一种不可分解轴承零件的尺寸修复工装夹具及修复方法与流程

1.本技术涉及表面处理技术领域，尤其涉及一种航空发动机的不可分解轴承零件的尺寸修复工装夹具及修复方法。


背景技术：

2.航空发动机轴承类零件在使用过程中因磨损需要对配合面进行尺寸修复，但对于部分轴承，由内钢套、保持架和滚珠组成，零件之间采用铆接方式连接在一起，无法进行分解。其型面和结构复杂，对于此类不可分解的轴承，采用化学处理工艺修复尺寸，非镀面有铜合金、滚珠，在化学溶液中很容易腐蚀，镀铬过程中对非镀面的遮蔽保护非常困难。同时，对于轴承类零件，由于此类零件的尺寸精度很高，为避免装夹造成零件变形，一般要求直接修复到使用尺寸，而不需要后续的机械加工。轴承类零件均为高价值的零件，加工周期很长，一旦因尺寸超差零件报废，一则成本损失很大，二则对修理进度造成很大的影响。因此，开展不可分解轴承修复尺寸工艺研究，对保证轴承类零件修理顺利进行具有非常大的意义。
3.轴承类零件的工作面硬度很高，其硬度一般为hrc60-65，换算成显微硬度约为713-856hv。为了满足修复后零件的工作环境要求，其镀层的显微硬度也应该达到也应该在此范围内。
4.在电镀工艺中，通常用于尺寸修复的工艺有镀镍、化学镀镍、镀铜和镀铬，镀镍和镀铜工艺可以提供较厚的镀层厚度用于尺寸修复，但是其硬度远远低于轴承零件的硬度，不适合于轴承零件的尺寸修复；化学镀镍也可以提供较厚的镀层厚度，化学镀镍后的硬度大约为hv500，镀层经400℃的热处理1小时后，硬度可达到hv＝900，硬度满足要求，但化学镀镍层的热处理温度达到400℃，轴承类零件在此温度下可能会发生氧化或变形，影响轴承的表面和尺寸精度，因此，化学镀镍也不适用于轴承类零件的尺寸修复。而镀铬工艺的镀层厚度(厚度可达0.3mm以上)能满足修复尺寸的需求，镀层硬度较高(通常hv≥700)，且结合力良好。因此，采用镀铬工艺实现轴承工作面的尺寸修复。
5.在不可分解的轴承表面上镀铬，一是需要设计制作专用的工装夹具保证外缘部位镀层的均匀性；二是需采用合适遮蔽材料对非镀面进行遮蔽保护；三是由于轴承是尺寸精度非常高的零件，采用常规的空气炉中除氢零件各部分受热不均匀，易产生一定的变形，容易导致尺寸超差，需采用合适的除氢方法避免零件变形和氧化；四是通过调整镀铬时的工艺参数，保证镀层良好的结合力，以及使镀层硬度hv≥860。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本技术实施例提供一种不可分解轴承零件的尺寸修复工装夹具及修复方法，修复方法实现良好的结合力和高硬度，满足零件工作环境使用要求，同时本发明还可应用于可分解轴承修复尺寸，以解决工业生产中急需解决的问题。设计专用的镀铬工装夹具，开发轴承表面镀铬工艺流程和参数，通过创新遮蔽方法和除氢方法，制定专用的镀铬流
程和参数，以及操作过程中的注意事项，达到规定的镀层厚度，实现精确的修复尺寸。
7.第一方面，本技术实施例提供一种不可分解轴承零件的尺寸修复工装夹具，用于装夹零件并置于镀铬槽中进行镀铬，包括：
8.镀铬阳极槽，所述镀铬阳极槽设置为顶部开口的槽体结构，内部固定安装零件；
9.导杆，所述导杆位于所述镀铬阳极槽的侧壁并向外伸出，所述导杆上连接导线，所述导线与所述镀铬槽的阳极连接；
10.上盖板和下盖板，所述上盖板和所述下盖板分别位于所述零件的轴向两端，对所述零件的非镀铬区进行遮蔽并装夹所述零件；
11.挂钩，所述挂钩依次穿过所述上盖板、所述零件、所述下盖板和所述镀铬阳极槽的底壁并进行固定，实现所述零件在所述镀铬阳极槽内的固定安装。
12.根据本技术实施例的一种具体实现方式，所述挂钩包括弯钩部和螺杆部，所述螺杆部依次穿过所述上盖板、所述零件、所述下盖板和所述镀铬阳极槽的底壁，所述上盖板的上侧和所述镀铬阳极槽的底壁的外侧分别设有螺母，所述螺母与所述螺杆部螺纹配合。
13.第二方面，本技术实施例还提供一种不可分解轴承零件的尺寸修复方法，所述方法包括：
14.零件的前处理，包括零件验收、零件打磨和去除表面油污；
15.遮蔽保护，采用刮刀向轴承部位灌注遮蔽保护剂，以密封保护轴承部位，去除多余的所述遮蔽保护剂；
16.装挂，采用如上述第一方面任一实施例所述的工装夹具进行装挂；
17.对装挂后的零件进行水基清洗剂除油后进行清洗；
18.将零件放入镀铬槽中进行预热，再进行阳极腐蚀，零件作为阳极，阳极腐蚀的电流密度为30a/dm
2-40a/dm2，时间为10秒-15秒；然后冲击镀铬，零件在镀槽中不动，通过电源的转换开关，零件转换为阴极，电流密度85a/dm
2-95a/dm2，时间为1分钟-2分钟；然后进行镀铬，零件在镀槽中不动，冲击镀铬后，电流恢复到正常值进行镀铬，电流密度为45a/dm
2-55a/dm2，镀铬时间达到工艺图表规定的时间时，取出零件，清洗后测量镀层尺寸；
19.镀铬后进行一次水洗、去除工装夹具及二次水洗，然后去除所述遮蔽保护剂；
20.对零件在第一滑油中进行油封；
21.镀铬后1小时内进行除氢，除氢过程在第二滑油中进行，除氢后在自然条件下进行室温冷却。
22.根据本技术实施例的一种具体实现方式，所述遮蔽保护剂为长城牌221润滑脂。
23.根据本技术实施例的一种具体实现方式，所述对装挂后的零件进行水基清洗剂除油后进行清洗的步骤包括：
24.采用干净的棉纱布蘸取金属洗涤剂，反复擦拭零件镀面去除油污；
25.热水洗，使用60-80℃的自来水清洗0.5分钟-2分钟；
26.流动冷水洗，使用室温的流动自来水清洗0.5分钟-2分钟；
27.水膜检查，零件经清洗后，检查水膜，要求水膜连续，至少30s不破裂。
28.根据本技术实施例的一种具体实现方式，所述镀铬槽的槽液成分包括铬酐、硫酸和三价铬离子，铬酐的浓度范围为200g/l-250g/l，硫酸的浓度范围为2g/l-2.5g/l，三价铬离子的浓度范围为3g/l-8g/l。
29.根据本技术实施例的一种具体实现方式，零件放入镀铬槽中进行预热的预热温度范围为52℃-60℃，对于壁厚大于5mm的零件预热时间为5-8分钟，对于壁厚小于等于5mm的零件，预热时间为2-5分钟。
30.根据本技术实施例的一种具体实现方式，在所述清洗后测量镀层尺寸的步骤中，若镀层厚度不达标时，按如下步骤进行处理：
31.使用棉纱布蘸金属洗涤剂擦拭镀面，再用室温自来水清洗0.5分钟-2分钟；
32.将零件放置镀铬槽中进行预热；
33.进行阳极活化，阳极活化时零件作为阳极，温度为50-60℃，电流密度为25a/dm
2-35a/dm2，时间为10秒-20秒；
34.将零件转接到阴极并进行镀铬，以5分钟的时间将电流密度从0逐渐升到50a/dm2。
35.根据本技术实施例的一种具体实现方式，所述第一滑油为ts-1脱水滑油，所述第二滑油为h-20滑油。
36.根据本技术实施例的一种具体实现方式，所述除氢后在自然条件下进行室温冷却的步骤之后还包括：
37.外观检验，检验前采用棉纱布蘸丙酮擦拭去除镀面的滑油，外观检验应在天然散射光或无反射光的白色透射光线下，以目视的方法进行检验，光的强度不低于300lx，允许用3-5倍放大镜进行检查；检验镀层颜色应为无光泽，或者有光泽的白色或兰色色调，沉积应平整，允许周围上有铬面，周围面包括圆角和侧角；
38.镀后尺寸检查，镀后尺寸需满足图纸要求，测量镀层的厚度时，至少测量三个点，任意一点的测量值都应在规定的范围内；
39.油封包装，采用8b滑油进行油封，用石蜡纸包裹或聚乙烯薄膜密封包装。
40.有益效果
41.本技术实施例中的不可分解轴承零件的尺寸修复工装夹具，能使零件镀面尺寸得到精准的修复；本技术找到一种润滑脂对不可分解轴承的非镀面进行遮蔽保护，能在电镀过程中不脱落，有效防止轴承在镀铬过程中腐蚀或镀上镀层；制定了一种特殊的除氢介质和除氢的方法，即在滑油中进行除氢，避免轴承在除氢过程中产生氧化或变形；通过研究镀铬硬度与电流密度的关系，制定了镀铬电流密度参数，可保证镀层硬度hv≥860。
附图说明
42.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
43.图1为根据本发明一实施例的不可分解轴承零件的尺寸修复工装夹具的装配图；
44.图2为根据本发明一实施例的不可分解轴承零件的尺寸修复工装夹具的分解图；
45.图3为根据本发明一实施例的不可分解轴承零件的尺寸修复方法的电流密度和硬度关系示意图。
46.图中：1、镀铬阳极槽；2导杆；3、上盖板；4、下盖板；5、镀铬挂钩；51、弯钩部；52、螺杆部；6、零件；7、导电铜丝；8、螺母。
具体实施方式
47.下面结合附图对本技术实施例进行详细描述。
48.以下通过特定的具体实例说明本技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本技术的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。本技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本技术的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
49.要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本技术，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
50.还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本技术的基本构想，图式中仅显示与本技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
51.另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
52.第一方面，本技术实施例提供了一种不可分解轴承零件的尺寸修复工装夹具，用于装夹零件并置于镀铬槽中进行镀铬，下面参照图1至图2进行详细描述。
53.工装夹具包括镀铬阳极槽1、导杆2、上盖板3、下盖板4和挂钩5，镀铬阳极槽1设置为顶部开口的槽体结构，内部固定安装零件6，且镀铬阳极槽1的底壁上设有通孔，用于使镀铬槽内的镀液在镀铬阳极槽1内流通；导杆2位于镀铬阳极槽1的侧壁并向外伸出，导杆2上连接导线，导线与镀铬槽的阳极连接，在本实施例中，导线设置为导电铜丝7，导线还可设置为其他类型材料，本技术中并不做特别限定。
54.上盖板3和下盖板4分别位于零件6的轴向两端，对零件6的非镀铬区进行遮蔽并装夹零件6。在本实施例中，上盖板3和下盖板4均设置为t型结构，且上盖板3和下盖板4相对的设置在零件6的轴向两端，且紧密配合，t型结构的横部分位于零件6的端部外侧，t型结构的竖部分从零件6的轴向插入，上盖板3和下盖板4上均设有通孔，使镀液通过通孔流入到零件的内侧镀铬区。
55.挂钩5依次穿过上盖板3、零件6、下盖板4和镀铬阳极槽1的底壁并进行固定，实现零件6在镀铬阳极槽1内的固定安装。具体的，挂钩5包括弯钩部51和螺杆部52，螺杆部52依次穿过上盖板3、零件6、下盖板4和镀铬阳极槽1的底壁，上盖板3的上侧和镀铬阳极槽1的底壁的外侧分别设有螺母8，螺母8与螺杆部52螺纹配合，通过旋紧螺母8可以夹紧零件6，使零件6的非镀铬区得到有效的保护，使零件6镀面尺寸得到精准修复。
56.在材料设置上，镀铬阳极槽1的槽体材料为聚四氟乙烯，导杆2的材料为铅板或铅锑合金，上盖板3和下盖板4的材料为45号钢，挂钩5的弯钩部51的材料为紫铜，螺杆部52的材料为45号钢。
57.第二方面，本技术实施例提供了一种不可分解轴承零件的尺寸修复方法，该方法中使用第一方面任一实施例的工装夹具对零件进行装挂，装挂后放入到镀铬槽中进行镀铬，下面进行具体的步骤描述。
58.s101、零件的前处理，包括零件验收、零件打磨和去除表面油污。
59.s1011、零件验收，镀前零件应经过机加处理，以去除表面的压痕、氧化色等，轴承钢套待镀表面及周围的圆角、倒角上不允许有腐蚀、凹陷、擦伤、划伤等缺陷，镀面表面的粗糙度不得低于1.6微米，轴承在启封状态下到电镀的间隔时间不超过4小时。镀前测量镀面尺寸。
60.s1012、打磨，采用百洁布或160目以上的砂纸打磨镀面，以便去掉防碍镀铬质量的不可见氧化膜。打磨时零件涂上8b滑油，打磨时避免有脏物和机械杂质落入轴承。
61.s1013、去除表面油污，用干净的棉纱布蘸取丙酮，擦洗零件表面，去除油污。
62.s102、遮蔽保护，对于不可分解轴承，采用刮刀向轴承部位灌注遮蔽保护剂，以密封保护轴承部位，去除多余的遮蔽保护剂。在具体操作中，遮蔽保护剂可采用长城牌特221润滑脂，实验表明，该遮蔽保护剂能在电镀过程中不脱落，有效防止轴承在镀铬过程中腐蚀或镀上镀层。去除遮蔽保护剂时可采用棉纱布蘸取丙酮擦拭去除的方法。
63.s103、装挂，采用第一方面任一实施例的工装夹具进行装挂，装挂图参照图1。
64.s104、对装挂后的零件进行水基清洗剂除油后再进行清洗，具体包括：
65.s1041、用干净的棉纱布蘸取金属洗涤剂，反复擦拭零件镀面，去除油污；
66.s1042、热水洗，使用60℃-80℃的自来水，清洗0.5-2分钟；
67.s1043、流动冷水洗，使用室温的流动自来水清洗0.5-2分钟；
68.s1044、水膜检查，电镀件经清洗后，检查水膜，要求水膜连续至少30秒不破裂。
69.s105、将零件放入镀铬槽中进行预热，镀铬槽的槽液成分包括铬酐、硫酸、三价铬离子，铬酐的浓度为200g/l-250g/l、硫酸的浓度为2-2.5g/l、三价铬离子的浓度为3～8g/l，预热温度为52℃-60℃(在后续的阳极腐蚀、冲击镀铬和镀铬过程中，均保持这个温度)，对于零件壁厚＞5mm的预热5分钟-8分钟，零件壁厚≤5mm的预热2分钟-5分钟。
70.在镀铬槽中进行阳极腐蚀，零件作为阳极，阳极腐蚀的电流密度为30a/dm
2-40a/dm2，时间为10秒-15秒；然后冲击镀铬，零件在镀槽中不动，通过电源的转换开关，零件转换为阴极，电流密度85a/dm
2-95a/dm2，时间为1分钟-2分钟；然后进行镀铬，零件在镀槽中不动，冲击镀铬后，电流恢复到正常值进行镀铬，电流密度为45a/dm
2-55a/dm2，镀铬时间达到工艺图表规定的时间时，取出零件，清洗后测量镀层尺寸。
71.若镀层厚度不达标时，按如下步骤进行处理：
72.使用棉纱布蘸金属洗涤剂擦拭镀面，再用室温自来水清洗0.5分钟-2分钟；
73.将零件放置镀铬槽中进行预热；
74.进行阳极活化，阳极活化时零件作为阳极，温度为50-60℃，电流密度为25a/dm
2-35a/dm2，时间为10秒-20秒；
75.将零件转接到阴极并进行镀铬，以5分钟的时间将电流密度从0逐渐升到50a/dm2。
76.s106、镀铬后进行一次水洗、去除工装夹具及二次水洗，然后去除遮蔽保护剂。一次水洗包括：先自来水冷水洗，用于回收铬酐；再流动冷水洗，室温自来水流动冲洗0.5-5分钟；再热水洗，温度为60-80℃的自来水，清洗0.5-2分钟。二次水洗包括：流动冷水洗，室温自来水流动冲洗0.5-5分钟；再热水洗，温度为60-80℃的自来水，清洗0.5-2分钟。
77.去除遮蔽保护剂时可使用丙酮等有机溶剂对零件进行清洗，当然，也可选用其他可去除遮蔽保护剂的有机溶剂。
78.s107、对零件在第一滑油中进行油封。具体的，可在ts-1脱水滑油中油封轴承。
79.s108、镀铬后1小时内进行除氢，除氢过程在第二滑油中进行，除氢后在自然条件下进行室温冷却。除氢的温度为150-180℃，时间2-2.5小时。通过一种特殊的除氢介质和除氢的方法，避免轴承在除氢过程中产生氧化或变形。
80.s109、检验
81.s1091、外观检验，检验前采用棉纱布蘸丙酮擦拭去除镀面的滑油，外观检验应在天然散射光或无反射光的白色透射光线下，以目视的方法进行检验，光的强度不低于300lx(相当于零件放在40w日光灯500mm处的光照度)，允许用3-5倍放大镜进行检查；检验镀层颜色应为无光泽，或者有光泽的白色或兰色色调，沉积应平整，允许周围上有铬面，周围面包括圆角和侧角；
82.s1092、镀后尺寸检查，镀后尺寸需满足图纸要求，测量镀层的厚度时，至少测量三个点，任意一点的测量值都应在规定的范围内；
83.s1093、油封包装，采用8b滑油进行油封，用石蜡纸包裹或聚乙烯薄膜密封包装。
84.通过上述方法，实现了镀层以下性能指标要求：
85.镀层外观：镀层镀层光亮，呈银白色或浅蓝色，镀层结晶细致均匀；
86.镀层厚度：镀层厚度最大能达到0.15mm；
87.结合力：在轴承试验件上进行镀铬，对镀层进行磨加工，经磨加工后，镀层无起泡、脱落的现象；
88.硬度：经检测，镀层显微硬度hv0.3＝889.6，满足零件使用要求。
89.下面通过一个详细实施例进行介绍本技术的不可分解轴承零件的尺寸修复方法，包括以下步骤：
90.s201、零件的前处理，包括零件验收、零件打磨和去除表面油污。
91.s2011、镀前零件经过机加处理，表面无的压痕、氧化色等，镀面表面的粗糙度为1.6微米。在起封状态下到电镀的时间为2小时。镀前测量镀面尺寸。
92.s2012、打磨，零件涂上8b滑油，采用百洁布或160目以上的砂纸打磨镀面。
93.s2013、去除表面油污，用干净的棉纱布蘸取丙酮，擦洗零件表面，去除油污。
94.s202、遮蔽保护，采用刮刀向轴承部位灌注长城牌特221润滑脂，密封保护轴承部位。多余的润滑脂采用棉纱布蘸丙酮擦拭去除。
95.s203、装挂，采用第一方面任一实施例的工装夹具进行装挂，装挂图参照图1。
96.s204、对装挂后的零件进行水基清洗剂除油后再进行清洗，具体包括：
97.s2041、用干净的棉纱布蘸取金属洗涤剂，反复擦拭零件镀面，去除油污；
98.s2042、热水洗，使用70℃的自来水，清洗1分钟；
99.s2043、流动冷水洗，使用室温的流动自来水清洗1分钟；
100.s2044、水膜检查，水膜连续30秒不破裂。
101.s205、将零件放入镀铬槽中进行预热，镀铬槽的槽液成分包括铬酐、硫酸、三价铬离子，铬酐的浓度为200g/l-250g/l、硫酸的浓度为2-2.5g/l、三价铬离子的浓度为3～8g/l，预热温度为56℃，预热6分钟。
102.在镀铬槽中进行阳极腐蚀，零件作为阳极，阳极腐蚀的电流密度为35a/dm2，时间为13秒，温度56℃；然后冲击镀铬，零件在镀槽中不动，通过电源的转换开关，零件转换为阴极，电流密度88a/dm2，时间为1.2分钟；然后进行镀铬，零件在镀槽中不动，冲击镀铬后，电流恢复到正常值进行镀铬，电流密度为50a/dm2，温度为56℃，镀铬时间为3.5小时。
103.s206、镀铬后进行一次水洗、去除工装夹具及二次水洗，然后去除遮蔽保护剂。一次水洗包括：先自来水冷水洗，用于回收铬酐；再流动冷水洗，室温自来水流动冲洗3分钟；再热水洗，温度为70℃的自来水，清洗1.2分钟。二次水洗包括：流动冷水洗，室温自来水流动冲洗1.5分钟；再热水洗，温度为72℃的自来水，清洗1分钟。
104.去除遮蔽保护剂时可使用丙酮对零件进行清洗。
105.s207、对零件在第一滑油中进行油封。具体的，在ts-1脱水滑油中油封轴承。
106.s208、镀铬后到除氢的时间间隔0.5小时。在h-20滑油中进行，除氢的温度为160℃，时间2小时15分钟，除氢后在自然条件下室温冷却。
107.s209、检验
108.s2091、外观检验，镀层颜色为有光泽的兰色色调；沉积平整细致；周围圆面上有铬；
109.s2092、镀后尺寸检查，在镀面上均匀测量三个点，任意一点的测量值都在图纸的范围内；
110.s2093、油封包装，采用8b滑油进行油封，用石蜡纸包裹或聚乙烯薄膜密封包装。
111.本技术通过上述的尺寸修复方法，研究了硬度与电流密度的关系，制定了镀铬电流密度参数，如图3所示，保证镀层硬度hv≥860。
112.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以权利要求的保护范围为准。