СПОСОБ ОБРАБОТКИ ВАЛА ТИСНЕНИЯ Российский патент 2025 года по МПК B41C1/05 B23K26/364 C25F1/00 B23H9/06 B29C59/04 

Изобретение относится к обработке поверхности металлических изделий, а именно к обработке валов тиснения.

Из уровня техники известен СПОСОБ ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЙ ПОЛИРОВКИ И ВАННА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ [US2645611A, опубл. 14.07.1953], включающий помещение указанного изделия в электролитическую ванну и пропускание электрического тока через указанное изделие в качестве анода в указанной ванне при напряжении от 8 до 28 вольт и плотности тока от 8 до 31 А/дм2 с температурой от 70 до 150 F. Перемещение указанного изделия относительно указанной ванны со скоростью от 20 до 60 футов в минуту. Далее происходит извлечение указанного изделия из ванны и его промывание для удаления с него любого вязкого слоя.

Ванна содержащая от приблизительно 35% до приблизительно 70% ортофосфорной кислоты по объему; от примерно 8% до примерно 64% по меньшей мере одного водорастворимого многоатомного спирта; от примерно 1% до примерно 12% моногидроксимонокарбоновой кислоты; от примерно 5% до примерно 30% воды; и от 0 до примерно 10% добавки, предназначенной для повышения блеска изделия, полируемого в указанной ванне, при этом общее количество указанных компонентов составляет примерно 100%. Каждый указанный многоатомный спирт выбран из группы, состоящей из глицерина, этиленгликоля, пропиленгликоля и гексангексола.

Недостатком аналога является отсутствие лазерного гравирования вала, которая позволяет создать точный и долговечный рисунок тиснения на поверхности вала, что снижает точность передачи тиснения.

Так же известна ВАННА ДЛЯ АНАЛИЗА [US2005016856A1, опубл. 27.01.2005], в которая не содержит органических добавок, а содержит только неорганические компоненты гальванических ванн. Такие неорганические ванны могут включать металлическую соль металла, который подлежит нанесению покрытия, необязательно одну или несколько неорганических кислот и необязательно источник хлорид-ионов. Такие ванны обычно являются водными. Этап очистки начинается с цикла, который включает в себя приложение анодного потенциала, при котором металл не осаждается на рабочем электроде из благородных металлов, за которым следует катодная развертка, при которой тонкая металлическая пленка наносится на рабочий электрод, а затем применяется анодная. Плотности тока может находиться в диапазоне от 1,0 мА/см2 до 100 мА/см2 , предпочтительно от 10 мА/см2 до 80 мА/см2 , более предпочтительно от 25 мА/см2 до 65 мА/см2 . Стадия очистки может составлять от 0,05 секунды до 5 минут, предпочтительно от 5 секунд до 3 минут, более предпочтительно от 10 секунд до 1 минуты. Например, этап подготовки заканчивается нанесением тонкого слоя (от 5 до 500 микродюймов) металла в гальванической ванне без добавок, гальванически нанесенным на поверхность электрода при плотности тока 30 мА/см2.

Недостатком аналога является отсутствие лазерного гравирования вала, которая позволяет создать точный и долговечный рисунок тиснения на поверхности вала, что снижает точность передачи тиснения.

Наиболее близкими по технической сущности является СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СТРУКТУРИРОВАННОЙ ПОВЕРХНОСТИ НА СТАЛЬНОМ ВАЛИКЕ ДЛЯ ТИСНЕНИЯ [US10183318B2, опубл. 22.01.2019], который включает использование лазера с коротким импульсом, включающего, по меньшей мере, один из фемтосекундных лазеров и пикосекундный лазер. Структурирование - это макроструктурирование с размерами более 20 мкм и глубиной до 150 мкм и более. Короткоимпульсный лазер имеет: при работе с одним импульсом мощность в диапазоне от 0,5 Дж/см2 до 3,5 Дж/см2, а при работе с пакетами - среднюю мощность в диапазоне от 0,5 Дж/см2 до 70 Дж/см2 на импульс; длину волны от 532 нм до 1064 нм; периодичность повторения импульсов. частота от 1 кГц до 10 МГц; интервал между импульсами на ролике составляет от 10% до 50% диаметра луча для фемтосекундного лазера и от 10-25% до 40-50% ширины луча для пикосекундного лазера; положение лазерного импульса вблизи поверхности ролика; и скорости отклонения до 100 м/с и более.

Основной технической проблемой прототипа является отсутствие электрохимической очисти вала, без которой на поверхности вала после лазерной обработки остаются микронеровности и грат, что снижает гладкость поверхности вала тиснения, в итоге снижается точность передачи тиснения.

Задачей изобретения является устранение недостатков прототипа.

Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении точности передачи тиснения.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе обработки вала тиснения, при котором вал устанавливают в лазерной установке для гравирования, лазер перемещают вдоль оси вала и одновременно вращают вал, удаляя слой материала толщиной 10 - 30 мкм за один проход лазера, в это время на поверхность вала распыляют антипригарную жидкость, после завершения лазерного гравирования в ванне ручной очистки удаляют с поверхности вала остатки антипригарной жидкости и не имеющие адгезии к валу загрязнения на основе оксида меди полировальной пастой, представленной в виде мелонаполненной кислой пасты, затем проводят электрохимическую очистку вала от грата в гальванической ванне с водным раствором ортофосфорной кислоты и ингибитором с электролитическим воздействием на поверхность вала в катодном режиме с плотностью тока 25 - 30 А/дм2, где вал тиснения служит анодом, а катодами являются электроды, на которых устанавливают сетчатый элемент, после чего проводят хромирования вала.

В частности, применяют лазер с мощностью 250 - 640 Вт.

В частности, линейную скорость вращения вала выставляют в диапазоне 9 - 15м/с.

В частности, распыляют антипригарную жидкость в виде водного раствора полиэтиленгликоля.

В частности, применяют ингибитор на основе смеси глицерола, этиленгликоля и изопропанола.

В частности, применяют электроды, выполненные из нержавеющей стали.

В частности, устанавливают сетчатый элемент в виде листа просечно-вытяжной нержавеющей стали.

В частности, при хромировании наносят хромовое покрытие толщиной 20 - 1000 мкм.

Осуществление изобретения.

Процесс начинают с подготовки дизайна или изображения, которое требуется нанести на поверхность вала тиснения. Вал тиснения устанавливают в лазерной установке для гравирования, что обеспечивает стабильность и точность процесса гравирования Лазерная установка фокусирует на поверхности вала лазерный луч, который перемещается вдоль оси вала, удаляя слой материала толщиной 10 - 30 мкм за один проход лазера, создавая требуемый узор и текстуру. Во время лазерного гравирования распыляют антипригарную жидкости на основе водного раствора полиэтиленгликоля на поверхность вала тиснения. После завершения лазерного гравирования в ванне ручной очистки удаляют с поверхности вала остатки антипригарной жидкости и не имеющие адгезии к валу загрязнения на основе оксида меди полировальной пастой, представленной в виде мелонаполненной кислой пасты, что позволяет получить достаточную степень чистоты и обезжиренности поверхности перед дальнейшим этапом очистки. Для последующего хромирования поверхности вала проводят электрохимическую очистку вала в гальванической ванне с водным раствором ортофосфорной кислоты и ингибитором, при этом происходит электролитическое воздействие на поверхность вала в катодном режиме с плотностью тока 5 - 30 А/дм2, где вал тиснения служит анодом, а катодами являются электроды, на которых смонтирован сетчатый элемент. Электролит, под действием электрического тока, вступает во взаимодействие с поверхностью вала, приводя к окислению и растворению микронеровностей и дефектов на поверхности. Также интенсивное газообразование, возникающее на поверхности вала, приводит к интенсификации процесса удаления грата. После чего проводят хромирование поверхности вала.

Согласно изобретению, способ обработки вала тиснения, при котором вал устанавливают в лазерной установке для гравирования, лазер перемещают вдоль оси и одновременно вращают вал в автоматическом режиме, удаляя слой материала толщиной 10 - 30 мкм за один проход лазера, что позволяет наносить рисунок для тиснения на поверхность вала, тем самым существенно повышается точности передачи тиснения. При удалении материала толщиной менее 10 мкм за один проход лазера приводит к неравномерному гравированию и нежелательным эффектам, таким как "изгибы" или "размытие" гравирования, что снижает точность передачи тиснения. А при удалении слоя материала толщиной более 30 мкм снижается точность гравирования и создаются грубые края и нежелательные отклонения, тем самым снижая точность передачи тиснения.

Для осуществления способа применяют лазер с мощностью 250 - 640 Вт, мощность работы лазеры влияет на глубину и скорость гравирования вала, что может дополнительно влиять на повышение точности передачи тиснения. Использование мощности лазера ниже 250 Вт не обеспечивает достаточной глубины и стабильности гравирования вала, что снижает точность передачи тиснения. Мощность лазера выше 640 Вт может привести к избыточному удалению материала, тем самым увеличиваются зоны расплавления и перекристализации металла в периферической зоне импульса, тем самым снижая точность гравирования и затрудняя процесс дальнейшей очистки вала, что снижает точность передачи тиснения.

Линейную скорость вращения вала выставляют в диапазоне 9 – 15 м/с, регулируя экспозицию в зависимости от требуемой энергоемкости при гравировании, что незначительно увеличивает разрешение и детализацию гравирования, и позволяет получить более гладкую поверхность с меньшими следами, что при необходимости может повысить точность передачи тиснения. Линейная скорость вращения вала ниже 9 м/с может привести увеличению времени гравирования вала, что нецелесообразно с ресурсоемкой и экономической точки зрения. Линейная скорость вращения вала выше 15 м/с может привести к снижению производительности из-за невозможности получения требуемой глубины гравирования и выхода поверхности из зоны фокусировки из-за высоких динамических нагрузок и биения при вращении вала, при этом получается неравномерная глубина гравирования, что может снизить точность передачи тиснения.

При лазерном гравировании на поверхность вала распыляют антипригарную жидкость на основе водного раствора полиэтиленгликоля, которая снижает образование сложнорастворимых органических соединений в процессе окисления при лазерном гравировании, тем самым исключая пригорание меди при многозаходном гравировании, что позволяет произвести дальнейшую очистку вала с минимальными искажениями гравированного изображения, что повышает точность передачи тиснения.

После завершения лазерного гравирования в ванне ручной очистки удаляют с поверхности вала следы антипригарной жидкости и не пригоревшие продукты испарения меди. Очистка производится полировальной пастой, представленной в виде мелонаполненной кислой пасты, которая минимизирует дальнейшее загрязнение ванны полирования и позволяет более эффективно инициировать электрохимические процессы в ванне полировки, оптимизируя подготовку поверхности вала тиснения к хромированию, тем самым повышается точность передачи тиснения.

Затем проводят электрохимическую очистку вала в гальванической ванне с водным раствором ортофосфорной кислоты и ингибитором. При помощи электрохимической очистки происходит удаление грата, окислов и микронеровностей на поверхности вала тиснения, это позволяет достичь более гладкой и однородной поверхности вала, позволяющей произвести дальнейшее хромирование вала, что существенно повышает точность передачи тиснения.

Водный раствор ортофосфорной кислоты и ингибитора на основе смеси глицерола, этиленгликоля и изопропанола повышает равномерность распределения тока в следствие высокой скорости перемещения ионов, что повышает равномерность очистки, что в свою очередь повышает гладкость поверхности вала тиснения, в итоге повышается точность передачи тиснения. Защитная пленка, создаваемая смесью глицерола, этиленгликоля и изопропанола, помогает предотвратить накопление осадков и отложений на поверхности вала, что может снижать эффективность очистки, таким образом, использование ингибитора может обеспечить более эффективное удаление загрязнений и повысить качество очистки, что при необходимости дополнительно повышает точность передачи тиснения.

Во время электрохимической очистки происходит электролитическое воздействие на поверхность вала в катодном режиме с плотностью тока 25 - 30 А/дм2, где вал тиснения служит анодом, а катодами являются электроды из нержавеющей стали, так как нержавеющая сталь обладает низким сопротивлением электрическому току, это обеспечивает повышенную электропроводность при электрохимической очистке вала, что несущественно повышает качество электрохимической очистки, тем самым при необходимости может повысить точность передачи тиснения. При этом катодном режиме электрохимической очистки вал тиснения является катодом, на котором происходят восстановительные реакции. Под воздействием электрического поля с плотностью тока 25 - 30 А/дм2 и водного раствора ортофосфорной кислоты с ингибитором в электролите на поверхности вала тиснения происходит растворение и удаление окисленных загрязнений и нежелательных отложений, что обеспечивает эффективное удаление загрязнений и восстановление поверхности вала тиснения, обеспечивая возможность дальнейшего хромирования вала, тем самым существенно повышается точность передачи тиснения. При плотности тока ниже 25 А/дм2 электрохимическая очистка приводит к недостаточному растворению материала на участках с высокой выступающей поверхностью и участках с углубленной поверхностью, что снижает качество очистки профиля поверхности вала, тем самым снижая точность передачи тиснения. Плотность тока выше 30 А/дм2 приводит к высокому потреблению энергии, и является ресурсоемко и экономически невыгодным решением. Также плотность тока выше 30 А/дм2 приводит к избыточному удалению материала на участках с высокой выступающей поверхностью и участках с углубленной поверхностью, что снижает качество очистки профиля поверхности вала, тем самым снижая точность передачи тиснения.

На электродах, которые являются катодами в электрохимической реакции, установлен сетчатый элемент, увеличивающий поверхностную площадь контакта электрода с электролитом, что повышает скорость электролитической реакции и равномерность распределения тока на поверхности электрода, тем самым растет массообмен между электродом и электролитом, что в свою очередь повышает однородность реакции и очистку поверхности, делая поверхность вала более гладкой, в итоге значительно повышается точность передачи тиснения. Сетчатый элемент представлен в виде листа просечно-вытяжной нержавеющей стали, что позволяет увеличить поверхностную площадь электролитической реакции во время электрохимической очистки и защитить устройство от коррозии, что может положительно сказываться на точности передачи тиснения.

После процесса электрохимической очистки проводят процесс хромирования вала, который повышает защиту от коррозии, а также твердость и износостойкость, что предотвращает повреждения поверхности вала вследствие воздействия агрессивных факторов, позволяя сохранить рисунок тиснения, тем самым повышается точность передачи тиснения.

В процессе хромирования наносят хромое покрытие толщиной 10 - 25 мкм. При нанесении хромового покрытия менее 10 мкм может снизиться защита от коррозии, твердость и износостойкость вала, что увеличивает возможные повреждения поверхности вала вследствие воздействия агрессивных факторов, может снизить точность передачи тиснения. Нанесении хромового покрытия более 25 мкм повышает затраты энергии на обработку вала, что нецелесообразно с ресурсоемкой, экономической и экологической точки зрения.

Примеры реализации.

Первый пример реализации.

Способ обработки вала тиснения, при котором вал устанавливают в лазерной установке для гравирования, лазер перемещают вдоль оси вала и одновременно вращают вал, удаляя слой материала толщиной 10 мкм за один проход, в это время на поверхность вала распыляют антипригарную жидкость, после завершения лазерного гравирования в ванне ручной очистки удаляют с поверхности вала остатки антипригарной жидкости и не имеющие адгезии к валу загрязнения на основе оксида меди полировальной пастой, представленной в виде мелонаполненной кислой пасты, затем проводят электрохимическую очистку вала от грата в гальванической ванне с водным раствором ортофосфорной кислоты и ингибитором с электролитическим воздействием на поверхность вала в катодном режиме с плотностью тока 25 А/дм2, где вал тиснения служит анодом, а катодами являются электроды, на которых устанавливают сетчатый элемент, после чего проводят хромирования вала.

Второй пример реализации.

Способ обработки вала тиснения, при котором вал устанавливают в лазерной установке для гравирования, лазер перемещают вдоль оси вала и одновременно вращают вал, удаляя слой материала толщиной 20 мкм за один проход, в это время на поверхность вала распыляют антипригарную жидкость, после завершения лазерного гравирования в ванне ручной очистки удаляют с поверхности вала остатки антипригарной жидкости и не имеющие адгезии к валу загрязнения на основе оксида меди полировальной пастой, представленной в виде мелонаполненной кислой пасты, затем проводят электрохимическую очистку вала от грата в гальванической ванне с водным раствором ортофосфорной кислоты и ингибитором с электролитическим воздействием на поверхность вала в катодном режиме с плотностью тока 28 А/дм2, где вал тиснения служит анодом, а катодами являются электроды, на которых устанавливают сетчатый элемент, после чего проводят хромирования вала.

Третий пример реализации.

Способ обработки вала тиснения, при котором вал устанавливают в лазерной установке для гравирования, лазер перемещают вдоль оси вала и одновременно вращают вал, удаляя слой материала толщиной 30 мкм за один проход, в это время на поверхность вала распыляют антипригарную жидкость, после завершения лазерного гравирования в ванне ручной очистки удаляют с поверхности вала остатки антипригарной жидкости и не имеющие адгезии к валу загрязнения на основе оксида меди полировальной пастой, представленной в виде мелонаполненной кислой пасты, затем проводят электрохимическую очистку вала от грата в гальванической ванне с водным раствором ортофосфорной кислоты и ингибитором с электролитическим воздействием на поверхность вала в катодном режиме с плотностью тока 30 А/дм2, где вал тиснения служит анодом, а катодами являются электроды, на которых устанавливают сетчатый элемент, после чего проводят хромирования вала.

По полученным данным заявленное изобретение в трех примерах реализации обеспечивает наибольшее повышение производительности гравирования с одновременной минимизацией процесса очистки вала по сравнению с прототипом на 10%, что соответственно влияет на повышении точности передачи тиснения.

Таким образом, заявленное изобретение за счет примененных в нем технологий, совокупности характеристик и взаимосвязей положительно влияет на практическое использование изобретения и позволяет повысить точность передачи тиснения.

Изобретение относится к обработке поверхности металлических изделий, а именно к обработке валов тиснения. Способ включает обработку вала тиснения, при котором вал устанавливают в лазерной установке для гравирования, лазер перемещают вдоль оси вала и одновременно вращают вал, удаляя слой материала толщиной 10-30 мкм за один проход. В это время на поверхность вала распыляют антипригарную жидкость, после завершения лазерного гравирования в ванне ручной очистки удаляют с поверхности вала остатки антипригарной жидкости и не имеющие адгезии к валу загрязнения на основе оксида меди полировальной пастой. Затем проводят электрохимическую очистку вала от грата в гальванической ванне с водным раствором ортофосфорной кислоты и ингибитором с электролитическим воздействием на поверхность вала в катодном режиме с плотностью тока 25-30 А/дм², при этом вал тиснения служит анодом, а катодами являются электроды, на которых устанавливают сетчатый элемент, после чего проводят хромирование вала. Технический результат изобретения заключается в повышении точности передачи тиснения. 7 з.п. ф-лы.

1. Способ обработки вала тиснения, характеризующийся тем, что вал устанавливают в лазерной установке для гравирования, лазер перемещают вдоль оси вала и одновременно вращают вал, удаляя слой материала толщиной 10-30 мкм за один проход, в это время на поверхность вала распыляют антипригарную жидкость, после завершения лазерного гравирования в ванне ручной очистки удаляют с поверхности вала остатки антипригарной жидкости и не имеющие адгезии к валу загрязнения на основе оксида меди полировальной пастой, представленной в виде мелонаполненной кислой пасты, затем проводят электрохимическую очистку вала от грата в гальванической ванне с водным раствором ортофосфорной кислоты и ингибитором с электролитическим воздействием на поверхность вала в катодном режиме с плотностью тока 25-30 А/дм², при этом вал тиснения служит анодом, а катодами являются электроды, на которых устанавливают сетчатый элемент, после чего проводят хромирование вала.

2. Способ обработки вала тиснения по п.1, отличающийся тем, что применяют лазер мощностью 250-640 Вт.

3. Способ обработки вала тиснения по п.1, отличающийся тем, что линейную скорость вращения вала выставляют в диапазоне 9-15 м/с.

4. Способ обработки вала тиснения по п.1, отличающийся тем, что распыляют антипригарную жидкость в виде водного раствора полиэтиленгликоля.

5. Способ обработки вала тиснения по п.1, отличающийся тем, что применяют ингибитор на основе смеси глицерола, этиленгликоля и изопропанола.

6. Способ обработки вала тиснения по п.1, отличающийся тем, что применяют электроды, выполненные из нержавеющей стали.

7. Способ обработки вала тиснения по п.1, отличающийся тем, что устанавливают сетчатый элемент в виде листа просечно-вытяжной нержавеющей стали.

8. Способ обработки вала тиснения по п.1, отличающийся тем, что при хромировании наносят хромовое покрытие толщиной 10-25 мкм.