ES2846299B2 - Dispositivo para electropulido mediante superficie conductora - Google Patents
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Description
DESCRIPCIÓN
DISPOSITIVO PARA ELECTROPULIDO MEDIANTE SUPERFICIE
CONDUCTORA
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La invención, tal como expresa el enunciado de la presente memoria descriptiva, se refiere a un dispositivo para el electropulido mediante una superficie conductora que aporta, a la función a que se destina, ventajas y características, que se describen en detalle más adelante y que suponen una mejora del estado actual de la técnica.
El objeto de la presente invención recae en un dispositivo para el pulido de superficies metálicas mediante electropulido el cual se distingue esencialmente por el hecho de que el electrolito se encuentra en una superficie conductora, y que, comprendiendo, entre otros elementos, medios para proporcionar un movimiento relativo entre la pieza a pulir y dicha superficie conductora, puede constituirse como un dispositivo portátil donde el dispositivo se desplaza y la pieza esta estacionaria, o bien como un dispositivo fijo donde es la pieza la que se mueve, con lo cual, es ventajosamente apto para todo tipo de piezas de cualquier forma y tamaño, incluso para piezas de grandes dimensiones.
CAMPO DE APLICACIÓN DE LA INVENCIÓN
El campo de aplicación de la presente invención se enmarca dentro del sector de la técnica dedicado al pulido de superficies metálicas, abarcando concretamente los aparatos, sistemas y dispositivos para pulido electroquímico.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Como es sabido, existe un amplio sector de la industria dedicado a la reducción de la rugosidad y al pulido de superficies metálicas. Esto es necesario tanto para fines estéticos como para fines técnicos.
Actualmente, las grandes superficies de metal, como por ejemplos barras, prismas o panchas, se pulen habitualmente mediante el uso de métodos mecánicos, normalmente con abrasivos.
Por otro lado, existe el pulido electroquímico, en el cual se sumergen piezas, habitualmente de tamaño medio o pequeño, en un baño electrolítico y se reduce su rugosidad mediante la circulación de una corriente eléctrica. Además de reducir la rugosidad, este método es capaz de generar capas pasivas de protección que protegen contra la corrosión, lo que resulta muy ventajoso. Sin embargo, este proceso no se puede aplicar fácilmente en planchas, barras, prismas de grandes dimensiones.
Por eso, existe la necesidad industrial de un proceso o dispositivo que permita el pulido de superficies, planchas y barras de cualquier forma y tamaño de manera fácil y que a la vez proporcione unos acabados que ofrezcan una mayor resistencia a la corrosión, siendo el objetivo de la presente invención proporcionar al mercado un dispositivo que cubra dicha necesidad.
Por otra parte, y como referencia al estado actual de la técnica, cabe señalar que, al menos por parte de la solicitante, se desconoce la existencia de ningún dispositivo para electropulido mediante superficie conductora, ni ninguna otra invención de aplicación similar, que presente unas características técnicas y estructurales iguales o semejantes a las que presenta el que aquí se reivindica.
EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN
El dispositivo para electropulido mediante superficie conductora que la invención propone se configura como la solución idónea al objetivo anteriormente señalado, estando los detalles caracterizadores que lo hacen posible y que lo distinguen convenientemente recogidos en las reivindicaciones finales que acompañan a la presente descripción.
Concretamente, lo que la invención propone, como se ha apuntado anteriormente, es un dispositivo para el pulido de superficies metálicas mediante electropulido que se distingue esencialmente por el hecho de que el electrolito se encuentra en una superficie conductora, y que además, entre otros elementos, cuenta con medios para proporcionar un movimiento relativo entre la pieza a pulir y dicha superficie conductora, pudiendo constituirse como un dispositivo portátil que se desplaza sobre la pieza a pulir, o bien como un dispositivo fijo donde es la pieza la que se mueve, siendo ventajosamente apto para todo tipo de piezas de cualquier forma y tamaño, incluso piezas de grandes dimensiones.
Más específicamente, la presente invención proporciona un dispositivo para el pulido de superficies metálicas mediante un proceso electroquímico en el cual el electrolito es una superficie conductora formada, o bien por un electrolito sólido, o bien por un material no conductor con un electrolito líquido retenido en su interior. Una pieza a pulir contacta con la superficie conductora. Un electrodo contacta por una cara de la superficie conductora, mientras que la parte de la pieza que se quiere pulir contacta por la otra cara de la superficie conductora. Una fuente de alimentación proporciona una diferencia de potencial entre la pieza a pulir y el electrodo.
En concreto, los elementos esenciales que comprende el dispositivo de la invención son:
- una fuente de alimentación;
- un electrodo;
- una superficie conductora
- un sistema que provee a la pieza metálica a pulir de conectividad eléctrica a un polo de la fuente de alimentación;
- un sistema que provee a la superficie conductora de conectividad eléctrica al polo opuesto de la fuente de alimentación; y
- un sistema que provee movimiento relativo de la superficie conductora respecto de la pieza metálica a pulir,
El funcionamiento de la invención a modo de ejemplo puede ser de la manera siguiente:
La pieza a pulir se conecta eléctricamente a un polo de la fuente de alimentación mediante un sistema adecuado.
El electrodo, conectado al polo opuesto, contacta con la superficie conductora.
La pieza a pulir se contacta con la superficie conductora, en la cara opuesta a la que contacta el electrodo.
Se produce un movimiento relativo entre la pieza a pulir y la superficie conductora.
La fuente de alimentación aplica una diferencia de potencial entre la pieza a pulir y el electrodo.
Cuando el dispositivo produce estas etapas, se produce el paso de la corriente eléctrica entre la pieza a pulir y el electrodo a través de la superficie conductora. Esta corriente eléctrica provoca unas reacciones redox en la superficie de la pieza metálica en los puntos de contacto.
Por geometría, los puntos de contacto son preferentemente los picos de rugosidad. A medida que el proceso avanza, los picos van sufriendo más oxidación. El mismo líquido conductor retenido en la superficie conductora también es capaz de disolver los óxidos formados. Este proceso de oxidación de los picos y eliminación de los óxidos resulta en una reducción de los picos de rugosidad, lo que se traduce en un resultado de pulido.
A continuación, se procede a describir detalladamente los elementos del dispositivo.
En este texto se usa superficie conductora para referirse a un elemento que presenta conductividad eléctrica medible entre las dos caras de la superficie.
La superficie conductora puede estar fabricada de un material electrolito sólido, de modo que el material presenta conductividad medible entre las dos caras de la superficie. Por ejemplo, superficies conductoras basadas en polímeros ionómeros, Nafion, Hycar, membranas de intercambio iónico, sulfonato de poliestireno, copolímero de estireno y divinilbenceno sulfonado, estructuras tipo gel que incluyen cadenas poliéter, entre otros.
Preferentemente, el material electrolito sólido es laminar con el objetivo de permitir una conductividad suficiente entre ambas caras, una conectada al electrodo y la otra que es la que contacta la pieza a pulir.
La superficie conductora también puede estar fabricada de un material no conductor que retenga una solución líquida conductora (electrolito líquido), de tal modo que el material con el líquido retenido presenta conductividad eléctrica medible entre las dos caras de la superficie. Además, el líquido retenido en la superficie conductora hace posible la disolución de sales y óxidos metálicos.
Preferentemente, el material no conductor es un tejido, un tejido sin tejer, una lámina, una membrana, un papel, un polímero, una tela, un cartón, o un conjunto de fibras.
El líquido retenido en la superficie conductora es un electrolito líquido, es decir, es capaz de conducir la electricidad. Además, es capaz de disolver los óxidos metálicos que se forman en la pieza a pulir. El líquido retenido puede incluir ácidos para aumentar la conductividad y mejorar la solubilidad de los óxidos metálicos.
Preferentemente, la solución líquida conductora contiene como mínimo un ácido fuerte, como por ejemplo, ácido sulfúrico o ácidos con el grupo sulfónico. Debido a su polaridad y capacidad disolutiva, el disolvente preferente de la solución líquida conductora es agua.
El dispositivo comprende un sistema de sujeción de la pieza que puede consistir en pinzas, agarres firmes, sistemas de presión, imanes, etc.
La invención incorpora unos medios para sujetar la superficie conductora, así como un mecanismo para crear un movimiento relativo de la superficie conductora respecto la pieza a pulir.
En una realización preferente, estos medios y mecanismo para mover la superficie conductora están constituidos en una forma análoga a una lijadora de banda. Este dispositivo para electropulido en seco mediante banda conductora comprende dos o más tambores sobre los cuales va montada una pieza de superficie conductora continua en forma de banda, con un motor que proporciona el movimiento de giro a dicha banda. Esta realización puede ser portátil donde el dispositivo se desplaza y la pieza esta estacionaria; así como estacionaria, en la que el dispositivo no se mueve, y es la pieza la que se acerca a la banda en movimiento. En este tipo de dispositivos el electrodo puede ser un elemento plano en contacto con la banda, o alternativamente puede ser un tambor conductor que haga las veces de electrodo.
En otra realización preferente, el dispositivo para electropulido en seco mediante superficie plana conductora comprende unos medios para sujetar una superficie conductora plana sobre una pieza plana. Esta pieza plana incluye, o es, el electrodo. Esta pieza plana está montada sobre un mecanismo que puede mover la superficie. Este movimiento puede ser circular, orbital, de traslación circular, giratorio, oscilatorio, lineal, entre muchos otros.
El dispositivo puede incluir un sistema para regenerar o intercambiar el líquido conductor retenido en la superficie conductora para mantener la calidad del proceso de pulido. Este sistema puede incluir un sistema de lectura de la conductividad entre las dos caras de la superficie metálica. Este sistema puede incluir un punto de eliminación del liquido retenido como, por ejemplo, un sistema de presión entre dos tambores, temperatura, aplicación de aire seco, entre otros. El sistema incluye un punto en el que la superficie conductora se impregna con electrolito líquido como, por ejemplo, por inmersión, por aerosol, entre otros.
La fuente de alimentación es la encargada de proporcionar una diferencia de potencial entre la pieza a pulir y el electrodo. Esta fuente de alimentación proporciona una corriente directa. El dispositivo puede incluir los elementos necesarios para transformar la corriente directa en una corriente de salida que se adecúe a las diferentes necesidades del proceso de pulido. Por ejemplo, es posible pensar en un sistema que sea capaz de proporcionar una corriente de salida en forma de pulsos, con inversión de polaridad, con ciertos tiempos de pausa a voltaje cero o análoga.
Los polos de la fuente de alimentación se conectan uno a la pieza a pulir y el polo opuesto al electrodo.
El electrodo contacta con la superficie conductora, de modo que se cierra el circuito eléctrico fuente-pieza a pulir-superficie conductora-electrodofuente.
Otro objeto de la invención es un método de para electropulido mediante superficie conductora que comprende las siguientes etapas
— Una etapa de pulido en la que una superficie conductora (1) contacta con una pieza (2) metálica a pulir produciéndose un movimiento relativo entre la superficie conductora (1) y la pieza (2) metálica a pulir y donde la pieza (2) está conectada a la fuente de alimentación (3) y la superficie conductora (1) está conectada a un electrodo (4)
— Una etapa de regeneración o recambio de la superficie conductora (1) en la que se regenera o se sustituye la superficie conductora (1) que ha estado en contacto con la pieza en la etapa de pulido anterior con el fin de que la superficie conductora mantenga la conductividad suficiente durante la etapa de pulido.
Preferentemente, la etapa de regeneración o recambio de la superficie conductora comprende las siguientes subetapas
— Eliminación total o parcial del electrolito líquido usado
— Adición de electrolito líquido nuevo
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña a la presente memoria descriptiva, como parte integrante de la misma, un plano en el que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado lo siguiente:
La figura número 1 y única.- Muestra una representación esquemática de un ejemplo de realización del dispositivo para electropulido mediante superficie conductora objeto de la invención, apreciándose las principales partes y elementos que comprende.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
A la vista de la descrita figura, y de acuerdo con la numeración adoptada en ella, se puede observar un ejemplo de realización no limitativa del dispositivo para electropulido mediante superficie conductora de la invención, el cual comprende lo que se describe en detalle a continuación.
Así, tal como se observa en dichas figuras, el dispositivo (10) de la invención comprende, básicamente:
- una fuente de alimentación (3);
- un electrodo (4);
- una superficie conductora (1)
- un sistema que provee a la pieza (2) metálica a pulir de conectividad eléctrica a un polo de la fuente de alimentación (3);
- un sistema que provee a la superficie conductora (1) de conectividad eléctrica al polo opuesto de la fuente de alimentación (3); y
- un sistema que provee movimiento relativo de la superficie conductora (1) respecto de la pieza (2) metálica a pulir,
en que el electrodo (4) contacta con una cara de la superficie conductora (1) y la pieza (2) a pulir puede ponerse en contacto con la superficie conductora (1) por la otra cara, de modo que cuando la fuente de alimentación (3) aplica una diferencia de potencial entre la pieza (2) a pulir y el electrodo (4) se produce un efecto de pulido.
El sistema que proporciona movimiento relativo de la superficie conductora (1) respecto de la pieza (2) metálica a pulir puede ser, por ejemplo, mediante cinta rodante, tal como se describe más adelante, o consistir en un movimiento circular, orbital, de traslación circular, giratorio o oscilatorio lineal de una superficie conductora (1) plana.
En la Figura 1 se puede apreciar una representación esquemática de una opción de realización preferida del dispositivo (10) de la invención donde la superficie conductora (1) adopta una conformación tipo cinta de banda rodante que comprende dos o más tambores sobre los cuales se monta la superficie conductora (1) en forma de banda continua, con un motor (M) que proporciona el movimiento de giro a la banda.
En un modo alternativo, la superficie conductora (1) adopta una conformación que se puede comparar a un VHS o un casete. Inicialmente, la superficie conductora (1) se encuentra enrollada en un tambor, dispuesta para que pueda ser enrollada en un segundo tambor. El tramo de superficie conductora (1) que se encuentra en tensión entre ambos tambores es el usado para el proceso de pulido. Un motor (M) proporciona el movimiento para la banda. Este dispositivo enrolla y desenrolla sucesivamente una cierta longitud de banda, provocando un desplazamiento vaivén en la banda. Cuando la superficie conductora (1) de esta cierta longitud de banda se encuentra saturada, se procede a trabajar con el siguiente tramo. De este modo siempre se trabaja con una superficie conductora (1) en óptimas condiciones.
Por su parte, la pieza a pulir (2) se encuentra conectada a la fuente de alimentación (3) y dispuesta de modo que contacta con la superficie conductora (1).
El polo opuesto de la fuente de alimentación (3) se conecta a un electrodo (4). En una opción de realización el electrodo (4) puede ser un elemento plano que se dispone en contacto con la banda que constituye la superficie conductora (1) tal como se muestra en la figura 1, si bien, alternativamente, puede ser un tambor conductor que haga las veces de electrodo (4).
En una forma de realización de la invención, la superficie conductora (1) es de un material tipo electrolito sólido. Por ejemplo, superficies conductoras basadas en polímeros ionómeros, Nafion, Hycar, membranas de intercambio iónico, sulfonato de poliestireno, copolímero de estireno y divinilbenceno sulfonado, estructuras tipo gel que incluyen cadenas poliéter, entre otros.
En otra variante de realización de la invención, la superficie conductora (1) es un tejido, lámina, membrana, papel, polímero, tela, cartón, conjunto de fibras u otro material con características comparables que retiene una solución líquida conductora, de tal modo que la superficie conductora presenta una conductividad eléctrica medible entre las dos caras del material.
Dicha solución líquida conductora, preferentemente, contiene mínimo un ácido fuerte y, de preferencia, es una solución acuosa. Los ácidos fuertes mejoran la eliminación de los óxidos metálicos formados en la superficie. Los ácidos fuertes de uso preferente son ácido sulfúrico o un ácido sulfónico, como, por ejemplo, ácido metanosulfónico o ácido toluensulfónico.
La solución conductora puede contener ácido fosfórico ya que produce capas de fosfato pasivas sobre las superficies tratadas, lo que mejora la resistencia anticorrosión.
La solución conductora puede ser una emulsión de una fase orgánica en una fase polar o viceversa. Las ventajas de usar emulsiones como fase conductora es la formación de capas estructuradas en la superficie metálica a pulir, lo que permite obtener rugosidades final muy bajas.
La solución conductora puede incluir uno o varios agentes complejantes o agentes quelantes. Estos compuestos favorecen la disolución de iones metálicos por lo que contribuyen a una disolución más efectiva de los óxidos formados en la superficie metálica. Entre los agentes quelantes de uso preferente se encuentran el ácido cítrico, el EDTA, poliéteres, como por ejemplo el polietilenglicol, entre otros.
Además, en esta segunda manera de realización, si bien no se ha representado, el dispositivo comprende un sistema para regenerar o intercambiar parcial o totalmente la solución líquida conductora retenida en la superficie conductora (1).
En la realización preferida, la superficie conductora (1) es de un material polimérico poroso con grupos funcionales capaces de retener y transportar iones metálicos. Preferentemente estos grupos funcionales son grupos ácido sulfónico/sulfonato, ácido carboxílico/carboxilato o grupos funcionales quelantes. La presencia de estos grupos facilita la retención de los iones de modo que la concentración de iones metálicos en el electrolito líquido retenido se mantiene relativamente baja y se mantiene la calidad del proceso de pulido a lo largo del tiempo.
Preferentemente, el dispositivo (10) descrito es de carácter portátil, de tal modo que es desplazable y la pieza (2) a pulir está estática. En esta realización el sistema que provee movimiento relativo de la superficie conductora (1) respecto de la pieza (2) metálica a pulir comprende unos medios para desplazar la superficie conductora (1) respecto a la pieza (2) metálica que permanece estacionaria.
No obstante, en una realización alternativa, también puede ser un dispositivo (10) de tipo fijo, es decir, que no se mueve, siendo la pieza (2) a pulir la que se acerca a la banda en movimiento que constituye la superficie conductora (1). En esta realización el sistema que provee movimiento relativo de la superficie conductora (1) respecto de la pieza (2) metálica a pulir comprende medios para desplazar la pieza (2) metálica respecto a la superficie conductora (1) que figura estacionaria.
También se prevé que el movimiento relativo de la pieza (2) respecto a la superficie conductora (1) se produzca mediante la utilización de un brazo robótico, lo que permitiría la aplicación en el proceso de formas complejas de una manera automática.
Descrita suficientemente la naturaleza de la presente invención, así como la manera de ponerla en práctica, no se considera necesario hacer más extensa su explicación para que cualquier experto en la materia comprenda su alcance y las ventajas que de ella se derivan.
Claims (12)
1. - Dispositivo para electropulido mediante superficie conductora que, aplicable para pulido de la superficie de una pieza (2) metálica, comprende:
- una fuente de alimentación (3);
- un electrodo (4);
- una superficie conductora (1);
- un sistema que provee a la pieza (2) metálica a pulir de conectividad eléctrica a un polo de la fuente de alimentación (3);
- un sistema que provee a la superficie conductora (1) de conectividad eléctrica al polo opuesto de la fuente de alimentación (3); y
- un sistema que provee movimiento relativo de la superficie conductora (1) respecto de la pieza (2) metálica a pulir,
en que el electrodo (4) contacta con una cara de la superficie conductora (1) y la pieza (2) a pulir puede ponerse en contacto con la superficie conductora (1) por la otra cara, de tal modo que cuando la fuente de alimentación (3) aplica una diferencia de potencial entre la pieza (2) a pulir y el electrodo (4) se produce un efecto de pulido,
donde la superficie conductora (1) está fabricada con un material no conductor que retiene una solución líquida conductora, de modo que la superficie conductora presenta conductividad eléctrica medible entre las dos caras del material,
caracterizado por queademás comprende un sistema para regenerar o intercambiar parcial o totalmente la solución líquida conductora retenida en la superficie conductora (1) que incluye un sistema de presión entre dos tambores o la aplicación de temperatura.
2. - Dispositivo para electropulido mediante superficie conductora, según la reivindicación 1,caracterizadoporque la superficie conductora (1) adopta una conformación tipo cinta de banda rodante y el sistema que proporciona movimiento relativo de la superficie conductora (1) respecto de la pieza (2) a pulir comprende dos o más tambores sobre los cuales va montada la superficie conductora (1), con un motor (M) que proporciona el movimiento de giro a la banda.
3. - Dispositivo para electropulido mediante superficie conductora, según la reivindicación 2,caracterizadoporque la superficie conductora (1) adopta una conformación de banda continua.
4. - Dispositivo para electropulido mediante superficie conductora, según la reivindicación 2,caracterizadoporque la superficie conductora (1) adopta una conformación en la que inicialmente se encuentra enrollada en un tambor, dispuesta para que pueda ser enrollada en un segundo tambor.
5. - Dispositivo para electropulido mediante superficie conductora, según la reivindicación 1,caracterizadoporque el sistema que proporciona movimiento relativo de la superficie conductora (1) respecto de la pieza (2) a pulir es de movimiento circular, orbital, de traslación circular, giratorio o oscilatorio lineal de una superficie conductora (1) plana.
6. - Dispositivo para electropulido mediante superficie conductora, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,caracterizadoporque la superficie conductora (1) es de un material tipo electrolito sólido de modo que la superficie conductora presenta conductividad eléctrica medible entre las dos caras del material.
7.- Dispositivo para electropulido mediante superficie conductora, según la reivindicación 1,caracterizadoporque la solución líquida conductora contiene como mínimo un ácido fuerte.
8. - Dispositivo para electropulido mediante superficie conductora, según la reivindicación 1,caracterizadoporque la solución líquida conductora contiene ácido sulfúrico, ácido metanosulfónico, ácido fosfórico, ácido cítrico, EDTA, poliéteres o polietilenglicol.
9. - Dispositivo para electropulido mediante superficie conductora, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,caracterizadoporque la solución líquida conductora es una emulsión.
10.- Dispositivo para electropulido mediante superficie conductora, según cualquiera de las reivindicaciones anterioridades,caracterizadoporque la solución líquida conductora contiene agentes complejantes.
11. - Dispositivo para electropulido mediante superficie conductora, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,caracterizadoporque la superficie conductora (1) es de un material polimérico poroso con grupos funcionales capaces de retener y transportar iones metálicos, consistiendo dichos grupos en ácido sulfónico/sulfonato, ácido carboxílico/carboxilato o grupos funcionales quelantes.
12. - Dispositivo para electropulido mediante superficie conductora, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,caracterizadoporque el sistema que provee movimiento relativo de la superficie conductora (1) respecto de la pieza (2) metálica a pulir comprende medios para desplazar la superficie conductora (1) respecto a la pieza (2) metálica.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| BA2A | Patent application published |
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|
| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2846299 Country of ref document: ES Kind code of ref document: B2 Effective date: 20240219 |