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利用电镀技术修复零件表面

来源:转载 作者:hongda 日期:2/18/2017 浏览次数:274
 
 

  无论是军用还是民用的机电装备,在错综复杂的环境中 运行,都不可避免的会遇到各种各样的损伤。在自然运行条件 下,摩擦损伤是最为常见的一种损伤形式。它实质上是指零件 表面在互相接触运动的状态下,由于摩擦等因素引起金属小 颗粒逐渐从表面脱落,并造成零件表面材料不断流失,从而导 致其失去正常效能的一种破坏现象。依据摩擦损伤的具体状 况和现象,又可将其分为粘着磨损、磨料磨损、接触疲劳磨损、 腐蚀磨损、微动磨损、高温氧化磨损以及冲蚀磨损等形式。对 于这一类失效零件,可以考虑在磨损零件表面镀上一层耐磨 合金,恢复零件的尺寸精度和几何形状精度,使零件获得第二 次甚至第三次生命。

  一、表面损伤修复的基本途径

  一般来讲,零件表面损伤修复的基本途径,主要分为两个 阶段:一是零件受损表面的修复,二是受损表面尺寸和几何形 状精度的修复。

  以电镀技术为基础的镀层获得方法,是修复零件表面最 为有效的手段。电镀是指在含有欲镀金属的盐类溶液中,在直 流电的作用下,以被镀基体金属为阴极,以欲镀金属或其他惰 性导体为阳极,通过电解作用,在基体表面上获得结合牢固的 金属膜的表面工程技术。电镀能够改善基体材料的外观,赋予 材料表面的各种物理化学性能,如耐腐蚀性、装饰性、耐磨性、 钎焊性以及导电、磁、光学性能等,具有工艺设备简单、操作方 便、加工成本低、操作温度低等特点,是表面工程技术中最常 用的方法之一。

  

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  其工作原理如图1所示。

  电刷镀技术,是在普通镀槽电镀技术的基础上发展起来 的一种新型表面工程技术。它采用专门研制的系列电刷镀溶 液、各种形式的镀笔和阳极,以及专用的直流电源,依靠包裹 着的浸满溶液的阳极镀笔,在接阴极工件表面擦拭,使得溶液 中的金属离子在零件表面与阳极接触的各点上发生放电结 晶,从而获得镀层的表面加工方法。

  

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  其工作原理如图2所示。

  二、磨损主轴的损伤分析

  

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  图3为待修的KD-805数控车编程机床。该机床工作时 出现如下状况:

  (1)噪声大;

  (2)用卡盘夹持毛坯进行车削加工时,出现较明显颤动。 鉴于以上现象,首先分析为主轴磨损或主轴配合轴承磨 损或变形,决定对该机床进行拆卸,以便进一步观察,做出维 修处理。拆卸主轴箱各零件,通过观察和测量后发现,除主轴 发生摩擦损伤外,其他零件均无损伤失效现象。对于数控车床 而言,主轴是一个简单但受力很复杂的关键性零件。首先,主 轴工作中要承受弯曲、扭转等应力的综合作用,要承受冲击振 动,旋转摩擦副还要承受不断的摩擦作用,并且主轴与轴承和 皮带轮配合的轴颈尺寸偏小,因此导致其配合接触面磨损严 重。其次,由于主轴与轴承配合为过盈配合,其配合表面不断 受到摩擦力的作用,所以在使用过程中发生自然磨损。另外, 在正常工作条件下,有时也由于受周围环境温度或介质的作 用,使机件的金属表面逐渐产生磨损,而这种自然磨损是不可 避免的正常现象。

  出现磨损后的工作面,不可能达到绝对的平整光滑,而是 存在一些微观凸凹,所以轴与轴承的工作面互相接触时,其实 际接触面积将远远小于其名义接触面积,这表明实际接触面 积仅为局部的点接触。由于上述原因,两表面相互接触时,其 微观凸凹不平的地方必然会产生相互啮合(嵌入)的现象。而 且由于实际接触面积小,所以在接触紧密的地方,其接触应力 (或称压强)就非常大,使受力面的受力方向更加复杂,磨损的 速度加快。随着磨损的加重,主轴转动时伴随较明显振颤,较 长的工作时间和较大的工作量,导致磨痕逐渐加深,振颤更加 严重,表现在噪声大,加工出的零件偏差满足不了制造要求, 影响了正常的使用。

  

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  图4为用Solid Works 2006建模生成的该主轴零件图。主 轴材质为45号钢,总长274 mm,与轴承配合面直径为45 mm。因长期使用,连接皮带端与轴承配合的工作面出现严重 磨损(如图5所示)。推测配合轴颈尺寸应该为Φ45h6,上偏差 为0,下偏差为-0.016 mm。一般情况下,当主轴的轴颈不圆度 或不柱度大于0.0125 mm,直径超差0.013~0.015 mm时,就 应对其进行修复。而上述指标的平均超差达0.015~0.025 mm,并且其工作性能恶化,转动时有较严重振颤,影响正常工 作使用,需要进行及时修复。

  三、磨损主轴的修复过程

  机床主轴出现的上述损伤,有多种修复方案可供选择,如 电镀、电刷镀后进行磨削加工等。但根据数种修复方案的比 较,结合本单位的维修条件,最后选择通过电镀工艺接近并超 过原来尺寸,再经磨削加工到原有尺寸,并达到要求公差的方 案。实践证明,修复效果很好。

  维修工艺流程制定及维修操作分为电镀和磨削两个步骤 进行。

  1、主轴的电镀工艺

  主轴的电镀工艺流程及操作过程如下:

  (1)对主轴进行退铬处理,然后进行修磨,处理后最小尺 寸准44.8 mm;

  (2)对主轴进行低温去应力回火处理,回火温度190±10 ℃≥4h;

  (3)对主轴镀铬,然后进行除氢、磷化和二次除氢处理;

  (4)将主轴磨至尺寸准45.026 mm;

  (5)再次进行低温去应力回火处理;回火温度(190± 10)℃≥4h。

  2、主轴电镀后的磨削工艺

  电镀后的主轴表面如图6所示。由于对主轴进行电镀后 磨损面的尺寸变为准45.026 mm,所以要镀后进行磨削加工, 以保证其尺寸满足要求,与轴承配合良好。

  电镀后,对主轴进行磨削加工,其操作过程如下:

  (1)用双顶尖装夹,将主轴装夹在磨床上;

  (2)对装夹主轴进行反复校正,确保消除回转跳动和端面 跳动;

  (3)磨削加工至合理尺寸。

  磨削加工后,测量修复后的主轴受损外圆面尺寸为 准44.985 mm,而上文提到的该轴轴径的偏差范围是:上偏差为 0,下偏差为-0.016mm。所以磨削加工达到轴承配合公差要 求。最后将主轴进行装配,并对机床进行清理,通电。对修复后 的主轴进行较正,结果符合要求。用该机床低速车削一个毛坯 后,没有发生前文提到的现象,修复效果良好。

  四、结束语

  装备在运行过程中的损伤,是不可避免的,通过有效的技 术手段和合理的工艺过程,使损伤得以修复,使其战斗力或生 产力得以恢复,具有非常重要的军事价值和现实意义。在国 外,发达国家都非常重视维修技术的发展,并设有专职的维修 管理机构。我国机械设备维修研究和应用,直到上世纪70年 代初才进入到一个较快的发展时期。

  利用电镀技术修复零件表面,恢复零件的使用功能,是机 械维修方法中较为经济而且非常有效的手段之一,必将在机械 维修与再制造领域得到快速发展与普及,并逐步实现镀层尺寸 的可控性、电(刷)镀专用机床的自动化、电镀技术与其他表面 工程技术(特别是高能束流加工技术,如激光束、离子束等)的复 合等,让这种表面工程更加具有现实意义以及实用价值。