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表面处理工艺培训 山东新华医疗器械股份有限公司 机械制造厂2017 03 31 概述 机械制造厂常用表面处理方式有 镀亮铬 镀暗铬 镀硬铬 电镀亮镍 电镀暗镍 化学镀镍 镀锌 镀锡 发黑 氧化 喷塑 喷漆 喷珠 钝化 电抛光等 下面结合表面处理方法与我公司产品的实际状况 进行相关介绍 希望大家积极提出疑问和自己的见解 进行讨论 以逐步完善机械制造厂的表面处理工艺知识体系 1 镀亮铬 镀亮镍 1 1 亮铬层成份 传统的镀层为铜 镍 铬 目前常用镍 铬镀层D Ni10 Cr0 5 镀亮铬流程 抛光 除油 冲洗 酸洗 手工清洗 镀镍 镀铬 抛光1 1 1抛光 1 铜件的抛光程序 180目布轮 240目布轮 320目布轮 麻轮 无金钢砂 2 碳钢的抛光程序 120目布轮 180目布轮 240目布轮 3 为保证抛光能达到足够光洁度 不影响电镀效果 原始加工面的粗糙度应不超过Ra6 31 1 2除油 将工件放入专用除油剂溶液中 80 以上高温除油 时间不低于2小时 一般时间越长越好1 1 3冲洗 在清水池中简单地串洗1 1 4 酸洗 在酸池中浸泡 利用弱酸 洗掉锈蚀1 1 5 手工清洗 采用专用不伤手的除油剂 利用刷子 软布等工具将工件擦洗干净 1 1 6 镀镍D Ni10 一般在镀镍池中的电镀时间不少于半小时 镀层厚0 01 0 03mm 1 1 7 镀铬 工件从镀镍池中取中放入镀铬池中 电镀时间一般在十几秒至几十秒间 镀层厚度0 0005mm左右 1 1 8 抛光 利用无砂布轮 将表面的不良色抛掉 1 镀亮铬 镀亮镍 1 2 亮镍层成份 D Ni10 w2 镀亮镍流程 抛光 除油 冲洗 酸洗 手工清洗 镀镍 抛光 1 镀亮铬 镀亮镍 1 3 外观质量问题 1 零件结构要求 由于镀亮铬和镀亮镍的前处理中需要抛光 所以对台阶 沟槽等抛不到的地方要有提前预计 通过精加工提高表面光洁度 对刚性较差的工件进行评价 镀后不宜再整形 否则镀层拉伸或压缩后易开裂脱落 2 因镀前先要经过抛光 所以对表面小划伤要求不高 3 为保证抛后及镀后亮度 原始加工面的表面粗糙度不超过Ra6 3 尤其对镀暗光件的零件 由于镀前不磨光 提高表面光洁度更有必要 4 挂点的位置容易变色 所以镀件要考虑挂点位置 必要时开工艺孔 注意不能是盲孔 挂具容易脱落 5 电镀件表面光亮度达不到要求 出现变形和局部塌陷 造成此现象的原因是镀前磨光未作好 经质量跟踪后发现 出现此类问题的大多数原因在零件本身的结构 首先是某些薄壁件和细长件 要达到镀亮光的要求 要用不同目数的布轮抛3遍以上 极易发生变形和塌陷 其次是表面上的孔及边棱 抛过后 容易塌边 6 由于电镀镍 铬的局限性 较深的丝孔 盲孔 内侧无法镀到 造成大批的库存件在数月后出现孔口返锈现象 受电场屏蔽作用 除非制作专用电极 这些特殊位基本镀不到 因我们的产品种类多 批量小 作专用电极不现实 暂时只能维持现状 最好由设计人员更改表面处理方式 比如用化学镀代替电镀 或者直接用不锈钢材料代替碳钢件 1 镀亮铬 镀亮镍 1 4 公差质量问题 不同工序的现状 1 成品厂设计要求 医疗器械由于使用环境相对较好 设计人员在选择镀层时 一般按三类标准选择厚度 如D Ni10 Cr0 5 D Ni10等 要求镍层厚度在0 01mm左右 2 机械厂工艺要求 由于图纸要求镍层厚度0 01mm 相应的工艺要求零件在加工时 单面要留出0 01mm的电镀余量 然后通过电镀恢复公差尺寸 3 电镀厂家实际生产情况 镀层厚度在0 01mm时 刚刚能覆盖基体本色 整体观感泛白无光泽 这时虽然已经达到图纸厚度 但达不到成品厂对表观质量的要求 所以 实际镀层厚度一般要达到0 02mm左右 与工艺要求不符 因此公差尺寸超差现象十分普遍 1 镀亮铬 镀亮镍 1 4 公差质量问题 不同工序的现状 4 在没有辅助电极的情况下 电镀过程中零件表面的电流密度不均匀 导致镀层厚度不均匀 影响镀后尺寸 理论上 电镀镍每15 20分钟镀0 01mm 但实际效果是 板类零件边缘厚 中间薄 轴类零件两端厚 中间薄 筒类零件外圆厚 内圆薄 还有许多带有盲孔等镀不到的死角部位 这样正常情况下 一个零件的表面镀层厚度差能达到0 01 0 02mm 对于六 七级公差带 这个差值必然导致镀后不合格 5 检验标准及交检情况 检验首先是控制表面质量 一般要求表面要有光亮色泽 这实际是要求镀层厚度要达到0 02mm左右 其次是尺寸公差的控制 不合格情况非常普遍 电镀厂几乎每批计划都有返修现象 在不断的反复周转中 磕碰伤增多 造成二次质量事故 经常发生批量报废的情况 因此 带公差电镀件采用预留镀层控制公差的效果不理想 检验合率非常低 电镀厂家已经开始拒接此类零件 1 镀亮铬 镀亮镍 1 5 质量问题的解决方案 1 综上所述 可以看出电镀件的公差控制问题 已经成为机械厂质量控制的一大瓶颈 急需采用一种稳定的工艺手段彻底解决 近几年 机械厂技术部门针对电镀件进行了各种工艺试验 效果均不理想 通过对比及学习其他单位的经验 认为采用化学镀镍代替电镀镍应该是一种有效的解决手段 2 由于对亮度的要求 我们暂时无法完全取消电镀镍 铬 只能对具体的零件确认是否可用不锈钢代替 避免电镀问题的发生 3 对于镀后公差控制的问题 由于亮铬的铬层不到0 001mm 用亮铬面作配合面是非常不合适的 但为了色泽一致 我们一直不能完全取消此类零件 但数量极少 可以学习新玛的处理方法 用硬铬代替有公差要求的亮铬 如果要求的硬铬层厚度小 可以直接镀到尺寸 然后用布轮抛成亮光 厚度要求大时 可以镀后用磨床磨到尺寸 再抛光 伊玛工作人员提供了一台阶轴类零件 其中一个位置镀硬铬加手工抛光 其余位置电抛光 最后达到的色泽各部位完全一致 4 机械厂成立前 零件只检测镀前尺寸 镀后直接入库 在装配过程中出现过盈时 由于我们公司普遍选用孔H7 轴h7的加工方式 与轴承的配合是间隙配合 因镀层出现0 01 0 02mm的误差 正好进入过渡配合或小过盈的配合 对装配产生不了影响 过盈较大时 由装配工人用砂纸打磨后装配 1 镀亮铬 镀亮镍 1 5 质量问题的解决方案 机械厂成立半年左右 为配合成品厂对表面质量要求的提高 曾下发过一个文件 电镀零件留出镀层余量 对于铰刀铰出的小孔 由于无法预留镀层 由成品厂在装配时自己手铰 以直径不超过20的孔为限 同时对分厂班组及外协单位下发了如下标准 从机械手册中查出的标准 注 直径 20需用铰刀加工的孔 在表面处理后由机械厂修去镀层 直径 20的孔 在表面处理后 由放疗厂修去镀层 1 镀亮铬 镀亮镍 1 6 其它解决方案在生产GE产品时 曾探讨过医药行业标准YY0076 92 就是装配表面不进行电镀 由于装配面都有油脂润滑 本身已经作到防腐 不电镀应该是解决问题的根本办法 但需要成品厂未认可 2 镀暗铬 镀暗镍 2 1 镀暗铬流程 除油 冲洗 酸洗 手工清洗 镀镍 镀铬2 2 镀暗镍流程 除油 冲洗 酸洗 手工清洗 镀镍2 3 质量控制 1 由于镀暗镍及镀暗铬的零件无抛光工序 为保证镀后效果 原始表面粗糙度应低于Ra6 3 表面加工纹路一致性要好 2 暗铬类镀层件极少 这是我们学习国外表面的暗光要求而作的 数量极少 电镀厂家顾及成本一般不接收 我们暗光件有代表性的是干热灭菌器上的连杆 发生的问题均与磕碰伤有关 因对连杆的表面质量控制不好 常会出现焊补修磨现象 而暗铬件不进行整体磨光 造成镀后色差明显 影响外观 因此解决此问题的关键是镀前表面质量的控制 3 镀硬铬 3 1 镀硬铬流程 除油 冲洗 酸洗 手工清洗 镀铬3 2 常用的硬铬工艺镀硬铬有两种方式 一是镀层较薄 只有0 01 0 02mm 镀后不再磨削 工艺简单易实现 设计人员应尽量选择此方式 另一种方式厚度较大 一般0 03 0 06mm 需要镀到0 1mm以上再磨到此厚度 但磨削的工艺性往往考虑不周 或者零件本身就有没磨削的基准 造成镀后无法磨削 需要对工艺人员对零件的磨削工艺性进行评审 举例 轴类及小平板类 3 3 硬铬镀层厚度可达0 01mm至0 2mm之间 一般情况下 镀厚小于0 03mm的零件只作镀前磨削 不作镀后磨削 大于此厚度的 镀前镀后均要磨削 通常为保证磨削效果 镀层厚度不小于0 1mm 3 4 对于焊接件 如果焊缝不致密 有微小气孔 镀后孔洞放大 影响表观质量 4 化学镀 对比电镀镍 1 外观问题现我公司镀镍件以二级亮度为主 直接在零件原始表面上镀 镀后效果为暗镍 亚光底色中略泛亮光 化学镀分两种情况 一是加工后直接镀 在加工光洁度较高的情况下 底色亮 镀后也发亮 接近加工后的不锈钢色泽 二是加工后先喷珠再化学镀 色泽削弱 与喷珠钝化后的不锈钢非常接近 按不同的使用要求分别选择这两种方法 基本可以做到与产品中其他零件的配色 2 尺寸控制化学镀的涂覆原理是化学沉积 对零件结构无要求 无死角限制 其次是镀层厚度容易控制 基本是一个小时镀0 01mm 厚度均匀 实际生产中 时常采用这种方式修补超差的公差孔 现在我们对化学镀层的厚度统一要求在0 02mm左右 防腐及装饰效果均较好 3 防锈能力成品厂曾提出化学镀防锈能力不如电镀镍的问题 二者都是镍层 化学镀层的致密度要超过电镀 而且可以做到无死角覆盖 所以从原理上讲 化学镀的防锈能力应该高于电镀 而且新马公司的镀件几乎全是化学镀 应用情况非常好 如果出现防锈能力差的现象 原因可能发生在镀层厚度上 一般情况下 对防锈镀层的要求不能小于0 01mm 可以保持零件一年左右不出现锈点 如果镀层太薄 会出现生锈现象 目前我们规定镀层厚不小于0 02mm 新马公司0 025mm 防锈性能没有问题 4 化学镀 对比电镀镍 镀层检验 1 目视检验表面质量 2 在实际检验过程中 应该通过划方格等方式检验附着力 3 通过测厚仪检验厚度 5 电刷镀 一般用来修补局布公差超差的工作 6 镀锌 我公司镀锌件有一百多种 一般用于管卡 支架 角铁 板罩类零件 无公差要求 仅控制表面质量 主要问题发生在以下几方面 1 镀层薄 冷板类钣金件经常会小于0 005mm 电镀厂用时间控制镀层厚度 一般30分钟以内 超过40分钟镀层开始脱落 在此时间内 表面粗糙的零件镀厚达到0 02mm左右 而表面好的冷板只有0 005mm左右 防锈能力大幅度降低 成品厂装配现场不时会出现生锈的零件 经过多次交流探讨 初步认定是中性及碱性镀液附着力差造成 而酸性镀液因污染大 环保部门禁止应用 2010年前在生产GE产品时 发现青岛的电镀厂家控制镀层厚度的能力较强 从各方面的信息推断 是由于电镀工艺造成的 青岛有集中的污水处理设备 所以采用氰化物电镀 这种镀层的附着力强 可以达到标准 这应该也是国标的由来 而我们本地单位不允许用这种污染大的方法 只采用氯盐 附着力差 厚度大了极易脱落 所以后来的标准降低到0 01mm左右 至此镀锌稳定下来 2 表面质量 如麻点 色度不好等 麻点大多是表面生锈造成 虽然酸铣后锈点去掉 但镀后锈点位置会发白 应该在酸洗前拉丝布修磨或喷珠 喷砂处理 3 色度不好是镀后的钝化效果不好 与镀层厚度无关 一般由电镀厂返修 7 氧化 1 氧化后零件表面色泽不一致现象 和氧化层厚度有一定关系 新马的铝件全部采用阳极氧化 氧化层厚度达到0 01 0 02mm 颜色为亚光色 厚重 上档次 我们以前采用化学氧化 现已经全更改为阳极氧化 厚度无特别要求 2 表面划伤除需要进行平面磨削的零件 铝件氧化前均进行喷珠处理 3 存在较重划伤的铝件 用拉丝布手工进行修磨 除特殊情况由工艺人员同意外 不允许进行布轮抛光 4 大平面类零件上夹杂着灰色带或色斑 现认定是表面材质化学成份不均匀造成 如局布含铜量过高 会出现色泽较重的现象 目前为避免此情况的发生 已不应用含铜量较高的LY11 LY12牌号的硬铝 改为5052或6063 8 电抛光 8 电抛光 8 1 搭焊螺钉工件不适合电抛光 螺钉容易脱落 一般只进行钝化处理 去掉色斑即可8 2 带公差工件尺寸尽量不要电抛光 防止超差 8 3 厚板组焊件的电抛光尽量不采用断焊 防止渗酸8 4 管类零件电抛光开进 出排酸孔 9 喷珠 钝化 9 1 不锈钢件通用工艺为喷珠钝化 加工工艺流程为 喷珠 清理 钝化 冲洗 烘干 包装 9 2 基本参数 不锈钢与碳钢件喷珠工艺为120目玻璃珠 0 5Mpa压力 铝合金件喷珠工艺为120目玻璃珠 0 4Mpa压力 9 3 注意事项 碳钢与不锈钢不能混用玻璃珠 丝孔或盲孔要用气枪清理干净 不锈钢电抛光 钝化工艺对比 不锈钢电抛光 钝化工艺对比 11 表面水磨 11 1 目前机械制造厂的水磨机主要用于灭菌器门板的磨削 粗糙度是从Ra6 3磨至Ra0 4 0 8 11 2 对于大平面的工件 如1000 x1000以上的工件 通过车 铣 刨加工表面容易引起变形 在平面度要不太高的情况下 可以直接上水磨机磨出表面 光洁度等级较高 或者如右图所示只加工装配位置 其余位置不加工 大平面通过水磨保证外观要求 可大幅提高加工效率和加工质量 12 喷塑 喷塑流程 1 清理修补影响喷塑处理的缺陷 毛刺 焊渣等 2 去油污 3 清水洗 4 酸洗 5 清水洗 6 磷化 7 晾干 8 上架 放在挂架上 通电喷塑 9 炉烤 170 180 15分钟 10 炉内冷却 11 修补 12 包装 12 喷塑 8 2 喷塑基本知识 1 工件在喷塑前存在用腻子修补缺陷的工艺 所使用的腻子为静电腻子 可以通电吸附塑粉 但是经过实验 目前市场上所出售的静电腻子 在烘烤流平时会出现干裂 与母材分离 表面亮度不同 色差较为明显等缺陷 使用静电腻子会增加成本 增加生产工艺的复杂程度 打磨 除锈 上腻子 晾干 打磨 喷塑 烘烤 2 普通平滑纹可以控制在0 1 0 2 现工件用的是沙皱纹 厚度基本在0 3以内 没有厚度仪测量 在通电喷塑的时候 其塑粉的吸附厚度没有很大影响 厚度增加只要增加喷塑的次数或者减慢喷塑速度 3 喷塑的颜色和亮度都是靠塑粉本身来控制的 同一批次的塑粉颜色和亮度都是一样的 其厚度在正常范围内的变化对颜色和亮度没有影响 在烘烤时 烘烤时间会对颜色产生影响 尤其是浅色 烘烤时间过长会发黄 正常是180 烘烤15分钟 炉冷 12 喷塑 8 2 喷塑基本知识 4 喷塑附着力主要受塑粉 烘烤温度 工件表面质量条件的影响 塑粉质量和烘烤温度控制已经是成熟工艺 正常情况下对喷塑附着力不会有影响 工件表面质量是影响附着力的主要因素 对于所有工件 表面的油污 锈迹都要清除干净 不然会严重减轻塑面的附着力 对于冷板表面较为光滑 要通过磷化工序 在工件表面形成磷化膜 磷化膜就起着工件和塑面的连接作用 对于不方便做磷化的工件 体积较为大的工件 可以通过增大工件的表面粗糙度 拉毛 喷砂等 以便提高塑面附着力 5 在工件无孔 或辅助支点的时候 其工装支架只能支在工件的喷塑面 在烘烤后支点处就会出现无塑缺陷 在这种情况下 只能进行热喷修补 因为地方小修补后基本不受影响 6 退塑有专业的退塑剂 经过退塑剂浸泡后 塑面会以皮子的形式脱离工件表面 再经手工清理后 重新进行喷塑流程 12 喷塑 8 3 我公司喷塑经验机械制造厂的喷塑件以输送线框架为主 制药设备厂自动线上的框架类零件基本都是采用冷拉碳素方钢管焊接而成 都是用喷塑作为防锈处理 作为喷塑的前处理 机械制造厂在工艺上作过三次变动 1 喷砂 喷塑 2 磨光 喷砂 喷塑 3 酸洗磷化 喷塑第一种工艺执行的时间最长 工艺十分成熟 第二种工艺是2011年初试制展品时 为提高管材表面质量提出的临时措施 后来发现效果不错 随即在所有碳钢类框架上推广开 成为固定的工艺方式第三种工艺是近期制药设备厂为降低产品成本 提出的最新措施 机械制造厂工艺人员在编制工艺过程中 发现困难太多 无法执行 具体困难如下 12 喷塑 8 3 我公司喷塑经验 1 现机械厂的喷塑外协单位的酸洗磷化的池子长 宽 高太小 对大部分框架无法处理 2 即使有足够大的酸洗磷化池 此工艺也不适合方管类框架 按机械厂的制造经验 许多不锈钢方管框架在电抛光后 一直无法解决渗酸的问题 对于碳钢管问题会更严重 直通的单管比较容易冲洗 而对于各种组合结构 一旦清洗不干净 极有可能腐蚀透 所以此工艺风险太大 3 制药设备厂对原材料提出的要求 按机械厂现有的采购渠道无法满足 类似于不锈钢管 采购的碳钢管要达到药厂的要求 管材必须增加磨光工序 这无形中又会增加采购成本 鉴于上述原因 机械厂执行酸洗磷化后进行喷塑的工艺 难度太大 目前无法解决 且没有更好的替代工艺 12 喷塑 8 4 解决方案 下好料的管材 利用钢丝轮打磨除锈 除锈完毕 摆到焊接区 焊后转喷塑 周期很短 基本不存在二次生锈的问题 在喷塑前处理中 为防止管材除酸困难 不作酸洗 只作磷化处理 为保证生产的顺利进行 在发现低成本的稳定的生产工艺以前 仍然采用磨光 喷砂等方式保证产品质量 暂不考虑成本因素 多地考察后 可确认 要保证喷塑后表面质量 最关键的因素是母材的表观质量要好 考察的无锡喷塑单位比较专业 其烘烤炉深达7m 达到我们本地最大炉的两倍以上 其能源采用煤粉 比我们本地用的电炉成本要低得多 参考价格是每公斤2 2 5元 我们本地价格按面积为20元一个平方米 按管材件换算 南方喷塑价格不到本地的一半 13 喷漆 13 1 金属表面喷漆处理工艺 1 前处理 2 喷底漆 3 打腻子 4 喷面漆 13 喷漆 13 1金属表面喷漆处理工艺 1 金属喷漆前处理a 对于锈蚀件来说 首先用钢丝毛刷将金属表面的氧化皮和焊接药皮去除 能够露出金属基体为宜 用干毛刷清除金属结构件表面杂质污物 然后用压缩空气将浮灰等吹干净 b 如果工件表面不平整 未达喷漆标准 则需要用砂纸打磨金属工件表面 清除毛刺后吹干净 保证表面平整光洁 干燥后不可用手触摸待喷漆表面 c 工件表面必须干燥清洁 温度高于露点 以免冷凝 冬天喷漆时尤其注意 13 喷漆 13 1金属表面喷漆处理工艺 2 喷底漆 a 喷漆前应再次检查工件表面清洁度 如有灰尘等 应再次清洗干净 喷漆时应喷涂均匀 底