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详解矿机易损设备3D打印修复技术的应用探讨
发表日期:2019-04-14 22:57| 来源 :本站原创 | 点击数:
本文摘要:原题目:详解矿机易损设备3D打印修复手艺的使用切磋 煤矿井下工程大型矿机造价高贵、贫乏备件、维修成本庞大,一旦呈现损坏,会使出产线中缀,形成严重的经济丧失。据不完全统计,我国每年用于修复煤矿大型配备的费用高达数百亿元人民币。因而,开展严重配备

  原题目:详解矿机易损设备3D打印修复手艺的使用切磋

  煤矿井下工程大型矿机造价高贵、贫乏备件、维修成本庞大,一旦呈现损坏,会使出产线中缀,形成严重的经济丧失。据不完全统计,我国每年用于修复煤矿大型配备的费用高达数百亿元人民币。因而,开展严重配备修复,成长快速、高效、细密的修复手艺不只具有广漠的市场需求,并且具有严重的经济效益和社会效益。

  1. 瞻望3D打印手艺的使用趋向和对人类将来出产糊口体例的影响

  据美国市场研究机构ReportsnReports发布的《2017年全球3D打印市场》演讲显示,全球3D打印市场需求将以每年20%以上的速度增加,并将在2017年达到50亿美元的规模 。

  《国度高手艺研究成长打算(863打算)、国度科技支持打算制造范畴2014年度备选项目搜集指南》中“面向复杂零部件模具制造的大型激光烧结成型配备研制及使用”的表述为,“针对复杂零部件模具快速制造的需求,研制适合制造蜡模、蜡型、砂型制造,以及尼龙等塑料零件制造的大型激光烧结成型配备,制件精度节制在±0.1%以内,堆积效率达1000cm3 /h,并制定相关手艺尺度 ”,国度传送出3D打印手艺在国内的强劲成长趋向。

  接下来我们切磋将3D打印激光修复手艺使用于矿机易损设备的维修使用及前景,鞭策实现快速恢复出产、节约经济成本的方针。

  2. 3D打印激光成形手艺

  3D打印激光成形修复手艺与以往修复手艺分歧,它是 以金属粉末为材料,在CAD/CAM软件支撑下,CNC(计较机数控)节制激光头,送粉嘴和机床按指定空间轨迹活动,在修复部位逐层熔敷/堆积,最初生成与原零件近形的三维实体。3D成形修复手艺的焦点在于修补体的三维模子,以及修补体的激光三维立体成形。修补体三维模子一般通过CAD模子处置软件进行布尔运算获得。

  3D成形修复手艺操纵金属学的一些合金化、本体淬硬、添加加强相等方式使熔覆层金属具有必然的强度/硬度、耐磨、耐侵蚀、耐高温等机能,满足概况的特殊需要,处理使用中的一些拆卸贴合面的缺损修补问题,也能够填补金属加工过程中的尺寸超差问题。3D成形修复手艺填补了激光熔覆手艺在成形方面的缺陷,冲破了激光熔覆手艺仅能在平面或圆柱等法则曲面上涂覆单层或多层熔合层的手艺局限性,实现了在概况凹凸不服或复杂/异形布局零件上自在成形修复/修补,最终实现仿形切确修复 。

  激光立体成形修复手艺不只能够实现修补零件的目标,还能够满足修复区强化的需要。矿用设备零部件布局复杂,概况要求高强耐磨,心部要求高柔韧性。目前部门矿用设备采用的激光熔覆手艺没有造形功能,因而无法修复矿用设备易损零部件待修复区的布局原形,仅能简单涂覆。3D打印激光成形修复手艺处理了激光熔敷手艺在成形方面的缺陷,分析了概况强化手艺与三维成形的特长,适合用于处理矿用设备的修复问题 。虽然3D打印激光成形手艺发 展潜力庞大,可是在矿用设备修复方面使用实例较少。

  3. 矿用易损设备3D打印激光修复使用

  矿用设备易损零部件大致可归纳综合为间接工作件类、结 构件类型、传动系统件类三品种型,这三类零部件对于利用机能与工矿情况的要求具有庞大不同,以上三类零部件的维修是目前矿井一般出产维护的最次要的部门,本文次要针对以下三类设备件的3D打印激光修复使用进行切磋。

  3.1 矿机易损间接工作件类3D打印激光修复

  矿用设备的易损零部件为的间接工作件,如掘进机、 采煤机的截齿,刮板输送机的刮板、刮板链、链轮,以及掘进机、联采机的履带板、履带轮,破裂机的齿板、齿环等。这类受磨损零部件特点在于工况极其恶劣,经常遭到强烈刮擦,经受狠恶的撞击,易损形式一般为概况磨损或内部发生裂纹。

  这类零部件属于矿用设备的损耗件,磨损严峻,改换屡次。如掘进机的截割头、截齿座等采用颠末调质处置的ZG35CrMnSi、ZG40CrNiMo等铸钢材料,一般齿体概况及近概况硬度HRC49~HRC54,布局具有必然的圆弧外观外形,操纵激光熔覆手艺能够概况实现强化,可是截齿或齿座经常会发生偏磨,构成犯警则的几何外观描摹,激光熔覆手艺无法修复或者修复后还需要及加工,而激光立体成形修复手艺不只能够实现尺寸精度较高的外观描摹,并且能够满足截齿的钨钴合金强化与无火花的需要。

  如刮板输送机链轮,一般材质为40Cr等淬透性较好的材料,经调质处置。链轮链窝处厚大,热处置过程中容易发生淬裂或未淬透等问题,因而链轮硬度只能限制在HRC45~HRC50范畴,而激光立体成形修复手艺能够使链轮链窝修复处硬度达到HRC50以上。

  3.2 矿机易损机构件类3D打印激光修复

  矿机易损的设备包罗机械布局件类,该类零部件一般 需要满足设备本身的布局强度外,还需要具有必然的抵当磨损、冲击等感化。该类零部件一般受粉碎强度适中,改换频次较低。可是,进口的一些大型矿用设备零部件配件供货周期长,价钱高贵。零部件易损后,3D打印激光修复不只能够在短时间内使设备一般运转,并且能够节约大量的设备维修成本。这类零部件的材质一般为通俗的高强度布局钢、耐磨钢等钢材,也有一些布局需要用到铸铁、铸钢件。

  矿用设备易磨损件一般要求强度/硬度高,耐磨性好,兼具有必然的韧性。激光成形修复手艺由于能量集中,热影响区小,内部晶粒藐小,组织平均,机能优胜。别的,激光成形修复手艺能够在CAD/CAM软件支撑下,操纵CNC(计较机数控)手艺成形出与原零件不异布局的外形,达到近净成形的结果。操纵这种手艺修复出来的零件,不只外观质量平整滑腻,布局变形小,并且力学机能能够达到保守锻件程度,远高于通俗电弧焊、氩弧焊等体例修复件机能程度。

  3.3 矿机易损机械传动类3D打印激光修复

  别的一部门矿机易损零部件是机械传动系统类零部件, 如齿轮、花键、轴等,该类零部件失效形式一般为断齿、磨损等形式,改换频次相对于第一、第二类低。齿轮、花键类零件一般采用渗碳/渗氮钢,轴类零件一般采用淬透性较好的40Cr、35CrMo、40CrNiMo等,这类零部件一般价钱高贵,加工尺寸精度要求较高,稍有碰伤即无法利用。特别是进口的矿用大型煤炭设备,没有可供改换的零部件,这类零部件一旦损坏设备就无法继续工作。

  3.4 3D激光打印修复手艺特点和劣势

  1)数字制造:借助CAD等软件将产物布局数字化,驱动机械设备加工制形成器件;数字化文件还可借助收集进行传送,实现异地分离化制造的出产模式。

  2)降维制造(分层制造):即把三维布局的物体先分化成二维层状布局,逐层累加构成三维物品。因而,道理上3D打印手艺能够制造出任何复杂的布局,并且制造过程更柔性化。

  3)堆积制造:“从下而上”的堆积体例对于实现非匀致材料、功能梯度的器件更有劣势。

  4)间接制造:任何高机能难成型的部件均可通过“打印”体例一次性间接制造出来,不需要通过拆卸拼接等复杂过程来实现。

  5)快速制造:3D打印制造工艺流程短、全主动、可实现现场制造,因而,制造更快速、更高效。

  3.5 矿用设备维修3D打印激光修复的使用瞻望

  3D打印手艺通过材料的堆叠来完成立体实物的加工,进而最大程度的节流了材料。矿机易损零部件的维修是在悄无声息的情况下完成的,对情况根基实现了零污染,同时也节约了能源。国度已认识到3D打印手艺的主要性,这也为3D打印激光修复手艺在矿机易损部件修复的成长供给了契机。

  目前部门矿机采用激光熔覆手艺来添加利用寿命及概况涂覆,最先选用的涂层材料就是Ni基、Co基、Fe基自熔合金,这种合金系具有较好的耐磨性、耐蚀性,对各类碳钢、不锈钢、合金钢、铸铁和多种有色金属基体具有普遍而优良的润湿机能够与基体实现冶金连系,从而获得过反使用。

  激光成形3D打印手艺还能够实现材料复合制造,操纵Ni基、Co基、Fe基等自熔合金作为粘接剂,选用WC、Al2O3、ZrO2、TiC、TiN、SiC等陶瓷材料作为加强相经激光立体成形修补至受磨损工件的易损区,使工件耐磨机能成倍提高。在Ni-Cr-B-Si系自熔合金中加人WC、TiC、SiC、B4C等高熔点的超硬陶瓷颗粒构成复合涂层,可大大地提高涂层的硬度和耐磨性,平均硬度达HVl000~HV1400。激光成形3D打印手艺以其矫捷的材料选配,以及精巧的自在成形劣势,显示出比激光熔覆手艺在矿用设备易磨损件方面更广漠的使用前景。

  作为一种3D打印手艺,激光成形修复手艺具有金属3D打印手艺的自在成形能力,3D打印手艺在锻造上的使用,集中在砂型、模具、铸件制造及修复方面,该手艺承继了激光熔覆手艺(LaserSurfaceCladding)的概况强化劣势,在成形过程中能够实现Ni基、Co基、Fe基自熔合金与WC、TiC、TiN、SiC等陶瓷材料复合。

  矿机易损零部件3D打印激光修复作为3D打印手艺的一种现实使用,激光成形修复手艺填补了激光熔覆手艺在复杂布局成型方面的缺陷,延袭并成长了激光熔覆手艺在概况强化方面的手艺劣势,用于修补矿用设备易损零部件,不只能够避免或削减修复后的机械加工,实现仿形切确修复,能够修补出既具有复杂/异形布局,又具有高强耐磨的机能,并且提高了矿用设备易损件的利用寿命,是矿用设备较抱负的修复体例,在矿用设备修复上具有潜在的手艺劣势和广漠的使用前景,具有长足的成长潜力和庞大的经济效益。

  切磋了基于3D打印激光成形修复手艺在矿机易损设备修复的使用范畴及使用前景, 提出在矿用设备易损零部件的间接工作件类、布局件类型、传动系统件三品种型设备的3D打印 激光修复手艺使用可行性,以及与部门矿机设备采用的激光熔覆概况强化手艺的区别与劣势,成果表白:3D打印激光修补矿用设备易损零部件,能避免或削减修复的机械加工,达到仿形切确修复,提高矿用设备易损件的利用寿命。

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