Выбор и описание стадий технологического процесса

Технологическая часть

Покрытие должно быть мелкокристаллическим, прочность сцепления покрытия с основой должна быть достаточной для удовлетворения требований по адгезии покрытия, предусмотренных ГОСТ 9.302-88. Покрытие должно защищать стальную основу от коррозионного разрушения механически, а при наличии пор и механических повреждений покрытия осуществлять электрохимическую защиту. Так же покрытие должно иметь низкую стоимость.

Габариты деталей на которые кроется цинковое покрыт ие (Ц1) приведены в таблице 5.1 обозначение покрытия по Гост

Выбор толщины металлопокрытий

По ГОСТ 9.303-84 для цинкового покрытия учитывая ряд факторов:

1)Условия эксплуатации-средние

2)Назначение покрытия-защитное, антикоррозионное.

Выбрали толщину цинкового покрытия интервала 9 -12 мкм.

К толщине покрытия следует прибавить 1 мкм с учетом того, что детали подвергаются хромитированию, в результате которого происходит окисление цинкового покрытия. Расчет ведем на среднюю толщину 11,5 мкм.

 

 

Таблица 5.1-Загрузочная ведомость для деталей в стационарных ваннах на подвесках

Наименование детали	Характеристика деталей	Характеристика подвесок
Материал детали, ГОСТ	Масса детали, г	Покрываемая поверхность детали, дм2	Габариты подвески,мм	Количество деталей на 1 подвеску, шт	Покрываемая поверхность, дм2
Прижим	Сталь-45	2,5	5,4	450×750×100
Платсина	Сталь-45	0,9	1,5		52,5
Экран	Сталь-45

 

 

Средняя обрабатываемая поверхность деталей на одной подвеске:

 

S_ср.= (54+52,5+52)/3 = 53дм².

 

Выбор и описание стадий технологического процесса

 

Выбор технологической схемы нанесения необходимого покрытия на де­тали определяется многими факторами: видом покрытия, природой метал­ла детали, ко нфигурацией, качеством наружной отделки деталей, поступающих на покрытие, номенклатурой деталей, степенью загрязненности и окис­ленности поверхности деталей.

Нанесение гальванических покрытий является процессом многооперационным. Проведение операций в выбран­ной последовательности должно обеспечить высокое качество получаемого по­крытия при минимальных трудозатратах, материальных и энергетических затратах. Предварительно планируется следующая последовательность операций:

1)Загрузка

2)Химическое обезжиривание

3)Теплая промывка

4)Электрохимическое анодное обезжиривание

5)Двухступенчатая промывка: теплая, холодная

6)Травление

7)Каскадная промывка: холодная, холодная

8)Цинкование в щелочном цинкатном электролите

9)Улавливание

10)Холодная промывка

11)Осветление

12) Холодная промывка

13)Пассивация

14)Двухступенчатая промывка: холодная,теплая

15)Сушка

16)Выгрузка

 

Описание планируемых операций:

6.1 Химическое обезжиривание

Поверхность металла деталей, покрыта небольшой пленкой смазочного масла. Эта пленка появляется в результате предшествующей обработки с применением масел. Она не смачивается электролитом и мешает осаждению металла. Поэтому изделия необходимо обезжиривать. С этой целью используются щелочные растворы. При обезжиривании металлов, растворяющихся в щелочах, рекомендуется применять растворы щелочных солей, таких, как углекислый натрий, тринатрийфосфат и другие. В состав щелочных обезжиривающих растворов входит едкая щелочь, фосфаты, силикаты, кальцинированная сода и ПАВ. При достижении характерной для каждого ПАВ критической концентрации мицеллообразования в растворе образуются мицелы, способные удерживать нерастворимые в воде масла и жиры. Щелочь и сода омыляют и растворяют растительные и животные жиры, под действием щелочи омыляемые жиры разлагаются, образуя мылорастворимые в воде соли жирных кислот и глицерин. Например, реакция 6.1 взаимодействия стеарина со щелочью

(С₁₇Н₃₅COO)₃С₃Н₅ + 3NaOH = 3C₁₇H₃₅COONa + C₃H₅(OH)₃ (6.1)

 

Фосфаты умягчают воду и улучшают моющую способность раствора. Кроме того, фосфаты предотвращают повторное осаждение загрязнений на поверхность, удерживая их в моющем растворе в диспергированном состоянии.Силикат натрия при гидролизе образует H₂SiO₃ в коллоидном состоянии, которая повышает способность обезжиривающих растворов диспергировать загрязнения, хорошо смываться водой, но оставляет тонкую пленку, предохраняющую поверхность от разъедания щелочами, а также от потускнения и коррозии металла между процессами обезжиривания и последующими операциями. Одним из очень важных условий, является температура щелочных растворов, обычно 60-90 ⁰С. При повышении температуры на каждые 10 ⁰С время обезжиривания сокращается примерно в 2 раза. С увеличением температуры растворов происходит уменьшение вязкости масел, размягчение жиров и смазок, облегчается разрыв жировой пленки с образованием отдельных капель масла и отрывом их от поверхности металла.

Состав электролита химического обезжиривания:

-натр едкий (технический) NaOH 10-20г/л

-тринатрийфосфат Na₃ PO₄*12H₂O 20-25г/л

-сода кальцинированная Na₂CO₃ 10-15г/л

-силикат натрия Na₂SiO₃ 10-15г/л

-ПАВ (Синтанол ДС) 2-5 г/л

Режим работы: температура цеховая, продолжительность 1-2минут.

6.2 Теплая промывка

Осуществляется после химического обезжиривания. Необходима для удаления с поверхности деталей образовавшихся солей жирных кислот. Промывку проводят в теплой воде, так как растворимость продуктов обезжиривания увеличится по сравнению с промывкой в холодной воде. Теплая промывка осуществляется водой, температура процесса 40-50° С, время промывки 0,5-1мин.

 

6.3 Электрохимическое обезжиривание

В зависимости от того, каким электродом является изделие, обезжиривание является катодным или анодным. В качестве второго электрода применяется сталь. Эффективность электрохимического обезжиривания во много раз выше химического.

Механизм процесса сводится к понижению поверхностного натяжения на границе масло – раствор и увеличению смачиваемости металла раствором, которая возрастает при наложении тока. Пузырьки выделяющихся газов (кислорода при анодном обезжиривании, водорода при катодном обезжиривании) играют роль эмульгатора: отрываясь от

электрода около капли масла, они задерживаются на ее поверхности и остаются на границе масло – раствор. По мере того, как размеры пузырька увеличиваются за счет включения новых порций выделяющегося газа, капля масла под влиянием поднимающейся силы пузырька начинает вытягиваться, силы сцепления ее с поверхностью металла при уменьшении краевого угла становятся меньше и капля отрывается, увлекаемая пузырьком газа на поверхность раствора.

 

Процесс нужно вести в таком режиме, чтобы потенциал детали отстоял от точки нулевого заряда, так как там максимальная прочность адсорбции масляных загрязнений, там тяжелее всего оторвать каплю масла от поверхности детали. Процесс нужно вести либо с меньшими плотностями тока, с малой скоростью, либо наоборот интенсивно с большими энергозатратами. Следует применять низкотемпературные растворы.

Состав раствора электрохимического обезжиривания:

Гидрооксид натрия 20-40 г/л

Тринатрийфосфат 15-20 г/л

Композиция Экомет – 012у 3-4 г/л

Режим электрохимического обезжиривания:

Температура раствора 20–30 °С, анодная плотность тока 3-10 А/дм2. Время обезжиривания 1.5–5 мин.

 

 

6.4 Двухступенчатая проточная промывка

Осуществляется после электрохимического анодного обезжиривания.

Следует использовать 2-х ступенчатую промывку, так как она обеспечивает уменьшение расхода воды в 5-6 раз по сравнению с одноступенчатой промывкой.Сначала проводится в теплой воде, так как в ней выше растворимость продуктов обезжиривания. Затем промывка проводится в холодной воде, чтобы сами детали не подвергались перетравливанию, а травились только оксидные пленки. По хорошо обезжиренной поверхности вода должна равномерно стекать.2-х ступенчатая промывка осуществляется водой, температура процесса 40-50°С, время промывки в теплой воде 0,5-1мин, в холодной воде 0,5-1мин, температура холодной воды 15-20 ⁰С.

 

6.5 Химическое травление

Травление проводят обычно после обезжиривания, погружая изделия в травильный раствор. При химическом травлении применяют, главным образом, серную и соляную кислоты.В задачи травления входит максимальное ускорение удаления оксидов при минимальном растворении металла детали. С этой целью в кислотные растворы вводят ингибиторы коррозии, которые адсорбируясь на уже протравленной поверхности стали, тормозят её дальнейшее растворение, не препятствуя взаимодействию кислоты с оксидами.

Считается что в HCl преимущественно удаляются оксидные пленки по реакциям 6.4 и 6.5

FeO+2HCl=FeCl₂+H₂O (6.4)

Fe₂O₃+6HCl=2FeCl₃+3H₂O (6.5)

 

Но может растворятся и сам металл реакция 6.6

Fe+2HCl=FeCl₂+H₂ (6.6)

 

Основное действие H₂SO₄ связывает с растворением или подтравливанием самой железной основы по реакциям 6.7 и 6.8

FeO+ H₂SO₄=FeSO₄+H₂O (6.7)

 

 

Fe₂O₃+ 3H₂SO₄=Fe₂(SO₄) ₃ +3H₂O (6.8)

 

Но могут растворятся и оксидные пленки реакция 6.9

Fe+H₂SO₄=FeSO₄+H₂ (6.9)

 

Состав электролита:

Кислота соляная 150-600 г/л;

Композиция КБТ 100 3-6 мл/л.

При использовании композиции КБТ повышается эффективность удаление оксидных пленок при травлении высоуглеродистых сталей, значительно

снижается шламообразование, увеличивается срок службы травильных раств оров, повышается прочность сцепления цинкового покрытия со стальной основой.

Режим работы:

Т=15-30⁰С, время процесса=1-3мин.

6.6 Каскадная промывка

Осуществляется после химического травления. Каскадная промывка необходима, чтобы удалить с поверхности металла основы

остатки кислоты и солей железа, и исключения попадания компонентов раствора химического травления в ванну цинкования. Если промывать детали в теплой воде, они разогреются, снова окислятся, поэтому промывку следует проводить в холодной воде. Каскадная промывка осуществляется водой, температура процесса цеховая, время на первой ступени 0,5-1мин, на второй ступени 0,5-1мин.

 

 

6.7 Цинкование

Электролиты цинкования можно разделить на две основные группы:

а) простые кислые электролиты:

1)- сернокислые

2)- солянокислые

3)- борфтористоводородные

в которых цинк находятся в виде гидратированных ионов

б) сложные комплексные

1)- цианидные

2)- цинкатные

3)- аммиакатные

4)- пирофосфатные.

в которых цинк присутствует в виде комплексных ионов, заряженных отрицательно (анионы) или положительно (катионы).

Из простых кислых электролитов наибольшее распространение получили сернокислые и меньшее борфтористоводородные. Для этих электролитов характерна низкая рассеивающая способность, поэтому они применяются главным образом для цинкования изделий простой формы. Допустимые катодные плотности тока и выход металла по току в кислых электролитах выше, чем в комплексных, следовательно и скорость процесса более высокая. Борфтористоводородные электролиты могут работать при значительно больших плотностях тока, чем сернокислые электролиты. Их используют при непрерывном цинковании проволоки и ленты. Одной из причин высокой допустимой плотности тока является высокая буферная емкость борфтористоводородных электролитов.

В цианидных электролитах цинк находится в виде комплексных анионов типа Me(CN)₄^2-. Кроме того, в щелочных цианидных электролитах цинк частично связан в виде комплекса Zn(OH)₄^2-. Для электроосаждения требуется высокая катодная поляризация, которая возрастает с увеличением содержания свободного цианида. Выход по току падает с повышением плотности тока. Обладая наивысшей рассеивающей способностью, осадки из цианидных электролитов получаются мелкозернистыми, с хорошим сцеплением с основой без введения в электролит специальных добавок. Анодный процесс в отличие от простых кислых электролитов также сопровождается высокой поляризацией и пассивированием анодов, что приводит к снижению анодного выхода по току. Цианидным электролитам присущи некоторые недостатки. Они обладают высокой токсичностью: при взаимодействии свободного цианида с СО₂ в присутствии влаги воздуха в атмосф еру выделяется HCN:

2KCN + СО2 + Н2О = 2HCN + К2СО3 (1)

Вследствие карбонизации цианидные электролиты менее устойчивы по составу, чем кислые, и требуют частой корректировки.

Серьезным недостатком цианидных электролитов цинкования (без специальных добавок) является значительное наводороживание стальных деталей, что приводит к резкому ухудшению механических свойств деталей после покрытия: уменьшается пластичность, увеличивается хрупкость.

Большинство комплексных электролитов цинкования рассматривается в основном с точки зрения возможности замены токсичных цианидных электролитов, а также возможности улучшения распределения металла на поверхности катода по сравнению с простыми кислыми электролитами. В связи с этим в последние годы активно разрабатываются новые щелочные цинкатные электролиты.

Щелочные цинкатные электролиты в отличие от цианистых нетоксичны и устойчивы по составу. Они содержат цинк в виде ионов Zn(OH)₄^2- и щелочь. Хорошие компактные осадки можно получать при введении ПАВ в электролит, увеличивается катодная поляризуемость, выход цинка по току с ростом плотности тока уменьшается. Достоинствами цинкатного электролита являются отсутствие коррозионной агрессивности, простота состава и приготовления электролита. Недостатком является склонность щелочи к карбонизации.

В пирофосфатных электролитах металл входит в состав комплексных анионов преимущественно типа Me(Р2О7)₂^6-. Катодная поляризация в пирофосфатных электролитах выражена резче, чем в кислых электролитах, благодаря чему осадки на катоде получаются более равномерными по толщине слоя. Этому способствует также снижение выхода металла по току при повышении плотности тока. Рабочие плотности тока пирофосфатных электролитов 0,5-2,5 А/дм2. Характерной особенностью поведения анодов в пирофосфатных электролитах является их склонность к пассивированию. Также присутствует возможность наводораживания деталей. Еще один серьезный недостаток таких электролитов является проблема с обезвреживанием образующихся промывных сточных вод из-за высокопрочных растворимых пирофосфатных комплексов.

В аммиакатных электролитах цинк присутствует в виде аммиачного комплексного катиона Me(NH3)n2+. Восстановление этих ионов протекает при более отрицательном потенциале, чем восстановление простых гидратированных ионов, однако при повышении плотности тока катодный потенциал изменяется не так резко, как в цианидных и пирофосфатных электролитах. Аммиакатные электролиты отличаются хорошей электропроводностью и достаточно высокой рассеивающей способностью. Полученные из таких электролитов осадки по своей равномерности уступают покрытиям, полученным из цианистых электролитов.

В хлораммонийном электролите цинк присутствует в виде ионов [Zn(NH3)4]2-. Электролит склонен к накоплению цинка и агрессивен к оборудованию, но для него характерно отсутствие возможности наводороживания деталей. Выход металла по току близок к теоретическому и мало изменяется при повышении плотности тока. Осадки хорошего качества выделяются из этих электролитов в прису тствии органических добавок. Рассеивающая способность хлораммонийных электролитов больше, чем у кислых (без специальных добавок), но они уступают цианидным.

Исходя из выше сказанного с учетом требований к покрытию следует использовать щелочной цинкатный электролит, так как он дает возможность получать удовлетворительные по качеству осадки. Также щелочной электролит в отличие от цианистых нетоксичны и устойчивы по составу. Достоинством цинкатного электролита являются отсутствие коррозионной агрессивности,

Щелочной цинкатный электролит

Емкость для приготовления электролита цинкования заполняется на 1/3 объема дистиллированной водой. При перемешивании вводится натр едкий, до полного растворения. В отдельной емкости готовится сметанообразная кашица из рассчитанного количества окиси цинка. В раствор щелочи при перемешивании вводится кашица окиси до полного её растворения. Полученный раствор доводится водой до уровня. В готовый раствор при Т=40⁰С вводится блескообразователь. Электролит отстаивается в течении 24 часов и через фильтр перекачивается в рабочую ванну.

 

При цинковании с использованием щелочного электролита на электродах протекают следующие реакции:

К:[Zn(ОН)₄]^2-+2e-->Zn+4ОН (3)

Bтк = 70-80%

Н₂О+2e-->H₂+2ОН^-

Bтк=30-20%

A:Zn+4ОН^--2e-->[Zn(ОН)₄]^2- (5)

Вта = 70-80%

Zn+OH^--2e-->Zn+H₂O

Вта =2-3%

2OH^- -2e-->1/2O₂+H₂O

 

Суммарные реакции:

а)[Zn(OH₄]^2-<->[Zn(OH)₄]^2- (6)

Bтк= Вта=70-80%

б)Zn+H₂O->ZnO+H₂ (7)

Вт =2-3%.

в)H2O->H₂+1/2O₂

Вт =28-17%

 

Если концентрация цинка снижается до 9г/л, то производится коррекция цинковым концентратом в соотношении 1г ZnO на 4 г NaOH. Охлажденный концентрат межленно перемешивается воодится в ванну. При стремлении концентрации цинка к увеличению часть цинковых анодов заменяют на стальные листы.

Чтобы иметь высокие значения выхода по току в таких электролитах процесс ведут при плотностях тока 0,5-2 А/дм2. Оптимальная температура работы щелочного электролита цеховая, так как увеличение температуры уменьшает катодную поляризацию, уменьшает выход по току и приводит к усиленной коррозии цинковых анодов.

Целесообразно применять электролит с блескообразующими добавками НТЦ-Р для получения блестящих цинковых покрытий высокого качества.

Состав щелочного электролита цинкования:

NaOH ………………………………… 90 - 110 г/л
ZnO ……………………………………10 - 12 г/л
НТЦ-Р …………………………………… 8 - 10 мл/л

Ориентировочный расход блескообразующей добавки на 1 м² покрытия толщиной 10 мкм составляет 20 мл.

Температура электролита 18-25 0С. Плотность тока

0,5-2 А/дм², рН=8.

 

 

6.8 Каскадная промывка

Осуществляется после химического травления. Каскадная промывка необходима, чтобы удалить с поверхности металла основы

остатки кислоты и солей железа, и исключения попадания компонентов раствора химического травления в ванну цинкования. Если промывать детали в теплой воде, они разогреются, снова окислятся, поэтому промывку следует проводить в холодной воде. Каскадная промывка осуществляется водой, температура процесса цеховая, время на первой ступени 0,5-1мин, на второй ступени 0,5-1мин.

 

 

6.9 Улавливание

Улавливание – это непроточная ванна промывки, где собираются уносимые с деталями компоненты электролита для уменьшения расхода химикатов на восполнение и приготовление новых порций рабочего электролита, а так же для уменьшения уноса проточной водой высокотоксичного раствора, который необходимо обезвреживать. Срок службы ванн улавливания - восполнение 25-30% от концентрации электролита в технологической ванне. Уловленные компоненты электролита доводятся до концентрации электролита в технологической ванне и возвращаются в технологическую ванну.

Улавливание осуществляется водой, температура процесса цеховая, время процесса 1-3 мин.

6.10 Холодная промывка осуществляется водой, температура процесса цеховая, время 0,5-1,5 мин.

 

6.11 Осветление

Осветление необходимо проводить для улучшения внешнего вида оцинкованых деталей. Осветление используют для стравливания несориентированных кристалликов цинка, в результате чего покрытие приобретает блеск. Поверхность из темно-серой превращается в светло-серую.

Концентрация азотной кислоты 2-5 г/дм³, температура процесса цеховая, время процесса 0,05-0,2 мин [12].

6.12 Холодная промывка

Осуществляется после осветления. Холодная промывка необходима, чтобы освободить поверхность деталей от остатков

химических реагентов, устранить их попадание в следующую ванну. Холодная промывка осуществляется водой, температура процесса цеховая, время 0,5-1мин.

 

6.13 Пассивирование

Пассивирование заключается в нанесении защитных пленок на цинк-никелевое покрытие. Данную операцию следует проводить с целью сохранения декоративного вида и повышения коррозионной стойкости цинк-никелевого покрытия. Пассивирующие растворы содержат в основном хромовые соединения. Операции пассивирования делятся на хроматирование (в защитных пленках содержатся соединения шестивалентного хрома) и хромитирование (формирование защитной пленки на цинке в растворах на основе трехвалентного хрома).

Назначение хроматирования является повышение коррозионной оцинкованых

 

изделий от коррозии и сохранение внешнего вида во время хранения, транс портировки и эксплуатации. Для этого детали подвергают обработке

погружением в пассивирующие растворы, состоящие из двухромовокислых солей натрия или калия, с добавкой Н₂SO₄ и НNO₃.Н₂SO₄ и НNO₃ увеличивают толщину пассивной пленки, но одновременно снимают часть цинкового покрытия за счет химического растворения. Чем выше кислотность раствора, тем более толстая и более радужная пленка.

Реакция 6.16 при хроматном меднении

Cr₂O₇^2-+14H⁺+3Zn=2Cr³⁺+3Zn²⁺+7H₂O (6.16)

Но в настоящее время созданы растворы на основе 3-х валентного хрома, этот процесс называется хромитирование. Для улучшения и сохранения внешнего вида цинк-никелевого покрытия сразу после их нанесения подвергают дополнительной химической обработке кратковременным погружением в пассивирующие растворы -хромитов.

Возможная реакция 6.17 хромитирования связана с окислением Zn и восстановления Cr(lll) до Cr(ll)

Zn²⁺+Cr₂O₄^2-+8H⁺=Zn²⁺+2Cr²⁺+4H₂O (6.17)

 

Формирование защитной пленки в растворах на основе соединений трехвалентного хрома –хромитов. В растворах трехвалентного хрома образуются пленки, в которых трехвалентный хром находятся в виде стабильных комплексов. Такие пленки называют «хромитными». Растворы для хромитирования включают в себя неорганические соли трех валентного хрома, кобальта и некоторых других тяжелых металлов, например, циркония, ванадия, подкисленные азотной, фосфорной и другими кислотами, а также соли, улучшающие технологические свойства растворов.

Современные хромитирующие композиции не содержат фторидов, что упрощает нейтрализацию сточных вод после хромитирования. Хромитные пленки после термического воздействия-искусственного старения при температурах 120-150 ⁰С в течении от 1 до 24 часов-не теряют коррозионную стойкость.Достижения в технологии хромитирования позволяют при определенных условиях получать бесцветные, радужные и черные хромитные конверсионные пленки с более высокой коррозионной стойкостью. Благодаря введению в состав хромитирующих растворов нано-частиц кремния, удалось получить уникальные свойства хромитных пленок. Нано-частицы непосредственно в процессе хомитирования в течении 40-60 секунд при температуре около 30 С⁰ включаются в состав пленки и формируют на её поверхности тончайший слой, своего рода «top-coat». Важно, что такие

покрытия формируются за одну технологическую операцию. Полагают, что

включение слоя нано-частиц в конверсионное покрытие позволяет получать «самозалечивающиеся» пленки (суть «самозалечивания» проявляется в том, что при появлении небольших поверхностных повреждений пленки, растворимые соединения хрома под слоем влаги взаимодействуют с цинком и хроматная пленка частично восстанавливается) с коррозионной стойкостью более 300 часов до начала белой коррозии без какой либо дополнительной защиты, что чрезвычайно важно с практической точкой зрения. По внешнему виду хромитные пленки светлые, с легкой радужностью.

Экологические и экономические аспекты замены растворов хроматирования на хромитные растворы следующие:

-при обезжиривании сточных вод и отработанных растворов не требуется операция восстановления Cr(VI) до Cr(III) для осаждения гидроксида хрома;

-меньше расход химикатов на нейтрализацию в несколько раз меньше.

С экономической точки зрения замена растворов шестивалентного хрома на более дорогие растворы хромитирования с учетом экономии затрат на нейтрализацию, ни приводит к существенному увеличению совокупных затрат и удорожанию в целом. По коррозионной стойкости хромитные пленки приближаются к традиционным хроматным пленкам, а после термического воздействия (120-150 С, 1-24 часа) существенно их превосходят, что является весьма важным преимуществом. На предприятие ООО «Химсинтез» разрабатывают новый состав раствора и режимы работы для пассивации цинковых покрытий на основе солей Cr(III):радужного хромитирования «Ирида-СилХром». Процесс предназначен для радужногохромитирования цинковых покрытий, осажденных из щелочных растворов цинкования. Концентрат «ИРИДА-СИЛ Хром» полностью свободен от солей шести валентного хрома, ионов F. В состав раствора включенынаночастицы оксида кремния.В ходе пассивации образуются пленки модифицированные наночастицами кремния, что придает им повышенную коррозионную стойкость и устойчивость к механическим воздействиям. Пленки обладают эффектом, подобным самозалечиванию в растворах хроматирования на основе Cr(VI). Рекомендуется к использованию во вращательных и других установках, где обрабатываемые детали подвергаются интенсивному механическому воздействию на финишных операциях (перегрузка, сушка и пр.).

Выбираем состав раствора и режим работы для хромитирования цинкового покрытия

Композиция Ирида-СилХром(а) – 80-120 см^3/дм³

Композиция Ирида-СилХром(б) – 100-120 см^3/дм³

Композиция Ирида-СилХром – 10-20 см^3/дм³

(стабилизатор) рН раствора – 2,2-3,0

Температура – 15-30⁰С

Продолжительность хроматирования–10-12с.

6.14 Двухступенчатая промывка:холодная теплая

Промывку следует осуществлять с целью удаления с поверхности деталей остатков химических реагентов. После хромитирования детали тщательно промывают в холодной воде, для того чтобы не разрушилась пассивирующая пленка, затем в теплой для улучшения качества промывки и ускорения сушки. Холодная проточная промывка осуществ ляется водой при цеховой температуре, время процесса на первой ступени 0,5-1 мин.,на второй ступени теплая проточная промывка осуществляется водой при температуре 40-50°С, время процесса 0,5-1 мин.

 

6.15 Сушка конвективная

Последней операцией в технологической схеме гальванопокрытия является сушка. Эта операция проводится с целью удаления влаги с поверхности деталей и уменьшения скорости коррозионного процесса. Процесс сушки осуществляется горячим воздухом в течение 10 – 15 минут.

6.17 Выгрузка

Снять детали с подвески.

 

4 Расчётная часть

 

4.1 Конструктивный расчет основного оборудования

4.1.1 Расчет времени основного процесса обработки деталей. По ГОСТу толщина покрытия деталей должна быть в интервале 9 -12 мкм.

К толщине покрытия следует прибавить 1 мкм с учетом того, что детали подвергаются хромитированию, в результате которого происходит окисление цинкового покрытия. Расчет ведем на среднюю толщину 11,5 мкм.Время покрытия (t,мин) в основных гальванических ваннах на подвесках рассчитывают по формуле.

(4.1)

где d - толщина покрытия, мкм (11,5);

d – плотность металла, г/см³ (7,14);

j_k - катодная плотность тока, А/дм² (для расчёта берём среднюю 1-2 А/дм²);

q – электрохимический эквивалент осаждаемого металла, г/Ач (1,22);

B_T – катодный выход по току, % (75);

4.1.2 Определение количества основных ванн для выполнения покрытия. Для этого принимаем, что ритм выдачи равен 10 минут. Лимитирующие операции процесса:

1) цинкование

(4. 2)

где τ _{время процесса} – технологическое время покрытия в секундах;

R _выбр – выбраный ритм выдачи (приняли 600 секунд) цинкование

τ =1512+3024/2=2268 секунд

Все остальные ванны принимаются по одной.

4.1.3 Уточнение времени обработки деталей на стадиях. Осуществляется по циклограмме. Циклограмма - это графическое изображение последовательности перемещений автооператора при выполнении технологического процесса. Циклограмма уточняет время обработки деталей в каждой ванне, ритм выдачи, время прохождения через все стадии, порядок движения автооператоров по технологическим позициям.

Время подъёма(опускания) подвески равно 8 секундам, время движения между центрами посадочных гнёзд соседних ванн равно 5 секундам, в каскадной ванне 4 секунды. Для более рациональной загрузки линии и высокого ритма выдачи на линию ставим два автооператора. Передаточные позиции: каскадная промывка, сушильная камера. Ванны в линии располагаются по технологическому порядку до каскадной промывки затем ванны идут в обратном порядке.

Циклограмма цинкования стальных деталей приведена в Приложение 1.

Уточненный ритм выдачи барабанов составляет R= 601 секунд, а уточнённое время лимитирующих стадий технологического процесса цинкования составило:

цинкование

электрохимическое обезжиривание

улавливание

сушка

 

4.1.4 Коэффициент загрузки ванн цинкования.

5 По циклограмме время прохождения подвески с деталями через весь автомат определяется:

(4. 5)

где ∑t_тех – сумма технологического времени на каждой из операции по циклограмме, с

∑t_{гор.перемещ} – суммарное время горизонтального перемещения оператора с подвеской

за один цикл, с

∑t_{вер.перемещ} - суммарное время вертикального перемещения оператора сподвеской за

один цикл, с

∑t_выстоя - суммарное время выстоя оператора сподвеской за один цикл, с.

 

Уточнение плотности тока процесса цинкования. По ГОСТу толщина покрытия в ванне цинкования должна составлять 9-12 мкм мы будем покрывать на 11,5 мкм, расчёт плотности тока производится по формуле.

(4. 6)

где t – время нахождения подвески с деталями в ванне цинкования, с.

Полученная плотность тока соответствует оптимальному интервалу для покрытия 0,5-2 А/дм².

 

 

4.2 Расчёт фондов времени

4.2.1 Номинальный фонд времени работы оборудования T₀, ч

, (4.7)

где 366 – число дней в году;

t₀ – число выходных дней в году, t₀ =73 дня;

t_n – число праздничных дней в году, t_n =11 дней;

t – продолжительность работы оборудования в сутки, ч;

t₁ – число часов, на которое сокращен рабочий день в предпраздничные дни.

t₁ =2 часа,

t =18 часов (рабочий при этом работает 8 часов в смену, а 1 час – обеденный перерыв)

t_nn – число предпраздничных дней в году, t_nn =6

часов

4.2.2 С учетом потерь времени при работе оборудования действительный фонд времени Т_д, ч

, (4.8)

где К_п – коэффициент простоя оборудования, который зависит от сложности оборудования

и режима работы цеха может приниматься: при 2-сменной работе 8% - для автоматов,

4.2.3 Так как в начале каждого рабочего дня автомат выдает продукцию спустя время, равное времени прохождения первой подвески через весь автомат, то есть через t_тех (определяем по циклограмме), техническое, эффективное время работы автоматов, или производительность.

(4.9)

4.3 Расчёт производительности основного оборудования

4.3.1 Количество сборок, которое автомат может обрабатывать в год

Х=[(Т_Э·3600)/R]+250,

X=[4391,3·3600/601]+250=26553

Зная обрабатываемую поверхность одного катодного комплекта (сборки), определим годовую производительность линии:

 

S’_год=S_ср·n_п·X,

 

где S’_год – годовая производительность линии, м²;

S_ср – средняя обрабатываемая поверхность одной подвески, м²;

n_п – количество подвесок в катодном комплекте, шт;

S’_год=0,53·2·26553=28146 м²

Возможность брака 3% S’_год=28990 м²

Расчет габаритов ванны

Предлагается использовать полипропиленовые ванны с одной катодной штангой, на которой расположены две подвески с деталями.

Подвески изготовлены из дюраля в виде решеток, изолируют пластизолем или самоклеющейся гальванической лентой SC-1, оставляя открытыми места для контакта. Крючки, на которые завешивают детали, и крючки, с помощью которых завешиваются подвески, изготовлены из меди. Анодные и катодные шины также изготовлены из меди. Размеры подвесок 450×750×100 мм.

В ваннах для цинкования применяются кусковые аноды, загруженные в титановые корзины. В ваннах для процесса электрохимического обезжиривания применяются стальные листовые аноды.

Расчет внутренних габаритов ванн.

Внутренняя ширина ванн:

 

B_внут =b_п·n+b_п-п·(n-1)+b_п-в·2, (4.2.1)

 

где B_внут – внутренняя ширина ванны, мм;

b_п –ширина подвески, b_п =450 мм;

n – количество подвесок на штанге n=2;

b_п-в – расстояние между подвеской и стенкой ванны (необходимо для того, чтобы подвески не задевали о ванну и чтобы детали не падали при соударении) b_п-в =50 мм.

b_п-п – расстояние между подвесками (необходимо для того, чтобы подвески не задевали друг за друга и чтобы детали не падали при соударении) b_п-п =100 мм;

Ширина всех ванн одинакова:

 

B_внут = 450·2+100·(2-1)+2·50 = 1100 мм. (4.2.2)

 

Размеры ванны цинкования приведены на рисунке 1, размеры ванн промывок, ванн осветления, пассивации, травления и обезжиривания на рисунке 2.