АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ

Технология восстановления изношенных деталей сельскохо­зяйственной техники гальваническим способом основана на осаж­дении металлов путем электролиза водных растворов солей метал­лов или кислот (хромирования).

На деталь (катод) подводят отрицательный потенциал источни­ка питания. В качестве анода используют пластину из металла, ко­торый необходимо нанести на деталь, или пластины из нераствори­мого металла, например свинца (при хромировании). К пластинам присоединяют положительный потенциал источника питания.

Массу металла, осаждаемого на катоде, определяют по формуле

т = clt,

где с — электрохимический эквивалент, г/(А•ч); I— сила тока электролиза, A; t— продолжительность электролиза, ч.

Электрохимический эквивалент зависит от вида металла, рас­ходуемого на покрытие, плотности тока, температуры электроли­та, формы кривой тока электролиза и других параметров.

Детали перед гальваническим наращиванием проходят специ­альную обработку. Их шлифуют, промывают, обезжиривают, про­травляют в растворах серной, фосфорной или хромовой кислот, снова промывают, а затем помещают в электрохимические ванны и подсоединяют к отрицательному электроду источника питания. На места деталей, не подлежащие наращиванию металла, наносят электроизоляционные материалы.

Для получения качественного наращивания металлов исполь­зуют различные методы изменения полярности и формы тока электролиза: а) автоматическое реверсирование тока, т. е. перио­дическую смену полярности напряжения на детали с отрицатель­ной на положительную, и наоборот; б) асимметричный, т. е. вы­прямленный ток с различным коэффициентом выпрямления. Реа­лизацию одного из таких методов рассмотрим на примере универ­сального источника тока для питания электролитических ванн (рис. 13, а).

Устройство позволяет вести процесс наращивания металла на однофазном асимметричном и трехфазном выпрямленном токах с возможностью перехода с одного режима на другой без прерыва­ния тока и с высокой точностью стабилизации и регулирования составляющих тока.

Источник выполнен в виде двух функциональных блоков: си­лового и управляющего. Силовой блок содержит понижающий трансформатор TV (10 кВ•А), тиристорный блок ТБ, шунты R1 и R2 в цепях измерения тока. Блок управления имеет катодный КУ ианодный АУ усилители, регуляторы катодного РКТ и анодного РАТ токов,блоки фазоимпульсного управления катодными тирис­торами VD1...VD3 (БФУК) и анодным тиристором VD4 (БФУА), электродный коммутатор ЭК.

Переключая SA1 с помощью магнитных пускателей КМ1...КМЗ, можно получить три значения выходного напряжения на транс­форматоре TV: 6, 12 и 26 В при максимально возможной силе тока 1200, 600 и 300 А. Амперметр РА1 измеряет значение анодного тока, амперметр РА2 — значение постоянной составляющей вы­прямленного катодного тока.

В качестве датчика силы тока используют сопротивление шун­та R2, через который протекают катодные и анодные составляю­щие тока. Напряжение сигнала с шунта R2 усиливается однополупериодными усилителями КУ и АУ, собранными на операционных микросхемах. Усилитель КУ одновременно инвертирует сигнал. Блок БФУК поочередно управляет коммутацией тиристоров VD1...VD3, а БФУА — коммутацией тиристора VD4. На блоки БФУК и БФУА подаются управляющие импульсы от электронного коммутатора ЭК с частотой 1 кГц. При отключенном переключа­теле SA2 работают тиристоры VD4 и VD1, которые обеспечивают асимметричную форму тока, показанную в левой части рисунка 16.13, б. При включенном SA2 работают тиристоры VD1...VD3.

Рис.16.13. Электрическая схема электролитической установки (а) и диаграмма изменения плотности тока при железнении деталей (б)

Они дают пульсирующую форму выпрямленного тока, показанно­го в правой части рисунка 13, б. Изменяя напряжение на пер­вичной обмотке трансформатора (переключением), устанавлива­ют заданную плотность тока на восстанавливаемой детали (от 3 до 6 кА/м²). При помощи программного механизма ПУ автоматичес­ки изменяют в процессе гальванопокрытий угол открытия тирис­торов VD1...VD4 в соответствии с временной диаграммой рисунка 13, б. Процесс осаждения металла разбивается на несколько циклов. После погружения деталей в ванну и подключения элект­родов включается программное устройство ПУ (рис. 13, а), ко­торое через определенную выдержку времени t₀ устанавливает заданные для детали плотности тока прямой полуволны (катода j_K) и обратной полуволны (анода j_а). Через время t₁ < 1 мин программ­ное реле в течение t₂ = 3 мин плавно снижает плотность тока j_а до нуля. После этого за время t₃ происходит плавное увеличение плотности выпрямленного катодного тока до предельного значе­ния j_к.п. Плотность тока j_к и времени t₃ выбирают и корректируют в зависимости от заданных параметров микротвердости, сцепляемости и толщины наращиваемых покрытий, а также от температу­ры, кислотности и концентрации электролитов.

Выдержка деталей без тока продолжительностью t₀ = 10...60 с необходима для выравнивания температур электролита и деталей, что обеспечивает лучшую сцепляемость первого слоя покрытия с деталью. Малая плотность тока (до 300 А/м²) и наличие анодного тока в периоды t₁ и t₂ обеспечивают осаждение мягкого подслоя железа с небольшими внутренними напряжениями. Применение асимметричного тока повышает производительность процесса в 2...3,5 раза, улучшает сцепление покрытия с основой и позволяет получать покрытие с заданной микротвердостью.

При помощи ПУ происходит автоматическое управление пара­метрами режимов обработки, а именно температурой электролита, плотностью тока, кислотностью растворов и временем выдержки деталей в ванне, обеспечивающим заданную толщину покрытий. Программное устройство имеет соответствующие регуляторы.

Автоматическое регулирование температуры особенно важно при хромировании, химическом никелировании и железнении. В этих процессах колебания температуры электролита не должны превышать ± 2 °С. Для малых ванн применяют двухпозиционные регуляторы, для больших — регуляторы пропорционально-интег­рального действия, которые управляют электрическим обогрева­телем раствора.

Автоматическое регулирование плотности тока происходит за счет изменения угла открытия тиристоров VD1... VD4 (см. рис. 13, а).

Заданное значение плотности тока устанавливается программ­ным устройством ПУ в зависимости от режима электролиза, а фактическое — измеряется и определяется по значению падения напряжения на шунтах-резисторах R1 и R2. Фактическое значение тока доводится до заданного при помощи выпрямителей КУ и АУ, регуляторов тока РКТ, PAT и блоков управления тиристорами БФУК, БФУА.

Автоматическое регулирование кислотности обеспечивает полу­чение качественных осадков металла на деталях. Кислотность из­меряют рН-метрами, а корректируют добавлением в электролит щелочи или кислоты.

Автоматическое регулирование заданной толщины покрытия осу­ществляется либо при помощи счетчика ампер-часов, либо при помощи программного реле времени.

Гальванические цехи оборудуют поточными линиями, в которых обрабатываемые детали транспортируются по определенной программе. Программой предусматривается необходимая после­довательность перемещения и время выдержки в ваннах деталей при обезжиривании, промывке, декапировании, гальванопокры­тии, сушке и других операциях. С этой целью гальванометричес­кие поточные линии составляют из манипуляторов и автооперато­ров, которые перемещают детали из ванны в ванну в соответствии с заданным технологическим процессом.

Автоматизация гальванометрических процессов повышает ка­чество покрытий, снижает стоимость обработки, трудоемкость ра­бот и расход химикатов, улучшает условия труда и ускоряет про­цесс ремонта.