СПОСОБ МИНИМИЗАЦИИ РАСХОДА ЭЛЕКТРОЛИТА ПРИ ПОКРЫТИИ ДЕТАЛЕЙ СЛОЖНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

A WAY TO MINIMIZE THE CONSUMPTION OF ELECTROLYTE AT THE COATING OF PARTS WITH COMPLEX DESIGNS

Alexander Rasskazov

student, Department of automated equipment of machine-building production, Voronezh state technical University,

Russia, Voronezh

АННОТАЦИЯ

В статье рассмотрен способ повышения экономичности производства деталей с гальваническим покрытием с применением математического моделирования.

ABSTRACT

The article considers a method for increasing the cost-effectiveness of production of electroplated parts using mathematical modeling.

Ключевые слова: математическое моделирование, гальваническое покрытие, производство.

Keywords: mathematical modeling, electroplating, manufacturing.

В настоящее время в машиностроении сложилась ситуация, когда производству сложно приобретать новое высокотехнологичное оборудование для повышения показателей качества готовых изделий. Раздел гальванотехники, занимающийся вопросами нанесения покрытий на детали методами гальваники, повышает качество готовых изделий путем нанесения защитных, защитно-декоративных покрытий.

Существует острая необходимость в разработке программ и технологий нанесения покрытий, обеспечивающих высокие показатели качества при минимизации расхода материала. Особенно такая необходимость появляется для деталей сложной конфигурации, трудоемких в операциях механической обработки, изготовленных из цветных сплавов или дорогостоящих сталей. В нашем случае рассмотрим деталь «корпус» из цветного сплава ЛС-59. Твердотельная модель детали показана на рисунке 1.

Рисунок 1. Твердотельная модель детали «корпус»

Существует несколько классификаций математических моделей [2, с. 43]. Модель для исследования гальванического процесса будет основываться на первом законе Фарадея. Общая формула выглядит следующим образом [3, стр. 144]

,                                                                       (1)

m – масса осажденного металла, г;

q – электрохимический эквивалент металла, г/А*час;

I – сила тока, А;

T – время гальванического процесса, час;

Вт – выход металла по току, %.

Если раскрыть каждую составляющие формулы (1), получим следующий вид

,                                                                  (2)

М – молярная масса металла, г/моль

z – число электронов, переходящих в полуреакции;

F – число Фарадея; для гальванических процессов (F = 26,8 А*час/моль);

S ‒ площадь детали, мм²;

n ‒ количество деталей, загружаемых в ванну;

T ‒ время осаждения, мин;

h ‒ необходимая толщина покрытия, мкм;

3 ‒ время осаждения 1 мкм покрытия, мин.

Зная массу, необходимую для полного осаждения металла покрытия на деталь, возможно выбрать покрытие, которое при общих равных условиях, позволит обеспечить минимальный расход электролита. По ранее проведенным исследованиям, оптимальными защитно-декоративными покрытиями для цветного сплава ЛС-59 будут никель и олово-висмут.

На данном этапе, представляется возможным в программе Microsoft Excel создать модуль, для автоматического расчета массы осаждаемого металла при покрытии детали. Важным условием здесь является площадь покрытия. Для деталей сложной конструкции, таких как выбранная нами, рационально использовать функцию «свойства модели» в программе автоматизированного проектирования КОМПАС-3D.

Введя данные для покрытий из справочников, возможно автоматическое определение массы осаждаемого металла при покрытии в ванне необходимого числа единиц деталей при заданной толщине покрытия и площади осаждения. При создании данного расчетного модуля, использующего предложенную математическую модель, становится возможной минимизация расхода электролита. Чем меньшее количество металла требуется для полного осаждения на детали, тем дольше истощается раствор электролита, соответственно раствор из одной ванны дает возможность покрыть большее количество деталей до полного истощения электролита. Таким образом, чем меньше граммов металла требуется для осаждения, тем более экономично производство. В настоящее время ведется сбор данных для оптимизации работы модуля, в том числе расширение возможностей для расчета как прямой задачи определения массы, так и обратной, когда необходимо минимизировать толщину покрытия без существенных потерь качества осаждения.

Список литературы:

1. Трусова П. В. Введение в математическое моделирование: учеб. пособие под ред. М.: Логос, 2005, ‒ 440 с.
2. Зарубин В. В. Математическое моделирование в технике: учеб. пособие для вузов под ред. В. С. Зарубина, А. П. Крищенко. М. : Изд-во МГТУ им. Баумана, 2001, ‒ 197 с.