УСТАНОВКА ЭЛЕКТРОИМПУЛЬСНОГО ПОЛИРОВАНИЯ

Полезная модель относится к области технологического оборудования для электрохимической и электрофизической обработки металлических изделий и может быть использована для полирования изделий из различных металлов, а также для очистки и подготовки их поверхностей к нанесению различных покрытий.
Известна установка электролитно-плазменного полирования (РФ, патент на изобретение №2268326 от 27.09.2004, МПК C25F 7/00), содержащая пневмоцилиндры, подвеску с кассетой, две рабочие ванны, ванну коррекции электролита, помпу для перекачки раствора, зажимы для крепления изделий, камеру предварительной загрузки, рассеивающий фильтр перекачки раствора, ванну коррекции электролита с электронагревателем, теплообменником и датчиком уровня, при этом корпус рабочей ванны является катодом.
Недостатками данной установки являются невозможность обеспечения равномерной величины съема металла за один цикл работы, возможность загрязнения электролита частицами, удаляемыми с поверхности в процессе обработки, что ухудшает качество обработки. Использование для корректировки электролита и регулировки температуры дополнительной ванны требует значительных объемов электролита.
Известна также установка для электролитно-разрядной обработки (РФ, патент на полезную модель №47367 от 12.04.2005, МПК C25F 7/00), содержащая рабочую ванну в форме короба с нагревателями, средством подачи электролита и средством перелива электролита с приемным бачком, защитный кожух, манипулятор в виде механизма вертикального перемещения, подвеску с токопроводом от источника питания, кассету для установки обрабатываемого изделия, средство охлаждения электролита и средство очистки электролита.
Недостатками данной установки также являются невозможность обеспечения равномерной величины съема металла за один цикл работы, использование значительных объемов электролита вследствие применения для регулирования температуры дополнительного бака с теплообменниками.
Наиболее близкой к предлагаемой полезной модели по технической сущности и количеству совпадающих признаков является установка электролитно-плазменного полирования (РФ, патент на изобретение №2323279 от 06.10.2006, МПК C25F 7/00), содержащая рабочую ванну в форме короба с защитным кожухом, манипулятор вертикального перемещения с подвеской, с токоподводом от источника питания и с приводом, обеспечивающими регулировку и контроль скорости погружения изделий в электролит, нагреватели, расположенные внутри ванны, кассету, средства слива электролита и вывода его испарений с воздухоотсосом, регулятор температуры электролита, средство подачи активизаторов электролита и теплообменник с регистратором охлаждения.
Недостатком прототипа является невозможность обеспечения равномерной величины съема металла за один цикл, а также отсутствие средств очистки электролита. Кроме того, металлические ванны с растворами, используемыми для электроимпульсного полирования, со временем корродируют, а размещение нагревателей и теплообменников непосредственно в ванне затрудняет их техническое обслуживание.
Задача полезной модели - обеспечение возможности получения изделий с высоким качеством поверхности и точностью геометрических размеров, а также повышение надежности работы установки.
Технический результат - повышение равномерности съема металла, отсутствие коррозии оборудования.
Поставленная задача решается предлагаемой установкой для электроимпульсного полирования, содержащей рабочую ванну, защитный кожух, воздухоотсос, нагреватель, теплообменник, средство для слива электролита, кассету для обрабатываемых изделий, манипулятор вертикального перемещения кассеты, снабженный токоподводом от источника питания и приводом, обеспечивающими регулировку и контроль скорости погружения изделий в электролит, при этом манипулятор дополнительно снабжен поворотной рамой, на которой закреплена кассета, и приводом, обеспечивающим поворот рамы относительно ее горизонтальной оси на 180° в прямом и обратном направлениях, при этом кассета соединена с источником питания посредством гибких изолированных проводников. Кроме того, рабочая ванна выполнена из полимерного материала и снабжена расположенными внутри нее катодами, а предлагаемая установка содержит насос, осуществляющий постоянную циркуляцию электролита последовательно через расположенные вне ванны теплообменник с нагревателем, ванну и средство очистки электролита, расположенное перед теплообменником в контуре циркуляции электролита, а для стабилизации теплового режима полирования установка снабжена регулятором производительности насоса и регулятором расхода охлаждающей среды, проходящей через теплообменник.
Отличием предлагаемой установки от прототипа является то, что манипулятор дополнительно снабжен поворотной рамой, на которой закреплена кассета, и приводом, обеспечивающим поворот рамы относительно ее горизонтальной оси на 180° в прямом и обратном направлениях, при этом кассета соединена с источником питания посредством гибких изолированных проводников. Другие отличия состоят в том, что ванна изготовлена из полимерного материала и снабжена расположенными внутри нее катодами. Установка снабжена насосом, осуществляющим постоянную циркуляцию электролита последовательно через расположенные вне ванны теплообменник с нагревателем, ванну и средство очистки электролита, расположенное перед теплообменником в контуре циркуляции электролита. Кроме того, для стабилизации теплового режима полирования установка оборудована регулятором производительности насоса и регулятором расхода охлаждающей среды, проходящей через теплообменник.
Из научно-технической литературы авторам не известна установка для электроимпульсного полирования, содержащая совокупность заявляемых признаков.
На фигуре приведена компоновочная схема предлагаемой установки.
Установка электроимпульсного полирования содержит ванну (1) из полимерного материала с расположенным над ней кожухом (2), вверху которого установлен воздухоотсос (3), соединенный с системой вытяжной вентиляции. Внутри ванны (1) по ее сторонам находятся катоды (4), соединенные с источником питания (на фигуре не показан). На дне ванны находится средство слива электролита (5). Над ванной (1) располагается манипулятор (6) вертикального перемещения с регулируемым приводом (7). На манипуляторе (6) установлена поворотная рама (8) с приводом (9) ее вращения вокруг горизонтальной оси. На поворотной раме (8) закреплена кассета (10) с обрабатываемыми изделиями, соединенная с источником питания гибкими изолированными токоподводами (11). Установка содержит также соединенные последовательно с ванной (1) насос (12) с регулятором производительности, средство очистки электролита (13), теплообменник (14) с регулятором расхода охлаждающей среды (15) и нагреватель (16), образующие вместе с ванной (1) контур циркуляции электролита.
Установка работает следующим образом.
Контур циркуляции электролита, содержащий ванну (1), насос (12), теплообменник(14) и нагреватель (15), заполняют водой, затем в ванну (1) вносят компоненты электролита, включают насос (12) и нагреватель (15). За счет циркуляции электролита происходит перемешивание его составляющих и интенсифицируется процесс растворения компонентов. По достижении электролитом на входе в ванну (1) нижней границы диапазона рабочих температур нагреватель (15) прекращает свою работу. Через открывающийся проем в защитном кожухе (2) кассету (10) с обрабатываемыми изделиями закрепляют на поворотной раме (8), соединяют кассету (10) с источником питания гибкими изолированными токоподводами (11), затем закрывают проем в защитном кожухе (2), включают соединенную с воздухоотсосом (3) защитного короба (2) вытяжную вентиляцию и дают команду на начало рабочего цикла. Рабочий цикл начинается с подачи питания на кассету (10) с изделиями, после чего манипулятор (6) вертикального перемещения опускает поворотную раму (8) с кассетой (10) в ванну (1), где происходит процесс электроимпульсного полирования. Величину скорости опускания кассеты (10) с изделиями в ванну (1) устанавливают в зависимости от площади обрабатываемой поверхности с помощью регулируемого привода (7) манипулятора (6). Во время работы установки насос (12) осуществляет постоянную циркуляцию электролита последовательно через теплообменник (14), нагреватель (16) и ванну (1). При этом в ванне (1) происходит нагрев электролита выделяющимся при электроимпульсном полировании теплом, а в теплообменнике (14) - его охлаждение до температуры, соответствующей нижней границе рабочего диапазона температур электроимпульсного полирования, что обеспечивает регулятор (15) расхода охлаждающей среды. Включение нагревателя (16) обеспечивает необходимую температуру электролита на входе в ванну (1) в случае его переохлаждения. Нагрев электролита в ванне (1) не выше верхней границы рабочего диапазона температур электроимпульсного полирования обеспечивает соответствующая регулируемая производительность насоса (12). Обработку изделий, имеющих на поверхности загрязнения и неметаллические включения, проводят при включенном в циркуляционный контур средстве очистки электролита (13). По истечении половины требуемого для обработки времени источник питания прекращает работу, и манипулятор (6) извлекает закрепленную на раме (8) кассету (10) с обрабатываемыми изделиями из ванны (1), после чего привод (9) поворачивает раму (8) с закрепленной на ней кассетой (10) с изделиями на 180° относительно горизонтальной оси, при этом кассета остается подсоединенной к источнику питания за счет гибкости изолированных токоподводов (11). Затем включают источник питания, и манипулятор (6) опускает поворотную раму (8) с кассетой (10) с изделиями в ванну (1), где она находится в течение второй половины времени, необходимого для обработки изделий. По истечении времени обработки источник питания кассеты прекращает работу, и манипулятор (6) извлекает закрепленную на раме (8) кассету (10) с обработанными изделиями из ванны (1), после чего привод (9) поворачивает раму (8) с закрепленной на ней кассетой (10) с изделиями относительно горизонтальной оси на 180° в обратном направлении, приводя ее в исходное положение. Через открывающийся проем в защитном кожухе (2) отсоединяют от кассеты (10) с обработанными изделиями токоподводы (11) и снимают кассету (10) с поворотной рамы (8). После выработки ресурса отработанный электролит удаляют из ванны (1) через средство слива электролита (5).
В результате многочисленных экспериментов выяснилось, что только использование манипулятора с поворотной рамой, на которой закреплена кассета с обрабатываемыми изделиями, и привода, обеспечивающего поворот рамы относительно ее горизонтальной оси на 180° в прямом и обратном направлениях, позволяет достичь наибольшей равномерности съема металла с поверхности изделий за один цикл работы, что является гарантией высокого качества поверхности и точности геометрических размеров обрабатываемых изделий. Так, например, при электроимпульсном полировании партии изделий в виде стержней, величина общего съема металла по всей поверхности изделий составила за два этапа обработки от 24 до 28 мкм, что обеспечивает требуемую точность геометрических размеров. Шероховатость поверхности при этом уменьшилась с исходного значения Ra 0,7-0,9 мкм до Ra 0,15-0,3 мкм. На установках, работающих по другим принципам, в том числе на установке - прототипе, таких высоких результатов получать не удавалось.
Соединение кассеты с источником питания посредством гибких изолированных проводников также работает на этот результат, позволяя кассете поворачиваться вместе с рамой.
Применение ванны, изготовленной из не подверженного коррозии полимерного материала, обеспечивает надежную долговременную работу установки, что увеличивает ее ресурс. На этот же результат работает размещение теплообменника и нагревателя вне ванны, обеспечивающее удобство их контроля и технического обслуживания.
Использование насоса с регулятором производительности, осуществляющего постоянную циркуляцию электролита через ванну, теплообменника с регулятором расхода охлаждающей среды и нагревателя позволяет стабилизировать тепловой режим электроимпульсного полирования в пределах оптимального диапазона значений температуры электролита и, как результат, обеспечить стабильно высокие качество поверхности и точность геометрических размеров изделий.
По данным экспериментов постоянная циркуляция электролита через ванну, теплообменник с регулятором расхода охлаждающей среды и нагреватель, осуществляемая насосом с регулятором его производительности, обеспечивает температуру электролита на входе в ванну от 80 до 82°С, а на выходе из ванны - от 88 до 90°С вне зависимости от токовой нагрузки.
Включение в контур циркуляции средства очистки электролита исключает возникновение дефектов обработки, вызванных попадающими в электролит нерастворимыми частицами удаляемых с поверхности загрязнений и неметаллических включений, обеспечивая высокое качество поверхности при обработке загрязненных и сильно окисленных изделий.
Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемая установка электроимпульсного полирования обеспечивает получение изделий с более высоким качеством поверхности и точностью геометрических размеров при значительно большей надежности в работе.
Из изложенного следует, что каждый из признаков заявленной совокупности в большей или меньшей степени влияет на решение поставленной задачи, а вся совокупность является достаточной для характеристики заявленного технического решения.