CC BY
42
УДК 621.9.047
ОБОСНОВАНИЕ ПРЕДЕЛЬНОЙ ВЫСОТЫ И ГЛУБИНЫ ЗНАКОВ ПРИ НАНЕСЕНИИ ИНФОРМАЦИИ НА МЕТАЛЛЫ С ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ПОКРЫТИЕМ А.Н. Осеков, И.Т. Коптев, А.С. Белякин
В статье рассмотрены ограничения по глубине маркирования и номеру шрифтов для металлических деталей, имеющих диэлектрические покрытия, и показаны пути расширения области использования предлагаемого метода
Ключевые слова: маркирование, покрытия, высота знаков, глубина знаков
Высота знака, получаемого при
электрохимическом маркировании, зависит от размеров его контура, полученного при пробое диэлектрического покрытия. Минимальный диаметр лунки, получаемой для тонких (до 0,2 мм) диэлектриков, составляет 0,2-0,3 мм, после чего анодным растворением можно получить минимальную стандартную ширину штриха.
Схема обработки приведена на рис. 1.
углубления (ДА на рис. 1). Это так называемое поднутрение.
Величина поднутрения (ДА) оценивается, как «уширение» ширины штриха.
АН =
н—Л 2
(1)
Тогда ширина штриха под покрытием составляет
б -
і < і
■ і ' А
У т ь
Рис. 1. Схема получения знака при комбинированной обработке
На рис. 1 показан металлический образец 1 детали с диэлектрическим покрытием 2. За счет высоковольтного разряда в покрытии 2 получена серия отверстий диаметром ё, через которые проходит ток к металлической основе образца. Пространство над деталью заполнено электролитом, состав которого приведен в [1].
Требуется получить контур знака глубиной Н в металле (рис. 1) и с шириной штриха А.
Процесс анодного растворения затрагивает съем металла не только по глубине Н, но и с боковых поверхностей уже сформированного
Осеков Алексей Николаевич - ЛГТУ, соискатель, тел. (4742) 44-54-55
Коптев Иван Тихонович - «ВМЗ» - ФГУП «ГКНПЦ им. М.В. Хруничева», канд. техн. наук, доцент, генеральный директор, тел. (473) 234-81-17
Белякин Александр Сергеевич - ВГТУ, канд. техн. наук, доцент, тел. (473) 234-82-40
Н = 2(1 +------)Л,
100
Относительная величина поднутрения приведена на рис.2.
Н — Л
Здесь в =--------100,
2Л
(2)
,%)
(3)
0,05 0,1
0,15 0,2
Рис. 2. Поднутрение под покрытием 1 - мелкое маркирование ;2 - глубокое маркирование (начальный межэлектродный зазор 0,05 мм).
Материал детали - сталь 45; покрытия - многослойный лак
Для мелкого (цветного) маркирования (глубина не более 0,03 мм) процесс протекает без прокачки электролита, который быстро загрязняется продуктами обработки и процесс анодного растворения прекращается. Время
получения качественного знака обычно не превышает 2,5-3 секунд. При этом величина начального межэлектродного зазора равна толщине покрытия (г на рис. 1).
Время обработки (тх) по [2].
т =-------- ---[ + н)2 - г2 ], (4)
2г)ах(и - Ди)
где а - электрохимический эквивалент металлической основы; у - плотность материала основы; 7] - выход по току; х -удельная проводимость электролита; и -напряжение на электродах (табличные данные из [1]); Д и - потери напряжения (данные из [3]).
Если необходимо получить глубокий (до 0,20,25 мм) индекс, то должен быть предусмотрен межэлектродный зазор (Я 0) между инструментом-катодом и поверхностью покрытия (как правило Я0 >0,05мм).
Тогда время обработки индексов (т2) с глубиной в металле Н составит
7
[(/ + Н + £0)2 — (Г + £0)2 ], (5)
2цах(и -Ди)
Если принять минимальный диаметр скважины в покрытии ё=0,2 мм, а «уширение» Дк^0, то при мелком маркировании наименьшая ширина А штриха составит
А =ё=0,2мм, (6)
По стандарту А=0,1 В, где В - высота знака (номер шрифта). Тогда минимальный шрифт, который можно получить при наименьшей толщине слоя (не более 0,05 мм) диэлектрика составит 2 мм.
При глубоком (до 0,2-0,25 мм) маркировании, за счет уширения штриха на удвоенную величину поднутрения (рис. 2) высота стандартного знака увеличивается. Если учесть зависимость 2 на рис. 2, то при толщине покрытия менее 0,1 мм номер шрифта, получаемого при глубоком маркировании, должен быть не менее 3,5 мм, что подтверждено многочисленными экспериментами. Если толщина диэлектрического покрытия превышает 0,2 мм, то предельная ширина (А) индекса составит не менее
0,4-0,5 мм, что может быть описано зависимостью
2Лт1П •. 100
(7)
В табл. 1 приведены минимальные размеры шрифтов, получаемые на деталях с
диэлектрическим покрытием, имеющим различную толщину. Расчетные значения округлены в соответствии со стандартными размерами. Для глубокого маркирования показаны экономически обоснованные глубины штрихов в металле.
Если диэлектрическое покрытие имеет высокую износостойкость, то видимую ширину штриха можно принимать равной диаметру лунки в покрытии (ё на рис.1). Тогда номера шрифтов будут зависеть только от толщины покрытия, его физических характеристик и режимов (напряжения и емкости конденсаторов) высоковольтного разряда (табл. 2).
Таблица 1
Наименьший номер стандартных шрифтов, получаемых на деталях с диэлектрическим покрытием (материал - конструкционная сталь;
Вид марки- рован ия Номер шрифта на детали при толщине покрытия (мм)
<0,05 0,05 -0,1 0,1- 0,15 0,15 -0,2 0,25 Более 0,25
Мел- кое (цвет- ное) 2 2 2 2,5 3,0 >4
Глубо- кое (до глуби- ны 0,2- 0,25 мм) 3 3,5 3,5 4 4 >5
Таблица 2
Наименьший номер стандартных шрифтов,
Вид маркирования Номер шрифта на покрытии при его толщине(мм)
<0,05 0,05- 0,1 0,1- 0,15 0,15- 0,2
Мелкое 2 2 2 2,5
(цветное)
Глубокое
(Н+г)<0,2 мм 2 2 2 2
(Н+г)<0,з мм 3 3 3,5 3,5
(Н+г)<0,5 мм 3 3 3,5 3,5
Из табл. 2 (условия маркирования аналогичны приведенным в табл. 1) видно, что для получения глубоких знаков минимальной высоты (номер
шрифта) необходимо иметь тонкое (не более 0,1-
0,2 мм) покрытие, что в ряде случаев не осуществимо или требует больших трудовых затрат. Обычно при нанесении покрытий в документации указывают повышенные толщины, обеспечивающие лучшую сплошность слоев. Тогда целесообразно предусмотреть в документации необходимость местного (в местах маркирования) удаления части покрытий с сохранением остаточной толщины менее 0,2 мм (а при малых номерах шрифтов до 0,1 мм).
Удаление слоя диэлектрического покрытия возможно путем химического травления, зачистки металлическим и абразивным инструментом,
уплотнением вязких слоев и другими методами. Химическое травление имеет ограниченное применение, т.к. процесс слабо управляем, диэлектрические материалы имеют высокую стойкость в химически активных средах, а агрессивные травители токсичны, наносят вред окружающей среде, могут вызывать коррозию и нарушение качества поверхностного слоя деталей. Обработка абразивным инструментом со связанными зернами возможна только для хрупких покрытий в местах доступных для подвода инструмента, что не всегда выполнимо.
Опыт показал, что для утонения покрытия наибольшие технологические возможности имеет метод гидроабразивной обработки, используемый в настоящее время для разделения металлов, их местной зачистки, разрезки неметаллических заготовок [4], в том числе водой с гранулами льда.
Описанные в [4] установки работают при давлении воды с абразивом до 400МПа и скорости струи до 1000м/с. Достоинствами метода являются: возможность доставки суспензии (вода и абразивные зерна) в каждую точку любой открытой поверхности; быстрая смена загрязненной рабочей среды на свежую и возможность ее очистки вне зоны обработки. Применение местной зачистки гидроабразивным методом в настоящее время требует детального изучения, где одним из перспективных направлений исследований может стать замена вскрытия в покрытии контура знаков импульсами высоковольтного тока на размерное гидроабразивное или комбинированное (с наложением электрического поля) удаление покрытия по границам информационных знаков, что пока не удается выполнить, поскольку указанный в [4] минимальный диаметр струи составляет не менее 0,6 мм, что соответствует контуру очень крупных (высота более 6 мм) шрифтов, имеющих ограниченное использование, особенно в точном и специальном
машиностроении. Возможно также применять для зачистки жидкую среду без абразива, хотя для вязких материалов покрытий такой метод может оказаться мало эффективным и
трудноуправляемым.
При совершенствовании процесса гидроабразивного разделения материалов пытаются до 1,5-2 раз поднять давление жидкости, хотя в случае зачистки целесообразно снизить такое давление и применять гранулы с незначительным абразивным воздействием (например, частицы льда из той же жидкости, которая используется при гидроабразивной резке). Это позволит заметно снизить потребляемую мощность (в созданных установках такая величина достигает 40квт).
Выводы
1. Показана возможность нанесения информационных знаков на детали, имеющих диэлектрические покрытия, что ранее считалось не осуществимым.
2. Приведены расчеты стандартных размеров знаков в маркировании с обеспечением требований по геометрии индексов малой и большой глубины.
3. Обоснованы пути совершенствования технологического процесса маркирования за счет удаления слоя диэлектрического покрытия, например, гидроабразивным методом.
Литература
1. Смоленцев В.П. Электрохимическое маркирование деталей / В.П. Смоленцев, Г.П. Смоленцев, З.Б. Садыков // М.: Машиностроение, 1983. - 72 с.
2. Смоленцев В.П. Технология электрохимической обработки внутренних поверхностей // М.: Машиностроение, 1978. - 176 с.
3. Смоленцев Е.В. Проектирование электрических и комбинированных методов обработки материалов // М.: Машиностроение, 2005. - 511 с.
4. Павлов Э. Гидроабразивная резка // Ж. «Умное производство», 2009, №1(7). - С.41-50
Липецкий государственный технический университет
«Воронежский механический завод» - филиал Федерального государственного унитарного предприятия «Государственный космический научно-производственный центр
им. М.В. Хруничева»
Воронежский государственный технический университет
REASONS OF MARK LIMITING HEIGHT AND DEPTH WHEN APPLYING INFORMATION ON METALS WITH DIELECRTIC COATING A.N. Osekov, I.T. Koptev, A.S. Belyakin
The article covers limitation on the mark depth and font number for metal parts with dielectric coating and ways to widen scope of use of the suggested method
Key words: marking, coating, mark height, mark depth
