一種油缸內孔修復工藝研究

王孝杰，陳凱，吳傳印

(兗礦東華重工有限公司，山東 鄒城 273500)

液壓支架對頂板的支護主要依靠立柱的工作阻力實現，其他的輔助動作要通過千斤頂去執行，因此立柱和千斤頂（以下統稱油缸）是支架的重要部件。油缸維修周期和質量決定了液壓支架的維修周期及性能，在井下服役之后，升井大修的油缸缸筒，發現大部分缸筒內壁都存在不同程度的銹蝕、銹坑、磨損，尤其是趙樓礦升井的支架油缸缸筒內壁。采用珩磨去除銹坑、劃傷至無缺陷，通常加工去除0.5mm 甚至2mm。現階段采用低溫鍍鐵工藝處理缸筒內壁出現的銹坑或劃傷，但低溫鍍鐵鍍層與機體非冶金結合，在油缸往復動作試驗5000 次后出現鍍鐵層脫落，不能有效保證維修質量，而且不符合綠色環保的要求。但是內孔熔覆工藝熔覆層與基體成冶金結合，熔覆過程中缸體熱變形量小，可以修復內孔形狀尺寸，同時可采用銅基熔絲進行熔覆，提高缸筒內壁的耐腐蝕及耐磨性能，因此，對內孔熔覆工藝技術進行研究成為一個亟需解決的再制造課題。

1 內孔熔覆工藝優勢

（1）對安全、環境、健康的影響性分析。本項目的實施不會改變對環境的影響，同時，內孔熔覆再制造技術可使大量的廢舊產品得到再生，符合節能降耗、綠色環保的要求。內孔熔覆生產過程中產生的煙塵，可利用煙塵凈化器進行處理，達到環保要求，同時降低煙塵對作業人員人身健康的傷害。

（2）經濟、社會效益分析。該項目完成后，能夠擴展油缸內壁的修復途徑、方法，使得原本因劃傷、銹坑嚴重而無法修復的油缸得到有效的修復。集團公司各礦井現有使用支架存量較大，東華重工再制造分公司每年的支架維修量達到1800 架，其中部分立柱按照檢修標準在沒有修復方法的情況下將無法使用報廢處理，通過內孔熔覆修復該部分立柱，在提升質量的前提下，可節約部分投入新件的成本。修復舊油缸，采用不切除缸底的工藝進行分析。經調研初步工藝流程如下：①珩磨；②車床找正、車缸口；③鏜孔；④內孔熔銅；⑤車缸口；⑥鏜孔；⑦珩磨；內孔熔銅效率：0.17 ㎡/h。

6 臺內孔熔覆設備，按照每天工作24h，一天可完成24 ㎡。按照缸筒直徑360mm 的ZF17000 外缸計算，修復比投入新件可節省費用35%；同時內孔熔覆工藝并非普通意義上的修復，其不僅可以很好的將油缸內壁尺寸恢復到圖紙要求，而且可以根據不同工況條件，選擇合適的熔覆材料進而改變基體表面的性能，從而大大提高修復質量，延長其使用壽命，減少因油缸故障造成的煤礦人員、運輸成本的增加及停產帶來的經濟損失。采用內孔熔覆工藝對油缸進行修復，替代電鍍等落后產能，符合新舊動能轉換的要求，也可減少對環境的污染、破壞。符合促進再制造產業發展和循環經濟發展的要求，具有良好的社會效益。

2 熔覆工藝研究

（1）熔覆方法選擇。熔覆方法的選用對于熔覆有著至關重要的作用，為了保證構件的熔覆質量，熔覆方法的選用應該滿足沒有裂紋、夾雜與氣孔的出現。并應該使成形美觀、飛濺較小。此外節約成本、提高效率也是要考慮的問題。MIG 焊接幾乎可以焊接所有的金屬，尤其適合于焊接鋁及鋁合金、銅及銅合金以及不銹鋼等材料。焊接過程中幾乎沒有氧化燒損，只有少量的蒸發損失，冶金過程比較簡單。

（2）熔覆參數的匹配性研究。內孔熔覆主要是以獲得特定性能的表層、發揮表面層金屬性能為目的，通過研究內孔熔覆的物理性能、熱過程、冶金過程以及熔覆金屬的凝固結晶與相變過程，確定內孔熔覆工藝的各項技術參數（電流、電壓、熔覆速度等）及注意事項。從而在生產實踐中正確選擇熔覆金屬材料和熔覆工藝，獲得符合技術要求的經濟性好的表面熔覆層。①熔覆電流、電壓。通過對同一種材質的熔絲對同一工件進行熔覆試驗，不斷對電流、電壓進行調試，從而獲得穩定可靠的電流、電壓參數。②熔絲干伸長度。調整不同熔絲干伸長度，進行熔覆試驗，觀察熔覆過程及熔覆后的表層外觀質量，檢測加工后的熔覆層性能，獲得最優的熔絲干伸長度參數。③熔覆速度。調整不同的熔覆線速度，進行熔覆試驗，觀察質量，檢測性能，獲得針對不同直徑工件的熔覆速度參數。④搭接量。調整相鄰兩圈搭接量，進行熔覆試驗，檢測其加工后的性能，獲得穩定可靠的搭接量參數。

（3）熔覆材料的選擇。熔覆材料的選擇必須考慮兩方面的問題：一是不能使焊縫產生裂紋等熔覆缺陷；二是使熔覆接頭能滿足使用性能要求。根據不同要求及使用條件，選取普通碳鋼、不銹鋼、銅基熔絲等不同材料和性能的熔絲進行熔覆試驗，檢測其加工后的耐磨、耐蝕性能，形成選材參照，為不同熔絲材料的選取積累數據。

3 熔覆層性能

通過采用摩擦磨損測試技術、拉伸試驗技術、金相組織分析及應力測試分析等多種檢測技術，研究熔覆層的硬度、耐磨性、粗糙度、金相組織等性能，并與工件使用環境進行對照，對熔覆層性能進行判定，積累不同熔覆層的性能參數。著重研究銅基熔絲材料對油缸內孔防腐、耐磨性能的影響。

4 關鍵技術及創新點

（1）關鍵技術。①銅基材料熔覆工藝。銅基材料熔覆工藝是將具有一定使用性能的銅基熔絲材料通過脈沖電源熔敷在母體材料的表面，以賦予母材防腐性能和使零件恢復原有形狀尺寸的工藝方法。通過研究獲得電流、電壓、熔絲材料適用性、熔絲干伸長度、熔覆速度等關鍵參數。②缸筒盲孔加工技術。待修復油缸均為成品油缸，熔覆件均為盲孔件，且油缸長度較長，盲孔較深，通過對深盲孔加工設備、刀具及工藝參數的研究，獲得深盲孔加工技術。③微觀組織檢測技術。利用金相顯微鏡觀察、鑒別和分析金屬材料微觀組織，為研究不同熔覆參數下獲得的熔覆層微觀組織及性能，探討組織與性能之間的關系提供依據，同時優化并獲得更優的熔覆參數。

（2）創新點。①設計制造連續送絲機構，實現熔覆全過程自動高效、無接頭，避免熔覆中產生熔合不良、氣孔等缺陷。②采用風冷、水冷等強制冷卻方式的調控熔覆溫度，確保熔覆后母材的組織成分、力學綜合性能原始性能一致，并預防控制變形量達到最小限度值。

5 具體實施方法

（1）調研、了解內孔熔覆技術的國內外現狀，收集相關資料。

（2）對盲孔加工設備進行調研和引進。

（3）制定熔覆前、后機加工工藝參數，通過檢測、試驗，獲得成熟可靠的機加工工藝參數。

（4）研究內孔熔覆工藝參數。采用控制變量試驗驗證法，合理控制電流、電壓、熔覆速度、搭接量等多組變量，尋求最佳工藝參數，并利用金屬全浸泡試驗、硬度測試、摩擦磨損、拉伸試驗等檢測及微觀組織分析技術，反復進行周期試驗，研究液壓支架油缸缸筒熔覆層質量檢測和評價方法。形成完整的理論及試驗檢測體系，為內孔熔覆技術工藝的制定提供技術支持，獲得穩定可靠的工藝參數。

（5）進行工業性驗證，將產品投入現場應用，不斷的摸索經驗，培養鍛煉技術隊伍，進行相應的技術積累。項目總結驗收。

6 現有基礎及技術條件

（1）兩年來與多所高校、院所在熔覆工藝及材料等方面保持了良好的交流。

（2）擁有“礦山設備關鍵零部件表面強化檢測中心”。該檢測中心是集合金粉末材料和礦山設備關鍵零部件表面強化涂層為一體的檢測、試驗中心。配置有電感耦合等離子光譜儀、激光粒度分析儀、粉末材料光譜分析儀、金相顯微鏡、龍門洛氏硬度計、摩擦磨損試驗機、鹽霧試驗臺、渦流探傷儀等國內外高、精、尖檢測儀器。可對強化涂層的硬度、耐磨、耐腐蝕、厚度等性能進行檢測。內孔熔覆與檢測技術相結合，為礦山設備內孔熔覆再制造技術工藝的制定、優化提供了充分的科學依據，為再制造產品綜合質量的提高及市場規模化推廣提供了強有力的技術支持。

7 結語

本文主要介紹了油缸內控熔覆工藝實施方案及其創新之處，該研究達到了預期的效果，不管是在安全、環境、健康方面，還是在經濟、社會效益方面都產生了良好的反應，值得推廣使用。