西安煤礦機(jī)械有限公司 陜西西安 710200

1 序言

再制造作為循環(huán)經(jīng)濟(jì)的一種高級形式，與廢品回收和維修有著嚴(yán)格意義上的區(qū)分。中國特色的再制造是基于維修和表面工程技術(shù)，采用等離子、激光、電鍍等各種技術(shù)工藝，使廢舊產(chǎn)品重新獲得不低于新品使用性能的過程[1]，因而被廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、煤礦機(jī)械、汽車等行業(yè)，煤礦機(jī)械的工作環(huán)境惡劣，工況條件苛刻，絕大部分礦山機(jī)械是在高速、重載、沖擊、振動、摩擦和介質(zhì)腐蝕等條件下工作。而采煤機(jī)作為采礦行業(yè)的重要設(shè)備，其外觀體積大、噸位重、價格昂貴，再制造技術(shù)因能大幅降低其生產(chǎn)成本而成為該行業(yè)中越來越迫切的需求。通過再制造修復(fù)技術(shù)，其力學(xué)性能、使用壽命、可靠性等指標(biāo)均可以得到修復(fù)，在節(jié)約成本的同時，也實(shí)現(xiàn)了資源的循環(huán)再利用，起到綠色環(huán)保的作用。在整個制造業(yè)發(fā)展過程中，再制造技術(shù)將成為重要趨勢，未來有著十分廣闊的市場前景。

我國每年約有15萬臺煤礦設(shè)備報廢、閑置或者因存在技術(shù)性或功能性缺陷而被淘汰。通過再制造技術(shù)可以使廢舊的煤礦設(shè)備磨損表面得到修復(fù)，恢復(fù)零部件使用性能，最大限度地利用廢舊煤礦設(shè)備中的蘊(yùn)含價值，有利于緩解資源和能源不足的矛盾[2]。盡管近幾年再制造技術(shù)得到了充分發(fā)展，有著一套全面、科學(xué)、系統(tǒng)的修理方法，但國內(nèi)用戶仍然對再制造缺乏理解和認(rèn)同，原因之一是研究和推廣再制造技術(shù)力度不夠，因此研究再制造技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀對其快速推廣具有重要的意義。本文以再制造技術(shù)在采煤機(jī)中的應(yīng)用為立足點(diǎn)，總結(jié)目前現(xiàn)實(shí)研究現(xiàn)狀，并有針對性地提出采煤機(jī)設(shè)備再制造產(chǎn)業(yè)解決措施。

2 再制造技術(shù)的原理及應(yīng)用

2.1 激光熔覆技術(shù)

激光熔覆技術(shù)是利用激光作為熱源，通過在基材表面添加熔覆材料，并利用高能密度的激光束使之與基材表面薄層一起熔凝的方法，使基層表面形成與其為冶金結(jié)合的添料熔覆層。因金屬粉末和基體被加熱重熔，涂層與基體發(fā)生互熔，從而實(shí)現(xiàn)了冶金結(jié)合，因此熔覆層與基體的結(jié)合力遠(yuǎn)高于噴涂所形成的噴涂層。使用激光熔覆技術(shù)，不僅可以完成可再制造性零件尺寸恢復(fù)，還可以完成表面改性處理，提高零件表面耐磨性、耐蝕性和抗氧化性，延長零件使用壽命。由于激光熔覆過程中，熱量只集中在很小的區(qū)域內(nèi)，故工件本身升溫很低，熱變形較小。但是類似車床的機(jī)身構(gòu)造使得激光熔覆靈活性差，故激光熔覆多用于可回轉(zhuǎn)的零件，對異形件等施工不便，同時對過小且深的內(nèi)孔激光熔覆也無法完成。目前，激光熔覆技術(shù)在國內(nèi)已廣泛應(yīng)用于相關(guān)零部件的修復(fù)，例如：閆寧等[3]利用激光熔覆技術(shù)，對采煤機(jī)電動機(jī)高速軸表面涂覆一層合金耐磨層，并在試驗(yàn)裝備上與之前所使用的軸套進(jìn)行了對比試驗(yàn)，得到激光熔覆耐磨套性能優(yōu)于以往使

用的鍍硬鉻耐磨套的結(jié)論，指出激光熔覆技術(shù)在采煤機(jī)高速軸上具有很好的使用效果。王爭強(qiáng)等[4]利用激光熔覆技術(shù)修復(fù)軸類零件，延長了使用壽命。夏護(hù)國[5]在實(shí)際煤礦的應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，軸類零件采用激光熔覆技術(shù)進(jìn)行修復(fù)，不需要預(yù)熱工件，就可以恢復(fù)軸頸的尺寸，而且后續(xù)加工量小。修復(fù)后的部件強(qiáng)度可達(dá)到原強(qiáng)度的90%以上，其修復(fù)費(fèi)用不到重置價格的1/5，更重要的是縮短了維修時間。西安煤礦機(jī)械有限公司也在激光熔覆修復(fù)齒輪方面開展了研究，并取得了很好的效果[6]，如圖1所示。

圖1 激光熔覆修復(fù)齒輪效果展示

2.2 電刷鍍技術(shù)

電刷鍍技術(shù)是一種在低溫條件下恢復(fù)零部件尺寸的傳統(tǒng)修復(fù)技術(shù)，是利用電化學(xué)原理在導(dǎo)電工件上進(jìn)行金屬離子沉積形成的新技術(shù)。電刷鍍具有常溫下就可實(shí)現(xiàn)操作，無熱影響區(qū)，工件不會存在熱變形，沉積速度快，可修復(fù)最深厚度達(dá)1mm，且設(shè)備簡單，便于攜帶，不需要渡槽，以及鍍層便于控制等優(yōu)點(diǎn)，同時，鍍后表面硬度可達(dá)到600HV以上。因此，電刷鍍再制造技術(shù)特別適用于野外及現(xiàn)場修復(fù)，尤其對大型設(shè)備更具有使用價值。電刷鍍存在的主要問題是操作工序多，工人勞動強(qiáng)度大，一個零件電鍍工序要經(jīng)過多次活化水洗，鍍液消耗多。趙志芳等[7]利用電刷鍍技術(shù)成功解決采煤機(jī)搖臂殼體惰輪軸孔超差問題，刷鍍后，經(jīng)檢測結(jié)合強(qiáng)度及表面粗糙度滿足殼體使用要求，后續(xù)礦方實(shí)際應(yīng)用中無脫落現(xiàn)象，取得了良好的修復(fù)效果，如圖2所示。方瑾等[8]采用電刷鍍再制造技術(shù)完成了牽引部軸承安裝孔超差的修復(fù)，節(jié)能40%～60%，對環(huán)境的保護(hù)成效顯著。暢庚榕[9]利用電刷鍍技術(shù)修復(fù)活塞柱外表面的局部缺陷（見圖3），并指出傳統(tǒng)修復(fù)工藝中只能采用整體修復(fù)技術(shù)，修復(fù)成本很高，而采用局部的電刷鍍可以在不采用大型機(jī)加設(shè)備的情況下，實(shí)現(xiàn)零件的局部快速維修。

圖2 電刷鍍修復(fù)惰輪軸孔實(shí)物

圖3 電刷鍍修復(fù)活塞柱局部缺陷

2.3 微弧冷焊技術(shù)

微弧冷焊修復(fù)技術(shù)是在傳統(tǒng)氬弧焊基礎(chǔ)上開發(fā)出來的一項(xiàng)新型焊接技術(shù)。該技術(shù)利用焊槍產(chǎn)生的電弧將焊絲熔化，用保護(hù)氣體將熔化的金屬液滴吹射到工件的局部缺陷處，從而填平工件表面的凹坑，達(dá)到恢復(fù)效果。微弧冷焊與一般氣體保護(hù)焊不同，它不會在工件上形成熔池，焊絲瞬間被高溫熔化后，被保護(hù)氣送到工件上，而基體本身不熔化，因此在微弧冷焊過程中，工件溫升小，不會產(chǎn)生明顯的熱影響。缺點(diǎn)是生產(chǎn)效率低，有微觀缺陷，表面粗糙。秦小欽等[10]使用冷焊技術(shù)針對20CrMnTi齒輪軸的修復(fù)應(yīng)用展開了研究，能將局部損傷的齒輪軸修復(fù)如初，經(jīng)過用超聲波、磁粉和液體滲透3種無損檢測方法，對零件內(nèi)部和表面進(jìn)行全面檢測，結(jié)果全部合格，滿足使用要求。回經(jīng)緯[11]針對軸類零件經(jīng)常出現(xiàn)的磨損問題，采用微弧冷焊維修技術(shù)，在零件現(xiàn)場不解體、不出廠進(jìn)行修復(fù)，取得了成效，且經(jīng)過兩年多使用，運(yùn)轉(zhuǎn)正常。西安煤礦機(jī)械有限公司通過對微弧冷焊技術(shù)的研究，解決了普通的氣體保護(hù)焊接因熱輸入較高而無法保證周邊變形的問題，并采用微弧冷焊技術(shù)，修復(fù)搖臂局部超差的表面或氣孔、砂眼等缺陷，具有良好的修復(fù)效果，如圖4所示。

圖4 微弧冷焊修復(fù)搖臂局部缺陷

2.4 熱噴涂技術(shù)

熱噴涂技術(shù)是一種利用高溫?zé)嵩矗ㄍǔＪ茄跻胰不鹧妫娡坎牧希ǚ哿匣蚪z材）加熱到熔融狀態(tài)，再用高速氣流將其霧化并噴射到工件表面上形成涂層的一種修復(fù)技術(shù)。熱噴涂最大特點(diǎn)是噴涂材料的成分不受限制，基體溫度低，噴涂設(shè)備簡單，操作工序少、效率高，電弧噴涂的最大涂層厚度可達(dá)1.5mm，涂層硬度45～55HRC，表面粗糙度值為0.6μm左右[12]，噴涂后的工件一般不會產(chǎn)生變形或影響基體組織的變化。但由于噴涂層和基體是機(jī)械結(jié)合，所以結(jié)合強(qiáng)度較低。后來發(fā)展中出現(xiàn)了超音速噴涂技術(shù)，噴涂時氣體流速更高，提高了涂層的致密性和涂層與基體的結(jié)合力，但仍未改變機(jī)械結(jié)合的實(shí)質(zhì)，與冶金結(jié)合相比，結(jié)合力較差。另外，由于熱噴涂層為典型的層狀結(jié)構(gòu)，存在孔隙和氧化物夾雜，所以內(nèi)應(yīng)力相對較高。伏利等[13]采用超音速火焰噴涂與高焓等離子噴涂相結(jié)合的方法，在活塞桿表面制備了CoNiCrAl/Cr2O3·SiO2·TiO2復(fù)合涂層（見圖5）。由圖5可看出，面層與過渡層之間、過渡層與基體之間均呈鋸齒形緊密結(jié)合，層間均勻致密，沒有明顯的連續(xù)貫通狀孔隙出現(xiàn)，涂層無明顯層狀結(jié)構(gòu)；且抗摩擦磨損性能是基體45鋼的84.3倍，具有優(yōu)良的抗磨損性能。西安煤礦機(jī)械有限公司利用熱噴涂技術(shù)修復(fù)了采煤機(jī)的水套，如圖6所示，經(jīng)檢測表面涂層均勻連續(xù)，加工后未發(fā)現(xiàn)層狀結(jié)構(gòu)和明顯空隙。

圖5 熱噴涂涂層截面

圖6 熱噴涂修復(fù)水套

3 結(jié)束語

目前，在我國煤機(jī)制造行業(yè)再制造技術(shù)的發(fā)展雖較為迅速，但仍處于初期階段，零部件修復(fù)仍以購買新配件更換和簡單維修為主，核心再制造技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用較少。但在國家號召、政策引導(dǎo)和未來發(fā)展需求大環(huán)境下，以及再制造技術(shù)已帶來了良好的市場和社會效應(yīng)，因此再制造技術(shù)發(fā)展?jié)摿κ志薮?。今后，如何盡快實(shí)現(xiàn)核心技術(shù)的推廣應(yīng)用，提高再制造技術(shù)的覆蓋范圍，將再制造技術(shù)由單一零件的再制造向煤機(jī)行業(yè)整體再制造方向發(fā)展，是擺在我們面前亟待解決的問題和挑戰(zhàn)。本文通過對采煤機(jī)再制造技術(shù)的研究和總結(jié)，對采煤機(jī)再制造發(fā)展具有十分重要意義。