1、自行车车圈电镀车间工艺设计年产量400万辆永久牌自行车车圈电镀车间设计学 院：专 业：姓 名：指导老师：化工与材料学院应用化学（电化学方向）学 号：职 称：汪烈焰工程师中国珠海二一二年十二月诚信许诺书本人郑重许诺：本人许诺呈交的毕业设计年产量400万辆永久牌自行车车圈的电镀车间设计是在指导教师的指导下，独立开展研究取得的功效，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出其参考文献，设计利用的数据真实靠得住。本人签名： 日期： 年 月 日年产量400万辆永久牌自行车车圈电镀车间设计摘 要本文针对自行车的车圈电镀车间的设计，要紧包括了工艺进程的拟定和相应工艺标准，生产设备设计和计算，工艺流程设计和
2、计算，生产用物料的计算，生产用水、电、气的消耗量等进行论述，同时还包括了工作人员的数量的确信和三废处置等，其中重点在介绍工艺设计和设备设计和物料衡算，包括工作时刻，镀槽规格，各个物料的消耗量。关键词：生产设备设计；工艺流程设计；物料衡算；车间设计Annual output of 4 million cars “forever” bicycle rim electroplating workshop designAbstractIn this paper the bicycle rim electroplating workshop design, including the process o
3、f formulating and corresponding technology standard, the production equipment design and calculation, process design and calculation, the calculation of the material production, the production water, electricity, gas consumption were reviewed, as well as the staff number of identified and three wast
4、es treatment, of which mainly introduced in process design and equipment design and material balance, including working time, plating tank specifications, various material consumption. Keywords: equipment design; process design; material balance; workshop design;北京理工大学珠海学院课程设计任务书20122021学年第2学期学生姓名：
5、专业班级： 应用化学2班 指导教师： 汪烈焰 工作部门： 实验中心 一、课程设计题目：年产量400万辆永久牌自行车车圈电镀车间设计二、课程设计要紧内容（含技术指标）1工艺流程全图并对选定的工艺流程、要紧设备的型式进行简要的论述或表达，以列表的方式给出要紧工艺卡片（内容包括：序号、工序名称、工作液组成及工艺参数、工作地址等），设备一览表。2设计计算要紧内容有生产纲领（年生产量及各镀种面积），原辅材料消耗量，单位产品电耗、水耗，电镀工序的电镀时刻和要紧设备的数量计算。3.简要表达或论述“三废”处置方案。4.绘制电镀车间平面布置图（CAD），并在图中标注车间所在地的主导风向。5.参考文献格式要求编号
6、作者书名出版单位，出版年份：第几页第几页编号作者文章题目刊名，年，卷（期）：第几页第几页三、大体要求1内容完整正文中应包括：概述、工艺设计、生产任务、生产设备设计及选择、产品质量查验和环保要求设计、车间设计等2.重点突出电镀车间工艺设计的物料衡算、能量计算、要紧设备计算等。3.格式标准4.符合实际 教研室主任签名： 年 月 日1概述： 1选题背景 1课题特点 12镀种镀层和原理 2电镀的金属种类 2电镀的镀层 2电镀原理 3碱性电镀铜原理 3酸性电镀铜原理 3酸性电镀镍原理 3镀铬原理 3电镀液要紧组分功能原理 33车间的分类和生产纲领和计算进程 4车间的分类 4生产纲领 4生产纲领的计算进程
7、 44工作制度和时刻基数 6工作制度 6时刻基数 65工艺进程的拟定和相应工艺标准和工艺配方 7工艺进程的拟定 7相应工艺标准 7工艺配方 76生产设备的设计和计算、工艺流程设计和计算 10生产设备的设计和计算 10工艺流程的设计和计算 117工作人员数量的确信和分工 138车间平面布置图 149生产用物料的计算 15碱性镀铜的物料衡算 15酸性电镀铜的物料衡算 15酸性电镀镍的物料衡算 16电镀铬的物料衡算 16化学除油和电化学除油的物料衡算 16活化的物料衡算 1710生产用水、电、气的消耗量 18生产用水确信 18生产用电的计算 18生产用气的用量 1911要紧技术经济指标 20电镀零件
8、的总面积 20车间生产总面积 21车间的生产面积 2112产品质量检测项目 2213电气部份任务书 2414采暖通风任务书 25采暖 25酸洗、电镀工段的通风原那么 25有害物的危害性及许诺量 2515给排水任务书 2616土建施工任务书 27建筑物有关参数 27车间地面和墙 2717设备表图 2818三废处置 30废水处置 30废气的处置 31废渣的处置 3119结论 32参考文献 331概述：自行车是人类发明的最成功的一种人力机械之一，是由许多简单机械组成的复杂机械。自行车，又称脚踏车或单车，一般是二轮的小型陆上车辆。人骑上车后，以脚踩踏板为动力，是一种简单的绿色的环保的代步工具。中国人口
9、众多，交通压力大，自行车是解决人口压力的一个重要工具，是符合中国国情的交通工具，具有美好的前景。选题背景自行车的前轮和后轮别离是导向系统和驱动系统的重要组成部份，同时车圈又与刹车系统直接相关联，在整辆车的的结构组成中起连接车体与轮胎接触和支撑作用。实际应用中车圈的工作环境相对恶劣，既要支撑车体与骑行者的重量，又要经受转向与崎岖路面带来的额外压力，还要直接面对泥泞，雨水，和日晒风吹的考验。课题特点电镀是自行车生产的重要工艺之一。兼有防护、装饰与耐磨的不同要求。车圈的电镀应具有很高的耐磨性、耐蚀性、导热性和疲劳强度，还必需具有必然强度。实践说明，自行车骑行时容易引发车圈的颤振，刹车时，刹车胶与自行
10、车车圈的强摩擦会引发高温和磨损。为此。对车圈材料的疲劳强度和耐磨度提出了更高的要求。2镀种镀层和原理电镀的金属种类铜是一种呈紫红色光泽的一种金属，相对原子质量，密度cm3，熔点为，标准电极电位为，是最好的纯金属之一，稍硬、极坚韧、耐磨损。还有专门好的延展性。导热和导电性能较好。铜和它的一些合金有较好的耐侵蚀能力，其本身也与各类金属的结合力最好。可溶于硝酸和热浓硫酸，略溶于盐酸。容易被碱侵蚀。 镍是一种银白色金属，密度cm3,熔点1455，沸点2730。质坚硬，具有磁性和良好的可塑性。有好的耐侵蚀性，在空气中不被氧化，又耐强碱。在稀酸中可缓慢溶解，是良好的过渡金属，可增加镀层硬度和强度1。铬是一
11、种微带蓝色的银白色金属，相对原子质量，密度cm3，熔点为18751920，标准电极电位为负，金属铬在空气中极易钝化，表面形成一层极薄的钝化膜，从而显示出贵金属的性质。镀铬层具有很高的硬度，镀铬层有较好的耐热性，镀铬层的摩擦系数小，专门是干摩擦系数，在所有的金属中是最低的。电镀的镀层多层电镀是利用电解的方式使金属或合金沉积在工件表面，以形成均匀、致密、结合力良好的金属层的进程。由于本工艺的镀层不是单层电镀，是多个电镀层的彼此叠加，所得的总镀层与各镀层的不同性质有关，它的性能更好是各镀层的特性的叠加。铜层：延展性好，有缓冲作用；镍层：质地坚硬，增增强度；铬层：硬度很高，耐磨，耐侵蚀。在设计的时侯，
12、若是产品是具有耐磨性的功能，一样都是会选择多层电镀，自行车的基材是铝合金，电镀时候，是先镀碱铜，再电镀酸铜，接着电镀镍，最后是加镀一层耐磨性的铬，厚度一样是碱性电镀镀铜厚度为2m，酸性电镀铜厚度为6m，酸性电镀镍厚度为8m，电镀铬的厚度为5m。总厚度为是21m，这是咱们设计的前提要求，从而知足咱们对产品的性能要求2。电镀原理2.3.1碱性电镀铜原理阴极反映：Cu(CN)32-+eCu+3CN- ；2H+2eH2阳极溶解形成铜氰络离子：Cu+3CN-eCu(CN)32-如发生阳极钝化：4OH-4e2H2O+O22.3.2酸性电镀铜原理酸性电镀铜液主若是由硫酸铜和硫酸组成。溶液中存在大量的二价铜离
13、子在外电流的作用下，在阴极上放电而取得铜镀层3。阳极的铜不断溶解来补充消耗的二价铜离子。Cu2+2eCu在该进程中还可能存在阳极铜溶解生成一价铜离子，Cu+Cu2+2Cu+2.3.3酸性电镀镍原理酸性电镀镍液主若是由硫酸镍和氯化镍组成。溶液中存在大量的二价镍离子在外电流的作用下，在阴极上放电而取得镍镀层。阳极的镍不断溶解来补充消耗的二价镍离子，Ni2+2eNi2.3.4镀铬原理阴极反映：Cr2O72-+6e+14H+=2Cr3+7H2O ；2H+2e=H2在电解的进程中由于氢气的放出，溶液的pH值的升高，H2Cr2O7变成H2CrO4，H2CrO4放电形成金属铬。CrO42-+6e+4H+=C
14、r+4OH-阳极反映：镀铬工艺中采纳不溶性阳极，因此不发生阳极溶解反映阴极反映2Cr3+-6e+7H2O=Cr2O72-+14H+ ；2H2O-4e=O2+4H+2.3.5电镀液要紧组分功能原理（1）主盐：指镀液中能在阴极上沉积出所要求镀层金属的盐，用于提供金属离子。（2）导电盐：指提高溶液的电导率，对放电金属离子起络合作用的碱金属的盐类。（3）络合剂：能络合主盐中的金属离子形成络合物的物质。（4）缓冲剂：一样由弱酸弱碱的酸式盐组成。用来稳固溶液酸碱度的物质。（5）添加剂：为了改善镀层性能的物质。可包括光亮剂、整平剂、润湿剂和抑雾剂。3车间的分类和生产纲领和计算进程车间的分类电镀车间工艺设计是
15、表现出车间生产工作要求，反映出车间的工艺水平及其配套设施的选用是不是合理。依照咱们的流程图咱们能够大致地将三类，即：前处置车间、电镀车间和后处置车间。生产纲领表1：电镀车间车圈加工表产品名称永久牌自行车处理种类镀层厚度/m部件名称车圈规格材料外直径/mm表面积/mm2自行车车圈不锈钢金属600151000电镀加工21表2：年生产纲领表产品名称处理种类单件产品电镀量年生产纲领材料表面积/m2件数(万)表面积/m2车圈电镀加工不锈钢金属8001208000生产纲领的计算进程咱们设计是操纵槽与槽的距离为500mm，工件从一个槽到另一个槽的历时可能为30s，第一列（五个工件）工件加工终止总共历时刻t=
16、5+5+5+5+3+6+5+=第二列（五个工件）工件加工终止是在第一列工件终止后的42s后，t=（工件直径+工件间的距离）/速度v=（600+100）/17=42s （式）因此一天一条生产线的生产量为= 5*（一天的工作总的时刻-第一列产品的时刻）/42 =5*（24*60）/42 =9870件由于咱们年产800万件，年工作天数为300天，一天一条生产线9870件工件，因此生产线的条数=8000000/（300*9870）=条 实际设计为三条生产线。4工作制度和时刻基数工作制度工作制度；咱们的生产要求是年产800万个自行车车圈，年工作天数为300天，天天工作24个小时，三班倒。时刻基数 年时基
17、数= 年工作天数*天天工作时刻 （式） =300*24 =7200h5工艺进程的拟定和相应工艺标准和工艺配方工艺进程的拟定加工成型机械磨光（5min）上挂具（20s）化学除油（5min）水洗（15s）水洗（15s）酸洗（30s）水洗（15s）水洗（15s）阴极电解除油（5min）水洗（15s）阳极电解除油（5min）水洗（15s）水洗(15s)活化(3min)水洗(15s)碱性电镀镀铜三级水洗(45s)酸性电镀镀铜水洗(15s)水洗(15s)酸性电镀镀镍水洗(15s)电镀铬水洗(15s)烘干(5min)下挂具（30s）查验5相应工艺标准（1）镀层的种类与厚度音符和产品的技术要求；（2）镀层的质
18、量应适应零件的利用条件和工作环境；（3）整个工艺进程的加工费用低廉，原料供给保证能够取得保证；（4）电镀液的性能适应零件的特点；（5）各类溶液性能稳固，调整保护方便，尽可能做到无毒，低污染；（6）预处置及电沉积速度快。工艺配方依照生产要求和设计要求选择适合的配方指定如下表所示的工艺配方：电镀工作液组成及其工艺条件：表5-1 各类工艺配方工序名称工作液工艺条件车间位置1化学除油组成 g/L碳酸钠 25氢氧化钠 50磷酸三钠 60水玻璃 8温度：8090时间：油除尽为止前处理车间续上表 表5-1各类工艺配方2阴极电解除油组成 g/L碳酸钠 25氢氧化钠 50磷酸三钠 60水玻璃 8温度：7080电
19、流密度：3.5A/dm2槽电压：4V除油时间：5min3阳极电解除油组成 g/L碳酸钠 25氢氧化钠 50磷酸三钠 60水玻璃 8温度：7080电流密度：3.5A/dm2槽电压：4V除油时间：5min4活化组成 g/LPdCl2 盐酸（mL/L） 10pH：温度：1525时间:55碱性电镀铜组成 g/L氰化亚铜 90铜 53氰化铜 93游离氰化物 15氰化钾 115氢氧化钠 30氢氧化钾 42铜:游离氰化物=1:温度：6080阴极电流密度：3.0A/dm2阳极电流密度：2.7A/dm2阳极面积比=3:2槽电压：阴极效率：99%搅拌方式：机械搅拌续上表 表5-1各类工艺配方6酸性电镀铜组成 g/
20、L硫酸铜 200硫酸 60氯离子(mg/L) 70醇硫基丙烷磺酸 5(mL/L) 二甲基甲酰胺基磺酸钠 (mL/L) 温度：1040阴极电流密度：3A/dm2阳极：磷铜板搅拌：空气搅拌槽电压:4V7酸性镀镍组成 g/L硫酸镍 250氯化镍 60硼酸 40丙烷磺酸吡啶嗡盐 2-丙氧基丁炔二醇 8十二烷基硫酸钠 1pH：温度：4565电流密度：4A/dm2搅拌：空气搅拌或阴极搅拌槽电压:8镀铬组成 g/L氯化铬 110甲酸钾 80氯化铵 53氯化钾 75溴化铵 15醋酸钠 25硼酸 49十二烷基苯磺酸钠 1pH:阴极电流密度：5.5A/dm2温度：2025槽电压: 6生产设备的设计和计算、工艺流程
21、设计和计算生产设备的设计和计算（1）槽高H的计算 H=H1+H2+H3+H4 （式）H1是挂具工作部位的高度，有车圈直径决定，H1=600mm； H2是挂具下端距离槽底的高度，在100-150mm之间，计算时取H2=150mm H3是挂具上端距离液面的高度，很多于50mm，计算时取H3=100mm H4是液面至槽沿的距离，一样在100-150mm之间，计算时取H4=150mm因此槽高 H=H1+H2+H3+H4=600+150+100+150=1000mm（2）槽宽B的确信: B=nKB1+2nKB2+2B3+na （式）nK是挂具或阳极列数，计算时取nK=5 B1是槽宽方向的挂具宽度，确实是
22、车圈的宽度，B1=40mm B2是挂具边缘与阳极的距离，一样在150-250mm之间，计算时取B2=200mm B3是阳极距离槽壁的距离，一样是30-50mm之间，计算时取B3=30mm na是阳极设在精宽方向的列数，设计是阳极列数为na=2 是阳极的厚度，设计阳极为铜片，镍片，铬片，厚度为20mm因此槽宽B=nkB1+2nKB2+2B3+na=5*40+2*5*200+2*30+2*20=2300mm（3）槽长L的确信:槽长L（起始）= m L1+(m-1)L2+2L3 （式）m是槽长方向的挂具数；咱们设计是2列挂具，m=2 L1是槽长方向挂具的宽度，由车圈的直径决定，L1=600mm L2
23、是槽长方向挂具间的距离，咱们设计的距离为L2=100mm L3是挂具边缘与槽壁的距离，一样大于100mm，咱们取L3=100mm，因此，槽长L（起始）= m L1+(m-1)L2+2L3=2*600+100+2*100=1500mm咱们采取的是自动的工艺，操纵运行速度v为17mm/s，因此槽长还有加上运行路程的槽长。碱性电镀铜的时刻t=，因此碱性电镀铜槽的槽长L=L（起始）+t*v=1500+*17*60=3795mm酸性电镀铜的时刻t=，因此酸性电镀铜槽的槽长L=L（起始）+t*v=1500+*17*60=8385mm酸性电镀镍的时刻t=6min，因此酸性电镀镍槽的槽长L=L（起始）+t*v
24、=1500+6*17*60=7620mm电镀铬的时刻t=，因此电镀铬槽的槽长L=L（起始）+t*v=1500+*17*60=3612mm化学除油和除油的时刻t=5min，化学除油和电化学除油槽的槽长L=L（起始）+t*v=1500+5*17*60=6600mm活化的时刻t=3min，因此活化槽的槽长L=L（起始）+t*v=1500+3*17*60=4560mm酸洗的时刻t=30s，因此酸洗槽的槽长 L=L（起始）+t*v=1500+30*17=2020mm水洗的时刻都是t=15s，因此水洗槽的槽长L=L（起始）+t*v=1500+15*17=1755mm（4）镀槽容积能够依照下式计算： V=L
25、BH （式）式中，V是镀槽容积(mm3)，L是镀槽长(mm)，B是槽宽(mm)，H是槽高(mm)碱性电镀铜槽的容积V= LBH=3795*2300*1000=*109 mm3酸性电镀铜槽的容积V= LBH=8385*2300*1000=*1010 mm3酸性电镀镍槽的容积V= LBH=7620*2300*1000=*1010 mm3电镀铬槽的容积V= LBH=3612*2300*1000=*109 mm3工艺流程的设计和计算电镀时刻的确信 依照法拉第必然律，能够计算电镀所需时刻的公式： t=（1000*60*d）/（DK*K*K） （式）是镀层厚度，mm d是沉积层的密度，g/cm3DK是阴极
26、电流密度，A/ cm2 K是电化学摩尔质量，g/（Ah） K是阴极电流效率，% t是电镀时刻碱性电镀镀铜厚度为2m，酸性电镀铜厚度为6m，酸性电镀镍厚度为8m，电镀铬的厚度为5m。铜的密度是 g/cm3，电化学当量是 g/（Ah），工艺中阴极电流密度是5*100A/ cm2，电流效率以80%来计算。碱性电镀铜的时刻t=（1000*60*）/（5*100*）= 酸性电镀铜的时刻t=（1000*60*）/（5*100*）=镍的密度是 g/cm3，电化学当量是 g/（Ah），工艺中阴极电流密度是8*100A/ cm2，电流效率以80%来计算。酸性电镀镍的时刻t=（1000*60*）/（8*100*）
27、=6min 铬的密度是cm3，电化学当量是 g/（Ah），工艺中阴极电流密度是20*100A/ cm2，电流效率以80%来计算电镀铬的时刻t=（1000*60*）/（20*100*） =7工作人员数量的确信和分工（1）生产工人a.预备处置和化学处置一样为1-4人，由于考虑到生产数量大的问题，咱们取2人，三条生产线确实是6个人。b.碱性和酸性镀铜，镀镍各一个人，三条线确实是9个人。c.镀铬一个人，三条线确实是3个人d.阳极氧化2个人，三天线确实是6个人e.由于咱们采纳自动流水生产线，每条生产线设司机1个人，溶液保护调整1人，总共是6个人。因此，生产工人的总人数确实是30人（2）辅助工人辅助工人，
28、包括零件首发共，挂具制造修理工，设备维修工，运输工，工地卫生工，污水处置工，查验工，材料保管工和工具保管工，一样为生产工人的总数的，咱们，取计算，确实是9个人。（3）行政治理及工程技术人员。表 生产车间人员分派表序号岗位名称管理人员技术人员工作人员小计备注1厂长11白班2行政、技术人员1157白班3生产线人员 338490三班倒4辅助、维修人员2727三班倒合计 521161258车间平面布置图车间平面布置图，能够很直接向咱们展现厂房的俯视图，以下图确实是设计的车间平面布置图。图 车圈电镀车间工艺设备平面布置图 单位：cm 其中，途中的I-钳工及挂具寄存间；II-材料间；III-前处置间；IV-电镀间；V-工艺测试分析间；VI-三废处置间；VII-生活间9生产用物料的计算以下物料衡算是以一条生产线中单个槽一次利用的量进行衡算的，三条生产线要乘以3。咱们要紧以一条生产线的物料衡算为准。碱性镀铜的物料衡算由于镀液不可能全数装满镀槽，真实的液面高度是槽高H-是液面至槽沿的距离H4=1000-150=850mm，体积V=液面高度*槽宽*槽长=850*2300*3795=*109 mm3表 碱性镀铜物料衡算表物料名称物料浓度（10-6g/ mm3）物料用量（g）氰化亚铜90667800铜53371000氰化铜93690060游离氰化物15
