CN110653436B - 一种电刷镀-电火花沉积复合强化加工方法 - Google Patents

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    • B23H5/00—Combined machining
    • B23H5/02—Electrical discharge machining combined with electrochemical machining

Abstract

本发明方法涉及一种电刷镀‑电火花沉积复合强化加工方法，在待加工工件表面先进行电刷镀再进行电火花沉积，此时电火花沉积脉冲放电在工件电刷镀形成的镀层上能够进行表面强化，或者在待加工工件表面先进行电火花沉积再进行电刷镀，此时电刷镀在工件电火花沉积脉冲放电形成的涂层上能够进行表面强化，由此两种方法在工件表面制得电刷镀‑电火花沉积复合强化层；本发明方法能够进一步提高复合强化层与工件基体的结合力，使复合强化层不易脱落，同时所制得的复合强化层具有较好的耐磨抗蚀性，能够进一步提高关键零件的耐磨抗蚀性，延长使用寿命，降低设备维护成本。利用本发明方法可以应用于冶金、航空、石油化工等多个机械制造领域。

Description

一种电刷镀-电火花沉积复合强化加工方法
技术领域
本发明涉及材料表面加工技术领域，具体涉及一种电刷镀-电火花沉积复合强化加工方法。
背景技术
随着现代工业的迅速发展，对机械工业产品提出了更高的要求，需要很多产品能在高速、高压和高腐蚀性的恶劣工况条件下长期稳定的运转，这就必然对机件表面的硬度、耐磨、耐蚀等性能有更高的要求。因此，利用表面工程技术改善材料的表面性能，对于提高零件的寿命和可靠性，对于改善机械设备的性能、质量，对于节约材料和能源等都有重要意义。
目前常用的表面工程技术有：电镀、化学镀、热喷涂、气相沉积、电火花沉积等方法。在这众多的表面工程技术中，电火花表面强化具有经济、简便有效的优点。电火花沉积是在气体环境中，利用工具电极与工件之间的脉冲性火花放电现象对工件材料进行表面强化，在放电过程中产生的高温使工作电极局部熔融，并使得电极材料沉积至工件表面使工件表面形成合金化层，从而改善材料表面耐蚀、抗磨性能。
电刷镀技术是在工作表面局部快速电化学沉积的技术，其原理与电槽镀相同，利用直电流通过不溶性阳极与阴极工件的相对运动，使镀液中的金属离子在工件表面还原沉积成具有所需形态的相应的金属镀层，以到恢复工件原有尺寸、改善工件表面性能和外观之目的。电刷镀技术具有许多独特的优点如设备简单、工艺灵活、操作方便、可在现场流动作业、能适应于野外作业或现场局部修复等；镀层具有良好的机械性能和物理-化学性能，如耐磨性，耐蚀性，并有防渗碳、防氮化和改善钎焊性能等。此外，电刷镀的沉积速度较快，约为槽镀的5倍以上。
而关键零件，如滚动轴承、轴承主轴接触面或齿轮接触面等作为机械关键基础件，直接影响整个装备系统的运行状态。由此，随着机械行业的发展对这些关键零件表面的耐磨、耐蚀、抗疲劳等性能均提出了更高要求。现有技术中对关键零件的强化方法主要有表面涂层技术、表层改性技术、传统表面机械强化、超声表面机械强化等方法，而其中表面涂层技术包括热喷涂、高分子涂层、堆焊等方法，这些方法的设备成本较高，且制备工艺较为复杂，涂层的硬度、耐磨性、耐腐蚀等性能提高有限。
发明内容
为了提高关键零件的耐磨抗蚀性、使用寿命以及涂层易脱落的技术问题，而提供一种电刷镀-电火花沉积复合强化加工方法。采用本发明方法制得的涂层不易脱落，且能够进一步提高关键零件的耐磨抗蚀性，延长使用寿命，同时能够降低机械设备的维护成本。
一种电刷镀-电火花沉积复合强化加工方法，包括如下步骤：
(1)将待加工工件置于机床的主轴上，所述机床还包括喷嘴；准备电刷镀装置和电火花沉积脉冲装置，所述电刷镀装置包括电刷镀电源、阳极镀笔，所述电火花沉积脉冲装置包括电火花沉积脉冲电源和工具电极；
在同一待加工工件上的不同位置，将所述电刷镀电源的正极连接所述阳极镀笔，所述电刷镀电源的负极连接待加工工件，
将所述电火花沉积脉冲电源的正极连接待加工工件，所述电火花沉积脉冲电源的负极连接所述工具电极；
(2)开启机床，所述机床的主轴带动待加工工件转动，在同一待加工工件上选择需要加工的位置连接所述阳极镀笔或工具电极，此时根据需要从喷嘴处喷出电镀液；
当待加工工件需要加工的位置连接所述阳极镀笔时，关闭所述电火花沉积脉冲电源，打开所述电刷镀电源使其对阳极镀笔和待加工工件施加电流，此时从喷嘴处喷出电镀液润湿工件，使阳极镀笔对转动的工件进行刷镀形成镀层；
当待加工工件需要加工的位置连接所述工具电极时，关闭所述电刷镀电源，打开所述电火花沉积脉冲电源使其对工具电极和待加工工件施加脉冲，使工具电极材料熔融、汽化并覆盖在转动的工件上形成涂层；
(3)所述机床的主轴带动待加工工件转动的同时分别由阳极镀笔和工具电极对工件进行加工，加工方法为先进行电刷镀再进行电火花沉积或者先进行电火花沉积再进行电刷镀，在工件表面制得电刷镀-电火花复合强化层。
当加工顺序为先进行电刷镀再进行电火花沉积时，关闭电火花沉积脉冲电源，打开电刷镀电源，使其对阳极镀笔和待加工工件施加电流，在工件的转动下，此时从喷嘴处喷出电镀液，随着喷出电镀液润湿工件，阳极镀笔与工件(负极)表面不断接触的过程中产生电化学反应，使电镀液中的金属离子在负极工件上放电结晶，由此在工件表面形成沉积的镀层，待电刷镀加工完成后，关闭电刷镀电源，打开电火花沉积脉冲电源，使其对工具电极和待加工工件施加脉冲，使工具电极中的合金材料在电火花放电过程中产生高温的情况下熔融和汽化，由于脉冲放电时间非常短，其作用仅限于工件表面，并同步电火花沉积脉冲放电和电刷镀之间的相互作用(即电火花沉积脉冲放电在工件电刷镀镀层上能够进行表面强化)形成电刷镀-电火花沉积复合强化层。
反之亦然，先进行电火花沉积脉冲放电时在工件表面形成涂层，然后进行电刷镀，同步电刷镀和电火花沉积脉冲放电之间的相互作用(即电刷镀在工件电火花沉积脉冲放电涂层上能够进行表面强化)形成电刷镀-电火花沉积复合强化层。
上述两种复合强化加工方法能够进一步提高复合强化层与工件基体的结合力，使复合强化层不易脱落，同时所制得的复合强化层具有较好的耐磨抗蚀性，能够进一步提高关键零件的耐磨抗蚀性，延长使用寿命。
进一步地，所述机床的主轴的转动速度为5rpm～30rpm。
进一步地，所述电镀液为Ni-P镀液或Ni-W镀液。
进一步地，所述工具电极的材料为TiC、TiN或WC硬质合金材料。
进一步地，所述电刷镀电源的电参数为5A～20A，阳极镀笔与工件的加工表面之间的接触压力为3N～8N、接触面积为5cm2～20cm2。优选地，所述电刷镀电源的电参数为15A，阳极镀笔与工件的加工表面之间的接触压力为5N、接触面积为15cm2。
进一步地，所述电火花沉积脉冲电源的脉冲电流强度为500A～1000A、电功率为1KW～2.5KW、电极震动频率为50Hz～400Hz，工具电极与工件的加工表面之间的接触面积为0.5cm2～1cm2。优选地，所述电火花沉积脉冲电源的脉冲电流强度为600A、电功率为1.2KW、电极震动频率为200Hz，工具电极与工件的加工表面之间的接触面积为0.8cm2。
有益技术效果：本发明方法为在待加工工件表面先进行电刷镀再进行电火花沉积，此时电火花沉积脉冲放电在工件电刷镀形成的镀层上能够进行表面强化，或者在待加工工件表面先进行电火花沉积再进行电刷镀，此时电刷镀在工件电火花沉积脉冲放电形成的涂层上能够进行表面强化，由此两种方法在工件表面制得电刷镀-电火花沉积复合强化层；本发明方法能够进一步提高复合强化层与工件基体的结合力，使复合强化层不易脱落，同时所制得的复合强化层具有较好的耐磨抗蚀性，能够进一步提高关键零件的耐磨抗蚀性，延长使用寿命，降低设备维护成本。利用本发明方法可以应用于冶金、航空、石油化工等多个机械制造领域。
附图说明
图1为本发明实施例1中电刷镀-电火花沉积复合强化加工方法的连接关系示意图。其中，1-电刷镀电源，2-阳极镀笔，3-电火花沉积脉冲电源，4-工具电极，5-喷嘴，6-工件。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例进一步描述本发明，但不限制本发明范围。
实施例1
如图1所示，按照图1中的连接方式进行电刷镀-电火花沉积复合强化加工方法，本实施例的加工方法为先进行电刷镀再进行电火花沉积，包括如下步骤：
(1)将待加工工件6置于机床的主轴上，所述机床还包括喷嘴5；准备电刷镀装置和电火花沉积脉冲装置，所述电刷镀装置包括电刷镀电源1、阳极镀笔2，所述电火花沉积脉冲装置包括电火花沉积脉冲电源3和工具电极4；
在同一待加工工件6上的不同位置，将所述电刷镀电源1的正极(+)连接所述阳极镀笔2，所述电刷镀电源1的负极(-)连接待加工工件6，将所述电火花沉积脉冲电源3的正极(+)连接待加工工件6，所述电火花沉积脉冲电源3的负极(-)连接所述工具电极4；
(2)开启机床，所述机床的主轴带动待加工工件6转动，在同一待加工工件6上选择需要加工的位置连接所述阳极镀笔2，关闭所述电火花沉积脉冲电源3，打开所述电刷镀电源1使其对阳极镀笔2和待加工工件6施加电流，此时从喷嘴5处喷出电镀液润湿工件，使阳极镀笔2对转动的工件6进行刷镀形成镀层；
(3)待电刷镀加工完成后，关闭所述电刷镀电源1，打开所述电火花沉积脉冲电源3使其对工具电极4和待加工工件6施加脉冲，使工具电极4的材料熔融、汽化并覆盖在转动的工件6上，并同步电火花沉积脉冲放电和电刷镀之间的相互作用(即电火花沉积脉冲放电在工件电刷镀镀层上能够进行表面强化)形成电刷镀-电火花沉积复合强化层。
本实施例加工方法能够进一步提高复合强化层与工件基体的结合力，使复合强化层不易脱落，同时所制得的复合强化层具有较好的耐磨抗蚀性，能够进一步提高关键零件的耐磨抗蚀性，延长使用寿命。
其中，所述机床的主轴的转动速度为20rpm。
其中，所述电镀液为Ni-P镀液。
其中，所述工具电极的材料为TiC硬质合金。
其中，所述电刷镀电源的电参数为15A，阳极镀笔与工件的加工表面之间的接触压力为5N、接触面积为15cm-2。
其中，所述电火花沉积脉冲电源的脉冲电流强度为600A、电功率为1.2KW、电极震动频率为200Hz，工具电极与工件的加工表面之间的接触面积为0.8cm2。
实施例2
如图1所示，按照图1中的连接方式进行电刷镀-电火花沉积复合强化加工方法，本实施例加工方法为先进行电火花沉积再进行电刷镀，包括如下步骤：
(1)将待加工工件6置于机床的主轴上，所述机床还包括喷嘴5；准备电刷镀装置和电火花沉积脉冲装置，所述电刷镀装置包括电刷镀电源1、阳极镀笔2，所述电火花沉积脉冲装置包括电火花沉积脉冲电源3和工具电极4；
在同一待加工工件6上的不同位置，将所述电刷镀电源1的正极(+)连接所述阳极镀笔2，所述电刷镀电源1的负极(-)连接待加工工件6，将所述电火花沉积脉冲电源3的正极(+)连接待加工工件6，所述电火花沉积脉冲电源3的负极(-)连接所述工具电极4；
(2)开启机床，所述机床的主轴带动待加工工件6转动，在同一待加工工件6上选择需要加工的位置连接所述工具电极4，关闭所述电刷镀电源1，打开所述电火花沉积脉冲电源3使其对工具电极4和待加工工件6施加脉冲，使工具电极4的材料熔融、汽化并覆盖在转动的工件6上形成涂层；
(3)待电火花沉积完成后，关闭所述电火花沉积脉冲电源3，打开所述电刷镀电源1使其对阳极镀笔2和待加工工件6施加电流，此时从喷嘴5处喷出电镀液润湿工件，使阳极镀笔2对转动的工件6进行刷镀，并同步电刷镀和电火花沉积脉冲放电之间的相互作用(即电刷镀在工件电火花沉积脉冲放电涂层上能够进行表面强化)形成电刷镀-电火花沉积复合强化层。
本实施例加工方法为能够进一步提高复合强化层与工件基体的结合力，使复合强化层不易脱落，同时所制得的复合强化层具有较好的耐磨抗蚀性，能够进一步提高关键零件的耐磨抗蚀性，延长使用寿命。
其中，所述机床的主轴的转动速度为15rpm。
其中，所述电镀液为Ni-W镀液。
其中，所述工具电极的材料为TiN硬质合金。
其中，所述电刷镀电源的电参数为15A，阳极镀笔与工件的加工表面之间的接触压力为5N、接触面积为15cm2。
其中，所述电火花沉积脉冲电源的脉冲电流强度为600A、电功率为1.2KW、电极震动频率为200Hz，工具电极与工件的加工表面之间的接触面积为0.8cm2。
本发明方法能够进一步提高复合强化层与工件基体的结合力，使复合强化层不易脱落，同时所制得的复合强化层具有较好的耐磨抗蚀性，能够进一步提高关键零件的耐磨抗蚀性，延长使用寿命，降低设备维护成本。利用本发明方法可以应用于冶金、航空、石油化工等多个机械制造领域。

Claims (8)

1.一种电刷镀-电火花沉积复合强化加工方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将待加工工件置于机床的主轴上，所述机床还包括喷嘴；准备电刷镀装置和电火花沉积脉冲装置，所述电刷镀装置包括电刷镀电源、阳极镀笔，所述电火花沉积脉冲装置包括电火花沉积脉冲电源和工具电极；
在同一待加工工件上的不同位置，将所述电刷镀电源的正极连接所述阳极镀笔，所述电刷镀电源的负极连接工件，将所述电火花沉积脉冲电源的正极连接工件，所述电火花沉积脉冲电源的负极连接所述工具电极；
(2)开启机床，所述机床的主轴带动工件转动，在工件上选择需要加工的位置连接所述阳极镀笔或工具电极，此时根据需要从喷嘴处喷出电镀液；
当待加工工件需要加工的位置连接所述阳极镀笔时，关闭所述电火花沉积脉冲电源，打开所述电刷镀电源使其对阳极镀笔和工件施加电流，此时从喷嘴处喷出电镀液润湿工件，使阳极镀笔对转动的工件进行刷镀形成镀层；
当待加工工件需要加工的位置连接所述工具电极时，关闭所述电刷镀电源，打开所述电火花沉积脉冲电源使其对工具电极和工件施加脉冲，使工具电极材料熔融、汽化并覆盖在转动的工件上形成涂层；
(3)所述机床的主轴带动待加工工件转动的同时分别由阳极镀笔和工具电极对工件进行加工，加工的顺序为先进行电刷镀再进行电火花沉积，或者先进行电火花沉积再进行电刷镀，在工件表面制得电刷镀-电火花复合强化层。
2.根据权利要求1所述的一种电刷镀-电火花沉积复合强化加工方法，其特征在于，所述机床的主轴的转动速度为5rpm～30rpm。
3.根据权利要求1所述的一种电刷镀-电火花沉积复合强化加工方法，其特征在于，所述电镀液为Ni-P镀液或Ni-W镀液。
4.根据权利要求1所述的一种电刷镀-电火花沉积复合强化加工方法，其特征在于，所述工具电极的材料为TiC、TiN或WC硬质合金材料。
5.根据权利要求1所述的一种电刷镀-电火花沉积复合强化加工方法，其特征在于，所述电刷镀电源的电参数为5A～20A，阳极镀笔与工件的加工表面之间的接触压力为3N～8N、接触面积为5cm2～20cm2。
6.根据权利要求5所述的一种电刷镀-电火花沉积复合强化加工方法，其特征在于，所述电刷镀电源的电参数为15A，阳极镀笔与工件的加工表面之间的接触压力为5N、接触面积为15cm2。
7.根据权利要求1所述的一种电刷镀-电火花沉积复合强化加工方法，其特征在于，所述电火花沉积脉冲电源的脉冲电流强度为500A～1000A、电功率为1KW～2.5KW、电极震动频率为50Hz～400Hz，工具电极与工件的加工表面之间的接触面积为0.5cm2～1cm2。
8.根据权利要求7所述的一种电刷镀-电火花沉积复合强化加工方法，其特征在于，所述电火花沉积脉冲电源的脉冲电流强度为600A、电功率为1.2KW、电极震动频率为200Hz，工具电极与工件的加工表面之间的接触面积为0.8cm2。
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