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利用電鍍技術修復零件表面

2017-01-23 17:29:51 作者：本網整理來源：機械加工在線分享至：

    無論是軍用還是民用的機電裝備，在錯綜復雜的環境中運行，都不可避免的會遇到各種各樣的損傷。在自然運行條件下，摩擦損傷是最為常見的一種損傷形式。它實質上是指零件表面在互相接觸運動的狀態下，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，從而導致其失去正常效能的一種破壞現象。依據摩擦損傷的具體狀況和現象，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、表面損傷修復的基本途徑

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

    以電鍍技術為基礎的鍍層獲得方法，是修復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體為陽極，通過電解作用，在基體表面上獲得結合牢固的金屬膜的表面工程技術。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性能，如耐腐蝕性、裝飾性、耐磨性、釬焊性以及導電、磁、光學性能等，具有工藝設備簡單、操作方便、加工成本低、操作溫度低等特點，是表面工程技術中最常用的方法之一。

其工作原理如圖1所示。

電刷鍍技術，是在普通鍍槽電鍍技術的基礎上發展起來的一種新型表面工程技術。它采用專門研制的系列電刷鍍溶液、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上發生放電結晶，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數控車編程機床。該機床工作時出現如下狀況：

    （1）噪聲大；

    （2）用卡盤夾持毛坯進行車削加工時，出現較明顯顫動。鑒于以上現象，首先分析為主軸磨損或主軸配合軸承磨損或變形，決定對該機床進行拆卸，以便進一步觀察，做出維修處理。拆卸主軸箱各零件，通過觀察和測量后發現，除主軸發生摩擦損傷外，其他零件均無損傷失效現象。對于數控車床而言，主軸是一個簡單但受力很復雜的關鍵性零件。首先，主軸工作中要承受彎曲、扭轉等應力的綜合作用，要承受沖擊振動，旋轉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，因此導致其配合接觸面磨損嚴重。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生自然磨損。另外，在正常工作條件下，有時也由于受周圍環境溫度或介質的作用，使機件的金屬表面逐漸產生磨損，而這種自然磨損是不可避免的正常現象。

    出現磨損后的工作面，不可能達到絕對的平整光滑，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，其實際接觸面積將遠遠小于其名義接觸面積，這表明實際接觸面積僅為局部的點接觸。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生相互嚙合（嵌入）的現象。而且由于實際接觸面積小，所以在接觸緊密的地方，其接觸應力（或稱壓強）就非常大，使受力面的受力方向更加復雜，磨損的速度加快。隨著磨損的加重，主軸轉動時伴隨較明顯振顫，較長的工作時間和較大的工作量，導致磨痕逐漸加深，振顫更加嚴重，表現在噪聲大，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嚴重磨損（如圖5所示）。推測配合軸頸尺寸應該為Φ45h6，上偏差為0，下偏差為-0.016 mm。一般情況下，當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，就應對其進行修復。而上述指標的平均超差達0.015～0.025 mm，并且其工作性能惡化，轉動時有較嚴重振顫，影響正常工作使用，需要進行及時修復。

    三、磨損主軸的修復過程

    機床主軸出現的上述損傷，有多種修復方案可供選擇，如電鍍、電刷鍍后進行磨削加工等。但根據數種修復方案的比較，結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，再經磨削加工到原有尺寸，并達到要求公差的方案。實踐證明，修復效果很好。

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

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

    （3）對主軸鍍鉻，然后進行除氫、磷化和二次除氫處理；

    （4）將主軸磨至尺寸準45.026 mm；

    （5）再次進行低溫去應力回火處理；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。由于對主軸進行電鍍后磨損面的尺寸變為準45.026 mm，所以要鍍后進行磨削加工，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）對裝夾主軸進行反復校正，確保消除回轉跳動和端面跳動；

    （3）磨削加工至合理尺寸。

    磨削加工后，測量修復后的主軸受損外圓面尺寸為準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。所以磨削加工達到軸承配合公差要求。最后將主軸進行裝配，并對機床進行清理，通電。對修復后的主軸進行較正，結果符合要求。用該機床低速車削一個毛坯后，沒有發生前文提到的現象，修復效果良好。

    四、結束語

    裝備在運行過程中的損傷，是不可避免的，通過有效的技術手段和合理的工藝過程，使損傷得以修復，使其戰斗力或生產力得以恢復，具有非常重要的軍事價值和現實意義。在國外，發達國家都非常重視維修技術的發展，并設有專職的維修管理機構。我國機械設備維修研究和應用，直到上世紀70年代初才進入到一個較快的發展時期。

    利用電鍍技術修復零件表面，恢復零件的使用功能，是機械維修方法中較為經濟而且非常有效的手段之一，必將在機械維修與再制造領域得到快速發展與普及，并逐步實現鍍層尺寸的可控性、電（刷）鍍專用機床的自動化、電鍍技術與其他表面工程技術（特別是高能束流加工技術，如激光束、離子束等）的復合等，讓這種表面工程更加具有現實意義以及實用價值。