机械零件修复技术ppt课件.ppt

第八章 机械零件的修复技术,第七章 机械零件修复技术,第一节 机械加工修复技术第二节 焊接修复技术 第三节 热喷涂和喷焊技术 第四节 电镀修复技术 第五节 粘接与表面粘涂修复技术 第六节 金属扣合技术 第七节 机械零件修复技术的选择,零件修复的任务是恢复有修复价值的损伤零件的尺寸、几何形状和力学性能。零件修复的目的是在经济合理及有效的原则下恢复零件的配合性质和工作能力。零件修复原理及技术是一门综合研究零件的损坏形式、修复方法及修后性能的学科。应用各种修复新技术修理机械是提高机械维修质量、缩短修理周期、降低修理成本、延长机械使用寿命的重要措施，尤其对贵重、大型零件及加工周期长、精度要求高的零件及需要特殊材料或特种加工的零件，意义更为突出。,对失效的机械零件进行修复与更换新件相比较有如下优点：修复零件一般可节约材料、节约加工以及拆装、调控、运输等费用，降低维修成本；减少新备件的消耗量；避免等待配件，缩短停修时间；一般不需精、大、稀关键设备，易于组织生产；利用新技术修复旧件还可提高零件的某些性能。零件的修复可以有多种工艺方案，如焊、补、喷、镀、铆、镶、配、改、校、胀、缩、粘等。,零件修复可采取三种基本方法：是对已磨损的零件进行机械加工，以使其重新具有正确的几何形状(改变了原有尺寸)，这种方法叫做修理尺寸法；是利用堆焊、喷涂、电镀和粘接等方法增补零件的磨损表面，然后再进行机械加工，并恢复其名义尺寸、几何形状以及表面粗糙度等，这种方法叫做名义尺寸修理法；是通过特别修复技术，改变零件的某些性能，或利用零件的金属的塑性变形来恢复零件磨损部分的尺寸和形状等等。,第一节 机械加工修复,旧件修复的特点是：(1)修理中加工零件品种较多，数量较少，有时甚至是单件生产，零件尺寸、结构复杂。(2)加工余量小，且有一定的限制。(3)加工的工件硬度高，有时甚至要切削淬硬的金属表面，加之使用中产生的磨损与变形等，使零件的修理困难较大，加工技术要求较高。零件的机械加工修复对精度的要求一般是与新件一样，即符合图纸规定的技术要求。,一、机械加工修复中应注意的问题,(一)零件的定位基准与加工精度零件机械加工修复中定位基准的选用应遵循：基准重合原则选择零件上的设计基准作为定位基准；基准统一原则在多数工序中采用一组可方便地加工其他表面的基准来定位；均匀性原则以变形和磨损最小的基面作为定位基准，并足以保证重要表面的加工均匀。,(二)轴类零件的圆角,曲轴、转向节、球头销、液压油缸活塞杆等一些承受交变载荷的轴类零件，在形状和尺寸改变处，对应力集中很敏感。为了减少应力集中，在形状和尺寸改变处应有圆角过渡。如图7-1所示。圆角处的最大应力要比轴颈中部的应力大24倍。这个增大的倍数叫应力集中系数：圆角半径r越小，应力集中系数越大；反之，则小。但r过大，会使装配间隙增加，所以r值有一定的范围。在修复加工中，只要不妨碍装配，圆角应尽量取其图纸规定的上限，尽可能留大一点。经修复后的曲轴发生断裂的原因绝大多数是r角过小或无过渡角。,图7-1 曲轴圆角处的应力情况K-应力集中系数；h-曲柄臂厚；r-圆角半径,(三)零件的表面粗糙度,零件修复后应具有与新零件相同的表面精度。零件表面粗糙度的高低会影响零件的疲劳强度。表面粗糙度的高低，对零件的耐磨性有直接影响，对润滑油膜的形成也有影响。表面粗糙度对零件的配合性质有影响。表面粗糙度还会对零件的抗腐蚀性能产生影响。用抛光或滚压的方法，可降低表面粗糙度。,(四)零件的平衡,工程机械上有许多高速旋转的零件，为了减少振动，都要经过平衡。但是，零件在使用过程中，由于变形、磨损、松旷改变了原来的平衡状态；在修理过程中，由于堆焊、喷涂、机械加工等，又会引起新的不平衡：这种不平衡，将使零件在运动中产生附加载荷，振动及噪音等，甚至造成断裂等事故。修复对平衡有要求的零件，需按规定的条件进行平衡试验，保证其不平衡值在允许的范围内，以免造成零件和机构的早期损坏。,二、修理尺寸法,修理尺寸法是利用机械加工除去待修配零件中磨损零件表面的一部分，使零件具有正确的几何形状、表面粗糙度和新的尺寸(这个新尺寸对外圆柱面来说，比原来名义尺寸小，对孔来说比原来名义尺寸大)，而另一零件则换用相应尺寸的新件或修复好的磨损配合件，使它们恢复到原有的配合性质，保证原有配合关系不变的修理方法。配合件的这一新尺寸，称之为修理尺寸。修理尺寸是根据零件的磨损规律事先规定的与原来公称尺寸不同的并依据它来修理两相配零件的配合尺寸：修后配合尺寸改变了但配合精度没有改变。用修理尺寸法修理时常需有修理尺寸配件。,修理尺寸是根据相配两零件中重要而复杂的零件确定的，如轴与轴承配合的修理尺寸是根据轴确定的，活塞与缸套配合的修理尺寸是根据缸套确定的。按修理尺寸法修理零件时有几种典型方法：均匀磨损同心修理(修后轴心与新件相同)；不均匀磨损不同心修理(修后轴心与新件轴心不相同)；不均匀磨损同心修理。轴颈用修理尺寸法修理时的典型方法，如图7-2所示。由于不同心修理会造成机械工作时产生不良后果而较少使用。,图7-2 轴颈按修理尺寸法修理,修理尺寸有两种：,一种是标准的，即各级修理尺寸的间隔值为定值，其修理尺寸和修理次数由国家或生产厂家统一规定，修理厂只需修理配合件中的一个，而另一配件由配件厂统一供应。另一种是非标准的也称为任意尺寸修理法，其间隔值为变数，修理时将相配零中的主要件进行加工，去除缺陷恢复零件的正确几何形状和表面质量，而不必达到一定的修理尺寸。根据加工好的零件尺寸再更换或修复其配合件。采用修理尺寸法，可大大延长复杂贵重零件的使用寿命，简便易行，经济性好；缺点是减弱了零件的强度，使零件互换性复杂化。采用修理尺寸法达到最后一级时，零件强度下降较多，若需要继续使用此零件时需可采用镶套、堆焊、喷涂、电镀等方法使其恢复到基本尺寸。,三、附加零件法,附加零件法用来补偿零件工作表面的磨损(镶套修复法)，也用于替换零件磨损或损伤的部分(局部更换法)。(一) 镶套修复法零件的镶套修复法的实质，是利用一个特制的零件(附加零件)，镶配在磨损零件的磨损部位(需先加工恢复零件这个部位的几何形状)以补偿基本零件的磨损，并将其加工到名义尺寸从而恢复其配合特性。这种方法适用于表面磨损较大的零件，如可用来修复变速器、后桥和轮毂壳体中滚动轴承的配合孔，壳体零件上的磨损螺纹孔及轴的轴颈。,依据待修表面的形状，如结构及强度允许采用镶套法修理，应先将原孔镗大，压入特制的套，再对套的孔进行加工使之达到需要的孔径尺寸和精度（图7-3）。轴的磨损端轴颈若结构和强度允许，可将轴颈加工至较小的尺寸，然后在轴颈上压入特制的轴套(图7-4)，并加工到需要的尺寸和精度。轴套和轴颈应采用过盈配合，为防止松动也可在套的配合端面点焊或沿整个截面焊接，也可用止动销固定。,图7-3 磨损孔的镶套 图7-4轴颈的镶套修理,螺纹孔的附加零件修复是：先将螺纹儿镗大到一定尺寸，并车出螺纹，螺纹的螺距通常与原有的螺纹的螺距相同。然后将特制的具有内外螺纹套旋入零件的螺纹孔中，螺纹套的内螺纹应与原有的螺纹相同，螺纹套可用锁止螺钉固定(图7-5)。,图7-5 螺孔镶螺塞,图7-6 镶齿,(二) 局部更换法,具有多个工作表面的机械零件，各表面在使用过程中的磨损程度是不一致的，有时只有一个工作表面磨损严重，其他表面尚好或只有轻度磨损，若零件结构允许，可从零件上除去磨损部分，对这一部分另行制造好后，将其与零件的余留部分再焊接在一起。对齿类零件，尤其是对精度不高的大中型齿轮，若出现一个或几个轮齿损坏或断裂，可先将坏齿切割掉，然后在原处用机加工或钳工方法加工出燕尾槽并镶配新的轮齿，端面用紧固螺钉或点焊固定，如图7-6所示。若轮齿损坏较多，尤其是多联齿轮齿部损坏或结构复杂的齿圈损坏时，可将损坏的齿圈退火车去，再配新齿圈，连接可用键或过盈配合，新齿圈可预先加工也可装后再加工齿。,四、换位修理法,换位修理法是将零件的磨损(或损坏)部分翻转过一定角度，利用零件未磨损(或未损坏)的部位来恢复零件的工作能力。这种方法只是改变磨损或损坏部分的位置，不修复磨损表面。修理作业中此法经常用来修理磨损的槽、螺栓孔和飞轮齿圈等。图7-7为采用换位修理法修复磨损键槽和螺栓孔的实例。飞轮齿圈轮齿啮入部分单面磨损严重后常用换位修理法修理。具体方法是，将齿圈压出、翻转180后再将齿圈压入飞轮，利用轮齿未磨损部位可继续正常工作。,图7-7 零件的换位修理法a)磨损键槽的修理；b)磨损螺栓孔或螺孔的修理,对履带式机械的驱动轮，经常采用两种换位修理法；一种是在驱动轮一面磨损大(前进方向)，一面磨损小的情况下，将左右驱动轮互换安装；另一种是若驱动轮是偶数齿，而履带链轨节距恰等于两个齿距时，驱动轮只有一半轮齿工作，当这一半轮齿磨损严重时，可将驱动轮相对转过个齿距，使另一半轮齿进入工作，以延长其使用寿命。,五、钳工加工修复,1铰孔2磨3研磨 4刮削5钳工修补(1)键槽(2)铸铁裂纹修补,图7-8 铸铁裂纹用加固法修复,第二节 焊接修复技术,焊接技术用于修复零件使其恢复尺寸与形状或修复裂纹与断裂时称为补焊；用于恢复零件尺寸、形状，并赋予零件表面以某些特殊性能的熔敷金属时称为堆焊。补焊和堆焊突出的优点是：结合强度高，可修复磨损失效零件；可以焊补裂纹与断裂、局部损伤；可以用于校正形状。缺点：由于补焊和堆焊时对零件的局部不均匀的加热使零件产生内应力和变形，所以一般不宜于修复较高精度、细长和薄壳类零件。,一、焊修的基本概念及产生应力与变形的原因,（一）基本概念1电焊 电焊是利用电弧的热能，以焊条为填充金属材料，使欲焊接的金属零件部位处于熔化状态的焊接方法。 2 气焊 气焊所用的火焰(焊接热源)是由可燃气体与氧混合燃烧而成的。,3 钎焊 钎焊是利用氧乙炔焰或汽油喷灯等的热能将欲焊接工件的两个接头中间的钎料熔化(一般钎料的熔点温度比母材的要低10以下)。待冷凝后将钎焊接头连接在一起的焊接方法。4 焊修生产率 焊修生产率常用熔敷率来表示。熔敷率即单位时间内熔敷到零件上的金属重量，单位为kg/h，手工焊修的熔敷率比较低。5 冲淡率 焊缝由焊条和基体金属熔化后的混合物冷却而成。进入焊缝中的基体金属重量与焊缝重量的百分比叫冲淡率。,(二) 焊修时零件产生应力与变形的原因 (三)防止悍件产生应力和变形的方法1.焊前预热、焊后缓冷或焊后退火处理2.采用合理的施焊顺序1)对称焊 2)分段后退焊 3.多层焊4.锤击焊缝 5.人工冷却6.加热减应区法7.使用夹具和固定工具，防止焊件变形,二、补焊,1钢制零件的补焊由于机械零件多为承载件，除对其材料有物理性能和化学成分要求外，还有尺寸精度和形位精度要求。在焊修时，还要考虑材料的焊接性以及焊后的加工性要求。加之零件损伤多是局部损伤，焊修时要保持未损伤部位的精度和物理、化学性能，焊修后的部位要保持设计规定的精度和材料性能。由于电弧焊能量集中、效率高，能减少对母材组织的影响和零件的热变形，涂药焊条品种多，容易使焊缝性能与母材接近，所以是目前应用最广泛的方法。,为了保证焊修质量，焊接工艺措施要合理。(1)低碳钢零件(2)中、高碳钢零件 由于钢中含碳量的增高，焊接接头处容易产生焊缝内的热裂纹、热影响区内由于冷却速度快而产生低塑性淬硬组织引起的冷裂纹，焊缝根部主要由于氢的渗入而引起的氢致裂纹等。为了防止中、高碳钢零件补焊过程中产生的裂纹，可采取以下措施：1)焊前预热焊件的预热温度根据含碳量或碳当量、零件尺寸及结构来确定。2)选用多层焊多层焊的优点是前层焊缝受后层焊缝热循环作用使晶粒细化，改善性能。,3)焊后热处理焊后热处理的作用在于消除焊接部位的残余应力，改善焊接接头的韧性和塑性，同时加强扩散氢的逸出，减少延迟裂纹的产生。4)尽可能选用低氢焊条以增强焊缝的抗裂性能。5)加强焊接区的清理工作，彻底清除油、水、锈以及可能进入焊缝的任何氢的来源。6)设法减少母材溶入焊缝的比例,2铸铁件的补焊,(1)铸铁件补焊的特点。铸铁含碳量高、组织不均匀、强度低、脆性大，是种对焊接温度较为敏感而且焊接性差的材料。其补焊的特点在于：1)焊缝处易产生白口组织，它脆而硬，难以切削加工防止白口的措施有调整焊缝的化学成分、焊前预热和焊后缓冷、采用小电流焊接减少母材熔深等。2) 补焊时容易产生大的焊接应力，在零件的薄弱部位容易产生裂纹。防止产生裂纹的原则是减小焊接应力，可以从减小补焊区和工件整体之间的温度梯度或改善补焊区的膨胀和收缩条件等几方面采取措施。,(2)铸铁件补焊的方法,表3-1 常用铸铁件补焊方法,三、堆焊,堆焊修复的目的：在零件表面堆敷金属，使其满足零件的尺寸和精度要求，并使其具有一定的性能，以满足零件表面的耐磨或耐热、耐腐蚀等要求。1堆焊技术特点 1) 对堆焊技术的要求除满足零件的尺寸要求外，主要是满足零件性能方面的要求。2) 为了满足性能上的要求，首要的问题是选用合适的堆焊层合金。3) 由于堆焊技术是在零件表面进行，使零件不对称受热极为显著，致使堆焊后零件变形明显。,2堆焊合金目前，堆焊合金种类繁多，可满足不同工况需要。教材表3-2列出了我国常用堆焊合金的类型、合金系统、堆焊层硬度、主要特点及用途等，可供使用中参考。,选择堆焊合金时一般按照以下原则：(1)满足零件的工作条件(2)考虑经济性(3)考虑焊接性3堆焊方法几乎所有熔化焊方法均可用于堆焊。常用堆焊方法及其特点如表3-3所示。,表3-3 常用堆焊方法及其特点,第三节 热喷涂和喷焊技术,热喷涂和喷焊技术，它们不仅能够恢复机械零件磨损的尺寸，而且通过选用合适的喷涂(喷焊)材料，还能够改善和提高包括耐磨性和耐腐蚀性等在内的零件表面的性能。一、热喷涂技术1热喷涂技术原理利用氧乙炔火焰、或者电弧等热源，将喷涂材料(呈粉末状或丝材状)加热到熔融状态，在氧乙炔火焰、或者压缩空气等高速气流推动下，喷涂材料被雾化并被加速喷射到制备好的工件表面上。,2热喷涂技术种类按照所用热源不同，热喷涂技术可分为氧乙炔火焰喷涂、电弧喷涂、高频喷涂、等离子喷涂、激光喷涂和电子束喷涂等。3热喷涂技术特点(1)适用范围广(2)工艺灵活 (3)喷涂层减磨性能良好 (4)工件受热影响小 (5)生产率高 热喷涂技术缺点:喷涂层与工件基体结合强度较低，不能承受交变载荷和冲击载荷；工件表面粗糙化处理会降低零件的刚性；涂层质量靠严格实施工艺来保证，涂层质量尚无有效的检测方法。,4氧乙炔火焰喷涂技术,该技术是以氧乙炔焰为热源，借助高速气流将喷涂粉末吸入火焰区，加热到熔融状态后再喷射到制备好的工件表面，形成喷涂层。氧乙炔火焰喷涂设备主要包括喷枪、氧气和乙炔储存器(或发生器)、喷砂设备、电火花拉毛机、表面粗化用工具及测量工具等。喷枪是氧乙炔火焰喷涂技术的主要设备。国产喷枪大体上可分为中小型和大型两类。中小型喷枪主要用于中小型和精密零件的喷涂和喷焊，适应性较强。大型喷枪主要用于对大型零件的喷焊，生产效率高。中小型喷枪的典型结构如图7-9所示。当粉阀不开启时，其作用与普通气焊枪相同，可作喷涂前的预热及喷粉后的重熔。当按下粉阀开关阀柄，粉阀开启时，喷涂粉末从粉斗流进枪体，随氧乙炔混合流被熔融、喷射到工件上。,图7-9,大型喷枪内设置有专门的送粉通道，有些大功率喷枪在喷嘴上还设有水冷却装置，这样可以长时间地工作。图7-10为一种大型喷枪的结构图。,图7-10,喷砂设备一般采用压送式喷砂机。电火花拉毛机主要用于热处理过的淬硬工件表面粗化处理。其它表面粗化处理和表面清理用的工具有钢丝刷、手持砂轮机、砂纸等。测量工具及仪器有钢直尺、卡尺、卡钳、温度计等。工件夹持可根据需要选用卧式车床等。,氧乙炔火焰喷涂技术包括喷涂前的准备、喷涂表面预处理、喷涂及喷涂后处理等过程。(1)喷涂前的准备 喷涂前的准备工作内容有工艺制订，材料、工具和设备的准备两大方面。在工艺制订中主要考虑：1)确定喷涂层的厚度由于喷涂后必须机械加工，因此涂层厚度中应包括加工余量，同时还要考虑喷涂时的热胀冷缩。2)确定喷涂层材料选择涂层材料的依据是涂层材料的性能应满足被喷涂工件的材料、配合要求、技术要求以及工作条件等，据此，分别选择结合层和工作层用材料。,喷涂用粉末可分为结合层用粉(简称结合粉)和工作层用粉(简称工作粉)两类。结合粉喷在基体与工作层之间，故也称为底粉，它的作用是提高基体与工作层之间的结合强度。结合粉目前多用镍、铝复合粉，它的特点是每个粉末颗粒中镍和铝单独存在，常温下不发生反应。在喷涂过程中，粉末被加热到600以上时，镍和铝之间就发生强烈的放热反应。同时，部分铝还被氧化，产生更多的热量。这种放热反应在粉末喷射到工件表面后还能持续一段时间，使粉末与工件表面接触处瞬间达到900以上的高温。在此高温下镍会扩散到母材中去，形成微区冶金结合。大量的微区冶金结合可以使涂层的结合强度显著提高。,工作粉要满足表面使用条件，同时还能与结合层可靠地结合。氧乙炔火焰喷涂工作层用粉末种类很多，有纯金属粉、合金粉、金属包复粉、金属包复陶瓷的复合粉等多种类型。3)确定喷涂参数根据涂层的厚度、喷涂材料性能、粒度来确定热喷涂的参数，包括乙炔气、氧气的压力、喷涂距离、喷枪与工件的相对运动速度等。,(2)喷涂表面预处理,1)基体表面的清洗、脱脂 清洗的主要对象是基体待喷区域及其附近表面的油污、水、锈和氧化皮层。可采用碱洗法、有机溶剂洗涤法、蒸气清洗法等。 2)基体表面氧化膜的处理 一般采用机械方法，如切削加工方法和人工除锈法，也可用硫酸或盐酸进行酸洗。,3)基体表面的粗糙化处理。常用的表面粗糙化处理方法有喷砂法、机械加工法、化学腐蚀法、电火花拉毛法等。喷砂法是最常用的粗糙化处理方法。对轴、套类零件表面的粗糙化处理，可采用车削粗浅螺纹、开槽、滚花等简易机械加工方法。化学腐蚀法是通过对基体表面进行化学腐蚀而形成粗糙的表面。电火花拉毛法是将细的镍丝或铝丝作为电极，在电弧作用下，电极材料与基体表面局部熔合，产生粗糙的表面。4)基体表面的预热处理5)非喷涂表面的保护,(3)喷涂对预处理后的零件应立即喷涂结合粉。涂层厚度应控制在Ni/Ae层为0.10.2mm，Ae/Ni层为0.080.1mm。但因涂层薄较难测量，故一般考虑用单位喷涂面积的喷粉量来确定，即为0.080.15g/cm2。喷粉时用中性或弱碳火焰，送粉后出现集中亮红火束，并有蓝白色烟雾。喷粉时喷射角度要尽量垂直于喷涂表面，喷涂距离一般掌握在180200mm。结合层喷完后，用钢丝刷去除灰粉和氧化膜，然后更换粉斗喷工作层。圆柱形工件喷涂可装夹在车床上进行，工件表面线速度控制在1525m/min，以使喷涂层熔融均匀。,(4)喷涂后处理喷涂后处理包括封孔、机械加工等工序。喷涂层的孔隙约占总体积的15左右。对于摩擦副零件，可在喷后趁热将零件浸入润滑油中，利用孔隙储油有利于润滑。但对于承受液压的零件、腐蚀条件下工作的零件，其涂层都需用封孔剂填充孔隙，这一工序称为封孔。常用的封孔剂有石蜡、环氧、聚氨酯、酚醛等合成树脂。当喷涂层的尺寸精度和表面粗糙度不能满足要求时，需对其进行机械加工可采用车削或磨削加工。,5氧乙炔火焰喷涂技术修复机械零件实例,一台MQY-27003600型球磨机传动轴轴颈因磨损需修复，传动轴外形及尺寸如图7-11所示。,图7-11,该传动轴全长1977mm，自重500kg，材质为45钢。为了减少拆装工作量，在传动轴的中部有一个500mm410mm的大齿轮没有拆卸下来，这样整个组件重达900kg。需修复的磨损部位为200mm轴颈处，经检查，该处直径磨损量为0.080.10mm，没有裂纹。此轴颈工作时与一滚柱轴承配合，不承受冲击载荷，无腐蚀。经过技术分析，考虑到经济性，决定采用氧乙炔火焰喷涂技术修复。,图7-11,具体修复过程是：,(1)技术准备 根据工作条件和所选择的氧乙炔火焰喷涂技术，编制传动轴修复工艺规程。按要求准备喷枪(选用FPD-1型两用枪)、结合粉(选用Ni/Ae复合粉)、工作粉(选用G103型镍基喷涂粉末)等。该传动轴颈处的预热、喷涂和喷涂后加工都需把工件夹持在C61100车床上进行。 (2)表面预处理 用清洁棉纱擦净待修复轴颈表面的油渍、污垢，再用丙酮清洗，同时检查待修复表面应无裂纹，用千分尺测量，待修复轴颈直径实测为199.9mm。,图7-11,(3)表面预热 将零件装夹于C61100车床上，另一端使用尾座顶尖孔，并用中心架。用千分表找正。调整车床转速为24r/min(保证待喷面线速度约15m/min)，起动车床使工件低速旋转，使用喷枪，用微碳化焰预热待喷面，使其温度升高到120。 (4)表面粗糙处理 将车刀刀尖用丙酮擦净，车去待喷面的表面疲劳层约0.2mm厚，然后，将待喷面车出螺距为0.6mm、螺纹深度为0.3mm的螺纹。车削前，刀尖磨成半径为0.5mm的圆角。,(5)喷结合粉 车床转速保持为24r/min，喷枪火焰为中性焰，用喷枪将Ni/Ae复合粉末喷涂于轴颈表面，喷涂厚度为0.1mm。要注意控制涂层厚薄均匀、覆盖严密。 (6)喷工作层粉 将粉末更换为G103型镍基粉末，继续用中性焰，车床转速仍为24r/min，进行喷涂，直到轴颈直径达到计算值(即201.3mm)。,图7-11,图7-11,(7)冷却 喷涂后使轴继续在车床上空转，待冷却至50以下时，停车自然冷却。(8)喷涂后车削 采用YG6型硬质合金刀具，取切削参数：转速为24r/min，背吃刀量为0.15mm，进给量为0.15mm。把轴颈喷涂表面车削至图样尺寸，粗糙度为6.3m。(9)装配 将滚柱轴承在加热炉中缓慢加热到100左右装入轴颈处。,图7-11,二、喷焊技术,喷焊是指对经预热的自熔性合金粉末喷涂层再加热，使喷涂层颗粒熔化(约10001300)，造渣上浮到涂层表面，生成的硼化物和硅化物弥散在涂层中，使颗粒间和基体表面润湿达到良好粘接，最终质地致密的金属结晶组织与基体形成约0.050.10mm的冶金结合层。喷焊层与基体结合强度约为400MPa，它的耐磨、耐腐蚀、抗冲击性能都较好。这一加热过程称为重熔。,1喷焊技术的适用范围,由于喷焊时基体局部受热温度高，会产生热变形，所以适用于喷焊的工件金属材料大体上可分为以下几种类型：(1)无需特殊处理就可喷焊的材料 这类材料有C0.25%的一般碳素结构钢，锰、钼、钒总的质量分数小于3的结构钢，18-8型不锈钢和镍不锈钢，灰铸铁、可锻铸铁和球墨铸铁，纯铁等。(2)需预热250375，喷焊后要缓冷的材料 指C0.4%的碳钢，锰、钼、钒总的质量分数大于3的结构钢，Cr2%的结构钢等。,(3)喷焊后需等温退火的材料 指Cr11%的马氏体不锈钢，C0.4%的铬钼结构钢等。(4)不适于喷焊的材料 指比喷焊用合金粉末的熔点还要低的材料，例如铝、镁及其合金，以及某些铜合金； Cr18%的马氏体高铬钢等。,优点：与喷涂层相比，喷焊层组织致密，耐磨，耐腐蚀，与基体结合强度高，可承受冲击载荷。缺点：在用喷焊技术修复大面积磨损或成批零件时，因合金粉末价格高，故应考虑经济性。,2喷焊用自熔性合金粉末 喷焊用自熔性合金粉末是以镍、钴、铁为基材的合金，其中添加适量硼和硅元素起到脱氧造渣焊接熔剂的作用，同时能降低合金熔点，适于氧乙炔火焰喷焊。,3氧乙炔火焰喷焊技术,喷焊技术过程与喷涂技术过程基本相同。喷焊技术是在喷涂后加有重熔工序，而且由于操作顺序的不同，分为一步法喷焊和二步法喷焊。喷焊过程还应注意以下事项：1)如果工件表面有渗碳层或渗氮层，预处理时必须清除，否则喷焊过程会生成碳化硼或氮化硼，这两种化合物很硬、很脆，易引起翘皮，导致喷焊失败。在对工件预热时，一般碳钢预热温度为200300，对耐热奥氏体钢可预热至350400。预热时火焰采用中性或弱碳化焰，避免表面氧化。2)重熔后，喷焊层厚度减小25左右，在设计喷焊层厚度时要考虑。,一步法喷焊和二步法喷焊：,(1)一步法喷焊 一步法喷焊就是指喷粉和重熔同时进行的操作方法。也就是说边喷粉边重熔，使用同一支喷枪即可完成喷涂、喷焊过程。 首先工件预热后喷0.2mm左右的薄层合金粉，以防止表面氧化。接着间歇按动送粉开关进行送粉，同时将喷上去的合金粉重熔。根据熔融情况及对喷焊层厚薄的要求，决定火焰的移动速度。火焰向前移动的同时，再间歇送粉并重熔。这样，喷粉重熔移动，周期地进行，直到整个工件表面喷焊完成。适用于小型零件或小面积喷焊。喷焊层厚度在2mm以内较合适。,(2) 二步法喷焊 二步法喷焊就是喷粉和重熔分二步进行。不一定使用同一喷枪，甚至可以不使用同一热源。 首先对工件进行大面积或整体预热，接着喷预保护层，之后继续加热至500左右，再在整个表面多次均匀喷粉，每一层喷粉厚度不超过0.2mm，多次薄层喷粉有利于控制喷层厚度及均匀性。达到预计厚度后停止喷粉，然后开始重熔。,第四节 电镀修复技术,电镀是指在含有欲镀金属的盐类液液中，以被镀基体金属为阴极，通过电解作用，使镀液中欲镀金属的阳离子在基体金属表面沉积，形成镀层的一种表面加工技术。电镀技术形成的金属镀层可补偿零件表面磨损和改善表面性能，它是最常用的修复技术。,一、电镀,1电镀的基本知识(1)电镀液 电镀液是由主盐、络合剂、附加盐、缓冲剂、阳极活化剂、添加剂等组成。主盐是指镀液中能在阴极上沉积出所要求镀层金属的盐，它的作用是提供金属离子。络合剂，它的作用是能络合主盐中的金属离子形成络合物。附加盐是指电镀液中除主盐外的某些碱金属或碱土金属盐类，它的作用是提高电镀液的导电能力。,缓冲剂是指用来稳定溶液酸碱度的物质，它一般是由弱酸和弱酸盐或弱碱和弱碱盐组成，可使镀液在遇到碱或酸时，溶液的pH值变化幅度较小。阳极活化剂是指在镀液中能促进阳极活化的物质，它的作用是提高阳极开始钝化时的电流密度，从而保证阳极处于活化状态而能正常地溶解。添加剂是指那些不会明显改善镀层导电性，但能显著改变镀层性能的物质。,(2)电镀反应 图7-12是电镀装置示意图。图中被镀的零件为阴极，与直流电源的负极相连，金属阳极与直流电源的正极连接，阳极与阴极均浸入镀液中。当在阴极与阳极间施加一定电位时，则在阴极发生如下反应：从镀液内部扩散到电极和镀液界面的金属离子Mn+从阴极上获得n个电子，被还原成金属M，即,另一方面，在阳极界面上发生金属M的溶解，释放n个电子生成金属离子Mn+,图7-12 电镀装置示意图,(4)影响电镀质量的因素 包括镀液的成分以及电镀工艺参数。 1)pH值。镀液中的pH值可以影响氢的放电电位、碱性夹杂物的沉淀、络合物的组成和平稳、添加剂的吸附程度等。最佳的pH值往往要通过试验来决定。 2)添加剂。镀液中的光亮剂、整平剂、润湿剂等添加剂能明显改善镀层组织。 3)电流密度。任何电镀液都必须有一个能产生正常镀层的电流密度范围，这个范围是由电镀液的组成、浓度、温度和搅拌等因素决定的。,4)电流波形。电流波形对电镀质量的影响是通过阴极电位和电流密度的变化来影响的。5)温度。温度升高使扩散加快，浓差极化、电化学极化降低，使晶粒变粗；但温度升高可以提高电流密度，从而提高生产率。6)搅拌。搅拌可降低电化学极化，使晶粒变粗，但可提高电流密度，从而提高生产率。,2电镀前预处理和电镀后处理,(1)电镀前预处理 预处理目的是为了使待镀面呈现干净新鲜的金属表面，以便获得高质量镀层。首先通过表面磨光、抛光等方法使表面粗糙度达一定要求，再采用溶剂溶解或化学、电化学方法使表面脱脂，接着用机械、酸洗以及电化学方法除锈，最后把表面在弱酸中浸蚀一定时间进行镀前活化处理。,(2)电镀后处理,电镀后处理包括钝化处理和除氢处理。钝化处理是指把已镀表面放入一定的溶液中进行化学处理，在镀层上形成一层坚实致密的、稳定性高的薄膜的表面处理方法。钝化处理使镀层耐蚀性大大提高，并增加表面光泽和抗污染能力。有些金属，例如锌，在电沉积过程中，除自身沉积出来外，还会析出一部分氢，这部分氢渗入镀层中，使镀件产生脆性甚至断裂，称为氢脆。为了消除氢脆，往往在电镀后，使镀件在一定的温度下热处理数小时，称为除氢处理。,3电镀金属,设备维修中常用的有镀铬、镀镍、镀铁、镀铜及其合金等。(1)镀铬 在钢铁材料或有色金属基体上可以镀铬。不带底镀层镀铬后直接使用，可作为抛光或珩磨精饰后表面。 带底镀层的镀铬可用于修复时补偿较厚的尺寸，一般底层镀镍或铜，磨光后再镀铬层，最终磨削。,铬镀层的特点是：1)耐磨损2)耐腐蚀3)与基体结合强度高缺点：铬镀层不耐集中载荷与冲击，不宜承受较大的变形。(2)镀镍 维修零件时表面镀镍厚度一般为0.23mm，镍镀层的有些力学性能和耐氯化物腐蚀性能优于铬镀层。用于维修时补偿零件尺寸。,(3)镀铁 铁镀层的成分是纯铁，它具有良好的耐蚀性和耐磨性，适宜对磨损零件作尺寸补偿。其特点有：1)铁镀层的硬度高，最高可达500800HV。2)铁镀层与基体结合强度较高，可达450MPa。3)铁镀层表面呈网状，有较好储油性能，加之硬度高，具有优良的耐磨性。镀铁采用不对称交-直流低温镀铁工艺，沉积效率高，成本低，应用广泛。,(4)镀铜 铜镀层较软，富有延展性，导电和导热性能好，对于水、盐溶液和酸，在没有氧化条件下具有良好的耐蚀性。常用于作铬镀层或镍镀层的底层，热处理时的屏蔽层，减磨层等。(5)电镀合金 电镀时，在阴极上同时沉积出两种或两种以上金属，形成结构和性能符合要求的镀层的工艺过程，称为电镀合金。通过电镀合金可以制取高熔点和低熔点金属组成的合金，以及获得许多单金属镀层所不具备的优异性能。在待修零件表面上可电镀铜-锡合金(青铜)、铜-锌合金(黄铜)、铅-锡合金等，作为补偿尺寸和耐磨层用。,二、电刷镀,电刷镀是在被镀零件表面局部快速电沉积金属镀层的技术，其本质是依靠一个与阳极接触的垫或刷提供电镀所需要的电解液的电镀。所以电刷镀也称快速镀、无槽镀等。与槽镀相比，电刷镀具有设备简单、工艺简单、可现场修复、镀层种类多、可满足各种维修性能要求、沉积速度快等优点。电刷镀主要用于修复磨损零件表面，并使表面具有更好的性能，例如耐磨性、导电性、耐蚀性等。电刷镀技术在许多工业部门已得到广泛的应用，取得了很大的经济效益。,1基本原理,电刷镀和槽镀一样，都是一种电化学沉积过程，其基本原理如图3-6所示。将表面处理好的工件与刷镀电源的负极相连，作为电刷镀的阴极，将镀笔与电源的正极相连，作为电刷镀的阳极。刷镀时，用棉花和针织套包套的镀笔浸满电刷镀液，镀笔以一定的相对运动速度在被镀零件表面上移动，并保持适当的压力。于是，在镀笔与被镀零件接触的那些部分，电刷镀镀液中的金属离子在电场力的作用下扩散到零件表面，在表面获得电子被还原成金属原子，这些金属原子沉积结晶就形成了刷镀层。随着镀笔在零件表面不断移动，镀层逐渐增厚，直至达到需要的厚度。,2电刷镀设备,电刷镀设备由电刷镀电源、镀笔和辅助装置组成。(1)电刷镀电源 电刷镀电源是电刷镀的主要设备，它应能满足：输出直流电压可无级调节、平稳直流输出，输出极性能变换，能监控镀层厚度，有过电流保护功能等要求。同时还应体积小、重量轻、操作简单、易于维修。 电刷镀电源由整流电路、极性转换装置、过载保护电路及安培小时计(或镀层厚度计)等几部分组成。,(2)镀笔 镀笔是电刷镀的重要工具，主要由阳极、绝缘手柄和散热装置组成，如图3 - 7所示。可根据电刷镀的零件大小和形状不同选用不同类型的镀笔。,图3-8 各种不同形状的阳极a)圆柱形 b)平板形 c)瓦片形 d)圆饼形 e)半圆形 f)板条形,(3)辅助装置,1)卧式车床。它用来夹持被镀工件并使其按一定转速旋转，保证镀笔与镀件的相对运动，以获得均匀的镀层。2)供液、集液装置。电刷镀时，根据被镀零件的大小，可以采用不同的方式给镀笔供液，例如蘸取式、浇淋式和泵液式。无论哪种方式供液，关键都是应连续供液，以保证金属离子的电沉积能正常进行。流淌下来的溶液一般使用塑料桶、塑料盘等容器收集，以供循环使用。,3电刷镀溶液,电刷镀溶液是电刷镀技术的关键部分。根据其作用可分为四大类：预处理溶液、镀液、钝化液和退镀液。(1)预处理溶液 预处理溶液的作用是除去待镀件表面油污和氧化膜，净化和活化需电刷镀的表面，保证电刷镀时金属离子电化学还原顺利进行，获得结合牢固的刷镀层。预处理溶液有电净液和活化液。电净液为碱性，其主要成分是一些具有皂化能力(如NaOH)和乳化能力(如Na3PO4)的化学物质，它们用来化学脱脂。活化液均为酸性，主要成分为常用的无机酸，也有一些是有机酸。,(2)镀液电刷镀时使用的金属镀液很多，根据获得镀层的化学成分可分为三类：单金属镀液、合金镀液和复合金属镀液。镀液的主要成分是各类金属盐(主盐)，此外，溶液中还加入某些其它特定盐类和若干添加剂，它们分别起以下作用：提高溶液的导电性、稳定溶液的pH值，与主盐形成络合物、改善镀层的光亮度以及增强溶液对金属表面的润湿能力等。电刷镀溶液在工作过程中性能稳定，中途不需调整成分，可以循环使用。它无毒、不燃、腐蚀性小。表3-6列出了机械维修中常用的刷镀溶液的组成、电刷镀工艺参数、性能与主要用途，可供使用时参考,(3)钝化液和退镀液1)钝化液 它是指用在铝、锌、镉等金属表面，生成能提高表面耐蚀性的钝态氧化膜的溶液。2)退镀液 它是指用于退除镀件不合格镀层或多余镀层的溶液，退镀时一般是采用电化学方法，在镀件接正极情况下操作。使用退镀液时应注意退镀液对基体的腐蚀问题。,4电刷镀工艺过程,电刷镀工艺过程主要包括镀前预处理、刷镀层的选择和设计、镀件刷镀和镀后处理等。(1)镀前预处理 它包括镀件表面整修、表面清理、表面的电净处理和活化处理。 1)表面整修 2)表面清理 3)表面电净处理 4)表面活化处理,(2)刷镀层的选择和设计1)过渡镀层。它位于镀件基体金属和工作镀层之间，是被直接刷镀在经过活化处理后的基体金属上。它是一种具有特定功能、起特殊作用的镀层，称之为过渡镀层，也叫底镀层。它的特定功能是：改善基体金属的可镀性。提高工作镀层的稳定性。常用的过渡镀层有以下几种：特殊镍溶液。用于一般金属、特别是钢、不锈钢、铬、铜、镍等材料上作底层。碱铜溶液。常用在铸钢、铸铁、锡、铝等材料上作底层。,2)工作镀层,它作为镀件的工作表面，直接承受工作载荷、运动速度、温度等工况。选择工作镀层时应考虑以下要求：与基体金属或过渡层金属有良好的结合性能；能满足工况要求；在满足以上要求的前提下，工作镀层的刷镀液沉积速率要高，而且经济。,3)镀层设计。在设计镀层时，要注意控制同一种镀层一次连续刷镀的厚度。因为随着镀层厚度的增加，镀层内残余应力也随之增大，同种镀层厚度过大可能使镀层产生裂纹或剥离。因此，同一镀层一次连续刷镀存在一个“安全厚度”限制，即指这时所允许的镀层最大厚度值。,(3)镀件刷镀 镀件刷镀表面经预处理后，应及时进行刷镀。首先刷镀过渡层，例如在钢、不锈钢等材质镀件上用特殊镍作过渡层，厚度在2m左右。先不通电流，用沾满特殊镍溶液的镀笔在待镀表面上擦拭，时间约35s。然后在较高工作电压下刷镀3 5s，随后转入正常规范刷镀(见表3-6)。刷镀好过渡层后，把残存的镀液用清水冲洗干净。 最后选用工作层镀液，按工艺规范刷镀至所需厚度(见表3-6)。若厚度超过安全厚度，可进行组合镀层设计，但要保证组合镀层的最外一层必须是所选用的工作镀层。,(4)镀后处理 刷镀完毕要立即进行镀后处理。清洗干净镀件表面并干燥后，用肉眼检查镀层色泽，有无起皮、脱层等缺陷，测量镀层厚度。若镀件不再加工，需抛光、涂油等。,5刷镀层的主要性能,(1)刷镀层与基体金属的结合性能 根据试验测定，刷镀镍镀层与低碳钢基体的结合强度为235 294MPa(剥离试验)；刷镀铁镀层与低碳钢基体的结合强度为85.3MPa(拨销法)；刷镀铁合金镀层与低碳钢基体的结合强度为74MPa(拨销法)。其它各种刷镀层与基体金属均可获得满足要求的结合性能。 (2)刷镀层的硬度 刷镀层具有较高的硬度，其硬度值取决于镀液种类、电刷镀工艺规范等因素。,(3)刷镀层的残余内应力 刷镀层通常都有残余内应力，它的大小与镀层结构、厚度、镀液种类、镀液温度等有关。由于内应力的性质和数值与镀层厚度有关，故给出的内应力数值都是指在某种厚度下测定的。表3-9给出低应力镍刷镀层在镀液不同温度下的内应力值。 (4)刷镀层的耐磨性 用特殊镍、快速镍、镍-钨合金三种刷镀层和经淬火的45钢在MHK一500型环块式试验机上作磨损试验，结果表明，三种刷镀层的耐磨性都比经淬火