1. 绪 论
1.1. 课题研究的背景
在环境与资源问题越来越引起人们和社会发展的重视下，再制造作为一门新兴产业获得了极大的发展。再制造技术以节省能源、节约资源、保护环境为特色，以多项关键技术作支撑，使产品得到了新的改造，延长了产品寿命，降低了产品全寿命周期的费用，创造出更多的利润，高度契合了我国构建循环经济和重点发展再制造工程的战略需求，成为实现节能减排以及经济循环可持续发展模式的重要途径之一[1-3]。国家发展和改革委员会为推动循环经济规模发展壮大，培育提升新的经济增长点，将会同相关部门编制《再制造产业发展规划》，明确“十二五”时期我国促进再制造产业健康发展的目标、重点任务及保障措施，加紧法律法规保障，推动工程机械、汽车零部件以及机床等产品的再制造[4]。
再制造技术的本质是修复，不是简简单单的维修[5]。它是针对已损坏或者将要报废的产品，在性能失效、寿命评估等分析基础上，运用多项先进制造技术对再制造工程进行设计，使经过再制造的产品质量和性能达到或超过新品[6]。美国著名的 Robert T．Lurid教授为再制造作出了如下定义：再制造就是将废弃产品按照一定的顺序拆解成各个零部件，经过清洗、检验、修复加工等多项工艺流程后，把各零部件进行重新装配、检测及调试，最终使产品性能得以恢复的过程[7]。中国工程院著名的设备维修表面专家徐滨士院士则通过机电产品对再制造工程进行了定义，他指出再制造是按照节省能源、降低污染、节约材料、提高产品综合性能的准则，以设计并延长机电产品全寿命周期为指导思想，以先进的表面工程技术、加工技术、模拟仿真技术以及规模化生产为手段，实现废弃机电产品的外形修复和内部性能改造升级等一系列措施或工程的总称[8]。
我国近年来矿产资源大量开发，废弃产品越来越多，其处理困难，容易造成环境污染，实施再制造工程成为处理与解决这些问题的必经之路。再制造技术充分利用废旧闲置资源，对产品拆解、清洗、分类、检测、再制造修复后进行重新装配、调试和检测，赋予其同新品一样的性能和质量，其所需的资源、时间以及能源的消耗和价格大大低于新产品的开发生产，具有广阔的研究和生产前景。
机床再制造技术涉面广泛，涵盖管理科学与工程、绿色制造技术、维修技术、表面工程技术、机床制造工艺技术、先进制造技术等多学科技术及研究成果[8,9]。近几年来，机床的再制造越来越受到了众多工业化发达国家的重视，如欧美等国的机床再制造产业体系已较完善，具有了一定规模和市场，成为再制造产业体系中的重要组成部分[10]。我国亦开始研究和探讨机床的再制造技术，并得到了相关部门和行业的大力倡导和支持，各种先进的机床再制造技术不断涌现。由于我国废旧机床设备量大面广，大力发展机床再制造产业便成为有效实现资源回收和循环再利用的重要手段，并起到节约资源及减少环境污染的作用，其经济、社会以及环境效益都很显著。然而就整体而言，我国的机床再制造水平还是比较落后，需要通过众多再制造研究人员和机床制造商等相关行业人才的共同努力和完善。
作为机床再制造技术中的一个重要组成部分，机床表面修复技术以目前先进的表面工程技术为依托，在机械装备零件的修复与再制造方面越来越发挥着关键性的作用。早在上世纪 80 年代，表面工程技术就已经成为全球十大关键技术之一，而本世纪发展更为迅速，涉及到工业生产中的众多领域，仍将是主导 21 世纪的主要关键技术之一[11]。在工业制造领域，机床及机械装备零件在长期的使用过程中，容易出现振动加剧、功耗变大、泄露严重等问题，究其原因，主要都是因为零件表面发生磨损、变形、氧化、刮伤、腐蚀、老化以及出现裂纹等原因造成的，因此，在再制造的过程中，利用表面工程技术将失效零件进行修复，使其得以“尺寸恢复和性能提升”，这不仅能使废弃零件恢复使用性能，而且达到了高效节能、节材环保的目的，从而真正意义上提高了废旧机床和零部件的再制造率。
机床的表面修复技术是一个实践性很强的技术，涉及到多学科的理论基础，如金属材料学、焊接学、电化学、应用力学、腐蚀及防护理论、摩擦学、热加工工艺等多种机械制造工艺理论。近几年来，以激光制造技术为理论基础、正扮演着科技创新尖兵角色的激光表面修复再制造技术不断崭露头角，并取得了很多先进成果，推进着我国表面修复技术与国际先进水平接轨，更是为表面修复技术注入了新鲜的血液。对于机床及其损坏的待修复件，其修复方法可以有好多种，如采用热喷涂技术、电刷镀技术、粘结粘涂技术或者激光熔覆技术等，这些技术各有优缺点，共同构成了机床表面修复的关键技术。本文以机床作为研究对象，详细介绍这些关键技术的基本情况，并采用先进的激光表面修复技术对已磨损的机床导轨进行再制造，恢复其原有尺寸并提高其使用性能，达到机床再制造的目的。
2. 再制造技术的理论研究
再制造技术作为先进制造技术的重要组成部分，是一门新兴的产业技术，同时也是维修技术的重要发展和提高。再制造技术充分运用各种表面工程技术和成型技术，是高效而又环保的绿色技术，具有重大的理论及实用价值。本章对再制造技术的理论进行展开研究，简析了再制造技术的基础知识，给出了表面修复再制造技术的分类及选择原则，基于模糊理论建立了表面修复再制造评价模型，并研究了表面修复再制造技术在机床修复中的实际应用。
3. 常用的机床修复关键技术
3.1. 电刷镀修复技术...............20
3.2. 热喷涂修复技术...............23
3.3. 表面粘接粘涂修复技术...............26
3.4. 激光熔覆修复技术...............29
3.5. 几种常用表面修复技术的对比...............33
3.6. 本章小结...............34
4. 机床导轨的表面激光熔覆修复技术
4.1. 常用的机床导轨表面修复技术...............35
4.2. 机床导轨激光熔覆修复方案...............36
4.3. 光纤激光修复成套设备介绍...............40
4.4. 机床导轨光纤激光熔覆步骤...............44
4.5. 机床导轨光纤激光熔覆数控参考程序...............46
4.6. 机床导轨光纤激光熔覆修复结果...............50
4.7. 本章小结...............51
5. 机床导轨激光熔覆修复技术的数值仿真
5.1. ANSYS 及 ANSYS/APDL 简介............... 52
5.2. 机床导轨激光熔覆温度场的数值模拟...............57
5.3. 工艺参数对机床导轨激光熔覆温度场的影响...............63
总结
本文在查阅国内外相关文献和资料的基础上，结合企业再制造生产实践，应用理论研究、实验分析、数值仿真相结合方法，对基于再制造理论的机床修复的关键技术进行了深入系统的研究，并采用激光熔覆修复技术对机床导轨磨损面进行了修复再制造，大大提高了机床导轨表面的硬度、耐磨耐蚀性等表面性能及使用寿命。取得的主要成果归纳如下：
（1）介绍了国内外再制造技术发展状况，对再制造技术理论知识进行了研究，阐述了表面修复再制造技术的基本情况，给出了表面修复技术的工艺分类及选择原则，基于模糊理论建立了表面修复再制造评价模型，指出表面修复再制造技术在机床修复中的应用情况，分析了机床机件的表面损伤失效状况，并阐述了机床修复再制造的原则及制定了其工艺流程。
（2）在对再制造技术进行理论研究的基础上，具体研究了几种常用的机床修复关键技术，对电刷镀修复技术、热喷涂修复技术、表面粘结粘涂修复技术和激光熔覆修复的原理、特点及工艺进行了详细探讨，通过研究可以看出，常用的几种表面修复技术各有优势，具体选择时应结合设备条件，根据工件损伤状况及企业等目标要求来确定使用哪一种，其工艺流程大致包括表面预处理、修复处理、表面后处理三大步，正确合理地制定修复工艺方案是实现修复再制造的重要步骤，同时对几种常用的表面修复技术进行了比较，指出激光熔覆修复技术作为一种新的先进表面修复技术优势更加显著。
（3）采用光纤激光加工机器人成套设备对机床导轨的损伤表面进行了激光熔覆修复，并取得了很好的修复效果。
参考文献:
[l] 徐滨士，刘世参，史佩京. 推进再制造工程管理，促进循环经济发展[J]. 管理学学报.2004,1(1):28-31.
[2] 徐滨士，朱胜，马世宁等. 装备再制造工程学科的建设与发展[J]. 中国表面工程.2003,16(3):1-6.
[3] 徐滨士，刘世参，王海斗. 大力发展再制造产业[J]. 求是. 2005,12:46-47.
[4] 发展再制造产业推动循环经济发展[J]. 中国资源综合利用. 2010,28(4):1
[5] 杨建军,吴沁,芮执元等. 基于再制造技术的新型装备——现场修复设备[J]. 机械研究与应用. 2008,21(6):137-139.
[6] 徐滨士,张伟. 现代制造科学之 21 世纪的再制造工程技术及理论研究[C]. 国家自然科学基金委员会机械学科前沿及优化领域研讨论文集.1999.
[7] Robert T Lurid. The Remanufacturing Industry：Hidden Giant. Boston, Boston University.Final report of Argonne National Laboratory study [M]. 1996.
[8] 徐滨士. 再制造工程基础及其应用[M]. 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2005.
[9] 刘飞,曹华军，张华.绿色制造的理论与技术[M] 北京:科学出版社, 2005.
[10] 李蒿松. 简析大型数控机床的再制造[J].制造技术与机床.2012.12 期:101-104.