机械设备修理工艺学

1. 机械设备修理工艺学 主编晏初宏

2. 模块四　机械失效零件的修复技术 任务一　零件修复工艺概述任务二　零件的修复工艺任务三　刮 研 技 术

3. 任务一　零件修复工艺概述 一、零件修复的优点　　修复失效零件主要有以下一些优点：1)减少备件储备，从而减少资金的占用，能起到节约的效果。2)减少更换件制造，有利于缩短设备停修时间，提高设备利用率。3)减少制造工时，节约原材料，大大降低修理费用。4)利用新技术修复旧件还可提高零件的某些性能，延长零件使用寿命。二、修复工艺的选择　　用来修复机械零件的工艺很多，如图4⁃1所示，是较普遍使用的修复零件尺寸的修理工艺。

4. 任务一　零件修复工艺概述 图4-1　零件的修复工艺 (1)修复工艺对零件材质的适应性　任何一种修复工艺都不能完全适应各种材料。

5. 任务一　零件修复工艺概述 表4-1　各种修复工艺对常用材料的适应性

6. 任务一　零件修复工艺概述 表4-1　各种修复工艺对常用材料的适应性

7. 任务一　零件修复工艺概述 图4-2　几种主要修复工艺能达到的修补层厚度1—镀铬　2—滚花　3—钎焊　4—振动电弧堆焊5—手工电弧堆焊　6—镀铁　7—粘补　8—熔剂层下电弧堆焊　9—金属喷涂　10—镶加零件

8. 任务一　零件修复工艺概述 (2)各种修复工艺能达到的修补层厚度　不同零件需要的修复层厚度不一样。(3)被修零件构造对工艺选择的影响　例如轴上螺纹损坏时可车成直径小一级的螺纹，但要考虑拧入螺母是否受到临近轴径尺寸较大的限制。(4)零件修理后的强度　修补层的强度，修补层与零件的结合强度，以及零件修理后的强度，是修理质量的重要指标。

9. 任务一　零件修复工艺概述 表4-2　各种修补层的力学性能

10. 任务一　零件修复工艺概述 (5)修复工艺过程对零件物理性能的影响　修补层物理性能，如硬度、加工性、耐磨性及密实性等，在选择修复工艺时必须考虑。(6)修复工艺对零件精度的影响　对精度有一定要求的零件，主要考虑修复中的受热变形。(7)从经济性上加以考虑　如一些易加工的简单零件，有时修复还不如更换经济。

11. 任务一　零件修复工艺概述 表4-3　轴的修复工艺选择

12. 任务一　零件修复工艺概述 表4-3　轴的修复工艺选择

13. 任务一　零件修复工艺概述 表4-4　孔的修复工艺选择

14. 任务一　零件修复工艺概述 表4-4　孔的修复工艺选择

15. 任务一　零件修复工艺概述 表4-5　齿轮的修复工艺选择

16. 任务一　零件修复工艺概述 表4-6　其他典型零件的修复工艺选择

17. 任务一　零件修复工艺概述 表4-6　其他典型零件的修复工艺选择

18. 任务一　零件修复工艺概述 表4-6　其他典型零件的修复工艺选择

19. 任务二　零件的修复工艺 一、修理尺寸法与零件修复中的机械加工　　对机械设备的动配合副中较复杂的零件修理时可不考虑原来的标称尺寸，而采用切削加工和其他加工方法恢复其磨损部位的形状精度、位置精度、表面粗糙度和其他技术条件，从而获得一个新尺寸（这个新尺寸，对轴来说比原来标称尺寸小，对孔来说则比原来标称尺寸大），称为修理尺寸，而与此相配合的另一个较简单的零件则按相应尺寸制作新件或修复，保证原有的配合性质不变，这种方法便称为修理尺寸法。修理尺寸法实质上是修复中解尺寸链的方法。二、机械修复法

20. 任务二　零件的修复工艺 图4-3　镶加补强板 　　利用机械连接，如螺纹联接、键联接、销联接、铆接、过盈连接和机械变形等各种机械方法，使磨损、断裂、缺损的零件得以修复的方法称为机械修复法。例如镶补、局部修换、金属扣合等，这些方法可利用现有设备和技术，适应多种损坏形式，不受高温影响，受材质和修补层厚度的限制少，工艺易行，质量易于保证，有的还可以为以后的修理创造条件。因此，机械修复法应用很广。其缺点是受到零件结构和强度、刚度的限制，工艺较复杂，被修件硬度高时难以加工，精度要求高时难以保证。

21. 任务二　零件的修复工艺 图4-4　镶套修复法 1.镶加零件修复法

22. 任务二　零件的修复工艺 图4-5　导轨镶铸铁塞

23. 任务二　零件的修复工艺 图4-6　床身镶加淬火钢导轨 2.局部修换法

24. 任务二　零件的修复工艺 图4-7　局部修换法 3.塑性变形修复法

25. 任务二　零件的修复工艺 图4-8　强固扣合法 4.金属扣合法(1)强固扣合法　该法适用于修复壁厚为8~40mm的一般强度要求的薄壁机件。1)波形键的设计和制作：如图4-9所示，通常将波形键的主要尺寸凸缘直径d、宽度b、间距l和厚度t规定成标准尺寸，根据机件受力大小和铸件壁厚决定波形键的凸缘个数、每个断裂部位安装波形键数和波形槽间距等。

26. 任务二　零件的修复工艺 图4-9　波形键 2)波形槽的设计和制作：波形槽尺寸除槽深T大于波形键厚度t外，

27. 任务二　零件的修复工艺 图4-10　波形槽的尺寸与布置方式 其余尺寸与波形键尺寸相同，而且它们之间配合的最大间隙可达0.1~0.2mm。

28. 任务二　零件的修复工艺 图4-11　强密扣合法 3)波形键的扣合与铆击：波形槽加工好后，清理干净，将波形键镶入槽中，然后由波形键的两端向中间轮换对称铆击，使波形键在槽中充满，最后铆裂纹上的凸缘。(2)强密扣合法　在应用了强固扣合法以保证一定强度条件之外，对于有密封要求的机件，如承受高压的气缸、高压容器等防渗漏的零件，应采用强密扣合法，如图4-11所示。(3)优级扣合法　主要用于修复在工作过程中要求承受高载荷的厚壁机件，如水压机横梁、轧钢机主梁、辊筒等。

29. 任务二　零件的修复工艺 图4-12　优级扣合法

30. 任务二　零件的修复工艺 图4-13　加强件a)楔形加强件　b)十字形加强件　c)X形加强件　d)矩形加强件

31. 任务二　零件的修复工艺 图4-14　弯角裂纹的加强1、2—凹槽底面　3—加强件　4—缀缝栓 (4)热扣合法　它是利用加热的扣合件在冷却过程中产生收缩而将

32. 任务二　零件的修复工艺 图4-15　热扣合法a)圆环状热扣合件　b)工字形热扣合件1—机件　2—裂纹　3—扣合件 开裂的机件锁紧。

33. 任务二　零件的修复工艺 三、电镀修复法　　电镀是利用电解的方法，使金属或合金沉积在零件表面上形成金属镀层的工艺方法。电镀修复法不仅可以用于修复失效零件的尺寸，而且可以提高零件表面的耐磨性、硬度和耐腐蚀性，以及其他性能等。因此，电镀是修复机械零件的最有效方法之一，在机械设备维修领域中应用非常广泛。目前常用的电镀修复法有镀铬、镀铁、刷镀等。1.镀铬

34. 任务二　零件的修复工艺 (1)镀铬层的性能及应用范围　镀铬层的优点是：硬度高(800~1000HV，高于渗碳钢、渗氮钢)，摩擦因数小(为钢和铸铁的50%)，耐磨性高(高于无镀铬层的2~50倍)，导热率比钢和铸铁约高40%；具有较高的化学稳定性，能长时间保持光泽，抗腐蚀性强；镀铬层与基体金属有很高的结合强度。(2)镀铬工艺1)镀前表面处理：①为了得到正确的几何形状和消除表面缺陷并达到表面粗糙度要求，工件要进行机械准备加工和消除锈蚀，以获得均匀的镀层。2)施镀：工件装上挂具吊入镀槽进行电镀，根据镀铬层种类和要求选定电镀规范，按时间控制镀层厚度。

35. 任务二　零件的修复工艺 图4-16　局部电镀槽的构成1—纯镍阳极空心圈　2—电解液　3—被镀箱体　4—聚氯乙烯薄膜　5—泡沫塑料　6—层压板　7—千斤顶　8—电源设备 3)镀后检查和处理：镀后检查镀层质量，观察镀覆表面是否镀满及镀层色泽，测量镀层的厚度和均匀性。2.镀铁3.局部电镀

36. 任务二　零件的修复工艺 图4-17　刷镀工作原理示意图 4.刷镀(1)刷镀的工作原理及特点　图 所示为刷镀的工作原理示意图。

37. 任务二　零件的修复工艺 1)设备简单，工艺灵活，操作简便。2)结合强度高，比槽镀高，比喷涂更高。3)沉积速度快，一般为槽镀沉积速度的5~50倍，辅助时间少，生产效率高。4)工件加热温度低，通常小于70℃，不会引起变形和金相组织变化。5)镀层厚度可精确控制，镀后一般不需机械加工，可直接使用。6)操作安全，对环境污染小，不含毒品，储运无防火要求。7)适应材料广，常用金属材料基本上都可用刷镀修复。(2)刷镀的应用范围1)恢复磨损或超差零件的名义尺寸和几何形状。2)修复零件的局部损伤。

38. 任务二　零件的修复工艺 3)改善零件表面的性能。4)修复电气元件。5)用于去除零件表面部分金属层。6)用于解决通常槽镀难以完成的项目，如盲孔、超大件、难拆难运件等。7)对文物和装饰品进行维修或装饰。(3)刷镀溶液　刷镀溶液根据用途分为表面准备溶液、沉积金属溶液、去除金属溶液和特殊用途溶液。

39. 任务二　零件的修复工艺 表4-7　常用表面准备溶液的性能和用途

40. 任务二　零件的修复工艺 表4-7　常用表面准备溶液的性能和用途

41. 任务二　零件的修复工艺 表4-8　常用刷镀溶液的性能和用途

42. 任务二　零件的修复工艺 表4-8　常用刷镀溶液的性能和用途

43. 任务二　零件的修复工艺 图4-18SDB-１型导电柄1—阳极　2—“O”形密封圈　3—锁紧螺母　4—柄体　5—尼龙手柄　6—导电螺柱　7—尾座　8—电缆插头 (4)刷镀设备　刷镀的主要设备是专用直流电源和镀笔，此外还有一些辅助器具和材料。

44. 任务二　零件的修复工艺 (5)刷镀工艺1)镀前准备：清整工件表面至光洁平整，如脱脂除锈、去掉飞边毛刺等。2)电净：在清理平整的基础上，还必须用电净液进一步通电处理工件表面。3)活化：电净之后紧接着是活化处理。4)刷过渡层：活化处理后，紧接着就刷镀过渡层。5)刷工作层：根据情况选择工作层并刷镀到所需厚度。

45. 任务二　零件的修复工艺 表4-9　单一刷镀层的最大允许厚度(单位：mm)

46. 任务二　零件的修复工艺 6)镀后检查和处理：刷镀后清洗干净工件上的残留镀液并干燥，检查镀层色泽及有无起皮、脱层等缺陷，测量镀层厚度，需要时送机械加工。(6)刷镀的应用举例　例如一工作状态为圆周运动的齿轮，材料为合金钢，热处理后的硬度为240~285HBS，齿轮中间是一轴承安装孔，孔直径的标称尺寸为ϕ160+0．04mm，长55mm。1)镀前准备：用细砂布打磨损伤表面，在去除毛刺和氧化物后，用有机溶剂彻底清洗待镀表面及镀液流淌的部位，然后用清水冲净。2)电净：将工件夹持在车床卡盘上进行电净处理。3)活化：用2号活化液(SHY-2)，工件接正极，电压10V，时间为10~30s，刷镀笔型号为SDB-1。

47. 任务二　零件的修复工艺 4)镀层设计：由于孔是安装轴承用的，磨损量较小，对耐磨性要求不高，可采用特殊镍打底，快速镍增补尺寸并作为工作层。5)刷过渡层：用特殊镍镀液，工件接负极，电压10V，镀层厚度为1~2μm。6)刷工作层：刷镀过渡层后迅速刷镀快速镍，直至所要求的尺寸。7)镀后检查和处理：用清水冲洗干净，揩干后，测量检查镀后孔径尺寸、孔表面是否光滑，合格后涂防锈液。四、热喷涂修复法

48. 任务二　零件的修复工艺 　　用高温热源将喷涂材料加热至熔化或呈塑性状态，同时用高速气流使其雾化，喷射到经过预处理的工件表面上形成一层覆盖层的过程称为喷涂。将喷涂层继续加热，使之达到熔融状态而与基体形成冶金结合，获得牢固的工作层称为喷焊或喷熔。这两种工艺总称为热喷涂。1.热喷涂的分类及特点1)适用材料广，喷涂材料广。2)涂层的厚度不受严格限制，可以从0.05mm到几毫米。3)喷涂时工件表面温度低(一般为70~80℃)，不会引起零件变形和金相组织改变。4)设备不太复杂，工艺简便，可在现场作业。2.热喷涂在机械设备维修中的应用

49. 任务二　零件的修复工艺 3.氧乙炔火焰喷涂和喷焊

50. 任务二　零件的修复工艺 表4-10　国产喷涂粉末的性能及用途