课程设计 钢套化学镀光亮镍工艺设计.docx

1、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150 mm，内径110 mm，高100 mm，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

2、编写；883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 11 摘要.1 1.1 中文摘要 1 1.2 英文摘要 22 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、 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 43 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 54 镀槽种类的选择 55 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 66 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

4、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 97 主要工艺设备的采用及计算 107.1 蒸汽加热管 108 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.129 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 161 工艺流程 162 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.172.3.1 工艺选择.17

5、2.3.2 配方组成及工艺条件.172.3.3 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（1

6、0%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:Electroless nickel plati

7、ng isthrough thereduction of nickelions in solutionforchemicalprocessof nickel metalchemical reduction of99%,chemical nickel platingusing hypophosphiteas reducing agentThe main difference betweennickel platingandelectroless nickel platingisquite differentpurity andstructure.For example,the purityof

8、nickel platingis generally higher than the99%,but theelectroless nickel platingusingsodium hypophosphiteasreducing agentfor thetypical composition ofplatingnickel and8%92% ofphosphorus.Phosphorus contenthas an important effect on theproperties of coatings,it can bein a widerange of 3%12%within thein

9、dustryoftenchangesaccording tothe content of phosphorusto distinguish between differentelectroless nickelplatingsuch as lowphosphorus(P contentin2%5%)P(phosphorus content6%9%)Gao Lin(phosphorus content10%13%)so oncedetermined therequirement for the performance of thecoating,must determinethe appropr

10、iate type ofchemicalnickel plating.As will be discussed laterlowand high phosphoruscoatingcorrosion resistanceand hardness ofthe great differenceThe structureof electroless nickel platingis determined by itsunique characteristics,and crystal structure ofnickel platingis quite different.Electroless n

11、ickel platingis usuallyamorphousstructure orcontainultra-fine microcrystallinestructure.With the increase ofphosphoruscontent,crystalstructureis dominantwhen thephosphoruscontent more than 10.5%noncoating,platinglayeris completelyamorphous structure.Thecrystal structureof electroless nickel platingi

12、s notclear,the elimination of thenickel electroplatingamorphous coatingappearsintergranular corrosion may.Sochemical nickel platingprovidesshielding layer ismore effectiveand thesubstratefrom corrosion.Keyword: Electroless nickel plating Sodium hypophosphite The reducingagentPhosphorus content Noncr

13、ystal structure The shielding layer2、 设计依据2.1 工件名称、材质和尺寸钢套、A3钢、尺寸：外径150 mm，内径110 mm，高100 mm表面积：980 cm22.2 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：25124（25124）11%5361h

14、（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：25112（25112）4%2892h（4%为设备年时基数损失率）（5）年产量：700万件日产量：7000000/25127888件每小时：27888/241162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=FK60/A=289280%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

15、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26m经查阅资料可知，酸性化学镀光亮镍工艺镀层厚度为20m/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/FK60=1731906010-3/289285%=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(0.80.9)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

16、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

17、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）

18、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7090。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（30m

19、m100mm） L3挂具边缘至槽壁的距离（80mm100mm） 根据公式得到 L=2.5m 取3m中心槽宽度公式为 b=nkb1+2nkb2+(nk+1)+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（150mm250mm） b3阳极背面至槽壁的距离（30mm50mm） 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(100mm200mm) h3挂具上端距液面的高度（80mm150mm） h4液

20、面至槽沿的距离（100mm150mm） 根据公式得到 h=2.5m5.3 镀槽数量计算n=P(1+a)tk1/60YT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(3 min5 min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=1.061.10 两班制 k1=1.031.05 三班制 k1=1.021.04 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300020002500300020002500300030002500300020002

21、5003000200025003000200025004211146 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

22、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=1500010-30.3=4.5m3/h最大小时用水量=1500010-3（0.3+0.15）=6.75m3/h平均小时用水量=（16.75+114.5）/12=4.69m3/h2）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

23、，采用0.70.9 K 2设备同时换水系数，采用0.80.9 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=Vct2-t1/tVq 所用蒸汽量为：G=Q/(kg/h)式中 Q镀液升温所需要的热量（4.168kJ/h）V槽液容积（L）溶液密度（kg/L）c溶液比热容（4.168kJ/kg），（水及水溶液c=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/Lh）t升温时间（h）热量损失系数，槽子有保温层时=1.11.15，无保温层时=1.151.3。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） 蒸汽的潜热，当化学镀车间蒸汽压力p=0.3MPa时，=2164kJ/kg