阅读说明：本技术 一种定域修复压力机轴瓦磨损的设备和方法 (Equipment and method for locally repairing abrasion of press bearing bush ) 是由 范晖 赵阳培 肖成西 王善奎 郭华锋 于 2019-09-10 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种定域修复压力机轴瓦磨损的设备和方法,包括输液管道、电解液罐、电解液泵、流速控制阀、电源、数控喷嘴系统、轴瓦工件装夹模块组成,电解液泵启动后,电解液束流经喷嘴射向工件形成一闭合回路,构成电化学加工的必要加工条件,电解液罐、电解液泵及电解液回收盘分为A、B两套,供不同成分的修复用电解液循环使用,电解液中添加的二硫化钼润滑封装式复合涂层在射流态加工环境下,可以有效发挥修复沉积层的耐磨性能得到有效提升,在受损零件尺寸得以恢复的同时性能不仅恢复甚至得到提升,达到了形性协同加工制造的技术效果。(the invention discloses equipment and a method for locally repairing the abrasion of a press bearing bush, which comprise a liquid conveying pipeline, an electrolyte tank, an electrolyte pump, a flow rate control valve, a power supply, a numerical control nozzle system and a bearing bush workpiece clamping module, wherein after the electrolyte pump is started, an electrolyte beam flows through a nozzle and is emitted to a workpiece to form a closed loop to form necessary machining conditions for electrochemical machining, the electrolyte tank, the electrolyte pump and an electrolyte recovery disc are divided into A, B sets, so that electrolyte for repairing different components can be recycled, a molybdenum disulfide lubrication packaging type composite coating added in the electrolyte can effectively play a role in effectively improving the wear resistance of a repaired deposition layer under a jet state machining environment, the performance is not only recovered but also improved when the size of a damaged part is recovered, and the technical effect of shape collaborative machining and manufacturing is achieved.)

一种定域修复压力机轴瓦磨损的设备和方法

技术领域

本发明具体为一种定域修复压力机轴瓦磨损的设备和方法。

背景技术

压力机是一种通过对金属坯件施加强大的压力使金属发生塑性变形和断裂来加工成 零件的生产机械，可广泛应用于切断、冲孔、落料、弯曲、铆合和成形等工艺，在高 端装备制造业中具有广泛的应用。轴瓦是压力机中重要的零部件。通过轴瓦摩擦面上 的油槽润滑，起到与滚珠轴承类似的支撑作用，减少了所配合的轴零件磨损，从而对 轴零件起到较好的保护作用。但是，经过特定工作时间后，轴瓦因使用中承受着较大 的冲击、振动载荷、润滑油存在杂质或黏度异常、或由于制造材料的性质限制，对极 端工况的承受能力有限等原因造成轴瓦的磨损或烧瓦，继续使用将影响产品质量以及 存在巨大的安全隐患。

经过在徐州锻压机床厂集团有限公司等大型装备制造企业调研发现，高速压力机连杆 轴瓦机构等摩擦副部件出现磨损现象，表现为：1.承受着比较极端的工作载荷；2.失效形式上点蚀、烧伤非常普遍。损伤量不大数十微米到数百微米范围，但危害严重； 3.考虑到啮合柔软、嵌藏性、顺应性利于轴颈跑和，摩擦副中的轴承、螺母等以有色 合金材料为主，包括锡磷青铜、铜铅合金、铍铜等。如附图1所示为高速压力机某大 型轴瓦现场图片，其材质为锡青铜合金，内径约300-500毫米。此类部件的损坏一般 最直接的维护方法就是更换。但新品基本都比较昂贵，单价一般超过3万元。且供货 周期较长，如备件紧缺还无法立即更换，延误了生产。大型铜质轴瓦部件在国民经济 中的使用非常普遍和重要，如大型数控机床、发电设备、矿山设备，如能实现现场甚 至在线的快速修复或强化，对于促进经济效益、提高装备完好率、实现可持续发展， 践行国家倡导的绿色制造都有着极其重要的战略意义。

目前对轴瓦进行修复的手段较多，巴氏合金轴瓦传统修复工艺是利用铸造法和氧-乙炔 焊接法，这两种方法工艺复杂，对操作人员水平要求极高，需要大量的后续机械加工， 材料损耗大，而且大量挥发金属气体对人体还有害，长时间工作影响身体健康。此外借助当今先进的高能量场表面成形技术，如激光熔覆、等离子熔覆、焊接、热喷涂等 也可进行轴瓦修复。虽然上述方法具有修复速度较快、效率高、合金成分可调等优点， 但也存在设备复杂、相对成本高、修复厚度不易控制、修复区存在热影响残余应力等 问题。实际上对于高熔点硬质材料、损伤较大(体积损伤)的待修复零件会更为理想， 而对于材质相对偏软(如铜质零件)、损伤较小(表面损伤)的摩擦副而言可能并不 完全适用。如果修复成本过高甚至超过了更换新品的价值，那就失去了节能降耗的意 义。又如专利201210498063.5公开了一种在铜基轴瓦上制备固体润滑涂层的方法，采 用喷枪的方法涂敷在铜基轴瓦表面形成固化涂层，其方式较为简单，也不需要采用高 能量场方式，但也需要后续处理，如进行表干和在280℃高温下固化。因此终上所述， 在轴瓦的修复领域客观上需要有一种比较轻便、简单、易控的修复方法。

实际上，作为低成本涂层方法的电沉积技术具有较好的适应性，其工艺相对简单、操 作方便、无热影响区等优点，制备的特种涂层有着较好的减摩性能和耐热耐蚀特性。 但普通电沉积沉积速度较慢效率较低，而且如作为修复工具，需使待修复零件浸没在 电解槽中才能实现加工，无法对损伤部分进行针对性加工。本发明基于微粒射流电沉 积加工工艺，针对大型轴瓦磨损状况，提供了一种通过射流电沉积方法制备修复层的 设备和操作方法，达到尺寸恢复和性能提升的目的，对于贵重损伤部件的再制造具有 重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种定域修复压力机轴瓦磨损的设备和方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种定域修复压力机轴瓦磨损的设备， 包括输液管道、电解液罐、电解液泵、流速控制阀、电源、数控喷嘴系统、轴瓦工件 装夹模块组成，

电解液箱、电解液泵、流速控制阀、喷嘴系统、待修复工件通过输液管道各部件顺序 相连，电源正极连接喷嘴阳极棒，电源负极连接待修复工件。电解液泵启动后，电解 液束流经喷嘴射向工件(阴极)形成一闭合回路，构成电化学加工的必要加工条件， 电解液罐、电解液泵及电解液回收盘分为A、B两套，供不同成分的修复用电解液循 环使用。

所述的轴瓦工件装夹模块由卡盘式工件夹具和数控装夹平台组成。夹具为一U型凹槽 固定夹的上端两内侧均开设有一个滑槽，该滑槽与U型凹槽固定夹的顶面在同一水平面上，且每个滑槽内均放有滑槽块，通过紧固螺栓可将滑槽块固定在滑槽内。在U型 凹槽固定夹的两上端面均固定有一固定加紧装置，由螺栓和垫块组成，且垫块上均开 有腰形长孔。将需要修复的锻压机轴瓦放置在夹具的半圆形凹槽内，通过加紧左右两 侧的螺栓，利用滑槽块在滑槽内的间隙使锻压机轴瓦向中心移动与U型凹槽表面紧密 贴合。当锻压机轴瓦的两端突出半圆形凹槽的两上端面时，可通过调节螺栓在腰形孔 中的位置，使压块压住轴瓦两端，并加紧螺栓使锻压机轴瓦固定于专用夹具中。待修 复工件下方放置有回收盘，可收集喷射到工件表面流下的电解液，并通过回流管收集 流回电解液箱。

修复用电解液分为AB两罐：电解液罐A中电解液成分为：五水硫酸铜250克/L，浓硫酸50克/L，表面活性剂选用十二烷基硫酸钠10克/L，超细二硫化钼粉末(粒径10 微米)20克/L。电解液罐B中电解液成分为：五水硫酸铜250克/L，浓硫酸50克/L。 在修复电沉积前，要对A罐中使用的超细二硫化钼粉进行预处理：水洗→稀硝酸洗→ 蒸馏水洗→烘干。电解液温度由恒温水浴控制在50℃±2℃，并以1000转/分钟速度 机械搅拌，避免粉末团聚。

一种定域修复压力机轴瓦磨损的方法，

待修复轴瓦内表面磨损处预处理：①用汽油清洗超大型铜螺母的螺旋齿面和齿根去除 油污；②以800-1200目金相砂纸渐进式研磨、抛光；③将打磨后的材料用35克/升氢氧化钠溶液进行清洗，表面脱脂除油：然后用10％的浓硫酸及10％硝酸混合酸进行活 化处理；④蒸馏水冲洗干净、吹干。

根据轴瓦磨损程度进行评估，在给定的喷嘴选择范围内选取喷嘴口径。轴瓦磨损点状 宜采用圆形喷嘴修复。如面积较小可采用定点扫描方式，如面积较大可控制喷嘴系统采用填涂式扫描路径修复；细小划痕也适宜采用圆形喷嘴；较宽带状磨损宜采用矩形 喷嘴。

修复厚度为100微米至1000微米之间，磨损处的扫描层数在4-8层范围内选取。每层 各分为打底层和润滑剂层两道工序。具体过程为：①首先选用B罐电解液，喷嘴与工 件距离保持为10mm，以直流电流(0.5A)，扫描速度300mm/分，喷射流速150L/h 的工艺参数组合在基体表面进行往复扫描，控制层数为25层，此过程为打底过程， 即在基体及下一层润滑层表面预置具有较好表面形貌和平整度的纳米晶涂层，为下一 步设置的润滑层做准备；②选用A罐电解液，将喷嘴与工件距离保持为5mm，以脉 冲电流(电流0.4A，脉冲频率5000Hz，占空比1:7)，扫描速度50mm/分，喷射流 速100L/h的工艺参数组合在基体表面进行往复扫描，控制层数为400层。采用脉冲 电流，电流频率为5000Hz，电流密度在400A/dm2，工作液流速200L/h，占空比为1:7。 8)修复开始前，要先通过机械手将喷嘴定位到轴瓦内表面磨损部位。整个加工过程 和数控机械装置均由计算机设定数控程序设定。该程序中应包含扫描次数、扫描距离、 喷射作用的工作启停频率等设定，这些信息应根据实际加工要求进行调整取得最优效 果，选取和优化喷射扫描加工路径以及扫描层数，使固体润滑层按照指定位置及厚度 精确地积在轴瓦内表面损伤区域内，形成有效的修复性减摩润滑涂层。

修复效果的检测。轴瓦表面修复应与效果检测配合完成。在设定的某一个修复单元结 束之后，尺对轴瓦/轴间隙进行测量。如未达到指定厚度可继续进行新的修复单元沉积 修复，直至达到沉积厚度。

本发明的有益效果：

(1)电解液中添加的二硫化钼润滑封装式复合涂层在射流态加工环境下，可以有效发 挥修复沉积层的耐磨性能得到有效提升，在受损零件尺寸得以恢复的同时性能不仅恢 复甚至得到提升，达到了形性协同加工制造的技术效果

(2)利用射流电沉积定域性好的特点，引入联动数控加工系统。通过机械手和工作台 的空间移位，实现喷嘴针对轴瓦内腔的磨损位置的精准修复。

附图说明

图1为待修复轴瓦示意图；

图2为压力机轴瓦专用夹具主视图；

图3为待修复螺母修复位置加工示意图。

其中1-U型凹槽固定夹、2-滑槽块、3,5-螺栓、4-压块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地 描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所 有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

1)压力机轴瓦的材料属于低速重载滑动摩擦部件的耐磨层材料，其与承载轴进行对 摩时，应优先保证轴类零件的耐磨性。即应具有较好的减摩性，但耐磨性硬度应低于 轴类零件，这是再制造修复工艺中须掌握的特殊性和加工原则。

2)射流电沉积轴瓦修复装置由输液管道、电解液罐、电解液泵、流速控制阀、电源、数控喷嘴系统、轴瓦工件装夹模块等零件组成。如附图2所示，电解液箱、电解液泵、 流速控制阀、喷嘴系统、待修复工件通过输液管道各部件顺序相连，电源正极连接喷 嘴阳极棒，电源负极连接待修复工件。电解液泵启动后，电解液束流经喷嘴射向工件 (阴极)形成一闭合回路，构成电化学加工的必要加工条件。电解液罐、电解液泵及 电解液回收盘分为A、B两套，供不同成分的修复用电解液循环使用，如附图2所示。

3)轴瓦夹具装置块由卡盘式工件夹具和数控装夹平台组成。夹具为一U型凹槽固定夹 的上端两内侧均开设有一个滑槽，该滑槽与U型凹槽固定夹的顶面在同一水平面上，且每个滑槽内均放有滑槽块，通过紧固螺栓可将滑槽块固定在滑槽内。在U型凹槽固 定夹的两上端面均固定有一固定加紧装置，由螺栓和垫块组成，且垫块上均开有腰形 长孔。将需要修复的锻压机轴瓦放置在夹具的半圆形凹槽内，通过加紧左右两侧的螺 栓，利用滑槽块在滑槽内的间隙使锻压机轴瓦向中心移动与U型凹槽表面紧密贴合。 当锻压机轴瓦的两端突出半圆形凹槽的两上端面时，可通过调节螺栓在腰形孔中的位 置，使压块压住轴瓦两端，并加紧螺栓使锻压机轴瓦固定于专用夹具中。待修复工件 下方放置有回收盘，可收集喷射到工件表面流下的电解液，并通过回流管收集流回电 解液箱。如附图3所示。

4)待修复轴瓦内表面磨损处预处理：①用汽油清洗超大型铜螺母的螺旋齿面和齿根 去除油污；②以800-1200目金相砂纸渐进式研磨、抛光；③将打磨后的材料用35克/ 升氢氧化钠溶液进行清洗，表面脱脂除油：然后用10％的浓硫酸及10％硝酸混合酸进 行活化处理；④蒸馏水冲洗干净、吹干。

5)修复用电解液分为AB两罐：电解液罐A中电解液成分为：五水硫酸铜250克/L，浓硫酸50克/L，表面活性剂选用十二烷基硫酸钠10克/L，超细二硫化钼粉末(粒径 10微米)20克/L。电解液罐B中电解液成分为：五水硫酸铜250克/L，浓硫酸50克 /L。在修复电沉积前，要对A罐中使用的超细二硫化钼粉进行预处理：水洗→稀硝酸 洗→蒸馏水洗→烘干。电解液温度由恒温水浴控制在50℃±2℃，并以1000转/分钟 速度机械搅拌，避免粉末团聚。

6)根据轴瓦磨损程度进行评估，在给定的喷嘴选择范围内选取喷嘴口径。轴瓦磨损点 状宜采用圆形喷嘴修复。如面积较小可采用定点扫描方式，如面积较大可控制喷嘴系统采用填涂式扫描路径修复；细小划痕也适宜采用圆形喷嘴；较宽带状磨损宜采用矩 形喷嘴。

7)修复厚度为100微米至1000微米之间，磨损处的扫描层数在4-8层范围内选取。每层各分为打底层和润滑剂层两道工序。具体过程为：①首先选用B罐电解液，喷嘴 与工件距离保持为10mm，以直流电流(0.5A)，扫描速度300mm/分，喷射流速150 L/h的工艺参数组合在基体表面进行往复扫描，控制层数为25层，此过程为打底过程， 即在基体及下一层润滑层表面预置具有较好表面形貌和平整度的纳米晶涂层，为下一 步设置的润滑层做准备；②选用A罐电解液，将喷嘴与工件距离保持为5mm，以脉 冲电流(电流0.4A，脉冲频率5000Hz，占空比1:7)，扫描速度50mm/分，喷射流 速100L/h的工艺参数组合在基体表面进行往复扫描，控制层数为400层。采用脉冲 电流，电流频率为5000Hz，电流密度在400A/dm2，工作液流速200L/h，占空比为1:7。

8)修复开始前，要先通过机械手将喷嘴定位到轴瓦内表面磨损部位。整个加工过程 和数控机械装置均由计算机设定数控程序设定。该程序中应包含扫描次数、扫描距离、喷射作用的工作启停频率等设定，这些信息应根据实际加工要求进行调整取得最优效 果，选取和优化喷射扫描加工路径以及扫描层数，使固体润滑层按照指定位置及厚度 精确地积在轴瓦内表面损伤区域内，形成有效的修复性减摩润滑涂层。

9)修复效果的检测。轴瓦表面修复应与效果检测配合完成。在设定的某一个修复单 元结束之后，应用塞尺对轴瓦/轴间隙进行测量。如未达到指定厚度可继续进行新的修复单元沉积修复，直至达到沉积厚度。

如附图1所示，高速压力机F300传动副中的铜轴瓦，材质为锡青铜，内径40mm，外径60mm，厚度50mm，磨损处磨损量达0.5mm，划痕磨损。在试车过程中，发现出 现烧伤现象，造成轴瓦受力状态不均、出现偏载，当速度提高时偏载情况恶化，导致 烧伤。

修复时包括如下步骤：

工件预处理：①用汽油清洗超大型铜螺母的螺旋齿面和齿根去除油污；②以800-1200 目金相砂纸渐进式研磨、抛光；③将打磨后的材料用35克/升氢氧化钠溶液进行清洗，表面脱脂除油：然后用10％的浓硫酸及10％硝酸混合酸进行活化处理；④蒸馏水冲洗 干净、吹干。

按照规定成分配置电解液A、B罐。A罐成分：五水硫酸铜250克/L，浓硫酸50克/L，表面活性剂选用十二烷基硫酸钠10克/L，超细二硫化钼粉末(粒径10微米)20克/L。 B罐成分：五水硫酸铜250克/L，浓硫酸50克/L。

修复开始前，将清洁好的铜轴瓦固定在装夹模块，并通过操作数控机械手和装夹模块 将喷嘴定位至轴瓦内腔的磨损部位，做好修复沉积准备。

经检测，磨损量为0.5mm，拟进行4层封装式复合润滑层加工：

第1层制备过程：

打底环节：使用A罐电解液，喷嘴与工件距离保持为10mm，以直流电流(0.5A)， 扫描速度300mm/分，喷射流速150L/h的工艺参数组合在基体表面进行往复扫描，控 制层数为20层。

启动数控程序，代码如下：

O0001 (主程序编号)

G54G90G00X-50Y80Z10； (建立工件坐标系，快速定位到(-10,80,10)的位置)

G01Z-100F300； (定位到(-50,80，-100)，进给速度为300mm/min)

M98P2L10； (调用子程序P2，执行10次，扫描20层)

M30 (程序结束)

子程序P2略。

固体润滑层制备环节：选用B罐电解液，调整扫描速度50mm/分，喷射流速100L/h，可编程电源切换输出脉冲电流，电流0.5A，占空比为1：7，脉冲频率5000HZ，

扫描层数为400层；

启动数控程序，代码如下：

M98P2L200； (调用子程序P2，执行200次，扫描400层)

M30 (程序结束)触发器结束电源脉冲输出

子程序P2略。

依次进行2-4层封装式复合润滑层加工。

在该数控加工单元程序结束后，喷嘴与工件脱离接触，机床暂停。

进行硬度检测和外形几何尺寸的检测。如未达到指定厚度可继续进行下一个4层修复 单元沉积修复，直至达到沉积厚度。最后将检测结果合格的轴瓦与轴装配，验收。 与现有技术相比本发有益效果：

(1)射流电沉积方法适宜加工铜质减摩性固体润滑金属，而铜质修复沉积层与铜合 金轴瓦材料具有较好的结合状态。因此，针对铜轴瓦材料的磨损修复或增强减摩性能的应用方面，射流电沉积可较好发挥自身特点，在尺寸恢复和性能提升两方面都产生 较好效果，达到形性协同制造的目的。

(2)采用的新型铜质固体润滑涂层，有针对性的面向轴瓦修复特点：具有较好的减摩性，但耐磨性硬度应低于轴类。其材料为多孔形态，而非致密的纳米晶形态，保持 了铜质材料的啮合柔软、嵌藏性、顺应性，而在多孔材料中存储了润滑性的二硫化钼 材料，提高了减摩性。

(3)相对于其他通过热喷涂以及激光熔覆等制备涂层方式，不存在热影响区，且预备工序和后处理工序更少，更加简单实用。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背 离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围 由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和 范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉 及的权利要求。