滾鍍的概念和優缺點

點擊數：81152018-05-21 15:42:34　來源: 邯鄲市大舜電鍍設備有限公司|脈沖電鍍電源系列|滾鍍機系列|振鍍機系列|直流電鍍電源系列

目錄

一、滾鍍的感念

二、滾鍍的特征

1.滾鍍是將分散的小零件集中在滾筒內進行的

2.滾鍍是在小零件不停地翻滾過程中進行的

3.滾鍍的電流是以間接方式進行傳輸的

三、滾鍍的優點

1.節省勞動力，提高勞動生產效率

2.鍍件表面質量好

3.鍍層厚度波動性小

4.占地面積小

四、滾鍍的缺陷

1.混和周期帶來的缺陷

2.滾鍍的結構缺陷

3.間接導電方式帶來的缺陷

4.電流密度控制方面的缺陷

一、滾鍍的感念

通常情況下電鍍有兩種方式，一種是掛鍍，一種是滾鍍。掛鍍也叫吊鍍，是將零件裝在掛具上進行鍍層沉積處理的一種電鍍方式，一般用于大尺寸零件(如車圈)的電鍍。而對于因形狀、大小等因素影響無法或不宜裝掛的小零件(如小螺絲)，則一般采用滾鍍。滾鍍嚴格講叫滾筒電鍍，它是將一定數量的小零件置于專用滾筒內、在滾動狀態下以間接導電方式使零件表面沉積上各種金屬或合金鍍層、以達到表面防護、裝飾或功能性目的的一種電鍍方式。

 典型的滾鍍過程是這樣的：將經過鍍前處理的小零件裝進滾筒內，零件靠自身重力將滾筒內的陰極導電裝置緊緊壓住，以保證零件受鍍時所需要的電流能夠順利傳輸。然后，滾筒以一定速度按一定方向旋轉，零件在滾筒內受到旋轉作用后不停地翻滾、跌落。同時，金屬離子受到電場作用后在零件表面還原為金屬鍍層，滾筒外新鮮溶液連續不斷地通過滾筒壁板上無數的小孔補充到滾筒內，而滾筒內的溶液及電鍍過程中產生的氣體也通過這些小孔不斷地排出筒外。

但在滾鍍發明之前，小零件電鍍只能采用掛鍍。掛鍍需要將零件一個一個地裝或綁在掛具上，費時、費力、費人工，且鍍層質量欠佳，如出現“掛具印”，或表面光潔度不夠等。另外，一種叫做筐鍍的特殊掛鍍也會經常被采用，它是將小零件放在一個金屬絲做成的小筐或底部鑲有電極的塑料筐內，然后掛到陰極棒上電鍍的一種方式。這種方式在電鍍過程中，為使各零件盡可能均勻受鍍，需要不時摘下小筐對零件進行翻動，或用一根非金屬棒攪動筐內的零件。因此操作類似淘米或炒菜，所以也有人形象地稱之為淘鍍或炒鍍。但即使這樣鍍層質量同樣難以令人滿意，主要表現為各零件的鍍層厚度及表面質量等波動較大，且勞動力同樣受到對零件進行攪動、翻動等繁瑣操作的束縛，勞動生產效率不能提高。

滾鍍的出現使小零件電鍍落后的技術狀況得到改變，它將電鍍工人從繁瑣的裝掛或筐鍍勞動中解放出來，節省了勞動力，提高了勞動生產效率，且鍍層質量也大為改觀，這在小零件電鍍領域無疑有著非常積極的意義。滾鍍起源于美國南北戰爭后，在工業上得到應用為20世紀20年代。最初的滾筒由木制的桶或籃子制成，主要因木材容易得到，經濟，且不導電。后來，隨著化學、電學及材料科學的發展出現了滾筒型金屬電鍍設備，這種設備大約在20世紀30～40年代經過不斷發展，逐漸形成今天滾鍍設備的基本原型。第二次世界大戰后，塑料的應用極大地提高了滾筒的性能、容量及使用壽命，滾鍍技術得以快速發展。而第二次世界大戰前，滾筒材質主要使用比較原始的塑料或酚醛樹脂。

我國較早于20世紀40年代初期，上海地區就已出現一批以加工小零件為主的滾鍍廠，例如華興滾鍍廠，當時該廠設備有木制滾筒２只和水泥槽１只，鍍種有滾鍍鎳和滾鍍銅錫合金。早期的滾鍍設備均為手工操作，生產效率低，鍍種也較少，一般滾鍍鎳最多，另有滾鍍黃銅、青銅、鋅錫等。大約20世紀60年代左右，隨著工業化發展對滾鍍設備提出較高的要求，國內機械化連續滾鍍設備開始使用，但當時的設備僅僅能夠手動控制。國內滾鍍自動線早在20世紀50年代,第一汽車制造廠就開始引進并用于緊固件鍍鋅，當時的設備屬于機械式環型(傾斜式滾筒)滾鍍自動線。直線式滾鍍自動線在20世紀60年代中后期就已經有很多應用，但之后較長一段時期這種設備大多集中在上海、天津等較大的工業城市使用，而較為廣泛的應用大約應從20世紀90年代開始。全自動化無人操作滾鍍生產線，國外20世紀70年代就已經開始使用，國內近些年也逐漸開始出現并應用，這使滾鍍勞動生產效率高的優越性得到更加充分的發揮。

目前，滾鍍的加工量約占整個電鍍加工的50%左右，并涉及到鍍鋅、銅、鎳、錫、鉻、金、銀及合金等幾十個鍍種。并且，滾鍍的適用范圍非常廣，諸如緊固件、沖壓件、水暖件、電子元器件及其它類似的大批量鍍件等。甚至在電鍍界曾流傳這樣一句話，“只要鍍件能裝進滾筒就能滾鍍”，這句話雖有點夸大，但卻能形象地說明滾鍍在今天電鍍工業中所具有的優勢。時至今日，滾鍍已發展成為應用非常普遍且幾乎與掛鍍并駕齊驅的的一種電鍍方式。

二、滾鍍的特征

滾鍍一般應具備以下幾個基本特征。

1.滾鍍是將分散的小零件集中在滾筒內進行的

小零件掛鍍時單獨分裝懸掛，當電鍍加工量較大時需要大量的人工，勞動生產效率極低。滾鍍則將分散的小零件集中起來進行處理，無需再進行繁瑣的裝掛操作，節省了勞動力，提高了勞動生產效率。將分散的小零件集中在一起的裝置叫做滾筒，滾筒是承載著小零件在不停地翻滾過程中受鍍的一個盛料裝置。典型的滾筒呈六棱柱狀，水平臥式放置。滾筒壁板的一面開口，電鍍時一定數量的小零件從開口處裝進滾筒內，并占其一定的比例，然后蓋上滾筒蓋將開口封閉。滾筒壁板上布滿許多小孔，電鍍時零件與陽極間電流的導通、筒內外溶液交換及筒內氣體排出等都需要通過這些小孔才能實現。

滾筒內的陰極導電裝置一般通過銅線或棒從滾筒兩側的中心軸孔穿出，然后分別固定在滾筒左右墻板的導電擱腳上。零件在滾筒內靠自身重力與陰極連接。小零件滾鍍就是在這樣的裝置內進行的。滾筒的結構、尺寸、大小、轉速、導電方式及開孔率等諸多因素均與滾鍍的生產效率、鍍層質量等息息相關。所以，滾筒是整個滾鍍技術研究的重點之一。

2.滾鍍是在小零件不停地翻滾過程中進行的

滾鍍時小零件在滾筒內并非靜止不動，而是隨滾筒旋轉不停地翻滾。這種翻滾具體到某一個零件的情況是：一會兒被埋進整個堆積零件的內部，一會兒又翻到外表面。這樣周而復始，直到整個滾鍍過程結束。那么，為什么要使小零件在滾筒內不停地翻滾呢？

(1) 保證每個零件都能均勻受鍍。小零件在滾筒內是堆積在一起的，其中一部分零件分布在堆積體內部，稱之為內層零件；另一部分零件則分布在堆積體外表面，稱之為表層零件(如圖1-1所示)。并且，根據表層零件所處位置不同將其分成外露表層零件(圖1-1中AB線零件)和緊貼滾筒內壁的表層零件(圖1-1中AC、CE、ED、DB線零件)兩部分。滾鍍時，金屬離子實際只在表層零件表面還原為金屬鍍層，而內層零件因受到表層零件的屏蔽、遮擋等影響只有電流通過，卻幾乎沒有電化學反應發生。所以，為能有機會受鍍，內層零件就需要從堆積體內部翻出變為表層零件。但表層零件也不能長時間停留，電鍍進行一會兒后，受到滾筒的旋轉作用又變成內層零件。這樣，小零件只有不停地翻滾，才能促使內層零件與表層零件不斷地變化、轉換，并最終保證每一個零件都有均勻受鍍的機會。

  圖1-1  滾筒中內層零件與表層零件分布示意圖

                1-內層零件；2-表層零件     

(2) 避免表層零件燒焦。小零件在滾筒內如果不翻滾而處于靜止狀態，那么使用很小的電流密度，就可能使表層零件附近金屬離子匱乏而使鍍層燒焦。尤其緊貼滾筒內壁的表層零件，會使從孔眼處進入滾筒的電流受到阻礙，從而集中在零件上緊挨孔眼部位的狹小表面，造成該處鍍層燒焦留下黑色眼點，即所謂的“滾筒眼子印”。這時，小零件在滾筒內翻滾的作用，類似掛鍍的溶液攪拌或陰極移動。掛鍍時若無溶液攪拌或陰極移動的作用，則電流密度上限不易提高，鍍層沉積速度也難以加快。

3.滾鍍的電流是以間接方式進行傳輸的

掛鍍時，零件所需要的電流由掛具直接傳輸，零件與掛具緊密接觸，中間沒有任何介質。因此，掛鍍的電流傳輸平穩，接觸電阻小，各零件所需要的電流基本不因傳輸問題而受到影響。

但滾鍍時，零件是整體壓在滾筒內陰極導電裝置上的，與陰極直接相連的零件只有極少部分，而絕大部分只能通過堆積重疊的零件與陰極導通。所以，滾筒內的陰極只能首先將電流輸送給與自己直接接觸的零件，然后由這些零件輸送給其它零件，并在其它零件與零件間一個一個地傳輸下去，這就是滾鍍的間接導電方式。這無疑是滾鍍的又一重要特征,它因為主要靠零件與零件間間接導電，而非零件與陰極直接接觸導電，所以零件的接觸電阻較之掛鍍要大。

三、滾鍍的優點

滾鍍與小零件掛鍍相比，其優點主要體現在以下幾個方面。

1.節省勞動力，提高勞動生產效率

滾鍍將數目眾多的小零件集中在一起進行電鍍，省掉了繁瑣的裝掛，節省了勞動力，提高了勞動生產效率，這是與小零件掛鍍相比滾鍍最大的優越性。例如，某廠￠5mm×5mm鐵螺絲滾鍍亮鎳，采用GD-10型滾鍍機1臺，1個工人操作，每班產量約70～80kg。而該廠最初采用銅絲捆扎掛鍍的方法，1個工人每班最多生產5～6kg，若每班產量70～80kg，則約需工人8～12名。

再如，近些年自動化滾鍍技術發展迅速，實現了從裝料到卸料整個生產過程全自動化無人操作，這真正是把滾鍍勞動生產效率高的優越性發揮到了極致。實踐證明，正是由于滾鍍代替了落后的小零件掛鍍的生產方式，才使小零件大規模的工業化生產得以實現。所以，滾鍍的發明與廣泛應用是小零件電鍍技術發展的一次重大飛躍！

2.鍍件表面質量好

滾鍍時，因零件與零件間相互拋磨，使粗大的晶體在零件表面不能長大，因此得到的鍍層細致、柔和、顏色均勻，表面有很高的光潔度。例如，水暖管箍及彎頭(瑪鋼件)鍍鋅，這種零件屬可滾鍍可掛鍍的情況，但滾鍍的零件表面質量遠優于掛鍍。

再如，質量上乘的滾鍍鎳小螺絲，表面細致、光滑，抓在手里輕輕地揉搓，給人一種絲綢般舒適的感覺；而采用銅絲捆扎掛鍍出來的效果卻會大打折扣。

3.鍍層厚度波動性小

鍍層厚度波動性，反映各零件間鍍層厚度的接近程度。鍍層厚度波動性小，說明各零件間鍍層厚度的接近程度好。滾鍍時，小零件在滾筒內一會兒從內層翻到表層，一會兒又從表層翻回內層，翻到表層時零件正常受鍍，翻回內層時電化學反應基本停止。電鍍剛進行不久時，總有一部分零件翻到表層的機會多，則受鍍機會多，鍍層厚；而另一部分零件翻到表層的機會少，則受鍍機會少，鍍層薄。但隨電鍍時間的延長，不同零件翻進翻出的幾率逐漸均等，各零件間的鍍層厚度逐漸接近，則鍍層厚度波動性逐漸變小。并且，不同零件在滾筒內受到的各種作用也逐漸均等，則各零件間的表面質量也逐漸趨于相同。

而小零件掛鍍時，因不同零件受鍍的條件(如懸掛位置)不同，則電流分布不均等，各零件間的鍍層厚度差別較大。例如，同樣一個掛具上的零件，掛在中間還是邊緣，上層還是下層，受金屬尖端效應的影響，鍍層厚度都會有不同的結果。

4.占地面積小

因為滾鍍對分散的零件進行集中處理，增加了鍍槽對零件的承載量，所以與處理相同數量零件的掛鍍相比，占地面積大大減小，這在土地資源日益緊缺的今天是難能可貴的。并且，處理零件的數量越多，滾鍍的這種優勢就越明顯。

例如，一種直徑￠50mm內孔￠22mm的鐵墊圈鍍鋅，這種零件可滾鍍也可掛鍍。若采用滾鍍，使用GD-20型滾筒1只，則溶液量一般約400L即可，整臺滾鍍機占地約0.7平方米，這時該設備一次可處理零件約20kg。但若采用掛鍍，同樣的溶液量及設備占地，一次只能處理零件約2.3kg，若要一次處理零件20kg，約需8～9倍于滾鍍的占地。

再如，一種標準件滾鍍鋅，日產量10噸，兩班制生產，生產線上約需電鍍工位10個，加上其它輔助工位、工人操作面積及非操作面積預留等，整條生產線占地可控制在20×3m之內。但若采用掛鍍，完成同樣的產量，則可能需數倍甚至十幾倍于滾鍍的占地。

四、滾鍍的缺陷

與掛鍍相比，滾鍍零件的受鍍方式發生了較大改變：（1）掛鍍在零件單獨分裝的狀態下進行，而滾鍍在零件集中且時合時離的狀態下進行，在這個過程中產生了零件的混合周期；（2）掛鍍在零件完全暴露的狀態下進行，而滾鍍在封閉的(雖然壁板上有孔)、溶液濃度較低的滾筒內進行。零件受鍍方式的改變給滾鍍帶來兩個最主要缺陷，即混和周期帶來的缺陷和滾鍍的結構缺陷。兩大缺陷對滾鍍生產效率和產品質量的提高造成嚴重影響，使滾鍍的優越性不能得以充分發揮。

1.混和周期帶來的缺陷

混合周期指滾鍍時零件從內層翻到表層，然后又從表層翻回內層所需要的時間。它由于使用了滾筒使小零件不停地翻滾而產生。滾鍍時因混合周期的存在，零件不能像掛鍍時一樣時刻都在受鍍，當位于表層時能夠正常受鍍，而位于內層時電化學反應卻基本停止。這樣，滾鍍時零件的有效受鍍時間得不到保證，為達到要求的鍍層厚度，只有延長整個電鍍過程的時間。這是滾鍍相對于掛鍍電鍍時間較長的重要原因之一。

例如，一種鍍鋅件，鍍層厚度要求5μm，掛鍍約需10min，但若滾鍍則可能需要30～40min甚至更長。從混合周期的角度解釋這種現象，若要保證零件受鍍的有效時間為10min，因受混合周期的影響，則整個滾鍍時間可能要數倍。

2.滾鍍的結構缺陷

掛鍍的零件完全暴露在鍍液中，零件與陽極間無任何阻擋，因此溶液中物質的傳送不受任何影響。但滾鍍的零件是被封閉在多孔滾筒內的，零件與陽極間比掛鍍多了一道阻擋物——滾筒壁板，則物質的傳送比掛鍍受到的阻力大。因此與掛鍍相比，滾鍍的鍍層沉積速度慢、鍍液分散能力和深鍍能力下降及槽電壓較高等，可將這些由滾筒封閉結構帶來的缺陷稱之為滾鍍的結構缺陷。

(1) 鍍層沉積速度慢  滾鍍時，滾筒內消耗的金屬離子難以從滾筒外的新鮮溶液中得到及時補充，致使滾筒內金屬離子濃度下降，則電流密度上限不易提高，鍍層沉積速度難以加快。這是滾鍍相對于掛鍍電鍍時間較長的另一個重要原因。

(2) 鍍液分散能力和深鍍能力下降  滾鍍開始后，滾筒內溶液中的導電離子濃度下降，而滾筒外新鮮溶液又不能及時補充，因此溶液電阻率增大，則電流分布在陰極表面變得不均勻，溶液分散能力下降，零件表面鍍層厚度均勻性變差。所以，滾鍍難以適于對鍍層厚度有高精度要求的零件(尤其針軸類)。

另外，因難以使用大的電流密度及陰極表面二次電流分布不均勻，使得零件低區電流密度較小，當低于下限時會沉積不上鍍層或沉積的鍍層不符合要求。所以，滾鍍溶液的深鍍能力也會下降，滾鍍的零件(尤其深孔、盲孔件)低區鍍層質量往往不盡人意。

(3) 槽電壓較高，電能損耗大，槽液溫升快  滾筒的封閉結構使滾鍍溶液的電阻增大，則為達到所需要的電流密度，常常需要施加較高的電壓，以增加對滾鍍過程的推動力。所以，滾鍍的槽電壓往往比掛鍍高，則電能損耗增大。而溶液電阻大，會導致槽液溫升加快。

3.間接導電方式帶來的缺陷

(1) 滾鍍的間接導電方式使零件的接觸電阻(即金屬電極的電阻)較之掛鍍要大，則槽電壓相應升高，這是造成滾鍍槽電壓較高的另一個原因。

(2) 零件在滾筒內不停地翻滾，使零件與陰極的接觸時好時壞，必然造成滾鍍電流傳輸不平穩的缺陷。

(3) 滾筒內的零件距離陰極的遠近不同，則電流在各零件上的分布也有較大不同。距離陰極近的零件電流大，反之則電流小。

4.電流密度控制方面的缺陷

與掛鍍時零件各自獨立相比，滾鍍時零件間相互疊壓、屏蔽,并且滾鍍零件的形狀多種多樣，滾筒開孔率的高低也多有不同，所以很難確定零件受鍍時的有效面積，也就難以定量控制零件表面的電流密度。這給滾鍍生產帶來極大不便。

另外，滾鍍還存在鍍液組分變化快,溶液帶出量多,零件的形狀、大小和鍍層厚度受到限制等缺陷。并且，因為以上種種缺陷，使得對滾鍍設備的要求比掛鍍要復雜得多。尤其對滾鍍設備的核心部件——滾筒的要求更高，生產中如何根據具體情況選用合適的滾筒結構、形狀、規格、尺寸、轉速、導電方式及筒壁開孔等，是提高滾鍍生產效率、改善鍍層質量和穩定生產的關鍵所在。