CN1090343A - 工件表面处理装置 - Google Patents

Abstract

一种筒式抛光机，包括容纳工件的导电的内容 器，在内容器圆周壁上制有许多孔，电解液通过这些 孔供给工件；一个导电的外容器围绕着内容器具有预 定间隙的设置；一对电极端子分别与内、外容器相连， 从而使两个容器彼此分别充当极性相反的电极；一个 绝缘件***具有预定间隙的内、外容器之间，并与同 一和每个容器形成间隙；一个能将旋转和振动力提供 给内容器驱动源。内、外容器间的间隙是10mm或 小于10mm。当极性变换时，筒式抛光机可转变成电 镀机。

Description

本发明涉及一种通过电解抛光或电镀对盛在筒式容器中的工件进行表面处理的装置。

公知的筒式抛光装置，用磨料对工件研磨实现抛光。现有技术已提供了一种电解筒式抛光装置，其中该装置是在传统筒式抛光装置中设置阳、阴极板，使电化抛光与上述研磨抛光一起进行。日本专利申请公开号45-26360（1970）和46-9916（1971），都公开了这种电解筒式抛光装置。在所揭示的装置中，在筒中设置相互远离的阳、阴极，并设有电路，使工件作为阳极。

在电解抛光中，通常工件作阳极。反之，当工件作阴极时，就能进行电镀。因此，电解抛光是一种与电镀密切相关的技术。现有技术已提供了几种类型的筒式电镀装置，例如，日本实用新案专利申请公开号56-55252（1981）就公开了其中的一种这类筒式电镀装置，在该公开的装置中，一个桶式振动机由弹簧支撑，阴极板设置在筒中，使其末端处于保存工件的筒底，而阳极板是对着阴极板悬挂。

利用电极间的电压降，在工件上施加一大电流，从处理效率和消耗电功率的观点来看，是非常重要的因素。但是，在上述传统装置中，阳、阴极板相互远离地设置在筒中，因此，不能获得电解抛光或电镀所需电流，除非增加所供电压。即，所希望的抛光质量，例如光滑度、去毛刺或电镀层的厚度，在给装置施加小电流时，就不能在予定的时间内获得。但是，使用超高压，电解温度会因焦耳热而上升。

因此，本发明的目的是提供一种工件表面处理装置，该装置节省电能，并改善所获得的处理工件的质量。

本发明提供一种工件表面处理装置，它包括：一个容纳工件的导电的内容器，在该内容器的圆周壁上制成许多孔，电解液通过这些孔供给工件;一个导电的外容器围绕着内容器具有予定间隙的同轴设置;一对电极端子分别与内、外容器相连，使两个容器充当彼此极性相反的电极;一个绝缘体***具有予定间隙的内、外容器之间，使绝缘体与同一和每个容器之间有间隙;以及一个能对两个容器提供旋转或振动力的驱动源。

根据上述结构，工件和电解液一起放入内容器之中，如果需要，还可以放入导电介质。然后，根据处理种类将内、外容器连接到电极上。在电解抛光情况下，内、外容器分别连接到阳极和阴极上;而在电镀情况下，内、外容器分别连接到阴极和阳极上。在电解抛光时，邻接内容器内壁的工件表面由阳极分解所产生的金属除去作用而使其抛光。在电镀时，电解液中的金属离子电沉积在工件表面上，这样在工件表面形成镀层。

由于内、外容器彼此之间以小间隙相对设置，所以电极之间的距离短。因此，由于阳、阴极电阻很小，所以即使电压低，也能提供大电流。从而，电解抛光或电镀的性能得到改善，而电解液中的热也能受到限制。

所述装置还包括将电解液喷洒在工件表面上的电解液供给装置。在处理时，电解液喷洒在工件表面上，随后，以电流密度为单位的每单位量的电解液的电流密度将会增加，从而提高了处理效率。

本发明的其它目的理解了下文参照附图对其实施例所作的描述，便会清楚明了。本文中未论及的各种优点，对于本领域的普通技术人员来说，在使用本发明的实践中将会出现。

下面将参照附图对本发明的几个实施例进行说明，其中：

图1是根据本发明第一实施例的表面处理装置局部破开的剖视图;

图2是第二个实施例的一筒式抛光装置的容器侧剖视图;

图3是筒式抛光装置的正剖视图;

图4是第三个实施例的筒式抛光装置的透视图;

图5是筒式抛光装置的剖视图;

图6是第四个实施例的筒式抛光装置的正剖视图;

图7是第五个实施例的电镀装置的正视图;

图8是电镀装置的侧视图;以及

图9是阳、阴极距离和所提供的电压和电流之间的关系曲线图。

图1示出了本发明的第一个实施例。在该第一个实施例中，本发明用到一筒式抛光装置上。序号1表示筒式抛光装置的底座。一倾转轴2安装在底座1上，一支承支架11安装在倾转轴2上，使筒式容器B1通常处于一个倾斜位置上。筒式容器B1包括一个内容器4和一个包围着该内容器4的外容器5，工件和电解液放入内容器4之中，如果需要，还可以放入介质。内容器4充当阳极，而外容器5充当阴极，对此将在下文叙述。

内容器4是用不锈钢制成的，上端敞开并有底的筒形。在内容器4的整个圆周上用冲孔方式制出许多通孔6。不锈钢暴露在内容器4的内侧面，而它的整个外表面是用掩膜方式形成的涂膜覆盖。虽然内容器4由不锈钢制成，但它也可以用其他高抗腐蚀的和不溶解的材料如钛、锆、铌或类似物制成。

外容器5和里面的内容器4一样，用不锈钢制成上端敞开而有底的筒形形状。外容器5的直径稍微大于内容器4的直径，使内容器4同轴且具有基本均匀一致的间隙的围绕在外容器5的里面。一个电绝缘件7设置在内、外容器4、5之间的间隙中。绝缘件7由绝缘材料或耐热树脂，例如聚四氟乙烯制成，其上端敞开并有底。在整个绝缘件7上制成许多通孔8，以使内、外容器4、5通过孔8彼此连通。从而，在电解抛光情况下，在电解液和阴极容器（外容器5）以及阳极容器（内容器4）之间形成一个电路。

旋转轴9自内容器4的底面中心沿着其轴线延伸。蜗轮10安装在旋转轴9的末端，并与固定在支承支架11上的驱动马达12耦联，以使得内容器4与绝缘件和外容器5一起同轴低速旋转。旋转轴另一端穿过另一筒形绝缘件13，筒形绝缘件13整个从与其同轴的绝缘件的底面伸出。一个密封件安装在旋转轴9和筒形绝缘件13之间。进一步说，筒形绝缘件13穿过连接管3并安装在第一轴承件14上。连接管3从外容器5的底侧中心向外伸出，第一轴承件14固定在支承支架11上。旋转轴9可旋转地安装在第二轴承件15上，第二轴承件15固定在支承支架11上并处于第一轴承件14与蜗轮10之间。阴极端子16安装在第一轴承件14上，而阳极端子17则装在第二轴承件15上。两个端子16、17与直流电源（未划出）相连，因此，内容器4充当阳极，外容器5充当阴极。

链轮18安装在倾转轴2上，并通过链20与固定在底座1上的倾转马达19连接，使筒式容器B1能在图1实线所示的倾斜或工作位置和图1双点划线所示的旋转或卸载位置之间倾斜。

电解液容器21设置在筒式容器B1上部敞开端的下方，一定量的电解液储存在电解液容器21之中。在抛光过程中，由输液泵22将电解液通过供液管23送入筒式容器B1中。溢出筒式容器B1的电解液再循环回到电解液容器21中。铁丝网24覆盖在电解液容器21的上部开口处，使抛光加工结束时经过处理的工件与从筒形容器21倒出的溶液或物质分离。控制箱25用来操作筒式容器B1和输液泵22。

在该实施例中，阳极和阴极，即内、外容器4、5之间的距离作成可使绝缘件7能够***内外容器4、5之间那样的小。其理由是，工件的电流值即使在所供给的电压小时，由于阳、阴极之间所设置的距离小，仍能有效地增加。

下面将说明筒式抛光装置的操作过程。依据控制箱25的操作，使内、外容器4、5通电，驱动马达12被驱动并带动内容器4低速旋转。装在内容器4内的工件按照物理规律，由导电的抛光材料如炭粒和其它与工件一起盛在内容器4内的类似物进行抛光。同时，工件由电解抛光作用而得到化学抛光。导电的抛光材料在电解抛光中不是必须的。特别是，由于内容器4充当阳极，与内容器4内壁接触的工件也变成了阳极。因此，工件表面由阳极分解作用而得到电抛光。经过一段予定的抛光周期之后，倾转马达19通电并带动筒式容器B1旋转且使该容器B1转到卸载位置。内容器4中的溶液通过金属网24向下流入电解液容器21中，只有工件被挑选而拿出。

图9示出了本发明人所作实验得出的电解作用中阳、阴极间的距离与所供电压和电流之间的关系的结果。在实验中，每个电极由一种材料制成，该材料是日本工业标准SUS304;并且对盐溶液的电解作用下的电流与电压之间的关系经过了检查。图9表示了，当阳、阴极间距离减少到大约10mm时，电压迅速下降，但能获得相当大的电流值，即使电压比较低时也是如此。根据实验结果，筒式容器B1包括作为阳极的内容器4和包围着内容器4的作为阴极的外容器5，使得筒式容器B1可作成双容器式结构。因此，内、外容器4、5之间的距离或阳、阴极之间的距离能够尽可能地被缩短。在第一个实施例中，阳、阴极的距离大约是5mm长。

此后，本发明人检查了利用第一个实施例所提供的装置以及由冲压材料SUS304制成的，每个尺寸是10mm×50mm×3mm的样件所得到的抛光度。表1和2示出了在不同测量条件下的检查结果。在每种测量条件下，重量比为6∶4的H₂SO₄（硫酸）与H₃PO₄（磷酸）的混合物用作电解液，在电解液温度为30℃时开始实验。筒式抛光装置的内、外容器通电10分钟。表1示出了使用恒定为10A的电流情况下的实验结果，表2示出了使用恒定为5V的电压情况下的实验结果。在每个表中，“减少的重量”是指工件每10cm²所减少的重量（mg）;“去毛刺/半径”是指工件棱缘上的毛刺经过电去除成圆形，所形成的一棱缘截面半径。“半径”值取得越大，抛光度就越高。表1和2说明，抛光度和去毛刺的改善在电压或电流保持恒定值时，通过阳、阴极间的距离减少而提高。进一步说，由于消耗的能量少了，所产生的焦耳热能够受到限制。此外，电解液可以连续从电解液容器21通过输液泵22送入筒式容器B1之中。因此，电解液可以保持一个不需要强行冷却的温度值。

表1

在电流为恒定值10A的情况下的阳、阴极的距离和抛光度
			阳、阴极的距离（mm)	减少的重量(mg/10cm2)	去毛刺／半径(R,mm)初始毛刺：0.02mm
20.010.05.0	607.0714.2815.9	0.0130.0180.046

表2

在电压为恒定值5V的情况下的阳、阴极的距离和抛光度
			阳、阴极的距离（mm)	减少的重量(mg/10c2)	去毛刺／半径(R,mm)初始毛刺：0.02mm
20.010.05.0	91.4110.2187.3	0.0250.0250.030

如上所述，在第一实施例中，不锈钢暴露在内容器4的内侧面而其整个外表面用掩膜方式所形成的涂膜覆盖。没有掩膜制成的涂膜，内容器4的与外容器5相对的外表面就会受电解作用的影响，而工件就不会受到电解作用。然而，实验已证实，上述掩膜措施可以更有效地去掉毛刺和提高抛光度。

图2和3示出了本发明的第二实施例。该实施例的筒式抛光装置的筒式容器B2是双层容器结构，它和第一个实施例一样，包括内、外容器4、5。内容器4制成筒形，并在其整个圆周上制成许多通孔6。如图3所示内容器4在其右侧壁的中心位置上制成一个入口26，通过此入口26，可将工件，若需要可和介质一起放入内容器4之中，并可由此取出。外容器5的深度与内容器4的宽度大体相同。外容器5的一侧是敞开的（在图3的左侧面）并制成圆筒形。外容器5同轴并具有间隙的包围着内容器4。圆筒形绝缘件7设置在内，外容器4、5之间，整个筒形绝缘件7上制成许多通孔8。

两根金属支撑线27设置在电解液容器21的上方，用于悬挂筒式容器B2。每个由导电材料如铜制成的悬挂件28a和28b的上端分别挂在金属支撑线27上。悬挂件28a和28b的下端可旋转并可拆卸地连接到支承轴29a和29b上。支承轴29a、29b，经过各自的轴承30伸进彼此相对的容器4、5两侧的中心位置，阳极端子17与邻接内容器4的悬挂件28b相连;阴极端子16与邻接外容器5的悬挂件28a相连，因此，内容器4充当阳极而外容器5充当阴极。筒式容器B2其悬挂方式要使其所盛物全部浸入电解液之中。

皮带轮31安装在内容器4侧边的支承轴29b上。皮带轮31还通过皮带33与设置在电解液容器21外面的驱动马达32相连，以使筒式容器B2低速旋转。在图中，电解液的循环装置省略未划。

第二实施例筒式抛光装置的其他结构与第一个实施例相同。因此，在第二实施例中可以获得与第一实施例同样的效果。当要把工件放入或从筒式容器B2中取出时，筒式容器B2与金属支撑线27断开，其后，内、外容器4、5彼此分离。在这种情况下，可将工件放入内容器4或从该容器中取出。

图4和5示出了第三个实施例。在该实施例中，本发明用于所谓碗形或环形振动筒式抛光装置上。筒式容器B3的外容器5有一环形部分和一向上突出的中心部分。内容器4制成与外容器5相吻合的形状，且有一突出的中心部分4a。内容器4沿外容器5的内壁装入外容器5之中，两者之间具有小间隙。内容器4除了突出部分4a的上表面之外，其余部分整个制有许多通孔6。阴极端子16安装在外容器5上，阳极端子17安装在内容器4的突出部分4a上，这样，外容器5充当阴极而内容器4充当阳极。由绝缘材料制成的绝缘件7设置在内、外容器4、5之间。整个绝缘件7上制有许多通孔8。

与输液泵（未画）相连的供液管23的末端面对筒式容器B3的上开口而设置，这样，在抛光时，可使电解液输入内容器4之中。通过切去一部分外容器5的外圆周壁制成的溢流孔34，可使电解液通过该孔而溢流。溢流的电解液再返回到循环容器（未画）中，随后由输液泵抽出再循环，筒式容器B3与振动源（未画）相连。

第三实施例筒式抛光装置的其他结构与第一实施例相同，因此也象第二实施例一样，可获得和第一实施例相同的效果。

图6示出了第四个实施例。在该实施例中，本发明用于封闭型旋转筒式抛光装置上。在筒式抛光装置的筒式容器B4之中，支承轴35a从该容器的一侧（图6的左侧）中心部分轴向伸出。支承轴35a可旋转地安装在轴承37a上，而轴承37a进一步安装在支撑件36a上。支承轴35b从内容器4一侧的中心部分轴向伸出，并与绝缘件7和外容器5形成水密封。支承轴35b可旋转地支承在安装在支撑件36b上的轴承37b上。内容器4由外容器5同轴且具有小间隙地包围着。整个内容器4上制有许多通孔6。

阴极端子16与外容器5侧面的轴承37a相连，阴极端子17与内容器4侧面的轴承37b相连，这样内容器4充当阳极而外容器5充当阴极。支承轴35b与输液泵（未画）相连，使得在抛光过程中，电解液被输进内容器4之中。支承轴35a用来接收来自内容器4的电解液溢流，使其流入再循环容器（未画）之中。一个盖可拆卸地安装在筒式容器B4上。用来打开和关闭内、外容器4、5和绝缘件的开口，使工件通过开口放入或从内容器4中取出。第四个实施例装置的其它结构与第一、二或三实施例相同，因此也能获得前述几个实施例的相同效果。

图7和图8示出了第五个实施例。在该实施例中，本发明用于具有筒式容器的电镀装置上。电镀装置中所采用的筒式容器B5具有上述的双层容器结构，其不同仅是内容器4充当阴极而外容器5充当阳极。

由不锈钢材料制成的内容器4具有通常为八边形的筒形体4a。盖4b可拆卸地用螺栓和螺母安装在体4a的末端，以防电解液喷散出来。盖4b上有一中心开口4c，一根供电解液的管通过该口4c可***或拔出。在内容器4的体4a的整个侧壁上制有许多通孔6。由钛制成的许多肋38自体4a的内壁上凸出来。在该实施例中，例如六个这样的肋38以相等的角间隔布置，图7中仅表示出了其中一个。肋38用来提高工件的搅动并用来增加容器壁和工件之间的接触面积。

由不锈钢制成的外容器5内装有内容器4，围绕着内容器4的体4a，与外容器5之间具有小间隙（大约5mm宽）。绝缘件7由耐热树脂例如聚四氟乙烯制成，并设置在内、外容器4、5之间。整个绝缘件7上制有许多通孔8，使内、外容器4、5通过孔8由电解液彼此连通。外容器5的侧壁上也制有许多通孔39。

旋转轴9从内容器4的底侧中心部位伸出，穿过与内容器同轴安装的绝缘件7和外容器5。旋转轴9可旋转地安装在设在支撑板41上的第一和第二轴承14、15上。蜗轮10设置在旋转轴9的一端，并与安装在支撑板41上的驱动马达12相联，使内容器4与绝缘件7和外容器5一起低速旋转。旋转轴9一端还穿过另一绝缘件13，该绝缘件13从绝缘件7的底侧同轴地整体伸出来。一个密封件装在旋转轴9和绝缘件13之间。进一步说，筒形绝缘件13***连接管3之中并安装在第一轴承14上，连接管3是从外容器5的底侧中心部位向外伸出的。阳极端子17安装在第一轴承14上而阴极端子16安装在第二轴承15上。两个端子16、17连接到直流电源（未画）上。因此，内容器4充当阴极而外容器5充当阳极。

支撑板41放置在小车42上，小车42可以移动接近或离开电解液供给管并装有装在支撑板41上的摆动轴43。这样，支撑板41便可倾斜。锁定装置（未画）安装在摆动轴43上，以使支撑板41或筒式容器B5通常保持在水平位置上。当工作结束时，锁定装置松开，筒式容器向前倾斜，卸除工件。虽然筒式容器在该实施例中可手动倾斜，但它也可以与电机或类似装置相联，使其机械地倾斜。

回收容器44设置在小车42的前面，以便接收从筒式容器流出的电解液。再循环泵45设置在回收容器44的外面，将电解液抽入筒式容器中。供给管46与泵45的出口相连接。管46的末端通过盖46的开口4c***到内容器4之中。喷射器47安装在管46的末端，使电解液喷射到内容器4中的工件上。

本实施例装置中所使用的电解液可以含有要电镀到工件上的金属离子。在电镀时，工件放入保持在水平位置上的筒式容器之中。然后，驱动马达12驱动内容器4与外容器5和绝缘件7一起低速旋转，同时，驱动再循环泵45，并将回收容器44中的电解液抽出，使电解液喷到工件上。在这种情况下，由于外容器5充当阳极，而内容器4充当阴极，因此，与内容器4相接触的工件也充当阴极。

在第五个实施例中，由于内、外容器4、5之间的间隙或阳、阴极的距离小，所以阳、极的电阻小。因此，即使所供电压低，也能获得大电流值。此外，即使工件未能浸在电解液中，阳解液也能喷淋到工件上。由于部分工件沐浴在电解液中，因此，与工件浸在电解液中相比较，单位面积上的电流密度增加了。由此，电解液中的电解作用增强了，这样在短时间的周期内便能制成有光泽的电镀制品。

进一步说，由于在内容器4的内壁上制有肋38，因此在整个处理过程中，由于筒式容器或内容器4的旋转而产生的搅拌作用使电解液能够均匀地喷洒在工件上。此外，由于与工件的接触面积增加，所以接触阻抗减少。第五个实施例中装置的其他结构与前述每个实施例的结构相同，因此，第五个实施例可以获得与前述实施例相同的效果。

第五个实施例的电镀装置也可以换成电解抛光装置，第一至四实施例中的每个电解抛光装置也可以转换成电镀装置。进一步说，本发明除了用于上述几种形式之外，还可以用于离心筒式抛光装置。虽然在前述几个实施例中，将用直流电源作为电解处理的电源，但也可以用直流脉冲电流来代替。本发明已证明，与采用直流电源的那些装置相比，利用脉冲电流可以提高去毛刺、抛光和电镀的效率。

本专业的普通技术人员可以在本发明的启示下作出各种变型或变化，但这种变型或变化，不会脱离本发明权利要求的精神和范围。

Claims (12)

1、一种工件表面处理装置，包括：

a)一个容纳工件的导电的内容器，该内容器的圆周壁上制有许多孔，通过这些孔将电解液供给工件；

b)一个导电的外容器，它围绕着内容器具有一予定小间隙的同轴设置；

c)一对电极端子分别与内、外容器相连，从而使两个容器彼此分别充当极性相反的电极；

d)一个绝缘件***具有予定间隙的内、外容器之间，使绝缘体与同一和每个容器之间有间隙；以及

e)一个能将旋转或振动力提供给内容器的驱动源。

2、根据权利要求1所述的工件表面处理装置，其特征在于，电解液储存在外容器之中。

3、根据权利要求1所述的工件表面处理装置，其特征在于，所制外容器使电解液能够穿过它。

4、根据权利要求1或2或3所述的工件表面处理装置，其特征在于，两个内、外容器都浸在储存在一个电解液容器中的电解液中。

5、根据权利要求1、2、3或4所述的工件表面处理装置，其特征在于，还包括将电解液喷射到工件上的电解液供给装置。

6、根据上述权利要求1至5中任一个所述的工件表面处理装置，其特征在于，还包括一个储存和回收电解液的容器和一个将储存在容器中的电解液抽送到内容器之中的再循环***。

7、根据权利要求1至6中任一个所述的工件表面处理装置，其特征在于，内容器充当阳极，外容器充当阴极。

8、根据权利要求1至6中任一个所述的工件表面处理装置，其特征在于，内容器充当阴极，外容器充当阳极。

9、根据权利要求1至8中任一个所述的工件表面处理装置，其特征在于，内、外容器之间的间隙是10mm或是10mm以下。

10、根据权利要求1至9中任一个所述的工件表面处理装置，其特征在于，内容器与一个驱动马达相连，使其绕装置的轴线旋转。

11、根据权利要求1至9中任一个所述的工件表面处理装置，其特征在于，内容器与一个振动源相连。

12、根据权利要求1至11中任一个所述的工件表面处理装置，其特征在于，在内容器的内壁上制有导电的肋，所述的肋从其内壁凸出。

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