CN106702451B - 零件的深长盲孔硬质阳极化装置及加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种零件的深长盲孔硬质阳极化装置及加工方法。所述硬质阳极化装置包括用于竖向固定零件且保持零件孔口向上的装挂挂架；所述装挂挂架上固定有阴极管，且阴极管与装挂挂架之间绝缘；所述阴极管的上端作为气体入口，该阴极管的下端伸入零件孔底，且阴极管的下端为气体出口；所述阴极管用于与阴极电连接，所述零件用于阳极电连接。本发明保证了深长盲孔内溶液、气体、热量快速与孔外交换，从而提高了产品质量。

Description

零件的深长盲孔硬质阳极化装置及加工方法

技术领域

本发明涉及一种零件的深长盲孔硬质阳极化装置及加工方法，属于特种工艺加工方法领域，尤其适用于深长孔（孔深：孔径≥10），且为盲孔的零件硬质阳极化电镀。

背景技术

航空产品中，由于铝制件硬度低（120HV-180HV），耐磨性较差，根据其使用用途，通过对配合表面进行硬质阳极化，可将表面硬度提高至350HV-500HV，且该镀层有绝缘功能。

该镀层由于生长机理特殊，通过对基体的溶解而生长镀层，造成镀层无法返修；且在生长过程产生大量热量，使零件基体过溶解（溶解至工艺要求范围外），导致零件产生报废的风险。传统硬质阳极化工艺多用于裸露面积大、导液、导气能力好的部位，且镀层较薄，一般为0.015mm-0.030mm，使用局限性较小。其传统工艺加工方法较也为简单，多采用弹簧式、夹板式加工方法。

随着航空产品的研制，部分零件深长盲孔要求进行硬质阳极化，且镀层厚，一般为0.06mm-0.08mm。该类零件多为关键件，如针杆、活塞等零件，其孔深：孔径≥10，且为盲孔类零件。如图示3,零件孔深262mm，孔径25mm。其结构决定了硬质阳极化部位导液、导气能力差，热量排放难，易发生内孔基体过溶解现象，且镀层厚度要求高。

为达到零件深长盲孔硬质阳极化加工要求，需创新工艺加工方法、设计零件装挂夹具及气体搅拌装置。通过对零件的牢固装挂，精准的导电面积固定、安全的气体搅拌装置安装等方式实现零件的硬质阳极化加工要求。

发明内容

本发明旨在提供一种零件的深长盲孔硬质阳极化装置及加工方法，该硬质阳极化装置可以实现对内孔槽液进行气体搅拌，保证深长盲孔内溶液、气体、热量快速与孔外交换，从而彻底解决零件深长盲孔硬质阳极化过程中导液、导气能力差，热量排放难，易发生内孔基体过溶解现象。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种零件的深长盲孔硬质阳极化装置，所述深长盲孔为孔深：孔径≥10的盲孔；其结构特点是，所述硬质阳极化装置包括用于竖向固定零件且保持零件孔口向上的装挂挂架；所述装挂挂架上固定有阴极管，且阴极管与装挂挂架之间绝缘；所述阴极管的上端作为气体入口，该阴极管的下端伸入零件孔底，且阴极管的下端为气体出口；所述阴极管用于与阴极电连接，所述零件用于阳极电连接。

由此，在进行深长盲孔硬质阳极化过程中，通过阴极管通入压缩气体，对深长盲孔的孔底进行冲刷、搅拌，然后从孔底反弹后从深长盲孔的孔口处排出，保证深长盲孔内溶液、气体、热量快速与孔外交换，从而提高了产品质量。

根据本发明的实施例，还可以对本发明作进一步的优化，以下为优化后形成的技术方案：

优选地，所述阴极管的中部为导电夹安装区，所述装挂挂架与阳极相连。装挂挂架与零件之间电连接。

为了保证零件装挂牢固，所述装挂挂架包括用于定位零件底部的下压板，用于定位零件孔口端的上压板，以及连接上压板和下压板的拉杆；所述上压板上装有螺纹套，该螺纹套上开有排气排液孔和用于固定阴极管的管孔。

优选地，所述拉杆顶端装有电镀挂钩，该电镀挂钩用于与电镀槽的阳极棒相连。

为了阴极管与装挂挂架（零件）之间绝缘，所述螺纹套为非金属材料制成的，优选所述螺纹套为有机玻璃或聚四氟乙烯制成的。

优选地，所述拉杆与零件之间的距离为不小于15mm，优选为15mm-20mm。

为了确保工装与零件装夹接触部位，保证导电面与夹具接触面100%固定，所述上压板的下端面开有用于定位零件孔口端的定位槽，该上压板的定位槽兼具导电面；所述下压板的上端面开有用于定位零件底部的定位槽，该下压板的定位槽兼具导电面；优选所述定位槽上开有贯穿下压板的上下端面的排液孔。

为了防止阴极管在通入压缩气体时发生晃动，所述阴极管的底端部装有挡片。

优选地，所述零件的深长盲孔分为作为非硬质阳极化面的孔口段和作为硬质阳极化面的孔内段；所述孔口段的内壁具有保护层；优选保护层为硝基胶。根据工程图纸要求，该孔口段不要求进行硬质阳极化，或者说该孔口段为非硬质阳极化面。

基于同一个发明构思，本发明还提供了一种利用所述的零件的深长盲孔硬质阳极化装置对深长盲孔硬质阳极化的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将零件竖向固定在装挂挂架上，且保持零件孔口向上；

S2、零件的深长盲孔分为作为非硬质阳极化面的孔口段（B）和作为硬质阳极化面的孔内段；所述孔口段的内壁设置保护层；

S3、将阴极管与压缩气体连通，将阳极棒与装挂挂架相连，阴极管用于与阴极电连接，保证阴极管与装挂挂架之间绝缘，但装挂挂架与零件之间导电；对零件的孔内段进行硬质阳极化，使得零件的孔内段的内壁硬质阳极化的厚度为0.06 mm -0.08mm，硬度值不低于350HV。

藉由上述结构，本发明对于深长孔且为盲孔零件要求对其内孔进行硬质阳极化。由于深长盲孔的结构特点，导液、导气能力差，内孔安装电镀阴极之后，会快速产生热量，使零件内孔发生溶解，从而导致零件报废；

本发明通过对零件深长盲孔硬质阳极化零件加工方法及装置的设计，从零件装挂方式、固定方法、阳极安装、内孔气体搅拌等途径彻底解决该类零件硬质阳极化加工风险，从而保证零件电镀要求。

本发明的应用将为其它电镀工艺，如镀铬、镀镉钛合金的深长盲孔类零件电镀具有重要指导作用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过挂架等装置固定零件，并导通电流，阴极管接入压缩空气，使待电镀孔内溶液、气体、热量快速与孔外交换，最终实现该类零件的合格硬质阳极化。

本发明的应用可进行如下推广：

1.深长孔（孔深：孔径≥10）零件硬质阳极化，尤其是该孔为盲孔，其电镀合格率可达100%；

2.该工艺方法及设计思路可用于零件深长盲孔的其他电镀工艺如镀铬、镀镉钛合金等多种电镀工艺；

3.本发明的实用性强，尤其对封闭型腔、排液、排气不通畅的电镀工艺，且镀层厚度要求较厚的电镀工艺提供了更好的加工方法。

4.本发明好学易懂，安装及拆卸方便，外形美观简洁；

本发明经试验加工零件一次合格率达到100%，对零件的加工质量及生产成本控制都有积极的推动作用。

由于深长孔结构的特殊性，通过本发明的应用，安全、稳固的装挂工装与零件，并设计装置在电镀过程中加速孔内溶液、气体的流动，从而使孔内与孔外及溶液及气体保持快速交换，达到更新槽液、降低内孔温度的作用。以此，达到对内孔镀层的均匀生长提供必备条件。从而保证对基体耐磨性、硬度值有很大提升，可延长零件使用寿命。

本发明同样可应用将为其它电镀工艺，可根据不同镀层的性能要求，改善基体性能，提高了零件使用寿命。

附图说明

图1是本发明待加工零件的结构示意图；

图2是本发明一个实施例的结构原理图；

图3是本发明的上压板设计简图，其中a)为仰视图，b)为a)的A-A剖面图；

图4是本发明的下压板设计简图，其中a)为俯视图，b)为a)的B-B剖面图；

图5是本发明的椭圆螺母设计简图，其中a)为俯视图，b)为a)的C-C剖面图；

图6是本发明的拉杆设计简图；

图7是本发明的挡片设计简图；

图8是本发明的螺母套设计简图；

图9是本发明的阴极管设计简图。

在图中

1-上压板；2-下压板；3-椭圆螺母；4-拉杆；5.挡片；6-螺母套；7-阴极管；8-通用电镀挂钩；9-内螺纹公头；10-零件；A-孔底面；B-孔口段。

具体实施方式

以下将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。

一种零件的深长盲孔硬质阳极化装置，以零件装挂挂架为骨架，利用与零件接触的导点部位为固定点，将零件安全、牢固安装于挂架，另外在零件孔口通过阴极管向深长盲孔内输送压缩空气，使气体在孔内循环搅拌，达到溶液、气体、热量快速与孔外交换的目的，最终实现该类零件的合格硬质阳极化。具体加工方法如下：

1. 如下图示1，要求对零件内孔Ф25进行硬质阳极化：

1）.内孔直径Ф25、孔深262，孔深：孔径大于10，且为盲孔；

2）.Ф25孔硬质阳极化厚度0.06mm-0.08mm，硬度值不低于350HV；

3）.Ф25孔口允许有硬质阳极化层，孔底部A面不允许有硬质阳极化层，孔底部长度3mm内镀层厚度不作要求，且允许无镀层；

4）镀层表面外观光滑，颜色均匀一致。

2.结合典型零件加工要求，设计工艺方法如下：

1）以零件Ф25孔为加工对象，对B段内腔通过涂硝基胶进行保护；

2）为了便于零件安装及固定，且对内孔安装阴极并实现气体搅拌，采取Ф25孔口向上的安装思路；

3）设计零件装挂挂架，利用零件Ф70孔口端面及Ф33外圆底部为导电面，见图示2，设计思路如下：

1：分别将上压板1、下压板2装于零件Ф70孔口端面及Ф33外圆底部；

2：通过拉杆4将上压板1和下压板2连接；

3：通过椭圆螺母3在拉杆4上、下两端螺纹部位调节，使上压板1和下压板2牢固夹紧零件Ф70孔口端面及Ф33外圆底部；

4：将阴极管7从螺纹套6孔中穿入，在阴极管末端安装挡片5，直至零件Ф25孔底部；

5：在阴极管头部安装PF20内螺纹公头9与外界压缩空气接通；

6：在拉杆4的顶端螺纹处拧入通用电镀挂钩8；

7：零件开始电镀时，将电镀挂钩8挂入电镀槽阳极棒上，再将阴极导线（含导电夹）夹在阴极管7的两处M12之间部位。

各部件设计方法说明：

a、上压板1:与Ф70孔口端面接触，除固定零件安装方式外，需将端面圆环作为导电面使用，见图示3。

►Ф70.2mm，深度2.5mm：较零件外圆Ф70mm大0.2mm-0.3mm，深度约为2mm-3mm。用于零件Ф70外圆装入该孔内，防止零件在使用过程中产生松动；

► M54×2：与螺纹套配合使用，由于需要排液、排气，去除Ф70端面导电面外，尽量将该部位尺寸选取大一些，如该导电面内径径Ф55，则选取Ф54；

►10mm：即上压板高度，由于需内孔加工M54×2及Ф70.2mm，该高度为10mm-15mm；

►2-Ф16.2mm：该孔用于穿入拉杆，即较Ф16mm大0.2mm即可。

►116mm：两个Ф16.2孔间距离。确定该尺寸时需保证拉杆与零件之间距离保证15mm-20mm，如116mm尺寸，在Ф70.2+2个Ф16.2半径+2处拉杆与零件之间距离，即70.2+16.2/2+2×15≈116mm；

►其余未标注尺寸不做详细要求，以满足上述尺寸，把握以下原则：

» 所加工成型孔距离边缘保持10mm-15mm，以满足使用要求。如152mm尺寸，即在Ф16.2mm边缘各增加约10mm；同理Ф91、30尺寸。

» 减轻上压板重量；

» 倒角圆滑过渡。

b、下压板2:与Ф33外圆端面接触，除固定零件安装方式外，需将该端面作为导电面使用，见图示4。其设计思路及作用与上压板1一致，仅将与上压板1尺寸不同处作如下说明：

►Ф33.2mm，深度2.5mm：用于零件Ф33外圆装入该孔内，防止零件在上压板拉紧及使用过程中产生移动；

►Ф10：该孔主要用于零件清洗过程中对槽液排出，直径约控制在底部端面Ф33的1/3至1/4、太小不易槽液排出，太大影响导电面积；

►Ф55：在Ф33.2两侧边缘各增加10mm-15mm；

注：由图2知：上、下压板通过拉杆连接，故图2中116mm，152mm尺寸与上压板一致。该类尺寸取决于上、下压板中尺寸最大的一个。

c：椭圆螺母3：用于调节、压紧压板与零件，并增大螺母与压板的导电面积，在任一压板两侧各使用一个。设计方法如下，见图示5。

►30mm：与上、下压板保持最大导电接触面，即设计时选用上、下压板与连接孔最大宽度30mm；

►M16：与拉杆两侧螺纹部位配用；

►10mm：椭圆螺母高度，上下平面需导电接触，故要求平整，不易牙变形，厚度选择为10mm-15mm；

d、拉杆4:为了使上、下压板连接，并使上、下压板压紧零件，将拉杆两端设计为螺纹结构，通过螺母调节而达到使用目的，见图示6。

►316mm：拉杆光杆部分尺寸，参考图2，需通过上、下压板压紧零件，故将该尺寸设计时，两端各留1mm-3mm压紧余量。本发明选用2mm余量，即320-2×2=316；

►Ф18mm：为防止上、下压板及垫片在螺纹压紧过程中松动，该尺寸选择较上、下压板及垫片孔（Ф16.2mm）大；

►35mm：下压板连接螺纹长度。有安装图2可知，厚度需满足下压板及2个垫片厚度，即大于30mm。该设计方法中选用35mm；

►45mm：上压板连接螺纹长度。设计方法同下压板连接螺纹长度要求，但该部位螺纹在硬质阳极化过程中需要通过标准导电挂钩8连接，故长度增加10mm；

标准导电挂钩具有通用性，本设计方法不在详细说明。

►M16：拉杆两侧螺纹尺寸，根据上、下压板与拉杆连接孔（Ф16.2）及拉杆光杆（Ф18），选用尽可能大的螺纹，以保证安装稳固性；

e、挡片5:安装于阴极末端，可使阴极与阳极（零件）绝缘，不仅支撑阴极，防止阴极在零件内孔发生偏移，还可屏蔽、保护内孔端面，不生成膜层的使用要求。具体设计方法见图示8。

►Ф24.6mm：与零件内孔Ф25配合，为防止硬质阳极化后，镀层增长导致该挡片无法从内孔退出。设计时，在零件内孔尺寸减去（4-6）倍镀层厚度，即为挡片与零件内孔配合部位的外圆尺寸；

►2mm：与零件内孔Ф25配合部位长度。由于零件孔底部3mm内镀层厚度不作要求，且允许无镀层。故将尺寸小于3mm，且挡片为非金属，如有机玻璃、聚四氟乙烯等，不可太薄。因此设定2mm；

►M6：需将阴极管末端旋至该螺纹孔内，通过螺纹固定阴极管、挡片，防止在电镀过程中发生松动，造成零件加工风险。

►7mm：由图示7可知，该尺寸反应M6螺纹长度为5mm，其长度为配合螺纹螺距的3-6倍；

f、螺母套6：使用非金属，如有机玻璃、聚四氟乙烯制作。用于绝缘上压板（阳极）与阴极管，具有排气、排液作用，设计方法见图示8。

► M12，深度12.5mm：与阴极管中部M12螺纹配合使用，深度12.5mm为该部件总高度。该部位使阴极管与上压板通过螺纹连接，固定阴极，防止通入压缩空气后，阴极管发生移动；；

► M54×2：与上压板螺纹配合使用；

►5mm：限位作用，保证螺母套拧入上压板深度不超过M54×2长度；

►12.5mm：尺寸5mm与上压板M54×2长度之和；

►33mm：排液、排气孔中心距，尺寸约为（54-12）/2+12,即33mm。

►8-Ф10：排液、排气孔。孔中心定位在A=M54大径的半径减去M12大径的半径差值的1/2处。而排液、排气孔直径为A/4，即Ф10。

f、阴极管7：零件Ф25深长孔硬质阳极化的必要阴极工装，为保证孔内溶液、气体、热量快速与孔外交换；在阴极顶端接入压缩空气，在末端增加排气孔，将外界压缩空气输送至底部，经盲孔底部反弹后，通过孔口溢出过程中，达到盲孔内溶液、气体、热量快速与孔外交换的目的。具体设计方法见图示9。

►M12，10mm（顶部）：根据标准件PF20内螺纹公头9（内螺纹为M12）配制，目的是安装内螺纹公头后，与压缩空气管快速连接；

►M12（中部），12.5mm：与螺母套M12螺纹孔配合使用；

►12mm：阴极管外圆直径，根据硬质阳极化工艺要求而定；

►M6，5mm：根据挡片5的M6外螺纹而配制；

►Ф5mm：如图示8，排气孔Ф5mm共处，用于压缩空气接入后，从该孔排气。

►12mm、10mm：表示2-Ф5mm孔位置。为保证气体送至盲孔底部，且集中排放，末端排气孔控制在除螺纹长度外，1倍阴极管直径处；两处2-Ф5mm孔间距控制在2-3倍排气孔直径距离；

►（20-40）mm导电夹安装区：将电镀槽阴极通过通用导线、导线夹接入该部位，提供电镀过程中阴极电流。

►398mm：阴极管长度。由安装图示2可知，阴极管接入零件Ф25底部，在孔口处装有1个上压板1、2个椭圆螺母3，并留有图示9中M12长度尺寸、导电安装区尺寸。

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。

Claims (13)

1.一种零件的深长盲孔硬质阳极化装置，所述深长盲孔为孔深：孔径≥10的盲孔；其特征在于，所述硬质阳极化装置包括用于竖向固定零件（10）且保持零件（10）孔口向上的装挂挂架；所述装挂挂架上固定有阴极管（7），且阴极管（7）与装挂挂架之间绝缘；

所述阴极管（7）的上端作为气体入口，该阴极管（7）的下端伸入零件（10）孔底，且阴极管（7）的下端为气体出口；所述阴极管（7）用于与阴极电连接，所述零件用于阳极电连接；

所述装挂挂架包括用于定位零件（10）底部的下压板（2），用于定位零件（10）孔口端的上压板（1），以及连接上压板（1）和下压板（2）的拉杆（4）；所述上压板（1）上装有螺纹套（6），该螺纹套（6）上开有排气排液孔和用于固定阴极管的管孔。

2.根据权利要求1所述的零件的深长盲孔硬质阳极化装置，其特征在于，所述阴极管（7）的中部为导电夹安装区，所述装挂挂架与阳极相连。

3.根据权利要求1所述的零件的深长盲孔硬质阳极化装置，其特征在于，所述拉杆（4）顶端装有电镀挂钩（8），该电镀挂钩（8）用于与电镀槽的阳极棒相连。

4.根据权利要求1所述的零件的深长盲孔硬质阳极化装置，其特征在于，所述螺纹套（6）为非金属材料制成的。

5.根据权利要求4所述的零件的深长盲孔硬质阳极化装置，其特征在于，所述螺纹套为有机玻璃或聚四氟乙烯制成的。

6.根据权利要求1所述的零件的深长盲孔硬质阳极化装置，其特征在于，所述拉杆（4）与零件（10）之间的距离为不小于15mm。

7.根据权利要求6所述的零件的深长盲孔硬质阳极化装置，其特征在于，所述拉杆（4）与零件（10）之间的距离为15mm-20mm。

8.根据权利要求1所述的零件的深长盲孔硬质阳极化装置，其特征在于，所述上压板（1）的下端面开有用于定位零件（10）孔口端的定位槽，该上压板（1）的定位槽兼具导电面；所述下压板（2）的上端面开有用于定位零件（10）底部的定位槽，该下压板（2）的定位槽兼具导电面。

9.根据权利要求8所述的零件的深长盲孔硬质阳极化装置，其特征在于，所述定位槽上开有贯穿下压板（2）的上下端面的排液孔。

10.根据权利要求1-8中任一项所述的零件的深长盲孔硬质阳极化装置，其特征在于，所述阴极管（7）的底端部装有挡片（5）。

11.根据权利要求1-8中任一项所述的零件的深长盲孔硬质阳极化装置，其特征在于，所述零件的深长盲孔分为作为非硬质阳极化面的孔口段（B）和作为硬质阳极化面的孔内段；所述孔口段的内壁具有保护层。

12.根据权利要求11所述的零件的深长盲孔硬质阳极化装置，其特征在于，保护层为硝基胶。

13.一种利用权利要求1-12中任一项所述的零件的深长盲孔硬质阳极化装置对深长盲孔硬质阳极化的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将零件竖向固定在装挂挂架上，且保持零件（10）孔口向上；

S2、零件的深长盲孔分为作为非硬质阳极化面的孔口段（B）和作为硬质阳极化面的孔内段；所述孔口段的内壁设置保护层；

S3、将阴极管与压缩气体连通，将阳极棒与装挂挂架相连，阴极管（7）用于与阴极电连接，保证阴极管（7）与装挂挂架之间绝缘，但装挂挂架与零件之间导电；对零件的孔内段进行硬质阳极化，使得零件的孔内段的内壁硬质阳极化的厚度为0.06 mm -0.08mm，硬度值不低于350HV。