一种机床失效齿轮的激光熔覆修复方法pdf

2026-07-15 09:11:23

　　

　　本分明涉及一种机床失效齿轮的激光熔覆修复方法，属于齿轮再制造领域。步骤如下：1.对失效齿轮表面进行清洗；2.使用线切割去除齿轮失效部位的残余应力层；3.对线切割的加工面使用砂纸进行打磨成规整平面；4.将待修复齿轮置于加热炉中加热至400℃，待温度稳定后在400℃恒温状态下对待修复齿轮进行再制造修复；5.对再制造后的齿轮对其进行线切割处理，并用砂纸打磨恢复其表面形貌；6.再制造齿轮检测。本分明提高失效齿轮轮齿再制造修复质量，修复效率高，修复面结合强度好，能实现性能更优异的齿面涂层制备；工艺简单，自

　　(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 CN 112210774 A (43)申请公布日 2021.01.12 (21)申请号 3.4 (22)申请日 2020.08.07 (71)申请人 沈阳工业大学 地址 110870 辽宁省沈阳市经济技术开发 区沈辽西路111号 (72)发明人 姜兴宇刘傲高云张超 李世磊陈豫粤张凯卞宏友 刘伟军 (74)专利代理机构 北京展翅星辰知识产权代理 有限公司 11693 代理人 王文生 (51)Int.Cl. C23C 24/10 (2006.01) C22C 38/40 (2006.01) 权利要求书1页 说明书3页 附图4页 (54)发明名称 一种机床失效齿轮的激光熔覆修复方法 (57)摘要 本分明涉及一种机床失效齿轮的激光熔覆 修复方法，属于齿轮再制造领域。步骤如下：1.对 失效齿轮表面进行清洗；2.使用线切割去除齿轮 失效部位的残余应力层；3.对线切割的加工面使 用砂纸进行打磨成规整平面；4.将待修复齿轮置 于加热炉中加热至400℃，待温度稳定后在400℃ 恒温状态下对待修复齿轮进行再制造修复；5.对 再制造后的齿轮对其进行线切割处理，并用砂纸 打磨恢复其表面形貌；6.再制造齿轮检测。本分 明提高失效齿轮轮齿再制造修复质量，修复效率 高，修复面结合强度好，能实现性能更优异的齿 面涂层制备；工艺简单，自动化程度高，降低失效 A 齿轮再制造成本。 4 7 7 0 1 2 2 1 1 N C CN 112210774 A 权利要求书 1/1页 1.一种机床失效齿轮的激光熔覆修复方法，其特征在于，包括如下步骤： S1、采用酒精，丙酮等对失效齿轮失效部位进行清洗，去除轮齿表面的灰尘、油污； S2、采用线切割对齿轮失效部位进行预处理，去除齿轮失效部位的残余应力层； S3、对线切割的加工面使用砂纸进行打磨成规整平面； S4、将待修复齿轮置于加热炉中加热至400℃，待温度稳定后在400℃恒温状态下对待 修复齿轮进行激光熔覆再制造修复； S5、对再制造后的齿轮对其进行线切割处理，并用砂纸打磨恢复其表面形貌； S6、再制造齿轮检测。 2.根据权利要求1所述的机床失效齿轮的激光熔覆修复方法，其特征在于，所述熔覆涂 层的熔覆材料为Fe304铁基不锈钢合金粉末，其化学成分为C≤0.1％，Mn≤0.5％，Si≤ 0.5％，P≤0.035％，S≤0.03％，Cr 0.17-0.19％，Ni 0.08-0.11％，Fe余量。 3.根据权利要求2所述的机床失效齿轮的激光熔覆修复方法，其特征在于，所述熔覆涂 层的熔覆材料为Fe304铁基不锈钢合金粉末，其化学成分为C:0-0.07％，Mn:0-0.02％,Si: 0-0.10％,P:0-0.035％,S:0-0.03％,Cr:0.17-0.19％；Ni:0.08-0.11％,其余为Fe。 4.根据权利要求1所述的机床失效齿轮的激光熔覆修复方法，其特征在于，所述激光熔 覆设备为YLR-1000光纤激光器，RC52激光熔覆头，MCWL-50DTR水冷机，VMC1100P立式加工中 心，RC-PGF-D-2送粉器，PLC及激光器操作集成柜，RC-CAM快速成型软件。 5.根据权利要求1所述的机床失效齿轮的激光熔覆修复方法，其特征在于，所述激光熔 覆过程以氩气作为保护气体。 6.根据权利要求1所述的机床失效齿轮的激光熔覆修复方法，其特征在于，所述再制造 齿轮检测包括再制造齿轮显微硬度检测、摩擦磨损性能测试、金相组织分析。 2 2 CN 112210774 A 说明书 1/3页 一种机床失效齿轮的激光熔覆修复方法 技术领域 [0001] 本发明涉及一种机床失效齿轮的激光熔覆修复方法,属于齿轮再制造领域。 背景技术 [0002] 齿轮是机床的关键零部件，在服役过程中易出现磨损、点饰、剥落、裂纹、断齿的失 效形式。齿轮的失效将对机械系统的运行造成影响并易造成事故，因齿轮的数量大，成本 高，目前装备维修中齿类零件主要采取“换件维修”，基本不进行修复或修复率很低，造成巨 大浪费，所以对齿轮进行再制造具有重大的经济意义。 [0003] 齿轮的修复一直以来都是一项难题，传统的修复方法有堆焊修复法、金属涂覆法、 镶齿修复法、调整换位法、变位切削法等，但修复后质量并不理想。 发明内容 [0004] 为此本专利设计发明修复效率高、修复后加工量小、修复面结合强度好的失效齿 轮激光熔覆修复方法。为了克服上述现有技术的不足，本发明旨在提供一种机床失效齿轮 再制造修复方法，具有结合强度更高，熔合性好等优点。 [0005] 一种机床失效齿轮的激光熔覆修复方法，其特征在于，包括如下步骤： [0006] S1、采用酒精，丙酮等对失效齿轮失效部位进行清洗，去除轮齿表面的灰尘、油污。 [0007] S2、采用线切割对齿轮失效部位进行预处理，去除齿轮失效部位的残余应力层。 [0008] S3、对线切割的加工面使用砂纸进行打磨成规整平面。 [0009] S4、将待修复齿轮置于加热炉中加热至400℃，待温度稳定后在400℃恒温状态下 对待修复齿轮进行激光熔覆再制造修PG电子网站复。 [0010] S5、对再制造后的齿轮对其进行线切割处理，并用砂纸打磨恢复其表面形貌。 [0011] S6、再制造齿轮检测。 [0012] 优选的，所述的再制造熔覆材料为Fe304铁基不锈钢合金粉末，其化学成分为C≤ 0.1％，Mn≤0.5％，Si≤0.5％，P≤0.035％，S≤0.03％，Cr0.17-0.19％，Ni 0.08-0.11％， Fe余量。 [0013] 优选的，所述的再制造熔覆材料为Fe304铁基不锈钢合金粉末，其化学成分为C:0- 0.07％，Mn:0-0.02％，Si:0-0.10％，P:0-0.035％，S:0-0.03％，Cr:0.17-0.19％，Ni:0.08- 0.11％，其余为Fe。 [0014] 优选的，所述的激光熔覆设备为YLR-1000光纤激光器，RC52激光熔覆头，MCWL- 50DTR水冷机，VMC1100P立式加工中心，RC-PGF-D-2送粉器，PLC及激光器操作集成柜，RC- CAM快速成型软件。 [0015] 优选的，所述激光熔覆过程以氩气作为保护气体。 [0016] 优选的，对再制造齿轮检测包括再制造齿轮显微硬度检测、摩擦磨损性能测试、金 相组织分析。 [0017] 与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：本发明所采用的激光熔覆方法修复 3 3 CN 112210774 A 说明书 2/3页 效率高、修复后加工量小；熔覆过程中造成的热影响区较小，裂纹的生成概率小；熔覆层与 基体呈现冶金结合，结合性能较好，熔覆层不易脱落；再制造后所需后处理少，且再制造成 本较低。 附图说明 [0018] 图1为齿轮修复前图。 [0019] 图2为待修复齿轮预处理后图。 [0020] 图3为同轴送粉示意图。 [0021] 图4为3D打印设备结构示意图。 [0022] 图5为进行齿轮激光熔覆时的示意图。 [0023] 图6为再制造齿轮图。 [0024] 图7为再制造齿轮硬度图。 [0025] 图8为再制造齿轮摩擦磨损测试结果图。 [0026] 图9为熔覆层与基体结合部分的金相组织图。 [0027] 图10为再制造齿轮熔覆层内部的金相组织图。 具体实施方式 [0028] 以下结合具体实施方式以详细阐述本发明，但应当理解本发明的保护范围并不受 具体实施方式的限制。 [0029] 图中序号说明：1-激光器，2-传输光纤，3-水冷机，4-加工头，5-机床主体，6-送粉 器，7-整机运动控制系统，8快速成型软件,9-铣刀，10-夹具，11-齿轮，12-激光束及粉末， 13-齿轮修复面，14-激光头。本发明提供了一种机床失效齿轮的激光熔覆修复方法，如图4 所示，本发明设备包括激光器1，传输光纤2，水冷机3，加工头4，机床主体5，送粉器6，整机运 动控制系统7，快速成型软件8，其连接方式和位置如图4所示。所使用激光熔覆设备为YLR- 1000光纤激光器，RC52激光熔覆头，MCWL-50DTR水冷机，VMC1100P立式加工中心，RC-PGF-D- 2送粉器，PLC及激光器操作集成柜，RC-CAM快速成型软件。如图5所示，其包括夹具10，齿轮 11，激光束及粉末12，齿轮修复面13，激光头14。 [0030] 如图5所示，本文所称的激光熔覆方法为，通过夹具10对齿轮11进行定位装卡，将 激光头14与齿轮修复面13的距离调整至最佳位置后，将激光束及粉末12沿齿轮11的轮齿方 向进行扫描修复，扫描一道后，将激光头14调至原点，按最佳搭接率依次进行下一道扫描， 直至修复完成。 [0031] 本发明提供的机床失效齿轮修复方法，具体包括以下步骤： [0032] S1、清洗：采用酒精，丙酮等对失效齿轮失效部位进行清洗，去除轮齿表面的灰尘、 油污； [0033] S2、预处理：采用线切割对齿轮失效部位进行预处理，去除齿轮失效部位的残余应 力层； [0034] S3、对线切割的加工面使用砂纸进行打磨成规整平面，如图2； [0035] 激光熔覆：S4、将待修复齿轮置于加热炉中加热至400℃(摄氏度)，待温度稳定后 在400℃恒温状态下对待修复齿轮进行激光熔覆再制造修复。整个修复过程在氩气的保护 4 4 CN 112210774 A 说明书 3/3页 下进行，沿着齿轮的轮齿方向进行激光熔覆扫描，通过激光头将高能激光束辐照在齿轮失 效表面的同时，将熔覆材料加热融化并快速凝固，从而使熔覆材料与齿轮冶金结合，最终在 齿轮修复表面形成性能更加优异的熔覆涂层，参见图5所示的情况。所述熔覆涂层的熔覆材 料为Fe304铁基不锈钢合金粉末，其化学成分为C≤0.1％，Mn≤0.5％，Si≤0.5％，P≤ 0.035％，S≤0.03％，Cr0.17-0.19％，Ni0.08-0.11％，Fe余量。优选的，其化学成分为C:0- 0.07％，Mn:0-0.02％,Si:0-0.10％,P:0-0.035％,S:0-0.03％,Cr:0.17-0.19％；Ni:0.08- 0.11％,其余为Fe。 [0036] 后处理：S5、对再制造后的齿轮对其进行线切割处理，并用砂纸打磨恢复其表面形 貌，再制造齿轮图如图6； [0037] S6、再制造齿轮检测：通过显微硬度检测、摩擦磨损性能测试、金相组织分析对齿 轮进行综合质量性能检测，判断修复齿轮是否满足再制造质量要求。图7为再制造齿轮硬度 图(显微硬度)。图8为再制造齿轮摩擦磨损测试结果图(摩擦磨损性能)。图9为熔覆层与基 体结合部分的金相组织图(金相组织)。图10为再制造齿轮熔覆层内部的金相组织图(金相 组织)。从图7-图10中的图表数据可以看出，本发明基于激光熔覆技术，提高了机床失效齿 轮的再制造修复质量，修复效率高，修复面结合强度好，能够实现性能更为优异的齿轮表面 涂层制备；同时，工艺简单，降低了机床失效齿轮的再制造成本。 [0038] 以上优选的实施方式只为说明本发明的技术构思和特点，目的在于让本领域的技 术人员了解本发明的内容并加以实施，并不能以此来限制本发明的保护范围，凡是根据本 发明实质所作出的等效变化或修饰均属于本发明的保护范围。 5 5 CN 112210774 A 说明书附图 1/4页 图1 图2 6 6 CN 112210774 A 说明书附图 2/4页 图3 图4 图5 7 7 CN 112210774 A 说明书附图 3/4页 图6 图7 图8 8 8 CN 112210774 A 说明书附图 4/4页 图9 图10 9 9

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