УСТРОЙСТВО ДЛЯ ГАЛЬВАНОМЕХАНИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ ПОКРЫТИЙ
DEVICE FOR COAT MECHANICAL ELECTROPLATING

Изобретение относится к гальванотехнике и может быть использовано для электролитического нанесения покрытий на внутреннюю поверхность цилиндрических деталей гальваномеханическим способом.
Известно устройство для электролитического нанесения покрытий (А.С. СССР №1678911, C25D 5/06 от 14.12.89, бюл. №35 от 23.09.91 г.), содержащее ванну, рабочий электрод в виде держателя с активирующими элементами, смонтированными в оправках установленного с возможностью вращения и размещения внутри изделия, узел крепления изделия и токоподвод. С целью расширения технологических возможностей и повышения качества покрытий путем обработки изделий разных типоразмеров и перемещения активирующих элементов в радикальной плоскости, оно снабжено валом и двумя дисками, узел крепления выполнен в виде верхней и нижней опорных конических крышек с центровыми отверстиями, соединенных вертикальными стойками. Вал смонтирован концентрично относительно крышек и соединен с приводом вращения. Держатель активирующих элементов выполнен в виде секций, каждая из которых, выполнена, в виде полого цилиндра, а активирующие элементы установлены в оправках посредством подпружиненных колодок, размещенных в оправках на скользящей посадке по радиусу цилиндра. Каждая оправка прикреплена к цилиндру посредством винта, при этом секции держателя насажены без зазора на вал. На торцах крайних секций размещены диски для стягивания секций посредством резьбового соединения. Вал выполнен с резьбовыми участками, а токоподвод выполнен в виде контактного кольца и смонтирован на валу.
К недостаткам данного устройства можно отнести: непостоянное воздействие активирующих элементов на обрабатываемую поверхность во время осаждения покрытия; необходимость применения ванны с электролитом; неравномерность обработки поверхности ввиду применения нескольких независимых активаторов в одной плоскости; необходимость придания определенной частоты вращения державке для создания центробежных сил прижатия активирующих элементов к обрабатываемой поверхности; ограничение применения материалов пружин активирующих элементов ввиду их работы непосредственно в электролите осаждения; отсутствие возможности обеспечения достаточной циркуляции электролита и его постоянного очищения от продуктов активации поверхности.
Известно устройство для электролитического нанесения покрытий (А.С. СССР №1634729, C25D 5/06 от 01.12.88, бюл. №10 от 15.03.91 г.), содержащее основание, в котором выполнен кольцевой канал, кольцевая выточка и центральное отверстие. В кольцевую выточку через прокладку устанавливается деталь. По центру основания закреплен трубчатый анод, сливной патрубок которого проходит через центральное отверстие. На концах анода закреплены фторопластовые подшипники скольжения, на которых с возможностью свободного вращения установлена рамка. Рамка состоит из верхнего и нижнего колец скрепленных стойками. На нижнем кольце рамки расположены лопасти прямоугольной формы, через одну выполненные удлиненными и изогнутыми в направлении противоположном направлению вращения. На стойке шарнирно закреплена оправка, боковые поверхности которой выполнены под встречными углами к оси вращения. В основании оправки закреплен активирующий элемент. Токоподвод осуществляется с внешней стороны детали с помощью хомутов. Деталь удлиняется насадкой, которая стягивается стяжками с основанием. На дне кольцевого канала выполнен торцевой кулачек, высота которого равна разности длин лопастей.
К недостаткам данного устройства можно отнести: необходимость придания определенной частоты вращения державке для создания центробежных сил прижатия активирующих элементов к обрабатываемой поверхности; перекос активирующих элементов относительно обрабатываемой поверхности ввиду особенности крепления их оправки к стяжке; необходимость применения мощных гидравлических насосов для создания необходимого давления на лопастях рамки; засорение поверхности активаторов продуктами срезаемого слоя; внедрение в наносимый слой материала, срезаемого активирующими элементами и частиц абразива.
Известно устройство для электролитического нанесения покрытий (Патент РФ №2155827, C25D 5/06; от 16.07.1999; бюл. №25 от 10.09.2000), содержащее электролитическую ячейку, активирующую головку, узел крепления изделия и токоподвод. Электролитическая ячейка выполнена герметично, активирующая головка выполнена в виде крыльчатки, несущей на себе три рычага, с подвижно закрепленными копирующими обрабатываемую поверхность активирующими элементами, смонтирована на вертикальной оси в нижнем фланце электролитической ячейки, с возможностью вращения за счет передачи гидродинамической энергии струи электролита лопастям крыльчатки, под давлением не менее 0,05 МПа.
К недостаткам данного устройства можно отнести: необходимость применения мощных гидравлических насосов для создания необходимого давления на лопастях крыльчатки активирующей головки; засорение поверхности активаторов продуктами срезаемого слоя; внедрение в наносимый слой материала, срезаемого активирующими элементами и частиц абразива.
Из известных наиболее близким по технической сущности (прототип) является устройство для электролитического нанесения покрытий (А.С. СССР №1705418, C25D 5/06 от 03.03.87, бюл. №2 от 15.01.92 г.), содержащее вал, анод, активирующий элемент на держателе, связанный со средством его прижима к обрабатываемой поверхности. С целью упрощения конструкции, средство для прижима активирующего элемента к обрабатываемой поверхности выполнено в виде механизма параллелограмма, звенья которого выполнены с возможностью перемещения через положение, при котором параллелограмм трансформируется в прямоугольник, причем коромысла параллелограмма шарнирно связаны с валом с возможностью перемещения в продольной плоскости. Держатель жестко связан с шатуном, расположенным параллельно оси вала, при этом механизм параллелограмма снабжен средством для поджима его звеньев в одном направлении. Средство поджима выполнено в виде груза, закрепленного на шатуне, при этом ось вала расположена вертикально. С целью повышения производительности, активирующее средство выполнено из абразивного материала в виде ролика.
Устройство работает следующим образом: в ванну с электролитом устанавливают анод и катод-деталь. В пространство между ними помещают активирующие абразивные элементы, которые за счет собственной массы, массы держателей, пластин и дополнительных грузов, а также благодаря наличию параллелограммов с шарнирно соединенными сторонами, образованными держателями, пластинами и крестовиной, образующими коромысла параллелограмма, могут перемещаться вниз параллельно обрабатываемой поверхности катода-детали и равномерно к ней прижиматься. Причем вовремя обработки внутренней поверхности катода-детали стороны параллелограммов, образованные держателями, находятся выше сторон, образованных крестовиной, что создает составляющую силы тяжести грузов и других элементов, направленную от центра вращения вала и прижимающую активирующие абразивные элементы к внутренней поверхности катода-детали. От вала держатели с активирующими элементами приводятся в движение по окружности. При этом за счет сил трения между активирующими абразивными элементами и поверхностью катода, активирующие элементы вращаются вокруг осей держателей и обкатывают катодную поверхность. Включается ток и осуществляется нанесение покрытий на поверхность катода. После нанесения покрытий необходимой толщины выключают ток, устройство вынимают из ванны и снимают готовую деталь.
К недостаткам устройства можно отнести - необходимость применения ванны с электролитом, отсутствие возможности обеспечения достаточной циркуляции электролита и его постоянного очищения от продуктов активации поверхности, что приводит к снижению производительности осаждения, качества активации катодной поверхности и качества получаемого осадка.
Заявляемое изобретение направлено на устранение недостатков известных устройств для гальваномеханического осаждения покрытий на внутренние поверхности и при его применении обеспечивается получение следующего технического результата: повышение производительности процесса осаждения покрытий; повышение качества активации катодной поверхности; повышение качества получаемого покрытия; повышение прочности сцепления получаемого осадка с подложкой; предотвращение дендритообразования на высоких плотностях рабочего тока; повышение безопасности работы с устройством и экологической безопасности; снижение необходимого объема электролита; повышение скорости циркуляции электролита.
Указанный технический результат достигается за счет применения заявляемого устройства для гальваномеханического нанесения покрытий на внутреннюю поверхность цилиндрических деталей, содержащего вал, анод, активирующие ролики, изготовленные из абразива, держатели, средство для прижима активирующих роликов, отличающееся тем, что с целью повышения производительности, качества активирования обрабатываемой поверхности и получаемого покрытия, оно снабжено верхним и нижним фланцем с каналами для подвода и отвода электролита, герметизирующими прокладками, ведущими и ведомыми шкивами, соединенными ременной передачей и крестовину, причем, крестовина несет на себе валы, установленные в подшипниках и ограниченные в осевом перемещении верхними и нижними втулками, причем, активирующие ролики и шкивы жестко закреплены и скомпонованы на валах таким образом, что на одной паре валов, расположенных друг напротив друга, монтируются ведущие ролики и шкивы, а на другой паре - ведомые ролики и шкивы, причем, средство для прижима активирующих роликов представляет собой пружины, установленные в квадратных пазах крестовины, по которым перемещаются направляющие держателей, снабженные штифтами, ограничивающими их перемещение в пазах.
При сообщении крестовине вращения происходит обкатывание активирующих роликов по обрабатываемой поверхности и за счет разности диаметров активирующих роликов и шкивов, соединенных ременной передачей, а также за счет различных сил трения между роликами и активируемой поверхностью будет обеспечиваться проскальзывание ведомых роликов относительно обрабатываемой поверхности.
При этом во время осаждения покрытия, будет происходить активация обрабатываемой поверхности путем разрушения пассивирующей пленки, препятствующей осаждению, а также предотвращаться дендритообразование при высоких плотностях тока. Кроме того, проскальзывание ведомых активирующих роликов будет способствовать повышению качества активации поверхности, а вращение роликов вокруг своей оси при обкатывании - устранению засорения поверхности абразива, так как обеспечивается постоянная смена поверхности роликов, участвующей в активации, и омывание электролитом свободной поверхности роликов.
Графические материалы.
На фиг.1 - общий вид устройства; фиг.2 - изометрия устройства с разнесением элементов.
Устройство содержит вал 1, анод 2, активирующие ведущие 3 и ведомые 4 ролики, изготовленные из абразива, держатели 5, средство 6 для прижима активирующих роликов, верхний 7 и нижний 8 фланцы с каналами для подвода 9 и отвода 10 электролита, герметизирующие прокладки 11, ведущие 12 и ведомые 13 шкивы, соединенные ременной передачей 14, крестовину 15.
Крестовина 15 несет на себе валы 16, установленные в подшипниках 17 и ограниченные в осевом перемещении верхними 18 и нижними 19 втулками.
Активирующие ролики 3, 4 и шкивы 12, 13 жестко закреплены и скомпонованы на валах 16 таким образом, что на одной паре валов, расположенных друг напротив друга монтируются ведущие ролики 3 и шкивы 12, а на другой паре - ведомые ролики 4 и шкивы 13.
Средство 6 для прижима активирующих роликов 3, 4 служит для обеспечения постоянного контакта роликов с активируемой поверхностью и представляет собой пружины 20, установленные в квадратных пазах крестовины 15, по которым перемещаются направляющие держателей 5, снабженные штифтами 21, ограничивающими перемещение держателей 5 в пазах.
Устройство работает следующим образом. После соответствующей обработки восстанавливаемой детали 22 (т.е. механической обработки, обезжиривания и травления), она, через герметизирующие прокладки 11, устанавливается между верхним 7 и нижним 8 фланцами, образуя электролитическую ячейку. Затем, крестовина 15, несущая на себе держатели 5, средство 6 для прижима активирующих роликов 3 и 4, шкивы 12 и 13, смонтированные на валах 16 и соединенные ременной передачей 14, совместно с валом 1 и анодом 2, образует активирующую головку, которая закрепляется в патроне вертикально-сверлильного станка или другого привода и вводится в электролитическую ячейку.
Далее, кислотостойкий гидравлический насос (не показан) подает электролит из емкости (не показана) по трубопроводам в нижний фланец 8 электролитической ячейки по каналу 9 и, заполнив ее, сливается обратно в емкость по трубопроводам через отводящий канал 10 верхнего фланца 7. Включается привод и активирующей головке сообщается вращение, при этом ролики начинают обкатываться по активируемой поверхности и за счет среза пассивирующей пленки зернами абразива осуществлять активацию.
В то же время, от источника постоянного тока «+» рабочего тока подается на анод 2, через вал 1 и крестовину 15, а «-» на обрабатываемую деталь 22 соответственно. Далее происходит гальваномеханическое осаждение покрытия на обрабатываемую поверхность детали.
По окончании осаждения покрытия выключаются источник постоянного тока и прекращается подача электролита, разбирается электролитическая ячейка, готовая деталь (с заданной толщиной покрытия) убирается, а на ее место ставится новая деталь и процесс повторяется.
Для обеспечения проскальзывания ведомых активирующих элементов по поверхности детали необходимо чтобы передаточное отношение ременной передачи было не более 0,9.