机床主轴颈电刷镀修复工艺

魏静姿

（唐山工业职业技术学院，河北 唐山 063299）

0 引言

电刷镀技术是指在待修复零件表面快速沉积一定厚度金属镀层的表面技术。相比其他修复工艺，电刷镀技术工艺灵活、设备简单、工件变形小、无毒无污染[1]。近年来，电刷镀技术越来越广泛地应用在零部件的修复之中。

主轴是机床最重要的零件之一，其运行状态的好坏直接影响整台机床的工作状况。磨损是主轴最常见的失效形式。用以安装轴承的主轴颈磨损修复方法有多种，其中电刷镀修复是目前最先进最常用的方法。

某厂1台CA6140卧式车床主轴前轴颈产生了较大磨损，经测量最大磨损处直径为Φ104.99mm，而该主轴颈原标称尺寸为Φ105.25mm，采用电刷镀技术进行修复。

1 主轴颈电刷镀修复工艺分析

1.1 镀前加工

为保证待镀层表面形位精度，对磨损表面进行镀前车削加工以露出基体材料。车削去除材料越少越好。

1.2 镀层设计

镀层厚度对镀层的耐磨性、抗剪切强度、抗拉强度及疲劳强度等影响很大。每种金属都有一最佳镀层厚度，否则镀层内会产生较大的残余应力，使镀层产生剥落及裂纹等缺陷[2]。单一刷镀层最佳厚度如表1所示。当零件表面修复需要较大的镀层厚度时，为了获得零件表面的修复尺寸，并使镀层满足技术要求，一般应合理地选择不同镀液，获取不同镀层的组合,即所谓“复合镀层”。复合镀层包括底层（与基体材料结合的镀层）、尺寸镀层（用于恢复零件尺寸的镀层）和工作镀层（零件表面的最终镀层）3种。

表1 单一刷镀层最佳厚度 （单位：μm）

车床主轴颈精度较高，因此镀后要进行磨削加工以满足技术要求。为保证镀层质量，采用与金属结合强度高的特殊镍镀底层，底层厚度2μm；采用快速镍+低应力镍镀尺寸层，达到降低镀层应力, 提高镀层与基体结合强度的目的[3],快速镍镀层厚度50μm，低应力镍镀层厚度30μm；采用镍-钨（D）合金镀工作层，工作层厚度100μm，镀层磨削后，镍-钨（D）合金厚度不得低于0.05mm[4]

1.3 尺寸计算

已知主轴颈原标称尺寸为Φ105.25mm，最大磨损处直径为Φ104.99mm及各镀层厚度。要求：主轴颈修复后恢复到原标称尺寸，且镍-钨（D）合金厚度≥0.05mm。

主轴颈最大磨损量为105.25mm-104.99mm=0.26 mm；依据主轴颈最大磨损量，设定车削余量为0.3mm；设定磨削余量为0.064mm；车削后直径为105.25mm-0.3mm=104.95mm；刷镀层总厚度为2μm+50μm+30μm+100μm=182μm=0.18 2mm；刷镀后主轴颈尺寸为104.95mm+0.182×2 mm=105.314mm；镀后磨削直径为105.314mm-0.064mm=105.25mm，恢复到主轴颈原标称尺寸；磨后镍-钨（D）合金厚度为0.1mm-0.064/2mm=0.068mm＞0.05mm。通过计算证明，各镀层厚度及加工余量参数设定均合理。

1.4 刷镀电压

在刷镀过程中，电压决定着电流密度，电流密度又影响着电流效率。电流密度大小为单位电刷镀面积在单位时间内通过的电量；电流效率指用于沉积金属的电量占总电量的比值。电流效率越高，离子的沉积速度越快。电流密度与电流效率的关系如图1所示。

图1 电流密度与电流效率的关系

由图1可知，对于镍钨合金、快速镍等碱性溶液 ,电流密度越小，电流效率越高。而对于如低应力镍、特殊镍等酸性溶液, 电流密度越大，电流效率越高。在电刷镀操作过程中，应合理选择电压，控制电流密度，使镀层形成不能过快 , 否则影响镀层与基体结合强度，使镀层产生脱落，一般电压控制在10～14V。

1.5 主轴转速

提高主轴与刷镀笔相对运动速度，有助于离子的沉积，提高刷镀效率。一般主轴转速控制在10～ 40r/min。

1.6 刷镀温度

刷镀温度的升高能够加快镀层的形成，刷镀温度一般控制在30～70℃。

2 主轴颈电刷镀修复工艺流程

依据电刷镀技术操作规范，主轴颈电刷镀修复分为3个步骤：1）镀前准备；2）电刷镀；3）检查与磨削加工。

2.1 镀前准备

1）表面清理。用汽油或煤油去除油污；用砂布或钢丝刷去掉生锈及蚀损部分。2）车削。在车床上进行加工，车掉外层疲劳层金属至直径Φ104.95mm；用三爪卡盘及后顶尖安装，使用中心架提高支承刚度。3）电净处理。应用电净液进行电净处理，电净主要目的是去除油污。主轴接负极，电压 12V, 转速 34r/min。电净后用清水清洗干净。4）活化处理。活化主要目的是去除氧化物。主轴接正极，电压 14V, 转速34r/min。用电刷镀笔沾活化液反复在电刷镀表面刷抹，先用2号活化液、再用3号活化液去除表面的氧化膜。活化后用清水清洗干净。

2.2 电刷镀

在车床上完成电刷镀工作，主轴接负极，采用SDB-II型电刷镀笔，不同镀液使用不同的刷镀笔。

1）刷底层。经活化工序后，立即采用特殊镍刷底层，以提高镀层与基体的结合强度及稳定性；先不通电，慢慢旋转主轴涂刷表面约15s，可改善镀层与基体的结合强度；之后通电，电压由小逐渐增大到 12V, 转速14 r/min[3]。2）刷尺寸层。采用快速镍溶液刷尺寸层, 电压10V, 转速14r/min，刷后用清水冲净；然后刷低应力镍溶液，电压12V,转速14r/min , 刷后用清水冲净。3）刷工作层。采用镍-钨（D）合金刷工作层，电压由小逐渐增大到12V,转速 14 r/min，刷后用清水冲净。

2.3 检查与磨削加工

检查镀层是否均匀平整、有无脱落等缺陷；磨削加工恢复原标称尺寸及技术要求。

3 结论

主轴修复后，对主轴颈各项精度进行检测，均符合要求；对主轴颈力学性能进行检测，镀层剪切强度达到 320MPa ,硬度达到 HV530, 抗拉强度达到380MPa，满足主轴使用性能要求。该主轴自修复后已使用5年，工作状况良好。