Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Нанесение информации па металлические детали 9
1.1. Методы нанесения информации 9
1.2. Особенности электрохимического маркирования 12
1.3. Механизм дискретного растворения металлов секционным инструментом 17
1.4. Конструкция и технология изготовления секционного инструмента 21
1.5. Технологический процесс электрохимического маркирования 30
1.6. Технологическое оснащение для маркирования , 40
Глава 2. Пути решения поставленных задач по растровому маркированию 59
2.1. Особенности основных алфавитов, используемых для нане сения информации 59
2.2. Рабочие гипотезы, учитывающие особенности растрового маркирования, в том числе арабским алфавитом 62
2.3. Новые инструменты для маркирования и способы из изготовления 63
2.4. Режимы маркирования 66
2.5. Экспериментальное оборудование 68
2.6. Программа решения поставленных задач 69
Глава 3. Моделирование процесса растрового электрохимического маркирования 72
3.1. Принятые допущения 72
3.2. Физическая модель процесса 74
3.3. Математическое моделирование растрового маркирования .. 86
3.4. Экспериментальное подтверждение модели растрового маркирования 90
Глава 4. Проектирование и изготовление растрового инструмента 95
4.1. Технологические сложности комплектации, сборки и ком-мутации элементов растровых знаков 95
4.2. Обоснование технологических возможностей создания знаков малых размеров 97
4.3. Способы очистки знаков от продуктов обработки 100
4.4. Использование новых способов и устройств для управления электрическим полем растрового электрода инструмента 101
Глава 5. Проектирование технологии растрового цветного маркирования 111
5.1. Выбор рабочего диапазона режимов 111
5.2. Этапы построения технологического процесса 112
5.3. Оборудование для растрового маркирования 114
5.4. Эксплутациониые характеристики растрового маркирования и перспективы его применения 117
Выводы 122
Заключение 123
Список использованных источников 125
Приложения 137
- Особенности электрохимического маркирования
- Рабочие гипотезы, учитывающие особенности растрового маркирования, в том числе арабским алфавитом
- Математическое моделирование растрового маркирования
- Обоснование технологических возможностей создания знаков малых размеров
Введение к работе
Под маркированием понимают нанесение буквенной и цифровой информации (п основном клеймения), фирменных знаков и символов, рисунков, схем и других технических сведении. Май более широкие возможности имеет электрохимическое маркирование, которое делится на два крупных класса: мелкое, получаемое без прокачки рабочей среды, и глубокое - где прокачка необходима. При переходе промышленности на рыночные отношения преимущественное распространение получило мелкое маркирование с переменным текстом, что создало серьезную научную и производственную проблему по изготовлению инструмента. Применяемые ранее в серийном производстве профильные носители информации, получаемые из стандартных шрифтов (типографских, для пишущих машинок), путем травления в процессе электрохимической обработки, фрезерования оказались не пригодными для единичного нанесения информации, т.к. здесь трудоемкость изготовления инструмента многократно превышает время механического (например, с помощью пантографа), лучевого (например, лазером) маркирования.
В последние годы появился растровый метод формирования текстовых материалов, где контур знаков формируется из штрихов, описывающих символы, буквы или цифры. В этом методе автоматизировано создание текстов из единых элементов (отрезков прямых, кривых, точек и т.д.). В простейшем случае каждый элемент подключен к коммутатору, от которого пучки проводников подводятся к клавишам печатающего устройства, при нажатии на которые к источнику подключаются те элементы, которые образуют знак, обозначенный на клавише. Если применять аналоговую машину, то набор текста еще более упрощается. Однако в литературе не имеется полных сведений о режимах растрового маркирования и выявился существенный недостаток процесса, который заключается в интенсивном анодном растворении элементов, не участвующих в конкретном процессе нанесения информации, за счет разности потенциалов подключенных со стороны неработающего на этой операции элемента. Такой недостаток сводит к нулю преимущества растрового маркирования, что не позволяет расширять его использование в промышленности. В литературе нет достаточно достоверных описаний процессов, протекающих , без чего невозможно найти эффективные пути совершенствования растрового метода. Поставленная задача является актуальной для гибкоструктурпого производства, которое составляет основу современного машиностроения в России и за рубежом.
Работа выполнялась по научным программам ATM РФ, государственным программам государства Палестина па период до 2010 года по развитию промышленности и повышению качества производимой продукции в машиностроении и в соответствии с научным направлением факультета автоматизации и роботизации машиностроения "Проблемы современной технологии машиностроения" ВГТУ (per. № 01960005761).
Целью работы является разработка технологического процесса и системы инструментального обеспечения при маркировании инвариантной информацией, наносимой на металлические детали растровым методом.
Для достижения цели поставлены и решены следующие задачи:
1. Смоделировать процесс анодного растворения элементов знаков в период отсутствия на них электрического тока.
2. Установить пути повышения стойкости элементов во всех вариантах растрового маркирования.
3. Создать методики расчета режимов растрового маркирования.
4. Разработать технологический процесс изготовления растрового инструмента и маркирования таким инструментом.
Методы исследований. В работе использовались положения теории электрического поля, электрохимической размерной обработки, оптимизации инвариантных процессов, моделирования комбинированных процессов.
I. Теоретически обоснованы причины разрушения элементов знаков, расположенных вблизи элементов, подключенных к источнику тока. Это позволило разработать принципиальные положения для реализации электрон пои зашиты от анодного растворения инструмента для растрового маркирования.
2. Установлены закономерности формирования электрического поля в межэлектродном зазоре при любых сочетаниях элементов, образующих требуемые знаки, что позволило с модели ропать процессы на электродах с регулированием локальных полей в период обработки.
Практическая значимость работы:
1. Разработана новая рабочая среда, спроектированная на базе ферромагнитных жидкостей.
2. Предложены конструкции инструмента, методы зашиты элементов знаков от анодного растворения с их реализацией в промышленном оборудовании.
3. Разработаны новые технологические процессы изготовления инструмента (получен патент РФ 2229966) и растрового маркирования на модернизированном е участием соискателя оборудовании.
4. Обоснована область рационального использования растрового маркирования в машиностроении, что позволило расширить его применение в промышленности России и Палестины.
Автор защищает:
1. Новую конструкцию электрода-инструмента и способ его изготовления, отличительные свойства и новизна которого защищены патентом РФ.
2. Теоретические положения механизма формирования растрового знака из элементов, находящихся под током, что позволяет установить закономерности разрушения элементов, не работающих при рассматриваемой операции, и создать научные основы устранения износа инструмента в процессе нанесения информации.
3. Усовершенствование способа устранения износа инструмента при растровом маркировании, что расширяет область использования рассматриваемого процесса в машиностроении.
4. Разработанные технологические режимы электрохимического растрового маркирования предложенным электродом-инструментом и обоснование возможностей нового процесса по нанесению различных видов информации.
5. Технологический процесс растрового маркирования, в том числе с высотой знаков около 2,5 мм, что открывает возможности нанесения информации на мелкие детали приборостроения и радиоэлектроники для развивающейся промышленности Палестины.
Реализации и внедрение результатов работы. Подобраны типовые детали приборостроения и радиоэлектроники, выпускаемые в Палестине па развивающихся предприятиях машиностроения. На них выполнены цифровые и буквенные надписи с высотой знака 2,5; 3; 4; 5 мм, отвечающие техническим условиям чертежа.
Процесс внедрен в учебный процесс ВГТУ, передан для внедрения на предприятия Казани, Липецка, Уфы, Воронежа.
Апробация работы. Работа прошла обсуждение и одобрена па международных научных конференциях "Система непрерывного профессионального образования на базе университетских комплексов" (Воронеж, 2004), "Авиакосмические технологии" (Воронеж, 2004), "Научная работа в университетских комплексах" (Воронеж, 2005), "Производство специальной техники" (Воронеж, 2004), 7" International Conference on Deburring and surface Finishing, University of California, USA, 2004, на конференциях 2002-2005 годов "в ВГТУ, ВГЛТА.
Публикации. По теме диссертации получен основополагающий патент и опубликовано 4 статьи, в которых личный вклад автора включает: [2] - выбор рабочих сред при растровом маркировании; [3] - модель образования защитных пленок на инструменте для маркирования; [4] - оптимизация способов нанесения информации и их моделирование; [5] - режимы электрохимического маркирования и структура технологического процесса. Объем публикации 1,3 п.л., доля соискателя 0,9 п.л.
Структура н объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, общих результатов и выводов, библиографического списка из 108 наименований и 4 приложений; изложена на 138 страницах и содержит 63 рисунка и 8 таблиц.
Особенности электрохимического маркирования
Вследствие преимущественного растворения ближайших к катоду участков анодной поверхности, на за готовке образуется углубление, имеющее форму блнчкую к зеркальному отображению рабочей поверхности катода.
В последние годы в связи с быстрым развитием авиационной и других видов техники данный метод обработки материалов стал широко применяться, что обусловлено применением в конструкциях жаропрочных, нержавеющих, магнитных, и других труднообрабатываемых материалов, механическая обработка которых, в том числе и маркирование сопряжено с большими трудностями, а также использованием в конструкциях летательных аппаратов и их двигателей прецизионных, нежестких и других деталей, в которых недопустимы силовые воздействия и концентрация напряжений. Способ электрохимического маркирования отвечает этим требованиям и позволяет маркировать тонкие листовые, ажурные, прецизионные детали, в том числе подверженные знакопеременным нагрузкам.
Несмотря на то, что электрохимическое маркирование появилось лишь в последние десятилетия, оно находит все более широкое применение в технике. Так, оно почти полностью вытесняет кислотное и электроискровое маркирование, успешно конкурирует с маркированием красками и ударным методом. Процесс может протекать при прокачке электролита через зазор или в неподвижной жидкости. Съем металла идет под участками, не имеющими изоляции (в виде покрытия, трафарета и др.).3 настоящее время применяются следующие способы электрохимического маркирования (рис. 1.1).
Бестрафаретное ЭХМ профилированным инструментом без прокачки электролита [94], где рабочая часть электрода-инструмента выполнена по форме наносимых знаков и находится в одной плоскости с рабочей поверхностью клейма. Внесение электролита в рабочий зазор осуществляется за счет смачивания клейма в штемпельной подушке раствором электролита. Процесс ЭХМ протекает при напряжении постоянного тока 5-11 вольт, в за висимости от вида материала, в течение 0,5-1 сек, при зазорах 0,005-0,01 мм. Полярность электродов обычная, инструмент - катод, деталь - анод. Ввиду малых величин межэлектродных зазоров происходит точное копирование элементов клейма-инструмента и при правильном подборе составов электролитов получается контрастное изображение. Глубина знаков при этом способе не превышает 0,003 мм. Способ нашел широкое применение в промышленности ввиду простоты технологии и оборудования (клейма можно отливать на линотипе), высокой производительности и качества изображения, что важно при финишной обработке деталей. Ввиду малой глубины знаков условимся этот способ называть мелким электрохимическим маркированием (МЭХМ).
К недостаткам этого метода следует отнести сложность подбора электролитов для маркировки различных материалов, незначительную глубинумаркировании (0,002-0,003 мм) и трудность маркировки деталей с некоторыми видами гальванических покрытии (кадмированием, цинкованием и др.).
Способ бестрафарстного ЭХМ с прокачкой электролита. Этот способ отличается от предыдущего тем, что в зазоре между клеимом и деталью прокачивают с определенной скоростью электролит, который интенсивно удаляет с поверхностей электродов газообразные и пленочные продукті,! электролиза, что позволяет глубину изображения довести до 0,3 мм. При этом способе межэлектродный зазор составляет 0,05-0,15 мм, напряжение постоянного тока U = 9-15 вольт, машинное время процесса 1 = 5-30 сек. Инструмент здесь также представляет зеркальное изображение наносимой информации. Буквенная и цифровая информация обычно изготавливается литьем на линотипе или гравированием, условные знаки и др. - гравированием. Наряду с относительной простотой изготовления инструмента и высокой производительностью процесса следует отметить и недостатки этого способа, заключающиеся в необходимости применения специального оборудования с системой циркуляции электролита, а также то, что большая часть поверхности изделия соприкасается с электролитом, что в некоторых случаях нежелательно.
Недостатком способа является и невысокая точность элементов наносимой информации, трудность определения технологических режимов для получения заданной глубины и точности, а также расчет гидродинамики потока. Трудность расчета необходимой скорости электролита заключается в том, что все имеющиеся исследования но этому вопросу касаются стационарных процессов, а ЭХМ - процесс кратковременный, в ходе ЭХМ непрерывно нарастают возмущения потока за счет увеличивающейся по мере увеличения глубины знака вихревой зоны. Условия депассипации анода при этом непрерывно ухудшаются за счет того, что поток должен изменять свое направление, затекая в углубление знака.
Однако, этот способ перспективен своей производительностью и простотой изготовления инструмента, поэтому необходимо изучить его особенности.
Способ трафаретного ЭХМ. Основным элементом при трафаретном электрохимическом маркировании является трафарет, изготавливаемых из листовых диэлектрических материалов: текстолита, полимерных пленок, ге-типакса, органического стекла и других диэлектриков. Па трафарете в виде сквозных прорезей выполняется наносимая информация. При маркировании происходит растворение участков поверхности изделия соответствующих прорезям в трафарете. Помимо защиты мест, не подвергаемых травлению, трафарет обеспечивает определенней зазор между изделием и катодом, необходимый для электрохимического процесса. IB связи с этим толщина трафарета должна выбираться из соображений возможности обработки и нанесения знаков, а также обеспечения определенного зазора. Обычно толщина трафарета равна 0,3-1,0 мм. В зависимости от способа подачи электролита в зазор между изделием и катодом различают маркирование в непроточном и проточном электролите. При применении непроточного электролита глубина изображения обычно не превышает 0,1 мм.
При сообщении электролиту определенной скорости протекания и напора, что вызывает его интенсивную смену, глубину изображения можно довести до 0,6 мм.В зависимости от рода применяемого тока можно получить три вида изображения. При действии постоянного тока, когда изделие подключено к положительному полюсу, иа нем полчается вытравленное углубленное изображение цвета материала изделия.При действии переменного тока, вследствие анодного окисления получается изображение с незначительным углублением коричневого или черного
Рабочие гипотезы, учитывающие особенности растрового маркирования, в том числе арабским алфавитом
Анализ материалов.по электрохимическому маркированию позволил выдвинуть следующие рабочие гипотезы:1. Растворение элементов инструмента при растровом методе нанесения информации происходит из-за падения напряжения за границы элемента, не работающего в качестве инструмента для заданной конфигурации знака, но расположенного в непосредственной близости к смежным рабочим элементам, находящимися под током, где образуется разность потенциалов, при которой неработающий элемент приобретает свойства анода и начинает растворяться.2. Разностный ток па работающем элементе можно нейтрализовать подачей локального электрического поля противоположного знака с управлением его величиной с помощью процессора.3. Процесс мелкого маркирования способен протекать при напряжениях с величиной пиже границі,! потерь, установленных для электрохимической размерной обработки.4. Для нанесения на изделия информации па арабском языке могут использоваться только элементы из точек с изменяемым диаметром и практически не применимы ранее созданные растровые элементы в форме штрихов и кружков постоянного сечения.
В процессе работы над диссертацией соискатель совместно с научным руководителем предложил но вы и электрод-инструмент и способ его изготовления, на что получен патент Российской Федерации № 2229966.Предлагаемое изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при электрохимическом маркировании деталей.
Известен электрод-инструмент по а.с. 380423 для электрохимического маркирования на деталях из токопроводящих материалов, в котором знаки выполнены из клеевого токопроводящего материала, залитого на глубину диэлектрического покрытия основания.
Однако этот электрод-инструмент не позволяет наносить сменную информацию электрохимическим способом. Кроме того, он не позволяет выдерживать размеры штрихов в соответствии с требованиями стандартов к наносимым знакам, особенно на арабском языке.
Известен также способ изготовления электрода-инструмента для электрохимического маркирования но а.с. 663550, в котором на основании электрода-инструмента выполняют риски необходимой глубины в соответствии с рисунком наносимых знаков, в которые устанавливают рабочие элементы (проволоку, ленту), а после их закрепления, заливки нерабочего пространства и обнажения рабочей плоскости рисунка лишние его детали занижают по высоте травлением.
Однако данный способ также не позволяет наносить меняющуюся информацию одним электродом-инструментом. Он имеет высокую трудоемкость и ограничения при изготовлении электродов-инструментов для поверхностей сложной формы.
Изобретение направлено на получение сменной информации па маркируемых электрохимическим способом деталях без смены маркирующего электрода-инструмента, расширение технологических возможностей маркирования на поверхностях сложной формы и приведение размеров штрихов л соответствие с требованиями стандартов, в том числе для арабского шрифта.
Это достигается тем, что электрод-инструмент для электрохимического маркирования содержит токопро водящее основание, па рабочей поверхности которого сформированы знаки из магнитореологической жидкости.
Это достигается также и тем, что на рабочей поверхности токопрово-дящего основания электрода-инструмента знаки формируют из магнитореологической жидкости путем погружения в нее рабочей поверхности электрода- инструмента, создают па рабочей части электрода-инструмента магнитное ноле с помощью размещаемых с его противоположной стороны электромагнитов, сердечником которых являются съемные знаки наносимой информации из магнитомягкого материала, а после формирования знаков удаляют избытки магнитореологической жидкости.
Сущность изобретения поясняется чертежом на рис. 2.5. В сосуд с магнитореологической жидкостью ! погружено основание 2 электрода-инструмента 2 из токопроводяшего немагнитного материала рабочей поверхностью 3. К электроду-инструменту 2 с обратной стороны прижаты электромагниты 4, сердечником которых являются съемные знаки из магнитомягкого материала. Катушки электромагнитов питаются постоянным током от ис точпика питания 5. Ma рабочей поверхности 3 основания 2 формируются знаки б.
Способ осуществляется следующим образом.На основание электрода-инструмента 2, погруженное в мапштореоло-гическую жидкость рабочей поверхностью 3, с обратной стороны (сверху) в электромагниты вводят знаки, которые являются сердечниками электромагнитов. Включают источник питания 5, в электромагнитах 4 возникают магнитные силы, под действием которых на рабочей поверхности электрода-инструмента 3 формируются из магпиторсологической жидкости 1 знаки наносимой информации б. Набор необходимых знаков фиксируется магнитным полем на рабочей поверхности электрода-инструмента 3. Затем сжатым воздухом удаляют избытки магииторсологической жидкости. После этого электрод-инструмент используется для электрохимического маркирования.
Формула изобретения имеет вид:1. Электрод-инструмент для электрохимического маркирования, содержащий токопроводящее основание и сформированные па его рабочей по верхпости знаки, отличающийся тем, что знаки сформированы из магпито-реологической жидкости.2. Способ изготовления электрода-инструмента для электрохимического маркирования, включающий формировапис знаков па рабочей поверхности его токопроводящего основания, отличающийся тем, что знаки формируют из мапштореологичсской жидкости путем погружения в пес рабочей поверхности электрода-инструмента, при этом создают в электроде-инструменте магнитное поле с помощью размещаемых с его противоположной стороны электромагнитов, сердечником которых являются съемные знаки из магнитомягкого материала, а после формирования знаков удаляют избытки магнитореологичеекой жидкости.
Приведенная и 2.3 среда на базе ферромагнитной жидкости позволяет формировать контур знака, но не обеспечивает получения требуемой контрастности. Для растрового маркирования используют электролиты, включающие добавки, образующие цветное изображение (табл. 2.1).
Математическое моделирование растрового маркирования
Исходя из физической модели можно сформулировать начальные условия математического описания процесса растрового маркирования;- все элементы растра и рабочая среда являются токопроиодяшпми;- удельное сопротивление элементов и среды имеет существенныеразличия;- сечение элементов и диэлектрика одинаково по всему растру.Граничные условия:- расстояние между соседними элементами не может превышать :юпы активного действия электрического поля за счет тока, подаваемого в соседние рабочие элементы;- границы прохождения тока через рабочие и не рабочие элементы зависят от удельного сопротивления материала элементов, рабочей среды, расположения элементов и зазоров в межэлектродном промежутке;- напряжение на рабочих элементах может иметь различные стационарные значения.
Исходные условия растрового нанесения информации приведены на рис. 3.10.За счет наведенного от рабочих элементов электрического ноля (рис. 3.10) за счет импульса включения источника питания между элементами 1-2 и 2-3 возникает перетекание тока, величина которого зависит от сопротивления рабочей среды (р) и материала элементов (pi). Кроме того часть тока (Ь) через проводящую рабочую среду б поступает на заготовку 5 и может вызвать "уширение" знака до границы анодного растворения материала заготовки ДВ.
Объем снятого с элемента 2 материала зависит от тока перетекания (І4) в момент включения процесса маркирования, длительность которого (т) при мелком маркировании не превышает по [63] 3-1 0""" с.где р, pi - удельное сопротивление рабочей среды и материала электрода-инструмента; L - глубина зоны прохождения тока в электроде-инструменте вмомент включения тока. Учитывая высокую скорость нарастания тока (начальная часть мпульса пе превышает 18- ] 0"" с) глубина зоны L составляет 2-5 мкм.
Если принять, что весь ток 1. вызывает растворение нерабочего элемента, то объем снятого материала за время т. составитагде а - объемный электрохимический эквивалент сплава элемента; у - плотность материала элемента; ц - выход по току.Откуда средний линейный износ (1-і) элемента за "т" циклов маркирования, при которых рассматриваемый элемент был "к" раз нерабочим, red2
Известно из [54], что для стабильного процесса неравномерность припуска не может превышать соотношения 2:1. Откуда H S. Следовательно допредельного износа растровым инструментом можно выполнить число цик При этом следует учитывать, что съем материала но контуру сечения элементов будет повышенным в 1,5-2,0 раза.
Из (3.2) следует, что в момент включения тока разность потенциалов па границах диэлектрика может достигать напряжения "U". Тогда минимальная ширина "Vу перемычки (рис. 3.10) должна быть пе менее требуемой (С) для предотвращения пробоя тока через рабочую среду и пе менее предельнойтолщины (Г1) диэлектрика, нанесение которого технически возможно на исследуемой стадии развития техникигде Б - напряженность ноля при пробое диэлектрика.р Из работы [100] величину "Б" можно оценить как (2 3)10 —- .см
В [100] показано, что предельная толщина диэлектрического покрытия может быть 0,1-0,2 мм. В изобретениях [3], [4] показано, что возможно получение покрытий с толщиной до 1 мкм за счет образования токопроводя-щих пленок с большим сопротивлением.Оценивая величины t и ?", выбирают большее значение " " и принимают его п качестве нижней границы размера перемычки между элементами в растре.
Как показано на рис. 3.10 и в [63] за счет рассеивания тока возникает увеличение ширины штриха, так называемое "уширение" (АВ), которое по [63] достигает (в зависимости от напряжения) 10-100%.Из [100] известно, что имеется предельная плотность тока (1 .,-,), при которой анодное астворение не происходит. Его величина но [27] составляет 1 1,5 - -. см"Тогда зона рассеивания, вызывающая "уширение" (АВ) в момент включения тока может быть найдена по зависимости"Уширение" позволяет устранить разрыв штриха под диэлектриком 4 (рис. 3.10). Для этого необходимо выполнить условие
Одновременно "уширение" увеличивает ширину штриха, что ограничивает минимальную высоту знаков наносимой информации.Совмещение взаимоисключающих воздействии уширспия на процесс растрового маркирования достигнуто авторами свидетельства на изобретение № 1722171.
Численные работы, выполненные но предложенным моделям, позволили оценить правомерность теоретического описания процесса растрового маркирования. На рис. 3.1 1 приведены сведения о линейном износе элементов. На рис. ЗЛІ показаны расчетные значения иноса элементов, имеющих диаметр 0,4 мм и диэлектрическое покрытие 0,12 мм.Маркирование выполнялось круглыми элементами нз латуни при напряжении U=4 В, межэлектродном зазоре 0,04-f0,05 мм. Мзпос оценивался после 160 случаев нанесения информации, когда нерабочие элементы имели 100 попаданий в электрическое поле при маркировании.Сходимость расчетных значении (кривая 2 на рис. 3.1 і) относительно экспериментов дает удовлетворительный результат, что позволяет рекомендовать модель для разработки конструкции растрового электрода-инструмента.
На износ влияет также расположение электрических полей, определяемое расстоянием между элементами растра.На рис. 3.12 показан линейный средний износ нерабочего элемента после 1 минуты работы инструмента.Из рис. 3.12 видно, что износ элементов зависит от перемычки и с ее увеличением снижается. Однако рабочий диапазон ширины диэлектрической перемычки находится в пределах 0,01-0,3 мм, поэтому требуется создание новых способов снижения износа элементов.
Напряженность электрического поля зависит от площади сечения элементов, подключаемых к источнику тока для образования требуемого индекса. Чем больше различие в площадях индексов, входящих в информационный блок, тем больше тока проходит через нерабочие элементы и тем выше их износ (рис. 3.13).
Обоснование технологических возможностей создания знаков малых размеров
В соответствии с нормативными документами ширина штрихов, образующих знак, является фиксированной частью высоты шрифтов. Стандартов на арабские шрифты не имеется, поэтому приходится руководствоваться нормативами кириллицы и латыни.
Из [55] известно, что минимальная ширина штриха на профильных знаках, величина перемычек на трафаретах или между элементами растра не может быть менее 0,25-0,3 мм. По стандарту ЕСКД толщина линий шрифта составляет для типа А 1/14 его размера, а для типа Б - 1/10.
Толщина линий шрифта на инструменте (ширина штрих=а) зависит от "уширения" (ДВ) знака на детали.
Величина ДВ может изменяться в широких пределах (рис. 4.3). Как показано в главе 5 минимальный межэлсктродпыи зазор (S) составляет около 0,02 мм (реально используется зазор более 0,03 мм).
По стандарту изменение ширины штриха [63] может достигать 10%.Тогда минимальная ширина (hmjt] ) штриха на детали составитминимальная ширина штриха на инструменте ( h mjn 0,3 мм); АВ,- "уширение" (по стандарту ABmin 0,1 hm;n =0,03 мм) Тогда технологические возможности электрохимического маркирования позволяют нанести информацию знаками, высотой (II) ис менее(4.2)4.3 можно получить Н=2,5 мм.
При растровом маркировании требуется обеспечить определенное расстояние между элементами, которое бы позволяло сохранить стойкость знака, исключало замыкание и было технически осуществимо.
На рис. 4.4 показано перетекание тока между элементами за счет различных сопротивлений токоподводов к знакам с различной площадью (известно, что ширина букв кириллицы изменяется до При мелком (цветном) маркировании требуется периодически очищать рабочую часть инструмента от продуктов обработки, имеющих повышенное сопротивление и вызывающих "размыв" штриха, т.е. потерю четкости информации.Особое значение приобретает очистка для растрового маркирования, где пониженная проводимость элементов из-за осадка вызывает брак операции маркирования.Очистку выполняют путем:1. Промывки в период между проведением операции. Для этого используют струю электролита, подаваемого через форсунку под большим давлением; промывочную среду (воду с добавками). В других случаях применяют механические притиры, щетки.
Для автоматизированной очистки предложен способ по патенту №2247635, при котором на поверхность инструмента подают- импульс тока, вызывающий образование газообраз пых продуто в обработки, удаляющих загрязнения на рабочей поверхности электрода.
Период между очистками зависит от объема жидкой фазы в межэлектродном промежутке (рис. 4.5) при площади рабочей поверхности инструмента 30 мм .Для рабочего диапазона межэлектродных зазоров (0,03-0,1 мм) период очистки может изменяться от долей секунды до 3-4 секунд. По [63] время формирования знаков составляет от 0,15 до 1,0 секунды. Следовательно при малых межэлектродных зазорах требуется очистка рабочей поверхности инструмента после каждого цикла маркирования. Далее возможно очистку выполнять периодически.
Период между очистками инструмента, секСовременное оборудование оснащено механической щеткой для удаления продуктов обработки после каждого нанесения информации, поэтому вводить дополнительные операции для этих целей нецелесообразно.4.4. Использование новых способов н устройств для управления электрическим нолем растрового электрода-инструмента
Износ элементов, составляющих штрихи знаков, при растровом маркировании зависит от частоты включения их в растр, размеров элементов, режимов обработки.На рис, 4.6 показан износ по длине нерабочих элементов, расположенных симметрично относительно рабочих.
Диаметр элемента, ммРелсим обработки: напряжение 4 В; зазоров - 0,05 мм; ширина перемычки 0,1мм; количество маркировок - 100Из рис. 4.6 видно, что износ на границе элемента сначала снижается, а затем происходит по закономерности, единой для всего элемента. Такое изменение объясняется закономерностями формирования переходных участков, рассмотренных в [54].
При произвольном износе элементов изменяется межэлектроднып зазор, что вызывает ускорение процесса анодного растворения элементов, имеющих меньший износ, неравномерность глубины штриха до соотношения 1:10(рис.4.7).и) Рис. 4.7. Изменение глубины штриха под элементами с различным износома — характер износа элементов; б - изменение силы тока; в - глубина штрихаЗа счет износа элементов инструмент (рис. 4.7, а) зазор S2 возрастает и происходит перераспределение тока (рис. 4.7, б). Глубина штрихов под элементами (рис. 4.7, в) становится переменной, что нарушает контрастность и качество информации.
В Воронеже была разработана конструкция электрода-инструмента (а.с. 1722171), позволяющая за счет анализа электрического поля в межэлектродном зазоре и погашения перетекающих токов устранить главный недостаток растрового маркирования — износа элементов.
По а.с. 1722171 это достигается тем, что в устройство для электрохимического маркирования, содержащее блок задания программы, блок ключей коммутации, группу элементов индикации, источник технологического тока, растровый электрод-инструмент, введены блок последовательного выбора номера разряда, состоящий из двоично-десятичного счетчика и дешифратора, блок памяти информации включения сегментов в разрядах, датчик наличия маркируемой детали, n-разрядный счетчик с дешифратором, второй блок ключей 1 коммутации, второй растровый электрод-инструмент и блок защиты ключей коммутации и источника тока от перегрузок, причем блок памяти