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電解拋光加工設備是如何組裝的

時間:2018-09-14瀏覽數:54

   森源化工作為國內專業的電解拋光設備生產廠家,擁有電解加工設備行業十年經驗,生產了諸如:304不銹鋼首飾拋光設備、不銹鋼水處理罐電解拋光設備門花電解拋光設備不銹鋼網籃電解拋光設備內壁電解拋光設備汽車尾管電解拋光設備、醫療器械電解拋光設備,下面森源化工就電解拋光設備的組裝來進行詳談。

  1.機床

  電解加工機床其他傳統的金屬切削機床一樣,也免括床身、立柱、工作臺、進給機構、主軸頭(或稱滑優頭),所不同的是,電解加工機床必須妥善配置匯流排和導液系統,在工作箱內的工作臺上安裝夾具和工件,在陰極安裝板裝夾工具陰極,工作箱、門以及主軸頭伸進工作箱的部分都需要密封,因此,電解加工機床的總體布局要考慮機床的剛度、精度、絕緣、防銹,兼顧操作和維護。由于機床的剛度、精度及操作維護之間矛盾的存在,須根據機床的主要應用對象進行設計。

  (1)機床剛性。加工等截面的型孔時,機床承受的負荷較小,電解液壓力1.5MPa,電流密度約80A/cm2~100A/cm2,最小的機床承載能力25kN;而加工變截面型腔或型面時,因為加工面積大(比如比型孔大2倍),電流密度40A/cm2,電解液壓力卻需要2.0MPa~2.5MPa,則機床的承載也必須增加2.5倍以上。以電源的輸出電流做承載能力的基本計算單位,加工型腔型面時,電源每輸出1A電流,機床必須承受0.4kg的載荷,即0.4kg/A[2],如前所述,機床承受載荷的能力應與機床的用途以及配置的電源適應。關于機床的剛性,美國Anocut公司提供的指標為:陰極安裝板最大軸向變形位移為0.001mm/kN,側向變形位移小于0.05mm/kN。

  (2)進給速度特性。在加工過程進給速度的變化量和調速范圍是評定電解加工進給系統的兩項指標。美國Anocut公司加工深孔時(加工條件為:電壓12.5V,電解液32%NaNO,,壓力1.4MPa,溫度35°C)發現,當進給速度為8.1mm/min,加工過程如果進給速度發生0.3mm/min的變化,則被加工孔的尺寸將產生0.025mm的誤差,因此提出進給速度的變化量應控制在5%以內。目前,對電解加工機床這項指標具體規定為:從空載到滿載進給速度變化量小于0.025mm/min,低速爬行量小于0.01mm。

  (3)調速范圍。調速范圍是因為不同對象的加工面積差異大,精度和表面粗糙度的要求不同,在一次成型的過程中為了適應電源的輸出電流,進給速度就會有很大差異,按加工要求,調速范圍應達到0.05mm/min~200mm/min,為了縮短輔助時間,同時又能保證陰極接近工件時對刀的精確度,也要求具有快退及臨對刀時迅速變慢的無級調速功能,即主軸頭快速回退、快速逼近,美國Anocut公司研制的進給系統其進給速度的范圍為0.025mm/min~2500mm/min。在機械進給系統中采用可控硅實現無級調速,由于可控硅實現無級調速的調速范圍與調速精度、進給速度的穩定性(抗干擾能力)之間是互相制約的,因此,對用于生產量大的電解加工機床,可考慮采用數字反饋的油缸活塞式進給系統,其調速范圍(包括回退速度在內的調速范圍)可達1/100000,而不影響剛性。近期的中小型機床采用步進電機拖動,數字控制系統或寬調速電機拖動、半閉環系統控制。

  (4)機床精度。不言而喻,機床精度是保證加工精度的基本條件,核心是保證整個加工過程工具陰極與工件之間相對位置準確,最直接的指標有:進給系統的位置分辨力0.01mm,位置精度±0.01mm,速度分辨力0.025mm/min,速度變化量0.025mm/min。為了保證上述指標,除了對進給系統的要求外,床身制造精度、工作臺、陰極安裝板上定位孔、鍵槽的精度、陰極安裝板對主軸頭安裝面的形位公差均應達到0.025mm/300mm。

  (5)防銹性能。與電解液直接接觸的部件采用耐腐蝕材料,如采用大理石臺面、不銹鋼導軌、不銹鋼陰極安裝板,不銹鋼輸液管道;與腐蝕氣體有接觸的電氣元件盡量密封好,對工作箱和工作臺的金屬部位進行電化學陽極保護等。

  (6)抗干擾能力。隨著計算機技術的發展,電解加工機床也逐步走向數控,數控電解加工機床控制系統的硬件有主控單元、伺服驅動單元、人機界面交互單元、檢測單元及各種保護回路。各單元之間以通信方式,以實現機床的程序控制。主控單元采用可編程控制器或直接通過單片機、微機編程。因此,為了提高機床電氣系統、數控系統的抗干擾能力,電器、元件須選擇可靠、穩定的品牌。

  (7)可靠性。自解加工機床與其他金屬切削機床的主要區別在于需要導電、輸液、絕緣,需要考慮大電流的導電和機床絕緣性能可靠,工作箱防爆等,大電流的導電采用匯流排、電纜,接頭部位鍍錫,陰極安裝板和工作臺板的外側接從電源引過來的導電排(或電纜),有些機床將電纜直接引到工作箱內,導致接正極的接頭被陽極腐蝕,并且電解液鹽的結晶極易鉆入接觸部位,需要操作工經常清理,這種設計是不可取的。導電排最好采用紫銅(允許通過電流密度160A/mm2),也可選用空心水冷電纜。工作臺面與其下面的傳動機構之間(即機床與陽極之間)要可靠絕緣。輸液管道進口可設在工作箱上側,也可直接做在主軸孔內(如日本三菱公司的電解加工機床),出液管接在工作箱底部。箱頂設有排風口,由軟管引到安裝在室外的排風機,以及時排出加工中產生的逸到工作箱內的氣體。工作箱要設計排氣系統,及時排出加工中析出的氫氣。抽風機容量按法拉第定律計算,氫氣生成速度為79L/(min·10000A)。空氣中氫氣含量的危險點為5%,取安全系數為20,則空氣中氫含量應低于0.25%,故通風量系數應為31.6m2/10000A[1,4,5]。

  綜上所述,對電解加工機床的要求是:高的機床剛性,硬的進給速度特性,寬的調速范圍和一定的機床精度。

  選擇電解加工機床,還應考慮機床的配套是否完好,有無一定的通用性。為增加設備的柔性,降低一次性投資的成本,可重構電解加工機床的發展也已提上日程。

  2.電源

  電源應與機床配套,當機床根據加工對象選定后,電源的額定電流實際也已經根據加工面積的大小按式(1-8)確定了。不論額定電流大或小,電解加工電源的主要性能體現在電壓輸出波形、穩壓精度、短路保護的靈敏性以及連續工作的可靠性。

  (1)額定電壓。一般,其額定電壓為0~20V之間連續可調,并能在此范圍被保證輸出額定電流,加工鈦合金要求24V。

  (2)穩壓精度。直流電源的穩壓精度要求控制在±1%內,國外有廠家對紋波系數要求5%,國內無規定。

  (3)抗干擾和耐腐蝕性能。為了保證電源的短路、過載保護系統正常運行,要有專門的抗干擾措施;為應對大電流發熱,電源內采用水冷或風冷,電氣柜須防潮;為防止腐蝕性氣體侵入,電氣柜應有密封設施。

  國內電解加工用的可控硅整流電源經部級鑒定投入使用的規格已齊全,其性能基本上能滿足使用要求。存在的主要問題是變壓器體積大(目前已采用水冷),主回路并聯支路仍較多,因而占地面積大。未構成整體密封柜,因而耐蝕性能差,使用壽命較短,銹蝕引起的故障率仍較高。某些工廠采用電源單獨隔離間的措施后,情況有所好轉,但廠房面積加大,匯流排線路長,壓降大,能耗大。目前雖已吸取美國Anocut公司先進技術研制出3000A、10000A水冷密封電源,但后者穩定性可靠性尚未完全解決,有待進一步改進提高。

  美國Anocut公司可控硅全水冷密封型穩壓電源,使用效果良好,主要特點為:

  (1)穩壓精度高,負載從0~100%變化時,電壓波動僅±0.25%,為其他可控硅電源的電壓波動的1/4。主要原因之一是在電壓反饋信號的比較回路中采用了高精度的給定信號。

  (2)主回路采用原邊調壓方式,在交流輸入的每一相繞組中串入一對反并聯的可控硅。副邊采用雙星形反并聯線路,雙星形回路之間串入一平衡電抗器。副邊每一相只用一只大容量硅二極管,因而避免了多路并聯造成的不均流而燒壞管子的問題。

  (3)采用全水冷方案,除功率器件為水冷外,主變壓器副邊繞組亦用水冷空心銅管繞制成,因而其體積大為縮小,約為國內自冷變壓器的1/4。為防止水冷系統凝露而引起短路等故障,柜內頂部裝有冷卻循環風的水冷熱交換器以維持柜內溫度為25℃,并保持柜內空氣干燥。

  (4)采用全密封柜體。由于采取了上述諸措施,電源總的體積大為縮小,因而所有部件均安裝在一個柜體內。又由于解決了電源長期工作的可結性、穩定性問題以及水冷凝露問題,因而柜體采用了全密封結構,只有在正常檢修時才打開柜門。這樣就杜絕了腐蝕性氣體進入柜內,引起元件的銹蝕和損好。

  3.電解液系統

  電解液系統由電解液槽、凈化裝置、熱交換磷和泵等組成。其功能是連續地向加工間隙供應一定壓力和流量的電解液,并維持電解液的濃度、溫度、pH值和電解產物的含量相對穩定。

  (1)電解液槽。電解液槽的容量與電源容量、電解液的過濾方法和溫度、濃度的控制要求有關,其容量、型式與布置方式根據加工對象及機床所在環境條件設計。英、美、日、德、瑞士等國出售的機床都帶有配套的電解液槽,這種電解液槽一般均備有離心過濾器、網式過濾器及熱交換器。電解液槽多為箱形和筒形,其容量與電源電流的比值一般應為1L/A~4L/A,而實際上則經常低于1L/A。

  當加工批量較大,工件的形狀、材料亦相似,且進行重復生產時,最好用“游泳池”式電解液槽。如美國通用電氣公司的電解加工車間、我國部分生產廠家將“游泳池”式電解液槽布置在車間旁,該電解液槽的總容量可高達608000L(608m2),電解液是氯化鈉。這種電解液槽幾乎不需維護,由于槽容量大,電解生成物都沉淀在槽的底部,只要定期從槽的底部將之抽掉,而無需用離心分離器或其他沉淀過濾措施。槽的巨大容量還使電解液的溫度非常穩定,很容易通過熱交換器將之調到所需的溫度,并使其穩定在1℃以內,電解液的濃度和成分亦很易控制,是各種電解液槽中成本最低、性能最好的一種。

  由于車間內各機床所加工的材料或工件形狀不一致,從而需要幾種電解液時,可考慮采用較小的電解液槽配板框壓濾機或離心分離機。在場地有限而機械化程度較高的場合,如日本和西歐一些國家,也傾向于采用機械化分離手段達到電解液循環使用。

  (2)泵。電解加工區別于其他電解過程的主要特點是正負極之間的間隙很小(0.1mm~0.3mm),進入間隙的電解液具有高的壓力(0.5MPa~2.0MPa)與流速(12m/s~48m/s)。這些主要特點正是電解加工取得高生產率的關鍵,而泵則是使間隙內電解液獲得高速、高壓的原動力,是電解液系統中最關鍵的設備,早期國內在深孔膛線加工中較多使用齒輪泵,因其壓力高,但容易磨損,流量也較小,目前已改用多級離心泵;而型面、型腔加工需要的壓力不高,流量卻要大,采用單級離心泵。

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