门铰链电镀枪色镍详解.docx
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门铰链电镀枪色镍详解
一生产线设计说明书
1前言
枪色镍因其装饰效果在目前有诸多应用,但是因其与基体结合力较弱,应先预镀铜,再镀枪色镍。
2设计依据
(1)工件零件和材质:
门铰链、低碳钢
(2)表面积:
76.12×88.88-6×3.14×(0.688/2)2=6763.8mm2=67.64cm2
(3)零件→机械抛光→上挂具→碱性化学除油→热水洗→冷水洗→酸浸蚀→冷水洗→预镀铜→冷水洗→活化→冷水洗→镀枪色镍→钝化→冷水洗→坚膜→涂罩光涂层→烘干→下挂具→包装入库。
3车间任务和生产纲领
(1)车间任务
本车间负责对低碳钢制门铰链进行预镀铜再电镀枪色镍。
(2)生产纲领
年产量:
每年100万件。
考虑零件报废率,按5%计算,则实际年产量为105万件。
3工作制度和年时基数
(1)工作制度:
两班制生产
(2)工作天数:
251天(除去双休日)
(3)工人年时基数为全年时间和扣除病、产、事假及探亲等时间损失后的有效工作时间:
251×8×2-(251×8×2)×11%=3574h(11%为工人年时基数损失率)
(4)设备年时基数(两班制)为全年工作时间扣除设备检修及其他原因引起的停工时间:
251×8×2-(251×8×2)×4%=3856h(4%为设备年时基数损失率)
(5)年产量:
105万件
日产量:
1050000/251=4184件
每小时:
4184/(8×2)=262件
4生产节拍
t=FK×60/A
式中:
t—生产节拍时间(min/件)
F—设备年时基数(h)
K—设备利用系数(0.8~0.9)
A—年纲领(挂具/a)
t=3956×85%×60/1050000=0.188(min/件)
由于生产量较大,所以采用自动生产线进行生产。
5线速度
v=Ad/FK×60
式中:
v—输送机的计算速度(线速度)(m/min)
A—年纲领挂具数(挂/年)
d—挂钩之间的间距(mm)
F—设备年时基数(h)
K—设备利用系数(0.8~0.9)
每挂零件数取(36个)
v=(1050000/36)×60×10-3/(3856×85%)=0.54(m/min)
6主要工序时间计算
t=(60×ρ×d)/(c×Jk×ηk)(min)
式中:
t——电镀时间(min);
ρ——镀层金属密度(g/cm2);
d——镀层厚度(μm);
c——电化当量(g/A•h);
Jk——阴极电流密度(A/dm2);
ηk——阴极电流效率(%)。
已知镀层要求厚度为:
预镀铜2μm;枪色镍2μm。
根据公式以及镀层厚度要求计算得到主要工序的电镀时间为:
氰化镀预铜:
t=(60×8.9×2)/(1.186×2×95)=4.74min
镀枪色镍:
t=(60×8.9×2)/(1.095×2×95)=5.13min
镀枪色镍时间符合工艺要求的5-10分钟。
由计算可知,工艺流程中,时间最长的工序为5.13分钟,采用每10分钟电镀一批零件,一小时电镀六批,每一批2挂,每挂64个零件。
6×2×36=432个>262个,所以可以完成任务。
7挂具的设计
挂具是固定零件,连接电极,使电流均匀地传递到零件上而进行电镀的工具。
因此合理地选用挂具对保证镀层质量、提高生产效率、降低劳动强度有重要意义。
设计挂具的基本原则是:
有足够的机械强度和良好的导电性能;零件与挂具要接触牢固,装卸方便;此外还要力求质量小、体积小、坚固耐用、装载量适当。
7.1挂具的尺寸设计
镀件的表面积:
一块镀件表面积为67.64cm2;
根据每挂生产36个零件和零件的最大装挂尺寸可以算出:
零件在长宽高方向的最大尺寸分别为:
88.88mm(按90mm计算)10.90mm(按11mm计算),76.12mm(按80mm计算)
挂具的长度:
L=5×90+30×5+2×45=690mm;
挂具的宽度:
K=2×11+100=122mm
挂具的高度:
H=3×80+2×30+100+80=480mm;
(此处尺寸为挂有零件时的整体尺寸)
7.2挂具的材料选择
挂具应选择资源丰富、成本较低、有足够的机械强度、导电性能好、不易腐蚀的材料。
常用的有钢、铜、黄铜、磷青铜、钛、不锈钢、铝及其合金等。
7.3挂具的结构
挂具的结构一般都由吊钩、提杆、主杆、支杆和挂钩五个部分组成。
7.3.1吊钩
吊钩是挂具与极棒的连接结构,电镀时由它传递电流到挂具和零件上,因此,必须采用导电性能好的材料制作,本车间采用黄铜。
吊钩和极棒应保持较大的接触面和良好的接触状态,以保证电流顺利通过。
7.3.2提杆、主杆和支杆
提杆:
位于主杆的上部并和主杆垂直,用焊接的方法与主杆相连接。
当挂具悬挂于镀槽时,提杆的位置应高出液面80mm左右。
主杆:
支撑整个挂具和所挂零件的质量,并通过主杆传递电流到各支杆和零件上。
主杆的材料一般选用φ6mm~φ8mm的黄铜棒。
支杆:
通常用焊接的方法固定在主杆上,工作时承受悬挂零件的质量,支杆的材料一般用φ4mm~φ6mm的黄铜棒。
7.3.3挂钩
挂钩在挂具上的分布密度要适当。
应使挂具上的零件绝大部分表面或重要表面能朝向阳极,并避免压叠现象。
本车间挂钩选用钢丝做挂钩。
一般中小型镀件之间间隔l5mm~30mm,杯状镀件的间隔一般为直径的1.5倍。
8镀槽种类的选择
1)热、冷水清洗槽
冷水清洗槽通常是由硬聚氯乙烯塑料板、聚丙烯硬板或碳钢板制成的,但酸浸蚀工序后的冷水槽因有酸液带入,宜采用硬聚氯乙烯塑料或其他耐酸材料制作。
热水清洗槽通常由钢槽体及蒸汽加热管组成,由于热水槽容易沉积水垢,设计时应把排水、溢水管径适当加大。
2)化学除油槽
化学除油槽由钢槽、蒸汽加热管及导电装置组成,溶液为碱性工作温度70~90℃。
3)酸浸蚀槽和酸性镀槽
由于浸蚀及抛光液使用硫酸,它的腐蚀性很强,必须要用耐腐蚀的材料制作槽体或衬里。
酸性槽采用小型的硬聚氯乙烯槽。
4)碱性镀槽
碱性溶液对钢铁无腐蚀作用,氰化镀铜和本次镀枪色镍所选用工艺电镀液都是碱性。
可以直接用钢板做槽体,但为了不污染镀液,保持镀液的清洁,常用聚氯乙烯板衬里槽。
需加热的镀液要安装蒸汽加热管。
5)钝化槽
钝化槽根据溶液配方组成及工艺条件,选用酸性镀槽,槽体采用聚氯乙烯塑料板,温度为室温。
9槽体尺寸及个数的确定
9.1中心槽的选择
由生产工艺可知中心槽为枪色镍电镀槽。
9.2中心槽的尺寸计算
中心槽长度公式为L=nL1+(n-1)L2+2L3
式中L—槽子的长度(mm)
n—沿槽长方向的挂具数
L1—沿槽长方向挂具的宽度
L2—沿槽长方向挂具间的距离(30mm~100mm)
L3—挂具边缘至槽壁的距离(80mm~100mm)
如果再采用阴极移动,再加阴极移动的行程40mm~140mm
n=2L1=690mmL2=50mmL3=100mm
根据公式得到L=1630mm
中心槽宽度公式为b=nk×b1+2nk×b2+(nk+1)δ+2b3
式中b—槽子宽度(mm)
nk—挂具或阴极列数
b1—沿槽宽方向的挂具宽度(mm)
b2—挂具边缘至阳极表面的距离(150mm~250mm)
b3—阳极背面至槽壁的距离(30mm~50mm)
δ—阳极或阳极篮的厚度(mm)
nk=1b1=120mmb2=200mmb3=40mmδ=10mm
根据公式得b=1×122+2×1×200+(1+1)×10+2×40=622mm
中心槽高度公式为h=h1+h2+h3+h4
式中h—槽子高度(mm)
h1—挂具工作部位的高度(mm)
h2—挂具下端距槽底的高度(100mm~200mm)
h3—挂具上端距液面的高度(80mm~150mm)
h4—液面至槽沿的距离(100mm~150mm)
根据公式得到h=300+150+100+120=670mm
9.3镀槽尺寸及个数的确定
镀枪色镍槽尺寸的确定:
根据年产量要求及工作制度确定等知道每槽应能镀72件,由于零件的性质确定每挂放36个零件,所以一槽要能容纳2挂,由此可确定槽子尺寸见表9.3。
9.3槽体尺寸
槽体名称
尺寸
个数
冷水槽
热水槽
浸蚀槽
化学除油槽
预镀铜槽
活化槽
镀枪色槽
钝化槽
浸涂槽
2000×800×800
2000×800×800
2000×800×800
2000×800×800
2000×800×800
2000×800×800
2000×800×800
2000×800×800
2000×800×800
5
1
1
1
1
1
2
1
1
10材料动力(水、电、蒸汽、压缩空气等)消耗
10.1水耗量的计算
10.1.1给水的要求
工艺用水,包括配制镀液、调整槽液及溶液蒸发补充水,水质要求较高,有时应用去离子水(纯水)。
清洗零件用水,可用自来水和质量较好的井水。
设备冷却用水,可用井水或净化回收的水。
10.1.2排水
根据废水的特征按质分流排水、便于回收或单独处理。
不进行回收和单独处理的,可混合排放。
应注意节约用水,自动线上浸、淋、漂、喷洗尽量采用逆流清洗方法;设备冷却水或加热用水尽量回用。
10.1.3生产用水量的计算
1)清洗槽用水量的计算
小时用水量和最大小时用量可按下面简单方法计算:
小时用水量=槽体有效容积×小时换水次数(m3/h)
最大小时用水量=槽体有效容积×(小时换水次数+1)(m3/h)。
即冷水槽小时用水量=1050×10-3×1=1.05m3/h
最大小时用水量=1050×10-3×(1+1)=2.1m3/h
平均小时用水量=(1×2.1+7×1.05)/8=1.18m3/h
热水槽小时用水量=1050×10-3×0.5=0.525m3/h
最大小时用水量=1050×10-3×(0.5+1)=1.575m3/h
平均小时用水量=(1×1.575+7×0.525)/8=0.656m3/h
2)车间用水总量计算
水量的总消耗量按下式计算:
Qavg=Q1K1(m3/h)
Qmax=Q2K2(m3/h)
式中Qavg——车间小时用水平均总量(m3/h);
Qmax——车间小时用水最大总量(m3/h);
Q1,Q2分别为各用水设备的小时用水平均之和及最大量之和(m3/h);
K1——设备同时使用系数,采用0.7~0.9
K2——设备同时换水系数,采用0.8~0.9
Qavg=1.18×5+0.656=6.556(m3/h)
Qmax=2.1×5+1.575=12.075(m3/h)
10.2电的消耗
车间除照明用电和设备动力用电外,还有电加热装置用电。
照明用电按车间各工作间照明的最低照度估算。
标准设备用电量,按产品说明书表明的电容量计算,非标准设备按设备设计图纸上表明的电容量计算。
电加热装置用电,可根据热量计算结果换算。
电镀车间所用的直流电源大部分属于低压电源设备。
常用的直流发电机组、硅整流器及可控硅整流器等。
直流发电机组能供给稳定的直流电流,过载能力比整流装置大,输出电压稳定,电流波形平直,输出功率大;但由于直流电机组需要安装在单独的电源室,造成直流输电线路较长,线路上电量消耗较大,所以效率较低。
硅整流装置比直流发电机组轻便灵活,而且可以采用不同的线路和结构得到几种波形的直流电源,以满足不同镀种的要求。
防腐型硅整流装置可以放在镀槽槽边,便于采用单机单槽供电,直流输出线路短,损耗小,效率较高,但其过载能力差。
可控硅整流装置的体积比硅整流装置小,调压也比较方便,便于自动远距离调压。
1)额定电压
选用整流器的额定电压,切勿过高。
应略高于槽端最高电压与线路压降之和。
否则整流器效率不高,浪费电力。
2)额定电流
整流器的额定电流,应稍大于镀槽最大负荷时所需的电流。
如在产品系列中未能找到额定电流和电压都合适的产品,只能选较高额定电压的产品,而使额定电流应有相应余量。
否则对可控硅整流器元件会由于过载发热而损坏。
3)电流波形
可控硅整流器的电流波形随电压的调节而变化。
目前,生产量较大的镀锌、光亮铜、光亮镍、电解除油等都采用单相全波可控硅整流器,该设备用于焦磷酸盐镀铜,效果也很好。
10.3蒸汽消耗
10.3.1加热过程蒸汽消耗量计算
Q=[V·ρ·c·﹙t2-t1﹚/t﹢V·q]β
所用蒸汽量为:
G=Q/γ(kg/h)
式中Q——镀液升温所需要的热量(4.168kJ/h)
V——槽液容积(L)
ρ——溶液密度(kg/L)
c——溶液比热容(4.168kJ/kg·℃),(水及水溶液ρc=1)
t1——镀液初始温度(室温)
t2——镀液工作温度(℃)
q——单位体积水溶液加热过程中平均消耗量(4.168kJ/L·h)
t——升温时间(h)
β——热量损失系数,槽子有保温层时β=1.1~1.15,无保温层时β=1.15~1.3。
G——蒸汽消耗量(kg/h)
Q——镀液加热或热水槽工作时所需的热量(kJ/h)
γ——蒸汽的潜热,
当电镀车间蒸汽压力p=0.3MPa时,γ=2164kJ/kg
p=0.2MPa时,γ=2135kJ/kg
化学除油:
Q=[1050×(80-25)/1.5+1050×10.5]×1.15=56953.75kJ/h
G=56953.75/2164=28.32kg/h
热水槽Q=[1050×(80-25)/1.5+1050×10.5]×1.15=56953.75kJ/h
G=56953.75/2164=28.32kg/h
酸浸蚀:
Q=[1050×(60-25)/1.5+1050×5.5]×1.15=34816.25kJ/h
G=34816.25/2164=16.09kg/h
氰化镀铜:
Q=[1050×(30-25)/1.5+1050×1]×1.15=5232.5kJ/h
G=5232.5/2164=2.42kg/h
镀光亮镍:
Q=[1050×(55-25)/1.5+1050×4.5]×1.15=25725kJ/h
G=25725/2164=11.89kg/h
总蒸汽消耗量:
G=28.32+28.32+16.09+2.42+11.89=87.04kg/h
10.2保温时蒸汽消耗量计算
Q1=V·q1+Wc1(t2-t1)β(kJ/h)
G1=Q1/γ(kg/h)
式中Q1——溶液槽保温时的耗热量;
G1——溶液槽保温时的蒸汽消耗量;
q1——单位体积溶液及水保温时耗热量;
W——单位时间内放进槽内的零件质量(kg/h);
c1——零件的比热容;
t1——放进槽内之前零件的温度;
t2——槽子工作温度;
β——加热损失系数。
化学除油:
Q1=1050×10.5+31.968×0.115(80-25)×1.2=11267.64kJ/h
G1=11267.64/2164=5.21kg/h
热水槽:
Q1=1050×10.5﹢31.986×0.115(80-25)×1.2=11267.64kJ/h
G1=11267.64/2164=5.21kg/h
酸浸蚀:
Q1=1050×5.5﹢31.986×0.115(60-25)×1.2=5929.49kJ/h
G1=5929.49/2164=2.74kg/h
氰化镀铜:
Q1=1050×1﹢31.986×0.115(30-25)×1.2=1072.07kJ/h
G1=1072.07/2164=0.495kg/h
镀枪色镍:
Q1=1050×4.5﹢31.986×0.115(55-25)×1.2=4857.42kJ/h
G1=4857.42/2164=2.25kg/h
总蒸汽消耗量:
G1=5.21+5.21+2.74+0.495+2.25=15.905kg/h
(3)蒸汽消耗总量
Gevg=G1K1;
Gmax=G2K2
Gevg,Gmax——分别为车间蒸汽平均及最大总消耗量(kg/h);
G1,G2——各用蒸汽设备的平均及最大消耗量之和(kg/h);
K1——设备使用系数,采用0.7~0.9;
K2——设备同时加热系数,采用0.8~1.0。
Gevg=21.82×0.8=12.729kg/h
Gmax=87.04×0.9=78.336kg/h
11主要工艺设备的采用及计算
11.1可控硅整流器
选择依据:
一槽一次镀零件72个,每个零件表面积为0.68dm2,电镀总电流密度为:
(1.5~3)×0.68×72=73.44~146.88A。
选用规格为500A、12V的整流器。
生产量较大的电解除油生产线都用单相全波可控硅整流器。
11.2蒸汽加热管
电镀车间蒸汽压一般为0.2~0.3Mpa,用聚四氟乙烯塑料做加热管在我国已经成熟,本车间也采用,蒸汽压选0.3Mpa。
因槽体较大,加热量大,选择蒸汽加热较好。
蒸汽加热所需的传热面积为S:
S=Q/k∆t
S——加热管所需的传热面积(m2)
Q——镀液升温或热水槽工作时所需的热量(kJ/h)
K——加热管的传热系数(kJ/h·m2·℃),对聚四氟乙烯塑料,加热水溶液时为1000~1460这里取1200。
∆t—饱和蒸汽温度与溶液平均温度差(℃);∆t=tz―(t1+t2)/2
tz——在指定表压下的饱和蒸汽温度:
当表压为p=0,2Mpa时,tz=132℃;
当表压为p=0.3Mpa时,tx=142℃;
S=56953.75/1200×89.5=0.53(m2).
12局部排风的设计
12.1局部排风的设计原则
1)设计局部排风罩时,应根据有害物质的特性和散发规律、工艺设备的结构及其操作特点,合理的确定排风罩的形式和安装方式,以获得最好的效果。
当有害气体的密度比空气密度小时,可使用伞形罩排风;当有害气体的密度比空气大又不影响其他设备的正常工作时,应尽可能采用侧吸罩等形式排风。
2)局部排风罩的设置,不应影响生产操作及其他设备的正常工作。
应尽可能设置密闭式排风罩,以最小的风量最大限度地控制和排除有害物质。
3)设置槽边排风时应符合下列要求:
槽宽小于或等于500mm时,采用单侧风罩,槽宽大于500mm时,宜采用双侧或周边风罩。
槽宽大于1500mm时,应采用密闭罩或用盖板遮盖全部或部分液面,以保证通风效果。
沿槽边的排风速度应均匀分布。
如果槽子长度大于1200mm,槽边风罩应设置导流板或做成楔形条缝口或分段设置风罩。
4)车间内热水槽较多时,尤其是在气候炎热的南方地区,宜设置槽边排风,以减少水蒸气的散发,改善劳动条件。
5)为减少排风量,抑制槽内有害气体外逸,在不影响生产操作时,可考虑槽面加盖,当不影响镀层质量时,可考虑加入抑雾剂。
12.2局部排风罩的设计
由局部排风的设计原则可得,排风罩选择双侧低截面槽边排风罩。
条缝式低截面槽边排风罩,可使液面排风气流较稳定,条缝口抽风速度大,吸入的无效空气比平口排风罩少,效果好,而且结构简单,施工安装方便,使用较普遍;但安装位置较高,占空间较大,对手工操作略有不便。
二工艺设计说明书
1主要工序说明
1.1化学除油
1)配方组成及工艺条件见表1.1.
表1.1配方组成及工艺条件
溶液组成及工艺条件
(g/L)
氢氧化钠(NaOH)
40~50
碳酸钠(Na2CO3)
30~40
磷酸钠(Na3PO4·12H2O)
30~40
温度(℃)
70~100
时间(min)
油污除尽为止
2)溶液的配制(按1L溶液计算)
1)按槽子的实际尺寸计算出所需配制溶液的体积,一般以距槽口100~150mm高度计算配制的体积,然后加入2/3配制体积的水。
2)按40g/L氢氧化钠的量用冷水溶解,分别按30g碳酸钠和30g/L磷酸钠的量用60℃热水溶解。
3)把以上溶液放入除油槽中,加水至配制体积,充分搅拌均匀,取样化验,合格后即可投入生产。
1.2酸浸蚀
配方组成及工艺条件见表1.2.
表1.2配方组成及工艺条件
组成和工艺条件
(g/L)
浓硫酸(H2SO4)(相对密度1.84)
120~250
缓蚀剂(若丁)
0.3~0.5
温度(℃)
50~75
时间(min)
2
1.3预镀铜
1.3.1配方组成及工艺条件见表1.3.1.
表1.3.1配方组成及工艺条件
组成和工艺条件
(g/L)
氰化亚铜(CuCN)
8~35
氰化钠(NaCN)
12~54
氢氧化钠(NaOH)
2~10
温度(℃)
18~50
阴极电流密度(A/dm2)
0.2~2
1.3.2溶液的配制方法
氰化物镀铜溶液需要在通风的条件下配制。
配制时先将氰化钠溶于水中,在不断搅拌下缓缓加入氰化亚铜,控制加入速度,使溶液温度不会升高到60℃以上。
将配方中的其他成分放在另一容器中用水溶解。
两者都溶解好以后,相互混溶。
并加水至规定液面搅拌、过滤、分析、调整之后即可使用。
1.3.3工艺维护
预镀铜溶液最关键的是控制氰化钠的含量,正常范围是5~11g/L。
其次是金属铜的含量,一般控制在10~16g/L左右。
但是由于铜阳极的溶解效率高于阴极效率,阳极要挂一部分钢板作不溶性阳极,使阴、阳极电流效率大体相等,溶液成分才可以稳定。
可以使用活性炭连续过滤,减少有机物对后面镀槽的污染防止镀层粗糙。
1.3.4常见故障及排除方法见表2.3.4.
表1.3.4.氰化物镀铜的常见故障及处理方法
常见故障
分析原因
排除方法
镀层疏松、粗糙,呈暗红色
阴极电流密度过高
降低阴极电流密度
镀层太薄,阴极析出大量氢气
镀液中氰化钠太多;
镀液中金属铜含量太低
分析调整氰化钠
分析调整金属铜
镀层孔隙率高
镀液中碳酸盐含量过高
冷却去除镀液中的碳酸钠
镀层结合力差
游离氰化钠不足;
前处理不良
分析调整;
加强前处理
电镀液发生混浊现象,阳极表面产生绿色膜层
游离氰化钠不足
分析调整
电镀液成分正常但阳极发生钝化
阳极电流密度过高
降低阳极电流密度
阴极上无镀层产生
电极接触不良;
游离氰化钠过高;
镀液中有铬酐带入
检查接触点;
分析调整;
加入连二亚硫酸钠处理镀液
1.4电镀枪色镍
1.4.1配方组成及工艺条件见表1.4.1
表1.41
氯化镍(NiCl2·6H20)/(g/L)
锡酸钠(Na2Sn03·3H20)/(g/L)
氰化钠(NaCN)/(g/L)
氢氧化钠(Na0H)/(g/L)
柠藏酸钠(Na3C6H5O7)/(g/L)
氨羞酸/(g/L)
12~15
30~40
30~40
10~15
20~40
5~20
pH
温度/℃
阴极电流密度/(A/dm2)
电镀时间/min
阳极
13
55~70
3~5
2~10
不锈钢板,阴极移动
1.4.2镀液的配制
①将计算量的氯化镍用热水溶解,在另一容器中将计算量的氰化钠溶解。
②用少量氢氧化钠中和氯化镍至中性,然后把氰化钠溶液在不断搅拌下倒入,至全部络合溶解为止。
③把计算量的锡酸钠与氢氧化钠一起用水溶解,倒入。
④把计算量的柠檬酸钠也溶解加入。
⑤将胱氨酸用少量氢氧化钠一起溶解加入,并加水至所需容积,轻轻搅拌。
⑥测量并调整pH至12.5~13,加温至55~70℃,边电解边试镀。
1.4.3镀液
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