Оборудование гальванических цехов

7.1. Оборудование и процессы механической подготовки поверхности

Цель механической обработки поверхности металлических изделий перед нанесением гальванических покрытий – получение гладкой, ровной, блестящей или матовой поверхности. Механическая обработка состоит из шлифования, полирования, крацевания, матирования и пескоструйной обработки (для получения матовой поверхности). От качества подготовки поверхности во многом зависят качество и внешний вид гальванических покрытий, которые как бы копирует поверхность и все её изъяны за счёт явления эпитаксии.

Подготовка может осуществляться по нескольким технологическим схемам. Выбор схемы зависит от материала изделия, его формы, вида покрытия и требований, предъявляемых к изделиям. Особое внимание уделяется литым деталям, так как в них встречаются трещины, раковины, поры, неровности, которые необходимо удалить.

Если покрытие наносится на плохо подготовленную поверхность, то в последствии это приводит к образованию пятен, вздутий, пузырей, отслаиваний, которые проявляются сразу после нанесения покрытия или по истечении некоторого времени.

Шлифование – чистовая механическая обработка абразивными инструментами. Позволяет получать гладкую и ровную поверхность без дефектов. Различают грубое и тонкое шлифование. Осуществляется за несколько переходов с постепенным уменьшением величины зерна абразива войлочными кругами с нанесённым на их поверхность абразивом на одно- и двухшпиндельных шлифовальных станках.

Полирование – процесс сглаживания мельчайших неровностей до получения блестящей поверхности. Полирование проводят на том же оборудовании, что и шлифование с использованием специальных паст и эмульсий.

Галтовка – очистка деталей абразивом и полирующим материалом во вращающихся барабанах или колоколах. Используют одиночные галтовочные барабаны, гексагональные барабаны, вибрационные и дисковые однобарабанные и многобарабанные установки различных конструкций. В процессе галтовки может происходить и полирование мелких деталей.

Абразив – керамические или пластмассовые пирамиды и конусы. Шлифовальные присадки усиливают абразивный эффект. Полирование может осуществляться стальными шариками, ореховой скорлупой, мелкодисперс-ным кварцевым песком.

Различают «сухую» и «мокрую» галтовки. В процессе мокрой шлифовки абразив и изделие находятся в смеси воды и обрабатывающего раствора (компаунда) от 1 до 3%. Можно использовать и 2–3% раствор соды или мыла. Отношение массы обрабатываемых деталей к массе абразивных материалов от 1:2 до 1:10. Частота вращения барабана или колокола 10–60 об/мин. Мокрая шлифовка интенсивнее сухой, поскольку используется, в основном, керамический или пластмассовый шлифовальный материал. Водой и компаундом «ободранные» отходы удаляются, поверхность изделия очищается.

Вибрационной обработкой (виброгалтовкой)очищают детали от окалины, пригара, ржавчины, удаляют с них заусенцы, полируют и скругляют острые кромки. В процессе вибрирования детали и рабочая среда интенсивно перемешиваются. Рабочая среда состоит из абразива, моющего раствора и специальных добавок, обеспечивающих удаление загрязнений с поверхности и ускоряющих процесс пластической деформации. В качестве абразива применяют пластмассовые гранулы в виде пирамидок, призм и цилиндриков с наполнителями различной зернистости. Могут использовать металлические гранулы со свободным абразивом.

7.2. Оборудование для химической и электрохимической подготовки

Поверхности деталей

Подготовка поверхности деталей перед нанесением покрытий сводится к обезжириванию, травлению и активации поверхности деталей. Иногда применяется химическое и электрохимическое полирование.

Обезжиривают органическими растворителями и щелочными моющими растворами. В первом случае очистка производится погружением в раствор или в пары растворителя. При погружении в раствор используют сварные баки, а для деталей – подвесочные приспособления или корзины. При очистке деталей погружением необходимо следить, чтобы детали не опускались ниже определённого уровня. Иначе частицы осадка и загрязнения могут взбалтываться. Для этого ванны снабжены вставным двойным дном.

При обезжиривании в парах растворителя (хлорированных углеводородов) используют специальные конденсационные двухкамерные автоматические аппараты (рис. 7.1).



Оборудование гальванических цехов - student2.ru Рис. 7.1. Схема двухкамерного автоматического аппарата многократного действия: 1 – холодильник, 2 – корзины с деталями, 3 – патрубок, 4 – змеевик, 5 – патрубок, 6 – нижний сборник

Растворитель из нижнего сборника 6 подогревают до кипения с помощью парового змеевика 4. По патрубку 5 пары поднимаются в верхний сборник, где находятся корзины 2 с деталями, обезжиривают детали и, конденсируясь на поверхности холодильника 1, стекают вниз по патрубку 3.

Чаще всего для химического и электрохимического обезжиривания в щелочных растворах используют стационарные ванны.

Стационарные ванны

Ванна для электрохимического обезжиривания сваривается из нелегированной листовой стали, толщиной 1–5 мм (в зависимости от объёма), оборудуется змеевиками для подогрева раствора, верхним штуцером со сливным карманом для удаления накапливающихся жировых загрязнений, нижним штуцером для полного слива раствора и промывки. Катодные и анодные штанги монтируются на бортах ванны с тщательной изоляцией от корпуса.

Стальные ванны для травления футеруют изнутри кислотостойким материалом (полиэтилен, полипропилен, винипласт, резина, стекло). Ванны для горячего травления оборудуются свинцовыми или железными освинцованными змеевиками.

Ювелирные производства используют ванны небольшого размера, объёмом 2–20 л. Поэтому они могут изготавливаться из кислотоустойчивых пластмасс – полиэтилена, полипропилена, винипласта и др.

При выделении вредных испарений ванны снабжаются бортовым отсосом: односторонним при зеркале электролита до 700 мм и двусторонним при зеркале электролита более 700 мм.

Оборудование гальванических цехов - student2.ru Рис. 7.2. Механическая мешалка, смонтированная на борту ванны Для интенсификации процесса электролит перемешивают и подогревают. Перемешивание осуществляется механически, пневматически или непрерывной циркуляцией электролита. Механическое перемешивание производится только в небольших ваннах с помощью лопастных мешалок, смонтированных на бортах ванны, или погружённых в ванну (рис. 7.2). Возможно использование магнитных мешалок. К механическим способам также относится встряхивание электродов или их возвратно-поступательное перемещение с небольшой амплитудой при помощи специального устройства.

На рис. 7.3 изображена ванна химического обезжиривания с покачивающим устройством.

При пневматическом способе сжатый воздух пропускают через перфорированные трубки из пластмассы, установленные на дне ванны непосредственно под деталями (рис. 7.4). Способ неприменим при условии взаимодействия компонентов раствора с углекислым газом или воздухом, например, для цианидных растворов.

Непрерывная циркуляция электролита наиболее эффективна и производится с помощью центробежных, шестерёнчатых или других насосов. При этом необходима непрерывная фильтрация раствора от пыли, шламов и других механических загрязнений. Фильтрация производится с помощью фильтр-пресса (рис. 7.5) или аэрофильтра (рис. 7.6).

Оборудование гальванических цехов - student2.ru

Рис. 7.3.Ванна химического обезжиривания с покачивающим устройством:

1 – рама для подвеса, 2 – бортовой отсос, 3 – подшипники, 4 – дисковый кривошип, 5 – электродвигатель, 6 – муфта сцепления, 7 – шатун, 8 – рычаг,

9 – редуктор, 10 – корпус ванны, 11 – контейнер для деталей, 12 – змеевик

Оборудование гальванических цехов - student2.ru

Рис. 7.4. Схема пневматического перемешивания электролита:

1 – изделия; 2 – кран; 3 – компрессор с фильтром; 4 – электродвигатель;

5 – анодная штанга; 6 – труба для подачи сжатого воздуха; 7 – катодная штанга с изделиями; 8 – перфорированная труба

Для подогрева электролита в ванне устанавливают змеевики, пароводяные рубашки или масляные рубашки с электроподогревом. Змеевики располагаются у дна или у стенок ванны. Расположение у стенок предпочтительнее для упрощения очистки ванны. В кислых электролитах змеевики изготавливают из освинцованной стальной трубы или из титана, электролиты для

Оборудование гальванических цехов - student2.ru

Рис. 7.5. Схема непрерывной циркуляции электролита:

1 – анодные и катодные штанги; 2 – изделия, на которые наносится покрытие; 3 – кран; 4 – фильтр; 5 – труба для подачи очищенного электролита; 6 – ячейка для электролитической очистки раствора; 7 – насос;

8 – электродвигатель

Оборудование гальванических цехов - student2.ru

Рис. 7.6. Ванна с аэрофильтром:

1 – фильтровальное полотно; 2 – воздухопровод; 3 – переливная трубка;

4 – ванна; 5 – перфорированная трубка

бесщелочного оксидирования и фосфатирования нагревают медными или латунными змеевиками, с которых легче снимается накипь. В некоторых случаях применяют пароводяные рубашки. Для этой цели основную ванну (с электролитом) вставляют во вторую ванну бóльшего размера. В зазор, образуемый ваннами, вводится барботёр, через который в рубашку поступает пар. Водяная рубашка с холодной проточной водой может служить и для охлаждения растворов. Масляная рубашка с электроподогревом обеспечивает нагрев электролита до бóльших температур по сравнению с пароводяной.

Для завешивания анодов и покрываемых деталей на бортах ванны укладывают штанги в виде отрезков медных (латунных) труб или стержней, к которым подводят ток. Количество штанг зависит от размера и производительности ванны. Также пластинчатые аноды посредством специальных ушек могут завешиваться непосредственно на борта ванны.

Устройство ванн для нанесения покрытий из щелочных и цианистых электролитов с подогревом показано на рис 7.7.

Оборудование гальванических цехов - student2.ru

а

Оборудование гальванических цехов - student2.ru

б

Рис. 7.7. Ванны с подогревом для нанесения покрытий из кислых (а)

и цианистых электролитов (б): 1 – корпус, 2 – змеевик,

3 – катодная штанга, 4 – анодная штанга, 5 – бортовые отсосы, 6- крышка

Ванны и установки для ювелирной промышленности, как правило, малогабаритные и выпускаются зарубежными фирмами (рис. 7.8 а,б) или изготавливаются самостоятельно (рис. 7.9).

Оборудование гальванических цехов - student2.ru

Рис. 7.8 а. Гальваническая установка модель 2400v2-AG (4×2 л)

производство Италия. Габариты 860×360×300 мм

Оборудование гальванических цехов - student2.ru Рис. 7.8 б. Гальваническая установка модель L2-412 (производство Италия) (4 стеклянные ёмкости по 2 л) с перемешиванием. Габариты 650×340×430 мм
Оборудование гальванических цехов - student2.ru Оборудование гальванических цехов - student2.ru

Оборудование гальванических цехов - student2.ru

Рис. 7.9. Гальванические ванны из полипропилена ёмкостью 8 л с бортовыми отсосами

7.4. Приспособления для подготовки и загрузки деталей в ванны

Для нанесения покрытий или анодной обработки детали погружают в электролит и правильно зафиксируют их положение в ванне. В простейшем случае это осуществляется с помощью проволоки. Однако при крупносерийном производстве при необходимости быстрого монтажа и демонтажа, а также для обеспечения надёжного токоподвода детали завешиваются в ванну с помощью специальных подвесочных приспособлений.

Приспособления должны обеспечивать надёжный контакт детали и токоподводящей штанги, по возможности исключать или уменьшать экранирование деталей, обеспечивать равномерность покрытия и т.д. Конструкция и габаритные размеры подвесочного приспособления обусловлены числом и геометрической формой деталей, размером ванны, составом электролита. На рис. 7.10 изображены наиболее характерные типы подвесочных приспособлений, а на рис. 7.11 – типы применяемых крючков.

Для крепления держателей подвесочного приспособления к штангам используют различные формы крючков, которые должны обеспечивать хороший контакт со штангой (рис. 7.12).

Подвесочные приспособления чаще всего изготавливают из стали, меди, латуни, фосфористой бронзы. В процессах, где необходимо избегать растворения подвесочных приспособлений, например, снятие обогащённого слоя с золотых отливок, используют титан. Для оксидирования деталей из лёгких металлов используются алюминиевые и титановые сплавы.

Сечение подвесок выбирают с расчётом, чтобы подвесочные приспособления сильно не нагревались. Плотность тока на железных подвесках не должна превышать 1 А/мм2. Контакт с деталями должен быть жёстким во избежание разогрева места контакта и образования пригаров, для его улучшения используются резьбовые соединения.

Длина подвесочных приспособлений должна быть такой, чтобы самая нижняя деталь, укреплённая на них, не доходила до дна ванны 50–100 мм для ванн объёмом 3–10 л, и 150–180 мм для ванн объёмом более 10 л. Верхняя деталь должна быть ниже зеркала электролита на 50–80 мм. Размеры подвесок должны обеспечивать удобство работы с ними рабочего.

Корзины для подготовки деталей к нанесению покрытий, для ХП и ЭХП, показаны на рис. 7.13. Корзины для обезжиривания изготавливают из железной сетки, проволоки, перфорированной листовой пластмассы, для травления и полирования – из кислотостойких материалов (титановые сплавы, кислотоупорная сталь, пластмассы).

Металл осаждается не только на деталях, но и на подвесочных приспособлениях. При анодных процессах они могут растравливаться. Для снижения непроизводительного расхода металла и сохранения целостности приспособлений их нерабочие участки изолируют непроводящими материалами, устойчивыми к действию электролита: перхлорвиниловыми и эпоксидными лаками и эмалями, клеем марок БФ, фторопластом, гуммированной резиной и др. На рис. 7.14 показаны некоторые виды изоляции корпуса подвесок.

Оборудование гальванических цехов - student2.ru

Рис. 7.10. Типы подвесочных приспособлений: 1–5 – изолированные, 6 – для покрытия только внутренней части деталей, 7 – для покрытия внутренней и наружной части деталей, а также крупных деталей, 8 – для анодирования мелких деталей, 9 – корзина для обработки мелких деталей насыпью,

10–17 – изолированные для многослойных декоративных покрытий

Оборудование гальванических цехов - student2.ru

Рис. 7.11. Типы крючков для подвесочных приспособлений

Оборудование гальванических цехов - student2.ru Рис. 7.12. Типы подвесных крючков для крепления держателя подвесочного приспособления к штанге


Оборудование гальванических цехов - student2.ru

Рис. 7. 13. Корзины для химической и электрохимической подготовки деталей перед нанесением покрытий, для химического и электрохимического

полирования

    Рис. 7.14. Виды изоляции корпуса подвесок: а — неправильный способ изоляции; б — герметичная изоляция резиной или пластмассами; в—корпус подвески из пластмассы Оборудование гальванических цехов - student2.ru

Аноды

В гальванотехнических процессах применяются растворимые и нерастворимые аноды. Нерастворимые аноды применяют при хромировании, платинировании, палладировании, родировании и нанесении тонких финишных гальванических покрытий, когда расход металла из электролита незначителен. Нерастворимые аноды, как правило, имеют вид пластин или фольги. При хромировании применяют свинцовые аноды в виде листов, полос и стержней, а также более сложного профиля.

Обычно растворимые аноды также имеют вид пластин или полос. Иногда их изготавливают в виде стержней или брусьев овального сечения. Применяют также аноды из кусков или шариков, помещая их в титановые корзины. Типы сборных анодов, подвески для анодов и анододержатель изображены на рис. 7.15. Аноды требуют периодического промывания в воде.

Оборудование гальванических цехов - student2.ru

Рис. 7.15. Типы сборных анодов (а), подвески для анодов (б) и анододержатель (в): 1 – стержень; 2 – изоляция; 3 – уплотнительная пластмассовая шайба; 4 – защитная пластмассовая гайка; 5 – анод

Для предохранения электролита от попадания в него шлама аноды помещают в чехлы из хлориновой ткани, сукна, бязи, стеклоткани и т.п. Матерчатые чехлы перед употреблением обрабатывают в 1%-ном растворе серной кислоты с целью удаления нежелательных примесей, которые могут загрязнить электролит. После этого чехлы тщательно промывают в воде. Чехлы и коробка для анодов изображены на рис. 7.16. Способы крепления контактного крючка к аноду изображены на рис. 7.17.

Оборудование гальванических цехов - student2.ru Рис. 7.16. Чехлы (а) и коробка (б) для анодов
Оборудование гальванических цехов - student2.ru

Рис. 7.17. Способы крепления контактного крючка к аноду:

1 – подвесной крюк, 2 – анод

Наши рекомендации