Способ регулирования средней плотности тока при гальванообработке

союз советскихСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1650794 А 1)з С 250 21/ ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ К АВТ Изобретение отн ции нанесения гальв быть использовано дл ней плотности тока н проводных материа гальванической ванн Цель изобретени сти регулирования сосится анопо к автоматизакрытий и может я регулирования среда деталях из электроов при обработке их в е я - повышение точредней плотности то ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельство СССРВ 808564, кл. С 25 О 21/12, 1981.Патент США М 4100036, кл. С 25 О 21/12, 1978.(54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ СРЕДНЕЙ ПЛОТНОСТИ ТОКА ПРИ ГАЛЬ ВАНООБ РАБОТКЕ(Б 7) Изобретение относится к автоматизации нанесения гальванопокрытий и может фыть использовано для регулирования средней плотности тока на деталях из электрорроводных материалов при обработке их в гальванической ванне, Целью изобретения является повышение точности регулирова- ия средней плотности тока на поверхности деталей путем автоматического учета коэффициента формы детали в процессе ее обработки. Устанавливают в ванне сбоку или сверху относительно детали вспомогательный электрод, подключают его вместе с главным электродом к одному полюсу источника питания, а деталь - к другому. На стадии пусконаладочных работ одновременно со снятием и фиксацией семейства из п эта-лонных линий равной плотности, определяемых для эталонных деталеи с различными коэффициентами формы Кф 1 . Кф". Кфп, снимают и фиксируют семейство соответствующих им эталонных характеристик ьэ 1=Р 1(1).,1 вэ = Ц 1)1 эп = 1-,(1) гдЕ 18; - тОк через вспомогательный электрод для-й эталонной линии равной плотности,1 - ток ванны, Далее, задавая два значения тока ванны и фиксируя соответствующие им напряжения Од, определяют вольт-амперную характеристику системы обрабатываемая деталь- ванна Од = 11(1), Одновременно определяют характеристику 1 цд = 12(1). Затем определяют токи ванны, соответствующие точкам пересечения вольт-амперной характеристики Од = б 1 с каждой из семейства эталонных линий равной плотности, одновременно определяют токи ванны, соответствующие точкам пересечения характеристики с каждой из семейства эталонных характеристик, С Рассчитывают коэффициенты подобия, характеризующие степень соответствия между коэффициентом формы детали Кфд и коэффициентами формы эталонных дета- а лей Кфэ 1 Кфэ 1,Кфэп в точке пересечения. О Далее из полученного ряда К 1.КККп выбирают наиболее близкий (или равный) "1" и соответствующую ему эталонную линию равной плотности используют в качестве ра бочей для оегулирования средней плотно- О сти тока, 5 ил. 4.ь на поверхности детали путем автоматического учета коэффициента формы детали в процессе ее обработки.На фиг.1 представлена блок-схема установки, реализующей предлагаемый способ; на фиг.2 - графики семейства эталонных линий равной плотности в пересечении с вольт-амперной характеристикой Од = 11(1)обрабатываемой детали; на фиг.З - графики семейства эталонных характеристик 1 вэ = фР 1 1 вэ = Ц 1), соответствующих эталонным линиям равной плотности, в пересечении с характеристикой 1 вд = 12(1); на фиг.4 и 5 - примеры эталонных линий и характеристик.Установка содержит гальваническую ванну 1 электрохимического обезжиривания, в которой установлены главные электроды 2 и 3, подвеска 4, вспомогательный электрод 5, источник 6 питания ванны, шунт 7 в цепи источника 6 питания, регулировочное сопротивление 8 в цепи вспомогательного электрода. 5, шунт 9 в цепи вспомогательного электрода 5, устройство 10 регулирования плотности, включающее комммутатор 11 сигналов датчиков, аналого-цифровой преобразователь 12, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 13, процессор 14, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 15, содержащее программу работы устройства, графики эталонных характеристик, получаемых на этапе пуско- наладочных работ, цифроаналоговый преобразователь 16, усилитель 17, информационное табло 18, пульт 19 управления.Установка, осуществляющая регулиро.вание плотности тока с использованием предлагаемого способа, налаживается и работает следующим образом,На стадии пусконаладочных работ из широкой номенклатуры деталей, подлежащих обработке, выбирают 5 - 7 деталей, резко отличающихся по форме и габаритам, например детали малогабаритные плоские (относительно длины ванны), детали крупногабаритные плоские, детали плоские с отверстиями, детали, протяженные по длине ванны; детали плоские по длине, но фигурные по другим координатам ванны и т.д.Указанные детали являются эталонными деталями - представителями групп деталей, различающихся конфигурацией. Далее снимают эталонную линию равной плотности при заполнении подвески на разную площадь одинаковыми эталонными деталями-представителями. Точки для построения указанной линии, представляющей зависимостьОд 1= Ь(1) Р, = сопзс,гДе Одэ 1 - напРЯжение междУ подвеской с деталями представителями первой группы деталей и главными электродами 2 и 3;1 - общий ток ванйы, А;Рэ - заданная постоянная величина средней плотности тока на деталях подвески, А/дм, получают следующим образом.20 от указанных датчиков поступает на коммутатор 11 устройства 10 регулирования плот 40 45 50 55 5 10 15 25 30 35 Рассчитывают площадь эталоннои дета ли - йредставителя как геометрической фигуры, на 10 - .20 по высоте завешивают подвеску 4 по всей ширине указанными деталями, опускают ее в ванну 1 и устанавливают общий ток ванны в соответствии с формулой 1 = РзЯэ,где 1 э 1 - общий ток ванны для данной подвески, А;Яэ 1 - суммарная геометрическая площадь деталей на подвеске, дм 2,Датчиком общего тока ванны является шунт 7 в цепи источника 6 питания, датчиком тока через всгомогательный электрод - шунт 9. Напряжение Одэ замеряется в точках подсоединения проводов от источника питания к подвеске и главному электроду ванны.При выполнении любых замеров сигнал ности, Выбор замеряемого параметра на выходе коммутатора 11 осуществляется с пульта 19 управления через процессор 14. После выполнения процессором 14 масштабных операций результат замера в цифровой форме поступает на вход цифроаналогового преобразователя 16 и отображается на информационном табло 19.После установления токафиксируют напряжение Ода между подвеской 4 и главными электродами 2 и 3 и получают точку 1 с координатами Од,1,1 для построения графика эталонной линии равной плотности Одзи = тэ (фиг.2). Одновременно фиксируют ток через вспомогательный электрод 5 1 эц и получают точку 1 для построения эталонной характеристики ы = Е 1(1) (фиг.З). Ток через вспомогательный электрод 5 может устанавливаться регулировочным сопротивлением 8 в пределах 0,01 - 0,10 от общего тока ванны при первом замере. После фиксации точки 1 (фиг,2 и 3) подвеску 4 заполняют теми же деталями еще на 10 - 20 площади подвески 4, рассчитывают суммарную геометрическую площадь деталей на подвеске 4 и, повторяя приведеннуюпроцедуру, получают танку 2 (фиг,2 и 3). Регистрация точек эталонных характеристик продолжается до полного заполнения подвески 4 деталями, В результате повторения процедуры замера фиксируют на графиках ряд точек, соединяя которые получают на (фиг,2) график эталонной линии равной плотности, для деталей первой группы Одэ 1 = 1 э 1(1)Р = сопзф) (фиг,2) и эталонную характеристику 1 еэ 1 = Г 1 (фиг.З). Далее берут эталонные детали - представители второй группы деталей и, повторяя приве 1650794выбирают из полученного ряда К 1 К 4 наиболее близкий (или равный) 1 и используют соответствующую ему эталонную линию равной плотности в качестве рабочей для регулирования плотности тока, т.е, устанавливают общий ток ванны соответствующим точке пересечения указанной линии с вольтамперной характеристикой.Алгоритм реализуется устройством 10 регулирования плотности тока, ПЗУ 15 которого содержит команды, соответствующие алгоритму, а процессор 14 выполняет необходимые действия. Задание на общий токЮ денную процедуру, получают эталонную ли- НИЮ РаВНОй ПЛОтНОСтИ Одэ 2 = Фа (фИГ.2) И ЭтаЛОННуЮ ХараКтЕрИСтИКувэ 2 = Г 2(1) (фИГ.З).Проведя аналогичную работу со всеми эталонными деталями . - представителями, получают графики семейства эталонных линий равной плотности, представленные на фиг.2, и семейство эталонных характери- СтИК 1 вэ 1 = Г 1(1) 1 вэ 4 = Г 4(1), ПРЕДСтаВЛЕННОЕ на фиг.З.Полученные семейства эталонных характеристик фиксируют либо аналитическим, либо табличным способом в постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) 15 (фиг,1). После отпускания подвески 4 с обрабатываемыми деталями в ванну 1 устанавливают общий ток ванны равным минимальному току источника 6 питания; 1= =дцин фиксируют напряжение Одцин между подвеской 4 и главными электродами 2 и 3 ванны до значения= 1 э 1, соответствующего точке 3 на графике ближайшей эталонной линии равной плотности(фиг.2), Фиксируют напряжение между подвеской 4 и главными электродами ванны 2 и 3 и ток через вспомогательный электРоД 1 вэ 1 = 1 вд 1, СоеДинЯЯ прямой линией на фиг,2 точки (Одмин. 1 дмин) и (ОЗ,1 э 1), пОлучают вольт-амперную характеристику системы деталь - ванна Од = 11 соединяя прямой линией на фиг,3 точк (1 дмин,1 вд 1) и (1 в,1 вд 1), получают характери стику 1 вд = т 2(1).Далее токи ванны 1 э 1 эа, соответствую щие точкам пересечения характеристик Од- Ц 1) с каждой из семейства эталонны линий равной плотности (фиг.2); определя ют токи ванны 1 в 1,1 в 4, соответствующи точкам пересечения характеристики 1 вд =12(1) с каждой из семейства характеристи 1 вэ 1 = Г 1(1)". вэ 4 = Г 4(1),Далее расчитывают коэффициент под обия по формулам ванны 1 преобразуется иэ цифровой формы в аналоговую цифроаналоговым преобразователем 16 и через усилитель 17 подается на источник 6 питания ванны 1.П р и м е р. Результаты полученые при регулировании средней плотности тока при обработке деталей в лабораторной гальванической ванне 1 электрохимического обезжиривания. Габариты ванны: 200 х 200 х 260 (глубина) мм, Состав электролита в ванне,г/л; натр едкий 30; тринагрийфосфат 30;сода кальцинированная 30,Главные электроды 2 и 3 выполнены из стали и имеют габариты, мм: ширина 140, высота 190,Вспомогательный электрод представляет собой отрезок мерной проволоки диаметром 2 мм, длиной 120 мм, размещенный на расстоянии 1 см от верхнего края подвески 4. В качестве источника 6 питания использован диодный выпрямитель. На фиг,4 представлено семейство из трех эталонных линий равной плотности для Р, = 10 А/дм .2Зависимость Одэ 1= Ь 1(1)Рэ = 10 получена при помещении в ванну 1 медных эталонных пластин, имеющих высоту Ь 1 =. 100 мм и ширину б = 10 мм при их последовательномдобавлении на подвеску 4 по ширине. Порядок построения зависимостей следующий,Одну пластину устанавливают на подвеску 4 и погружают в ванну 1, Устанавливают ток ванны 11, обеспечиваюЩий Рэ = 10 А/Дм, в соответствии с формулой 11 = Рэ БЭ 1. Площадь эталонной пластины с учетом двух поверхностей: Яэ 1= Ь 1112 =0,2 дм . Отсюда 1=2= 2 А. Соответствующее току напряжение на электродах ванны Одэ 11=4, 3,2 В. Точку 1 с КООрдИНатаМИ 11= 2 А; Одэ 11= 3,2 В НаНОСят на систему координат (фиг,4). Точка 1 зависимости Одэ 1 = 1 э 1Р = 10 одновременно определяет для 11 = 2 А ток 1 вэ 11 через вспомогательный электрод 5 и фиксируют точку в систему координат, представленную на фиг.5,Точку 2 зависимости определяют при добавлении на подвеску 4 второй пластины по ширине подвески. Общая площад 2 ь по- ВЕрХНОСтИ дВуХ ПЛаСтИН Яэ 2 .= 0,4 СМ . ТОК ванны 12, обеспечивающий Рэ = 10 А/дм,2 равен 12 = 4 А. Соответствующее ему напря- ЖЕНИЕ На ЭЛЕКтрадаХ ВаННЫ Одэ 12 = 3,36 В. СоответствУюЩий ток 1 вэ 12 фиксиРУетсЯ на фиг.5,Аналогичным образом, продолжая последовательно добавлять на подвеску 4 по ширине эталонные пластины, получают еще ряд точек (3, 4 и т.д.), по которым определяют и фиксиРУют зависимость Одэ 1 = 1 э 1(1)Р = =10 (фиг.4) и зависимость 1 вэ 1 = Г 1(1) (фиг,5).5 10 15 20 30 35 лагаемого способа 40 45 50 К 1 = - =08441 э 1 1 в 1 К 2 = - =0,536;1 э 2 1 в 2 ДЛя ПОСтрОЕНИя ЗаВИСИМОСтЕй Одэ 2 -тэ 2Р - 10 и 1 вэ 2" г 2(1) ыспользУют эталонные пластины с фиксированной высотой Ь 2=70 мм. Ширина пластин 6=10 мм, Последовательно добавляют пластины.на подвеску 4 по ее ширине, Определяют и фиксируют аналогично. точки эталонной ли- НИИ РаВНОй ПЛОтНОСтИ, Одэ 2 - тэ 2(1)Р - 10 (фИГ.4) И ЭтаЛОННОй ХаРаКтЕРИСтИКИ 1 вэ 2- ".Р 2(1) (фиг.5). Зависимости Одэз = ФэзР = 10 и 1 вэз- Гз(1) построены аналогично для эталонных пластин шириной (3 = 10 мм, Зависимости (фиг,4 и 5) фиксируются в ПЗУ 15 устройства 10 регулирования плотности.На подвеску 4 устанавливают обрабатцваему 1 о деталь 1, например медный уголок, габариты которого указаны на фиг.4, Он имеет Кф, отличный от. эталонных деталей, использованных при изготовлении зависимостей (фиг.4 и 5). Площадь поперечнога поверхностного уголка д у = 0,2 дм, Минимальный ток источника 6 питания составляет мин = 1 дмин = 1 А. В ванне 1 с обрабатываемой деталью устанавливают ток= 1 А, Соответствующую ему точку с координатами 1 дмин = 1 А; Одмин = 2,54 В фиксируют в системе координат (фиг.4). На фиг.5 фиксируют ток вспомогательного электрода 1 вдмин, Поднимают ток ванны до значения . 1 э 1, соответствующего точке на ближайшей эталонной линии Равной плотности Одэ 1 = :1 э 1(1)Р = 0 (фиг.4). Фиксируют соответствующее току значение напряжения Оэ на электродах ванны; В системе координат (фиг.5) фиксируют ток вспомогательного электрода 1 вд 1. Соединяя прямой линией (фиг.4) точки С КООРДИНатаМИ (Одмин,1 дмин) И (Оэ,1 э 1), ПОЛ- учают вольт-амперную характеристику системы обрабатываемая деталь - ванна Од 1= :11. Соединяя прямой линией точки с коорДинатами (1 дмин,1 вдмин) и (1 э 1,1 вд 1) полУчают хаРактеРистикУ 1 вд 1 = 12(1) (фиг.4 и.5),Далее продолжают вольт-амперную характеристику (фиг.4) до пересечения со всеми эталонными линиями равной плотности семейства, На фиг.5 продолжают характеРИСтИКУ 1 вд 1 = 12(1) ДО ПЕРЕСЕЧЕНИЯ СО ВСЕМИ характеристиками семейства.Точкам пересечения на фиг.4 соответствуют токи ванны 1 э 1 = 1 9 А; 1 э 2 = 2,6 А; 1 эв = ;3 А. На фиг.5 точкам пересечения соответствуют токив 1 = 2 25 А 1 в 2 =.4 85 1 вз = 6,4 А.Коэффициенты подобия определяют по формулам Кз = - =0,47.1 эзезИз них наиболее близким. к "1" является К 10,844, ему соответствует эталонная линиЯ Равной плотности Одэ 1 - 61(1)Р - 10 (фиг.4), На пересечении этой линии с ВАХ детали Од 1 -. б(1) определяется значение тРЕбУЕМОГО тОКа 1 э 1 = 1,95 А, КОтОРЫй И СЛЕ- дует установить и поддерживать в ванне 1 для обеспечения средней плотности тока на поверхности детали в соответствии с заданием Рэ = 10 А/дм, Поскольку в данном примере площадь обрабатываемой детали известна (Яу = 0,2 дм 2), можно проверить точность предлагаемого способа (С 1 = 2,5%).При размещении на подвеске детали, представляющей медную пластину высотой Ь 4= 20 мм и шириной Ь -100 мм, аналогично получают зависимости Од 2 = 111 в системе координат на фиг.4 и вд 2 = т 21(1) в системе координат на фиг.5, В этом случае предлагаемым способом определяется эталонная линия равной плотности Одэз = баэз(1)Р = 10, используемая в качестве рабочей. Пересечение ВАХ Указанной Детали Од 2 = 11 1(1) с Указанной линией (фиг.4) дает требуемый ток ванны 1 э 4 = 4,4 А. Погрешность в этом случаеС 2 = 10%Известный способ реализуется в ряде установок для регулирования плотности тока отечественного производства, в частности, выпоямительным агрегатом типа ВАК-18 У 4, с помощью которого определяется экономическая, эффективность предТочность стабилизации плотности тока агрегатом ВАК-18 У 4 составляет в соответствии с паспортом й 10%. Настройка агрегата на заданную по технологии плотность тока, состоящая в определении эталонной линии заданной равной плотности, производится в соответствии с руководством по эксплуатации с помощью снятия вольт-амперных характеристик загружаемых в ванну эталонных пластин, В том случае, если конфигурация помещаемых в ванну для гальванообработки деталей существенно отличается от конфигурации эталонных пластин, точность регулирования может составлять +. 50% и болееИспользование предлагаемого способа позволяет выдерживать точность регулирования плотности тока в пределах . 10% в широком диапазоне изменения геометрической конфигурации деталей, способе их размещения на подвеске, степени заполненности подвески деталями и т.е. Экономическая эффективность данного способа связана с повышением в среднем на 15% точностирегулирования плотности тока на поверхности деталей. При этом отпадает необходимость искусственно завышать толщину покрытия, обеспечивающую служебные свойства покрытий при всех ожидаемых неточностях установления параметров технологического процесса, что позволяет повысить на 15 производительность труда и счизить энергозатраты (электроэнергия, пар, вода). Формула изобретения Способ регулирования средней плотности тока при гальванообработке, включающий определение и фиксацию на стадии пусконаладочных работ линии равной плотности тока, погружение обрабатываемой детали в ванну и установление тока ванны соответствующей точке на линии равной плотноститока, отл и ч а ю щи й с ятем, что, с целью повышения точности регулирования средней плотности тока на поверхности детали путем автоматического учета коэффициента формы детали в процессе ее обработки, в ванну устанавливают вспомогательный электрод, подключают его к тому же полюсу источника питания, что и главный, для эталонных деталей - представителей с коэффициентом формы Кф 1 определяют и фиксируют эталонную линию РаВНОй ПЛОтНОСтИ тОКа Одэ = 1 э 1(1)Рз = СОПЗ 1, одновременно определяют и фиксируют ЭтаЛОННуЮ ХараКтЕрИСтИКу 1 вэ 1 = Е 1, даЛЕЕ определяют и фиксируют эталонную линию равной плотности тока Одэ 2 = Ь 2(1)Рз = сопз для эталонных деталей - представителей с Кф 2, одновременно определяют и фиксируют соответствующую ей эталонную характеристику 1 вэ 2. = Р 2(1) и так до получения и фиксации семейства эталонных линий рав- НОЙ ПЛОТНОСТИ Одэ 1 = тэ 1Рз = СОПЫОдэп = -эп(1)Рз = сопзс и соответствующего ему сеМЕйСтВа ЭтаЛОННЫХ ХаРаКтЕРИСтИК 1 вэ 1ъ Р 1(1)., 1 вэп - Рп(1) определяют токи ванны, соответствующие точкам пересечения вольтамперной характеристики Од = 11(1) системы 5 деталь - ванна с каждой из семейства эталонных линий равной плотности, одновременно определяют токи ванны, соответствующие точкам пересечения характеристи,ки 1 вд - 12(1) с каждой из семейства 10 эталонных характеристик, рассчитывают коэффициенты подобия по формуламК 1 = 1 э 1/1 о 1;15Кп = 1 эп/1 вп,гДе Одэ 1, Одэп - напРЯжение Деталь - 20 главный электрод, В;Рз - заданная плотность тока, А/дм;г,1 - общий ток ванны, А;1 вэ 1, 1 вэп - .тОК ЧЕРЕЗ ВСПОМОГатЕЛЬНЫйэлектрод при наличии в ванне эталонных 25 деталей, А;1 вд - ток через вспомогательный электрод при наличии в ванне обрабатываемых деталей, А;К 1 Кп - КазффИцИЕНтЫ ПОдабИя;30 1 э 1 .эп - ЗНаЧЕНИЯ ТОКОВ ВаННЫ В тОЧКаХпересечения характеристики Од = И(1) с каждой из семейства эталонных линий равной плотности, А;35 1 в 11 вп - ЗНаЧЕНИя ТОКОВ ВаННЫ В тОЧКаХпересечения характеристики 1 вд = Ф 2(1) с каждой из семейства эталонных характеристик, А, ВЫбИраЮт ИЗ ПОЛУЧЕННОГО ряда К 1 Кп Наиболее близкий К" 1" и используют соответ ствующую ему эталонную линию равнойплотности в качестве рабочей для регулирования средней плотности тока..Козори Заказ 1588 Тираж 407 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при 113035, Москва, Ж, Рауаская наб., 475 СССР Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101