Российское общество гальванотехников
и специалистов в области обработки поверхности
карта сайта
Гальванотехника и обработка поверхности №2 за 2017
Содержание
журналов:

Подписка >>
Выпуск № 2 за 2017 год

Торговый Дом “ЭЛМА”: надёжные насосы, фильтровальные установки, нагреватели, мешалки из композита
перейти в каталог...
Каталог производителей и продукции для гальваники
Материалы и химикаты
для гальванопокрытий
» цинкование » хромирование » меднение » никелирование » оловянирование » кадмирование » драгметаллами » для электроники
Конверсионные пк
» оксидирование » фосфатирование » хроматирование » хромитирование Анодирование
Нанесение покрытий на:
» титан и его сплавы » алюминий и его сплавы » ЦАМ » магний и его сплавы » нержавейку Гальванопластика Нанесение покрытий на
изделия заказчика
Оборудование и приборы
» гальванические линии » ванны из пластика » вентиляция » фильтры, насосы, ТЭНы » выпрямители » измерительные приборы » ячейки Хулла Проектирование и реконструкция
гальванических производств
Решение экологических проблем Автоматизация процессов
Покрытия сплавами
» на основе меди » на основе никеля » на основе олова » на основе цинка
Хим. покрытия
» золотые » медные » никелевые Подготовка поверхности Аноды

Rambler's Top100

Вопросы – Ответы

Какими критериями следует пользоваться при выборе конструкции подвесок

Вопрос.

В некоторых пособиях по гальванотехнике, где имеются сведения о подвесочной оснастке, рассматриваются различные варианты конструкций подвесок, однако часто остается неясным, какие конструкции подвесок следует предпочесть, какими критериями следует пользоваться при их выборе. Хотелось бы узнать подробнее об этом.

Ответ.

Напомним, что подвески в гальванотехнике являются приспособлениями, с помощью которых покрываемые детали размещают в электролите гальванической ванны. Таким образом детали превращают в электроды, на поверхности которых протекают целевые электрохимические реакции, обеспечивающие в результате формирование металлических (или конверсионных) покрытий на деталях. Уместно также подчеркнуть, что подвески - это устройства, с помощью которых обрабатываемые детали оптимальным образом размещаются в электрическом поле ванны. Они обеспечивают подвод тока к деталям и фиксацию их положения с определенной точностью в пространстве гальванической ванны в процессе обработки. Подвески, кроме того, являются транспортным средством, с помощью которого обрабатываемые детали переносят c загрузочной позиции на гальваническую линию и из ванны в ванну при выполнении операций на линии. Конструкции подвесок могут быть приспособлены и для использования в роботизированных комплексах. Конструкции подвесок (формы и размеры) выбирают в зависимости от размеров и формы деталей, на которые наносят покрытия, габаритов гальванической ванны и особенностей технологического процесса.

Для размещения деталей в гальванических ваннах применяют многоместные подвески, имеющие стержневую, рамную или гребенчатую конструкцию корпуса (рис. 1-4). Во всех рассматриваемых случаях обязательным элементом подвески является крюк, с помощью которого подвеску закрепляют на штанге, и через него от штанги рабочий ток подается в проводящие элементы подвески и к контактам с обрабатываемыми деталями. Первая подвеска (рис.1) «стержневая» (или «елочная»). В ней ток проходит от штанги по стержню, а от него по токоотводам к отдельным деталям. Две другие подвески (рис.2 и 3) «рамные», в них в распределении тока между деталями принимает участие большее число конструктивных элементов подвески. Четвертая подвеска (рис.4) «гребенчатая». На распределение тока между отдельными деталями в такой подвеске не влияют части рамы, влияние которых должно учитываться в подвесках второй и третьей конструкций.

Внутри рамных подвесок в качестве вспомогательных элементов используют стержни, которые могут иметь горизонтальную или вертикальную ориентацию. Эти стержни внутри рамных подвесок используют для закрепления на них деталей. Устройства для фиксации положения деталей одновременно выполняют функции токовых контактов, через которые ток передается непосредственно к деталям, на поверхности которых протекает катодная (или анодная - при анодировании или электрополировании) реакция. Токовые контакты, через которые поляризующий ток подается к деталям, могут быть размещены на одном или на двух соседних стержнях рамной подвески. Во втором случае подвод поляризующего тока к деталям производится через элементы обоих стержней, с помощью которых детали крепятся на подвеске.

Схема подвески елочного типа с покрываемыми деталями Схема рамной подвески с покрываемыми деталями, размещенными на вертикальных внутренних стержнях
Рис.1. Схема подвески елочного типа с покрываемыми деталями: 1 – токоподводящий крюк подвески, 2 – токопроводящие стержни подвески, 3 – токоотводы от стержня к деталям, 4 – покрываемые детали Рис.2. Схема рамной подвески с покрываемыми деталями, размещенными на вертикальных внутренних стержнях: 1 – крюк подвески, 2-5 – токопроводящие стержни подвески, 6 – покрываемые детали

 

Габаритные размеры подвесок определяются параметрами гальванических ванн, используемых в гальванической линии. Размеры подвесок обычно должны вписываться в так называемое рабочее поле подвесок, за пределы которого не могут выходить габариты подвесок вместе с размещенными на них деталями.

Напомним о некоторых факторах, которые принимают во внимание при конструировании, изготовлении и эксплуатации подвесок в гальванопроизводстве. Технологическая оснастка (подвеска) должна обеспечивать получение качественных покрытий при минимальных материало-, энерго- и трудозатратах. Техническую документацию на подвески могут разрабатывать как при проектировании гибкого производственного модуля, так и в процессе его эксплуатации при переходе на изготовление новых изделий. Подвески могут быть (в ответственных случаях) обеспечены элементами для регулирования распределения тока, подаваемого на детали, располагающиеся на разных участках подвески (или на разных участках крупногабаритных деталей). Основания подвесок могут быть обеспечены приводом для качания подвесок при погружении их в электролит, для встряхивания их над ванной с целью уменьшения выноса растворов. Геометрические характеристики элементов технологической оснастки, а также материалы изолирующих покрытий, должны выбираться из условий минимального выноса растворов из рабочих ванн.

Схема рамной подвески с покрываемыми деталями, размещенными на горизонтальных внутренних стержнях Схема подвески гребенчатого типа с покрываемыми деталями, размещенными на горизонтальных «полках»
Рис.3. Схема рамной подвески с покрываемыми деталями, размещенными на горизонтальных внутренних стержнях: 1 – крюк подвески, 2-5 – токопроводящие стержни подвески, 6 – покрываемые детали Рис.4. Схема подвески гребенчатого типа с покрываемыми деталями, размещенными на горизонтальных «полках»: 1- крюк подвески, 2-5 – токопроводящие элементы подвески, 6 – покрываемые детали

 

Проектирование подвесочных устройств представляет собой, как и всякое другое проектирование, выбор из совокупности противоречивых требований на основе некоторых критериев оптимальности, в качестве одного из них обычно используют себестоимость покрытия. Как и оснастку для других переделов машиностроительных технологий, приспособления для проведения гальвано-химических работ конструируют с учетом типа производства. Наиболее совершенными являются подвески, используемые в массовом и крупносерийном производстве, когда бывают оправданы затраты на поиски оптимальной конструкции, могут применяться дорогие материалы, способы их обработки и приемы обслуживания. Однако даже в мелкосерийном и индивидуальном производствах не удается при конструировании подвесок обходиться без применения специальных средств регулирования распределения тока по поверхности покрываемых деталей из-за низкой рассеивающей способности электролитов.

Наиболее высокие требования предъявляются к подвескам для крупносерийного производства при использовании автоматических и полуавтоматических гальванических линий, поскольку в этих случаях подвески должны обеспечивать надежное воспроизведение положения деталей в электрическом поле ванны, а также иметь стабильные сопротивления контактов обрабатываемых изделий с токоподводами. Обрабатываемые детали должны располагаться в объеме гальванической ванны так, чтобы достигалось наиболее равномерное распределение тока, свободно удалялись выделяющиеся газы. Удачная конструкция подвески является одним из главных факторов, позволяющих повысить производительность труда, обеспечить экономию материалов и электроэнергии в гальваническом процессе.

При конструировании подвесок важно обеспечить надежное крепление деталей на них, так как падающие с подвесок детали увеличивают долю брака, растворяясь, загрязняют и выводят из строя электролиты, а контактные элементы подвесок в отсутствие на них деталей покрываются толстым слоем электроосаждаемого металла. Подвеска в этом случае выходит из строя и требуется дорогостоящий ее ремонт. При выборе расстояния между деталями, размещаемыми на многоместных подвесках, учитывают рассеивающую способность электролитов и сложность профиля деталей. Коэффициент заполнения подвески (а он может определяться как отношение суммарной площади обрабатываемой поверхности деталей к площади поверхности в плоскости, ограниченной крайними деталями на подвеске) тем больше, чем выше рассеивающая способность и проще геометрия покрываемых деталей.

При конструировании (расчете параметров элементов) подвесок учитывают площади покрываемой поверхности деталей. Поэтому расчет поверхности сложно профилированных деталей (несмотря на большие затраты времени при ручном выполнении этой операции) должен осуществляться достаточно точно. Тогда удается правильно выбрать материал всех элементов подвески, рассчитать их поперечное сечение и другие размеры с учетом их влияния на равномерность распределения тока между деталями, размещенными на подвеске. При неудачном выборе параметров элементов подвески может даже наблюдаться их перегрев в процессе нанесения покрытия, вызывающий неоднородность температурного поля ванны, нарушает нормальные условия проведения процесса в ванне.

Таким образом, при проектировании подвески необходимо обеспечить выполнение комплекса требований:

1) разместить на подвеске максимально возможное количество деталей для одновременной обработки в ванне, исходя из максимального тока, который может давать источник тока;

2) выбрать наилучшее с точки зрения распределения тока размещение детали (деталей) в электрическом поле ванны;

3) выбрать наилучшее положение детали с точки зрения гидродинамики омывания ее газожидкостным потоком (у поверхности детали не должно создаваться условий сохранения "воздушных мешков" или застойных зон, в которых происходит разделение газожидкостного потока и образование водородных или кислородных пузырей);

4) подобрать наилучшее расположение детали на подвеске с точки зрения уменьшения переноса жидкостей из ванны в ванну (вследствие механического захвата или замедленного стекания жидкости и т.д.);

5) при необходимости (приходится даже) производить корректирующие изменения в конструкциях покрываемых деталей, исходя из условий технологичности (например, по возможности, исключить острые выступы, выполняющие роль концентраторов силовых линий тока, и приводящие к резкому ухудшению равномерности распределения тока и выделяющегося металла, или предусмотреть дополнительные отверстия для выхода газов или для слива растворов, если исходная геометрия детали является причиной «вычерпывания» раствора при выгрузке деталей из рабочей ванны).

Возможность оптимального размещения деталей на подвеске предусматривает обычно конструктор детали, который и назначает гальваническое покрытие для этой детали. Если не удается при проектировании подвесочного приспособления найти такое решение, приходится согласиться с тем, что при разработке конструкции детали был упущен важный этап отработки конструкции на технологичность. Именно на этом этапе в конструкции детали должны быть учтены особенности технологии гальванических покрытий. Универсальных рекомендаций по размещению деталей в рабочем поле подвески, вероятно, не существует, тем более что при этом необходимо было бы учесть большое число факторов при бесчисленном количестве вариантов геометрии деталей. Но известны некоторые общие принципы, которые могут быть использованы при проектировании операций нанесения гальванических покрытий. Однако и они различаются, если приходится учитывать характер производства. Так, при проектировании подвесок для массового или крупносерийного производства приходится заботиться в первую очередь о том, чтобы обеспечить высокую производительность процесса нанесения покрытия, что требует размещать на подвеске возможно большее число деталей. Для этого приходится переходить от однорядного к двухрядному размещению деталей на подвеске. В индивидуальном производстве при выполнении заказов на нанесение покрытий на отдельные детали приходится учитывать другие геометрические соотношения в гальванической ванне, так как условия распределения тока в поле «многоэлементного катода» (каким является подвеска с большим числом помещенных на ней деталей) и «одноэлементного катода» (каким является отдельная деталь) принципиально отличаются. В первом случае важно учитывать расстояния между соседними деталями, влияющие на распределение тока между ними и взаимное экранирование их, тем большее, чем ближе они друг к другу. При размещении одной детали больших размеров («одноэлементного катода») в поле ванны необходимо уже учитывать иные обстоятельства: расстояние между деталью и анодами с двух сторон от нее, размещение детали по высоте ванны и т.д. При размещении на подвеске мелких деталей их можно расположить так, чтобы их контур совпадал с ближайшей эквипотенциальной поверхностью в электрическом поле гальванической ванны. В этом случае можно рассчитывать на наиболее равномерное распределение тока между деталям, размещенными на подвеске.

Для обеспечения оптимального заполнения подвески деталями необходимо учитывать некоторые ограничения: по прочности элементов подвески, по току, который может давать выпрямитель, по равномерности распределения тока, обусловленной возможностью взаимного экранирования деталей в электрическом поле ванны и др. Это означает, что проектирование подвесочных устройств представляет собой, как и всякое другое проектирование, выбор из совокупности противоречивых требований на основе некоторого критерия оптимальности, в качестве которого обычно используют себестоимость покрытия. Перечисленные факторы по-разному влияют на этот показатель. В частности, увеличение количества деталей, размещаемых на подвеске, повышает производительность гальванической линии и, следовательно, снижает себестоимость операции. Однако при этом может снижаться равномерность покрытия вследствие взаимного экранирования деталей, из-за этого возрастают расход металла, электроэнергии и материалов из-за необходимости нанесения излишнего металла в местах повышенной плотности тока на неэкранированных участках поверхности деталей.

Подводя некоторый итог можно привести схему действий, которую используют в той или иной степени разработчики при проектировании подвесочного устройства, которая может включать следующие этапы:

  • изучение исходных данных (геометрические особенности детали и требования чертежа к качеству покрытия, свойства электролита, размеры ванны);
  • определение типа подвески (индивидуальная, групповая, на одно изделие или несколько, стержневая, рамная или комбинированная);
  • расчет числа одновременно обрабатываемых деталей на подвеске из условия максимальной загрузки (при однорядной или двухрядной схеме размещения деталей на подвеске);
  • расчет общего тока и общей массы подвески с деталями при максимальной загрузке подвески; проверка ограничений по току, по массе, по прочности элементов подвески;
  • определение распределения тока по поверхности деталей на разных участках подвески (на компьютере с использованием специализированных пакетов программ или с помощью моделирования с использованием моделей сечений ванны с проектируемым подвесочным устройством);
  • проверка соответствия распределения тока требованиям чертежа;
  • определение распределения тока на деталях для других вариантов расположения деталей на подвесочном устройстве; выбирается вариант, отвечающий максимальной загрузке подвески деталями и удовлетворяющий одновременно требованиям чертежа и ГОСТ 9.302-79;
  • проверка влияния сопротивления элементов подвески на распределение тока;
  • расчет распределения металла, продолжительности электролиза, продолжительности процесса и себестоимости операции.

При расчете поперечного сечения элементов подвески следует учитывать прочностные характеристики и плотность протекающего тока, при которой не происходит чрезмерный нагрев металла. Для проводников из различных металлов допустимые значения плотности тока различаются.

При обсуждении конструкции подвески в качестве одного из критериев оценки ее качества рассматривают степень равномерности распределения тока между всеми деталями, размещенными на подвеске, а также степень равномерности распределения покрытия на поверхности каждой отдельной детали. Первое распределение в первую очередь зависит от конструкции подвески, от сопротивления всех ее элементов, через которые проходит ток от токоподводящей штанги к каждой детали, второе распределение определяется геометрией детали, ориентацией ее внутри рабочего поля подвески, расположением относительно анода, а также закономерностями распределения тока в электролите. Часть факторов, которые при этом должны учитываться, составляют в совокупности понятие рассеивающей способности электролита (это понятие подробно рассмотрели в своей консультации Кудрявцев В.Н. и Кругликов С.С. в журнале Гальванотехника, вып. 1, 2007, с.59).

В данной консультации мы ограничимся только рассмотрением влияния конструктивных параметров подвески на распределение тока между однотипными деталями, находящимися одновременно на подвеске. При этом ограничимся простыми примерами наиболее распространенных типов подвесок, применяемых для нанесения покрытий на детали относительно небольших размеров. Схемы таких подвесок приведены на рис. 1-4. Сравним в этом смысле рамные (с вертикальными и горизонтальными внутренними стержнями) и гребенчатые подвески.

При оценке свойств конструкций подвесок с точки зрения влияния их на равномерность распределения тока в некоторых случаях можно принять предположение, что поверхности всех деталей, размещенных на подвеске эквипотенциальны. Такое предположение позволяет использовать при расчете распределения тока простые эквивалентные электрические схемы подвесок и сводить задачу к системе линейных уравнений, составляемых на основе законов Кирхгофа. Все приводимые ниже примеры распределений тока на деталях получены в предположении, что на подвесках размещено 18 деталей имеющих определенную покрываемую поверхность, на основе которой находится значение тока, проходящего через крюк. В расчетах учитываются сопротивления стержневых элементов подвески Rс, (изготавливаемых из латуни или из углеродистой стали) сопротивления контактов Rк, через которые ток подводится к деталям, а также поляризационное сопротивление границы детали с электролитом Rп, зависящее от природы электролита и плотности тока на деталях. Последняя величина использована как линеаризованная, а процедура линеаризации состояла в том, что значение Rп находили по наклону прямой, проходящей через начало координат и рабочую точку на поляризационной кривой катодного процесса, протекающего на деталях.

В качестве иллюстрации возможности расчетов, которые можно проводить при проектировании подвесок, ниже приведены результаты, полученные для подвесок рамного и гребенчатого типов. При этом можно видеть, что расчеты позволяют учитывать конструктивные параметры подвесок, материалы и размеры их элементов. При этом также учитываются число и размеры покрываемых деталей, а также электрохимические характеристики процесса осаждения металла или анодной реакции на поверхности деталей (например, при электрополировании или анодировании).

В табл.1 приведены результаты расчета токов, приходящихся на каждую из деталей, размещенных на подвеске с вертикальными стержнями, как показано на рис.2. Там же приведены и условия (общий ток и сопротивления элементов подвески), которым этот расчет соответствует. Расчет показывает, что распределение тока на подвеске, определяемое внутренним сопротивлением ее элементов, неоднородно. Минимальный ток приходится на детали, расположенные в четвертом ряду на крайних стержнях подвески. На рис. 5 результаты расчета неоднородности распределения тока показаны для каждой детали, размещенной на подвеске с вертикальными внутренними стержнями как степень отклонения от минимального значения (в %).

 

Таблица 1. Результаты расчета распределения тока между деталями на рамной подвеске при вертикальном размещении стержней внутри рамы
(ток, приходящийся на подвеску 150 А, Rп= 0,05 Ом, Rс= 0,0001 Ом, Rк= 0,0001 Ом).

Номер детали на
стержне подвески

Номер внутреннего стержня рамной подвески
123
18,3778,4678,377
28,3318,4058,331
38,3028,3598,302
48,2898,3298,289
58,2928,3168,292
68,3128,3198,312

 

На рис. 6 и 7 приведены результаты аналогичных расчетов (также в %) для подвесок рамной (с горизонтальными внутренними стержнями) и гребенчатой. Видно, что характер распределения тока в этих случаях отличаются от приведенных на рис. 5. На рамной подвеске с горизонтальными стержнями минимальный ток приходится на средние детали, расположенные на нижнем стержне, а на гребенчатой подвеске минимальный ток оказывается также в нижнем ряду, но на периферии подвески.

Табл.2 иллюстрирует на примере подвески с внутренними горизонтальными стержнями возможность изменения степени неоднородности распределения тока при изменении сопротивления Rп.

 

Таблица 2. Результаты расчета распределения тока между деталями на рамной подвеске при горизонтальном размещении стержней внутри рамы

(ток на подвеску 150 А, Rп= 0,01/0,05 Ом, Rс= 0,0001 Ом, Rк= 0,0001 Ом)

Номер внутреннего стержня подвески Номер детали на внутреннем стержне подвески
123456
18,814/8,4418,659/8,4088,582/8,3928,582/8,3928,659/8,4088,814/8,441
28,385/8,3448,237/8,3128,164/8,2968,164/8,2968,237/8,3128,385/8,344
38,173/8,2968,029/8,2647,957/8,2487,957/8,2488,029/8,2648,173/8,296

 

Приведенные данные показывают, что степень неоднородности распределения тока внутри подвески при увеличении Rп снижается.

Схема распределения тока на деталях, размещенных на многоместной рамной подвеске с вертикальными внутренними стержнями Рис.5. Схема распределения тока на деталях, размещенных на многоместной рамной подвеске с вертикальными внутренними стержнями

 

Схема распределения тока на деталях, размещенных на многоместной рамной подвеске с горизонтальными внутренними стержнями Рис.6. Схема распределения тока на деталях, размещенных на многоместной рамной подвеске с горизонтальными внутренними стержнями
Схема распределения тока на деталях, размещенных на многоместной гребенчатой подвеске Рис.7. Схема распределения тока на деталях, размещенных на многоместной гребенчатой подвеске

 

Подчеркнем еще раз, что приведенные иллюстрации касаются зависимости распределения общего тока, приходящегося на подвеску, от сопротивления внутренних элементов подвески, а рассеивающая способность рабочих электролитов при этом не учитывается. Но расчеты, результаты которых рассмотрены здесь, могут быть важным этапом оптимального проектирования гальванической операции.

Андреев И.Н., Зотеев К.А.

15.05.2008

Курсы повышения квалификации
во II полугодии 2017 года
Новые материалы на сайте
Книги по гальванике (скачать)
Тезисы докладов конференции «Покрытия и обработка поверхности» – 2015, 2014, 2013
«Вопросы – ответы»
О грибоустойчивости меди и покрытия олово-висмут
Чёрное блестящее покрытие
Покрытие титаном
Растрескивание и отслоение от стали цинкового покрытия с ЛКП на деталях с винтовым соединением
Вопрос о Курсах повышения квалификации по гальванике
Рекомендуемые книги по гальванике и гальванотехнике
Оксидирование алюминия и его сплавов. Скопинцев В.Д. (2015)
Никелирование. Мамаев В.И., Кудрявцев В.Н. (2014)
Сборник практических материалов для работников гальванических цехов (2012)
Цинкование. Техника и технология. Окулов В.В. (2008)
Фосфатирование. Григорян Н.С., Акимова Е.Ф., Ваграмян Т.А. (2008)
Электролитическое хромирование. Солодкова Л.Н., Кудрявцев В.Н. (2007)
Промывные операции в гальваническом производстве. Виноградов С.С. (2007)
Организация гальванического производства. Оборудование, расчёт производства, нормирование. Виноградов С.С. Изд. 2-е, под редакцией проф. В.Н. Кудрявцева (2005)
Экологически безопасное гальваническое производство. Виноградов С.С. Изд. 2-е, под ред. проф. В.Н. Кудрявцева (2002)
ООО «Навиком» представляет выпрямители «Пульсар СМАРТ»

 

ООО «Точность» – пружины, шайбы, кольца из ленты и проволоки

© Российское общество гальванотехников - www.galvanicrus.ru, 2007—2017