Jak nakładać powłokę antykorozyjną na części metalowe bez pogarszania tolerancji montażowych

Powłoki zmieniają ostateczne wymiary części. W przypadku precyzyjnych elementów wałów nawet pozornie cienka-powłoka antykorozyjna może spowodować, że część mieszcząca się w-tolerancji będzie niezgodna ze specyfikacją, uniemożliwiając dopasowanie jej do współpracującego otworu. W tym artykule przeanalizowano kluczowe czynniki,-wybór powłoki, parametry procesu, obróbkę wstępną i inne,-które pomogą Ci chronić przed rdzą przy jednoczesnym zachowaniu tolerancji wymiarowych.

Większość przewodników po powłokach informuje, które produkty zapewniają najlepszą odporność na korozję. Nie mówią jednak, ile materiału dodają te powłoki - i co to oznacza dla części, która musi pasować do czegoś innego.

Problem kumulacji tolerancji.-

Weź wał φ50 mm-i-otwór z pasowaniem z luzem H7/h6. Tolerancja otworu H7 wynosi od 0 do +25μm. Tolerancja wału h6 wynosi od 0 do -16μm. Całkowity zaprojektowany luz: gdzieś pomiędzy 0 a 41 μm. To całe okno robocze.

Teraz nałóż konwencjonalną-powłokę cynkowaną ogniowo. Minimalna grubość pojedynczego-boku: 20 μm. To dodaje 40 μm do średnicy wału -, która już przekracza górną granicę luzu, zanim uwzględnisz jakiekolwiek inne różnice. Części nie zostaną zmontowane lub zostaną zmontowane z zakłóceniami, które nigdy nie zostały zaprojektowane.

To nie jest wada wykonania. Jest to przewidywalny skutek nałożenia niewłaściwej powłoki na powierzchnię-krytyczną.

Gdzie pojawia się najczęściej

Łączniki gwintowane (M10 i poniżej):Gdy grubość powłoki przekracza około 12 μm na stronę, moment obrotowy gwintu wzrasta poza specyfikacją. W przypadku elementów złącznych konstrukcyjnych oznacza to nieprzewidywalne napięcie wstępne -, czyli problem, który nie zawsze objawia się, dopóki coś nie ulegnie awarii w terenie.

Obudowy łożysk:Nagromadzenie powłoki o grubości większej niż 10 μm wewnątrz gniazda łożyska powoduje zmianę pasowania wciskowego. Łożysko pracuje ciaśniej niż projektowano, co generuje ciepło, przyspiesza zużycie i skraca żywotność w sposób trudny do powiązania z powłoką.

To nie są najgorsze-liczby przypadków. To właśnie od progów zaczynają się prawdziwe problemy montażowe.

Wybieraniepowłoka antykorozyjnaw przypadku precyzyjnych części metalowych to nie tylko decyzja dotycząca inżynierii antykorozyjnej. Kontrola grubości powłoki jest równie krytyczną specyfikacją.

Nie wszystkie powłoki antykorozyjne do metalu dodają taką samą ilość materiału. Różnica między powłoką, która sprawdza się w przypadku części precyzyjnych, a powłoką, która rzadko sprowadza się do jednej liczby: grubości-pojedynczej strony.

Poniższa tabela zestawia najpopularniejsze opcje powłok przemysłowych obok wymiarów mających znaczenie przy montażu.

Uwaga: szczegółowy przegląd rodzajów powłok znajduje się w: „Powłoka antykorozyjna do metalu-: rodzaje, metody i sposób wyboru właściwej powłoki do części przemysłowych."

W przypadku większości zastosowań precyzyjnych tabela zawęża realistyczne opcje do dwóch: konwersja fosforanów i powłoka kompozytowa cynkowo-aluminiowa-.

Fosforan wygrywa pod względem wpływu na wymiary -, ale jego odporność na korozję osiąga najwyższą wartość po kilkuset godzinach w testach neutralnej mgły solnej, co wyklucza go w przypadku wszystkiego, co jest narażone na działanie warunków zewnętrznych,-dużej wilgoci lub długie cykle przechowywania. Kompozytowa powłoka cynkowo-aluminiowa ma grubość 8–15 μm-z jednej strony, nie przekracza okna tolerancji H7/h6 bez obróbki kompensacyjnej i zapewnia 2000+ godzin neutralnej ochrony przed mgłą solną zgodnie z normą ASTM B117. W przypadku precyzyjnych części przemysłowych, które wymagają obu rozwiązań, jest to jedyna opcja, która nie wymusza-kompromisu.

Osobny problem w przypadku części-o wysokiej wytrzymałości: kruchość wodorowa

W przypadku komponentów o twardości większej lub równej 390HV lub wytrzymałości na rozciąganie większej lub równej 1200 MPa - śruby klasy 10.9/12.9, części ze stali sprężynowej, pierścienie łożysk - procesy galwanizacji elektrolitycznej wprowadzają dodatkowe ryzyko, którego nie uwzględnia tabela grubości powłok.

Podczas galwanizacji na powierzchni części wytwarzany jest wodór atomowy, który może dyfundować do siatki stalowej. Pod długotrwałym obciążeniem rozciągającym powoduje to kruchość wodorową: kruche pękanie przy poziomach naprężeń znacznie poniżej znamionowej nośności materiału. Norma ISO 9587 rozwiązuje ten problem bezpośrednio, wymagając-wypalania płyty w temperaturze 190 stopni przez co najmniej 4 godziny w przypadku podatnych komponentów.

Powłoka kompozytowa z cynku-aluminium jest nakładana w procesie-zanurzania-nieelektrolitycznego. Brak prądu elektrycznego, brak trawienia kwasem, brak wytwarzania wodoru atomowego na żadnym etapie.

Uszkodzenia powłoki na częściach precyzyjnych rzadko wynikają z samej powłoki. Pochodzi z tego, co dzieje się - lub nie dzieje się - przed i po nałożeniu powłoki.

Krok 1 - Wstępna obróbka powierzchni według rodzaju podłoża metalowego

To, co działa na stal węglową, pogarsza przyczepność na stali nierdzewnej, a niewłaściwe podejście do aluminium przyspiesza korozję, której ma zapobiegać.

Stal węglowa/żeliwo: obróbka konwersyjna cynkiem- lub fosforanem żelaza-. Tworzy to krystaliczną warstwę, która poprawia przyczepność i blokuje-utlenianie warstwy. Końcowa obróbka-wymaga natychmiastowego płukania, neutralizacji i suszenia; każde opóźnienie grozi rdzą nalotową na aktywowanej powierzchni.

Stal nierdzewna (304 / 316L): Obróbka strumieniowo-ścierna ziarnem tlenku glinu o uziarnieniu 40–60 mesh w celu mechanicznego rozbicia obojętnej, pasywnej warstwy tlenku. Uważnie kontroluj ciśnienie strumieniowania, aby zapobiec zniekształceniom części o cienkich-ściankach lub częściach o wąskiej-tolerancji.

Stop aluminium (6061 / 7075): konwersja lub anodowanie chromianem trójwartościowym. To pasywuje powierzchnię, aby zapobiec korozji nitkowej/lokalnej na styku i drastycznie poprawia działanie mgły solnej.

Strefy spoin: Usuń wszystkie odpryski spawalnicze, żużel i zgorzelinę tlenkową oraz wygładź ostre profile spoin przed obróbką wstępną. Zanieczyszczenia te uniemożliwiają prawidłową przyczepność, tworząc ścieżki dla wilgoci. Powłoka na nieprzygotowanej spoinie nieuchronnie zawodzi od spodu.

Właściwa obróbka wstępna to-najważniejszy etap całego procesu. Żaden system powłokowy nie spełnia wymagań wydajnościowych na źle przygotowanej powierzchni.

Krok 2 - Wybór właściwej metody aplikacji dla złożonej geometrii

Geometria części określa, w jaki sposób materiał powłokowy dociera tam, gdzie powinien. W przypadku prostych powierzchni płaskich lub zewnętrznych sprawdza się większość metod aplikacji.

Powłoka natryskowa dobrze pokrywa duże powierzchnie zewnętrzne i zapewnia dobrą jednorodność na otwartej geometrii. Wewnętrzne wnęki, głębokie, nieprzelotowe otwory i podcięcia stanowią problem. - spray nie może do nich dotrzeć w sposób niezawodny, co oznacza, że ​​niektóre powierzchnie zostaną zakryte, a inne nie. Korozja zwykle rozpoczyna się dokładnie w tych pominiętych miejscach.

Wirowanie zanurzeniowe powoduje całkowite zanurzenie części w materiale powłokowym, a następnie odwirowanie nadmiaru pod kontrolowaną siłą odśrodkową. Każda powierzchnia - zewnętrzna, wewnętrzna, gwintowana - zostaje pokryta w jednym przejściu. Grubość powłoki jest najbardziej jednolita ze wszystkich metod, co ma znaczenie, gdy próbujesz zmieścić się w przedziale 8–15 μm. W przypadku elementów złącznych gwintowanych, małych precyzyjnych części i komponentów z elementami wewnętrznymi, dip-spin jest najbardziej niezawodnym wyborem.

Powłoka elektroforetyczna (e-powłoka) zapewnia najwyższy stopień pokrycia w przypadku niezwykle złożonej geometrii - wąskich szczelin, głębokich wnęk, wewnętrznych kanałów. Pole elektryczne kieruje materiał powłoki w obszary, do których nie dociera ani natrysk, ani{3}}wirowanie zanurzeniowe. Kompromisem jest-inwestycja kapitałowa w linię technologiczną, co czyni ją praktyczną głównie w przypadku-masowej produkcji skomplikowanych części konstrukcyjnych.

W przypadku większości precyzyjnych komponentów mechanicznych - obudów łożysk, mechanizmów krzywkowych i zespołów przekładniowych - dip-spin zapewnia właściwą równowagę pomiędzy spójnością pokrycia a kontrolą grubości.

Krok 3 - Kontrolowanie grubości powłoki na tolerancjach-Powierzchniach krytycznych

W tym miejscu rysunek i proces powlekania muszą ze sobą bezpośrednio rozmawiać.

Przed rozpoczęciem powlekania każdą powierzchnię części o krytycznej tolerancji- należy sklasyfikować w jednej z trzech kategorii i wyraźnie oznaczyć na przenośniku procesowym:

Pokryj-i{1}}strefy czyste: standardowe powierzchnie bez interfejsów montażowych. Nakładać powłokę normalnie.

Strefy zamaskowane: powierzchnie, na których jakiekolwiek nawarstwianie się powłoki jest niedopuszczalne - otwory łożysk precyzyjnych, czopy wałów szlifowanych, krytyczne powierzchnie uszczelniające. Przed powlekaniem zamaskuj-taśmą odporną na ciepło lub-specjalnymi zatyczkami, a po utwardzeniu usuń.

Strefy-wstępnie skompensowane: powierzchnie, na których pokrycie jest dopuszczalne, ale pasowanie jest na tyle ciasne, że na etapie obróbki należy uwzględnić wzrost wymiarów. W przypadku kompozytu cynkowo-aluminiowego o grubości 8–15 μm-z jednej strony oznacza to obróbkę elementu o podwymiarze o średnicy 16–30 μm (w przypadku wałów) lub nadwymiarze (w przypadku otworów) przed powlekaniem.

Krok 4 - Utwardzanie i nakładanie-weryfikacji wymiarowej powłoki

Powłoki z kompozytu cynkowego-aluminiowego (płatki cynku) utwardzają się zazwyczaj w temperaturze od 200 do 300 stopni. W porównaniu z-cynkowaniem ogniowym w temperaturze 450 stopni to obciążenie termiczne jest znikome - bez ryzyka zniekształcenia wymiarów na skutek cykli termicznych i bez obawy o odprężenie-w elementach wstępnie obrobionych lub szlifowanych powierzchniach.

Po utwardzeniu obowiązkowa jest weryfikacja wymiarowa-krytycznych cech tolerancji, obejmująca:

• Średnice wału i otworu na wszystkich złączach montażowych
• Zazębienie gwintu w elementach złącznych (za pomocą wskaźników funkcjonalnych go/no-go)
• Średnice gniazd łożysk, dla których określono pasowania ciasne

Pomiary CMM lub pomiary pneumatyczne w przypadku-masowych serii dostarczają najbardziej wiarygodnych danych. Jeśli powlekany element wykracza poza tolerancję, działanie korygujące jest oczywiste:

• Zamaskowane powierzchnie z dotarciem powłoki-: sprawdź i ulepsz proces maskowania.
• Powlekane powierzchnie przekraczające granice tolerancji: Nie szlifować miękkiej, cienkiej powłoki protektorowej. Zamiast tego należy chemicznie usunąć-powłokę i ponownie pokryć części, a następnie ponownie skalibrować albo-naddatek na obróbkę wstępną (kompensacja-wstępna), albo parametry powlekania dla następnego cyklu.

Powlekana część, która na tym etapie przejdzie weryfikację wymiarową, jest gotowa do wysyłki i montażu dokładnie tak, jak została zaprojektowana -, bez niespodzianek podczas montażu końcowego.

Opisane powyżej decyzje dotyczące powłoki mają różny charakter w zależności od przeznaczenia części i tego, w co jest zmontowana. Cztery poniższe scenariusze pokazują, gdzie-konflikt w zakresie tolerancji powłoki jest najbardziej znaczący - i jak w każdym przypadku wygląda właściwe rozwiązanie.

Łożyska i indeksatory krzywek

Połączenia łożysk w tych mechanizmach wymagają precyzyjnego pasowania z wciskiem, - zwykle osiąganego poprzez obróbkę oprawy do formatu M7, N7 lub P7 w celu wciśnięcia-standardowego pierścienia zewnętrznego łożyska. Dodaj nieoczekiwane nagromadzenie powłoki do tego otworu, a zakłócenia się zmienią. Za mało i pierścień zewnętrzny pełza pod obciążeniem cyklicznym; za dużo, a obudowa odkształca się podczas montażu.

Ponieważ powłoki kompozytowe cynkowo-aluminiowe nakłada się przy grubości 8–15 μm (co zmniejsza średnicę otworu o 16–30 μm), te-krytyczne tolerancje gniazd łożysk muszą być maskowane podczas procesu powlekania. Próba ich pokrycia bez wstępnej-kompensacji wymiarowej lub maskowania nieuchronnie pogorszy dokładność dopasowania.

Łączniki o wysokiej-wytrzymałości

Elementy złączne klasy 10.9 i 12.9 są stosowane tam, gdzie integralność złącza nie podlega-negocjacjom, ale ich wysoka wytrzymałość na rozciąganie (zwykle większa lub równa 1000–1200 MPa) sprawia, że ​​są one bardzo podatne na kruchość wodorową powstającą w wyniku konwencjonalnego powlekania galwanicznego. Śruba, która pomyślnie przejdzie testy obciążenia próbnego, może pęknąć kilka tygodni później pod długotrwałym obciążeniem eksploatacyjnym, bez ostrzeżenia. Aby temu zaradzić, norma ISO 9588 wymaga wypalania-płyty po wypalaniu, ale wypalanie jedynie zmniejsza ryzyko, - ale go nie eliminuje.

Nieelektrolityczne powłoki kompozytowe z-cynku-aluminium (płatki cynku) nakłada się w procesie wirowania zanurzeniowego-, stosując mechaniczne usuwanie zgorzeliny zamiast trawienia kwasem. Ponieważ wodór nigdy nie jest wprowadzany, metoda ta całkowicie eliminuje awarię wynikającą z kruchości wodorowej, zamiast radzić sobie z nią po fakcie. Zapewniając ochronę przed mgłą solną od 720 do 2000 godzin, system ten w pełni spełnia normy ISO 10683 dotyczące nie-elektrolitycznych powłok cynkowych.

Obrabiane CNC-komponenty do opakowań wyrobów tytoniowych Maszyny

Środowiska pakowania wyrobów tytoniowych łączą w sobie wysoką wilgotność otoczenia, cząstki stałe unoszące się w powietrzu i ciągłą pracę maszyn. Komponenty, które nie są odpowiednio zabezpieczone, szybko ulegają korozji, - ale elementy, które są-powlekane zbyt dużą warstwą, tracą dokładność wymiarową, która pozwala utrzymać pracę maszyny w granicach jej parametrów roboczych.

Mechanizmy napędzane krzywką, wsporniki szyn prowadzących i spawane ramy konstrukcyjne w tych maszynach mają różne wymagania dotyczące przygotowania powierzchni i różną wrażliwość na tolerancję. Części konstrukcyjne ze stali węglowej wymagają wstępnej obróbki fosforanowej przed powlekaniem. Precyzyjne elementy krzywki i przekładni wymagają takiej samej ścisłej kontroli grubości, jak opisano w powyższym scenariuszu z łożyskiem. Strefy spawów na ramach należy zeszlifować i poddać osobnej obróbce przed nałożeniem powłoki.

Tym, co sprawia, że ​​ta klasa części szczególnie dobrze-nadaje się do zintegrowanej produkcji, jest połączenie typów geometrii w jednej maszynie: elementy konstrukcyjne, precyzyjnie szlifowane wały i mechanizmy indeksujące napędzane przekładnią-często dostarczane razem jako-podzespół. Obsługa powłok w ramach trzech różnych protokołów obróbki powierzchni - pod jednym dachem, ze wspólną weryfikacją wymiarową - zmniejsza ryzyko koordynacji wynikające z podziału pracy pomiędzy wielu dostawców.

Sytuacja 1: Miejscowa obróbka-powłokowa (wiercenie, gwintowanie,-napawanie czołowe)

Czasami część wymaga dodatkowej obróbki po pokryciu - otworu gwintowanego dodanego na końcu cyklu projektowania, luzowania elementu zakłócającego,-pokrycia czołowego gniazda łącznika. Operacja obróbki miejscowo przecina powłokę, pozostawiając goły metal odsłonięty dokładnie w miejscach, w których najprawdopodobniej występuje kontakt mechaniczny i wilgoć.

Prawidłową reakcją jest miejscowa retusz-, a nie pełne ponowne pomalowanie. Kompatybilna pasta naprawcza z cynku-aluminium, nałożona pędzlem na odsłonięty obszar i utwardzana w temperaturze 80 stopni przez 2 godziny, przywraca ochronę antykorozyjną w strefie obrobionej do poziomu zbliżonego do oryginalnej powłoki. Obszar-retuszu nie będzie wizualnie identyczny z otaczającą powierzchnią, ale funkcjonalnie wypełnia lukę. Nie przywróci powłoki na dużym obszarze po agresywnej obróbce -, co prowadzi nas do drugiej sytuacji.

Sytuacja 2: Precyzyjne szlifowanie-po nałożeniu powłoki na złączach montażowych

Ten scenariusz jest bardziej konsekwentny. Część została pokryta powłoką, a jedna lub więcej-powierzchni krytycznych tolerancji - czopa wału, gniazda łożyska, otworu precyzyjnego - ponownie nieznacznie przekracza limit wymiarowy pomimo-kompensacji wstępnej. Innym założeniem projektowym było zawsze szlifowanie współpracujących powierzchni do ostatecznego wymiaru po pokryciu, stosując powłokę jako ochronę wszystkiego innego, pozostawiając odsłonięte interfejsy.

Kompromis-jest prosty, ale należy go wyraźnie określić:

Precyzyjne szlifowanie po pokryciu usuwa powłokę z oszlifowanej powierzchni. Ta powierzchnia będzie goła, metalowa na styku zespołu -, zabezpieczona jedynie warstwą oleju lub czymkolwiek innym, co zapewnia współpracujący element.

Wszystkie-nieszlifowane powierzchnie zachowują pełne pokrycie powłoką. W przypadku wału z trzema czopami łożyskowymi i odsłoniętym trzpieniem o długości 200 mm, szlifowanie czopów i pozostawienie trzpienia z powłoką jest rozsądnym rozwiązaniem.

Decyzję należy udokumentować na rysunku lub na podróżniku procesowym. „Szlifowanie po pokryciu - czopów gołych, trzpień pokryty” to kompletna specyfikacja. „Nakładanie powłoki” bez dalszych instrukcji nie jest.

Sprawa staje się bardziej skomplikowana w przypadku części o wielu-krytycznych cechach tolerancji rozmieszczonych na całej powierzchni - złożonym wale krzywkowym, wielo-czopowym wale skrzyni biegów, obudowie z wieloma otworami łożyskowymi. Szlifowanie ich wszystkich po-powłoce jest wykonalne, ale-czasochłonne. Lepszą ścieżką, jeśli pozwala na to geometria, jest zamaskowanie tych powierzchni przed powlekaniem i utrzymanie ich w ostatecznym wymiarze od etapu obróbki. Mniej operacji-po pokryciu powłoką, czystsza kontrola procesu i brak gołych-łat metalowych, które należy uwzględnić w ocenie ochrony przed korozją.

Dlatego wybór producenta oferującego zintegrowaną obróbkę CNC i powłoki antykorozyjne dla usług metalowych - z-wewnętrzną kontrolą procesu na każdym etapie - ma większe znaczenie, niż mogłoby się początkowo wydawać. Kiedy zespół określający wymiary wstępne-kompensacji, wykonujący szlifowanie, nakładający powłokę i przeprowadzający końcową kontrolę wymiarową pracuje w oparciu o ten sam plan procesu, decyzje te są podejmowane raz, poprawnie, na początku.