CN101498015A - 内孔类零部件电刷镀用镀笔 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内孔类零部件电刷镀用镀笔，其包括有笔柄和笔体，所述笔柄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；所述的至少两板体平行设于该阳极两侧；所述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。本发明镀笔结构简单，制造成本低廉，延长了镀笔的使用寿命，并且节约了镀液的用量，大幅提高了刷镀的工作效率，具有很好的市场前景和应用前景。

Description

内孔类零部件电刷镀用镀笔

技术领域

本发明涉及一种电刷镀用镀笔，具体地说是一种可同时满足多个内孔类零件同时刷镀的电刷镀用镀笔。

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，现有镀笔一般采用石墨阳极6(特殊情况也有采用不锈钢作为阳极)，并在外面裹上脱脂棉7和涤棉套8，如图4所示。由于刷镀的对象是批量化的零件，该镀笔暴露出以下一些问题。

一是包套寿命短。随着刷镀层的增厚和变得粗糙，包套很容易被刮破，不仅易造成阳极与工件表面短路烧伤，而且刮下的包套和脱脂棉经常造成镀层夹杂。

二是镀液浪费严重。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。

三是需多次更换镀笔。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。

四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。

五是刷镀温度过高。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。

六是成本较高。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。

综上所述，按传统方式设计镀笔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

本发明的目的在于弥补和改进上述现有技术的缺陷，经本发明人长时间的研究和试验，最终提出一种结构简单、制备方便、成本低廉，可反复使用，使用寿命长，刷镀效果好，且可以有效节约镀液的内孔类零部件电刷镀用镀笔。

为实现本发明的发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种内孔类零部件电刷镀用镀笔，其包括有笔柄和笔体，其中，所述笔柄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，再通过螺栓螺母紧固更加；所述的至少两板体平行设于该阳极两侧；所述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。该绝缘横梁主要起到支撑和固定作用。

上述的一种内孔类零部件电刷镀用镀笔，其中，所述悬挂部还设有挂销，本发明所述芯轴的顶端还可以设计成可连接结构，如设有螺孔，此设计可使本发明镀笔连接于驱动臂等结构上。

上述的一种内孔类零部件电刷镀用镀笔，其中，所述笔柄各部为一体结构。

另一种内孔类零部件电刷镀用镀笔，其包括有笔柄和笔体，其中，上述的一种内孔类零部件电刷镀用镀笔，其中，所述笔柄为一笔柄主体上部设有悬挂部，下部设有一夹持部；所述笔柄主体为一套筒结构，悬挂部和夹持部为一体结构贯穿于笔柄主体内，其与笔柄主体之间设有绝缘套，还包括一锁母，用以锁紧套筒结构和绝缘套。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，再通过螺栓螺母紧固更加；所述的至少两板体平行设于该阳极两侧；所述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。

上述板体为导电材质制成，导电材质以不锈钢材质为最佳。所述套筒一般选用耐酸碱腐蚀和100℃高温的材质，不锈钢材质最佳。

上述的内孔类零部件电刷镀用镀笔，其中，所述至少两板体相对而设。

上述的内孔类零部件电刷镀用镀笔，其中，所述笔体宽度大于待刷镀内孔类零件内径2～6毫米。上述的笔体宽度为两导电板体之间的距离加两导电板体的厚度和刷毛的长度之和。板体太薄刷毛直立性不好(分散)，毛太短则起不到应有的效果(清洁作用和降低装夹精度)，因此对板体的板厚要求不小于2mm，刷毛长度不小于5mm为最佳。

上述刷毛要求耐酸碱腐蚀和100℃的高温，并具有较好的弹性，以猪鬃或马尾等材质最佳，可栽种于板体上。

上述的一种内孔类零部件电刷镀用镀笔，其中所述阳极一般为导电材质，可溶性阳极最佳。可溶性阳极材质均为公知材质，何种镀液选用相对的金属即可，如如镍镀液选用电解镍作为阳极，本领域技术人员均可通过市售购买等途径得到。

上述的内孔类零部件电刷镀用镀笔，其中，所述阳极为圆柱型或长方体型。

上述的内孔类零部件电刷镀用镀笔，其中，所述阳极横向直径或宽度不小于待刷镀内孔类零件内径的1/5且与所述导电板体不相接触。

本发明的优点与效益：

1、本发明选用可溶性阳极取代现有技术的石墨阳极，以补充镀液中金属离子的消耗，维持镀液中金属离子的平衡，解决了镀液在金属离子浓度低于40％就不得不报废的问题，极大的延长了镀液的使用寿命。统计得出自动化刷镀连杆的镀液消耗量为0.07升/根，仅为现有刷镀连杆(1升/根)时的7％。

2、本发明选用弹性更好、耐磨性更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。传统镀笔每支最多刷1根连杆，而本发明镀笔每支可以刷镀300根以上，寿命提高了300多倍，且刷镀效果较现有技术更佳。

3、本发明可溶性阳极置于笔体的中间，与导电板体平行设置，并与待镀零件表面保持一定的距离，即使阳极与零件有一点偏心也不会明显的影响电流的分布，实现了降低对零件装夹精度的要求。

4、本发明与现有技术相比较，阳极面积大大减小，总电流强度降低，发热量也随之降低，并且由于该镀笔使零件内可以盛装更多的镀液，流通性增强，易于实现循环供液进行散热，以保证零件刷镀表面温度控制在理想的范围内。

5、本发明选用常用的可溶性阳极，其价格比石墨要低，而且90％以上转化为镍镀层，残剩的部分也很容易回收再利用，并考虑对镀液使用寿命的综合影响，成本相比石墨已大幅降低。

附图说明

图1为本发明实施例1镀笔结构示意图；

图2为本发明实施例2镀笔结构示意图；

图3为实施例3中本发明镀笔工作状态图；

图4为现有技术镀笔结构示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，一种内孔类零部件电刷镀用镀笔，其包括有笔柄1和笔体2，所述笔柄1为一笔柄主体11上部设有悬挂部12，悬挂部12上还设有挂销121，悬挂部12下部设有一夹持部13；所述笔体2由两板体21与刷毛22组成，所述刷毛22栽种各该板体21一侧面上，所述板体21与笔柄主体11连接；所述夹持部13夹持一阳极3；板体21平行设于该阳极3两侧；两板体21和阳极3底端均设于一绝缘横梁4上且互不相接触。

上述板体21为绝缘材质制成，绝缘材质选择pvc材质，上述笔柄1各部为一体结构。

实施例2

如图2所示，一种内孔类零部件电刷镀用镀笔，其包括有笔柄1和笔体2，所述笔柄1为一笔柄主体11为一套筒结构，套筒结构内设有悬挂部12，悬挂部12上还设有挂销121，悬挂部12下部设有一夹持部13，悬挂部12和夹持部13为一体结构贯穿于笔柄主体11内，二者之间设有绝缘套4，还包括一锁母5，用以锁紧笔柄主体11和绝缘套5。

所述笔体2由两板体21与刷毛22组成，所述刷毛22栽种各该板体21一侧面上，所述板体21与笔柄主体11连接；所述夹持部13夹持一阳极3，夹持部13与阳极3之间通过螺栓螺母紧固；两板体21相对平行设于该阳极3两侧；两板体21和阳极3底端均设于一绝缘横梁4上且互不相接触。

上述板体21为导电材质制成，导电材质以不锈钢材质。所述套筒结构一般选用耐酸碱腐蚀和100℃的高温的材质，本实施例中为不锈钢材质。

所述笔体2宽度大于待刷镀内孔类零件内径2～6毫米，本实施例为4mm。笔体2宽度为两导电板体之间的距离加两导电板体的厚度和刷毛的长度之和。板体21太薄刷毛直立性不好(分散)，毛太短则起不到应有的效果(清洁作用和降低装夹精度)，因此对板体的板厚要求不小于2mm，本实施例选用6mm。刷毛22长度不小于5mm为最佳，本实施例选用15mm。刷毛22要求耐酸碱腐蚀和100℃的高温，并具有较好的弹性，本实施例选用马尾材质，刷毛22栽种于板体上。

阳极3一般为导电材质，可溶性阳极最佳。可溶性阳极材质均为公知材质，何种镀液选用相对的金属即可，本实施例用镍镀液，因此选用电解镍作为阳极3，本领域技术人员均可通过市售购买等途径得到。阳极3为长方体型。阳极3横向直径或宽度不小于待刷镀内孔类零件内径的1/5且与所述导电板体21不相接触。

实施例3 本发明实施例1制备镀笔用于实际应用实施例

所用镀液为内孔专用刷镀液，电流密度为10A·dm^-2。镀后尺寸为Φ88-0.10。

一、刷镀步骤：

1、前期准备

(1)初加工

将从旧发动机拆卸下来的连杆清洗后进行珩磨，去除疲劳层。

(2)镀笔的准备

将准备好的内孔刷镀笔(实施例1所述)通过挂销安装到一可升降的转台9上，(可用立式钻床代替)悬挂部12上挂销121与旋转电机91连接。

(3)连杆的安装

利用专用的装夹密封装置将6根带刷镀的连杆10装在一起，连杆10之间靠橡胶垫101密封，安装后的状态如图3所示。其中绝缘底座92上开有排液阀门93。

(4)连杆密封质量检查

关闭排液阀门，向连杆内孔中注入清水直至水面漫过最高连杆。检查连杆周围的密封情况，如有渗漏，用密封胶进行堵漏，直至渗漏现象消失。如有大量泄露，应取下连杆重新密封安装，直至满足密封要求。再把连杆中的水排净。

(5)电源的连接

将刷镀电源的负极接在连杆小孔定位销上(等同于连在连杆上)，电源的正极通过电刷连接于镀笔笔柄主体11和阳极上。

2、连杆的刷镀

连杆装夹密封完成后，就可进行刷镀，其工艺流程如下。

(1)电净

关闭排液阀门，镀笔从上部进入连杆大头孔，以设定转速旋转，同时向大头孔内注入电净液至浸没过最后一根连杆，通电(电源正接)实施电净过程。电净电流为80～100A，时间为60～120秒。电净工序结束后，切断电源，打开排液阀排液至电净液完全排净。

(2)清洗

向工件内注入清水，冲洗连杆大头孔内表面和镀笔，至冲洗干净。

(3)强活化

向大头孔内注入强活化液至浸没过最后一根连杆，通电(电源反接)实施强活化过程。电流为100～120A，时间为120秒。强活化工序结束后，切断电源，打开排液阀排液至完全排净。

(4)清洗

向工件内注入清水，冲洗连杆大头孔内表面和镀笔，至冲洗干净。

(5)弱活化

向大头孔内注入弱活化液至浸没过最后一根连杆，通电(电源反接)实施弱活化过程。电流为70～90A，时间为120秒。弱活化工序结束后，切断电源，打开排液阀排液至完全排净。

(6)清洗

向工件内注入清水，冲洗连杆大头孔内表面和镀笔，至冲洗干净。

(7)镀工作层

向大头孔内注入连杆专用刷镀液至浸没过最后一根连杆，通电(电源正接)实施刷镀过程。初始时，电流调整为120～140A，30秒后调整为80～90A。镀层沉积速度约为0.1mm/h，根据镀层厚度要求设定刷镀时间，时间到，切断电源停止刷镀。打开排液阀排液至完全排净。

(8)清洗

向工件内注入清水，冲洗连杆大头孔内表面和镀笔，至冲洗干净。

(9)镀笔停止转动并升起，卸下连杆，清洗皮垫，测量连杆尺寸并记录在连杆再制造卡上，转入机加工序。

说明：过程中镀笔一直在连杆大头孔内做旋转运动。所述的电源正接和电源反接是指控制电源正负极开关的正向和反向两档，接通镀笔和连杆的线路无需变化。当电源正接时，连接镀笔的电源为正极，连接连杆的电源为负极；当电源反接时，连接镀笔的电源为负极，连接连杆的电源为正极，正负极交替以完成刷镀程序。

在本发明的一种优选实施方式中，镀液的主要成分包括待刷镀金属的硫酸盐、待刷镀金属的盐酸盐和硼酸。其中，硫酸盐为主盐，起着供给正离子的作用；硼酸为缓冲剂，起着稳定pH值的作用；盐酸盐为阳极活化剂，作用是促进阳极溶解，防止阳极钝化，保证镀液中金属离子的正常补充。本发明实施例中所用镀液氯化镍的含量为60～70g/L。在刷镀过程中，镀笔中的可溶性镍阳极溶解用以补充镀液中金属离子，镀液可反复长时间使用，大幅节省了镀液的用量。

连杆刷镀工艺参数见表1。

表1 连杆刷镀工艺参数

将刷镀后的连杆转入机加工序进行珩磨和修整，其过程中未出现镀层起皮和脱落现象，经检测满足再制造的尺寸和性能要求。

二、刷镀结构

将现有刷镀用镀笔刷镀效果和本发明镀笔刷镀效果进行技术效果对比：镀笔单位为支，连杆单位为根，结果见表2。

表2 刷镀技术效果对比

 

镀笔	刷镀效率(分钟/根)	镀液消耗(升/根)	镀笔寿命(根/支)	产品成品率	刷镀综合成本(元)
						传统镀笔	90	1.0	1	60％	75
本发明镀笔	8	0.07	300	95％	15
						对比	提高10倍以上	降低了93％	提高300倍	提高35％	降低80％

由表2可知，本发明镀笔旋转刷镀8分钟刷镀一根连杆，而传统镀笔90分钟才能刷镀一根连杆，刷镀效率大幅度提高。而由于本发明镀笔结构的大幅改进，可溶性阳极可不断补给镀液中阳离子的缺失，镀液可反复利用，镀液的消耗量降低了93％。较之传统镀笔，本发明镀笔的寿命是传统镀笔的300倍。产品成品率也提高了35％。刷镀的综合成本降低了80％。以上技术效果对比可见本发明较之现有技术，带来了预料不到的技术效果。

Claims (15)

1、一种内孔类零部件电刷镀用镀笔，其包括有笔柄和笔体，其特征在于，所述笔柄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；所述的至少两板体平行设于该阳极两侧；所述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。

2、根据权利要求1所述的一种内孔类零部件电刷镀用镀笔，其特征在于，所述悬挂部还设有挂销。

3、根据权利要求1所述的一种内孔类零部件电刷镀用镀笔，其特征在于，所述板体为绝缘材质制成。

4、根据权利要求1所述的一种内孔类零部件电刷镀用镀笔，其特征在于，所述笔柄各部为一体结构。

5、根据权利要求1所述的一种内孔类零部件电刷镀用镀笔，其特征在于，所述笔柄主体为一套筒结构，所述悬挂部和夹持部为一体结构贯穿于笔柄主体内，其与笔柄主体之间设有绝缘套，还包括一锁母，用以锁紧套筒结构和绝缘套。

6、根据权利要求5所述的一种内孔类零部件电刷镀用镀笔，其特征在于，所述板体为导电材质制成，所述的导电材质为不锈钢材质。

7、根据权利要求5所述的一种内孔类零部件电刷镀用镀笔，其特征在于，所述套筒结构为不锈钢材质制成。

8、根据权利要求1至7中任意一项所述的一种内孔类零部件电刷镀用镀笔，其特征在于，所述至少两板体相对而设。

9、根据权利要求1至7中任意一项所述的一种内孔类零部件电刷镀用镀笔，其特征在于，所述夹持部夹持一阳极，并通过螺栓螺母紧固。

10、根据权利要求1至7中任意一项所述的一种内孔类零部件电刷镀用镀笔，其特征在于，所述笔体宽度大于待刷镀内孔类零件内径2～6毫米。

11、根据权利要求1至7中任意一项所述的一种内孔类零部件电刷镀用镀笔，其特征在于，所述刷毛为猪鬃或马尾材质制成。

12、根据权利要求1至7中任意一项所述的一种内孔类零部件电刷镀用镀笔，其特征在于，所述阳极为可溶性阳极。

13、根据权利要求12所述的一种内孔类零部件电刷镀用镀笔，其特征在于，所述阳极为电解镍。

14、根据权利要求1至7中任意一项所述的一种内孔类零部件电刷镀用镀笔，其特征在于，所述阳极为圆柱型或长方体型。

15、根据权利要求14所述的一种内孔类零部件电刷镀用镀笔，其特征在于，所述阳极横向直径或宽度不小于待刷镀内孔类零件内径的1/5且与所述导电板体不相接触。

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