Курсовая: Расчет участка осаждения двойного покрытия медь-никель

ОГЛАВЛЕНИЕ:

ВВЕДЕНИЕ.______________________________________________________________________1

1. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА.________________________________ 7

1.1. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ.__________________________________ 7

1.2 СХЕМА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА._____________________________________ 11

2. РАСЧЕТ УЧАСТКА ОСАЖДЕНИЯ ДВОЙНОГО ПОКРЫТИЯ МЕДЬ-НИКЕЛЬ._____ 13

2.1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФОНДОВ РАБОЧЕГО ВРЕМЕНИ.________________________________ 13

2.2 РАСЧЕТ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ ПРОГРАММЫ.__________________________________ 15

2.3 РАСЧЕТ ВРЕМЕНИ ОБРАБОТКИ ПОВЕРХНОСТИ ДЕТАЛЕЙ._______________________ 16

2.4 РАСЧЕТ НЕОБХОДИМОЙ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ УЧАСТКА.____________________ 17

2.5 РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИИ БАРАБАНА.___________________________________________ 18

2.6 РАСЧЕТ ГАБАРИТОВ ВАННЫ.__________________________________________________ 19

2.7 ЭНЕРГЕТИКА ЦЕХА.__________________________________________________________20

2.7.1 ПОВЕРХНОСТЬ ЗАГРУЗКИ И СИЛЫ ТОКА._________________________20

2.7.2 БАЛАНС НАПРЯЖЕНИЯ ВАННЫ.__________________________________20

2.7 РАСХОД ВОДЫ.______________________________________________________________22

2.7 РАСЧЕТ РАСХОДА МАТЕРИАЛОВ.______________________________________________ 24

2.7.1 РАСЧЕТ РАСХОДА ХИМИКАТОВ._________________________________24

2.7.2 РАСЧЕТ РАСХОДА АНОДОВ.____________________________________26

2.7.3. СВОДНАЯ ВЕДОМОСТЬ РАСХОДА МАТЕРИАЛОВ.____________________28

2.8 ТЕПЛОВЫЕ РАСЧЕТЫ.________________________________________________________ 29

2.8.1 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ВАННЫ ОБЕЗЖИРИВАНИЯ.______________________29

2.8.2 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ВАННЫ МЕДНЕНИЯ.___________________________33

2.8.2 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ВАННЫ НИКЕЛИРОВАНИЯ.______________________37

4. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ_________________________________________________________ 42

ВВЕДЕНИЕ.

Гальваническое покрытие медь никель широко применяется для защиты от коррозии

стальных деталей.

Т.к. медь имеет более положительный потенциал, чем железо, то по отношению к

железу и его сплавам является катодным покрытием. Т.е. может защищать лишь

при отсутствии пор. Пористые медные покрытия, наоборот, приводят к ускорению

коррозии железа и его сплавов. Никель также имеет более положительный

потенциал, чем железо, т.е. защищает только механически. Никелевые покрытия

должны быть беспористыми. Поэтому никелевые покрытия многослойны (у

многослойных покрытий поры каждого слоя обычно не совпадают с порами соседних

слоев). Для получения многослойных покрытий никель осаждают из нескольких

электролитов или на другой металл (например, медь). Многослойность таких

покрытий позволяет также снизить расход никеля в результате применения более

дешевой меди.

Широкое применение медных покрытий в качестве промежуточных слоев в

значительной мере обусловлено хорошим сцеплением меди с различными металлами.

При электролитическом осаждении меди на сталь не образуется диффузионного

слоя. Решающую роль для обеспечения прочного сцепления играет тщательная

подготовка поверхности основного металла (обезжиривание, травление). Причем,

при применении химического или электрохимического удаления деформированного

слоя, часто наблюдается продолжение структуры основного металла в покрытии.

При защитно-декоративном никелировании роль медного слоя – максимальная

экономия стратегического никеля из-за перекрытия пор, а также снижение

трудоемкости операций механической подготовки поверхности деталей.

ЭЛЕКТРОЛИТЫ МЕДНЕНИЯ

Для меднения применяют как кислые (простые), так и щелочные (комплексные)

электролиты. Из кислых электролитов невозможно получить осадки с прочным

сцеплением на стальных и цинковых изделиях. Это объясняется контактным

вытеснением железом и цинком меди, а также работой коротко замкнутых

гальванических элементов Fe – Cu и Zn – Cu. Т.к. в этих системах анодами

являются железо и цинк, то вне зависимости от продолжительности электролиза

железо и цинк, находящиеся в контакте с медью в кислом электролите,

растворяются, что обуславливает отслаивание покрытия. По этой причине

предварительно наносят тонкий слой меди из щелочного электролита, затем медь

наращивают до нужной толщины в кислом электролите.

Простые (кислые) электролиты.

К простым электролитам относится целый ряд кислых электролитов: сернокислые,

борфтористоводородные, кремнийфтористоводородные, сульфамидные, нитратные и

хлористые. Они просты по составу и допускают работу при высоких плотностях

тока, особенно при условии перемешивания и повышенной температуре. Осаждение

меди происходит, в основном, при разряде двухвалентных ионов меди. Простые

электролиты отличаются малой катодной поляризацией (не превышает 50¸60

мВ). Поэтому осадки меди из таких электролитов имеют крупнозернистую, грубую,

но вместе с тем плотную структуру. Электролиты отличаются высоким выходом меди

по току (95¸100%) и значительной скоростью осаждения. Эти электролиты

устойчивы и не токсичны, а также обладают хорошей выравнивающей способностью. К

недостаткам кислых электролитов следует отнести их низкую рассеивающую

способность, и невозможность непосредственного нанесения на изделия из железа и

цинка. Но при введении в кислые электролиты некоторых органических добавок

(столярного клея, сахаромицетов, и т.д.), тормозящих процесс контактного

обмена, то можно получить медные осадки, прочно сцепленные со сталью.

Составы кислых электролитов:

Сульфатный электролит:

CuSO₄*5H₂O – 180 ¸ 220 г/л.

Н₂SO₄ – 40 ¸ 60 г/л.

NaCl – 0,03 ¸ 0,06 г/л.

Блескообразователи Б-7211 или ЛТИ 3 ¸ 5 мг/л.

Электролиз ведется при температуре 18 ¸ 50°С, i_к – 1 ¸ 5

А/дм², i_а – до 5 А/дм². При работе с высокими

плотностями тока следует перемешивать электролит сжатым очищенным воздухом.

Анод – медь. Выход меди по току близок к 100%. Скорость осаждения меди при

плотности тока 4,5 А/дм² составляет 1 мкм/мин. Электролит отличаются

относительно хорошей рассеивающей способностью. Осадки получаются с высоким

блеском (до 95% по серебряному зеркалу), хорошей выравнивающей способностью (до

85% при толщине слоя 200 мкм), а также с относительно невысокими внутренними

напряжениями (до 1100 мПа).

Борфтористоводородный электролит:

Cu(BF₄)₂ – 450 г/л.

НBF₄ – 30 г/л.

Н₃BO₃ – 15 ¸ 20 г/л.

Электролиз ведется при температуре 20 ¸ 40°С, i_к – до 40 А/дм

2, i_а – 5 ¸20 А/дм². Анод – медь. Выход меди

по току 95 ¸ 100%. К достоинствам электролита относятся: высокая

устойчивость раствора, нетоксичность, плотная мелкокристаллическая структура

осадков при плотностях тока, значительно превосходящих обычные.

Концентрационная поляризация и склонность к шламообразованию у

борфтористоводородного электролита меньше, чем у слабокислого, он дороже,

однако, этот электролит обладает большой производительностью. Поэтому

рекомендуется его применение для нанесения меди на движущуюся проволоку, ленту,

а также для восстановления изношенных деталей.

Кремнефтористый электролит:

CuSiF₆ – 250 ¸ 300 г/л

H₂SiF₆ – 10 ¸ 15 г/л

Электролиз ведется при температуре 20 ¸ 60°С, i_к – до 40 А/дм

2, i_а – 10 ¸20 А/дм². Анод – медь. Электролит

готовят, растворяя кремнефтористую медь небольшими порциями в кремнефтористой

кислоте, затем раствор фильтруют.

Хлоридный электролит:

CuCl₂*2H₂O – 20 ¸ 30 г/л.

НCl – 400 ¸ 550 г/л.

HCOOH – 5 ¸ 10 г/л.

Электролиз ведется при температуре 18 ¸ 25°С, i_к – 1 ¸ 1,5 А/дм². Анод – медь.

Нитратный электролит:

CuCl₂*2H₂O – 0,4 г/л.

Cu(NO₃)₂ *3H₂O – 500 ¸ 600 г/л.

Электролиз ведется при температуре 18 ¸ 25°С, i_к – 5 ¸ 20

А/дм², рН – 1 ¸2. Анод – медь.

При работе с кислыми электролитами важно использовать специальные, не дающие

шлама медные аноды, содержащие 0,03 ¸ 0,06 % фосфора. Рекомендуется также

использовать анодные чехлы из кислотостойкого материала (например, из

полипропиленового волокна) и вести электролиз при непрерывной фильтрации.

Комплексные (щелочные) электролиты.

В комплексных электролитах разряжается комплексный ион меди ([Cu(CN₃

)]^2-; [CuNH₂CH₂CH₂NH₂]

2+; [Cu(C₄H₄O₆)]^2-; [Cu(NH

3)₄]²⁺; [Cu(P₂O₇) ₂

]^6-; [Cu(P₃O₁₀) ₂]^8-).

Степень диссоциации этих ионов мала, поэтому потенциал становится

электроотрицательнее (в цианидных электролитах на 0,9 ¸ 1,2 В). Из-за

этого не происходит контактного осаждения меди. Щелочные электролиты обладают

очень высокой катодной поляризацией. Поэтому осадки получаются мелкозернистыми.

Из комплексных электролитов применяют: цианистые, пирофосфатные, аммиакатные,

этилендиамидовые, полиэтиленполиаминовые, гексаметафосфатные, триполифосфатные

и т.д. Наиболее широко используются цианидные и пирофосфатные электролиты.

Составы щелочных электролитов:

Цианидный электролит:

CuCN – 90 г/л.

NaCN_своб. – 5 ¸ 7 г/л.

КCNS – 40 г/л.

Фурфуриловый спирт – 0,3 ¸ 0,6 г/л

Электролиз ведется при температуре 60 ¸ 70°С, i_к – 2 ¸ 4

А/дм². Анод – медь. Выход меди по току 92%. Перемешивание проводят

качанием штанг. Цианидные электролиты дают мелкозернистые осадки с хорошим

сцеплением со сталью и цинком, обладают очень хорошей рассеивающей

способностью. Основные недостатки цианидных электролитов – это токсичность,

большие затраты на очистку сточных вод, низкий выход по току, а также

относительно низкая устойчивость состава электролита при эксплуатации.

Преимуществом цианидных электролитов является также то, что медь

восстанавливается из одновалентных ионов, т.е. за 1 А*ч выделяется гораздо

больше меди, чем в простых электролитах.

Пирофосфатный электролит:

CuSO₄*5H₂O – 70 ¸ 90 г/л.

K₄P₂O₇ – 350 г/л.

NH₄OH (25% раствор) – 1 ¸ 2 г/л.

Кислота лимонная 20 г/л.

Na₂SeO₃ – 0,002 г/л.

Электролиз ведется при температуре 35 ¸ 40°С, i_к – 0,8 ¸

1,7 А/дм², рН – 8,3 ¸8,5. Анод – медь. При нанесении покрытий

на сталь следует загружать детали в электролит под током. Кроме того, в начале

электролиза необходима повышенная плотность тока (1,0 ¸ 1,5 А/дм²

) в течение 20 ¸ 50 сек. Пирофосфатные электролиты не уступают цианидным

по рассеивающей способности, однако, неустойчивы и недостаточна адгезия со

сталью полученных из них покрытий.

Этилендиаминовый электролит:

CuSO₄*5H₂O – 100 ¸ 125 г/л.

ZnSO₄*7H₂O – 15 ¸ 25 г/л.

(NH₄)₂SO₄ – 45 ¸ 60 г/л.

Этилендиамин – 55 ¸ 60 г/л.

Na₂SO₄*10H₂O – 45 ¸ 60 г/л.

Электролиз ведется при температуре 15 ¸ 25°С, i_к – 0,5 ¸

2 А/дм², рН – 7,8 ¸ 8,3. Анод – медь. Особенностью

этилендиаминовых электролитов является то, что детали загружаются в ванну под

током плотностью, в 3-5 раз превышающую рабочую. Длительность «толчка тока»

составляет 30-60 сек. Из этилендиаминовых электролитов осаждаются плотные

мелкозернистые и блестящие осадки меди. Для улучшения сцепления осадков со

стальной основой рекомендуется производить осаждение из двух ванн (первый слой

осаждается из электролита с более низкой концентрации меди).

Аммиакатный электролит:

CuSO₄*5H₂O – 90 г/л.

(NH₄)₂SO₄ – 80 г/л.

NH₄NO₃ – 40 г/л.

NH₄OH – 180 г/л.

Электролиз ведется при температуре 20°С, i_к – 1,5 ¸ 8 А/дм

2, рН – 9,0 ¸ 9,5. Анод – медь. Одними из достоинств электролита

являются высокая рабочая плотность тока и достаточно большая

производительность. Осадки из аммиакатных электролитов обладают прочным

сцеплением со стальной основой. Однако для них характерна низкая устойчивость

состава вследствие сильного испарения, а также наличие мощной вытяжной системы

вентиляции. Аммиакатные электролиты обладают несколько худшей рассеивающей

способностью по сравнению с пирофосфатными электролитами.

ЭЛЕКТРОЛИТЫ НИКЕЛИРОВАНИЯ.

Электролиты никелирования очень чувствительны к органическим и неорганическим

примесям. Правильное приготовление электролита обеспечивает надежную работу в

течение длительного времени. При соответствующей очистке и корректировке этот

электролит можно использовать несколько лет. В роли буферного соединения в

сульфатных электролитах обычно используют борную кислоту. Возможно также

использования солей уксусной кислоты.

Сернокислые электролиты.

NiSO₄*7H₂O – 240 ¸ 340 г/л.

NiCl₂ *6H₂O – 30 ¸ 40 г/л.

Н₃ВО₃ – 30 ¸ 40 г/л.

Электролиз ведется при температуре 45 ¸ 60 °С, i_к – 2,5 ¸

10 А/дм². Анод – никель. Выход никеля по току 95%. Перемешивание

проводят сжатым воздухом. рН электролита 4,5 ¸ 5,2.

Для скоростного осаждения никеля используются фторборатные или

кремнийфтористоводородные электролиты. Они позволяют вести осаждение при

высоких плотностях тока. Осадки получаются светлые и элластичные.

Фторборатный электролит.

Ni(BF₄)₂ – 300 ¸ 400 г/л.

NiCl₂ *6H₂O – 10 ¸ 15 г/л.

Н₃BO₃ – 10 ¸ 15 г/л.

Кроме того, электролит содержит некоторое количество НBF₄.

Электролиз ведется при температуре 45 ¸ 55 °С, i_к – 10 ¸

20 А/дм². Анод – никель. Выход никеля по току до 100. рН электролита

3 ¸ 3,5.

Мткротвердость осадков, полученных из электролита, достигает 3,5 гПа.

Электролит используют как в стационарных ваннах, так и в барабанах и

колоколах.

Кремнийфтористоводородный электролит.

Ni(НBF₆)₂ – 400 ¸ 700 г/л.

NiCl₂ *6H₂O – 25 ¸ 50 г/л.

Н₃BO₃ – 30 ¸ 40 г/л.

Кроме того, электролит содержит некоторое количество H₂SiF₆.

Электролиз ведется при температуре 20 ¸ 50 °С, i_к – до 15 А/дм

2. Анод – никель. Выход никеля по току до 100. рН электролита 0,5 ¸

В качестве буферных добавок для таких электролитов иногда используют фториды.

Для получения покрытий с минимальными внутренними напряжениями используются

сульфаминовые электролиты. Эти электролиты применяются для нанесения толстых

слоев никеля, при покрытии неметаллов по проводящему слою или металлов по

разделительному слою, а также для осаждения специальных (например, магнитных)

покрытий. Сульфаминовые электролиты также позволяют получить пластичные

осадки с очень большой степенью сцепления с основой.

Ni(Н₂NSO₃)₂ – 280 ¸ 300 г/л.

NaCl – 12 ¸ 15 г/л.

Н₃BO₃ – 25 ¸ 30 г/л.

Моющее средство «Прогресс» или ОС-20 – 2 ¸ 3 мл/л.

Паратолуолсульфамид – 1,5 ¸ 2 г/л.

Электролиз ведется при температуре 50 ¸ 60 °С, i_к – 5 ¸

12 А/дм². Анод – никель. Выход никеля по току до 100. рН электролита

3,6 ¸ 4,2.

1. ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА.

1.1. ОПИСАНИЕ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ.

1. Химическое обезжиривание.

Химическое обезжиривание поверхности деталей применяется перед нанесением

гальванических покрытий, как правило, предшествует электрохимическому

обезжириванию. Применяется при наличии на деталях толстых жирных пленок.

Химический способ удаления жиров основывается на взаимодействии с

органическими растворителями и щелочами. Это взаимодействие приводит к

растворению жиров, их омылению или образованию эмульсий.

Для обезжиривания используется следующий состав:

NaOH – 30 мг/л;

Na₃PO₄ – 20 мг/л;

Na₂SiO₃ – 15 мг/л;

Синтанол ДС-10 – 10 мг/л;

Обезжиривание ведется при температуре 60 – 80 ˚С в течение 5 – 20 минут.

2. Электрохимическое обезжиривание.

Электрохимическое обезжиривание более эффективно, чем химическое, но

применяется только для тонких жировых пленок. При проведении

электрохимического обезжиривания на детали образуются пузырьки газа, которые

способствуют отрыву загрязнений.

Электрохимическое обезжиривание бывает катодным и анодным. Катодное

обезжиривание быстрее, но возникает опасность наводораживания поверхности.

Анодное обезжиривание более медленное, нет наводораживания поверхности, но

возникает опасность подтравливания поверхности деталей.

В данной работе предлагается сначала провести катодное обезжиривание, затем

поменять полярность и короткое время проводить анодное обезжиривание для

того, чтобы удалить водород из детали.

Состав электролита:

NaOH – 20 мг/л;

Na₃PO₄ – 30 мг/л;

Na₂SiO₃ – 30 мг/л;

Синтанол ДС-10 – 2 мг/л;

Обезжиривание ведется при температуре 60 – 70 ˚С. В течение 8 минут

проводится катодное обезжиривание при i_к – 2 – 10 А/дм².

В течение 2 минут проводится катодное обезжиривание при i_а – 2 – 10

А/дм².

3. Активирование.

Операция предназначена для удаления тончайших оксидных пленок с поверхности

деталей. Ее проводят между процессами обезжиривания и нанесения покрытий.

Лучше, когда в процессе активации исключается промежуточная промывка. Тогда в

ванну активации включаются те элементы, перенос которых в гальваническую

ванну не приводит к ухудшению процесса.

Раствор для активации содержит H₂SO₄ - 120 мл/л.

4. Промывка.

Цель промывки – не только тщательно удалить с поверхности изделий растворы и

продукты от предыдущих операций, ни и при экономном расходе воды обеспечить

их минимальное попадание в сточные воды.

Существует 2 смены промывки деталей: одноступенчатая (промывка в одной ванне

с проточной водой) и многоступенчатая (промывка в нескольких последовательно

установленных ваннах с проточной водой). Многоступенчатая промывка может быть

прямоточной и противоточной (каскадной 2-х и 3-х ступенчатой).

Каждая из схем промывки может быть дополнена ванной улавливания (ванна с

непроточной водой).

В гальваническом производстве различают 3 вида промывок: холодную

(температура не нормируется), теплую (температура 40 – 50 ˚С), горячую

(температура 70 – 90 ˚С).

5. Осаждение покрытия.

Для осаждения подслоя меди на стальные детали используется пирофосфатный

электролит.

CuSO₄*5H₂O – 70 ¸ 90 г/л.

K₄P₂O₇ – 350 г/л.

NH₄OH (25% раствор) – 1 ¸ 2 г/л.

Кислота лимонная 20 г/л.

Электролиз ведется при температуре 35 ¸ 40°С, i_к – 0,8 ¸

1,7 А/дм², рН – 8,3 ¸8,5. Анод – медь. При нанесении покрытий

на сталь следует загружать детали в электролит под током. Кроме того, в начале

электролиза необходима повышенная плотность тока (1,0 ¸ 1,5 А/дм²

) в течение 20 ¸ 50 сек.

С увеличением концентрации свободных ионов P₂O₇^4-

уменьшается склонность анодов к пассивации. И улучшается сцепление медных

осадков с основой.

Для приготовления электролита сначала к теплому (температура 30 – 40 ˚С)

раствору CuSO₄ добавляют раствор K₄P₂O₇

в количестве, необходимом для образования Cu₂P₂O₇

по реакции:

2CuSO₄ + K₄P₂O₇ = Cu₂P₂O₇ + 2 K₂SO₄.

Полученный осадок фильтруют и промывают до полного удаления ионов SO₄

2-, после чего в избытке добавляют K₄P₂O₇

. В результате образуются комплексные ионы [Cu(P₂O₇)]

2- и [Cu(P₂O₇) ₂] ^6- ,

которые существуют при рН 7,5 – 9,5.

Введение в электролит лимонной кислоты, NH₄OH и других добавок

улучшает работу анодов и способствует повышению допустимой плотности тока при

относительно высоком выходе меди по току (близок к 100%).

Для осаждения никеля используется простой сернокислый электролит.

NiSO₄*7H₂O – 250 ¸ 300 г/л.

NаCl – 10 ¸ 15 г/л.

Н₃ВО₃ – 30 ¸ 40 г/л.

1,4-бутиндиол – 1,0 ¸ 1,5 г/л.

Формальдегид – 0,01 ¸ 0,05 г/л.

Хлорамин Б – 2,0 ¸ 2,5 г/л.

ОС-20 – 2 ¸ 5 мл/л.

Электролиз ведется при температуре 45 ¸ 60 °С, i_к – 3 ¸ 5

А/дм². Анод – никель. рН электролита 4,5 ¸ 5,5.

Электроосаждение никеля проходит при повышенной катодной и анодной поляризации.

При пассивации анодов уменьшается концентрация ионов никеля в прикатодном

пространстве. Это приводит к снижению выхода по току. Введение ионов Cl^-

снижают анодную поляризацию, т.к. Cl^- разряжаясь на аноде,

растворяют пассивную пленку и снижают анодную поляризацию. Но, повышенное

содержание ионов Cl^- увеличивают растворимость анодов, что приводит

к нестабильности работы ванны и повышению рН катодного пространства. Поэтому

необходимо контролировать содержан хлорид-аниона в электролите.

При осаждении никеля из кислых электролитов на катоде выделяется водород. Из-

за этого в прикатодном пространстве повышается рН, что приводит к образованию

хрупких и шероховатых осадков.

Увеличение кислотности также приводит, также, к снижению выхода по току (из-за

расхода энергии на разряд Н⁺). Выделение водорода приводит к

образованию пористого шероховатого осадка с питтингом. Поэтому никелирование

проводят при рН 4,0 – 5,5.

Для приготовления электролита необходимо в течение 2 – 4 часов промывать ванну 3

– 5% раствором кислоты при t – 50 – 60˚С. затем слить раствор и промыть

ванну дистиллированной водой. Залить ванну наполовину водой и подогреть до

70˚С. Засыпать ванну необходимое количество борной кислоты, растворить

перемешивая. Затем засыпать NiSO₄*7H₂O и NaCl и

растворить. Долить воду до рабочего уровня и засыпать блескообразующие добавки.

Откорректировать рН, добавляя кислоту или карбонат никеля.

6. Сушка.

Проводится после окончательной промывки деталей (после осаждения покрытия).

Представляет собой обдувку теплым (t – 60 – 70˚С) воздухом. Проводится в

сушильном шкафу.

1.2 СХЕМА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА.

№ п/п Операция Состав раствора, г/л. Температура, ˚С.
Плотность тока, А/дм².
Продолжительность операции, мин.
1 Химическое обезжиривание NaOH 30 60 – 80 - 5 – 20
Na₃PO₄
20
Na₂SiO₃
15
Синтанол ДС-10 2
22 Эл.Хим. обезжиривание NaOH 20 60 – 70 2 – 10 10
Na₃PO₄
30
Na₂SiO₃
30
Синтанол ДС-10 2
3 Горячая промывка 1-я ступ.
Н₂О
50 – 60 - 0,5
4 Холодная промывка 2-я ступ.
Н₂О
20 - 0,5
5 Активация H2SO4 120 45 – 80 - 2
6 Холодная промывка
Н₂О
20 - 0,5
7 Осаждение меди
CuSO₄*5H₂O
80 40 1,5 38
K₄P₂O₇
350
NH₄OH
2
C₆H₈O₇*H₂O
20
8 Холодная промывка
Н₂О
20 - 0,5
9 Горячая промывка
Н₂О
50 – 60 - 0,5
10 Осаждение никеля
NiSO₄* 7H₂O
300 50 3 15
NaCl 15
Н₃ВО₃
40

№ п/п Операция Состав раствора, г/л. Температура, ˚С.
Плотность тока, А/дм².
Продолжительность операции, мин.
110 Осаждение никеля 1,4- бутиндиол 1,5 50 3 15
Формальдегид 0,05
Хлорамин-Б 2,5
ОС-20 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.

Курсовая: Расчет участка осаждения двойного покрытия медь-никель

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.

Курсовая: Расчет участка осаждения двойного покрытия медь-никель

Расчет производится по формуле:

Где:

Р_год – годовая программа цеха, кг/год;

Т_д – действительный годовой фонд времени час/год;

Курсовая: Расчет участка осаждения двойного покрытия медь-никель

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.

Курсовая: Расчет участка осаждения двойного покрытия медь-никель

Реальная часовая программа с учетом коэффициента загрузки:

Курсовая: Расчет участка осаждения двойного покрытия медь-никель

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:

Е_в=Е_а-Е_к+Е_эл+Е_кон

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:

i_ср*L
1,22 * 20
Е_эл
=
c * 100 = 0,15 * 100 = 1,63 В

Е_кон
= 0,1 *
(Е_а-Е_к+Е_эл)
= 0,1 * ( 0,08 - -0,29 + 1,63 ) = 0,2 В
Е_в
= 0,08 - -0,29 + 1,63 + 0,2 =
2,2
В

Для ванны никелирования:

i_ср*L
2,12 * 20
Е_эл
=
c * 100 = 0,04 * 100 = 1,1 В

Е_кон
= 0,1 *
(Е_а-Е_к+Е_эл)
= 0,1 * ( 0,1 - -0,65 + 1,1 ) = 0,2 В
Е_в
= 0,1 - -0,65 + 1,1 + 0,2 = 2,1 В

2.7.3 ВЫБОР ИСТОЧНИКА ТОКА.

Напряжение источника тока:

Где:

Е_в – напряжение на ванне, В;

Е_ш – падение напряжения на штангах, В.

Е_ш – берут равным 0,1 Е_и.т.. Поэтому Е_и.т.= Е_в /0,9.

Для ванны меднения:

Е_в
2,2
Е_ит
= 0,9 = 0,9 = 2,44 В

Для ванны никелирования:

Е_в
2,1
Е_ит
= 0,9 = 0,9 = 2,28 В

И для ванны никелирования и меднения выбираем источник тока:

2.7 РАСХОД ВОДЫ.

Цеха металлопокрытий расходуют много воды. В основном вода расходуется на

промывку деталей после различных технологических операций (до 80%). Кроме

того, вода затрачивается на составление и пополнение растворов ванн, нагрев

электролитов и отдельного оборудования. вода, идущая на нагрев, может

использоваться вторично.

Расход воды Q_р, затрачиваемый на промывку деталей рассчитывается по формуле:

Где:

q – унос раствора поверхностью деталей, л/дм²;

N – количество ступеней (ванн) промывки;

К₀ – критерий промывки, т.е. отношение концентрации основного

компонента в электролите к предельно допустимой концентрации этого компонента в

воде после промывки;

S – поверхность промываемых деталей, м²/год.

Величина q при обработке россыпью в барабанах принимается равной 0,3 л/м²

. Значения критерия К₀ свои для каждой операции. Если перед промывкой

проводится улавливание электролита, то К₀ уменьшают введением

коэффициента 0,4 при одной ванне улавливания.

Расход воды на промывку после обезжиривания:

К₀ = 600;

Количество ступеней промывки – 2 (1-я горячая, 2-я холодная)

2
Q_обезж
= 0,3 600 * 6180 = 45 413,54 л/год

Количество горячей воды составляет 0,5 от общего количества воды и равно :

Q_{обезж.гор.}
=
Q_{обезж.хол.}
= 22 706,77 л/год

Расход воды на промывку после активирования:

К₀ = 700;

Количество ступеней промывки – 2 (2-е ступени холодные)

2
Q_акт
= 0,3 700 * 6180 = 49 052,23 л/год
Q_{акт.хол.}
= 49 052,23 л/год

Промывка после меднения:

К₀ = 6000;

Количество ступеней промывки – 2 (1-я холодная, 2-я горячая);

После осаждения меди проводится улавливание электролита.

2
Q_медь
= 0,3 6000 * 0,40 * 6180 = 90 827,08 л/год

Количество горячей воды принимается равной 1/3 от общего количества.

1/3
Q_{медь.общ.}
=
Q_{медь.гор.}
= 30 275,69 л/год

Промывка после никелирования:

К₀ = 2500;

Количество ступеней промывки – 2 (1-я холодная, 2-я горячая);

После осаждения никеля проводится улавливание электролита.

2
Q_ник
= 0,3 2500 * 0,4 * 6180 = 58 628,63 л/год

Количество горячей воды принимается равной 1/3 от общего количества.

1/3
Q_{ник.общ}
=
Q_{ник.гор.}
= 19 542,88 л/год

Итого количество воды на промывку:

Q_пром
=
Q_обезж
+
Q_акт
+
Q_медь
+
Q_ник
=
243 921,48
л/год
Из них горячее
Q_{пром.гор}
=
Q_{обезж.гор.}
+
Q_{медь.гор.}
+
Q_{ник.гор.}
=
72 525,34
л/год

Для определения общего количества воды необходимо также учитывать воду,

идущую на приготовление растворов, корректировку электролитов, промывку ванн

при чистке и т.д. расход такой воды принимается равной 20% от количества

воды, идущей на промывку.

Q_эл
= 20% 243 921,48 =
48 784,30
л/год
ИТОГО
Q_р
=
292 705,78
л/год

2.7 РАСЧЕТ РАСХОДА МАТЕРИАЛОВ.

Химикаты и аноды расходуются на первоначальный пуск ванны и на выполнение

годовой производственной программы.

2.7.1 РАСЧЕТ РАСХОДА ХИМИКАТОВ.

На первоначальный пуск ванны требуется следующее количество химикатов:

Курсовая: Расчет участка осаждения двойного покрытия медь-никель

Где:

С – содержание каждого компонента в растворе г/л;

V – объем ванны, 250 л;

В – количество ванн, 1 шт;

G_п – расход каждого компонента, кг.

G_п = 0,5*С

Расход химикатов в процессе эксплуатации ванн определяется суммарными

потерями Dg в результате уноса раствора поверхностью деталей и барабаном,

корректировании, чистке ванн, фильтрации растворов, уноса в вентиляционные

каналы.

Расход химикатов на выполнении годовой программы:

D g C ( S +
S_n
)
G_пр
= 1000

Где:

S – годовая покрываемая поверхность изделия 6180 м²/год;

S_n – нерабочая площадь поверхности, 0,10S 618 м²/год;

С – содержание каждого компонента в растворе г/л.

D g C ( 6180 + 618,00 )
G_пр
= 1000 = D g C 6,8

Т.к. ванны обезжиривания и активации меняются один раз в месяц, то расход на

годовую программу принимаем 12G_п.

Расход химикатов на химическое обезжиривание:

NaOH - 30 г/л
G_n
= 0,5 * 30 * 12 = 180,00 кг
Na₃PO₄
- 20 г/л
G_n
= 0,5 * 20 * 12 = 120,00 кг
Na₂SiO₃
- 15 г/л
G_n
= 0,5 * 15 * 12 = 90,00 кг
Синтанол ДС-10 - 10 г/л
G_n
= 0,5 * 10 * 12 = 60,00 кг

Расход химикатов на электрохимическое обезжиривание:

NaOH - 20 г/л
G_n
= 0,5 * 20 * 12 = 120,00 кг
Na₃PO₄
- 30 г/л
G_n
= 0,5 * 30 * 12 = 180,00 кг
Na₂SiO₃
- 30 г/л
G_n
= 0,5 * 30 * 12 = 180,00 кг
Синтанол ДС-10 - 2 г/л
G_n
= 0,5 * 2 * 12 = 12,00 кг

Расход материалов на активацию:

Н₂SO₄
- 120 г/л
G_n
= 0,5 * 120 * 12 = 720,00 кг

Расход материалов на меднение:

D g = 0,34 - 0,12 = 0,22
л/м²

CuSO₄*H₂O
- 80 г/л
G_n
= 0,5 * 80 = 40,00 кг
G_пр
= 6,80 * 0,22 * 80 = 119,64 кг
G = 159,64 кг
К₄Р₂O₇
- 350 г/л
G_n
= 0,5 * 350 = 175,00 кг
G_пр
= 6,80 * 0,22 * 350 = 523,45 кг
G = 698,45 кг
NH₄OH 25%
- 2 г/л
G_n
= 0,5 * 2 = 1,00 кг
G_пр
= 6,80 * 0,22 * 2 = 2,99 кг
G = 3,99 кг
C₆H₈O₇*H₂O
- 20 г/л
G_n
= 0,5 * 20 = 10,00 кг
G_пр
= 6,80 * 0,22 * 20 = 29,91 кг
G = 39,91 кг
Na₂SeO₃
- 0,002 г/л
G_n
= 0,5 * 0,002 = 0,0010 кг
G_пр
= 6,80 * 0,22 * 0,002 = 0,0030 кг
ИТОГО
G = 0,0040 кг

Расход материалов на никелирование:

D g = 0,48 - 0,12 = 0,36
л/м²

NiSO₄*7H₂O
- 300 г/л
G_n
= 0,5 * 300 = 150,00 кг
G_пр
= 6,80 * 0,22 * 300 = 448,67 кг
G = 598,67 кг
NaCl - 15 г/л
G_n
= 0,5 * 15 = 7,50 кг
G_пр
= 6,80 * 0,22 * 15 = 22,43 кг
G = 29,93 кг
H₃BO₃
- 40 г/л
G_n
= 0,5 * 40 = 20,00 кг
G_пр
= 6,80 * 0,22 * 40 = 59,82 кг
G = 79,82 кг
1,4-бутиндиол - 1,5 г/л
G_n
= 0,5 * 1,5 = 0,75 кг
G_пр
= 6,80 * 0,22 * 2 = 2,24 кг
G = 2,99 кг
Формальдегид - 0,05 г/л
G_n
= 0,5 * 0,05 = 0,0250 кг
G_пр
= 6,80 * 0,22 * 0,050 = 0,0748 кг
G = 0,0998 кг
Хлорамин-Б - 2,5 г/л
G_n
= 0,5 * 2,5 = 1,25 кг
G_пр
= 6,80 * 0,22 * 2,500 = 3,74 кг
G = 4,99 кг
ОС-20 - 5 г/л
G_n
= 0,5 * 5 = 2,50 кг
G_пр
= 6,80 * 0,22 * 5,000 = 7,48 кг
ИТОГО
G = 9,98 кг

2.7.2 РАСЧЕТ РАСХОДА АНОДОВ.

Для меднения:

S_а
= 2
S_к
= 65,0 * 2 = 130
дм²

Т.к в ванне 2 анода, то:

S_1а
=
S_а
/ 2 = 65,0
дм²

Принимаем:

Длина анода 8,00 дм
Толщина анода 0,10 дм
Ширина анода 4,00 дм

Расход анодов на первоначальный пуск:

s = lbDd

Где:

l – длина анода, 0,8 м;

b – суммарная ширина анодов, 0,4*2=0,8 м;

D – толщина анода, 0,01 м;

d – плотность металла анода, 8930 кг/м³.

s = 0,8*0,8*0,01*8930 = 57,15 кг.

Для никелирования:

S_а
= 2
S_к
= 65,0 * 2 = 130
дм²

Т.к в ванне 2 анода, то:

S_1а
=
S_а
/ 2 = 65,0
дм²

Принимаем:

Длина анода 8,00 дм
Толщина анода 0,10 дм
Ширина анода 4,00 дм

Расход анодов на первоначальный пуск:

s = lbDd

Где:

l – длина анода, 0,8 м;

b – суммарная ширина анодов, 0,4*2=0,8 м;

D – толщина анода, 0,01 м;

d – плотность металла анода, 8900 кг/м³.

s = 0,8*0,8*0,01*8930 = 56,96 кг.

Расход анодов на выполнение годовой программы для меднения:

Курсовая: Расчет участка осаждения двойного покрытия медь-никель

Где:

d – плотность металла анода, 8930 кг/м³;

S – годовая поверхность обработки, 6180 м²;

d - толщина покрытия, 0,012 мм;

Dd - потери при отливке анодов, сверлении, шламообразовании, 5% 33 кг;

G_п = 695.36 кг.

Расход анодов на выполнение годовой программы для никелирования:

Курсовая: Расчет участка осаждения двойного покрытия медь-никель

Где:

d – плотность металла анода, 8900 кг/м³;

S – годовая поверхность обработки, 6180 м²;

d - толщина покрытия, 0,009 мм;

Dd - потери при отливке анодов, сверлении, шламообразовании, 5% 25 кг;

G_п = 519.77 кг.

2.7.3. СВОДНАЯ ВЕДОМОСТЬ РАСХОДА МАТЕРИАЛОВ.

Наименование операции Наименование материалов Расход материала Общая годовая потребность материалов, кг/год
на программу, кг/год на первую загрузку, кг
Обезжиривание NaOH - 180,00 180,00
Na₃PO₄
- 120,00 120,00
Na₂SiO₃
- 90,00 90,00
Синтанол ДС-10 - 60,00 60,00
Эл.химическое обезжиривание NaOH - 120,00 120,00
Na₃PO₄
- 180,00 180,00
Na₂SiO₃
- 180,00 180,00
Синтанол ДС-10 - 12,00 12,00
Активирование
Н₂SO₄
- 720,00 720,00
Осаждение меди
CuSO₄*H₂O
119,64 40,00 159,64
К₄Р₂O₇
523,45 175,00 698,45
NH₄OH 25%
2,99 1,00 3,99
C₆H₈O₇*H₂O
29,91 10,00 39,91
Na₂SeO₃
0,0030 0,0010 0,0040
Осаждение никеля
NiSO₄*7H₂O
448,67 150,00 598,67
NaCl 22,43 7,50 29,93
H₃BO₃
59,82 20,00 79,82
1,4-бутиндиол 2,24 0,75 2,99
Формальдегид 0,0748 0,0250 0,0998
Хлорамин-Б 3,7400 1,2500 4,99
ОС-20 7,4800 2,5000 9,98
Анод медный Cu 695,3600 57,1500 752,51
Анод никелевый Ni 519,7700 56,9600 576,73

2.8 ТЕПЛОВЫЕ РАСЧЕТЫ.

2.8.1 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ВАННЫ ОБЕЗЖИРИВАНИЯ.

Исходные данные:

Рабочий объем ванны 250,0
дм³
= 0,25
м³

Длина ванны - 0,97 м
Ширина ванны - 0,55 м
Высота ванны - 0,80 м
Толщина корпуса - 0,01 м

Футеровки нет, щелочная ванна, поэтому стальной корпус не растворяется.

С₁
- удельная теплоемкость раствора - 4570 Дж/кг*К
r - плотность ратвора - 1,08
кг/дм³
С₂
- удельная теплоемкость стали - 481,5 Дж/кг*К
r_ст
- плотность стали - 7,8 *
10³
кг/м³
t_н
- 20 С
t_к
- 70 С

Расчет массы корпуса:

G_ст₁
= H * L * b *
r_ст
* 2 = 121,06 кг
G_ст2
= H * В * b *
r_ст
* 2 = 68,64 кг
G_дно
= L * В * b *
r_ст
* 2 = 83,23 кг
Итого масса корпуса G - 272,93 кг

Расход тепла на разогрев ванны:

Q₂
Q_раз.
=
Q₁
- 2
Q₁
- расход тепла на разогрев ванны
Q₂
- расход тепла на компенсацию тепловых потерь
Q₁
= ( V *
С₁
* r + G *
С₂
) * Dt = 68 265,79 кДж

Q₂ = q₁ + q₂

q₁ – потери тепла нагретой жидкости через стенки

q₂ – потери тепла на испарения жидкости через зеркало электролита

q₁ = S_в* q₁^уд

q₂ = S_в* q₂^уд

q₁^уд
- 2448
кДж/м²
q₂^уд
- 15300
кДж/м²
Определение поверхности стен ванны
S_ст₁
= H * L * 2 = 1,55
м²
S_ст2
= H * B * 2 = 0,88
м²
S_дна
= B * L = 0,53
м²
S_в
= 2,96
м²

Поверхность зеркала электролита:

S_зерк
= 0,53
м²

Поэтому потери тепла:

q₁
= 7246 кДж
q₂
= 8109 кДж
Q₂
=
q₁
+
q₂
= 15355 кДж

15355
Q_раз.
= 68 265,79 + 2 = 75943,33 кДж

Расход тепла на поддержание рабочей температуры.

Q_раб.
=
Q₂
+
Q₃
-
Q₄

Q₃
- потери тепла на разогрев загружаемых деталей
Q₄
- джоулево тепло, выделяемое эл. током

Джоулево тепло вводится в систему и частично компенсирует тепловые затраты,

поэтому вводится со знаком минус.

Примем время разогрева t 1 час.

Q₃
= (
G_устр
*
С₂
+
G_дет
*
С₂
) * Dt

Где:

G_устр – масса устройств и приспособлений, кг;

G_дет – масса деталей, кг;

С_1т, С₂ – теплоемкость стали, 481,5 Дж/кгК

Примем массу приспособлений и токопроводов равной массе деталей, т.о. общая

масса приспособлений и деталей равна 20 кг.

Q₃
= ( 481,5 * 10 + 481,5 * 10 ) * 50 = 481,5 кДж

Q₄
= 0,86 I U t = 0,86 * 455 * 8,00 * 1 = 3130 Вт/ч = 11269,44 кДж

Q_раб.
= 4 567,14 кДж

Q_раб. – то количество тепла, которое нужно ввести, для поддержания

рабочей температуры 70°С.

Расход тепла за год:

Q_год.
=
Q_раз.
* n +
Q_раб.
*
Т_д

Где:

n – количество дней разогрева, т.к. работа идет в 3 смены, то ванна

разогревается 1 раз в неделю, поэтому принимаем n = 51 день.

Т_д – фонд рабочего времени, 5960 ч.

Q_год.
= 75943,33 * 51 +
4567,14_.
* 5960 =
31 062 886,90
кДж

Расчет змеевика теплообменника:

Q_раз.
S_змеев
= К *
t_ср
* t

Где:

К – коэффициент теплоотдачи, К=1000 – 2000, примем К = 1000

t_ср – средняя температура пара, °С;

t - время разогрева, 1 ч.

(
t₁
-
t₂
) - (
t₃
-
t₄
)
t_ср
= 2,3 lg *
t₁
-
t₂
t₃
-
t₄

Где:

t₁ – температура пара,140 °С;

t₂ – начальная температура,20 °С;

t₃ – температура конденсата,90 °С;

t₄ – конечная температура,70 °С;

( 140 - 20 ) - ( 90 - 70 ) 100
t_ср
= 2,3 lg 140 - 20 = 2,3 lg 6 = 55,87 C
90 - 70

75943,33
S_змеев
= 1000 * 55,87 * 1 = 1,36
м²

Находим длину змеевика:

S_змеев
1,36
L = p * D = 3,14 * 0,064 = 6,77 м

D – диаметр змеевика – 2 трубных дюйма, 64 мм.

Расход пара на разогрев ванны обезжиривания:

Q_раз.
75943,33
Р_разогр
=
q^`
-
q^``
= 3128 - 378 = 27,62 кг
q^`
= t *
C_{р пара}
= 140 * 22,34 = 3128 кДж/кг
q^``
= t *
C_{р воды}
= 90 * 4,20 = 378 кДж/кг

Расход пара на годовую программу ванны обезжиривания:

Р_год
=
Р_разогр
* n +
Т_д
*
Р_раб
=
11 297,24
кг/год
Q_раб.
4 567,14
Р_раб
=
q^`
-
q^``
= 3128 - 378 = 1,66 кг

2.8.2 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ВАННЫ МЕДНЕНИЯ.

Исходные данные:

Рабочий объем ванны 250,0
дм³
= 0,25
м³

Длина ванны L - 0,97 м
Ширина ванны B - 0,55 м
Высота ванны H - 0,8 м
Толщина корпуса b - 0,01 м
Толщина футеровки d - 0,02 м

Ванна футерована пластикатом.

С₁
- удельная теплоемкость раствора - 4150 Дж/кг*К
ρ - плотность ратвора - 1,16
кг/дм³
С₂
- удельная теплоемкость стали - 481,5 Дж/кг*К
ρ_ст
- плотность стали - 7,8 *
10³
кг/дм³
ρ_пласт
- плотность пластиката - 1,4 *
10³
кг/дм³

t_н
- 20 С
t_к
- 40 С

Расчет массы корпуса:

G_ст1
= H * L * b *
ρ_ст
* 2 = 121.06 кг
G_ст2
= H * В * b *
ρ_ст
* 2 = 68.64 кг
G_дно
= L * В * b *
ρ_ст
* 2 = 83.23 кг
Итого масса корпуса
G_к
- 272.93 кг

Расчет массы футеровки:

G_ст1
= H * L * d *
ρ_пласт
* 2 = 43.15 кг
G_ст2
= H * В * d *
ρ_пласт
* 2 = 24.46 кг
G_дно
= L * В * d *
ρ_пласт
* 2 = 29.66 кг
Итого масса футеровки
G_ф
- 97.27 кг

Итого масса корпуса ванны с футеровкой: 370,2 кг.

Расход тепла на разогрев ванны:

Q₂
Q_раз.
=
Q₁
- 2

Q₁
- расход тепла на разогрев ванны
Q₂
- расход тепла на компенсацию тепловых потерь
Q₁
= ( V *
С₁
* ρ +
G
*
С₂
+
G
*
С₃
) * Dt = ( 0.25 * 4150 * 1160 +
+ 272.93 * 481.50 + 97.27 * 1390.0 ) * 20 = 29 402.42 кДж

Q₂ = q₁ + q₂

q₁ – потери тепла нагретой жидкости через стенки

q₂ – потери тепла на испарения жидкости через зеркало электролита

q₁ = S_в* q₁^уд

q₂ = S_зер* q₂^уд

q₁^уд
- 162
кДж/м²
q₂^уд
- 1440
кДж/м²
S_ст1
= H * L * 2 = 1.55
м²
S_ст2
= H * B * 2 = 0.88
м²
S_дна
= B * L = 0.53
м²

Итого площадь поверхности ванны: 2,96 м²

Поверхность зеркала электролита:

S_зерк
= 0,53
м²

Поэтому потери тепла:

q₁
= 479,5 кДж
q₂
= 763,2 кДж
Q₂
=
q₁
+
q₂
= 1243 кДж

1243
Q_раз.
= 68 265,79 + 2 = 30023,78 кДж

Расход тепла на поддержание рабочей температуры.

Q_раб.
=
Q₂
+
Q₃
-
Q₄

Q₃
- потери тепла на разогрев загружаемых деталей
Q₄
- джоулево тепло, выделяемое эл. током

Джоулево тепло вводится в систему и частично компенсирует тепловые затраты,

поэтому вводится со знаком минус.

Примем время разогрева t 1 час.

Q₃
= (
G_устр
*
С₂
+
G_дет
*
С₂
) * Δt

Где:

G_устр – масса устройств и приспособлений, кг;

G_дет – масса деталей, кг;

С_1т, С₂ – теплоемкость стали, 481,5 Дж/кгК

Примем массу приспособлений и токопроводов равной массе деталей, т.о. общая

масса приспособлений и деталей равна 20 кг.

Q₃
= ( 481,5 * 10 + 481,5 * 10 ) * 20 = 144,45 кДж

Q₄
= 0,86 I U τ = 0,86 * 101 * 2,2 * 1 = 190,1 Вт/ч = 684,53 кДж

Q_раб.
= 702,64 кДж

Q_раб. – то количество тепла, которое нужно ввести, для поддержания

рабочей температуры 40°С.

Расход тепла за год:

Q_год.
=
Q_раз.
* n +
Q_раб.
*
Т_д

Где:

n – количество дней разогрева, т.к. работа идет в 3 смены, то ванна

разогревается 1 раз в неделю, поэтому принимаем n = 51 день.

Т_д – фонд рабочего времени, 5960 ч.

Q_год.
= 30023,78 * 51 +
702,64_.
* 5960 =
5 706 963.89
кДж

Расчет змеевика теплообменника:

Q_раз.
S_змеев
= К *
t_ср
* τ

Где:

К – коэффициент теплоотдачи, К=1000 – 2000, примем К = 1000

t_ср – средняя температура пара, °С;

t - время разогрева, 1 ч.

(
t₁
-
t₂
) - (
t₃
-
t₄
)
t_ср
= 2,3 lg *
t₁
-
t₂
t₃
-
t₄

Где:

t₁ – температура пара,140 °С;

t₂ – начальная температура,20 °С;

t₃ – температура конденсата,90 °С;

t₄ – конечная температура,40 °С;

( 140 - 20 ) - ( 90 - 40 ) 70
t_ср
= 2,3 lg 140 - 20 = 2,3 lg 2 = 80,05 C

90 - 40

30023,78
S_змеев
= 1000 * 80,05 * 1 = 0,38
м²

Находим длину змеевика:

S_змеев
0,38
L = π * D = 3,14 * 0,064 = 1,89 м

D – диаметр змеевика – 2 трубных дюйма, 64 мм.

Расход пара на разогрев ванны меднения:

Q_раз.
30023,78
Р_разогр
=
q^`
-
q^``
= 3128 - 378 = 10,92 кг
q^`
= t *
C_{р пара}
= 140 * 22,34 = 3128 кДж/кг
q^``
= t *
C_{р воды}
= 90 * 4,20 = 378 кДж/кг

Расход пара на годовую программу ванны меднения:

Р_год
=
Р_разогр
* n +
Т_д
*
Р_раб
=
11 297,24
кг/год
Q_раб.
4 567,14
Р_раб
=
q^`
-
q^``
= 3128 - 378 = 1,66 кг

2.8.2 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ ВАННЫ НИКЕЛИРОВАНИЯ.

Исходные данные:

Рабочий объем ванны 250,0
дм³
= 0,25
м³

Длина ванны L - 0,97 м
Ширина ванны B - 0,55 м
Высота ванны H - 0,8 м
Толщина корпуса b - 0,01 м
Толщина футеровки d - 0,02 м

Ванна футерована пластикатом.

С₁
- удельная теплоемкость раствора - 4110 Дж/кг*К
ρ - плотность раствора - 1,12
кг/дм³
С₂
- удельная теплоемкость стали - 481,5 Дж/кг*К
ρ_ст
- плотность стали - 7,8 *
10³
кг/дм³
ρ_пласт
- плотность пластиката - 1,4 *
10³
кг/дм³

t_н
- 20 С
t_к
- 50 С

Расчет массы корпуса:

G_ст1
= H * L * b *
ρ_ст
* 2 = 121.06 кг
G_ст2
= H * В * b *
ρ_ст
* 2 = 68.64 кг
G_дно
= L * В * b *
ρ_ст
* 2 = 83.23 кг
Итого масса корпуса
G_к
- 272.93 кг

Расчет массы футеровки:

Итого масса корпуса ванны с футеровкой: 370,2 кг.

Расход тепла на разогрев ванны:

Q₂
Q_раз.
=
Q₁
- 2

Q₁
- расход тепла на разогрев ванны
Q₂
- расход тепла на компенсацию тепловых потерь
Q₁
= ( V *
С₁
* ρ +
G
*
С₂
+
G
*
С₃
) * Δt = ( 0.25 * 4110 * 1160 +
+ 272.93 * 481.50 + 97.27 * 1390.0 ) * 30 = 42442,92 кДж

Q₂ = q₁ + q₂

q₁ – потери тепла нагретой жидкости через стенки

q₂ – потери тепла на испарения жидкости через зеркало электролита

q₁ = S_в* q₁^уд

q₂ = S_зер* q₂^уд

q₁^уд
- 162
кДж/м²
q₂^уд
- 1440
кДж/м²
S_ст1
= H * L * 2 = 1.55
м²
S_ст2
= H * B * 2 = 0.88
м²
S_дна
= B * L = 0.53
м²

Итого площадь поверхности ванны: 2,96 м²

Поверхность зеркала электролита:

S_зерк
= 0,53
м²

Поэтому потери тепла:

q₁
= 479,5 кДж
q₂
= 763,2 кДж
Q₂
=
q₁
+
q₂
= 1243 кДж

1243
Q_раз.
= 42442,93 + 2 = 43064,28 кДж

Расход тепла на поддержание рабочей температуры.

Q_раб.
=
Q₂
+
Q₃
-
Q₄

Q₃
- потери тепла на разогрев загружаемых деталей
Q₄
- джоулево тепло, выделяемое эл. током

Джоулево тепло вводится в систему и частично компенсирует тепловые затраты,

поэтому вводится со знаком минус.

Примем время разогрева t 1 час.

Q₃
= (
G_устр
*
С₂
+
G_дет
*
С₂
) * Δt

Где:

G_устр – масса устройств и приспособлений, кг;

G_дет – масса деталей, кг;

С_1т, С₂ – теплоемкость стали, 481,5 Дж/кгК

Примем массу приспособлений и токопроводов равной массе деталей, т.о. общая

масса приспособлений и деталей равна 20 кг.

Q₃
= ( 481,5 * 10 + 481,5 * 10 ) * 20 = 144,45 кДж

Q₄
= 0,86 I U τ = 0,86 * 201 * 2,1 * 1 = 354,4 Вт/ч = 1275,71 кДж

Q_раб.
= 183,69 кДж

Q_раб. – то количество тепла, которое нужно ввести, для поддержания

рабочей температуры 50°С.

Расход тепла за год:

Q_год.
=
Q_раз.
* n +
Q_раб.
*
Т_д

Где:

n – количество дней разогрева, т.к. работа идет в 3 смены, то ванна

разогревается 1 раз в неделю, поэтому принимаем n = 51 день.

Т_д – фонд рабочего времени, 5960 ч.

Q_год.
= 43064,28 * 51 + 183,69 * 5960 =
3 273 864.04
кДж

Расчет змеевика теплообменника:

Q_раз.
S_змеев
= К *
t_ср
* τ

Где:

К – коэффициент теплоотдачи, К=1000 – 2000, примем К = 1000

t_ср – средняя температура пара, °С;

t - время разогрева, 1 ч.

(
t₁
-
t₂
) - (
t₃
-
t₄
)
t_ср
= 2,3 lg *
t₁
-
t₂
t₃
-
t₄

Где:

t₁ – температура пара,140 °С;

t₂ – начальная температура,20 °С;

t₃ – температура конденсата,90 °С;

t₄ – конечная температура,50 °С;

( 140 - 20 ) - ( 90 - 50 ) 80
t_ср
= 2,3 lg 140 - 20 = 2,3 lg 3 = 72,9
C

90 - 50

43064,28
S_змеев
= 1000 * 72,90 * 1 = 0,59
м²

Находим длину змеевика:

S_змеев
0,59
L = π * D = 3,14 * 0,064 = 2,94 м

D – диаметр змеевика – 2 трубных дюйма, 64 мм.

Расход пара на разогрев ванны никелирования:

Q_раз.
43064,28
Р_разогр
=
q^`
-
q^``
= 3128 - 378 = 15,66 кг
q^`
= t *
C_{р пара}
= 140 * 22,34 = 3128 кДж/кг
q^``
= t *
C_{р воды}
= 90 * 4,20 = 378 кДж/кг

Расход пара на годовую программу ванны никелирования:

Р_год
=
Р_разогр
* n +
Т_д
*
Р_раб
=
1 190,67
кг/год
Q_раб.
183,69
Р_раб
=
q^`
-
q^``
= 3128 - 378 = 0,07 кг

4. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Беленький М.А., Иванов А.Ф. Электроосаждение металлических покрытий.

Справ. изд. М.: «Металлургия», 1985.

2. Гальванические покрытия в машиностроении. Справочник/Под ред. Шлугера

М.И. М.: «Машиностроение», 1985.

3. Зальцман Л.Г., Черная С.М. Спутник гальваника. К.:1989.

4. Блестящие электролитические покрытия/Под ред. Матулиса Ю.Ю. Вильнюс.:

«Минтис», 1969.

5. Каданер Л.И. Справочник по гальваностегии. К.: «Техника», 1976.

6. Кудрявцев В.Т. Электролитические покрытия металлами. М.: «Химия», 1979.

7. Лайнер В.И. Защитные покрытия металлов. М.: «Машиностроение», 1974.

8. Лайнер В.И. Современная гальванотехника. М.: «Металлургия», 1967.

9. Пурин Б.А. Электроосаждение из пирофосфатных электролитов. Рига:

Зинатне, 1975.

10. Ямпольский А.М. Меднение и никелирование. Л.:

«Машиностроение», 1977.

11. Ямпольский А.М. Ильин В.А. Краткий справочник

гальванотехника. Л.: «Машиностроение», 1981.


РЕФЕРАТЫ