自行车车圈电镀车间工艺的设计说明.docx

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自行车车圈电镀车间工艺的设计说明

年产量400万辆永久牌自行车车圈电镀车间设计

学院：

专业：

姓名：

指导老师：

化工与材料学院

应用化学（电化学方向）

学号：

职称：

汪烈焰

工程师

中国·

二○一二年十二月

诚信承诺书

本人重承诺：

本人承诺呈交的毕业设计《年产量400万辆永久牌自行车车圈的电镀车间设计》是在指导教师的指导下，独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出其参考文献，设计使用的数据真实可靠。

本人签名：

日期：

年月日

年产量400万辆永久牌自行车车圈电镀车间设计

摘要

本文针对自行车的车圈电镀车间的设计，主要包括了工艺过程的拟定和相应工艺规，生产设备设计和计算，工艺流程设计和计算，生产用物料的计算，生产用水、电、气的消耗量等进行阐述，同时还包括了工作人员的数目的确定和三废处理等，其中重点在介绍工艺设计和设备设计以与物料衡算，包括工作时间，镀槽规格，各个物料的消耗量。

关键词：

生产设备设计；工艺流程设计；物料衡算；车间设计

Annualoutputof4millioncars“forever”bicyclerimelectroplatingworkshopdesign

Abstract

Inthispaperthebicyclerimelectroplatingworkshopdesign,includingtheprocessofformulatingandcorrespondingtechnologystandard,theproductionequipmentdesignandcalculation,processdesignandcalculation,thecalculationofthematerialproduction,theproductionwater,electricity,gasconsumptionwerereviewed,aswellasthestaffnumberofidentifiedand"threewastes"treatment,ofwhichmainlyintroducedinprocessdesignandequipmentdesignandmaterialbalance,includingworkingtime,platingtankspecifications,variousmaterialconsumption.

Keywords:

equipmentdesign;processdesign;materialbalance;workshopdesign;

理工大学学院

课程设计任务书

2012～2013学年第2学期

学生：

专业班级：

应用化学2班

指导教师：

汪烈焰工作部门：

实验中心

一、课程设计题目：

年产量400万辆永久牌自行车车圈电镀车间设计

二、课程设计主要容（含技术指标）

1．工艺流程全图并对选定的工艺流程、主要设备的型式进行简要的论述或叙述，以列表的方式给出主要工艺卡片（容包括：

序号、工序名称、工作液组成与工艺参数、工作地点等），设备一览表。

2．设计计算主要容有生产纲领（年生产量与各镀种面积），原辅材料消耗量，单位产品电耗、水耗，电镀工序的电镀时间以与主要设备的数量计算。

3.简要叙述或论述“三废”处理方案。

4.绘制电镀车间平面布置图（CAD），并在图中标注车间所在地的主导风向。

5.参考文献格式要求

[编号]作者．书名．出版单位，出版年份：

第几页～第几页

[编号]作者．文章题目．刊名，年，卷（期）：

第几页～第几页

三、基本要求

1．容完整

正文中应包括：

概述、工艺设计、生产任务、生产设备设计与选择、产品质量检验和环保要求设计、车间设计等

2.重点突出

电镀车间工艺设计的物料衡算、能量计算、主要设备计算等。

3.格式规

4.符合实际

教研室主任签名：

年月日

1概述：

自行车是人类发明的最成功的一种人力机械之一，是由许多简单机械组成的复杂机械。

自行车，又称脚踏车或单车，通常是二轮的小型陆上车辆。

人骑上车后，以脚踩踏板为动力，是一种简单的绿色的环保的代步工具。

中国人口众多，交通压力大，自行车是解决人口压力的一个重要工具，是符合中国国情的交通工具，具有美好的前景。

1.1选题背景

自行车的前轮和后轮分别是导向系统和驱动系统的重要组成部分，同时车圈又与刹车系统直接相关联，在整辆车的的结构组成中起连接车体与轮胎接触和支撑作用。

实际应用中车圈的工作环境相对恶劣，既要支撑车体与骑行者的重量，又要承受转向与崎岖路面带来的额外压力，还要直接面对泥泞，雨水，和日晒风吹的考验。

1.2课题特点

电镀是自行车生产的重要工艺之一。

兼有防护、装饰与耐磨的不同要求。

车圈的电镀应具有很高的耐磨性、耐蚀性、导热性和疲劳强度，还必须具有一定强度。

实践表明，自行车骑行时容易引起车圈的颤振，刹车时，刹车胶与自行车车圈的强摩擦会引起高温和磨损。

为此。

对车圈材料的疲劳强度和耐磨度提出了更高的要求。

2镀种﹑镀层和原理

2.1电镀的金属种类

铜是一种呈紫红色光泽的一种金属，相对原子质量63.546，密度8.92g/cm3，熔点为1083.4±0.2℃，标准电极电位为，是最好的纯金属之一，稍硬、极坚韧、耐磨损。

还有很好的延展性。

导热和导电性能较好。

铜和它的一些合金有较好的耐腐蚀能力，其本身也与各种金属的结合力最好。

可溶于硝酸和热浓硫酸，略溶于盐酸。

容易被碱侵蚀。

镍是一种银白色金属，密度8.9g/cm3,熔点1455℃，沸点2730℃。

质坚硬，具有磁性和良好的可塑性。

有好的耐腐蚀性，在空气中不被氧化，又耐强碱。

在稀酸中可缓慢溶解，是良好的过渡金属，可增加镀层硬度和强度[1]。

铬是一种微带蓝色的银白色金属，相对原子质量51.99，密度6.98～7.21g/cm3，熔点为1875～1920℃，标准电极电位为负0.74V，金属铬在空气中极易钝化，表面形成一层极薄的钝化膜，从而显示出贵金属的性质。

镀铬层具有很高的硬度，镀铬层有较好的耐热性，镀铬层的摩擦系数小，特别是干摩擦系数，在所有的金属中是最低的。

2.2电镀的镀层

多层电镀是利用电解的方式使金属或合金沉积在工件表面，以形成均匀、致密、结合力良好的金属层的过程。

由于本工艺的镀层不是单层电镀，是多个电镀层的相互叠加，所得的总镀层与各镀层的不同性质有关，它的性能更好是各镀层的特性的叠加。

铜层：

延展性好，有缓冲作用；镍层：

质地坚硬，增加强度；铬层：

硬度很高，耐磨，耐腐蚀。

在设计的时侯，如果产品是具有耐磨性的功能，一般都是会选择多层电镀，自行车的基材是铝合金，电镀时候，是先镀碱铜，再电镀酸铜，接着电镀镍，最后是加镀一层耐磨性的铬，厚度一般是碱性电镀镀铜厚度为2µm，酸性电镀铜厚度为6µm，酸性电镀镍厚度为8µm，电镀铬的厚度为5µm。

总厚度为是21µm，这是我们设计的前提要求，从而满足我们对产品的性能要求[2]。

2.3电镀原理

2.3.1碱性电镀铜原理

阴极反应：

[Cu（CN）3]2-+e→Cu+3CN-；2H++2e→H2↑

阳极溶解形成铜氰络离子：

Cu+3CN--e→[Cu（CN）3]2-

如发生阳极钝化：

4OH--4e→2H2O+O2↑

2.3.2酸性电镀铜原理

酸性电镀铜液主要是由硫酸铜和硫酸组成。

溶液中存在大量的二价铜离子在外电流的作用下，在阴极上放电而获得铜镀层[3]。

阳极的铜不断溶解来补充消耗的二价铜离子。

Cu2++2e→Cu在该过程中还可能存在阳极铜溶解生成一价铜离子，Cu+Cu2+→2Cu+

2.3.3酸性电镀镍原理

酸性电镀镍液主要是由硫酸镍和氯化镍组成。

溶液中存在大量的二价镍离子在外电流的作用下，在阴极上放电而获得镍镀层。

阳极的镍不断溶解来补充消耗的二价镍离子，Ni2++2e→Ni

2.3.4镀铬原理

阴极反应：

Cr2O72-+6e+14H+=2Cr3++7H2O；2H++2e=H2↑

在电解的过程中由于氢气的放出，溶液的pH值的升高，H2Cr2O7变成H2CrO4，H2CrO4放电形成金属铬。

CrO42-+6e+4H+=Cr+4OH-

阳极反应：

镀铬工艺中采用不溶性阳极，因此不发生阳极溶解反应

阴极反应2Cr3+-6e+7H2O=Cr2O72-+14H+；2H2O-4e=O2↑+4H+

2.3.5电镀液主要组分功能原理

（1）主盐：

指镀液中能在阴极上沉积出所要求镀层金属的盐，用于提供金属离子。

（2）导电盐：

指提高溶液的电导率，对放电金属离子起络合作用的碱金属的盐类。

（3）络合剂：

能络合主盐中的金属离子形成络合物的物质。

（4）缓冲剂：

一般由弱酸弱碱的酸式盐组成。

用来稳定溶液酸碱度的物质。

（5）添加剂：

为了改善镀层性能的物质。

可包括光亮剂、整平剂、润湿剂和抑雾剂。

3车间的分类和生产纲领和计算过程

3.1车间的分类

电镀车间工艺设计是体现出车间生产工作要求，反应出车间的工艺水平与其配套设施的选用是否合理。

根据我们的流程图我们可以大致地将三类，即：

前处理车间、电镀车间和后处理车间。

3.2生产纲领

表1：

电镀车间车圈加工表

产品名称

永久牌自行车

处理种类

镀层厚度/µm

部件名称

车圈规格

材料

外直径/mm

表面积/mm2

自行车车圈

不锈钢金属

600

151000

电镀加工

21

表2：

年生产纲领表

产品名称

处理种类

单件产品电镀量

年生产纲领

材料

表面积/m2

件数（万）

表面积/m2

车圈

电镀加工

不锈钢金属

0.151

800

1208000

3.3生产纲领的计算过程

我们设计是控制槽与槽的距离为500mm，工件从一个槽到另一个槽的用时大概为30s，第一列（五个工件）工件加工结束总共用时间

t=5+0.33+5+0.25+0.25+0.5+0.25+0.25+5+0.25+5+0.25+0.25+3+0.25+2.25+0.75+6.75+0.25+0.25+6+0.25+2.07+0.25+5+0.5+12.5

=58.15

第二列（五个工件）工件加工结束是在第一列工件结束后的42s后，

t=（工件直径+工件间的距离）/速度v=（600+100）/17=42s（式3.1）

所以一天一条生产线的生产量为=5*（一天的工作总的时间-第一列产品的时间）/42

=5*（24*3600-58.15*60）/42

=9870件

由于我们年产800万件，年工作天数为300天，一天一条生产线9870件工件，所以生产线的条数=8000000/（300*9870）=2.7条实际设计为三条生产线。

4工作制度和时间基数

4.1工作制度

工作制度；我们的生产要年产800万个自行车车圈，年工作天数为300天，每天工作24个小时，三班倒。

4.2时间基数

年时基数=年工作天数*每天工作时间（式4.1）

=300*24

=7200h

5工艺过程的拟定和相应工艺规和工艺配方

5.1工艺过程的拟定

加工成型—机械磨光（5min）—上挂具（20s）—化学除油（5min）—水洗（15s）—水洗（15s）—酸洗（30s）—水洗（15s）—水洗（15s）—阴极电解除油（5min）—水洗（15s）—阳极电解除油（5min）—水洗（15s）—水洗（15s）—活化（3min）—水洗（15s）