Существующие станки для лазерная оболочка восстановление и поверхностное упрочнение деталей вала сопряжено с такими проблемами, как неудобный зажим и центрирование, а также сложная эксплуатация. В связи с этим спроектирован станок для лазерной наплавки и поверхностного упрочнения деталей валов. Представлена ​​конструктивная схема данного станка, приведена структура данного станка, проанализированы функциональные характеристики и требования к изготовлению, представлен эффект применения. Этот станок обладает преимуществами разумной конструкции, простой конструкции, удобного зажима и центрирования деталей вала, а также имеет значительный практический эффект при восстановлении лазерной наплавки и поверхностном упрочнении деталей вала.

1 Дизайн фона

Как типичные детали, обычно используемые в механическом оборудовании, детали вала в основном используются для поддержки деталей трансмиссии, передачи крутящего момента, выдерживания нагрузок и т. д. При фактическом использовании детали вала часто выходят из строя из-за износа, коррозии, деформации, усталости, разрушения и т. д. что приводит к невозможности нормального использования механического оборудования. Замена деталей вала не только отнимает время, но также снижает эффективность производства и увеличивает производственные затраты. Если замененные вышедшие из строя детали вала будут отправлены на слом, это не только приведет к потере сырья, но и увеличит нагрузку на окружающую среду, что не способствует защите окружающей среды. С преобразованием и модернизацией обрабатывающей промышленности технология восстановления постепенно привлекла внимание различных стран своими преимуществами энергосбережения, экономии материалов и высокой эффективности. В последние годы страна активно пропагандирует энергосбережение и сокращение выбросов, а также развивает экономику замкнутого цикла. Восстановив вышедшие из строя детали, можно не только восстановить рабочие характеристики деталей и продлить срок их службы, но также можно сэкономить энергию и материалы, что снижает стоимость. В результате проводится все больше исследований и применений по восстановлению вышедших из строя деталей. В настоящее время при восстановлении деталей вала в основном используются наплавка, напыление, плазменно-дуговая сварка и т. д. Хотя эти методы достигли хороших результатов при применении, все же имеются некоторые недостатки. Например, высокая температура в процессе наплавки, детали легко деформируются, сила сцепления покрытия после напыления недостаточна, а улучшение характеристик деталей после восстановления ограничено. Лазерная наплавка, являющаяся передовой технологией обработки поверхности, все чаще используется в промышленном производстве благодаря своим преимуществам, заключающимся в меньшем подводе тепла, большой силе сцепления и простоте эксплуатации. Его можно использовать для восстановления сломанных и вышедших из строя деталей, а также для упрочнения поверхности новых деталей. При обработке деталей валов предъявляются высокие требования к горизонтальному центрированию и точности прилегания. Используются округлость, цилиндричность, прямолинейность и другие неровности вышедших из строя частей вала. Обычный станок для лазерной наплавки имеет низкую эффективность обработки. Для более удобного и быстрого осуществления восстановления и поверхностного упрочнения деталей валов автором разработан станок для лазерной наплавки и поверхностного упрочнения деталей валов.

2 Схема конструкции

Станок для лазерной наплавки и поверхностного упрочнения деталей вала в основном состоит из рабочего стола, механизма привода детали вала, привода, лазера, системы управления, системы охлаждения, системы подачи порошка и т. д. Принцип работы показано на рисунке 1.

Механизм привода части вала в основном включает в себя раму, силовую головку, гидравлическую заднюю бабку и т. д. Силовая головка представляет собой систему привода для вращения частей вала. Шпиндель поддерживается передними и задними подшипниками, что обеспечивает хорошую жесткость и отвечает требованиям точности в процессе восстановления лазерной наплавки и поверхностного упрочнения деталей вала. Патрон и передняя соединительная пластина шпинделя соединяются между собой, а части вала зажимаются патроном и вращаются под приводом системы привода. Система привода использует бесступенчатое регулирование скорости сервопривода переменного тока, постоянный выходной крутящий момент, стабильную скорость, быстрый запуск и остановку на низкой скорости, а также широкий диапазон регулировки скорости, что может удовлетворить потребности в скорости лазерной наплавки различных частей вала.

Привод в основном включает в себя привод станка и лазерный привод. Привод станка включает в себя шкаф управления станком, подвижные направляющие, зажимной патрон и компоненты для затяжки. Лазерный привод состоит из колонн, продольных балок и лазерных механизмов продольной, поперечной и вертикальной регулировки.

Существует много типов лазеров, обычно используются лазеры на углекислом газе, лазеры на кристаллах алюминиевого граната, полупроводниковые лазеры, волоконные лазеры и т. д. Качество лазерного луча напрямую влияет на влияние станка на восстановление лазерной наплавки и упрочнение поверхности. части вала. В соответствии с эксплуатационными характеристиками различных типов лазеров и требованиями лазерной наплавки деталей вала к размеру пятна, плотности мощности лазера, качеству лазерной наплавки и эффективности выбираются мощные полупроводниковые лазеры.

Система управления оказывает важное влияние на работоспособность станка. Система управления использует основную систему ЧПУ со встроенным открытым программируемым контроллером и макроинструкциями, а вторичная разработка осуществляется в системе ЧПУ. Оператору необходимо только ввести характеристики деталей вала, включая диаметр и длину оболочки вала, в человеко-машинный интерфейс системы ЧПУ и установить параметры процесса лазерной наплавки в соответствии с техническими требованиями заготовки. например, скорость лазерной наплавки, шаг и т. д., и начните с одной кнопки. Станок автоматически подает порошок, включает защитный газ и излучает свет в соответствии с параметрами процесса, а также осуществляет лазерную наплавку деталей вала в соответствии с заданными параметрами.

Система охлаждения является важной частью станка и в основном используется для охлаждения лазера и блока управления лазером. Во время работы лазер будет выделять много тепла, и выделяемое тепло необходимо отводить посредством теплообмена, чтобы обеспечить стабильную работу лазера. В системе охлаждения используется отечественный высокопроизводительный водяной охладитель с двойной циркуляцией, обеспечивающий стабильную работу станка в течение длительного периода времени во время восстановления лазерной наплавки и поверхностного упрочнения деталей вала.

Точная и стабильная система подачи порошка является ключом к обеспечению эффекта восстановления лазерной наплавки и поверхностного упрочнения деталей вала. Система подачи порошка в основном включает в себя устройство подачи порошка, сопло подачи порошка и механизм перемещения по горизонтали, вертикали, вверх и вниз для регулировки расстояния между соплом подачи порошка и частями вала.

Структура 3

Перед проектированием конструкции станка для лазерной наплавки, восстановления и поверхностного упрочнения деталей валов было проведено комплексное исследование имеющихся на рынке станков для лазерной наплавки. Учитывая недостатки существующих лазерных наплавочных станков в процессе лазерной наплавки деталей валов, такие как неудобный зажим и центрирование, сложная работа оборудования, низкий коэффициент использования порошка, ограниченность применимых размеров и низкая эффективность обработки, было выполнено проектирование конструкции. в сочетании с требованиями к станкам в процессе производства лазерной наплавки, восстановления и поверхностного упрочнения деталей валов. Конструкция станка для лазерной наплавки и поверхностного упрочнения деталей валов представлена ​​на рисунке 2.

4 Функциональные особенности

(1) Простота в эксплуатации. Станок в основном используется для восстановления лазерной наплавки и поверхностного упрочнения деталей валов, решения проблем неудобного зажима и сложной эксплуатации станков общего назначения для лазерной наплавки во время лазерной наплавки деталей валов. Во время использования вам нужно только зажать детали вала на станке, предварительно загрузить необходимый порошок для лазерной наплавки в устройство подачи порошка и использовать панель управления станком, чтобы легко и быстро регулировать параметры лазерной наплавки и полностью контролировать процесс. система охлаждения станка, система подачи порошка, привод, лазер и т. д. с высокой степенью автоматизации и простотой эксплуатации.

(2) Легко зажимается. При проектировании станка всесторонне учитываются конструкция, сложность изготовления и простота эксплуатации, чтобы сделать проектируемый станок более простым и разумным. Для облегчения зажима деталей вала предназначен зажимной узел. Зажимной узел включает в себя блок управления зажимом, двигатель, опорное гнездо, зажимной вал, центр и т. д. Горизонтальное расстояние между зажимным узлом и вращающимся патроном регулируется зацеплением зубчатого колеса и рейки. Двигатель и зажимной вал контролируются с помощью панели управления зажимом, так что центр может зажимать части вала, а зажим частей вала можно выполнить удобно и быстро.

(3) Большой диапазон обработки и высокая эффективность. Станок имеет горизонтальную четырехосную конструкцию, использует поворотный патрон большого размера, увеличивает высоту продольной балки и увеличивает длину рабочего места. Максимальный диаметр обрабатываемых частей вала составляет 800 мм, а максимальная длина — 3500 мм, что в основном может удовлетворить потребности в восстановлении лазерной наплавки и упрочнении поверхности частей вала обычного механического оборудования. Выбирается мощный полупроводниковый лазер, а пятно устанавливается на прямоугольное пятно большого размера, чтобы получить большую ширину пути лазерной наплавки, тем самым повышая эффективность обработки лазерной наплавки станка для деталей вала. После того, как части вала различных размеров зажаты на станке, механизмами перемещения по горизонтали, вертикали, вверх и вниз можно управлять с помощью панели управления станка, чтобы быстро регулировать расстояние между соплом подачи порошка и частями вала, что не только способствует улучшению качества лазерной наплавки станка, но и значительно повышает эффективность работы станка.

(4) Высокий коэффициент использования порошка и экономия средств. С одной стороны, станок оснащен высокоточным устройством подачи порошка, позволяющим точно контролировать подачу порошка во время лазерной наплавки деталей вала, тем самым максимально избегая отходов порошка из источника. С другой стороны, на подвижной направляющей верстака станка установлен лоток для сбора порошка, который легко разобрать и закрепить. В процессе лазерной наплавки и поверхностного упрочнения деталей валов станками неизбежно присутствуют некоторые не полностью прореагировавшие порошки. Эти порошки можно извлечь через пластину для восстановления порошка, тем самым повышая коэффициент использования порошка и сокращая производственные затраты.

(5) Широкие перспективы применения. Станки могут применяться во многих отраслях промышленности. Их можно использовать для восстановления лазерной наплавкой и поверхностного упрочнения деталей валов, обычно используемых в машиностроении, металлургии, угольной, электроэнергетической, нефтяной, автомобильной и других отраслях промышленности, включая главные валы дробилок и валы туннельных машин в машиностроении, трансмиссионные валы прокатных станов. и ролики в металлургической промышленности, гидравлические опорные колонны и валы конвейерных передач в угольной промышленности, главные валы двигателей и валы турбин в металлургической промышленности, насосные штанги и бурильные колонны в нефтяной промышленности, коленчатые валы и оси автомобильных колес в автомобильной промышленности. и т. д. В контексте энергичного продвижения в стране энергосбережения и сокращения выбросов, развития экономики замкнутого цикла, а также преобразования и модернизации обрабатывающей промышленности, станки для восстановления лазерной наплавки и поверхностного упрочнения деталей валов имеют широкие перспективы применения.

5 Требования к производству

При изготовлении станков для лазерной наплавки и поверхностного упрочнения деталей валов необходимо обратить внимание на четыре аспекта.

(1) Поскольку рама станка представляет собой сварную конструкцию из стали и стальных пластин, для обеспечения устойчивости станка во время работы после сварки необходимо снять напряжение с рамы.

(2) Лазер является основным компонентом станка. Чтобы обеспечить безопасность лазера, для механизма трехмерной регулировки лазера, помимо установки электрических концевых выключателей в крайних положениях хода, необходимо также спроектировать механические ограничители.

(3) Чтобы обеспечить точность и точность воздействия лазерной наплавки станка на детали вала, ползунок, используемый для лазерной регулировки, установлен на прецизионной линейной направляющей, установленной на продольной балке. Ползун приводится в движение трансмиссионной цепью, состоящей из серводвигателя, прецизионного планетарного редуктора и пары зубчатых реек. Во время работы станка ползун заставляет лазер перемещаться в продольном направлении, а скорость движения можно бесступенчато регулировать с помощью сервопривода переменного тока в соответствии с потребностями спиральной наплавки.

(4) Различные кабели управления и трубопроводы станка объединены в специальную кабельную цепь, которая не только защищает кабели и трубопроводы и продлевает срок их службы, но также делает общую компоновку станка аккуратной и красивой.

6 Эффект применения

Подключите источник питания станка для восстановления лазерной наплавки и поверхностного упрочнения деталей вала, зажмите детали вала, подлежащие обработке, на станке в соответствии с требованиями к зажиму, установите параметры, связанные с лазерной наплавкой, на панели управления станка и выполните команду лазерной наплавки, чтобы осуществить лазерную наплавку деталей вала.

Участок лазерной наплавки деталей вала показан на рисунке 3.

Станок имеет стабильную конструкцию и надежную работу в процессе лазерной наплавки деталей вала. Станок может использоваться как для восстановления, так и для поверхностного упрочнения деталей вала. Эффект от применения можно проанализировать с двух сторон.

Для проверки влияния применения станков на лазерную наплавку деталей вала была выбрана гидравлическая опорная колонна деталей вала, которая была восстановлена ​​методом лазерной наплавки станками. Сравнение гидравлической опорной колонны до и после восстановления лазерной наплавки показано на рисунке 4.

Как показано на рисунке 4, после того, как вышедшая из строя и списанная гидравлическая опорная колонна была восстановлена ​​с помощью лазерной наплавки, изношенная и корродированная поверхность была покрыта однородным слоем лазерной наплавки. Во время лазерной наплавки был выбран порошок для лазерной наплавки с хорошей износостойкостью и коррозионной стойкостью, который может образовывать слой лазерной наплавки с хорошими характеристиками на поверхности деталей вала, восстанавливать характеристики поверхности деталей вала и осуществлять восстановление гидравлических опорных колонн.

Чтобы проверить влияние применения станков на упрочнение поверхности деталей вала лазерной наплавкой, для поверхностного упрочнения был выбран гидравлический опорный цилиндр деталей вала. Сложная среда под шахтой оказывает коррозионное воздействие на гидроцилиндр опоры. Чтобы улучшить производительность гидравлического опорного цилиндра, поверхность можно укрепить перед использованием. Станок используется для выполнения лазерной наплавки поверхности гидравлического опорного цилиндра, а также для сравнения поверхностного упрочнения гидравлического опорного цилиндра до и после выполнения лазерной наплавки.

Как показано на рисунке 5, лазерное усиление поверхности нового гидравлического опорного цилиндра позволяет получить на поверхности плотный слой лазерной оболочки. Выбор порошка с превосходной коррозионной стойкостью во время лазерной наплавки может значительно улучшить коррозионную стойкость поверхности гидравлического опорного цилиндра и реализовать лазерное упрочнение поверхности гидравлического опорного цилиндра.

Заключение 7

Стремясь к явлению выхода из строя и брака частей вала в механическом оборудовании в сочетании с большим спросом на восстановление и поверхностное упрочнение деталей вала в реальном производстве и текущей ситуацией с нехваткой специальных станков, станок для восстановления лазерной наплавки и Рассчитано поверхностное упрочнение деталей вала. Этот станок имеет простую конструкцию, легко зажимается, прост в эксплуатации и имеет высокий коэффициент использования порошка. Он подходит для обработки деталей валов различных размеров во многих отраслях промышленности и имеет широкие перспективы применения.

В станке сконструирован зажимной узел, состоящий из коробки управления зажимом, двигателя, опорного гнезда, зажимного вала, центра и т. д., который позволяет просто и быстро зажимать и фиксировать детали вала. Станок оснащен прецизионными линейными направляющими, обеспечивающими точность перемещения станка.

Станок проверен на практике и устойчив и надежен при обработке деталей вала. Лазерное наплавление деталей валов на станках дало замечательные результаты. Вышедшие из строя детали вала, восстановленные методом лазерной наплавки, восстановили свои рабочие характеристики. Для поверхностного упрочнения деталей вала на поверхности новых деталей вала можно подготовить слои лазерной наплавки, чтобы улучшить характеристики поверхности деталей вала. Таким образом, разработанные станки для восстановления лазерной наплавки и поверхностного упрочнения деталей валов показали хорошие результаты применения.