Электрохимическое маркирование материалов

В статье рассмотрены способы электрохимического маркирования материалов, основные принципы подбора электролитов, также даны рекомендации по выбору напряжений при маркировании. Приведены некоторые марки и модели станков для маркирования деталей.

Независимо от материала и размеров деталей электрохимическим маркирова­нием можно наносить мелкие индексы, видимые как контрастный элемент, или же углубления до десятых долей миллиметра, аналогичные знакам, получаемым ударным клеймением. Такая информация на детали необхо­дима, если на маркируемый участок наносят покрытия (гальванические, лакокрасочные и др.) или же подвергают его последующей обработке (полированию, галтовке, виброобработке, упрочне­нию и др.), при которой мелкие (до 0,02 мм) индексы полностью снимаются или становятся невидимыми. Процесс мелкого маркирования протекает в среде неподвижного электролита, съем металла практиче­ски отсутствует, а информация проявляется путем изменения цвета части поверхности детали. Такой способ называют цветным маркированием, он не требует стационарных установок и может быть ис­пользован при маркировании труднодоступных мест крупногабаритных деталей и непосредственно изделий. Способы мелкого маркирования деталей приведены на рис. 1.

Операция может быть выполнена с помощью знаков, имеющих требуемый профиль, или же с использованием трафаретов, на которые нанесена необходимая информация.

В качестве токо­ведущего знака используется стандартный шрифт от пишущих машинок или типографский шрифт, получаемый на шрифтолитейных машинах и закрепляемый на корпусе клейма.

К недостаткам этого способа относится быстрое окисление рабочей поверхности шрифта, что требует систематической ее чистки. Стойкость типографского шрифта не пре­вышает 5000 циклов маркирования, шрифт от пишущих машинок имеет стойкость в 5 - 6 раз больше. В меньшей степени знаки, полученные с по­мощью пантографов гравированием, набором из от­дельных элементов или фотохимическим методом непосредственно на торцовой поверхности корпуса из коррозионно-стойкой стали или латуни.

Для локализации процесса растворения ме­талла в зоне знаков пространство между ними залито диэлектриком, обработанным заподлицо со знаками. Рабочий зазор при обработке обес­печивается диэлектрическими калиброванными накладками, закрепляемыми в нерабочих зонах торцовой поверхности корпуса, или же высту­пами изоляции, получаемыми до ее застывания вокруг местных углублений иглой. Такой спо­соб маркирования применим при нанесении отдельных индексов, а также при использова­нии нумераторов с изменяемым набором зна­ков.

Мелкое (цветное) маркирование

С использова­нием профиль­ных знаков

С помощью непрофили­рованного инструмента

По трафарету

Непод­вижным инстру­ментом

С переме­щением электродов

Непод­вижным инстру­ментом

С переме­щением электродов

Профиль знака то­коведущий

Профиль знака покрыт диэлектри­ком

Про­филь знака преры­вистый

Про­филь знака не прерыв­ный

Профиль знака токоведу­щий и выступает или уто­пает относительно по­верхности

Рис. 1. Способы мелкого маркирования деталей

В тех случаях, когда знак должен сохранить цвет основного металла, растворяют и изме­няют цвет металла вокруг знака. Профиль ра­бочей поверхности инструмента получают обычно гравированием или фотохимическим методом. При знаках высотой более 3—5 мм можно вообще исключить нанесение диэлек­трика, выполняя знаки выступающими или углубленными относительно торцовой поверх­ности более 0,8-1,0 мм. Однако контур знака получается не всегда четким вследствие рас­сеяния тока, поэтому такой способ может быть рекомендован только для крупных знаков.

При растровом методе рабочая поверхность электрода - инструмента представляет торцо­вую часть изолированных друг от друга стерж­ней, пластин или трубок в форме растровой решетки. Каждый стержень или трубка под­ключены к источнику тока и наносят на по­верхность детали знаки в форме точек. Сочета­нием отдельных точек можно получить любые индексы. Недостатком растрового метода явля­ется прерывистый или неровный контур на­ружного профиля индексов, что может ограни­чить область его применения в машинострое­нии. При необходимости нанесения обширной информации или знаков большой высоты надписи формируются последовательно подвижным инструментом.

Распространено выполнение надписей не­профилированным электродом - электрохими­ческим карандашом. Инструмент перемещают обычно вручную, но способ, может быть ме­ханизирован, например, с применением панто­графа или программирующего узла.

Используя трафарет, можно упростить изго­товление рабочей части клейма. Носителем информации является сам трафарет, который одновременно устанавливает величину зазора между электродами. Обработка возможна с неподвижными электродами или по схеме на­катывания.

Глубокое маркирование протекает в среде проточного электролита, как правило, на ста­ционарных установках. Применяется для дета­лей ограниченных размеров, хотя известны передвижные и переносные установки нанесе­ния глубоких индексов на изделия [13].

Глубокое маркирование может быть осуществ­лено профильными знаками, профилирован­ным электродом или с применением трафарета (рис. 2). В отличие от цветного (мелкого) мар­кирования здесь обязательным условием полу­чения знака заданной глубины является про­качка электролита через зазор, удаляющего продукты обработки и позволяющего раство­рять металл на большую глубину. Прокачка может происходить вдоль обрабатываемой поверхности или же через отверстия в корпусе инструмента.

Рис. 2. Способы глубокого маркирования деталей

Широкое распространение в промышленности получил способ маркирования путем нанесения на заготовку слоя диэлектрика с требуемой информацией фотохимическим методом. Такой способ особенно эффективен при нанесении обширной информации с использованием различных шрифтов и знаков, имеющих элементы малых толщин сложного профиля, которые сохраняют высокую прочность в результате связей с материалом детали. К недостаткам способа следует отнести одноразовое использование трафарета, необходимость в дополнительных операциях по нанесению изоляции информации, ее закреплению и удалению после маркирования.

Выбор электролитов. Применяемые при маркировании электролиты не должны содержать соединений, которые могут образовать твердые продукты восстановления на катоде. Поэтому в основном используют нейтральные растворы солей щелочных металлов, при которых образующиеся на аноде ионы тяжелых металлов не достигают катода, переходя в гидроокиси в межэлектродном промежутке или в прикатодном диффузионном слое. В кислых растворах возможно катодное осаждение некоторых металлов: железа, никеля, меди. В связи с тем, что такое осаждение металла, особенно в форме дендритов, искажает форму катода и приводит к периодическим коротким замыканиям, оно недопустимо с технологической точки зрения. Растворение железа в щелочных растворах происходит по механизму, предложенному Б. Н. Кабановым и др., рассмотренному применительно к электрохимической размерной обработке Р. А. Мирзоевым. Продукты реакции железа и создают цветное изображение на поверхности детали. При наличии в растворе активирующих ионов (например, галоидных) растворение происходит активнее, но изображение получается в виде микроуглублений.

По отношению к железу галоидные анионы можно расположить в ряд по повышающейся активирующей способности: йод, бром, хлор. Исследования процесса показали, что введение определенного количества галоидных анионов в состав электролита для маркирования материалов с высоким содержанием легирующих элементов оказывает положительное влияние на качество индекса, позволяет получить изображение с повышенной стойкостью к механическим воздействиям. При этом на дне микроуглублений получается нерастворимая темная пленка продуктов реакции, что обеспечивает повышенную контрастность изображения.

Большое влияние на механизм образования цветного изображения и эксплуатационные качества этих электролитов оказывает способ их приготовления. Для ряда электролитов необходимы предварительный подогрев растворов до кипения, медленное охлаждение их до исходной температуры и последовательное удаление осадка путем фильтрования. При наличии в составе электролита йода его необходимо предварительно растворять только в спирте, а не в воде, где он практически нерастворим. Для получения точного отображения катода на аноде необходимо применять электролиты с малой электропроводностью и большой пассивирующей способностью. Это обеспечивает требуемую ширину штриха.

Среди электролитов, рекомендуемых к использованию, необходимо подобрать те, которые позволяют получить минимальный «размыв» знака, так называемое уширение ∆В (рис. 3):

,

где В – ширина штриха на инструменте;

L – ширина штриха на детали.

В

Рис. 3. «Уширение» знака при маркировании

Согласно стандартам при маркировании отклонение ширины индекса от номинального значения должно быть не более 4— 10 %, особенно при маркировании мелких знаков, которые при большом значении ∆В могут слиться и нарушить качество информации. Кроме того, некоторые электролиты могут вызывать повышенное содержание водорода в поверхности сплава или давать нестойкое изображение, которое быстро стирается. При работе необходимо соблюдать правила техники безопасности для работающих с электроприборами, включать вытяжную вентиляцию, предохранять руки от попадания электролита, хранить его в закрытой посуде. При использовании электролитов следует учитывать, что они не пригодны для длительного хранения, особенно в металлической посуде, так как теряют способность давать контрастное изображение. Срок хранения электролита 2 недели. Опыт показывает, что этот срок желательно сократить до 5-6 дней. После маркирования детали в ряде случаев необходимо осветлить, т.е. устранить темный налет в зонах, куда попал электролит. Для этого можно рекомендовать смесь эфироальдегидной фракции и ацетона в соотношении 1:1, обработку ведут в ванне не менее 3 мин., после чего детали сушат. Для предохранения информации, нанесенной на деталь, деталь оставляют вне ванны или защищают накладками.

С целью устранения возможности коррозии детали промывают в воде и пассивируют.

Для поддержания химических реакций на электродах нижний предел напряжения составляет 3-4 В. Максимальное напряжение ограничивается возможностью электрического пробоя между электродами, требованиями техники безопасности и целесообразностью реализации больших рабочих токов, проходящих через электрохимическую ячейку.

Напряжение выбирают в диапазоне 3-30 В. При маркировании, когда величина рабочего зазора (при обработке без трафарета) колеблется 0,02-0,15 мм, рабочий диапазон напряжений 3-16 В. Для маркирования с трафаретом зазор может возрастать на толщину трафарета, но величину напряжения выбирают в тех же пределах.

Инструмент с профильными знаками. Носителем информации при электрохимическом маркировании является контур, нанесенный на рабочую поверхность инструмента профильным (выпуклыми или вогнутыми) знаками или на трафарет.

Корпус инструмента может быть выполнен из металла, органического стекла, капролона и другого материала[2].

Современная электрохимическая установка представляет собой комплекс оборудования, включающий собственно станок, источник питания, системы контроля и регулирования важнейших параметров процесса обработки, а также системы снабжения, охлаждения и очистки электролита. Для маркирования применяются следующие марки и модели станков:

Ручное ЭХМ-1А, ЭК-1

Автоматическое,

бестрафаретным методом 4401, ПЭМ-1М

Автоматическое подшипников и

других массовых деталей МЭ311, МЭ301, МЭ309

Программное, универсальными

матричными электродами ГРЭМ-1, ГРЭМ-2

Автоматическое маркирование

режущего инструмента МЭ316, ЭХМ

Библиографический список

1. Смоленцев В.П. Электрохимическое маркирование деталей. - М.: Машиностроение, 1998.

2. Попилов Л.Я. Справочник по электрическим и ультразвуковым методам обработки материалов. - Л.: Машиностроение 1977. – 544 с.

3. Попилов Л.Я. Электрофизическая и лектрохимическая обработка материалов. – М.: Машиностроение 1982. – 400 с.

4. Ф.В. Седыкин Размерная электрохимическая обработка деталей машин. – М.: Машиностроение 1976. – 302

с.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В сборнике «Технология технического контроля и испытаний изделий» Рассмотрены виды и назначение средств технического контроля деталей и сборочных единиц в машиностроении. Рассматриваемые технологические процессы, схемы, описание функционирования современных средств технического контроля, а также обобщенных типовых методик определения основных параметров изделий обеспечивают раннее обнаружение дефектов.

В приведенных статьях изложены основные сведения о приборах и измерительной аппаратуре, которые являются достаточными для правильного выбора средств измерения с заданной для инженерной практики точностью.

Общеизвестные методики, содержащиеся в перечне литературных источников и касающихся регистрации и обработки результатов контроля, проанализированы с учетом инженерной практики, накопленной на базовом предприятии.

Технология технического контроля является неотъемлемой частью производственного процесса, поэтому поставленные задачи позволяют решить задачи повышения качества продукции.

Настоящий сборник составлен по результатам студенческих работ, выполненных в виде индивидуальных заданий под руководством руководителей практики доцентами А.П. Сергеевым и В.А. Саем.

СОДЕРЖАНИЕ

Введение 3

Бочаров В.Б Арбузов А.С.СИСТЕМА ТЕХНИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ 5

Долгушин В.В. Воробьева Ю.А. КЛАССИФИКАЦИЯ ОПЕРАЦИЙ КОНТРОЛЯ 10

Сергеев А. П.,. Герасимов Ю.И. ОПРЕДЕЛЕНИЕ

ОБЪЁМА КОНТРОЛЯ 15

Сергеев А .П. Дмитриев С. Н ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗРЯДА РАБОТ И ПРОФЕССИЙ ИСПОЛНИТЕЛЕЙ ТК 21

Болдырев А.И. Обоимов А.В. ВИДЫ ТЕХНИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ 30

Смоленцев В. П. Орехов Ю. А.КОНТРОЛЬНО - ИЗМКРИТЕЛЬНЫЕ ПРИСПОСОБЛЕНИЯ 39

Смоленцёв В.П. Саввина Л.Н КЛАССИФИКАЦИЯ ОПЕРАЦИЙ КОНТРОЛЯ 46

Биркин В.И. Смольянинова Е.В.КОНТРОЛЬНЫЕ ИНСТРУМЕНТЫ И ПРИСПОСОБЛЕНИЯ 52

Бочаров В.Б. Комов А.С.КЛАССИФИКАЦИЯ ВИДОВ ТЕХНИЧКОГО KOНТРОЛЯ 58

Болдырев А.И.. Турков А. П., М.ПТИПОВЫЕ ПРОЦЕССЫ КОНТРОЛЯ ПРИ ОБРАБОТКЕ РЕЗАНИЕМ 65

Сай В. А., Дубиков. A.M.МЕТОДЫ И СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ УГЛОВ И КОНУСОВ 77

Сергеев А. П. Проскурников Д.Ю .ОРГАНИЗАЦИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ В ВПРОИЗЮДСТВЕ 85

Болдырев А.И. Нетёсов М.В. ПРОГРЕССИВНЫЕ МЕТОДЫ УПРАВЛЕНИЯ

КАЧЕСТВОМ ПРОДУКЦИИ 91.

Биркин В.И. Суздальцев А.А. СТАТИСТИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТКВА ПРОДУКЦИИ 99

Биркин В.И. Бутенко Е.А ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ ТЕХНИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ 106

Бочаров В.Б. Обоимов А. В. Л.Н УСТРОЙСТВО АКТИВНОГО КОНТРОЛЯ 112

Бородкин В.В. Бобков Л.И. ТЕХНОЛОГИЧНОСТЬ КОНСТРУКЦИИ ПРИ ТЕХНИЧЕСКОМ КОНТРОЛЕ 121

Сергеев А. П. Горшин А. В. ИСПЫТАНИЕ

ФОРСУНОК 126

Бочаров В. Б. Горденин П.М. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА КОНТРОЛЯ ЗУБЧАТЫХ КОЛЕС 132

Долгушин В. В., Турков А. П., НОРМИРОВАНИЕ ОПЕРАЦИИ КОНТРОЛЯ 143

Болдырев А.И. Хабибулин А.В. МЕТОДЫ КОНТРОЛЯ ТОЧНОСТИ РЕЗЬБЫ 150

Белякин А. С., Тупикина В.В. ПОКАЗАТЕЛИ УРОВНЯ ТЕХНИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ 155

Гунин В.И., Морев А.И. ЭЛЕКТРОДЫ-ИНСТРУМЕНТЫ ДЛЯ ЭЛЕКТРОЭРОЗИОННОИ ОБРАБОТКИ 168

Сергеев А.П , Паршина В.И. ОРГАНИЗАЦИИ КОНТРОЛЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ДИСЦИПЛИНЫ 172

Болдырев А.И., Рубцов Д.В. ОРГАНИЗАЦИЯ КОНТРОЛЯ СРЕДСТВ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОСНАЩЕНИЯ 182

Сай В. А.,Черных С.Л. СТАНДАРТИЗАЦИЯ МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ 189

Гунин В.И., Р.Н. Чикин Р.Н.СРЕДСТВА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ОСНАЩЕНИЯ МАГНИТНО-АБРАЗИВНОЙ ОБРАБОТКИ 192

Биркин В.И., Щипанов М.В. СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ КАЧЕСТВОМ ПРОДУКЦИИ 199

Чечета И. А., Шишов П.А. ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ

УДАР В ТЕХНИКЕ И ТЕХНОЛОГИЯХ ОБРАБОТКИ

ДАВЛЕНИЕМ 205

Луценко А.П.,.Копылов Ю.Р Определение режимов по нормативным таблицам, расчетно-аналитическим методом и по эмпирическим формулам 208

Кузнецов Е.И., Копылов Ю.Р. ЧИСЛЕННОЕ ОБОСНОВАНИЕ МЕТОДАИЗГОТОВЛЕНИЯ

ЗАГОТОВКИ 213

Сай В. А., Долгополова В.В.АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ 218

Смоленцев В. П., Долгополова В. В. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ МАРКИРОВАНИЕ МАТЕРИАЛОВ 227

Заключение 237

Научное издание

ТЕХНОЛОГИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ И ИСПЫТАНИЙ ИЗДЕЛИЙ

Компьютерный набор М.В. Щипанова

Подписано к изданию05.10. 2006. Формат 60х 84/16.

Уч. изд. л.

ГОУ ВПО «Воронежский государственный технический университет»,

394026 Воронеж, Московский просп., 14

8