1、北京理工大学珠海学院2013届本科生电镀车间设计年产量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承诺书本人郑重承诺：本人承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成果，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，设计使用的数据真实可靠。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，主要包括了工艺过程的拟定和相应工艺规范，生产设备设计和
2、计算，工艺流程设计和计算，生产用物料的计算，生产用水、电、气的消耗量等进行阐述，同时还包括了工作人员的数目的确定和三废处理等，其中重点在介绍工艺设计和设备设计以及物料衡算，包括工作时间，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 th
3、e process of 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
4、 three wastes 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20122013学
5、年第2学期学生姓名： 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、课程设计主要内容（含技术指标）1工艺流程全图并对选定的工艺流程、主要设备的型式进行简要的论述或叙述，以列表的方式给出主要工艺卡片（内容包括：序号、工序名称、工作液组成及工艺参数、工作地点等），设备一览表。2设计计算主要内容有生产纲领（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，电镀工序的电镀时间以及主要设备的数量计算。3.简要叙述或论述“三废”处理方案。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。
6、5.参考文献格式要求编号作者书名出版单位，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、基本要求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、产品质量检验和环保要求设计、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、主要设备计算等。3.格式规范4.符合实际 教研室主任签名： 年 月 日目录1概述：11.1选题背景11.2课题特点12镀种镀层和原理22.1电镀的金属种类22.2电镀的镀层22.3电镀原理32.3.1碱性电镀铜原理32.3.2酸性电镀铜原理32.3.3酸性电镀镍原理32.3.4镀铬原理32.3.5电镀液主要组分功能原
7、理33车间的分类和生产纲领和计算过程43.1车间的分类43.2生产纲领43.3生产纲领的计算过程44工作制度和时间基数64.1工作制度64.2时间基数65工艺过程的拟定和相应工艺规范和工艺配方75.1工艺过程的拟定75.2相应工艺规范75.3工艺配方76生产设备的设计和计算、工艺流程设计和计算106.1生产设备的设计和计算106.2工艺流程的设计和计算117工作人员数目的确定和分工138车间平面布置图149生产用物料的计算159.1碱性镀铜的物料衡算159.2酸性电镀铜的物料衡算159.3酸性电镀镍的物料衡算169.4电镀铬的物料衡算169.5化学除油和电化学除油的物料衡算169.6活化的物料
8、衡算1710生产用水、电、气的消耗量1810.1生产用水确定1810.2生产用电的计算1810.3生产用气的用量1911主要技术经济指标2011.1电镀零件的总面积2011.2车间生产总面积2111.3车间的生产面积2112产品质量检测项目2213电气部分任务书2414采暖通风任务书2514.1采暖2514.2酸洗、电镀工段的通风原则2514.3有害物的危害性及允许量2515给排水任务书2616土建施工任务书2716.1建筑物有关参数2716.2车间地面和墙2717设备表图2818三废处理3018.1废水处理3018.2废气的处理3118.3废渣的处理3119结论32参考文献331概述：自行车
9、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，通常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。1.1选题背景自行车的前轮和后轮分别是导向系统和驱动系统的重要组成部分，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，又要承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。1.2课题
10、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，还必须具有一定强度。实践表明，自行车骑行时容易引起车圈的颤振，刹车时，刹车胶与自行车车圈的强摩擦会引起高温和磨损。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2.1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63.546，密度8.92g/cm3，熔点为1083.40.2，标准电极电位为，是最好的纯金属之一，稍硬、极坚韧、耐磨损。还有很好的延展性。导热和导电性能较好。铜和它的一些合金有较好的耐腐蚀能力，其本身也与各种金属的结合力最好。可
11、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8.9g/cm3,熔点1455，沸点2730。质坚硬，具有磁性和良好的可塑性。有好的耐腐蚀性，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。铬是一种微带蓝色的银白色金属，相对原子质量51.99，密度6.987.21g/cm3，熔点为18751920，标准电极电位为负0.74V，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，特别是干摩擦系数，在所有的金属中是最低的。2.2电镀的镀层多层电镀是
12、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过程。由于本工艺的镀层不是单层电镀，是多个电镀层的相互叠加，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，增加强度；铬层：硬度很高，耐磨，耐腐蚀。在设计的时侯，如果产品是具有耐磨性的功能，一般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，厚度一般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，这是我们设计的前提要求，从而满
13、足我们对产品的性能要求2。2.3电镀原理2.3.1碱性电镀铜原理阴极反应：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要是由硫酸铜和硫酸组成。溶液中存在大量的二价铜离子在外电流的作用下，在阴极上放电而获得铜镀层3。阳极的铜不断溶解来补充消耗的二价铜离子。Cu2+2eCu在该过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要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
14、上放电而获得镍镀层。阳极的镍不断溶解来补充消耗的二价镍离子，Ni2+2eNi2.3.4镀铬原理阴极反应：Cr2O72-+6e+14H+=2Cr3+7H2O ；2H+2e=H2在电解的过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+=Cr+4OH-阳极反应：镀铬工艺中采用不溶性阳极，因此不发生阳极溶解反应阴极反应2Cr3+-6e+7H2O=Cr2O72-+14H+ ；2H2O-4e=O2+4H+2.3.5电镀液主要组分功能原理（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
15、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：一般由弱酸弱碱的酸式盐组成。用来稳定溶液酸碱度的物质。（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过程3.1车间的分类电镀车间工艺设计是体现出车间生产工作要求，反应出车间的工艺水平及其配套设施的选用是否合理。根据我们的流程图我们可以大致地将三类，即：前处理车间、电镀车间和后处理车间。3.2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
16、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0.15180012080003.3生产纲领的计算过程我们设计是控制槽与槽的距离为500mm，工件从一个槽到另一个槽的用时大概为30s，第一列（五个工件）工件加工结束总共用时间t=5+0.33+5+0.25+0.25+0.5+0.25+0.25+5+0.25+5+0.25+0.25+3+0.25+2.25+0.75+6.75+0.25+0.25+6+0.25+2.07+0.25+5+0.5+12.5=58.15第二列（五个工件）工件加工
17、结束是在第一列工件结束后的42s后，t=（工件直径+工件间的距离）/速度v=（600+100）/17=42s （式3.1）所以一天一条生产线的生产量为= 5*（一天的工作总的时间-第一列产品的时间）/42 =5*（24*3600-58.15*60）/42 =9870件由于我们年产800万件，年工作天数为300天，一天一条生产线9870件工件，所以生产线的条数=8000000/（300*9870）=2.7条 实际设计为三条生产线。4工作制度和时间基数4.1工作制度工作制度；我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，每天工作24个小时，三班倒。4.2时间基数 年时基数= 年工
18、作天数*每天工作时间 （式4.1） =300*24 =7200h5工艺过程的拟定和相应工艺规范和工艺配方5.1工艺过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）检验55.2相应工艺规范（1）镀层的种类与厚度音符和产品的技术要求；（2）
19、镀层的质量应适应零件的使用条件和工作环境；（3）整个工艺过程的加工费用低廉，原料供应保证能够得到保证；（4）电镀液的性能适应零件的特征；（5）各种溶液性能稳定，调整维护方便，尽可能做到无毒，低污染；（6）预处理及电沉积速度快。5.3工艺配方根据生产要求和设计要求选择合适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 各种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各种工艺配方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
20、度：7080电流密度：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 0.5盐酸（mL/L） 10pH：1.52.5温度：1525时间:0.555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=1:0.2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：2.4V阴极效率：99%搅拌方式：机械搅
21、拌续上表 表5-1各种工艺配方6酸性电镀铜组成 g/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 0.4(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 0.52-丙氧基丁炔二醇 8十二烷基硫酸钠 1pH：4.05.0温度：4565电流密度：4A/dm2搅拌：空气搅拌或阴极搅拌槽电压:4.0V8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:2
22、.53.3阴极电流密度：5.5A/dm2温度：2025槽电压: 3.0V6生产设备的设计和计算、工艺流程设计和计算6.1生产设备的设计和计算（1）槽高H的计算 H=H1+H2+H3+H4 （式6.1）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，不少于50mm，计算时取H3=100mm H4是液面至槽沿的距离，一般在100-150mm之间，计算时取H4=150mm所以槽高 H=H1+H2+H3+H4=600+150+100+150=1000mm（2）槽宽B的确定: B
23、=nKB1+2nKB2+2B3+na （式6.2）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，就是车圈的宽度，B1=40mm B2是挂具边缘与阳极的距离，一般在150-250mm之间，计算时取B2=200mm B3是阳极距离槽壁的距离，一般是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所以槽宽B=nkB1+2nKB2+2B3+na=5*40+2*5*200+2*30+2*20=2300mm（3）槽长L的确定:槽长L（起始）= m L1+(m-1)L2+2L3 （
24、式6.3）m是槽长方向的挂具数；我们设计是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是槽长方向挂具间的距离，我们设计的距离为L2=100mm L3是挂具边缘与槽壁的距离，一般大于100mm，我们取L3=100mm，所以，槽长L（起始）= m L1+(m-1)L2+2L3=2*600+100+2*100=1500mm我们采取的是自动的工艺，控制运行速度v为17mm/s，所以槽长还有加上运行路程的槽长。碱性电镀铜的时间t=2.25min，所以碱性电镀铜槽的槽长L=L（起始）+t*v=1500+2.25*17*60=3795mm酸性电镀铜的时间t=6.75m
25、in，所以酸性电镀铜槽的槽长L=L（起始）+t*v=1500+6.75*17*60=8385mm酸性电镀镍的时间t=6min，所以酸性电镀镍槽的槽长L=L（起始）+t*v=1500+6*17*60=7620mm电镀铬的时间t=2.07min，所以电镀铬槽的槽长L=L（起始）+t*v=1500+2.07*17*60=3612mm化学除油和电话除油的时间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活化的时间t=3min，所以活化槽的槽长L=L（起始）+t*v=1500+3*17*60=4560mm酸洗的时间t=30s，所以酸洗槽的槽长 L=L（起始）+t*v=1500+30*17=2010mm水洗的时间都是t=15s，所以水洗槽的槽长L=L（起始）+t*v=1500+15*17=1755mm（4）镀槽容积可以根据下式计算： V=LBH （式6.4）式中，V是镀槽容
