專利名稱：：精密噴射成形-逐層碾壓修復(fù)和制造工藝及其設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種精密噴射成形-逐層碾壓修復(fù)和制造工藝及其設(shè)備。
背景技術(shù)：
：很多機(jī)械零件因?yàn)樯倭烤植磕p就致使整個(gè)零部件報(bào)廢，例如鐵路車輪、冶金軋輥、重大轉(zhuǎn)軸，等等。以鐵路車輪為例，因其在運(yùn)行中因受軌道摩擦，制動(dòng)摩擦等因素會(huì)出現(xiàn)磨損。鐵路車輛在全球仍是主要的客貨運(yùn)輸工具，世界上每年因磨損報(bào)廢的車輪以千萬(wàn)只計(jì)，目前尚無(wú)實(shí)用的辦法修復(fù)。重新制作車輪要消耗大量的人力和物資資源，包括能源等自然資源和運(yùn)輸能力。噴射成形可在金屬基底上高速地包覆或鍍覆上一層金屬，但這種覆層一般有0.5-2%的孔隙度，難以滿足車輪機(jī)械性能要求。如果將廢舊車輪覆層后再進(jìn)行整體碾壓或其它熱壓加工，則會(huì)損壞車輪不需修復(fù)部位的形狀和尺寸精度，同時(shí)造成較大的能源和其它加工成本的浪費(fèi)。目前也有用金屬熱噴涂工藝修復(fù)工件的方法，但其金屬覆層與原工件基底的結(jié)合差、金屬覆層中的孔隙度在5%以上，加之單只噴嘴的金屬噴覆效率低(僅100克/分鐘數(shù)量級(jí))，大面積噴涂會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的熱應(yīng)力，因而不能用于高負(fù)載下工作的大型金屬零件的修復(fù)。綜上所述，本領(lǐng)域缺乏一種應(yīng)用噴射成形高速金屬覆層和熱碾壓技術(shù)對(duì)磨損金屬零件進(jìn)行高質(zhì)量修復(fù)和制造具有多功能層復(fù)合金屬零件的工藝和設(shè)備。為此，本領(lǐng)域迫切需要一種能解決上述各金屬覆層工藝的問(wèn)題并實(shí)現(xiàn)高負(fù)載下工作的大型金屬零件的高效率修復(fù)和功能多層零件的制造，使其金屬覆層致密，機(jī)械性能接近甚至超過(guò)基底的機(jī)械性能。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的第一目的在于獲得一種能實(shí)現(xiàn)高負(fù)載下工作的大型金屬零件的高效率修復(fù)和功能多層零件的制造的方法。本發(fā)明的第二目的在于獲得一種能實(shí)現(xiàn)高負(fù)載下工作的大型金屬零件的高效率修復(fù)和功能多層零件的制造的設(shè)備。本發(fā)明的第一方面提供一種精密噴射成形-逐層碾壓修復(fù)或制造方法，用于在待覆層工件表明進(jìn)行快速致密的金屬覆層的修復(fù)和再制造，所述方法包括如下步驟所述待覆層工件表面進(jìn)行清理和/或加工；所述待覆層工件表面在惰性氣體保護(hù)下感應(yīng)加熱；金屬液由高壓惰性氣體霧化并噴射沉積在所述待覆層工件表面上得到覆層金屬，同時(shí)對(duì)所述覆層金屬逐層碾壓使其致密；對(duì)金屬覆層后的工件機(jī)械加工和熱處理，得到精密噴射成形-逐層碾壓修復(fù)或制造的工件。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式中，待覆層工件表面在惰性氣體保護(hù)下感應(yīng)加熱時(shí)，所述待修復(fù)表面的溫度達(dá)到待覆層工件熔點(diǎn)的5095%。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式中，所述金屬液由高壓惰性氣體霧化并噴射沉積在待覆層工件表面上時(shí)，所述高壓惰性氣體的壓力為215大氣壓。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式中，所述金屬液由高壓惰性氣體霧化并噴射沉積在待覆層工件表面上時(shí)，所述金屬液的流速為10—100公斤/分鐘。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式中，在對(duì)覆層金屬逐層碾壓使其致密時(shí)，碾壓壓力在10公斤100噸之間。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式中，所述待覆層工件的旋轉(zhuǎn)速度為10300轉(zhuǎn)/分鐘之間，或往復(fù)速度為101000毫米/秒之間。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式中，所述待覆層工件選自磨損零件或復(fù)合結(jié)構(gòu)零件。在本發(fā)明的第二方面提供一種精密噴射成形-逐層碾壓修復(fù)和制造設(shè)備，用于待覆層工件(l)的噴射成形、以及逐層碾壓修復(fù)或制造，所述設(shè)備由下列機(jī)構(gòu)或功能部件組成一噴射單元(100)，所述噴射單元(100)包括一金屬液熔煉制備或供給裝置(5);所述金屬液熔煉制備或供給裝置(5)提供金屬液(7);一位于所述金屬液熔煉制備或供給裝置(5)的下游的惰性氣體霧化噴射裝置(8);所述惰性氣體霧化噴射裝置(8)使得所述金屬液(7)霧化噴射到所述待覆層工件(1)上形成金屬覆層(10);—逐層碾壓修復(fù)和制造單元(200)，所述逐層碾壓修復(fù)和制造單元(200)包括一位于所述待覆層工件(1)周圍并對(duì)所述待覆層工件(1)表面預(yù)熱的加熱裝置(3);一位于所述金屬覆層(10)—側(cè)并對(duì)所述金屬覆層(10)進(jìn)行逐層碾壓的逐層碾壓裝置(ll);一容納所述待覆層工件(1)的移動(dòng)機(jī)械操作裝置(4)，所述移動(dòng)機(jī)械操作裝置(4)使得所述待覆層工件(1)的位置相對(duì)于金屬液(7)和所述逐層碾壓裝置(ll)移動(dòng)；—連接所述逐層碾壓裝置(11)的金屬覆層厚度檢測(cè)控制機(jī)構(gòu)(12)，以使所述金屬覆層(10)達(dá)到預(yù)定厚度時(shí)能及時(shí)停止所述金屬液(7)的供給或噴覆。優(yōu)選地，所述逐層碾壓裝置(ll)為液壓或氣動(dòng)控制式的碾壓裝置。優(yōu)選地，所述逐層碾壓裝置(ll)由一只或多只碾輪組成。優(yōu)選地，所述逐層碾壓裝置(ll)中的碾輪為圓柱形或曲線回轉(zhuǎn)體。優(yōu)選地，所述碾輪的周圍設(shè)置內(nèi)部或外部循環(huán)冷卻系統(tǒng)。優(yōu)選地，所述加熱裝置(3)采用感應(yīng)加熱器。優(yōu)選地，所述金屬液熔煉制備和供給裝置(5)選自熔爐、保溫爐、澆包或中間包。優(yōu)選地，所述金屬覆層厚度檢測(cè)控制機(jī)構(gòu)(12)通過(guò)位移傳感器與逐層碾壓裝置(ll)合為一體。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式中，所述惰性氣體霧化噴射裝置(8)由金屬液導(dǎo)流管、鄰近所述金屬液導(dǎo)流管的一個(gè)或多個(gè)惰性氣體噴嘴組成。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式中，所述待覆層工件選自磨損零件或復(fù)合結(jié)構(gòu)零件。圖1為實(shí)施例2的本發(fā)明的精密噴射成形-逐層碾壓修復(fù)和制造設(shè)備的示意圖。圖2為實(shí)施例1的本發(fā)明的精密噴射成形-逐層碾壓修復(fù)和制造方法得到的零件的示意圖。具體實(shí)施例方式本發(fā)明旨在提供一種可靠、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性優(yōu)越的磨損零件的修復(fù)或再制造方法和設(shè)備，它是通過(guò)液態(tài)金屬噴射成形和逐層碾壓工藝實(shí)現(xiàn)的，從而解決現(xiàn)有各金屬覆層工藝方法的問(wèn)題與不足。在此基礎(chǔ)上完成了本發(fā)明。本發(fā)明的構(gòu)思如下利用噴射成形金屬射流剛沉積到待修復(fù)零件時(shí)接近熔點(diǎn)的高溫和極好的流變性進(jìn)行小壓力逐層碾壓，從而獲得致密的金屬覆層，又不致明顯破壞待覆層零件其它部位的形狀和尺寸精度。以下對(duì)本發(fā)明的各個(gè)方面進(jìn)行詳述精密噴射成形-逐層碾壓修復(fù)或制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明的一種精密噴射成形-逐層碾壓修復(fù)或制造方法，用于在待覆層工件表明進(jìn)行快速致密的金屬覆層的修復(fù)和再制造，所述方法包括如下步驟所述待覆層工件表面進(jìn)行清理和/或加工；所述待覆層工件表面在惰性氣體保護(hù)下感應(yīng)加熱；金屬液由高壓惰性氣體霧化并噴射沉積在所述待覆層工件表面上得到覆層金屬，同時(shí)對(duì)所述覆層金屬逐層碾壓使其致密；對(duì)金屬覆層后的工件機(jī)械加工和熱處理，得到精密噴射成形-逐層碾壓修復(fù)或制造的工件。本發(fā)明的待覆層工件表面的清理和/或加工工藝可以采用本領(lǐng)域傳統(tǒng)的清理和/或加工工藝，只要對(duì)本發(fā)明的發(fā)明目的不產(chǎn)生影響即可。具體的例子包括但不限于去污清洗、噴丸或噴砂處理、機(jī)械加工等。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式中，待覆層工件表面在惰性氣體保護(hù)下感應(yīng)加熱時(shí)，所述待修復(fù)表面的溫度達(dá)到待覆層工件熔點(diǎn)的5095%。具體地，所述覆層金屬可以是與待覆層零件一致的純金屬或合金，也可根據(jù)需要噴覆不同的金屬材料以實(shí)現(xiàn)各種使用功能。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式中，所述金屬液由高壓惰性氣體霧化并噴射沉積在待覆層工件表面上，所述高壓惰性氣體的壓力為215大氣壓。具體地，待覆層的零件可以是單只，也可以為多只零件同時(shí)接受覆層。具體地，惰性氣體的種類一般與感應(yīng)加熱所用的一致，對(duì)鋼鐵零件一般采用氮?dú)?。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式中，金屬液由高壓惰性氣體霧化并噴射沉積在待覆層工件表面上，所述單個(gè)噴射裝置的金屬液的流速為10—100公斤/分鐘。此處所指的金屬液的流速是單個(gè)噴射裝置的金屬液的流速。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解采用多個(gè)噴射裝置金屬液的流速為各個(gè)單個(gè)噴射裝置中流速的組合。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式中，在同時(shí)對(duì)覆層金屬逐層碾壓使其致密時(shí)，碾壓壓力大小為2002000公斤之間。該壓力大小為單個(gè)碾輪的壓力。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解采用多個(gè)碾輪時(shí)為各個(gè)單個(gè)碾輪的壓力的組合。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式中，所述待覆層工件的旋裝速度為20100轉(zhuǎn)/分鐘之間，或往復(fù)速度為20100毫米/秒之間。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式中，所述待覆層工件選自磨損零件或復(fù)合結(jié)構(gòu)零件。具體地，包括待覆層的零件與霧化金屬液射流和碾壓機(jī)構(gòu)之間有相對(duì)旋轉(zhuǎn)、往復(fù)等相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而使覆層金屬均勻、快速、逐層地覆蓋在待覆層的零件表面。零件的待覆層表面一般為回轉(zhuǎn)體，但也可為非回轉(zhuǎn)對(duì)稱表面。具體地，本發(fā)明的噴射成形-逐層碾壓工藝不但能用于磨損零件的修復(fù)，還能作為特殊金屬零件的制造工藝，特別是具有不同功能材料的復(fù)合結(jié)構(gòu)的零件制造。精密噴射成形-逐層碾壓修復(fù)和制造設(shè)備本發(fā)明一種精密噴射成形-逐層碾壓修復(fù)和制造設(shè)備，用于待覆層工件(l)的噴射成形、以及逐層碾壓修復(fù)或制造，所述設(shè)備由下列機(jī)構(gòu)或功能部件組成一噴射單元(100)，所述噴射單元(100)包括一金屬液熔煉制備或供給裝置(5);所述金屬液熔煉制備或供給裝置(5)提供金屬液(7);一位于所述金屬液熔煉制備或供給裝置(5)的下游的惰性氣體霧化噴射裝置(8);所述惰性氣體霧化噴射裝置(8)使得其中的金屬液(7)霧化噴射到所述待覆層工件(1)上形成金屬覆層(10);一逐層碾壓修復(fù)和制造單元(200)，所述逐層碾壓修復(fù)和制造單元(200)包括一位于所述待覆層工件(1)周圍并對(duì)所述待覆層工件(1)表面預(yù)熱的加熱裝置(3);—位于所述金屬覆層(10)—側(cè)并對(duì)所述金屬覆層(10)進(jìn)行逐層碾壓的逐層碾壓裝置(ll);一容納所述待覆層工件(1)的移動(dòng)機(jī)械操作裝置(4)，所述移動(dòng)機(jī)械操作裝置(4)使得所述待覆層工件(1)的位置相對(duì)于金屬液(7)和所述逐層碾壓裝置(11)移動(dòng)；一連接所述逐層碾壓裝置(ll)的金屬覆層厚度檢測(cè)控制機(jī)構(gòu)(12)，以使所述金屬覆層(10)達(dá)到預(yù)定厚度時(shí)能及時(shí)停止所述金屬液(7)的供給或噴覆。噴射單元(100)中，所述金屬液熔煉制備和供給裝置(5)可以采用本領(lǐng)域常用的設(shè)備，只要提供金屬液且不對(duì)本發(fā)明的目的產(chǎn)生限制即可。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式中，所述金屬液熔煉制備和供給裝置(5)選自熔爐、保溫爐、澆包或中間包。所述金屬液可以是純金屬或合金。所述金屬液可以與待覆層工件的材料一致，也可以根據(jù)需要與待覆層工件不同而得到復(fù)合材料工件。噴射單元(100)中，所述惰性氣體霧化噴射裝置可以采用本領(lǐng)域傳統(tǒng)的惰性氣體霧化噴射裝置，只要不對(duì)本發(fā)明的發(fā)明目的產(chǎn)生限制即可。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式中，所述惰性氣體霧化噴射裝置(8)由金屬液導(dǎo)流管和惰性氣體噴嘴組成。所述惰性氣體噴嘴的個(gè)數(shù)可以根據(jù)需要設(shè)置為一個(gè)或多個(gè)。惰性氣體噴嘴的設(shè)置位置沒(méi)有具體限制，只要能對(duì)金屬液導(dǎo)流管中的金屬液進(jìn)行霧化噴射即可。若單個(gè)惰性氣體霧化噴射裝置內(nèi)具有多個(gè)惰性氣體噴嘴，則噴嘴的分布和位向可以根據(jù)需要而定，可以是固定的，也可以是移動(dòng)式的。具體地，用耐火材料制成的金屬液導(dǎo)流管和一般用金屬或陶瓷制成的惰性氣體噴嘴組成。所述耐火材料、金屬、陶瓷均可以采用本領(lǐng)域常用的材質(zhì)，只要不對(duì)本發(fā)明的發(fā)明目的產(chǎn)生限制即可。具體地，所述惰性氣體的種類沒(méi)有具體限制，只要不對(duì)本發(fā)明的目的產(chǎn)生限制即可。具體地例如與逐層碾壓修復(fù)和制造單元(200)中的加熱裝置所用的一致。通常，處理鋼鐵零件時(shí)一般采用氮?dú)?。所述惰性氣體霧化噴射裝置的個(gè)數(shù)不受限制，可以根據(jù)情況采用一個(gè)或多個(gè)霧化噴射裝置。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式中，所述惰性氣體霧化噴射裝置(8)的個(gè)數(shù)為兩個(gè)或兩個(gè)以上。具體地，可以有多組惰性氣體霧化噴射裝置(也即金屬液霧化噴射裝置)同時(shí)工作，其分布和位向可根據(jù)待修復(fù)零件的形狀和尺寸而異，它們可以是固定的，也可以為能運(yùn)動(dòng)的。更具體地，所述惰性氣體霧化噴射裝置(8)的上游還可以連接惰性氣體的制備或供應(yīng)裝置。所述惰性氣體的制備或供應(yīng)裝置沒(méi)有具體限制，可以采用本領(lǐng)域傳統(tǒng)的惰性氣體的制備或供應(yīng)裝置。更具體地，所述惰性氣體的制備或供應(yīng)裝置包括各種空氣分離設(shè)備、管道輸送裝置、或液態(tài)氣體供應(yīng)裝置。逐層碾壓修復(fù)和制造單元(200)中，所述待覆層工件(1)周圍設(shè)置對(duì)所述待覆層工件(1)表面預(yù)熱的加熱裝置(3)。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式中，所述加熱裝置(3)采用感應(yīng)加熱器。熱器，具體地，所述感應(yīng)加熱器的例子包括但不限于固定在噴射室中的感應(yīng)加熱器，或者為主動(dòng)型的感應(yīng)加熱器。逐層碾壓修復(fù)和制造單元(200)中，在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式中，所述逐層碾壓裝置(11)由一只或多只碾輪組成。優(yōu)選地，所述碾輪為圓柱形或曲線回轉(zhuǎn)體。優(yōu)選地，所述碾輪的周圍還設(shè)置內(nèi)部或外部循環(huán)冷卻系統(tǒng)，所述內(nèi)部或外部循環(huán)冷卻系統(tǒng)的冷卻介質(zhì)可以采用本領(lǐng)域傳統(tǒng)的冷卻介質(zhì)，具體地例如可以是水或其它流體。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式中，所述逐層碾壓裝置(11)為液壓或氣動(dòng)控制的碾壓裝置。優(yōu)選地，所述碾壓裝置可根據(jù)覆層金屬的特性和其基底零件結(jié)構(gòu)來(lái)調(diào)節(jié)壓力，以使金屬覆層得以充分壓實(shí)，又不致破壞零件其它部位的形狀尺寸精度。在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式中，在同時(shí)對(duì)覆層金屬逐層碾壓使其致密時(shí)，碾壓壓力大小為2002000公斤之間。逐層碾壓修復(fù)和制造單元(200)中，優(yōu)選地所述金屬覆層厚度檢測(cè)控制機(jī)構(gòu)(12)通過(guò)位移傳感器與逐層碾壓裝置(11)合為一體。逐層碾壓修復(fù)和制造單元(200)中，還設(shè)置容納所述待覆層工件(1)的移動(dòng)機(jī)械操作裝置(4)，所述移動(dòng)機(jī)械操作裝置(4)使得所述待覆層工件(1)的位置相對(duì)于金屬液(7)和所述逐層碾壓裝置(11)移動(dòng)。所述移動(dòng)機(jī)械操作裝置(4)可以采用本領(lǐng)域傳統(tǒng)的移動(dòng)機(jī)械操作裝置的結(jié)構(gòu)，只要其能夠控制所述待覆層工件的位置相對(duì)于金屬液(例如霧化噴射形態(tài)的金屬液)和所述逐層碾壓裝置變動(dòng)即可。具體地例如，所述移動(dòng)機(jī)械操作裝置(4)控制所述待覆層工件與金屬液和所述逐層碾壓裝置之間進(jìn)行相對(duì)旋轉(zhuǎn)、往復(fù)等相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而使得覆層金屬均勻、快速、逐層地覆蓋在待覆層工件的表面。所述待覆層工件可以是磨損零件或復(fù)合結(jié)構(gòu)零件。所述待覆層工件的個(gè)數(shù)沒(méi)有限制，例如可以是一個(gè)或多個(gè)工件同時(shí)接受覆層。所述待覆層工件的表面可以是回轉(zhuǎn)體，也可以是非回轉(zhuǎn)體對(duì)稱表面。所述噴射單元(100)和逐層碾壓修復(fù)和制造單元(200)的外部可以設(shè)置容器。具體地例如一個(gè)能建立惰性氣體保護(hù)氣氛的噴射室。發(fā)明效果(1)磨損件的修復(fù)節(jié)約自然資源、節(jié)能、環(huán)保，并大大降低制造成本。本發(fā)明還提高金屬零件的生產(chǎn)效率和使用性能。(2)本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)高負(fù)載下工作的大型金屬零件的高效率修復(fù)和功能多層零件的制造，使其金屬覆層致密，機(jī)械性能接近甚至超過(guò)基底的機(jī)械性能本發(fā)明的其他方面由于本文的公開(kāi)內(nèi)容，對(duì)本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是顯而易見(jiàn)的。本發(fā)明不限于上述細(xì)節(jié)的描述，任何不偏離本發(fā)明實(shí)質(zhì)精神的變化或修飾都將包括在本發(fā)明范疇之中以下結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。下列實(shí)施例中未注明具體條件的實(shí)驗(yàn)方法，通常按照常規(guī)條件，或按照制造廠商所建議的條件。比例和百分比基于重量，除非特別說(shuō)明。除非另有定義或說(shuō)明，本文中所使用的所有專業(yè)與科學(xué)用語(yǔ)與本領(lǐng)域技術(shù)熟練人員所熟悉的意義相同。此外任何與所記載內(nèi)容相似或均等的方法及材料皆可應(yīng)用于本發(fā)明方法中。實(shí)施例l對(duì)如圖2所示的138毫米寬的輪圈l進(jìn)行噴射覆層、碾壓，制得金屬覆層IO的試樣。最后得到兩只樣件試樣1-4和試樣2-4。其輪圈和覆層金屬都是標(biāo)準(zhǔn)的鐵路車輪用鋼，其成份如表l所示。另對(duì)同樣的輪圈僅進(jìn)行噴射覆層，不碾壓，制得另外一只樣件對(duì)比試樣1-1，以比較本發(fā)明的優(yōu)越性。試樣1-4和試樣2-4的制備方法具體如下所述輪圈1表面進(jìn)行清理加工；其表面在惰性氣體(氮?dú)?保護(hù)下感應(yīng)加熱，表面加熱溫度控制為1200。C;金屬液由高壓惰性氣體(10大氣壓)霧化并噴射沉積在所述待覆層工件表面上得到覆層金屬，同時(shí)對(duì)所述覆層金屬逐層碾壓使其致密；金屬液流速控制在30-35公斤/分鐘，碾壓壓力控制在500士50公斤。得到試樣1-4和試樣2-4。對(duì)比試樣1-1的制備方法與試樣l-4和試樣2-4相同，不同之處在于不包括碾壓步驟。表l.車輪鋼的鋼號(hào)和化學(xué)成分<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>對(duì)上述各試樣按鐵道部碾鋼車輪標(biāo)準(zhǔn)TB/T2817進(jìn)行調(diào)質(zhì)熱處理和硬度檢測(cè)，并按圖2所示的部位A(抗拉試棒取樣位置)切取抗拉強(qiáng)度試棒進(jìn)行拉伸試驗(yàn)、與其標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械性能比較，其結(jié)果見(jiàn)表2。結(jié)果表明，用本發(fā)明的方法制得的試樣1-4和2-4能滿足碾鋼車輪標(biāo)準(zhǔn)(注2-4的抗拉強(qiáng)度略低于標(biāo)準(zhǔn)值是因?yàn)闊崽幚淼挠捕绕停⒎遣牧蟽?nèi)在質(zhì)量有問(wèn)題)，而僅做噴射覆層的對(duì)比試樣l-l不能達(dá)到要求。如圖2所示，抗拉試棒的測(cè)試段橫跨噴射覆層與基底模擬件的界面，表明這些拉伸試驗(yàn)的結(jié)果也代表其界面的最低強(qiáng)度噴射覆層與被覆層輪圈有可靠的結(jié)合。表2，車輪鋼噴射覆層經(jīng)碾壓和未經(jīng)碾壓的機(jī)械性能與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)比<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>實(shí)施例2圖1是本發(fā)明工藝和設(shè)備的示意圖。以一對(duì)鐵路車輪1的修復(fù)為例，它們因外圓磨損而報(bào)廢。設(shè)備中設(shè)有噴射室2，噴射室2的上部設(shè)置噴射單元100，所述噴射單元100包括金屬液熔煉制備或供給裝置5;所述金屬液熔煉制備或供給裝置5提供金屬液7;金屬液熔煉制備或供給裝置5的下游設(shè)置惰性氣體霧化噴射裝置8;所述惰性氣體霧化噴射裝置8使得其中的金屬液7霧化噴射到所述待覆層工件(也即車輪)l上形成金屬覆層10。噴射室2的下部設(shè)置設(shè)有逐層碾壓修復(fù)和制造單元200，包括位于所述待覆層工件1周圍并對(duì)所述待覆層工件1表面預(yù)熱的加熱裝置3;位于所述金屬覆層10—側(cè)并對(duì)所述金屬覆層10進(jìn)行逐層碾壓的逐層碾壓裝置11;容納所述待覆層工件1的移動(dòng)機(jī)械操作裝置4，所述移動(dòng)機(jī)械操作裝置4使得所述待覆層工件1的位置相對(duì)于金屬液7和所述逐層碾壓裝置11移動(dòng)；連接所述逐層碾壓裝置11的金屬覆層厚度檢測(cè)控制機(jī)構(gòu)12，以使所述金屬覆層10達(dá)到預(yù)定厚度時(shí)能及時(shí)停止所述金屬液7的供給或噴覆。詳述如下如圖1所示，噴射室2上部開(kāi)孔放置金屬液熔煉制備或供給裝置5，所述金屬液熔煉制備或供給裝置5可以是熔煉爐或中間包。噴射室2的兩側(cè)開(kāi)孔設(shè)置移動(dòng)機(jī)械操作裝置4a和移動(dòng)機(jī)械操作裝置4b。噴射室2的下部的一側(cè)設(shè)置尾氣出口14。噴射成形中產(chǎn)生的惰性氣體通過(guò)尾氣出口14進(jìn)入除塵系統(tǒng)(圖中未示)，然后排空或回收。噴射室2的下部的另一側(cè)設(shè)置開(kāi)孔使得厚度檢測(cè)控制機(jī)構(gòu)12(也即操作傳感機(jī)構(gòu))通過(guò)。又如圖1所示，車輪1置于噴射室2，由加熱裝置3對(duì)其表面進(jìn)行預(yù)熱。安裝在移動(dòng)機(jī)械操作裝置4上。感應(yīng)加熱器3可固定在噴射室2中，待修復(fù)車輪l由操作系統(tǒng)4a推進(jìn)到其中加熱。感應(yīng)加熱器3也可是能運(yùn)動(dòng)的，讓車輪1停留在噴嘴8下方的噴射成形位置而在操作系統(tǒng)4b驅(qū)動(dòng)下能主動(dòng)包套到車輪1待修復(fù)表面。在此加熱過(guò)程中，車輪1由操作系統(tǒng)4a驅(qū)動(dòng)以適當(dāng)速度(例如20-200轉(zhuǎn)/分鐘的速度)旋轉(zhuǎn)，以使加熱均勻并減少其形變。移動(dòng)機(jī)械操作裝置4為操作系統(tǒng)4a、操作系統(tǒng)4b或二者組合。所述待覆層工件的旋轉(zhuǎn)速度為10300轉(zhuǎn)/分鐘之間，或往復(fù)速度為101000毫米/秒之間。金屬液熔煉制備或供給裝置5(熔煉爐或澆包)向設(shè)置在噴射室2的上部開(kāi)孔的中間包6中注入金屬液7。中間包6的底部設(shè)置開(kāi)孔，使得所述金屬液7通過(guò)開(kāi)孔進(jìn)入噴射室，與所述惰性氣體霧化噴射裝置8接觸后，金屬液7霧化噴射到車輪1上。碾輪11對(duì)金屬覆層10的壓力由操作傳感機(jī)構(gòu)12來(lái)控制，它同時(shí)是金屬覆層IO厚度的檢測(cè)器，以保證達(dá)到預(yù)定覆層厚度時(shí)停止噴射。待修復(fù)表面的端面根據(jù)需要設(shè)有一擋板13，以幫助端面部位噴射覆層的建立和對(duì)不需覆層部位的防護(hù)。本發(fā)明的修復(fù)工藝過(guò)程如下首先將待修復(fù)表面進(jìn)行處理，可包括去污清洗、噴丸或噴砂處理、機(jī)械加工等。將待修復(fù)零件l置于圖l所示的噴射室2中，在惰性氣體保護(hù)下通過(guò)感應(yīng)器3對(duì)待修復(fù)表面快速加熱，其加熱速度可通過(guò)感應(yīng)器的功率、形狀和工作頻率來(lái)調(diào)節(jié)，以使待修復(fù)表面盡快達(dá)到適當(dāng)?shù)臏囟?一般為待修復(fù)零件金屬熔點(diǎn)的50%-95%，此處熔點(diǎn)為1493。C)，而其它部位例如其內(nèi)孔和軸輻的溫度保持在較低溫度以維持其形狀和尺寸精度。感應(yīng)加熱器3可固定在噴射室2中，待修復(fù)車輪1由操作系統(tǒng)4a推進(jìn)到其中加熱。感應(yīng)加熱器3也可是能運(yùn)動(dòng)的，讓車輪l停留在噴嘴8下方的噴射成形位置而在操作系統(tǒng)4b驅(qū)動(dòng)下能主動(dòng)包套到車輪1待修復(fù)表面。在此加熱過(guò)程中，車輪1由操作系統(tǒng)4a驅(qū)動(dòng)以適當(dāng)速度(例如20-200轉(zhuǎn)/分鐘的速度)旋轉(zhuǎn)，以使加熱均勻并減少其形變。當(dāng)待修復(fù)表面達(dá)到適當(dāng)?shù)臏囟群螅囕?進(jìn)入噴射成形位置接受霧化金屬的噴射覆層。這時(shí)熔煉爐或澆包5向中間包6中注入金屬液7。金屬液從中間包6底部注孔進(jìn)入噴射室2后即被高壓(2-15大氣壓)惰性氣噴嘴8霧化成金屬液-霧射流9噴射至車輪1的待修復(fù)面沉積形成金屬覆層10。這時(shí)車輪1在霧化金屬射流下以設(shè)定的速度(例如20-100轉(zhuǎn)/分鐘，30-80毫米/秒)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)和往復(fù)運(yùn)動(dòng)以使其各待修復(fù)部位獲得所需的覆層厚度。單個(gè)噴射裝置的金屬流速為10-100公斤/分鐘(例如為50-70公斤/分鐘)，這是由中間包6底部注孔的直徑和噴嘴8的尺寸等因素來(lái)控制的。根據(jù)待修復(fù)零件形狀和尺寸特點(diǎn)，本工藝還可采用多組噴嘴完成噴射覆層過(guò)程。在上述金屬的噴射覆層過(guò)程中，碾輪11對(duì)高溫覆層金屬進(jìn)行逐層碾壓。因剛沉積的金屬覆層溫度接近熔點(diǎn)，具有較好的流變性，碾輪11對(duì)金屬覆層10的壓力或壓強(qiáng)可以很小(例如為i-io噸)即可使金屬覆層壓實(shí)，其壓力又不致破壞車輪1非修復(fù)部位的形狀和尺寸精度。碾輪11對(duì)金屬覆層10的壓力由操作傳感機(jī)構(gòu)12來(lái)控制，它同時(shí)是金屬覆層IO厚度的檢測(cè)器，以保證達(dá)到預(yù)定覆層厚度時(shí)停止噴射。待修復(fù)表面的端面根據(jù)需要設(shè)有一擋板13，以幫助端面部位噴射覆層的建立和對(duì)不需覆層部位的防護(hù)。噴射成形所用的惰性氣體通過(guò)尾氣出口14進(jìn)入除塵系統(tǒng)，然后排空或回收。經(jīng)上述工藝金屬覆層-逐層碾壓過(guò)的一對(duì)車輪經(jīng)機(jī)械分開(kāi)，再經(jīng)過(guò)常規(guī)機(jī)械加工和必要的熱處理即成為實(shí)施例1的試樣1-4和試樣2-4。在本發(fā)明提及的所有文獻(xiàn)都在本申請(qǐng)中引用作為參考，就如同每一篇文獻(xiàn)被單獨(dú)引用作為參考那樣。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明的上述講授內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍。權(quán)利要求1、一種精密噴射成形-逐層碾壓修復(fù)或制造方法，用于在待覆層工件表面進(jìn)行快速致密的金屬覆層的修復(fù)和再制造，其特征在于，所述方法包括如下步驟所述待覆層工件表面進(jìn)行清理和/或加工；所述待覆層工件表面在惰性氣體保護(hù)下感應(yīng)加熱；金屬液由高壓惰性氣體霧化并噴射沉積在所述待覆層工件表面上得到覆層金屬，同時(shí)對(duì)所述覆層金屬逐層碾壓使其致密；對(duì)金屬覆層后的工件機(jī)械加工和熱處理，得到精密噴射成形-逐層碾壓修復(fù)或制造的工件。2.如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，待覆層工件表面在惰性氣體保護(hù)下感應(yīng)加熱時(shí)，所述待修復(fù)表面的溫度達(dá)到待覆層工件熔點(diǎn)的5095%。3.如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述金屬液由高壓惰性氣體霧化并噴射沉積在待覆層工件表面上時(shí)，所述高壓惰性氣體的壓力為215大氣壓。4.如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述金屬液由高壓惰性氣體霧化并噴射沉積在待覆層工件表面上時(shí)，所述金屬液的流速為10—100公斤/分鐘。5.如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，在對(duì)覆層金屬逐層碾壓使其致密時(shí)，碾壓壓力在IO公斤100噸之間。6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述待覆層工件的旋轉(zhuǎn)速度為10300轉(zhuǎn)/分鐘之間，或往復(fù)速度為101000毫米/秒之間。7.如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述待覆層工件選自磨損零件或復(fù)合結(jié)構(gòu)零件。8.—種精密噴射成形-逐層碾壓修復(fù)和制造設(shè)備，用于待覆層工件(l)的噴射成形、以及逐層碾壓修復(fù)或制造，其特征在于，所述設(shè)備由下列機(jī)構(gòu)或功能部件組成一噴射單元(100)，所述噴射單元(100)包括一金屬液熔煉制備或供給裝置(5);所述金屬液熔煉制備或供給裝置(5)提供金屬液(7);一位于所述金屬液熔煉制備或供給裝置(5)的下游的惰性氣體霧化噴射裝置(8);所述惰性氣體霧化噴射裝置(8)使得所述金屬液(7)霧化噴射到所述待覆層工件(1)上形成金屬覆層(10);一逐層碾壓修復(fù)和制造單元(200)，所述逐層碾壓修復(fù)和制造單元(200)包括一位于所述待覆層工件(1)周圍并對(duì)所述待覆層工件(1)表面預(yù)熱的加熱裝置(3);一位于所述金屬覆層(10)—側(cè)并對(duì)所述金屬覆層(10)進(jìn)行逐層碾壓的逐層碾壓裝置(ll);一容納所述待覆層工件(1)的移動(dòng)機(jī)械操作裝置(4)，所述移動(dòng)機(jī)械操作裝置(4)使得所述待覆層工件(1)的位置相對(duì)于金屬液(7)和所述逐層碾壓裝置(11)移動(dòng)；一連接所述逐層碾壓裝置(11)的金屬覆層厚度檢測(cè)控制機(jī)構(gòu)(12)，以使所述金屬覆層(10)達(dá)到預(yù)定厚度時(shí)能及時(shí)停止所述金屬液(7)的供給或噴覆。9、如權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，所述惰性氣體霧化噴射裝置(8)由金屬液導(dǎo)流管、鄰近所述金屬液導(dǎo)流管的一個(gè)或多個(gè)惰性氣體噴嘴組成。10、如權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于，所述待覆層工件選自磨損零件或復(fù)合結(jié)構(gòu)零件。全文摘要本發(fā)明提供一種精密噴射成形-逐層碾壓修復(fù)或制造方法，用于在待覆層工件表面進(jìn)行快速致密的金屬覆層的修復(fù)和再制造，所述方法包括如下步驟所述待覆層工件表面進(jìn)行清理和/或加工；所述待覆層工件表面在惰性氣體保護(hù)下感應(yīng)加熱；金屬液由高壓惰性氣體霧化并噴射沉積在所述待覆層工件表面上得到覆層金屬，同時(shí)對(duì)所述覆層金屬逐層碾壓使其致密；對(duì)金屬覆層后的工件機(jī)械加工和熱處理，得到精密噴射成形-逐層碾壓修復(fù)或制造的工件。本發(fā)明還提供精密噴射成形-逐層碾壓修復(fù)和制造設(shè)備。文檔編號(hào)B22F3/115GK101549404SQ200810035380公開(kāi)日2009年10月7日申請(qǐng)日期2008年3月31日優(yōu)先權(quán)日2008年3月31日發(fā)明者楊云峰申請(qǐng)人:楊云峰