車輪踏面長期與鐵軌硬性接觸磨損，導(dǎo)致全國庫存很多受損車輪待修復(fù)，目前無其他方式能有效的解決。本項(xiàng)目主要針對車輪踏面磨損問題，在去年的小功率修復(fù)過程中得到的結(jié)果進(jìn)行改進(jìn)，嘗試使用萬瓦級激光器對車輪踏面進(jìn)行沉積成型。

二、項(xiàng)目技術(shù)領(lǐng)先性或創(chuàng)新性分析

采用激光為熱源直接沉積金屬粉末的方式在國內(nèi)興起時(shí)間較晚，激光為熱源優(yōu)勢主要為精確可控，熱輸入集中熱影響區(qū)極小等優(yōu)勢。激光可將基材直接融化形成熔池，再保證同軸送粉，粉末進(jìn)入熔池之后直接與基材形成冶金結(jié)合，結(jié)合強(qiáng)度超過鑄造水平達(dá)到鍛造水平。同時(shí)，沉積部分與基材具有相同的成分和金相結(jié)構(gòu)。

公司自主設(shè)計(jì)的工裝夾具可使車輪平穩(wěn)的與轉(zhuǎn)臺(tái)保持同心旋轉(zhuǎn)，同時(shí)側(cè)向力被固定軸反向抵消，兩個(gè)支撐輪可分擔(dān)車輪與軸的重量使得轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)不受加持物力矩的影響，保證了轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)的平穩(wěn)可控。

通過PLC同時(shí)控制激光器、送粉器和轉(zhuǎn)臺(tái)，可使所有對熔覆效果有影響的因素同步控制，保證了熔覆的起始與終止不受影響，保證了熔覆層整體的質(zhì)量。

通過profibus現(xiàn)場總線將機(jī)器人與激光器連接通信，路由器將機(jī)器人控制器、激光器以及現(xiàn)場電腦監(jiān)控各設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，保證了熔覆過程的實(shí)時(shí)可控。

通過CAAM視覺反饋系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控熔覆時(shí)的車輪踏面，熔覆效果可通過CAAM視覺軟件直接監(jiān)控。

采用faro掃描臂將熔覆完以及機(jī)加完的車輪踏面與尺寸圖對比，出具對比報(bào)告，保證最終尺寸滿足要求。

三、 關(guān)鍵技術(shù)及指標(biāo)

1.   項(xiàng)目關(guān)鍵技術(shù)

（1）作為修復(fù)材料的鐵基合金粉末選擇：合金粉末的選擇決定了熔覆層的性能，以及與基材的結(jié)合強(qiáng)度。我們采用了很多粉末做了大量實(shí)驗(yàn)，最后得出現(xiàn)在使用的鐵基合金粉末最適用。

（2）工裝夾具的設(shè)計(jì)：車輪直徑很大且很重，修復(fù)磨損踏面需要將車輪加在轉(zhuǎn)臺(tái)上旋轉(zhuǎn)修復(fù)。工裝夾具的設(shè)計(jì)是整個(gè)修復(fù)過程中的難點(diǎn)，目前我們針對該類車輪設(shè)計(jì)的一整套設(shè)備已經(jīng)成功用于車輪修復(fù)中，主要包含轉(zhuǎn)臺(tái)，支撐架以及一根自主設(shè)計(jì)的旋轉(zhuǎn)軸，目前該套設(shè)備已經(jīng)成功專利。

（3修復(fù)過程使用faro掃描踏面確定機(jī)器人行走路徑，PLC同時(shí)控制激光器、送粉器和轉(zhuǎn)臺(tái)，實(shí)現(xiàn)邊轉(zhuǎn)邊送粉熔覆。

（4）修復(fù)完成后的機(jī)加也是此項(xiàng)目中的難點(diǎn)，由于車輪踏面為特定要求的弧面，機(jī)加床也難以滿足車輪直徑要求。我們采用faro掃描臂邊車邊掃描的方式解決。

2. 主要技術(shù)指標(biāo)

（1）滿足QCC34-001-2012《車輪技術(shù)規(guī)范》和對應(yīng)車輪設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)用的標(biāo)準(zhǔn)（TB2817-1997、AAR M-107/M-208-2009、ISO 1005-4-1986、JIS E 5402等）。

（2）熔覆厚度達(dá)20mm以上。

（3）熔覆層金相組織和無損檢測滿足TB/T 2078-1996標(biāo)準(zhǔn)。

（4）按照一定踏面形狀加工后踏面下30mm的布氏硬度。

四、項(xiàng)目完成后的效益預(yù)測

全國鐵路貨運(yùn)以及高速列車每年庫存數(shù)以萬計(jì)的磨損車輪，如若能通過激光修復(fù)的方式解決此類問題并通過鐵道部認(rèn)可，初期效益可達(dá)百萬級別，后期建立生產(chǎn)線后，效益可達(dá)億級別。