摘 要

随着船舶行业的不断发展，我们对船舶轴系的质量有了更高的要求，如何保证轴系更长时间的安全使用已经成为了我们关注的要点。本文以船舶轴系典型零件尾轴的再制造为例进行了研究。

首先，介绍了再制造技术的发展现状以及表面工程技术的发展状况。针对船舶轴系的失效现象进行了分析，并解释了失效原因。

然后，介绍了船舶尾轴再制造的工艺制定，针对尾轴修复时所采用的热喷涂技术就行了简单的介绍，以及对尾轴耐磨涂层的制.备方.法和涂.层材.料的选.择、涂.层厚.度的确定、热.喷.涂的主要工.艺过.程及涂层加.工等有关技术问题的介绍。

最后，结合现况，对表面技术在船舶轴系中的应用进行了总结。

关键词：再制造；表面技术；船舶尾轴；涂层设计

Abstract

With the continuous development of the ship industry, we have higher requirements for the quality of the ship shaft system, and how to ensure the safe use of shafting for a longer time has become the focus of our attention. In this paper, the remanufacturing of typical shaft parts of ship shafting is studied.

First of all, the development of remanufacturing technology and the development of surface engineering technology are introduced. The failure phenomenon of ship shafting is analyzed, and the cause of failure is explained.

Then, introduces the technology of ship shaft remanufacturing formulation used for shaft repair of thermal spraying technology is a simple introduction, the relevant technical problems and the shaft wear resistance coating preparation method and coating materials, coating thickness, thermal spraying process and coating process the introduction.

Finally, the application of surface technology in ship shafting is summarized.

Key words: remanufacturing; surface technology; ship stern; coating design

目录

第1章 绪论 1

1.1课题提出的背景 1

1.2 再制造技术 1

1.2.1国外再制造工程研究和应用现状 2

1.2.2我国再制造工程的研究和应用现状 3

1.3表面工程技术 4

1.3.1表面技术的发展目的及运用 4

1.3.2常见表面工程简介 5

第2章 船舶轴系零件的主要失效机理分析 6

2.1轴系的失效现象 6

2.2轴系零件的失效原因 7

第3章 船舶轴系典型零件再制造工艺的制定 7

3.1待修复尾轴介绍 7

3.2再制造工艺流程 9

3.3热喷涂方法的选择 9

第4章 船舶轴系零件耐磨涂层设计 10

4.1涂层材料的选择 10

4.2底层材料的选择 11

4.3涂层厚度的确定 12

第5章 船舶轴系零件涂层制备工艺制定 13

5.1表面预处理 13

5.2喷涂 13

5.3涂层后处理 13

第6章 船舶轴系零件涂层加工方法及切削参数的选择 14

6.1涂层的机械加工方法 14

6.2车削加工 15

6.2.1刀具的选择 15

6.2.2切削参数的选择 15

第7章 结论 15

参考文献 16

致谢 17

第1章 绪论

1.1课题提出的背景

为了最大水平满足现代工业发展的需求，使机械零件能在恶劣的工况下正常的工作, 我们对零件的表面性能的需求越来越高。比如柴油机的曲轴在扭转、弯曲等交变载荷的作用下工作，它的表面层会受到较高的应力作用，曲轴的轴颈在和轴承的相对运动下，也会受到比较大的摩损和磨擦，这样就要求零件的表面要具备高硬度和强度、较好的耐磨性以及较高的抗疲.劳强度同时零.件的心部在保.持一定的强.度、硬.度的还要具有足.够的韧.性。采取现代表面技术能够赋.予材.料表面特殊的成份、组织结.构和性能，使零部.件的表面具.备耐磨.损、耐腐.蚀和耐高.温等优.秀的性.能，以使.由同一种材.料制造出的零.件能够同时具有表.面和心.部两种不同的性.能；这样我们不但满.足了生.产上的特殊需要，而且也扩大了材料使用范.围，在一.定程.度上降低了成本，提高了经.济性。除此之外，有些表面技术还可以用于零件的修.复。所以，表.面技.术在现代工业中的应用越来越广.泛，已经成为了材料科学和工程中一个非常重要的领域^[1]。表面工程技术在船舶轴系零件的制造中具有非常重要的作用，用来改变轴系零件的表.面状.态、化.学成分、组.织结.构或形成特.殊覆层，使轴的表面具有耐高.温、耐高.压、耐腐.蚀和耐磨.损的特殊性.能，以达到适应船舶轴系特殊工作环境的目的。

1.2 再制造技术

再制.造工程是机.械工.程学、装.备工.程学、材.料工程学，表.面工程学、维.修工程学以及环.境保护等多种学.科的交叉学科^[2]，是解决资.源浪费、环.境污染和恢复废.旧设备性.能的最.佳方法和途.径之一，也是符.合国家可持.续发展战.略的一项绿.色系统工程。再.制造工.程是一个以产.品全寿命周期理论为指.导，以实.现废旧产品性.能为目标，以优.质、高效、节.能、节材、环.保为准则，以先.进技术和产业.化生产为手段进.行修复、改造废旧产.品的一系.列技术措.施或工程活.动的总称。再制造.后的产品质量和性.能不低于新.品，有些还超过新品，再制造可节.能60%，节.材70%，大气污.染物排放量降.80%以上，对环.境的不良影.响显著降.低，有力的促.进了资.源节约型、环.境友好型社会的建设。再制.造产品的质.量控制是再制.造工程的核.心，再制.造成型技术和表.面技术是再.制造工程的两大关.键技术。“再制.造是先进制.造技术21世.纪发展的一个重.要组成部.分和发展方.向，并已成为一种极.具潜.力的新.型产业。”再制.造工程主要包.括：(1)再制.造加工——把有剩.余寿命的废旧零部.件作为再制.造毛坯，采用快.速成形技.术、先进表面技.术、修.复热处.理等加工技.术，使其迅速恢.复或超过原技.术性能和应用价.值的工艺过.程。(2)过时产.品的性.能升级——针对技.术性能落.后、经.济性变差的产.品，或是不.符合可持.续发展要求的产.品，通过技术改.造、更新，特别是通.过引进新材..料、新技. .术、新工艺等，以提高产.品的技术性.能、延长产.品的使用寿.命、减少环境污.染、节约能.源和资源的技术提.升。废旧产.品的再制.造是通过各.种高新技.术来实现的，在这些再制.造技术中有很.多是及时吸收最新科.学技术成果的关.键技术，如先.进表面技.术、再制.造毛坯快速成形技.术、纳米涂层及纳.米减摩自修复材.料和技术、修复热.处理技.术、应急快.速维修技.术、过时产.品的性能升.级技术等。与传统制.造系统相比.较，再制造领.域存在着许多特.殊的不健.全或未解..决的技.术，包括毛. .坯再制.造.成型技术、工艺时变.性、寿命正.确评估、综.合诊.断等。寻求从传统的制.造系统转化成一个制.造、再制.造的集成系.统的方法，变常规的制.造方法为更为柔.性的工.艺方法等应是今后再制.造技术的重.要发展方向。

1.2.1国外再制造工程研究和应用现状

发达国家的制造业起步比较早，发展状况也比较成熟，他们很.早就注.意到了经.济发展、产.品制造和资.源、能.源、环.境之间的矛.盾，废旧的产.品难以处.理以及对环境的污.染很大的问题引起了足够的重.视，再制.造是发达国家很早就提出.来的，并将再制.造应用于实.际生.产。1984年美国“技.术评.论”提.倡旧品翻.新或再生，并称为“再.制造”，美国波士顿大学的Robert T.L教授将1996年撰写了美.国最早的有关再制.造业发.展情况的研.究报告，也就是是《The Remanufacturing Industy-Hidden Giant》。根.据数据显.示，1996年美国专.业化再制.造企业年销.售总额达到了500多亿美.元，其雇佣的员工将近50万人。著.名的发动.机公司康明斯也同样重.视发动机再制.造生产，他们采用机.械加工方法对废旧的曲.轴、连杆等零部件进行尺寸修.理，获得了良.好的经济效.益^[2]。在日.本已提出了“再生.工厂技术”的概.念，再制.造所需能源仅.仅约为制.造新.品的20％～60％，而且价.格却只有新..品的40％～60％，俄罗斯学者班内赫院士在1992年向国际热处.理联合.会(IFHT)提出了设立“修复热处.理技术委.员会”的想法。美国曾对钢.铁材料的废.旧产品进行再生.产的环境效益分..析，其中能够节.约能.源47％～74％，减少大气污.染86％，减少水污.染76％，减少固体废.物97％，节约用水量40％。 汽车零部件的再制..造是研.究最早的领域，并已经形.成了规.模相当大的产.业。在美国，SAE已.经对一些具.体零部.件(如启动器线.圈、转子、离合.器、发.动机，转向.器、水泵、变速箱等)的再.制.造制定了标准^[3]。此外，美国的许多大.学正在进行再制.造技术研.究和教学。1993年，美国福.特、通用、克.莱斯勒等大汽.车公司联合在密西根.建立汽车拆.卸中心，专门研.究开发汽车零部.件的拆.卸、再制.造和再循环利.用。拥有世.界1／10汽车的日.本，对每年报.废的500万辆以上汽.车的部.分通过再制造恢.复了原有功.能，实现了再循.环，延长了汽车的使用寿..命，降低了成.本。2000年2月.初，欧.盟委.员会通过了一项新规.定，规定未来所.有欧盟的汽.车用户，将享受免.费旧车回收。国际商.用机器公司等计.算机公司正在回.收旧机.器的芯片。朗讯.科技公司等通.讯设备公司正在制.造开关装.置。莱克斯马.克国际公司，正在试.验在其自制打.印机上使用再制.造部件。惠.普公司提出了名为“地球伙.伴计划”的全球环保硒.鼓回收计.划，可将硒鼓重.量90％重新利.用。富士施.乐公司在日本全国建.立了50个废弃旧复.印机回收.点，旧的复.印机被分解拆.卸后，按质.量情况将零部.件实行数.据化管理，对零.件进行再加工处.理后循环再利.用，并开发了预.测废弃复.印机的回.收数据、管.理零部件质..量的计算.机软件，使循.环再利用复印.机同新复.印机相媲.美。

美欧日等国家的再.制造由于起.步比较早，至今已发展了几.十年，在废旧产品及零部.件回收、产品再制.造质量控制及再.制造产品销.售等方面形.成了完整的产业体.系，建立了比较完.善的再制.造标准及法.律、法规，保障废.旧产品回收、修.复等活动依.法有序进行，严格规.定再制造的产.品质量必须和新.品的质量保持一.直。在废旧产.品的再制.造加工过.程中，欧美等发.达国家主.要采用以“换.件和尺寸修理”为核.心的再制.造方法，同时对部.分仍然具有试.用价值但不需.要修复的零部.件直接进行再次使.用。总体上存在再制.造技术先进性不.强、废旧零部件利用率.低、再制.造产品性能难以提升等问.题。随着经.济技术的快.速发展和可持续发展压.力的增.大，欧美等过在换.件法和尺.寸修理法的基.础上也开始研.究先进的表.面工程技术在再制.造上的应.用，来进一步提.高废旧产.品的利用.率和再制造的效.益。

1.2.2我国再制造工程的研究和应用现状

和发.达国家比起来，我.国再制.造起步较.晚，但是发展迅.速。1999年，我国工程院徐滨士院士首先提出了“再制造”的概念。2003年，我国正式建成了第一家再制.造国家级重点实验.室并投入了使.用。2005年，我国政.府颁布的国务院21、22号文件指.出支持废旧机电产..品的再制造，从政府层. .面加快推.进废旧机.电产.品再制. .造的研究和发.展。2008年，为促..进再制造在汽.车领域的进一步发.展和应用，国家发.改委公布了第.一批14家汽.车零部件再制.造的试点企.业。2011年，14家汽车再.制造企业的再.制造零部件发.展状况良好，产值初具规.模，达到了25亿元。目前，国内有许.多单位比如全.军装备维.修表面工.程研.究中心、西安交.通大学等使用表.面工程技.术进行设.备零部件的再.制造研究和应.用，例如：全.军装备维.修表面工程研.究中心承.担的机床数.控化再制.造技术研.究目前通.过鉴定、装甲兵工.程学院、空军第一研.究所、空军工.程大学和海军工.程大学对装甲车.辆、军用飞.机、舰艇的延.寿作了大量的试.验和研究工作；在装甲兵工程.学院建立再.制造工程技.术国防科技重.点实验.室等。再制造工.程的研究应.用已经受到了我国政.府有关部.门的重视，并将其列.入“十五”先进制.造技术发展前.瞻和国家自.然科学基金.会机械学.科的优先发展领.域。国家自然科.学基金会机.械学科已将再.制造设.计和成.形技术基础列为“十五”重点资.助领域。但再制.造工程在我国的研.究应用尚处于起.步阶段，项目主要集.中在再制.造单项技术的研.究和以概念与结.构框架为主的研.究上，很少深.入到再制.造的生.产实践中去，远没有形成产.业化。另外，由于我.国对再制.造的研究开展较.晚，还有许多问题需.要探.讨，除再制造设.计，再制造技.术外，还包括市.场运作方面的许多问.题及法律、法规、标准的配.套等问题^[4]。