表面机械加工技术优化方案

2025-09-29 理论教育版权反馈

【摘要】：图4-11 正确与错误的轴下切面a）错误 b）正确表面机械加工是另外一种表面预处理方法，常通过车削或磨削来完成。在热喷涂技术中，经常采用的表面机械加工方法有下切、开槽和平面布钉三种。将这道焊层机械加工成3.2mm的最小的肩，肩的直径应比轴的最后精加工尺寸大一些。3）使涂层生成起伏叠层，以控制内应力。

图4-11 正确与错误的轴下切面

a）错误 b）正确

表面机械加工是另外一种表面预处理方法，常通过车削或磨削来完成。采用车削加工可使涂层与基体之间的结合面积增加30%左右，并且能提高涂层的抗剪切能力。表面经过车削或磨削后，还必须采用喷砂粗化或其他粗化方法进行表面处理，以进一步提高涂层与基体之间的结合强度。在热喷涂技术中，经常采用的表面机械加工方法有下切、开槽和平面布钉三种。

1.下切

下切是用车削或磨削的加工方法，将零件表面适当去除的一种操作方法，它一方面可以去除表面疲劳层，同时也为实施热喷涂涂层提供了空间。当机械零件需要进行修复时，通常采用下切法。

为了使精加工涂层获得均匀的厚度，或者为了去除加工硬化的表层、化学污染、氧化物及先前遗留的热喷涂层的工件表面，往往也采用下切。由于下切会减少工件的横截面积，因而会影响到工件的抗拉强度和抗疲劳强度。

在圆柱体工件的每个下切面的端部，都必须在肩部切成方的或小钝角（105°），不推荐采用锐角楔形。每个下切角的半径应为0.38～0.50mm，下切面不应延伸到轴的端部，而应留出一定的距离，轴的端部与热喷涂涂层的嵌连方式如图4-11所示。

在下切截面的尽头任何可能的地方都要留肩。

对于涂层经受来自端部压力的圆柱面（如泵柱塞），在其受压端的外圆周围，推荐采用堆焊层。将这道焊层机械加工成3.2mm的最小的肩，肩的直径应比轴的最后精加工尺寸大一些。在承压工作中，这道堆焊层比热喷涂涂层要好。

值得注意的是，焊接会影响基体金属的性能，在修复与维护中务必对此引起重视。

2.开槽

开槽是一种在基体上切出保持一定间距的一条条沟槽的操作。开槽（或车螺纹）主要为了达到以下目的：

1）减少收缩应力。

2）增大涂层与基体的接触面积。(https://www.chuimin.cn)

3）使涂层生成起伏叠层，以控制内应力。

当涂层遭受冷热循环时，在冷却过程中，因涂层与基体之间存在热物性的差异，会在界面上及涂层内部产生应力，该应力在涂层内不断累积，会导致涂层与基体之间发生分离。这种应力随着涂层厚度的增加而增大，对于硬质金属或陶瓷涂层来讲，这种现象更为严重。由于开槽能使应力分散成很多小的分量，从而有效地减少内应力，对提高结合强度有利，其示意如图4-12所示。

图4-12 涂层与基体界面处的应力状态

a）开槽界面的应力状态 b）光滑不开槽界面的应力状态

图4-12中给出了两种轴的界面应力状态：一种是车过螺纹的轴，如图4-12a所示；另一种是没有车螺纹的轴，其内应力沿下切的全长呈直线分布，如图4-12b所示。车螺纹方法可使涂层与基体的结合面积增加30%左右，而且由于形成波浪状涂层，收缩应力受到限制，被分散成很多较小的分量并分布在每一条螺纹的两端，彼此之间可以抵消，从而减小了涂层的应力积累，这对于较厚涂层、高收缩率涂层及喷涂大面积零件意义较大。在每一条螺纹的根部，都应车成圆角，以减少沟槽效应。另一种方法是利用U形槽代替传统的V形螺纹，对于重载荷机械零件，V形螺纹会产生应力集中的作用。在表面车削螺纹虽能提高涂层的抗剪切能力，但却削弱了工件的抗疲劳强度，因此重要的承受交变循环应力的轴类零件表面，不宜采用车螺纹粗化。

由于热喷涂涂层是由很多碰撞后的变形粒子组成的，很像一层有直线纹理的木料，与涂层垂直方向的强度要比其平行方向的强度低。由于变形粒子会随着大的凹槽上下起伏，从而改善了涂层的结合强度，减弱了涂层产生分裂的倾向。

当存在下列情况之一时，应考虑实施开槽处理：

1）厚度超过1.27mm的所有涂层，任何部位有一条棱边的地方。

2）涂层的收缩性很高，而其厚度又超过0.76mm，任何部位有一条棱边的地方。

3）没有棱边的涂层，如工作条件苛刻的涂层，或由于涂层厚、材料收缩大的涂层，在圆柱体表面上进行连续喷涂时存在开裂危险的涂层等。

3.平面布钉

在平面上喷涂的硬金属涂层会出现特殊的问题。如果基体属于较硬的金属，喷砂所能剥蚀的深度将会减小，导致涂层的结合强度下降。另外，硬金属涂层通常较厚，不像铝或锌等一些软金属涂层那样薄，因此，在冷却过程中涂层产生的总收缩量会大得多。此时，通常要对平面进行布钉处理。布钉包括钻孔与攻螺纹，孔距约为25mm，孔内插入没有涂层的平头螺钉，其材质应与基体成分相符。螺钉直径为3～6mm，固定之后，对表面和螺钉都要进行喷砂处理。

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