滾鍍

滾鍍生產(chǎn)線

　　簡介

　　Barrel Electroplating

　　大批小零件放在滾動(dòng)的容器中進(jìn)行電鍍的過程。

　　如鋼鐵零件滾鍍鋅、滾鍍銅、滾鍍高錫青銅;銅和銅合金零件滾鍍鎳等。

　　滾鍍?nèi)芤汉碗婂儣l件與槽鍍基本相同，有時(shí)根據(jù)材質(zhì)和鍍件形狀也會作一些調(diào)整。

　　概述

　　1 滾鍍的發(fā)展

　　滾鍍適用于受形狀、大小等因素影響無法或不宜裝掛的小零件的電鍍，它與早期小零件電鍍采用掛鍍或籃筐鍍的方式相比，節(jié)省了勞動(dòng)力，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)效率，而且鍍件表面質(zhì)量也大大提高。所以，滾鍍的發(fā)明與應(yīng)用在小零件電鍍領(lǐng)域無疑有著非常積極的意義。滾鍍早在20世紀(jì)20年代就已經(jīng)在工業(yè)上得到應(yīng)用。國內(nèi)滾鍍最早于20世紀(jì)50年代中后期出現(xiàn)在上海，機(jī)械化連續(xù)滾鍍設(shè)備在20世紀(jì)60年代左右開始使用，但當(dāng)時(shí)的設(shè)備僅僅能夠手動(dòng)控制，而大型全自動(dòng)滾鍍生產(chǎn)線大概從20世紀(jì)90年代開始才有較為廣泛的應(yīng)用。目前，滾鍍的產(chǎn)量約占整個(gè)電鍍加工的50%左右，并涉及到鍍鋅、銅、鎳、錫、鉻、金、銀及合金等幾十個(gè)鍍種。滾鍍已成為應(yīng)用非常普遍且?guī)缀跖c掛鍍并駕齊驅(qū)的一種電鍍加工方式。

　　2 滾鍍的概念

　　滾鍍嚴(yán)格意義上講叫做滾筒電鍍。它是將一定數(shù)量的小零件置于專用滾筒內(nèi)、在滾動(dòng)狀態(tài)下以間接導(dǎo)電的方式使零件表面沉積上各種金屬或合金鍍層、以達(dá)到表面防護(hù)裝飾及各種功能性目的的一種電鍍加工方式。典型的滾鍍過程是這樣的：將經(jīng)過鍍前處理的小零件裝進(jìn)滾筒內(nèi)，零件靠自身的重力作用將滾筒內(nèi)的陰極導(dǎo)電裝置緊緊壓住，以保證零件受鍍時(shí)所需的電流能夠順利地傳輸。然后，滾筒以一定的速度按一定的方向旋轉(zhuǎn)，零件在滾筒內(nèi)受到旋轉(zhuǎn)作用后不停地翻滾、跌落。同時(shí)，主金屬離子受到電場作用后在零件表面還原為金屬鍍層，滾筒外新鮮溶液連續(xù)不斷地通過滾筒壁板上無數(shù)的小孔補(bǔ)充到滾筒內(nèi)，而滾筒內(nèi)的舊液及電鍍過程中產(chǎn)生的氫氣也通過這些小孔排出筒外。

　　基本特征

　　滾鍍是在滾筒內(nèi)進(jìn)行的

　　滾鍍與小零件掛鍍最大的不同在于它使用了滾筒，滾筒是承載著小零件在不停地翻滾的過程中受鍍的一個(gè)盛料裝置。典型的滾筒呈六棱柱狀，水平臥式放置。滾筒壁板的一面開口，電鍍時(shí)一定數(shù)量的小零件從開口處裝進(jìn)滾筒內(nèi)，然后蓋上滾筒門將開口封閉。滾筒壁板上布滿了許多小孔，電鍍時(shí)零件與陽極間電流的導(dǎo)通、筒內(nèi)外溶液的更新及廢氣的排出等都需要通過這些小孔。滾筒內(nèi)的陰極導(dǎo)電裝置通過銅線或棒從滾筒兩側(cè)的中心軸孔內(nèi)穿出，然后分別固定在滾筒左右墻板的導(dǎo)電擱腳上。零件在滾筒內(nèi)靠自身的重力作用與陰極導(dǎo)電裝置自然連接。小零件的滾鍍就是在這樣的裝置內(nèi)進(jìn)行的。滾筒的結(jié)構(gòu)、尺寸、大小、轉(zhuǎn)速、導(dǎo)電方式及開孔率等諸多因素均與滾鍍的生產(chǎn)效率、鍍層質(zhì)量等有關(guān)。所以，滾筒是整個(gè)滾鍍技術(shù)研究的重點(diǎn)之一。

　　滾鍍是小零件在不停地翻滾的過程中進(jìn)行的

　　滾鍍時(shí)，小零件在滾筒內(nèi)并非靜止不動(dòng)的，而是要隨著滾筒的旋轉(zhuǎn)不停地翻滾。這種翻滾具體到某一個(gè)零件的情況是：一會兒被埋進(jìn)整個(gè)堆積零件的內(nèi)部，一會兒又翻到外表面。這樣周而復(fù)始，直到整個(gè)滾鍍過程結(jié)束。

　　那么，為什么要使小零件在滾筒內(nèi)不停地翻滾呢?

　　(1)、保證每個(gè)零件都能夠均勻地受鍍。小零件在滾筒內(nèi)是堆積在一起的，其中一部分零件分布在堆積體的內(nèi)部，稱為內(nèi)層零件;另一部分零件則分布在堆積體的外表面，稱為表層零件(如圖1所示)。滾鍍時(shí)，主金屬離子實(shí)際只在表層零件的表面還原形成金屬鍍層，而內(nèi)層零件由于受到表層零件的屏蔽、遮擋等影響只有電流通過，卻幾乎沒有電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生。所以，為了能夠有機(jī)會受鍍，內(nèi)層零件就需要從堆積體的內(nèi)部翻出變?yōu)楸韺恿慵�。而表層零件也不能長時(shí)間停留，電鍍進(jìn)行一會兒后，受到滾筒的旋轉(zhuǎn)作用又變成了內(nèi)層零件。這樣，小零件只有不停地翻滾，才能促使內(nèi)層零件與表層零件不斷地變化、轉(zhuǎn)換，并最終保證每個(gè)零件都有均勻受鍍的機(jī)會。

　　(2)、避免表層零件“燒黑”或“燒焦”。小零件在滾筒內(nèi)如果不翻滾而處于靜止?fàn)顟B(tài)，那么使用很小的電流密度，就可能使表層零件附近的金屬離子匱乏而產(chǎn)生“燒焦”現(xiàn)象。尤其貼近滾筒壁板的表層零件，會使從孔眼處進(jìn)入滾筒的電流受到阻礙，從而集中停留在零件上緊挨孔眼部位的狹小表面，造成該處鍍層燒焦留下黑色眼點(diǎn)，即所謂的“滾筒眼子印”。這時(shí)，小零件在滾筒內(nèi)翻滾的作用，類似于掛鍍的溶液攪拌或陰極移動(dòng)。掛鍍時(shí)如果沒有溶液攪拌或陰極移動(dòng)的作用，則電流密度上限不易提高，鍍層沉積速度也難于加快。

　　2.3 滾鍍時(shí)小零件所需的電流是以間接的方式進(jìn)行傳輸?shù)摹?/p>

　　掛鍍時(shí)，零件所需的電流由掛具直接傳輸，零件與掛具緊密接觸，中間沒有任何介質(zhì)。因此，掛鍍的電流傳輸平穩(wěn)，接觸電阻小，各零件所獲得的電流基本不因傳輸問題而有所不同。但滾鍍時(shí)，零件是整體壓在滾筒內(nèi)的陰極導(dǎo)電裝置上的，與陰極導(dǎo)電裝置直接相連的零件只有極少部分，而絕大部分只能通過堆積重疊的零件與陰極導(dǎo)通。所以，滾筒內(nèi)的陰極導(dǎo)電裝置只能首先將電流輸送給與自己直接接觸的零件，然后才能由這些零件輸送給其它零件，并在其它零件與零件之間一個(gè)一個(gè)地傳輸下去，這就是滾鍍的間接導(dǎo)電方式。這種間接導(dǎo)電方式無疑是滾鍍的又一重要特征。它由于主要靠零件與零件之間間接導(dǎo)電，而不是零件直接與陰極接觸導(dǎo)電，所以，滾鍍時(shí)零件的接觸電阻較之掛鍍相應(yīng)增大。

　　滾鍍分類

　　概述

　　科學(xué)地劃分滾鍍的種類，應(yīng)以滾鍍所使用的滾筒的形狀和軸向?yàn)橹饕�依�?jù)。滾筒形狀是指滾筒的外形類似于何種器物，滾筒軸向是指滾筒旋轉(zhuǎn)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)軸方向與水平面呈現(xiàn)什么關(guān)系。根據(jù)滾筒這兩個(gè)方面的不同，將電鍍生產(chǎn)中常見的滾鍍方式劃分為臥式滾鍍、傾斜式滾鍍和振動(dòng)電鍍等三大類。

　　臥式滾鍍

　　臥式滾鍍的滾筒形狀為“竹筒”或“柱”狀，使用時(shí)臥式放置。滾筒軸向?yàn)樗�平方向，所以臥式滾鍍也叫水平臥式滾鍍。生產(chǎn)中常見的六角形滾筒、鍍鉻滾筒、桿狀(或輻條)滾筒、縫衣針滾筒等都屬于臥式滾鍍的范疇。其中以六角形滾筒應(yīng)用最廣泛。典型的臥式滾筒結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　2.1 滾筒橫截面形狀

　　臥式滾筒的橫截面形狀有六角形、八角形和圓形等。采用六角形滾筒，零件在翻動(dòng)時(shí)跌落的幅度大，零件的混合較充分，所以鍍層厚度波動(dòng)性優(yōu)于其它形狀的滾筒。這種優(yōu)勢在裝載量不超過滾筒容積的二分之一時(shí)更為明顯。并且，六角形滾筒零件間相互拋磨的作用強(qiáng)，更利于提高鍍層的光亮度。

　　2.2 滾筒軸向

　　臥式滾筒的軸向?yàn)樗�平方向。所以，臥式滾筒在帶動(dòng)零件翻滾時(shí)，零件運(yùn)行方向與水平面垂直，這樣有利于各零件間充分混合及提高鍍層的光亮度。并且，零件的垂直運(yùn)行還為臥式滾筒的裝載量贏得了優(yōu)勢。

　　例如，生產(chǎn)中裝載150kg左右零件的臥式滾筒并不少見，這對其它滾鍍方式來說是不可思議的。尤其近些年，臥式滾筒的長度和直徑有了較大的發(fā)展，適合滾鍍的零件尺寸和重量也有所增加，許多原有的掛鍍零件也可以滾鍍。所有這些，都使?jié)L鍍勞動(dòng)生產(chǎn)效率高的優(yōu)越性得到較好的體現(xiàn)。

　　臥式滾鍍以勞動(dòng)生產(chǎn)效率高、鍍件表面質(zhì)量好、適用的零件范圍廣等諸多優(yōu)越性在滾鍍生產(chǎn)中應(yīng)用最廣泛。臥式滾鍍的應(yīng)用范圍涵蓋了五金、家電、汽摩、自行車、電子、儀器、手表、制筆、磁性材料等行業(yè)小零件電鍍加工的絕大部分，是名副其實(shí)的小零件電鍍加工的主力軍。所以，多年來滾鍍技術(shù)的研究重點(diǎn)總是圍繞著臥式滾鍍在開展。但是，由于臥式滾筒的封閉式結(jié)構(gòu)，造成了臥式滾鍍電鍍時(shí)間長、鍍層厚度不均勻、零件低電流區(qū)鍍層質(zhì)量不佳等缺陷，使其在生產(chǎn)中的應(yīng)用受到影響。

　　傾斜式滾鍍

　　傾斜式滾鍍的滾筒形狀為“鐘”或“碗”形，所以，傾斜式滾筒也被稱作鐘形滾筒。滾筒軸向與水平面約成40º～45º角，則零件的運(yùn)行方向傾斜于水平面，傾斜式滾鍍的名字即由此而來。

　　1-電機(jī);2-滾筒;3-陰極;4-鍍槽;5-陽極;6-導(dǎo)料槽;7-升降手柄.

　　圖2 傾斜潛浸式滾鍍機(jī)

　　目前使用的傾斜式滾鍍設(shè)備叫做傾斜潛浸式滾鍍機(jī)(如圖2所示)。傾斜潛浸式滾鍍機(jī)于20世紀(jì)60年代開始在上海地區(qū)使用，由于其操作輕便靈活、易于維護(hù)而廣受歡迎。另外，使用傾斜式滾鍍機(jī)鍍件受損較輕，比較適合易損或尺寸精度要求較高的零件。但是，傾斜式滾鍍機(jī)滾筒裝載量小、零件翻滾強(qiáng)度不夠，在勞動(dòng)生產(chǎn)效率和鍍件表面質(zhì)量等方面遜色于臥式滾鍍機(jī)。所以，多年來傾斜式滾鍍的應(yīng)用與發(fā)展始終落后于臥式滾鍍。

　　振動(dòng)電鍍

　　振動(dòng)電鍍是國外20世紀(jì)70年代末發(fā)展起來80年代初大量應(yīng)用的一項(xiàng)小零件電鍍新技術(shù)。它比常規(guī)的滾鍍技術(shù)具有更加突出的優(yōu)越性，因此一經(jīng)問世即得到快速的應(yīng)用與發(fā)展。國內(nèi)振動(dòng)電鍍出現(xiàn)于20世紀(jì)80年代末,并從90年代后期開始在小零件電鍍領(lǐng)域應(yīng)用逐漸廣泛。

　　振動(dòng)電鍍的滾筒形狀為“圓篩”或“圓盤”狀，滾筒內(nèi)零件的運(yùn)動(dòng)靠來自振蕩器的振動(dòng)力來實(shí)現(xiàn)。所以，振動(dòng)電鍍的滾筒一般被形象地稱作“振篩”(如圖3所示)。振篩的振動(dòng)軸向與水平面垂直，則振篩內(nèi)零件的運(yùn)動(dòng)方向?yàn)樗�平方向�?/p>

　　振動(dòng)電鍍的振篩結(jié)構(gòu)和振動(dòng)軸向與傳統(tǒng)臥式滾筒有著本質(zhì)的區(qū)別，所以會產(chǎn)生與傳統(tǒng)臥式滾鍍迥然不同的效果：

　　①振篩的料筐上部敞開后，徹底打破了傳統(tǒng)臥式滾筒的封閉式結(jié)構(gòu)，消除了滾筒內(nèi)外的離子濃度差。所以，由滾筒封閉式結(jié)構(gòu)帶來的滾鍍的缺陷得到最大程度的改善。例如，鍍層沉積速度快、厚度均勻及零件低電流區(qū)鍍層質(zhì)量好等。

　　②通過控制振篩的振動(dòng)頻率或振幅等條件，可以達(dá)到控制零件在振篩內(nèi)混合條件的目的，從而可將各零件的鍍層厚度波動(dòng)性控制到最小。

　　③電鍍時(shí)使用大的電流密度并同時(shí)進(jìn)行著機(jī)械光整作用，鍍層結(jié)晶細(xì)致，表面光亮度高。

　　④對零件的擦傷、磨損等均小于其它滾鍍方式。

　　另外，振動(dòng)電鍍時(shí)陰極導(dǎo)電平穩(wěn)，夾、卡零件現(xiàn)象較輕，并且可以隨時(shí)對零件進(jìn)行質(zhì)量抽檢。

　　但是，由于受到振篩結(jié)構(gòu)和振動(dòng)軸向的限制，振篩的裝載量比較小，并且振動(dòng)電鍍設(shè)備的造價(jià)也比較高，所以目前振動(dòng)電鍍還不適于單件體積稍大且數(shù)量較多的小零件的電鍍。但對不宜或不能采用常規(guī)滾鍍或品質(zhì)要求較高的小零件，如針狀、細(xì)小、薄壁、易擦傷、易變形、高精度等零件，振動(dòng)電鍍有著其它滾鍍方式不可比擬的優(yōu)越性。所以，振動(dòng)電鍍是對常規(guī)滾鍍的一個(gè)有力的補(bǔ)充。

　　注意事項(xiàng)

　　電流密度差異大

　　滾鍍的陰極電流密度雖然較大，然而由于電流密度差異懸殊，多數(shù)電流消耗在高電流密度的工件上，平均電流密度卻很小，結(jié)果是陰極電流效率低，如操作中稍有疏忽，鍍層厚度就難以保證。

　　滾鍍過程中同時(shí)存在化學(xué)溶解

　　當(dāng)工件翻滾時(shí)會使電流時(shí)斷時(shí)續(xù)，要求加厚鍍層需要延長滾鍍時(shí)間，然而在局部處的鍍層仍難以增厚。

　　及時(shí)調(diào)整主鹽濃度

　　滾鍍?nèi)芤褐兄鼷}消耗較快，這主要是陽極面積常常不足，工件出槽時(shí)損耗較多等原因引起的。主鹽含量過低時(shí)會引起電流效率下降，鍍層難以鍍厚，為此需根據(jù)化驗(yàn)分析數(shù)據(jù)及時(shí)予以調(diào)整。

　　滾鍍件預(yù)處理難度大

　　滾鍍件只能在籃筐里預(yù)處理，難免有重疊，故難以徹底除盡污物。因而滾鍍?nèi)芤阂资芪廴荆�由于滾鍍?nèi)芤簩﹄s質(zhì)較敏感，故溶液的凈化處理工作量較大，往往容易因此而耽誤生產(chǎn)。

　　滾鍍?nèi)芤旱膒H值變化大

　　pH值的變化尤其在滾鍍鎳時(shí)更為明顯。這是因?yàn)闈L鍍鎳過程中局部部位析氫激烈。為維護(hù)生產(chǎn)，pH值需要勤調(diào)。

　　總結(jié)

　　滾鍍的三種方式各有其不同的特征、優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍等，生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)鍍件的形狀、大小、批量及質(zhì)量要求等具體情況，選擇準(zhǔn)確合理的滾鍍方式，以達(dá)到為企業(yè)節(jié)約增效、提高產(chǎn)品質(zhì)量的目的。例如，對于常規(guī)小零件，應(yīng)首選臥式滾鍍的方式。而對于不宜或不能采用臥式滾鍍或品質(zhì)要求較高的小零件，則一般考慮振動(dòng)電鍍的方式。但振動(dòng)電鍍不是一種“萬靈藥”，有時(shí)對于振動(dòng)電鍍也解決不了的小零件，可以采用一些比較特殊的電鍍方式，如籃筐鍍、篩網(wǎng)鍍或布兜鍍等。