Реконструкция участка нанесения никелевого покрытия гальванического цеха

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ

Учреждение образования «Белорусский государственный технологический университет»

Факультет Химической технологии и техники

Кафедра Химии, технологии электрохимических производств и материалов электронной техники

Специальность Технология электрохимических производств

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

КУРСОВОГО ПРОЕКТА

по дисциплине «Оборудование и основы проектирования электрохимических производств»

Тема: «Реконструкция участка нанесения никелевого покрытия гальванического цеха»

Исполнитель

студент 5 курса 11 группы _______________ Мугако Д.П.

Руководитель

Старший преподаватель_______________________ Кубрак П.Б.

Курсовой проект защищён с оценкой ________________

Руководитель _______________ Кубрак П.Б.

Минск 2013

Учреждение образования «БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Факультет___ХТиТ___________________________________________

Кафедра__Х,ТЭХП и МЭТ_____________________________________

Специальность__1-480104______________________________________

«УТВЕРЖДАЮ»

Заведующий кафедрой

______________ ________________

«___» ____________________2013г.

ЗАДАНИЕ

на курсовое проектирование по дисциплине

«Оборудование и основы проектирования электрохимических производств»

Студенту __ Мугако Д.П.

1.Тема проекта: «Реконструкция участка нанесения никелевого покрытия гальванического цеха»

2. Сроки сдачи студентом законченного проекта: 18декабря 2013

3. Исходные данные к проекту: 1. Материалы технологической практики и литературно-патентный обзор за 8 лет. 2. Способ обработки деталей на подвесках. 3. Производительность - 10000 м²/год по покрытию. 4. Материал деталей - углеродистая сталь, назначение деталей - ножи деревообрабатывающей установки.

4. Содержание пояснительной записки: Введение. 1. Аналитический обзор. 1.1. Характеристика оборудования для подготовки поверхности. 1.2. Характеристика основного оборудования. 1.3. Характеристика вспомогательного оборудования. 2. Обоснование выбранного оборудования. 3. Расчет и выбор основного и вспомогательного оборудования. 3.1. Расчет автоматической линии. 3.2. Построение циклограммы работы линии. 3.3. Тепловой и гидравлический расчет оборудования. 3.4. Расчет и подбор вспомогательного оборудования. 3.5. Обоснование конструкционных материалов основного оборудования и мероприятия по защите от коррозии. 4. Автоматизация и управление параметрами технологического процесса. 5. Сравнительный анализ спроектированного оборудования. Заключение. Список использованной литературы. Приложения.

5. Перечень графического материала: Общий вид линии - 1 лист, формат А1. Чертеж основного аппарата или механизма - 1 лист, формат А1.

6. Консультанты по проекту (с указанием разделов проекта)

Кубрак П.Б.

7. Дата выдачи задания __________________

8. Календарный график работы над проектом:

21.09-02.10 - введение, подразделы 1.1, 1.2, 1.3;

02.10-09.10 - раздел 2;

09.10-16.10 - подразделы 3.1, 3.2;

16.10-30.10 - подбор графического материала;

30.10-13.11 - доработка, подраздел 3.3;

13.11-20.11 - раздел 4, графический материал;

20.11-27.11 - раздел 5, подраздел 3.4, графический материал;

27.10-11.12 - подраздел 3.5, графический материал, приложения;

11.12-18.12 - заключение, оформление пояснительной записки

Руководитель Кубрак П.Б.

Задание принял к исполнению



Содержание

Введение

1. Аналитический обзор

1.1 Характеристика оборудование для подготовки поверхности.

1.2 Характеристика основного оборудования

1.3 Характеристика вспомогательного оборудования

2. Обоснование выбранного оборудования

3. Расчёт и выбор основного и вспомогательного оборудования

3.1.Расчет автоматической линии

3.2 Тепловой и гидравлический расчёт оборудования

3.2.1 Гидравлический расчёт

3.2.2 Тепловой расчёт

3.3 Выбор и расчет технологического оборудования

3.3.1 Подбор вентиляторов

3.3.2 Расчет и выбор насосов

3.3.3 Расчет штуцеров

3.4 Обоснование конструкционных материалов и мероприятия по защите от коррозии

4. Автоматизация и управление параметрами технологического процесса

5. Сравнительная оценка спроектированного оборудования с существующим

Список используемой литературы



РЕФЕРАТ

Данная пояснительная записка содержит 46 листов текста,10 таблиц, 6 рисунков, 4 приложения, 28 литературных источников.

НИКЕЛЬ, ПОДВЕСКА, АВТООПЕРАТОР, ЭЛЕКТРОЛИТ, ЦИКЛОГРАММА, ПРОМЫВКА, УЛЬТРАФИЛЬТРАТОР, НАСОС, ВЕНТИЛЯТОР.

В данном курсовом проекте произведен обзор научно-технической и патентной литературы по процессу хромирования за последние 8 лет

Выполнены инженерно-технологические расчёты основного и вспомогательного оборудования, произведён тепловой и гидравлический расчёт оборудования, спроектирована автоматическая гальваническая линия с консольным автооператором грузоподъемностью 100 кг, производительностью 10000 м²/год; обоснованы мероприятия по внедрению локальных схем регенерации отработанных электролитов, обезвреживанию концентрированных и разбавленных растворов, вентвыбросов, проведена сравнительная оценка модернезированного оборудования с существующим.

Введение

В зависимости от назначения и требований гальванические покрытия делят на три типа: защитные, применяемые для защиты от коррозии изделий в различных атмосферных условиях; защитно-декоративные, применяемые для декоративной отделки изделий с одновременной защитой их от коррозии; специальные, применяемые для придания поверхности изделий специальных свойств (паяемости, износостойкости, электроизоляционных и магнитных свойств).

В качестве износостойких покрытий используются хромовые, никелевые, железные, многослойные или композиционные покрытия наносимые катодным методом.

Основное предназначение износостойкого покрытия - это увеличение производительности за счет возможности работы с высокими скоростями резания и подачами. Для этого, покрытие должно обладать достаточной твёрдостью.

Традиционно в качестве износостойких покрытий применялся хромовое, его твёрдость в зависимости от электролита и условий осаждения колеблется от 750 - 1100 кгс/мм². Но получение хромового покрытия имеет ряд недостатков, таких как сложность очистки сточных вод хромирования, низкий выход по току хрома, что ведёт к увеличению стоимости за м² покрытия. Поэтому в последнее время ведётся разработка износостойких покрытий на основе других металлов.

Одним из альтернатив хромовым покрытиям являются никелевые кэп. Они получаются при осаждении на катоде никеля вместе с легирующими частицами, увеличивающими микротвёрдость никеля до 1200 кгс\мм².



1. Аналитический обзор литературы

1.1 Характеристика оборудования для подготовки поверхности

автоматический гидравлический вентилятор насос

Подготовка поверхности металла перед нанесением покрытия является первой и одной из самых ответственных операций. В случае некачественного его проведения невозможно получить хорошего сцепления с основой. Комплекс операций по подготовке поверхностей сводится к удалению с них различных загрязнений, а в некоторых случаях к приданию им декоративного внешнего вида.

Подготовка поверхности перед нанесением гальванопокрытия состоит из механической и химической обработки [1].

Основной вид механической подготовки - виброполирование.

Полирование производится полировальными кругами или абразивной лентой, закрепленными на вращающихся шпинделях полировальных станков или на специальных агрегатных станках, полуавтоматах и автоматах, а также в колоколах и барабанах.

Шлифовально-полировальные станки делятся на следующие группы: одношпиндельные, двухшпиндельные, станки - электродвигатели, ленточные, ручные и специальные. Полирование лентой позволяет обрабатывать поверхность более сложной конфигурации.

Вибрационная обработка - наиболее распространенный способ обработки, который позволяет проводить очистку деталей от окалины, пригара, ржавчины, производить полирование острых кромок и их скруглений.

Предлагаемое изобретение относится к вибрационной отделочно-зачистной и упрочняющей обработке деталей [2]. На основании установки смонтирован контейнер с вибровозбудителем. Деталь закреплена на штоке, расположенном на подшипниковой опоре контейнера. В устройстве предусмотрен рычаг, прикреплённый одним концом к штоку и сообщающим ему дополнительные вибрационные колебания за счёт перпендикулярной оси рычага, составляющей плоскопараллельного колебательного движения контейнера. Второй конец рычага связан с основанием посредством шарнирно закреплённой на нём втулки. Последняя установлена с возможностью перемещения вдоль оси рычага для регулирования амплитуды угловых колебаний штока с деталью. Данная конструкция интенсифицирует обработку межлопаточных каналов деталей типа «турбина» без дополнительных энергозатрат.

Разработан способ полировки и придания глянца сложнопрофелированным деталям [3]. Специальный лазер оплавляет материал и испаряет мельчайшие выступы. При этом неизменными остаются заданные размеры. В настоящее время способ применяется для фрезерованных и электроэрозионно обработанных инструментальных сталей с использованием пульсирующих и непрерывных лазеров. По сравнению с механической полировкой, лазерная быстрее в 10-150 раз.

1.2 Характеристика основного оборудования

Для нанесения гальванических и химических покрытий применяются следующие виды оборудования: ванны (стационарные, колокольные, барабанные) и автоматические конвейерные установки.

Различие в конструкции стационарных ванн определяется характером процесса, для которого применяется данная ванна, составом раствора, его рН, а также особенностями технологического процесса, требующими подогрева или охлаждения электролита, перемешивания, качания штанг, непрерывной фильтрации, наложения различных физических факторов (ультразвук, магнитное поле, проток электролита)[4].

Ванны представляют собой емкости прямоугольной формы, которые являются «держателями» гальванических растворов. Они предназначены для проведения процессов нанесения покрытия, а также для подготовительных и окончательных операций. Внутренние размеры ванн определяются ГОСТ 23738 - 85 «Ванны автооператорных линий для химической, электрохимической обработки поверхности и получения покрытий» [6]. Ванны и агрегаты для щелочных электролитов изготавливают из стали без футеровки. Ванны для щелочных цианистых электролитов рекомендуется футеровать внутри резиной и винипластом. Ванны, в которых находятся кислые и слабокислые электролиты, снабжают кислотоупорной футеровкой либо изготавливают из кислотостойких материалов. Например двухкаскадная ванна для электрохимического обезжиривания рисунок 1.

Рисунок 1- Двухкаскадная ванна электрохимического обезжиривания

К ванне осуществляется подвод сжатого воздуха и дион-воды. Также ванна имеет восемь ТЭНов по четыре на каждые две стороны. ТЭНы расположены в вертикальной плоскости для уменьшения образования шлама на их поверхности.

Известна модель BS, представляющая собой однокамерную ультразвуковую установку, применяемую для обезжиривания деталей самостоятельно или в комплексе с автоматами для гальванических покрытий. С помощью ультразвука можно удалять плотно осевшие или вязкие загрязнения, такие как полировальная паста, шлифовальная металлическая пыль и др. [7].

Промывочные ванны по количеству позиций обработки делят на одно- и многопозиционные (каскадные). Применение ванн каскадной промывки резко сокращает расход промывочной жидкости без ущерба качеству очистки поверхности изделий. Двухпозиционная ванна каскадной промывки в теплой воде состоит из корпуса с карманом и перегородкой, разделяющей ванну на два отсека: левый и правый. В каждом отсеке установлены четыре опоры - ловителя, наддонный коллектор нагрева, сливной штуцер. Левый отсек, кроме того, имеет барботер с двумя ветвями, а правый - наливную трубу. В нижней зоне кармана установлен сливной штуцер.

Для промывки деталей в холодной воде погружным и/или комбинированным методом для автоматической линии предложена гальваническая ванна и способ ее изготовления. Это изобретение способствует сокращению удельных затрат энергоресурсов, расширению функционально-технологических возможностей и повышению качества промывки всего процесса гальванохимической обработки [8].

Автооператоры предназначены для транспортирования изделий по технологическим позициям автоматических и механизированных линий для химической и электрохимической обработки поверхности основного металла и получения металлических и неметаллических покрытий.

Автоматизированные гальванические линии, требуемые современному производству, должны сочетать в себе технологическую гибкость, высокую производительность и экологичность. Характерный для большинства гальванических производств многономенклатурный входной поток деталей определяет проблему автоматического функционирования таких линий, состоящую в необходимости адаптации к потоку подлежащих обработке деталей и систем водосбережения, дозировки и очистки. Одним из путей решения этой задачи являются роботизированные гальванические линии.

Реализуемая экологическая концепция роботизированных гальванических линий - это:

-Безаварийность, достигаемая применением бессточных ванн, опорожняемых полипропиленовыми переносными насосами.

-Малоотходность за счет программирования времени стекания над каждой ванной, обеспечения значительного возврата выносимых растворов.

-Снижение концентрации гальваностоков с помощью ванн-уловителей со встроенными электролизерами.

-Организация системы дозирования промывок, основных ванн - вливается количество воды пропорциональное площади погружаемых деталей, количеству прошедшего тока соответственно [9].

В зависимости от видов применяемых автооператоров автоматизированные гальванические линии делятся на два основных типа: с подвесными или портальными автооператорами. Гальванические линии с автооператорами портального типа получили распространение благодаря широкому набору функциональных возможностей. Их основным преимуществом является многопроцессность - возможность обрабатывать изделия по различным технологическим процессам и совмещение в одной гальванической линии нескольких видов покрытий. В автооператорных гальванических линиях возможно реализовать:

– как индивидуальные гальванические процессы, так и несколько процессов одновременно или поочередно;

– изменение последовательности и продолжительности технологических операций;

– нанесение покрытий с производительностью от 1 до 150 м²/ч;

– обработку, как малогабаритных, так и крупногабаритных деталей с профилем любой сложности;

– обработку деталей в барабанах, корзинах, на подвесках [5].

Появление в последние годы гальванических манипуляторов с расширенными функциональными возможностями, позволяющими активно участвовать в формировании сточных вод по концентрации и объему, в значительной степени способствует созданию и успешному внедрению малоотходных и безотходных технологических процессов нанесения покрытий. Многофункциональные манипуляторы имеют ряд дополнительных механизмов, устройств, приспособлений, позволяющих уменьшить вынос электролитов из гальванических ванн, формировать стоки по концентрации и объему. Применение этих манипуляторов позволяет обслуживать узкие вспомогательные ванны, что дает возможность уменьшить общую длину гальванической линии, уменьшить расход химикатов [5].

Для использования в технологическом оборудовании, предназначенном для нанесения покрытий гальваническим или химическим способом, известна автооператорная линия, которая может быть использована как в серийном производстве, так и в опытном при разработке технологических процессов нанесения покрытий. Установленный на автооператоре пульт управления и размещенный в нем независимый источник энергии дают возможность перемещаться автооператору вдоль ванн без внешних источников питания. Такая конструкция исключает необходимость применения шлейфов, что значительно повышает надежность работы линии [11].

Известна линия для нанесения гальванических и химических покрытий. Она содержит ванны промывки и технологического процесса, соединяющий трубопровод с устройством для поддержания уровня. Линия снабжена гибкими трубопроводами, а устройство для поддержания уровня выполнено в виде цилиндра с упор-крышкой, с упорами и полым поплавком с вертикальным разрезом [12].

Также известен операционный модуль бессточной гальванохимической обработки деталей на подвесках, для использования, как в составе автоматизированных линий, так и в виде автономных автоматизированных установок, настроенных на конкретную операцию при использовании не нагреваемых электролитов (травления). Модуль обеспечивает сокращение удельных затрат энергоресурсов, расширение функционально-технических возможностей и повышение качества промывки [13].

1.3 Характеристика вспомогательного оборудования

К вспомогательному оборудованию относятся фильтровальные установки, насосы для перекачки электролитов, различные ёмкости для хранения, транспортировки и корректировки растворов, а также сушильное оборудование и источники питания ванн.

Рисунок 2- фильтр-пресс рамного типа.

Фильтровальные установки предназначены для очистки электролитов от различных загрязнений. Электролиты очищают от механических загрязнений при помощи периодической или постоянной фильтрации. Периодическая фильтрация осуществляется через суконный рамочный фильтр. Для фильтрации электролитов применяют аэрофильтры и переносные фильтры рисунок 7.

Наиболее тщательная очистка электролита может быть достигнута при помощи фильтр-пресса, состоящего из чередующихся рам и плит, между которыми проложена фильтровальная ткань [1].

Система фильтрации Titan - семейство автоматических систем фильтрации возвращаемых промывных вод, в которых используются постоянные фильтры взамен обычных сменных фильтрующих элементов, использование которых ведет к образованию производственных отходов. Компьютер поддерживает постоянные характеристики потока, при которых поры фильтра практически не забиваются. Программа обеспечивает минимальную скорость загрязнения фильтра.

Рисунок 3 - Фильтровальная установка Titan

Системы фильтрации Titan специально сконструированы для использования с большинством растворов, включая обезвреженные сточные воды, растворы обезжиривания, гальваностоки. Эти системы поддерживают скорость фильтрации до 113,550 л/ч для обработанных стоков, 45,420 л/ч для гальваностоков и 10,219 л/ч для растворов обезжиривания. Система может обрабатывать растворы обезжиривания при температуре до плюс 88⁰С. Коалесцентные системы используются для разделения систем жидкость/жидкость не эмульсионного типа, при температуре до плюс 65⁰С. Они отделяют масла от промывных вод, растворов обезжиривания, гальванических ванн и различных сточных вод [14].

Как для фильтрации, так и для перекачки растворов необходимы насосы. Различают насосы двух основных типов: динамические и объемные. В динамических насосах жидкость перемещается при воздействии сил на незамкнутый объем жидкости, который непрерывно сообщается со входом в насос и выходом из него. Динамические насосы по виду сил, действующих на жидкость, подразделяются на лопастные (центробежные и осевые) и насосы трения (вихревые и струйные). В объемных насосах жидкость перемещается (вытесняется) при изменении замкнутого объема жидкости, который периодически сообщается со входом в насос и выходом из него. Группа объемных насосов включает насосы, в которых жидкость вытесняется из замкнутого пространства телом, движущимся возвратно - поступательно (поршневые, плунжерные, диафрагменные насосы), или имеющие вращательное движение (шестеренчатые, пластинчатые, винтовые насосы).

В зависимости от характера перекачиваемого электролита применяют кислотостойкие или щелочестойкие насосы. Наиболее часто применяют насосы ХД - центробежные для химических производств с горизонтальным подводом жидкости по оси, центробежные погружные насосы ХП, центробежные герметичные насосы ЦНГ, насосы - дозаторы НД.

Центробежные химические насосы ХД применяют для подачи кислот, щелочей и солей. Производительность таких насосов 5-100 м³/ч, допустимая высота всасывания 5-6 м водяного столба.

Рисунок 4- Центробежный насос

Насосы центробежные погружные ХП применяют для перекачивания химически активных чистых и загрязненных жидкостей с температурой до 80^оС. Содержание абразивных включений в перекачиваемой жидкости должно быть не более 0,2% по массе и размером частиц до 0,2 мм. В частности, насосы ХП в цехах гальванопокрытий применяют для перекачивания из сборников кислых и щелочных промывных стоков, загрязненных шламом и фильтрующими материалами, углем, асбестом. Производительность таких насосов 5-25 м³/ч, напор не превышает 25 м водяного столба.

Насосы центробежные герметичные ЦНГ взрывозащищенного исполнения, применяют для перекачки электролитов хромирования и концентрированной серной кислоты. Производительность их 10 м³/ч, допустимый напор 21-55 м водяного столба.

Насосы-дозаторы НД - одноплунжерные горизонтальные насосы простого действия с подачей, регулируемой вручную при остановленном электродвигателе. Насосы-дозаторы применяют для объемного напорного дозирования нейтральных и агрессивных жидкостей, эмульсий и суспензий с концентрацией неабразивной твердой фазы до 10% по массе при температуре до 200^оС. В гальванических цехах эти насосы применяют для выполнения корректировочных работ по подаче кислых и щелочных растворов. После окончания перекачки жидкостей, склонных к выделению солей и кристаллизации, необходимо промыть насос, что предупреждает преждевременный износ плунжера и уплотнения. Производительность таких насосов 0,6-2,5 м³/ч, максимальное давление нагнетания 1Мпа.

Выбор сушильного оборудования определяется в основном массой, габаритными размерами и производительностью линии. Наиболее часто в механизированных и автоматических линиях используют сушильную камеру. При работе на стационарных ваннах сушку деталей производят вне линии рабочих ванн, для чего используют сушильные шкафы [5].

Известны две установки фирмы “CompAir Drucklufttechnik GmbH”, которые предназначены для получения сжатого воздуха, используемого в гальванических установках для сушки изделия и для удаления электролита с изделий после поднятия подвесок или барабанов из рабочей ванны. В первом варианте (System 1) установка производит сжатый воздух давлением 5,8-6,5 бар с остаточным содержанием масла 2-4 мг/м³, а во втором (System 2) без масла вообще. Удаление масла производится охлаждением струи воздуха, выходящего из сопла. Вторая установка, разработанная в 2000 г., потребляет на 20% меньше энергии, чем первая, и, благодаря теплообменникам, возвращает в сеть до 90% энергии [15].

Рисунок 5- Установки фирмы CompAir Drucklufttechnik GmbH

Для подвешивания деталей в электролитическую ванну используют специальные подвески и приспособления. Выбор подвесок зависит от конфигурации деталей, размеров ванны, типа электролита и т.д. Приспособления для подвешивания деталей в гальванические ванны должны удовлетворять следующим требованиям: обеспечивать хороший контакт с покрываемой деталью и токоподводящей штангой, обеспечивать получение равномерного покрытия, не допускать циркуляцию электролита к участкам деталям, не подлежащих покрытию, не допускать экранирования мест, подлежащих покрытию [2].

Известно подвесное устройство для гальванической ванны, включающее деталь, закрепленную скобами, с токоподводом с одной стороны, пружину, отличающееся тем, что токоподвод к детали осуществляется через изолирующий каркас, крепление детали в каркасе осуществляется градуированным динамометрическим устройством с регулируемым натяжением, при этом система токоподвода исключает процесс электролиза на пружине. При этом подвесное устройство отличается тем, что регулирование натяжения детали выполняется гайкой винта-натяжителя [16].

Авторами разработан токоподвод, включающий вращающийся в опорах корпуса вал с барабан-катодом, на конце которого закреплен токопередающий ролик с цилиндрической наружной поверхностью, размещенный в дополнительной полости. Полость расположена за пределами ванны и заполнена жидким металлом с изолятором, на корпусе которой закреплена токопроводящая клемма, а сама полость закреплена на корпусе ванны через изолятор, отличающийся тем, что наружная поверхность токопередающего ролика снабжена одной или несколькими кольцевыми канавками, глубина которых меньше уровня жидкого металла в дополнительной полости [17].

Для питания гальванических ванн используется постоянный ток, получаемый от источников питания - полупроводниковых выпрямителей. От технических характеристик источников питания зависит эффективность технологического процесса: качество гальванопокрытий, производительность, экономические показатели.

Выпрямитель состоит из трансформатора, преобразующего ток высокого напряжения (220 или 380 В) и малой силы в ток низкого напряжения и большой силы, и электрических вентилей главным образом на основе тиристоров, преобразующих переменный ток в постоянный.

Наиболее распространены выпрямительные агрегаты серии ВАК и ВАКР (В - выпрямительный, А - агрегат, К - кремниевые вентили, Р - реверсивный). Агрегаты имеют ручное плавное регулирование выпрямленного напряжения, автоматическую стабилизацию выпрямленного напряжения и тока с точностью стабилизации ±5%, плотности тока с точностью стабилизации ±10%. Реверсивные агрегаты серии ВАКР, кроме того, могут работать в следующих режимах: ручное и автоматическое реверсирование выпрямленного тока, длительная работа с любой полярностью выпрямленного тока. Ориентировочный срок службы агрегатов 15-20 лет. Вероятность отказа при работе на протяжении 500 ч не ниже 0,75.

В связи с возросшими требованиями к качеству гальванопокрытий и с развитием новых комплектующих изделий (сильноточных тиристоров, микросхем и т.п.) была разработана и активно внедряется в производство новая серия преобразователей типов: ТЕ, ТЕР, ТВ, ТВР и ТВИ (Т - тиристорный, Е - естественное охлаждение, В - водяное охлаждение тиристоров, Р - реверсивный, И -- импульсный). В выпрямителях этой серии существенно улучшены технические показатели: повышена точность стабилизации напряжения и тока до ±3 %, а плотности тока - до ±6 %, снижена пульсация выпрямленного тока, предусмотрено дистанционное и программное управление выпрямителями, повышен КПД на 1-1,5 %, уменьшены габаритные размеры, унифицированы схемные и конструктивные решения агрегатов и их узлов, что в свою очередь улучшило их ремонтоспособность. Диапазон ручного регулирования тока и напряжения от 10 до 100%. Реверсивные агрегаты позволяют получать постоянный ток с автоматической и ручной сменой его полярности. В агрегатах предусмотрена раздельная установка значений постоянного тока и напряжения каждого направления с длительностью от 2 до 200 с (дискретность 2 с) прямого тока и от 0,2 до 20 с обратного тока (дискретность 0,2 с). Импульсные агрегаты ТВИ обеспечивают на выходе как импульсный ток, так и постоянный. Длительность импульсов тока от 0,01 до 0,1 с и пауз между ними от 0,03 до 0,5 с. Импульсные агрегаты в зависимости от типа комплектуются дополнительными устройствами: пультом дистанционного управления, пультом программного управления, сглаживающим реактором.

Варьируя только электрическими параметрами, можно повысить производительность гальванического процесса в 1,5-1,7 раза. Это стало возможным при использовании тиристорного источника тока (ТИТ). Он позволил получить новую форму тока - синусоидальную с отсечками. Покрытия при этом отличаются высокой плотностью, твердостью до 50-60 ед. HRZ, мелкозернистостью и износостойкостью в 1,2-1,3 раза превышающей другие гальванические покрытия[18].

Известно устройство для автоматического регулирования средней плотности тока в гальванической ванне. Оно содержит регулируемый источник тока, подключенный к аноду и катоду, блок управления источником тока и датчики средней плотности, объединенные в две группы. Особенностью устройства является то, что с целью повышения точности регулирования средней плотности при обработке деталей сложной формы путем учета изменения поляризационного потенциала в процессе электролиза, оно снабжено тремя дифференциальными усилителями, программным задатчиком плотности тока и блоком сравнения [19].

Известно устройство для питания гальванических ванн импульсным током, которое относится к гальванотехнике и может быть использовано для питания гальванических ванн импульсным током. Устройство содержит последовательно соединенные между собой узел коммутации, содержащий тиристор, коммутирующий конденсатор и тиристорный переключатель с согласующими элементами и регулируемым блоком задержки. Данное устройство позволяет получать плавно регулируемую частоту и скважность импульсов тока, стабильно поддерживать их временные характеристики, что позволяет более точно устанавливать максимально допустимую плотность тока гальванической ванны и тем самым интенсифицировать процесс [20].

Для использования в гальванотехнике, в частности для питания гальванических ванн при нанесении одно- и многослойных гальванических покрытий, известен электро-преобразователь. Расширение функциональных возможностей достигается за счет того, что управляющая ЭВМ согласно заданной программе записывает в регистр коды, соответствующие величине входного тока, а таймеры - коды, определяющие длительность импульсов прямого, обратного тока и паузы между ними. Повышение надежности достигается за счет включения одного из тиристоров в момент закрывания транзисторного ключа и замыкания дросселя на нулевой вывод источника питания, что устраняет коммутационные всплески напряжения и уменьшает величину помех [21].

Также известно о производстве нового типоряда индукционных расходомеров типа МАГ 6000 для систем водоснабжения и водоподготовки. Принцип комплектования измерительных систем модульный, в состав комплекта входят непосредственно датчик расхода, преобразователь первичного сигнала с цифровой индикацией и др., выходной сигнал может иметь аналоговую или цифровую форму. Предусмотрено выполнение широкого ряда опций, в частности, производится непрерывное фиксирование количества прошедшей воды, при этом показания могут сбрасываться на пульт по сигналу от внешнего пульта, имеются датчики уровней расхода для систем регулирования [22].

Известна блок-схема устройства, позволяющего осуществлять мониторинг, автоматический контроль и регулирование всех технологических параметров процесса гальванического осаждения металла, что, в конечном итоге, обеспечивает высокое качество наносимых покрытий. Принцип действия устройства основан на использовании набора мониторов, отслеживающих значения всех параметров, определяющих режим процесса, в том числе концентрацию всех основных компонентов ванны осаждения и выдающих управляющий сигнал при отключении того или иного параметра от заданного уровня. Указанные сигналы служат для управления клапанами, подающие необходимые реактивы в бак для смешивания, откуда они и поступают в ванну. Система секторов служит для контроля температуры, рН и концентрации тех или иных ионов в ванне. Устройство включает в себя циркуляционную линию для очистки электролита от твердых примесей и разложения тех или иных органических компонентов под действием Н₂О₂ [23].

С целью расширения технологических возможностей и повышения эффективности процесса удаления газов, аэрозолей и испарений известен способ для регулирования количества отсасываемого воздуха в бортовых отсосах гальванических ванн и установка для его осуществления. Установка для гальванохимической обработки и горячей промывки содержит ванны, бортовые вентиляционные отсосы, оснащенные поворотными заслонками и внешними исполнительными органами для фиксированного поворота последних вокруг своих осей. При этом каждый из бортовых отсосов оснащен элементом с термодеформируемой поверхностью, в качестве которых используют материалы с термомеханической памятью [24].

Для управления экранированием и удаления вредных выделений и испарений от ванн гальванохимической обработки и горячей промывки деталей погружением на автоматизированных и механизированных линиях гальванопокрытий и очистки используется устройство которое включает частичное или полное экранирование поверхности зеркала ванн при загруженном и не загруженном приспособлениями с деталями состояниях ванн соответственно и регулирование количества удаляемых газов, аэрозолей и испарений с поверхности зеркала ванн в бортовых отсосах. Технический результат - повышение эффективности процесса экранирования и удаления газов, аэрозолей и испарений, расширение технологических возможностей [25].

Известен способ для защиты трубчатых электронагревателей (ТЭН) от перегрева в гальванической ванне и эффективности нагрева жидкой среды ванн. Способ защиты ТЭН включает поддержание рабочего и контроль аварийного значения уровня жидкости в ванне, при достижении которого отключают ТЭН от источника питающего напряжения. При этом дополнительно контролируют предаварийное значение уровня жидкости[26].



Рисунок 6- Электронагревательное устройство

Известен способ контроля и управления процессом струйной промывки деталей. Способ включает загрузку приспособления с деталями в ванну струйной промывки, соединение элементов формирования струй с источником моющей жидкости, подачу струй моющей жидкости на поверхность деталей в течение времени, обеспечивающего соответствующее качество промывки, и слив загрязненной основным компонентом моющей жидкости из ванны. Результатом является оптимизация расхода моющей жидкости, повышение качества промывки и расширение технологических возможностей [27].

Погружной электрохимический модуль (ПЭМ) - это устройство, состоящее из подключенных к источнику постоянного тока электродов, разделенных ионоселективной мембраной и погруженных непосредственно в ванну для промывки деталей или для их обработки в каком-либо технологическом растворе. В процессе электролиза ПЭМ селективно удаляет из раствора или промывной воды

определенные виды ионов, а также осуществляет окислительно-восстановительные превращения [28].

Промышленные сточные воды после обезвреживание и нейтрализации содержат остатки веществ в виде ила (например, гидроокись тяжелых металлов). Для их удаления предназначены установки осветления (седиментации), после чего вода может быть сброшена в канализационную сеть (остаток веществ менее 1 мл/л) или в природный водоем (остаток веществ менее 0,3 мл/л). Преимущества данных установок: небольшая занимаемая площадь, высокая производительность, непрерывное извлечение жидкого или и невозможность «прорывов» ила в осветленную воду, легкая компоновка с предварительными очистными сооружениями. Установка осветления включает в себя два отстойника и «осциллирующую систему отстаивания ила». В первом отстойнике отделяется уже 9% ила, второй отстойник нагружается только пылевидным илом. Осциллирующая система подводится непосредственно к месту отсасывания ила, что является значительным преимуществом. Выпускаются несколько типов установок различной производительности [6].

Известна конструкция аппарата - электрофлотокорректора для обработки металлсодержащих сточных вод. Горизонтальный аппарат состоит из мембранного электролизера, секции электрофлотационной доочистки и шламосбросного устройства. Аппарат работает в непрерывном режиме и обеспечивает утилизацию катионов металлов Cu, Ni, Zn, Cd, Cr, Al и др. индивидуально или в смеси в интервале исходных концентраций 20-300 мг/л в виде гидроксидов, обессоливание и возврат до 90% очищенной воды на повторное использование. При очистке щелочных вод регенерируется до 80-85% щелочи. Время обработки 15-20 мин. Удельные энергозатраты до 3,5 кВт^.ч/м³. Основными преимуществами разработанной технологи и оборудования являются универсальность способа, эффективность в сочетании с высокой скоростью процесса, снижение солесодержания воды и возможность возврата очищенной воды и ценных компонентов в технологический цикл, уменьшение количества образующихся шламов [29].

Также существуют методы позволяющие использовать промывочную воду после ряда технологических операций повторно. Например, промывочную воду после операции травления подавать в ванну промывки после операции электрообезжиривания. Кроме вышеперечисленного можно использовать вторичную воду с одной линии, передавая ее на рядом стоящую линию или группу линий. Для подачи воды с одной промывной ванны на другую используют эрлифты, не требующие для их установки дополнительных площадей. Эрлифты представляют собой две соосные полиэтиленовые трубы с подводом сжатого воздуха. Они устанавливаются непосредственно на линии рядом с промывной ванной, в которой будет вторично использоваться промывная вода. Производительность эрлифта регулируется количеством и скоростью подачи сжатого воздуха [30].



2. Обоснование выбранного оборудования

Линия включает в себя разводку трубопроводов, электромонтаж, ванны химической и электрохимической обработки, автооператор, подвеску, сушильную камеру, систему вентиляторов. Ванны расставлены в определенной последовательности, вытекающей из условий соблюдения технологических требований.

Основным критерием выбора основного и вспомогательного оборудования является обеспечение нанесения цинкового покрытия на изделия из стали Ст10, толщиной 30 мкм, при производительности линии 10000 м²/год.

Ванны изготовлены из полипропилена и имеют стандартные размеры.

Для уменьшения количества вредных испарений в воздухе рабочей зоны на бортах гальванических ванн с агрессивными электролитами устанавливаются двухсторонние бортовые отсосы с горизонтальной щелью всасывания.

Предлагается для нагрева отдельных ванн использовать электрический ток. В качестве нагревательных элементов применяются ТЭНы, изготовленные из коррозионностойкой стали. Применение ТЭНов позволяет сократить время нагрева деионизованной воды, уменьшения расхода энергоресурсов, малые габаритные размеры, отсутствие дополнительных коммуникаций.

После нанесения никелевого покрытия детали следует промывать в непроточной ванне промывки, с целью уменьшения загрязнения промывных вод и возможностью возврата части электролита в производство.

После каждой операции использовать ванны двухкаскадной промывки, с целью уменьшения расхода воды.

Для очистки промывных вод предлагается использовать гиперфильтрацию.

Для регенерации раствора активирования предлагается использовать метод кристаллизации, а охлаждение проводить с помощью находящегося в цехе чиллера.



3. Расчет и выбор основного и вспомогательного оборудования

3.1 Расчет автоматической линии

Для расчета автоматической линии используются следующие данные:

- общая производительность линии: S_год = 10000 м²/год

- коэффициент неисправимого брака: = 3 %;

- число праздничных дней в году: t_п = 9 дней;

- число выходных дней в году: t₀ = 104 дня;

- продолжительность работы оборудования за сутки: = 16 ч;

- число предпраздничных дней в году: t_пп = 6 дней;

- количество часов, на которое сокращается рабочий день в предпраздничные дни: _ср = 1 часа;

Для определения габаритных размеров автоматической линии необходимо определить размеры основных и вспомогательных ванн, размеры позиций загрузки-разгрузки, сушки.

Для того, чтобы определить количество деталей, которые необходимо единовременно обрабатывать, чтобы обеспечить заданную производительность линии, произведём следующие расчёты:

(3.1.1)

где - площадь единовременно обрабатываемых деталей, м²;

- годовая производительность, м²;

- коэффициент учитывающий потери от брака;

- ритм выдачи, мин;

- эффективный фонд времени, ч;

Годовой фонд работы оборудования Т₀, ч:

Т₀ = (365 - t₀ - t_п) - t_пп (3.1.2)

Т₀ = (365 - 104 - 9)16 - 6 1 = 4026 ч.

Действительный фонд работы оборудования Т_д, ч:

Т_д = Т₀ - Т₀К_пр = Т₀(1 - К_пр) (3.1.3)

где К_пр. - коэффициент простоя оборудования,

Т_д = 4026•(1? 0,08)=3703,92 ч.

Эффективный фонд работы оборудования, Т_эф, ч:

Т_эф = Т_д - Т_р Т_ц, (3.1.4)

где Т_р - рабочее время работы оборудования, дни;

Т_ц - время технологического цикла, мин.

Т_р = 365 - 9 - 104 = 252ч.

T_эф= 3703,92?252•2=3199,92 ч.

Принимаем, что оборудование будет работать 2 смены в сутки по 8 часов.

Длительность гальванических операций определяется из закона Фарадея:

ф_эл (3.1.5)

где - толщина наносимого слоя, м;

- плотность Ni, г/м³;

- плотность катодного тока, А/м²;

- электрохимический эквивалент, г/А;

- катодный выход по току.

Электрохимический эквивалент рассчитаем по формуле (3.6):

q_Ni (3.1.6)

q_Niг/Ач

Толщина наносимого покрытия составляет 30 мкм, катодный выход по току 96%, катодная плотность тока - 400 А/м² [26].

ф_эл мин

Зная время электролиза, определим количество основных ванн для нанесения покрытия по формуле (3.7):

(3.1.7)

где - время электролиза, мин;

- вспомогательное время для обслуживания ванны (1-2 мин);

- ритм выдачи, мин, подобранный исходя из оптимального коэффициента использования ванн. (см табл. 1 )

Таблица 1-Выбор ритма выдачи

R, мин	10	11	12	13	14	15
nрасч	5	4	4	4	3	3
Kисп, %	80,18	91,11	83,53	77,09	95,41	89,08

Выбираем ритм выдачи 14 с коэффициентом использования 95,41%

Рассчитываем площадь единовременной обработки деталей по формуле (3.1).

м²

Детали завешиваемые в гальванованну - это ножи для деревообработки. Они имеют габариты L_дет Ч Н_дет = 5 Ч 2 см общая площадь составляет S_общ=20 см². Покрытие наносится только на режущую кромку т.е. покрываемая никелем площадь составит 20% от общей площади завешиваемой детали и будет равняться S_покр=4 см².

Определим количество единовременно загружаемых деталей:

шт.

Т.к. получилась большое количество деталей 1 подвеску разбиваем на две. Принимаем количество деталей, завешиваемых на подвеску 1875 шт.

На 1 подвеске будет 938 шт. Детали завешиваем на подвеску «рамного» типа, Детали завешиваются на подвеску в N_дет(L)=67 штук по N_дет(H)=14 рядов.

Принимаем подвеску рамного типа с технологическим зазором между деталями д_зазор 10 мм. Наружный диаметр (d_нар.) труб принимаем равным 10 мм. Трубы выполняются из нержавеющей стали 12Х18Н10Т (ГОСТ 5632-72). Трубы рамы изолируют пластизолем ТУ 6-01-895-74.

Определим размеры подвесок:

L=(L_дет + д_зазор)•N_дет(L) (3.1.8)

L=(1,2+1)•67=147,4 см

Высота подвески:

H=(H_дет+ д_зазор)•N_дет(В) (3.1.9)

H=(5+1)•14=840см

Габариты подвески: lH = 1474840 мм.

Зная габаритные размеры подвесок, определим ориентировочные размеры ванн.

Длина ванны:

L = n₁ • L₁ + (n₁-1) • L₂ + 2•L₃, (3.1.10)

где n₁ - число подвесок (n₁ = 1);

L₁ - длина подвески (L₁ = 1474), мм;

L₂ - расстояние между подвесками (L₂ = 100 - 150), мм;

L₃ - расстояние между торцом стенки и подвеской (L₃ = 50 - 100), мм.

L = 1 • 1474 + 2•50= 1574 мм.

Принимаем длину ванны L = 1580 мм.

Ширина ванны (для электрохимических операций):

B = n₂ • B₁ + 2 • n₂ • B₂ + 2 • B₃ + (n₂ + 1) • d (3.1.11)

где n₂ - число катодных штанг(n₂ = 2);

B₁ - толщина подвески с деталями (B₁ = 20), мм;

В₂ - расстояние от края подвески до анода (В₂ = 100), мм;

B₃ - расстояние между внутренней стенкой ванны и анодами (В₁ = 70), мм;

d - толщина анода (20), мм.

B = 2 • 20 + 2 • 2 • 100 + 2 • 70 + (2 + 1) • 20 = 640 мм.

Принимаем ширину ванны для электрохимических процессов 640 мм.

Для химических процессов ширина ванны рассчитывается по формуле:

B = n₄ • B₁ + 2 • n₄ • B₄ + 2 • B₅ (3.1.12)

где n₄ - число катодных штанг в ванне химических процессов(n₄ = 2);

B₁ - толщина подвески с деталями (B₁ = 20), мм;

B₄ - расстояние между двумя подвесками по ширине ванны, (B₄=70) мм;

B₅ - расстояние от края подвески до продольного борта ванны (B₅ = 100), мм.

B = 2 • 20 + 2 • 100 + 2 • 100 + 20= 460 мм.

Принимаем ширину ванны для химических процессов 460 мм.

Внутренняя высота ванны:

H = H₁ + H₂ + H₃ + H₄ (3.1.13)

где H₁ - высота подвески (H₁ = 840), мм;

H₂ - расстояние от дна ванны до нижнего края детали (H₂ = 150), мм;

H₃ - высота электролита над верхним краем подвески (H₃ = 100), мм;

H₄ - расстояние от уровня электролита до края ванны (H₄ = 150), мм.

H = 840 + 150 + 100 + 150 = 1240 мм.

Принимаем высоту ванны 1240 мм.

Принимаем следующие габаритные размеры для гальванических ванн: 1580x640x1240 мм. Габаритные размеры для ванн химической обработки: 1580x460x1240 мм. Ванны делаем под заказ.

Полезные объемы электролитов:

1) гальванические операции V, л:

V_эл-та = l_вн · В_вн · (Н_вн - Н₄) (3.1.14)

V_эл-та = 1,58 · 0,64 · (1,24 - 0,15) = 1,1 м³ = 1100 дм³.

Для простоты приготовления и корректировки электролита выбираем ванну электрохимической обработки c полезным объемом электролита 1100 дм³.

2) химические операции и промывки:

V = 1,58·0,46·(1,24 - 0,15) = 0,93 м³ = 930 дм³.

Для простоты приготовления и корректировки электролита выбираем ванну химической обработки c полезным объемом электролита 930 дм³.

L = У(n · B_нар) + B_c + Дl_з/с + B_з/р + n₀ · Дl₀ + n₁ · Дl₁ + n₂ · Дl₂ + n₃ · Дl₃ (3.1.15)

где n - количество ванн одного типоразмера;

B_нар - наружная ширина ванн одного размера, мм.;

В_с - наружная ширина сушильной камеры, мм.;

Дl_з/р - расстояние между позицией загрузки-разгрузки и сушильной камерой, мм.;

В_з/р - ширина позиции загрузки-разгрузки, мм;

n₀ - количество ванн без бортовых отсосов;

Дl₀ - зазор между стенками ванн без бортовых отсосов, мм.;

n₁ - количество ванн с односторонним бортовым отсосом;

Дl₁ - зазор между стенками ванн с односторонним бортовым отсосом, мм.;

n ₂ - количество ванн с двухсторонним бортовым отсосом;

Дl₂ - зазор между стенками ванн с двухсторонним бортовым отсосом, мм;

n ₃ - количество ванн со сливным карманам;

Дl₂ - ширина сливного кармана, мм..

L = ( 4 · 470 + 4 · 650 + 3 · 945) + 800 + 200 + 600 + 3 · 160 + 6 · 290 + 5 · 390 + 6 · 80 = 13565 мм

Ширина линии рассчитывается по формуле:

В_АОЛ = L_вн + В₁ + В₂ (3.1.16)

где В₁ - расстояние от наружной стенки ванны до наружной плоскости опорной стойки (В₁ = 200), мм;

В₂ - ширина площадки обслуживания (В₂ = 1000 - 1100), мм.

В_АОЛ = 1580 + 200 + 1100 = 2880 мм.

Высота линии принимается в зависимости от типа автооператора и вида обработки деталей. Для обработки деталей на подвесках для данной линии наиболее целесообразно считается использовать подвесной автооператор, который имеет следующие характеристики:

Грузоподъемность автооператора - 400 кг

Скорость передвижения оператора

При горизонтальном перемещении - 0,5 м/с

При вертикальном перемещении - 0,2 м/с

Высота линии:

Н_АОЛ = h_оп + h₁ + 2H_вн + h₂ + h_доп, (3.1.17)

где h_оп - высота опоры, мм (h_оп = 250 мм),

H - высота подвески, мм (Н = 840 мм),

h₂ - расстояние от наружного края ванны до нижнего края подвески (h₂ = 150 мм),

h_доп - дополнительное расстояние, принимаемое конструктивно, и учитывающее конструктивные особенности манипулятора, мм (h_доп = 2000 мм).

Н_АОЛ = 250 + 840 + 150 + 2000 = 3240 мм

Принимается линия: 13565Ч2880Ч3240.

Так как в линии используется подвесной автооператор, детали

Необходимое число автооператоров:

(3.1.18)

где Т₁ - суммарное время горизонтального перемещения, с:

, (3.1.19)

где l_ср-среднее расстояние перемещения автооператора между рядом стоящими позициями (l_ср = 940 мм);

n₁ - количество позиций в линии (n₁ = 16);

₁ - скорость горизонтального перемещения автооператора, (₁ = 0,5 м/с), м/с.

Т₁ = cек

Т₂ - суммарное время на подъем и опускание, с:

, (3.1.20)

где - среднее время подъема и опускания, с:

, (3.1.21)

где h - геометрическая высота подъема (h = 0,99 м), м;

₂ - скорость вертикального перемещения (₂ = 0,2 м/с), м/с;

сек

n₂, n₃, n₄ - количество позиций с однократным, двукратным, трехкратным обслуживанием ванны соответственно (n₂ = 16, n₃ = 0, n₄ = 0).

Т₂ = 2·4,98·(16 + 0 + 0) = 158,4 сек

Т₃ - суммарное время пауз, сек.:

Т₃ = Т'₃ [(n'₁ - 1) + 3 · (n'₃ - 1)], (3.1.22)

где Т'₃ - время паузы (Т'₃ = 2 с), с;

n'₁ - число позиций с длительностью менее 60 с (n'₁ = 2);

n'₃ - число позиций с длительностью более 60 с (n'₃ = 15).

Т₃ = 2 · [( 2 - 1 ) + 3 · ( 14 - 1 ) ] = 80 сек.

Т₄ - суммарное время простоя автооператора над позициями, сек:

Т₄ = Т'₄ ( n₂ + 2 · n₃ + 3 · n₄ ) (3.1.23)

где Т'₄ - время выстоя над позициями для стекания электролита, сек. (Т'₄ = 10)

Т₄ = 10·(16 + 0 + 0) = 160 сек

Т₅ - суммарное время простоя автооператора над позициями с опущенными деталями, длительность которых не превышает 60 сек.

Т₅ = 2·60 = 120 сек

Принимаем 1 автооператор.

Построение циклограммы работы автооператора

Циклограмма - это графическое или табличное изображение функциональных перемещений автооператора при выполнении им последовательности переноса технологических спутников по позициям с соблюдением заданной длительности технологических операций. Термин «циклограмма» означает, что по истечении времени, равного длительности цикла перемещения автооператора, последовательность ходов автооператора полностью начнет повторяться.