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利用電鍍技術(shù)修復(fù)零件表面

2017-01-23 17:29:51 作者：本網(wǎng)整理來源：機(jī)械加工在線分享至：

    無論是軍用還是民用的機(jī)電裝備，在錯綜復(fù)雜的環(huán)境中運(yùn)行，都不可避免的會遇到各種各樣的損傷。在自然運(yùn)行條件下，摩擦損傷是最為常見的一種損傷形式。它實(shí)質(zhì)上是指零件表面在互相接觸運(yùn)動的狀態(tài)下，由于摩擦等因素引起金屬小顆粒逐漸從表面脫落，并造成零件表面材料不斷流失，從而導(dǎo) 致其失去正常效能的一種破壞現(xiàn)象。依據(jù)摩擦損傷的具體狀況和現(xiàn)象，又可將其分為粘著磨損、磨料磨損、接觸疲勞磨損、腐蝕磨損、微動磨損、高溫氧化磨損以及沖蝕磨損等形式。對于這一類失效零件，可以考慮在磨損零件表面鍍上一層耐磨合金，恢復(fù)零件的尺寸精度和幾何形狀精度，使零件獲得第二次甚至第三次生命。

    一、表面損傷修復(fù)的基本途徑

    一般來講，零件表面損傷修復(fù)的基本途徑，主要分為兩個階段：一是零件受損表面的修復(fù)，二是受損表面尺寸和幾何形狀精度的修復(fù)。

    以電鍍技術(shù)為基礎(chǔ)的鍍層獲得方法，是修復(fù)零件表面最為有效的手段。電鍍是指在含有欲鍍金屬的鹽類溶液中，在直流電的作用下，以被鍍基體金屬為陰極，以欲鍍金屬或其他惰性導(dǎo)體為陽極，通過電解作用，在基體表面上獲得結(jié)合牢固的金屬膜的表面工程技術(shù)。電鍍能夠改善基體材料的外觀，賦予材料表面的各種物理化學(xué)性能，如耐腐蝕性、裝飾性、耐磨性、釬焊性以及導(dǎo)電、磁、光學(xué)性能等，具有工藝設(shè)備簡單、操作方便、加工成本低、操作溫度低等特點(diǎn)，是表面工程技術(shù)中最常用的方法之一。

其工作原理如圖1所示。

電刷鍍技術(shù)，是在普通鍍槽電鍍技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型表面工程技術(shù)。它采用專門研制的系列電刷鍍?nèi)?液、各種形式的鍍筆和陽極，以及專用的直流電源，依靠包裹著的浸滿溶液的陽極鍍筆，在接陰極工件表面擦拭，使得溶液中的金屬離子在零件表面與陽極接觸的各點(diǎn)上發(fā)生放電結(jié) 晶，從而獲得鍍層的表面加工方法。

其工作原理如圖2所示。

二、磨損主軸的損傷分析

圖3為待修的KD-805數(shù)控車編程機(jī)床。該機(jī)床工作時出現(xiàn)如下狀況：

    （1）噪聲大；

    （2）用卡盤夾持毛坯進(jìn)行車削加工時，出現(xiàn)較明顯顫動。鑒于以上現(xiàn)象，首先分析為主軸磨損或主軸配合軸承磨損或變形，決定對該機(jī)床進(jìn)行拆卸，以便進(jìn)一步觀察，做出維修處理。拆卸主軸箱各零件，通過觀察和測量后發(fā)現(xiàn)，除主軸發(fā)生摩擦損傷外，其他零件均無損傷失效現(xiàn)象。對于數(shù)控車床而言，主軸是一個簡單但受力很復(fù)雜的關(guān)鍵性零件。首先，主軸工作中要承受彎曲、扭轉(zhuǎn)等應(yīng)力的綜合作用，要承受沖擊振動，旋轉(zhuǎn)摩擦副還要承受不斷的摩擦作用，并且主軸與軸承和皮帶輪配合的軸頸尺寸偏小，因此導(dǎo)致其配合接觸面磨損嚴(yán) 重。其次，由于主軸與軸承配合為過盈配合，其配合表面不斷受到摩擦力的作用，所以在使用過程中發(fā)生自然磨損。另外，在正常工作條件下，有時也由于受周圍環(huán)境溫度或介質(zhì)的作用，使機(jī)件的金屬表面逐漸產(chǎn)生磨損，而這種自然磨損是不可避免的正常現(xiàn)象。

    出現(xiàn)磨損后的工作面，不可能達(dá)到絕對的平整光滑，而是存在一些微觀凸凹，所以軸與軸承的工作面互相接觸時，其實(shí) 際接觸面積將遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其名義接觸面積，這表明實(shí)際接觸面積僅為局部的點(diǎn)接觸。由于上述原因，兩表面相互接觸時，其微觀凸凹不平的地方必然會產(chǎn)生相互嚙合（嵌入）的現(xiàn)象。而且由于實(shí)際接觸面積小，所以在接觸緊密的地方，其接觸應(yīng)力（或稱壓強(qiáng)）就非常大，使受力面的受力方向更加復(fù)雜，磨損的速度加快。隨著磨損的加重，主軸轉(zhuǎn)動時伴隨較明顯振顫，較長的工作時間和較大的工作量，導(dǎo)致磨痕逐漸加深，振顫更加嚴(yán)重，表現(xiàn)在噪聲大，加工出的零件偏差滿足不了制造要求，影響了正常的使用。

    圖4為用Solid Works 2006建模生成的該主軸零件圖。主軸材質(zhì)為45號鋼，總長274 mm，與軸承配合面直徑為45 mm。因長期使用，連接皮帶端與軸承配合的工作面出現(xiàn)嚴(yán)重磨損（如圖5所示）。推測配合軸頸尺寸應(yīng)該為Φ45h6，上偏差為0，下偏差為-0.016 mm。一般情況下，當(dāng)主軸的軸頸不圓度或不柱度大于0.0125 mm，直徑超差0.013～0.015 mm時，就應(yīng)對其進(jìn)行修復(fù)。而上述指標(biāo)的平均超差達(dá)0.015～0.025 mm，并且其工作性能惡化，轉(zhuǎn)動時有較嚴(yán)重振顫，影響正常工作使用，需要進(jìn)行及時修復(fù)。

    三、磨損主軸的修復(fù)過程

    機(jī)床主軸出現(xiàn)的上述損傷，有多種修復(fù)方案可供選擇，如電鍍、電刷鍍后進(jìn)行磨削加工等。但根據(jù)數(shù)種修復(fù)方案的比較，結(jié)合本單位的維修條件，最后選擇通過電鍍工藝接近并超過原來尺寸，再經(jīng)磨削加工到原有尺寸，并達(dá)到要求公差的方案。實(shí)踐證明，修復(fù)效果很好。

    維修工藝流程制定及維修操作分為電鍍和磨削兩個步驟進(jìn)行。

    1、主軸的電鍍工藝

    主軸的電鍍工藝流程及操作過程如下：

    （1）對主軸進(jìn)行退鉻處理，然后進(jìn)行修磨，處理后最小尺寸準(zhǔn)44.8 mm；

    （2）對主軸進(jìn)行低溫去應(yīng)力回火處理，回火溫度190±10 ℃≥4h；

    （3）對主軸鍍鉻，然后進(jìn)行除氫、磷化和二次除氫處理；

    （4）將主軸磨至尺寸準(zhǔn)45.026 mm；

    （5）再次進(jìn)行低溫去應(yīng)力回火處理；回火溫度（190± 10）℃≥4h。

    2、主軸電鍍后的磨削工藝

    電鍍后的主軸表面如圖6所示。由于對主軸進(jìn)行電鍍后磨損面的尺寸變?yōu)闇?zhǔn)45.026 mm，所以要鍍后進(jìn)行磨削加工，以保證其尺寸滿足要求，與軸承配合良好。

    電鍍后，對主軸進(jìn)行磨削加工，其操作過程如下：

    （1）用雙頂尖裝夾，將主軸裝夾在磨床上；

    （2）對裝夾主軸進(jìn)行反復(fù)校正，確保消除回轉(zhuǎn)跳動和端面跳動；

    （3）磨削加工至合理尺寸。

    磨削加工后，測量修復(fù)后的主軸受損外圓面尺寸為準(zhǔn)44.985 mm，而上文提到的該軸軸徑的偏差范圍是：上偏差為 0，下偏差為-0.016mm。所以磨削加工達(dá)到軸承配合公差要求。最后將主軸進(jìn)行裝配，并對機(jī)床進(jìn)行清理，通電。對修復(fù)后的主軸進(jìn)行較正，結(jié)果符合要求。用該機(jī)床低速車削一個毛坯后，沒有發(fā)生前文提到的現(xiàn)象，修復(fù)效果良好。

    四、結(jié)束語

    裝備在運(yùn)行過程中的損傷，是不可避免的，通過有效的技術(shù)手段和合理的工藝過程，使損傷得以修復(fù)，使其戰(zhàn)斗力或生產(chǎn)力得以恢復(fù)，具有非常重要的軍事價值和現(xiàn)實(shí)意義。在國外，發(fā)達(dá)國家都非常重視維修技術(shù)的發(fā)展，并設(shè)有專職的維修管理機(jī)構(gòu)。我國機(jī)械設(shè)備維修研究和應(yīng)用，直到上世紀(jì)70年代初才進(jìn)入到一個較快的發(fā)展時期。

    利用電鍍技術(shù)修復(fù)零件表面，恢復(fù)零件的使用功能，是機(jī) 械維修方法中較為經(jīng)濟(jì)而且非常有效的手段之一，必將在機(jī)械維修與再制造領(lǐng)域得到快速發(fā)展與普及，并逐步實(shí)現(xiàn)鍍層尺寸的可控性、電（刷）鍍專用機(jī)床的自動化、電鍍技術(shù)與其他表面工程技術(shù)（特別是高能束流加工技術(shù)，如激光束、離子束等）的復(fù) 合等，讓這種表面工程更加具有現(xiàn)實(shí)意義以及實(shí)用價值。