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 [摘要] 根据振荡器形式或工作槽数量对振动电镀设备进行了分类。根据振荡器形式可分为弹性连杆式振镀机、液压式振镀机、电磁式振镀机及惯性式振镀机等几种,根据工作槽数量可分为单机振镀机和振镀生产线两种形式。介绍了振动烘干设备。

[关键词]  振动电镀设备; 振镀机; 振动烘干设备

引言

生产中可见的振动电镀设备形式多种多样,有振荡器在振筛上部的,也有振荡器在振筛下部的;有电磁式振动,也有惯性式振动;有单机,也有生产线;有手工操作,也有电动或自动化操作。所以,有必要对各种各样的振动电镀设备进行归纳和分类,以增加对其更加全面、深刻的认识和了解。振动烘干设备是振动电镀设备的辅助设备,可克服其他干燥方法零件干燥后表面易留有水迹的缺陷,是高品质小零件采用振动电镀后的进一步质量保证。

1 根据振荡器形式分类

根据振荡器形式可将振动电镀设备分为弹性连杆式振镀机、液压式振镀机、电磁式振镀机及惯性式振镀机等几种。

1.1弹性连杆式振镀机

由弹性连杆式振荡器驱动。弹性连杆式振荡器一般由偏心轴、连杆、连杆弹簧及弹性元件等组成。工作时,工作机体(盛装零件的托盘)借有弹性的连杆激起振动,并按一定频率(1~2Hz)做往复运动或摆动,其运动特征为慢进快退,这样零件便会沿托盘上的导沟做直线或圆周运动。导沟底部安装阴极导电装置,上部安装阳极,电镀时零件与阳极间无任何遮挡,零件的受镀条件与挂镀接近,因而允许使用的电流密度较大,镀层均匀性较好。这种形式比较适于电镀过程中不怕中断电流的镀种(如镀锌),及生产量较大零件(如标准件)的电镀。我国早期天津自行车厂使用的振动镀锌设备即属此类型。

2.2液压式振镀机

液压式振镀机工作机体的工作原理及零件的受镀机理等与弹性连杆式振镀机大致相同,所不同的是其振荡器为液压驱动式。我国早期广东佛山开关厂使用的振动电镀设备即属液压式结构。

3.3电磁式振镀机

由电磁式振荡器驱动。电磁式振荡器中能产生振动的部件为电磁铁,电磁铁由铁心、电磁线圈及可动衔铁等组成。当向电磁铁的线圈通以交变电流或经半波整流的脉动电流后,可使铁心与可动衔铁间产生周期性变化的电磁吸力。可动衔铁与铁心吸合时,主振弹簧被压弯;可动衔铁与铁心分离时,主振弹簧伸直产生反弹力。可动衔铁及主振弹簧周期性的吸弹作用,使工作基体的支座相对于平衡基座产生周期性振动,则安装在支座上的工作基体(如振筛的料筐)也做相应振动,工作基体中的零件受到振动后便会以一定方式运行。电磁式振荡器的工作原理如图1所示。

图1  电磁式振荡器的工作原理图

1-铁心;2-电磁线圈;3-可动衔铁;4-平衡基座;5-支座;6-主振弹簧;7-工作基体;8-可控整流;9-工作气隙

振荡器根据情况可安装在振筛上部,也可安装在振筛下部。当安装在振筛下部时,可做成单机形式,也可做成振镀生产线。当安装在振筛上部时,一般宜做成振镀生产线,而不宜做成单机形式。目前,国内电磁式振镀机多用于接插件的接触体、片式元件等电子产品的电镀,这类设备多由欧美等国或国内的外资、合资厂生产。

4.4惯性式振镀机

由惯性式振荡器驱动。惯性式振荡器通常由偏心轴、轴承、轴承座等组成。工作时,偏心轴高速旋转,轴上偏心部件的回转运动产生周期性变化的离心力(或激振力),从而驱使与轴相连的工作机体做相应振动,同时工作机体中的零件受到振动后做相应的离心运动(即绕中心旋转的圆周运动)。当设计合理时,振荡器既有强烈的水平振动,又有强烈的摇摆振动,这种复合振动不仅可使工作效率得到较大提高,还可使加工的零件接受较好的处理。惯性式振荡器有单轴式、双轴式及多轴式等多种形式,而惯性式振镀机采用的振荡器多为单轴式。单轴式振荡器的工作原理如图2所示。

图2  单轴惯性式振荡器的工作原理图

1-振荡器;2-偏心轴;3-轴承座;4-偏心部件;5-工作机体;6-弹性元件

振荡器可位于振筛下部,此即为早期的“槽体振动式滚镀机”;也可位于振筛上部,目前国产或外资、合资厂产的振筛式电镀机、微型悬挂式振镀机等可归入这一类。

2 根据工作槽数量分类

根据工作槽数量可将振动电镀设备分为单机振镀机和振镀生产线两种形式。

2.1单机振镀机

工作槽数量只有一个,振筛数量一般也是一个,即所谓的单机单槽振镀装置。比较适于批量不大的振动电镀生产或实验。常见的单机振镀机有可自动更换溶液的电磁式单机振镀机、振杆式振镀机及微型悬挂式振镀机等。另外,早期的槽体振动式滚镀机也属此类型。

(1) 槽体振动式滚镀机  其振荡器为惯性式。整个装置类似立式(也可为卧式)振动光饰机,其料筐与镀槽为同一装置,即所谓的滚筒镀槽。零件装在滚筒镀槽底部,阳极从滚筒镀槽上部悬挂在镀液中。振荡器设置在滚筒镀槽下部,并通过隔振弹簧与滚筒镀槽连成一体。振荡器主轴上下两端安装有偏心部件,当主轴高速旋转时,偏心部件的回转运动产生周期性离心力和激振力矩,从而带动滚筒镀槽做一定频率和振幅的振动。

槽体振动式滚镀机早期为日本的电镀设备公司生产和销售,国内以前及现在均未见过此类设备及此类设备的引进或使用情况报道。

(2) 可自动更换溶液的电磁式单机振镀机  这种形式与槽体振动式滚镀机类似的地方是工作槽数量只有一个,且振荡器位于工作槽下部。不同的地方是振荡器是电磁式的,且料筐与镀槽分置且料筐可单独移动。另外,这种形式的最大特点是,采用微机控制自动更换工作槽内的溶液,可使唯一的工作槽同时起到数个工作槽的作用,料筐内零件在一个槽内陆续接受多道工序的处理,从而实现设备的全自动化操作。四川华丰企业集团公司1989年从法国苏里奥公司引进的振动电镀设备即属此类型。

可自动更换溶液的电磁式单机振镀机早在20世纪70年代末,瑞士的电镀设备公司就有商品生产,名称为“ウイづロボツト滚镀装置”。目前国外这种形式应用较多,而国内除早期有过引进外,后来就几乎没有再出现过。

(3) 振杆式振镀机和微型悬挂式振镀机  振杆式振镀机的振荡器位于振筛上部,并通过传振轴与料筐相连。其振筛的机架为两根弹性耐腐蚀棒,即振杆。振杆通过一定的弹性元件将振荡器架住,从而起到支撑振筛的作用。并且,振杆还起传输电镀电流和振动信号的作用。振杆的一端为接受电镀电流的阴极搁脚,另一端为接受振动信号的搁脚。镀槽两边的口沿上分别安装有电镀阴极V形座和振动信号V形座。当振筛落到镀槽上后,振筛上的搁脚分别与相应的V形座相接,则电镀电流及振动信号便分别输送给料筐内的零件和振荡器,于是振动电镀过程开始。振杆式振镀机如图3所示。

图3  振杆式振镀机

1-振荡器;2-传振轴;3-料筐;4搁脚;5-振动电源;6-镀槽;7-阳极

振杆式振镀机一般为单机形式,其振筛灵活、轻便,且设备造价相对较低,非常适于手工操作及生产量不大但又需要采用振镀的小零件。

微型悬挂式振镀机的结构、组成及工作原理等与振杆式振镀机大致相同。振杆式振镀机和微型悬挂式振镀机目前基本占据了国内单机振镀机市场的绝大多数份额。

2.2振镀生产线

目前生产中应用较多的振镀生产线有振荡器在振筛上方和振荡器在振筛下方两种形式。振荡器在振筛上方的生产线,振荡器连同料筐、机架等组成单独的振筛(或称振动机头),所有工作槽边均不设置传动机构,振筛的驱动靠槽外振动电源输至槽边口沿V型座上的振动信号。当振筛落到镀槽上后,接受振动信号即可开始振动并带动料筐内的零件运行。振荡器为电磁式。行车一般为悬臂式,且自动半自动可转换。

振荡器在振筛下方的生产线每道工序的工作槽下面均安装有振荡器,其优点是:(1)料筐与振荡器分离自重较轻,一部行车可带多个料筐,因而料筐数量可增加;(2)振荡器在振筛下方,因而振筛规格可加大(料筐直径最大可达500mm)。因此,这种形式生产线的加工能力较大。

目前,国内振镀生产线多用于接插件的接触体、片式元件等具有批量的电子产品的电镀,从多年的应用情况看其效果较理想。振镀生产线的生产厂商多为国外、外资或合资厂,国内此类厂商的力量尚比较薄弱。

3 振动烘干设备

一般小零件干燥多采用离心甩干或烘床烘干的方法,但零件干燥后表面易留有水迹(深孔零件孔内更甚),因而常常因镀后问题影响镀层质量,这与高品质要求的小零件是不相适应的。而振动烘干则可克服此类问题,它是高品质小零件采用振动电镀后的进一步质量保证。

3.1振动烘干的优点

(1) 经振动烘干的零件,无论采用自来水洗还是纯净水洗,表面均不会产生水迹、发花、发膜等缺陷。因为水迹是水中的矿物质等杂质在零件干燥过程中汇聚于零件局部所造成,而振动可驱散这些矿物质使其在零件表面不能停留,则水迹不易形成。对于深孔零件,振动可促使孔内的水分充分释放,则水迹不易形成。

(2) 采用一般干燥方法,镀层表面耐手摸性能较差,尤其接插件接触体的镀金层,手摸会使其表面产生发红现象。而采用振动烘干,则不会产生手摸发红现象,且镀层抗变色能力及表面光洁度还有较大程度的提高。这是由于振动的振光作用可使镀层致密度提高的缘故。

(3) 若镀前基体表面光洁度较差及存在发花、斑点等缺陷,则经振动烘干后会有较大程度的改善。

3.2振动烘干的适用范围

振动烘干适于高品质要求小零件(如接插件的接触体)镀金、镀银、镀镍等的镀后干燥,尤其对深孔或盲孔等小零件孔内的干燥具有极佳效果。但不适于零件尺寸较大且带有锋利棱角、较软镀层(如锡镀层、锡铅镀层、转化膜等)、表面浸保护剂的镀层的干燥。

3.3振动烘干设备的结构和工作机理

振动烘干设备的振动原理与振荡器在振筛下方的振镀机大致相同,不同的是零件的处理是在空气中而非在溶液中,因而零件运行时受到的阻力相对稍小。该装置由风机、电热箱、料筐、振荡器、控制箱、振动电源及机箱等组成。风机和电热箱位于装置上半部,料筐和振荡器位于装置下半部,控制箱和振动电源位于离烘干设施稍远的一侧。其装置如图4所示。

图4  振动烘干装置示意图

1-风机;2-电热箱;3-烘箱盖;4-锁紧螺母;5-料筐;6-振荡器;7-底座;8-控制箱;9-振动电源

工作时,料筐内零件在振动作用下绕中心作圆周运动,同时风机自上而下向料筐内吹热风。料筐底部设置有网孔,零件表面的水分可从网孔中被吹走。烘干时间、烘干温度、振动频率、振幅及风机工作时间等参数可设置。一般烘干时间设置为30~40min,烘干温度设置为60℃,而风机工作时间则稍长于烘干时间,约35~45min,以防电热箱的电热器件被烧坏。料筐装载量根据零件不同约为3~7kg。工作结束后,干燥的零件可从排料口自行排出。

振动电镀设备形式繁多,应根据镀件的具体情况选择合适的形式,否则不仅振动电镀的优越性不能得以发挥,反而可能带来效率低下、投资浪费等问题。振动烘干设备虽为振镀设备的辅助设备,但作用不可小觑,否则若镀件干燥效果不好,即使电镀效果再好,也不能说镀层质量是完全合格的。

[参考文献]

[1]侯进.滚镀工艺技术与应用[M].北京:化学工业出版社,2010

[2]沈涪.接插件电镀[M].北京:国防工业出版社,2007

[3]沈涪.振动电镀设备类型简介[J].电镀与精饰,2001,23(1)

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