Расчет участка осаждения двойного покрытия медь-никель

style="border-top:none;border-left:none; border-bottom:solid windowtext 1.0pt;border-right:solid windowtext 1.0pt; padding:0cm 5.4pt 0cm 5.4pt;">5 11 Холодная промывка

Н₂О

20 - 0,5 12 Горячая промывка

Н₂О

50 – 60 - 0,5 13 Сушка воздух 60 – 70 - 5
2.РАСЧЕТ УЧАСТКА ОСАЖДЕНИЯ ДВОЙНОГО ПОКРЫТИЯ МЕДЬ-НИКЕЛЬ. ДВОЙНОГО ПОКРЫТИЯ МЕДЬ-НИКЕЛЬ.

2.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФОНДОВ РАБОЧЕГО ВРЕМЕНИ.

Участок металлопокрытия работает, в основном, в две смены при пятидневной рабочей неделе с двумя выходными днями. Продолжительность рабочей недели в одну смену 41 час. В некоторых случаях работа ведется в одну или три смены.

Номинальный годовой фонд времени Т_н, исходя из 112 нерабочих дней в году (104 выходных и 8 праздничных), составляет:

Т_н = 365 – 112 = 253 суток ( 6210 ч. при 3-х сменной работе).

Для определения действительного фонда времени Т_д из Т_н вычитают продолжительность основного и дополнительного отпусков, время неизбежных простоев оборудования, включая время, потребное для ремонта:

Т_д = Т_н – Т_о – Т_п

Где:

Т_о - время основного и дополнительного отпусков;

Т_п - время неизбежных простоев оборудования.

Потери времени Т_п в зависимости от вида оборудования и условий работы цеха составляют 2 – 12% номинального годового фонда времени. Действительные годовые фонды времени рабочих и оборудования, обязательные при проектировании цехов металлопокрытий приведены в табл. 1 и 2.

Таблица 1.

Действительный годовой фонд времени рабочих.

Продолжительность рабочей недели, ч.	Номинальный годовой фонд времени, ч.	Продолжительность отпуска, дни.	% потерь номинального фонда времени.	Действительный годовой фонд времени, ч.
41	2070	155	10	1860
41	2070	18	11	1840
41	2070	24	12	1820

Таблица 2.

Действительный годовой фонд времени работы оборудования гальванических цехов.

Количество рабочих смен в сутки.	Неавтоматизированное оборудование.
Номинальный годовой фонд времени, ч.	Потери номинального фонда времени, %	Действительный годовой фонд времени, ч.
3	6210	4	5960

2.2 РАСЧЕТ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ПРОГРАММЫ.

Производственная программа на предприятии устанавливается несколько выше заданной, что связано с выпуском некачественной продукции (браком), ввиду сложности гальванического производства. Брак может получиться ввиду несоответствия рецептуры состава раствора или электролита в одной из технологических операций, а также из-за загрязнения электролита,  плохого контакта с деталей с барабаном, барабана с контактами, анода со штангой и т.д. брак, в основном, подлежит переделке. Процент переделки зависит от вида покрытия, принятой технологии, типа оборудования, условий работы цеха, поэтому принимается условно 0,5 – 3% по заданному типу детали.

Годовая производственная программа определяется:

Где:

Р_год – годовая программа цеха, м²/год;

Р_зад – годовая программа цеха, соответствующая заданию, м²/год;

а – брак продукции, допускающий переделку, % (принимаем 3%).

Р_год = 6000 + (6000/100)*3 = 6180 м²/год.

Принимаем 1 кг = 1 дм².

Поэтому: Р_год = 61800 кг/год.

2.3 РАСЧЕТ ВРЕМЕНИ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИ ДЕТАЛЕЙ.

Время обработки деталей τ, одновременно загружаемых в ванну, складывается из технологического времени τ₁ и вспомогательного времени τ₂.

τ = τ₁ + τ₂.

Технологическое время определяется временем продолжительности гальванического процесса (времени нахождения по током). Т.к. в данном процессе осаждается два вида покрытия, то в качестве технологического времени выбирается самый продолжительный процесс. Вспомогательное время включает в себя продолжительность загрузки и выгрузки деталей из ванны.

Продолжительность электроосаждения металла (в мин.) рассчитывается по закону Фарадея:

.

Где:

δ – толщина покрытия, мкм;

ρ – плотность осаждаемого металла,  г/см³;

i_к – плотность катодного тока, А/дм²;

К_э – электрохимический эквивалент осаждаемого металла, г/Ач;

Вт – выход по току, %.

Рассчитаем время осаждения слоя меди толщиной 12 мкм;

.

Рассчитаем  продолжительность осаждения слоя никеля толщиной 9 мкм:

Процессом, определяющим технологическое время является меднение, т.к. он самый продолжительный. Вспомогательное время принимаем равным 7 минутам. Поэтому время обработки деталей:

τ = 38 + 7 = 45 мин.

В час получается 1,33 загрузки.

2.4 РАСЧЕТ НЕОБХОДИМОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ УЧАСТКА.

Расчет производится по формуле:

Где:

Р_год – годовая программа цеха, кг/год;

Т_д – действительный годовой фонд времени час/год;

Р – производительность участка кг/час.

Введем загрузочный коэффициент К_з, который учитывает затраты времени на организацию и проведение первоначальной загрузки и выгрузки деталей, незапланированные простои. Принимаем К_з = 0,8.

Реальная часовая программа с учетом коэффициента загрузки:

Т.к. в данном проекте 1 загрузка происходит в 45 мин., то рассчитаем реальную программу загрузки:

2.5 РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИИ БАРАБАНА.

Рассчитаем количество деталей в 1 загрузку:

=

Где:

Р_загр – реальная программа загрузки;

m _1дет – масса 1 детали.

m _1дет = V_1дет * ρ = 0.002 *7.85=0.017 кг. = 17 гр.

Т.к. в час производится 1,33 загрузки, то загрузка в час:

Размеры барабана определяются исходя из насыпного объема V_нас загружаемых деталей. Насыпной объем принимается равным 25 – 35% от геометрического объема барабана V. Насыпной объем больше, чем объем загружаемых деталей в V_дет 3 – 10 раз.

;

Насыпная масса m_нас: 9,8 кг/л.

Насыпная площадь S_нас: 65 дм².

Объем шестигранного барабана рассчитывается по формуле:

Где:

r – радиус описанной окружности, дм;

l – длина барабана, дм.

Длину барабана принимают равной 1,5 – 3 внутреннего диаметра барабана.

Получаем размеры барабана:

Длина l = 726 мм;

Диаметр d = 242 мм.

Принимаем стандартный барабан:

Длина l = 730 мм;

Диаметр d = 270 мм.

2.6 РАСЧЕТ ГАБАРИТОВ ВАННЫ.

Размеры ванны, в которую погружается барабан, рассчитываются, исходя из габаритов барабана и конструкции крепления барабана на ванне.

Длина ванны для барабана:

L_вн = l + 2*l₁

Где:

l – длина барабана, 0,73 м;

l₁ – расстояние от торцевой стенки ванны до барабана, 0,12 м.

L_вн = 0,73 + 2*0,12 = 0,97 м

Ширина ванны для одного барабана:

W_вн = d + 2*w₁ + 2*w₂+ 2*D

Где:

d – диаметр барабана, 0,27 м;

w₁ – расстояние между анодом и ближайшим краем барабана, 0,1 м;

w₂ – расстояние между анодом и продольной стенкой ванны, 0,05 м;

D – толщина анода, 0,01 м.

W_вн = 0,27 + 2*0,1 + 2*0,05+ 2*0,01 =  0,58 м

Высота ванны:

Н_вн = h₁ + h₂ + h_б

Где:

h₁ – глубина погружения барабана в электролит, 0,27 м;

h₂ – расстояние от дна ванны до нижнего края барабана, 0,2 м;

h_б – расстояние от зеркала электролита до края ванны, 0,3 м;

Н_вн = 0,27  + 0,2 + 0,3 = 0,77

Принимаем существующие размеры:

L – 970 мм;

W – 550 мм;

H – 800 мм.

Рабочий объем ванны составляет 250 л.

2.7 ЭНЕРГЕТИКА ЦЕХА.

2.7.1 ПОВЕРХНОСТЬ ЗАГРУЗКИ И СИЛЫ ТОКА.

Суммарная поверхность загрузки одной ванны S:

S = (S₁ + S₂)y

Где :

S₁ – рабочая поверхность покрываемых деталей, S_нас = 65 дм²;

S₁ – нерабочая поверхность, 0,03 S₁ = 1,95 дм²;

у – количество барабанов, 1 шт.

S = (65 + 1,95) * 1 = 67 дм²

Сила тока, проходящая через ванну: I = S i_к

Для ванны меднения:

I_Cu = 67 * 1.5 =  101 А

Для ванны меднения:

I_Ni = 67 * 3 =  201 А

 

2.7.2 БАЛАНС НАПРЯЖЕНИЯ ВАННЫ.

Напряжение, подаваемое на штанги ванны, равно алгебраической сумме отдельных падений напряжения:

Ев=Еа-Ек+Еэл+Екон

Где:

Е_в – напряжение на ванне, В;

Е_а – анодный потенциал, В;

Е_к – катодный потенциал, В;

Е_эл – омическое падение напряжения в электролите, В;

Е_кон – падение напряжения в контактах и металлических проводниках, В;

Для ванны меднения:

iср*L

1,22

*

20

Еэл

=

c

*

100

=

0,15

*

100

=

1,63

В