RU2797287C1 - Method and device for dry treatment of metal surfaces with electrically active solid particles - Google Patents
Method and device for dry treatment of metal surfaces with electrically active solid particles Download PDFInfo
- Publication number
- RU2797287C1 RU2797287C1 RU2022101396A RU2022101396A RU2797287C1 RU 2797287 C1 RU2797287 C1 RU 2797287C1 RU 2022101396 A RU2022101396 A RU 2022101396A RU 2022101396 A RU2022101396 A RU 2022101396A RU 2797287 C1 RU2797287 C1 RU 2797287C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- particles
- electrically active
- solid particles
- active solid
- metal surfaces
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
ОБЪЕКТ ИЗОБРЕТЕНИЯOBJECT OF THE INVENTION
Объектом изобретения является способ обработки или полировки металлических поверхностей, отличающийся тем, что выброс электрически активных твердых частиц на деталь, подлежащую полировке, производится с электрода, подключенного к электрическому источнику питания. Данный способ обеспечивает возможность сухой полировки металлических поверхностей без необходимости помещения поверхности, подлежащей обработке, в емкость, что позволяет обрабатывать поверхности, которые ввиду их характеристик размера, расположения и т.д., ранее не могли быть обработаны, например, крупногабаритные элементы, неподвижные элементы и т.п. Данный способ обладает преимуществами и характеристиками, которые демонстрируют значительную новизну по сравнению с текущим уровнем техники.The object of the invention is a method for treating or polishing metal surfaces, characterized in that the ejection of electrically active solid particles on the part to be polished is carried out from an electrode connected to an electrical power source. This method allows dry polishing of metal surfaces without the need to place the surface to be treated in a container, which makes it possible to process surfaces that, due to their characteristics of size, location, etc., could not previously be processed, for example, large-sized elements, stationary elements and so on. This method has advantages and characteristics that demonstrate a significant novelty compared to the current state of the art.
Объектом изобретения также являются устройства, используемые для обработки металлических поверхностей посредством выброса электрически активных твердых частиц с электрода электрического источника питания на поверхность металла, подлежащую обработке. Эти устройства обеспечивают возможность обработки металлических поверхностей с заданного расстояния без необходимости помещения поверхности внутри емкости. Это обеспечивает возможность обработки поверхностей крупногабаритных элементов, неподвижных элементов, и т.п. Эти устройства могут быть предназначены для обработки крупногабаритных элементов посредством роботизированных манипуляторов, для использования в камерах, для использования в составе производственных линий, для использования в передвижном или автономном оборудовании. Эти устройства обладают преимуществами и представляют собой значительный прогресс по сравнению с текущим уровнем техники, который подробно описан ниже.The subject of the invention is also devices used for treating metal surfaces by ejecting electrically active solid particles from an electrode of an electrical power source onto the metal surface to be treated. These devices make it possible to process metal surfaces from a given distance without the need to place the surface inside the vessel. This makes it possible to process the surfaces of large-sized elements, stationary elements, and the like. These devices can be designed for handling large items with robotic arms, for use in chambers, for use as part of production lines, for use in mobile or stand-alone equipment. These devices are advantageous and represent a significant advance over the current state of the art, which is detailed below.
ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯFIELD OF THE INVENTION
Областью применения данного изобретения является промышленный сектор, связанный с обработкой металлических поверхностей. А именно, промышленный сектор, связанный с полировкой металлических поверхностей, с применениями в таких областях, как, например, аэронавтика, строительство, автоматизация, медицина, лазерное спекание, помимо многих других областей применения.The scope of this invention is the industrial sector associated with the processing of metal surfaces. Namely, the industrial sector associated with the polishing of metal surfaces, with applications in areas such as aeronautics, construction, automation, medicine, laser sintering, among many other applications.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION
В настоящее время на рынке представлены системы полировки посредством выброса абразивных частиц на поверхность, подлежащую обработке. Частицы с силой приводят в движение в направлении поверхности, обеспечивая эффект полировки, пропорциональный силе удара. Системы полировки путем выброса абразивных частиц имеют ряд недостатков. Системы полировки путем выброса абразивных частиц вызывают недостаточную однородность поверхности, на которую их наносят, поскольку абразивное воздействие связано с давлением между частицами и поверхностью. Детали, имеющие большую поверхность воздействия, подвергаются большему абразивному действию, что приводит к потере четкости вершин и краев. Это ограничивает их применение в случаях, когда требуется точность или сохранение острого края. Кроме того, системы полировки путем выброса абразивных частиц вызывают вкрапление тех же абразивных частиц в металлическую поверхность, снижая свойства поверхности в отношении долговечности, химической стойкости и сцепления. Также следует отметить, что возникают риски для здоровья дыхательных путей, от использования этих систем полировки посредством выброса абразивных частиц, в которых используются абразивные частицы, как из-за абразивных частиц, так и из-за пыли и взвешенных микрочастиц, образующихся во время процесса.Currently on the market are systems for polishing by ejection of abrasive particles onto the surface to be treated. The particles are forcefully driven in the direction of the surface, providing a polishing effect proportional to the impact force. Polishing systems by ejection of abrasive particles have a number of disadvantages. Polishing systems by ejection of abrasive particles cause insufficient uniformity of the surface to which they are applied, since the abrasive action is associated with pressure between the particles and the surface. Parts with a large contact surface are subjected to more abrasive action, which leads to a loss of sharpness of tops and edges. This limits their use in applications where precision or sharp edge retention is required. In addition, polishing systems by ejection of abrasive particles cause the same abrasive particles to be embedded in the metal surface, reducing the surface properties in terms of durability, chemical resistance and adhesion. It should also be noted that there are respiratory health risks associated with the use of these abrasive particle ejection polishing systems that use abrasive particles, both due to abrasive particles and dust and suspended microparticles generated during the process.
С другой стороны, существуют системы сухой электрополировки, раскрытые в ES 2604830 (A1) как «способ выравнивания и полировки металла путем переноса ионов посредством свободных твердых тел». Этот способ основан на погружение и полирование детали, подлежащей обработке, в среде, состоящей из твердых частиц, способных осуществлять ионный перенос, при приложении потенциала между деталью и противоэлектродом электрического. Данная система сухой электрополировки позволяет получать поверхности с низкой шероховатостью и зеркальной отделкой. Кроме того, эта система существенно не изменяет вершины или угловые края объекта, подлежащего полировке. Системы сухой электрополировки имеют ряд недостатков, среди которых следует отметить тот факт, что они непригодны для работы с деталями большого размера, например крылом самолета, и тот факт, что их невозможно применять для обработки неподвижных элементов, таких как, например, строительные элементы, в числе прочих.On the other hand, there are dry electropolishing systems disclosed in ES 2604830 (A1) as "a process for leveling and polishing metal by ion transport through free solids". This method is based on dipping and polishing the part to be processed in an environment consisting of solid particles capable of ion transport, while applying a potential between the part and the electrical counter electrode. This dry electropolishing system produces surfaces with low roughness and a mirror finish. In addition, this system does not significantly change the tops or corner edges of the object to be polished. Dry electropolishing systems have a number of disadvantages, among which are the fact that they are not suitable for working on large parts, such as aircraft wings, and the fact that they cannot be used for processing stationary elements, such as building elements, in among others.
Способ сухой полировки металлических поверхностей путем выброса электрически активных частиц, являющийся объектом настоящего изобретения, представляет собой значительный прогресс, поскольку он позволяет объединить зеркальную отделку системы сухой электрополировки с преимуществами полировки посредством выброса абразивных частиц, расширяя область применения первой системы и уменьшая недостатки последней. Однако для достижения этой цели необходимо неочевидным образом преодолеть несколько существующих препятствий, таких как природа используемых твердых частиц, их уплотнение или тип электрического тока.The method of dry polishing metal surfaces by ejection of electrically active particles, which is the object of the present invention, is a significant advance, since it allows you to combine the mirror finish of the dry electropolishing system with the advantages of polishing by ejection of abrasive particles, expanding the scope of the former system and reducing the disadvantages of the latter. However, in order to achieve this goal, it is necessary in a non-obvious way to overcome several existing obstacles, such as the nature of the solid particles used, their compaction, or the type of electric current.
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯDISCLOSURE OF THE INVENTION
Способ и устройство сухой полировки металлических поверхностей посредством выброса электрически активных частиц обладают рядом определяющих преимуществ и характеристик, которые подробно описаны ниже.The method and apparatus for dry polishing metal surfaces by ejection of electrically active particles has a number of defining advantages and characteristics, which are detailed below.
Выражение «электрически активные твердые частицы» относится в данном тексте к частицам, которые могут быть электрически заряжены, которые могут проводить электричество или одновременно обладать обеими характеристиками в определенной степени.The expression "electrically active solid particles" refers in this text to particles that can be electrically charged, that can conduct electricity, or both at the same time to a certain extent.
Выражение «выброс частиц» понимается в данном документе в широком смысле любого способа или системы, с помощью которых частицы достигают обрабатываемой поверхности, независимо от того, является ли движущая сила гравитацией, потоком жидкости, сжатым газом, электростатическими силами или центробежной силой, в числе прочих.The expression "particle ejection" is understood herein in the broad sense of any method or system by which particles reach the treated surface, whether the driving force is gravity, fluid flow, compressed gas, electrostatic forces or centrifugal force, among others. .
Выражение «электрический источник питания» в данном документе означает любой элемент, способный подавать электрическую энергию к электрически активным твердым частицам. Электрический источник питания обеспечивает электрическую энергию твердым частицам. Электрический ток, подаваемый электрическим источником питания, может быть переменным, постоянным или импульсным током. Предпочтительно, электрический источник питания включает в себя систему, которая обеспечивает возможность управления приложенным напряжением и интенсивностью.The expression "electric power supply" in this document means any element capable of supplying electrical energy to electrically active solid particles. An electrical power source provides electrical energy to the solid particles. The electrical current supplied by the electrical power supply may be alternating, direct or pulsed current. Preferably, the electrical power supply includes a system that allows control of applied voltage and intensity.
Основными этапами, которые определяют объект способа и устройства по изобретению, являются:The main steps that define the object of the method and device according to the invention are:
- Контакт электрода электрического источника питания с электрически активными твердыми частицами;- Contact of the electrode of the electrical power source with electrically active solid particles;
- Выброс электрически активных твердых частиц устройства на металлическую поверхность.- Ejection of electrically active solid particles of the device onto a metal surface.
Контакт электрически активных твердых частиц с металлической поверхностью.Contact of electrically active solid particles with a metal surface.
Минимальными элементами, определяющими объект устройства изобретения, являются:The minimum elements that define the device object of the invention are:
- Набор электрически активных твердых частиц;- A set of electrically active solid particles;
- Электрический источник питания с электродом, который передает электрический заряд электрически активным твердым частицам;- An electrical power source with an electrode that transfers an electrical charge to electrically active solid particles;
- Средство для выброса электрически активных твердых частиц на металлическую поверхность, подлежащую обработке;- Means for ejection of electrically active solid particles on the metal surface to be processed;
- Насадка, через которую электрически активные твердые частицы выходят из устройства.- Nozzle through which electrically active solid particles exit the device.
Взаимодействия, которые существуют между этими минимальными элементами, заключаются в следующем.The interactions that exist between these minimal elements are as follows.
Электрически активные частицы входят в контакт с электродом электрического источника питания, и он затем передает им электрический заряд. От электрода частицы движутся в направлении металлической поверхности, подлежащей обработке, где они входят с ней в контакт и передают часть электрической энергии. Этот контакт вызывает окислительно-восстановительный процесс на поверхности металла, создавая эффект полировки. На фиг. 1 в качестве примера показан чертеж прототипа.Electrically active particles come into contact with an electrode of an electrical power source, and it then transfers an electrical charge to them. From the electrode, the particles move towards the metal surface to be treated, where they come into contact with it and transfer some of the electrical energy. This contact causes a redox process on the metal surface, creating a polished effect. In FIG. 1 shows a drawing of a prototype as an example.
Благодаря электрической природе процесса поверхность, подлежащая обработке, должна быть проводящей, предпочтительно металлической. Это включает поверхности из непроводящих материалов, например пластика, подвергнутые процессу металлизации.Due to the electrical nature of the process, the surface to be treated must be conductive, preferably metallic. This includes surfaces made of non-conductive materials, such as plastic, that have undergone a plating process.
Передача электрического заряда от электрода к поверхности, подлежащей обработке, посредством потока частиц, как нам известно, до настоящего времени не описана в литературе. Были осмыслены три возможных механизма передачи электрического заряда, при этом эти и множество промежуточных или производных ситуаций возникают из них одновременно:The transfer of electric charge from the electrode to the surface to be treated, through the flow of particles, to our knowledge, has not yet been described in the literature. Three possible mechanisms for the transfer of electric charge were comprehended, while these and many intermediate or derivative situations arise from them simultaneously:
1) за счет суммарного заряда частиц,1) due to the total charge of particles,
2) за счет электрической проводимости посредством контакта, и2) through electrical conduction through contact, and
3) за счет электрической проводимости посредством вольтовой дуги или ионизированного газа.3) due to electrical conductivity through a voltaic arc or ionized gas.
Схематическое представление этих механизмов можно видеть на фиг. 2.A schematic representation of these mechanisms can be seen in Fig. 2.
В зависимости от управляемых параметров системы, механизм может быть распространен и на другие системы. В основном, эти параметры относятся к электричеству, типу частиц, типу выброса и окружающей среде.Depending on the controlled parameters of the system, the mechanism can be extended to other systems. Basically, these parameters are related to electricity, particle type, emission type and environment.
Механизм передачи электрического заряда частицами с суммарным зарядом усиливается в условиях низкого уплотнения. В идеальном случае частицы изолированы друг от друга, то есть не имеют прямого контакта между собой. Плотность U энергии, которую могут нести частицы, может быть рассчитана исходя из диэлектрической постоянной εr частиц и приложенного электрического поля Е.The mechanism of transfer of electric charge by particles with a total charge is enhanced under conditions of low compaction. Ideally, the particles are isolated from each other, that is, they do not have direct contact with each other. The energy density U that the particles can carry can be calculated from the dielectric constant ε r of the particles and the applied electric field E.
Например, экспериментально было доказано, что микропористые гелевые частицы сульфированного полистирола-дивинилбензола, содержащие серную кислоту на уровне 4%, имеющие диаметр 600 мкм, дают εr=1,10⋅108 (измерено при 100 Гц), что для электрического поля, приложенного к 30 кВ, подразумевает плотность накопленной энергии составляющую 437 кДж м-1. Те же самые частицы, при выбросе на металлическую поверхность, производят электрический разряд, который выполняет работу на поверхности. Например, когда они выбрасываются на поверхность 316 из нержавеющей стали, они вызывают заметное прохождение тока и изменение видимой поверхности.For example, it has been experimentally proven that microporous gel particles of sulfonated polystyrene-divinylbenzene containing sulfuric acid at a level of 4%, having a diameter of 600 μm, give ε r =1.10⋅10 8 (measured at 100 Hz), which for an electric field, applied to 30 kV implies a stored energy density of 437 kJ m -1 . The same particles, when thrown onto a metal surface, produce an electrical discharge that does work on the surface. For example, when they are thrown onto a 316 stainless steel surface, they cause a noticeable current flow and a change in the visible surface.
Этому механизму способствуют частицы с высокой диэлектрической постоянной и приложенные напряжения, которые обеспечивают более высокую плотность накопленной электрической энергии и высокое разделение частиц, предотвращающие разряд между ними.This mechanism is facilitated by particles with a high dielectric constant and applied voltages, which provide a higher density of stored electrical energy and a high separation of particles, preventing discharge between them.
Механизм передачи электрического заряда за счет электрической проводимости посредством контакта предпочтителен в условиях, когда установлен непрерывный контакт частиц от электрического источника питания к поверхности, подлежащей обработке. В этом случае электрический ток напрямую проходит через частицы, поэтому данному механизму способствуют частицы, обладающие высокой электрической проводимостью и высокой плотностью потока. Данный механизм обеспечивает сравнительно высокие силы тока, что позволяет обрабатывать деталь с более высокой скоростью.The mechanism for transferring electrical charge by electrical conduction through contact is preferable under conditions where continuous contact of the particles from the electrical power source to the surface to be treated is established. In this case, the electric current passes directly through the particles, so this mechanism is facilitated by particles with high electrical conductivity and high flux density. This mechanism provides relatively high current strengths, which allows you to process the part at a higher speed.
Механизм передачи электрического заряда посредством разрядов и вольтовых дуг подразумевает передачу электрического заряда от электрического источника питания к детали через частицы и среду между частицами. Это означает, что передача электрического заряда происходит, по меньшей мере частично, посредством ионизированного газа. Существует целый ряд возможностей, которые включают в себя разряды лавинного типа и разряды коронного типа.The mechanism of transfer of electric charge through discharges and voltaic arcs involves the transfer of electric charge from an electrical power source to the part through the particles and the medium between the particles. This means that the transfer of electrical charge occurs, at least in part, through the ionized gas. There are a number of possibilities that include avalanche-type discharges and corona-type discharges.
Хотя эти разряды могут возникать в связи между электрод-частица и частица-поверхность, в основном они возникают между частицами. Это означает, что среда между частицами и расстояние между частицами являются параметрами, оказывающими большое влияние на запуск этого механизма.Although these discharges can occur in electrode-particle and particle-surface connections, they mainly occur between particles. This means that the medium between the particles and the distance between the particles are the parameters that have a great influence on the triggering of this mechanism.
Для каждого типа и размера частиц существует диапазон расстояний между частицами, при которых срабатывает этот механизм. Увеличение проводимости пространства между частицами увеличивает диапазон рабочих расстояний и обеспечивает больший рабочий диапазон. В предпочтительном варианте осуществления добавлен элемент, который способствует проводимости между частицами посредством вольтовых дуг. Эти элементы могут быть твердыми, жидкими, ионами и т.д., а также использовать электромагнитное излучение.For each type and size of particles, there is a range of distances between particles at which this mechanism is triggered. Increasing the conductivity of the space between the particles increases the range of operating distances and provides a larger operating range. In a preferred embodiment, an element is added that promotes conduction between particles via voltaic arcs. These elements can be solid, liquid, ions, etc., and also use electromagnetic radiation.
В случае жидких элементов, способствующих проводимости между частицами посредством вольтовых дуг, выделяются те, которые обладают способностью генерировать микрокапли или аэрозоли, увеличивая проводимость среды между частицами. Также существуют твердые элементы, которые способствуют проводимости между частицами посредством вольтовых дуг, которые благодаря электрической передаче генерируют в суспензии микро- или наночастицы, такие как, например, производные углерода, углерод волоконного типа, графит или тонкоизмельченный углерод. Благодаря прохождению электричества эти соединения углерода повышают свою температуру и выделяют летучие элементы или элементы во взвешенном состоянии, которые способствуют передаче электроэнергии. Для создания электрических мостов также можно добавлять элементы, которые способствуют проводимости между частицами посредством вольтовых дуг, обладающие способностью удерживать электролитическую жидкость, такую как, например, материал гелевого типа, некоторые размеры которых значительно превышают средний диаметр частиц, таких как, например, стержни или цилиндры.In the case of liquid elements that promote conduction between particles by means of voltaic arcs, those that have the ability to generate microdroplets or aerosols are distinguished, increasing the conductivity of the medium between particles. There are also solid elements which promote conduction between particles by means of voltaic arcs which, through electrical transmission, generate micro- or nanoparticles in suspension, such as for example carbon derivatives, fiber-type carbon, graphite or finely divided carbon. Due to the passage of electricity, these carbon compounds increase their temperature and release volatile or suspended elements that facilitate the transmission of electricity. To create electrical bridges, it is also possible to add elements that promote conduction between particles by means of voltaic arcs, having the ability to hold an electrolytic liquid, such as, for example, a gel-type material, some of which are significantly larger than the average particle diameter, such as, for example, rods or cylinders. .
Генерирование ионов в пространстве между частицами значительно увеличивает проводимость между частицами посредством вольтовых дуг. Можно генерировать ионы посредством ионизируемых или летучих веществ, таких как, например, йод, или посредством использования электромагнитного излучения, как ионизирующего, так и неионизирующего. Эти различные элементы, которые увеличивают проводимость пространства между частицами, могут использоваться в сочетании друг с другом. Их можно использовать в смеси с электрически активными частицами, добавлять в другой точке для улучшения состояния среды, либо они могут быть включены в состав электрически активных частиц. Предпочтительно частицы могут удерживать большее количество жидкости, в этом случае вибрации и трения в процессе создают микрокапли и аэрозоли между частицами, которые изменяют проводимость системы. Также можно использовать ультразвук для создания микрокапель или распыляющих систем. Использование электромагнитного излучения может увеличить проводимость среды. Использование ионизирующего электромагнитного излучения, то есть ультрафиолетового, рентгеновского и гамма излучения, непосредственно генерирует ионы в среде, что увеличивает проводимость совокупности частиц и газа между собой. Также можно использовать электромагнитное неионизирующее излучение для увеличения проводимости. Например, посредством использования микроволнового излучения можно генерировать плазму из частиц, что увеличивает проводимость среды.The generation of ions in the space between particles greatly increases the conduction between particles by means of voltaic arcs. It is possible to generate ions by means of ionizable or volatile substances, such as, for example, iodine, or by using electromagnetic radiation, either ionizing or non-ionizing. These various elements, which increase the conductivity of the space between the particles, can be used in combination with each other. They can be used in a mixture with electrically active particles, added at another point to improve the state of the environment, or they can be included in the composition of electrically active particles. Preferably, the particles can hold more liquid, in which case the vibrations and frictions in the process create microdroplets and aerosols between the particles, which change the conductivity of the system. Ultrasound can also be used to create microdroplets or spray systems. The use of electromagnetic radiation can increase the conductivity of the medium. The use of ionizing electromagnetic radiation, that is, ultraviolet, x-ray and gamma radiation, directly generates ions in the medium, which increases the conductivity of the collection of particles and gas between themselves. It is also possible to use electromagnetic non-ionizing radiation to increase the conductivity. For example, through the use of microwave radiation, plasma can be generated from particles, which increases the conductivity of the medium.
Электрические разряды происходят легче при переменном токе, чем при постоянном. Например, в эксперименте наблюдаются видимые вольтовые дуги при использовании постоянного тока от 25 кВ и выше. В аналогичных условиях при использовании переменного тока частотой 50 Гц вольтовые дуги наблюдаются при напряжении на порядок ниже 2 кВ.Electrical discharges occur more easily with alternating current than with direct current. For example, in the experiment, visible voltaic arcs are observed when using a direct current of 25 kV and higher. Under similar conditions, when using alternating current with a frequency of 50 Hz, voltaic arcs are observed at a voltage an order of magnitude lower than 2 kV.
Для поддержания стабильного прохождения тока с дугами корончатого типа, можно увеличить частоту переменного тока даже на несколько порядков, работать при напряжениях порядка киловольт, а также снизить давление среды.To maintain a stable current flow with crown-type arcs, it is possible to increase the frequency of the alternating current even by several orders of magnitude, operate at voltages of the order of kilovolts, and also reduce the pressure of the medium.
Электрический источник питания обеспечивает твердым частицам электрическую энергию. Электрический ток, подаваемый электрическим источником питания, может быть переменным, постоянным или импульсным током. Электрический источник питания предпочтительно включает в себя систему, позволяющую управлять приложенным напряжением и интенсивностью. Постоянный ток представляет собой ток, который производит наиболее быстрые эффекты на поверхности, поэтому в системах частицы/поверхность, которые не накапливают остатки во время процесса, он является предпочтительным вариантом. Если система с постоянным током производит поверхностные накопления, можно улучшить результаты, используя ток, который поддерживает изменение полярности. Наиболее доступным способом получения тока с изменением полярности является использование переменного тока. Он может быть непосредственно использован или выпрямлен посредством диодов или других электроактивных элементов. Предпочтительной альтернативой является использование электрического источника питания импульсного тока, который обеспечивает возможность управления параметрами подаваемых импульсов, такими как, например, положительные или отрицательные напряжения, длительность положительных или отрицательных импульсов, продолжительность пауз и т.д.An electrical power source provides the solid particles with electrical energy. The electrical current supplied by the electrical power supply may be alternating, direct or pulsed current. The electrical power supply preferably includes a system for controlling the applied voltage and intensity. Direct current is the current that produces the fastest effects on the surface, so in particle/surface systems that do not accumulate residue during the process, it is the preferred option. If a DC system produces surface buildup, you can improve results by using a current that supports polarity reversal. The most affordable way to obtain current with a change in polarity is to use alternating current. It can be directly used or rectified by means of diodes or other electroactive elements. A preferred alternative is to use an electric pulsed current power supply which allows the parameters of the applied pulses to be controlled, such as, for example, positive or negative voltages, duration of positive or negative pulses, duration of pauses, etc.
Электрические параметры, применяемые электрическим источником питания, определяют воздействие частиц на поверхность. Разница потенциалов, приложенных для создания полирующего эффекта, находится в большом диапазоне от 1 В до 50 кВ, и это является признаком, определяющим механизм электрической передачи. Ток, подаваемый на электрод, может быть постоянным, переменным или импульсным током. Например, источник постоянного тока напряжением 30 кВ с импульсным выбросом и без гравитационного уплотнения частиц, на расстоянии 18 см между электродом и поверхностью, подлежащей обработке, создает на металлической поверхности полирующий эффект. Также, например, источник постоянного тока напряжением 30 В с непрерывным гравитационным выбросом частиц и уплотнением, на расстоянии 2 см между электродом и поверхностью, подлежащей обработке, создает на металлической поверхности полирующий эффект. Так, например, источник переменного тока частотой 50 Гц, до 2 кВ, с импульсным выбросом и без гравитационного уплотнения частиц, приводимых в движение воздухом под давлением 5 бар, на расстоянии 18 см между электродом и поверхностью, подлежащей обработке, производит видимые электрические дуги и полирующие эффекты на металлической поверхности. В качественном отношении в каждом из этих примеров можно определить более высокую долю в отношении каждого из механизмов передачи электрического заряда, объясненных ранее.The electrical parameters applied by the electrical power supply determine the effect of the particles on the surface. The potential difference applied to create a polishing effect is in a large range from 1 V to 50 kV, and this is a feature that determines the mechanism of electrical transmission. The current supplied to the electrode can be direct, alternating or pulsed current. For example, a 30 kV direct current source with a pulsed ejection and without gravitational particle compaction, at a distance of 18 cm between the electrode and the surface to be processed, creates a polishing effect on the metal surface. Also, for example, a 30 V direct current source with a continuous gravitational ejection of particles and a seal, at a distance of 2 cm between the electrode and the surface to be treated, creates a polishing effect on the metal surface. So, for example, an alternating current source with a frequency of 50 Hz, up to 2 kV, with a pulsed ejection and without gravitational compaction of particles driven by air at a pressure of 5 bar, at a distance of 18 cm between the electrode and the surface to be treated, produces visible electric arcs and polishing effects on the metal surface. Qualitatively, in each of these examples, a higher proportion can be determined with respect to each of the electrical charge transfer mechanisms explained previously.
Электрод представляет собой проводящий элемент, электрически соединенный с электрическим источником питания, с которым частицы входят в контакт до выходящего выброса в направлении поверхности, подлежащей обработке. Форма существующего электрода зависит от области применения или поверхности, подлежащей обработке. В целом, желательно максимально увеличить площадь контакта частиц с электродом в моменты, предшествующие их выбросу. Например, трубка, по которой циркулируют частицы, соединена с выходным металлическим электродом, например, из меди, в форме выпрямляющего цилиндра. Так, например, чтобы также обрабатывать относительно плоские пластины или поверхности, выходной электрод может представлять собой систему нанесения частиц типа «завеса», что означает прямолинейный выходной канал. В предпочтительном варианте электрод состоит из насадки.The electrode is a conductive element electrically connected to an electrical power source with which the particles come into contact before being ejected towards the surface to be treated. The shape of the existing electrode depends on the application or surface to be treated. In general, it is desirable to maximize the contact area of the particles with the electrode at the moments preceding their ejection. For example, the tube through which the particles circulate is connected to an output metal electrode, eg copper, in the form of a straightening cylinder. Thus, for example, in order to also process relatively flat plates or surfaces, the output electrode can be a "veil" type particle application system, which means a straight output channel. In a preferred embodiment, the electrode consists of a nozzle.
Электрически активные твердые частицы могут передавать электрический заряд от электрического источника питания на металлическую поверхность, подлежащую обработке.Electrically active solid particles can transfer an electrical charge from an electrical power source to the metal surface to be treated.
Твердые частицы предпочтительно могут удерживать жидкость. Эта удерживаемая жидкость может частично растворять ржавчину и соли, образующиеся при прохождении электрического тока, что повышает чистоту поверхности. Электрически активные твердые частицы предпочтительно, изготовлены из полимерного геля, поскольку он обеспечивает компромисс между физической целостностью и способностью удерживать жидкость в своей структуре. Электрически активные частицы предпочтительно представляют собой сульфированный полистирол-дивинилбензольный гель, поскольку они способствуют процессу из-за их способности обратимо удерживать растворенные ионы металлов. Жидкость, удерживаемая в электрически активных частицах, предпочтительно представляет собой водный раствор кислоты, поскольку большая часть ржавчины, гидроксида и солей металлов лучше растворима в кислотной среде. Водный раствор кислоты предпочтительно включает одну или более сильных кислот (р/Ka<2). Благодаря их большей диссоциации они увеличивают электропередачу, одновременно улучшая растворимость ржавчины, гидроксидов и солей металлов, что приводит к наилучшей чистоте поверхности.Solid particles preferably can hold liquid. This retained liquid can partially dissolve rust and salts generated by the passage of electric current, which improves the surface finish. The electrically active solids are preferably made from a polymer gel, as it provides a compromise between physical integrity and the ability to retain liquid in its structure. The electrically active particles are preferably a sulfonated polystyrene-divinylbenzene gel as they aid the process due to their ability to reversibly retain dissolved metal ions. The liquid held in the electrically active particles is preferably an aqueous acid solution, since most rust, hydroxide and metal salts are more soluble in an acidic environment. The aqueous acid solution preferably includes one or more strong acids (p/K a <2). Due to their greater dissociation, they increase electrical transmission while improving the solubility of rust, hydroxides and metal salts, resulting in the best possible surface finish.
Процесс передачи электрического заряда может вызывать окислительно-восстановительную реакцию на металлической поверхности, которая может привести к образованию металлической ржавчины на поверхности. Для хорошей отделки поверхности необходимо управляемое удаление образовавшейся ржавчины. Такая поверхностная ржавчина может быть удалена, например, посредством абразивного воздействия или растворяющего воздействия.The process of transferring an electrical charge can cause a redox reaction on the metal surface, which can lead to the formation of metal rust on the surface. A good surface finish requires controlled removal of the resulting rust. Such surface rust can be removed, for example, by abrasive action or solvent action.
Удаление металлической ржавчины с поверхности посредством абразивного воздействия может происходить за счет воздействия тех же электрически активных частиц, которые действуют как абразивные частицы. Ржавчина также может быть удалена воздействием не электрически активных абразивных частиц. Воздействие абразивных частиц может осуществляться одновременно (абразивные частицы и неабразивные частицы выпускаются одновременно) или поочередно с воздействием электрически активных частиц. При такой конфигурации речь шла бы о новом процессе сухой электрополировки в сочетании с абразивным процессом пескоструйного типа.The removal of metallic rust from a surface by abrasion may be by the action of the same electrically active particles that act as abrasive particles. Rust can also be removed by exposure to non-electrically active abrasive particles. The impact of abrasive particles can be carried out simultaneously (abrasive particles and non-abrasive particles are released simultaneously) or alternately with the impact of electrically active particles. With this configuration, it would be a new dry electropolishing process combined with a sandblast type abrasive process.
Альтернативно или дополнительно, удаление поверхностной ржавчины может быть осуществлено посредством растворяющего воздействия. Растворяющее воздействие может выполняться свободной от частиц жидкостью или жидкостью, удерживаемой в частицах. Растворяющее воздействие предпочтительно выполняется жидкостью, удерживаемой в электрически активных частицах, для обеспечения растворения ржавчины на той же стадии, когда она образуется.Alternatively or additionally, the removal of surface rust can be carried out by means of a solvent action. The dissolution action can be performed with a particle-free liquid or with a liquid retained in the particles. The dissolving effect is preferably carried out by the liquid retained in the electrically active particles to ensure that the rust is dissolved at the same stage as it is formed.
Выброс частиц на поверхность металла требует импульсной силы. В простейшем варианте таким импульсом является сила тяжести.The ejection of particles onto the metal surface requires an impulse force. In the simplest version, such an impulse is gravity.
Этот импульс предпочтительно обеспечивается управляемым элементом. Таким управляемым элементом предпочтительно является импульс от сжатого газа. Использование сжатого газа обеспечивает возможность управления скоростью и давлением при контакте частиц с поверхностью, а также осуществлять управление потоком частиц и уплотнением.This impulse is preferably provided by the controlled element. Such controlled element is preferably an impulse from a compressed gas. The use of pressurized gas provides the ability to control the speed and pressure of particles in contact with the surface, as well as to control the flow of particles and compaction.
В альтернативном варианте осуществления частицы выбрасываются на металлическую поверхность посредством импульса турбины, которая приводит в движение частицы посредством центробежной силы.In an alternative embodiment, the particles are ejected onto the metal surface by the impulse of a turbine which drives the particles by means of centrifugal force.
В альтернативном варианте осуществления частицы выбрасываются на металлическую поверхность прерывистым способом посредством импульса кривошипно-шатунной системы. Это обеспечивает возможность выброса частиц прерывистым способом с помощью легко настраиваемой системы, как скорости, так и объема каждого выброса.In an alternative embodiment, the particles are ejected onto the metal surface in an intermittent manner by means of the pulse of the crank system. This allows particles to be ejected in an intermittent manner with an easily adjustable system, both in terms of speed and volume of each ejection.
В альтернативном варианте осуществления частицы наносятся на металлическую поверхность непрерывно посредством импульса винтового транспортера. Это обеспечивает возможность создания непрерывного и компактного потока частиц, способствующего механизму передачи электрического тока при контакте.In an alternative embodiment, the particles are applied to the metal surface continuously by means of a screw conveyor impulse. This makes it possible to create a continuous and compact flow of particles, which contributes to the mechanism of transmission of electric current on contact.
Выходящий поток частиц через насадку можно регулировать с помощью клапанов и таймеров, чтобы сделать его непрерывным или импульсным.The outflow of particles through the nozzle can be controlled using valves and timers to make it continuous or pulsed.
Способ выброса частиц на поверхность может быть приспособлен к потребностям детали, подлежащей обработке. Например, если необходимо обработать плоскую поверхность в рамках производственной цепочки, можно использовать насадку, которая обеспечивает возможность выброса на поверхность частиц в виде завесы, что позволяет покрыть всю ширину поверхности детали, которая перемещается под завесой.The method of ejecting particles to the surface can be adapted to the needs of the part to be processed. For example, if a flat surface needs to be treated as part of a production chain, a nozzle can be used that allows particles to be ejected to the surface in a curtain, which allows covering the entire surface width of the part that moves under the curtain.
В альтернативном варианте осуществления выброс может осуществляться с использованием наносящей шлангообразной насадки, через которую должны выходить приводимые в движение частицы. Такие шланги для нанесения могут быть конфигурируемыми, например, в зависимости от направления или размера выходящей насадки. Такие шланги могут перемещаться автоматизированным способом, например, внутри камеры выброса, либо их можно использовать вручную на поверхности, подлежащей обработке. В случае, если выброс частиц происходит посредством сжатого газа, эти шланги на своем конечном участке могут включать в себя элемент рассеивания воздуха в точке подачи частиц для уплотнения частиц и поддержания высокой проводимости.In an alternative embodiment, the ejection may be carried out using an applicator hose nozzle through which the propelled particles must exit. Such application hoses may be configurable, for example, depending on the direction or size of the outlet nozzle. Such hoses can be moved in an automated way, for example, inside the ejection chamber, or they can be used manually on the surface to be treated. In case particles are ejected by means of compressed gas, these hoses may include an air dispersion element at the particle injection point at their end to compact the particles and maintain high conductivity.
Поток частиц, выходящий через насадку, можно регулировать с помощью клапанов и таймеров, чтобы сделать его непрерывным или импульсным.The flow of particles exiting the nozzle can be adjusted using valves and timers to make it continuous or pulsed.
Способ выброса частиц на поверхность может быть адаптирован к требованиям, предъявляемым к детали, подлежащей полировке. Например, при необходимости обработки плоской поверхности в рамках производственной цепочки может быть использована насадка, которая обеспечивает возможность выброса частиц на поверхность в виде завесы, которая позволяет покрыть ширину поверхности детали, движущейся под завесой.The method of ejecting the particles to the surface can be adapted to the requirements of the part to be polished. For example, if it is necessary to process a flat surface within the production chain, a nozzle can be used, which allows the particles to be ejected to the surface in the form of a curtain, which allows you to cover the width of the surface of the part moving under the curtain.
В альтернативном варианте осуществления выброс может осуществляться с использованием наносящей шлангообразной насадки, через которую должны выходить приводимые в движение частицы. Такие шланги для нанесения могут быть настраиваемыми, например, в зависимости от направления или размера выходящей насадки. Такие шланги могут перемещаться автоматизированным способом, например, внутри камеры для выброса, либо их можно использовать вручную на поверхности, подлежащей полировке. В случае если выброс частиц происходит посредством сжатого газа, эти шланги на своем конечном участке могут включать в себя элемент рассеивания воздуха в точке подачи частиц для уплотнения частиц и поддержания высокой проводимости.In an alternative embodiment, the ejection may be carried out using an applicator hose nozzle through which the propelled particles must exit. Such application hoses may be adjustable, for example, depending on the direction or size of the exiting nozzle. Such hoses can be moved in an automated way, for example, inside the ejection chamber, or they can be used manually on the surface to be polished. In case particles are ejected by means of compressed gas, these hoses may include an air dispersion element at the particle injection point at their end to compact the particles and maintain high conductivity.
Поверхность, подлежащая обработке, может быть изолирована, соединена с заземлением или с электрическим источником питания. Обрабатываемая поверхность предпочтительно соединена с электродом электрического источника питания. Таким образом, достигается больший контроль над разностью приложенных потенциалов, и можно измерить проходящий ток между электродом для выхода частиц и поверхностью, подлежащей обработке.The surface to be treated may be insulated, grounded or connected to an electrical power source. The surface to be treated is preferably connected to an electrode of an electrical power source. In this way, greater control over the applied potential difference is achieved and the current passing between the particle exit electrode and the surface to be treated can be measured.
Поверхность, подлежащая обработке, должна быть проводящей. Поверхность, подлежащая обработке, предпочтительно является металлической. Это включает детали из пластмассовых материалов, имеющие металлизированную поверхность. Металлы и сплавы, которые могут быть обработаны, включают, но не ограничиваются любыми типами чугунов, сталей, сплавов хрома и кобальта, никеля и никелевых сплавов, таких как нитинол, цинк и сплавы цинка, такие как Замак, алюминий и сплавы, титан и сплавы, медь и сплавы, карбид вольфрама и т.д.The surface to be treated must be conductive. The surface to be treated is preferably metallic. This includes parts made of plastic materials having a metallized surface. Metals and alloys that can be machined include, but are not limited to, any type of cast iron, steel, chromium and cobalt alloys, nickel and nickel alloys such as nitinol, zinc and zinc alloys such as Zamak, aluminum and alloys, titanium and alloys , copper and alloys, tungsten carbide, etc.
Универсальность этой системы позволяет обрабатывать большие плоские поверхности, крупногабаритные детали, неподвижные поверхности, например строительные конструкции и т.д.The versatility of this system makes it possible to process large flat surfaces, large workpieces, stationary surfaces such as building structures, etc.
Электрические параметры, применяемые к электрическому источнику питания, определяют воздействие частиц на поверхность. Разница потенциалов, приложенных для получения полирующих эффектов, находится в большом диапазоне от 1 В до 50 кВ, и это является признаком, определяющим механизм электрической передачи. Ток, подаваемый на электрод, может быть постоянным, переменным или импульсным током. Например, источник постоянного тока напряжением 30 кВ с импульсным выбросом частиц и без гравитационного уплотнения на расстоянии 18 см между электродом и поверхностью, подлежащей обработке, создает на металлической поверхности полирующий эффект. Также, например, источник постоянного тока напряжением 30 В с плотным непрерывным гравитационным выбросом частиц на расстоянии 2 см между электродом и поверхностью, подлежащей обработке, создает на металлической поверхности полирующий эффект. Так, например, источник переменного тока частотой от 50 Гц, до 2 кВ, с импульсным выбросом и без гравитационного уплотнения частиц, и приводимых в движение воздухом под давлением 5 бар, на расстоянии 18 см между электродом и поверхностью, подлежащей обработке, создает видимые электрические дуги и полирующие эффекты на металлической поверхности. В качественном отношении для каждого из этих примеров можно определить более высокую относительную долю для каждого из механизмов передачи электрического заряда.The electrical parameters applied to the electrical power supply determine the impact of the particles on the surface. The potential difference applied to obtain polishing effects is in a large range from 1 V to 50 kV, and this is a feature that determines the mechanism of electrical transmission. The current supplied to the electrode can be direct, alternating or pulsed current. For example, a 30 kV direct current source with pulsed particle ejection and no gravity seal at a distance of 18 cm between the electrode and the surface to be treated creates a polishing effect on the metal surface. Also, for example, a 30 V direct current source with a dense continuous gravitational ejection of particles at a distance of 2 cm between the electrode and the surface to be processed creates a polishing effect on the metal surface. So, for example, an alternating current source with a frequency of 50 Hz, up to 2 kV, with a pulsed ejection and without gravitational particle compaction, and driven by air at a pressure of 5 bar, at a distance of 18 cm between the electrode and the surface to be treated, creates visible electrical arcs and polishing effects on the metal surface. Qualitatively, for each of these examples, it is possible to determine a higher relative share for each of the electric charge transfer mechanisms.
Электрически активные твердые частицы могут передавать электрический заряд от электрического источника питания на металлическую поверхность, подлежащую обработке. Твердые частицы предпочтительно могут удерживать жидкость. Эта удерживаемая жидкость может частично растворять ржавчину и соли, образующиеся при прохождении электрического тока, что повышает чистоту поверхности. Электрически активные твердые частицы предпочтительно выполнены из полимерного геля, поскольку он обеспечивает компромисс между физической целостностью и способностью удерживать жидкость в своей структуре. Электрически активные частицы предпочтительно представляют собой сульфированный полистирол-дивинилбензольный гель, поскольку они способствуют процессу благодаря их способности обратимо удерживать растворенные ионы металлов. Жидкость, удерживаемая в электрически активных частицах, предпочтительно представляет собой водный раствор кислоты, поскольку большая часть ржавчины, гидроксида и солей металлов лучше растворима в кислотной среде. Водный раствор кислоты предпочтительно включает одну или более сильных кислот (рКа<2). Благодаря их большей диссоциации они увеличивают электропередачу, одновременно улучшая растворимость ржавчины, гидроксидов и солей металлов, что приводит к наилучшей чистоте поверхности.Electrically active solid particles can transfer an electrical charge from an electrical power source to the metal surface to be treated. Solid particles preferably can hold liquid. This retained liquid can partially dissolve rust and salts generated by the passage of electric current, which improves the surface finish. The electrically active solids are preferably made from a polymer gel, as this provides a compromise between physical integrity and the ability to retain liquid in its structure. The electrically active particles are preferably a sulfonated polystyrene-divinylbenzene gel because they aid the process through their ability to reversibly retain dissolved metal ions. The liquid held in the electrically active particles is preferably an aqueous acid solution, since most rust, hydroxide and metal salts are more soluble in an acidic environment. The aqueous acid solution preferably includes one or more strong acids (pK a <2). Due to their greater dissociation, they increase electrical transmission while improving the solubility of rust, hydroxides and metal salts, resulting in the best possible surface finish.
Другими элементами, которые улучшают работу изобретения, являются:Other elements that improve the operation of the invention are:
- Предварительный контейнер для подачи частиц;- Preliminary container for feeding particles;
- Приемник для сбора частиц. Приемник и предварительный контейнер могут быть одним и тем же элементом;- Receiver for collecting particles. The receiver and the provisional container can be the same element;
- Система рециркуляции частиц из приемника в подающий контейнер, в случае, если они не являются одним и тем же элементом;- System for recycling particles from the receiver to the supply container, in case they are not the same element;
- Вибраторы в точках хранения или циркуляции частиц для облегчения их транспортировки, а также передачи вибрации на поверхность, подлежащую обработке.- Vibrators at the points of storage or circulation of particles to facilitate their transportation, as well as the transmission of vibration to the surface to be treated.
Устройство предпочтительно содержит подающий контейнер для твердых частиц, расположенный до электрического контакта и выброса. Такой контейнер обеспечивает постоянную подачу частиц в систему и позволяет избежать моментов остановки.The device preferably comprises a solids feed container located prior to electrical contact and ejection. Such a container provides a constant supply of particles to the system and avoids stopping points.
Предпочтительно устройство содержит приемник для сбора твердых частиц после удара частиц о поверхность, подлежащую обработке. Такой приемник выполнен для каждого варианта осуществления определенным образом и может иметь несколько форм, как это видно на примерах. Этот элемент предотвращает повсеместное рассеивание частиц, при этом обеспечивая возможность рециркуляции частиц.Preferably, the device includes a receptacle for collecting solid particles after the particles hit the surface to be treated. Such a receiver is designed for each embodiment in a specific way and may take several forms, as seen in the examples. This element prevents particles from being scattered all over the place while still allowing the particles to be recycled.
В вариантах осуществления, обеспечивающих такую возможность, подающий контейнер и приемник предпочтительно являются одним и тем же элементом. Это позволяет упростить конструкцию устройства и исключает избыточные элементы, что позволяет снизить затраты, при этом сохраняя прежнюю функциональность.In embodiments that enable this, the supply container and the receptacle are preferably the same element. This simplifies the design of the device and eliminates redundant elements, which reduces costs while maintaining the same functionality.
В случае если подающий контейнер и приемник не являются одним и тем же элементом, между приемником для сбора твердых частиц и подающим контейнером может существовать система рециркуляции частиц. Эта система обеспечивает возможность автоматического уменьшения частиц, тем самым устраняя необходимость в человеческих усилиях и повышая уровень автоматизации.In the event that the supply container and the receiver are not the same element, a particle recycling system may exist between the solids collection container and the supply container. This system provides the ability to automatically reduce particles, thereby eliminating the need for human effort and increasing the level of automation.
Устройство предпочтительно содержит вибратор или вибраторы, которые вызывают вибрацию частиц, чтобы облегчить их перемещение. Указанный вибратор предпочтительно может быть расположен в подающем контейнере и/или в приемнике. Перемещение гранулированного материала, которым являются частицы, используемые в этом процессе, может образовывать засорения в виде сводов. Использование вибраторов в отсеках и циркуляционных каналах значительно уменьшает образование сводов, что предотвращает засорение в точках циркуляции.The device preferably includes a vibrator or vibrators which cause the particles to vibrate to facilitate their movement. Said vibrator may preferably be located in the supply container and/or in the receiver. The movement of granular material, which is the particles used in this process, can form blockages in the form of arches. The use of vibrators in compartments and circulation channels greatly reduces arching, which prevents clogging at circulation points.
Следовательно, определены следующие шаги, которые усовершенствуют объект способа по данному изобретению:Therefore, the following steps are defined that will improve the object of the method according to this invention:
- рециркуляция частиц из приемника для сбора в подающий контейнер, в случае, если они не являются одним и тем же элементом;- recirculation of particles from the collection receptacle to the supply container, in case they are not the same element;
- выполнение вибрации электрически активных твердых частиц.- performing vibration of electrically active solid particles.
Эта новая технология разработана с учетом широкого спектра возможных конечных применений. Например, с целью и без намерения ограничения представлены некоторые варианты применения. Применение заключается в полировке отдельных узлов для обработки больших конструктивных деталей, например, крыла самолета, для улучшения его аэродинамики. Конечным применением является его использование в непрерывных поточных процессах для обработки металлических поверхностей после их изготовления, или в качестве предварительного этапа перед другими видами обработки.This new technology has been developed with a wide range of possible end uses in mind. For example, with and without intent to limit, some uses are presented. The application lies in the polishing of individual components for the processing of large structural parts, for example, the wing of an aircraft, to improve its aerodynamics. Its end use is in continuous in-line processes for the treatment of metal surfaces after they have been fabricated, or as a pre-stage before other treatments.
Еще одним конечным применением являются полировочные автономные передвижные устройства.Another end use is polishing stand-alone mobile units.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
На фиг. 1 представлен примерный чертеж устройства, реализующего способ полировки согласно объекту изобретения.In FIG. 1 is an exemplary drawing of a device implementing a polishing method according to an aspect of the invention.
На фиг. 2А представлен механизм передачи электричества между электрическим источником питания и металлической поверхностью посредством суммарного заряда частиц.In FIG. 2A shows the mechanism for transferring electricity between an electrical power source and a metal surface through the net charge of the particles.
На фиг. 2В представлен механизм передачи электричества между источником электричества и металлической поверхностью за счет электрической проводимости путем контакта.In FIG. 2B shows the mechanism for transferring electricity between an electricity source and a metal surface by electrical conduction by contact.
На фиг. 3С представлен механизм передачи электричества между электрическим источником питания и металлической поверхностью за счет электрической проводимости посредством вольтовых дуг.In FIG. 3C shows the mechanism for transferring electricity between an electrical power source and a metal surface by electrical conduction through voltaic arcs.
На фиг. 3 представлено устройство для поточной обработки поверхности.In FIG. 3 shows a device for in-line surface treatment.
На фиг. 4 представлено передвижное устройство для обработки поверхности.In FIG. 4 shows a mobile surface treatment device.
На фиг. 5 представлено устройство с камерой для обработки поверхности.In FIG. 5 shows a device with a surface treatment chamber.
ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫЕ ВАРИАНТЫ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯPREFERRED EMBODIMENTS FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Ниже приводится несколько приведенных для примера вариантов без какой-либо цели ограничения.Below are a few exemplary options without any intent to limit.
Вариант осуществления 1
Устройство содержит подающий контейнер (7) для частиц (9), выход которого соединен с медной трубкой, действующей в качестве электрода (3), в свою очередь соединенной с электрическим источником (2) питания. Частицы (9) непрерывно падают под действием силы тяжести вниз на поверхность (1), подлежащую обработке, которая соединена с электрическим источником (2) питания посредством противоэлектрода. После контакта с деталью частицы (9) попадают в приемник (6) для сбора для их последующей рециркуляции посредством системы (5) рециркуляции. Как подающий контейнер (7) для частиц, так и приемник (6) имеет в наличии вибратор (8). Схематическое представление можно увидеть на фиг. 1.The device comprises a supply container (7) for particles (9), the outlet of which is connected to a copper tube acting as an electrode (3), in turn connected to an electrical power source (2). Particles (9) continuously fall under the action of gravity down onto the surface (1) to be treated, which is connected to the electrical power source (2) by means of a counter electrode. After contact with the part, the particles (9) enter the receiver (6) for collection for their subsequent recycling through the recycling system (5). Both the supply container (7) for particles and the receiver (6) have a vibrator (8). A schematic representation can be seen in Fig. 1.
В примерном случае используемые частицы (9) представляют собой микропористые гелевые частицы сульфированного полистирола-дивинилбензола, заполненные раствором электролита, который содержит серную кислоту в количестве 4%. Данный прототип был проверен с различными типами электрического тока: Постоянный ток от 1 до 60 В, переменный ток с частотой от 50 Гц до 50000 Гц, от 0 до 220 В.In an exemplary case, the particles (9) used are microporous sulfonated polystyrene-divinylbenzene gel particles filled with an electrolyte solution which contains 4% sulfuric acid. This prototype has been tested with different types of electrical current:
С этими параметрами был подтвержден способ полировки для обработки поверхности стали 316 различными типами электрического тока: Постоянный ток до 35 кВ, переменный ток с частотой 50 Гц до 15 кВ.With these parameters, the polishing method for surface treatment of steel 316 was confirmed by various types of electric current: DC up to 35kV, AC 50Hz up to 15kV.
Результаты постоянного тока показывают линейную зависимость интенсивности от разности потенциалов. Отмечено, что после обработки в течение 5 минут, воздействующей при 30 кВ, наблюдается уменьшение Ra от 0,37 до 0,34 мкм в области, в большей степени подвергнутой воздействию потока частиц.DC results show a linear dependence of the intensity on the potential difference. It is noted that after treatment for 5 minutes, operating at 30 kV, there is a decrease in R a from 0.37 to 0.34 μm in the area most affected by the particle flow.
Результаты использования переменного тока с частотой 50 Гц показывают линейную характеристику в диапазоне от 0 до 5 кВ. Увеличение напряжения от этой точки не приводит к увеличению пропорциональной интенсивности. Данный эффект ясно указывает на изменение механизма передачи электрического заряда.The results of using 50 Hz alternating current show a linear characteristic in the range from 0 to 5 kV. Increasing the voltage from this point does not increase the proportional intensity. This effect clearly indicates a change in the mechanism of electric charge transfer.
Устройство для обработки линейных поверхностейLinear surfacing device
Оно состоит из устройства для поточной обработки поверхности. Схематическое представление показано на фиг. 3. В данном примере, без ограничения назначения, оно предназначено для обработки металлических пластин. Устройство включает в себя электрический источник (3) питания, систему нанесения частиц (9) типа «завеса», систему переноса пластины, подлежащей обработке, и систему (5) рециркуляции, которая собирает частицы и сохраняет их в подающем контейнере (7).It consists of a device for in-line surface treatment. A schematic representation is shown in FIG. 3. In this example, without limiting the purpose, it is for processing metal plates. The device includes an electrical power source (3), a curtain-type particle application system (9), a transfer system for a plate to be processed, and a recirculation system (5) that collects particles and stores them in a supply container (7).
Металлическая пластина, подлежащая обработке, расположена на конвейерной ленте, обеспечиваемой вибрацией и подключенной к электрическому источнику питания. В одной точке пути конвейерной ленты имеется устройство для завесообразного выброса частиц (9). Линейное подающее устройство производит линейный выброс частиц (9) на поверхность (1), подлежащую обработке, покрывая всю ширину пластины, которую необходимо обработать. Пластина движется через завесу частиц с надлежащей скоростью, которая обеспечивает ей время обработки для получения ожидаемой отделки. Устройство для завесообразного выброса частиц включает в себя вибратор (8) для обеспечения потока частиц. В щелевых отверстиях, через которые выходят частицы, имеется металлический элемент, соединенный с отрицательным полюсом подающего источника, который действует как электрод (3). Частицы входят в контакт с электродом (3), прежде чем попасть на поверхность (1), подлежащую обработке. Вблизи точки контакта применяется система (5) рециркуляции, которая всасывает частицы после их контакта с поверхностью и сохраняет их в подающем контейнере (7).The metal plate to be processed is located on a conveyor belt provided with vibration and connected to an electrical power source. At one point of the conveyor belt path there is a device for curtain-like particle ejection (9). The linear feeder produces a linear ejection of particles (9) onto the surface (1) to be processed, covering the entire width of the plate to be processed. The wafer moves through the curtain of particles at the proper speed which gives it the processing time to obtain the expected finish. The device for curtain ejection of particles includes a vibrator (8) to ensure the flow of particles. In the slots through which the particles exit, there is a metal element connected to the negative pole of the supply source, which acts as an electrode (3). The particles come into contact with the electrode (3) before reaching the surface (1) to be treated. Near the point of contact, a recirculation system (5) is applied, which sucks up the particles after their contact with the surface and stores them in the supply container (7).
Передвижное устройство для обработки поверхностейMobile Surface Treatment Unit
Оно состоит из передвижного устройства для обработки поверхностей (1). Схематическое представление показано на фиг. 4. Это устройство облегчает совместную транспортировку, например, с помощью колес. Устройство включает в себя компрессор и нагнетатель сжатого воздуха, электрический источник (2) питания, подающий контейнер (7) для подачи частиц и систему (5) рециркуляции.It consists of a mobile device for surface treatment (1). A schematic representation is shown in FIG. 4. This device facilitates joint transportation, for example, using wheels. The device includes a compressor and a compressed air blower, an electric power source (2), a supply container (7) for supplying particles, and a recirculation system (5).
Устройство может быть соединено со штекером, в качестве альтернативы оно может включать в себя аккумуляторную батарею, достаточную для обеспечения энергией. Подающий контейнер (7) для частиц (9) в нижней части имеет выход к шлангу для подачи частиц, контейнер может быть снабжен вибратором (8) для обеспечения потока частиц (9). Частицы (9) перемещаются по подающему шлангу посредством сжатого воздуха, поступающего от компрессора. Необходимое давление зависит от длины и расположения подающего шланга, давление от 3 до 10 бар обеспечивает хорошие результаты. Подающий шланг заканчивается диффузором, который обеспечивает выход части воздуха, заставляя частицы (9) уплотняться. Выход частиц происходит через электрод (3) или в контакте с ним, который может быть элементом, выполненным, например, из меди, нержавеющей стали 316 или облученного титана, подключенным к электрическому источнику (2) питания, предпочтительно к положительному полюсу, предпочтительно с амперметром для контроля интенсивности. Наносящий электрод (3) расположен на расстоянии от 0,5 до 10 см от поверхности, так что между электродом и поверхностью возникает поток частиц для обеспечения прохождения тока. Концевая часть выхода для частиц включена внутрь приемника (6) для сбора, который расположен очень близко или находится в контакте с поверхностью (1), подлежащей обработке. Приемник (6) для сбора этих частиц соединен с системой (5) рециркуляции, которая содержит второй шланг, снабженный всасывающим устройством, который собирает частицы из приемника (6) после их контакта с поверхностью и вновь выбрасывает их в подающий контейнер (7) для частиц. Поверхность (1), подлежащая обработке, соединена с электрическим источником (1) питания при помощи, например, электрического зажима, предпочтительно на положительном полюсе. Для полировки рабочим недоступных поверхностей или повышения надежности, система может включать использование роботизированной руки.The device may be connected to a plug, alternatively it may include a rechargeable battery sufficient to provide power. The supply container (7) for particles (9) at the bottom has an outlet to the hose for supplying particles, the container can be equipped with a vibrator (8) to ensure the flow of particles (9). Particles (9) are moved along the supply hose by means of compressed air coming from the compressor. The required pressure depends on the length and location of the supply hose, pressures between 3 and 10 bar provide good results. The supply hose ends with a diffuser, which allows some of the air to escape, causing the particles (9) to condense. The exit of particles occurs through or in contact with an electrode (3), which can be an element made, for example, of copper, stainless steel 316 or irradiated titanium, connected to an electrical power source (2), preferably to the positive pole, preferably with an ammeter to control the intensity. The deposition electrode (3) is located at a distance of 0.5 to 10 cm from the surface, so that a stream of particles occurs between the electrode and the surface to ensure the passage of current. The particle exit end is included inside a collection receptacle (6) which is located very close to or in contact with the surface (1) to be treated. The receptacle (6) for collecting these particles is connected to a recirculation system (5) which contains a second hose equipped with a suction device that collects particles from the receptacle (6) after their contact with the surface and again ejects them into the supply container (7) for particles . The surface (1) to be processed is connected to the electrical power supply (1) by means of, for example, an electrical clamp, preferably on the positive pole. To polish worker inaccessible surfaces or improve reliability, the system may include the use of a robotic arm.
Конструкция системы рассчитана на то, чтобы занимать компактный объем, и она содержит элементы, такие как, например, колеса или скользящие элементы, которые делают ее пригодной для переноски.The design of the system is designed to occupy a compact volume, and it contains elements such as, for example, wheels or sliding elements, which make it suitable for carrying.
Подаваемый ток зависит от состава поверхности, подлежащей обработке, и используемых частиц (9). Например, для обработки поверхности из стали 316 хорошие результаты достигаются при использовании частиц сульфированного полистирола-дивинилбензола, содержащих серную кислоту в количестве 4% при постоянном токе 12В.The applied current depends on the composition of the surface to be treated and the particles used (9). For example, for surface treatment of steel 316, good results are achieved using particles of sulfonated polystyrene-divinylbenzene containing sulfuric acid in an amount of 4% at a constant current of 12V.
Устройство для обработки поверхностей в камере Оно состоит из устройства для обработки поверхностей (1) в закрытой камере (4). Схематическое представление можно видеть на фиг. 5. Устройство включает в себя электрический источник (2) питания, один или несколько выходов электрически активных частиц (9) с электродами (3), систему для крепления деталей, подлежащих полировке, закрытую камеру (4) для обработки и систему (5) рециркуляции, которая всасывает частицы из приемника (6), который в данном примере также действует как нагнетательный подающий контейнер (7), в направлении выходов для частиц.Surface treatment device in a chamber It consists of a surface treatment device (1) in a closed chamber (4). A schematic representation can be seen in Fig. 5. The device includes an electrical power source (2), one or more outputs of electrically active particles (9) with electrodes (3), a system for fixing parts to be polished, a closed chamber (4) for processing and a recirculation system (5) , which sucks particles from the receptacle (6), which in this example also acts as a pressure feed container (7), towards the particle outlets.
Металлические детали, подлежащие полировке, размещают на рамах внутри камеры посредством подходящих креплений таким образом, чтобы они были подключены к электрическому источнику (2) питания. Камера (4) снабжена несколькими выходами для частиц, соединенными на их концевом участке с электродами (3). Выброс частиц (9) происходит посредством сжатого воздуха, предпочтительно в диапазоне от 2 до 10 бар, предпочтительно от 4 до 6 бар.The metal parts to be polished are placed on frames inside the chamber by means of suitable fasteners in such a way that they are connected to an electrical power source (2). The chamber (4) is provided with several particle outlets connected at their end to electrodes (3). The particles (9) are ejected by means of compressed air, preferably in the range of 2 to 10 bar, preferably 4 to 6 bar.
Нижняя часть камеры (4), которая действует как приемник (6) для сбора, а также как подающий контейнер (7), имеет наклон, и частицы (9) собираются системой (5) рециркуляции, которая транспортирует их к выходам для частиц.The lower part of the chamber (4), which acts as a collection receptacle (6) as well as a supply container (7), is sloped and the particles (9) are collected by a recirculation system (5) which transports them to the particle outlets.
Приложенный электрический ток зависит от нескольких факторов, таких как тип материала, общая площадь, подлежащая обработке, расстояние между точкой выхода частиц и поверхностью. Например, для полировки стали 316 на расстоянии 4 см, общая площадь составляет 25 см2.The applied electric current depends on several factors such as the type of material, the total area to be treated, the distance between the exit point of the particles and the surface. For example, to polish 316 steel at a distance of 4 cm, the total area is 25 cm 2 .
Claims (27)
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
ESP201930716 | 2019-08-01 | ||
ESP201930717 | 2019-08-01 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2797287C1 true RU2797287C1 (en) | 2023-06-01 |
Family
ID=
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6156187A (en) * | 1998-06-05 | 2000-12-05 | Nissin Unyu Kogyo Co., Ltd. | Electrolytic integrated polishing method for external surface of metallic tubes and photosensitive drum substrate prepared thereby |
RU2247635C1 (en) * | 2003-07-31 | 2005-03-10 | Воронежский государственный технический университет | Electrochemical dimensional treatment process |
RU2521940C2 (en) * | 2012-02-07 | 2014-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Method of electrochemical treatment |
WO2018172586A1 (en) * | 2017-03-20 | 2018-09-27 | Steros Gpa Innovative, S.L. | Electropolishing device |
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6156187A (en) * | 1998-06-05 | 2000-12-05 | Nissin Unyu Kogyo Co., Ltd. | Electrolytic integrated polishing method for external surface of metallic tubes and photosensitive drum substrate prepared thereby |
RU2247635C1 (en) * | 2003-07-31 | 2005-03-10 | Воронежский государственный технический университет | Electrochemical dimensional treatment process |
RU2521940C2 (en) * | 2012-02-07 | 2014-07-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный технический университет" | Method of electrochemical treatment |
WO2018172586A1 (en) * | 2017-03-20 | 2018-09-27 | Steros Gpa Innovative, S.L. | Electropolishing device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4726812A (en) | Method for electrostatically charging up solid or liquid particles suspended in a gas stream by means of ions | |
JPS6113867B2 (en) | ||
TWI593926B (en) | Charged water particle dispersion device (a) | |
KR20140002599A (en) | Electric sorting by means of corona discharge | |
RU2797287C1 (en) | Method and device for dry treatment of metal surfaces with electrically active solid particles | |
US20220161382A1 (en) | Method and device for dry treatment of metal surfaces by means of electrically active solid particles | |
ES2754876B2 (en) | DEVICE FOR DRY TREATMENT OF METALLIC SURFACES BY MEANS OF ELECTRICALLY ACTIVE SOLID PARTICLES | |
KR101657643B1 (en) | Electrostatic metal porous body forming apparatus and electrostatic metal porous body forming method using the same | |
JP4315123B2 (en) | Static elimination method | |
JP2000311797A (en) | Static eliminator and its method | |
JPH10255954A (en) | Dc ion generating device, and film forming method using this device | |
ES2818473B2 (en) | METHOD FOR DRY TREATING METAL SURFACES USING SOLID ELECTRICALLY ACTIVE PARTICLES | |
EP3096591B1 (en) | Method and device for reducing an electrostatic charge during the machining, joining or coating of areas using vacuum suction blasting | |
US7261764B1 (en) | System and method for spatially-selective particulate deposition and enhanced deposition efficiency | |
JP5651849B2 (en) | Resin film forming method and resin film forming system | |
CN113369017B (en) | Continuous generation system of electrostatic discrete microparticles | |
KR101710273B1 (en) | Dielectric barrier discharge device for particles | |
KR101201541B1 (en) | Air Filtering Apparatus using Non-powered Cyclone Structure with Electrostatic Precipitator | |
KR20160085258A (en) | Electrostatic sprayer of coating product and projection assembly comprising such a sprayer | |
KR101119048B1 (en) | Powder coating method utilizing ultrasonic vibrator | |
CN116174070B (en) | Device and method for directionally transporting liquid drops based on micro-nano structure discharge | |
JP4221501B2 (en) | Aerosol charge neutralizer | |
SU845860A1 (en) | Spraying apparatus for electrostatic applying of polymeric coating | |
JPH10277440A (en) | Electrostatic coating method of water paint and electrostatic coating device | |
SU1732323A1 (en) | Universal lens hood for objective |