МАГНИТНАЯ СИСТЕМА ПОДВЕСКИ ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ КОНТАКТ-ДЕТАЛЕЙ ГЕРКОНОВ
MAGNETIC SUSPENSION SYSTEM FOR ELECTROCHEMICAL TREATMENT OF CONTACT ELEMENTS OF REED RELAYS

Изобретение относится к подвесочным приспособлениям (подвескам), используемым для нанесения гальванических покрытий на малоразмерные изделия, изготовленные из ферромагнитных материалов, например, на контакт-детали герконов.
Конструкция подвесок должна обеспечивать оперативный групповой монтаж деталей, их надежный электрический контакт с токоподводящими элементами и равномерное распределение тока по поверхности деталей.
Типичная подвеска состоит из трех основных узлов: держателя для загрузки цилиндрических частей контакт-деталей, токоподводящих элементов, соединенных с источником питания, и магнитной системы, обеспечивающей фиксацию деталей в держателе за счет нормальной составляющей сил магнитного поля.
Известна магнитная система подвески для электрохимической обработки контакт-деталей герконов, изготовленная из ферритового магнита с примыкающими к нему магнитопроводами [SU 423890, С23В 5/68, опубл. 15.04.74].
Однако известная магнитная система не позволяет обрабатывать массивы деталей с диаметром поперечного сечения, меньшим 0,7 мм. Данное обстоятельство связано с недостаточной силой прижатия таких контакт-деталей к токоподводящему элементу подвески, развиваемой применяемыми магнитами.
Известна магнитная система аналогичного назначения, выполненная из блока электромагнитов, сформированного в виде параллелепипеда [SU 1611996 А1, С25D 17/06, опубл. 07.12.90]. При этом катушки электромагнита соединены последовательно и запитаны постоянным током.
Недостаток данной магнитной системы заключается в том, что для ее функционирования необходим автономный источник тока, что существенным образом снижает экономичность используемого оборудования.
Известна магнитная система подвески, используемой для удержания ферромагнитных деталей, состоящая из постоянного магнита и электромагнита, по обмотке которого протекает ток электрохимической обработки [SU 1608252 А1, С25D 7/00, С25D 17/06, опубл. 23.11.90]. При этом направления магнитных потоков, образованных элементами системы совпадают, что позволяет снизить расход электроэнергии.
Данная система из-за сложности конструкции, однако, не применима для электрохимической обработки массива малоразмерных контакт-деталей.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявляемому объекту по совокупности технических признаков и достигаемому результату является магнитная система подвески для электрохимической обработки контакт-деталей герконов, состоящая из корпуса с закрепленными в нем постоянными магнитами [SU 260134, В66С 1/04, опубл. 22.12.1968]. Описанное устройство принято за прототип предлагаемого изобретения.
В известном устройстве плоские детали расположены веерообразно и притягиваются к корпусу силами, созданными нормальной составляющей индукции магнитного поля.
К причинам, препятствующим достижению требуемого технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что оно не позволяет создать достаточное по величине и однородности магнитное поле в пределах протяженной плоской рабочей зоны подвески, в которой располагается массив из 1500-2000 контакт-деталей герконов.
Таким образом, непосредственное использование известной конструкции магнитной системы, принятой за прототип, не позволяет в условиях производства наносить качественные гальванические покрытия на массивы контакт-деталей герконов.
Задача данного изобретения заключается в увеличении значения и однородности нормальной составляющей сил притяжения, создаваемых полем магнитной системы и действующих на контакт-детали герконов.
Технический результат заключается в выборе и оптимизации конструкции магнитной системы, обеспечивающей решение поставленной задачи.
Данный технический результат достигается тем, что в магнитной системе подвески для электрохимической обработки контакт-деталей герконов, состоящей из корпуса с закрепленными в нем постоянными магнитами, корпус системы выполнен из основания и крышки корытообразной формы прямоугольного сечения, изготовленных из магнитопроницаемой листовой нержавеющей стали толщиной 0,5-1,0 мм, между стенками основания и крышки имеется заполненный компаундом зазор шириной 5,0-10,0 мм, внутри корпуса размещены примыкающая к крышке пластина из магнитной стали толщиной 2,0 мм и магнитный модуль, состоящий из расположенных параллельно одной из осей симметрии системы полос шириной 10,0-20,0 мм, собранных из плоских магнитов квадратной или прямоугольной формы с одинаковой поперечной намагниченностью, при этом магниты соседних полос модуля имеют противоположно направленные намагниченности.
Выбор геометрических размеров и взаимного расположения различных частей магнитной системы обусловлен следующими обстоятельствами.
пр
Толщина основания корпуса магнитной системы определяет величину зазора (d) между магнитами и обрабатываемыми контакт-деталями, а, следовательно, и силу притяжения деталей к держателю подвески (F). Данная сила может быть оценена по следующей формуле [Л.И. Рабкин, И.Н. Евгенова. Магнитоуправляемые герметизированные контакты. - М.: Связь, 1976. - С. 32]:
0
где Ф - магнитный поток, действующий в зазоре и убывающий с ростом d, μ - магнитная постоянная, S - площадь торцевой части контакт-детали.
пр
При толщине основания корпуса ≤ 0,5 мм уменьшается его механическая прочность, что может привести к неконтролируемому искажению заданной формы корпуса. При толщине основания ≥ 1,0 мм начинает заметно уменьшаться F за счет уменьшения магнитного потока, а также возрастает вес магнитной системы.
Толщина крышки корпуса выбирается аналогичным образом из компромисса между ее механической прочностью и массой. Стенки крышки необходимы для сохранения целостности магнитного модуля - они препятствуют взаимному отталкиванию магнитов с одноименными полюсами.
Существующий между стенками основания и крышки зазор заполняется компаундом, который обеспечивает герметичность корпуса магнитной системы. При ширине зазора ≤ 5,0 мм из-за неоднородности материала компаунда может нарушиться герметичность корпуса. При ширине зазора ≥ 10,0 мм заметно уменьшается размер рабочей зоны подвески, в которой располагаются контакт-детали, а также снижается механическая жесткость магнитной системы.
Расположенная внутри корпуса пластина изготовлена из магнитной стали и поэтому образует магнитопровод, уменьшающий магнитный поток рассеивания и замыкающий магнитное поле преимущественно через контакт-детали. Толщина пластины определяет ее магнитное сопротивление и, в конечном счете, значение сил, действующих на контакт-детали со стороны магнитной системы.
пр
пр
пр
Для выбора размеров пластины экспериментально измерена зависимость F от ее толщины. При этом использовались контакт-детали, цилиндрическая часть которых имеет диаметр 0,5 мм. Измерение F осуществлялось с помощью динамометра в момент отрыва контакт-детали от магнитной системы. Контроль F осуществлялся в различных участках магнитной системы, а полученные результаты затем усреднялись - таблица 1.
пр
пр
Из таблицы 1 следует, что при достижении толщины пластины, равной 2,0 мм F практически стабилизируется. Дальнейший рост толщины пластины мало влияет на F, но сопровождается увеличением ее массы, что негативно сказывается на эксплуатационных характеристиках магнитной системы.
пр
пр
Величина и однородность F, создаваемой магнитной системой зависит от особенностей расположения магнитов в модуле и зазора между магнитной системой и контакт-деталями. Результаты измерения F для различных вариантов сборки магнитного модуля и расстояния между магнитной системой и контакт-деталями равного 2,6 мм приведены в таблицах 2-4. Для сборки систем использовались неодимовые магниты размерами 20,0×20,0×2,5 мм. Тестовые контакт-детали располагались в специальной вертикальной направляющей и перемещались от левой границы вдоль горизонтальной оси симметрии (у) магнитной системы.
пр
пр
Полученные результаты показывают, что для систем 1 и 2 типов значения F близки. Для системы 3 типа, собранной из полос шириной 40,0 мм, F не стабильна и заметно снижается.
пр
пр
Для первого варианта конфигурации магнитной системы обнаружено аномальное поведение F: в точках, в которых сходятся четыре магнита с противоположной намагниченностью, F=0. Данное обстоятельство не позволяет использовать этот вариант расположения магнитов для изготовления магнитной системы, поскольку он не гарантирует надежного удержания всех контакт-деталей.
Таким образом, проведенные исследования показали, что лучшие результаты обеспечивает модуль, сформированный из параллельно расположенных полос шириной 20,0 мм с чередующимся направлением намагниченности.
n
n
n
При выборе оптимальной ширины полос модуля дополнительно учитывалась зависимость создаваемой им в центре полосы В от расстояния между магнитами и контакт-деталями (L) - фиг. 1. Из фиг. 1 следует, что величина В определяется шириной полос модуля: чем уже полоса, тем выше значение В, но тем быстрее она спадает с ростом L. Для практически используемых подвесок, в которых L равно 2,0-3,0 мм, оптимальная ширина полос составляет 10,0-20,0 мм.
Квадратная или прямоугольная форма магнитов обеспечивают удобство изготовления магнитных модулей заданных размеров.
Таким образом, сравнение всех возможных вариантов сборки полос магнитного модуля из отдельных магнитов показало, что использованный в предлагаемой магнитной системе вариант формирования модуля имеет ряд преимуществ:
пр
- обеспечивается наибольшие значение и однородность нормальной составляющей F, действующей на контакт-детали герконов;
пр
- в непосредственной близости от магнитной системы отсутствуют локальные области с аномально низкой F, что является причиной выпадения контакт-деталей из держателя подвески.
Положительный эффект от использования предлагаемой магнитной системы обусловлен тем, что она существенным образом увеличивает силу и однородность притяжения контакт-деталей к подвеске. В результате повышается качество гальванических покрытий и предотвращается выпадение мелкоразмерных деталей из подвески в электролит в процессе их гальванической обработки.
Таким образом, сопоставительный анализ предложенного технического решения и уровня техники позволил установить, что заявленное изобретение соответствует требованию «новизна» и «изобретательский уровень».
Заявляемое техническое решение поясняется чертежами, где на фиг. 1. представлена зависимость индукции магнитного поля различных магнитных систем от расстояния между магнитами и контакт-деталями, на фиг. 2 приведен в качестве примера конкретного исполнения один из вариантов конструкция предлагаемой магнитной системы в составе типичной подвески для электрохимической обработки контакт-деталей герконов, на фиг. 3 изображен «вид сверху» магнитной системы, на фиг. 4 представлены два эквивалентных варианта сборки магнитного модуля системы, состоящего из полос шириной 20,0 мм, а на фиг. 5 - рассчитанное с использованием программы FEMM распределение силовых линий магнитного поля, созданного половиной симметричного магнитного модуля.
Корпус магнитной системы (фиг. 2) состоит из основания 1 и крышки 2, изготовленных из листовой магнитопроницаемой нержавеющей стали толщиной 1,0 мм. Внутри корпуса размещена пластина 3, выполненная из магнитной стали, толщиной 2,0 мм и магнитный модуль 4. Магнитная система примыкает к плоскому держателю подвески 5, к которому нормальной составляющей сил магнитного поля притягиваются обрабатываемые контакт-детали герконов 6. Перпендикулярное держателю подвески расположение контакт-деталей задается двумя идентичными направляющими решетками 7 с соосными отверстиями. Между корпусом и стенками основания имеется технологический зазор 8 высотой 5,5 мм, заполненный компаундом 832НТ. Ширина зазора составляет 5,0 мм (фиг. 3).
пр
Магнитный модуль системы изготавливался из неодимовых магнитов с поперечной намагниченностью квадратной формы (20,0×20,0 мм) толщиной 2,5 мм в двух вариантах - фиг. 4 (полосы модуля указаны стрелками). Используемое при изготовлении полос модуля расположение полюсов магнитов обеспечивает в непосредственной близости от дна корпуса максимальные значения и однородность F (фиг. 5).
Магнитная система в составе подвески для электрохимической обработки контакт-деталей герконов работают следующим образом. Контакт-детали цилиндрическими частями загружают в держатель подвески. Непосредственно на держателе размещается магнитная система. Нормальной составляющей сил магнитного поля системы контакт-детали притягиваются к держателю. Подвеску с контакт-деталями подсоединяют к катодной шине, опускают в гальваническую ванну и пропускают через нее ток от анода к катоду. В результате на поверхности контакт-деталей формируется требуемое покрытие.
пр
пр
Качество получаемых покрытий в значительной мере зависит от надежности электрического контакта контакт-деталей с держателем подвески. В свою очередь надежность данного контакта однозначно связана с величиной F. Данное обстоятельство обусловлено тем, что величина F влияет на значение переходного электрического сопротивления между контакт-деталями и подвеской, которое определяет величину тока, проходящего по электрической цепи каждой контакт-детали.
пр
пр
Испытание разработанного устройства производилось при нанесении на контакт-детали многослойных защитных покрытий Ni-Au-Ru. Установлено, что применение предложенной магнитной системы приводит к увеличению F в 2,0-2,5 раза по сравнению с известными системами. При этом разброс значений F по рабочему полю держателя подвески не превышает 15% и полностью отсутствует выпадение контакт-деталей из подвески в электролит.
Таким образом, использование предлагаемой магнитной системы позволяет увеличить силу и однородность магнитного прижатия контакт-деталей к держателю подвески и существенно повысить качество получаемых гальванических покрытий.
Предлагаемая подвеска проста в изготовлении, удобна в эксплуатации и обладает необходимой надежностью. Положительный эффект от использования предлагаемого технического решения обусловлен увеличением процента выхода годных изделий, снижением разброса эксплуатационных параметров герконов и увеличением их долговечности.