Устройство для нанесения гальванических покрытий Советский патент 1993 года по МПК C25D17/16 

Изобретение относится к химической и электрохимической обработке деталей и может быть использовано при нанесении покрытий на детали, помещенные в барабан, в различных отраслях приборе- и машиностроения .

При работе данного устройства барабан под действием вибратора совершает направленные винтовые колебания, вызывающие вибрационное перемещение деталей по дну барабана. Одновременно происходит периодическое открытие клапанов, установленных в отверстиях днища барабана, что способствует протоку электролита через слой засыпанных в барабан деталей.

Однако данная конструкция не обеспечивает высокой интенсивности смывания засыпанных деталей электролитом, т.к. установленные в барабане клапана-мембраны создают большое сопротивление потоку

электролита. При малой амплитуде колебаний барабана (2-3 мм) клапана плохо пропускают через себя электролит, причем винтовые движения барабана не улучшают их работы. Это ограничивает возможности повышения производительности технологического процесса нанесения покрытий и обеспечения высокого качества покрытия. Кроме того, при колебаниях барабана происходят жесткие соударения друг о друга и о поверхность барабана засыпанных в него деталей, что может привести к их повреждению и ухудшению качества готовых изделий. Это ограничивает также рабочую частоту вибратора (до нескольких Гц), что еще более снижает эффективность работы клапанов.

Целью предложенного технического решения является повышение производительности и качества наносимых на детали

СО

%

покрытий за счет интенсификации перемешивания электролита и смывания им деталей, а также снижение затрат энергии.

На фиг. 1 изображено предлагаемое устройство; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.

Устройство содержит гальваническую вйнну 1, желательно цилиндрической формы, с герметично подстыковываемой крышкой 2. В центральной части ванны 1 помещена цилиндрическая корзина 3 для деталей 4, имеющая перфорированные (или сетчатые) цилиндрическую стенку и днище. Корзина 3 установлена на кольцевой опоре 5, неподвижно закрепленной в ванне 1 по ее центру с помощью радиальных упоров 6. В днище ванны 1 выполнено центральное отверстие 7, через которое происходит вертикальный шток 8 вибратора 9, размещенного под днищем ванны. В нижней части ванны 1 на ее днище установлен вертикальный сильфон 10, нижний торец которого герметично закреплен в центральном отверстии 7 днища ванны, а на верхнем торце сильфона 10 по ее периметру герметично закреплена пластина 11, соединенная со штоком 8 вибратора. В нижней части ванны 1 между ее днищем и днищем корзины 3 свободно размещен упругий газонаполненный элемент 12, выполненный, например, в виде герметичной оболочки из эластичной резиновой пленки 13, заполненной газом. Размер (диаметр) газонаполненного элемента 12 превышает величину кольцевого зазора между стенками корзины 3 и ванны 1, но он меньше расстояния между днищами. ванны и корзины.

Работает предложенное устройство следующим образом.

В исходном состоянии ванна Тзаполне- на электролитом до уровня 0,85 - 0,9 ее высоты и закрыта крышкой 2. При этом упругий газонаполненный элемент 12, высота всплытия которого ограничена днищем корзины 3, находится под слоем жидкости (электролита). При включении вибратора 9 шток 8 начинает совершать периодические вертикальные колебания, которые передаются горизонтальной пластине 11, соединенной с сильфоном 10. Колебания пластины 11 и вибрации сильфона 10 возбуждают в .объеме жидкости переменное (динамическое) давление, при этом периодические изменения давления жидкости через эластичную оболочку 13 упругого элемента 12 передаются заключенному в ней газу, вызывая периодические изменения (пульсации) его объема. В результате динамического взаимодействия жидкости и газа в гальванической ванне 1 образуется нелинейная колебательная система жидкость-газ, в которой газ, заключенный в оболочке 13, выполняет роль упругого элемента, в жидкость - инерционного элемента системы. Такая система обладает высокой

чувствительностью ввиду высоких .упругих свойств газа и того, что динамический контакт ее элементов осуществляется по всей (т.е. максимальной) поверхности газового объема через эластичную оболочку. Это

обуславливает увеличение амплитуды волн динамического давления в объеме электролита и турбулизацию его.

Собственная частота fc колебаний образованной системы жидкость-газ зависит от

величины газового объема в жидкости, глубины его размещения, плотности жидкости и, как правило, лежит в пределах 30-50 Гц. При совпадении частоты колебаний вибратора 9 с частотой fc, что достигается предварительной настройкой или подстройкой частоты вибратора, возбуждается резонансный режим колебаний системы жидкость- газ, характеризующийся резким (в несколько раз) повышением динамического

давления в жидкости и увеличением амплитуды пульсаций газового объема. При этом жидкость (электролит) в ванне турбулизует- ся и захватывает свободный газ из верхней .части ванны, который диспергируется на множество мелких пузырьков, насыщающих

объем жидкости. Жидкость переходит в состояние гидрозоля, приобретая свойство сжимаемости, интенсивность ее турбулентных пульсаций возрастает. Как показали

5 эксперименты, величина динамического давления в электролите при резонансе составляет 1.5-1,7 эти в положительные полупериоды пульсаций газожидкостной колебательной системы, в отрицательные

0 полупериоды в электролите возникает разрежение ниже упругости его насыщенных пароз. -

Таким образом, при резонансных колебаниях системы жидкость-газ в ванне обра5 зуются мощные турбулентные пульсирующие потоки электролита при высокой амплитуде волн гидродинамического давления. Турбулентные потоки электролита свободно проходят сквозь перфориро0 ванные (сетчатые) днище и стенку корзины 3 и омывают находящиеся в ней детали 4. Достигаемая в условиях резонанса высокая степень турбулизации,электролита и постоянный проток очищенного электролита че5 рез слой деталей, засыпанных в корзину обеспечивают высокую обменность электролита внутри корзины. Мощные турбулентные потоки электролита в условиях резких высокочастотных изменений давления производят интенсивное и равномерное омывание обрабатываемых деталей. Это обеспечивает высокое качество наносимых гальвз- нических покрытий и повышение производительности технологического процесса нанесения покрытий.

В предложенном устройстве, поскольку корзина для деталей не связана со штоком вибратора и установлена в ванне неподвижно, исключаются соударения находящихся в ней деталей, что повышает качество готовых изделий. Снимается также ограничение по частоте работы вибратора, которое имеется в прототипе, что позволяет повысить частоту процесса вибровоздействия и вести процесс гальванизации при оптимальных частотах для создания резонансного режима, обеспечивающего наибольшую эффективность процесса.

Предложение позволяет снизить энергозатраты при нанесении гальванических покрытий, т.е. энергия вибратора расходуется только на создание динамического давления в электролите. Выполнение барабана для деталей в виде корзины позволяет легко и быстро загружать и выгружать обрабатываемые детали. Радиальные упоры 6 крепления корзины не создают гидравлического сопротивления турбулентным потокам электролита, чем обеспечивается хорошая об- менность электролита во.всем объеме ванны. При этом, т.к. кольцевой зазор между стенками ванны и корзины меньше диаметра газонаполненного элемента, днище корзины удерживает последний от всплытия в верхнюю часть ванны, что привело бы к ликвидации колебательной системы жидкость-газ. В рабочем (резонансном) режиме за счет резкого увеличения гидродинамического давления возрастает направленная

вниз вибрационная сила в жидкости, под воздействием которой газонаполненный элемент опускается на дно гальванической ванны, где совершает интенсивные пульсирующие и осциллирующие движения. Наличие крышки 2 позволяет герметизировать ванну и создать в ней высокоинтенсивный режим турбулентных пульсаций электролита при повышенном давлении в ванне, при

этом исключается унос электролита из ванны. Уменьшение нагрузки на шток вибратора и отсутствие клапанов, имеющихся в прототипе, повышает надежность работы предложенного устройства.

Формула изобретения

Устройство для нанесения гальванических покрытий, содержащее гальваническую ванну, внутри которой размещены перфорированный барабан для деталей и

вибратор с вертикальным штоком, отличающееся тем, что, с целью повышения производительности и качества наносимых покрытий при снижении энергозатрат, оно снабжено- газонаполнительным элементом

и радиальными упорами, жестко закрепленными на стенках ванны, ванна выполнена с герметичной крышкой и центральным отверстием в днище, барабан выполнен в виде корзины, неподвижно установленной в ванне на радиальных упорах, вибратор выполнен в виде сильфона с пластиной, вертикально установленного в центральном отверстии днища ванны, причем пластина соединена со штоком, расположенным под

днищем ванны и герметично закреплена на верхнем торце сильфона, а нижний торец герметично соединен с днищем ванны, при этом газонаполненный элемент свободно размешан под днищем корзины.

Использование: изобретение позволяет наносить покрытия на тонкие детали и относится к химической и электрохимической обработке. Сущность изобретения: устройство выполнено с центральным отверстием в днище ванны, в котором закреплен нижний торец вертикального сильфона, а на верхнем его торце герметично закреплена пластина, соединенная с вертикальным штоком вибратора. При этом под днищем корзины свободно размещен упругий газонаполненный элемент, образующий с заливаемым в ванну электролитом газожидкостную колебательную систему. 2 ил.