心軸徑向小孔鍍硬鉻工藝

李艷玲，李喜太，韓繼勇，線東升，劉興龍

(1.齊齊哈爾北方機器有限公司，黑龍江齊齊哈爾 161000;2.中國第一重型機械股份公司重型裝備事業部表處管線分廠，黑龍江齊齊哈爾 161042)

引 言

我公司為某廠生產的機械設備備件中有一種心軸，其外廓尺寸為 d=45mm，l=1990mm，m=25kg，距其兩端35mm處有兩個對稱的d=25mm，l=25mm和d=8mm，l=20mm的徑向階梯孔。為了提高心軸的使用壽命，d=25mm，l=25mm(粗糙度Ra1.6)部位(兩處)技術要求鍍硬鉻處理，鍍鉻層δ≥15μm。一般小孔鍍鉻，通過設計制作專用工夾具是完全可以滿足鍍鉻要求，但這種結構的小孔鍍鉻與常規小孔鍍鉻專用工夾具有所不同，其陽極要求固定不能松動，鍍件在鍍鉻槽中的擺放方位要保持一定的角度，施鍍過程中要求對小電流進行控制。經對零件結構的分析并結合鍍鉻特點，確定了鍍鉻工藝方案，設計制作了專用工夾具，心軸徑向小孔鍍鉻達到了設計要求。

1 鍍鉻工藝難點

鍍鉻零件示意圖見圖1。該件鍍鉻難點之一是鍍鉻陽極的絕緣、定位、支承和固定，應確保鍍鉻陽極固定在適當位置而不松動。鍍鉻難點之二是鍍鉻部位在鍍液中的擺放方位，工藝要求鍍鉻孔敞口朝上，心軸中心線與鍍液水平面成小于40°夾角，夾角超過40°時會產生嚴重的窩氣現象。鍍鉻難點之三是鍍鉻小電流的控制。

圖1 鍍鉻零件示意圖

2 鍍鉻工藝分析

心軸要求鍍鉻的部位屬于徑向孔，孔的位置接近零件的兩端，如果鍍鉻槽的長度大于1990mm，此件可以采取鍍鉻孔敞口朝上水平擺放，兩個孔可以同時鍍鉻，我公司目前沒有大于1990mm長的鍍鉻槽，無法對該件實施水平位置鍍鉻，只能傾斜一定角度，一端入槽鍍鉻，每次只能鍍一端，鍍鉻孔敞口朝上傾斜角度應為心軸中心線與鍍液水平面成小于40°的夾角為宜，這樣才能確保鍍鉻過程中不會產生窩氣，避免局部無鉻層現象產生。

鍍鉻部位 d=25mm，l=25mm，A 為0.162dm2，Jк為30A/dm2(所需I約5A)，電流小，現有鍍鉻電源小電流難以控制，為了實現小電流控制，采用實驗室用于鍍鉻工藝試驗的電源，其額定U為12V、額定I為50A，具有換向裝置和數顯裝置。

為了實現該件小孔鍍鉻，設計制作專用工夾具用來固定鍍鉻陽極，并在鍍鉻孔敞口端增設輔助陰極，一方面保證要求鍍鉻部位鍍層厚度均勻，另一方面增加了陰極面積，使電流更加容易控制。

3 鍍鉻工夾具設計

3.1 鍍鉻夾具總圖

鍍鉻夾具總圖見圖2。圖2中顯示一端小孔鍍鉻裝夾狀態。

圖2 一端小孔鍍鉻裝夾狀態

3.2 鍍鉻夾具各部零件

1)鍍鉻陽極。鍍鉻陽極見圖3，鍍鉻陽極材料選用 Pb3，陽極展開總 l約 2000mm，可用 10～12mm厚的鉛板切成10mm寬的鉛條用錘子搟制出外形。使用時除d=10mm，l=36mm部位(用于鍍鉻)和d=10mm，l=40mm部位(用于接陽極導線)兩段外，其他部位用聚氯乙烯塑料布緊纏兩層絕緣處理。

圖3 鍍鉻陽極

2)上絕緣軟塑料板卷筒。上絕緣軟塑料板卷筒見圖4。該件由δ為1.5mm軟聚氯乙烯塑料板截成30mm×38mm，使用時卷制。上絕緣軟塑料板卷筒采用開口結構可使裝夾方便緊牢。

圖4 絕緣軟塑料板卷筒

3)上固定陽極壓板。上固定陽極壓板見圖5。由普通鋼板制作，棱角倒鈍即可。上固定陽極壓板采用V型槽結構裝夾時定位方便、快捷、牢固。

圖5 固定陽極壓板

4)固定支承模板。固定支承模板見圖6。該件由3種件組合而成，材料均為普通鋼，按圖紙制作，棱角倒鈍，焊道打磨光滑，焊渣飛濺物清理干凈。

圖6 固定支撐模板

圖6 中序號5和8焊接在一起，序號5和6是通過緊固件螺栓、螺母固定在零件上(序號5和序號6上下固定模板的結構完全一樣，加工方便，采用70mm×70mm×70mm毛坯整體加工后切開分為兩件而得，如果序號5、序號6不切開整體套在心軸上使用，采用頂絲固定不可靠，容易產生轉動而劃傷心軸表面)。序號8上絕緣定位支承座采用半圓孔定位，比V型槽定位精度高。序號5固定模板上的d=26mm通孔部位用于做小孔鍍鉻的輔助陰極，可增加鍍鉻面積0.114dm2。上固定模版為輔助陰極，可消除被鍍部位的邊緣效應，避免了孔邊緣鍍鉻層粗糙或產生鉻瘤等疵病。

5)下絕緣板。下絕緣板見圖7。該件用1mm厚的普通鋼板制作，棱角倒鈍。經酸洗磷化處理后表面涂防鍍涂料。酸洗磷化處理的作用是為了提高防鍍涂層的結合力，避免鍍鉻過程中涂層脫落。

圖7 絕緣板

4 鍍鉻夾具的裝夾方法

1)把固定支承模板穿好4套螺栓、螺母緊固件，套在零件一端，將固定模板上的d=26mm通孔與心軸徑向孔d=25mm，l=25mm同心，然后用緊固件固定好。將鍍鉻陽極d=6mm部位勒纏聚氯乙烯塑料布至d=8～9mm，套上下絕緣板壓在徑向階梯小孔d=8mm上，陽極d=10mm，l=55mm部位套上絕緣軟塑料板卷筒，然后用固定陽極壓板和緊固螺釘將鍍鉻陽極固定，保持陽極與陰極間的距離(7.5±1)mm。

2)用雙股d=2mm軟態不銹鋼絲(0Cr18Ni9Ti)一頭套在圖2序號4上固定陽極壓板上，另一頭穿在心軸另一端階梯通孔，調整好重心，確保鍍鉻孔敞口朝上，心軸中心線與鍍液水平面夾角在30°至40°范圍內。

5 鍍鉻工藝參數及工藝過程

5.1 鍍鉻溶液

鍍鉻溶液采用普通鍍硬鉻溶液，組成為225～250 g/L CrO3、2.0 ～ 2.5g/L H2SO4、5 ～ 8g/L Cr(Ⅲ)，θ為(55±1)℃。鍍鉻槽內廓尺寸為 1500 mm×1000mm×1500mm，具有自動控制溫度裝置。

5.2 鍍鉻工藝過程

1)鍍件外觀質量檢查。

2)除油。采用丙酮及石灰水，除盡為止。

3)安裝心軸徑向小孔鍍鉻工夾具。將工夾具各部件清整干凈，按部件的使用要求做好準備工作，然后按圖2一端小孔鍍鉻狀態安裝好工夾具。用雙股d=2mm，l=500mm純銅絲接陽極導線，用雙股 d=2mm，l=3500mm軟態不銹鋼絲(0Cr18Ni9Ti)吊掛鍍件。鍍件入槽前先調整好鍍鉻面的方位鍍鉻孔敞口朝上，鍍件心軸中心線與鍍液水平面成30°～40°夾角。鍍件入槽時鍍鉻陽極銅導線不能浸入鍍液，鍍鉻部位入槽置合適方位后，陽極導線綁在陽極桿上;陰極桿可直接靠在鍍件上并用銅線綁好。經計算鍍鉻部位A為0.162dm2，固定模板上的輔助陰極 A為0.114dm2，合計0.276 dm2，計算I為16.8A，導電方式滿足工藝要求。

4)鍍件預熱處理。在鍍鉻槽中進行，鍍液θ為(55 ±1)℃，t為5min。

5)陽極腐蝕。Ja為25A/dm2(總 I為7A)，鍍液 θ為(55 ±1)℃，t為1min。

6)大電流沖擊。Jк(沖擊)為60A/dm2(總I為16.8A)，鍍液 θ為(55 ±1)℃，t為1min。

7)正常施鍍。Jк為 30A/dm2(總 I為 8.4A)，鍍液 θ為(55±1)℃，t為45min，鍍層 δ為15μm。

8)出槽水洗干凈后卸工夾具，二次水洗去除殘液，然后用壓縮空氣吹干。

9)鍍鉻層質量檢查。經檢驗鍍層的外觀顏色及鍍層厚度符合技術要求，合格后按上述處理方法鍍覆心軸的另一端小孔。

6 結束語

針對心軸徑向小孔鍍硬鉻存在的三個關鍵難點，分別采取了三項技術措施，使該件鍍硬鉻獲得了成功。心軸經過鍍硬鉻提高了使用壽命。