Что такое гальваника в машиностроении: Гальваника и гальваническое покрытие: что это такое, оборудование

Содержание

история открытия и развития, технология выполнения, основные методы нанесения

Некоторые достижения науки, соответствующие им технологии и продукты производства настолько прочно заняли место в нашей повседневной жизни, что считаются сами собой разумеющимися и извечно сопутствующими человеку. К числу таких технологий относится и гальваника.

Что такое гальваника

За примерами далеко ходить не надо, достаточно оглянуться вокруг — дверные ручки и петли, никелированные или хромированные вставки и накладки бытовой техники, домашней и офисной мебели, оправа очков, дешевая бижутерия и недешевые ювелирные изделия, оцинкованное ведро на даче и оцинкованный кузов любимого автомобиля, полки и витрины со всевозможными сувенирами.

Ответ на вопрос «что такое гальваника» многие начнут искать в уцелевших фрагментах познаний из школьного курса химии, вспомнят аноды, катоды, электролит и будут правы.

Гальваника является одним из разделов электрохимии, изучающей взаимосвязанные явления переноса тока в процессе химических реакций или влияние действия электричества на процессы химических реакций.

Она считается прикладным разделом электрохимии, ее область приложения — изучение и практическое внедрение процессов осаждения металлов на различных поверхностях и деталях.

Своим названием технология обязана итальянскому ученому — врачу, физиологу, физику и химику в одном лице — Луиджи Гальвани. Именно его опыты над лягушками дали толчок к исследованию связей между электричеством и химическими реакциями, а публикация в 1779 году «Трактата о силах электричества при мышечном движении» считается «днём рождения» электрохимии.

Изначально в употребление был введен термин гальванизм как явление действия электричества на мышцы и живые ткани, но постепенно он превратился в исторический. В науке и технике устоялось понятие гальваники или гальванотехники, изучением гальванических процессов в биологии занимается электрофизиология.

Теоретической основой обоих методов является теория электролитической диссоциации и законы Фарадея для процесса электролиза. При прохождении электрического тока через раствор либо расплав электролита на электродах осаждаются составные части растворённых веществ. Отрицательный электрод называется катодом, положительный электрод — анодом. Катионы — положительные ионы металлов и водородные ионы движутся к катоду, анионы — отрицательные ионы кислотных остатков и ионы гидроксильной группы движутся к аноду.

Технология выполнения

Если вернуться к окружающим нас образцам применения гальваники, то практически все из них выполнены по технологии гальваностегии — основного метода гальванотехники. Сущность метода определяется второй составляющей слова «стегия» — покрытие, в переводе с греческого, то есть гальваническое покрытие.

Еще один метод гальванотехники — гальванопластика — применяется гораздо реже. С его помощью создают идеальные копии каких-либо форм с последующим удалением макета или копии формы. Основная область использования этой технологии — изготовление небольших по размерам копий ювелирных изделий и скульптур.

Преимуществом гальваники являются возможность получения покрытия любой требуемой толщины для практически любых форм и поверхностей в сочетании с высокой степенью адгезии и механической прочностью покрытия.

Гальванопокрытие — сложный технологический процесс, на результат которого влияет множество факторов, в том числе:

  • качество и чистота оборудования, в том числе гальванической ванны;
  • качество электролита, его состав и концентрация;
  • качество подготовки катода, в роли которого выступает подлежащая покрытию деталь;
  • технологический режим процесса, обеспечивающий равномерность плотности тока по поверхности детали;
  • форма самого изделия.

Основные методы нанесения

Промышленная технология нанесения гальванических покрытий позволяет получить покрытие практически из любого существующего металлов, причем нанести покрытие можно не только на металл, но и на многие виды пластиков и полимеров. Самыми распространенными и востребованными видами покрытий являются следующие:

  • хромирование — позволяет получить твердое и коррозионностойкое, одновременно декоративное покрытие;
  • никелирование — выполняет декоративную и защитную роль;
  • цинкование — предназначено исключительно для защиты деталей от коррозии;
  • меднение — выполняют или для создания поверхностного слоя с высокой электропроводностью или в качестве промежуточного при многослойном покрытии изделий;
  • золочение или позолота — одно из основных декоративных покрытий в ювелирном деле и защитное покрытие для многих промышленных, в том числе специальных, изделий.

За многие десятилетия существования гальванотехника достаточно отработана и в промышленном масштабе, и в условиях ювелирных мастерских. Доступность оборудования и материалов позволяют осваивать технологию гальваники и домашним умельцам, в основном с целью декоративного украшения. Основным условием для этого сектора производства является обеспечение безопасности, связанное с применением электричества и химических веществ.

Оборудование применяемое в гальванике


Гончарова Юлия Сергеевна

магистрант,

кафедра автоматизированного оборудования

машиностроительного производства,

E-mail: [email protected]

Севостьянов Александр Константинович

магистрант,

кафедра технологии машиностроения,

Воронежский государственный технический университет,

г. Воронеж


Аннотация: с начала 20-х годов 20 века по мере того, как происходило развитие работ в областях теоретической и прикладкой электрохимии, начали внедряться более новые теоретически обоснованные процессы электролитического покрытия. Эти работы дали началу использования гальванотехники в различных областях промышленности, в том числе и машиностроения. В статье рассматривается понятие о гальванике, гальваническом процессе, а также оборудование для нанесения гальванопокрытий, преимущества данного вида процесса и недостатки, а также ее дальнейшее развитие.


Ключевые слова: гальваника, раствор, электролит, катод, анод, гальваническая ванна, специализированная ванна, барабан, гальваническая линия, роторная установка.


GALVANICS. THE GALVANIC EQUIPMENT IN MECHANICAL ENGINEERING


Goncharova Yu.S.1, Sevostyanov A.K.2


1Goncharova Yulia Sergeyevna-undergraduate, department of the automated equipment of machine-building production;


2Sevostyanov Alexander Konstantinovich- undergraduate, department


technologies of mechanical engineering,


VORONEZH STATE TECHNICAL UNIVERSITY, Voronezh


Abstract: since the beginning of the 20th years of the 20th century as there was a development of works in the fields of theoretical and prikladky electrochemistry, newer theoretically reasonable processes of electrodeposited coating began to take root. These works gave to the beginning of use of galvanotechnics in various fields of the industry including mechanical engineering. In article the concept about a galvanics, galvanic process and also the equipment for drawing electrodeposits, advantages of process of this type and shortcomings and also its further development is considered.


Keywords: galvanic, solution, electrolyte, cathode, anode, galvanic bathtub, specialized bathtub, drum, galvanic line, rotor installation.


УДК 621.357.7


Введение


Для того, чтобы придать металлическим изделиям свойства защитных, защитно-декоративных функций, которые обеспечивают надежную долговечную работу их в различных эксплуатационных условиях, и служащие для восстановления деталей, выбранных при сравнительно малых износах, важную роль играют химические и электрохимические процессы нанесения покрытий. Гальванические покрытия широко применяются при восстановлении деталей, выбранных при сравнительно малых износах.


Понятие о гальванике и гальваническом процессе


Гальваника — электрохимический процесс, участниками которого являются обрабатываемая деталь, два электрода, электролит, электрический ток. Электролит — это токопроводящее жидкое вещество, из которого в результате прохождения через него электрического тока выделяются молекулы металла, оседающие на поверхности обрабатываемого изделия и образующие на ней тонкую пленку. Особенностью гальванопокрытия состоят в том, что оно формируются не простым нанесением слоя металла на обрабатываемую поверхность, а в результате проникновения его молекул в поверхностный слой детали. [1]


Основными этапами по нанесению слоя на изделие являются:


— приготовление раствора — электролита. Следует отметить, что состав раствора подбирается в каждом конкретном случае;


— погрузка двух анодов в раствор. Аноды подключаются к плюсовому контакту источника постоянного тока;


— погружение в электролитический раствор изделия и расположение его между анодами, а также подключение к минусовому контакту источника тока;


— замыкание сформированной цепи.


На рисунке 1 представлена схема гальванической ванны.



Рисунок 1 — Схема гальванической ванны


Основными видами гальванопокрытий являются:


— хромирование: слой хрома наносится на поверхность материала, для придания повышенной твёрдости и увеличения сопротивляемости коррозии;


— цинкование: цинк обеспечивает деталям повышенную механическую и электрохимическую защиту;


— настал или насталение: гальваническое покрытие железом «слабых» металлов. Например — медь;


— алюминий.


Виды оборудования для гальваники


Существует несколько видов оборудования для нанесения слоя на изделие: [2]


— Гальваническая ванна. Она является основой производства. Гальваническая ванна представляет собой емкость кубической формы с ребрами жесткости и набором дополнительных элементов и оборудования. На рисунке 2 представлена данная ванна.



Рисунок 2 — Гальваническая ванна


Для изготовления данного типа оборудования применяют различные материалы: нержавеющая сталь, ПВХ, полипропилен и другие сополимеры.


Данные ванны подразделяются на активные и вспомогательные. В активных происходит непосредственно процесс нанесения покрытия, а во вспомогательных ваннах проходит подготовка деталей к нанесению покрытия.


— Специализированные ванны. К данной группе относится колокольная ванна. Предназначена для нанесения покрытия на поверхность мелких деталей в насыпном виде, применяется как в составе гальванической линии так и самостоятельно в составе цехов. Представляет собой ванну с закрепленным на ней многогранным колоколом. На рисунке 3 представлен данный вид оборудования.



Рисунок 3 — Гальваническая ванна с колоколом


— Гальванические линии. Данный вид установок объединяет серию ванн и оснащены манипуляторами или конвейерами для подачи заготовок. Такие линии оборудуются на производствах с большими объемами обрабатываемой продукции. Преимущества использования гальванических линий заключается в том, что они обеспечивают высокую производительность и автоматизацию процесса. На рисунке 4 представлена гальваническая линия.


— Барабаны или роторные установки. Это специфический тип промышленного гальванического оборудования, которое используется для обработки мелких деталей. В основном применяется для гальванической обработки метизной продукции.



Рисунок 4 — Гальваническая линия


По конструкции, роторные установки представляют собой ванну закрытого типа, выполненную в форме барабана и устройства привода. Процесс проходит при непрерывном вращении барабана. Это обеспечивает равномерный доступ рабочего раствора ко всем обрабатываемым деталям. На рисунке 5 представлена барабанная ванна.



Рисунок 5 — Барабанная ванна


Преимущества и недостатки нанесения гальванических покрытий


К наиболее значимым преимуществам покрытия изделий слоем металла при помощи гальваники можно отнести следующие:


— покрытия могут без проблем наноситься на детали с очень сложной конфигурацией;


— формируемое покрытие отличается высокой плотностью и равномерностью толщины;


— покрытия характеризуются отличной адгезией с обработанной поверхностью;


— защитные и декоративные характеристики выполненных с помощью гальваники покрытий, если они сформированы в строгом соответствии с технологическими требованиями, находятся на самом высоком уровне;


— толщину наносимого с помощью гальваники слоя металла можно легко регулировать.


Главный минус гальванической технологии — невысокие адгезивные качества (способность к сцеплению) нанесенного покрытия с защищаемым металлом. Чтобы повысить адгезию, необходимо особенно тщательно готовить металл. Подготовка заключается в очищении поверхности, подлежащей обработке. [3]


В настоящее время перед гальваникой стоят новые задачи. Наряду с покрытиями, имеющими улучшенные антикоррозионные и механические свойства, требуются покрытия с сверхпроводимостью, жаростойкостью, способностью сохранять паяемость после длительного хранения на воздухе и другое. Все это требует глубокого изучения процессов электролиза с использованием современных методов исследования. Проведенные исследования дали возможность правильно подойти к разработке технологических процессов покрытия изделий, что особенно актуально в настоящее время и в будущем.


Список литературы/ References

  1. Режим доступа: http://met-all.org/obrabotka/ himicheskaya/ galvanika-galvanicheskoe-pokrytie-oborudovanie.html#h3_1
  2. Режим доступа: https://vskplast.ru/galvanicheskoe-oborudovanie/
  3. Режим доступа: http://rem-dom-stroy.ru/1817-galvanicheskoe-tsinkovanie-tekhnologiya-preimushchestva-i-nedostatki.ht…

Гальваническое покрытие. Технология гальванических покрытий. Гальваника

Гальванической покрытие представляет собой метод покрытия одного металла каким-то другим посредством электролиза. Эта процедура осуществляется с использованием традиционных методов погружения. После предварительной подготовки печатные платы загружают в гальваническую ванну, представляющую собой емкость из диэлектрика, которая наполнена электролитом и снабжена анодами (они могут быть растворимыми и нерастворимыми), а также устройством для поддержания температуры и перемешивания раствора.

©

Обработка плат

Пропускание постоянного тока приводит к тому, что непокрытые защитной маской и подключенные к электроду участки платы покрываются слоем никеля или золота определенной толщины. Правильное расположение анодов гарантирует, что толщина покрытия будет примерно равномерной.

Золочение печатных плат обычно производится с использованием двухстадийного процесса. Сначала их погружают в ванну, где гальваническим способом наносится никель. При этом используется высокая плотность тока, благодаря которой из кислого раствора осаждается слой никеля, толщина которого составляет 0,05-0,1 мкм. Благодаря этому обеспечивается прочное сцепление никеля и меди, что позволяет уменьшить пористость покрытия, а также предотвратить проникновения меди в золотой слой. После промывки изделия обычно перемещают в ванну золочения, где производится наращивание слоя золота до 0,5 мкм из электролита.

Гальваника и декорирование

Уже в древние времена существовала декоративная отделка художественных металлов. Современное производство предполагает, что для придания каких-то особых свойств поверхности металла будет использоваться гальваническая обработка. Защитные покрытия из благородных металлов можно получить благодаря осаждению металлов из солевых растворов под действием электрического тока. Благодаря таким покрытиям удается достаточно длительное время сохранить цвет и блеск ювелирных изделий. Они не только предотвращают потемнение изделий, но и обладают превосходным полирующим эффектом. К примеру, гальваническое покрытие золотом или серебром позволяет надолго сохранить цвет и блеск ювелирного изделия.

Существует несколько разных вариантов этого процесса, каждый из которых предполагает использование того или иного металла:

— хромирование;

— меднение;

— цинкование;

— никелирование;

— олово-висмутовое покрытие;

— химическое оксидирование;

— химическое пассивирование;

— анодирование;

— электрополировка.

©

Хромирование

Это диффузное насыщение стальной поверхности хромом либо осаждение на детали слоя вещества из электролита под действием электротока. В данном случае гальваника ориентирована на защиту от коррозии, применяется для декорирования либо для увеличения степени твердости поверхности. Хромирование в промышленности может использоваться и для декорирования. В данном случае основная цель процедуры – придание металлической поверхности красивого эффектного блеска. Деталь перед нанесением хрома должна быть отполирована.

Свойства покрытия

Твердое хромовое покрытие характеризуется жаростойкостью, высокой степенью износостойкости, плохой смачиваемостью, низким коэффициентом трения, а также незначительной пластичностью. Кроме того, поверхность получает такие свойства, как устойчивость в плане трения, способность выдерживать распределительную нагрузку, а также недостатком, связанным с легкостью разрушения под действием сосредоточенных ударных нагрузок. Гальваническое покрытие в форме молочного хрома обладает невысокой степенью износостойкости и твердости, малой пористостью. Поверхность получает защиту от коррозии, при этом сохраняя привлекательный декоративный вид.

©

Использование хромирования в промышленности

Основная цель, с которой оно используется в промышленности, это придание детали таких свойств, как повышенная износостойкость, увеличенная устойчивость к коррозии, а также сниженное трение. Благодаря этому процессу сталь становится прочнее, не подвергается газовой коррозии, а также не разрушается в морской и обычной воде, азотной кислоте. Гальваническое покрытие данного типа приводит к тому, что поверхностные дефекты становятся только значительнее, из-за чего требуется производить последующую обработку, так как в данном случае нет эффекта выравнивания.

Меднение

Использование медных покрытий актуально в тех случаях, когда требуется повысить электропроводность, а также их применяют в качестве промежуточного слоя на стальных изделиях перед тем, как будет нанесено хромовое, никелевое или иное покрытие. Так удается обеспечить более качественное сцепление, а также повысить защитную способность. Гальваническое покрытие медью обычно не используется в качестве самостоятельного или декоративного. Благодаря тому, что данный металл способен предотвращать образование искр, изделие можно использовать в нефтяной и газовой промышленности.

©

Применение меднения

Данный процесс используется для нанесения покрытия из меди на стальные изделия либо на стальную проволоку. Часто этот вид покрытия применяется для защиты отдельных участков изделий из стали от цемента, а обработке при этом подвергаются те участки, которые дальше предполагается обрабатывать резанием.

//avatars-fast.yandex.net/get-direct/jVJMkwWHIPGOxANImuf1hA/x180

Гальванические покрытия металлов в данном случае часто применяются в нефтегазовой отрасли, чтобы исключить образование искр, в электроэнергетической сфере для последующего нанесения многослойных покрытий, предназначенных для защиты и декорирования, в производстве печатных плат, для улучшения пайки, а также для многого другого. Поверхность приобретает цвет от светло-розового до темно-красного. Оттенки обычно не нормируются.

©

Цинкование

Одним из наиболее распространенных методов для защиты металлических изделий является цинкование. Обычно его применяют для обработки разнообразных легированных или углеродистых марок стали. Нанесение гальванических покрытий данного типа достаточно востребовано для защиты изделий из проволоки и крепежных элементов. Попадая во влажную среду, цинковая поверхность выступает в качестве анода, благодаря чему замедляются окислительные реакции, а основной металл при этом получает надежную защиту от негативных факторов среды.

Гальваника данного типа может использоваться только после того, как металлических изделия будут обработаны особым образом. Для этого следует очистить их от ржавчины, окалины, технических средств смазочно-охлаждающего назначения. Когда процесс гальванического цинкования будет завершен, изделие должно подвергнуться осветлению, то есть его протравливают слабым раствором азотной кислоты, после чего проводят пассивацию. Так не только удается увеличить устойчивость оцинкованных изделий к негативным факторам, но и сделать их более декоративными, то есть придать блеск и определенный оттенок. Технология гальванических покрытий в данном случае предполагает толщину цинкового слоя от 6 мкм до 1,5 мм.

©

Никелирование

Защита металлических изделий может осуществляться с использованием различных технологий. Одной из наиболее востребованных и распространенных на данный момент является никелирование. Такая популярность объясняется химическими свойствами никеля. Он обладает высокой степенью устойчивости к коррозии в водной среде, а оксид никеля предотвращает последующее окисление металла. Помимо этого, никель слабо поддается воздействию солей, кислот и щелочей, за исключением азотной кислоты. К примеру, гальваническое покрытие толщиной 0,125 мм надежно защищает от большинства промышленных газов, характеризующихся повышенной агрессивностью. Очень важен и такой момент: никелированию поддаются почти все металлы, благодаря чему такой способ можно применять для дополнительной обработки изделий.

Использование никелирования уместно для решения целого ряда задач:

— обеспечение защиты металлических изделий;

— использование в качестве декоративного покрытия;

— формирование предварительного слоя, который будет подвергнут дальнейшей обработке;

— восстановление деталей и узлов.

Покрытие характеризуется повышенной износостойкостью и твердостью и рекомендовано для деталей, которые работают в условиях трения, в особенности при отсутствии какой-либо смазки, используется для защиты от коррозии, а также обеспечения качественной пайки низкотемпературных припоев, все это прописано в ГОСТ. Гальванические покрытия обладают повышенной хрупкостью, поэтому не рекомендовано производить развальцовку и гибку деталей, прошедших процедуру никелирования. Его рекомендуется применять для сложнопрофилированных деталей. После процедуры термообработки в условиях температуры 400 градусов Цельсия покрытие приобретает максимальную твердость.

©

Олово-Висмут

Оловянное покрытие характеризуется стойкостью к действию соединений, содержащих серу, поэтому рекомендуется для деталей, которые находятся в контакте с резиной и пластмассами. Среди его свойств можно назвать превосходное сцепление с основным металлом, эластичность, способность к изгибу, вытяжке, штамповке, развальцовке, прессовой посадке, а также хорошее сохранение при свинчивании. Свежеосажденное оловянное покрытие хорошо поддается пайке.

Выводы

Гальваническое покрытие позволяет улучшить токопроводящие характеристики деталей, придавая им превосходные свойства электроизоляции, а также защищая от воздействия различных веществ. Кроме того, этот способ позволяет получить отличные поверхности, имеющие зеркальный вид, а также имитирующие покрытие эмалью. Сложно переоценить, насколько гальваника важна в современном производстве, так как развитие технологий позволило сделать процесс более совершенным.

Статьи по теме:

Подготовка изделия к гальванической обработке

Различают два основных метода подготовки поверхности материала к гальванической обработке – механический и химический метод. Часто детали, поступающие на гальванический участок, имеют поверхность, не подготовленную к нанесению покрытий. Так поверхность изделий может содержать следы ржавчины, масел, или мелкие механические дефекты,

возникшие в процессе изготовления или эксплуатации (трещины, задиры, заусенцы и т. д.). Такие детали перед нанесением гальванического покрытия требуют специальной подготовки и тщательной очистки.

Содержание:

1. Шероховатость металла.

2. Механическая подготовка поверхности металла.

     2.1 Пескоструйная обработка.

     2.2 Дробеструйная обработка.

     2.3 Галтовка.

     2.4 Крацевание.

     2.5 Шлифование.

     2.6 Полирование.

3. Химическая подготовка поверхности металла.

     3.1 Обезжиривание.

     3.2 Травление.

     3.3 Активирование поверхности (активация).

4. Вывод.

1. Шероховатость металла

Поверхность любого металла какой бы гладкой и блестящей она ни казалась имеет мелкие неровности – следы обработки. Иногда эти неровности видны невооруженным взглядом т. е. поверхность имеет высокую шероховатость. Таким образом степень шероховатости металла — это физическая величина, показывающая частоту и высоту неровностей на его поверхности. Для объективной оценки данного параметра введено понятие чистоты поверхности.

Важно: чистоту поверхности металла не следует смешивать с классом точности.

Чистота поверхности согласно ГОСТ 2789-59 имеет 14 классов, первые три класса условно относят к грубой поверхности, классы с 4 по 6-й – к получистой поверхности, с 7 по 9-й к чистой поверхности, с 10 класса поверхность металла считается повышенной чистоты. В таблице 1 представлены классы частоты поверхности в зависимости от высоты неровностей в мк.

Классы чистоты поверхности

Таблица 1.
















Класс чистотыВысота неровностей, мкПоверхность
1320Грубая
2160
380
440Получистая
520
10 
6,3 Чистая   
3,2 
1,6 
100,8Весьма чистая
110,4
120,2
130,1
140,05

При подготовке изделий к гальванической обработке необходимо учитывать класс чистоты поверхности. Гальваническое осаждение делает неровности на поверхности металла более заметными. Для каждого типа покрытия существуют свои, оптимально подобранные классы чистоты поверхности (таблица 2).

Чистота поверхности металла до и после гальванической обработки

Таблица 2.

 

Из таблицы видно, что чистота поверхности после обработки значительно возрастает при глянцевом никелировании и блестящем хромировании и серебрении, что очевидно т. к. данные типы покрытия относятся к декоративным.  Цинкование, воронение и фосфатирование стали незначительно снижают класс чистоты поверхности.

Для получения качественного гальванического покрытия необходимо соблюдать следующие требования к поверхности материала:

  • поверхность должна быть обработана механическим способом до получения требуемого для данного покрытия класса чистоты;
  • поверхность материала после механической обработки должна быть очищена и подготовлена химическим или электрохимическим способом – обезжирена, протравлена и тщательно промыта.
  • поверхность материала должна быть активирована (удалена пассивная пленка).

2. Механическая подготовка поверхности металла

2.1 Пескоструйная обработка

Обработка поверхности металлического изделия подаваемым под давлением сжатого воздуха кварцевого песка называется пескоструйной обработкой. Данный процесс предназначен для удаления с поверхности изделия толстого слоя окалины, ржавчины или литейного пригара. К преимуществам данного способа относится эффективность очистки – поверхность изделия после пескоструйной обработки приобретает матовый светло-серый цвет, и равномерную шероховатость поверхности. Детали после пескоструйной обработки очищают от пыли потоком сжатого воздуха, обезжиривают и промывают.

Оборудование для пескоструйной обработки

Сухая пескоструйная обработка применяется редко, т. к. в процессе образуется большое количество вредной кварцевой пыли, которая не всегда в полном объеме удаляется системой вентиляции. Обработка влажным песком или смесью воды и песка (гидроабразивная обработка) более целесообразна, т. к. образование пыли исключено. В современном пескоструйном оборудовании используются беспылевые сопла, способствующие удалению пыли непосредственно у места ее образования.

2.2 Дробеструйная обработка

При дробеструйной обработке вместо песка используют зерна стальной или чугунной дроби круглой или остроугольной формы. К преимуществам такой обработки следует отнести отсутствие пыли и возможность многократного использования дроби. Кроме того, поверхность изделия под воздействием дроби упрочняется. Недостатком дробеструйной обработки является повышенная шероховатость поверхности с возможным образованием мелких следов от удара дроби. В целом качество поверхности после дробеструйной обработки ниже по сравнению с пескоструйной.

2.3 Галтовка

Галтовка – процесс очистки мелких деталей во вращающихся барабанах под воздействием кварцевого песка, наждака, пемзы, стальной дроби, осколков стекла. В процессе с деталей удаляются небольшие заусенцы, шлам, различные загрязнения. Различают сухую галтовку, которая применяется в качестве окончательной механической обработки для удаления заусенцев и мокрую, при которой в барабан добавляется раствор соды, мыла, аммиака или серной кислоты. Мокрая галтовка применяется для подготовки деталей к гальваническому покрытию или удалению небольшой окалины и ржавчины. Барабан загружают деталями и галтующим материалом не более чем на 80% объема. После процесса очищенные детали помещают на специальную решетку, где отделяют галтующий материал, который используется повторно. Длительность процесса галтовки при скорости вращения барабана 30-60 об/мин может составлять от 2 часов для стальных изделий, до 15 часов для отливок из цветных металлов и 80 часов для отливок из серого чугуна.

Галтовочная установка

2.4 Крацевание

Процесс очистки стальных деталей при помощи стальных щеток на станке или вручную называется крацеванием. Виды загрязнений, удаляемые крацеванием: окислы, травильный шлам, остатки покрытий и др. Для крацевания цветных металлов используются щетки, изготовленные из латунной проволоки или других мягких материалов. Щетки в процессе смачиваются 3%-м раствором соды, поташа или извести.

2.5 Шлифование

Шлифование — механический процесс удаления мелких неровностей с поверхности материала с помощью абразивного материала. В качестве инструмента для шлифования на гальваническом производстве используют круги различного диаметра с наклеенным на них абразивным материалом. В основном, на современном производстве используются специальные ленточно-шлифовальные станки, где в качестве шлифовального инструмента используется абразивная лента. Шлифование проводят в несколько этапов, постепенно снижая размер абразива.

2.6 Полирование

Полирование — это финишная обработка поверхности изделия для придания ему зеркального блеска и идеального внешнего вида. Полирование проводится с применением специальных полировочных паст. Несмотря на видимую схожесть с процессом шлифования, полирование гораздо более сложный процесс, который включает в себя механическое, химическое и электрическое воздействие на обрабатываемый материал. Полирование применяется в гальваническом производстве как до покрытия, так и после, в качестве концевой операции. Операцией, предшествующей полированию является операция матирования (засаливания) при которой поверхность изделия обрабатывается абразивным материалом с нанесенной на него полировочной пастой. Для полирования деталей небольших размеров часто используются метод, аналогичный мокрой галтовке – изделия помещают в барабан, заливают мыльным раствором (0,2-0,5% мыла). Полирующим материалом в данном случае служат стальные шарики диаметром 3-10 мм и окатанные фарфоровые осколки диаметром 5-20 мм. Барабан загружается примерно на 80% объема, объем стальных шариков составляет треть объема фарфора и 2-5 объема полируемых изделий.

3. Химическая подготовка поверхности металла

Грамотный выбор химической обработки очень важен, так как существует вероятность порчи детали в результате неправильно подобранного типа и режима подготовки. Например, при травлении заготовок из алюминиевых сплавов необходимо четко соблюдать температурный режим и контролировать время травления, т. к. неверный выбор режима травления может привести к потере деталью ее потребительских качеств.

К химической обработке поверхности детали перед нанесением гальванического покрытия относят:

3.1 Обезжиривание

Обезжиривание представляет собой процесс химической очистки поверхности изделия от смазочных загрязнений, остатков полировочных паст или других химических материалов. Обезжиривание обычно проводят в щелочных ваннах. Растворы для такой очистки могут содержать следующие химические материалы: гидроксиды, фосфаты, метилсиликаты, полифосфаты, а также различные поверхностно — активные вещества (ПАВ). Растворы для обезжиривания условно различают по степени их щелочности – сильно щелочные (рН=12-14) используются для грубой очистки стальных изделий, среднещелочные (рН=10-12) для очистки изделий из металла и подготовки поверхности к другим методам очистки, слабощелочные (рН=8-10) используются для очистки поверхности цветных металлов и сплавов. Изделия прошедшие химическое обезжиривание обычно дополнительно проходят очистку методом электрохимического обезжиривания, которое более эффективно за счет воздействия на материал пузырьков газа (на аноде выделяется пузырьки кислорода, на катоде – водорода). Мелкие пузырьки газа перемешивают раствор, который более активно воздействует на поверхность металла и способствует более интенсивной очистке. Обычно для электрохимического обезжиривания используют ванны, оборудованные переключателем тока для чередования анодного и катодного режимов. Данные режимы имеют свои особенности и, хотя при катодном режиме газа выделяется примерно в два раза больше чем при анодном оба этих способа находят применение. Например, при анодном обезжиривании кислород может вызывать окисление поверхности металла что может привести к потемнению поверхности деталей из латуни или меди при длительном воздействии. При катодном обезжиривании на поверхности деталей могут оседать частички металла, содержащиеся в растворе (загрязнители) что приводит к возникновению на поверхности темного, труднорастворимого налета.

Из перечисленного можно сделать вывод о том, что необходимо с особым вниманием подходить к процессу электрохимического обезжиривание, так как неправильный выбор состава электролита, катодного или анодного режима, а также температурного режима в отдельных случаях может привести к порче изделия или существенно затруднить процесс дальнейшей гальванической обработки. Для различных металлов и сплавов существуют собственные апробированные технологии химического обезжиривания, подробной описание которых выходит за рамки данной обзорной статьи.

3.2 Травление

Травление — это предварительная очистка поверхности перед дополнительной подготовкой поверхности к нанесению гальванического покрытия которая должна обеспечить дополнительную активность поверхности. Процесс травления необходим также для очистки сварных изделий от остатков окалины, шлама. Крупная (грубая) окалина удаляется механическим воздействием, тонкую очистку проводят химическим путем.

Травление обычных сталей производят растворами соляной или серной кислоты. Используют 30%-ный раствор соляной кислоты, при комнатной температуре. С уже обезжиренного изделия соляная кислота удаляет остатки ржавчины и окалины.  После чего изделие промывают и примерно на 10 секунд помещают в 10%-ный раствор серной кислоты для активации поверхности. Кислоты взаимодействуют с поверхностью стального изделия, что сопровождается выделением водорода, который может негативно воздействовать на материал, вызывая водородную хрупкость, особенно у высокопрочных сталей. Для нивелирования воздействия водорода используют специальные вещества – ингибиторы травления, которые в свою очередь могут затруднить дальнейший процесс гальванической обработки, так как вызывают снижение адгезии покрытий. Вышеперечисленное применимо в основном в лабораторных условиях или при обработке небольшого количества претензионных изделий. При обработке крупных партий изделий в промышленных условиях используют, в основном сернокислое травление. Температуру процесса при этом поднимают до 50-700С. Соляную кислоту не нагревают. Ванны для сернокислого травления, а также ванны с соляной кислотой должны быть обеспечены хорошей вентиляцией. После травления кислотами изделия должны быть тщательно промыты и только после этого помещены в ванну для нанесения гальванического покрытия.

Для подготовки поверхности изделий, изготовленных из коррозионностойких сплавов, используется анодное обезжиривание и травление в смеси кислот — концентрированной азотной и 40%-ной плавиковой. Процесс проходит при комнатной температуре в течении 5-15 минут.

Изделия из медных сплавов после обезжиривания проходят травление в 10-30% растворе серной кислоты при комнатной температуре или для ускорения процесса при температуре до 500С. Длительность травления меди как правило не превышает одной минуты. Основным раствором для травления меди и медных сплавов является раствор с большой концентрацией соляной и азотной кислоты. Лучшим раствором для травления меди считается серная кислота с добавкой пергидроля, а также органических веществ, препятствующих разложению нестабильного пергидроля (глицерин, этиловый спирт, этиленгликоль) – раствор менее агрессивен, чем смесь соляной и азотной кислот и не требует такого тщательного контроля над процессом травления.

Подготовка поверхности алюминиевых сплавов к гальванической обработке проводится при помощи сильно щелочного раствора, содержащим соединения цинка. Алюминий склонен к окислению, оксидный слой может образовываться на поверхности изделия даже при небольшом перерыве между отдельными операциями. Образование оксидного слоя предотвращают именно добавлением в раствор цинка, он осаждается на поверхность растворяя оксидный слой и препятствует его дальнейшему появлению.

3.3 Активирование поверхности

Завершающей операцией подготовки поверхности металла к гальванической обработке является активирование. После травления на поверхности образуется тонкая пленка, которую необходимо удалить перед началом процесса гальваники. Коррозионностойкие и жаропрочные стали особенно нуждаются в активации поверхности т. к. без удаления пассивной пленки на поверхность этих металлов очень сложно нанести качественное покрытие. используются следующие методы активации:

  • Поверхности углеродистых сталей, меди, никеля и их сплавов активируются в растворе 5-10%-ной серной или соляной кислоты, возможно использование смеси этих кислот той-же концентрации.
  • Хромистые и малолегированные стали (Х18, ШХ15) активируются в 50%-ном растворе серной кислоты при 20-220С в течение 10-30 секунд.
  • Поверхности хромоникелевых сталей активируются химически – в растворе, содержащем 200 г/л хлористого никеля и 200 г/л соляной кислоты при комнатной температуре в течение 20-60 мин. или электрохимически — анодным или катодным методом, при этом процесс требует до 2-х минут.

В данной обзорной статье изложены основные принципы теории подготовки поверхности различных металлов к процессу гальванической обработки. В реальном производстве используются сложные многокомпонентные составы, которые не только обеспечивают качественную очистку поверхности, но и нивелируют отрицательное воздействие агрессивной среды и способствуют активации поверхности. Температурный и временной режимы также выбираются с учетом особенностей того или иного состава, марки материала, габаритов изделия и степени загрязнения поверхности. Особое внимания при проведении процесса обращается на соблюдение экологических норм и требований безопасности производства – оборудование цехов качественной вентиляцией, использование рабочими и специалистами спецодежды и средств личной защиты.


Возможно Вас заинтересуют статьи:



  • Пассивация металлов


    Пассивация металлических поверхностей — это процесс формирования на поверхности тонкой пленки основной функцией которой является защита…



  • Электрохимическое полирование


    Электрохимическое полирование (электрополировка) изделий из нержавеющей и углеродистой стали, меди, алюминия с целью подготовки деталей к нанесению…


 

 

 

Что нужно знать каждому инженеру> ENGINEERING.com

Обработка металлов за несколько десятилетий превратилась из того, что когда-то было эмпирическим ремеслом, в ключевую технологию, основанную на научных принципах. 1

Современное гальваническое покрытие — это форма отделки металла, используемая в различных отраслях промышленности, включая аэрокосмическую, автомобильную, военную, медицинскую, радиочастотную микроволновую, космическую, электронную и производство батарей. Это электрохимический процесс, при котором ионы металлов в растворе связываются с металлической подложкой посредством электроосаждения.

Перед нанесением гальванического покрытия детали должны быть очищены и подвергнуты обработке в химических ваннах для их подготовки или активации, чтобы в процессе электроосаждения создавалась прочная связь и, следовательно, сильная адгезия.

Гальваническая ванна включает в себя множество переменных и компонентов, за которыми необходимо внимательно следить. Источник питания обеспечивает подачу постоянного тока к деталям и электрическим соединениям в ванне для нанесения покрытий. Этот поток тока вызывает притяжение ионов в растворе к поверхности металлической части.

На каждый моль электронов, переносимых на деталь, один моль ионов металлов в растворе будет прилипать к детали. Кроме того, на поверхности детали происходит химическая реакция, включающая восстановление и окисление ионов.

(Photo courtesy of The Time Preserve/watchplating.com)

(Фото любезно предоставлено The Time Preserve / watchplating.com)

Что следует учесть инженеру или проектировщику перед нанесением гальванических покрытий

  • Раскрой деталей в процессе гальваники.Поскольку гальваника включает в себя как электрическую, так и химическую реакцию на поверхности детали, воздействие химического состава покрытия имеет решающее значение для общих характеристик готового продукта. Вложение деталей приведет к отсутствию адгезии или покрытия на поверхности готовой детали.
  • Допуск на критические размеры детали следует определять с учетом толщины покрытия. Это также означает, что необходимо учитывать соответствие конструкции в целом сборке.
  • Среда, которой будут подвергаться готовые детали. Это поможет определить толщину покрытия, необходимую, например, для устойчивости детали к коррозии или повторяющимся циклам износа.
  • Поскольку гальваника включает использование тока для инициирования реакции на поверхности детали, общая геометрия детали будет влиять на распределение тока, часто называемое плотностью тока, по поверхности детали. Покрытие имеет тенденцию образовываться на таких деталях, как острые углы, изгибы или резьба.Существуют расширенные процессы покрытия, которые могут предотвратить возникновение этой проблемы .
  • Слив гальванического раствора (подготовка поверхности или химические составы гальванической ванны) таким образом, чтобы внутренние поверхности деталей были достаточно покрыты, а гальваническое покрытие имело достаточную прочность сцепления. Для некоторых деталей это означает добавление дренажного отверстия на этапе проектирования.
  • Использование по назначению и требуемые характеристики (например, проводимость, низкое трение, высокая прочность и устойчивость к коррозии, износу и т. Д.)). Этих критериев должно быть достаточно для обозначения типа металла , который следует использовать для отделки каждой конкретной детали.


Каковы преимущества гальваники?

Гальваника улучшает или изменяет свойства металлической детали.

В зависимости от использования детали производителю может потребоваться лучшая износостойкость и износостойкость, защита от коррозии, большая смазывающая способность и меньшее трение, улучшенное экранирование EMI ​​/ RFI, термостойкость и ударопрочность, улучшенная проводимость, улучшенная паяемость, уменьшенная пористость твердость или прочность или наращивание толщины на мелких или малоразмерных деталях.

Помимо механических или функциональных свойств, которые могут быть изменены в процессе гальваники, часто также важна общая эстетика готовой детали.


Виды и методы нанесения гальванических покрытий

Специализированные гальванические установки могут наносить покрытие на различные основные материалы с различной отделкой поверхности:

Общие базовые материалы

  • Бериллиевая медь
  • Латунь
  • Холоднокатаная сталь
  • Медь
  • Никель
  • Фосфорная бронза
  • Нержавеющая сталь
  • Теллур Медь
  • Нейзильбер

Обычная отделка поверхности

  • Золото
  • Серебро
  • Никель, нанесенный химическим способом
  • Медь
  • Никель электролитический
  • Совместный депозит сплава

Материал покрытия, метод покрытия и детали, которые необходимо покрыть, будут варьироваться в зависимости от области применения.

Покрытие из золота обеспечивает отличную электропроводность, что делает его одним из лучших вариантов для электродов, токоведущих контактов и компонентов печатных плат. Золото идеально подходит для защиты от сильного нагрева и коррозии в широком диапазоне окружающей среды и климата.

Серебряное покрытие также часто используется для электроники (поверх медной «вспышки») из-за его более низкого электрического сопротивления.

Никель является обычным явлением, поскольку он обеспечивает превосходную химическую и коррозионную стойкость, а также более высокую износостойкость, что увеличивает срок службы продукта.Никель может заменять серебро в электронике или использоваться в качестве покрытия для стали в качестве альтернативы изделиям из более дорогой нержавеющей стали. Никель также обеспечивает блестящую поверхность, которую можно регулировать в соответствии с требованиями заказчика.

Медь обычно используется в качестве слоя покрытия перед нанесением последнего слоя металла. Эта обработка поверхности обычно используется в печатных платах, автомобильных деталях или в оборонной промышленности. Добавление меди в деталь перед наплавкой окончательного металла также может улучшить общий эстетический вид готовой детали.

Если один металл не обеспечивает требуемых свойств, также возможно совместное осаждение двух или более металлов для нанесения гальванического покрытия сплава. Одним из примеров этого является сплав медь / олово / цинк, также известный как Tri-Metal или Tri-M3, предлагаемый компанией Electro-Spec, Inc., специализирующейся на гальванике,

.


Поиск подходящей гальванической компании для ваших нужд

При поиске компании по нанесению покрытий необходимо учитывать множество критериев в зависимости от требований вашего проекта и возможностей компании, занимающейся нанесением покрытий, в том числе:

  • Размер деталей
  • Объем штук (от прототипа до серийного производства)
  • Металлическое покрытие, используемое для достижения желаемого результата
  • Бюджет проекта
  • Соответствие отраслевым стандартам
  • Лабораторные и испытательные возможности / сертификаты

Еще одно соображение — метод нанесения гальванических покрытий, поскольку не все предприятия обязательно предлагают одинаковые процессы.

Гальваническое покрытие «бочонок» может эффективно обрабатывать большие и малые объемы деталей, где адекватная замена раствора и оборот имеют решающее значение для удовлетворения требований к толщине. Плотность тока в нагрузке на детали в стволе обычно оптимизируется за счет межчастичного контакта во время вращения.

Однако есть некоторые типы деталей, которые не подходят для большинства обычных стволов. Например, детали, которые могут поцарапаться, поцарапаться или поцарапаться в результате контакта детали с деталью, гораздо более восприимчивы к повреждению в большинстве типов стволов.И наоборот, некоторые плоские детали не идеальны для цилиндра из-за слипания частей во время обработки, что приводит к отсутствию покрытия или неравномерной толщине покрытия.

В зависимости от геометрии некоторых деталей и допусков, детали также более склонны к «вложению» друг в друга во время металлизации ствола.

Vibratory plating, used for small or fragile parts. (Photo courtesy of Electro-Spec, Inc.)

Вибрационное покрытие для мелких или хрупких деталей. (Фото любезно предоставлено Electro-Spec, Inc.)

Вибрационное покрытие используется для небольших деталей с глубоким внутренним диаметром, расточенными отверстиями, хрупкими наконечниками / концами или деталями, которые могут прогнуться сквозь покрытие цилиндра.За счет включения вибрирующей или пульсирующей корзины, которая передает кинетическую энергию нагрузке, детали перемещаются по часовой стрелке через контакты кнопок на дне корзины. Эти контакты передают ток на нагрузку деталей и обеспечивают стабильную силу тока во время обработки.

Более крупные детали, которые имеют чрезмерный вес, или детали, которые могут запутаться или легко складываться вместе, не могут быть помещены в вибрационную корзину, поскольку они не будут двигаться равномерно. И наоборот, более мелкие детали, которые не имеют достаточного веса, также не могут быть помещены в вибрационную корзину.


Обшивка стойки подходит как для деликатных, так и для крупных деталей. Он работает, удерживая детали в фиксированном положении на раме стойки, пока они подвешены в растворе. Это предотвращает повреждение деталей во время обработки и облегчает обработку гораздо более крупных деталей, на которые нельзя было нанести гальваническое покрытие.

Самая большая проблема с покрытием стойки состоит в том, что прямое соединение с деталями в стойке приводит к снижению эффективности распределения покрытия из-за областей с высокой и низкой плотностью тока по всем частям и стойке.Детали, помещенные на стойку, также плохо перемещаются по раствору, что необходимо для контроля толщины, и они более склонны к образованию пятен от ополаскивания и высыхания.

Выборочное покрытие процессов изолируют покрытие покрытия на выбранной области детали. Этот процесс осуществляется путем нанесения покрытия на контролируемую глубину, которое включает в себя фиксацию детали таким образом, чтобы обеспечить непрерывный электрический контакт и погружение области покрытия на определенную глубину через раствор для нанесения покрытия.

Селективное покрытие идеально подходит для конкретных применений, где требуется функциональное покрытие для повышения производительности и / или экономии затрат на драгоценный металл за счет уменьшения площади поверхности, необходимой для покрытия.

Хотя это эффективный метод нанесения покрытия на отдельные детали и снижения затрат, он требует затрат инструмента и рабочей силы для загрузки деталей. Также существуют некоторые ограничения на размер и геометрию деталей, которые могут помешать выборочной металлизации некоторых деталей.

Selective plating of individual parts. (Photo courtesy of Electro-Spec, Inc.)

Выборочное покрытие отдельных деталей. (Фото любезно предоставлено Electro-Spec, Inc.)

Электрод с носиком (SBE) Покрытие предназначено для небольших деталей, плоских деталей, деталей с зенковкой, деталей с выступами, деталей, которые входят в гнездо или имеют сложную геометрию, что делает невозможным или непрактичным использование вибрационного покрытия или обычного покрытия цилиндра.

Процесс SBE осуществляется в камере с ультразвуковым воздействием, и непрерывный раствор закачивается в камеру и из нее для облегчения движения детали и подачи свежего электролита для покрытия во время процесса нанесения покрытия. SBE обеспечивает очень равномерное покрытие покрытия в областях с высокой и низкой плотностью тока детали, а также в расточенных отверстиях.

Единственным ограничением SBE является размер деталей, поскольку камеры SBE могут соответствовать только определенным размерам и весу, которые позволяют перемещаться внутри камер.

Spouted Bed Electrode plating. (Photo courtesy of George Hradil/Technic, Inc.)

Покрытие электрода с носиком. (Фото любезно предоставлено Джорджем Градилем / Technic, Inc.)

Electro-Spec, Inc., является одним из примеров специализированного оборудования для нанесения покрытия, обеспечивающего высококачественное и надежное гальваническое покрытие золота, серебра, никеля (электролитическим и химическим способом), меди и Tri-M3 (три сплава), а также пассивирование, термообработка / отжиг и услуги контроля качества.

Компания

Electro-Spec вместе со своим поставщиком также разработала революционный процесс погружения штифтов под названием SAMs или Self Assembled Molecules, который обеспечивает повышенную коррозионную и контактную стойкость, а также отличную паяемость, снижая при этом использование драгоценных металлов и стоимость.SAM — это обработка поверхности, которая образует защитный слой на золоте, серебре, Tri-M3 и других металлах с покрытием.

Для получения дополнительной информации об Electro-Spec, Inc. посетите их веб-сайт здесь или их видео ниже.

1 Основные принципы, процессы и практика нанесения гальванических покрытий Нассера Канани. Atotech Deutschland GmbH Берлин, Германия; Опубликовано Elsevier Kidlington, Oxford, 2004


Electro-Spec, Inc.спонсировал этот пост. У него нет никаких редакционных комментариев к этому сообщению. Все мнения мои. –Меган Браун

.

Что такое машиностроение? (с иллюстрациями)

Машиностроение — это очень широкая область инженерии, которая включает использование физики и химии для проектирования, строительства, использования и обслуживания различных механических систем. Инженеры-механики должны быть знакомы с широким кругом научных тем, таких как механика, кинематика, механика жидкости, энергия и пневматика. Вообще говоря, они также должны хорошо разбираться в математике, поскольку многие проекты, связанные с машиностроением, глубоко уходят корнями в математику.

Роботы, разработанные инженером-механиком.

Машиностроение приносит пользу многим профессиям и областям. Инженеры-механики участвуют в проектировании всего, от оборудования для производства автомобилей до роботов и оружия.Несмотря на то, что это одна из старейших инженерных дисциплин, инженеры-механики все еще исследуют новые методы и материалы для улучшения своей области. Особый интерес для инженеров-механиков представляет нанотехнология — дисциплина, которая пытается применить микроскопические частицы для решения практических задач. Еще одна область интересов — мехатроника, которая пытается объединить машиностроение, электротехнику и разработку программного обеспечения в одну сплоченную область.

Автомобильным инженерам часто приходится вносить коррективы, например менять радиаторную систему, между разными годами выпуска одной и той же производственной линии.

Колледжи и университеты по всему миру предлагают степень бакалавра инженерных наук. В большинстве случаев на выполнение курсовых работ, необходимых для получения степени, студенту требуется от четырех до пяти лет. Курсовая работа обычно включает в себя тщательную работу по статике, динамике, термодинамике, черчению, приборостроению и многим другим исследованиям в области науки и дизайна.Студентам обычно требуется выполнить множество инженерных проектов во время учебы в колледже. Некоторые студенты продолжают учиться в магистратуре машиностроения или смежных областях.

Программы автоматизированного проектирования (CAE) и программы автоматизированного проектирования (CAD) позволяют инженерам проектировать и даже тестировать многие из своих идей на компьютерах.

Современные инженеры-механики используют множество различных инструментов для завершения своих проектов. Программы автоматизированного проектирования (CAE) и программы автоматизированного проектирования (CAD) позволяют инженерам проектировать и даже тестировать многие свои идеи на компьютерах, экономя много времени и усилий. Использование компьютеров значительно снизило стоимость проектирования для большинства инженерных компаний и позволило инженерам выполнять свою работу намного эффективнее.Изучение и использование программ CAE стало центральной частью этой области.

Опыт работы с приборами часто является ключевым при получении должности старшего звена в машиностроении.

Машиностроение — это не одна четко очерченная область; это совокупность множества различных дисциплин, которые в совокупности позволяют инженерам использовать множество различных инструментов для решения инженерных задач.Такие дисциплины, как механика, кинематика и черчение, являются важными частями этой области. Механика — это изучение сил и их воздействия на материю. Кинематика — это дисциплина, которая фокусируется на движении тел и систем, игнорируя при этом причины движения. Черчение — это отрасль, специализирующаяся на создании инструкций по изготовлению деталей.

Инженер-механик может изучить текущие процессы в своей компании, чтобы спроектировать оборудование, которое лучше помогает им в достижении своих целей.Инженеры по системам калибровки, проверки и управления часто имеют богатый практический опыт в области машиностроения.
Некоторые профессионалы в области машиностроения проектируют механические системы для домов и коммерческих сооружений.
.

Машиностроение | Британника

Машиностроение , инженерная отрасль, занимающаяся проектированием, производством, установкой и эксплуатацией двигателей и машин, а также производственными процессами. Это особенно касается сил и движения.

Подробнее по этой теме

История техники: Механические приспособления

Хотя и незначительные, но механические достижения греко-римских веков не остались без внимания.В мире было одно из своих великих механических …

История

Изобретение паровой машины во второй половине 18 века, которое стало ключевым источником энергии для промышленной революции, дало огромный импульс развитию машинного оборудования всех типов. В результате была разработана новая основная классификация инженерии, касающаяся инструментов и машин, получившая официальное признание в 1847 году при основании Института инженеров-механиков в Бирмингеме, инж.

Машиностроение превратилось из практики механиков, основанной в основном на пробах и ошибках, к применению профессиональным инженером научного метода в исследованиях, проектировании и производстве. Требование повышения эффективности постоянно повышает качество работы, ожидаемой от инженера-механика, и требует более высокого уровня образования и подготовки.

Машиностроительные функции

Можно назвать четыре функции инженера-механика, общие для всех отраслей машиностроения.Первый — это понимание основ механики и работа с ними. К ним относятся динамика, касающаяся отношения между силами и движением, например, в вибрации; автоматическое управление; термодинамика, имеющая дело с отношениями между различными формами тепла, энергии и мощности; поток жидкости; теплопередача; смазка; и свойства материалов.

Получите эксклюзивный доступ к контенту из нашего первого издания 1768 с вашей подпиской.
Подпишитесь сегодня

Вторая — это последовательность исследований, проектирования и развития.Эта функция пытается внести изменения, необходимые для удовлетворения настоящих и будущих потребностей. Такая работа требует ясного понимания механики, способности анализировать сложную систему на ее основные факторы, а также оригинальности для синтеза и изобретения.

В-третьих, это производство продукции и электроэнергии, которое включает в себя планирование, эксплуатацию и техническое обслуживание. Цель состоит в том, чтобы произвести максимальную ценность с минимальными инвестициями и затратами, поддерживая или повышая долгосрочную жизнеспособность и репутацию предприятия или учреждения.

Четвертая — координирующая функция инженера-механика, включая менеджмент, консалтинг и, в некоторых случаях, маркетинг.

В этих функциях наблюдается давняя тенденция к использованию научных вместо традиционных или интуитивных методов. Исследование операций, стоимостная инженерия и PABLA (анализ проблем с помощью логического подхода) — типичные названия таких рационализированных подходов. Однако творчество нельзя рационализировать. Способность сделать важный и неожиданный шаг, открывающий новые решения, остается в машиностроении, как и везде, в значительной степени личной и спонтанной характеристикой.

Отрасли машиностроения

Разработка станков для производства товаров

мехатроника; инженерия; robot Узнайте, как мехатроника сочетает в себе знания и навыки из области механики, электротехники и вычислительной техники для создания высокотехнологичных продуктов, например промышленных роботов. © Университет Ньюкасла, факультет инженерии и искусственной среды, благодаря Джереми Лей и Нику Паркеру из Light Creative (издательский партнер Britannica) Смотрите все видео к этой статье

Высокий уровень жизни в развитых странах во многом обязан механическая инженерия.Инженер-механик изобретает машины для производства товаров и разрабатывает станки все большей точности и сложности для создания машин.

Основными направлениями развития машинного оборудования были увеличение скорости работы для достижения высоких темпов производства, повышение точности для получения качества и экономии продукта, а также минимизация эксплуатационных расходов. Эти три требования привели к развитию сложных систем управления.

Наиболее успешным производственным оборудованием является то, в котором механическая конструкция машины тесно интегрирована с системой управления.Современная передаточная (конвейерная) линия по производству автомобильных двигателей — хороший пример механизации сложной серии производственных процессов. В настоящее время ведутся разработки по дальнейшей автоматизации производственного оборудования с использованием компьютеров для хранения и обработки огромного количества данных, необходимых для производства различных компонентов с помощью небольшого количества универсальных станков.

Разработка машин для производства силовых

Паровая машина стала первым практическим средством производства энергии из тепла, чтобы дополнить старые источники энергии из мускулов, ветра и воды.Одной из первых задач, стоящих перед новой профессией инженера-механика, было повышение теплового КПД и мощности; Это было сделано главным образом за счет разработки паровой турбины и связанных с ней больших паровых котлов. ХХ век стал свидетелем продолжающегося быстрого роста выходной мощности турбин для привода электрогенераторов, наряду с постоянным повышением теплового КПД и снижением капитальных затрат на киловатт крупных электростанций. Наконец, инженеры-механики приобрели ресурс ядерной энергии, применение которой потребовало исключительного стандарта надежности и безопасности, включая решение совершенно новых проблем (см. Ядерную инженерию).

Инженер-механик также отвечает за гораздо меньшие по размеру двигатели внутреннего сгорания, как поршневые (бензиновые и дизельные), так и роторные (газотурбинные и двигатели Ванкеля), которые широко используются на транспорте. В области транспорта в целом, в воздухе и космосе, а также на суше и на море, инженер-механик создал оборудование и электростанцию, все больше сотрудничая с инженером-электриком, особенно в разработке подходящих систем управления.

Разработка боевого оружия

Навыки, применяемые на войне инженером-механиком, аналогичны навыкам, требуемым в гражданских приложениях, хотя их цель состоит в том, чтобы усилить разрушительную силу, а не повысить творческую эффективность. Однако требования войны направили огромные ресурсы в технические области и привели к достижениям, которые имеют огромные преимущества в мире. Яркие примеры — реактивные самолеты и ядерные реакторы.

Первые усилия инженеров-механиков были направлены на контроль окружающей человека среды путем осушения и орошения земель и вентиляции шахт.Холодильное оборудование и кондиционирование воздуха — примеры использования современных механических устройств для управления окружающей средой.

Многие продукты машиностроения вместе с технологическими разработками в других областях вызывают шум, загрязнение воды и воздуха, а также разрушение земель и пейзажей. Скорость производства, как товаров, так и энергии, растет так быстро, что регенерация естественными силами уже не успевает за ними. Быстро развивающейся областью для инженеров-механиков и других специалистов является экологический контроль, включающий в себя разработку машин и процессов, которые будут производить меньше загрязняющих веществ, а также нового оборудования и методов, которые могут уменьшить или устранить уже образовавшееся загрязнение.

Джон Флитвуд Бейкер, Барон Бейкер
Питер МакГрегор Росс
Редакция Британской энциклопедии

Узнайте больше в этих связанных статьях Britannica:

  • История техники: Механические приспособления

    Хотя и незначительные, но механические достижения греко-римских веков не остались без внимания.В мире был один из великих гениев механики — Архимед, который изобрел замечательное оружие, чтобы защитить свои родные Сиракузы от римского вторжения, и применил свой мощный ум к таким…

  • телеметрия: специальные приложения и методы.

    В машиностроении информация передается от внутренних первичных двигателей (например, электрических, газовых, паровых и дизельных двигателей) по различным типам радиоканалов на внешний приемник.Информация обычно включает температуру и давление.…

  • паровой двигатель

    Паровая машина — машина, использующая энергию пара для выполнения механической работы за счет тепла. Далее следует краткое описание паровых машин.Для полной обработки энергии пара и производства паровых двигателей и турбин см. Преобразование энергии: паровые двигатели. В паровой машине горячий пар,…

.

Что такое машиностроение? | Живая наука

Машиностроение — одна из старейших отраслей машиностроения, восходящая к тому времени, когда первые колеса стали применяться на практике, когда их устанавливали на оси для изготовления тележки. На протяжении всей истории человечества люди изобретали и строили все более сложные устройства и машины, чтобы улучшить условия жизни. Многие машины, с которыми мы сталкиваемся каждый день — автомобили, бытовая техника, инструменты и системы климат-контроля — стали возможными благодаря инженерам-механикам.

«Машиностроение восходит к древней Греции и Китаю, где были изобретены такие механизмы, как винтовые насосы, паровые двигатели, часы, сейсмометры и даже дифференциальные шестерни», согласно данным Американского общества инженеров-механиков (ASME). Пионеры в этой области — люди кто построил машины, которыми они прославились, включая Архимеда (винтовой насос Архимеда, блокирующий шкив и т. д.), Иоганна Гутенберга (подвижный печатный станок), Джеймса Ватта (паровой двигатель), Роберта Фултона (пароход ), Эли Уитни (хлопкоочиститель) и Генри Форд (сборочная линия автомобилей).

По данным Инженерной школы Витерби Университета Южной Калифорнии, одним из самых значительных двигателей инноваций в области машиностроения, особенно на самых ранних этапах, была война.

«Инженеры-механики могут создавать предметы первой необходимости, которыми будет пользоваться каждый день, или другие ценные предметы для армии или правительства», — говорится на веб-сайте школы. Катапульты, тараны, колесницы и осадные башни — все это продукты машиностроения.Многие машины современной войны, такие как бронетехника, корабли, самолеты, артиллерия и огнестрельное оружие, также обязаны своим существованием инженерам-механикам.

Чем занимается инженер-механик?

Проще говоря, «машиностроение имеет дело со всем, что движется», согласно Школе инженерии и прикладных наук Fu Foundation при Колумбийском университете. Инженеры-механики до сих пор используют основные компоненты, которые были известны и использовались веками, такие как колеса, оси, рычаги, винты, пружины и шарниры, для изготовления таких машин, как транспортные средства, сельскохозяйственная техника, бытовая техника, роботы и промышленное оборудование.Инженеры-механики также проектируют подузлы для этих машин, включая системы управления и инструменты, а также отдельные детали.

Движение может приводиться в движение мышцами людей или животных, теплом и давлением сгорания, гидравлическими или пневматическими приводами, электромагнетизмом, силой тяжести или пружинами всех форм и размеров. Следовательно, инженер-механик должен быть знаком со всеми этими основными компонентами движения и питания, чтобы проектировать более сложные устройства. Например, в автомобиле стартер использует электромагнетизм; двигатель приводится в действие расширяющим давлением от сгорания бензина; гидроусилитель руля, тормоза и автоматическая коробка передач используют гидравлическое давление; и система подвески использует пружины.

По данным Бюро статистики труда США (BLS), машиностроение — одна из самых обширных инженерных дисциплин. Инженеры-механики должны обладать базовыми практическими знаниями во многих других областях инженерии, включая строительную, аэрокосмическую, компьютерную и электротехническую инженерию. Кроме того, они должны быть знакомы с контрольно-измерительными приборами, производственными процессами и материалами, чтобы проектировать устройства, которые могут быть построены эффективно и по разумной цене.

Важнейшие навыки, необходимые в машиностроении, включают глубокое понимание физики, математики и материалов.Эти знания позволяют инженерам рассчитывать условия отказа на основе размеров детали, свойств ее материала и условий, в которых она будет работать. Затем инженер может указать требуемые размеры и материалы детали, чтобы она могла выдерживать заданную силу.

Инженеры работают со многими типами материалов, включая металлы, керамику, полимеры и композиты. В «Механическом поведении инженерных материалов» (Springer, 2007) Иоахим Рослер, Харальд Хардерс и Мартин Бекер пишут, что для инженеров-механиков очень важно изучать механическое поведение материалов.Знание свойств этих материалов, таких как их плотность, твердость, прочность на разрыв, объемный модуль и прочность на изгиб, позволяет инженерам-механикам рассчитать, как эти материалы будут работать при таких напряжениях, как сжатие, растяжение, изгиб и скручивание, а также в различных условиях окружающей среды условия температуры, давления, агрессивных газов и жидкостей и даже радиации. Они также должны быть в состоянии предсказать, как эти материалы будут стоять в течение длительного периода времени.

Инженеры-механики все больше и больше полагаются на системы автоматизированного проектирования (CAD) и автоматизированного производства (CAM), поэтому знание компьютеров имеет важное значение.Согласно веб-сайту Университета Питтсбурга: «Чтобы спроектировать все машины, которые используют и вырабатывают электроэнергию, современные инженеры-механики используют программы рисования CAD / CAM для создания своих проектов непосредственно перед тем, как будут выполнены какие-либо производства и испытания». Помимо ускорения процесса проектирования, системы CAD позволяют быстро и легко изменять конструкции, трехмерную (3D) визуализацию готовых деталей и сборок, а также быстрое создание прототипов с использованием программного обеспечения для трехмерной печати и автоматизированного производства (CAM) с компьютером. станки с числовым программным управлением (ЧПУ).Полный список необходимых навыков и способностей инженеров-механиков можно найти на MyMajors.com.

Работа и зарплата в машиностроении

Согласно BLS, «инженеры-механики обычно работают в профессиональных офисных помещениях. Они могут иногда посещать рабочие места, где проблема или часть оборудования требуют их личного внимания. Инженеры-механики работают в основном в инженерных службах. , исследования и разработки, обрабатывающая промышленность и федеральное правительство.»

Для большинства рабочих мест инженерам-механикам требуется как минимум степень бакалавра в области инженерии, и многие работодатели, особенно те, которые предлагают услуги инженерного консалтинга, также требуют сертификации в качестве профессионального инженера. Степень магистра часто требуется для продвижения к руководству, и постоянное образование и подготовка необходимы, чтобы идти в ногу с достижениями в области технологий, материалов, компьютерного оборудования и программного обеспечения, а также государственными постановлениями. Кроме того, многие инженеры-механики входят в Американское общество инженеров-механиков.

По данным Salary.com, по состоянию на июль 2014 года диапазон заработной платы для недавно получившего диплом инженера-механика со степенью бакалавра составляет от 52 626 до 74 524 долларов. Диапазон для инженера среднего звена со степенью магистра и стажем от 5 до 10 лет составляет от 73 238 до 108 609 долларов; и диапазон для старшего инженера со степенью магистра или доктора и более чем 15-летним опытом составляет от 95 251 до 141 806 долларов. Многие опытные инженеры с учеными степенями продвигаются на руководящие должности или открывают собственный бизнес, где они могут заработать еще больше.

Ожидается рост машиностроения. В BLS говорится: «Согласно прогнозам, с 2012 по 2022 год занятость инженеров-механиков вырастет на 5 процентов, что ниже, чем в среднем по всем профессиям. Перспективы трудоустройства могут быть лучшими для тех, кто следит за последними достижениями в области технологий». Хорошие оценки в учебном заведении с высокими оценками должны давать соискателю преимущество перед конкурентами.

Ищите самые популярные программы по машиностроению в TopUniversities.com.

Джим Лукас — писатель-фрилансер и редактор, специализирующийся на физике, астрономии и инженерии. Он является генеральным менеджером Lucas Technologies .

Дополнительные ресурсы

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *