【摘要】：隨著國(guó)家對(duì)可持續(xù)發(fā)展的迫切需要,再制造技術(shù)日益受到重視。再制造技術(shù)是消除環(huán)境污染,減少資源浪費(fèi)的有力武器。軸類零件和軸系部件是機(jī)械裝置中的重要組成部分,我國(guó)年產(chǎn)軸類零件的總量約在10億件左右,需要經(jīng)過(guò)校直工藝的約占70%。如何將再制造技術(shù)和校直技術(shù)有機(jī)的組合在一起成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。20世紀(jì)80年代以來(lái),激光熔覆及淬火技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的諸多工業(yè)領(lǐng)域里得到廣泛應(yīng)用,尤其對(duì)于機(jī)械零件的再制造修復(fù)。本文在此基礎(chǔ)上將激光再制造技術(shù)應(yīng)用于軸類零件的校直。本文通過(guò)激光校軸可行性試驗(yàn)的探索研究,證實(shí)激光再制造校軸切實(shí)可行；通過(guò)激光熔覆工藝參數(shù)試驗(yàn)的系統(tǒng)研究,確定工藝參數(shù)對(duì)校軸量的影響規(guī)律；通過(guò)熔覆過(guò)程中熔覆區(qū)附近點(diǎn)的溫度采集與分析,初步驗(yàn)證激光熔覆校軸過(guò)程的溫度梯度機(jī)理；通過(guò)ANSYS有限元數(shù)值模擬得到激光熔覆校軸過(guò)程的瞬態(tài)溫度場(chǎng)、應(yīng)力分布以及所對(duì)應(yīng)的變形情況,進(jìn)一步深層次探索了激光熔覆校軸的機(jī)理；通過(guò)工程實(shí)例有力的證實(shí)了激光熔覆校軸有著廣泛的應(yīng)用前景；最后通過(guò)激光再制造技術(shù)校軸的展示界面將這一技術(shù)簡(jiǎn)潔直觀向有需求的企業(yè)做介紹和推廣。論文主要研究成果如下： (1)可行性試驗(yàn)證明,階梯軸在激光淬火和激光熔覆后均發(fā)生了朝向激光束的彎曲變形,因此采用激光淬火和激光熔覆的工藝方法可以對(duì)彎曲軸進(jìn)行校直,證實(shí)了最初的立項(xiàng)以及分析的正確性。激光淬火方法可以使軸的跳動(dòng)值改變0.09mm,激光熔覆可以使軸的跳動(dòng)值改變0.71mm�？梢�(jiàn)激光淬火校直能力有限,可校回量(軸跳動(dòng)值�；�)最大為0.1mm,軸跳動(dòng)值超過(guò)0.1mm的彎曲軸基本不必考慮激光淬火校直,轉(zhuǎn)而考慮用激光熔覆的方法進(jìn)行校軸。 (2)在激光熔覆校軸時(shí),確定了衡量軸彎曲量的β角,即軸彎曲帶所對(duì)中心角的一半。顯著影響校軸效果的工藝參數(shù)有熔覆區(qū)所對(duì)應(yīng)的中心角α和熔覆層數(shù)n。當(dāng)中心角α小于900時(shí),熔覆面積與軸彎曲量tanβ成正比關(guān)系,中心角α大于90°時(shí),彎曲量tanβ減小,因此軸類零件激光熔覆校軸時(shí),理論上講熔覆中心角α最大可取90°,實(shí)際操作要根據(jù)客戶要求和軸上允許熔覆面積做具體調(diào)整。熔覆層數(shù)n與軸彎曲量tanβ成正比關(guān)系,可以根據(jù)彎曲量適當(dāng)改變?nèi)鄹矊訑?shù)。 (3)利用ANSYS有限元軟件,對(duì)軸類零件激光熔覆過(guò)程溫度場(chǎng)進(jìn)行了模擬,可知激光熔覆過(guò)程中熔覆區(qū)的溫度分布最高,過(guò)渡區(qū)其次,軸基體的溫度最低,變化很小。而且距離熔覆區(qū)越遠(yuǎn),溫度基本不變。溫度梯度沿軸長(zhǎng)方向和軸半徑方向的分布。任意時(shí)刻溫度場(chǎng)分布狀況相似,即光斑中心處溫度最高,并以光斑為中心向外逐層降低,等溫線近似橢圓形,橢圓中心位于光斑中心。光斑經(jīng)過(guò)處的溫度和溫度變化率隨時(shí)間變化急劇,升溫變化率很高,降溫變化率也很高,表現(xiàn)出典型的急冷急熱的特性。 (4)利用ANSYS有限元軟件,對(duì)軸類零件激光熔覆過(guò)程應(yīng)力分布進(jìn)行了模擬,可知熔覆區(qū)是高熱應(yīng)力區(qū),熔覆區(qū)的熱應(yīng)力在熔覆過(guò)程中呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化,時(shí)而受拉應(yīng)力時(shí)而受壓應(yīng)力,光斑中心點(diǎn)的總應(yīng)力以壓應(yīng)力為主,不能籠統(tǒng)的認(rèn)為熔覆過(guò)程熔覆區(qū)材料受壓應(yīng)力。在冷卻過(guò)程中熔覆層的熱應(yīng)力在X,Y,Z三個(gè)方向上均為拉應(yīng)力,由于熔覆區(qū)材料冷卻收縮引起。 (5)通過(guò)對(duì)熔覆區(qū)所在橫截面圓周方向各點(diǎn)的溫度分析可知,不論在激光熔覆過(guò)程中還是在軸冷卻過(guò)程中,軸圓周方向上所測(cè)點(diǎn)的溫度都是不同的,這樣就產(chǎn)生了溫度梯度,溫度梯度使得各處的變形不均勻,由此產(chǎn)生了軸的彎曲和熱應(yīng)力。從一方面證實(shí)了激光熔覆校軸的溫度梯度機(jī)理。通過(guò)ANSYS有限元對(duì)溫度場(chǎng)和應(yīng)力場(chǎng)的分析得出激光熔覆過(guò)程中沿軸長(zhǎng)方向和軸徑方向存在的巨大溫度梯度導(dǎo)致熱應(yīng)力從而導(dǎo)致變形,進(jìn)一步證實(shí)了溫度梯度機(jī)理。 (6)工程實(shí)例的成功實(shí)施確定了采用激光熔覆技術(shù)進(jìn)行校軸的合理工藝路線,良好的校軸效果充分證明,只要確定彎曲量大小和彎曲類型,經(jīng)具體分析,合理安排激光淬火或激光熔覆工藝,激光校軸是切實(shí)可行的,且有巨大的經(jīng)濟(jì)效益和廣闊的應(yīng)用前景。
【圖文】：

滾〗R校.自：法Fig.1.5Rollingstraightening

滾簡(jiǎn)校法Fig.1.7Rollerstraightening
【學(xué)位授予單位】：東北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TH133.2;TN249

【參考文獻(xiàn)】

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1 陳敦軍,吳詩(shī)`，

本文編號(hào)：2661691