УСТАНОВКА ДЛЯ ПРОТОЧНОГО ЖЕЛЕЗНЕНИЯ ВНЕШНИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ ТИПА "ВАЛ"

Полезная модель относится к устройствам для проточного железнения внешних поверхностей деталей типа «вал» вневанным способом холодным электролитом.
Процесс железнения представляет собой осаждение металла на ремонтируемую поверхность детали в водных растворах солей железа. Он нашел широкое применение при восстановлении деталей с износом от нескольких микрометров до 1,5 мм на сторону. Производительность процесса железнения примерно в 10 раз выше, чем при хромировании. Средняя скорость осаждения металла составляет 0,40…1,2 мкм/с, а выход металла по току равен 93…97%.
Железнение проводят в ваннах или вневанным способом. При восстановлении крупногабаритных деталей сложной конфигурации (блоки цилиндров, картеры коробок передач и задних мостов, коленчатые валы и другие) в ваннах возникают трудности, связанные с изоляцией мест, не подлежащих покрытию (площадь их поверхности в десятки раз превышает покрываемую площадь), сложной конфигурацией подвесных устройств, необходимостью иметь ванны больших размеров, быстрым загрязнением электролитов и т.д. Для железнения таких деталей применяют вневанный способ.
Принцип вневанного железнения - это создание местной ванны (электролитической ячейки) в зоне нанесения покрытия при сохранении традиционной технологии железнения. В этом случае непокрываемые поверхности не изолируют, и уменьшается обеднение прикатодного слоя.
Известна установка для нанесения электрохимических покрытий на шейки коленчатого вала (патент РФ на изобретение №2011695, МПК C25D 17/06). Данная установка содержит ванну, систему электроснабжения, верхнюю, среднюю и нижнюю опорные плиты, привод вращения, стойки, соединенные со средней и нижней опорной плитами, ячейки с наружными полукольцевыми щеками, горизонтальным штоком из электропроводного материала, один конец которого соединен с анодом, а другой с возможностью подключения к системе электроснабжения. Каждая ячейка выполнена с внутренними полукольцевыми щеками, втулкой и рамкой с двумя цапфами, установленной с возможностью вертикального перемещения и фиксации на стойках, причем горизонтальный шток установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения, а втулка размещена в рамке с возможностью колебания. К недостаткам данного технического решения относятся: необходимость в изолировании всех противовесов, т.к. вал полностью погружен в электролит, возникновение зон непрокрытия в верхней части шейки за счет скопления газовых водородных пузырьков из-за вертикального расположения вала в электролите, отсутствие контроля за качеством подготовки поверхности, возможность короткого замыкания дендритами, возможность пробоя шток-противовес. Также стоит отметить резкое удорожание технологического процесса за счет сложности изготовления анодов специфической формы служащих не более 2-3 раз.
Наиболее близким решением, взятым за прототип, является устройство для восстановления шеек коленчатых валов гальваническими покрытиями (авторское свидетельство №1258892 МПК C25D 17/06). Установка также содержит ванну для электролита, привод вращения вала, длинные штанги с плоскими параллельными экранами, между которыми размещено по одному аноду на каждую шейку вала. Дополнительные короткие штанги с анодами установлены на шейках вала и шарнирно соединены с длинными штангами, при этом в плоских параллельных экранах выполнены полукруглые вырезы для размещения шеек вала. Данное техническое решение обладает рядом недостатков. Вал погружен в ванну, поэтому, во-первых, необходимо изолировать шейки не нуждающиеся в восстановлении, во-вторых, невозможен контроль как качества подготовки покрываемой поверхности, так и хода процесса железнения, в-третьих осложняется токопровод к валу. Также в данном устройстве ограничена подача свежего электролита к коренным шейкам. Так как анодные устройства шатунных шеек приводятся в движение за счет опирающихся на шейку экранов, то под экранами покрытие будет меньшей толщины, а при большой толщине покрытия экран может клинить.
Задачей настоящей полезной модели является нанесение покрытий без погружения детали в ванну, а, следовательно, без изоляции непокрываемых поверхностей и получения равномерных покрытий как по окружности, так и по образующей. При этом обеспечивается постоянный визуальный контроль, как за подготовкой поверхности, так и за процессом нанесения покрытия.
Технический результат заключается в повышении качества покрытия и снижении числа операций техпроцесса.
Поставленная задача решается тем, что установка для проточного железнения внешних поверхностей деталей типа «вал» включает в себя ванну с электролитом, по крайней мере, одну рабочую камеру с расположенными в ней анодами, источник тока и блок вращения обрабатываемой детали, расположенный выше уровня электролита непосредственно над ванной или около нее. Рабочая камера выполнена открытой сверху с возможностью размещения на покрываемой поверхности детали через отверстие в стенке, перпендикулярной оси вращения, камера снабжена соплом для подачи электролита насосом из ванны снизу вверх вдоль оси вращения. Аноды, расположенные в камере, выполнены в виде стержней или пластин из малоуглеродистой стали в анодных чехлах. Камера может быть выполнена с возможностью изменения ее ширины в зависимости от длины покрываемой поверхности за счет перемещения стенки камеры вдоль оси вращения. Отверстие камеры снабжено набором кольцевых вставок или дисковых экранов, монтируемых на детали вплотную к стенкам камеры в соответствии с диаметром детали. Для обеспечения монтажа рабочей камеры на покрываемые поверхности сложнопрофилированных деталей стенки камеры, перпендикулярные оси вращения, выполнены разъемными, причем линия разъема проходит горизонтально. Установка дополнительно может содержать экраны для обеспечения равномерного распределения осадка железа по образующей покрываемой поверхности, расположенные между анодами и деталью. Для покрытия поверхностей, имеющих эксцентриситет, блок вращения оснащен устройством, позволяющим рабочей камере перемещаться точно вместе с эксцентричной поверхностью, не касаясь ее.
Полезная модель поясняется чертежами. На фиг.1 приведен общий вид предлагаемой установки, на фиг.2 конструкция рабочей камеры, на фиг.3 - рабочая камера, размещенная на детали, вид сбоку, на фиг.4 - рабочая камера с размещенными в ней анодами и экранами, на фиг.5 - блок вращения, вид сверху.
Позициями на чертежах обозначены:
1. ванна для железнения;
2. блок вращения детали
3. источник асимметричного и постоянного тока;
4. пластиковая емкость
5. насос
6. рабочая камера
7. распределитель
8. система фильтрации электролита
9. бортовой отсос
10. крышка
11. каркас блока вращения
12. привод
13. токопровод
14. фиксаторы детали
15. роликовые призмы
16. пластиковый поддон
17. сливное отверстие
18. фиксатор рабочих камера
19. устройство перемещения рабочих камер
20. отверстие для размещения детали
21. сливное отверстие
22. кольцо
23. анод
24. непроводящий экран
25. сопло
26. вал
27. кронштейн
28. ведущая шестерня
29. ведомая шестерня
30. диск
31. шатун
32. дисковый экран
Установка состоит из ванны с электролитом железнения 1, блока вращения детали 2 и источника асимметричного и постоянного токов 3.
Ванна представляет собой пластиковую емкость 4, на которой размещены кислотостойкий насос 5, система фильтрации электролита 8, бортовые отсосы 9 и крышка 10.
Насос 5 предназначен для подачи электролита в рабочие камеры 6 через распределитель 7.
Блок вращения 2 состоит из каркаса 11, на котором смонтированы: привод 12, представляющий собой редуцированный электродвигатель с числом оборотов 6-12 об/мин., токоподводом 13 и устройством фиксации детали 14; две роликовые призмы 15, способные перемещаться вдоль оси вращения, одна из которых съемная; пластиковый поддон 16 со сливным отверстием 17 и фиксаторами неподвижных рабочих камер 18, устройства перемещения рабочих камер 19 в плоскости, перпендикулярной их оси вращения при покрытии поверхностей, имеющих эксцентриситет.
Рабочие камеры 6 по числу покрываемых поверхностей детали размещены на покрываемой поверхности детали. При этом камеры для нанесения покрытий на осесимметричные поверхности устанавливаются неподвижно, а при покрытии эксцентричных поверхностей камеры перемещаются в плоскости, перпендикулярной оси вращения.
Токоподвод 13 представляет собой напрессованную на вал привода медную или бронзовую втулку и 2-4 меднографитовые щетки в зависимости от пропускаемого тока.
Устройство фиксации 14 представляет собой укрепленную на валу привода втулку с фланцем, в котором радиально через 120° прорезаны три сквозных паза для присоединения деталей с фланцем. Обычные валы фиксируются тремя болтами, вворачиваемые в резьбовые отверстия в корпусе втулки под углом 120°.
Привод может перемещаться в вертикальном направлении для того, чтобы ось вращения всегда была горизонтальна, независимо от диаметров фиксируемой и опирающейся на роликовую призму поверхностей.
Пластиковый поддон 16 служит для сбора сливаемого из рабочих камер электролита и возвращения его в ванну 1 через фильтры 8. Фиксаторы рабочих камер 18 позволяют устанавливать их на покрываемые поверхности детали и удерживать их при вращении детали.
Рабочая камера 6 (фиг.2) представляет собой открытую сверху пластиковую гальваническую ванночку, помещаемую на покрываемую поверхность детали так, чтобы деталь проходила в нее через отверстие 20 в одной, если покрываемая поверхность на конце детали, или в обеих, если покрывается средняя часть детали, стенках камеры, перпендикулярных оси вращения. Эти отверстия расположены так, чтобы поверхность детали полностью погружалась в электролит, уровень которого задается сливным отверстием 21.
Для подгонки рабочей камеры 6 по длине покрываемой поверхности одна из перпендикулярных оси вращения стенок выполнена подвижной вдоль оси вращения. Герметичность обеспечивается прокладкой из кислото-щелочестойкой резины.
Подгонка отверстий 20 под диаметр покрываемой поверхности осуществляется установкой или дополнительных колец 22 на отверстия камеры, или дисковых экранов 32 на деталь вплотную к покрываемой поверхности, диаметр которых превышает диаметр отверстия 20. Кольца и экраны не обеспечивают полной герметичности, однако при правильной их установке течь должна быть много меньше объема подачи электролита насосом.
Стенки рабочих камер, перпендикулярные оси вращения, могут выполняться разъемными (фиг.2), при этом линия разъема проходит по осевой отверстия 20 горизонтально.
В рабочую камеру 6 с обеих сторон детали помещаются в чехлах из хлориновой или полипропиленовой ткани аноды 23 в виде прутков или пластин из низкоуглеродистой стали по одному или более в зависимости от длины покрываемой поверхности.
При необходимости между анодом и деталью помещают пластинчатые непроводящие экраны 24, позволяющие подбором их ширины и расстояния от детали получить одинаковую толщину покрытия по образующей детали.
Подача электролита в камеру осуществляется через установленное на дне сопло 25, причем щель сопла параллельна оси вращения, а струя электролита направлена на нижнюю поверхность детали.
Устройство перемещения рабочих камер 19 перпендикулярно оси вращения при покрытии эксцентричных поверхностей представляет собой вал 26 с шпоночным пазом, установленный параллельно оси вращения, связанный цепной или ременной передачей с валом привода 12 так, что направление и скорость вращения у них одинаковы. На валу 26 смонтированы 1-6 кронштейнов 27. Корпус кронштейна из листовой нержавеющей стали удерживается на валу двумя капролоновыми или фторопластовыми втулками, выполняющими роль подшипников скольжения, таким образом кронштейн свободно перемещается вдоль вала и может быть установлен напротив эксцентричной поверхности конкретной детали, а при вращении вала остается в рабочем положении, проворачиваясь относительно него. Между втулками кронштейна на валу находится ведущая шестерня 28, которая может фиксироваться на валу съемной шпонкой. На двух осях, установленных на кронштейне так, что их оси находятся на расстоянии, равном расстоянию между фиксаторами шатунов рабочей камеры, установлены на пластиковых подшипниках две ведомые шестерни 29, идентичные ведущей и связанные с ней ременной зубчатой передачей. Таким образом, эти шестерни вращаются с той же скоростью и в том же направлении, что и вал привода. На ведомых шестернях соосно им установлены диски 30, имеющие радиальный паз, в котором может перемещаться и фиксироваться ось шатуна 31. На эти шатуны 31 подвешивается рабочая камера.
Если блок вращения устанавливается над ванной, дополнительной вентиляции не требуется, если же блок расположен рядом, необходимо установить зонт или щелевой отсос воздуха из рабочей зоны.
2
Установка работает следующим образом. Подготовленную и обезжиренную деталь установить на блок вращения 2 так, чтобы ось вращения была горизонтальна и закрепить в фиксаторе вала привода 14. Установить на покрываемые поверхности, находящиеся на оси вращения неподвижные камеры и зафиксировать их. Перемещая вдоль шпоночного вала, установить кронштейны напротив эксцентричных покрываемых поверхностей детали и опустить их в рабочее положение. Незадействованные кронштейны оставить в нерабочем положении и убрать съемные шпонки ведущих шестерен. Вращением шестерен установить пазы дисков на ведомых шестернях параллельно прямой, соединяющей ось вращения с осью эксцентричной поверхности, т.е. задать угол кривошипа для каждой поверхности. Оси шатунов в пазах дисков передвинуть и укрепить так, чтобы расстояние между центрами диска и оси равнялось радиусу кривошипа. Подвесить и закрепить рабочие камеры на шатунах. Открыть краны распределителя для задействованных камер. Включить вращение детали, затем насос. После заполнения камер до уровня слива включить выпрямитель и провести подготовку покрываемых поверхностей - предварительное, а затем бесшламное травление, визуально контролируя качество подготовки. Остатки шлама на поверхности удалить волосяной щеткой. Включить асимметричный ток на начальном катодно-анодном соотношении, провести режим плавного уменьшения анодной составляющей до катодно-анодного соотношения равного 10, перейти на начальный постоянный ток, который плавно за 5 минут довести до рабочего - 40 А/дм и провести наращивание слоя железа до заданной толщины.
Входящий в состав установки универсальный источник тока проводит режим подготовки и покрытия автоматически, после того как ему задан номер программы процесса и площадь покрываемой поверхности.
При недостаточной мощности источника для одновременного проведения бесшламного травления всех поверхностей, возможно проводить его поочередно, переключая уже протравленные поверхности на начальный асимметричный ток.
По окончании процесса наращивания отключить ток, насос и вращение, снять камеры, а затем деталь снять с блока вращения и промыть.