针对不同情况机床导轨防护与修复工艺

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　随着大型机床向高速、重载、高精度以及自动化方向的发展，改善机床导轨的工作条件，如何提高并保持机床导轨的精度日益引起人们的注意。由于铸铁导轨具有良好的减振耐磨性、稳定性、成本较低，一直是大多数机床设计人员的首选。但铸铁存在硬度低、组织疏松、毛坯缺陷多等弱点，承载较重的大型机床，容易造成导轨磨损、拉伤，从而降低了机床精度，影响产品质量。因此提高导轨表面的耐磨性与表面缺陷的快速修复十分必要。实践证明，表面淬火、电刷镀方法保护导轨和电刷镀一钎焊法修复导轨损伤，是目前理想的手段。     
     一、导轨电接触表面淬火
　　电接触表面淬火的主要原理是：用一个电极（石墨或紫铜滚轮）与工件紧密接触（图1），通过滚轮的低压强电流，在电极与工件接触表面形成电阻热使接触表面迅速加热，并通过压缩空气使工件表面迅速冷却，保证导轨表面形成极细的马氏体与片状石墨，达到表面淬火的目的，同时滚轮以一定的速度向前移动，这样就可以达到对整条导轨进行表面淬火的要求，经过实际测试采用此种方法淬火层可达到0.3～0.4mm，硬度为59～61HRC，淬火后再用磨光机对表面进行磨平处理，完全保证了机床导轨的设计要求，同时由于采用此种方法导轨变形小、投资少、操作简单、速度快，经济效益非常明显。目前集团公司的大型机床的平导轨、V形导轨均采用此种淬火、磨平方法，简单有效，其中一台淬火机一天可以完成3～5台长12～15m的机床导轨的表面淬火。

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    二、用电刷镀保护机床导轨
　　在导轨表面刷镀金属或合金作为工作层也可以强化其表面硬度提高耐磨性，达到进一步降低粗糙度的要求，一般选用快速镍、镍钻钨合金、镍钨D合金作为工作层。其中快速镍合金电沉积速度快、硬度与45号钢相当，耐磨性好于淬火45号钢；镍钻钨合金和镍钨D合金性能相似，都具有很高的硬度（58～60 HRC），耐磨性为45号钢的两倍，但电沉积速度较快速镍慢，因此对于一般中、小机床电刷镀快速镍即可达到保护导轨的目的，对于大型机床或精密度要求较高的机床，用镍钨D合金或镍钻钨合金工作层较理想。
　　1．电刷镀配方

' L- S/ v" C3 @: `$ z　　 （1）快速镍配方。硫酸镍254g/L；梭酸钱盐56g/L；醋酸钱23g/L；草酸按0.1g/L；氨水（25%～28%）105mL；比重1.15；耗电系数0.104A•h/dm2•μm 。
　　（2）镍钨D合金配方。硫酸镍393g/L；钨酸钠23g/L；硼酸31g/L；柠檬酸42g/L；元明粉6.5g/L；硫酸钴2g/L；添加剂2.8g/L；冰醋酸20ML/L；氟化钠5g/L；十二烷基硫酸钠0.01～0.001 g/L；pH值1.4～2.4；耗电系数0.214 A•h/dm2•μm 。
　　（3）电刷镀预处理工艺。工业汽油清洗导轨表面→水砂纸打磨→丙酮精洗→电解除油（电压12V、机床接负极）→水洗→Ⅱ号电净（工件接正极、电压7V）→水洗→Ⅲ号电净（工件接正极、电压10～14V，再使工件接负极、电压6～8V）→水洗。特殊镍作电刷镀过渡层、水洗、电刷镀快速镍或镍钨D合金或镍钻钨合金。
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　　2．电刷镀阳极材料及镀液循环

　　（1）阳极材料。目前电刷镀普遍采用石墨作阳极，石墨有良好的导电性能，没有其他金属离子污染电镀液，但由于石墨脆性大，在高密度电流下容易发生崩落，同时石墨强度低，不易制作大型电极，金属易成型强度高，因此可用高纯度金属作阳极，但金属作阳极容易造成大量金属离子纳入电镀液，故要求电镀液必须含有络合力较强的络合剂，络合多余的金属离子，以保证电镀液的稳定并且要防止金属阳极在高密度电流下的钝化。电刷镀快速镍、镍钨D合金或镍钻钨合金，都采用电解金属镍作阳极。
　　制作的阳极要平整，导电板与镍板用不锈钢焊条均匀点焊，并在阳极底部镍板上钻3mm大的梅花状小孔，电刷镀阳极见图2。

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　　（2）镀液循环。可采用封闭法和断续浇淋法。封闭法：是将镀液封闭在槽内，阳极浸泡在镀液内进行电刷镀，此时电刷镀层全部被镀液浸泡，电镀液不易被空气氧化而影响电刷镀质量，一般适用于镀液较贵、电沉积速度较慢的合金电镀液。断续浇淋法：是将电镀液间断的浇在阳极上，使其自然消耗，为了减少电镀液的流失可在阳极背面加工一个凹槽，阳极底部钻小孔，镀液从小孔渗透到脱脂棉上进行涂镀，此种方法电镀液流失较多，一般用于速度快、电镀液比较便宜的电刷镀。
1 e- X" Z& k6 M: u# z. r" Z　　（3）镀层厚度控制。镀层厚度计算公式：δ=I•t/C•S。其中δ为镀层厚度（μm），I为电流（A），t为时间（h），S为面积（dm），C为镀液耗电系数（A•h/dm2•μm）。其中镀层厚度越均匀，导轨精度越高，镀层均匀性受阳极形状、阳极包套厚度均匀性、阳极导电性影响等，一般电镀层厚度在0.05～0.08mm，不均匀性可以控制在0.003mm之内。
: u7 ~4 Z8 K3 ]3 u　　三、用电刷镀一钎焊法修复导轨损伤
　　铸铁含碳量较高，组织疏松，直接在上面钎焊结合力较差，为此可以选用镍作为过渡层，碱铜作中间层，其中镍作为过渡层或底层与基体结合力好，碱铜作为中间层既可与镍牢固结合，又可与钎焊层锡秘合金结合，并且锡秘合金熔点低、流动性、韧性、耐磨性都比较好，同时其硬度、熔点可根据合金成分在一定范围内调整，结合实际情况，制定具体工艺如下：
! E7 |: o& L  Y5 }; G' Y2 h　　1.表面处理
1 Q7 B+ x$ w6 w( I6 |% k    　导轨表面处理（除油、灰尘）。电解除油→水洗→Ⅱ电净→Ⅲ电净→刷过渡层镍2～3μm→水洗→刷镀碱铜→水洗→酸洗→钎焊锡秘合金→磨平钎焊层→刷镀前处理→刷镀。
    　特别强调的是：刷镀前一定要将导轨损伤处的机油、灰、砂，用汽油洗净并除去严重的疲劳层，否则将严重影响焊层结合强度。刷镀碱铜层时易氧化，氧化层会影响焊层锡秘合金的结合强度，因此在焊前要用盐酸洗去氧化膜，同时盐酸不能涂得太多，否则会对基体产生腐蚀，使锡秘合金焊层产生许多针孔。
   　 2.镍配方和工艺
    　硫酸镍330g/L；冰醋酸30mL/L；氨基乙酸20 mL/L，耗电系数0.42 A•h/dm2•μm；pH值0.8-1；阴阳极相对运动速度10～25m/min；电压8～10V。
7 c. {- F& t! k' |    　3.碱铜配方和工艺
0 W% d% X/ W& m+ `    　硫酸铜250g/L；乙二胺250g/L；氨三乙酸150 g/L；硫酸钠20 g/L；硝酸铰50g/L；pH值7～8；阴阳极相对运动速度10～20m/min；电压6～15V；耗电系数0.18 A•h/dm2•μm。
' y7 N$ N; n' D; X0 `+ K    　上述方法，可以根据机床制造或维修的不同情况运用。对于新加工的机床导轨，可以采用表面淬火或电刷镀的方法处理；对于出现损伤的导轨，可先用电刷镀和钎焊修复，再对整个导轨表面淬火或电刷一层金属或合金。这样不仅可以解决修复问题，还可以保护整个机床导轨，延长机床导轨的使用寿命。
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