CN101748454A - 连杆自动化电刷镀机床 - Google Patents

Abstract

本发明涉及的是内孔类零部件尤其是连杆的自动化电刷镀用机床。该机床针对的是内孔类的零件，它既适用于对新品件的强化，又适用于对磨损件的修复和再制造。本发明公开了一种连杆自动化电刷镀机床，包括主旋传动装置、镀笔进退装置、电控装置、冲洗***和至少一供液回收***。该机床可以实现自动化刷镀过程，快速、大批量刷镀连杆，提高了工作效率的同时，可以节省镀液的使用量，减少了镀笔的用量，降低了刷镀成本。

Description

连杆自动化电刷镀机床

技术领域

本发明涉及电刷镀技术，具体是指内孔类零部件尤其是连杆的电刷镀用机床。该机床针对的是内孔类的零件，它既适用于对新品件的强化，又适用于对磨损件的修复和再制造。

背景技术

电刷镀是一种表面加工工艺，它是利用电化学方法将金属离子还原为金属，并沉积在金属或非金属制品的表面上，形成符合要求的平滑致密的金属覆盖层。随着科学技术与生产的发展，电刷镀技术涉及的领域越来越广，人们对镀层的要求也越来越高。目前，金属镀层的应用已遍及经济活动的各个生产和研究部门，在生产实践中有着重大意义。

但随着我国经济的快速增长，能源和资源的问题越来越突出，很多资源的开采已进入中期或晚期，专家预计，到2020年，中国将因资源和能源的匮乏严重影响发展。为此，中国工程院徐滨士院士在我国大力倡导绿色再制造工程，为解决这一问题提供了一个最有效方法。其中很多传统和新研发的技术已被列为再制造技术的关键技术，如热喷涂技术、激光技术、等离子技术、电刷镀技术等。但是，电刷镀技术在具体应用中还主要停留在手工刷镀阶段，存在工人劳动强度大，刷镀效率低，镀层质量不稳定等缺点。另外，刷镀时镀笔的阳极一般采用石墨，外面裹以吸水材料(如棉花、人造毛、涤棉套等)，这种镀笔结构简单，使用时灵活方便，比较适合特征各异的零散件的刷镀，但使用中也存在明显的问题，一是包裹材料不耐磨损，每刷镀20～30分钟就需要重新包裹；另一个问题是镀笔无法向镀液中补充金属离子，为了节约镀液，刷镀时一般都尽可能的对流淌下来的镀液进行回收并再次利用，但随着刷镀过程的进行，镀液中的金属离子浓度逐渐降低，沉积速度和镀层质量也逐渐下降，当金属离子浓度低于原液浓度的40％时，镀液就不得不报废了，而报废的镀液需要严格的排放处理。当然，由于以前刷镀针对的零件一般都是些零散或小批量的零件，这些问题还不是很突出。

再制造是维修的产业化，它与一般意义的维修的一个区别是，维修的对象是零散待修件，它的数量很少，可能是一个或几个，而且各零件之间的情况各不相同，千差万别，无法制定统一的工艺规范。而再制造的对象是批量的规范的待修件，它们在进行再制造之前统一进行了预处理和预加工，因此待修部位相同，待修要求一致，可以制定统一的工艺规范进行批量化的再制造，可以象制造业一样针对某一零件建造再制造的流水线。在这个背景下，电刷镀的自动化技术逐步得到了发展。

内孔类零件(如发动机的连杆、缸体等)是最重要的零件类型之一，它与外圆类零件(如轴、轴承、密封环等)共同组成运动副，实现零件的相对运动和动力传递。内孔类零件的失效以磨损和变形导致不能满足尺寸要求为主，因此，对该类零件的修复主要是恢复其配合尺寸和表面性能。在实际使用过程中，一般采用老式镀笔进行刷镀，老式镀笔一般采用石墨阳极(特殊情况也有采用不锈钢作为阳极)，并在外面裹上脱脂棉和涤棉套。人工手持老式镀笔进行刷镀为现有技术中非常常用的方法，由于刷镀的对象是批量化的零件，该方法暴露出以下一些问题。

一是刷镀效率低。人工刷镀每次只能刷镀一根镀笔，不能成批量刷镀，满足不了工件修复业的要求。

二是刷镀标准不统一。由于刷镀为人工操作，随机性强，且对工人的技术要求高，刷镀的工件合格率也会受到影响。

三是镀液浪费严重。随着刷镀时间的延长，镀液中的金属离子浓度下降，但金属离子浓度下降到原浓度的40％左右时，便无法继续得到合格的镀层，这种情况下镀液就不得不报废，而此时镀液中还有40％左右的金属(一般是镍)没有利用，造成很大的浪费。

四是需多次更换镀笔。电刷镀工艺过程包括电净、强活化、弱活化、打底层和镀工作层等多步工序，由于镀液之间不能互相混淆，而镀笔包裹材料中的残液很难清除干净，因此刷镀过程中每步工序都需要更换镀笔，实现自动化刷镀极不方便。

五是零件装夹精度要求高。由于包套内的棉花弹性很小，因此必须要求镀笔与工件之间有很高的配合精度，否则就会造成镀笔与工件之间压力分布不均，压力大的地方电流密度大，镀层沉积快，反之，压力小的部分电流密度小，沉积速度慢，最后的结果是刷镀偏心，而且压力大的部分由于沉积速度快而导致镀层局部太厚，并十分粗糙。在后期加工时，当磨到要求尺寸时，镀层薄的区域已几乎磨到基体，而厚的区域的粗糙颗粒还没有磨掉，因此成为了废品。就本项目选择的连杆零件而言，由于其尺寸的不规则性，装夹精度问题几乎是无法解决的，因此必须要从技术的角度入手，降低对装夹精度的要求。

六是刷镀温度过高。在刷镀镀液要求的刷镀电压进行刷镀，其电流密度范围是1-2A/cm²，在进行内孔零件刷镀时，由于镀笔与零件接触面积较大，如按照要求的电压进行刷镀，其电流将达到上千安培甚至数千安培，必将产生大量的热能。同时又由于此种镀笔刷镀时零件内所盛装的镀液量很少，镀液循环不畅，因此刷镀产生的热量无法及时释放和冷却，造成温度迅速升高，烧伤镀层。

七是成本较高。镀笔是个消耗品，在刷镀过程中阳极会逐渐损耗，使用一段时间后由于尺寸不够就不得不更换，阳极所使用的高纯石墨价格较贵，因此镀笔的更换成本很高。

发明人在早些时候研制出一种专门针对电刷镀用的镀笔，其具体结构为笔柄、笔体和绝缘横梁；该笔柄包括笔柄主体、悬挂部和夹持部，该悬挂部连接笔柄主体上方，该夹持部连接笔柄主体下方；该夹持部下端夹持一阳极；该笔体由至少两板体与刷毛组成，该刷毛设于该板体外侧表面上，该至少两板体平行设于该阳极两侧，该至少两板体上端与该笔柄主体连接；该至少两板体下端和阳极底端均设于该绝缘横梁上且相互不接触。该镀笔不仅可以有效的节省镀液，且使用寿命长，使得刷镀成本大幅降低。但镀笔的改进并不能有效的解决刷镀效率的问题，因此基于此问题，发明人还提出了一种电刷镀装置，该装置有一个电机可带动镀笔转动，以实现半自动化刷镀。此装置较以往人工刷镀效率明显提高。

但经过长期研究，发明人发现上述装置还是存在很多问题，如镀笔的转动和底座的往复运动结合不好，使得刷镀效果不佳。另外，刷镀过程中需要多次换液冲洗，由于底座的运动，使得这些程序必须在静置的环境下实现，效率进一步受限。底座的运动还容易造成镀液泼溅，和连杆连接密封不严松动等问题。

综上所述，按传统方式已无法满足内孔自动化刷镀的要求，甚至无法保证得到合格产品，因此需要对其进行改进和提高。

发明内容

为了改进和弥补现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种连杆刷镀用机床，该机床可以实现自动化刷镀过程，快速、大批量刷镀连杆，提高了工作效率的同时，可以节省镀液的使用量，减少了镀笔的用量，降低了刷镀成本。

为了实现本发明的目的，本发明采用如下技术方案：

一种连杆自动化电刷镀机床，其包括主旋传动装置、镀笔进退装置、电控装置、至少两组夹具装置、冲洗***和供液回收***；

主旋传动装置为一电机底座上设有主旋电机，该主旋电机与主动带轮连接，该主动带轮通过同步带与被动带轮连接；一滚动花键副通过齿轮连接被动带轮；滚动花键副外部套设有轴套；

镀笔进退装置的主轴箱与主旋传动装置上的滚动花键副通过主轴连接，一伺服电机通过连接轴与滚珠丝杠副连接，该滚珠丝杠副与所述主轴箱连接；该主轴箱下部设有底座。

所述至少两组夹具装置设于镀笔进退装置底座上，所述夹具装置上设有连杆小孔固定芯轴、连杆大孔粗定位装置、支承座和压紧套；

所述供液回收***为若干供液箱上装有供液泵及供液电磁阀，供液管连接供液泵，供液管对准压紧套上部；所述支承座上设有回液口和排液阀门，该回液口通过快速插拔接头与若干回液管连接，并可实现与多个回液管之间连接的切换，所述回液管与供液箱连接。

所述镀笔进退装置底座为可旋转底座。

所述电控装置包括步进电机、驱动器、PLC及触摸屏。

所述冲洗***为水箱连接水泵，水箱内装有液位计、加热棒和温度检测仪，所述水箱进水口与自来水连接，箱内的液位计自动控制水位，水泵连接供水管，供水管对准压紧套上部；还包括废液回收箱，其通过回液管与所述的回液口连接。

所述主轴箱上设有一主轴，该主轴连接一镀笔。该镀笔推荐使用本发明人所研制出的下述结构镀笔，该镀笔为公知结构，具体结构公开在专利申请号为200910077204.4的专利文件中。所述镀笔结构为：一笔柄主体上部设有悬挂部，下部设有一夹持部；所述笔体由至少两板体与刷毛组成，所述刷毛设于该板体一侧面上，所述板体与笔柄主体连接；所述夹持部夹持一阳极；至少两板体平行设于该阳极两侧；至少两板体和阳极底端均设于一绝缘横梁上且互不相接触，所述悬挂部还设有挂销，该挂销与主轴连接，所述阳极为可溶性阳极。

所述供液泵为耐酸碱的防腐泵。支承座和压紧套为绝缘支承座和绝缘压紧套。

所述机床还包括一自动润滑装置，采用自动间歇润滑泵，间歇时间为30分钟，润滑油粘度牌号为N22～N320。以及还包括一防护罩，该防护罩套设于夹具装置外部。

针对本发明机床，发明人得出以下最佳技术参数：所述主轴转速范围是5～250r/min；主轴最大行程610mm；主轴往复最大速度是5m/min；主轴下端面距工作台面距离为780～1430mm。所述主旋电机为1.1/1000Kw/r/min；伺服电机0.75/3000Kw/r/min。所述水泵0.21/1430Kw/r/min；供液泵0.065/1430Kw/r/min。

本发明的优点与效益：

1、本发明制备简单，成本低廉，通过主旋传动装置和带动引进往复传动装置使主轴带动镀笔做上下往复运动。主旋电机和伺服电机可调节镀笔的往复运动速度和频率。通过上述结构本发明可以大幅提高刷镀工作效率，同时还可大幅提升刷镀的镀层质量。

2、本发明镀笔进退装置底座为可旋转底座，可以两组连杆交替刷镀，大幅提升了刷镀效率。

3、本发明利用供液回液***实现多步骤分别供液的过程，并且可将用后的镀液回收再利用，有效地节约了镀液的使用量。冲洗***的设计使镀笔可反复使用，刷镀过程不会交叉相互污染。

3、本发明可一次性刷镀至少六根连杆，如此批量刷镀，不仅刷镀效果好，标准一致，刷镀效率大幅提高，刷镀成本下降，更易被使用者接受，具有很好的应用前景。

4、由于镀笔采用了可溶性阳极和特制镀液，镀液中的金属离子浓度可长期保持稳定，镀液可长期循环使用，使得镀液的消耗量相比手工刷镀降低了90％左右，节约了成本，并大大减少了废旧镀液环保排放处理的工作量。

5、本发明机床中的镀笔刷毛选用弹性好、耐磨性强的材料取代现有技术的棉花和涤棉套。不仅可以让镀液顺畅通过且有效的阻隔了阳极与工件直接接触。刷毛的设计可以在刷镀过程中清除镀层表面的杂质和气泡，起到了很好的清洁作用。在刷镀过程中，各道工序间，镀笔经过清水冲洗后，上一步工序的溶液即可清洗干净，不会对下一步工序的溶液产生影响，完全可以实现一支镀笔刷镀，各工序间不需更换镀笔。刷毛选用猪鬃或马尾等材质，不仅耐腐蚀耐磨性良好，且弹性极佳，可以反复多次使用。解决了现有技术刷镀一次脱脂棉和涤棉套即报废的缺陷。降低了刷镀成本，节约了资源。

6、本发明实现了电刷镀自动化不仅能保证镀层质量稳定，成品率高，而且可大幅提高生产率。

上述内容已经充分的说明了本发明的技术方案和有益效果，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步叙述，以使公众对发明内容有更深入的了解，具体实施方式的实施例均为最佳的技术方案，而并非对本发明的限制。

附图说明

图1为本发明机床结构示意图；

图2为本发明主动传动装置示意图；

图3为本发明镀笔进退装置示意图；

图4为本发明两组夹具装置结构示意图；

图5为本发明夹具装置俯视图。

具体实施方式

实施例1本发明机床结构

如图1至图5所示，一种连杆自动化电刷镀机床，其包括主旋传动装置1、镀笔进退装置2、电控装置3、两组夹具装置4、冲洗***5和供液回收***6；

主旋传动装置1为一电机底座上设有主旋电机11，该主旋电机11与主动带轮12连接，该主动带轮12通过同步带13与被动带轮14连接；一滚动花键副15通过齿轮16连接被动带轮14；滚动花键副15外部套设有轴套17；

镀笔进退装置2的主轴箱21与主旋传动装置1上的滚动花键副15通过主轴22连接，一伺服电机23通过连接轴24与滚珠丝杠副25连接，该滚珠丝杠副25与主轴箱21连接；主轴箱21下部设有底座26。

两组夹具装置4设于镀笔进退装置底座26上，夹具装置4上设有连杆小孔固定芯轴41、连杆大孔粗定位装置42、绝缘支承座43和绝缘压紧套44；

供液回收***6为若干供液箱61上装有供液泵62及供液电磁阀63，供液管64连接供液泵62，供液管64对准绝缘压紧套44上部；绝缘支承座43上设有回液口431和排液阀门(图中未示，排液阀门结构为公知结构)，该回液口431通过快速插拔接头与若干回液管65连接，并可实现与多个回液管65之间连接的切换，所述回液管65与供液箱61连接。

冲洗***5为水箱51连接水泵52，水箱51内装有液位计、加热棒和温度检测仪，所述水箱51进水口与自来水连接，箱内的液位计自动控制水位，水泵52连接供水管53，供水管53对准绝缘压紧套44上部；还包括废液回收箱54，其通过回液管55与所述的回液口431连接。

所述镀笔进退装置底座26为可旋转底座。

所述电控装置3包括步进电机、驱动器、PLC及触摸屏，PLC可根据需要编制不同画面。触摸屏可对参数(如加工时间、往复速度、往复行程等)进行编辑修改。可根据需要设定不同画面，如往复运动画面，可以设定运动速度、行程；刷镀过程画面，可以设定刷镀时间。在操作站上配备按钮及指示灯，用于各种控制及显示。如机床启动、停止，循环启动、停止，报警指示，机床回零指示，往复上下极限，急停，各种刷镀液的泵的开、关，各种刷镀液进口电磁阀的开、关，各种刷镀液出口电磁阀的开、关，高液位显示灯，低液位显示灯。

所述主轴箱上设有一主轴22，该主轴22连接一镀笔7。该镀笔7推荐使用本发明人所研制出的下述结构镀笔，该镀笔为公知结构，具体结构公开在专利申请号为200910077204.4的专利文件中。

所述供液泵为耐酸碱的防腐泵。支承座和压紧套为绝缘支承座和绝缘压紧套。

所述机床还包括一自动润滑装置，采用自动间歇润滑泵，间歇时间为30分钟，润滑油粘度牌号为N22～N320。以及还包括一防护罩，该防护罩套设于夹具装置外部，自动润滑装置为机床中常用组件结构，在此不赘述。

针对本发明机床，发明人得出以下最佳技术参数：所述主轴转速范围是5～250r/min；主轴最大行程610mm；主轴往复最大速度是5m/min；主轴下端面距工作台面距离为780～1430mm。所述主旋电机为1.1/1000Kw/r/min；伺服电机0.75/3000Kw/r/min。所述水泵0.21/1430Kw/r/min；供液泵0.065/1430Kw/r/min。

实施例2本发明机床具体刷镀方法

a、零件安装：在所述夹具装置设于底座上，该底座为绝缘板。夹具装置上设有连杆小孔固定芯轴、连杆大孔粗定位装置及支承座；在装夹时，将六根连杆的小孔依次套在连杆小孔固定芯轴上，连杆大孔端靠在连杆大孔粗定位装置上。

b、零件找正：做一个连杆大孔用芯轴，此芯轴是否与连杆形状相同尺寸相匹配，此芯轴上端与主轴连接。在连杆粗定位后，启动机床，先使机床回零(回零即为主轴上升到最高点)机床回零指示灯亮后，用慢速将机床主轴引进下来，主轴带动芯轴慢速向下运动，用此芯轴作为连杆大孔的精定位。在芯轴***连杆容器最下端后，用压紧套将各连杆轴向压紧，使其固定。然后缓慢将主轴退回，使其退回至上极限，卸下芯轴，将镀笔与主轴连接。(压板与工作台配合使连杆定位)

c、刷镀加工过程：换好镀笔后，将所述内孔刷镀专用镀笔在主旋电机作用下***连杆形成的容器内，启动供液回收***中的电净刷镀液供液箱的供液泵，开启供液电磁阀，在供液泵作用下向该连杆容器内注入电净刷镀液，注入量可以通过控制***模块控制；此时镀笔阳极接电源正极，连杆连接电源负极；此时启动主旋电机和伺服电极镀笔在主轴带动下上下做往复运动，并且做自转运动进行电净，电净时间和镀笔运动速度可以通过控制***模块控制。电净完毕后，开启回液口，电净刷镀液从回液口排入供液回收***的电净刷镀液供液箱中，待电净液完全排出后，开启冲洗***，水泵将水泵入连杆容器内，进行冲洗，冲洗完毕通过回液口排入废液回收箱

d、依上述程序依次完成强活化、弱活化、刷镀工作层、清洗等工作(供液回收***中的若干供液箱分别装有不同步骤所需的刷镀液，依步骤依次使用)。镀工作层时镀液是循环利用的。

强活化阴极电流密度为1～200A/dm^-2，1～2分钟后，切断电源，清水冲洗两次；弱活化，阴极电流密度为1～100A/d^m-2，1～2分钟后，切断电源，清水冲洗两次；刷镀，阴极电流密度为1～100A/dm^-2，完成后切断电源、排液、冲洗。

e、零件拆卸：刷镀完成后，松开绝缘压紧套，将连杆大孔端以小孔端芯轴为圆心旋转一个角度，依次取下。

所述待刷电刷镀液含有待刷镀金属的硫酸盐、待刷镀金属的盐酸盐和硼酸。电刷镀液含有硫酸镍200～300g/L、氯化镍30～80g/L和硼酸30～40g/L。

将现有连杆刷镀用机床与传统手工刷镀和现有电刷镀装置效率对比：连杆单位为根，结果见表1。

表1自动化刷镀机效率

由表1可知，本发明连杆刷镀用机床镀液消耗相对于发明人前期发明的刷镀装置有所减低；在刷镀效率上由于连杆刷镀用机床实现自动化刷镀，每小时可以刷镀12根连杆，而前期开发的的电刷镀装置每小时只能刷镀6根，刷镀效率有大幅度提高，刷镀效率提高的同时，产品成品率也有所提高，保证了产品的质量，并使刷镀每根连杆的综合成本减低到10元。

Claims (10)

1.一种连杆自动化电刷镀机床，其包括主旋传动装置、镀笔进退装置、电控装置、至少两组夹具装置、冲洗***和供液回收***；

主旋传动装置为一电机底座上设有主旋电机，该主旋电机与主动带轮连接，该主动带轮通过同步带与被动带轮连接；一滚动花键副通过齿轮连接被动带轮；滚动花键副外部套设有轴套；

镀笔进退装置的主轴箱与主旋传动装置上的滚动花键副通过主轴连接，一伺服电机通过连接轴与滚珠丝杠副连接，该滚珠丝杠副与所述主轴箱连接；该主轴箱下部设有底座。

所述至少两组夹具装置设于镀笔进退装置底座上，所述夹具装置上设有连杆小孔固定芯轴、连杆大孔粗定位装置、支承座和压紧套；

所述供液回收***为若干供液箱上装有供液泵及供液电磁阀，供液管连接供液泵，供液管对准压紧套上部；所述支承座上设有回液口和排液阀门，该回液口通过快速插拔接头与若干回液管连接，并可实现与多个回液管之间连接的切换，所述回液管与供液箱连接。

2.根据权利要求1所述的连杆自动化电刷镀机床，其特征在于，所述镀笔进退装置底座为可旋转底座。

3.根据权利要求2所述的连杆自动化电刷镀机床，其特征在于，所述电控装置包括步进电机、驱动器、PLC及触摸屏。

4.根据权利要求3所述的连杆自动化电刷镀机床，其特征在于，所述冲洗***为水箱连接水泵，水箱内装有液位计、加热棒和温度检测仪，所述水箱进水口与自来水连接，箱内的液位计自动控制水位，水泵连接供水管，供水管对准压紧套上部；还包括废液回收箱，其通过回液管与所述的回液口连接。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的连杆自动化电刷镀机床，其特征在于，所述主轴箱上设有一主轴，该主轴连接一镀笔。

6.根据权利要求5所述的连杆自动化电刷镀机床，其特征在于，所述主轴转速范围是5～250r/min；主轴行程不大于610mm；主轴往复速度不大于5m/min；主轴下端面距工作台面距离为780～1430mm。

7.根据权利要求6所述的连杆自动化电刷镀机床，其特征在于，所述主旋电机为1.1/1000Kw/r/min；伺服电机0.75/3000Kw/r/min。

8.根据权利要求7所述的连杆自动化电刷镀机床，其特征在于，所述水泵电机0.21/1430Kw/r/min；供液泵电机0.065/1430Kw/r/min。

9.根据权利要求6至8中任意一项所述的连杆自动化电刷镀机床，其特征在于，所述供液泵为耐酸碱的防腐泵；所述支承座和压紧套为绝缘支承座和绝缘压紧套。

10.根据权利要求9所述的连杆自动化电刷镀机床，其特征在于，还包括一自动润滑装置，采用自动间歇润滑泵，间歇时间为30分钟；还包括一防护罩，该防护罩套设于夹具装置外部。

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