[发明专利]一种磨损轴类零件搅拌摩擦加工再制造方法

摘要

本发明公开了一种磨损轴类零件搅拌摩擦加工再制造方法，是一种将搅拌摩擦搭接焊与搅拌摩擦加工相结合的一种复合加工工艺，利用非消耗的偏心搅拌摩擦工具将填充材料与磨损轴基体母材搭接焊在一起，并通过搅拌摩擦加工实现填充材料在轴表面的堆焊过程，通过一系列标准化的工艺过程，可实现磨损轴的批量再制造。具体工艺由预处理（轴类零件磨损区域清洗和加工凹槽）、配件加工（搅拌工具、填充金属带、引入引出金属带、环形夹具和旋转装置的加工）、装夹固定、搅拌摩擦加工处理和后续处理等组成。本发明提出的磨损轴类再制造方法属于固相加工，连接区域材料之间为冶金结合，结合强度高，综合力学性能优良，绿色环保，生产效率较高。

主权项

一种磨损轴类零件搅拌摩擦加工再制造方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一：对轴类零件的磨损表面进行清洗，并采用机加工方法，在轴类零件磨损区域的表面加工环形凹槽，该凹槽的底部深至到露出轴类零件完好的基体表面为止；步骤二：制作填充金属带：选择与轴类零件母材同材质制作成环状填充金属带，该填充金属带的内径等于所述凹槽底部轴段处的外径；制作引入金属带和引出金属带：选择与轴类零件母材同材质制作环状的引入金属带和引出金属带，其厚度均为2mm，其内径与轴类零件的原始外径一致；制作搅拌摩擦焊机的偏心搅拌工具：该偏心搅拌工具为一钨基合金或立方氮化硼材料的偏心阶梯轴，其轴肩的直径是偏心设置的偏心搅拌头直径的3倍，所述偏心搅拌头与轴肩之间的偏心尺寸△d在0～5mm范围，偏心搅拌头的长度比填充金属带的厚度大0.5~1mm，所述偏心搅拌头为圆柱形状或圆台形状，所述偏心搅拌头的外回转表面上设有螺旋形沟槽；制作旋转装置：旋转装置包括底座，底座上一端安装有电机、减速器和卡盘，底座上的另一端固定支撑，所述支撑上设有与卡盘同轴心的轴承；制作两个环形卡具：所述环形卡具为开口环结构，在开口处设有紧固螺栓连接件；步骤三：将轴类零件装夹在旋转装置上后，将填充金属带套在、并固定在轴类零件的凹槽中，用环形夹具夹紧该填充金属带，用摩擦塞焊在填充金属带轴向接合线处点焊3~5个点，之后卸掉环形夹具；将引入金属带和引出金属带放置于所述填充金属带的两边，用摩擦塞焊将填充金属带和与之相邻的引入金属带及引出金属带点焊在一起；再用两个环形夹具分别固定引入金属带和引出金属带的外端，从而将填充金属带紧密地固定在凹槽中；将上述装夹有轴类零件的旋转装置固定在搅拌摩擦焊机的工作台上；步骤四：在搅拌摩擦焊机上安装上述偏心搅拌工具，设定偏心搅拌工具的转速为1000‑3500r/min，工作台的行走速度为0.5‑5mm/min，减速器输出轴的转速为0.5‑2r/min；启动搅拌摩擦焊机，待转速达到预设值后，使偏心搅拌工具沿其轴向竖直向下缓慢挤压进入引入金属带中，待偏心搅拌工具轴肩的端面压入引入金属带0.15‑0.20mm时，停止偏心搅拌工具向下运动，启动旋转装置中的电机，轴类零件开始缓慢旋转，旋转一周后，偏心搅拌工具在引入金属带上留下一条环形焊缝，此时，让搅拌摩擦焊机的工作台带动旋转装置移动，使偏心搅拌工具由引入金属带进入填充金属带，在偏心搅拌工具与填充金属带和轴类零件基体材料的搅拌摩擦作用下，填充金属带与基体焊合在一起，随着工作台的向前移动，偏心搅拌工具在填充金属带区域完成了搅拌摩擦加工，待偏心搅拌工具行走至 填充金属带的另一端部时，将偏心搅拌工具缓缓抬起，最后从引出金属带上退出；最后停止搅拌摩擦焊焊机和旋转装置的电机；步骤五：将轴类零件从卡盘上卸下来，卸掉环形夹具，去除引入金属带和引出金属带，按照轴类零件的原始外径尺寸进行加工。