铜零件酸洗-钝化工艺及自动生产线设备

陈金明,　李　江

(中国电科43所 合肥恒力电子装备公司，安徽 合肥　230088)



铜零件酸洗-钝化工艺及自动生产线设备

陈金明,李江

(中国电科43所 合肥恒力电子装备公司，安徽 合肥230088)

摘要：介绍了铜零件酸洗-钝化工艺流程、溶液配方和酸洗-钝化自动生产线的设备组成、性能及设备特殊配置；重点阐述行车提取篮框的旋转升降机构、篮框在槽内的晃动装置、零件种类自动识别装置以及行车通过程序柔性控制，实现了多品种多工艺要求的零件在同一生产线上同时加工需求。

关键词:酸洗； 钝化； 旋转升降机构； 晃动装置； 自动识别； 柔性控制

引　言

铜零件酸洗-钝化是通过强酸洗去除零件表面的氧化物并产生一定的腐蚀，使零件获得洁净表面，经钝化后形成一层防腐钝化膜，以达到零件装配的质量要求。铜零件强酸洗可以代替铜零件的电解酸洗及电解抛光，常用于装配前的酸洗处理。

1　铜零件材质、形状及强酸洗-钝化后质量要求

铜零件材质为无氧铜。零件形状分为棒类，端头有深螺孔；圆筒类，有的带翻边，有的带螺旋槽；以及圆盘类，带螺孔、凹槽等多种。

零件酸洗-钝化后质量要求：酸洗后的零件表面光亮洁净,色泽均匀一致,无氧化、无酸印、无水印、无磕碰变形和无过腐蚀现象。

2　铜零件酸洗-钝化工艺流程

铜零件酸洗-钝化工艺流程为：

上架→强酸洗(5～30s；超声波)→水洗(1～2min)→钝化(3～10s，超声波)→水洗(1～2min,超声波)→水洗(1～3min，超声波)→纯水洗(1～3min,超声波)→纯水洗(1～3min,超声波)→一级热纯水洗(1～2min，70～80℃)→风切(2～3min)→烘干(9～15min，90～120℃)→烘干(9～15min，90～120℃)→烘干(9～15min，90～120℃)→下架。

零件除油在生产线外进行。

强酸洗溶液组成,70%～80%硝酸,0.5%～1.5%盐酸。

钝化溶液组成,100～150g/L铬酐,5～8g/L硫酸。

铜零件酸洗-钝化工艺对设备基本要求：

1)铜零件强酸洗后在进入水洗槽前，暴露在空气中t<3s，以避免氧化。

2)盛装铜零件篮框在强酸洗、风切槽内晃动，以便清洗、吹干无死角。

3)风切槽内快速吹扫工件，除去工件上大部分水份；内腔处辅以人工用压缩空气手动吹气枪吹扫。

4)零件分开放置，零件在水平面上可作左右0～60°,前后可作正反0～60°任意角度旋转运动,既能保证在强酸洗、钝化、风切、水洗和纯水洗过程中处理无死角，且保证零件间不磕碰。

3　铜零件强酸洗-钝化生产线结构、操作形式及设备组成

铜零件强酸洗-钝化生产线为单臂直线式自动生产线。上、下料架分别设于生产线的两端，并与两端的传输线接口。铜零件除油后盛装在零件篮框内，经传输线输送到自动生产线上料端。上料端设有零件篮框移动导向装置及铜零件种类自动识别装置，以保证零件篮框准确进入上料位，自动识别零件种类，自动完成零件篮框上线。

铜零件种类不同，强酸洗-钝化处理时间以及处理工艺流程不同，通过识别铜零件种类，自动选取所识别的零件强酸洗-钝化处理时间以及处理工艺流程的行车运行程序，完成对应工艺流程和参数下的酸洗、钝化、水洗、风切及烘干等设定动作；行车通过程序柔性控制，可以实现多品种多工艺要求的零件同时在同一生产线上加工。

零件篮框下线后自动输送至传输线上流转到产品装配间进行下一工序工作。

铜零件酸洗-钝化自动生产线由工艺槽系统、晃动装置、超声波系统、管路系统、通风系统、槽内零件篮框导向定位块、行车、轨道、机架、电气控制系统、走线桥架及辊道传输线等组成。

生产线全貌见图1。

图1　生产线全貌照片

3.1工艺槽系统

多级水洗槽采用逆流漂洗，两槽之间设槽间盖板。

酸洗、钝化槽口上设有水封装置，配置单独槽盖，不工作时人工手动将槽盖盖上，避免槽内腐蚀气体散发到空气中腐蚀设备。酸洗、钝化和烘干槽均设有气动自动开关的槽盖，零件篮框入槽、出槽前自动打开，通过气缸将槽盖移至槽后侧。

烘干槽烘干θ为90～120℃，温度自动控制，烘干热源采用热风机，热风机与烘干槽之间设有热风循环进出风管，风管采用SUS316板制作，外包岩棉保温，外包玻璃钢板装饰。

3.2晃动装置

酸洗、风切槽底部设有绕中心轴约60°(任意可调)范围旋转零件篮框承托导向架，槽外设有零件篮框承托导向架晃动装置。采用电机减速器、传动轴、偏心盘带动与篮框承托导向架连成一体的连杆旋转，实现零件篮框和零件晃动。晃动角度通过接近开关检测，定位片位置来调整；晃动速度通过变频器对晃动电机进行变频调速。晃动装置结构见图2。

图2　晃动装置结构照片

3.3超声波系统

超声波频率为28和40kHz两档可调；超声波发生器与换能器为分体式，发生器集中放置，钛槽及不锈钢槽换能器位于槽底外侧，与槽做成一整体，塑料槽超声波系统放在槽侧壁。酸洗、钝化槽换能器外封板采用TA2-t2mm板制作，其余换能器外封板采用SUS316-t2mm板制作。

3.4管路系统

自来水水洗槽设有空气搅拌管路。自来水水洗槽及两级逆流水洗槽中的一级水洗槽设置自动给水支路。

风切槽内吹嘴正对酸洗件，槽两侧均设有独立吹干管路，管路上设置有电磁阀旁路，自动吹干，下架处配一气枪。

热纯水洗槽设有不锈钢电加热管和液位探头及控制装置，液位低时报警，液位低于一定值时，电加热自动停止；溶液温度实现自动控制。

3.5通风系统

铜零件酸洗-钝化自动生产线上强酸洗、钝化槽以及强酸洗、钝化槽后第一个冷水槽、一级热纯水洗槽均设有吸风罩，吸风罩在槽两侧；铜酸洗、钝化槽和冷水洗槽后侧设置高位吸风罩。吸风支管上设有调节风门，吸风主管最低点处设有排放阀及排放支路并与对应废水排放管路对接。

槽边吸风主管与用户室外吸风主管对接。利用用户原有废气处理设置对生产线上产生的废气进行处理，达标后排放。

3.6行车、轨道、架体

生产线采用2台单臂行车起吊运行。行车行走速度为0～25m/min，提升速度为0～20m/min，行车行走定位误差小于5mm，行车提升零件最大质量为50kg/挂。行车行走定位、提升定位及提升越位采用进口接近开关，行走越位采用行程开关。行车运行平稳、安全、可靠。

架体由轨道立柱、支撑加强柱、连撑及槽底托组成；轨道由主轨、副轨组成。轨道、架体和槽底托均采用拼装式结构，架体、槽底托下方均设有可调地脚。架体上设有行车水平运行定位装置，以及行车挑线系统。

3.7酸洗段行车旋转升降机构

酸洗段在强酸洗与强酸洗后水洗槽之间运行的单臂行车提升系统提起零件篮框时由传统的升降、前后直线运动改变为旋转升降运动，从而实现铜零件强酸洗后在进入水洗槽前，暴露在空气中时间t<3s，以避免氧化。

酸洗段行车提升臂除强酸洗与强酸洗后水洗槽之间作旋转运动外，其余槽位均作上下直线运动。旋转升降机构由电机减速器带动曲柄、提升臂、挂钩和零件篮框作旋转运动，旋转速度变频调速。旋转升降机构见图3。

图3　旋转升降机构照片

3.8电气控制系统

生产线采用PLC控制。操作人员可在触摸屏(PT)上查询、修改设备参数、工艺参数或工艺流程；修改各槽停留时间、滴水时间等，可在线进行操作指导和查询各项数据，读取生产线工作状态，进行状态监测和故障诊断、生产和工艺数据管理、记录和查询。工控机监视生产作业过程，包括显示控制过程画面和实时数据，显示系统总体框图；显示辅助设备及加热槽液位、温度、工件处理过程中时间等工作状态；历史数据的统计分析和存储。

零件种类采用地址牌定位识别方式进行识别、选择和确认。处理工艺相同件(同一品种)装入同一只零件篮框内，处理工艺不相同件(不同品种)不能装入同一零件篮框内；不同品种(即处理工艺不相同)零件篮框上设置不同数量、位置的定位片。上料架端头设置按需数量的进口接近开关用于识别不同品种(处理工艺不相同)零件篮框，确定零件代码、处理工艺路线和处理时间，行车运行时自动选择和实施所需工艺流程和参数进行生产。通过对生产线行车、辅助设备和其它系统设备的柔性控制，避免多品种、多工艺流程铜零件在同一生产线上生产时相互干涉和错误识别，协调生产，提高了设备利用率和生产效率。

行车控制系统有自动、半自动和手动三种工作状态，通过功能开关转换，自动状态下行车按照预先设定的工作线路自动循环工作，半自动状态下行车执行单步动作，半自动、手动状态下由操作人员使用手控盒控制行车动作。

自动风切装置、自动给纯水、给自来水以及强酸洗、钝化、烘干槽槽盖自动开关和强酸洗、风切槽零件篮框承托导向架带动零件篮框自动旋转晃动装置由PLC控制。

温控装置由温控仪、温控探头、加热控制器件、线缆和加热管组成，温度由温控系统完成自动控制。

3.9辊道传输线

辊道传输线采用变频调速及PLC+触摸屏控制。零件篮框进入生产线上料端自动识别区域内，气动阻挡器自动上升，挡住零件篮框进行篮框内零件种类识别、确认。

辊道传输线采用电机减速器及链轮、链条带动滚筒上链轮、链条传动，从而实现零件篮框移动输送，传输速度在4～20m/min范围可调。传输线上链轮、链条位于机架外侧，并采用不锈钢板装饰和保护。动力机构、机械结构紧凑、强度可靠，便于维修保养。

4　结束语

铜零件经70%硝酸+0.5%～1.0%盐酸强酸洗，水洗，再经100g/L铬酐+5～8g/L硫酸钝化，水洗、吹干，烘干后零件表面洁净度达到装配要求。

铜零件在强酸洗、风切槽内使用晃动装置，避免了零件清洗、吹干无死角，对于有盲孔、翻边、凹槽和螺旋槽零件酸洗时便于排气及盲孔内溶液不断交换更新。酸洗后出槽进入冷水槽前由于采用带有旋转升降机构行车起吊运行，使得铜零件暴露在空气中时间t<3s，铜零件出槽后避免残酸造成铜零件表面腐蚀。

酸洗-钝化自动生产线与上道除油工序设备间采用辊道自动识别、传输，强酸洗-钝化自动生产线行车采用柔性控制实现多品种、多工艺流程的铜零件在同一生产线上加工，提高生产效率。

doi：10.3969/j.issn.1001-3849.2016.08.007

收稿日期：2016-03-21修回日期： 2016-04-13

中图分类号：TG178

文献标识码：B

Pickling and Passivation Process of Copper Part and Automatic Production Line Equipment

CHEN Jinming, LI Jiang

(Hengli Eletek Co.Ltd.,China Electronics Group Corporation No.43 Research Institute,Hefei 230088,China)

Abstract:The strong pickling and passivation process of copper part as well as solution components were presented in this paper.The equipment components,performance and special configuration of strong pickling and passivation automatic production line were also introduced in details including rotary elevator mechanism of travelling crane,the shake equipment of basket in the tank,automatic identification equipment of parts types and flexible control of travelling crane.The requirement was achieved that the different copper parts can be produced on the production line at the same time.

Keyword:strong pickling;passivation;rotary elevator mechanism;shake equipment;automatic identification;flexible control