新利用。首先探傷評估缸體的損傷程度，確定缺陷位置以及機(jī)械性能影響程度，然后通過機(jī)械加工的方式去除油缸內(nèi)壁缺陷及金屬疲勞層，對油缸內(nèi)壁采用熔銅再制造手段恢復(fù)尺寸。

（2）該項技術(shù)還可以將新產(chǎn)品從源頭上達(dá)到表面強(qiáng)化，將新品油缸在制造過程中對需要強(qiáng)化區(qū)域預(yù)留熔銅量，再進(jìn)行熔銅處理以及后續(xù)機(jī)械加工，不僅可以使油缸內(nèi)壁的粗糙度和尺寸精度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求，而且還在新品油缸內(nèi)壁形成銅合金強(qiáng)化層，使油缸內(nèi)壁具備較好的抗磨損及耐腐蝕性能，達(dá)到新品表面強(qiáng)化、延長油缸的使用壽命。

內(nèi)壁熔銅和外壁激光熔覆涂層的厚度、硬度、結(jié)合及外觀質(zhì)量等各項指標(biāo)不低于MT313-92《液壓支架立柱技術(shù)條件》的規(guī)定。

2.3 主要技術(shù)關(guān)鍵、加工技術(shù)路線

在油缸應(yīng)用中涉及的系列關(guān)鍵技術(shù)：需要工程技術(shù)人員準(zhǔn)確地掌握金屬的熱脹冷縮系數(shù)及加工基準(zhǔn)，制定最佳的工藝參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)是本項目最大核心與技術(shù)難點(diǎn)。

舊油缸內(nèi)壁熔銅修復(fù)工藝：在原來油缸工藝的基礎(chǔ)上，根據(jù)熔覆層的厚度，粗鏜時內(nèi)孔尺寸加大，再將內(nèi)孔熔覆上銅合金，精加工去除多余的熔覆層材料，最終達(dá)到尺寸，在加工過程中，內(nèi)壁熔銅外圓熔覆后工件內(nèi)外表面受熱輸入的影響，勢必引起工件的圓度誤差，形位誤差，而油缸表面要求極高的精度公差，因此要求后續(xù)一系列多道工序精密加工，配合內(nèi)外基準(zhǔn)多次轉(zhuǎn)換，工件內(nèi)、外圓度公差范圍控制在小于0.08mm以內(nèi)，從而滿足油缸制造精度要求。

工藝流程：油缸入庫編號→毛坯清洗→毛坯檢測→焊接裝夾專用胎具、車出基準(zhǔn)（保證內(nèi)、外圓的同軸度）→鏜內(nèi)孔（去除疲勞層）→粗車內(nèi)止口→內(nèi)壁熔銅→精修基準(zhǔn)→二次粗鏜內(nèi)孔→平端面→以內(nèi)孔為基準(zhǔn)校正架位→珩磨內(nèi)孔→精車缸口→打磨→去毛刺→終檢→包裝打標(biāo)識。

3 達(dá)到的技術(shù)水平，經(jīng)濟(jì)、社會效益及推廣應(yīng)用的前景

3.1 再制造后達(dá)到的技術(shù)水平

液壓支架立柱通過內(nèi)壁融銅外圓熔覆后，其熔覆層與立柱基本形成了牢固的冶金結(jié)合熔覆層，熔覆層組織致密、無氣孔、有較好的耐腐蝕性、耐磨和抗沖擊性。不僅防腐、耐磨及耐腐蝕性能指標(biāo)遠(yuǎn)高于原缸體，強(qiáng)化了油缸內(nèi)壁的表面性能，產(chǎn)品的綜合機(jī)械強(qiáng)度得到保持甚至略高于原有數(shù)值，延長油缸的使用壽命。

3.2 經(jīng)濟(jì)效益

（1）液壓支架油缸內(nèi)壁耐磨、防腐蝕再制造熔銅工藝，在支架大修油缸時，可以修復(fù)缸徑≥230mm各種型號的液壓支架油缸內(nèi)壁，可針對各種油缸快速制定修復(fù)和強(qiáng)化方案，恢復(fù)油缸的使用性能，解決了大修時油缸內(nèi)壁報廢的問題。其次內(nèi)壁報廢的油缸利用該工藝加工技術(shù)，可以省去油缸原材料采購備料、熱處理、部分機(jī)加工加工階段所需的時間、合理利用熔銅新工藝大大縮短了生產(chǎn)周期，為支架大修提供了工期保證，可以達(dá)到了制造周期短、修復(fù)快的效果，做到了產(chǎn)品大修的優(yōu)質(zhì)、高效。

（2）對于新品內(nèi)壁熔銅油缸，新產(chǎn)品從源頭生產(chǎn)制造過程就采用內(nèi)壁熔銅技術(shù)。相比不做處理的油缸，使用壽命平均可延長3到5倍，很大程度上提高了液壓支架立柱的使用壽命，延長了油缸檢修周期。外圓熔覆內(nèi)壁熔銅再制造疊加技術(shù)的性價比是比較高的，相對于其他修復(fù)技術(shù)，占有明顯優(yōu)勢。

3.3 社會效益

環(huán)保方面的優(yōu)勢，該項疊加技術(shù)優(yōu)于鍍鉻，杜絕鍍鉻過程中產(chǎn)生污染環(huán)境的廢水和清洗廢水。節(jié)能降耗方面的優(yōu)勢，再制造疊加技術(shù)不受修復(fù)厚度和修復(fù)次數(shù)的限制，缸體可以重復(fù)利用。

3.4 推廣應(yīng)用的前景

該技術(shù)可廣泛用于液壓支架立柱的修復(fù)再制造及表面強(qiáng)化，再制造后的立柱可以達(dá)到井下純水液壓支架的標(biāo)準(zhǔn)，對于改善地下水質(zhì)污染環(huán)境保護(hù)具有重大意義。在性能、經(jīng)濟(jì)效益等方面具有明顯優(yōu)勢，打造循環(huán)低碳產(chǎn)業(yè)鏈，形成創(chuàng)收、創(chuàng)效等綜合效益多贏的新局面。