芯棒的螺紋在芯棒工作時起到一個連接配合作用,有內螺紋和外螺紋兩種形式,需經常和輔助段擰接和脫卸,并且工作時頻繁受到水的沖洗,要求芯棒螺紋部位具有良好的耐磨性和耐腐蝕性。磷化是一種化學與電化學反應形成磷酸鹽化學轉化膜的過程,所形成的磷酸鹽轉化膜稱之為磷化膜。在芯棒加工的最后一道工序中,螺紋的磷化產生的磷化膜保證了芯棒螺紋達到良好的耐磨性和耐腐蝕性。本文介紹了一種專門用于芯棒內、外螺紋磷化的設備,可通過更換相應密封圈實現多種規格的芯棒螺紋磷化,同時利用結構特點使磷化連續生產中得到良好保證,磷化液循環使用,使芯棒連續磷化過程高效而且環保。

1、設備結構

設備的目的是使芯棒的磷化過程高效且環保。為達到設備預期的使用效果,設備在設計時具有生產過程密封、高效、環保型幾大功能特點,并通過如下結構得以實現,如圖1

圖1

a.密封端蓋:通過更換調節端蓋孔徑來滿足不同規格芯棒螺紋的使用要求,端面加工有密封圈凹槽,安裝密封圈后達到端面密封的效果。

b.連接法蘭:安裝密封端蓋。

c.磷化箱:磷化過程發生的場所。

d.貯液箱:磷化進行前,進行準備工作時用于貯存磷化液。

e.液壓推力桿:將整個箱體前推,提供端面密封時的壓緊力。

f.導軌:箱體在上面直線前進和后退。

g.升降設備:不同規格芯棒磷化時,調節箱體高度實現密封圈與芯棒同心。

磷化箱和貯液箱底部裝有加熱管,側面安裝液位計觀察液體高度。

2、磷化原理

芯棒螺紋磷化目的為增加螺紋耐磨性和耐腐蝕性,所以針對性的采用錳系磷化液,用高溫浸泡的工藝方法進行磷化。在工作溫度下,磷化液與螺紋表面發生如下化學反應:

Mn（H2PO4）2→Mn HPO4+H3PO4

3Mn HPO4→Mn3（PO4）2+H3PO4

反應只需滿足適宜的溫度和酸性環境,用磷化液浸泡工件即可完成。

3、設備運行原理

芯棒長度在10m以上,外圓直徑在￠100mm-￠500mm之間,對其尾端的螺紋進行磷化時只能對螺紋部位進行局部浸泡,這便對其密封方式提出要求。如果密封性不夠,則容易導致磷化液在磷化過程中泄露,污染環境并對操作人員造成安全隱患;如果密封方式不合理,則容易導致加工效率低下,延長芯棒產品的生產周期。同時生產中會涉及多種規格芯棒,設備必須具有足夠大的多規格適用性。在本設備設計中,密封性、效率性、環保性和多規格適用性得到了較圓滿的解決。

3.1 密封性

若將芯棒尾端全部浸入磷化液沖,采用外圓周密封方式進行磷化,一方面密封完全依靠密封圈自身的收縮力壓緊外圓表面來進行,效果不理想,另一方面連續作業時,芯棒需頻繁的在密封圈中進出,稍有位置差異便容易在密封圈和芯棒外圓之間產生細小的間隙,造成磷化液泄露。所以本設備專門設計端蓋式端面密封結構。在密封端蓋的表面加工出凹槽,鑲嵌密封圈。使芯棒的端面與密封圈接觸,通過施加壓力保證密封效果。密封端蓋示意圖2所示

圖2 密封示意圖

工作時,選擇與芯棒規格相匹配的密封端蓋與密封圈,安裝于連接法蘭上。將芯棒安放于工作位置后,開動設備后方的液壓推力桿施加推力壓緊密封圈和芯棒端面,達到密封的效果。磷化完成后,卸力即可將芯棒吊運走換上下一支芯棒進行連續生產。

3.2 高效性

在工作時只需將芯棒放置于支架上,由底部升降裝置調整設備高度而非芯棒高度進行中心校調,避免了芯棒由于整體長度過長導致首尾高度等高調整的問題,提高芯棒中心調整的效率。液壓推桿施加推力使密封圈壓緊完成密封后即可導入磷化液進行磷化加工。

根據芯棒的規格設計一系列不同大小的密封端蓋和密封圈,通過法蘭將密封端蓋與箱體連接。工作時選用合適的端蓋安裝上即可,滿足生產范圍的需求并且拆卸簡便。

3.3 環保性

箱體設計為彼此獨立的兩個箱體:磷化箱和貯液箱。磷化箱為工作時磷化液的工作空間,貯液箱為磷化液的貯存空間。兩者之間通過高溫耐酸泵進行液體流通。

工件準備期間,磷化液存放于貯液箱,同時底部加熱管對液體加熱。待準備工作完成后,用耐酸泵將磷化液導入磷化箱,由液位計觀察液體高度,至液面浸沒螺紋后停止。磷化完成后再將磷化液通過泵返回貯液箱內直至液面下降至磷化箱密封孔口以下后,即可更換芯棒進行下一次磷化。磷化液在箱體內循環使用,而且無外泄。

在貯液箱和磷化箱底部均安裝有加熱管,在整個準備和磷化時間內對磷化液進行加熱,箱體周圍填充保溫棉對高溫磷化過程進行保溫。

4、結語

本磷化設備針對芯棒這種長軸件磷化的工序要求,并兼顧芯棒螺紋磷化所要求的高溫工序條件而特定設計,保證了芯棒螺紋經該設備磷化后達到良好的耐磨性和耐腐蝕性。而且磷化過程密封,磷化液循環使用,使生產過程具備高效、環保的特性,同時滿足了大批量芯棒生產的效率要求。