CC BY
36
УДК 669.268
УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ ПРОЦЕССА СКОРОСТНОГО ХРОМИРОВАНИЯ МЕТАЛЛОРЕЖУЩЕГО ИНСТРУМЕНТА
И.А. Внуков, Н.Н. Трушин
Рассматривается процесс скоростного хромирования поверхностей металлорежущего инструмента. Представлены основные факторы, влияющие на качество нанесенных покрытий. Спроектированы принципиальная и структурная схема модернизируемого стенда процесса скоростного хромирования.
Ключевые слова: хромирование, режущий инструмент, дефекты покрытия, управление качеством.
Электролитическое хромирование по сравнению с другими способами повышения долговечности машин и инструмента применятся в различных областях промышленности для повышения стойкости, защиты от коррозии и защитно-декоративной отделки деталей, а также для восстановления изношенных или бракованных по размерам деталей [1].
Главными компонентами электролитов для хромирования является хромовый ангидрид Crü3. Хромовый ангидрид представляет собой смесь сильных кислот H2Cr2ü7 и H2Crü4. Электроосаждение хрома из раствора только одной хромовой кислоты невозможно. Для нормального протекания процесса электролиза и выделения на катоде удовлетворительных осадков хрома необходимо содержание небольшого количества посторонних активных анионов, например Sü42-, Б1-или SiF62-.
Наиболее широкое распространение имеют также хромовокислые электролиты с добавками Sü4
В производстве большое значение имеет восстановление размеров изношенных режущих инструментов. С помощью периодического хромирования при правильной организации наблюдения за работой деталей срок их службы удается продлить в несколько десятков раз, что достигается при небольших дополнительных затратах. При правильной технологии хромирование режущего инструмента увеличивает стойкость в среднем от 50 до 200 % при работе по стали. Хромированию подвергается различный инструмент: сверла, зенкеры, развертки, резьбонарезные плашки, накатные плашки и ролики, метчики, протяжки, фрезы, долбяки и т.п. [1, 2].
Для хромирования режущего инструмента нужны минимальные толщины в пределах 0,0025...0,005 мм. Номенклатура хромируемого инструмента самая разнообразная и охватывает многие виды режущего инструмента, которые в большинстве своем изготовляются из инструментальных углеродистых сталей. Известное увеличение стойкости дает и хромирование инструмента из быстрорежущей стали. Хромированным инструментом обрабатываются самые разнообразные металлы, что дает хорошие
303
результаты. В большинстве случаев инструмент после хромирования подвергается термической обработке в масле или на воздухе при температуре 150 ... 200 °С в течение 1 - 3 час. Эта операция проводится для удаления из металла водорода, который вызывает так называемую водородную хрупкость. Присутствие водорода в металле будет ухудшать качество инструмента. Иногда после хромирования для улучшения качества режущей кромки инструмента вводят доводку ее с помощью абразивов. Эта операция применяется для снятия утолщений на самой острой части режущей кромки инструмента [3].
Сам процесс технологического хромирования металлорежущего инструмента состоит из следующей строгой последовательности: промывка инструмента в растворителе; электролитическое обезжиривание; промывка в горячей и холодной воде; декапирование обратным током и хромирование; промывка в воде; сушка; термообработка. Обезжиренный и промытый инструмент хромируется в ванне, содержащей 150 г/л хромового ангидрида и 1,5 г/л серной кислоты.
Получение доброкачественного покрытия зависит от правильности выполнения подготовки поверхности перед покрытием, соблюдения режима электролиза и сохранения в процессе электролиза заданного состава электролита. Возможные виды дефектов хромовых покрытий и причины их возникновения приведены в таблице [3, 4].
Дефекты покрытий
№ п/п Вид дефекта Причины возникновения
1 Отслаивание покрытий Плохая механическая и химическая подготовка поверхности инструмента
2 Отсутствие осадка хрома на отдельных участках Образование окисной пленки на никеле
3 Различная толщина слоя хрома на разных участках детали Неравномерное распределение тока
4 Местное растрескивание Остатки на поверхности детали старого никелевого или хромового покрытия
5 Серое с равномерной сыпью покрытие Высокое содержание в электролите трехвалентного хрома
6 Темные осадки на отдельных участках детали Неодинаковое расстояние между противоположными участками анода и катода
Суть планируемой модернизации существующего процесса скоростного хромирования заключается в обеспечении гибкости процесса, в обеспечении новой элементной базы (персональные логические контроллеры, усовершенствованные персональные компьютеры и т.д.) и сокращения времени хромирования. На рис. 1 представлена структурная схема системы управления модернизируемой АГЛ скоростного хромирования.
Конвейер
А2.1 А2.2 А2.3
[38-485 [38-485 [38-485
ПЛК4
[38-485
ПЛК5
ПЛК6
12
ПЛК7
А1- Блок управления конвейером А2.Х - Блоки управления током АЗ - Блок управления давлением
Температура
Блок подготовки электролита
Давление
Рис. 1. Структурная схема системы управления процессом хромирования режущего инструмента
На рис.1 представлена схема управления электронным оборудованием модернизируемого стенда процесса скоростного хромирования режущего инструмента, включающего восемь программируемых логических контроллеров (ПЛК), автоматический терморегулятор, персональный компьютер и блок подготовки электролита. Программируемые контроллеры соединены между собой и с ПК с помощью интерфейса Я8-485. Контрол-
305
леры ПЛК1, ПЛК2, ПЛК3 предназначены для управления конвейером. Контроллеры ПЛК5, ПЛК6, ПЛК7 отвечают за управление давлением и температурой электролита. Контроллер ПЛК4 необходим для проведения манипуляций с объектом хромирования. Контроллер ПЛК 8 предназначен для связи с управляющим компьютером ПК.
На рис. 2 представлена принципиальная схема технологической установки скоростного хромирования режущего инструмента. Схема показывает, какие элементы управления задействованы на определенном этапе технологического процесса. Технологическая цепочка содержит позиции загрузки, разгрузки, обезжиривания, промывки и хромирования. Система управления координирует выполнение отдельных операций процесса хромирования и во времени, и в пространстве.
Рис. 2. Принципиальная схема установки скоростного хромирования
режущего инструмента
Планируемое внедрение линии скоростного хромирования позволит сократить время нанесения покрытия на 30.35 % по сравнению с существующим технологическим процессом. Реализация компьютерного управления процессом хромирования позволит осуществить мониторинг за работой технологического оборудования в реальном масштабе времени.
Список литературы
1. Черкез М.Б., Богорад Л.Я. Хромирование. 4-е изд., перераб. и доп. Л.: Машиностроение, 1978.
2. Анодно-струйное хромирование - новый способ ускоренного нанесения износостойкого хрома / А.Д. Блувштейн [и др.]. Л.: ЛДНТП, 1966. 40 с.
3. Истомина Н.В., Сосновская Н.Г., Ковалюк Е.Н. Оборудование электрохимических производств: учебное пособие. 2-е изд., перераб. Ангарск: АГТА, 2010, 100 с.
4. Гибкие автоматизированные линии: хрестоматия /сост.: А.Е. Новиков, А.Б. Даринцева. Екатеринбург: УГТУ, 2006. 221 с.
Внуков Илья Андреевич, студент, [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет,
Трушин Николай Николаевич, д-р техн. наук, проф., [email protected], Россия, Тула, Тульский государственный университет
QUALITY MANAGEMENT OF THE PROCESS OF HIGH-SPEED CHROMATION
OF METAL-STOCKING TOOLS
I.A. Vnukov., N.N. Trushin
The process of high-speed chrome plating of metal-cutting tool surfaces is considered. The main factors affecting the quality of the applied coatings are presented. The principal and structural diagram of the upgradeable stand of the high-speed chrome plating process is designed.
Key words: chrome plating, cutting tools, coating defects, quality management.
Vnukov Ilya Andreevich, student, [email protected], Russia, Tula, Tula State University,
Trushin Nikolay Nikolavich, doctor of technical sciences, professor, [email protected], Russia, Tula, Tula State University
