镍合金丝的抛光设计.docx

1、镍合金丝的抛光设计第一章 概况1.1 设计任务书及目标1.1.1 设计题目：镍合金丝的抛光设计1.1.2 设计背景： 合金丝在加工过程中，由于模具的发热等原因使合金丝表面有一层黑色的油层，这除了影响合金丝的外观外，还影响合金丝在喷涂、焊接过程中的应用。为此要求对合金表面的油层进行去除。通过实验发现，电化学抛光是去除表面油层的极好方法。去膜的速度快、工艺简单，但必须有一个装置。为此,受江苏启迪合金丝企业的委托，现设计一个表面除油墨的车间。1.1.3 技术的要求： 1）设计的电化学抛光的抛光液组合为H3PO4-60%，OP-2%，乙醇-8%，温度为室温。 2）抛光电流26A/dm2 3）丝材的直径

2、：2mm 4）直流电源的最大值1.1.4 课程设计的要求： 认真阅读相关标准，领会设计要求，先设计出合适的直流电源，走丝速度，选择和设计阴极材料，安装方式，列出每个材料的标准1.2设计单位概况西安理工大学，材料科学与工程学院，材料物理化学系，材化082班合作设计。材料科学与工程学院是我校创建最早的院系之一。学院现设有材料科学与工程系、材料成型与控制工程系、材料物理与化学系三个教学系和一个以本科实验教学为建设目标的材料实验中心。具有材料科学与工程一级学科博士学位授予权，其中，材料科学与工程和材料成型与控制工程专业为陕西省名牌专业。1.3设计原则1）采用先进技术、成熟工艺、合理投资、方便管理、运行

3、可靠；2）丝材及抛光原料便于采购，原材料来源广；3）施工工艺先进，加工方便。4) 实施工艺安全、环保、不污染环境。1.4 设计范围 1）材料的选用合金丝：直径为2mm的镍铬合金丝电解槽：聚氯乙烯硬板材阳极夹具：钛合金（因为，钛及其合金较耐腐蚀、寿命长，钛离子对槽液无影响。）阴极材料：铅板 2) 溶液的配方 抛光液组成是影响抛光表面粗糙度的重要因素。对与同样的材料，设置不同的工艺参数，若选择不同成分或不同比例的电解液，则得到的样品表面粗糙度可能会有很大差异。实践表明，若针对不同的材料选用合适的电解液组成，则可得到高质量的表面。一般来讲，电化学抛光溶液选择选择相对粘性的电解质，使电流密度低，阳极溶

4、解缓慢，以达到抛光效果。 3) 电解槽的尺寸： 长宽高=2m1m0.8m 电解槽的尺寸，根据工厂的年产量要求，确定电解槽的尺寸大小，电解槽过大浪费资源，过小不能达到求的年产量要。 4) 走丝电机走丝电机的速度根据合金丝的抛光时间而定，由于合金丝要在电解液中停留0.5-1.0分钟，所以走丝电机为间歇性工作电机，一般为较高电压，有助于提高稳定性和加工速度，提高加工精度。 5）电机的调速额定转速n=60f/p（1-s)=同步转速N1(1-S） f电源频率 p电机极对数 s转差率1.利用变频器改变电源频率调速，调速范围大，稳定性平滑性较好，机械特性较硬。就是加上额定负载转速下降得少。属于无级调速。适用

5、于大部分三相鼠笼异步电动机。2.改变磁极对数调速，属于有级调速，调速平滑度差，一般用于金属切削机床。3.改变转差率调速。（1）转子回路串电阻：用于交流绕线式异步电动机。调速范围小，电阻要消耗功率，电机效率低。一般用于起重机。（2）改变电源电压调速，调速范围小，转矩随电压降大幅度下降，三相电机一般不用。用于单相电机调速，如风扇。（3）串级调速，实质就是转子引入附加电动势，改变它大小来调速。也只用于绕线电动机，但效率得到提高。（4）电磁调速。只用于滑差电机。通过改变励磁线圈的电流无极平滑调速，机构简单，但控制功率较小。不宜长期低速运行。6) 操作规程从原料到制成成品都需要有一个正确的操作规程，这样

6、才能保证产品的质量，在进行镍合金丝的抛光时一般采用以下工作规程：除油除锈活化水洗晾干电化学抛光中和水洗晾干；a、如果工件表面有油污，需进行除油处理，确保工件表面上无残留油污。b、清洗工件表面的除油剂。c、可自然风干，确保工件上无残留的水。d、用不锈钢心轴穿适当数量的保持架放入抛光槽中，并断晃动工件以使其与电极接触良好使抛光均匀。f、内盛5%碱性溶液，中和工件上的电解液，碱性溶液可以使用纯碱。g、需要水洗槽，内盛普通清水，彻底清洗工件上的电解液，确保工件上无残留的电解液。h、可自然风干，也可采用吹风设备吹干，整个电解工艺完成。7）抛光溶液处理由于本设计中，电化学抛光溶液主要消耗于抛光过程中，其它

7、过程损耗忽略不计。因此，抛光液应定期进行成分测量，保证溶液成分中的比例。对于不可挽救的溶液成分改变，应及时更新抛光液。1.5 设计技术标准和规范作为一个生产车间需要有一个合理的布置及设计要求，这样才能保证安全生产,放散有害物质的生产过程和设备，应尽量考虑继续恶化和自动化，加强密闭，避免直接操作，并应结合生产工艺采取通风措施。放散粉尘的生产过程，影首先考虑采取用湿式作业。有毒作业宜采用低毒的原料代替高毒的原料。反三不同有害物质的生产过程不知在同一建筑物内时，毒害大与毒害小的应隔开。有害物质的发生源，应该不知在工作地点的机械通风或者自然通风的下侧.设计依照标准如下：建设给排水设计规范GB50015

8、-2003工业建筑防腐设计规范GB50046-96工业企业设计标准TJ36-79建筑设计防火规范GB116-2001工业“三废”排放试行标准 GBJ4-73工业企业噪声卫生标准（试行草案）（79）化工企业爆炸和火灾危险环境电力装置设计规定 GB50058-92中华人民共和国爆炸危险场所电气安全规程（试行）（1987）工业企业设计卫生标准TJ36-79工业企业采光设计标准GB50033-91工业企业照明设计GB50032-92化工机器安装工程施工及验收规范HGJ207-83第二章 设计基础资料、规模和质量标准设计的基础资料1） 丝材成分：Cr20Ni80 (镍铬丝)合金具优良的综合性能，是制作高

9、质量电热元件的首选品种。具有抗氧性好，强度高、无磁性、发射率高、较好的耐腐蚀性、不软化等一系列优点。在长时间使用时，不变形且永久性伸长很小。主要化学成份 Ni Cr 20.0-23.0 Fe 1.0 密度为8.40 (g/cm3)。2） 设计产量：300吨3） 抛光液组成：磷酸 、硫酸、柠檬酸、柠檬酸铵、水第三章 抛光液的配制与调整3.1 抛光液的选择 使用电化学抛光时改善工件的表面粗糙度时，如何科学的合理的选用电化学抛光溶液是一项重要的课题。需考虑一下几个问题： 1.选用的抛光液必须能在尽可能短的时间内对处理的材料表面完成整平抛光的任务，达到预期的目的和质量的要求，生产效率高，工艺上容易操作

10、控制，无重大事故发生，小事故容易排除。 2.要尽量选用节能型，环保型的电化学抛光溶液。 3.要选用在使用过程有安全保证的电化学抛光液。例如：高氯酸类的电抛光溶液它不需要铬酐，而且抛光效率高，质量好，不造成环境污染，但这类溶液由于氧化性强和不稳定，操作时要特别小心，否则会发生爆炸等事故，对操作人员的安全潜在威胁。 4.选用的抛光液要经济实用。有竞争能力的产品必须是具有价廉的优势，为了提高竞争力除了保证电抛光的质量外，还必须降低成本，特别是要计算原料的成本。在生产过程中，作为原料消耗量最多的就是电化学抛光液，因此在保证抛光质量的前提下，应选用价格便宜，供应来源方便且稳定的电化学抛光液，同时要兼顾生

11、产的安全性及污水处理的简易程度等。3.2 抛光液成分 抛光液的配方： 磷酸H3PO4： 750g/L 硫酸H2SO4 ：950 g/L 柠檬酸C6H7O8：65 g/L 柠檬酸铵（NH4）2 C6H6O7: 25 g/L 水：加至1L 温度：20-25 时间0.5-1.0min3.3 抛光液的化学处理 按照以上配方，将各组分按比例融入水中，并保证混合均匀、充分，然后静止一段时间，投入使用。使用过程中，禁止随意添加物质，避免抛光液成分的改变而引起合金丝的抛光效果。使用一段时间后，若发现抛光质量有所下降，应及时更换抛光液。第四章 抛光液的工艺设计4.1 工艺方案设计总体设计除油除锈活化水洗晾干电化

12、学抛光中和水洗晾干。（1）除油：除油是表面处理重要工序之一。因为油污会使涂膜的附着力降低，还影响涂膜的其他性能，所以必须清洗干净，金属在存储、搬运和加工过程中，表面不可避免地被外界一些污物所污染。这些污染物包括工厂为防锈、拉拔和机械加工或成型过程中使用的机油、润滑油、动植物油等，在进行涂装前必须除去油类污染物。除油的方法分物理除油法(有机溶剂法)、化学除油法、电化学除油法等。本设计采用化学除油，化学除油法以碱液除油法为代表，主要成分是氢氧化钠，在多数情况下还加人碳酸钠、偏硅酸钠、硅酸钠、磷酸钠、焦磷酸钠等。为了提高除油效果，在碱液除油配方中添加润湿剂、洗涤剂等表面活性剂。表面活性剂一般是由亲水

13、基和亲油基相结合构成的化合物，它能吸附在抽水相互排斥的界面上，降低它们之间的表面张力，因而使与碱液不起皂化反应的矿物油脂被乳化而达到除油效果。表面活性剂的用量一般在0.3%3%之间。 实施化学除油工艺，有浸渍法和喷淋法，浸渍法是把被涂物(工件)浸渍在除油液中除油污的方法;喷淋法是把除油剂喷淋到被涂物(工件)表面上除油污的方法。 化学除油法还根据除油液的酸碱性分为碱性除油液(pH值911. 5以上)、中性除油液(pH值6. 99. 5)和酸性除油液(pH值1.05.5),碱性除油液又可分为弱碱性(pH值910. 5)、中碱性(pH值为10.511. 5)和强碱性(pH值大于11. 5)除油液。本

14、设计采用低碱性除油液，对工件表面状态的破坏小，又可在低温和中温下使用，除油脂效率较高，浸渍法油效果好，是当前应用最广的除油剂。这种除油剂的主要成分为无机碱性助剂、合成洗涤剂或表面活性剂、消泡剂、缓蚀剂或鳌合剂和抗硬水剂等。碱性助剂有硅酸钠、三聚磷酸钠、磷酸钠、碳酸钠等，主要提供碱度，并起分散和悬浮作用，防止油脂重新吸附上去。表面活性剂采用非离子型的聚氧乙烯类和阴离子型的磺酸盐类，起主要的除油作用。（2）除锈：化学除锈法通常是指多工序的酸洗法。其大体工艺过程是将脱脂洗净后的钢材放进酸洗槽内，将氧化皮和铁锈浸渍除掉，用水洗尽后再用碱液将残余的酸液加以中和，以防残余酸液对钢材的腐蚀，最后用冷水冲洗干

15、净。化学除锈的配方：工业硫酸 9.1% 酪酐 90% 处理温度 8090 处理时间小于10min（3）水洗：为了除去除锈剂，用清水清洗合金丝一分钟以上，除去残留在合金丝上的酸液，以免影响电化学抛光液的成份及浓度。（4)晾干：由于合金丝上有残留的水分，如果没有晾干合金丝，那么当合金丝进入电解槽时，会带入杂质，使电解液的浓度降低，影响电化学抛光的效果。（5）电化学抛光：需要铅阴极板和一个电解槽以及导电铜材进行连接，温度控制在8095，把铅板固定在阴极，需电解抛光的工件与阳极相连，然后调整电流在26A/dm2，抛光时间为5-10分钟，抽走合金丝，完成电化学抛光。（6）中和：电解液为酸性液，需要碱液进

16、行中和，选用5%Na2CO3溶液。合金丝浸渍时间为1min以上，有足够的时间进行中和。（7）水洗：用流动的水进行水洗，冲洗足够的时间，使残留的中和液被冲掉。（8）晾干：用电风扇吹干。整个电化学抛光工艺完成。电化学抛光的设备：1、整流器 2、电极棒3、冷却管4、加热器 5、挂具6、铅板 7、电解槽 8、排风装置4.2 工艺方案部分设计计算电解槽的尺寸：长宽高=2m1m0.8m镍合金的密度是=8.40g/cm3，年产量是300t，直径是2mm合金丝浸渍时间t=0.5min 日生产时间24h 走丝速度v=池长/浸渍时间=10m/min 合金丝的截面积S=r2=3.14110-6=3.1410-6镍合

17、金丝日产量M=Sv2460=380Kg 年产=380300/1000=114t 根据产量需求，本设计厂房里设置了四个操作区，对应四套设备。总年产可以达到456t。4.3 工艺参数（1） 电源：电源可选用双相220V，三相380V（2） 抛光槽：槽子长2米，宽 1米，高 0.8米。（3） 阴极：用铅板，长90cm，宽10cm 。（4） 抛光试件：镍铬合金丝2mm （5）抛光工艺的参数：抛光时采用的脉冲峰值电压为814V，脉宽50s,占空比为1:4，抛光时间为0.51min，静液抛光。4.4 电源设计、夹具设计4.4.1挂（夹）具 挂接或夹持被抛光制件所用的挂（夹）具合理与否，也会直接影响电抛光工

18、艺能否正常进行。选用时应能满足： （1）能稳固地挂（夹）住被抛光的制件，且要保证电接触良好，尽量减小接触电阻。 （2）所取形式应尽量保证电流密度能均匀分布到被抛光制件的各个部位，使抛光作用分布均匀。 （3）结构应尽量简单和小型化，以便于加工制造、降低成本和方便使用，还可减少屏蔽作用和其他副作用。 （4）良好的导电性和在电解液中的化学稳定性等。 显然，能同时满足上述各项要求的挂（夹）具是不太现实的。这是因为： （1）绝大多数电解液都具有一定的腐蚀性，而且有些电解液的腐蚀作用很强。要完全避免挂（夹）具的被腐蚀，很难办到。 （2）被抛光制件的结构、形状的多变性，使能同时适用于几种或多种制件的挂（夹）

19、具的设计和制造都很困难。 （3）工艺要求的多变性。 比较常用的挂（夹）具为： （1）挂钩式。大多用2mm-5mm的金属（如铜、镍、不锈钢等）棒或宽度为3mm-10mm、厚度为1mm-3mm的金属板条弯制而成。常用的几种挂（夹）具的形状。 （2）弹簧夹子或细丝夹子式。 （3）磁力式，包括电磁和永磁两种。 （4）专用特别挂具。用于工艺要求高或特异型制件。 顺便指出，电抛光时，必须使被抛光制件挂（夹）具持牢固，以免制件掉人电解液中。若电接触不良，就会造成局部表面抛不亮，或未被抛光，或发花起黑斑，甚至会出现烧焦、回火或熔蚀现象，严重时会发生电火花，引起意外事故。4.4.2 电抛光用电源 用于电抛光的电

20、源为低电压、大电流的直流式电源。常用的电源有以下两种： 1）直流发电机 大多用于专业化或比较专业化的电加工作业。国内较常用的直流发电机。 2）整流式交流电源 这种电源投资较小，应用比较广。 常用的整流器有如下三种： （1）硒整流器电压为3V-15V，电流为100A、200A、300A、500A等几种规格。 （2）硅整流器性能优于硒整流器，其应用较硒整流器要广泛得多。列出了几种较常用的硅整流器。 （3）晶阐管整流器是一种更先进的整流装置，正在迅速推广应用中。选用何种电源或多大规格的电源，要以具体生产要求为依据。 （1）小型制件或单件或小批量生产，工作电流不大于500A的抛光作业，可选用工作电压为

21、OV-12V的硅整流器。 （2）大批量生产，工作电流大于100A-5000A的抛光作业，可选用大功率（他激式）的直流发电机。 （3）介于上述两种生产之间的抛光作业，可选用适当规格的整流器，或较小功率的直流发电机。 4.4.3 阴极、阳极极间距离 阴极、阳极极间距离的选取应兼顾： （1）便于调整电流密度到工艺规范，并尽量使抛光表面上电流密度分布得均匀一致些。 （2）尽量减少不必要的能耗。 具体的选用，应视被抛光制件的大小和工艺要求灵活掌握。一般来说，大型制件的极间距离大，反之小。小型制件或中型制件的局部抛光，极间距离大多为10mm-20mm左右，大型制件抛光用的极间距离应选取80mm-100mm

22、。用于去毛刺作业的抛光，极间距离以500mm左右为宜。4.5 抛光工艺 抛光技术 , 又称镜面加工,是制造平坦而且加工变形层很小, 没有擦痕的平面加工工艺。抛光不仅增加工件的美观, 而且能够改善材料表面的耐腐蚀性、耐磨性及获得特殊性能。在电子设备、精密机械、仪器仪表、光学元件、医疗器械等领域应用广泛。抛光既可作为零件的最终工序, 也可用于镀膜前的表面预处理。抛光的质童对工件的使用性能有直接的影响。选择合适的抛光方法和抛光工艺是提高产品质量的重要手段。电解抛光其基本原理与化学抛光相同, 即靠选择性的溶解材料表面微小凸出部分, 使表面光滑。与化学抛光相比, 可以消除阴极反应的影响,效果较好。电化学

23、抛光过程分为2 步 。(1) 宏观整平, 溶解产物向电解液中扩散, 材料表面几何粗糙度下降。(2) 微观整平, 阳极极化, 表面光亮度提高。4.6 所选抛光工艺的优缺点（1）生产率高，且与被加工材料机械性能（硬度、韧性、强度等）无关，可以加工难加工的各种导电材料；（2）使用寿命长，耐磨性好，电化学抛光表面的凹凸不平呈圆弧状，比之尖峰状使用寿命长，耐腐蚀性好；（3）抛光时工件与刀具（阴极）不接触，无切削力、热、毛刺及切削刀痕，刀具无损耗等，因此电化学抛光广泛应用于零件的光整加工、精密零件（轴承、活塞、缸套）的精加工、刃量具的电化学抛光、金相磨片的制备等， 但是对于机械零件型腔中窄缝、深小孔的抛光

24、，由于电解液无法流动间隙内电解产物达不到排除，因而电化学抛光几乎无法进行* 脉冲电流电化学抛光阳极表面始终处于极化恢复状态，在脉冲时间内反应产物和析热很少，使极间电解液在脉冲间歇时间内极易得到恢复和更新，进一步提高了电化学抛光的表面质量。其缺点是光亮度差,有气体溢出，需要通风设备，加温困难。 第五章 抛光施工车间设计5.1 抛光车间设计平面设计平面设计通常过程是各专业针对各自的特点，对厂房、位置、占地面积、操作环境等提出具体要求。车间布置包括车间厂房布置和车间设备布置两部分内容。车间厂房布置主要内容是设计整个车间的厂房结构，并针对各种生产设施、生产辅助设施、生活设施等进行布局安排。车间设备布置

25、主要内容是确定各生产设备在车间厂房中的空间位置。车间厂房布置与车间设备布置是互相制约、密不可分的。概述：生产系统的合理布置是指应用科学的方法和手段对组成企业的各个部分。各种取之要素（设施、设备、厂内运输线路）进行合理的配置及空间的平面布置，使之成为有机的系统，一最近记得方式和较高效率满足生产经营的要求。设计依据： 满足工艺生产及各专业设计要求，便于安装、操作、维修，便于管理，方便生活； 严格遵守相关的国家及行业规范，严格考虑建筑物的安全性及生产、生活的安全性； 在满足安全生产和生活的前提条件下，应尽量降低投资建设费用，提高经济效益； 在可能条件下，适当考虑发展余地，为扩大生产余留出建筑余地；

26、车间布局应合理、整齐、协调、美观、舒适，为工人创造良好工作环境生产车间的设计要具有如下的要求:a.车间的地面基础要有较高的承载能力，特别是对于反应的反应釜，且要进行重点加固。b. 控制室与反应釜处在同一层。c. 贮存室和卫生间与成品贮槽在同一层，即在最底层。d. 厂房车间要通风好，采光好，主要防尘。e. 车间里要设有防火、防爆等设备5.2 车间设计优缺点 本次设计的车间，宽敞明亮、各个区域划分明了，配套设施齐全。能够按照国家有关方面标准设计，简单实用。由于车间设计没有实际数据参数，以及详细设计要求，只凭本人个人想象设计。所以，存在或多或少的问题，望有关项目接收人能够指出、更改。 第六章 技术经

27、济分析 6.1 成本分析【11】 产品成本是指工业企业用于生产某种产品所消耗的物化劳动和活劳动，总成本是指项目在一定时期内（一般为一年）为生产和销售产品而花费的全部成本和费用。 总成本=生产成本+管理费+财务费+销售费。 其中，生产成本包括直接支出费（直接材料、燃料及动力、直接工资和其他直接支出费）及制造费用。直接材料费=消耗定额该种材料价格。燃料费用的计算方法与原材料费用相同，动力费用=消耗定额动力单价。直接工资和其他直接支出是企业直接从事人员的工资、奖金、津贴和补贴。制造费是为组织和管理生产所发生的各项费用。 管理费是企业行政管理部门为管理及组织经营活动发生的各项费用。 财务费是为筹集资金

28、而发生的各项费用。 销售费是为销售产品和提供劳务而发生的各项费用。本设计中具体计算：厂房建造费=600万 生产设备费=60004=10万 管理费=20万 财务费=50万 抛光液相关费用=700万 工人工资+奖金福利=60+20=80万 （20名工人，每人每月3000元工资） 直接材料费=4561000200=9120万 维修专项费用=50万 电费=100万 销售费=50万 水费=30万杂费=300万（以上计算除厂房建造和生产成本费，其余各项费用均按年计算。）年成本=10500万（除厂房建造和生产成本费） 6.2出售价格产品名称:镍丝价格/镍合金丝厂家/镍丝信息零售价格: 300 元/Kg （1

29、0Kg）6.3 利润率【12】 利润率是剩余价值与全部预付资本的比率,利润率是剩余价值率的转化形式，是同一剩余价值量不同的方法计算出来的另一种比率。 利润率反映企业一定时期利润水平的相对指标。利润率指标既可考核企业利润计划的完成情况，又可比较各企业之间和不同时期的经营管理水平，提高经济效益。 成本利润率=利润成本100%， 销售利润率=利润销售100%利润率=利润成本100%利润率常用百分比表示。 盈亏平衡点又称零利润点、保本点、盈亏临界点、损益分歧点、收益转折点。通常是指全部销售收入 等于全部成本时（销售收入线与总成本线的交点）的产量。以盈亏平衡点的界限，当销售收入高于盈亏平衡点时企业盈利，

30、反之，企业就亏损。盈亏平衡点可以用销售量来表示，即亏平衡点的销售量；也可以用销售额来表示，即盈亏平衡点的销售额。 按实物单位计算：盈亏平衡点=固定成本/（单位产品销售收入-单位产品变动成本） 按金额计算：盈亏平衡点=固定成本/（1-变动成本/销售收入）=固定成本/贡献毛率 特此声明： 本着对受托企业商业秘密保护，本设计人在此便不作详细的数据列举与计算。受托企业可根据自己的实际情况，按照上述计算方式计算自己的成本、利润等。年产值=13680万 年利润=13680-11100=2580万 利润率=258011100=23.2%盈亏平衡点=11.1t 参考文献【1】金属表面抛光技术 北京，化学工业出

31、版社。2006.5【2】化工工艺设计手册北京，化学工业出版社。2001【3】吕戊辰.表面加工技术. 辽宁: 科学技术出版社, 1984【4】朱怀义, 赵中奎.微细加工技术.科学出版社, 1983【5】董梅粤. 现代加工方法.北京: 国防工业出版社,1987【6】赵世臣.常用金属材料学有色金属产品部分，北京。冶金工业出版社。【7】H.B谢格列夫.金属的电抛光和化学抛光,科学出版社 1961【8】方景礼.金属材料抛光技术北京,国防工业出版社 2005【9】李云飞.电化学抛光工艺太原,山西人民出版社 1974【10】（苏）费道吉耶夫，.，（苏）格里利赫斯，.著；巩德全译金属的电化学浸蚀、抛光和氧化 中国工业出版社 1962