电弧喷涂技术在机床主轴再制造中的应用

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1、万方数据电弧啧涂技术在机床主轴再制造中的应用口董文长春工程学院机电学院长春130012★摘要：机床主轴再制造是机床再制造的关键环节。在分析机床主轴再制造常用工艺的基础上，结合主轴的实际工况和技术要求，采用电弧热喷涂技术对废旧机床主轴进行再制造，并对涂层和喷涂工艺进行了设计。再制造机床主轴重新装车使用的实践验证了该再制造工艺的可行性和有效性。关键词：再制造电弧喷涂机床主轴中图分类号：TGl74文献标识码：A文章编号：1000—4998(2009)08—0070—03老、旧机床极具回收和循环利用价值。据统计，目前我国各类机床设备的拥有量约550万

2、台，机床保有量居世界第一位，但其中15％左右是上世纪50～60年代的传统旧机床，役龄10年以上的传统旧机床占60％以上⋯。采用现代高新技术对旧机床进行综合再制造利用，可以再利用大量的废弃资源，再制造的机床平均可比购置同样性能级别的新机床节约成本60％～80％f2l。因此，机床再制造对于循环再利用我国量大面广的老、旧机床设备资源具有重要意义。机床再制造，实际上是一种基于废旧机床资源循环利用的机床制造新模式，它涉及到零部件再制造、数控化改造、机床绿色化改进等诸多内容。机床再制造是在重新利用废旧机床的基础上进行的，因而机床零部件的再制造是机床再制造

3、中最关键的环节。机床主轴是机床的主要部件，在使用过程中容易形成划痕、偏磨而报废，而主轴在使用过程中精度、硬度、耐蚀、耐温等性能要求高，所以本文对机床主轴再制造3-艺进行研究。1机床主轴再制造常用工艺分析m，】1．1光磨和电刷镀机床主轴直径小于80mm的主轴，轴径的失圆度超过0．025mm；或直径大于80mm的主轴，轴径的失圆度超过0．04mm，且在修理尺寸范围内的。可采用光磨或电刷镀等工艺进行修复。光磨是通过对主轴进行打磨处理，纠正主轴的失圆。电刷镀是运用电源设备、镀笔、镀液在金属工件表面局部快速电化学沉积金属的一种技术。电刷镀涂层与基体的结

4、合为金属离子的沉积结合，结合力较高，涂层无需再加工。虽然两者均可对主轴进行修复，但光磨会使主轴直径变小，而通过电刷镀获得的最佳厚度一般较薄，仅为0．04～0．3★国家自然科学基金资助项目(编号：50605066)收稿日期：2009年1月回2009／$mm，所以不适用于主轴磨损严重的情况。1．2堆焊主轴径磨损量局部较大的情况，可采用堆焊方法。堆焊采用焊接的手段，选用特种焊条对磨损部位进行补焊，焊接完成后通过机械加工保证配合尺寸。堆焊涂层与轴径基体的结合为冶金结合，结合力很强。但堆焊的热影响区较大，残余应力不易消除，一旦在施焊过程中产生轴颈弯曲变

5、形，再进行事后调整相当困难。1．3电弧喷涂电弧喷涂是新型的热喷涂技术，因涂层质量好、成本低、周期短等优点备受关注。该技术是利用燃烧于两根金属丝之间电弧熔化金属，同时将高温燃气或高压气体，通过特殊设计的喷管加速后，作为电弧喷涂的高速雾化气流，把熔化的金属雾化，并高速喷射沉积到经过处理的工件表面，从而形成致密涂层，使工件表面具有耐磨、耐蚀和抗氧化等性能。与其他热喷涂相比。电弧喷涂具有性能好、热影响极小、效率高、节能、安全等特点。因此，电弧喷涂已成为再制造关键技术的重要组成部分，常用于零部件表面性能的改善和几何尺寸的修复。由于报废机床的主轴一般磨损

6、较严重，多不适宜采用光磨、电刷镀、堆焊等方法，因此，本文采用电弧热喷涂技术对机床主轴进行再制造。2采用电弧热喷涂技术对废旧机床主轴进行再制造【812．1涂层设计机床主轴是机床中的关键零件，加工后的技术要求为主轴径向跳动≤0．05mm、马氏体及残留奥氏体≤3级、碳化物≤3级、表面硬度≥65HRC、有效硬化层深度≥1．5mm。原材料为12Cr3MoA钢，其化学成分(质量分数，％)如表1所示。由于主轴高转速、高载荷、大冲击的工况，涂层与机械制造47卷第540期盛万方数据表l机床主轴材料化学学分(质量分数，％)l元素CsiMnCrIM。Fel百分比0

7、．09O．320．4528O50剩余基体要承受很大的轴向转矩，为了提高涂层与基体的结合力，选用西2mm的3Crl3马氏体不锈钢丝作为喷涂材料。西2mm丝材是20世纪90年代才广泛应用于电弧喷涂技术的一种材料，其耐磨、耐侵蚀、耐黏渣烧蚀、抗热疲劳等性能很好，且其热膨胀系数与原材料接近。与传统西3mm丝材相比，它具有雾化粒子细小、涂层表面粗糙度值低、涂层孔隙率低等优点。为获得与基体形成较强微冶金结合的过渡缓冲涂层，减少热喷涂应力，使工作涂层黏结更牢固，须先用具有“铝热效应”的Ni95A15作打底过渡层，该涂层的适宜厚度为0．05～0．10mm。2

8、．2电弧热喷涂工艺电弧喷涂工艺主要由工件表面预处理(包括除油、除锈和表面粗糙化)、电弧喷涂、喷后处理(表面封孔、浸油)和涂层加工等工序组成。2．2．1表面预处理表面