устройство для электрохимической обработки внутренней поверхности металлических баллонов

Формула изобретения

Устройство для электрохимической обработки внутренней поверхности металлических баллонов, включающее рабочий электрод, систему подачи электролита, отличающееся тем, что рабочий электрод выполнен в виде замкнутой перфорированной оболочки, рабочая форма которой эквидистантна внутренней поверхности баллона, поверхность оболочки выполнена из токопроводящей ткани, на основе углеволокна, и имеет на внешней поверхности изолирующие элементы в виде жесткого упругого ворса из неэлектропроводящего волокна, а система подачи электролита выполнена в виде трубы, перфорированной в нижней ее части, снабженной перфорированной заглушкой, наружная поверхность которой спрофилирована по донной части баллона и имеет диэлектрические ограничители, задающие межэлектродный зазор, во внутренней полости перфорированной заглушки установлен клапан, обеспечивающий заданный перепад давления электролита, при этом оболочка одним концом жестко скреплена с нижней торцевой частью трубы, а другим концом с гильзой, установленной с возможностью продольного перемещения по трубе, соединенной с баллоном посредством упругого уплотнения по поверхности трубы и фланца с диэлектрической вставкой, монтируемой на резьбовую часть баллона и снабженной коллектором слива электролита, причем между гильзой и нижней частью трубы установлена цилиндрическая пружина.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электрохимической обработке металлов, в частности к устройствам для обработки внутренней поверхности газовых баллонов.

Известно "Устройство для электрополировки внутренней поверхности цилиндрических тел" (АС СССР 1491347 от 30.06.89 г., С 25 F 7/00), содержащее электрод, размещаемый во внутренней полости трубы, механизм перемещения и систему прокачки электролита. Недостатком устройства является высокая энергоемкость процесса, недостаточное качество обработки, сложность базирования устройства относительно оси обрабатываемого участка внутренней поверхности.

Известно "Устройство для электрохимической обработки внутренней поверхности полых цилиндрических изделий" (АС СССР 998597 от 23.02.83, С 25 F 7/00), содержащее рабочий электрод, выполненный в виде токопроводящего цилиндра, смонтированного между двумя изоляторами и снабженного эластичным уплотнением, систему питания электролита и механизм перемещения электрода. Недостатком этого устройства является дискретность обработки внутренней поверхности, что снижает качество обработки, невозможность обработки внутренней поверхности сложной формы с криволинейной образующей.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является "Устройство для электрохимической очистки внутренних поверхностей стальных баллонов" (АС СССР 659648 от 30.04.79, С 25 F 7/00), содержащее рабочий электрод, выполненный в виде металлического кольца, смонтированного на конце трубы и снабженного эластичным уплотнением в виде эластичной резиновой оболочки, установленной на торце трубы, систему подачи электролита и механизм перемещения рабочего электрода.

Недостатками этого устройства являются высокая энергоемкость процесса, вызванная большим межэлектродным зазором, так как диаметр электрода ограничен диаметром входного отверстия баллона, экологически опасным технологическим процессом ввиду применения в качестве электролита раствора щелочи, неравномерность съема металла, недостаточная чистота обработки из-за отсутствия постоянного протока электролита в зоне обработки.

Задачей изобретения является расширение технологических возможностей устройства за счет непрерывного съема металла одновременно по значительной части образующей с созданием одинаковых технологически обусловленных параметров процесса анодного травления плотности тока, скорости протекания электролита в зоне обработки и скорости перемещения самого электрода.

Задача изобретения решается тем, что устройство выполнено следующим образом: рабочий электрод выполнен в виде замкнутой, перфорированной оболочки, рабочая форма которой эквидистанта внутренней поверхности баллона, поверхность оболочки выполнена из токопроводящей ткани на основе углеволокна и имеет на внешней поверхности изолирующие элементы в виде жесткого упругого ворса из неэлектропроводящего волокна, а система подачи электролита выполнена в виде трубы, перфорированной в нижней ее части, снабженной перфорированной заглушкой, наружная поверхность которой спрофилирована по донной части баллона и имеет диэлектрические ограничители, задающие межэлектродный зазор, во внутренней полости перфорированной заглушки установлен клапан, обеспечивающий заданный перепад давления электролита, при этом оболочка одним концом жестко скреплена с нижней торцевой частью трубы, а другим концом с гильзой, установленной с возможностью продольного перемещения по трубе, соединенной с баллоном посредством упругого уплотнения по поверхности трубы и фланца с диэлектрической вставкой, монтируемой на резьбовую часть баллона и снабженной коллектором слива электролита, причем между гильзой и нижней частью трубы установлена цилиндрическая пружина.

На фиг.1 представлено устройство в разрезе после введения в полость металлического газового баллона; на фиг.2 - устройство в процессе обработки (стрелками показано направление течения электролита).

Устройство содержит рабочий электрод 1, трубу 2 для подачи электролита в полость баллона 3, технологический фланец 4 с диэлектрической вставкой 5, монтируемой на резьбовую часть баллона 3, подвижное соединение трубы 2 и технологического фланца осуществляется с помощью упругого уплотнения 6, которое имеет целью предотвратить утечки электролита в зазоре между трубой 2 подачи электролита и технологическим фланцем 4. Диэлектрическая вставка 5, изолирующая рабочий электрод 1 от корпуса баллона 2, выполнена из текстолита, обладающего хорошими электроизоляционными свойства. Кроме этого, текстолит технологичен, хорошо обрабатывается точением. Оболочка 7 рабочего электрода 1 выполнена из токопроводящей ткани, например из углеволокна - карболона [2, стр.603], обладающего хорошей электропроводностью и применяемого для изготовления электронагревательных элементов, по технологии объемного прядения и в развернутом виде представляет по форме полое цилиндрическое тело с скругленными торцевыми поверхностями. Огромное число газовых баллонов по очертаниям внутренней поверхности имеет именно такую форму. Очевидно для газовых баллонов иной формы, например сферических, форма оболочки рабочего электрода будет иметь сферическую форму. Рабочая поверхность оболочки 7 рабочего электрода 1 имеет изолирующие элементы 8, задающие межэлектродный зазор, выполненные в виде жесткого упругого ворса из диэлектрического волокна, например полистирола, выпускаемого химической промышленностью в виде пленок, нитей [2, стр. 466].

Жесткий упругий ворс 8 выполняет помимо основной функции изолятора-ограничителя дополнительно роль скребковых элементов, очищающих поверхность баллона от продуктов реакции и окисных пленок. Для пропуска электролита в зону обработки в оболочке рабочего электрода в ее цилиндрической части выполнены перфорирующие отверстия 9. Дело в том, что плотность тканой структуры оболочки рабочего электрода должна быть достаточно плотной, чтобы обеспечить развертывание электрода - придание рабочей формы, эквидистантной внутренней поверхности баллона. А поэтому число перфорирующих отверстий 9 и их расположение выбирается, во-первых, чтобы придать рабочему электроду соответствующую форму, а во-вторых, обеспечить необходимый технологический процесс. Крепление рабочего электрода 1 к трубе 2 осуществляется жестким защемлением его оболочки с торцевой частью трубы 2 посредством перфорированной заглушки 10. А верхняя торцевая часть оболочки 7 прикреплена к гильзе 11, установленной с возможностью перемещения по трубе 2. Между гильзой 11 и торцевой частью трубы 2 установлена цилиндрическая пружина 12. Она необходима для ввода рабочего электрода 1 в полость баллона, при этом цилиндрическая пружина 12 растянута, оболочка 7 рабочего электрода плотно сложена по поверхности цилиндрической пружины и в таком состоянии труба 2 с расположенным на ней рабочим электродом 1 вводится в входное отверстие баллона 3. После введения цилиндрическая пружина сокращается по длине за счет упругости и при этом перемещает гильзу 11 с закрепленным к ней верхним торцевым сечением оболочки рабочего электрода 1.

Труба 2 в нижней части имеет отверстия 13 для подачи электролита в полость оболочки рабочего электрода; количество отверстий 13 и их диаметр выбираются из условий развертывания оболочки 7 рабочего электрода 1 и обеспечения протока электролита через перфорирующие отверстия 9 к обрабатываемой поверхности баллона 3.

Перфорированная заглушка 10 выполняет роль дополнительного электрода, обрабатывающего донную часть баллона. А поэтому ее поверхность спрофилирована по профилю донной части, имеет отверстия 14 для подачи электролита и диэлектрические ограничители 15, закрепленные через отверстия 14. Число отверстий в перфорированной заглушке 10 выбирается из условий обеспечения необходимого технологического процесса обработки - скорости рабочего электрода и необходимого продольного перемещения рабочего электрода при электрохимической обработке. Для этой же цели служит установленный во внутреннем объеме перфорированной заглушки перепускной клапан 16 [1]. Он поддерживает необходимый перепад давления в полости под рабочим электродом, обеспечивая продольное перемещение трубы 2 с рабочим электродом вдоль оси баллона.

Технологический фланец 4, устанавливаемый на резьбовую часть баллона 3, обеспечивает продольное перемещение трубы 2 с рабочим электродом 1. Кроме того, он образует коллектор 17 отвода электролита из зоны обработки. Его удлиненная цилиндрическая часть, размещаемая во внутреннюю полость баллона, способствует осевому перемещению трубы 2 и одновременно уменьшает объем, занимаемый электролитом. Внутренняя поверхность технологического фланца 4 покрыта изолирующим материалом на основе эпоксидной эмали.

Устройство работает следующим образом. Для проведения электрохимической обработки баллон 3 устанавливается вертикально. Оболочка рабочего электрода 1 плотно обворачивается вокруг цилиндрической пружины 12, которая при этом максимально растянута. В таком плотно упакованном виде труба 2 с рабочим электродом 1 вводится в полость баллона 3. Технологический фланец 4 монтируется на резьбовой выходной патрубок баллона. Электрическая изоляция технологического фланца 4 от баллона 3 обеспечивается проставкой 5 из диэлектрика, упругим уплотнением 6 и диэлектрическим покрытием внутренней поверхности технологического фланца.

К трубе 2 подсоединяется входной патрубок подачи электролита от системы прокачки электролита, а к технологическому фланцу 4 монтируется магистраль сброса электролита в бак системы питания. После этого от системы питания электролит под давлением подается по трубе 2 во внутреннюю полость рабочего электрода 1. Давление, под которым оболочка рабочего электрода 1 развертывается в рабочее состояние, принимая форму внутренней поверхности баллона, превышает давление электрохимической обработки, при этом перепускной клапан 16 закрыт, поэтому весь расход электролита идет во внутреннюю полость рабочего электрода 1 и развертывает оболочку 7, цилиндрическая пружина 12, связанная своим торцевым сечением с гильзой 11 и перфорированной заглушкой 10, также способствует развертыванию оболочки 7, препятствуя осевому перемещению верхнего торцевого сечения оболочки.

Полное раскрытие оболочки 7 контролируется по перепаду давления на выходе из коллектора слива электролита 17, так как если оболочка 7 развернулась не полностью, то не все перфорирующие отверстия 9 открылись и, следовательно, гидравлическое сопротивление будет большим, чем при полном раскрытии.

После развертывания оболочки 7 рабочего электрода 1 понижают давление до рабочего, обеспечивающего технологические режимы электрохимической обработки, при этом открывается перепускной клапан 16. Труба 2 с развернутым рабочим электродом 1 находится в крайнем нижнем положении. Перфорированная заглушка 10 опирается о днище баллона 3 своими диэлектрическими ограничителями 15. Перепускной клапан 16 открыт, поэтому электролит через отверстия в перфорированной заглушке 10 и отверстия 9 оболочки рабочего электрода 1 поступает к обрабатываемой внутренней поверхности баллона 3. При подаче напряжения начинается процесс электрохимической обработки. Наружный профиль перфорированной заглушки 10 обеспечивает обработку донной части баллона. Электролит при этом проходит через открытый перепускной клапан 16 в полость перфорированной заглушки 10 и далее в межэлектродный зазор. Необходимый зазор обеспечивается диэлектрическими ограничителями 15, которые выполняют двойную функцию: во-первых, обеспечивают межэлектродный зазор и не допускают возникновения коротких замыканий, а во-вторых, играют роль настроечных элементов перекрытием части отверстий в перфорированной заглушке 10 и тем самым обеспечивают заданный перепад давления в полости под рабочего электродом. Подача электролита по двум направлениям играет следующую роль: во-первых, устраняет застойные зоны между податливой оболочкой 7 рабочего электрода 1 и стенкой баллона за счет перетекания электролита из донной части баллона; во-вторых, обеспечивает равновесное состояние давлений в полостях баллона перед электродом и за ним. Важную роль играет при этом настройка перепускного клапана 16.

Совместная работа перепускного клапана 16, цилиндрической пружины 12 и оболочки 7 рабочего электрода 1 обеспечивают некоторое избыточное давление в полости под рабочим электродом 1 (донная часть баллона) по сравнению с давлением над рабочим электродом, образуемый при этом перепад давления способствует осевому перемещению трубы 2 с рабочим электродом 1, при этом обрабатывается внутренняя цилиндрическая поверхность баллона 3. На конечном этапе обработки оболочка 7 приближается к внутренней поверхности баллона, примыкающей к горловине, при этом цилиндрическая пружина 12 сжимается, часть оболочки 7, связанная с гильзой 11, перемещается вниз, а основная поверхность оболочки податливо деформируется, контактируя с внутренней поверхностью горловины баллона, резко изменяется проходное сечение для выходящего потока электролита, что свидетельствует об окончании процесса обработки - инструментально это можно установить по манометру, установленному на коллекторе слива 17. При этом отключают ток и подачу электролита.

Несмотря на некоторое усложнение устройства по сравнению с прототипом, предлагаемое техническое решение обладает рядом преимуществ, обеспечивающих положительный эффект:

- в отличие от механических способов обработки, при которых дефекты внутренней поверхности заглаживаются, предлагаемое устройство вскрывает, делает видимыми при дефектации трещины, раковины и др. изъяны поверхности;

- устройство может быть использовано в технологических процессах изготовления баллонов как чистовая операция;

- используются безопасные, экологические электролиты, например, для стальных газовых баллонов используется 20%-ный водный раствор поваренной соли в отличие от опасных щелочей;

- в отличие от прототипа может быть использовано для газовых баллонов произвольной формы, например сферических.

Наряду с этим устройство сохраняет положительное свойство прототипа, а именно улучшает условия работы обслуживающего персонала и повышение производительности процесса дефектации газовых баллонов.

Таким образом, в расширении технологических возможностей устройства за счет интенсификации процесса путем задания необходимой плотности тока на участках обработки конкретно выражается положительный эффект предлагаемого устройства.

Литература

1. Башта Т.М. Гидравлические приводы летательных аппаратов. -М.: Машиностроение, 1967, cтp. 285, рис. 218.

2. Большой энциклопедический словарь. Химия. М.: - Научн. изд. Большая Российская энциклопедия, 1998 г.