课程设计 钢套化学镀光亮镍工艺设计.docx

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课程设计钢套化学镀光亮镍工艺设计

课程设计

课程名称:

金属材料专业课程设计

设计课题:

钢套化学镀光亮镍工艺设计

指导教师:

周圣丰

专业：

金属材料腐蚀与防护班级：

1185011

姓名：

章增旺学号：

51

二O一四年12月30日

南昌航空大学

材料科学与工程学院2011级学生专业课程设计任务书

I、专业课程设计题目：

钢套化学镀光亮镍工艺设计

II、专业课程设计任务及设计技术要求：

零件材料为A3钢，尺寸：

外径150mm，内径110mm，高100mm，对其进行光

学镀光亮镍工艺设计，年产量700万件/年，要求：

1完成生产操作规程与工艺卡的编制；

2完成生产线设计说明书编写；88

3采用AUTOCAD软件绘制生产车间平面图。

　　　　4厚度：

光亮镍厚26微米

III、专业课程设计进度：

1.3周查资料并完成以上设计工作内容；

2.第4周周二上午交初稿，周五交正式稿。

1185011班腐蚀与防护系金属材料工程专业类

学生：

章增旺

日期：

自2014年12月1日至　2014年12月20日

指导教师：

周圣丰系主任：

附注:

任务书应该附在已完成的专业课程设计说明书首页。

目录

工艺设计说明书1

1摘要...........................................................................................................................1

1.1中文摘要1

1.2英文摘要2

2设计依据3

2.1工艺名称、材质、尺寸3

2.2镀层要求3

2.3车间任务和生产纲领3

2.4工作制度和年时基数3

2.5工艺流程3

2.6生产节拍3

2.7主要工序时间计算4

2.8线速度................................................................................................................4.

2.9生产线的确定4

3挂具的设计4

3.1挂具的尺寸设计5

3.2挂具材料的选择5

3.3挂具的结构5

4镀槽种类的选择5

5槽体尺寸及个数的确定5

5.1中心槽的选择5

5.2中心槽尺寸的计算6

5.3镀槽数量计算6

6材料动力（水、电、蒸汽、压缩空气等）消耗7

6.1水量消耗及计算................................................................................................7

6.1.1给水的要求...............................................................................................7

6.1.2排水...........................................................................................................7

6.1.3用水量的计算...........................................................................................8

6.2电的消耗..8

6.3蒸汽消耗8

6.3.1加热过程蒸汽消耗量计算8

6.3.2保温时蒸汽消耗量计算9

7主要工艺设备的采用及计算10

7.1蒸汽加热管10

8车间组成、面积和人员.......................................................................................11

8.1车间组成........................................................................................................11

8.2车间的区划、厂房形式................................................................................11

8.3车间面积........................................................................................................12

8.4工作人员组成................................................................................................12

9安全卫生及三废处理...........................................................................................13

9.1化学镀废水....................................................................................................13.

9.2废水处理方法................................................................................................13

9.3化学镀废气....................................................................................................14

9.4局部排风的设计原则....................................................................................14

9.5局部排风罩的设计15

生产工艺说明书16

1工艺流程16

2主要工序说明16

2.1化学除油16

2.2酸侵蚀16

2.3化学镀光亮镍...................................................................................................17

2.3.1工艺选择....................................................................................................17

2.3.2配方组成及工艺条件................................................................................17

2.3.3常见故障及排除方法18

2.4化学镀镍层的退除方法20

参考文献21

工艺卡.........................................................................................................................22

一、工艺设计说明书

1摘要

1.1中文摘要

化学镀镍是通过化学还原将溶液中的镍离子还原为镍金属的化学过程，99%的化学镀镍采用次磷酸钠作还原剂  

电镀镍与化学镀镍的主要差别在于纯度和结构方面的较大差异.例如电镀镍的纯度一般高于99%,但化学镀镍使用次磷酸钠作还原剂镀层的典型组成为92%的镍和8%的磷.磷含量对镀层性能有重要影响,它可在3%~12%的宽范围内变化工业上通常根据镀层磷含量的不同来区分化学镀镍镀层如：

低磷（磷含量2%~5%）中磷（磷含量6%~9%）高磷磷含量（10%~13%） 所以一旦确定了对镀层的性能要求,必须确定适当的化学镀镍类型.正如后面将谈到的低磷和高磷镀层的耐腐蚀性和硬度有很大的差别。

化学镀镍的结构决定了其某些独特性能,与电镀镍的晶体结构有很大不同.化学镀镍通常是非晶结构或是包含超细微晶的结构.随着磷含量的增加,镀层中非晶结构占主导当磷含量大于10.5%时,镀层完全是非晶结构.由于化学镀镍没有明确的晶体结构,消除了电镀镍晶态镀层出现的晶间腐蚀的可能.因此化学镀镍提供了更有效的屏蔽层而使基体免遭腐蚀。

关键词：

化学镀镍次磷酸钠还原剂剂磷含量非晶体结构屏蔽层

1.2英文摘要

Abstract:

Electrolessnickelplatingis throughthe reductionofnickel ionsinsolution forchemical process ofnickelmetal chemicalreductionof 99%, chemicalnickelplating usinghypophosphite asreducingagent

Themaindifferencebetween nickelplating and electrolessnickelplating is quitedifferent purityand structure. Forexample, thepurity ofnickelplating isgenerallyhigherthanthe 99%, butthe electrolessnickelplating using sodiumhypophosphite as reducingagent forthe typicalcompositionof plating nickeland8% 92%of phosphorus. Phosphoruscontent hasanimportanteffectonthepropertiesofcoatings, itcanbe inawide rangeof3%~12% withinthe industryoften changes accordingto thecontentofphosphorus todistinguishbetweendifferent electrolessnickel plating suchaslow phosphorus （Pcontent in 2%~5%）P （phosphoruscontent 6%~9%） GaoLin （phosphoruscontent 10%~13%） soonce determinedthe requirementfortheperformanceofthe coating, mustdetermine theappropriatetypeof chemical nickelplating. Aswillbediscussedlater low andhighphosphorus coating corrosionresistance andhardnessof thegreatdifference

Thestructure ofelectrolessnickelplating isdeterminedbyits uniquecharacteristics, andcrystalstructureof nickelplating isquitedifferent. Electrolessnickelplating isusually amorphous structureor contain ultra-finemicrocrystallinestructure. Withtheincreaseof phosphorus content, crystal structure isdominantwhenthe phosphorus contentmorethan10.5% non coating, plating layer iscompletely amorphousstructure. The crystalstructure ofelectrolessnickelplatingisnot clear, theeliminationofthe nickelelectroplating amorphouscoating appearsintergranularcorrosionmay. So chemicalnickelplating provides shieldinglayerismoreeffective andthe substrate fromcorrosion.

Keyword:

ElectrolessnickelplatingSodiumhypophosphiteThereducing agent

PhosphoruscontentNon crystalstructureTheshieldinglayer

2、设计依据

2.1工件名称、材质和尺寸

钢套、A3钢、尺寸：

外径150mm，内径110mm，高100mm

表面积：

980cm2

2.2镀层要求

酸性化学镀镍液工艺规范

2.3车间任务和生产纲领

（1）车间任务

本车间负责对A3钢钢套进行酸性化学镀光亮镍工艺

（2）生产纲领

年产量：

每年700万个

2.4工作制度和年时基数

（1）工作制度：

采用两班制，一、二班每班工作12小时

（2）工作天数：

251天（除去双休日）

（3）工人年时基数为全年时间和扣除病、产、事假及探亲等时间损失后的有效工作时间：

251×24－（251×24）×11%≈5361h（11%为工人年时基数损失率）

（4）设备年时基数（单班制）为全年工作时间扣除设备检修及其他原因引起的停工时间：

251×12－（251×12）×4%≈2892h（4%为设备年时基数损失率）

（5）年产量：

700万件

日产量：

7000000/251≈27888件

每小时：

27888/24≈1162件

2.5工艺流程

零件→上挂具→化学除油→水洗→酸洗→水洗→电化学除油→弱腐蚀→水洗→化学镀光亮镍→水洗→干燥→下挂具→包装入库

2.6生产节拍

T=FK×60/A=2892×80%×60/7000000=0.0198min/件

T—生产节拍时间（min/件，min/挂）；

F—设备年时基数（h）；

K—负荷的不均衡因数（设备利用系数）目前在我国一般为80%—90%，在发达国家一般大于90%，本车间区80%

A—年纲领（台/a，挂具/a）

2.7主要工序时间计算

已知镀层要求厚度为:

光亮镍26μm

经查阅资料可知，酸性化学镀光亮镍工艺镀层厚度为20μm/h，需要达到镀层厚度要求时间为78分钟，采用每90分钟镀一批零件，一天镀16批，每一批4挂，每挂432个零件。

2.8线速度

v=Ad/FK×60=173190×60×10-3/2892×85%=3.05（m/min）

式中：

v—输送机的计算速度（线速度）（m/min）

A—年纲领挂具数（挂/年）

d—挂钩之间的间距（mm）

F—设备年时基数（h）

K—设备利用系数（0.8～0.9）

2.9生产线的确定

（1）自动生产线的选择：

由于酸性化学镀光亮镍的工艺成熟、稳定，所以在本工艺中采用直线吊车式化学镀自动生产线。

（2）自动线吊车：

吊车采用双钩吊车，可以缩短吊车水平行走的空程时间。

吊车行走速度取15m/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。

自动线上有三台吊车连续运行。

（3）自动线轨道：

轨道采用工字钢与轻型钢轨组合形式。

（4）自动线的控制系统：

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，进行其他工作时采用自动控制。

3挂具的设计

挂具是固定零件，因此合理地选用挂具对保证镀层质量、提高生产效率、降低劳动强度有重要意义。

设计挂具的基本原则是：

有足够的机械强度，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。

3.1挂具的尺寸设计

镀件的表面积：

一块镀件表面积为980cm2；

挂具的长度：

L=2.3m

挂具的宽度：

K=0.3m

挂具的高度：

H=2.1m；

3.2挂具材料的选择

挂具应选择资源丰富、成本较低、有足够的机械强度、不易腐蚀的材料。

常用的有钢、铜、黄铜、磷青铜、钛、不锈钢、铝及其合金等。

3.3挂具的结构

挂具采用一挂六的形式

4镀槽种类的选择

1）水清洗槽

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，宜采用硬聚氯乙烯塑料或其他耐酸材料制作。

2）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℃。

3）酸浸蚀槽和酸性镀槽

由于浸蚀及抛光液使用硫酸，它的腐蚀性很强，必须要用耐腐蚀的材料制作槽体或衬里。

酸性槽采用小型的硬聚氯乙烯槽。

4）光亮镀镍槽

镀镍槽根据溶液配方组成及工艺条件，选用酸性镀槽，槽体用不锈钢板，槽内铺设蒸汽管道，温度为90℃。

5槽体尺寸及个数的确定

5.1中心槽的选择

由生产工艺可知中心槽为酸性化学镀光亮镍镀槽；

5.2中心槽尺寸的计算

中心槽长度公式为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（80mm～100mm）

根据公式得到L=2.5m取3m

中心槽宽度公式为b=nk×b1+2nk×b2+（nk+1）δ+2b3

式中b—槽子宽度（mm）

nk—挂具或阴极列数

b1—沿槽宽方向的挂具宽度（mm）

b2—挂具边缘至阳极表面的距离（150mm～250mm）

b3—阳极背面至槽壁的距离（30mm～50mm）

δ—阳极或阳极篮的厚度（mm）

根据公式得b=2m

中心槽高度公式为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（80mm～150mm）

h4—液面至槽沿的距离（100mm～150mm）

根据公式得到h=2.5m

5.3镀槽数量计算

n=P·（1+a）·t·k1/60·Y·T

式中：

n—镀槽数量

P—年生产总量

t—每次电镀所需时间（min），包括出入槽所需的辅助

时间（3min~5min内）

a—返修率（5%）

T—设备的年时基数（h）

k1—应扣除的时间系数

注：

一班制k1=1.06~1.10

两班制k1=1.03~1.05

三班制k1=1.02~1.04

Y—设备的平均负荷量（m2）

表8.3槽体尺寸

槽体名称

尺寸

个数

备注

冷水槽

浸蚀槽

化学除油槽

电化学除油槽

镀亮镍槽

回收槽

3000×2000×2500

3000×2000×2500

3000×3000×2500

3000×2000×2500

3000×2000×2500

3000×2000×2500

4

2

1

1

1

4

6材料动力（水、电、蒸汽、压缩空气等）消耗

6.1水量消耗及计算

6.1.1给水的要求

工艺用水，包括配制镀液、调整槽液及溶液蒸发补充水，水质要求较高，有时应用去离子水（纯水）。

清洗零件用水，可用自来水和质量较好的井水。

设备冷却用水，可用井水或净化回收的水。

6.1.2排水

根据废水的特征按质分流排水、便于回收或单独处理。

不进行回收和单独处理的，可混合排放。

应注意节约用水，自动线上浸、淋、漂、喷洗尽量采用逆流清洗方法；设备冷却水或加热用水尽量回用。

6.1.3用水量的计算

1）清洗槽用水量的计算

小时用水量和最大小时用量可按下面简单方法计算：

小时用水量=槽体有效容积×小时换水次数（m3/h）

最大小时用水量=槽体有效容积×（小时换水次数+1）（m3/h）。

即冷水槽小时用水量=15000×10-3×0.3=4.5m3/h

最大小时用水量=15000×10-3×（0.3+0.15）=6.75m3/h

平均小时用水量=（1×6.75+11×4.5）/12=4.69m3/h

2）车间用水总量计算

水量的总消耗量按下式计算：

Qavg=Q1K1（m3/h）

Qmax=Q2K2（m3/h）

式中Qavg——车间小时用水平均总量（m3/h）；

Qmax——车间小时用水最大总量（m3/h）；

Q1，Q2分别为各用水设备的小时用水平均及最大量（m3/h）；

K1——设备同时使用系数，采用0.7～0.9

K2——设备同时换水系数，采用0.8～0.9

Qavg=4.69*4=18.76（m3/h）

Qmax=6.75*4=27（m3/h）

6.2电的消耗

车间除照明用电和设备动力用电外，还有电加热装置用电。

照明用电按车间各工作间照明的最低照度估算。

标准设备用电量，按产品说明书表明的电容量计算，非标准设备按设备设计图纸上表明的电容量计算。

电加热装置用电，可根据热量计算结果换算。

6.3蒸汽消耗

6.3.1加热过程蒸汽消耗量计算

Q=[V·ρ·c·﹙t2-t1﹚/t﹢V·q]β

所用蒸汽量为：

G=Q/γ（kg/h）

式中Q——镀液升温所需要的热量（4.168kJ/h）

V——槽液容积（L）

ρ——溶液密度（kg/L）

c——溶液比热容（4.168kJ/kg·℃），（水及水溶液ρc=1）

t1——镀液初始温度（室温）

t2——镀液工作温度（℃）

q——单位体积水溶液加热过程中平均消耗量（4.168kJ/L·h）

t——升温时间（h）

β——热量损失系数，槽子有保温层时β=1.1～1.15，无保温层时β=1.15～1.3。

G——蒸汽消耗量（kg/h）

Q——镀液加热或热水槽工作时所需的热量（kJ/h）

γ——蒸汽的潜热，

当化学镀车间蒸汽压力p=0.3MPa时，γ=2164kJ/kg