CN111471996A - 一种机械涂镀方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机械涂镀方法及装置，该方法首先清理被涂镀工件，然后选择涂镀材料；之后使得被涂镀工件实现高速主运动，涂镀材料实现进给运动；或者涂镀材料实现高速主运动，被涂镀工件实现进给运动；进给运动过程中在涂镀材料和被涂镀工件之间施加一定的压力，激活被涂镀工件的材料，使得涂镀材料在界面处发生融化或者半融化，之后进行冷却，将涂镀材料在被涂镀工件的表面形成涂镀层。本发明提供了一种简便的表面保护方法，可以在没有电镀、物理气相沉积等条件下实现涂层保护，特别适用于单件、小批量产品的表面保护，并且表面保护不存在环境污染问题，可以替代现有的高污染的电镀方法实现表面保护，表面涂层成本低廉。

Description

一种机械涂镀方法及装置
技术领域
本发明涉及涂镀领域，尤其涉及一种机械涂镀方法，用于零部件表面处理。
背景技术
零件的表面处理是机械制造领域里的一个重要方面，包括电镀处理、表面氧化处理、化学镀处理、物理气相沉积(PVD)处理、化学气相沉积(CVD)处理，还包括油漆、喷塑处理等，这些处理技术里，大部分都会对环境造成有害影响，特别是电镀处理对环境的污染很严重，有些处理技术成本较高，会额外增加产品的制造费用。这些处理技术耗能也比较高，耗能高也会对环境造成污染。这些表面处理技术还有一个重要的问题，就是一次投入比较大，不适合小批量的生产。
鉴于这些表面处理技术存在缺限，本发明提供了一种零件表面处理的方法，不会产生废水、也不会产生废气。可以适用于各种材料，可以直接提供坚固可靠的涂层方法，涂镀后的零件表面外观美观，实施过程也方便快捷。
发明内容
本发明目的在于针对现有技术的不足，提出一种机械式的涂镀方法及装置，该方法能够在零件表面实现防护层的涂镀，为零件表面提供防腐、耐磨、美观的涂层，工艺简单可靠。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种机械涂镀方法，该方法包括以下步骤：
(1)清理被涂镀工件，将被涂镀工件的表面层进行清理，去除表面灰尘、铁屑；
(2)选择涂镀材料：根据需求选择具有保护功能的涂镀材料，所述涂镀材料的熔点比被涂镀工件材料的熔点低，强度比被涂镀工件材料的强度低，所述涂镀材料与被涂镀材料之间具有一定的亲和性。
(3)被涂镀工件实现高速主运动，涂镀材料实现进给运动；或者涂镀材料实现高速主运动，被涂镀工件实现进给运动，运动速度可以根据不同的涂镀材料确定；进给运动过程中，根据材料的性能(比如熔点、强度等)、主运动速度、进给速度，在涂镀材料和被涂镀工件之间施加一定的压力。
(4)被涂镀工件与涂镀材料在一定压力下实现高速的机械摩擦运动，激活被涂镀工件的材料，使得涂镀材料在界面处发生融化或者半融化，之后进行冷却，将涂镀材料在被涂镀工件的表面形成涂镀层。
进一步地，涂镀材料与被涂镀工件之间的主运动可以是旋转运动，也可以是直线运动。
进一步地，所述进给运动使得被涂镀工件表面形成连续、均匀的涂镀层。
进一步地，通过弹簧、油压或气压的方式在进行高速摩擦运动的涂镀材料和被涂镀工件之间提供一个均匀的压力，该压力使得涂镀材料对被涂镀工件具有更有效的摩擦作用，同时使得涂层连接更加紧密。
进一步地，涂镀材料可以是固体材料，也可以是半固态材料，还可以是混合的粉末材料。
一种机械涂镀装置，该装置包括被涂镀件、连接螺钉螺母、压缩弹簧、涂镀材料的材料块和涂镀材料夹具；
所述涂镀材料的材料块与涂镀材料夹具固定连接，所述涂镀材料的材料块和涂镀材料夹具均有两个，所述涂镀材料的材料块位于涂镀材料夹具的内侧，所述被涂镀件安装在两个涂镀材料的材料块之间。
所述连接螺钉螺母有两个，连接螺钉螺母中的螺钉在被涂镀件两侧穿过两个涂镀材料夹具；一个涂镀材料夹具外侧的螺钉由螺母固定，另一个涂镀材料夹具外侧的螺钉上套有压缩弹簧，并由螺母锁紧。
本发明的有益效果：
(1)本发明提供了一种简便的表面保护方法，可以在没有电镀、物理气相沉积等条件下实现涂层保护。
(2)本发明特别适用于单件、小批量产品的表面保护。
(3)本发明的表面保护不存在环境污染问题，可以替代现有的高污染的电镀方法实现表面保护。
(4)本发明的表面涂层成本低廉。
附图说明
图1是本发明的涂镀件示意图；
图2是本发明一种实施方案的结构示意图；
图3是本发明第一种实施方案的左视图；
图4是本发明另一个实施案例结构示意图；
图5是本发明另一个实施案例示意图；
图6为本发明方法流程图；
图中、1.被涂镀件；2.连接螺钉螺母；3.压缩弹簧；4.涂镀材料的材料块；5.涂镀材料夹具；6.涂层。
具体实施方式
以下结合附图对本发明具体实施方式作进一步详细说明。
如图1所示，本发明提供一种机械涂镀方法及装置，包含被涂镀件1和涂镀材料的相对属性，被涂镀件1与涂镀材料的相对运动方式，涂镀材料的的施力方式，涂镀材料在被涂镀零件的表面形成涂镀层的方法。机械涂镀方法的基本原理是涂镀材料与被涂镀工件在一定压力的情况下实现高速相对运动，通过压力下的高速相对运动(摩擦运动)使得接触界面产生短时高温，高压高温的摩擦运动激活界面上的组织和微结构，使得界面上的涂镀材料在压力下与被涂镀零件上的材料实现紧密结合，从而实现在被涂镀工件表面涂镀上一层保护材料。
该方法包括以下步骤：
(1)清理被涂镀工件，将被涂镀工件的表面层进行清理，去除表面灰尘、铁屑；
(2)选择涂镀材料：根据需求选择具有保护功能的涂镀材料，涂镀材料可以是固体材料，也可以是半固态材料，还可以是混合的粉末材料，如果是粉末涂镀材料还需要一种容器来夹持这些涂镀粉末，涂镀材料夹具5也可以是一些相互独立的夹具组合。所述涂镀材料的熔点比被涂镀工件材料的熔点低，强度比被涂镀工件材料的强度低，所述涂镀材料与被涂镀材料之间具有一定的亲和性；所述亲和性是指两种材料的原子或者分子之间具有较好的形成原子键或者分子键的能力。
(3)被涂镀工件实现高速主运动，涂镀材料实现进给运动；或者涂镀材料实现高速主运动，被涂镀工件实现进给运动，运动速度可以根据不同的涂镀材料确定；所述主运动可以是旋转运动，也可以是直线运动；进给运动过程中，根据材料的性能(比如熔点、强度等)、主运动速度、进给速度，通过弹簧、油压或气压的方式在进行高速摩擦运动的涂镀材料和被涂镀工件之间施加一定的压力，该压力使得涂镀材料对被涂镀工件具有更有效的摩擦作用，同时使得涂层6连接更加紧密；进给运动使得被涂镀工件表面形成连续、均匀的涂镀层。
(4)被涂镀工件与涂镀材料在一定压力下实现高速的机械摩擦运动，激活被涂镀工件的材料，使得涂镀材料在界面处发生融化或者半融化，之后进行冷却，将涂镀材料在被涂镀工件的表面形成涂镀层。相对运动速度、进给速度和施加压力三者需要恰当的配合，本发明方法才能在工件表面产生强韧附着力的均匀薄层涂层6，如图1所示。
本发明还提供一种机械涂镀装置，该装置包括被涂镀件1、连接螺钉螺母2、压缩弹簧3、涂镀材料的材料块4和涂镀材料夹具5；
所述涂镀材料的材料块4与涂镀材料夹具5固定连接，所述涂镀材料的材料块4和涂镀材料夹具5均有两个，所述涂镀材料的材料块4位于涂镀材料夹具5的内侧，所述被涂镀件1安装在两个涂镀材料的材料块4之间。
为了防止涂镀材料夹具5在与被涂镀件1高速摩擦时产生偏心力，使得被涂镀件1发生弯曲变形，机械涂镀装置应该具有平面移动的自由度，但要防止涂镀材料夹具5随着工件转动而转动。工件可以夹持在机头上，机头可以实现旋转主运动，或者可以实现直线主运动。如果工件是轴对称零件，工件做高速旋转运动，如果是非对称零件，夹具带动涂镀材料在零件上做高速直线往复运动。机头带动工件做高速主运动，并相对于涂镀材料夹具还要作进给运动，但进给到工件与涂镀材料相互接触的时候，高速主运动就变成了高速摩擦运动，此时夹持涂镀材料的夹具可以在工件表面施加一定的压力。
所述连接螺钉螺母2有两个，连接螺钉螺母2中的螺钉在被涂镀件1两侧穿过两个涂镀材料夹具5；一个涂镀材料夹具5外侧的螺钉由螺母固定，另一个涂镀材料夹具5外侧的螺钉上套有压缩弹簧3，并由螺母锁紧。为了保持压力的相对恒定，这个压缩弹簧3需要具有在一定范围内保持足够压力的能力，只有提供足够的压力才能促使工件的表面激活。在压力和高速摩擦的作用下，界面的温度很快就升高到接近涂镀材料的熔点，在此高温下，工件和涂镀材料的界面组织处于激活状态，很容易让涂镀材料颗粒与工件表面实现粘接。
本发明的具体实施方式如下：
第一种实施方式：如图2、图3所示，被涂镀件1是回转体零件，要在工件的表面涂镀一层锌合金，准备两个尺寸合适的锌块，分别放置在涂镀材料夹具5里面固定好。
回转体零件可以被回转机头上的夹具加紧，在机头的带动下，回转体零件高速旋转，高速旋转的零件同时连续向涂镀材料进给，插入涂镀材料中，涂镀材料被挤开，涂镀材料夹具5同时压缩弹簧3，弹簧力使得涂镀材料在涂镀零件的表面施加一个持续的压力，一定压力下的高速旋转运动就会让涂镀材料软化，甚至有薄层融化，高速旋转的运动同时在被涂镀零件表面造成高温摩擦，高温摩擦可以去除表面的氧化层、油污等杂质，形成激活的界面。在温度和压力作用下，软化的或者融化的涂镀材料表层就会与激活的被涂镀零件界面层形成新的结合层。从而实现在回转体零件上涂镀一层锌层。
这个实施方案也适用于任何涂镀材料，比如铝合金、锡合金、铜合金等。
第二种实施方式：如图4、图5所示，被涂镀工件是一种非回转体零件，则不能让零件高速回转产生高温来实现涂层6结合，夹持方式与第一种实施方案类似，只是被涂镀零件的回转运动变成直线往复运动，或者超声直线运动。
这种实施方式涂镀材料内凹形状与被涂镀工件的外形相适应，为了适应复杂的涂镀工件外形，可以将涂镀块材料做成多块，也可以分多层布置。
上述实施例用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种机械涂镀方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)清理被涂镀工件，将被涂镀工件的表面层进行清理，去除表面灰尘、铁屑；
(2)选择涂镀材料：根据需求选择具有保护功能的涂镀材料，所述涂镀材料的熔点比被涂镀工件材料的熔点低，强度比被涂镀工件材料的强度低，所述涂镀材料与被涂镀材料之间具有一定的亲和性。
(3)被涂镀工件实现高速主运动，涂镀材料实现进给运动；或者涂镀材料实现高速主运动，被涂镀工件实现进给运动，运动速度可以根据不同的涂镀材料确定；进给运动过程中，根据材料的性能、主运动速度、进给速度，在涂镀材料和被涂镀工件之间施加一定的压力。
(4)被涂镀工件与涂镀材料在一定压力下实现高速的机械摩擦运动，激活被涂镀工件的材料，使得涂镀材料在界面处发生融化或者半融化，之后进行冷却，将涂镀材料在被涂镀工件的表面形成涂镀层。
2.根据权利要求1所述的机械涂镀方法，其特征在于，涂镀材料与被涂镀工件之间的主运动可以是旋转运动，也可以是直线运动。
3.根据权利要求1所述的机械涂镀方法，其特征在于，所述进给运动使得被涂镀工件表面形成连续、均匀的涂镀层。
4.根据权利要求1所述的机械涂镀方法，其特征在于，通过弹簧、油压或气压的方式在进行摩擦运动的涂镀材料和被涂镀工件之间提供一个均匀的压力，在压力下的摩擦运动使得接触界面升温，激活界面上的组织和微结构，使得界面上的涂镀材料在压力下与被涂镀零件上的材料实现紧密结合，从而实现在被涂镀工件表面涂镀上一层保护材料。
5.根据权利要求1所述的机械涂镀方法，其特征在于，涂镀材料可以是固体材料，也可以是半固态材料，还可以是混合的粉末材料。
6.一种机械涂镀装置，其特征在于，该装置包括被涂镀件(1)、连接螺钉螺母(2)、压缩弹簧(3)、涂镀材料的材料块(4)和涂镀材料夹具(5)；
所述涂镀材料的材料块(4)与涂镀材料夹具(5)固定连接，所述涂镀材料的材料块(4)和涂镀材料夹具(5)均有两个，所述涂镀材料的材料块(4)位于涂镀材料夹具(5)的内侧，所述被涂镀件(1)安装在两个涂镀材料的材料块(4)之间。
所述连接螺钉螺母(2)有两个，连接螺钉螺母(2)中的螺钉在被涂镀件(1)两侧穿过两个涂镀材料夹具(5)；一个涂镀材料夹具(5)外侧的螺钉由螺母固定，另一个涂镀材料夹具(5)外侧的螺钉上套有压缩弹簧(3)，并由螺母锁紧。
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