ES2754876B2 - DEVICE FOR DRY TREATMENT OF METALLIC SURFACES BY MEANS OF ELECTRICALLY ACTIVE SOLID PARTICLES - Google Patents
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Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
DISPOSITIVO PARA EL TRATAMIENTO EN SECO DE SUPERFICIES METÁLICAS MEDIANTE PARTÍCULAS SÓLIDAS ELÉCTRICAMENTE ACTIVASDEVICE FOR DRY TREATMENT OF METAL SURFACES USING SOLID ELECTRICALLY ACTIVE PARTICLES
OBJETO DE LA INVENCIÓNOBJECT OF THE INVENTION
Son objeto de esta invención los dispositivos usados para tratar superficies metálicas mediante la proyección de partículas sólidas eléctricamente activas desde un electrodo de una fuente eléctrica hasta la superficie metálica a tratar. Estos dispositivos permiten tratar superficies metálicas a una cierta distancia sin tener que introducir la superficie dentro de una cuba. Esto permite el tratamiento de superficies de grandes elementos, de elementos inmóviles, etc. Estos dispositivos se pueden diseñar para tratar grandes elementos mediante brazos robotizados, para su uso en cabinas, para su uso en línea en cadenas de producción, para su uso en equipos portátiles o autónomos. Estos dispositivos tienen ventajas y suponen un notable avance sobre el estado actual de la técnica que se van a detallar a continuación.The object of this invention are the devices used to treat metallic surfaces by projecting electrically active solid particles from an electrode of an electrical source to the metallic surface to be treated. These devices make it possible to treat metal surfaces at a certain distance without having to introduce the surface into a tank. This allows the surface treatment of large elements, immobile elements, etc. These devices can be designed to treat large elements by robotic arms, for use in booths, for use in line in production lines, for use in portable or autonomous equipment. These devices have advantages and represent a notable advance over the current state of the art that will be detailed below.
CAMPO DE APLICACIÓN DE LA INVENCIÓNFIELD OF APPLICATION OF THE INVENTION
La presente invención se enmarca en el campo de tratamiento de superficies metálicas, con relevantes implicaciones en los sectores de la construcción, aeronáutica, industrial, automoción, medicina, sinterizado y muchos otros.The present invention is framed in the field of metal surface treatment, with relevant implications in the construction, aeronautical, industrial, automotive, medical, sintering and many other sectors.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓNBACKGROUND OF THE INVENTION
Actualmente se encuentran en el mercado sistemas de pulido mediante la proyección de partículas abrasivas sobre la superficie a tratar. Las partículas son impulsadas con fuerza hacia la superficie, produciendo un efecto de pulido proporcional a la fuerza de impacto. Los sistemas de pulido mediante la proyección de partículas abrasivas presentan una serie de inconvenientes. Los sistemas de pulido mediante proyección de partículas abrasivas provocan una falta de homogeneidad en la superficie aplicada ya que la abrasión está relacionada con la presión entre la superficie y las partículas. Las partes más expuestas sufren más acción abrasiva, lo que genera una pérdida de definición de vértices y bordes. Esto limita su aplicación en casos que requieren precisión o mantener el filo. Así mismo, los sistemas de pulido mediante proyección de partículas abrasivas provocan inclusiones de las mismas partículas abrasivas en la superficie metálica, reduciendo las propiedades de la superficie en cuanto a durabilidad, resistencia química y a la tracción. También son destacables los riesgos para la salud respiratoria de estos sistemas de pulido mediante proyección de partículas abrasivas que usan partículas abrasivas, tanto por las partículas abrasivas, como por el polvo y micropartículas en suspensión generadas durante el proceso.Polishing systems are currently on the market by projecting abrasive particles onto the surface to be treated. The particles are forcefully pushed to the surface, producing a polishing effect proportional to the impact force. Polishing systems by spraying abrasive particles have a number of drawbacks. Polishing systems by projection of abrasive particles cause an inhomogeneity in the applied surface since the abrasion is related to the pressure between the surface and the particles. The most exposed parts suffer more abrasive action, which generates a loss of definition of vertices and edges. This limits its application in cases that require precision or maintaining sharpness. Likewise, polishing systems by projection of abrasive particles cause inclusions of the same abrasive particles on the metal surface, reducing the properties of the surface in terms of durability, chemical resistance and traction. Also noteworthy are the risks to respiratory health of these polishing systems by projection of abrasive particles that use abrasive particles, both due to abrasive particles, as well as dust and suspended microparticles generated during the process.
Por otro lado, existen los sistemas de electropulido en seco descritos en ES2604830(A1) como un “método para alisar y pulir metales a través del transporte de iones por medio de cuerpos sólidos libres”. Este método se basa en introducir y friccionar la pieza a tratar en un medio compuesto por partículas sólidas capaces de realizar transporte iónico mientras se aplica un potencial eléctrico entre la pieza y un contraelectrodo. Este sistema de electropulido en seco permite obtener superficies con una baja rugosidad y acabados especulares. Además, este sistema no modifica substancialmente los vértices ni aristas en el objeto a pulir. Los sistemas de electropulido en seco presentan varios inconvenientes entre los que destacan; el hecho de que es impracticable cuando se trata de pulir piezas de gran tamaño, como el ala de un avión, y el hecho de que no es posible aplicarlo para tratar elementos inamovibles, como por ejemplo elementos de construcción, entre otros. On the other hand, there are the dry electropolishing systems described in ES2604830 (A1) as a "method for smoothing and polishing metals through the transport of ions by means of free solid bodies". This method is based on introducing and rubbing the part to be treated in a medium composed of solid particles capable of ionic transport while an electric potential is applied between the part and a counter electrode. This dry electropolishing system allows to obtain surfaces with a low roughness and specular finishes. Furthermore, this system does not substantially modify the vertices or edges of the object to be polished. Dry electropolishing systems have several drawbacks, among which are; the fact that it is impractical when it comes to polishing large parts, such as the wing of an airplane, and the fact that it is not possible to apply it to treat immovable elements, such as construction elements, among others.
El dispositivo para el pulido en seco de superficies metálicas mediante la proyección de partículas sólidas eléctricamente activas objeto de la invención supone un notable avance ya que permite aunar los acabados especulares del sistema de electropulido en seco con las ventajas del sistema de pulido mediante proyección de partículas abrasivas, ampliando el campo de aplicación del primero y reduciendo los inconvenientes del segundo. Sin embargo, para llegar a ese objetivo es necesario superar de manera no obvia varios obstáculos presentes como la naturaleza de las partículas sólidas a usar, su compactación o el tipo de corriente eléctrica.The device for the dry polishing of metallic surfaces by means of the projection of electrically active solid particles that is the object of the invention represents a notable advance since it allows to combine the specular finishes of the dry electropolishing system with the advantages of the polishing system by means of projection of particles. abrasives, expanding the field of application of the first and reducing the inconveniences of the second. However, in order to reach this objective, it is necessary to overcome in a non-obvious way several obstacles present, such as the nature of the solid particles to be used, their compaction or the type of electric current.
EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓNEXPLANATION OF THE INVENTION
Los dispositivos para el tratamiento en seco de superficies metálicas mediante proyección de partículas eléctricamente activas poseen una serie de ventajas y características identificadoras que se detallan a continuación.Devices for the dry treatment of metal surfaces by projection of electrically active particles have a series of advantages and identifying characteristics that are detailed below.
El término partículas sólidas eléctricamente activas se refiere en este texto a partículas que pueden ser cargadas eléctricamente, que pueden conducir electricidad o ambas simultáneamente características en cierta medida.The term "solid electrically active particles" refers herein to particles that can be electrically charged, that can conduct electricity, or both simultaneously characteristic to some extent.
El término proyección de partículas se entiende en este texto en el sentido amplio de cualquier método o sistema por el cual las partículas alcanzan la superficie a pulir, independientemente de si la fuerza de impulso ha sido la gravedad, el flujo de un fluido, gas comprimido, fuerzas electroestáticas o la fuerza centrífuga entre otros.The term projection of particles is understood in this text in the broad sense of any method or system by which the particles reach the surface to be polished, regardless of whether the driving force has been gravity, the flow of a fluid, compressed gas , electrostatic forces or centrifugal force among others.
El término fuente eléctrica se entiende en este texto cualquier elemento capaz de entregar energía eléctrica a las partículas sólidas eléctricamente activas. La fuente eléctrica proporciona energía eléctrica a las partículas sólidas. La corriente eléctrica aplicada por la fuente eléctrica puede ser alterna, continua o pulsada. Preferentemente, la fuente eléctrica incluye un sistema que permite controlar el voltaje e intensidad aplicados.The term electrical source is understood in this text as any element capable of delivering electrical energy to electrically active solid particles. Electrical source provides electrical power to solid particles. The electrical current applied by the electrical source can be alternating, continuous or pulsed. Preferably, the electrical source includes a system that allows the applied voltage and intensity to be controlled.
Los dispositivos de esta invención permiten llevar a cabo las siguientes etapas esenciales:The devices of this invention allow the following essential steps to be carried out:
- Contacto de un electrodo de la fuente eléctrica con las partículas sólidas eléctricamente activas.- Contact of an electrode of the electrical source with electrically active solid particles.
- Proyección de las partículas sólidas eléctricamente activas del dispositivo a la superficie metálica- Projection of electrically active solid particles from the device onto the metal surface
- Contacto de las partículas sólidas eléctricamente activas con la superficie metálica- Contact of electrically active solid particles with the metal surface
Los elementos mínimos que definen el dispositivo objeto de la invención son:The minimum elements that define the device object of the invention are:
- Un conjunto de partículas sólidas eléctricamente activas- A set of electrically active solid particles
- Una fuente eléctrica con un electrodo que transmite carga eléctrica a las partículas sólidas eléctricamente activas- An electrical source with an electrode that transmits electrical charge to electrically active solid particles
- Unos medios de proyección de las partículas sólidas eléctricamente activas sobre la superficie metálica a tratar.- A means of projection of the electrically active solid particles on the metallic surface to be treated.
- Una boquilla a través de la cual las partículas sólidas eléctricamente activas salen del dispositivo.- A nozzle through which electrically active solid particles exit the device.
Las interacciones que se da entre estos elementos mínimos son las siguientes. Las partículas eléctricamente activas contactan con un electrodo de la fuente eléctrica y éste les transmite carga eléctrica. Desde el electrodo, las partículas se desplazan hacia la superficie metálica a pulir, donde contactan y transmiten parte de la energía eléctrica. Este contacto genera procesos redox en la superficie metálica produciendo un efecto de pulido. En la Figura 1 se muestra el diseño de un prototipo como ejemplo.The interactions that occur between these minimal elements are as follows. The electrically active particles contact an electrode of the electrical source and this transmits an electrical charge to them. From the electrode, the particles move towards the metal surface to be polished, where they contact and transmit part of the electrical energy. This contact generates redox processes on the metal surface producing a polishing effect. Figure 1 shows the design of a prototype as an example.
Debido a la naturaleza eléctrica del proceso, la superficie a tratar debe ser conductora, preferentemente metálica. Esto incluye superficies de materiales no conductores, como plásticos que han sufrido un proceso de metalizado.Due to the electrical nature of the process, the surface to be treated must be conductive, preferably metallic. This includes surfaces of non-conductive materials, such as plastics that have undergone a metallization process.
La transmisión de la carga eléctrica desde un electrodo a la superficie a pulir mediante un flujo de partículas no está descrita en la literatura según nuestros conocimientos hasta la fecha. Se han conceptualizado tres posibles mecanismos de transmisión de carga eléctrica produciéndose éstos y una variedad de situaciones intermedias o derivadas de éstos simultáneamente:The transmission of the electric charge from an electrode to the surface to be polished by means of a particle flow is not described in the literature to the best of our knowledge to date. Three possible electrical charge transmission mechanisms have been conceptualized, producing these and a variety of intermediate or derived situations simultaneously:
1) por carga neta de las partículas1) by net charge of the particles
2) por conductividad eléctrica por contacto2) by contact electrical conductivity
3) por conductividad eléctrica mediante arcos voltaicos o gas ionizado.3) by electrical conductivity through arcs or ionized gas.
Una representación esquemática de estos mecanismos se puede ver en la Figura 2.A schematic representation of these mechanisms can be seen in Figure 2.
Dependiendo de parámetros controlables del sistema se puede fomentar un mecanismo sobre los otros. Principalmente, estos parámetros son eléctricos, el tipo de partículas, el tipo proyección.Depending on controllable parameters of the system, one mechanism can be promoted over the others. Mainly, these parameters are electrical, the type of particles, the type of projection.
El mecanismo de transmisión de carga eléctrica por partículas con carga neta se favorece en condiciones de baja compactación. En el caso ideal las partículas están aisladas unas de otras, es decir, sin contacto directo entre ellas. La densidad de energía que las partículas pueden transportar, U, se puede calcular a partir de la constante dieléctrica de las partículas £r y el campo eléctrico aplicado E. The mechanism of transmission of electric charge by particles with net charge is favored in low compaction conditions. In the ideal case the particles are isolated from each other, that is, without direct contact between them. The energy density that the particles can transport, U, can be calculated from the dielectric constant of the particles £ r and the applied electric field E.
1 _ 1 _
U = 2 £0£r E¿U = 2 £ 0 £ r E¿
Por ejemplo, experimentalmente se ha probado que unas partículas de gel macroporoso de poliestireno-divinilbenzeno sulfonado conteniendo ácido sulfúrico al 4 %, de diámetro 600 pm presentan una £r = 1.10-108 (medido a 100 Hz) lo que para un campo eléctrico aplicado de 30 kV implica una densidad de energía almacenada de 437 kJ m-1. Estas mismas partículas al ser proyectadas sobre una superficie metálica producen una descarga eléctrica que realiza un trabajo sobre la superficie. Por ejemplo, al ser proyectadas sobre una superficie de acero inoxidable 316 producen un paso de corriente detectable y una modificación de la superficie apreciable.For example, it has been experimentally proven that particles of macroporous polystyrene-divinylbenzene sulfonated gel containing 4% sulfuric acid, with a diameter of 600 pm, present an £ r = 1.10-108 (measured at 100 Hz) which for an applied electric field 30 kV implies a stored energy density of 437 kJ m-1. These same particles, when projected onto a metal surface, produce an electrical discharge that performs work on the surface. For example, when projected onto a 316 stainless steel surface they produce a detectable current flow and an appreciable surface modification.
Este mecanismo se ve favorecido por partículas con una constante dieléctrica alta y voltajes aplicados elevados que permitan una mayor densidad de energía eléctrica almacenada, y una separación de las partículas alta que evite que se descarguen entre ellas.This mechanism is favored by particles with a high dielectric constant and high applied voltages that allow a higher density of stored electrical energy, and a high separation of the particles that prevents them from discharging each other.
El mecanismo de transmisión de carga eléctrica por conductividad eléctrica por contacto se favorece en condiciones en las que se establece un contacto continuo de partículas desde la fuente eléctrica a la superficie a pulir. En este caso se establece una corriente eléctrica directamente a través de las partículas, por eso este mecanismo se ve favorecido por partículas con una conductividad eléctrica elevada y alta compactación del flujo. Este mecanismo produce comparativamente unas intensidades de corriente elevadas, lo que permite un tratamiento de la pieza a mayor velocidad. The mechanism of transmission of electrical charge by electrical conductivity by contact is favored in conditions in which a continuous contact of particles is established from the electrical source to the surface to be polished. In this case, an electric current is established directly through the particles, so this mechanism is favored by particles with high electrical conductivity and high flow compaction. This mechanism produces comparatively high current intensities, which allows the workpiece to be processed at a higher speed.
El mecanismo de transmisión de carga eléctrica por descargas y arcos voltaicos implica la transmisión de carga eléctrica de la fuente eléctrica a la pieza a través de las partículas y del medio entre partículas. Es decir, la transmisión de carga eléctrica tiene lugar, al menos parcialmente, a través de gas ionizado. Existe un abanico de posibilidades que incluyen descargas tipo avalancha y descargas tipo corona.The electrical charge transmission mechanism by discharges and arcs involves the transmission of electrical charge from the electrical source to the part through the particles and the interparticle medium. That is, the transmission of electrical charge takes place, at least partially, through ionized gas. There is a range of possibilities that include avalanche discharges and corona discharges.
Aunque estas descargas se pueden producir electrodo-partícula y partícula-superficie principalmente se producen entre partículas. Esto implica que el medio entre partículas y la distancia entre partículas son parámetro de gran influencia para desencadenar este mecanismo.Although these discharges can occur electrode-particle and particle-surface, they mainly occur between particles. This implies that the medium between particles and the distance between particles are a parameter of great influence to trigger this mechanism.
Para cada tipo y tamaño de partícula hay un rango de distancias entre partículas en las que este mecanismo se desencadena. Aumentar la conductividad del espacio entre partículas aumenta el rango de distancias funcional y permite un mayor margen de maniobra. En una realización preferente se añade un elemento que favorece la conductividad entre las partículas mediante arcos voltaicos. Estos elementos pueden ser, sólidos, líquidos, iones, etc., así como el uso de radiación electromagnética.For each type and size of particle there is a range of distances between particles in which this mechanism is triggered. Increasing the conductivity of the interparticle space increases the range of functional distances and allows greater room for maneuver. In a preferred embodiment, an element is added that promotes conductivity between the particles by means of voltaic arcs. These elements can be solid, liquid, ions, etc., as well as the use of electromagnetic radiation.
En el caso de los elementos líquidos que favorecen la conductividad entre las partículas mediante arcos voltaicos, destacan aquellos que tengan la capacidad de generar microgotas o aerosoles aumentan la conductividad del medio entre partículas. También existen, elementos sólidos que favorecen la conductividad entre las partículas mediante arcos voltaicos que debido a la transmisión eléctrica generen micro- o nano-partículas en suspensión, como, por ejemplo, derivados del carbono tipo fibras de carbono, grafito, o carbono micronizado. Debido al paso de la electricidad estos compuestos de carbono elevan su temperatura y generan volátiles o elementos en suspensión que favorecen la transmisión eléctrica. También es posible la adición de elementos que favorecen la conductividad entre las partículas mediante arcos voltaicos con capacidad de retener líquido electrolítico, como por ejemplo materiales tipo gel, con alguna dimensión notablemente mayor al diámetro medio de las partículas, como por ejemplo barras o cilindros, para hacer de puentes eléctricos.In the case of liquid elements that favor conductivity between the particles by means of voltaic arcs, those that have the capacity to generate microdroplets or aerosols that increase the conductivity of the medium between particles stand out. There are also solid elements that favor conductivity between the particles through voltaic arcs that, due to electrical transmission, generate micro- or nano-particles in suspension, such as, for example, derivatives of carbon such as carbon fibers, graphite, or micronized carbon. Due to the passage of electricity, these carbon compounds raise their temperature and generate volatiles or suspended elements that favor electrical transmission. It is also possible to add elements that favor conductivity between the particles by means of electric arcs with the capacity to retain electrolytic liquid, such as gel-type materials, with some dimension significantly greater than the average diameter of the particles, such as bars or cylinders, to act as electrical bridges.
La generación de iones en el espacio entre partículas aumenta considerablemente la conductividad entre las partículas mediante arcos voltaicos. Es posible generar iones mediante sustancias ionizables y volátiles, como por ejemplo el iodo, o mediante el uso de radiación electromagnética, ionizante o no ionizante. Estos diferentes elementos que aumentan la conductividad del espació entre partículas pueden usarse en combinación entre ellos. Se pueden usar mezclados con las partículas eléctricamente activas, ser añadidas en otro punto para condicionar el medio, o pueden ser incorporadas en las partículas eléctricamente activas. Preferentemente, las partículas pueden retener una cierta cantidad de líquido, en ese caso las vibraciones y fricciones del proceso generan microgotas y aerosoles entre las partículas, lo que modifica la conductividad del sistema. También es posible el uso de ultrasonidos para generar microgotas, o de sistemas nebulizadores. El uso de radiación electromagnética puede aumentar la conductividad el medio. El uso de radiación electromagnética ionizante, es decir ultravioleta, rayos X y rayos y, genera directamente iones en el medio que aumentan la conductividad del conjunto partículas y gas entre ellas. También es posible el uso de radiación electromagnética no ionizante para aumentar la conductividad. Por ejemplo, mediante el uso de radiación microondas es posible generar plasmas desde partículas que aumenten la conductividad del medio.The generation of ions in the interparticle space considerably increases the conductivity between the particles through arcs. Ions can be generated by ionizing and volatile substances, such as iodine, or by using electromagnetic, ionizing or non-ionizing radiation. These different elements that increase the conductivity of the particle spacing can be used in combination with each other. They can be used in admixture with the electrically active particles, added elsewhere to condition the medium, or they can be incorporated into the electrically active particles. Preferably, the particles can retain a certain amount of liquid, in that case the vibrations and frictions of the process generate microdroplets and aerosols between the particles, which modifies the conductivity of the system. It is also possible to use ultrasound to generate microdroplets, or nebulizer systems. The use of electromagnetic radiation can increase the conductivity of the medium. The use of ionizing electromagnetic radiation, that is, ultraviolet, X-rays and rays, directly generates ions in the medium that increase the conductivity of the whole particles and gas between them. The use of non-ionizing electromagnetic radiation to increase conductivity is also possible. For example, by using microwave radiation it is possible to generate plasmas from particles that increase the conductivity of the medium.
Las descargas eléctricas se producen más fácilmente con corriente alterna que con corriente continua. Per ejemplo, experimentalmente se aprecian arcos voltaicos visibles con corriente continua a partir de 25 kV. Electric shocks occur more easily with alternating current than with direct current. For example, experimentally visible arcs are seen with direct current from 25 kV.
En idénticas condiciones usando corriente alterna a 50 Hz se observan arcos voltaicos a un voltaje un orden de magnitud inferior, de 2 kV.Under identical conditions using alternating current at 50 Hz, arcs are observed at a voltage an order of magnitude lower, of 2 kV.
Para mantener un flujo de corriente estable con unos arcos tipo corona, se puede aumentar la frecuencia de la corriente alterna, incluso varios órdenes de magnitud, trabajar con voltajes del orden de kilovoltios, así como reducir la presión del medio.To maintain a stable current flow with corona arcs, you can increase the frequency of the alternating current, even several orders of magnitude, work with voltages of the order of kilovolts, as well as reduce the pressure of the medium.
La fuente eléctrica proporciona energía eléctrica a las partículas sólidas. La corriente eléctrica aplicada por la fuente eléctrica puede ser alterna, continua o pulsada. Preferentemente, la fuente eléctrica incluye un sistema que permite controlar el voltaje e intensidad aplicados. La corriente continua es la que produce unos efectos sobre la superficie más rápidos, por eso en sistemas de partículas/superficie que no acumulan residuos durante el proceso, es la opción preferente. Si el sistema con corriente continua produce acumulaciones superficiales, es posible mejorar los resultados usando corriente que contenga inversiones de polaridad. La manera más asequible de obtener corriente con inversiones de polaridad es usar corriente alterna. Esta se puede usar directamente o rectificada mediante diodos u otros elementos electroactivos. Una alternativa preferente es el uso de una fuente de eléctrica de corriente pulsada que permita controlar los parámetros de pulsos aplicados, como por ejemplo voltajes positivo y negativo, duración de pulsos positivo y negativo, duración de pausas, etc.The electrical source provides electrical energy to the solid particles. The electrical current applied by the electrical source can be alternating, continuous or pulsed. Preferably, the electrical source includes a system that allows the applied voltage and intensity to be controlled. Direct current is the one that produces the fastest effects on the surface, so in particle / surface systems that do not accumulate residues during the process, it is the preferred option. If the system with direct current produces superficial accumulations, it is possible to improve the results by using current that contains polarity reversals. The most affordable way to obtain current with reversals of polarity is to use alternating current. This can be used directly or rectified by diodes or other electroactive elements. A preferred alternative is the use of a pulsed current electrical source that allows control of the applied pulse parameters, such as positive and negative voltages, duration of positive and negative pulses, duration of pauses, etc.
Los parámetros eléctricos aplicados por la fuente eléctrica determinan los efectos de las partículas sobre la superficie. La diferencia de potencial aplicada para producir efectos de pulido está en un amplio rango de 1 V a 50 kV y es un aspecto que determina el mecanismo de transmisión eléctrica. La corriente aplicada al electrodo puede ser continua, alterna o pulsada. Por ejemplo, una fuente de corriente continua a 30 kV, con una proyección pulsada y no compacta de partículas por gravedad, a una distancia de 18 cm entre electrodo y superficie a pulir produce efectos de pulido sobre la superficie metálica. Como por ejemplo también, una fuente de corriente continua a 30 V, con una proyección de partículas por gravedad compacta y continua, a una distancia de 2 cm entre electrodo y superficie a pulir produce efectos de pulido sobre la superficie metálica. Como por ejemplo también, una fuente de corriente alterna de 50 Hz a 2 kV, con una proyección pulsada y no compacta de partículas por gravedad e impulsadas por aire a 5 bar, a una distancia de 18 cm entre electrodo y superficie a pulir produce arcos eléctricos visibles y efectos de pulido sobre la superficie metálica. Es posible atribuir de manera cualitativa a cada uno de estos ejemplos una mayor proporción relativa de cada uno de los mecanismos de transmisión de carga eléctrica anteriormente explicados.The electrical parameters applied by the electrical source determine the effects of the particles on the surface. The applied potential difference to produce polishing effects is in a wide range from 1 V to 50 kV and is an aspect that determines the electrical transmission mechanism. The current applied to the electrode can be direct, alternating or pulsed. For example, a 30 kV direct current source, with a pulsed and non-compact projection of Gravity particles, at a distance of 18 cm between electrode and surface to be polished, produces polishing effects on the metallic surface. As for example also, a source of direct current at 30 V, with a compact and continuous projection of particles by gravity, at a distance of 2 cm between electrode and surface to be polished produces polishing effects on the metallic surface. As for example, a source of alternating current of 50 Hz at 2 kV, with a pulsed and non-compact projection of particles by gravity and driven by air at 5 bar, at a distance of 18 cm between electrode and surface to be polished produces arcs Visible electrical and polishing effects on the metal surface. It is possible to qualitatively attribute to each of these examples a greater relative proportion of each of the electric charge transmission mechanisms previously explained.
El electrodo es un elemento conductor conectado eléctricamente a la fuente eléctrica con el que contactan las partículas antes de salir proyectadas hacia la superficie a tratar. La forma del electrodo de salida depende de la aplicación o superficie a tratar. En general, se busca maximizar el área de contacto de las partículas con el electrodo en los instantes previos a la proyección. Por ejemplo, un tubo por el que circulan las partículas está conectado a un electrodo de salida metálico, por ejemplo de cobre, en forma de cilindro que se estrecha. Como por ejemplo también, para tratar planchas o superficies relativamente planas, el electrodo de salida puede ser un sistema “cortina” de aplicación de las partículas, es decir, una ranura de salida lineal. En una realización preferente el electrodo consiste en la boquilla.The electrode is a conductive element electrically connected to the electrical source with which the particles contact before being projected onto the surface to be treated. The shape of the output electrode depends on the application or surface to be treated. In general, the aim is to maximize the contact area of the particles with the electrode in the moments prior to projection. For example, a tube through which the particles circulate is connected to a metallic exit electrode, for example made of copper, in the shape of a narrowing cylinder. As for example also, to treat plates or relatively flat surfaces, the exit electrode can be a "curtain" system for applying the particles, that is, a linear exit slot. In a preferred embodiment the electrode consists of the nozzle.
Las partículas sólidas eléctricamente activas pueden transmitir carga eléctrica desde la fuente eléctrica a la superficie metálica a tratar. Preferentemente, las partículas sólidas pueden retener líquido. Este líquido retenido puede disolver en parte los óxidos y sales formados debido al paso de corriente eléctrica, lo que mejora la limpieza de la superficie. Preferentemente, las partículas sólidas eléctricamente activas están fabricadas en un gel de polímero, ya que ofrece un compromiso entre integridad física y capacidad de retener líquido en su estructura. Preferentemente, las partículas eléctricamente activas son de gel de poliestireno-divinilbenzeno sulfonado porque favorecen el proceso debido a su capacidad de reversible de retener iones metálicos disueltos. Preferentemente, el líquido retenido en las partículas eléctricamente activas es una solución acuosa ácida ya que la mayoría de óxidos, hidróxidos y sales metálicos son más solubles en medio ácido. Preferentemente, la solución acuosa ácida incluye uno o más ácidos fuertes (pKa < 2) debido a su mayor disociación aumentan la transmisión eléctrica a la vez que mejoran la solubilidad de óxidos, hidróxidos y sales metálicos, lo que resulta en una mayor limpieza superficial.Solid electrically active particles can transmit electrical charge from the electrical source to the metal surface to be treated. Preferably, the solid particles can retain liquid. This retained liquid can partially dissolve the oxides and salts formed due to the passage of electric current, which improves the cleaning of the surface. Preferably, the electrically active solid particles are made of a polymer gel, since it offers a compromise between physical integrity and the ability to retain liquid in its structure. Preferably, the electrically active particles are made of sulfonated polystyrene-divinylbenzene gel because they favor the process due to their reversible ability to retain dissolved metal ions. Preferably, the liquid retained in the electrically active particles is an acidic aqueous solution since most metal oxides, hydroxides and salts are more soluble in an acid medium. Preferably, the acidic aqueous solution includes one or more strong acids (pKa <2) due to their greater dissociation, increasing electrical transmission while improving the solubility of metal oxides, hydroxides and salts, resulting in greater surface cleaning.
El proceso de transmisión de carga eléctrica puede generar una reacción redox en la superficie metálica, lo que puede generar la formación de óxidos metálicos en la superficie. Para un buen acabado superficial es crucial la eliminación controlada de los óxidos formados. Estos óxidos superficiales se pueden eliminar, por ejemplo, mediante una acción abrasiva o mediante una acción disolutiva.The electric charge transmission process can generate a redox reaction on the metal surface, which can lead to the formation of metal oxides on the surface. Controlled removal of the oxides formed is crucial for a good surface finish. These surface oxides can be removed, for example, by abrasive action or by dissolving action.
La eliminación de los óxidos metálicos en la superficie mediante una acción abrasiva puede producirse por la acción de las mismas partículas eléctricamente activas que actúan como partículas abrasivas. También se pueden eliminar los óxidos por la acción de partículas abrasivas no eléctricamente activas. La acción de las partículas abrasivas puede llevarse a cabo de manera simultánea (se proyectan a la vez partículas abrasivas y partícula no abrasivas) o de manera consecutiva a la acción de las partículas eléctricamente activas. Con esta configuración se trataría de un proceso novedoso de electropulido en seco combinado con un proceso abrasivo tipo arenado. The removal of metal oxides on the surface by an abrasive action can occur by the action of the same electrically active particles that act as abrasive particles. Oxides can also be removed by the action of non-electrically active abrasive particles. The action of the abrasive particles can be carried out simultaneously (abrasive particles and non-abrasive particles are projected at the same time) or consecutively to the action of the electrically active particles. With this configuration, it would be a novel dry electropolishing process combined with an abrasive sandblasting process.
Alternativamente o complementariamente, la eliminación de los óxidos superficiales se puede llevar a cabo mediante una acción disolutiva. La acción disolutiva puede llevarse a cabo por un líquido libre o por líquido retenido en las partículas. Preferentemente la acción disolutiva es llevada a cabo por líquido retenido en las partículas eléctricamente activas para producir la disolución de los óxidos en la misma etapa que su formación.Alternatively or in addition, the removal of the surface oxides can be carried out by means of a dissolving action. The dissolving action can be carried out by a free liquid or by liquid retained in the particles. Preferably the dissolving action is carried out by liquid retained in the electrically active particles to produce the dissolution of the oxides in the same stage as their formation.
La proyección de partículas sobre la superficie metálica requiere una fuerza de impulso. En la versión más simple, este impulso es la fuerza de la gravedad.The projection of particles on the metal surface requires an impulse force. In the simplest version, this impulse is the force of gravity.
Preferentemente, este impulso es otorgado por un elemento controlable. Este elemento controlable es preferentemente el impulso de un gas comprimido. El uso de un gas a presión permite controlar la velocidad y la presión de contacto partícula-superficie, así como tener control sobre el flujo y compactación de las partículas.Preferably, this impulse is delivered by a controllable element. This controllable element is preferably the impulse of a compressed gas. The use of a pressurized gas allows to control the speed and the particle-surface contact pressure, as well as to have control over the flow and compaction of the particles.
En una realización alternativa, las partículas se proyectan sobre la superficie metálica mediante el impulso de una turbina que impulse las partículas mediante la fuerza centrifuga.In an alternative embodiment, the particles are projected onto the metal surface by the impulse of a turbine that propels the particles by centrifugal force.
En una realización alternativa, las partículas se proyectan sobre la superficie metálica de manera discontinua mediante el impulso de un sistema de biela-manivela. Esto permite una proyección de las partículas de manera discontinua con un sistema altamente configurable en cuanto a velocidad y volumen de cada proyección.In an alternative embodiment, the particles are projected onto the metal surface in a discontinuous manner by the impulse of a connecting rod-crank system. This allows a projection of the particles in a discontinuous manner with a highly configurable system in terms of speed and volume of each projection.
En una realización alternativa, las partículas se proyectan sobre la superficie metálica de manera continua mediante el impulso de un sistema de tornillo sin fin. Esto permite crear un flujo continuo y compacto de partículas, favoreciendo el mecanismo de transmisión eléctrica por contacto.In an alternative embodiment, the particles are projected onto the metal surface continuously by the impulse of an endless screw system. This allows you to create a continuous flow and compact of particles, favoring the mechanism of electrical transmission by contact.
El flujo de salida de las partículas por la boquilla se puede controlar mediante válvulas y temporizadores para hacerlo continuo o pulsado.The outflow of the particles through the nozzle can be controlled by valves and timers to make it continuous or pulsed.
La forma de la proyección de las partículas sobre la superficie se puede adaptar a las necesidades de la pieza a pulir. Por ejemplo, en caso de querer procesar una superficie plana dentro de una cadena de fabricación se puede utilizar una boquilla que permite la proyección de partículas en forma de cortina sobre la superficie que permite cubrir todo el ancho de la superficie de la pieza que se mueve bajo la cortina.The shape of the projection of the particles on the surface can be adapted to the needs of the piece to be polished. For example, if you want to process a flat surface within a manufacturing chain, you can use a nozzle that allows the projection of particles in the form of a curtain on the surface that allows you to cover the entire width of the surface of the moving part. under the curtain.
En una realización alternativa, la proyección se puede llevar a cabo usando una boquilla en forma de manguera de aplicación por la que saldrían las partículas impulsadas. Estas mangueras de aplicación pueden ser configurables por ejemplo en cuanto a dirección o tamaño del agujero de salida. Estas mangueras pueden moverse de manera automatizada por ejemplo dentro de una cabina de proyección, o bien pueden ser usadas manualmente contra la superficie a pulir. En caso de que la proyección de las partículas se produzca mediante gas comprimido, estás mangueras pueden incorporar en su tramo final un elemento disipador de aire en el punto de entrega de las partículas para compactar las partículas y mantener una conductividad alta.In an alternative embodiment, the projection can be carried out using a nozzle in the form of an application hose through which the propelled particles would exit. These application hoses can be configurable for example in terms of direction or size of the outlet hole. These hoses can be moved in an automated way, for example inside a spray booth, or they can be used manually against the surface to be polished. In the event that the projection of the particles is produced by compressed gas, these hoses can incorporate in their final section an air dissipative element at the point of delivery of the particles to compact the particles and maintain a high conductivity.
El flujo de salida de las partículas por la boquilla se puede controlar mediante válvulas y temporizadores para hacerlo continuo o pulsado.The outflow of the particles through the nozzle can be controlled by valves and timers to make it continuous or pulsed.
La forma de la proyección de las partículas sobre la superficie se puede adaptar a las necesidades de la pieza a pulir. Por ejemplo, en caso de querer procesar una superficie plana dentro de una cadena de fabricación se puede utilizar una boquilla que permite la proyección de partículas en forma de cortina sobre la superficie que permite cubrir todo el ancho de la superficie de la pieza que se mueve bajo la cortina.The shape of the projection of the particles on the surface can be adapted to the needs of the piece to be polished. For example, if you want to process a flat surface within a manufacturing chain, you can use a nozzle that allows the projection of curtain-shaped particles on the surface that allows to cover the entire width of the surface of the part that moves under the curtain.
En una realización alternativa, la proyección se puede llevar a cabo usando una boquilla en forma de manguera de aplicación por la que saldrían las partículas impulsadas. Estas mangueras de aplicación pueden son configurables por ejemplo en cuanto a dirección o tamaño del agujero de salida. Estas mangueras pueden moverse de manera automatizada por ejemplo dentro de una cabina de proyección, o bien pueden ser usadas manualmente contra la superficie a pulir. En caso de que la proyección de las partículas se produzca mediante gas comprimido, estás mangueras pueden incorporar en su tramo final un elemento disipador de aire en el punto de entrega de las partículas para compactar las partículas y mantener una conductividad alta.In an alternative embodiment, the projection can be carried out using a nozzle in the form of an application hose through which the propelled particles would exit. These application hoses can be configurable for example in terms of direction or size of the outlet hole. These hoses can be moved in an automated way, for example inside a spray booth, or they can be used manually against the surface to be polished. In the event that the projection of the particles is produced by compressed gas, these hoses can incorporate in their final section an air dissipative element at the point of delivery of the particles to compact the particles and maintain a high conductivity.
La superficie a tratar puede estar aislada, estar conectada a una toma de tierra o a la fuente eléctrica. Preferentemente la superficie a tratar está conectada a la fuente eléctrica mediante un electrodo de la fuente eléctrica. De este modo se obtiene un mayor control de la diferencia de potencial aplicado y es posible medir la corriente de paso entre el electrodo de salida de las partículas y la superficie a tratar.The surface to be treated can be insulated, be connected to an earth connection or to the electrical source. Preferably the surface to be treated is connected to the electrical source by means of an electrode of the electrical source. In this way, greater control of the applied potential difference is obtained and it is possible to measure the flow current between the particle exit electrode and the surface to be treated.
La superficie a tratar debe ser conductora. Preferentemente la superficie a tratar es metálica. Esto incluye piezas de materiales plásticos con una superficie que ha sido metalizada. Los metales y aleaciones que se pueden tratar incluyen, pero no se limitan, a todo tipo de hierros y aceros, aleaciones cromo-cobalto, níquel y aleaciones de níquel, como nitinol, zinc y aleaciones de zinc, como Zamak, aluminio y aleaciones, titanio y aleaciones, cobre y aleaciones, carburo de tungsteno, etc. The surface to be treated must be conductive. Preferably the surface to be treated is metallic. This includes parts made of plastic materials with a surface that has been metallized. Metals and alloys that can be treated include, but are not limited to, all types of irons and steels, chrome-cobalt alloys, nickel and nickel alloys, such as nitinol, zinc and zinc alloys, such as Zamak, aluminum and alloys, titanium and alloys, copper and alloys, tungsten carbide, etc.
La versatilidad de este sistema hace que se puedan tratar grandes superficies planas, piezas de grandes dimensiones, superficies que sean inamovibles, como estructuras de la construcción, etc.The versatility of this system makes it possible to treat large flat surfaces, large pieces, surfaces that are immovable, such as construction structures, etc.
Los parámetros eléctricos aplicados por la fuente eléctrica determinan los efectos de las partículas sobre la superficie. La diferencia de potencial aplicada para producir efectos de pulido está en un amplio rango de 1 V a 50 kV y es un aspecto que determina el mecanismo de transmisión eléctrica. La corriente aplicada al electrodo puede ser continua, alterna o pulsada. Por ejemplo, una fuente de corriente continua a 30 kV, con una proyección pulsada y no compacta de partículas por gravedad, a una distancia de 18 cm entre electrodo y superficie a pulir produce efectos de pulido sobre la superficie metálica. Como por ejemplo también, una fuente de corriente continua a 30 V, con una proyección de partículas por gravedad compacta y continua, a una distancia de 2 cm entre electrodo y superficie a pulir produce efectos de pulido sobre la superficie metálica. Como por ejemplo también, una fuente de corriente alterna de 50 Hz a 2 kV, con una proyección pulsada y no compacta de partículas por gravedad e impulsadas por aire a 5 bar, a una distancia de 18 cm entre electrodo y superficie a pulir produce arcos eléctricos visibles y efectos de pulido sobre la superficie metálica. Es posible atribuir de manera cualitativa a cada uno de estos ejemplos una mayor proporción relativa de cada uno de los mecanismos de transmisión de carga eléctrica anteriormente explicados.The electrical parameters applied by the electrical source determine the effects of the particles on the surface. The applied potential difference to produce polishing effects is in a wide range from 1 V to 50 kV and is an aspect that determines the electrical transmission mechanism. The current applied to the electrode can be direct, alternating or pulsed. For example, a 30 kV direct current source, with a pulsed and non-compact projection of particles by gravity, at a distance of 18 cm between the electrode and the surface to be polished, produces polishing effects on the metallic surface. As for example also, a source of direct current at 30 V, with a compact and continuous projection of particles by gravity, at a distance of 2 cm between electrode and surface to be polished produces polishing effects on the metallic surface. As for example also, a source of alternating current of 50 Hz at 2 kV, with a pulsed and non-compact projection of particles by gravity and propelled by air at 5 bar, at a distance of 18 cm between electrode and surface to be polished produces arcs Visible electrical and polishing effects on the metal surface. It is possible to qualitatively attribute to each of these examples a greater relative proportion of each of the electric charge transmission mechanisms previously explained.
Las partículas sólidas eléctricamente activas pueden transmitir carga eléctrica desde la fuente eléctrica a la superficie metálica a tratar. Preferentemente, las partículas sólidas pueden retener líquido. Este líquido retenido puede disolver en parte los óxidos y sales formados debido al paso de corriente eléctrica, lo que mejora la limpieza de la superficie. Preferentemente, las partículas sólidas eléctricamente activas están fabricadas en un gel de polímero, ya que ofrece un compromiso entre integridad física y capacidad de retener líquido en su estructura. Preferentemente, las partículas eléctricamente activas son de gel de poliestireno-divinilbenzeno sulfonado porque favorecen el proceso debido a su capacidad de reversible de retener iones metálicos disueltos. Preferentemente, el líquido retenido en las partículas eléctricamente activas es una solución acuosa ácida ya que la mayoría de óxidos, hidróxidos y sales metálicos son más solubles en medio ácido. Preferentemente, la solución acuosa ácida incluye uno o más ácidos fuertes (pKa < 2) debido a su mayor disociación aumentan la transmisión eléctrica a la vez que mejoran la solubilidad de óxidos, hidróxidos y sales metálicos, lo que resulta en una mayor limpieza superficial.Solid electrically active particles can transmit electrical charge from the electrical source to the metal surface to be treated. Preferably, the solid particles can retain liquid. This retained liquid can partially dissolve the oxides and salts formed due to the passage of electric current, which improves the cleaning of the surface. Preferably, the electrically active solid particles are made of a polymer gel, as it offers a compromise between physical integrity and the ability to retain liquid in its structure. Preferably, the electrically active particles are made of sulfonated polystyrene-divinylbenzene gel because they favor the process due to their reversible ability to retain dissolved metal ions. Preferably, the liquid retained in the electrically active particles is an acidic aqueous solution since most metal oxides, hydroxides and salts are more soluble in an acid medium. Preferably, the acidic aqueous solution includes one or more strong acids ( pK a <2) due to their greater dissociation increase electrical transmission while improving the solubility of metal oxides, hydroxides and salts, resulting in greater surface cleaning .
Otros elementos que mejoran el funcionamiento de la invención son:Other elements that improve the operation of the invention are:
- Un depósito previo de entrega de partículas.- A previous deposit for the delivery of particles.
- Un colector de recogida de las partículas. El colector y el depósito previo pueden ser el mismo elemento.- A collector for collecting the particles. The collector and the pre-tank can be the same element.
- Un sistema de recirculación de partículas del colector al depósito de entrega, en caso que no sean el mismo elemento.- A system of recirculation of particles from the collector to the delivery tank, in case they are not the same element.
- Vibradores en los puntos de almacenaje o circulación de las partículas para facilitar su transporte, así como transmitiendo vibración a la superficie a tratar.- Vibrators at the points of storage or circulation of the particles to facilitate their transport, as well as transmitting vibration to the surface to be treated.
Preferentemente, el dispositivo comprende un depósito de entrega de partículas sólidas previo al contacto eléctrico y a la proyección. Este depósito asegura la entrega de partículas al sistema de manera constante y evita momentos de parada.Preferably, the device comprises a deposit for the delivery of solid particles prior to electrical contact and projection. This deposit ensures the delivery of particles to the system in a constant way and avoids downtime.
Preferentemente, el dispositivo comprende un colector de recogida de partículas sólidas una vez estas han impactado contra la superficie a pulir. Este colector está diseñado para cada realización de manera específica y puede adoptar varias conformaciones, como puede verse en los ejemplos. Este elemento evita la dispersión de partículas por doquier y a la vez permite la recirculación de partículas.Preferably, the device comprises a collector for collecting solid particles once they have impacted against the surface to be polished. This collector is designed for each embodiment so specific and can adopt various conformations, as can be seen in the examples. This element prevents the dispersion of particles everywhere and at the same time allows the recirculation of particles.
En las realizaciones que así lo permitan, preferentemente el depósito de entrega y el colector de recogida son el mismo elemento. Esto permite simplificar el diseño del dispositivo y evitar redundancia de elementos, lo que resulta en menores costes pero manteniendo la misma funcionalidad.In the embodiments that allow it, preferably the delivery tank and the collection manifold are the same element. This allows to simplify the design of the device and avoid redundancy of elements, which results in lower costs while maintaining the same functionality.
En caso de que el depósito de entrega y el colector de recogida no sean el mismo elemento, puede existir un sistema de recirculación de partículas entre el colector de recogida y el depósito de entrega de partículas sólidas. Este sistema permite la reutilización de partículas de manera automática, evitando así el esfuerzo humano necesario y mejorando en grado de automatización.In case the delivery tank and the collection manifold are not the same element, there may be a particle recirculation system between the collection manifold and the solid particle delivery tank. This system allows the reuse of particles automatically, thus avoiding the necessary human effort and improving the degree of automation.
El dispositivo comprende, preferentemente, un vibrador o vibradores que hacen vibrar las partículas para facilitar su movimiento. Dicho vibrador puede estar situado preferentemente en el depósito de entrega y/o en el colector de recogida. El movimiento de un material granular como son las partículas usadas en este proceso puede formar bloqueos mediante arcos. El uso de vibradores en los depósitos y tubos de circulación reduce notablemente la formación de arcos lo que evita bloqueos en los puntos de circulación.The device preferably comprises a vibrator or vibrators that vibrate the particles to facilitate their movement. Said vibrator can preferably be located in the delivery tank and / or in the collection manifold. The movement of a granular material such as the particles used in this process can form arcing blockages. The use of vibrators in the tanks and circulation tubes notably reduces the formation of arches, which avoids blockages at the circulation points.
Consecuentemente se identifican las siguientes etapas que mejoran el método objeto de la invención son:Consequently, the following steps are identified that improve the method object of the invention are:
- Recirculación de partículas del colector de recogida al depósito de entrega, en caso que no sean el mismo elemento.- Recirculation of particles from the collection collector to the delivery tank, if they are not the same element.
- Vibración de las partículas sólidas eléctricamente activas - Vibration of electrically active solid particles
Esta tecnología novedosa se concibe con una gran variedad posible de aplicaciones finales. A modo de ejemplo y sin propósitos de limitación se presentan algunas de las posibles aplicaciones. Una aplicación es en unidades individuales de pulido para pulir grandes partes estructurales, como podría ser el ala de un avión para mejorar su aerodinámica. Una aplicación final es su uso en procesos continuos en línea para tratar superficies metálicas después de su producción o como paso previo a otros tratamientos.This novel technology is conceived with a wide possible variety of end applications. By way of example and without limitation purposes, some of the possible applications are presented. One application is in individual polishing units to polish large structural parts, such as an airplane wing to improve its aerodynamics. A final application is its use in continuous in-line processes to treat metal surfaces after production or as a step prior to other treatments.
Otra aplicación final es en dispositivos portátiles autónomos de pulido.Another end application is in self-contained portable polishing devices.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOSDESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Figura 1. Diseño ejemplar del dispositivo que ejecuta el método de pulido objeto de la invención.Figure 1. Exemplary design of the device that executes the polishing method object of the invention.
Figura 2A. Esquemas del mecanismo de transmisión de la electricidad entre la fuente eléctrica y la superficie metálica mediante carga neta de las partículas.Figure 2A. Diagrams of the mechanism of electricity transmission between the electrical source and the metal surface by means of the net charge of the particles.
Figura 2B. Esquemas del mecanismo de transmisión de la electricidad entre la fuente eléctrica y la superficie metálica mediante conductividad eléctrica por contacto.Figure 2B. Diagrams of the mechanism of transmission of electricity between the electrical source and the metal surface through contact electrical conductivity.
Figura 3C. Esquemas del mecanismo de transmisión de la electricidad entre la fuente eléctrica y la superficie metálica mediante conductividad eléctrica mediante arcos voltaicos.Figure 3C. Diagrams of the mechanism of transmission of electricity between the electrical source and the metal surface by electrical conductivity through voltaic arcs.
Figura 3. Esquema de un dispositivo para el tratamiento de superficies en líneaFigure 3. Schematic of a device for in-line surface treatment
Figura 4. Esquema de un dispositivo portátil para el tratamiento de superficiesFigure 4. Scheme of a portable device for surface treatment
Figura 5. Esquema de un dispositivo con cabina para el tratamiento de superficiesFigure 5. Scheme of a device with a booth for surface treatment
REALIZACIONES PREFERENTES DE LA INVENCIÓN PREFERRED EMBODIMENTS OF THE INVENTION
A continuación se presentan varios casos ejemplares sin propósito de limitación.Below are several exemplary cases without any purpose of limitation.
Realización 1Embodiment 1
El dispositivo consta de un depósito de entrega (7) de partículas (9) cuya salida está conectada a un tubo de cobre que actúa como electrodo (3), a su vez conectado a una fuente eléctrica (2). Las partículas (9) caen por gravedad de manera continua hasta la superficie a tratar (1), que está conectada a la fuente eléctrica (2) a través del contra-electrodo. Las partículas (9) caen, previo contacto con la pieza, a un colector de recogida (6) para su posterior recirculación mediante un sistema de recirculación (5). Tanto el depósito de entrega (7) de partículas como el colector de recogida (6) disponen de un vibrador (8) Una representación esquemática se encuentra en las Figura 1.The device consists of a delivery tank (7) of particles (9) whose outlet is connected to a copper tube that acts as an electrode (3), in turn connected to an electrical source (2). The particles (9) fall continuously by gravity to the surface to be treated (1), which is connected to the electrical source (2) through the counter-electrode. The particles (9) fall, after contact with the piece, to a collection collector (6) for subsequent recirculation by means of a recirculation system (5). Both the particle delivery tank (7) and the collection collector (6) have a vibrator (8). A schematic representation is found in Figure 1.
En un caso ejemplar, las partículas (9) usadas son partículas de gel macroporoso de poliestireno-divinilbenzeno sulfonado cargadas con una solución de electrolito que contiene ácido sulfúrico al 4 %. Este prototipo se ha probado con diferentes tipos de corriente eléctrica: continua de 1 a 60 V; alterna de 50 Hz a 50000 Hz de 0 a 220 V.In an exemplary case, the particles (9) used are macroporous polystyrene-divinylbenzene sulfonated gel particles charged with an electrolyte solution containing 4% sulfuric acid. This prototype has been tested with different types of electrical current: direct from 1 to 60 V; AC 50 Hz to 50,000 Hz 0 to 220 V.
Con estos parámetros se ha probado el método de pulido para el tratamiento de una superficie de acero 316 con diferentes tipos de corriente eléctrica: continúa hasta 35 kV, alterna a 50 Hz hasta 15 kV.With these parameters, the polishing method has been tested for treating a 316 steel surface with different types of electrical current: continuous up to 35 kV, alternating at 50 Hz up to 15 kV.
Los resultados de corriente continua muestran un comportamiento lineal de la intensidad respecto a la diferencia de potencial. Se observa que después de un tratamiento de 5 min efectivos a 30 kV hay una reducción de la Ra de 0.37 a 0.34 pm en la zona más expuesta al flujo de partículas. The direct current results show a linear behavior of the intensity with respect to the potential difference. It is observed that after a treatment of 5 effective min at 30 kV there is a reduction of R a from 0.37 to 0.34 pm in the area most exposed to the flow of particles.
Los resultados usando corriente alterna a 50 Hz muestran un comportamiento lineal en el rango de 0 a 5 kV. Aumentar el voltaje a partir de este punto no produce un incremento de la intensidad proporcional. Este efecto claramente indica un cambio de mecanismo en la transmisión de la carga eléctrica.The results using alternating current at 50 Hz show a linear behavior in the range of 0 to 5 kV. Increasing the voltage from this point does not produce a proportional increase in intensity. This effect clearly indicates a change of mechanism in the transmission of electric charge.
Dispositivo para el tratamiento de superficies en líneaDevice for in-line surface treatment
Consiste en un dispositivo para el tratamiento de superficies en línea. Una representación esquemática se encuentra en las Figura 3. En este ejemplo, sin propósito de limitación, está diseñado para tratar planchas metálicas. El dispositivo incluye una fuente eléctrica (3), un sistema “cortina” de aplicación de las partículas (9), un sistema transportador de la plancha a tratar y un sistema de recirculación (5) que recoge de las partículas y las las deposita en el depósito de entrega (7).It consists of a device for in-line surface treatment. A schematic representation is found in Figure 3. In this example, without the purpose of limitation, it is designed to treat sheet metal. The device includes an electrical source (3), a "curtain" system for applying the particles (9), a conveyor system for the plate to be treated and a recirculation system (5) that collects the particles and deposits them in the delivery depot (7).
La plancha metálica a tratar se encuentra en una cinta transportadora provista de vibración y conectada a la fuente eléctrica. En un punto del recorrido de la cinta transportadora hay un proyector de partículas (9) tipo cortina. El aplicador lineal produce una proyección lineal de partículas (9) sobre la superficie a tratar (1) que cubre todo el ancho de la plancha que se quiere a tratar. La plancha se desplaza a través de la cortina de partículas a una velocidad adecuada que proporcione el tiempo de tratamiento para obtener los acabados deseados. El proyector de partículas tipo cortina incluye un vibrador (8) para facilitar el flujo de las partículas. En la rendija de salida de las partículas hay un elemento metálico, conectado al polo negativo de la fuente de alimentación que hace las veces de electrodo (3). Las partículas contactan con este electrodo (3) antes de llegar a la superficie a tratare (1). Cerca del punto de contacto se aplica un sistema de recirculación (5) que aspira las partículas después de haber contactado con la superficie y las deposita en el depósito de entrega (7). The metal plate to be treated is located on a conveyor belt provided with vibration and connected to the electrical source. At one point along the conveyor belt there is a curtain-type particle projector (9). The linear applicator produces a linear projection of particles (9) on the surface to be treated (1) that covers the entire width of the plate to be treated. The plate moves through the particle curtain at an adequate speed that provides the treatment time to obtain the desired finishes. The curtain type particle projector includes a vibrator (8) to facilitate the flow of the particles. In the exit slot of the particles there is a metallic element, connected to the negative pole of the power supply that acts as an electrode (3). The particles contact this electrode (3) before reaching the surface to be treated (1). Near the point of contact, a recirculation system (5) is applied that sucks the particles after having contacted the surface and deposits them in the delivery tank (7).
Dispositivo portátil para el tratamiento de superficiesPortable device for surface treatment
Consiste en un dispositivo portátil para el tratamiento de superficies (1). Una representación esquemática se encuentra en la Figura 4. Este dispositivo facilita su trasporte conjunto, como, por ejemplo, con ruedas. El dispositivo incluye un compresor y un depósito de aire comprimido, una fuente eléctrica (2), un depósito de entrega (7) de partículas y un sistema de recirculación (5).It consists of a portable device for surface treatment (1). A schematic representation is found in Figure 4. This device facilitates its joint transport, such as, for example, with wheels. The device includes a compressor and a compressed air tank, an electrical source (2), a particle delivery tank (7) and a recirculation system (5).
El dispositivo puede ir conectado a una toma de corriente, alternativamente puede incluir un acumulador eléctrico suficiente que proporcione la energía. El depósito de entrega (7) partículas (9) en su parte inferior tiene una salida hacia la manguera de entrega de partículas, el depósito puede estar provisto de un vibrador (8) para facilitar el flujo de partículas (9). Las partículas (9) son propulsadas a través de la manguera de aplicación mediante aire comprimido bar proveniente del compresor. La presión necesaria depende de la longitud y colocación de la manguera de aplicación, una presión entre 3 y 10 bar proporciona buenos resultados. La manguera de aplicación acaba en un difusor que permite la salida de parte del aire, forzando la compactación de las partículas (9). La salida de las partículas se produce a través de, o en contacto con, un electrodo (3), que puede ser un elemento de, por ejemplo, cobre, acero inoxidable 316 o de titanio iridiado, conectado a la fuente eléctrica (2), preferentemente al polo positivo, preferentemente con un amperímetro para el seguimiento de la intensidad. El electrodo (3) de aplicación se sitúa a una distancia de entre 0.5 y 10 cm de la superficie, de tal modo que entre el electrodo y la superficie haya un flujo de partículas para producir un paso de corriente. La parte final de la salida de las partículas va incluida dentro de un colector de recogida (6) que se encuentra muy próximo o en contacto con la superficie a tratar (1). Este colector de recogida (6) de partículas va conectado a un sistema de recirculación (5) que comprende una segunda manguera provista de aspiración, que recoge las partículas del colector de recogida (6) después de su contacto con la superficie y las dirige de nuevo al depósito de entrega (7) partículas. La superficie a tratar (1) se conecta a la fuente eléctrica (1) mediante, por ejemplo, una pinza eléctrica preferentemente al polo positivo. Para pulir superficies no accesibles por un operario o para mejorar la precisión, el sistema puede incluir el uso de un brazo robotizado.The device can be connected to a power socket, alternatively it can include a sufficient electrical accumulator to provide the energy. The particle delivery tank (7) (9) in its lower part has an outlet towards the particle delivery hose, the tank can be provided with a vibrator (8) to facilitate the flow of particles (9). The particles (9) are propelled through the application hose by compressed air bar coming from the compressor. The pressure required depends on the length and placement of the application hose, a pressure between 3 and 10 bar provides good results. The application hose ends in a diffuser that allows part of the air to escape, forcing the particles to compact (9). The exit of the particles occurs through, or in contact with, an electrode (3), which can be an element of, for example, copper, 316 stainless steel or iridized titanium, connected to the electrical source (2) , preferably to the positive pole, preferably with an ammeter to monitor the intensity. The application electrode (3) is located at a distance of between 0.5 and 10 cm from the surface, in such a way that between the electrode and the surface there is a flow of particles to produce a current flow. The final part of the particle outlet is included within a collection collector (6) that is very close to or in contact with the surface to be treated (1). This particle collection collector (6) is connected to a recirculation system (5) comprising a second hose provided with suction, which collects the particles from the collection collector (6) after their contact with the surface and directs them back to the particle delivery tank (7). The surface to be treated (1) is connected to the electrical source (1) by, for example, an electrical clamp, preferably to the positive pole. To polish surfaces not accessible by an operator or to improve precision, the system may include the use of a robotic arm.
El diseño del sistema está pensado para ocupar un volumen compacto y contiene elementos, como por ejemplo ruedas o elementos deslizantes, que lo hacen transportable.The design of the system is thought to occupy a compact volume and contains elements, such as wheels or sliding elements, that make it transportable.
La corriente aplicada depende de la composición de la superficie a tratar y de las partículas (9) usadas. Por ejemplo, para tratar una superficie de acero 316 se obtienen buenos resultados usando partículas de poliestireno-divinilbenzeno sulfonado conteniendo ácido sulfúrico al 4 % con una corriente continua de 12 V.The applied current depends on the composition of the surface to be treated and the particles (9) used. For example, to treat a surface of 316 steel, good results are obtained using sulfonated polystyrene-divinylbenzene particles containing 4% sulfuric acid with a direct current of 12 V.
Dispositivo para el tratamiento de superficies en cabinaDevice for treating surfaces in the cabin
Consiste en un dispositivo para el tratamiento de superficies (1) en cabina (4) cerrada. Una representación esquemática se encuentra en la Figura 5. El dispositivo incluye una fuente eléctrica (2), una o varias salidas de partículas (9) eléctricamente activas con electrodos (3), un sistema para el anclaje de las piezas a pulir, una cabina (4) cerrada para el tratamiento y un sistema de recirculación (5) que aspira las partículas del colector de recogida (6), que en este ejemplo actúa también como depósito de entrega (7), hacia las salidas de particulas.It consists of a device for treating surfaces (1) in a closed booth (4). A schematic representation is found in Figure 5. The device includes an electrical source (2), one or more electrically active particle outputs (9) with electrodes (3), a system for anchoring the pieces to be polished, a cabinet (4) closed for treatment and a recirculation system (5) that sucks the particles from the collection collector (6), which in this example also acts as a delivery tank (7), towards the particle outlets.
Las piezas metálicas a pulir se colocan en unos bastidores dentro de la cabina mediante unos anclajes adecuados, de modo que están conectados a la fuente eléctrica (2). La cabina (4) está provista de varias salidas de partículas conectadas en su tramo final a electrodos (3). La proyección de las partículas (9) se produce mediante el uso de aire comprimido, preferentemente en un rango de 2 a 10 Bar, preferentemente entre 4 y 6 bar.The metal pieces to be polished are placed on racks inside the cabin using suitable anchors, so that they are connected to the electrical source (2). The cabin (4) is provided with several particle outlets connected in its final section to electrodes (3). The projection of the particles (9) is produced by using compressed air, preferably in a range of 2 to 10 bar, preferably between 4 and 6 bar.
El fondo de la cabina (4), que actúa como colector de recogida (6) a la vez que actúa como depósito de entrega (7), tiene inclinación y las partículas (9) se recogen por un sistema de recirculación (5) que las transporta hasta las salidas de partículas.The bottom of the cabin (4), which acts as a collection collector (6) as well as a delivery tank (7), has an inclination and the particles (9) are collected by a recirculation system (5) that transports them to the particle outlets.
La corriente eléctrica aplicada depende de varios factores como del tipo de material, el área total a procesar, la distancia entre el punto de salida de partículas y la superficie. Por ejemplo, para pulir acero 316 a 4 cm de distancia un área total de 25 cm2. The electrical current applied depends on several factors such as the type of material, the total area to be processed, the distance between the point of exit of the particles and the surface. For example, to polish 316 steel at a distance of 4 cm a total area of 25 cm2.
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