芯棒的螺纹在芯棒工作时起到一个连接配合作用,有内螺纹和外螺纹两种形式,需经常和辅助段拧接和脱卸,并且工作时频繁受到水的冲洗,要求芯棒螺纹部位具有良好的耐磨性和耐腐蚀性。磷化是一种化学与电化学反应形成磷酸盐化学转化膜的过程,所形成的磷酸盐转化膜称之为磷化膜。在芯棒加工的最后一道工序中,螺纹的磷化产生的磷化膜保证了芯棒螺纹达到良好的耐磨性和耐腐蚀性。本文介绍了一种专门用于芯棒内、外螺纹磷化的设备,可通过更换相应密封圈实现多种规格的芯棒螺纹磷化,同时利用结构特点使磷化连续生产中得到良好保证,磷化液循环使用,使芯棒连续磷化过程高效而且环保。

1、设备结构

设备的目的是使芯棒的磷化过程高效且环保。为达到设备预期的使用效果,设备在设计时具有生产过程密封、高效、环保型几大功能特点,并通过如下结构得以实现,如图1

图1

a.密封端盖:通过更换调节端盖孔径来满足不同规格芯棒螺纹的使用要求,端面加工有密封圈凹槽,安装密封圈后达到端面密封的效果。

b.连接法兰:安装密封端盖。

c.磷化箱:磷化过程发生的场所。

d.贮液箱:磷化进行前,进行准备工作时用于贮存磷化液。

e.液压推力杆:将整个箱体前推,提供端面密封时的压紧力。

f.导轨:箱体在上面直线前进和后退。

g.升降设备:不同规格芯棒磷化时,调节箱体高度实现密封圈与芯棒同心。

磷化箱和贮液箱底部装有加热管,侧面安装液位计观察液体高度。

2、磷化原理

芯棒螺纹磷化目的为增加螺纹耐磨性和耐腐蚀性,所以针对性的采用锰系磷化液,用高温浸泡的工艺方法进行磷化。在工作温度下,磷化液与螺纹表面发生如下化学反应:

Mn（H2PO4）2→Mn HPO4+H3PO4

3Mn HPO4→Mn3（PO4）2+H3PO4

反应只需满足适宜的温度和酸性环境,用磷化液浸泡工件即可完成。

3、设备运行原理

芯棒长度在10m以上,外圆直径在￠100mm-￠500mm之间,对其尾端的螺纹进行磷化时只能对螺纹部位进行局部浸泡,这便对其密封方式提出要求。如果密封性不够,则容易导致磷化液在磷化过程中泄露,污染环境并对操作人员造成安全隐患;如果密封方式不合理,则容易导致加工效率低下,延长芯棒产品的生产周期。同时生产中会涉及多种规格芯棒,设备必须具有足够大的多规格适用性。在本设备设计中,密封性、效率性、环保性和多规格适用性得到了较圆满的解决。

3.1 密封性

若将芯棒尾端全部浸入磷化液冲,采用外圆周密封方式进行磷化,一方面密封完全依靠密封圈自身的收缩力压紧外圆表面来进行,效果不理想,另一方面连续作业时,芯棒需频繁的在密封圈中进出,稍有位置差异便容易在密封圈和芯棒外圆之间产生细小的间隙,造成磷化液泄露。所以本设备专门设计端盖式端面密封结构。在密封端盖的表面加工出凹槽,镶嵌密封圈。使芯棒的端面与密封圈接触,通过施加压力保证密封效果。密封端盖示意图2所示

图2 密封示意图

工作时,选择与芯棒规格相匹配的密封端盖与密封圈,安装于连接法兰上。将芯棒安放于工作位置后,开动设备后方的液压推力杆施加推力压紧密封圈和芯棒端面,达到密封的效果。磷化完成后,卸力即可将芯棒吊运走换上下一支芯棒进行连续生产。

3.2 高效性

在工作时只需将芯棒放置于支架上,由底部升降装置调整设备高度而非芯棒高度进行中心校调,避免了芯棒由于整体长度过长导致首尾高度等高调整的问题,提高芯棒中心调整的效率。液压推杆施加推力使密封圈压紧完成密封后即可导入磷化液进行磷化加工。

根据芯棒的规格设计一系列不同大小的密封端盖和密封圈,通过法兰将密封端盖与箱体连接。工作时选用合适的端盖安装上即可,满足生产范围的需求并且拆卸简便。

3.3 环保性

箱体设计为彼此独立的两个箱体:磷化箱和贮液箱。磷化箱为工作时磷化液的工作空间,贮液箱为磷化液的贮存空间。两者之间通过高温耐酸泵进行液体流通。

工件准备期间,磷化液存放于贮液箱,同时底部加热管对液体加热。待准备工作完成后,用耐酸泵将磷化液导入磷化箱,由液位计观察液体高度,至液面浸没螺纹后停止。磷化完成后再将磷化液通过泵返回贮液箱内直至液面下降至磷化箱密封孔口以下后,即可更换芯棒进行下一次磷化。磷化液在箱体内循环使用,而且无外泄。

在贮液箱和磷化箱底部均安装有加热管,在整个准备和磷化时间内对磷化液进行加热,箱体周围填充保温棉对高温磷化过程进行保温。

4、结语

本磷化设备针对芯棒这种长轴件磷化的工序要求,并兼顾芯棒螺纹磷化所要求的高温工序条件而特定设计,保证了芯棒螺纹经该设备磷化后达到良好的耐磨性和耐腐蚀性。而且磷化过程密封,磷化液循环使用,使生产过程具备高效、环保的特性,同时满足了大批量芯棒生产的效率要求。