Разработка проекта участка никелирования гальванического производства для выпуска детали "Направляющая"

Для очистки от меди и следов цинка электролит подкисляют до рН = 2,5-3,0, завешивают случайные катоды из листовой рифленой стали и прорабатывают его при температуре 320-325К и перемешивании сжатым воздухом.

Проработка идет при напряжении 0,8-1,0 В и плотности тока D_к = (0,1 - 0,2) А/дм² до получения светлых покрытий, на что требуется 2-3 смены. В очищенный электролит вводят блескообразователи, корректируют рН и приступают к эксплуатации.

Корректировка электролита по основным компонентам производится на основании анализов. Введение блескообразователя натриевая соль нафталиндисульфокислоты производится два раза в неделю.

Для селективной очистки наиболее целесообразно ставить электролит на проработку ежедневно в нерабочую ночную смену.

Химическую очистку электролита активированным углём можно производить непрерывно, помещая мешочки с углём между рамками фильтр-пресса и сменяя их один раз в месяц. Очистку электролита от железа производят не реже одного раза в месяц.

1.6 Контроль качества покрытия

Вид и толщина гальванического покрытия должны соответствовать требованиям стандарта или чертежа изделия.

Проверку качества нанесенного слоя производят: осмотр внешнего вида, испытанием коррозийной стойкости, механических свойств, определением пористости и толщины.

Количество деталей, отбираемых для проверки, устанавливают в каждом случае техническими условиями на приемку (обычно 0,5-5% общего количества деталей, предъявляемых к приемке).

В случае получения не удовлетворительных результат об испытаний (хотя бы на одном образце) производят повторное испытание на удвоенном количестве образцов по тем видам испытаний, которые дали не удовлетворительные результаты. Если же при повторных испытаниях будут неудовлетворительные результаты, то предъявленную партию отдают на переделку, после чего ее опять проверяют.

Контроль внешнего вида

Покрытия осматривают невооруженным глазом. Результаты осмотра должны удовлетворять техническим условиям на данный вид покрытия. Оценка качества покрытий ответственных деталей производится по эталонам.

Никелевые покрытия должны быть светлого цвета, блестящие, ровные. Не допускается точечная пятнистость, черные полосы, пятна, пузыри, трещины, отслаивание и шероховатость.

Декоративные многослойные покрытия должны быть после полирования плотными, равномерно блестящими. Не допускается наличие механических повреждений, рисок, царапин, обнаженных участков.

Определение коррозийной стойкости

Испытание на коррозийную стойкость производится с целью установления надежности и долговечности данного покрытия.

Наилучшим способом является испытания в естественных атмосферных условиях. Как правило, это испытание производят на крыше здания, где изделия подвешивают на деревянные подставки. Периодически через несколько суток производят наблюдение за изменением поверхности, и отмечают время появления коррозии.

Так как этот метод испытания длительный, то чаще коррозийную стойкость проверяют ускоренными способами: испытанием в туманной камере или способом погружения.

При испытании в туманной камере детали подвешивают на стеклянных или пластмассовых нитях и через каждые 15 минут обрызгивают 3%-м растворам хлористого натрия для создания искусственной влажной атмосферы.

Контроль толщины покрытий. Толщину никелевых покрытий определяют по ГОСТ 3003-58. Этими стандартами установлены химические (капли, струи), физические (магнитный, радиоактивный) и механические методы контроля толщин покрытия.

Процесс подготовки покрытия к испытанию включает следующие операции:

1) Обезжиривание испытуемой поверхности пастой, состоящей из окиси магния и воды;

2) Тщательная промывка струёй воды;

3) Просушивание фильтровальной бумагой.

Детали, поступающие на испытание сразу после нанесения покрытий, можно не обезжиривать. Испытание покрытий методами струи или капли необходимо производить до пассивирования и до фосфатирования.

Во избежание растекания капли или струи испытуемый участок обводят карандашом или химически стойким лаком.

Для определения толщины покрытий методом капли на участок испытуемого покрытия через определенный промежуток времени последовательно наносят по одной капле заранее приготовленного раствора. Перед нанесением новой капли предыдущую стирают фильтровальной бумагой.

Метод струи заключается в растворении участка покрытия струей раствора, вытекающего из капиллярной трубки с определенной скоростью.

Магнитные методы определения толщины покрытий бывают отрывные и индукционные.

Отрывной магнитный метод основан на измерении силы отрыва постоянного магнита или величины тока при отрыве электромагнита от поверхности испытуемой детали.

Индукционный магнитный метод основан на изменении магнитного потока, проходящего в сердечнике электромагнита. Сила притяжения магнита зависит от толщины покрытия. Чем больше толщина покрытия, тем меньше сила отрыва магнита. Однако строго пропорциональной зависимости здесь нет, так как на результаты измерения оказывают влияние структура основного металла, чистота поверхности, форма изделия и другие факторы. Поэтому с помощью специальных эталонов, толщина покрытия которых известна, получают градуировочную зависимость показаний прибора от толщины покрытия.

Определение прочности сцепления покрытия с основным металлом. В цеховых условиях можно рекомендовать следующие методы:

1. Царапание - на покрытие наносят стальным острием рад пересекающихся царапин.

При этом не должно быть слущивания или отслаивания покрытия;

2. Трение или удар - детали подвергают трению или удару друг о друга. Осадок не должен осыпаться или слущиваться;

3. Изгиб - осадок не должен осыпаться, отслаиваться или слущиваться при пятикратном изгибе на 90 - 180^о тонкого листа с покрытием;

4. Крацевание. Осадок не должен отслаиваться при крацевании покрытия стальной щеткой из проволоки диаметром 0,1-0,2 мм с окружной скоростью 17-20 м/сек;

5. Навивка. Покрытие не должно отваливаться при навивке проволоки вокруг собственного диаметра до 15 раз.

Определение твердости покрытий.

Измеряют твердость никелевых покрытий, которые предназначены для защиты изделия от механического износа. Вследствие малой толщины гальванических покрытий, определяют твердость отдельных участков микроструктуры металла - так называемую микротвердость.

Принцип метода измерения твердости заключается в том, что в испытуемый предмет вдавливают с определенным условием алмазную пирамиду, которая оставляет отпечаток на покрытии. Величиной твердости является сопротивление, оказываемое предметом при испытании.



1.7 Обоснование выбора оборудования

В гальванических цехах находятся основные производственные помещения, вспомогательные участки и службы.

В зависимости от годовой поверхности гальванические цеха классифицируются следующим образом:

1) мелкосерийное производство - поверхность покрытия до 50000 м²/год; в этом случае рекомендуется применять ванны с ручным обслуживанием и механизированные линии;

2) серийное и крупносерийное производство - поверхность покрытия более 50000 м²/год; в цехах устанавливают автоматы различных типов, механизированные линии, частично - оборудование малой механизации;

3) массовое производство - поверхность покрытия 300 000 м²/год; в цехах для нанесения покрытий рекомендуется применять автоматы жесткого цикла, автооператорные автоматы и незначительное число нормализованных ванн.

Исходя из того, что поверхность покрытия детали «Направляющая» составляет 280735,56 мІ/год, выбирается массовое производство с использованием автоматических гальванических линий.

В отличие от полуавтоматов автоматические установки выполняют все операции: подготовку поверхности к покрытию, нанесение покрытия и отделку поверхности после покрытия.

Автоматические линии довольно сложны по конструкции и дороги, поэтому применение их в цехах с небольшой производственной программой нецелесообразно. Они дают экономический эффект лишь в условиях большой производственной программы, ускоренных процессов нанесения покрытия и равномерного поступления изделий в гальванический цех.

По схеме расположения ванн автоматы могут быть прямолинейные с загрузкой и выгрузкой на одном или на разных концах; однорядные или многорядные; овальные или кольцевые.

По принципу загрузки различают: автоматы для покрытия деталей на подвесках, в колоколах или барабанах, шнековые и автоматы для покрытия ленты и проволок.

Данным дипломным проектом для выпуска детали «Направляющая» предлагается использовать прямолинейную автоматическую гальваническую линию с обработкой деталей на подвесках.

Для подвешивания деталей в ванну используют специальные подвески и приспособления. Простейшим приспособлением является медная или латунная проволока диаметром 0,2--0,8 мм, с помощью которой детали навязывают гирляндами и крепят на контактном крючке или непосредственно на штанге. Проволоку применяют только при покрытии небольших партий деталей, так как это трудоемкая операция. Выбор типа подвески зависит от количества деталей, их конфигурации, размеров ванны и т. д. Подвеска должна обеспечивать: хороший контакт покрываемой детали с токопроводящей штангой; равномерное покрытие; возможность быстрого монтажа и съема деталей; стойкость и прочность изоляции рамы и деталей подвески и др. Подвеска представляет собой сварную раму, чаще всего прямоугольной формы. Внутри рамы или по бокам расположены держатели, на которые крепят детали. Рамы изготовляют из стали, латуни и других металлов. Сечение подвески подбирают с таким расчетом, чтобы они не перегревались, для этого плотность тока на стальных подвесках не должна превышать 1А/мм². В верхней части рамы расположены один или два крючка из меди или латуни, с помощью которых подвеску крепят на токоведущую штангу. Крючки приваривают или крепят к раме болтами.

Контактные держатели могут быть съемными или приваренными. При непрерывном технологическом процессе рекомендуется изготовлять контакт съемным на резьбе, что обеспечивает его быструю замену. Контакт выполняют из меди, латуни или стали Х18Н10Т. При нанесении покрытий все токоведущие части подвесочных приспособлений обрастают покрываемым металлом. Для снижения непроизводительного расхода металла и электроэнергии, уменьшения загрязнения электролитов необходимо нерабочие участки подвесок изолировать от осаждения на нее металла с помощью различных токонепроводящих материалов, устойчивых к действию электролитов: перхлорвиниловые эмали и лаки, эпоксидные эмали, клеи типа БФ-2, БФ-4, БФ-6, пластикат, полихлорвиниловые ленты, хлорвиниловые, резиновые и винипластовые трубки, фторопласт, игелитовые массы и другие материалы.

Для подготовки поверхности деталей и для нанесения покрытий в гальванических цехах применяют стационарные ванны, представляющие собой прямоугольные ёмкости, сваренные из листовой стали толщиной 4-6 мм. Корпус ванны имеет сливной штуцер, в сторону которого днище имеет уклон. В зависимости от назначения ванны корпус изготавливают с футеровкой, рубашкой, со сливным карманом и т.д. Ванны, работающие на электрическом токе, устанавливаются на опорных изоляторах, а остальные на подставках из стали.

Ванна для обезжиривания изготавливается из листовой стали сварной конструкции, оборудована змеевиком для подогрева раствора, верхним штуцером со сливным карманом для удаления накапливающихся жировых загрязнений, а также нижним штуцером для полного слива раствора и промывки. Ванна снабжена одно- и двусторонним бортовым отсосом.

В связи с тем, что электрохимическое обезжиривание часто производят сначала с подключением деталей к катодной штанге, а затем к анодной, целесообразно применять автоматическое переключение полюсов, то есть реверсирование электрического тока.

Данным дипломным проектом предлагается использовать ванну для электрохимического обезжиривания следующей конструкции: ванна электрохимического обезжиривания на катоде и аноде стальная, со сливным карманом, с устройством для удаления пены и грязи с поверхности электролита. Ванна оборудована двумя бортовыми отсосами и автоматическим регулятором. Для нагрева электролита змеевик из нержавеющей стали. Для слива раствора служит сливной патрубок с запорным вентилем. У каждой ванны имеется одно посадочное место, к которому подведен постоянный ток.

Стационарные ванны для химического травления изготовляют из листовой стали толщиной 4-5 мм. Изнутри ванны футеруют кислотостойким материалом (винипласт, резина, пластикат).

Ванны большой вместимости имеют сложную конструкцию: они составляются из нескольких секций и футеруются кислотостойкими керамическими материалами с подслоем из эластичных органических материалов.

В технологическом процессе нанесения электрохимических покрытий предусматривается промывка деталей после каждой операции. На нужды гальванических цехов заводов расходуется от 25 до 50% общего потребления воды.

Промывку деталей можно проводить способом погружения и струйным способом. Способ погружения используется в ваннах с непроточной водой и в ваннах с проточной водой. Перемешивание может осуществляться: вручную, подачей большого количества воды, механизмами и насосами, перемешивающими воду; движением подвески с изделиями в ванне промывки, ультразвуком, барботированием. Наиболее простым и экономичным способом является барботирование. Сжатый воздух, очищенный от масла, подается в нижнюю часть ванны по распределительной системе труб. Перед этой ванной можно установить инжектор, через который будет всасываться воздух, таким образом, будет осуществляться перемешивание воды.

Для изделий сложной формы необходимо применять совмещенный способ промывки: погружением и струйный. Изделия сначала поступают в ванну промывки с проточной водой, а затем при извлечении из ванны промываются направленными струями воды.

Ванны для холодной промывки изготовляют из стали, винипласта. Они снабжены верхним штуцером для непрерывного слива загрязнений и нижним - для полного слива воды. Ванны для промывки больших размеров рекомендуется оборудовать барботерами. Ванны для горячей промывки изготовляют из листовой стали толщиной 4-5 мм и оборудуют верхним и нижним сливными штуцерами, а также змеевиком для нагрева воды.

Ванны промывки холодной водой стальные, сварные с гуммированной внутренней поверхностью и ребрами жесткости. Они имеют одно посадочное место.

Промывная вода выливается на пол фундаментной плиты автомата через сливной карман с трубой. На дне ванны расположен барботер из винипластовой трубы для перемешивания воды сжатым воздухом. На продольных бортах ванны по обе стороны установлены душевые устройства, представляющие собой горизонтально расположенную винипластовую трубку с пятью щелевидными распылителями, факел которых наклонен под углом 45 ⁰ к горизонту.

Для снижения потерь реактивов, связанных с уносом раствором, следует первую промывку после покрытия производить в ванне для улавливания раствора с чистой непроточной водой, которая затем используется для пополнения электролитов рабочих ванн. Это позволяет уменьшать расход реактивов на 30-60%. Ванны для улавливания растворов устанавливаются рядом с производственными ваннами.

Ванны улавливания электролитов аналогичны по своим размерам и конструкции ваннам промывки в холодной проточной воде, только не имеют сливного кармана, непрерывной подачи воды и душевых устройств.

Для нанесения покрытия используют стационарные ванны. Эти ванны обычно представляют собой прямоугольные или круглые резервуары, сваренные из листовой несортовой стали толщиной 4-5 мм. Швы ванн - сплошные, нормальные, а у ванн больших размеров - усиленные. Ванны свариваются встык газовой сваркой или электросваркой. Ванны больших размеров имеют ребра жесткости или косынки для предотвращения деформаций. Сверху вдоль всех стенок ванн приваривают борта из угловой стали.

Стационарные ванны, применяемые для растворов, выделяющих вредные испарения, снабжены двусторонними секционными отсосами с дроссельными заслонками.

Подобная конструкция бортовых отсосов обеспечивает достаточно хорошие санитарно-гигиенические условия труда.

Количество вытяжных секций принимают из расчета: одна секция на 0,7-0,8 м длины ванны. Иногда для улучшения эффективности отсоса воздуха применяют так называемые опрокинутые бортовые отсосы. Бортовые отсосы представляют собой щелевидные приемники-воздуховоды, расположенные вдоль одной или обеих сторон ванны. Они изготовляются из листовой стали толщиной 1-2 мм или из винипласта.

Бортовые отсосы называются простыми, если щелевые отверстия расположены в вертикальной плоскости, и опрокинутыми, когда щели расположены горизонтально - в плоскости, параллельно зеркалу электролита.

Данным дипломным проектом предлагается устанавливать бортовые отсосы на ванну электрохимического обезжиривания, травления, никелирования и теплой промывки, так как электролиты в этих ваннах имеют вредные испарения.

Ванны с паровым нагревом снабжены змеевиками или барботерами из труб. Последние располагают либо на дне ванны, либо у вертикальной стенки ее нерабочей стороны. Расположение змеевиков у стенки ванны предпочтительнее, так как оно упрощает очистку ванны. В кислых электролитах змеевик изготовляется из титана, свинца или свинцовой стальной трубы. В качестве барботеров применяются также змеевики из пластмассы.

Одним из главных средств повышения производительности гальванических ванн является применение повышенной плотности тока на катоде, что, в свою очередь, требует перемешивание электролита, особенно у катода. Практически это осуществляется одним из следующих способов.

1. Механически - с помощью мешалок

2. Пневматически - пропусканием сжатого, предварительно очищенного воздуха через перфорированные трубки из винипласта, установленные на дне ванны под катодными штангами.

3. Непрерывной циркуляцией электролита - способ перемешивания интересен тем, что раствор, протекая через фильтр-пресс или аэрофильтр, очищается от пыли и других механических загрязнений.

Данным дипломным проектом предлагается перемешивание электролитов пневматическим способом.

Для сушки деталей в гальванических цехах применяют сушильные шкафы с паро- и электрообогревом, центрифуги, сжатый воздух, опилки, горячую воду и тому подобное.

Данным дипломным проектом предлагается использовать для сушки деталей сушильный шкаф с электрообогревом следующей конструкции: к стальному, сварному каркасу прикреплены стальные листы, между которыми расположена теплоизоляционная прокладка. Прокладку предлагается изготавливать из такого материала, как асбест. Этот материал обладает хорошими теплоизоляционными свойствами. Сушильный шкаф имеет два посадочных места. Обогрев шкафа производится за счёт тэн, установленных с внутренней стороны шкафа. В конструкции сушильного шкафа предусмотрен монтаж центробежного вентилятора и пластинчатого калорифера.

Центробежный вентилятор состоит из кожуха, прикрепленного к станине, и лопастного рабочего колеса, насаженного с помощью втулки на вал. Вал установлен в подшипниках и снабжен шкивом, вращающимся при помощи ременной передачи от шкива электродвигателя. При вращении колеса воздух, поступающий через входное отверстие, под действием центробежной силы отбрасывается от центра к периферии колеса, собирается спиральным кожухом и нагнетается вентилятором.

Воздух подогревается с помощью парового пластинчатого калорифера. Часть воздуха, засасываемая вентилятором из ванны, может по специальному воздуховоду через дроссель проходить в вытяжную вентиляционную систему. Подача пара в калорифер регулируется автоматически терморегулятором.

Помимо ванн, в гальваническом цехе располагается вспомогательное оборудование. К нему относятся калориферы, источники тока, вентиляция, фильтры и так далее.

Для большинства гальванических процессов применяют источники тока различной мощности с напряжением 6-24В. Только для некоторых процессов требуются источники постоянного тока с напряжением до 120 В. В качестве источников постоянного тока в основном используются выпрямители переменного тока, хотя в некоторых случаях еще используется низковольтные двигатель-генераторы.

В гальванических цехах рекомендуется применять выпрямители типа ТВ с улучшенными характеристиками. Эти агрегаты имеют выпрямленное напряжение от 3 до 45В и силу тока до 25000А, охлаждение водяное или воздушное естественное или принудительное. Выпрямители типа ТЕР и ТВР применяются, когда требуется реверсирование тока.

Нагрев воздуха в приточных вентиляционных установках осуществляется калориферами. Калориферы рассчитаны на рабочее давление до 58,86*10⁴ Па. Они представляют собой снабженные ребрами или пластинами пучки труб, концы которых введены в коробку с фланцевым патрубком.

В зависимости от требующейся температуры воздуха калориферы устанавливают параллельно или последовательно относительного направления движения воздуха. Для регулирования температуры воздуха предусматривается возможность частичного пропуска воздуха калорифера через обходной клапан. В гальванических цехах образуются две группы сточных вод: отработанные концентрированные растворы, сбрасываемые периодически из основных ванн, и постоянно поступающие после промывки изделий сточные воды. Отработанные растворы сбрасываются в специальные емкости для обезвреживания и затем - в соответствующую сеть канализации гальванического цеха.

К вспомогательному оборудованию гальванических цехов следует отнести установки для фильтрации.

Материалы узлов и деталей установок, соприкасающихся с электролитом, изготовлены из резины, нержавеющей стали и полиэтилена низкого давления.

Передвижной фильтр-пресс обеспечивает поддержание электролитов в чистоте, что позволяет избежать некоторых видов брака и дефектов покрытий.

На сварной раме тележки смонтированы: фильтр, редуктор, спаренный кислотощелочестойкий диафрагменный насос, приводимый в движение электродвигателем. Насос с фильтром объединены системой трубопроводов и вентилей.

Агрегаты фильтр-пресса размещены на тележке, имеющей четыре колеса на шарикоподшипниках. Перемещение тележки производится вручную с помощью ручки, являющейся одновременно и ограждением.



2. Расчётно-экономическая часть

2.1 Расчет времени для нанесения покрытия

Общее время обработки деталей в ванне основного покрытия определяется по формуле:

ф = ф₁ + ф₂, (3)

где ф₁ - продолжительность процесса, мин;

ф₂ - вспомогательное время, мин.

При электрохимическом осаждении металла ф₁, (мин) определяется по формуле:

д * г * 60000

ф₁ = --------------, (4)

с * Я_к * з

где д - толщина покрытия, мм;

г - плотность металла, г/см³;

с - электрохимический эквивалент, г/А*ч;

Я_к - плотность тока, А/дм²;

з - выход по току, %.

0,018 * 8,9 * 60000

ф₁ = ------------------ = 28,5 мин.

0,73 * 5 * 92

Вспомогательное время ф₂ зависит от типа оборудования. При непрерывном оно составляет 1 - 2 минуты. ф₂ = 2 мин.

ф = 28,5+ 2 = 30,5 мин.



Площадь детали составляет 0,007721 м²

Ванна никелирования имеет одну катодную штангу с подвеской размером 1400*250*850мм.

Площадь подвески будет равна:

S_подв = 1400*850 = 1190000 мм² = 1,19 м²

В данном дипломном проекте коэффициент загрузки подвески будет равен 0,4 и, следовательно площадь подвески S^/_подв составит 0,476 м².

Отсюда, количество деталей, завешиваемых на одну подвеску будет равно:

b= S_подв./S_дет. (4)

где b -количество деталей, завешиваемых на одну подвеску, шт.

b = 0,476/0,007721 = 61,65

Подвеска рамочного типа, имеет 6 рядов, в каждом ряду по 10 деталей (b₁=60).

Коэффициент загрузки подвески рассчитывается по формуле:

К_{загр.подв}= b₁/b (5)

К_{загр.подв}= 60/61,65 = 0,97

Единовременная загрузка деталей определяется по формуле:

У= b₁*S_дет. (6)

У= 60*0,007721= 0,46 м²



Расчётный темп выхода Т_р определяется по формуле:

Т_р = Ф_в * 60 * У / Р_год (7)

где Ф_в - действительный фонд времени работы оборудования, ч;

У - единовременная загрузка деталей в ванну, м²;

Р_год - годовая программа, м².

Т_р = 5960 * 60 * 0,46/280735, 56 = 0,59 мин

Расчёт числа ванн покрытия определяется следующим образом:

ф

n = ----, (8)

Т_р

где ф - общее время обработки деталей в ванне основного покрытия, мин;

Т_р - расчётный темп выхода, мин.

n = 30,5 /0,59 = 51,7 шт.

При расчётном n меньше 51 количество ванн принимаем за 51, если n больше 51, то округляем до большего целого числа:

n₁ ? 52 ванны покрытия

(тринадцать линий никелирования, имеющие по четыре ванны основного покрытия)

Темп выхода при 100% загрузки ванн покрытия равен отношению продолжительности процесса обработки ф к принятому числу ванн n₁:

Т= ф/ n₁, (9)

где ф - продолжительность процесса обработки, мин;

n₁ - принятое число ванн покрытия в одной линии, шт

Т = 30,5 / 4 = 7,62 мин

Потребное число автоматов m, определяется отношением принятого темпа к расчётному

m = Т / Т_р, (10)

где Т - темп выхода, мин;

Т_р - расчётный темп выхода, мин.

m = 7,62/ 0,59 = 12,9

Принимается m₁ = 13 (тринадцать линий никелирования)

Часовая производительность автомата рассчитывается по формуле:

60У

Q = ------, м² /ч (11)

Т

где У - единовременная загрузка, м²,

Т - темп выхода, мин.

60 * 0,46

Q = ------------ = 3,6 м² /ч

7,62

Коэффициент загрузки автомата рассчитывается по формуле:

К = m / m₁, (12)



где m - потребное число автоматов

m₁- принятое число автоматов

К = 12,9 / 13 = 0,99

Так как продолжительность остальных технологических операций меньше выхода подвески, принимается для каждого процесса по одной ванне.

2.2 Компоновка автоматических линий

Широкие функциональные возможности автооператоров (движение в прямом и обратном направлениях, передача обрабатываемого груза в поперечном направлении, перемещение по радиусу и др.) создали предпосылки для большого разнообразия компоновок автооператорных линий. Наибольшее распространение получили компоновки: однорядная прямолинейная, двухрядная овальная и двухрядная прямолинейная.

Данным дипломным проектом предлагается использовать однорядную прямолинейную компоновку, которая выгодно отличается от других компоновок экономичностью по занимаемой площади. Загрузку- выгрузку деталей можно производить как с одного конца линии, так и с противоположных концов. Линии с однорядной компоновкой удобны при монтаже, обслуживании и ремонте. Эта компоновка позволяет применять любой тип автооператоров - подвесной, портальный, консольный. В данном случае предлагается использовать подвесной автооператор. Линии с однорядной компоновкой хорошо вписываются в общий технологический поток обработки изделий. В однорядных автооператорных линиях могут быть использованы следующие варианты компоновок:

1. Загрузка - выгрузка, сушка, заключительные операции, основные операции, подготовительные операции;

2. Загрузка - выгрузка, сушка, заключительные операции, подготовительные операции, основные операции;

3. Загрузка, подготовительные операции, основные операции, заключительные операции, сушка, выгрузка и т.п.

Число автооператоров определяется как отношение времени, необходимого на все перемещения, паузы, подъемы и опускания автооператора, к темпу выхода подвески. Ориентировочно один автооператор с двумя движениями (подъем-опускание и передвижение) обслуживает 6-8 позиций, автооператор с тремя движениями (подъем-опускание, горизонтальное перемещение и поворот) - 11-13 рабочих позиций. При выборе компоновки ванны располагаются таким образом, чтобы автооператор имел наименьшее число холостых ходов и после выполнения очередной операции кратчайшим путем возвращался в исходную позицию.

Компоновка ванн представлена на рисунке 2.

2.3 Расчет основных параметров оборудования

Расчет основных параметров оборудования начинается с определения габаритных размеров ванны основного покрытия.

Длина ванны определяется по формуле:

L_вн = n₁ L₁ + (n₁ - 1) L₁ + 2L₃, мм (14)

где L₁ - размер подвески по длине ванны, мм;

L₁ - расстояние между подвесками, мм;

L₃ - расстояние между торцевой стенкой и краем подвески, мм;

n₁ - число загружаемых на одну штангу подвесок, шт.

L_вн = 1 * 1400 + (1 - 1) * 150 + 2 * 100 = 1600 мм.



Внутренняя ширина ванн для проведения химических процессов, которые не имеют электродов, определяется по формуле:

B_вн=n₂B₁+2n₂B₂+2B₃+n₃d, (15)

где В₁ - максимальный размер детали по ширине ванны, мм;

В₂ - расстояние между анодом и ближайшим краем детали, мм;

В₃ - расстояние между внутренней стенкой продольного борта ванны и анодом, мм;

n₂ - число катодных штанг;

n₃ - число анодных штанг;

d - толщина анода, мм.

Расстояние между анодом и деталями принимается равным 100-150 мм для плоских деталей и 150-200 мм для деталей сложной конфигурации. Расстояние между внутренней стенкой ванны и анодом при наличии на стенке змеевика берется равным 80-100 мм, в остальных случаях - 50 мм. При толщине анодов 10-15 мм они в расчет не принимаются.

В_вн= 1*60+2*1*200+2*80 = 620 мм

Внутренняя высота ванны определяется по формуле:

Н _в.н. = Н₁ + Н₂ + Н₃ + Н₄, (16)

где Н₁ - высота подвески (без подвесного крючка), мм;

Н₂ - расстояние от дна ванны до нижнего края детали, мм;

Н₃ - высота электролита над верхнем краем подвески, обычно 50 мм;

Н₄ - расстояние от поверхности зеркала электролита до верхнего края бортов ванны, мм.



Н _в.н. = 850 + 200 + 50 + 100 = 1200 мм.

Определив внутренние размеры ванны, следует откорректировать их в соответствии с размерами нормализованных ванн.

В соответствии с ГОСТ 23738-79 «Ванны автооператорных линий для химической и электрохимической обработки поверхности и получения покрытий. Основные параметры и размеры.», выбираются стандартные размеры ванны: по длине - 1600 мм.; по ширине - 630 мм.; по высоте - 1250 мм.

Объём электролита определяется по формуле:

V = L_вн * В_в.н. (Н _в.н. - Н₄), (17)

где все размеры берутся в дм, а объём в литрах.

V = 16 * 6,3 * (12,5 - 1) = 1159,2 л

Расстояние между ваннами зависит от типа сопряжения: I - без вентиляционного отсоса; II - с односторонним вентиляционным отсосом; III - с двусторонним вентиляционным отсосом; IV - вентиляционный отсос у последней ванны.

Определив компоновку ванн требующих вентиляцию необходимо установить бортовые отсосы, которые необходимы в ваннах с вредными выделениями и нагревом воды свыше 60 ⁰С.

Длина линии определяется по формуле:

L_л = n L_вн + L_с + L_з.с + ?l_з.с. + n₀ ?l₀ + n₁ ?l₁ + n₂ ?l₂ + ?l_б, мм. (18)

где n - число ванн одного типа размера, шт.;

L_вн - внутренняя ширина ванны, мм;

L_с - внутренняя ширина сушильной камеры, мм;

L_з - ширина загрузочно-разгрузочной стойки, мм;

?l_з.с. - зазор между сушильной камерой и загрузочно-разгрузочной стойкой, мм;

n₀ - число сопряжений ванн без бортовых отсосов;

?l₀ - зазор между стенками ванн без бортовых отсосов, мм;

n₁ - число односторонних бортовых отсосов;

?l₁ - зазор между стенками ванн с односторонним бортовым отсосом, мм;

n₂ - число двусторонних бортовых отсосов;

?l₂ - зазор между стенками ванн с двусторонними бортовыми отсосами, мм;

?l_б - расстояние от наружной поверхности бортового отсоса до стенки ванны, мм.

L_л = 14 * 630 + 800 + 2415 + 800_. + 1 * 160+ 9 * 290 + 4 * 390 + 212 =

17377 мм.

Ширина линии равна:

В_л = L_вн + В₁ + В₂, (19)

где L_вн - внутренняя длина ванны, мм;

В₁ - расстояние от внутренней стенки ванны до наружной плоскости опорной стойки для подвесных автооператоров, равное 655 мм;

В₂ - расстояние от внутренней стенки ванны до наружной плоскости площадки обслуживания, равное 1165 мм.

В_л = 1600 + 655 + 1165 = 3420 мм.



Высота линии Н_л зависит от внутренней высота ванны, способа обработки деталей (подвеска или барабан) и типа автооператора. Если внутренняя высота ванны 1125 мм и линию обслуживает подвесной автооператор, высота равна 4700 мм.

Габариты линии: 17377*3420*4700 мм

2.4 Выбор источников постоянного тока

Для питания гальванических ванн постоянным током используют полупроводниковые выпрямители, а в отдельных случаях электрические машинные генераторы. Выбор источников постоянного тока производится на основании потребляемой силы тока и напряжения на ванне.

На каждую ванну устанавливают отдельный выпрямитель; если потребляемая сила тока превышает мощность выпрямителя, устанавливают два и более выпрямителей.

Сила тока рассчитывается исходя из плотности тока и единовременной загрузки деталей в ванну, выраженной в дм²

I = i_к*у_з (20)

Для ванны обезжиривания: I = 10*46 = 460 А

Для ванны активации:I = 10*46 = 460 А

Для ванны никелирования: I = 5*46 = 230 А

Расчетная сила тока I_Р должна быть увеличена на 15-20%

I_Р = I*1, 2 (21)

Для ванны обезжиривания:I_р = 460*1,2 = 552 А

Для ванны активации:I_р = 460*1,2 = 552 А

Для ванны никелирования:I_р = 230*1,2 = 276 А

Для правильного выбора источников тока необходимо знать напряжение на ванне, которое зависит от состава элемента, режима работы и межэлектродного расстояния_. Для большинства электрохимических процессов рекомендуемое номинальное напряжение выпрямителя составляет 6-12 В

Напряжение на ванне можно вычислить по формуле:

U= , (22)

где б - коэффициент, учитывающий потери напряжения в электричестве за счет газонапряжения;

в - коэффициент, учитывающий потери напряжения в контактах и проводниках первого рода;

E_a,E_k - анодный и катодный потенциал, В;

I - сила тока, А;

R - электрическое сопротивление элемента, Ом.

Электрическое сопротивление электролита рассчитывается по формуле:

(23)

где l - межэлектродное расстояние, см;

- удельная электрическая проводимость, Ом^-1_, см^-1;

R = 45/(100*0,4) = 1,125 Ом

При расчете напряжения на ванне вместо силы тока подставляем значение плотности тока, а в случае несовпадения анодной и катодной плотностей тока - среднеквадратичную плотность тока

i_ср.= vi_ai_k (24)

i_ср.= v10*5 = 7,1 А

Для ванны обезжиривания:

U = (1+0,05) [0,3+0,68+(1+0,01) *7,1*1,125] = 9,5 В

Для ванны активации:

U = (1+0,05) [0,3+0,68+(1+0,01) *7,1*1,125] = 9,5 В

Для ванн никелирования:

U = (1+0,05) [0,3+0,68+ (1+0,01)* 7,1*1,125] = 9,5 В

Для питания гальванических ванн разработана серия преобразователей типа Т (ТЕ, ТВ, ТЕР, ВР, ТВИ) с улучшенными характеристиками.

Исходя из данных расчетов, выбираем тиристорные преобразователи для ванн обезжиривания ВАКР-630/24У, для ванн никелирования и активации ВАК-630/12У. Типовое обозначение данного агрегата рассматривается следующим образом: Т - вид выпрямителя; Е - естественное охлаждение; Р - реверс

Первая цифра указывает класс перегрузочной характеристики, вторая - номинальную силу тока, третья - номинальное постоянное напряжение; Т-О - тропическое исполнение.

Так как при прохождении электрического тока через электролит выделяется теплота, необходимо проверять объемную плотность тока.

Объемная сила тока рассчитывается по формуле:



(25)

где i_V- объемная плотность тока, А/л;

V - объем электролита, л.

Для ванны обезжиривания:i_v = 552/1159,2 = 0,476 А/л

Для ванны активации:i_v = 552/1159,2 = 0,476 А/л

Для ванны никелирования:i_v = 276/1159,2 = 0,238 А/л

Типовое обозначение данного агрегата рассматривается следующим образом: Т - вид выпрямителя; Е - естественное охлаждение; Р - реверс. Первая цифра указывает класс перегрузочной характеристики, вторая - номинальную силу тока, третья - номинальное постоянное напряжение; Т-О - тропическое исполнение.

Таблица 5

Техническая характеристика тиристорных преобразователей

Наименование операций	Тип агрегата	Номинальный ток	Номинальное напряжение	КПД%	Тип тиристора
Никелирование	ТЕ1-400/24Т-О	400	24	88	Т123-320

Все данные для выбора источников постоянного тока сводятся в форму 1.

2.5 Расчёт расхода пара и сжатого воздуха

В гальванических цехах обычно нагревают электролиты и воду для промывки деталей паром. В данном дипломном проекте производится промывка в теплой воде (до 60⁰С), раствор для электрохимического обезжиривания (до 80⁰С). При расчёте расхода пара необходимо учитывать расход на разогрев воды и электролитов и расход пара на поддержание рабочей температуры. Время разогрева зависит от объёма ванн и давления пара и принимается примерно за 1 час. Расход пара на разогрев рассчитывается по формуле:

Р₁ = Р_р * t_р; (26)

где Р_р - норма расхода пара на разогрев раствора в ванне заданного размера до рабочей температуры, кг/ч;

t_р - время разогрева, ч.

Р_{1 тепл.промыв.} = 54 * 1 = 54 кг

Р_{1эл.хим.обезжиривания} = 82*1 = 82 кг

Расход пара на поддержание рабочей температуры:

Р₂ = Р_р.п. * t_р.п.; (27)

где Р_р.п. - норма расхода пара на поддержание рабочей температуры, кг/ч;

t_р.п. - время работы ванны (за исключением времени разогрева), ч.

Р_{2 промыв.} = 9 * 23 = 207 кг

Р_{2 эл.обез.} =13,7 * 23 = 315,1 кг

Определив расход пара, исходя из вышеперечисленных норм рассчитывают годовой расход пара

Р_год = (Р₁ + Р₂) Т, (28)

где Т - число рабочих дней в году.



Р_{год эл.обез.} =(82 + 315,1)*253*1 = 100466,3 кг = 100,5 т

Р_{год промыв.} =(54 + 207)*253*2 = 132066 кг = 132 т

Р_общ = 100,5 + 132 = 232,5 т

Расход пара на тринадцать линии никелирования составляет:

Р_{год.общ.}= 13*232,5 = 3022,5 т

Полученные данные по расходу пара сводятся в форму 2.

Расчёт расхода сжатого воздуха

В гальванических цехах сжатый воздух расходуется, в основном на перемешивание растворов и электролитов, а также воды. Кроме того сжатым воздухом производят обдувку деталей. На обдувку расход сжатого воздуха при давлении 0,2-0,3 МПа составляет 15-20 м³/ч.

Расход сжатого воздуха на перемешивание 1 л раствора или электролита составляет (л/мин): 0,5 при слабом перемешивании, 1,0 - при среднем, 1,5 - при сильном. Объем сжатого воздуха рассчитывается по формуле:

V_{сж.возд.} = V_эл.*К*ф*n/1000, (29)

Где V_эл - объём электролита, л;

К- коэффициент перемешивания;

ф - время работы ванны, мин;

n - количество ванн, шт

Данным дипломным проектом принимается:

слабое перемешивание (а=0,5) для ванн промывки в теплой воде, травлении, электрохимическое обезжиривание;

среднее перемешивание (а=1) для ванн улавливания, электрохимическая активирования;

сильное перемешивание (а=1,5) для ванн холодной промывки, никелирования.

Объем сжатого воздуха для ванн со слабым перемешиванием (а = 0,5) равен:

V_{сж.возд} = 1159,2 * 0,5 * 1440 * 4/1000= 3338,5 м³

Объем сжатого воздуха для ванн со средним перемешиванием (а = 1,0) равен:

V_{сж.возд.}=1159,2 * 1,0 * 1440 * 2/1000 = 3338,5 м³

Объем сжатого воздуха для ванн с сильным перемешиванием (а = 1,5) равен:

V_{сж.возд.обез.} = 1159,2 * 1,5 * 1440 * 8/1000 = 20030,98 м³

Объём сжатого воздуха для сушки:

V_{сж.возд.суш} =20 * 5960 = 119200 м³

Годовой объем сжатого воздуха равен:

V_{сж.возд.год}= 119200 + (3338,5 + 3338,5 + 20030,98) * 253 = 6876318,94 =

68,76 * 10⁵ м³

На тринадцать линий никелирования - 893,88 * 10⁵ м³

гальванический деталь оборудование себестоимость



2.6 Расчет воды

Вода расходуется в основном на промывку деталей. Расход воды на составление растворов является периодическим и составляет небольшую часть общего расхода. Вода после промывки попадает в канализацию, поэтому целью промывки является не только удаление растворов с поверхности деталей, но и их минимальное попадание в сточные воды. Существует две схемы промывки: одноступенчатая и многоступенчатая. Одноступенчатая промывка применяется в тех случаях, когда растворы имеют низкую концентрацию или после какой - то операции не требуется тщательной промывки, например между химическим и электрохимическим обезжириванием, осветлением и пассивированием, между дополнительной активацией в цианидном растворе и т.д. Многоступенчатую промывку применяют после химического или электрохимического обезжиривания, перед нанесением покрытий в кислых электролитах, после анодного окисления, химического оксидирования стали, электрохимического полирования, в других случаях. Многоступенчатая промывка делится на прямоточную и противоточную. Методы промывки могут быть различными: погружной, струйный и комбинированный. При обработке деталей на подвесках, имеющих пазы, углубления и т.п., а также при обработке деталей насыпью применяется погружной способ; при обработке деталей сложной конфигурации без пазов и углублений и после обработки в трудно-смываемых растворах - комбинированный.

Каждая из схем промывки может иметь ванну улавливания. Минимальная продолжительность промывки 20 сек.

Расход воды (л/м²) для любой схемы промывки в соответствии с ГОСТ 9.305-84 определяется по формуле:

Q^p_N = q⁰·F, (30)



где q - удельный вынос электролита (раствора) из ванны поверхностью деталей, л/м²;

N - число ступеней (ванн) промывки;

К⁰ - критерий окончательной промывки деталей;

F - промываемая поверхность загрузки ванн, м²/ч (соответсвует производительности линии).

Для одноступенчатой промывки расход воды определяется по формуле:

Q = q·K₀·F (31)

Для двуступенчатой промывки расход воды определяется по формуле:

Q = q₀·F (32)

Критерий окончательной промывки К₀, показывающий, во сколько раз следует снизить концентрацию основного компонента электролита (раствора), выносимого поверхностью деталей до предельно допустимых значений в последней ванне промывки, определяют по формуле:

К₀ = С₀/С_п, (33)

где С₀ - концентрация основного компонента в электролите, применяемом для операции, после которой производится промывка, г/л;

С_п - предельно допустимая концентрация в воде после операции промывки, г/л.

В данном дипломном проекте предусматривается комбинированная промывка деталей: после обезжиривания - двухступенчатая комбинированная, после травления и активации - одноступенчатая комбинированная, после никелирования - трехступенчатая комбинированная.

Критерий окончательной промывки для процесса электрохимического обезжиривания равен:

К₀ = 20/0,8 = 25

После процесса электрохимического обезжиривания до процесса травления расход воды равен:

Q ₁= 0,2 * 3,6 * v25 = 3,6 л/ч

Критерий окончательной промывки для процесса травления равен:

К₀ = 200/0,1 = 2000

После процесса травления до процесса активации расход воды равен:

Q ₂= 0,2 * 3,6 * 2000 = 1440 л/ч

Критерий окончательной промывки для процесса активации равен:

К₀ = 100/0,1 = 1000

После процесса активации до процесса никелирования расход воды равен:

Q₃= 0,2 * 3,6 * 1000 = 720 л/ч

Критерий окончательной промывки для процесса никелирования равен:

К₀ = 300/0,02 = 15000

После процесса никелирования до процесса сушки расход воды равен:

л/ч

Если перед промывкой имеется одна ванна улавливания, удельный расход воды уменьшается введением коэффициента К₁ =0,4. При комбинированной промывке в расчет годового расхода воды вводится коэффициент 0,5. Расчетный расход воды увеличивается в 1,5 раза на случай падения напора в водопроводной сети.

Годовой расход воды равен:

Q_год= (Q₁+ Q₂)*Ф_в*К*1,5 (34)

Q_год = (3,6 + 1440 + 720 + 17,8* 0,4) * 5960 * 0,5 * 1,5 = 9703118,4 л =

9703,118 м³

Расход воды на тринадцать линий никелирования составляет 126140,534 м³

Все данные по расходу воды сводятся в форму 3

2.7 Расчет вентиляции

Вследствие большого количества вредных веществ, которые выделяются во время химической и электрохимической обработки, гальванические цеха относятся к категории вредных производств.

Для создания нормальных условий труда цеха должны иметь приточно-вытяжную вентиляцию. Кроме того, многие ванны должны быть оборудованы местными бортовыми отсосами, обеспечивающими отвод вредных примесей с зеркала электролита или раствора. Бортовые отсосы устанавливаются по длине ванны. Бортовые отсосы могут быть одно - и двусторонними. По конструкции их делят на простые (щелевое окно расположено перпендикулярно к зеркалу электролита) и опрокинутые (щель расположена параллельно зеркалу).

Расчет объема воздуха, отсасываемого от зеркала ванн, производят по формуле:

L = L₀·K_Дt·K_T·K₁·K₂·K₃·K₄, (35)

где L₀ - удельный объем воздуха, отсасываемого от ванн, м³/ч;

K_Дt - коэффициент, учитывающий разность температур раствора и помещения, табличное значение;

K_T - коэффициент, учитывающий токсичность и интенсивность выделения вредных веществ, табличное значение;

K₁ - коэффициент, учитывающий тип отсоса, для двухбортового отсоса без поддува и однобортового с поддувом K₁ = 1,0, для однобортовых отсосов без поддува K₁ = 1,8,для двухбортового с поддувом K₁ = 0,5;

K₂ - коэффициент, учитывающий воздушное перемешивание раствора, барботаж, принимается равное 1,2;

K₃ - коэффициент, учитывающий укрытие зеркала электролита плавающими телами;

K₄ - коэффициент, учитывающий укрытие зеркала электролита путем введения ПАВ.

Так как в данном дипломном проекте зеркало ванны не укрывается плавающими телами, а также не вводятся ПАВ, коэффициенты вводимые при вышеуказанных условиях не используются.

Удельный объем отсасываемого воздуха L₀ определяется по следующим формулам:

для отсосов простых и опрокинутых без поддува

L₀ = 1400·(0,53·(В_вн/В_вн + L_вн) + Н₁)·0,66· В_вн, (36)



где В_вн, L_вн - внутренние ширина и длина ванны, м;

Н₁ - расстояние от зеркала электролита до борта ванны, обычно равное 0,2 м;

для отсосов, опрокинутых с поддувом,

L₀ = 1200·В_вн^1,5 ·L_вн·К_t·К₁, (37)

Данным дипломным проектом предлагается установить двухбортовые опрокинутые отсосы без поддува на ванны обезжиривания, активацию, травления, теплой промывки, никелирование.

Удельный объем воздуха для ванн равен:

L₀ = 1400·(0,53·(0,63/(0,63 + 1,6) + 0,2)·0,66·0,63 = 203,6 м³/ч

Расчет объема воздуха для теплой промывки равен:

L = 203,6 · 1,63 · 0,8 · 1 · 1,2 = 318,6 м³/ч

Для двух ванн тёплой промывки - 637,2 м³/ч

Расчет объема воздуха для электрохимического обезжиривания равен:

L = 203,6 · 1,94 · 0,8 · 1 · 1,2 = 379,2 м³/ч

Расчет объема воздуха для травления равен:

L = 203,6 · 1 · 1 · 1,2 = 244,32 м³/ч

Расчет объема воздуха для электрохимической активации равен:

L = 203,6 · 1 · 1 · 1,2 = 244,32 м³/ч

Расчет объема воздуха для никелирования равен:

L = 203,6 · 1 · 0,8 · 1,2 = 195,5 м³/ч

Для четырёх ванн никелирования - 782 м³/ч

L_год = (637,2 + 379,2 + 244,32 + 244,32 + 782) * 5960 = 13630758,4 м³

Для тринадцати линий никелирования - 177199859,2 м³

Данные по расходу воздуха сведены в форму 4.

Компенсацию оттока воздуха, уходящего в вытяжную вентиляцию, обеспечивает приточная вентиляция. Объем приточного воздуха должен быть на 5% меньше объема вытяжного воздуха.

V_{прит.возд.}= 0,95V_{выт.возд.} (38)

Определив тип бортовых отсосов и системы воздухопроводов, подсчитываются суммарный объем воздуха, отсасываемый от системы, и подбираются соответствующие вентиляторы. Для выбора вентилятора приточной вентиляции суммируют расход воздуха всех систем вытяжной вентиляции и умножают его на коэффициент 0,95, после чего подбирают соответствующий вентилятор.

V_{прит.возд}= 29731,5 * 0,95 = 28244,9 м ³/ч

В связи с этим выбирается соответствующий вентилятор

Нагрев воздуха в приточных вентиляционных установках осуществляется калориферами; в зависимости от теплоносителя они бывают водяные - ВНВ и паровые - ВНП.



Таблица 6

Техническая характеристика вентилятора

Марка вентилятора	Производительность тыс., м3/ч	Полное давление, Па	КПД	Мощность, кВт	Габаритные размеры, мм
10	33	137	0,80	22,0	1620*1830*1810

Площадь поверхности нагрева определяется по формуле:

F = Q/K·и_ср, (39)

где Q - тепловая нагрузка теплообменного аппарата, Вт;

K - коэффициент теплопередачи, Вт/м²·град;

и_ср - средний температурный напор, ⁰С.

Тепловая нагрузка теплообменника определяется по формуле:

Q = L·C_возд·(t₁-t₀), (40)