汽车反光镜镜罩的防护与装饰性镀铬工艺课程设计解读.docx
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汽车反光镜镜罩的防护与装饰性镀铬工艺课程设计解读
课程设计
课程名称:
金属材料腐蚀与防护工程课程设计
设计课题:
汽车反光镜镜罩防护装饰性镀铬工艺设计
指导教师:
田继红老师
专业：
金属材料工程班级：
1185011
姓名：
施启新学号：
118501129
2014年12月5日
1、生产线设计说明书
1、前言....................................................................................................................2
2、设计依据................................................................................................................2
3、工作制度及年时基数..........................................................................................3
4、生产节拍................................................................................................................4
5、线速度....................................................................................................................4
6、主要工艺流程与工序时间....................................................................................5
7、自动生产线设备确选择.........................................................................................6
8、挂具及阴极极板的设计..........................................................................................6
9、阳极装置的设计......................................................................................................8
10、镀槽种类的选择.....................................................................................................8
11、槽体尺寸及个数的确定......................................................................................10
12、水量的消耗及计算..............................................................................................13
13、蒸汽消耗量的计算...............................................................................................14
14、电的消耗...............................................................................................................17
15、车间组成、面积和人员.........................................................................................19
16、电镀安全卫生及三废处理...................................................................................22
二、生产工艺说明书............................................................................................25
1、工艺流程.................................................................................................................25
2、主要工序及配方....................................................................................................25
3、槽液配置方法........................................................................................................29
4、槽液维护及故障分析............................................................................................30
5、参考文献.................................................................................................................34
三、工艺卡、附图
1、工艺卡...................................................................................................................35
2、厂房平面图、镀槽设计图
1、生产线设计说明书
1、前言
本次设计中汽车反光镜镜罩使用材料为ABS塑料，ABS塑料是由丙烯腈（A）、丁二烯（B）和苯乙烯（S）三种单体共聚而成的热塑性聚合物（分子单体结构如图1）。
它是介于通用塑料和工程塑料之间的一种高分子材料，其微观结构是聚丁二烯（PB）橡胶微粒分散在苯乙烯-丙烯腈共聚物（SAN）树脂连续相中的海岛0型两相结构。
ABS树脂兼具有PB橡胶的韧性和低温抗冲击性，聚丙烯腈（PAN）树脂的耐热和化学稳定性，及聚苯乙烯（PS）树脂的刚性和光泽性，因而具有耐冲击、耐低温、耐化学品、易加工成型和表面光泽性好等优异的综合性能，广泛用于汽车工业、电子、电器、纺织、器具和建材等领域。
但由于ABS树脂耐候性较差，在户外使用易老化，通常汽车用ABS零件需要对零件进行表面涂镀。
本次设计要求是对ABS材料的汽车反光镜镜罩进行防护装饰性镀铬处理。
图1ABS树脂的分子结构式
2、设计依据
1）镜罩使用材料：
ABS包胶料；电镀表面积220dm2。
2）ABS材质成分：
丙烯腈（A）25%；丁二烯（B）20%；苯乙烯（S）35%；玻璃纤维20%（增强材料）。
材质成分分析：
目前生产的ABS树脂中单体含量一般为：
丙烯腈20%~40%，丁二烯10%~30%，苯乙烯30%~60%，且实验证明，当B成分的含量占到20%时，其镀层结合力可达到25N/cm。
3）电镀级ABS塑料中B成分含量通常在20%左右，这时的ABS的抗拉强度约为35~49Mpa，热变形温度为75℃左右。
其中组分中加入玻璃纤维为增强材料，可增强ABS塑料的抗拉强度、弯曲强度、弯曲模量也有较大幅度提高，符合汽车反光镜镜罩使用要求。
4）生产纲领：
200万件/每年。
5）实际产量：
考虑报废率，以镀件总量的5%计算，实际年产量A=210.5万件。
6）主要工艺步骤：
镀件表面前处理
预镀铜（10min）
镀亮铜（15um）
镀亮镍（2um）
镀亮铬。
7）成本核算：
玻璃纤维增强型ABS树脂：
26000元/吨
ABS塑料成本加注塑费用：
12元/件
汽车反光镜镜罩单个质量：
0.4Kg
注塑产品报废率：
4%
镀前年成本核算：
W=（26000/1000×0.4+7）×[210.5万/（1-4%）]=3815.3万元
8）镀层及质量要求：
1 镀层厚度为，预镀铜5um;镀亮铜15um;镀亮镍2um；镀亮铬15um;镀层厚度误差最大不超过±5um,且镀层完整致密。
2 镀层结合力在25N/cm左右，光亮度，耐蚀性好，无麻点裂纹，及泛白现象。
3 镀件棱角处不能有突起节瘤，烧焦泛黄等现象，且镀件整体结构不形变，镀层不可有碰伤刮伤现象。
3、工作制度及年时基数
1）工作制度：
三班制生产（自动化产线），每班8小时。
2）工作天数：
全年工作254天（除去双休及法定假日）。
3）工人年时基数：
工人年时基数为全年工作时间扣除病、产、事假及其探亲假等时间损失后的有效工作时间，工人年时基数损失率按11%计算。
计算可得：
S总=254×8×3-（254×8×3）×11%≈5425h
4）设备年时基数：
设备年时基数为全年工作时间扣除设备检修及因其他原因引起的停工时间，设备年时基数按全年损失率4%计算。
计算可得：
F总=254×8×3-（254×8×3）×4%≈5852h
5）年产量：
210.5万件
日产量：
2105000/254≈8288件
每小时产量：
8288/（8×3）≈346件
4、生产节拍
t=FK×60/A
其中：
t——生产节拍时间（min/件、min/挂具）；
F——设备年时基数（h）；
K——85%负荷的不均衡因数（设备利用系数目前在我国一般为80％-90％）。
A——年纲领（台／a，挂具／a）。
t=5852×0.85×60/2105000/=0.142（min/件）
由于产量较大，所以采用三班制及自动化生产线生产符合生产要求。
5、线速度
V=Ad/FK×60
其中：
V---输送机的计算速度（线速度）（m/min）
A---年纲领挂具数（挂/年）
d---挂钩之间的距离（mm）
F---设备年时基数（h）
K---设备利用系数0.85（0.8--0.9）
每挂零件个数取116个。
V=（2105000/116）×2×4×1000×10ˆ-3/（5852×0.85×60）=0.49（m/min）
6、主要工艺流程与工序时间
1）工艺流程：
汽车反光镜罩ABS件注塑制取
合格检验及去毛刺处理
清除应力（内应力检查）
水洗
烘房烘干
上挂
除油（包括有机脱脂）
热水洗
中和处理
水洗
热水洗
化学粗化
水洗
中和处理
水洗
去离子水清洗
敏化处理
喷淋水洗
去离子水清洗
活化处理
水洗
去离子水清洗
化学镀铜（预镀铜）
水洗
水洗
活化
水洗
电镀铜加厚（镀亮铜）
热水洗
镀亮镍
热水洗
热水洗
镀亮铬
水洗
水洗
烘干
下挂
产品检验
浸油
包装入库
空挂具退镀
水洗
水洗
烘干
2）工序时间计算：
t=（60×ρ×d）/（c×Dk×ηk）（min）
其中：
t---电镀时间（min）
ρ---镀层金属密度（g/cm3）
d---镀层厚度（um）
c---电化学单量（g/A.h）
Dk---阴极电流密度（A/dm2）
ηk---阴极电流效率（%）
已知需电镀镀层参数：
镀层
参数
要求厚度
（um）
金属密度
（g/cm3）
电化当量
（g/A.h）
配方电流大小
（A/dm2）
配方电流效率
（%）
镀亮铜
15
8.9
1.186
3.5
97
镀亮镍
2
8.9
1.095
3.0
90
镀铬
15
7.22
0.324
30
20
电镀时间计算得：
镀亮铜：
t=（60×8.9×15）/（1.186×3.5×97）=20（min）
镀亮镍：
t=（60×8.9×2）/（1.095×3.0×90）=3.6（min）
镀亮铬：
t=（60×7.22×15）/（0.324×30×20）=33.5（min）
7、自动生产线设备确选择
1）自动生产线的选择：
由于ABS塑料电镀各个工序较为成熟、稳定，各工艺过程的时间较为固定，且年生产纲领给定任务数量较大，所以在本工艺中采用直线吊车式电镀自动生产线。
2）自动线吊车：
吊车采用门型结构双钩吊车，可使吊车运行时更加稳定，减小挂具晃动，可以缩短吊车水平行走的空程时间。
吊车行走速度取10m/min，吊钩升降速度选取10m/min，制动方式选取直流能耗制动，主动轮与从动轮的轮距选用1.5m。
自动线上有四台吊车连续运行。
3）自动线轨道：
轨道采用工字钢与轻型钢轨组合形式，整条产线采用U型产线。
4）控制系统：
该系统由手动控制系统及程序自动控制系统两部分组成，在调试、检修、事故处理及吊运阳极板时采用手动控制，且分别在上挂处、下挂处、及每个吊车上都有手动制动装置，随时可以控制产线的运行停止。
在正常运行期间由工艺员输入程序，以自动控制的形式正常运行。
8、挂具及阴极极板的设计
图2挂具的结构与样式
挂具的种类很多，一般要求根据镀件形状及特点来设计。
其主要作用是固定零件，连接阴极，使电流均匀地传递到零件上，同时挂具也是零件完成整个电镀过程的载体。
挂具的设计一般可选用钢、铜、黄铜、磷青铜、钛、不锈钢、铝及其合金等作为材料。
设计挂具的基本原则是：
有足够的机械强度和良好的导电性能；挂具除挂钩夹脚及提杆外其他部分与镀液绝缘；零件与挂具要接触牢固，装卸方便；此外还要力求质量小、体积小、坚固耐用、装载量适当。
本车间使用的挂具，选用黄铜作为挂具制作材料，非导电，非接触部分采用PVC（聚氯乙烯）浸塑处理。
黄铜导电性远不及纯铜，但优于大部分钢铁材料，且黄铜的塑性韧性弹性较好，其耐蚀性优良，故设计选用锌含量为30%至39%的黄铜作为挂具制作材料。
（挂具形状如图2）
挂具的结构一般分为双挂钩式和单挂钩式。
挂具主体部分尺寸：
长1600mm×宽300mm×1800mm,本次选用双挂钩式挂具，其结构通常有：
吊钩，提杆，主杆，支杆，挂钩五部分。
1）吊钩
吊钩是挂具与极棒的连接结构，因此，吊钩和极棒应保持较大的接触面和良好的接触状态，以保证电流顺利通过而不发热。
且吊钩要承受挂具和镀件的全部重量，故要求其有足够的机械强度，并且装卸方便。
本车间根据挂具的使用情况选用截面为长方形大小为30mm×15mm的黄铜棒材弯曲制成。
2）提杆
提杆位于主杆的上部并和主杆垂直，用焊接的方法与主杆相连接。
当挂具悬挂于镀槽时，提杆的位置应高出液面80mm左右。
3）、主杆
主杆支撑整个挂具和所挂零件的质量，并通过主杆传递电流到各支杆和零件上。
其直径大小需根据镀件总体重量和通过电流大小决定，考虑到在电镀过程中需要使用压缩空气搅拌和阴极移动，故主杆直径要适当加大。
主杆的材料选用φ12mm的黄铜棒，与吊钩焊接制成。
支杆：
通常用焊接的方法固定在主杆上，工作时承受悬挂零件的质量，支杆的材料一般用φ4mm～φ6mm的黄铜棒。
4）挂钩
挂钩在挂具上的分布密度要根据镀件形状及尺寸来确定。
应使挂具上的零件绝大部分表面或重要表面能朝向阳极，并避免压叠现象。
本车间挂钩选用黄铜做挂钩，因汽车反光镜镜罩尺寸偏大，挂钩之间的距离为340mm。
采用夹紧式挂钩，反光镜镜罩外表面朝向阳极。
塑料件电镀，零件之间的距离，可用以下经验公式参考计算：
S=1/4×（1.5D+5H+2.5）
其中：
S---电镀中，零件之间的距离；
D---镀件的内腔直径
H---镀件的厚度；
当D≥5cm时，S=5/4×（H+2.5）。
5）极板
极板也可称为导电杆，与挂具主导电杆挂钩连接，起导电及挂载运输挂具的作用。
为避免挂具运输传送过程中晃动及阴极移动时挂具发生移动，同时增大吊钩与导电杆之间的接触面积，因此本车间选用截面为长方形的黄铜板材作为极板，尺寸为：
长2100mm×宽100mm×高30mm。
（挂具与极板具体形状及尺寸详见附图1）
9、阳极装置的设计
根据镀层种类，和电镀工艺配方的不同，阳极的装置也各不一样。
镀亮铜：
阳极为磷铜球阳极（磷铜球直径Ф20mm，磷含量为5%），用钛篮装好，外置两层棉布袋，起过滤溶解性阳极及减缓阳极溶解的作用。
钛篮个数为6各，在镀槽中均匀分布，钛篮尺寸为：
长100mm×宽100mm×高2100mm。
镀亮镍：
阳极为可溶性镍块，镍块纯度≥99.5%，镍块大小:
长300mm×宽200mm×高50mm。
用钛篮装好固定。
钛篮个数为6各，在镀槽中均匀分布，钛篮尺寸为：
长100mm×宽100mm×高2100mm。
镀亮铬：
阳极为不溶性铅板阳极，6块铅板均匀分布在镀槽阳极一侧，铅板尺寸为：
长200mm×宽10mm×高2100mm。
10、镀槽种类的选择
1）热水洗、冷水洗、去离子水洗槽
冷水清洗槽通常是由硬聚氯乙烯塑料板、聚丙烯硬板或碳钢板制成的，但酸浸蚀工序后的冷水槽因有酸液带入，水洗槽内部宜采用硬聚氯乙烯塑料或其他耐酸材料内衬钢板制作，由于镀槽尺寸较大，外部需用条形钢板加固。
热水清洗槽通常由钢槽体及蒸汽加热管组成，由于热水槽容易沉积水垢，设计时应把排水、溢水管径适当加大，去离子水洗槽跟冷水洗槽制作要求相同。
2）喷淋水洗槽
喷淋水洗槽置于敏化后水洗工序，为生产线转弯处，根据设备场地因素，设置喷淋水洗工序，喷淋水洗后进入去离子水洗，再进行化学镀铜。
由于喷淋水洗产生的废水腐蚀性不高，且喷淋水洗槽不要求具有较强的力学性能，为节约成本，可用较薄金属板化工搪瓷制成，化工搪瓷（即搪玻璃）是由含硅量高的瓷釉喷涂于金属表面，通过900℃左右的高温搪烧，使瓷釉密着于金属板上而制成的。
瓷釉层厚度一般为0．8mm～1．5mm，具有优良的耐腐蚀性能和一定的导热性能，化工搪瓷设备一般都向工业搪瓷厂订购成品，不自行制造。
3）化学除油槽
化学除油槽由钢槽、蒸汽加热管及导电装置组成，溶液为碱性工作温度70～90℃，且除油碱洗工序中除油液为pH较高的碱性溶液，可用软聚氯乙烯塑料或其他耐碱性材料制作，由于镀槽尺寸较大，外部需用条形钢板加固。
。
4）粗化槽
ABS塑料件的粗化为铬酸粗化工艺，粗化液为高铬酸型粗化液，它的腐蚀性很强，必须要用厚度较大的硬聚氯乙烯材料制作衬里，外部槽体结构用钢板制成，粗化槽整体用钢条加固。
5）敏化，活化槽
敏化液为氯化亚锡加入盐酸溶液，活化液为钯盐活化液，其中都加入了少量盐酸溶液，溶液整体偏酸性，具有一定的腐蚀性，因此敏化槽和活化槽都需要用硬质聚氯乙烯衬里的钢板制成。
6）化学镀铜
化学镀铜槽根据溶液配方组成及工艺条件，为酸性镀槽，镀液温度一般较低，为20--25度，低于一般室温，槽体用聚氯乙烯塑料板。
且边上附有制冷机，及冰水槽，用于控制化学镀铜槽温度恒定。
化学镀铜工艺需要进行阴极移动或空气搅拌处理，因此镀槽底部应置一根空气搅拌通气管，通气管两侧有均匀距离的小开口，用于压缩空气排出，对镀液起搅拌作用。
7）镀铜槽
镀铜工艺为酸性镀铜工艺，镀液中需加入较大组份的硫酸，温度为15--25度，温度低于一般室温，槽体用聚氯乙烯塑料板。
且边上附有制冷机，及冰水槽，用于控制化学镀铜槽温度恒定。
电镀亮铜工艺需要进行阴极移动或空气搅拌处理，因此镀槽底部应置一根空气搅拌通气管，通气管两侧有均匀距离的小开口，用于压缩空气排出，对镀液起搅拌作用。
8）镀镍槽
镀镍槽根据溶液配方组成及工艺条件，选用酸性镀槽，槽体用聚氯乙烯塑料板，温度为40-50℃，因此槽内应置蒸汽管加热。
镀镍工艺需要进行阴极移动或空气搅拌处理，因此镀槽底部应置一根空气搅拌通气管，通气管两侧有均匀距离的小开口，用于压缩空气排出，对镀液起搅拌作用。
9）镀铬槽
本车间镀亮铬工艺采用酸性镀铬工艺，温度为30--40度，一般常温即可。
故不需要蒸汽加热装置，但酸性镀铬槽液腐蚀性较强，因此镀铬槽应该采用硬质聚氯乙烯板内衬的钢板制作，外用条形钢板加固。
镀铬工艺必须进行阴极移动处理，以增加镀层的致密性均匀性，提高镀层的光亮度。
10）退镀槽及中和槽
退镀槽和中和槽跟普通镀槽具有同样的大小及外形，因退镀液中有较高浓度的双氧水，所以不能使用聚氯乙烯做内衬，退镀槽和中和槽都可用化工搪瓷来提高槽体的耐油耐蚀性。
11）烘干槽
烘干槽内无槽液，槽内温度60--70摄氏度，内置电加热器，吹风机，槽体采用特殊设计。
槽体内部采用化工搪瓷处理，具有耐高温耐腐蚀作用，槽体开口设计外开式盖板，保持槽内温度，槽内温度自动控制，盖板开合通过PIC电路控制。
12）浸油槽
浸油槽跟普通镀槽具有同样的大小及外形，可用较薄的聚氯乙烯涂层来增加浸油槽的耐油耐蚀性。
11、槽体尺寸及个数的确定
1）槽体尺寸的确定：
槽体长度公式为L=nL1+（n-1）L2+2L3
式中L—槽子的长度（mm）
n—沿槽长方向的挂具数
L1—沿槽长方向挂具的宽度
L2—沿槽长方向挂具间的距离（30mm～100mm）
L3—挂具边缘至槽壁的距离（100mm～200mm）
镀铬槽采用阴极移动，阴极移动为上下移动式，移动位移50mm～150mm，不影响槽体的整体长度。
n=1L1=1600mmL3=200mm
根据公式得到：
L=2000mm
镀铬槽需要进行阴极移动：
L=2000mm
中心槽宽度公式为b=nk×b1+nk×b2+nkδ+2b3
式中b—槽子宽度（mm）
nk—挂具或阴极列数
b1—沿槽宽方向的挂具与零件宽度（mm）
b2—挂具边缘至阳极表面的距离（150mm～300mm）
b3—阳极背面至槽壁的距离（30mm～50mm）
δ—阳极或阳极篮的厚度（mm）
nk=2b1=200mmb2=200mmb3=30mmδ=100mm
根据公式得镀槽宽度：
b=2×200+2×200+2×100+2×30=1060mm取1100mm
槽高度公式为h=h1+h2+h3+h4
式中h—槽子高度（mm）
h1—挂具工作部位的高度（mm）
h2—挂具下端距槽底的高度（100mm～200mm）
h3—挂具上端距液面的高度（100mm～200mm）
h4—液面至槽沿的距离（100mm～150mm）
h1=1800mmh2=200mmh3=150mmh4=150
根据公式得到h=1800+200+150+150=2300mm
所以镀槽尺寸大小计算得：
2300
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