一种液压支架用杆柱类工件高速激光熔覆加工方法[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 112719815 A(43)申请公布日 2021.04.30

(21)申请号 202110087598.2(22)申请日 2021.01.22

(71)申请人 郑煤机智鼎液压有限公司

地址 450016 河南省郑州市自贸试验区郑

州片区(经开)第九大街167号

申请人 郑州煤矿机械集团股份有限公司(72)发明人 孟贺超　程相榜　张自强　张丽苹　

赵新亚　张静　印文才　李瑞鹏　杨愿愿　(74)专利代理机构 郑州德勤知识产权代理有限

公司 41128

代理人 王鹏(51)Int.Cl.

B23P 15/00(2006.01)

权利要求书1页 说明书4页 附图3页

CN 112719815 A()发明名称

一种液压支架用杆柱类工件高速激光熔覆加工方法(57)摘要

本发明提供了一种液压支架用杆柱类工件高速激光熔覆加工方法，包括以下步骤：下料，在成品杆柱类工件的外形尺寸基础上留存一定的加工余量；调质，根据杆柱类工件的材质及尺寸，设置热处理调质参数；时效，根据杆柱类工件的材质及尺寸，确定时效参数；精车，对杆柱类工件表面的待熔覆区外圆进行精车加工，留存外圆加工余量；磨削，磨削待熔覆区外圆，保证熔覆尺寸余量和所需的粗糙度；高速激光熔覆，将杆柱类工件表面用清洁剂清洗干净，对待熔覆区外圆进行熔覆；砂带抛光，将杆柱类工件抛光至成品要求尺寸。该液压支架用杆柱类工件高速激光熔覆加工方法具有设计科学、工艺流程短、加工效率高、熔覆效果好的优点。

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权　利　要　求　书

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1.一种液压支架用杆柱类工件高速激光熔覆加工方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、下料，在成品杆柱类工件的外形尺寸基础上留存一定的加工余量；S2、调质，根据杆柱类工件的材质及尺寸，设置热处理调质参数；S3、时效，根据杆柱类工件的材质及尺寸，确定时效参数；S4、精车，对杆柱类工件表面的待熔覆区外圆进行精车加工，留存外圆加工余量；S5、磨削，磨削待熔覆区外圆，保证熔覆尺寸余量和所需的粗糙度；S6、高速激光熔覆，将杆柱类工件表面用清洁剂清洗干净，对待熔覆区外圆进行熔覆；S7、砂带抛光，将杆柱类工件抛光至成品要求尺寸。

2.根据权利要求1所述的液压支架用杆柱类工件高速激光熔覆加工方法，其特征在于：步骤S3中，设杆柱类工件总长为L、成品熔覆区外圆直径为D，则时效温度为回火温度下降105‑125℃；当L/D＜5时，保温时间为3.5h，当5≤L/D＜10时，保温时间为5h，当10≤L/D＜15时，保温时间为10h，当L/D≥15时，保温时间为15h；出炉后空气冷却。

3.根据权利要求1所述的液压支架用杆柱类工件高速激光熔覆加工方法，其特征在于：步骤S4分为半精车、精车两步进行，直至待熔覆区外圆直径大于成品熔覆区外圆直径0.1mm，待熔覆区外圆粗糙度3.2μm＜Ra≤6.3μm，杆柱类工件上除了待熔覆区的其余位置均精车加工至成品尺寸。

4.根据权利要求3所述的液压支架用杆柱类工件高速激光熔覆加工方法，其特征在于：步骤S5中，磨削至待熔覆区外圆直径小于成品熔覆区外圆直径0.3mm，公差与杆柱类工件图纸相同，待熔覆区外圆粗糙度0.8μm≤Ra≤1.6μm。

5.根据权利要求1‑4任一项所述的液压支架用杆柱类工件高速激光熔覆加工方法，其特征在于：步骤S6中，熔覆参数为激光器功率5.5kw、激光器光斑直径Φ3.2mm、搭接率75%、线速度45m/min、送粉量28g/min、保护气流量15L/min，其中保护气采用氩气。

6.根据权利要求5所述的液压支架用杆柱类工件高速激光熔覆加工方法，其特征在于：步骤S6中，熔覆层熔覆原始厚度为0.25mm。

7.根据权利要求1、2、3、4和6任一项所述的液压支架用杆柱类工件高速激光熔覆加工方法，其特征在于：步骤S7中，使用砂带抛光三次，第一次使用40目的锆刚玉砂带抛光，熔覆区表面粗糙度达到Ra1.4μm；第二次抛光用400目的树脂金刚石砂带抛光，熔覆区表面粗糙度达到Ra0.3‑0.4μm；第三次抛光用800目的树脂金刚石砂带抛光，熔覆区表面粗糙度达到Ra≤0.04μm，达到镜面光泽，公差与杆柱类工件图纸相同。

8.根据权利要求1、2、3、4和6任一项所述的液压支架用杆柱类工件高速激光熔覆加工方法，其特征在于：步骤S7完成后，熔覆层净厚度为0.15mm。

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说　明　书

一种液压支架用杆柱类工件高速激光熔覆加工方法

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技术领域

[0001]本发明涉及液压支架零件加工领域，具体地说，涉及一种液压支架用杆柱类工件高速激光熔覆加工方法。

背景技术

[0002]目前高速激光熔覆技术在液压支架油缸杆柱类零部件上已有应用，加工方法为：下料—粗车外圆—调质—校直—精车—高速激光熔覆—精磨(至Ra0.4)—抛光轮抛光。该方法主要存在以下问题：（1）粗车外圆后调质，由于应力释放工件产生弯曲变形，校直工序再次使其内部应力升高，熔覆过程中的高温会使材料内部应力释放导致工件再次弯曲变形，该加工方法会导致杆柱类工件反复变形，工艺流程长；（2）为解决杆柱类工件的弯曲变形，熔覆层需要加厚才能避免精磨、抛光后的漏铁问题，延长熔覆工序时间，熔覆效率降低；（3）熔覆层的加厚，使得后续精磨、抛光的磨削量增大，弯曲问题没有得到有效解决，且容易出现熔覆层厚度不均匀的情况，质量效果差，生产效率低；（4）抛光使用的抛光轮为百叶轮，属于柔性抛光，稳定性不好，抛光效率低。[0003]为解决上述存在的问题，技术人员一直在寻求一种新型的工艺方案。发明内容

[0004]本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供一种设计科学、工艺流程短、加工效率高、熔覆效果好的液压支架用杆柱类工件高速激光熔覆加工方法。[0005]为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种液压支架用杆柱类工件高速激光熔覆加工方法，包括以下步骤：S1、下料，在成品杆柱类工件的外形尺寸基础上留存一定的加工余量；S2、调质，根据杆柱类工件的材质及尺寸，设置热处理调质参数；S3、时效，根据杆柱类工件的材质及尺寸，确定时效参数；S4、精车，对杆柱类工件表面的待熔覆区外圆进行精车加工，留存外圆加工余量；S5、磨削，磨削待熔覆区外圆，保证熔覆尺寸余量和所需的粗糙度；S6、高速激光熔覆，将杆柱类工件表面用清洁剂清洗干净，对待熔覆区外圆进行熔覆；S7、砂带抛光，将杆柱类工件抛光至成品要求尺寸。

基于上述，步骤S3中，设杆柱类工件总长为L、成品熔覆区外圆直径为D，则时效温

度为回火温度下降105‑125℃；当L/D＜5时，保温时间为3.5h，当5≤L/D＜10时，保温时间为5h，当10≤L/D＜15时，保温时间为10h，当L/D≥15时，保温时间为15h；出炉后空气冷却。[0006]基于上述，步骤S4分为半精车、精车两步进行，直至待熔覆区外圆直径大于成品熔覆区外圆直径0.1mm，公差与杆柱类工件图纸相同，待熔覆区外圆粗糙度3.2μm＜Ra≤6.3μm，杆柱类工件上除了待熔覆区的其余位置均精车加工至成品尺寸。[0007]基于上述，步骤S5中，磨削至待熔覆区外圆直径小于成品熔覆区外圆直径0.3mm，公差与杆柱类工件图纸相同，待熔覆区外圆粗糙度0.8μm≤Ra≤1.6μm。[0008]基于上述，步骤S6中，熔覆参数为激光器功率5.5kw、激光器光斑直径Φ3.2mm、搭接率75%、线速度45m/min、送粉量28g/min、保护气流量15L/min，其中保护气采用氩气。熔覆

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后测试杆柱类工件熔覆区和已精加工区外圆跳动量≤0.03mm，即直线度≤0.03mm。[0009]基于上述，步骤S6中，熔覆层熔覆原始厚度为0.25mm。[0010]基于上述，步骤S7中，使用砂带抛光三次，第一次使用40目的锆刚玉砂带抛光，熔覆区表面粗糙度达到Ra1.4μm；第二次抛光用400目的树脂金刚石砂带抛光，熔覆区表面粗糙度达到Ra0.3‑0.4μm；第三次抛光用800目的树脂金刚石砂带抛光，熔覆区表面粗糙度达到Ra≤0.04μm，达到镜面光泽。加工完成后顶杆柱类工件两端，测熔覆区外圆表面跳动量≤0.03mm，即直线度≤0.03mm，使用超声波硬度计检测熔覆层表面硬度，硬度值为45～48HRC。[0011]基于上述，步骤S7完成后，熔覆层净厚度为0.15mm。

[0012]本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本发明在下料后直接进入调质步骤，由于留存的加工余量大、杆身也更粗，经过时效步骤后，杆柱类工件内部的应力完全释放，因而内部应力引起的变形量也被控制到最小，应力的消除，也使后续精车、熔覆过程中能保持平直，此时再通过精车、磨削步骤，将杆柱类工件直接加工至熔覆前尺寸，由于熔覆层厚度均匀性得到保证，从而可以减薄熔覆层厚度、大大缩短熔覆时间，最后经砂带抛光，提高抛光刚性，显著提高成品工件的直线度，与传统工艺相比，采用本发明中的加工方法，得到的熔覆层净厚度可以薄至0.15mm，高速熔覆原始厚度可仅为0.25mm，熔覆效率提高80%，熔覆速度的加快也使熔覆层硬度值与传统工艺相比提升了3‑5 HRC，其具有设计科学、工艺流程短、加工效率高、熔覆效果好的优点。附图说明

[0013]图1是本发明中下料形成的杆柱类工件毛料示意图。[0014]图2是本发明中杆柱类工件精车后的示意图。[0015]图3是本发明中杆柱类工件磨削后的示意图。

[0016]图4是本发明中杆柱类工件高速激光熔覆后的示意图。[0017]图5是本发明中杆柱类工件砂带抛光后的成品示意图。[0018]图6是本发明中杆柱类工件砂带抛光的加工示意图。[0019]图7是图6的侧视图。[0020]图中：1. 大头区；2. 熔覆区；3. 小头区；4. 从动轮；5. 主动轮；6. 砂带；7. 杆柱类工件。

具体实施方式

[0021]下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。[0022]如图1‑7所示，一种液压支架用杆柱类工件高速激光熔覆加工方法，包括以下步骤：

（1）下料：以成品的杆柱类工件7外形尺寸为基础，留一定余量进行锯床加工，设成

品要求尺寸为ФD，则下料尺寸可以为Ф(D+5)mm。[0023]（2）调质：根据杆柱类工件7的材质及尺寸，设置热处理调质参数；例如材质30CrMo，设淬火温度为840℃，保温时间为100min，然后水冷，设回火温度为620℃±30℃，保温时间为4.5h，最后水冷。[0024]（3）时效：根据杆柱类工件7的材质及尺寸，确定时效参数；设杆柱类工件7总长为

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L、成品熔覆区2外圆直径为D，则时效温度采用回火温度下降105‑125℃，优选为回火温度下降120°，保温时间根据L和D的比值确定，当L/D＜5时，保温时间为3.5h，当5≤L/D＜10时，保温时间为5h，当10≤L/D＜15时，保温时间为10h，当L/D≥15时，保温时间为15h，从而保证杆柱类工件内应力的完全消除；最后出炉，空气冷却。[0025]（4）精车：可分为半精车、精车两步进行，加工至待熔覆区外圆直径大于成品熔覆区2外圆直径0.1mm，公差等级和成品图纸相同，待熔覆区外圆粗糙度3.2μm＜Ra≤6.3μm，杆柱类工件7上除了待熔覆区的其余位置（即大头区1和小头区3）均精车加工至成品尺寸，公差与杆柱类工件成品图纸相同。[0026]（5）磨削：以杆柱类工件7精加工后的外圆为基准打表跳动量≤0.03mm，磨削待熔覆区外圆，直至待熔覆区外圆直径小于成品熔覆区外圆直径0.3mm，以作为熔覆余量，待熔覆区外圆粗糙度0.8μm≤Ra≤1.6μm，公差与杆柱类工件成品图纸相同，满足熔覆要求。[0027]（6）高速激光熔覆：将杆柱类工件7表面用清洁剂清洗干净，对待熔覆区外圆进行熔覆，熔覆参数具体为激光器功率5.5kw、激光器光斑直径Φ3.2mm、搭接率75%、线速度45m/min、送粉量28g/min、保护气流量15L/min，其中保护气采用氩气；高速激光熔覆原始厚度为0.25mm，从而使熔覆后的外圆直径大于成品熔覆区2外圆直径0.2mm，公差等级和成品图纸相同；经检测，熔覆后的熔覆区和已精加工区外圆跳动量≤0.03mm，即直线度≤0.03mm，基本没有发生变形。[0028]（7）砂带抛光：使用主动轮5和两个从动轮4将砂带6撑开、张紧，主动轮5采用橡胶轮，主动轮6的旋转带动砂带6转动抛光熔覆区2外圆，主动轮5直线行走且与工件的硬接触能保证砂带6抛光后工件的直线度和刚性；共使用砂带6抛光三次，第一次使用40目的锆刚玉砂带抛光，熔覆区2表面粗糙度达到Ra1.4μm；第二次抛光用400目的树脂金刚石砂带抛光，熔覆区2表面粗糙度达到Ra0.3‑0.4μm；第三次抛光用800目的树脂金刚石砂带抛光，熔覆区2表面粗糙度达到Ra≤0.04μm，达到镜面光泽，从而将杆柱类工件7抛光至成品要求尺寸；公差等级和成品图纸相同，熔覆区2熔覆层净厚度最后为0.15mm。

经过检测，使用上述方法加工的产品，熔覆层净厚度仅为0.15mm；砂带抛光后顶工

件两端，测熔覆区2表面跳动量，熔覆区2外圆跳动量≤0.03mm，工件直线度≤0.03mm，整个后续加工过程工件基本没有发生形变；由于熔覆速度的加快，熔覆层的硬度也得到提高，使用超声波硬度计检测熔覆层表面硬度，硬度值为45～48HRC，这与传统工艺相比提升了3‑5 HRC。

[0029]与传统工艺相比，本加工方法在下料后直接进入调质步骤，由于留存的加工余量大、杆身也更粗，经过时效步骤后，杆柱类工件7内部的应力完全释放，因而内部应力引起的变形量也被控制到最小，应力的消除，也使后续精车、熔覆过程中能保持平直，此时再通过精车、磨削步骤，将杆柱类工件直接加工至熔覆前尺寸，由于熔覆层厚度均匀性得到保证，从而可以减薄熔覆层厚度、大大缩短熔覆时间，最后经砂带抛光，提高抛光刚性，显著提高成品工件的直线度，得到的熔覆层净厚度可以薄至0.15mm，高速熔覆原始厚度可仅为0.25mm，熔覆效率提高80%。

[0030]最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发

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明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

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图1

图2

图3

图4

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图5

图6

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图7

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