基于電鍍技術(shù)的失效機械零件再制造研究進(jìn)展

趙軍華， 董 延

（河南職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機電工程系，河南 鄭州450046）

0 前言

通過再制造實現(xiàn)失效機械零件的再利用，成為當(dāng)前備受關(guān)注的課題。根據(jù)機械零件的受損程度及恢復(fù)尺寸精度的難易程度，可選擇噴涂、激光熔覆和電鍍等技術(shù)實現(xiàn)再制造［1-3］。相比較而言，電鍍技術(shù)具有成本低、工藝柔性好、實施方便、過程可控等優(yōu)點，因而適用于輕微損傷零件及異形結(jié)構(gòu)、薄壁特征失效零件的再制造。本文以汽車、軍工裝備、工程機械和冶煉等行業(yè)中失效零件的再制造為例，綜述電鍍技術(shù)的應(yīng)用情況及所開展的相關(guān)研究進(jìn)展。

1 汽車行業(yè)失效零件再制造

汽車運行中，由于潤滑不良、維護(hù)不當(dāng)，極易造成轉(zhuǎn)向器發(fā)生異常磨損而失效。黃堪豐等［4］采用電刷鍍技術(shù)對齒條、齒輪等汽車轉(zhuǎn)向器中起傳動作用的零件進(jìn)行再制造。經(jīng)長期試驗證實，修復(fù)的轉(zhuǎn)向器滿足應(yīng)用要求。

曲軸、凸輪軸等軸類汽車零件由于長期承受交變載荷，因而異常磨損難以避免。磨損與損傷的累積，是導(dǎo)致曲軸、凸輪軸等失效的主要原因。考慮到曲軸、凸輪軸的結(jié)構(gòu)較為特殊，黃邦戈等［5］和秦傳江［6］針對性地制定了工藝路線。測試結(jié)果表明：再制造曲軸的綜合性能（如硬度、耐高溫性、耐磨性、抗疲勞性等）明顯改善，輔以適當(dāng)?shù)男拚庸?，能夠?qū)崿F(xiàn)再利用。為了實現(xiàn)失效汽車曲軸的批量化與自動化再制造，并形成統(tǒng)一的工藝規(guī)范，裝甲兵工程學(xué)院裝備再制造技術(shù)國防科技重點實驗室開發(fā)出專用機床［7］。相比單件再制造模式，專機模式的再制造生產(chǎn)效率提高約10倍，再制造成本也降低近80%。

缸套、連桿和活塞環(huán)等汽車發(fā)動機系統(tǒng)的重要構(gòu)件，也是易失效的零件。惡劣且嚴(yán)酷的應(yīng)用工況，往往加重汽車發(fā)動機的運轉(zhuǎn)負(fù)荷，進(jìn)而加速零件的失效進(jìn)程。鑒于缸套、連桿等的造價偏高，為了實現(xiàn)再利用，胡振峰等［8］采用自行開發(fā)的內(nèi)孔電刷鍍技術(shù)對其進(jìn)行了修復(fù)。依照特殊的工藝規(guī)程，并采用優(yōu)選的工藝條件，失效的發(fā)動機缸套得以再制造。后期，針對深孔類零件的批量化、自動化再制造難題，同時為滿足產(chǎn)業(yè)化需求，課題組開發(fā)出專用設(shè)備，并在企業(yè)中推廣應(yīng)用。

失效是制約軸瓦可靠性、承載能力及使用壽命的瓶頸。采用電刷鍍技術(shù)，在失效的軸瓦表面鍍覆微粒增強金屬基復(fù)合鍍層，可成功對其修復(fù)［9］。借助結(jié)合強度、耐蝕性和耐磨性測試，并通過裝車運行試驗，李亞男等［10］和解培民［11］均論證了電刷鍍技術(shù)修復(fù)失效汽車軸瓦的可行性與可靠性。

此外，文獻(xiàn)［12-13］還分別報道了基于電刷鍍技術(shù)和復(fù)合電鍍技術(shù)實現(xiàn)汽車驅(qū)動橋殼半軸套管與懸掛系統(tǒng)減震器連桿的再制造，賦予失效的汽車零件再生價值。

2 軍工裝備行業(yè)失效零件再制造

軍工裝備中部分零件的工作環(huán)境同樣極為苛刻，因而失效概率也相對較高。承載動力傳輸功能的坦克側(cè)減速器主動軸，因材料特殊、熱處理方式復(fù)雜、尺寸精度要求嚴(yán)格，給修復(fù)工作增添困難。利用納米電刷鍍獨特的技術(shù)優(yōu)勢，文獻(xiàn)［14］報道了坦克側(cè)減速器主動軸成功修復(fù)的實例。再制造過程不僅耗時短，而且節(jié)能省材、耗費低。經(jīng)證實，再制造的主動軸的使用壽命堪比新件的。

同樣采用納米電刷鍍技術(shù)，在綜合評估技術(shù)難度及再制造可行性的基礎(chǔ)上，某軍工廠成功開展失效飛機發(fā)動機整流葉片的再制造［15］。長周期的裝機考核結(jié)果顯示：再制造的葉片性能和尺寸精度均滿足相關(guān)規(guī)范要求，并且微動磨損進(jìn)程被有效抑制。

除飛行裝備和陸地裝備外，電刷鍍技術(shù)在船艦類軍工裝備失效零件的修復(fù)方面也有著一定的應(yīng)用，并且呈現(xiàn)出較為廣闊的應(yīng)用前景。以電刷鍍?yōu)榧夹g(shù)手段，煙臺海軍裝備修理廠和海軍4809軍工廠相繼成功修復(fù)一系列失效的船艦裝備零件［16-17］。另外，基于改進(jìn)型的電刷鍍技術(shù)，采用優(yōu)化的修復(fù)工藝，煙臺海軍裝備修理廠還實現(xiàn)了錫青銅材質(zhì)大型螺旋槳的局部修復(fù)。以電刷鍍技術(shù)作為主要技術(shù)手段，輔助火焰噴涂技術(shù)，青島前進(jìn)船廠成功修復(fù)船艦配套汽輪機轉(zhuǎn)子汽封軸頸。由于汽封軸頸的修復(fù)，汽輪機轉(zhuǎn)子的技戰(zhàn)術(shù)性能明顯提升［18］。

軍工裝備零件存在材質(zhì)差異顯著、形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜和造價高等共性，決定著修復(fù)的必要性。電刷鍍技術(shù)的成功應(yīng)用，為軍工裝備零件服役壽命的延長提供了可行途徑。

3 工程機械行業(yè)失效零件再制造

裝載機液壓系統(tǒng)的重要構(gòu)件——分配閥，一旦失效將造成裝載機工作機構(gòu)癱瘓。為了實現(xiàn)分配閥的重復(fù)利用，江代祥［19］在分析其失效機制的基礎(chǔ)上，制定了修復(fù)方案，并采用電鍍技術(shù)對失效的分配閥進(jìn)行了再制造。修復(fù)的分配閥的各項技術(shù)指標(biāo)均符合規(guī)范，尺寸公差也滿足裝配要求。

過度磨損被歸結(jié)為工程機械液壓馬達(dá)配油軸和缸體等零件失效的主要原因。從經(jīng)濟(jì)性的層面考慮，其修復(fù)通常以電鍍技術(shù)為主，輔助其他技術(shù)［20］。另外，修復(fù)過程通常兼顧互換性的原則，采用尺寸修理法展開。借鑒汽車發(fā)動機缸體的成功修復(fù)經(jīng)驗，失效的缸體、配油軸等零件也得以成功修復(fù)。經(jīng)過修復(fù)，失效零件的性能恢復(fù)至新件水平。實現(xiàn)再利用的同時，也創(chuàng)造出可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

工程機械中常用的活塞桿、套筒及銷軸等零件，磨損或腐蝕失效是它們的相同特點。鑒于更換新件的周期長且成本高，故采用修復(fù)的方式，不僅經(jīng)濟(jì)，而且周期縮短。

電鍍技術(shù)在恢復(fù)失效零件設(shè)計尺寸的同時也可提升表面性能，因而在工程機械失效零件的修復(fù)方面應(yīng)用較為普遍［21］。

4 冶煉行業(yè)失效零件再制造

冶煉行業(yè)的失效零件再制造，也首先考慮以電鍍技術(shù)作為實現(xiàn)形式。緣因電鍍技術(shù)相對成熟，并且耗費低、效果好。

以延長板坯連鑄結(jié)晶器窄邊銅板的使用壽命為目的，方克明［22］采用預(yù)鍍鎳層后鍍覆鎳-鐵合金鍍層的方法對其進(jìn)行修復(fù)。外觀檢測與探傷結(jié)果顯示：按此工藝規(guī)程修復(fù)的銅板質(zhì)量合格，各項技術(shù)指標(biāo)均符合要求。出于同樣的目的，楊明鐸等［23］采用在連鑄結(jié)晶器銅板表面電鍍鎳-鈷合金鍍層的方法對其進(jìn)行修復(fù)。通過合理設(shè)計施鍍工藝，優(yōu)化施鍍參數(shù)，也實現(xiàn)了銅板的再利用。經(jīng)實踐證明，電鍍鎳-鈷合金鍍層修復(fù)連鑄結(jié)晶器失效銅板的方法具有經(jīng)濟(jì)、實用等優(yōu)勢，相比傳統(tǒng)的修復(fù)方法優(yōu)越性明顯，值得推廣應(yīng)用。

針對冶金行業(yè)中零件短周期失效的現(xiàn)狀，為提供快速可行的修復(fù)方法，解決部分修復(fù)難題，諸多鋼鐵企業(yè)探索了電刷鍍技術(shù)的應(yīng)用可行性［24］。通過對軋鋼機用減速機齒輪軸、大型傳動齒輪、軋機主接手扁頭軸和偏心軸等失效零件的修復(fù)嘗試，證實了電刷鍍技術(shù)的實用性，提供了有效的解決方案。

除上述行業(yè)外，電鍍技術(shù)在化工［25］、采掘［26］、模具［27］和機床［28］等行業(yè)失效零件的修復(fù)方面也均有應(yīng)用體現(xiàn)，發(fā)揮著實現(xiàn)失效零件再利用的功用。

5 結(jié)語

汽車、軍工裝備、工程機械和冶煉等行業(yè)中諸多失效零件的成功再制造，凸顯出電鍍技術(shù)的優(yōu)越性。為關(guān)鍵零件的修復(fù)提供可行途徑的同時，也賦予失效的機械零件再生價值，能夠?qū)崿F(xiàn)再利用。隨著電鍍技術(shù)的愈發(fā)成熟，其應(yīng)用空間也將逐步拓寬。

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