内壁熔铜及外壁熔覆的叠加再制造技术应用研究

刘利云

（山西省霍州煤电集团鑫钜煤机，山西 霍州 031412）

液压支架作为现代化矿井综采面的核心设备，在煤矿井下采煤持续作业中发挥着举足轻重的作用，液压支架立柱是液压支架的主要承载部件，液压立柱中缸体、外缸内外表面受井下潮湿、高硫、高盐、复杂恶劣环境、导致其内表面出现腐蚀、划痕、损坏等缺陷并成为常态，严重影响着立柱的使用寿命。据统计，每年有超过2000架次左右的液压支架需要维修，提高油缸内外壁抗磨损及耐腐蚀性性能成为迫切问题。

1 目前煤矿机械设备现状

随着社会的进步，各种先进的科学技术更迭速度明显加快，就现阶段来看，煤机加工制造行业因受传统装备及技术的影响，部分配件如液压油缸等设备，难以适应煤矿严酷的自然环境，使企业的发展受到制约。因此，有必要采取一定的措施，提升现代化制造加工水平，增强企业的可持续发展能力，以提高资源的高效和循环利用为核心，以节能、节材、资源综合利用和发展循环经济为重点，促进企业高质量的可持续发展[1]。

在此背景下，近年大型支架企业在做抗磨损及耐腐蚀性内外壁制造技术的研究和推进工作，技术逐步趋于成熟，智能先进表面工程技术及再制造的研发和使用应用而生，使得零部件得到了重复利用及再制造。我公司引进内孔熔铜机等新设备，将油缸内壁深孔熔铜、外壁激光熔覆的叠加技术，深入开展，并研发适合本公司的自主生产加工技术[2]。

2 主要研究内容、目标、技术关键

2.1 主要研究内容

主要以液压支架立柱关键零部件的再制造，以内外壁防护层为研究对象、重点开展装备再制造领域的发展战略，表面工程和再制造工程，提高液压支架使用寿命为目标。通过总结分析现有支架再制造和修复技术的优点，吸纳国内支架修复的经验，深入开展研发自主生产加工技术。通过油缸内壁熔铜外壁熔覆技术，以高强度铜合金、激光熔覆陶瓷粉为填充材料，利用高温电弧、激光熔覆涂层与表面基体熔化的金属形成牢固的原子间结合与冶金结合，对油缸内外壁采用再制造手段恢复原尺寸[3]。

（1）掌握不同壁厚材料的热胀冷缩系数，制定工件在外圆激光熔覆、内壁熔铜相叠加技术前的尺寸加工预留量，并绘制产品的熔铜前的生产工艺附图，熔铜熔覆后的生产工艺附图。

（2）内壁熔铜涂层厚度。

（3）内壁熔铜的焊接参数的制定。

（4）激光外圆熔覆、内壁熔铜后工件二次加工工艺参数的确定。

通过以上参数的制定，在经过一系列多道工序精密加工，内外基准多次转换，同轴度,粗糙度达到图纸设计要求，满足油缸安全使用性能。

做相关的弯曲试验、室温冲击试验、耐腐蚀性的盐雾试验、熔覆层表面硬度HB，是否符合产品的设计要求。

图1 再制造前旧油缸内表面

图2 内壁熔铜再制造后成品表面

表1 再制造的形态及指标性能分析

2.2 研究目标

通过新技术实现旧缸的修复再制造达到重新利用，其次新油缸产品从源头上表面强化，提升内、外表面抗磨损及耐腐蚀性能。

（1）通过内壁熔铜和外壁激光熔覆的叠加再制造技术，可以将旧缸的内外缸壁得到修复达到重新利用。首先探伤评估缸体的损伤程度，确定缺陷位置以及机械性能影响程度，然后通过机械加工的方式去除油缸内壁缺陷及金属疲劳层，对油缸内壁采用熔铜再制造手段恢复尺寸。

（2）该项技术还可以将新产品从源头上达到表面强化，将新品油缸在制造过程中对需要强化区域预留熔铜量，再进行熔铜处理以及后续机械加工，不仅可以使油缸内壁的粗糙度和尺寸精度达到标准要求，而且还在新品油缸内壁形成铜合金强化层，使油缸内壁具备较好的抗磨损及耐腐蚀性能，达到新品表面强化、延长油缸的使用寿命。

内壁熔铜和外壁激光熔覆涂层的厚度、硬度、结合及外观质量等各项指标不低于MT313-92《液压支架立柱技术条件》的规定。

2.3 主要技术关键、加工技术路线

在油缸应用中涉及的系列关键技术：需要工程技术人员准确地掌握金属的热胀冷缩系数及加工基准，制定最佳的工艺参数与标准是本项目最大核心与技术难点。

旧油缸内壁熔铜修复工艺：在原来油缸工艺的基础上，根据熔覆层的厚度，粗镗时内孔尺寸加大，再将内孔熔覆上铜合金，精加工去除多余的熔覆层材料，最终达到尺寸，在加工过程中，内壁熔铜外圆熔覆后工件内外表面受热输入的影响，势必引起工件的圆度误差，形位误差，而油缸表面要求极高的精度公差，因此要求后续一系列多道工序精密加工，配合内外基准多次转换，工件内、外圆度公差范围控制在小于0.08mm以内，从而满足油缸制造精度要求。

工艺流程：油缸入库编号→毛坯清洗→毛坯检测→焊接装夹专用胎具、车出基准（保证内、外圆的同轴度）→镗内孔（去除疲劳层）→粗车内止口→内壁熔铜→精修基准→二次粗镗内孔→平端面→以内孔为基准校正架位→珩磨内孔→精车缸口→打磨→去毛刺→终检→包装打标识。

3 达到的技术水平，经济、社会效益及推广应用的前景

3.1 再制造后达到的技术水平

液压支架立柱通过内壁融铜外圆熔覆后，其熔覆层与立柱基本形成了牢固的冶金结合熔覆层，熔覆层组织致密、无气孔、有较好的耐腐蚀性、耐磨和抗冲击性。不仅防腐、耐磨及耐腐蚀性能指标远高于原缸体，强化了油缸内壁的表面性能，产品的综合机械强度得到保持甚至略高于原有数值，延长油缸的使用寿命。

3.2 经济效益

（1）液压支架油缸内壁耐磨、防腐蚀再制造熔铜工艺，在支架大修油缸时，可以修复缸径≥230mm各种型号的液压支架油缸内壁，可针对各种油缸快速制定修复和强化方案，恢复油缸的使用性能，解决了大修时油缸内壁报废的问题。其次内壁报废的油缸利用该工艺加工技术，可以省去油缸原材料采购备料、热处理、部分机加工加工阶段所需的时间、合理利用熔铜新工艺大大缩短了生产周期，为支架大修提供了工期保证，可以达到了制造周期短、修复快的效果，做到了产品大修的优质、高效。

（2）对于新品内壁熔铜油缸，新产品从源头生产制造过程就采用内壁熔铜技术。相比不做处理的油缸，使用寿命平均可延长3到5倍，很大程度上提高了液压支架立柱的使用寿命，延长了油缸检修周期。外圆熔覆内壁熔铜再制造叠加技术的性价比是比较高的，相对于其他修复技术，占有明显优势。

3.3 社会效益

环保方面的优势，该项叠加技术优于镀铬，杜绝镀铬过程中产生污染环境的废水和清洗废水。节能降耗方面的优势，再制造叠加技术不受修复厚度和修复次数的限制，缸体可以重复利用。

3.4 推广应用的前景

该技术可广泛用于液压支架立柱的修复再制造及表面强化，再制造后的立柱可以达到井下纯水液压支架的标准，对于改善地下水质污染环境保护具有重大意义。在性能、经济效益等方面具有明显优势，打造循环低碳产业链，形成创收、创效等综合效益多赢的新局面。