一種多結構異距仿生表面組合的鑄鐵導軌及其再生方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于鑄鐵導軌技術領域，涉及一種再生鑄鐵導軌及其再生修復方法。
【背景技術】
[0002] 在機械工業(yè)中，機床通常被稱為工作母機，是機械制造業(yè)的基本加工設備，它的品 種、性能、質(zhì)量和技術水平直接影響著其他機電產(chǎn)品的性能、質(zhì)量、生產(chǎn)技術水平和企業(yè)的 經(jīng)濟效益。我國是世界上最大的機床消費市場，目前擁有約800萬臺機床，依照國際通用的 3%的裁減率，每年裁減的舊機床約25萬臺，其金屬總份量超越150萬噸。對于一臺老舊機 床，一般有45%~80%以上的殘留價值，主要是耐久性較強的床身、立柱、底座等。重新制 造這些主體部件，需要消耗大量鋼鐵和能源。如果保留主體，修復或更換損壞部件，則可制 造出與新設備同等質(zhì)量甚至性能更好的設備。機床導軌作為機床中的重要部件同時也是 易磨損的部件，它的再生對整個機床的再制造具有重大的意義。機床導軌失效多為疲勞磨 損失效，導軌在數(shù)以萬計的往復運動中，在工件載荷的不均勻作用力下，表面會呈現(xiàn)不均勻 的磨損現(xiàn)象，使得表面不再保持水平，致使無法滿足工廠零件的加工精度。從而被工廠所淘 汰。由于普通鑄鐵導軌都將表面經(jīng)過高頻淬火以加強抗磨損性能后才能得以應用，而表面 的淬火必然導致沿淬火層深度方向1~5cm處的硬度、應力呈梯度分布，經(jīng)過長時間的非均 勻磨損后，若要達到表面硬度、應力的均勻分布，勢必要將表面淬火層組織全部去除方可， 然而此時導軌的使用尺寸則很難達到使用標準，這為導軌的再生造成了一定困難。過去很 多修復方法采用舍去表面力學性能已經(jīng)分布不均的表層淬火組織后填補材料的方法以實 現(xiàn)其再生，這些再生方法都導致原材料的大量浪費。另外，這些再生方式僅僅是單純的增強 了表面的抗磨損性能，而沒有很好的與實際非均勻磨損方式相匹配，失去了再生的靈活性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種工作表面硬度或應力分布均勻、整體抗磨損 性能均勻一致好且長期穩(wěn)定，并且耐磨性好的多結構異距仿生表面組合的鑄鐵導軌及其再 生方法。
[0004] 為了解決上述技術問題，本發(fā)明的多結構異距仿生表面組合的鑄鐵導軌，其工作 面分為輕微磨損區(qū)和嚴重磨損區(qū)，其特征在于所述導軌輕微磨損區(qū)和嚴重磨損區(qū)上均制作 有第一仿生耦元和第二仿生耦元；第一仿生耦元為條狀仿生耦元或網(wǎng)狀仿生耦元，第二仿 生耦元為點坑狀耦元；其中輕微磨損區(qū)第一仿生耦元的間距為As，嚴重磨損區(qū)第一仿生耦 元的間距為Bs，As>Bs;第二仿生耦元分布于第一仿生耦元間。
[0005] 所述輕微磨損區(qū)，第一仿生耦元的間距~為6~IOmm;嚴重磨損區(qū)，第一仿生耦元 的間距為Bs，Bs=As-l. 2 (mm)。
[0006] 所述輕微磨損區(qū)，第一仿生親元的深度AhS0. 3~0. 5mm;嚴重磨損區(qū)，第一仿生 親元的深度為BH，Bh=Ah+0. 57 (mm)。
[0007] 所述輕微磨損區(qū)，第一仿生耦元的間距~為6~IOmm;嚴重磨損區(qū)，第一仿生耦元 的間距為Bs，Bs=As-l. 8 (mm)。
[0008] 所述輕微磨損區(qū)，第一仿生親元的深度AhS0. 3~0. 5mm;嚴重磨損區(qū)，第一仿生 親元的深度為BH，Bh=AH (mm)。
[0009] 所述輕微磨損區(qū)，第一仿生耦元的間距~為6~IOmm;嚴重磨損區(qū)，第一仿生耦元 的間距為Bs，Bs=As-2. 6 (mm)。
[0010] 所述輕微磨損區(qū)，第一仿生親元的深度AhS0. 3~0. 5mm;嚴重磨損區(qū)，第一仿生 親元的深度為BH，Bh=AH+0. 43 (mm)。
[0011] 所述第二仿生耦元排布于第一仿生耦元周邊；在輕微磨損區(qū)，第二仿生耦元距鄰 近第一仿生耦元的間距S1=As/3 ;在嚴重磨損區(qū)，第二仿生耦元距鄰近第一仿生耦元的間 距S2=Bs/3。
[0012] 第二仿生耦元橫截面為"U"型環(huán)狀的點坑狀耦元，其邊緣呈弧形過渡，點坑深度為h，0? 35mm〈h〈0. 45mm;在輕微磨損區(qū)，點坑狀耦元的強化組織寬度KSi，深度Ii1=WA; 在嚴重磨損區(qū)，點坑狀耦元的強化組織寬度KS2，深度h2=W2+h。
[0013] 由于導軌表面服役時所加工工件長度不同，致使刀具在導軌上以不同的進給距離 多次來回滑動，致使導軌表面分為兩種磨損程度。本發(fā)明通過對比報廢導軌表面的磨損溝 壑深度值判斷出輕微磨損區(qū)和嚴重磨損區(qū)，即當磨損溝壑深度小于〇. 〇3_時為輕微磨損 區(qū)，測量該區(qū)域硬度HV>640,應力e〈275 ;當磨損溝壑深度大于0. 03mm時為嚴重磨損區(qū)，測 量該區(qū)域硬度為HV〈640,應力e>275。所以規(guī)定硬度HV>640,應力e〈300的區(qū)域為輕微 磨損區(qū)，硬度為HV〈640或應力e>275的區(qū)域為嚴重磨損區(qū)。在沿著刀具工作方向的導軌 表面，加工形成多結構異距仿生表面組合，利用兩種抗磨損性能不同的仿生表面的組合以 提高整體導軌表面的抗磨損性能，與此同時使表面的抗磨損性能均勻一致。"點坑"結構的 仿生耦元能夠容納和存儲一些較小的磨粒，并且可以使較大的磨粒由犁削形式的滑動轉(zhuǎn)變 為滾動，可減小磨粒磨損，該耦元還可以存儲潤滑油，可有效減緩磨損。本發(fā)明由生物表皮 耐磨的耦合現(xiàn)象機理啟發(fā)，模仿生物多因素相互耦合、協(xié)同作用的強化機理。把這兩種都可 以提高耐磨性的仿生耦元素一起應用到滑動導軌中，使得具有不同結構的耦元與機體共同 構成多結構、多因素相互耦合、相互作用的多結構雙耦元仿生表面，提高了滑動導軌的耐磨 性。
[0014] 上述多結構異距仿生表面組合的鑄鐵導軌的再生方法，包括下述步驟：
[0015] 步驟一，表面預處理：利用機械磨銑對經(jīng)磨損后的不平整的報廢鑄鐵導軌表面進 行預處理，在清除表面污跡及氧化皮的同時平整表面，去除直徑在〇.Olmm以上的孔洞及磨 痕；
[0016] 步驟二：對導軌表面進行硬度或應力檢測分析，將導軌表面硬度HV>640或應力 e〈275的區(qū)域確定為輕微磨損區(qū)；將硬度HV〈640或應力e>275的區(qū)域確定為嚴重磨損 區(qū)；
[0017] 步驟三、在導軌工作面上制作第一仿生耦元和第二仿生耦元；其中第一仿生耦元 為條狀仿生耦元或網(wǎng)狀仿生耦元；第二仿生耦元排布于第一仿生耦元周邊，為橫截面呈 "U"型環(huán)狀的點坑狀耦元，其邊緣呈弧形過渡，點坑深度為h，0. 35mm〈h〈0. 45mm;在輕微磨 損區(qū)，第二仿生耦元距鄰近第一仿生耦元的間距S1=As/3,點坑狀耦元的強化組織寬度 KS1，深度Ill=Wdh，^為輕微磨損區(qū)第一仿生耦元的間距；在嚴重磨損區(qū)，第二仿生耦 元距鄰近第一仿生耦元的間距S2=Bs/3,點坑狀耦元的強化組織寬度KS2，深度h2 =W2+h，BsS嚴重磨損區(qū)第一仿生耦元的間距；
[0018] 當嚴重磨損區(qū)與輕微磨損區(qū)之間的硬度梯度為AHV〈70,應力梯度為Ae〈180 時，在輕微磨損區(qū)，第一仿生耦元的間距4為6~10mm，深度AhS0.3~0.5mm;嚴重 磨損區(qū)，第一仿生親元的間距為Bs，Bs=As-l. 2 (mm)，第一仿生親元的深度為Bh，Bh = Ah+0. 57 (mm)；
[0019] 當嚴重磨損區(qū)與輕微磨損區(qū)之間的硬度梯度為70〈AHV〈100,應力梯度為 180〈Ae〈275時，在輕微磨損區(qū)，第一仿生親元的間距AsS6~10mm，深度A"為0. 3~ 0. 5mm;嚴重磨損區(qū)，第一仿生耦元的間距為Bs，Bs=As-l. 8 (mm)，第一仿生耦元的深度為 Bh,Bh=Ah(mm)；
[0020] 當嚴重磨損區(qū)與輕微磨損區(qū)之間的硬度梯度為aHV>100,應力梯度Ae>275時， 在輕微磨損區(qū)，第一仿生親元的間距AsS6~10mm，深度AhS0. 3~0. 5mm;嚴重磨損區(qū)， 第一仿生親元的間距為BS，BS=As-2. 6(mm)，第一仿生親元的深度為BH，BH=AH+0. 43(mm);
[0021] 步驟四：后續(xù)表面處理：進行打磨處理，使第