BRPI0621923A2

BRPI0621923A2 - processo e aparelho para revestir uma superfìcie de um artigo

Info

Publication number: BRPI0621923A2
Application number: BRPI0621923-3A
Authority: BR
Inventors: James R Toth; Miguel Azevedo
Original assignee: Federal Mogul Corp
Priority date: 2006-07-25
Filing date: 2006-07-26
Publication date: 2011-12-20
Also published as: EP2049712A1; WO2008013535A1; KR101277115B1; CN101506409A; CN101506409B; JP5129815B2; KR20090031947A; JP2010511780A

Abstract

PROCESSO E APARELHO PARA REVESTIR UMA SUPERFìCIE DE UM ARTIGO Um processo e aparelho utilizando pelo menos um anodo conformável (40) em um processo de revestimento para aplicar um revestimento a um artigo (10). Um fio ou outro material adequado para um anodo é formado para se conformar à forma aproximada de uma região do artigo a ser coberto. O anodo é energizado por uma fonte de energia elétrica (44), e o artigo serve como o catodo. O anodo e artigo são ambos imersos em um banho de revestimento (38). O artigo e anodo são girados em relação um ao outro sobre um eixo central (22) do artigo. O movimento relativo entre o anodo e o artigo causa um revestimento uniforme (46) ser aplicado a regiões selecionadas do artigo que passam o anodo. Outro anodo (50) pode ser arranjado em relação fixa com o artigo para causar revestimento a uma região selecionada separada do artigo simultaneamente com o outro anodo.

Description

"PROCESSO E APARELHO PARA REVESTIR UMA SUPERFÍCIE DE UM ARTIGO"

Este pedido reivindica o benefício de Pedido Provisório US Serial No. 60/702.483, depositado em 26 de julho de 2005, que está incorporado aqui em sua totalidade.

FUNDAMENTO DA INVENÇÃO

1. Campo Técnico

Esta invenção relaciona-se geralmente a processos e aparelho para revestir artigos, tais como, mas não limitados a, pistões para motores de combustão.

2. Técnica Relacionada

E conhecido revestir artigos imergindo um artigo em um banho de revestimento e estabelecendo um arranjo de anodo/catodo, por meio de que uma ou mais superfícies do artigo são revestidas com material da solução de banho. Por exemplo, alguns artigos são revestidos com cromo usando esta técnica geral.

Um dos desafios apresentados em revestir artigos tendo superfícies contornadas e/ou cantos afiados é que a forma do artigo pode interferir com o desenvolvimento uniforme da camada, com algumas áreas adquirindo mais camada que é caso contrário desejado e outras adquirindo menos do que o que é caso contrário desejado.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

A presente invenção provê um aparelho e processo para revestir artigos com uma camada de um banho de revestimento, tal como, por exemplo, aplicação de uma camada baseada em cromo a superfícies de um pistão. O aparelho inclui um anodo formado que é contornado a pelo menos algumas das características contornadas exteriores do artigo. O próprio artigo é feito o catodo, e o catodo e anodo são movidos em relação um ao outro durante revestimento para controlar aplicação do revestimento ao artigo. De acordo com uma concretização particular, o anodo formado é retido estacionário e o pistão é girado no banho de revestimento em relação ao anodo formado. Este movimento relativo, e particularmente o movimento rotacional relativo habilita melhor controle da aplicação da camada a áreas desejadas do pistão em falta da camada. Nesta consideração, a invenção é particularmente bem adequada a artigos tendo simetria rotacional tal que a forma do anodo pode ser fixada e o artigo girado em relação ao anodo para manter um espaçamento constante entre o artigo e contornos do anodo durante revestimento. Nesta consideração, pistões são particularmente bem adequados visto que muitas das características, incluindo a superfície exterior do pistão, os sulcos de anel, a superfície de topo, e freqüentemente o reservatório de combustão, têm simetria relativa a um eixo longitudinal central do corpo de pistão, ou pelo menos simetria aproximada.

Com respeito a cobrir um pistão, não só é uma vantagem cobrir a superfície exterior, mas também cobrir a superfície do sulco de anel superior, a face de topo, como também o reservatório de combustão. Em algumas configurações de pistão, o reservatório de combustão tem uma configuração de reservatório reentrante tal que o reservatório de combustão recorte um lábio circunferencial superior do reservatório, assim, fazendo particularmente difícil revestir estas áreas usando um arranjo de banho de revestimento convencional. A presente invenção pode acomodar tais contornos difíceis, estendendo, no caso do sulco de anel superior, uma porção do anodo no sulco de anel e formando o anodo pela superfície de topo e no reservatório de combustão e para incluir, se necessário, a característica reentrante do reservatório de combustão. Como tal, a quantidade desejada de cobertura é aplicada, como desejado, às superfícies durante o processo de revestimento quando o pistão gira em relação ao anodo sobre o eixo longitudinal do pistão a fim de habilitar um revestimento uniforme do material de revestimento nas áreas desejadas associadas com o anodo formado.

De acordo com uma característica particular adicional da invenção, o aparelho e processo opcionalmente incluir pelo menos um segundo anodo que é estacionário em relação ao artigo sendo revestido e móvel em relação ao primeiro anodo. Em um arranjo preferido, este segundo anodo é projetado para girar com o artigo em relação ao primeiro anodo para revestir simultaneamente outras áreas do artigo que podem não ser acessíveis ou convenientes para acesso pelo primeiro anodo fixo. Por exemplo, o artigo pode ter características internas ou passagens que não são acessíveis de fora do artigo (por exemplo, passagens ou furos ou características não circulares). No caso de um pistão, por exemplo, pode ser desejável revestir os furos de pino do banho de revestimento. Um anodo em forma de pino pode ser posicionado nos furos de pino e suportado para rotação com o pistão sobre o eixo longitudinal do pistão e acoplado a um retificador associado para conceder revestimento controlado às superfícies dos furos de pino. Isto pode ser feito ao mesmo tempo que a superfície exterior do pistão está sendo revestida quando gira relativa ao primeiro anodo fixado rotativamente. Com este aparelho e método, torna possível cobrir a saia de pistão, sulco de anel de topo e reservatório de combustão do pistão pelo primeiro anodo enquanto também revestindo os furos de pino pelo segundo anodo no mesmo banho de revestimento e ao mesmo tempo assim para alcançar a consistência e uniformidade desejadas de revestir sobre todas as superfícies desejadas em um processo de única etapa.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Estas e outras características e vantagens da presente invenção serão apreciadas mais prontamente quando consideradas com relação à descrição detalhada seguinte de concretizações presentemente preferidas e melhor modo, reivindicações anexas e desenhos acompanhantes, em que:

Figura 1 é uma vista de perspectiva de um artigo revestido pelo processo;

Figura 2 é uma vista de seção transversal esquemática do artigo mostrado em associação com o aparelho de revestimento; e

Figura 3 é uma vista semelhante à Figura 2 girada 90 graus sobre um eixo central do artigo.

DESCRIÇÃO DETALHADA DE CONCRETIZAÇÕES PREFERIDAS

A invenção provê um processo e aparelho que utiliza anodos conformáveis em um processo de revestimento para aplicar um material de revestimento a um artigo. Um fio ou outro material adequado para um anodo é formado para se conformar à forma aproximada de uma região do artigo a ser coberto. O anodo é energizado por uma fonte de energia elétrica, tal como um retificador, e o artigo serve como o catodo, em que o anodo e artigo são ambos imersos em um banho de revestimento. Enquanto imersos, há movimento relativo concedido entre o anodo e o artigo. Em uma concretização presentemente preferida, o artigo é girado em relação ao anodo sobre um eixo central do artigo, em que o anodo pode ser fixado assim para não girar sobre o eixo central. Como resultado do movimento relativo entre o anodo e o artigo, um revestimento uniforme é aplicado às regiões do artigo que passam pelo anodo, por esse meio alcançando, se desejado, um revestimento em 360 graus do artigo.

O método e aparelho também podem incluir um ou mais anodos adicionais que podem ser fixados posicionalmente em relação ao artigo (e assim relativamente móveis em relação ao outro anodo formado para revestir outras áreas do artigo que são inacessíveis ou cobertas menos convencionalmente pelo outro anodo formado). Por exemplo, se o artigo tiver um furo que é arranjado transversal ao eixo de rotação do artigo, o aparelho e método contemplam inserir um anodo correspondentemente formado no furo que pode girar com o artigo tal as superfícies do furo podem ser revestidas no mesmo banho e ao mesmo tempo como as outras superfícies sendo revestidas com relação ao anodo formado.

Retornando agora aos desenhos, em que, por meio de exemplo e sem limitação, Figuras 1-3 mostram um artigo de pistão 10, referido doravante como pistão, como o artigo a ser revestido. O pistão 10 inclui uma cabeça de pistão 12 tendo uma superfície superior 14 se estendendo substancialmente perpendicular ao eixo central 22, em que um reservatório de combustão 16 é formado. O reservatório de combustão 16 pode ter uma borda ou lábio 18 e uma região de recorte 20 se estendendo radialmente exteriormente do lábio 18. O pistão 10 tem um eixo longitudinal central 22 que várias superfícies exteriores do pistão se estendem pelo menos parcialmente simetricamente sobre, e também inclui um par de bossas de pino lateralmente espaçadas 24 em que furos de pino alinhados 26 são formados tendo um eixo de furo de pino comum 28. O eixo de furo de pino 28 se estende transversalmente ao eixo central 22, e pode ser perpendicular ao eixo central 22. O pistão 10 ademais pode incluir um par de porções de saia de pistão contrárias 30 que são formadas como uma peça com as bossas de pino 24 tendo uma superfície exterior 32. A cabeça de pistão 12 é formada com uma pluralidade sulcos de anel, incluindo um sulco de anel superior 34 que está mais perto da superfície superior 14 do artigo de pistão 10.

Figuras 2 e 3 ilustram o pistão 10 junto com um aparelho de revestimento 36. O aparelho 36 preferivelmente inclui um banho de revestimento 38 de uma solução de revestimento seletiva (tal como, por exemplo, uma que produzirá uma camada baseada em cromo) na qual o pistão 10 pode ser imerso. O aparelho 36 inclui um primeiro anodo formado 40 que pode estar na forma de um fio ou outro material adequado que pode servir como um anodo. O anodo 40 é arranjado ao longo do exterior do pistão IOe tem uma área menos que a área total da superfície exterior do pistão 10. O anodo 40 é formado para ter uma forma correspondendo à forma geral da superfície exterior do pistão em relação à seção transversal longitudinal do pistão apresentado ao anodo 40 para as superfícies que são para serem revestidas. Como tal, até mesmo sobre áreas tendo uma forma geometricamente descontínua em seção transversal axial, tal como uma superfície transformando de uma superfície linear a uma superfície não linear e/ou curvilínea, o anodo 40 pode ser conformado para seguir o contorno da superfície. Isto é particularmente importante em ser capaz de aplicar uma camada uniforme pelos vários sulcos de anel, como também a região de recorte 20.

Por exemplo, com relação ao exemplo do pistão 10 mostrado nas Figuras 1-3, o anodo formado 40 é configurado em relação à forma do pistão 10 a fim de desenvolver um revestimento na superfície exterior 32 das porções de saia 30, no sulco de anel superior 34 e preferivelmente na superfície inteira do reservatório de combustão 16. Para este propósito, o anodo formado 40 se estende pelo menos parcialmente na direção longitudinal geralmente paralela ao eixo central 22 e ao longo da superfície exterior do pistão 10 adjacente à superfície exterior 32 das porções de saia 30, ao longo da cabeça do pistão 12. O anodo 40 é representado como tendo uma porção 42 se estendendo no sulco de anel superior 34 geralmente perpendicular ao eixo central 22, e também tem uma porção que envolve ao redor da superfície superior 14 do pistão 10 e então abaixo no reservatório de combustão 16. A porção do anodo 40 no reservatório de combustão segue o contorno da região de recorte 20 onde pode terminar no eixo longitudinal central 22. Como tal, o região de recorte 20 pode ser revestida com uma espessura uniforme de material de cobertura, como desejado. Desejavelmente, a distância na qual o anodo 40 é espaçado das superfícies adjacentes pode ser controlada com um alto grau de precisão. Como tal, será apreciado que se o artigo de pistão 10 fosse girado em relação ao anodo 40 (ou vice-versa), que o movimento relativo causaria a superfície exterior inteira das regiões do pistão 10 que são desejadas serem cobertas ser exposta ao anodo formado. Em outras palavras, com cada revolução, as superfícies exteriores passariam pelo anodo formado fixo 40.

No processo de revestimento, o anodo formado 40 é acoplado a uma fonte de energia elétrica correspondente, tal como retificador 44 e o pistão 10 é acoplado eletricamente para fazê-lo um catodo em relação ao anodo 40. O pistão 10, imerso no banho de revestimento 38 junto com o anodo formado 40, é girado em relação ao anodo formado 40 para desenvolver uma espessura controlada de revestimento 46 nas áreas visadas do pistão 10 como mencionado. Certamente, outras áreas podem ser cobertas igualmente, mas o anodo formado assegura que estas áreas visadas sejam cuidadosamente controladas.

Pode ser ademais desejável cobrir um superfície de diâmetro interno 48 dos furos de pino 26 com o material de revestimento do banho 38. Isto pode ser alcançado ao mesmo tempo que a superfície exterior é coberta posicionando outro anodo, referido doravante como um anodo de furo de pino 50, dentro do furo de pino 26 e suportando o anodo de furo de pino 50 em relação fixa em relação ao pistão 10, enquanto habilitando o anodo de furo de pino 50 girar simultaneamente com o pistão 10 sobre o eixo central longitudinal 22, e assim, em relação ao anodo formado 40 durante o processo de revestimento. O anodo de furo de pino 50 está acoplado a um retificador associado 52 que resulta em revestimento do material de revestimento à superfície de furo de pino 48. Acoplar o anodo de furo de pino 50 a seu próprio retificador 52 separado do outro retificador 44 habilita controle independente do anodo de furo de pino 50 e o revestimento correspondente da superfície de furo de pino 48 disso do anodo formado 40 e o revestimento correspondente das outras superfícies, incluindo a superfície superior 14, o reservatório de combustão 16, as porções de saia 30, um ou mais dos sulcos de anel, se desejado.

Por conseguinte, um aspecto desta invenção provê o uso de anodos que são conformáveis a formas geométricas variadas de superfícies sendo revestidas em um processo de revestimento, tal como um processo de revestimento usado para cobrir um pistão de aço de serviço pesado (HD). Um fio, tal como mostrado em 40, ou outro membro de anodo pré-formado se conformando à forma aproximada de superfícies sendo revestidas no pistão (área de saia 30 para área de anel acima da área de saia para área de reservatório de topo 14) é utilizado para permitir revestimento da camada às áreas de interesse. Isto é energizado pela fonte de energia elétrica de revestimento, tal como o retificador 44. A montagem de pistão inteira é girada dentro do banho de revestimento 38 tal que revolva além do anodo confortável 40 resultando em revestimento da camada sobre as áreas planejadas. Adicionalmente, o segundo anodo 50 é utilizado, com a conexão de catodo comum sendo o mesmo pistão de aço 10, por meio de que este segundo anodo conformável 50 é colocado dentro dos furos de pino 26 resultando em revestimento da camada na superfície ID 48 dos furos de pino 26. Isto é energizado pelo retificador 52 que, como mencionado, está separado do retificador 44.

O uso de anodos conformáveis 40, 50 para revestir superfícies do pistão 10 permite o revestimento da camada nessas áreas onde a camada é desejada nas espessuras desejadas. Girando o pistão 10 permite revestimento uniforme ao redor da circunferência inteira do pistão 10. O uso de dois retificadores separados 44, 52 e anodos 40, 50 (com um catodo comum designado aqui como o pistão 10) permite revestimento da camada em áreas separadas entre si que não poderiam ser cobertas em uma configuração de retificador/anodo única e permite as espessuras desejadas do material de revestimento serem aplicadas onde precisado.

O pistão 10 será provido em um suporte ou caso contrário suportado por um membro que faz a conexão de catodo comum ao pistão 10 como também para servir como o mecanismo para girar o pistão 10 sobre seu eixo central 22 de forma que possa ser girado passado o anodo conformável 40 que resulta em revestimento da camada na saia de pistão 30, área de sulco de anel e na superfície superior 14, incluindo o reservatório de combustão 16.

Os furos de pino 26 são revestidos por meio do anodo cilíndrico 50 colocado dentro da área de furo de pino, que como descrito, é energizada pelo segundo retificador 52. Isto permite aplicação da densidade e espessura de revestimento apropriadas para cada uma das duas regiões separadas sendo revestidas. Como tal, em um único processo de revestimento, as áreas de pistão revestidas pelos anodos separados 40, 50 podem ter densidades e espessuras de revestimento diferentes.

Obviamente, levando em conta os ensinos anteriores, muitas modificações e variações da presente invenção são possíveis. Portanto, é para ser entendido que dentro da extensão das reivindicações anexas, a invenção pode ser praticada caso contrário diferente do que especificamente descrito.

Claims

1. Processo para revestir uma superfície de um artigo atuando como um catodo em um banho de revestimento, a superfície se estendendo pelo menos em parte simetricamente sobre um eixo central do artigo, a superfície incluindo uma porção tendo uma forma geometricamente descontínua em seção transversal axial, caracterizado pelo fato de compreender: prover pelo menos um anodo tendo uma forma se conformando substancialmente à dita forma geometricamente descontínua de dita porção; colocar dito anodo a uma distância predeterminada de dito artigo tal que dito anodo siga substancialmente dita porção de dita superfície; dispor o artigo e dito anodo em dito banho de revestimento; e girar dito artigo e dito anodo em relação um ao outro e energizar dito anodo em dito banho de revestimento para aplicar uma espessura predeterminada do revestimento à dita porção.

2. Processo de acordo com reivindicação 1, caracterizado pelo fato de incluir formar dito anodo de forma que uma porção de dito anodo se estenda substancialmente perpendicular a dito eixo e outra porção de dito anodo se estenda substancialmente paralela a dito eixo.

3. Processo de acordo com reivindicação 1, caracterizado pelo fato de prover o artigo como um pistão tendo um sulco de anel anular se estendendo circunferencialmente sobre o eixo, e ademais incluindo formar uma porção de dito anodo de forma que se estenda em dito sulco de anel de forma que o sulco de anel seja revestido durante a etapa giratória.

4. Processo de acordo com reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o pistão tem um reservatório de combustão se estendendo geralmente perpendicular ao eixo, e ademais incluindo formar uma porção de dito anodo de forma que siga o contorno do reservatório de combustão de forma que o reservatório de combustão seja revestido durante a etapa giratória.

5. Processo de acordo com reivindicação 3, caracterizado pelo fato de incluir prover o pistão como um pistão de aço.

6. Processo de acordo com reivindicação 1, caracterizado pelo fato de prover o artigo como um pistão tendo um reservatório de combustão se estendendo geralmente perpendicular ao eixo, o reservatório de combustão tendo uma região de recorte anular se estendendo circunferencialmente sobre o eixo, e ademais incluindo formar uma porção de dito anodo de forma que siga o contorno da região de recorte de forma que a região de recorte seja revestida durante a etapa giratória.

7. Processo de acordo com reivindicação 1, caracterizado pelo fato de incluir prover outro anodo e revestir uma porção do artigo separada de dito um anodo durante dita etapa giratória.

8. Processo de acordo com reivindicação 7, caracterizado pelo fato de incluir prover o artigo como um pistão tendo um reservatório de combustão e um par de bossas de pino definindo furos de pino e revestir o reservatório de combustão com dito um anodo e revestir os furos de pino com dito outro anodo durante a etapa giratória.

9. Processo de acordo com reivindicação 8, caracterizado pelo fato de incluir mover dito um anodo em relação a dito outro anodo durante a etapa giratória.

10. Processo de acordo com reivindicação 8, caracterizado pelo fato de incluir prover o pistão com um sulco de anel anular se estendendo circunferencialmente sobre o eixo e revestir o sulco de anel com dito um anodo durante a etapa giratória.

11. Processo de acordo com reivindicação 10, caracterizado pelo fato de incluir estender pelo menos uma porção de dito um anodo em dito sulco de anel para facilitar aplicar um revestimento uniforme ao sulco de anel.

12. Aparelho para revestir uma superfície de um artigo atuando como um catodo, a superfície se estendendo pelo menos em parte simetricamente sobre um eixo central do artigo e incluindo uma porção tendo uma forma geometricamente descontínua em seção transversal axial, caracterizado pelo fato de compreender: um banho de revestimento tendo um material de revestimento no mesmo; uma fonte de energia elétrica; e pelo menos um anodo em comunicação elétrica com dita fonte de energia, dito anodo tendo uma forma se conformando substancialmente à forma geometricamente descontínua da porção do artigo.

13. Aparelho de acordo com reivindicação 12, caracterizado pelo fato de incluir outro anodo para revestir uma porção do artigo separada da porção sendo revestida por dito um anodo.

14. Aparelho de acordo com reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o dito um anodo e dito outro anodo se movem simultaneamente em relação um ao outro.

15. Aparelho de acordo com reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o dito um anodo permanece estacionário em relação a dito banho de revestimento enquanto reveste uma das porções e dito outro anodo gira em relação ao banho de revestimento sobre o eixo central do artigo enquanto reveste a outra porção do artigo.

16. Aparelho de acordo com reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o dito pelo menos um anodo é arranjado para revestir um reservatório de combustão de um pistão e dito outro anodo é arranjado para revestir um par de furos de pino do pistão simultaneamente.

17. Aparelho de acordo com reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o dito pelo menos um anodo se estende geralmente paralelo em parte ao eixo central e dito outro anodo se estende geralmente perpendicular ao eixo central.

18. Aparelho de acordo com reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma porção de dito um anodo se estende geralmente perpendicular a dito eixo.

19. Aparelho de acordo com reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o dito pelo menos um anodo é um fio.

20. Aparelho de acordo com reivindicação 13, caracterizado pelo fato de incluir outra fonte de energia em comunicação elétrica com dito outro anodo separado de dito pelo menos um anodo.