[发明专利]自动化高速电弧喷涂再制造发动机曲轴的工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种自动化高速电弧喷涂系统对斯太尔汽车发动机曲轴进行再制造的路径规划方法，属于热喷涂技术领域。

背景技术

随着汽车进入家庭步伐的加快，中国汽车产业迎来了前所未有的机遇，目前我国汽车保有量约4700万辆，而每年报废的汽车都在200万辆以上，所带来的环境问题也逐渐突出。因此如果对汽车零部件进行再制造，有节材、节能等巨大的社会效益，有利于汽车产业的可持续发展。曲轴是汽车发动机中价值最高的零件之一，重量约为发动机的10％，成本约为整机的10-20％，所以对曲轴进行再制造加工，提高其再用率对发展绿色循环经济有重要意义。发动机工作过程中由于磨损使得轴颈出现椭圆和锥度，严重时会出现轴颈划伤、沟痕，导致发动机不能正常工作。目前再制造修复曲轴的技术有堆焊、低温镀铁、电刷镀和电弧喷涂，但堆焊缺点是对曲轴热变形较大，造成曲轴各表面相互位置精度变化大，残余应力大，会降低曲轴抗疲劳强度。低温镀铁不足之处在于曲轴尺寸较大，需要很长的镀槽，需大量镀液，且用后镀液不易保存，因此单件镀铁成本较高，且曲轴不镀部分需先遮蔽，镀后去掉遮蔽，工艺复杂。电刷镀用于修复曲轴时镀层单边厚度不宜超过1mm，只适用于磨损量较小的轴颈。利用电弧喷涂技术再制造曲轴，具有基体升温低、不会使曲轴发生变形和组织相变，涂层厚度可控范围大，成本低等优点。但手工电弧喷涂技术作业环境差，需要人数多，涂层厚度均匀性差，因此在以前研究基础上，提出了机器人自动化高速电弧喷涂再制造发动机曲轴的方法，但不同的喷涂路径规划方式对再制造曲轴的生产效率和涂层性能有很大的影响。已有技术中，仅有论文自动化高速电弧喷涂技术再制造发动机曲轴提出过喷涂路径的设计方法，喷涂过程为喷枪始终垂直于喷涂轴颈表面，曲轴旋转一周完成一个轴颈的第一遍喷涂，喷枪和曲轴没有相对运动，但由于曲轴质量大，变位机工作效率额定，在喷涂过程中曲轴旋转速较低，因此这种喷枪位置固定，仅靠曲轴旋转完成喷涂的路径方式的缺点在于喷涂效率低，涂层容易过热等不足之处。因此，笔者设计了一种新的自动化再制造曲轴喷涂路径规划方式，大大提高了生产效率，改善了涂层的性能，可实现曲轴的大规模再制造生产，有极大的推广应用空间。

发明内容

本发明所提供的是一种利用自动化高速电弧喷涂系统对发动机磨损失效曲轴进行再制造的路径规划方法。自动化电弧喷涂再制造系统如附图1所示，此系统中机器人手臂夹持喷枪，曲轴固定在可以旋转的变位机上，通过中央控制系统对机器人的运动姿态和变位机的旋转实现联动。利用控制软件编程，规划喷涂路径。喷涂时喷枪与工件按照设定的路径自行完成喷涂作业。

提高电弧喷涂再制造发动机曲轴效率的方法，曲轴装夹在可以旋转的变位机上，离线模式下先在曲轴轴颈上选定一些关键点，将喷枪移动按顺序移动至这些关键点处，并调节好姿态，依次在控制器中记存喷枪在每一位置点的姿态和运动参数。编程结束后机器人便可按照设定的程序沿着关键点连成的轨迹运动，在工作状态下机器人便可调用已记存的路径和姿态完成曲轴的自动化喷涂作业；其特征包括以下过程：

喷涂过程中曲轴在变位机的夹持下以的速度旋转，曲轴轴颈两侧圆周方向上等分出关键点，同侧两关键点弧长距离为13～15mm，依次连接关键点，喷枪沿关键点连成的路径在轴颈表面以110～120mm/s的速度做直线运动，喷枪距轴颈表面的喷涂距离为150～180mm，喷枪运行到轴颈圆角处倾斜角度在50～70°范围内调整。

进一步，喷枪运行到轴颈圆角处倾斜角度为50°。

本发明的内容为设计了一种新型喷涂路径规划方法，将喷涂工艺参数与喷涂层的质量建立了对应关系，提高再制造曲轴的生产效率和涂层性能，解决了四个技术难点：

一是确定了喷涂射流在轴颈圆角处倾斜角度(如图2所示)，根据曲轴形状尺寸，确定出最佳喷涂角度θ为50°～70°，喷涂距离d为150～180mm。在这个范围内减小喷枪在轴颈圆角处的倾斜角度，增大喷涂距离对提高涂层在圆角处的结合强度有很大的意义。

二是确定了喷涂射流的偏移间距，确定规划路径过程中关键点的划分，保证涂层厚度均匀性高，表面平整。

在喷涂射流沉积丘的数学模型基础上，推导优化设计偏移间距的数学模型，方差值E(s)的大小评价涂层的厚度波动幅值，其值越小，涂层厚度均匀性越高。