DE69501900T2 - Device for treating workpieces with a special shape - Google Patents
Device for treating workpieces with a special shapeInfo
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Description
Die Erfindung ist dem technischen Fachgebiet der Bearbeitung von Metallteilen, insbesondere den oberflächenverändernden Verfahren in flüssiger Phase, zuzuordnen.The invention is to be assigned to the technical field of the processing of metal parts, in particular the surface-modifying processes in the liquid phase.
Genauer gesagt kann die Erfindung bei Phosphatierbehandlungen vorteilhaft zum Einsatz kommen, ohne dabei weitere Anwendungen auszuschließen, z.B.:More specifically, the invention can be used advantageously in phosphating treatments, without excluding other applications, e.g.:
- Vorbehandlung von beliebigen Flächen, insbesondere Entfetten, chemisches oder elektrochemisches Beizen, chemischer oder elektrochemischer Angriff,- Pre-treatment of any surface, in particular degreasing, chemical or electrochemical pickling, chemical or electrochemical attack,
- Oberflächenbeschichtungen, insbesondere Aufbringung von Metallen oder Legierungen auf chemischem oder elektrochemischem Wege, Überzuge im Tauchverfahren, Überzug durch Elektrophorese, Imprägnierungen oder Beschichtungen,- Surface coatings, in particular application of metals or alloys by chemical or electrochemical means, coatings by dip process, coating by electrophoresis, impregnations or coatings,
- Oberflächenbehandlungen, insbesondere:- Surface treatments, in particular:
* durch Umwandlung: Phosphatierung, Schwefelung in Schmelzsalzbädem, anodische Oxidation, Salzbadoxidation;* by transformation: phosphating, sulphurisation in molten salt baths, anodic oxidation, salt bath oxidation;
* thermochemische Behandlungen durch Diffusion von Nichtmetallen in Schmelzsalzbädem: Nitrieren, Einsatzhärten, Karbonitrieren.* thermo-chemical treatments by diffusion of non-metals in molten salt baths: nitriding, case hardening, carbonitriding.
In der Regel werden vor allem drei Techniken eingesetzt, um die Werkstucke während der Beschichtungs bzw. Oberflächenpräparierungsarbeiten in einem flüssigen Medium zu tragen und zu handhaben.As a rule, three techniques are used to carry and handle the workpieces in a liquid medium during the coating or surface preparation work.
Bei der ersten Technik werden die Teile an speziellen Aufbauten fixiert. Diese Technik wird vor allem bei großbemessenen Werkstticken oder bei kleinen Serien angewandt. Bei dieser Technik wird deutlich, daß die Kontaktzone zwischen Aufbau und Werkstück vom Reaktionsmedium getrennt ist, so daß die Behandlung in diesem Bereich schlecht oder überhaupt nicht erfolgt.In the first technique, the parts are fixed to special structures. This technique is mainly used for large workpieces or small series. With this technique it becomes clear that the contact zone between the structure and the workpiece is separated from the reaction medium, so that the treatment in this area is poor or not carried out at all.
Diese Nachteile sind auch bei einer anderen Technik gegeben, bei der die zu behandelnden Teile auf dem Boden eines gewöhnlich aus Metallgittern bestehenden Korbes abgelegt oder an dessen Wänden eingehängt sind.These disadvantages also apply to another technique in which the parts to be treated are placed on the bottom of a basket, usually made of metal grids, or are suspended from its walls.
Nach einer anderen Technik, die in der Regel großen Serien aus klein bemessenen Werkstücken vorbehalten ist, werden die Teile lose in eine umlaufende Tonne gelegt. Dabei stoßen die Teile aneinander, wodurch Kratzer und Materialfehler entstehen, die ihrerseits Absplitterungen oder Korrosionsnarben hervorrufen können.Another technique, usually reserved for large series of small workpieces, involves placing the parts loosely in a rotating barrel. The parts then collide with one another, causing scratches and material defects, which in turn can cause chipping or corrosion pitting.
Mit diesen Techniken lassen sich Werkstücke mit komplex geformten Teilzonen, die für das flüssige Medium schwer zugänglich sind, z.B. Hohlstellen mit nach unten gerichteter Öffnung, die zu Gaseinschlüssen und dadurch bedingten mangelhaften Materialaufträgen, unvollkommenen Entfettungs- und Spülvorgängen usw. führen können, nicht zufriedenstellend behandeln. Das Behandlungsergebnis ist daher qualitativ unzureichend, und die Wiederholgenauigkeit ist gering.These techniques cannot be used to satisfactorily treat workpieces with complexly shaped sub-zones that are difficult for the liquid medium to access, e.g. hollow areas with downward openings that can lead to gas inclusions and the resulting poor material application, incomplete degreasing and rinsing processes, etc. The treatment result is therefore of inadequate quality and the repeatability is low.
Bei zu behandelnden Teilen ähnlich denen auf Abbildung 1, die in einem Korb angeordnet sind, läßt sich in den Rückhaltezonen von Luftblasen im Bereich des Bundringes eine unzureichende Behandlung beobachten. Daraus ergeben sich sehr unregelmäßige Festigkeits- und Korrosionsschutzeigenschaften der behandelten Werkstücke mit entsprechend hoher Ausschußrate. Bei einer Phosphatierung etwa von zwei Chargen aus je 1000 Teilen, die jeweils in zwei Chargen 500 Teilen behandelt werden, sind bei der ersten Charge 50% und bei der zweiten Charge 80% Ausschuß festzustellen.When treating parts similar to those in Figure 1, which are arranged in a basket, insufficient treatment can be observed in the air bubble retention zones in the area of the collar ring. This results in very irregular Strength and corrosion protection properties of the treated workpieces with a correspondingly high rejection rate. When phosphating two batches of 1000 parts each, which are each treated in two batches of 500 parts, 50% of the rejects are found in the first batch and 80% in the second batch.
Bei lose verstreuten Werkstücken ist die Behandlung korrekt, aber die Teile werden, wie zuvor erwähnt, Stößen ausgesetzt, die unannehmbare Kratzer hervorrufen.In the case of loosely scattered pieces, the treatment is correct, but, as previously mentioned, the pieces are subjected to shocks which cause unacceptable scratches.
Aus dem Patent EP 0399049 ist ein System für die Behandlung zylindrischer Teile bekannt, die in der Elektronikindustrie eingesetzt werden. Dieses System besteht aus schräg zur Senkrechten geneigten Platten, die an einer drehbaren waagrechten Achse angebracht sind. Die Platten weisen senkrecht zu ihrer Oberfläche eingesetzte Spitzen auf, die geeignet sind, die zylindrischen Werkstücke aufzunehmen. Bei der Umlaufbewegung der Achse drehen sich die zu behandelnden Teile um die Spitzen herum und ändern dabei ihre Ausrichtung.Patent EP 0399049 discloses a system for treating cylindrical parts used in the electronics industry. This system consists of plates inclined at an angle to the vertical and mounted on a rotating horizontal axis. The plates have points set perpendicular to their surface, which are suitable for holding the cylindrical parts. As the axis rotates, the parts to be treated rotate around the points and change their orientation.
Wegen der chemischen Eigenschaften in den Bädem, in denen sie eingetaucht sind, müssen für die Achsen besondere Antriebselemente vorgesehen werden.Due to the chemical properties of the baths in which they are immersed, special drive elements must be provided for the axles.
Das System ist demnach durch die kontinuierliche Drehung der zylindrischen Werkstücke um die Spitzen herum gekennzeichnet, wodurch am Rand jedes Teils Reibungen auftreten. Außerdem kann nicht ausgeschlossen werden, daß sich die zu behandelnden Teile verklemmen und sich dann nicht mehr um sich selbst drehen. Aus diesem Grund müssen die die Teile aufnehmenden Platten in einem Winkel von 60º-75º geneigt werden. Bei einer derartigen Plattenausrichtung wird jedoch eine Mantellinie der Teilebohrung nicht behandelt, da sie durch die Spitze verdeckt ist.The system is therefore characterized by the continuous rotation of the cylindrical workpieces around the centers, which creates friction at the edge of each part. In addition, it cannot be ruled out that the parts to be treated may jam and then no longer rotate around themselves. rotate themselves. For this reason, the plates holding the parts must be tilted at an angle of 60º-75º. However, with such plate alignment, one surface line of the part hole is not treated because it is hidden by the tip.
Die Erfindung hat sich das Ziel gesetzt, diesen Nachteilen auf einfache, sichere, wirksame und rationelle Weise abzuhelfen.The invention aims to remedy these disadvantages in a simple, safe, effective and rational manner.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Werkstücken mit komplexen Formen eine Phosphatierung oder sonstige Behandlungsverfahren anwenden zu können, wobei sämtliche Teilbereiche der Werkstücke, die bei der Behandlung nicht miteinander im Kontakt stehen dürfen, eine qualitativ hochwertige Behandlung erfahren sollen. Außerdem soll vermieden werden, daß irgendein Teilbereich des Werkstücks bei der Behandlung verdeckt wird, und nicht zuletzt sollen die zu behandelnden Teile problemlos angeordnet werden könnenThe aim of the present invention is to be able to apply phosphating or other treatment methods to workpieces with complex shapes, whereby all parts of the workpieces that must not be in contact with one another during treatment should be treated to a high quality. In addition, it should be avoided that any part of the workpiece is covered during treatment and, last but not least, the parts to be treated should be able to be arranged without any problems.
Zur Lösung dieser Aufgabenstellung wurde gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 eine Vorrichtung für die Behandlung von speziell geformten Teilen geplant und entwickelt.To solve this problem, a device for the treatment of specially shaped parts was planned and developed according to the features of claim 1.
Zur Lösung der Aufgabenstellung der geordneten Positionierung der Teile bestehen die Zentner- und Positioniereinrichtungen aus mit den Stützgittern fest verbundenen Stiften, deren Querschnitt so ausgebildet ist, um mit der Bohrung der zu behandelnden Teile zusammenzuwirken.To solve the problem of orderly positioning of the parts, the centring and positioning devices consist of pins firmly connected to the support grids, the cross-section of which is designed to interact with the bore of the parts to be treated.
In Abhängigkeit von den zu behandelnden Teilen können die Stifte so angeordnet werden, daß sie mit der Außenseite der Teile zusammenwirken.Depending on the parts to be treated, the pins can be arranged so that they interact with the outside of the parts.
Der Behälter weist gitterförmige Wände auf und wird durch ein von einem Leitstand aus gesteuertes Antriebsmittelkraftschlüssig in Drehbewegung versetzt.The container has grid-shaped walls and is set in rotation by a drive mechanism controlled from a control station.
Die Erfindung wird nachstehend mit Hilfe der beigefügten Zeichnungen näher erläutert:The invention is explained in more detail below with the help of the attached drawings:
Die Abbildung 1 ist ein Längsschnitt für das Realisierungsbeispiel eines zu behandelnden Werkstücks.Figure 1 is a longitudinal section for the implementation example of a workpiece to be treated.
Die Abbildung 2 ist ein schematischer Längsschnitt der für die Positionierung und zentrierung der zu behandelnden Teile ausgerüsteten Stützgitter.Figure 2 is a schematic longitudinal section of the support grids equipped for positioning and centering the parts to be treated.
Die Abbildung 3 ist eine Draufsicht entsprechend der Abbildung 2.Figure 3 is a top view corresponding to Figure 2.
Die Abbildung 4 ist ein Längsschnitt des mit den einzelnen Gittern bestückten und in das Phosphatierbad eingetauchten Behälters.Figure 4 is a longitudinal section of the container equipped with the individual grids and immersed in the phosphating bath.
Die Abbildung 5 ist eine Ansicht entsprechend der Abbildung 4 bei der Umdrehung der Behälter.Figure 5 is a view corresponding to Figure 4 when the containers are rotated.
Die Abbildung 6 ist ein Querschnitt gemäß der Linie 6.6 der Abbildung 5.Figure 6 is a cross-section along line 6.6 of Figure 5.
Wie die Abbildung 4 zeigt, besteht die erfindungsgemäße Vorrichtung im wesentlichen aus einem Behälter (1), in dem mit Einrichtungen (3) für das geordnete Zentrieren und Positionieren der zu behandelnden Teile (4) bestückte Stützgitter (2) angebracht sind. Der Behälter (1) mit den Gittern (2) wird in ein Bad (B) eingetaucht.As shown in Figure 4, the device according to the invention essentially consists of a container (1) in which support grids (2) equipped with devices (3) for the orderly centering and positioning of the parts to be treated (4) are mounted. The container (1) with the grids (2) is immersed in a bath (B).
Die Wände (1a) des Behälters (1) sind durchbrochen, um das Eintauchen der an den Gittern (2) positionierten Teile (4) in das Bad (B) zu ermöglichen. Zum Beispiel sind sämtliche Seitenwände (1a) des Behälters (1) gitterförmig gestaltet. Der Behälter (1) kann eine allgemein quaderartige Form besitzen. Der Behälter (1) ist so ausgebildet, daß er durch beliebige bekannte und zweckmäßige Mittel in Drehung versetzt werden kann. Der Behälter (1) wird z.B. durch ein von einem Leitstand aus gesteuertes Antriebsmittel kraftschlüssig in Drehbewegung versetzt.The walls (1a) of the container (1) are perforated to allow the parts (4) positioned on the grids (2) to be immersed in the bath (B). For example, all the side walls (1a) of the container (1) are designed in the form of a grid. The container (1) can have a generally cuboid shape. The container (1) is designed in such a way that it can be set in rotation by any known and suitable means. The container (1) is set in rotation by force, for example, a drive means controlled from a control station.
Die Zentner- und Positioniereinrichtungen (3) bestehen aus Stiften, die mit den Stützgittern fest verbunden sind. Der Querschnitt der Stifte (3) ist so ausgebildet, um mit der Bohrung (4a) der zu behandelnden Teile zusammenzuwirken und dabei eine begrenzte Bewegung der Teile gegenüber den besagten Stiften zu ermöglichen.The centering and positioning devices (3) consist of pins that are firmly connected to the support grids. The cross-section of the pins (3) is designed to cooperate with the hole (4a) of the parts to be treated, thereby allowing a limited movement of the parts with respect to the said pins.
Wie in der weiteren Beschreibung erläutert, ermöglichen die Zentrierstifte (3) beim Drehantrieb des Behälters (1) entsprechend der vorzunehmenden Behandlung das Verlagern der Teile (4), damit diese auf ihrer ganzen Fläche behandelt werden können, wobei Kontakte zwischen den Teilen, die der Behandlungsqualität abträglich sein könnten, vermieden werden.As explained in the following description, when the container (1) is rotated, the centering pins (3) allow the parts (4) to be moved according to the treatment to be carried out, so that they can be treated over their entire surface, avoiding contact between the parts which could be detrimental to the quality of the treatment.
Die Gitter (2) sind im Behälter (1) in parallelen Reihen angeordnet. Zu diesem Zweck weist der Behälter (1) unspezifische Vorkehrungen auf, die einerseits das beliebige Einführen und Herausziehen der Gitter und andererseits das Positionieren der Gitter innerhalb des Behälters in festen und variablen Intervallen (E) ermöglichen. Dazu sind die Intervalle (E) je nach der Höhe (H) der zu behandelnden Teile so ausgelegt, daß zwischen dem oberen Teil der Werkstücke und dem unmittelbar darüber liegenden Gitter ein Hohlraum (e) bestehen bleibt. Dieser Raum ermöglicht gegebenenfalls beim Drehen bzw. nicht Drehen des Behälters das Verlagern der Teile (4) durch Schwerkraft gegenüber der Zentner- und Positioniereinrichtung (3).The grids (2) are arranged in parallel rows in the container (1). For this purpose, the container (1) has non-specific provisions which, on the one hand, allow the grids to be inserted and removed at will and, on the other hand, allow the grids to be positioned within the container at fixed and variable intervals (E). For this purpose, the intervals (E) are designed, depending on the height (H) of the parts to be treated, so that a hollow space (e) remains between the upper part of the workpieces and the grid immediately above it. This space allows the parts (4) to be moved by gravity relative to the centering and positioning device (3) when the container is rotated or not rotated.
Vorteilhafterweise sind die Gitter (2) in einer waagrechten Ebene angeordnet.Advantageously, the grids (2) are arranged in a horizontal plane.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird besonders vorteilhaft für die Behandlung komplex geformter Teile wie diejenigen, die auf der Abbildung 1 dargestellt sind, eingesetzt. Bei diesem Ausführungsbeispiel besitzt das Werkstück (4) die Form eines zylindrischen Hohlkörpers, der im oberen Teil eine nach innen hin umgelegte und dadurch einen Bundring bildende kreisförmige Umrandung (4b) aufweist.The device according to the invention is used particularly advantageously for the treatment of complex-shaped parts such as those shown in Figure 1. In this embodiment, the workpiece (4) has the shape of a cylindrical hollow body, which in the upper part has a circular border (4b) that is folded inwards and thereby forms a collar ring.
Nachstehend wird nun die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung beschrieben.The functioning of the device according to the invention is now described below.
Die Teile (4) werden in geordneter Weise auf die Stützgitter (2) gesetzt und dabei auf den Stiften (3) zentriert. Derart bestückt werden die einzelnen Gitter (2) unter Beachtung der Abstände (E) zur Erzielung der Zwischenräume (e) in dem Behälter (1) positioniert. Der gesamte derart bestückte Behälter wird in das Bad (B) eingetaucht (Abbildung 4 und 6).The parts (4) are placed in an orderly manner on the support grids (2) and centered on the pins (3). The individual Grid (2) is positioned in the container (1) observing the distances (E) to obtain the gaps (e). The entire container thus equipped is immersed in the bath (B) (Figures 4 and 6).
Beim Drehantrieb des Behälters (1) neigen die auf den Stiften (3) zentrierten Teile (4) ab einer bestimmten Winkelstellung dazu, durch Einwirkung der Schwerkraft an den Stiften (3) entlangzugleiten. Die Basisteile (4c) der Werkstücke lösen sich von dem sie tragenden Stützgitter (2), so daß ihre oberen Teile (4b) mit dem darunterliegenden Gitter in Kontakt geraten (Abbildung 5).When the container (1) is rotated, the parts (4) centered on the pins (3) tend to slide along the pins (3) from a certain angular position due to the effect of gravity. The base parts (4c) of the workpieces detach from the supporting grid (2) that supports them, so that their upper parts (4b) come into contact with the grid below (Figure 5).
Durch diese Anordnung können folglich sämtliche Teilbereiche der Werkstücke (4) behandelt werden. Es ist im übrigen unbedeutend, daß die oberen Teile (4b) bei der Behälterumdrehung mit den Gittern in Kontakt geraten, da sie zuvor bereits behandelt wurden (B).This arrangement means that all the parts of the workpieces (4) can be treated. It is also unimportant that the upper parts (4b) come into contact with the grids when the container is rotated, since they have already been treated beforehand (B).
Im Vergleich zum Stand der Technik und bei einer wie zuvor angegebenen Behandlung von zwei Chargen 1000 Werkstücken, die jeweils in zwei Chargen 500 Werkstücken behandelt werden, liegt die Ausschußquote nur zwischen 1 und 3 %.In comparison to the state of the art and with a treatment as previously stated of two batches of 1000 workpieces, each of which is treated in two batches of 500 workpieces, the rejection rate is only between 1 and 3%.
Natürlich eignet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung auch für die Behandlung anderer Teilearten, z.B. hydraulischer Bauteile für tragbare Werkzeuge des Typs Gartenschere, die in der Regel eine zylindrische Form mit geringem Durchmesser besitzen und eine koaxiale Bohrung mit geringem Durchmesser aufweisen. In diesem Fall erfolgt die Positionierung und Zentrierung der Werkstücke unter den vorgenannten Bedingungen, d.h. mit begrenzter Bewegungsfähigkeit, durch Stifte, die mit der Außenseite des Werkstücks zusammenwirken, damit die Badlösung in die Bohrung gelangen kann.Of course, the device according to the invention is also suitable for the treatment of other types of parts, e.g. hydraulic components for portable tools of the garden shears type, which generally have a cylindrical shape with a small diameter and a coaxial bore with a small diameter. In this case, the positioning and centering of the workpieces takes place under the above conditions, ie with limited mobility, by pins which interact with the outside of the workpiece to allow the bath solution to enter the bore.
Die Teile müssen gleichzeitig verschleiß- und korrosionsfest sein, sie müssen im Laufe der Behandlungen einen einwandfreien Oberflächenzustand bewahren und einen geringen Reibbeiwert besitzen.The parts must be resistant to wear and corrosion, they must maintain a perfect surface condition during treatment and have a low coefficient of friction.
Eine wirksame Lösung zur Erfüllung dieser Vorgaben ist eine verbundene Oberflächenkonditionierung, bei der nacheinander drei Behandlungsschritte erfolgen:An effective solution to meet these requirements is a combined surface conditioning process, which involves three treatment steps in succession:
- eine Nitrierung in einem Schmelzsalzbad auf Alkalicyanat und -karbonatbasis zur Erzielung der Verschleiß festigkeit,- nitriding in a molten salt bath based on alkali cyanate and carbonate to achieve wear resistance,
- eine Oxidation in einem Schmelzsalzbad auf Alkalinitrat-, Alkalikarbonat- und Alkalihydroxidbasis zur Verbesserung der Korrosionsfestigkeit,- oxidation in a molten salt bath based on alkali nitrate, alkali carbonate and alkali hydroxide to improve corrosion resistance,
- eine polymere Beschichtung mit einer organischen Verbindung mit hohem Molekulargewicht, z.B. in einem Lösungsmittel verdünntes Wachs, mit dem die bei den zwei vorhergehenden Behandlungsschritten entstandenen Oberflächenporositäten ausgeglichen werden und das Gleitverhalten verbessert wird.- a polymer coating with an organic compound with a high molecular weight, e.g. wax diluted in a solvent, which compensates for the surface porosities created in the two previous treatment steps and improves the sliding properties.
Die erwartete Korrosionsfestigkeit setzt voraus, daß das Teil voll und ganz behandelt wird, da der geringste Fehler zu einer Korrosionsnarbe führt.The expected corrosion resistance assumes that the part is fully treated, since the slightest defect will result in a corrosion pit.
Privat und experimentell durchgeführte Vergleichsprüfungen bei der Behandlung von Werkstückchargen (jeweils 100 Teile pro Charge) nach den vorher bekannten Techniken (Korb und lose Anordnung) und nach der erfindungsgemäßen Technik ergaben folgende Resultate: Private and experimental comparative tests on the treatment of workpiece batches (100 parts per batch) according to the previously known techniques (basket and loose arrangement) and the inventive technique gave the following results:
Aus der Beschreibung gehen die Vorteile eindeutig hervor. Vor allem folgende Punkte sind nochmals zu betonen:The advantages are clearly evident from the description. The following points in particular should be emphasized again:
- kein Kontakt zwischen den Teilen bei der Behandlung,- no contact between the parts during treatment,
- hohe Behandlungsqualität in allen Teilbereichen des Werkstücks einschließlich der Rückhalte zonen,- high treatment quality in all areas of the workpiece including the retention zones,
- einfache Realisierung.- easy implementation.
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