Методика и оборудование для нанесения гальванического покрытия

2.3.4 Твердое анодирование

Детали, подвергаемые в процессе эксплуатации трению, анодируют в электролите, содержащем 170--250 г/л Н₂SO₄. Режим анодирования: температура электролита от -- 2 до + 5°С, i_a = 0,5 А/дм², напряжение начальное 25 В, конечное 50--80 В; время анодирования 1,5--2 ч. Охлаждение электролита осуществляют с помощью холодильной установки. При анодировании и необходимо поддерживать постоянную плотность тока с помощью реостатов, включенных в цепь питания ванны. Лучшее качество пленок обеспечивается при глубоком оксидировании алюминия и его сплавов с магнием и марганцем. На литейных сплавах типа силумина пробивное напряжение окисных покрытий в 2--3 раза ниже, чем на деформируемых сплавах В95, АВ, АК4. Износостойкость деформируемых сплавов, покрытых такой пленкой, так же относительно ниже. Микротвердость твердой анодной пленки на техническом алюминии 500--520 кгс/мм², на сплаве АВ -- 480--500 кгс/мм², на сплаве Д16 -- 330--360 кгс/мм², на сплаве АЛ --450--480 кгс/мм².

2.3.5 Анодирование в ортофосфорном электролите

Детали из сплавов типа АЛ11 или АЛЗ2 перед покрытием сплавами медь -- кадмий, предварительно анодируют в электролите, содержащем 180--190 г/л ортофосфорной кислоты. Режим анодирования: температура комнатная, i_a= 10 ? 50 А/дм², S_a:S_к = 1:2, аноды -- из свинца, время анодирования 10 мин. Анодная пленка имеет темно-серый оттенок и не является электроизоляционной. Толщина ее равна 1 мкм.

2.3.6 Молочное анодирование

Применяют для защиты алюминиевых деталей от коррозии. Анодирование ведут в электролите, содержащем 35--40 г/л СrО₃. Режим анодирования: температура электролита 18-- 30°С, напряжение 90-- 110 В, время выдержки 1--2 ч, катод -- из свинца. При этом получаются блестящие окисные покрытия толщиной 3--5 мкм. Детали перед анодированием полируют сначала механически, а затем электрохимически в растворе (массовые доли в %).

Кислота ортофосфорная …………………50--82

Кислота серная …………………………...12--28

Хромовый ангидрид ……………………...4--б

Вода ………………………………………..до 18

Режим электрополирования температура раствора 70 -- 90°С, напряжение 12--24В, i_a = 5 ? 10 А/дм² выдержка 8--10 мин, катод -- из свинца. Плотность загрузки 1 дм² деталей на 10 л раствора.

Выбираем анодирование алюминия и его сплавов в сернокислом электролите, так как он прост по изготовлению состава, устойчив, большая производительность, высокий выход по току. Но он также имеет ряд недостатков: низкая рассеивающая способность.

Серная кислота нужна:

- для повышения электропроводности

- она способствует получению мелкокристаллических осадков.

С сернокислого электролита получаются матовые осадки.

2.4 Выбор промывочных технологий

После каждой операции подготовки и нанесения покрытия детали нужно тщательно промывать. Цель промывки- не только тщательное удаление с поверхности изделий растворы и продукты от предыдущее операции, но и при экономном расходе воды обеспечить их минимальное попадание в сточные воды. В гальванические ванны не должно попадать даже следов обезжиривающих или активирующих растворов. Вода должна быть как много меньшей жесткости, достаточно чистой и ее необходимо часто менять. Предельно допустимая концентрация ионов металла не должна превышать 0,01 г/л. Повышенное содержание кальция и магния может вызвать образование пятен на поверхности покрытия. Загрязнение промывных вод происходит за счет выноса раствора из ванн с деталями. Вынос зависит от конфигурации детали и от самого раствора.

Для промывки защитных изделий к которым не предъявляются повышенные требования, может применятся техническая вода. Физико - механические показатели технической воды не должны быть выше ПДК вредных веществ в водоемах санитарно- бытового использования.[5]

Существует следующие виды промывки деталей:

1) Погружная

- непроточная

- проточная

- одноступенчатая (прямоточная, противоточная)

- многоступенчатая (прямоточная, каскадная)

2) Струйная

3) Комбинированная

В гальваническом производстве различают три вида промывки:

1) Холодная (температура не нормируется);

2) Теплая (температура находится в пределах 40-50⁰С);

3) Горячая (температура 70-90⁰С)

Непроточная погружная промывка используется только в ваннах улавливания. Это сокращает вынос ионов металла в промывные воды в З-4 раза.

После химического или электрохимического обезжиривания, травления, электрохимического полирования, и снятия шлама, рекомендуется применять двух и трех ступенчатую проточно-каскадную промывку.

После обезжиривания, используется промывка горячей водой. После снятия шлама, траления , осветления, активирования, рекомендуется промывать холодной водой. После нанесения покрытий детали промывают сначала в холодной воде, а потом в горячей воде. Горячая промывка облегчает последующую сушку.

В данном дипломном проекте я предусматриваю каскадную промывку. Это позволяет сэкономить расход воды.

3. Технологическая часть

3.1. Типовой технологический процесс нанесения анодно-окисных покрытий на детали из Al и его сплавов

Наиме-нование и содер-жание опера-ции	Средства техноло-гическо-го оснаще-ния	Материалы	Технологический режим	Дополнительные указания
		Наи-ме-нование	Кол-во, г/л	t, ?С	i, А/дм2	Время выдержки, мин
1	2	3	4	5	6	7	8
1.Подводное галтование (шлифование-полиро-вание)	Ванна с нейтраль-ным раство-ром	Раст-вор мыла Раст-вор каль-цинированной соды, Тринатрийфосфат	0,2-0,5% 10-15% 20-30	60-70		480 - 1440	Барабан вращается со скоростью 25-60 об/мин. В раствор барабан погружается на 50-80 % объема. Уровень раствора в ванне на 25-30 мм выше уровня загруженного барабана. При подводном шлифовании (исходная шероховатость Rz=10-6.3 мкм) шероховатость снижается до Rz=6.3-3.2 мкм, при подводном полировании (исходная шероховатость Rz=6.3-3.2 мкм) шероховатость достигает Rz=1,6-0,8 мкм.
2.Протирка	Стол рабочий	Ве-тошь обтироч-ная					Выполняется по указанию технолога
1	2	3	4	5	6	7	8
3.Про-мывка горячая	Ванна для промывки	Вода горя-чая, про-точ-ная		60 - 70		0,25 - 0,50
4.Обезжирива-ние	Ванна стальная без футе-ровки	Сода, Тринатрийфосфат доба-вку синтанола ДС-10	30-50 30-50 4-8	60 - 70		5-10	Если на поверхности есть жиры минерального происхождения, полировальные пасты, охлаждающие эмульсии и пр., то применяют органические растворители
5.Про-мывка горячая	Ванна для промывки	Вода горя-чая, про-точ-ная		60 - 70		0,25 - 0,50
6.Трав-ление	Стацио-нарная ванна	Раст-вор сер-ной кис-лоты	240-280	60 - 70		2-3	После кислого травления поверхность более блестящая
7.Про-мывка горячая	Ванна для промывки	Вода горя-чая, про-точ-ная		50-60		0,25 - 0,50
8.Про-мывка холод-ная	Ванна для промывки	Вода холодная, про-точ-ная				0,25 - 0,50
1	2	3	4	5	6	7	8
9.Осветление		HNO3, Фто-ристоводо-род-ная кис-лота	1,41 1,1-1,15 соот-ношение 3:1	20±5		0,1-0,5
10.Про-мывка холод-ная	Ванна для промывки	Вода холодная, про-точ-ная				0,25 - 0,50
11.Про-мывка горячая	Ванна для промывки	Вода горя-чая, про-точ-ная		60-70		0,25 - 0,50
12.Анодирование							Напряжение на клеммах ванны 12-15В. Электри-ческая прочность пленки по пробив-ному напряжению 120-200В.
13.Анодиро-вать	Ванна для э/химич обработ-ки Ме-лов с сис-темами вентиля-ции и пе-ремеши-вания	Сос-тав Кис-лота сер-ная	170- 250	13- 26	0,5- 1,5	30 - 50	Допускается анодирование деталей переменным током частотой 50 Гц при плотности тока 2 А/дм2. Допускается анодирование деталей сложной конфигурации с отверстиями малых диаметров при i=0,5 А/дм2. Продолжительность анодирование до 60-70 мин.
14.Ней-трали-зация	Ванна с системой вентиляции	Нат-рий угле-кис-лый 10-вод-ный	5 - 10	15 - 25		0,5 - 1
15.Про-мывка холод-ная	Ванна для промывки с систе-мой пере-мешивания	Вода холодная, про-точ-ная				0,25 - 0,50
16.Про-мывка горячая	Ванна для промывки с сис-ми нагрева и вентиля-ции	Вода горя-чая, про-точ-ная		60 - 70		0,25 - 0,50
17Наполнение	Ванна с сис-ми нагрева и вентиля-ции	Вода дис-тил-лирован-ная		90		20 - 30
18.Сушка	Установ-ка УС-3			80 - 90		5 - 20	Допускается сушка сжатым воздухом. Разрыв между операциями сушки и пропитки маслом 72 ч

3.2 Уплотнение анодно-оксидных покрытий алюминия

Таблица 3.2.1.

Растворы	Концентрация, г/л	рН	Режим	Примечание
			t, ?С	Продол-жит-ть, мин
1)Вода дистиллированная или конденсат	-	5-6,5	90-95	20-30	рН поддерживается введением 1г/л ацетата аммония, уксусной кислоты, карбоната натрия или аммиака водного
2)Водяной пар под давлением в автоклаве	-	-	100-160	30-60	Режим особенно эффективен для покрытий, полученных в щавелевой кислоте
3)Бихромат натрия или калия	40-55	4,5-5,5	90-95	20-25	Покрытия окрашиваются в желтоватые тона
4)Бихромат калия Натр едкий	15 3	6,5-7,5	90-95	5-6	Ускоренный способ уплотнения
5)Ацетат Ni Ацетат Co Борная кислота	5 1 8	5,7-9	90-95	15-30	Для защитных и защитно-декоративных покрытий
6)Ацетат Ni Сульфосалициловая кислота Пероксид водорода Синталид Сульфанол	0,3-10 0,02-1,2 0,01-2 0,03-5 0,05-5	5-6,5	85-100	20-40	Для безналетного уплотнения цветных, химически и э/химически окрашенных покрытий
7)Силикат натрия	50	-	90-100	30	Для защиты изделий от обледенения
8)Органич лаки, смолы, воски, минеральные масла.	-	-	30-70	-	Для временной защиты, улучшения электроизоляционных свойств

Выбираем уплотнение анодно-окисных покрытий алюминия дистилли-рованной водой.

3.3 Основные неполадки при эксплуатации электролита анодного оксидирования и способы их устранения

Таблица 3.3.1.

Характер неполадок	Возможная причина	Способ устранения
Защитные и защитно-декоративные покрытия
1)Отсутствие оксидного покрытия или недостаточная его толщина	Плохой контакт детали с подвеской Недостаточное количество пропущенного электричества	Улучшить контакт Проверить правильность режима анодирования
2)Рыхлое или стирающееся покрытие	Высокая температура электролита Передержка в ванне анодирования Содержание алюминия в электролите выше допустимой нормы	Охладить электролит Соблюдать указанный режим анодирования Заменить электролит
3)Черные точки, растравливание	Повышенное содержание хлоридов в электролите	« «
4)Прогары	Плохой контакт подвески с деталями, короткое замыкание в электролите	Улучшить контакт, не допускать замыканий
5)Растравливание оксидного покрытия	Неоднородность материала подвески и деталей Увеличенное содержание серной кислоты в электролите	Подвесочное приспособление изготовить из того же сплава Al, что и детали Откорректировать электролит

4. Расчетная часть

4.1 Расчет фондов времени работы оборудования

Номинальный годовой фонд времени работы в сутках составит:

Т_н=365-104-12=249 дней,

где: 104 - число выходных дней в году;

10 - число праздничных дней в году.

Фактическое годовое время работы оборудования в сутках:

Т_ф=Т_н - К_пр · Т_н,

где: К_пр - коэффициент простоя оборудования, (0,09)

Т_ф = 249-0,09·249 = 226,6 суток

Среднесуточное время работы оборудования:

t_с = (t^н_р.ч.· П_см) / П^н_р.д.,

где: t^н_р.ч. - количество рабочих часов в неделю;

П_см - число смен в сутки;

П^н_р.д. - количество рабочих дней в неделю.

Для двухсменной работы при пятидневной 41- часовой неделе t_с составит:

t_с = (41·2)/5 = 16,4 часа.

Фактическое годовое время работы оборудования t_ф в часах:

t_ф = Т_ф · t_с

t_ф = 226,2·16,4 = 3716,24 часа

Среднесуточное фактическое или эффективное время работы оборудования выражается формулой:

t_эф = t_с - t_пз,

t_пз - подготовительно-заключительное время, выраженное в часах .

t_эф = 16,4 - 1 = 15,4 часа

Годовое эффективное время работы оборудования :

t_эф = t_эф · T_н

t_эф = 15,4 · 249 = 3834,6 часа.

4.2 Производственная программа цех

Годовая производственная программа по каждому виду покрытийрассчитывается по формуле:

Р_г = Р_з + ((б·Р_з)/100),

где: Р_з - программа по заданию, м²;

б - брак, допускающий переделку, % (находится в пределах 2-3%).

Р_г = 20000 + ((2·20000)/100) = 20400 м²/год

Суточная производственная программа в квадратных метрах:

Р_с(м²₎ = Р_г / T_ф

Р_с(м²₎ = 20400 / 226,6 = 90,03 м²/сут.

Суточная производительная программа в единицах загрузки:

Р_{с. ед.з}= Р_с(м²₎/(S_дет·n·N);

где: S_дет= площадь детали;

N - количество деталей на одной подвеске;

n - количество подвесок;

Р_{с. ед.з}= 90,03/(0,0052·3·44)=131,16?131

4.3 Время обработки изделий

Продолжительность нанесения покрытия;

где: - толщина покрытия, мкм;

- толщина осаждаемого металла, г/см³;

i - катодная плотность тока, А/дм²;

К_э - электрохимический эквивалент осаждаемого металла, г/А•ч;

t₁= ?14мин;

? 10мин.

4.4 расчет количества и размеров оборудования для нанесения гальванических покрытий

4.4.1 Стационарные ванны

Продолжительность операции t, мин

t=t₁+t₂+t₃,

где t₃ - вспомогательное время, затрачиваемое на загрузку и выгрузку изделий из ванны (1 - 10 мин).

Количество операций, которые можно осуществить в ваннах в течение суток.

=34 (операции)

Мощность одновременной загрузки:

,

Количество ванн:

,

где - принятое для одной ванны загрузочных единиц.

4.4.2 Расчет количества АОЛ

Ритм выдачи (фвд) одного загрузочного приспособления с одного АОЛ:

4.5 Конструктивные расчеты

4.5.1.1 Стационарные ванные

Внутренние габариты ванн:

Длина

? = n ? ₁ + (n-?) l₂ + 2 ? ₃,

где ? ₁ - размер подвески по длине ванны;

? ₂ - расстояние между подвесками по длине ванны (0,03-0,1 м. ) ;

? ₃ - расстояние между краем подноски и торцевой стенкой ванны

(0,1 - 0,2 м)

? = 3·0,21 + (3-1)·0,07 + 2·0,15 = 1,07м

Ширина: b = n_k·b₁ + 2n_kb₂ + 2l₃ + n_ab₄,

где: b₁ - размер подвески по ширине ванны;

b₂ - расстояние между анодом и ближайшим краем подвески

(для плоских изделий 0,1 - 0,15 м.), для рельефных - 0,15 - 0,2 м.);

b₃ - расстояние между анодом и стенкой ванны (0,05 - 0,2 м.); n_k и n_a - количество катодных и анодных штанг; b₄ - толщина анода.

b = 1·0,21 + 2·1·0.12 + 2·0,13 + 2·0.01 = 0.73м

Высота: h = h_э + h_б = (h₁ + h₂ + h₃) + h_б,

где: h_э - высота уровня электролита;

h_б - расстояние от зеркала электролита до верхнего края бортов

ванны (0,1 - 0,25 м.);

h₁ - высота подвески (без подвесного крюка) ;

h₂ - расстояние от дна ванны до нижнего края подвески(0,15 - 0,3 м) h₃ -высота электролита над верхним краем подвески (0,02 - 0, 05 м)

По расчетным данным выбираются стандартные размеры ванн.

Длина: 1м.;

Ширина: 0,71 м.;

Высота: 1м..

n - количество подвесок на одной штанге по длине ванны

h = (1,2+ 0,2 + 0,03) + 0,16= 1,43+0,16=1,59м.

По расчетным данным выбираются стандартные размеры ванн.

Длина: 1,6м.;

Ширина: 1,6м.;

Высота:1м..

4.5.1.2 Автооператорные линии

Количество ванн, необходимых для выполнения самой длительной операции технологического процесса:

где: ф_оп - время проведения операции, с;

ф_вп - ритм выдачи загрузочных приспособлений, с.

ванны

Уточняем время каждой операции:

t_оп=t₁+t_абс,

где: t_абс - время необходимое для загрузки и выгрузки ванны.

где: Н - высота подъема ЗП, м;

V_в - скорость подъема и опускания ЗП, м/с (0,13-0,2).

с

1. Химическое обезжиривание;

t_оп= 20•60+16=1216с. Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

N=1216/423?3 ванны

2. Промывка;

t_оп= 2•60+16=136с. Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

N=136/423?1 ванна

3. Электрохимическое обезжиривание;

t_оп= 5•60+16=316с. Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

N=316/423?1ванна

4. Промывка;

t_оп= 2•60+16=136с. Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

N=136/423?1 ванна

5. Промывка;

t_оп= 30+16=46с. Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

N=46/423?1 ванна

6. Травление химическое;

t_оп= 3•60+16=196с. Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

N=196/423?1 ванна

7. Промывка;

t_оп= 2•60+16=136с. Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

N?1 ванна

8. Активирование;

t_оп= 1•60+16=76с. Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

N?1 ванна

9. Промывка;

t_оп= 2•60+16=136с. Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

N?1 ванна

10. Никелирование;

t_оп= 7•60+16=436с. Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

N=436/423?2 ванны

11. Промывка;

t_оп= 5•60+16=316с. Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

N=316/423?1 ванна

12. Никелирование;

t_оп= 3•60+16=196с. Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

N=196/423?1 ванна

13. Промывка;

t_оп= 5•60+16=316с. Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

N=316/423?1ванна

14. Промывка;

t_оп=2•60+16=316с. Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

N=136/423?1ванна

Общее количество ванн в линии:

N_общ= 3+1+1+1+1+1+1+1+1+2+1+1+1+1=17 ванн

Внутренние габариты ванн АОЛ:

Длинной ванны считается её размер по ходу движения оператора:

?=( n_в-1)• ?_ср+( n_в+2)•?_в+2?^*;

где: ?_ср = 0,1?0,4) м;

?^* = (1,6?2,0) м.

?=(17-1)•0,2+(17+2)•1,6+2•1,8=39 м.

Ширина - размер в перпендикулярном направлении

в=в_в•2в

где: в = (1?1,5) м.

в=1•2•1,2=2,4 м.

Высота:

h = (2?6) м.

Принимаем стандартные величины:

? = 40 м.

в = 2,5 м;

h = 3 м.

Расчет количества автооператоров:

где: K - коэф-т учитывающий обратные и холостые ходы(1,5?2,0);

t₂ - суммарное время горизонтальных перемещений на подъем и опускание ЗП, с;

t_ост - время остановок оператора у ванн,с.

где: Z - расстояние между средними линиями соседних ванн;

V₂ - скорость горизонтального перемещения оператора

(0,13?0,26)м/с

с.

где : V_в - скорость перемещения (0,13 - 0,3) м/с.

с.

t_ост = t'_ост+ t''_ост+ t'''_ост ,

где: ф'_ост -время для выполнения коротких технологических операций

ф'_ост = 20· n_общ

ф'_ост = 20·17 = 340 сек.;

ф''_ост - время для слива раствора с ЗП (6?9 с),

ф''_ост = (6?9) (n_общ - 2)

ф''_ост = 7·(17-2) = 105 сек.;

ф'''_ост - время для гашения инерционных сил при переходе операторак позиции и опускание ЗП в ванну.

ф'''_ост =(2?4) n_общ

ф'''_ост = 3·17 = 51 сек.

ф _ост = 340 + 105 + 51 = 496 сек.

Принимаем необходимое число автооператоров 3.

4.5.2.1 Объем электролита в ванне.

V_э = l·b·h_э - V_м

где: V_м - объем металла в деталях, м³.

V_м=V_под+V_ан+ V_дет ,

где: V_под - объём подвесок, м³;

V_ан - объем анодов, м³;

V_дет - объём деталей, м³.

V_ан = 2(?_под•h_эл•0,01),

V_ан= 2•(0,77•1,43•0,01) = 0,022 м³;

V_под = 3•(0,21•0,21•1,2) = 0,1588 м³;

V_дет = ,

где: - масса детали, кг;

- плотность изделия (7850 кг/м³)

V_дет = м³ ,

V_м= 0,1588+0,22+0,0014 = 0,1822 м³

V_э = 1,6•1,43-0,1822 = 2,1058 м³.

4.5.2.2 Объем ванны

V_в = ?в•h

V_в = 1,6•1,6•1 2,56 м³

4.5.2.3 Объем бака

V_бака = рr²•h = 1,2•V_в

Объем электролита в ванне:

V_э = l·b·h_э - V_м (м³),

где: V_м - объем металла в деталях, м³.

V_э = 1·1·0.74 - (38·38·3·120) = 0,052 м³

Общая длина АОЛ определяется количеством ванн, расстояниеммежду ваннами (0,1-0,4 м.) и длиной загрузочно-разгрузочных площадок (по 1,6-2,0 м.). Ширина АОЛ складывается из ширины ванн и размеров площадок обслуживания (по 1-1,5 м.). Высота автомата зависит от типа АОЛ, ее конструктивных особенностей и может изменяться от 2 до 6 м.

Вычисленное по формуле количество автооператоров округляется до ближайшего большего целого значения, имея ввиду, что взависимости от ритма выдачи ЗП и компановки 1 автооператор обслуживает от 3 до 8 ванн.

Принимая во внимание этажность и размеры помещения отделения приготовления электролитов проектируемого цеха, задаются либо высотой, баков, либо диаметром и находят недостающую величину из соотношения:

V_бака = рR²h = 1.2·V_в,

где: V_бака - объем бака, м³;

V_в - объем ванны, м³;

R - радиус бака, м;

h - высота бака, м.

V_бака = 1,2·(1·1·0,71·0,74) = 0,72 м³

По объему рабочей ванны определяют размеры ванн селективной очистки.

Подбирают насосы для перекачки электролитов.

5. Тепловой расчет химического обезжиривания

Продолжительность электpолиза, мин	30,00
РАСЧЕТ ТЕПЛА НА НАГРЕВ РАСТВОРА ВАННЫ
Длина ванны (внутренний размер), м	1
Ширина ванны (внутренний размер), м	0,71
Высота ванны (внутренний размер), м	1
Толщина стенки ванны, м	0,005
Плотность материала ванны, кг/м?	7850
Толщина футеровки, м	0
Плотность материала футеровки, кг/м?	0
Высота раствора в ванне, м	0,81
Объём корпуса ванны, м?	0,02065
Масса ванны, кг	162,103
Объём футеровки, м?	0,000
Масса футеровки, кг	0,000
Поверхность зеркала раствора, м?	0,71
Общая поверхность стенок и дна ванны, м?	4,13
Объем, занимаемый деталями, м?	0,00052
Объем, занимаемый анодами, м?	0,00052
Объем раствора, м?	0,574
Удельная теплоемкость раствора при его нач. тем-ре, Дж/кг·K	4570
Плотность раствора, кг/м?	1080
Удельная теплоемкость матеpиала коpпуса ванны, кДж/кг·K	0,5
Удельная теплоемкость матеpиала футеpовки, кДж/кг·K	0
Hачальная темпеpатуpа раствора, ?C	13
Конечная темпеpатуpа раствора, ?C	70
Масса р-ра, кг	620,0
Часовой расход тепла на нагрев раствора, Qp, кВт·ч	44,86
РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛООТДАЧИ ОТ РАСТВОРА СТЕНКЕ
Темпеpатуpный коэффициент объемного pасшиpения, 1/K	3,87E-04
Темпеpатуpа стенки со стоpоны раствора, ?C	50
Кинематическая вязкость при при ср тем-ре тем-ре р-ра, м?/с	0,000000660
Коэф. динамической вязкости при при ср тем-ре р-ра, Па.с	0,000657000
Удельная теплоемкость при ср тем-ре раствора, кДж/кг·K	4,18
Коэффициент теплопpоводности при ср тем-ре раствора, Вт/м·K	0,634
Критерий Грасгофа	4,96783E+11
Критерий Прандтля	0,0047
Произведение критериев Грасгофа и Прандтля	2 334 649 406,31
Критерий Нуссельта	166,67
Коэффициент теплоотдачи от жидкости к стенке, Вт/м?·K	105,67
РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛООТДАЧИ ОТ СТЕНКИ ВОЗДУХУ
Темпеpатуpа наpужной повеpхности стенки ванны, ?C	70
Темпеpатуpа воздуха, ?C	18
Общий коэф.теплоотдачи лучеиспусканием и конвекцией, Вт/м?·K	13,38
ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ
Коэфициент теплопpоводности матеpиала ванны, Вт/м·К	46,5
Коэфициент теплопpоводности матеpиала футеpовки, Вт/м·К	0
Коэффициент теплопередачи, Вт/м?·K	11,88
РАСЧЕТ ПОТЕРЬ ТЕПЛОТЫ ЗА СЧЕТ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ, КОНВЕКЦИИ И ЛУЧЕИСПУСКАНИЯ ЧЕРЕЗ СТЕНКИ
Часовые потери тепла через стенки и дно ванны, кВт	2,80
РАСЧЕТ ПОТЕРЬ ТЕПЛОТЫ ЗА СЧЕТ ИСПАРЕНИЯ
Скорость движения воздуха над поверхностью электролита, м/с	0,5
Влагосодержание воздуха непосредственно над поверхностью электролита при температуре раствора, кг/кг	0,034
Влагосодержание окружающего воздуха, кг/кг	0,0065
Часовые потери теплоты за счет испарения, кВт	0,44
Часовые потери теплоты за счет излучения и конвекции, кВт	0,40
Общие часовые потери теплоты с поверхности раствора, кВт	0,84
Уд. теплоемкость воды, кДж/кг·К	4,19
Температура добавляемой холодной воды, ?C	9
Час. потери теплоты от добав. хол. воды взамен испаряемой, кВт	0,07
Часовые потери теплоты на нагрев стенок ванны, кВт	1,28
Тепловой поток для нагрева р-ра и компенсации потерь, кВт	49,85
Удельная теплоемкость раствора при его кон. тем-ре, кДж/кг·K	4,19
Количество воды, уносимое с деталями, кг/с	0,00003
Тепловые потери от уноса раствора из ванны, кВт	0,01
Коэф., учит. долю эл.энергии, превращаемой в теплоту (0,6-0,9)	0,75
Джоулево тепло, кВт	0,000
Масса обрабатываемых деталей, кг/с	0,0003
Уд. теплоемкость материала деталей, кДж/кг·К	0,500
Часовые потери теплоты на нагрев деталей, кВт	0,008
Тепловой поток для поддерж. тем-ры р-ра и компенс. потерь,кВт	5,00
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДЛИНЫ ЗМЕЕВИКА
Средняя температура раствора в ванне, ?C	41,5
Тем-ра горячего теплоносителя на входе в теплообменник, ?C	110
Тем-ра горячего теплоносителя на выходе из теплообменника, ?С	108
Средняя температура горячего теплоносителя, ?C	109
Уд. теплоемкость воды при ср. тем-ре гор. теплоносит., кДж/кг·К	4,23
Температура конденсации греющего пара, ?C	105
dtср	59,0
Средняя температура р-ра, ?C	51,0
Средний температурный напор в режиме нагрева, К	63,50
Определение коэффициента теплопередачи
Наружный диаметр труб, м	0,057
Внутренний диаметр труб, м	0,053
Средний диаметр труб, м	0,055
Уд. теплоемкость воды при ср. р-ра, Дж/кг·К	4180
Разность температур горячего теплоносителя, К	2
Коэф. динамической вязкости при ср.р-ра, Па·с	5,49E-04
Коэф. объед.ф-х константы воды и пара	8,30
Поверхность теплообмена (задаемся), м?	1,60
Длина трубы (задаемся), м	2,00
Уд. теплота конденсации пара	2208,00
Расход греющего пара при нагреве кг/с	0,0250
Расход греющего пара при работе, кг/с	0,0025
Расход греющего пара при нагреве кг/с	90
Расход греющего пара при работе, кг/с	9
a1 коэф. теплоотдачи от пара к стенке трубы, Вт/(м?·К)	5293
Коэф. теплопроводности воды при ср. р-ра, Вт/(м·К)	0,648
Критерий Нуссельта для раствора в ванне (задаемся)	153,02
a2 коэф. теплоотдачи от стенки трубы р-ру, Вт/(м?·К)	4647,76
Толщина стенки трубы теплообменника, м	0,002
Теплопроводность материала трубы теплообменника, Вт/(м·К)	46,5
Среднее значение тепловой проводимости загрязнений стенки, Вт/(м?·К)	5800
Термическое сопротивление стенки и загрязнений, (м?·К)/Вт	0,00039
Коэффициент теплопередачи от конденс. пара к воде, Вт/(м?·К)	1263
Проверочное значение температуры стенки 1	96
Проверочное значение температуры стенки 2	91
Требуемая площадь поверхности теплообмена ванны, м?	0,62
Длина змеевика для нагрева ванны, м	3,60

5.1 Расчет тепла на нагрев раствора ванны обезжиривания

Высота раствора в ванне:

h_р-ра =h_в-0,2,

где h_в- высота ванны.

Объем корпуса ванны:

V_к=2•h_в•?_в?у_в + 2•h_в?у_в•b_в + у_в•b_в•?_в,

Где b_в•?_в- ширина и длина ванны;

у_в- толщина ванны.

Масса ванны:

m_в =V_к?с_ст,

где с_ст- толщина стали (материала ванны).

Объем футеровки:

V_ф=2•h_в•?_в?у_ф2•h_в?у_ф•b_в + у_ф•b_в•?_в,

Где у_ф- толщина футеровки.

Масса футеровки:

m_ф =V_ф?с_ф,

Поверхность зеркала раствора:

S_р-ра = b_в•?_в,

Общая поверхность стенок и дна ванны:

S_общ=2•b_в•?_в +2•h_в• b_в + b_в•?_в,

Объем раствора:

V_р-ра = h_р-ра•?_в•b_в - V_ф,

Масса раствора:

m_р-ра= V_р-ра?с_р-ра,

где с_р-ра- плотность раствора.

Часовой расход тепла на нагрев раствора:

,

Где t_H,t_k- начальная и конечная температуры раствора.

5.2 Расчет коэффициента теплоотдачи от раствора к стенке

Критерий Грасгофа:

Сr= ,

Где в_р- температурный коэффициент объемного расширения;

g- ускорение свободного падения;

н- кинематическая вязкость при средней температуре раствора.

Критерий Прандтля:

,

Где С_р-ра^ср- удельная теплоемкость при средней температуре раствора;

л- коэффициент теплопередачи от жидкости к стенке.

Критерий Нуссельта:

,

Коэффициент теплопередачи от жидкости к стенке:

.

5.3 Расчет коэффициента теплоотдачи от стенки к воздуху

Общий коэффициент теплоотдачи лучеиспусканием и конвекции:

,

Где t_cт2, t_воз- температура наружной поверхности стенки и воздуха соответственно.

Коэффициент теплопередачи:

,

Часовые потери через стенки и дно ванны:

,

Часовые потери за счет испарения:

,

Где V_воз- скорость движения воздуха над поверхностью электролита;

Х_Э, Х_окр- влагосодержание воздуха над поверхностью электролита при температуре раствора и окружающего воздуха соответственно.

Часовые потери теплоты за счет излучения и конвекции:

,

Общие часовые потери тепла с поверхности раствора:

, ()

Часовые потери теплоты от добавления холодной воды взамен испаряемой:

, ()

Часовые потери тепла на нагрев стенок ванны:

,

Где С_ст- удельная теплоемкость материала корпуса ванны (стали).

Тепловой поток для нагрева раствора и компенсации потерь:

,

Тепловые потери от уноса раствора ванны:

,

Где q_Н2О- количество воды уносимое с деталями;

С^к_р-ра- удельная теплоемкость раствора при его конечной температуре.

Джоулево тепло:

,

Где 0,75- коэффициент учитывающий долю электроэнергии превращающий в тепло, принимается в диапазоне 0,6-0,9;

ф- продолжительность электролиза.

Часовые потери теплоты на нагрев деталей:

,

Где М_д- масса обрабатываемой детали;

С_д- удельная теплоемкость детали.

Тепловой поток для поддержания температуры раствора и компенсации потерь:

,

5.4 Определение длины змеевика

Средняя температура раствора в ванне:

,

Средняя температура горячего теплоносителя:

,

Где Т_вх^Т, Т_вых^Т- температура горячего теплоносителя на входе и выходе соответственно.

5.5 Определение коэффициента теплопередачи.

Средний диаметр трубы:

,

Расход греющего пара при работе:

,

Коэффициент теплопередачи от пара к стенке трубы:

,

Где о- коэффициент объединяющий физико-химические константы воды и пара;

F- поверхность теплообмена;

?- длина трубы.

Коэффициент теплопередачи от стенки трубы к раствору:

,

Где d^t_ср- коэффициент теплопроводности воды при средней температуре.

Термическое сопротивление стенки и загрязнений:

,

Где б₃ - среднее значение тепловой проводимости загрязнения стенки;

у- толщина стенки трубы теплообменника.

Коэффициент теплопередачи от конденсированного пора к вод:

,

Проверочное значение температуры стенки:

,

Проверочное значение температуры стенки:

,

Где t_к- температура конденсата греющего пара.

Требуемая площадь поверхности теплообмена ванны:

,

Длина змеевика для нагрева:

.

6. Выбор конструкции ванн и материалов для изготовления, защиты корпусов, нагревательных устройств

Для подготовки поверхности деталей и для нанесения покрытий в гальванических цехах применяется: стационарные ванны; колокольные и барабанные ванны; полуавтаматические установки; автоматические установки.

Колокольные и барабанные ванны применяются для нанесения покрытий на детали в массовом производстве. Колокола изготавливают из изолированной стали. Вращение колокола осуществляется через часть объема находящихся в непрерывном движении вместе с колоколом.

Барабанные ванны используют для нанесения покрытий на мелкие партии деталей. Они имеют преимущество над колокольными: несколько большая скорость нанесения покрытий, а также одновременность обработки разных изделий. Барабаны изготавливают в виде сварной или сборной шести или восьмигранной призмы. Для изготовления барабанов используют полипропилен.

Полуавтоматические ванны предназначены для выполнения какой - либо одной операции, чаще всего для одного вида покрытия. В этих ваннах изделия перемещаются при помощи бесконечной цепи от места загрузки до места выгрузки. Существует 4 типа: прямолинейные, овальные, кольцевые и шнековые полуавтоматы.

Стационарные ванны представляют собой прямоугольные или круглые резервуары, сваренные из листов несортовой стали толщиной 4-5 мм. Швы ванн -- сплошные, нормальные, а у ванн больших размеров -- усиленные. 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.

Ванны, потребляющие электрический ток, устанавливают на опорных изоляторах (ГОСТ 19797--74), а остальные -- на подставках из железа. 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 освинцованной стально трубы. В качестве барботеров применяются также змеевики из пластмассы. Каждая ванна снабжена сливным патрубком и карманом с переливным патрубком, на случай переполнения ванн. Ванны и все выше перечисленные элементы должны изготавливаться и монтироваться в соответствии с технологическими требованиями.

Основными материалами для изготовления оборудования является нержавеющая сталь.

Для защиты внутренней поверхности ванн от коррозионного разрушения электролита ее покрывают защитным слоем, называемым футеровка. Защита может осуществляться различными футеровочными материалами в зависимости от природы агрессивной среды.

Винипласт представляет собой термопластическую массу от светло-коричневого до темно-коричневого цвета. Он устойчив в растворах кислот, щелочей, солей. Его листы легко свариваются горячим воздухом при температуре 200 ⁰С. Недостаток- хрупок ниже -20⁰С.

Полипропилен- обладает высокой термостойкостью, сваривается горячим азотом при температуре 300⁰С. Благодаря высокой износостойкости применябт в барабанах.

Полиэтилен- устойчив в растворах минеральных кислот, щелочей, солей; сваривается азотом при температуре 200⁰С.

Полиизобутилен - устойчив в H₂SO₄,HCI,H₃PO₄,щелочах,но не устойчив в HNO₃

Резина и эбонит обладают высокой химической стойкостью в кислых и щелочных средах при температуре 65-70⁰С и температуре 50-60⁰С, соответственно. Разрушается сильными окислителями. Операция нанесения этих защитных материалов называется гумирование.

Основываясь на вышеприведенной информации выбираем в качестве материала для футеровки стационарных ванн - винипласт.[10]

7. Оборудование для механической обработки

Барабан для подводного шлифования и полирования.

Разновидностью галтовки является так называемое подводное шлифование и полирование, при котором барабан погружают в ванну с раствором. Продукты обработки удаляются через отверстия в барабане. Барабанная установка для подводного шлифования и полирования состоит из шестигранного барабана диаметром 300 - 400 мм, длиной 600 мм, с двумя или тремя отсеками, погруженного в ванну. Барабан стальной, сварной конструкции, грани его перфорированы.Размеры отверстий подбирают такой величины, чтобы сквозь них не могли пройти загруженные в барабан детали и абразивный материал.

При вращении барабана происходит перемещение и взаимное трение деталей и шлифующих материалов; при этом снимается тонкий слой металла, особенно с выступающих частей поверхности деталей, благодаря чему постепенно выравнивается и сглаживается поверхность. Барабан вращается с частотой 25 - 30 об/мин. Из ванны барабан извлекают с помощью ручной лебедки. В барабан загружают детали и куски абразива в соотношении 1:4 (по массе). Загрузка составляет 75%объема барабана; уровень жидкости в ванне должен быть на 25 - 30 мм выше уровня загрузки.

В качестве шлифующего материала применяют бой абразивных кругов твердостью СТ1 - СТ3 и зернистостью 8 - 6. При обработке боем кругов на органической основе качество обрабатываемой поверхности выше, чем при обработке кругов на керамической основе. Бой абразива рекомендуется составлять из трех равных по массе частей: одна часть с размерами кусков 5 - 10 мм, вторая - с размерами кусков 10 - 20 мм и третья - с размерами кусков 20 - 30 мм. Абразивный бой готовят следующим образом. Пришедшие в негодность абразивные круги раскалывают на мелкие куски и обкатывают в галтовочных барабанах при частоте вращения 40 - 50 об/мин в течении 2 - 10 ч. После обкатки абразивную пыль отсеивают и куски сортируют. Рабочей жидкостью при подводном шлифовании служит 0,1 - 0,2 %-ный раствор ядрового мыла. Параметры шероховатости поверхности при шлифовании изменяются с R_z = 40 мкм до R_a = 1.25 мкм и с R_a = 2.5 мкм до R_a = 0.63 мкм до R_a = 0,32 ? 0,080 мкм.

В качестве полирующего материала при подводном полировании применяют бой фарфора вместе со стальными закаленными шариками. Фарфоровый бой готовится в основном аналогично абразивному, но фарфоровые куски обкатывают в течении 24 ч и более.

Иногда для улучшения качества полирования добавляют кочерыжки кукурузных початков, очищенные от зерен кукурузы.

Фарфоровые куски сортируют по тем же размерам, что и абразивные. Стальные шарики диаметром 4, 6 и 8 мм в равных количествах по массе также загружают в барабан. Иногда шарики того или иного размера приходится изъять, так как они могут застрять в отверстиях деталей. В качестве рабочей жидкости при полировании применяется 0,2 - 0,3 %-ный раствор ядрового мыла.

Следует упомянуть о конструкции барабана для подводного полирования с неподвижной осью, на которой закрепляют полируемые изделия. При этом способе в барабанах можно полировать изделия довольно крупных размеров.

Барабаны с укрепленными на неподвижном валу изделиями вращают в ванне, содержащей мыльный раствор и мраморную крошку. Вращаясь, барабан взмучивает абразивный материал и перемешивает его, в процессе чего происходит отделка поверхности.

Список литературы

1. Н.Т. Кудрявцев «Электролитическое покрытие металлами» Москва «Химия» - 1979.

2. Т.Ф. Яковлева, А.Т. Рыстенко «Краткий справочник по гальваническим покрытиям» Москва - 1963.

3. «Практикум по прикладной электрохимии», издание третье, переработанное, под редакцией: В.Н. Кудрявцева, В.П. Варыпаева Ленинград «Химия» - 1990.

4. С. С. Виноградов «Организация гальванического производства. Оборудование, расчет производства, нормирование», «Глобус» Москва, 2002 - 208 с.

5. «Покрытия металлические и неметаллические, неорганические. Типовые технологические процессы» / Под ред. Д.Г. Коваленко.

6. Малахов А.И., Тютина К.М., Цупак Т.Е. «Коррозия и основы гальваностегии. Учебник для техникумов. - 2-е изд., Москва «Химия» - 1987, 208 с.

7. «Оборудование цехов электрохимических покрытий» Вайнер Я. В., Дасоян М. А. Ленинград «Машиностроение», 1971 г., 288 с.

8. Мельников П.С. «Справочник по гальванопокрытиям в машиностроении» Москва - 1979 - 296 с., ил.

9. Строгая Г.М. «Гальванотехника» Часть 1: Учеб. Пособие. /Иван. Гос.хим.-технол. Ун-т.- Иваново, 2004.-52 с.

10. М.А. Дасоян, И.Я. Пальмская, «Оборудование цехов электрохимических покрытий» Ленинград «Машиностроение» - 1979.-287 с., ил.

11. Курсовое и дипломное проектирование цехов гальванических покрытий: методические указания / Иван.гос.хим.технол. ун-т.; Сост. Т.Ф. Юдина - Иваново, 1999 - 68 с.

Размещено на Allbest