基于热喷涂的镗床静压主轴的修复方法

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The repaired method of hydrostatic spindle of boring machine based on thermal sprayingHAN Xiaoling，LIU Xia(Qingdao Harbour Vocational and Technical Colege，Qingdao 266404，CHNAbstract：Aimed at the serious fault of the hydrostatic spindle of boring machine，according to the working pnncp1e and the peIf0rmance requirement of the hydrostatic spindle of boring machine，this paper analyzesand makes the reDaired process applying the methods such as thermal spraying.Comparing the using mtuation of the repaired spindle with the original spindle，we can conclude that the machining accuracyhas kept wel and the equipment has been stable for 3 years·Keywords：The Hydrostatic Boring Machine；Spindle；Thermal Spraying1 静压主轴工作原理主轴部件是机床的重要部件之-，通常由主轴、主轴轴承和安装在主轴上的传动件等组成。机床工作时，由主轴带动工件或刀具直接参加表面成形运动，所以主轴部件的工作性能对加工质量和机床生产率有着重要影响，主轴是主轴部件中最核心的零件。

机床主轴工作时既要传递运动和扭矩，又要保证主轴具有很高的运动精度，以满足工件加工的精度和表面粗糙度要求；同时为提高生产效率，要求在-定的工作载荷下，主轴工作精度能够具有持久保持性。因此，主轴零件不但要保证原始几何精度、运动精度，还必须保证其刚度、强度、耐磨性等力学性能。

由于静压镗床工作时利用润滑油泵将压力润滑剂强行泵入主轴和静压轴承之间的微袖隙(间隙值为-般0.02～0.035 mm)，形成润滑压力油膜，通过压力油膜承受主传动载荷，因此镗床静压主轴部件具有-些特殊· 98 ·图1液压油膜对制造误差的均化作用性 ：(1)理论上，静压镗床轴承和主轴被压力油膜隔开，主轴和静压轴承非刚性接触；(2)静压轴承油膜对轴颈和轴瓦的圆度误差能起均化作用 ，如图 1所示。主轴回转时液压油可以补充到主轴凹陷处或有孔的地方，能减小制造误差产生的影响；(3)摩擦副的温度分布较均匀，热膨胀问题较低等 。

2 实际问题某型号镗床静压主轴，如图2，工人加工时将主轴后段密封螺纹 M68 x2LH(普通细牙螺纹)误车成右旋螺纹 ；而更为严重的是，将静压轴承支承处轴颈尺寸。暑 J 7。o --- ×0 百 f 西 零75O图2 某静压镗床主轴示意图等 - V 。o 西75 ㈣。mm误车为 74 mm。如果不进行修复，工作时 M68x2LH处将导致密封不严，出现漏油 影响静压镗床工作站压力；而误车的 75 mm处，是该主轴的-处关键尺寸，与轴瓦配磨公差仅为 0.02～0.035mm，不修复只能报废该主轴。假如该加工失误的主轴报废，-是大大增加了成本，二是耽误了工期。

从静压镗床主传动的特点分析，静压镗床主轴非刚性接触，并且，油膜可以均化摩擦副的制造误差，这为主轴修复提供了可能。同时，热喷涂技术具有以下的优点：(1)涂层厚度可以从 0.01 mm至几毫米，该喷涂厚度范围，适用于修复 M68x2LH螺纹和 75 。mm前轴瓦误车处。

(2)热喷涂过程对基材加热温度较低，工件变形小，金相组织及性能变化也较小；用于主轴等重要零件的修复比较合适。

(3)热喷涂选材广，可选择与基材接近的涂层，可以根据主轴材质选用铁基涂层，这样基层、涂层的热膨胀差异小；工作时，涂层不易脱落，主轴的尺寸精度保持良好。

通过分析静压镗床主轴性能要求和热喷涂工艺发现：在满足机床主轴性能要求的前提下，可以应用热喷涂方法修复主轴相应尺寸，然后再进行加工处理，使报废的零部件起死回生”。

3.1 制定工艺流程主轴材料为 40Cr，轴颈配合处尺寸 75 。。 mm，表面粗糙度 R 为 0.4 m；整轴热处理：调质渗氮，硬度56～62 HRC；正常转速为2 870 r/min。其工艺流程如图 3。

3.2 修复工艺分析及实施过程根据上述研究方案，制定修复工艺，对主轴进行机械加工和喷涂修复。保证符修复前必要的机械加工车除误车的M68×2LH螺纹：涂预处理：净化、磷化及粗化处I喷涂层；喷过渡层、喷工作层I涂层的机械加工车M68×2LH到尺寸处粗磨研 5u0 0l9 mm处油调质，渗碳，达到硬度5662HR精磨∞5。0 019 mm处到尺寸II封孔，主轴修复完成图3 主轴修复工艺流程图合如下要求：涂层与基体在高速运转中不得产生剥离、腐蚀及其他缺陷。磨削加工时，不得烧伤表面，严格控制磨削尺寸，表面粗糙度在 R。0.4 m以上。

3.2.1 喷涂修复之前工作I 。 u O 年 帚 朋 R酮帅0nd nfen e改装与维修喷涂前先完成必要的车削：(1)按 图将 M68×2LH螺纹车为 西65.8 mm光轴 J，表面粗糙度为 R。3.2 m，达到喷涂需要的表面粗糙度；除磨削部位，其余车到尺寸；(2)车或磨削图纸 币75.们9 mm轴径误车为 咖74mm处，表面粗糙度为 尺。3.2 m，达到喷涂需要表面粗糙度。

3.2.2 喷涂工艺流程(1)表面预处理为增强涂膜附着力，喷涂前必须对零件表面预处理，主要是净化、磷化及粗糙处理。

①净化处理 采用碱洗法进行净化处理，目的是除油除锈，关键是除去工件表面和渗入其中的油脂。

②表面粗化 采用喷砂方法，获得-定的表面粗糙度，目的是增加涂层与基材间的接触面，增大涂层与基材的机械咬合力，提高涂层与基材的结合强度。喷砂时，选用熔融刚玉，采用的砂粒粒度约为40#，喷砂压力为 0.5～0.7 MPa，粗糙度要求达到 尺 2.5-8m。特别值得注意的-点是，用于喷砂的压缩空气-定要是无水无油的，否则会严重影响涂层的质量。

③磷化处理 目的是在零件表面生成-层致密的磷化膜，从而提高涂层的结合力和防锈力。零件浸入酸性稀释液中磷化，磷化液密度 1 000～1 100 kg/m ，pH1～3。

(2)涂层喷涂首先对工件预热，然后喷涂过渡层，再喷工作层，喷后进行工件冷却。

①预热 预热温度控制在 100-120 oc之间，目的是为了消除工件表面的水分，提高喷涂粒子与工件接触时的界面温度，减少因基材与涂层的热膨胀差异导致的涂层开裂。

②喷涂过渡层 采用电弧喷涂，喷涂过渡层可提高基层与涂层 的结合度。选择基体材料粘结好 的NiA1合金粉末作粘结底层材料，预涂厚度-般控制在30～50 m，加工尺寸 74.5 mm。

③喷涂工作层 采用等离子喷涂方法，喷涂马氏体不锈钢合金粉末。马氏体不锈钢粉末的优点是，适用于轴类零部件的喷涂，涂层具有良好的中温耐磨性，可以在温度45℃以下稳定工作，符合镗床静压主轴的工作条件。

咖75 。.。 mm(在置品实际尺寸 74.5 mm)处，喷涂后尺寸为675.5 mm，工作涂层厚度 0.5 mm，分2步完成；每次喷涂厚度为 0.2～0.3 mm。M68×2螺纹(实际尺寸 665.8 mm光轴)处，喷涂后尺寸为 8.4改装与维修R删ngand Maimenancemm，工作涂层厚度为 1.33 mm，5次完成，每次喷涂厚度为 0.2～0.3 mm。

④喷涂后要注意缓冷，避免急冷(淬火)时产生马氏体相变而硬化。

(3)喷涂层的后处理①涂层的机械加工 涂层组织疏松且导热系数低，涂层车削、磨削参数不同于-般材料。

车 M682LH到尺寸处，粗磨 4，750-。。 mm处。本文所用马氏体钢粉可用铁基涂层适用的TL绿碳化硅砂轮，选中等硬度砂轮，粗磨时选粒度46#，加工尺寸为 西75.2 mm，半精磨、精磨时选粒度 70#。工件线速度20～30 rn/min，工作台移动速度 0.8～1 m/min，每往复行程磨削深度 0.002～0.006 mm。

③封孔 对镗床静压主轴，涂层多孔易产生泄漏，用环氧树脂粘结剂进行涂层封孑L。防止已封孔的表面被加工掉，封孔安排在 M68 X2螺纹处粗车，750-。。

mm轴颈处粗磨后。封孔前 ，清洗喷涂件表面，将其加热到40℃左右，将粘结剂刷在涂层表面，24 h后固化即可。

3.2.3 主轴修复工艺注意事项①主轴喷涂后再进行机械加工达到尺寸精度和形位精度要求，因此确定涂层厚度时应考虑加工余量，并考虑喷涂后工件热态与冷态的尺寸差异。加工余量-般可取0.4≤0.8 mm，补偿层厚度以0.4～1 mm为宜。

②喷涂层机械加工参数不同于基层车削、磨削参数，应根据实际情况调整。

4 生产验证修复加工后的主轴装配后，先进行主轴箱运转实验。实验表明：主轴颈上的涂镀层无剥离、磨损及擦伤等现象发生。整机组装后投人生产，对该静压镗床和同期投入生产的其他静压镗床进行设备运行情况跟踪比较，如表 1可以所示，发现：该静压镗床正常运行 3年多的时间，主轴回转精度、径向跳动、加工件表面粗糙度等各项精度指标符合要求，运行时密封良好，没有漏油现象等，机床精度保持性优 良，设备运行稳定可靠。

表 1 设备运行情况跟踪表原正常主轴 喷涂修复后主轴主轴回转精度/ram O.015 0.O12径向跳动/mm 0.025 0.O2加工件表面粗糙度R / m 0.8 0.6表 1数据显示，喷涂修复后镗床静压主轴的各项指标优于正常主轴，可以看出，喷涂不但可以用于主轴修复，且可以通过热喷涂提高主轴的性能指标。

5 结语通过该项 目的实施，有以下几点启示：(1)加工件不能轻易报废，应根据实际使用情况，进行分析研究后再做决定；(2)喷涂工艺流程多种多样，不可照本宣科，应多方论证再制定详细的方案；(3)喷涂不是解决加工件超差的唯-途径，焊补等方式也可实现修补的目的。