機床主軸頸電刷鍍修復工藝

魏靜姿

（唐山工業(yè)職業(yè)技術學院，河北 唐山 063299）

0 引言

電刷鍍技術是指在待修復零件表面快速沉積一定厚度金屬鍍層的表面技術。相比其他修復工藝，電刷鍍技術工藝靈活、設備簡單、工件變形小、無毒無污染[1]。近年來，電刷鍍技術越來越廣泛地應用在零部件的修復之中。

主軸是機床最重要的零件之一，其運行狀態(tài)的好壞直接影響整臺機床的工作狀況。磨損是主軸最常見的失效形式。用以安裝軸承的主軸頸磨損修復方法有多種，其中電刷鍍修復是目前最先進最常用的方法。

某廠1臺CA6140臥式車床主軸前軸頸產(chǎn)生了較大磨損，經(jīng)測量最大磨損處直徑為Φ104.99mm，而該主軸頸原標稱尺寸為Φ105.25mm，采用電刷鍍技術進行修復。

1 主軸頸電刷鍍修復工藝分析

1.1 鍍前加工

為保證待鍍層表面形位精度，對磨損表面進行鍍前車削加工以露出基體材料。車削去除材料越少越好。

1.2 鍍層設計

鍍層厚度對鍍層的耐磨性、抗剪切強度、抗拉強度及疲勞強度等影響很大。每種金屬都有一最佳鍍層厚度，否則鍍層內會產(chǎn)生較大的殘余應力，使鍍層產(chǎn)生剝落及裂紋等缺陷[2]。單一刷鍍層最佳厚度如表1所示。當零件表面修復需要較大的鍍層厚度時，為了獲得零件表面的修復尺寸，并使鍍層滿足技術要求，一般應合理地選擇不同鍍液，獲取不同鍍層的組合,即所謂“復合鍍層”。復合鍍層包括底層（與基體材料結合的鍍層）、尺寸鍍層（用于恢復零件尺寸的鍍層）和工作鍍層（零件表面的最終鍍層）3種。

表1 單一刷鍍層最佳厚度 （單位：μm）

車床主軸頸精度較高，因此鍍后要進行磨削加工以滿足技術要求。為保證鍍層質量，采用與金屬結合強度高的特殊鎳鍍底層，底層厚度2μm；采用快速鎳+低應力鎳鍍尺寸層，達到降低鍍層應力, 提高鍍層與基體結合強度的目的[3],快速鎳鍍層厚度50μm，低應力鎳鍍層厚度30μm；采用鎳-鎢（D）合金鍍工作層，工作層厚度100μm，鍍層磨削后，鎳-鎢（D）合金厚度不得低于0.05mm[4]

1.3 尺寸計算

已知主軸頸原標稱尺寸為Φ105.25mm，最大磨損處直徑為Φ104.99mm及各鍍層厚度。要求：主軸頸修復后恢復到原標稱尺寸，且鎳-鎢（D）合金厚度≥0.05mm。

主軸頸最大磨損量為105.25mm-104.99mm=0.26 mm；依據(jù)主軸頸最大磨損量，設定車削余量為0.3mm；設定磨削余量為0.064mm；車削后直徑為105.25mm-0.3mm=104.95mm；刷鍍層總厚度為2μm+50μm+30μm+100μm=182μm=0.18 2mm；刷鍍后主軸頸尺寸為104.95mm+0.182×2 mm=105.314mm；鍍后磨削直徑為105.314mm-0.064mm=105.25mm，恢復到主軸頸原標稱尺寸；磨后鎳-鎢（D）合金厚度為0.1mm-0.064/2mm=0.068mm＞0.05mm。通過計算證明，各鍍層厚度及加工余量參數(shù)設定均合理。

1.4 刷鍍電壓

在刷鍍過程中，電壓決定著電流密度，電流密度又影響著電流效率。電流密度大小為單位電刷鍍面積在單位時間內通過的電量；電流效率指用于沉積金屬的電量占總電量的比值。電流效率越高，離子的沉積速度越快。電流密度與電流效率的關系如圖1所示。

圖1 電流密度與電流效率的關系

由圖1可知，對于鎳鎢合金、快速鎳等堿性溶液 ,電流密度越小，電流效率越高。而對于如低應力鎳、特殊鎳等酸性溶液, 電流密度越大，電流效率越高。在電刷鍍操作過程中，應合理選擇電壓，控制電流密度，使鍍層形成不能過快 , 否則影響鍍層與基體結合強度，使鍍層產(chǎn)生脫落，一般電壓控制在10～14V。

1.5 主軸轉速

提高主軸與刷鍍筆相對運動速度，有助于離子的沉積，提高刷鍍效率。一般主軸轉速控制在10～ 40r/min。

1.6 刷鍍溫度

刷鍍溫度的升高能夠加快鍍層的形成，刷鍍溫度一般控制在30～70℃。

2 主軸頸電刷鍍修復工藝流程

依據(jù)電刷鍍技術操作規(guī)范，主軸頸電刷鍍修復分為3個步驟：1）鍍前準備；2）電刷鍍；3）檢查與磨削加工。

2.1 鍍前準備

1）表面清理。用汽油或煤油去除油污；用砂布或鋼絲刷去掉生銹及蝕損部分。2）車削。在車床上進行加工，車掉外層疲勞層金屬至直徑Φ104.95mm；用三爪卡盤及后頂尖安裝，使用中心架提高支承剛度。3）電凈處理。應用電凈液進行電凈處理，電凈主要目的是去除油污。主軸接負極，電壓 12V, 轉速 34r/min。電凈后用清水清洗干凈。4）活化處理?；罨饕康氖侨コ趸?。主軸接正極，電壓 14V, 轉速34r/min。用電刷鍍筆沾活化液反復在電刷鍍表面刷抹，先用2號活化液、再用3號活化液去除表面的氧化膜?；罨笥们逅逑锤蓛簟?/p>

2.2 電刷鍍

在車床上完成電刷鍍工作，主軸接負極，采用SDB-II型電刷鍍筆，不同鍍液使用不同的刷鍍筆。

1）刷底層。經(jīng)活化工序后，立即采用特殊鎳刷底層，以提高鍍層與基體的結合強度及穩(wěn)定性；先不通電，慢慢旋轉主軸涂刷表面約15s，可改善鍍層與基體的結合強度；之后通電，電壓由小逐漸增大到 12V, 轉速14 r/min[3]。2）刷尺寸層。采用快速鎳溶液刷尺寸層, 電壓10V, 轉速14r/min，刷后用清水沖凈；然后刷低應力鎳溶液，電壓12V,轉速14r/min , 刷后用清水沖凈。3）刷工作層。采用鎳-鎢（D）合金刷工作層，電壓由小逐漸增大到12V,轉速 14 r/min，刷后用清水沖凈。

2.3 檢查與磨削加工

檢查鍍層是否均勻平整、有無脫落等缺陷；磨削加工恢復原標稱尺寸及技術要求。

3 結論

主軸修復后，對主軸頸各項精度進行檢測，均符合要求；對主軸頸力學性能進行檢測，鍍層剪切強度達到 320MPa ,硬度達到 HV530, 抗拉強度達到380MPa，滿足主軸使用性能要求。該主軸自修復后已使用5年，工作狀況良好。