一種材料表面處理裝置及方法與流程

2023-05-13 08:01:39 2

本發明涉及自動化領域，特別涉及一種材料表面處理裝置和方法。

背景技術：

隨著產品對材料性能要求的逐步提高，材料表面改性技術顯得越來越重要，低溫等離子體表面處理技術作為一種「幹法」表面改性技術，具有處理效率高和節能、環保的特點，其應用越來越廣泛。等離子體表面處理設備中，用於激發反應氣體產生等離子的電極結構形式對等離子體能量、濃度以及空間分布有很大的影響。目前，市場上的低溫等離子體設備均採用的單面平板式平行電極組形式，即將平板金屬電極的平行和正、負間隔排列，待處理產品置於正負電極之間，見附圖1。這種結構的設備雖然應用普遍，也解決了部分材料表面處理問題，但局限於本身的結構，仍存在以下缺點：

(1)在處理層數較多時，受加工、安裝精度以及電場分布的限制，難以保證每層產品處理的均勻性

(2)運行時，由於受到電極板的阻擋，裝卸料只能逐層進行，操作麻煩且費時且難以實現自動裝卸料

(3)由於受到電極最小間距的限制，等離子體空間的利用率低，單位體積等離子體區的產品處理量小

(4)電極組結構複雜，要求的加工精度高、製作成本高。

另一方面，現有等離子體表面處理設備，在處理過程中，通常需要人工將放置待加工產品的託盤一塊一塊地上料至工作檯或流水線的軌道上，浪費人力、效率低下，同時操作者手部接觸產品，容易造成待處理產品的二次汙染，不利於後續工序的加工，影響產品質量，也嚴重影響生產的自動化進程。針對自動化上料，現有技術中也出現了單一產品上料機，但是如果發生故障，則包括上料機的整條生產線必須全部停止運行，等待維修，嚴重影響生產效率，造成相關設備的極大浪費。

技術實現要素：

針對現有等離子體表面處理設備中單面平板式平行電極存在的產品處理的均勻性差、等離子體空間利用率低、處理量小、裝卸料操作麻煩且費時且難以實現自動化以及要求的加工精度高、製作成本高的缺點，本發明提出一種由多面、非平行布置的電極板組成的空心陰極結構，該結構不僅處理效果均勻、處理量大且裝卸料操作簡單易於實現自動化、製作成本低、節約空間、節省人力、提高生產效率、且能適用多種規格的產品自動上料。

為解決上述技術問題，本發明採用以下技術方案：

一種材料表面處理裝置，其特徵在於：包括機箱、進電結構和п型陰極，通過п型陰極可以在機箱內部形成非隔離的完整等離子空間，能將待處理產品一次性完全放置上述空間內，所述п型陰極是一種由多面、非平行布置的電極板組成的空心陰極結構，上述п型陰極通過固定裝置放置於機箱內，與進電結構的連接面和進電結構的軸線呈非平行設置，所述п型陰極和進電結構之夾層採用絕緣材料阻隔，所述絕緣材料與所述п型陰極尺寸配對耦合，且所述п型陰極位於所述絕緣材料內側面上，上述材料表面處理裝置的機箱內為真空腔，由位置蓋板進行密封。

所述п型陰極為l型兩面空心陰極，兩面陰極板呈90°。

優選地，所述п型陰極為三面空心陰極，所述п型陰極為三面空心陰極，由三面陰極板相互垂直構成大致呈u型的結構。

更優選地，所述п型陰極為四面空心陰極，由四塊電極板相互垂直構成半封閉六面體結構。

進一步地，所述п型陰極為五面空心陰極，由五塊電極板相互垂直構成陰極區域。

更進一步地，所述п型陰極為一端封閉的圓筒形空心陰極。

由多個所述п型陰極構成的組合式п型陰極結構。

一種材料表面處理方法：

將待處理產品輸送到送料系統上；

送料系統的上料系統的輸出工位對應設置於送料系統的輸出工位上方，待處理產品被放置於承重板上從下到上地運輸；

待處理產品整體被以無遮擋式方式運送到機箱的底座上，然後上料系統退出；

關閉位置蓋板；

抽真空；

進反應氣；

接通進電結構；

待處理產品在材料表面處理裝置中的由п型陰極與陽極之間形成的等離子區域內進行處理；

結束放電；

放空；

開啟位置蓋板；

已處理產品被放置於承重板上從上到下地運輸；

將已處理處理產品輸送到出料系統上。

待處理產品整體被以無遮擋式方式一次性運送到機箱的底座上之前，事先進行擺放，擺放方式包括但不局限於堆疊、掛置；橫向層層設置、縱向成排放置；人工擺放、機械手擺放。

所述構成п型陰極的電極板包含但不限於單層板/組合版；或者帶有凸狀物的平板，或者附有凹坑的成型板，或者鍍層異型金屬板。

與現有技術相比，本發明材料表面處理裝置和方法具有以下突出的益處：

(1)п型陰極可根據待測產品進行換裝，陰極板的數量和位置可調整的設置，確保等離子放電的區域，適合多種規格的待處理產品，實用性廣；通過п型陰極可以在機箱內部形成非隔離的完整等離子空間，能將待處理產品一次性完全放置上述空間內。

(2)由於等離子放電空間變大，以非隔離設置的電極板不需要額外增設放電結構，減少故障率和檢測成本，同時空心陰極由於是由幾個面包圍所形成陰極區，使得空心陰極中形成重迭的負輝區，提高了空間利用率，極大地改善了產品處理的均勻性。

(3)操作員在上料架上無需一層一層地將待測產品分次放置於機箱內部，通過本發明的處理方法，待處理產品可以事先進行擺放好，然後整體被以無遮擋式方式運送到機箱的底座上，操作員可進行其他工作，極大的節約人工，整體自動化程度高。

本發明節省人力、提高生產效率、可適用多種規格待處理產品的等離子處理的裝置，自動化程度高；陰極板(或陽極板)數量可根據適用場合要求設置，便於提高極板的使用壽命。

附圖說明

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作進一步詳細地解釋。

圖1是現有技術單面平板式平行電極組立體示意圖

圖2是實施例l型兩面空心陰極立體示意圖

圖3是實施例三面空心陰極立體示意圖

圖4是實施例四面空心陰極立體示意圖

圖5是實施例五面空心陰極立體示意圖

圖6是實施例圓柱形空心陰極立體示意圖

圖7是實施例組合式п型陰極結構立體示意圖

圖8是實施例u形電極-豎掛三面立體示意圖

圖9是實施例中上料箱的局部立體圖一

圖10是實施例中上料箱的局部立體圖二

圖11實施例中上料箱的局部立體圖三

具體實施方式

如圖2～7所示，一種材料表面處理裝置，其特徵在於：包括機箱、進電結構1和п型陰極9，通過п型陰極9可以在機箱內部形成非隔離的完整等離子空間，能將待處理產品一次性完全放置上述空間內，所述п型陰極是一種由多面、非平行布置的電極板組成的空心陰極結構，上述п型陰極通過固定裝置放置於機箱內，與進電結構的連接面和進電結構的軸線呈非平行設置，所述п型陰極和進電結構之夾層採用絕緣材料8阻隔，所述絕緣材料8與所述п型陰極9尺寸配對耦合，且所述п型陰極9位於所述絕緣材料8內側面上，上述材料表面處理裝置的機箱內為真空腔，由位置蓋板10進行密封。

如圖2所示，所述п型陰極9為l型兩面空心陰極，兩面陰極板呈90°。

如圖3所示，所述п型陰極9-3為三面空心陰極，由整塊電極板兩邊彎折，大致呈u型結構。

如圖4所示，所述п型陰極9-4為四面空心陰極，由四塊電極板相互垂直構成半封閉六面體結構。

如圖5所示，所述п型陰極9-5為五面空心陰極，由五塊電極板相互垂直構成陰極區域。

如圖6所示，所述п型陰極9-6為一端封閉的圓筒形空心陰極。

如圖7所示，由多個所述п型陰,9-7構成的組合式п型陰極結構。

如圖8所示，為帶有突觸的平板，可適用於需要快速放電以及經常使用的場合。

將待處理產品輸送到送料系統上；

送料系統的上料系統的輸出工位對應設置於送料系統的輸出工位上方，待處理產品被放置於承重板上從下到上地運輸；

待處理產品整體被以無遮擋式方式運送到機箱的底座上，然後上料系統退出；

關閉位置蓋板；

抽真空；

進反應氣；

接通進電結構；

待處理產品在材料表面處理裝置中的由п型陰極與陽極之間形成的等離子區域內進行處理；

結束放電；

放空；

開啟位置蓋板；

已處理產品被放置於承重板上從上到下地運輸；

將已處理處理產品輸送到出料系統上。

區別於現有技術中的平板式電極，本申請中的п型陰極可根據待測產品進行換裝，陰極板的形狀、數量和位置可調整的設置，確保等離子放電的速度和區域可控，適合多種規格的待處理產品，實用性廣；通過п型陰極可以在機箱內部形成非隔離的完整等離子空間，能將待處理產品一次性完全放置上述空間內。

如圖1中，操作員要想對待處理樣品進行等離子放電處理，必須在託盤1上一層一層地放置電極板2之間，並且由導軌或滑軌分別將託盤1推進到真空腔3內，在對機箱進行設計的時候，必須有多少個託盤就要設置多少個電極組件，後續的電路複雜，而且進電結構的位置不可改變，一旦設計完成，則只能針對一種產品進行等離子處理，一旦大體積或者體積超過了託盤間距的話，則無法實現處理。

本申請中在上料架上無需一層一層地將待測產品分次放置於機箱內部，通過本發明的處理方法，待處理產品可以事先進行擺放好，然後整體被以無遮擋式方式運送到機箱的底座上，操作員可進行其他工作，極大的節約人工，整體自動化程度高。

優選地，本申請提供了如圖9-11所示的實現待處理產品擺放的上料箱21，為沿導軌長度方向貫通的框架，上料箱21內設有平行箱體側壁的第一卡板213、第二卡板214，第一卡板213與第二卡板214相對的面上分別對應地開設若干條水平的卡槽219，卡槽219為通槽，待處理產品可放託盤內，託盤插在對應的兩個卡槽219中且可卡槽219中穿過，第一卡板213豎直固定在箱體的底板上，第二卡板214位置可調整地設置，調整第二卡板214與第一卡板213之間的距離，上料箱21可適配多種待處理產品的寬度。

實施例中，上料箱21的箱體內設有垂直箱底的第一固定架215，第一卡板213豎直固定在第一固定架215上；上料箱21的箱體內設有可供第二卡板214相對第一卡板213移動的物料架212，物料架212包括垂直箱體側壁固定在上料箱21底板上的兩根下帶齒滑道2121，每根下帶齒滑道2121的上方對應設有一端固定在第一卡板213上的上帶齒滑道2125，每對對應的上下帶齒滑道之間設有一根豎直的支撐杆2123，支撐杆2123的上下兩端位置可調整的對應連接在上、下帶齒滑道上，第二卡板214固定在物料架212上。

實施例中，每根支撐杆2123的上下兩端分別設有可在對應的帶齒滑道上反覆解鎖、鎖合的上卡件2124、下卡件2122，上、下卡件解鎖後可沿帶齒滑道水平移動。上、下卡件的頂面及底面具有水平面，上料箱21的底面上適配每一根下帶齒滑道2121設有與帶齒滑道2121平行的下通槽216，上料箱21的頂面上適配每一根上帶齒滑道2125設有與上通槽217，上、下卡件通過可在對應的上下通槽內活動的螺栓位置可調整地連接在上、下帶齒滑道上。第二卡板214豎直固定在下卡件2122的頂面與上卡件2124的底面之間，隨上下卡件在帶齒滑道上同步運動。根據不同待處理產品的尺寸，解鎖上卡件2124、下卡件2122，調整上下卡件到對應合適的位置，使上料系統可適用於多規格的待處理產品進行上料。為保證物料架212的穩固性，兩根支撐杆2123之間設有料架穩固杆2126。

優選地，電機固定架2321的下方連接有拉杆固定座2326，拉杆固定座2326上開有兩個與直齒條導軌2323平行的拉杆孔，兩根拉杆2327活動地穿過對應拉杆孔，拉杆2327的一端固定在拉片固定板2324上，另一端固定在導軌固定板2328上，確保直齒條導軌2323前後運動的過程中保持直線運動。