ООборудование для химической и электрохимической обработки деталей
Оборудование для гальванической обработки делят на три основные группы: стационарные ванны, механизированные и автоматизированные линии.
Стационарные гальванические ванны используют при. небольшие объемах производства, для выполнения лабораторных и опытно-промышленных работ, а также при обработке деталей.
Ванна представляет собой, как правило, сварную прямоугольную емкость из листовой стали, имеющую в верхней части отбортовку в виде уголка и при необходимости футерованную изнутри. Ванны небольших размеров изготовляют из различных синтетических материалов (полиэтилена, винипласта и др.) с помощью сварки или литья под давлением.
Основой ванны является корпус, который служит для установки различных приспособлений, обеспечивающих ее работоспособность. Отбортовка ванны придает ей жесткость и предназначена для крепления на ней различной оснастки (опор-ловителей, бортовых отсосов, штанг и др.). Ванны больших размеров имеют ребра жесткости, размещаемые на внешней стороне стенок.
В зависимости от назначения ванны могут быть без футеровки (для обезжиривания) и с футеровкой (для травления и нанесения металлов). Футеровка защищает корпус ванн от воздействия агрессивной среды. В качестве футеровочных используют такие материалы, как пластикат, полипропилен, винипласт и др. Кроме того, некоторые ванны для агрессивных растворов изготовляют из титана или коррозионно-стойких сталей марки 12Х18Н10Т. Их используют без футеровки.
Для стационарных ванн разработан определенный типаж, из которого выбирают ванны необходимого размера и конструкции. Ванны для автоматических линий автооператорного типа также могут подбираться из этого типажа, за исключением ванн для специальных линий. Ванны для автоматических линий с жестким циклом проектируют индивидуально в зависимости от заданных параметров гальванического процесса. Такие ванны могут быть одно- и многопозиционными, длина которых может превышать 10 м; кроме того, они могут быть одно-и двухрядными.
Гальванические ванны оснащают различным набором комплектующих узлов, таких, как электронагреватели, токопроводные шины, барботеры, датчики различного назначения и др. Ванны, работающие при повышенной температуре, тепло-изолируют для уменьшения потерь теплоты в окружающую среду. В ваннах, работающих с ядовитыми растворами или имеющих сильное испарение, устанавливают бортовые отсосы, размещаемые на бортах ванн вдоль длинной стороны. Если ванны имеют большую длину, то на них монтируют несколько секций отсосов, имеющих самостоятельные отводы в общий вытяжной короб.
Для нагревания растворов применяют змеевики, водяные рубашки (яри паровом или водяном обогреве) и электронагреватели типа ТЭНов (при использовании электричества). Наиболее часто применяют змеевики, изготовленные из углеродистой стали (для щелочных растворов), титана, коррозионно-стойкой стали или фторопласта (для агрессивных растворов). Змеевики бывают двух типов: с расположением на дне ванны или по боковой стенке. Каждая из конструкций имеет свои достоинства и недостатки. Расположение змеевика на дне обеспечивает большую теплоотдачу, но затрудняет чистку ванны, а расположение вдоль стенки — значительно уменьшает теплоотдачу, но облегчает обслуживание ванны. Пароводяные рубашки медленнее набирают заданную температуру, но позволяют ее поддерживать с большей точностью; они не мешают обслуживанию ванны и в то же время греющая их система не подвергается воздействию агрессивных сред, так как изолирована от рабочей емкости.
ТЭНы используют в тех случаях, когда отсутствуют другие виды источников энергии и необходимо поднять температуру раствора выше 100°С или поддерживать ее с высокой точностью. Для защиты ТЭНов от воздействия обогреваемой среды их заключают в чехлы из обычной или коррозионной стали, а в некоторых случаях из фторопласта или кварца. ТЭНы используют для непосредственного обогрева растворов или для нагрева их через водяную рубашку, этот способ применяют наиболее часто. ТЭНы используют поодиночке или в виде блоков для обогрева больших объемов.
При проведении некоторых гальванических процессов производят перемешивание растворов, которое осуществляют воздухом, подаваемым под давлением в ванны через барботер, или посредством механической мешалки, состоящей из электродвигателя, штока и крыльчатки. Барботер представляет собой трубу 2 с системой мелких отверстий (рис. 4.17), его изготовляют из пластмасс, различных марок сталей и титана в зависимости от свойств перемешиваемой среды. Устанавливают барботер неподвижно на дне ванны.
Обязательной принадлежностью гальванических ванн для электрохимической обработки являются электродные штанги, служащие для крепления подвесок или анодов. Изготовляют штанги из меди или латуни, их поперечное сечение может быть круглым или прямоугольным. Штанги длиной более 200 MIM должны иметь ребра жесткости или дополнительное крепление к борту ванны.
На автоматических линиях с жестким циклом катодные штанги отсутствуют, так как подвески монтируют непосредственно на токоприемники кареток. Электродные штанги крепят на опорах, изолированных от корпуса ванны. Сверху анодные штанги закрывают крышками из токонепроводящего материала, что необходимо для защиты их от попадания капель и брызг электролитов.
Электродные штанги чистят ежедневно, так как медь и ее сплавы под воздействием агрессивных сред быстро окисляются. В результате нарушается передача тока от штанги к анодам и к подвескам с деталями, чистку производят «мокрым» способом металлической щеткой или наждачной бумагой.
Опоры-ловители предназначены для удерживания подвески в заданном положении и состоят из чугунного-корпуса, медной шины, текстолитового корпуса и у токопроводящих пластин. К корпусу ванны; опору-ловитель крепят через изолирующую втулку и пластину из диэлектрика. При прохождении тока свыше 600А применяют специальные опоры-ловители, имеющие более сложную конструкцию.
Основание подвесок, используемое для крепления самих подвесок, представляет собой сварную раму, состоящую из продольных труб и поперечины, обеспечивающей жесткость конструкции основания. Цапфы 3 основания предназначены для контакта с опорами-ловителями, а захваты — для взаимодействия с грузозахватами автооператора и шиной, обеспечивающей токоподвод к подвескам. По конструктивному исполнению основания подвесок делят на одно- и двухрядные, по назначению — для химической и электрохимической обработки. Подвески для химической обработки изготовляют полностью из черного металла, для электрохимической — тоже из черного, но цапфы и шины выполнены из меди. Основания для подвесок могут иметь различные приспособления, например механизм качания штанг, поворота изделий и изменения межэлектродного расстояния. В автоматических линиях жесткого цикла подвески устанавливают непосредственно на каретки, имеющие токоподводящие шины.
Независимо от типа ванн они всегда имеют определенный набор коммуникаций, представляющих собой систему магистральных и присоединительных трубопроводов с различной разводкой рабочей среды (пара, конденсата, воздуха, воды и т. д.). Размещают коммуникации сбоку линии ванн, в междурядьях ванн, в подпольном канале и подвальном помещении. Наиболее удобен первый способ размещения коммуникаций.
Чтобы не перепутать трубопроводы, их окрашивают в разные цвета. Паропроводы, изготовленные из стальной трубы с теплоизоляцией, окрашивают в красный цвет; трубопроводы для холодной воды — в зеленый цвет. Их изготовляют из стали, полиэтиленовых, полипропиленовых и стеклянных труб. Трубопроводы для агрессивных растворов выполнены из футерованных стальных или стеклянных труб; воздушные трубопроводы из стальных труб, их окрашивают в синий цвет. В систему коммуникаций входит различная запорная арматура, поставляемая в обычном исполнении и специальном в зависимости от агрессивности среды.
Ванны для обезжиривания подразделяют на ванны для химического и электрохимического обезжиривания. В линиях их устанавливают в следующем порядке: ванны химического (для предварительной обработки), электрохимического на катоде, а затем на обезжиривания. Особенностью этих ванн является наличие переливного кармана (для очистки зеркала электролита) и теплоизоляции, так как рабочие температуры достигают 60—90 °С. Такие ванны, как правило, не футеруют, но комплектуют змеевиками и барботерамм, а в случае электрохимической обработкой их до-оснащают катодными или анодными штангами.
Промывочные ванны предназначены для удаления остатков раствора с поверхностей обрабатываемых деталей. Промывка может осуществляться холодной, теплой (до 50°С) и горячей (до 80 °С) водой. Конструктивно такие ванны делят на одно- и многокаскадные, а также погружные, струйные и комбинированные.
Однокаскадная промывная ванна с комбинированной промывкой показана на рис. 4.22. Она имеет футеровку с внутренней стороны и барботер для ускорения процесса промывки, а также переливной карман, чтобы слив воды происходил в верхней части. Вода в ванну подается через наливную трубу в нижнюю часть. В верхней части ванны имеется устройство струйной промывки. Корпус ванны и сливной карман снабжены сливными штуцерами для слива воды. Вода в струйное устройство может подаваться свежая или из ванны с помощью дополнительного насоса.
Много каскадные ванны состоит из двух и более ванн, в которых вода перетекает из одной ванны в другую навстречу движению деталей. Переливной карман имеется только в одном крайнем отделении многокаскадной ванны.
Ванны для нанесения электрохимических покрытий с охлаждением состоят из корпуса 3, футерованного с внутренней стороны, опор-ловителей /, змеевиков 6 для охлаждения или обогрева, клиц для анодных шин 7, регулировочных винтов 4 и фарфоровых изоляторов 5. Эти ванны используют для нанесения различных покрытий и при необходимости комплектуют дополнительными устройствами.
Ванны оксидирования имеют защитные крышки, так как процесс идет при температуре 135—150 °С.
Сначала обогревают раствор через паровой змеевик, который поддерживает температуру не ниже 70 °С, чтобы избежать кристаллизации раствора, а затем проводят его электро-обогрев для достижения заданной температуры.
Ванны промасливания предназначены для конечной обработки оксидированных и фосфатированных деталей, имеют теплоизоляцию и электрообогреватели для поддержания заданной температуры.
Для нанесения покрытия на мелкие детали используют стационарные ванны, оборудованные средствами малой механизации. Детали покрывают в колоколах и барабанах насыпью. Размеры деталей должны быть не более 100 мм в длину и 30 мм в диаметре.
Колокольная ванна бывает двух типов: в первом случае—вращающаяся емкость в виде усеченного конуса с приводным механизмом, во втором — стационарная ванна, оборудованная погружным колоколом.
Колокольная ванна первого типа показана на рис. 4.27, ее вращение вокруг оси обеспечивается электродвигателем с передачей через редуктор. Колокол в виде шестигранника выполнен из винипласта, оргстекла, полиэтилена или футерованной стали и имеет опрокидывающее устройство, приводимое в действие поворотным колесом или штурвалом.
Электролит наливают непосредственно в колокол, туда же насыпают детали и опускают анод в виде горизонтально или наклонно расположенной пластины. Ток к деталям подводят через контактные кнопки или кольцо, расположенное на дне ванны. Эта конструкция позволяет работать только на низких плотностях тока и получать покрытия небольшой толщины, что связано с возможностью перегрева электролита при работе на высоких плотностях тока в связи с небольшим объемом, а также из-за небольших размеров анодной пластины.
Такая конструкция колокола требует частой корректировки электролита из-за маленьких объемов и значительных потерь на унос. Вместимость колокола может быть самой различной— от 0,5 до 50 л в зависимости от размеров и программы покрываемых деталей.
Колокольная установка погружного типа показана на рис. 4.28. Колокол также изготовлен в виде шестигранника из синтетических материалов с перфорацией. Такая конструкция обеспечивает проток электролита через стенки колокола. Угол наклона его оси вращения составляет 30—40° и задается специальным устройством, одновременно обеспечивающим вращение колокола через редуктор. Аноды располагают как в обычной ванне вдоль стенок. Токоподвод к деталям осуществляют в нижней части колокола через контактное кольцо или диск. Выгрузку производят поднятием колокола из раствора над ванной, при этом электролит выливается обратно в ванну, а детали высыпаются на предварительно установленную сетку, после чего их направляют на дальнейшую обработку. В некоторых случаях в одной большой ванне могут работать несколько колоколов. Размеры колоколов и диаметр перфорации зависят от размеров обрабатываемых деталей. Этим способом покрывают детали с площадью до 0,2 дм2. Для более крупных деталей используют барабанные ванны.
Барабанные установки, применяемые в промышленности, можно разделить на две модификации: специально оборудованная стационарная ванна для работы только с барабаном и простая стационарная ванна, позволяющая работать как на подвесках, так и с барабанами. В первом случае ванна имеет механизм для подъема и опускания барабана, во втором — использованы переносные барабаны (рис. 4.28), подвешиваемые на катодную штангу.
Барабан представляет собой шестигранник из непроводящего материала (винипласта, полипропилена, органического стекла и др.) с перфорированными стенками. Диаметр отверстий перфорации должен быть достаточно большим, но не больше размеров обрабатываемых деталей. В некоторых случаях, чтобы избежать забивания отверстий деталями, внутреннюю поверхность барабана оклеивают неплотной тканью, устойчивой к данному электролиту. Степень перфорации стенсж барабана колеблется от 25 до 50% их общей поверхности. Одна из стенок выполнена в виде крышки с запорным устройством.
Ток к деталям подводят через изолированные гибкие катоды, пропускаемые внутрь барабана через боковые отверстия, или катоды, встроенные в тело обечайки. В первом случае на концах токопровода имеется сменный грузик для контакта с деталями; во втором — контактные кнопки встроены в тело барабана и ток подводится через токосъемники со скользящими контактами, установленными на оси барабана. Этот вид контакта более сложен в изготовлении и обслуживании, поэтому его применяют редко. Аноды подвешивают на штанги так же, как в обычной ванне.