镀锌课程设计说明书.docx

1、镀锌课程设计说明书1 概述1.1 电镀的定义电镀是指在含有被镀金属的盐类溶液中，以被镀基体金属为阴极，通过电解作用，使镀液中欲镀金属的阳离子在基体金属表面沉积出来，形成镀层的一种表面加工方法。1.2 电镀的分类（1）根据镀层功能分类：装饰型、功能型、防护型（2）根据所镀金属分类： 镀镍、镀铬、镀锌、镀金、镀铜、镀合金、复合镀等。1.3 电镀的基本知识1.3.1 电镀液（1）主盐：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。主盐浓度应在一个适当的范围，同一条件下浓度升高，电流效率增高，沉积速度加快，镀层晶粒较粗，溶液分散能力下降。（2）络合剂：能络合主盐中的金属离子形成络合物的物

2、质。（3）附加盐：电镀液中除主盐外的某些碱金属或碱土金属盐类，主要用于提高电镀液的导电性，对主盐中的金属离子不起络合作用。（4）缓冲剂：用来稳定溶液酸碱度的物质。（5）阳极活化剂：能促进阳极活化的物质。它可提高阳极开始钝化的电流密度，保证阳极处于活化状态。（6）添加剂：不会明显改变镀层导电性，而能显著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。 1.4 电镀层的特性与分类1.4.1 电镀层的作用（1）提高金属零件在使用环境中的抗蚀性能；（2）装饰零件的外表，使其光亮美观；（3）提高零件的工作性能，如硬度、耐磨性、导电性及耐热性等。1.4.2电镀层的分类 按照基体金属和镀层的电化学

3、关系，可以把镀层分为阴极性镀层和阳极性镀层。按镀层用途可以把镀层分为3大类。（1）防护性镀层：主要作用是保护基体金属免受腐蚀，不规定对产品的装饰要求，如镀锌、镀镉等。（2）防护-装饰性镀层：除保护基体金属外，还使零件美观，如镀镍、镀镍/铬及镀铜/镍/铬等。（3）功能性镀层：除具有一定的保护作用外，主要用于特殊的工作目的，如镀锡、镀银及硬铬等。1.5施工设备与工装基本原则：环境方面要遵守环境保护法令，经济方面追求低成本高利润，生产方面周期短，合格率高，安全与技术易于管理。（1）电源设备：低电压高电流的直流电源。安全可靠与小型化，电压与电流能自动化无级调整和能远距离操作。 （2）工艺槽：镀槽和处理

4、槽（3）挂具的组成：吊钩、提杆、主架、支架和挂钩。 作用：固定镀件和传导电流 基本要求：有良好的导电性能和化学稳定性，有足够的机械强度，保证装夹牢固，装卸方便，非工作部分作绝缘处理。2 镀锌工艺2.1 镀锌原理 在盛有镀锌液的镀槽中，经过清理和特殊预处理的待镀件作为阴极，用镀覆金属制成阳极，两极分别与直流电源的正极和负极联接。镀锌液由含有镀覆金属的化合物、导电的盐类、缓冲剂、pH调节剂和添加剂等的水溶液组成。通电后，镀锌液中的金属离子，在电位差的作用下移动到阴极上形成镀层。阳极的金属形成金属离子进入镀锌液，以保持被镀覆的金属离子的浓度。在有些情况下，如镀铬，是采用铅、铅锑合金制成的不溶性阳极，

5、它只起传递电子、导通电流的作用。电解液中的铬离子浓度，需依靠定期地向镀液中加入铬化合物来维持。镀锌时，阳极材料的质量、镀锌液的成分、温度、电流密度、通电时间、搅拌强度、析出的杂质、电源波形等都会影响镀层的质量，注意控制。2.2 镀锌工艺要将金属锌镀到钢铁表面去防锈，要有一定的方法和步骤。这就是镀锌工艺。首先要将被镀钢铁工件表面弄干净：出去上面的油污和铁锈（氧化皮），使钢铁表面露出清洁新鲜的表面，然后放入镀锌溶液中去镀锌。镀完锌层后还要进行后处理才能达到防锈的目的。整个工艺由几十个工序组成。其中镀锌溶液是镀锌工艺的主体。2.3 镀锌溶液的分类 镀锌溶液分为两大类：一类为碱性镀锌溶液，另一类为酸性

6、镀锌溶液。 高氰镀锌 氰化物镀锌 中氰镀锌 碱性镀锌 低氰镀锌 锌酸盐镀锌镀锌 焦磷酸盐镀锌 氯化钾镀锌 酸性镀锌 氯化铵镀锌 硫酸盐镀锌3 课程设计任务说明3.1 任务题目年产20万件的搭板表面镀锌生产工艺设计3.2 任务内容对给定尺寸和生产任务的零件进行表面电镀处理，得到厚度约为8um的电镀层，并且依据产量的要求和相关的生产技术资料计算出电镀生产所用的相关设备尺寸，制定合理的生产工艺流程。在以上工作的基础上绘制出镀槽和挂具零件图，以及简易的车间平面布置图，完成课程设计的说明书。3.3 任务要求（1）根据设计内容制定出相应的生产工艺流程，要求每个环节中所用的电镀生产原料和设备类型必须确定，完

7、成生产工艺卡片。（2）根据产品的尺寸和生产纲领，计算出所需的电镀设备的尺寸规格，并画出镀槽的零件图。（3）设计挂具的形状并计算尺寸，画出挂具的零件图。（4）在以上工作的基础上，参阅车间设计的相关要求完成车间平面简图的绘制，其中，设备的顺序、间距、环保设施等必须通过计算制定。（5）完成设计说明书，其中包括相关的计算和分析过程，字数不少于8000字。4 生产任务设计4.1 任务零件图（如图2-1）图2-1 搭板零件图4.2 制定工艺任务要求在20钢上镀锌，厚度为8um，根据表2-1可知，宜选择酸性氯化钾溶液镀锌。同时由于零件为板状较大型工件，宜选用挂镀法进行电镀。表2-1 镀锌溶液性能对比镀液类型

8、类型电流效率分散能力覆盖能力光亮度抗蚀性能废水处理氰化物低好好一般好难锌酸盐低好差一般好易氯化铵中等好好好差难氯化钾高一般好好一般易硫酸盐高差差一般一般易则具体工艺流程如下：（124为全自动生产流程）0毛坯检查 1上挂具 2化学除油 3热水洗 4冷水洗 5酸洗去锈 6冷水洗 7中和 8冷水洗 9电解除油 10热水洗 11冷水洗+喷淋 12酸活化 13冷水洗 14冷水洗+喷淋 15氯化钾镀锌 16回收 17冷水洗 18冷水洗+喷淋 19硝酸出光 20冷水洗 21钝化 22冷水洗+喷淋 23烘干 24下挂具 25检验包装4.3 工艺卡片序号工序名称配方及其他（温度、时间及其他条件）0毛坯检查内容：

9、检查零件是否符合外观规格，是否需要机械整平，是否符合上挂具要求要求：在正式开始工作前必须完成，此道工序不计入总流程。1上挂具将搭板挂到挂具上，保证放稳、放平时间： 1min2化学除油NaOH 40g/L 30g/L 10g/L 15g/LOP乳化剂 3g/L温度 90时间 30s3热水洗温度 80时间 5s4冷水洗时间 5s5酸洗去锈工业盐酸(37%HCl) 420mL/L工业磷酸 420mL/L乳化剂OP-10 1g/L十二烷基硫酸钠 1g/L添加剂（含羟基有机化合物） 20g/L时间 30s6冷水洗时间 5s7中和工业纯碱（碳酸钠） 30g/L时间 10s8冷水洗时间 5s9电解除油NaO

10、H 20g/L 60g/L 60g/L温度 80电流密度 10A/d时间 60s10热水洗温度 80时间 5s11冷水洗+喷淋工件提起出槽时喷淋自动开启时间 5s12酸活化工业盐酸(37%HCl) 200mL/L时间 6s13冷水洗时间 5s14冷水洗+喷淋工件提起出槽时喷淋自动开启时间 5s15氯化钾镀锌 70g/LKCl 200g/L硼酸 25g/L苄叉丙酮(主光亮剂) 0.3g/L苯甲酸钠(辅助光亮剂) 2g/L载体光亮剂 10g/LpH值 4.85.8温度 30阴极电流密度 2.5A/d阳极 零号锌板16回收冷水回收镀液时间 10s17冷水洗时间 5s18冷水洗+喷淋工件提起出槽时喷淋

11、自动开启时间 5s19硝酸出光硝酸 50g/L工业盐酸(37%HCl) 100mL/L温度 室温时间 5s20冷水洗时间 5s21钝化硅酸钠(40%) 40g/L硫酸(98%) 3g/L过氧化氢(38%) 40g/L硝酸(10%) 5g/LpH值 23时间 20s缓蚀添加剂1-羟基亚乙基二膦酸(50%) 5g/L次氮基三甲膦酸(50%) 5g/L乙二胺四亚甲基膦酸盐(50%) 5g/L植酸 5g/L22冷水洗+喷淋工件提起出槽时喷淋自动开启时间 5s23烘干时间 60s24下挂具将镀好的零件从挂具上取下时间 1min25检验包装内容：抽样检验成品，贴标签，包装。要求：于仓库内完成，不计入总电镀

12、流程。4.4 计算4.4.1 零件电镀有效面积上下面总面积=（802403+202402-20202）2 = 137326.35()边厚面积=（2402+804+204+802+2202）4 = 5297.86()所以：有效面积=上下面总面积+边厚面积 =137326.35+5297.86=142624.21()4.4.2 零件质量零件表面积S=上下面总面积/2=686.63175零件厚度h=0.4cm零件材料20钢密度为p=7.85g/所以： 零件质量m=pSh=2156g4.4.3 锌的电化当量 K=65.39226.8=1.22g/(Ah)4.4.4 电镀时间锌的密度为7.13 g/，镀

13、层厚度为8um，由氯化钾溶液酸性镀锌效率为95%98%可取效率为96%，由酸性镀锌电流密度13A/d可取电流效率为2.5A/d则有： 即电镀锌单次时间为11min42s。4.4.5 确定生产时间综上分析，可得出以下几点条件：（1）由于上述计算过程可知单个零件质量约为2.2kg。为满足挂具安全限制量10kg的要求，则要求挂具最多可挂4个零件；（2）综合考虑到工人体力、福利等各方面因素，选择采取两班制（即每日工作时间为早起8点至晚间24点，有效工作时间共16h）；（3）考虑到有废品出现，选择取废品率为1%。则实际年产量应达到202000件。（4）单独锌电镀时间为11min42s，整个流程为22mi

14、n13s。可以看出整个流程中电镀时间最长。由于是采取全自动连续加工，则除每天第一次工作流程按全时24min（考虑有不可知因素存在取空余时间1min47s然后取整）算以外，剩下批次流程用时可按【电镀时间+下挂具时间】即13min（考虑有不可知因素存在取空余时间18s然后取整）来计算。根据以上四点先假设采取两条生产线同时生产，则完成额定目标需用时为：即完成全部任务需346天。可知可以有19天全体工人节假日。可以分为年元旦1天、春节8天、元宵节1天、清明节3天、端午节1天、中秋节1天、劳动节2天、国庆节2天。同时考虑到员工福利问题采取3班工人制，即平时每个工人工作2天后可以休息1天。考虑到个别员工请

15、假，其可通过与别人换班来解决。对于请婚假、产假等的工人在其提前1个月提交书面申请后由公司采取从检测室、其他车间抽调或聘用临时工等方式来顶替非重要岗位的方法来解决。综合考虑后该生产时间安排满足各方面要求，则确定生产方式及时间安排如下：工人班组 3组工作班次 2班生产线 2条每个挂具悬挂零件数目 4个工人每日工作时间 8 h工人平时上班时间安排 上两天休息一天车间全体全年固定放假 19天5 生产设备设计5.1 挂具设计5.1.1 确定挂钩数目及形式 由于前述已确定挂具至多同时挂4个零件，则根据图2-1 （搭板零件图）综合考虑后设计挂钩4套，每套2个挂钩，具体形式如图3-1所示。图3-1 挂钩示意图

16、5.1.2吊钩设计 吊钩和极棒相连，电镀时由它传递电源到挂具和零件上，因此必须要采用导电性良好的材料来制作。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。采用吊钩与主杆做成一体的形式可保证挂具满足必要的机械强度。吊钩形式如图3-2所示。图3-2 吊钩形式5.1.3确定挂具材料考虑到镀锌且零件面积较大，需要较好的导电性，则由表3-1、3-2、 3-3综合考虑：表3-1 常用挂具材料的性能和适用范围表3-2 常用金属材料的导电率表3-3 不同镀液对挂具要求表3-3 不同镀液对挂具要求可选取紫铜或黄铜作为挂具材料。由前述计算部分可知本次取电流密度为2.5A/d，电流效率为96%，

17、而同时零件电镀有效面积为14.262421 d。则由公式可知： 所以整套（两个挂钩并联）所需电流为单个所需电流2=74.28(A)则根据表3-4可知：在同样满足电流通过条件时，出于经济效益角度考虑，最终选择黄铜作为挂具材料。表3-4 直流电导电体的允许负荷和导电体剖面积关系5.1.4 确定挂具各段杆的直径由表3-4可知，要满足已求得的电流条件只需要导电体（即挂钩截面积）大于45即可。即挂钩的直径： =7.57mm 即可。则取挂钩为直径8mm的黄铜棒。则根据由小到大的、环环相套的原则可依次确定支杆、提杆、主杆的直径：取支杆为直径10mm的黄铜棒；取提杆为直径12mm的黄铜棒；取主杆为直径12mm

18、的黄铜棒。5.1.5 确定挂具各段尺寸综合考虑以下几点：（1）零件在镀槽中竖直悬挂，其上挂具后总长为240mm，宽20mm，高280mm。其两孔之间的圆心距为180mm；（2）零件上挂具以后其最下端距离挂钩的距离为（1608）mm=152mm，两端距离挂钩均为30mm，上端距离挂钩120mm；（3）零件在挂具上应该是向外凸着的，同时零件凸起部与挂钩近支杆的那半部分是平行的。同时考虑表3-5所列条件：表3-5 挂具外形尺寸参考依据则可选取以下数据：（1）镀件上端离镀液面距离：60mm（2）挂具提杆离镀液液面距离：100mm（3）挂具离左右槽壁距离：150mm（4）镀液液面离槽口距离：120mm（

19、5）挂具底部离槽底距离：200mm（6）镀件下端离槽底距离：140mm（7）提杆离吊钩下端距离：100mm（8）将挂钩从左到右依次排序为1、2、 3、4后可知：1、2号与3、4号挂钩之间距离即零件圆心距180mm（9）零件与零件间距离40mm。即2、3号挂钩之间的距离为30+40+30=100(mm)。同时取零件与主杆以及支杆间的距离均为40mm，即1、4号挂钩与主杆和1、 2、 3、 4号挂钩与支杆之间的距离均为40mm。5.1.6 确定挂具形式根据上述可画出挂具装配图如图3-3所示。图3-3 挂具图5.1.7 挂具的绝缘处理电镀挂具除了需要和零件接触、有导电要求的部位外，其他部位都用非金属

20、材料包扎或涂覆，使其成非导体。这样，便于使电流通过挂具集中到零件上去，加快沉积速度，提高生产效率，同时节约了金属材料和电能。此外，在挂具退镀和酸洗时，还可以减少挂具的腐蚀，延长挂具的使用寿命。（1）对绝缘材料的要求：化学稳定性要好，要能够耐各类电解液的腐蚀；耐热性好，要能够耐各类电解液的腐蚀；与挂具金属有良好的结合力；经得起操作过程中的碰撞与摩擦。（2）绝缘方法：在绝缘漆容器中，将除去油和氧化膜的挂具浸入绝缘漆，待挂具金属的各个部位都涂上漆后，将挂具从绝缘漆容器中取出，挂在空气中或烘箱中干燥。干燥以后再浸入绝缘容器中涂第二层漆，这样反复涂35层，使绝缘漆有足够的厚度，以免漆层太薄在电镀时漏电镀

21、上金属镀层。（3）绝缘漆种类：将包扎挂具用的塑料，用环己酮溶解。同时将棉絮状的过氯乙烯粉，用香蕉水溶解成稀的黏稠液。两种混合后即成。厚薄以搅拌棒从漆中取出时，它的最下部不会形成较厚的漆膜为好。5.2 镀槽设计5.2.1 镀槽的内部尺寸内长：由前述可知整个挂具长约600mm。取挂具离左右槽壁距离为150mm 则镀槽长为600+1502=900(mm)；内宽：考虑到电极、加热装置等外加设备，取外加设备离槽壁距离为50mm，取镀件离外加设备距离为150mm，而由上一节可知挂钩最大宽度为170mm则镀槽宽为502+1502+170=570(mm)；内高：由于镀液液面距离槽口120mm，零件最上端距离镀

22、液液面60mm，零件最下端距离槽底140mm，零件高280mm 则镀槽高为120+60+140+280=600(mm).根据表3-6：表3-6 电镀槽尺寸表（钢板焊制）所以可以选择内部尺寸为长1000mm、宽600mm、高600mm的小电镀槽，厚度取8mm。5.2.2 镀槽具体设计根据前述镀锌工艺，结合表3-7、表3-8可综合各类镀槽特点设计如下：（1）清洗槽：（回收槽设计完全等同冷水槽）冷水清洗槽设排水孔及溢水口(为了便于换水与排除水面脏物), 在槽口安装自动喷水装置。外部用碳钢焊接制成，内部衬4mm软聚氯乙烯塑料。热水清洗槽由钢槽体及蒸汽加热管组成（槽体上无排水孔和溢水口）。外部用碳钢焊接

23、制成，内部衬4mm铅板。（2）弱碱性中和槽：无需吸收、加热、搅拌、溢水等装置，溶液也不需要经常更换。外部用碳钢焊接制成，内部无衬里。（3）化学除油和电化学除油槽：这类槽液都是碱性，对钢槽无浸蚀作用，故不需衬里。 化学除油槽：设置加热装置及吸风罩。针对可能产生的悬浮泡沫，设溢流室，用循环泵除去油污。电化学除油槽：设置加热装置及吸风罩。针对可能产生的悬浮泡沫，设溢流室，用循环泵除去油污。同时设置导电极棒装置。（4）酸洗去锈槽、酸洗活化槽和酸洗出光槽：设置吸风罩，外部用碳钢焊接制成，内部衬5mm软聚氯乙烯塑料。（5）钝化槽：设置压缩空气鼓入装置，外部用碳钢焊接制成，内部衬5mm软聚氯乙烯塑料。（6）

24、镀锌槽：设置加热装置、搅拌装置、吸风罩及导电极棒装置，外部用碳钢焊接制成，内部衬5mm软聚氯乙烯塑料。（7）烘干槽：设置加热烘干装置，内部不装液体，外部用碳钢焊接制成，内部无衬里。其中各项辅助设备具体设置如下：1)加热装置采取蛇型加热管深入镀槽中，管内通入热蒸汽的方式加热；2)搅拌是采用鼓入压缩空气的方式推动溶液加快流动；3)排水口在槽体底部，溢流口在槽体上部，管口与液面齐平而低于槽口。废水由管口溢入管内，导入下水道，这样以保持地面干燥。溢流管设在槽内或槽外。电镀槽的绝缘：钢制镀槽与地面接触绝缘，用绝缘瓷座、耐酸陶瓷砖或浸过沥青的砖块作槽体垫脚。蒸汽管及回水管接到镀槽的加热管处，用绝缘接头或耐

25、热橡胶管绝缘。用塑料或玻璃的吸风罩，防止漏电。表3-7 常用镀槽衬里材料的性能表3-8常用镀槽的材料和附加装置5.2.3 确定镀槽形式由于选择的是小镀槽，外部无需额外用加强肋固定，只需处理好槽口的绝缘带之后按工艺流程摆放好即可。根据尺寸进行槽体焊接时，槽口角钢与钢板之间、槽内部分用连续焊，槽外部分用断续焊。镀槽的装配图如图3-4所示。图3-4 镀槽图6 工艺质量控制6.1 镀层厚度的测试考虑到检验时间应尽量短，同时要保证较高的准确度，则综合考虑后选择X射线光谱测定法（X射线荧光法）来快速测量成品镀层厚度是否满足8um的要求。每日抽样测2次。其原理为：当X射线照射到一种金属表面时，金属就会产生二

26、次射线。二次射线的频率是金属原子序数的函数，其强度与镀层厚度有一定关系。因此，本方法可用于测定任何金属或非金属基体上约15um以内金属镀层的厚度。它可以测量极小的面积和极薄的镀层厚度（百分之几微米）。对平面的、不规则形状的零件均可测量，也可同时测量多层镀层的厚度。6.2 镀层结合强度测试 由于评定镀层与基体金属结合强度的方法很多，但定量测定较困难。目前常用的是一些定性的试验方法，则应该选择抽检的方式进行。综合考虑后选择摩擦抛光试验。每日抽样测1次。其原理为：在面积的镀层表面上，用一根直径为6mm、末端为光滑半球形的圆钢条作工具摩擦15s，摩擦时所施加的压力只限于擦光而不能削割镀层，随着摩擦的继

27、续进行而出现长大的鼓泡，则说明镀层结合强度差。6.3 镀层耐蚀性的测试采取人工加速腐蚀试验中的盐雾试验进行抽样检测。根据表4-1可知选择中型盐雾试验。每日抽样测1次。表4-1 各种盐雾试验规范6.4 镀层孔隙率的测试考虑到尽可能的操作简便，故而选择腐蚀法中的湿润滤纸贴置法。每日抽样检测4次。6.5 镀液控制整个工艺过程中各种溶液成分始终在不停地变化，需用霍尔槽试验每时检测一次，如果发现有成分即将或已经不足的情况时要尽快按规范操作及工艺要求添加试剂。其原理为：在电镀过程中，为了维持添加剂的正确配比，应经常掌握实际消耗量。但由于添加剂大多数是复杂的有机物，通常的化验手段很难检定。霍尔槽试验操作较简

28、单，是一种试验效果好、所需溶液体积小的小型电镀试验槽。它可以较好地确定获得外观合格镀层的电流密度范围及其他工艺条件（如温度、pH等），用于研究溶液主要组分和添加剂的影响，帮助分析溶液产生故障的原因。此外，利用霍尔槽还可以测定镀液的分散能力、整平性及镀层的内应力。因此，霍尔槽试验在电镀工艺试验研究和现场生产质量控制方面都得到了广泛地应用。其外形尺寸如图4-1、表4-2所示，试验电路如图4-2图4-1 霍尔槽的构造表4-2 霍尔槽内尺寸图4-2 霍尔槽试验装置6.6 操作注意事项一是正确取样；二是化验的基本操作要规范；三是严格按照工艺卡片指定的工艺进行。7 环保要求与清洁化生产7.1 “三废”的产

29、生及危害在镀锌工艺中要使用大量的化工药品。这些药品中有些本身具有毒性，有些在使用过程中会产生有毒物质。这些有毒物质会通过大气、废水和废渣的形式对环境造成污染，从而对人类的生存造成危害。（1）废气 镀锌工艺中的废气主要有氯化氢（盐酸气）、碱雾、氮氧化物。他们来自于镀前处理中的碱雾与酸雾以及钝化处理中。这些气体会对人的呼吸系统造成刺激和损害，同时也会腐蚀车间设备。（2）废水 在整个镀锌过程中，各个工序都有废水产生。在前处理中有酸、碱废水产生。在电镀过程中有含氯离子、锌离子、铵离子等的废水产生。在镀后处理中有含酸根、络离子、锌、铜、银等重金属离子产生。这些废水量大，必须进行治理。（3）废渣 在处理这些废水过程中，会产生各种污泥，形成废渣。这些废渣是不能随便丢弃的，要进行处理。7.2 废水的治理电镀废水主要包括电镀漂洗废水、钝化废水、镀件酸洗废水、刷洗地坪和极板的废水以及由于操作或管理不善引起的“跑、冒、滴、漏”产生的废水，另外还有废水处理过程中自用水的排放以及化验室的排水等。鉴于废水是整个工艺过程中的主要污染物，故而应在车间附近建造专门有针对性的废水处理区。其作用就是及时处理整个电镀厂区排出的废水，达标后返回车间已达到水循环利用的目的。7.3 废气的治理鉴于整个工艺流程中产生的废气主要