Расчет продолжительности основных операций

Исходные данные: толщина хрома при нанесении защитно-декоративных покрытий медь-никель-хром равна 1мкм.

Хром наносится в универсальном электролите при плотности тока 15А/дм². Ванна имеет две катодные штанги. На подвеску размером 500×600мм завешивается 48 деталей. Подвеска рамочного типа имеет 4 ряда, в каждом ряду по 6 деталей.

1. определяем площадь 3х деталей:

S _д = S ₁ + S ₂ + S ₃ =1,186+0,307+0,1164=1,61 дм²

2. определяем единовременную загрузку деталей в ванну. Так как на одной подвеске размещается 24 детали, т.е. 8 раз по 3 детали. На двух подвесках находится 48 деталей, площадь которых равна

Y =16· S _д =16·1,61=25,76 дм²,

принимаем y=26дм²

3. рассчитываем время нанесения покрытия по формуле:

τ₁=δγ60000/(с i_k ВТ), (4.1)

 

где δ-толщина покрытия, мм; γ-плотность металла, г/см³; с-электрохимический эквивалент, г/(А·ч); i_k-плотность тока, А/дм²; ВТ-выход по току.

τ₁=7,0·0,001·60000/(15·0,323·15)=5,78мин;

τ₂=4,2мин; продолжительность операции хромирования τ=10мин. τ₂ – загрузка – выгрузка деталей.

4. число загрузок в год рассчитывается по формуле:

P = S _год / f ,(4.2)

где Р_год-годовая программа, м²; f-единовременная загрузка, м².

P =5000/0,26=19231

Расчет расхода химических веществ

 

Гальванический цех является потребителем большого количества химикатов, металлов для анодов и вспомогательных материалов. Исходными данными для расчета расхода материалов являются нормы расхода, которые определяются на основании опытных и расчетных данных.

Нормы расхода должны быть технически и экономически обоснованными, соответствовать снижению удельных затрат материалов за счет внедрения более совершенной технологии и новых материалов.

Расчет норм расхода химикатов.

Норма расхода химикатов определяется по формуле:

Н_х=К (А+В+С) с,(4.3)

 

где К-коэффициент, учитывающий тип оборудования; А-норма потерь электролита на вынос с деталями при выгрузке, г/м²; В-норма потерь при уносе электролита в вентиляционные каналы, г/м²; С-норма потерь электролита при фильтрации, корректировании и смене электролитов или растворов, г/м²; с-концентрация компонента, г/л.

Коэффициент К=1,8.

По степени сложности детали делятся на три группы: I-плоские детали и цилиндрические детали без резьбы; II-крепежные, рельефные и штампованные детали без плоскостей, в которых задерживается электролит; III-детали с глухими отверстиями, в которых задерживается электролит, а также детали, имеющие труднопромываемые участки.

Нормы потерь электролита при нанесении электрохимических и химических покрытий приведены в табл № 4.1.

Нормы потерь электролита (раствора)

Табл. № 4.1

Электролит	Группа сложности	Норма потерь, мл/м2
		А	В	С
Цианидный и щелочной	I II III	60 80 110	15 15 15	50 50 50
Кислый	I II III	60 80 110	- - -	65 65 65

 

Н_х=1,8∙(60+15+50)∙300=67500мл

Расчет нормы расхода хромового ангидрида с учетом особенностей процесса хромирования для каждой толщины хромового покрытия производят по формуле:

Н_х=(А+С)с+(Р+Вс)δ, (4.4)

 

где А-потери на унос составляют 0,125л/м² для I группы сложности; В-потери при твердом и декоративном хромировании равны 0,05л/м² на 1мкм; С=0,05л/м²; с-концентрация CrO₃, равная 300г/л; δ-толщина хромового покрытия, мкм; Р-количество хромового ангидрида (г) для покрытия 1м² при толщине 1мкм, равное 14г.

Н_х=(0,125+0,05)∙300+(14+0,05∙300) ∙1=81,5мл

При нанесении покрытий в цианидных (меднение) электролитах происходит разложение цианида натрия (калия) электрическим током и углекислотой воздуха, что необходимо учитывать при расчете норм

Н_х=(А+С)с+( D +Вс)δ, (4.5)

 

где А-потери на унос, равные 0,08л/м²; В=0,015л/м²; С=0,05л/м²; D-норма потерь на разложение цианида натрия, равная 2,92г/м²; с-концентрация NaCN,г/л; δ-толщина покрытия, мкм.

Подставляя численные значения в вышеприведенную формулу, получаем:

Н_х=0,13с+( D +0,015 c )δ,

Н_х=0,13∙10,0+(2,92+0,015∙10,0)∙1,0=4,34мл

Расчет норм расхода химикатов на пуск нового оборудования производится по формуле:

Н_х.п.= cVK /1000, (4.6)

 

где с-концентрация химиката в электролите (растворе), г/л; V-объем ванны, л; К-коэффициент заполнения ванн, равный 0,7-0,9.

Н_х.п.=300∙550∙0,9/1000=148,5г

Расход химикатов на выполнение программы рассчитывается следующим образом:

Q_х=Н_хδ S _год /1000 (4.7)

Q_х=67,5∙1,0∙5000/1000=337,5кг

Расход анодов

Расчет норм расхода растворимых анодов.

Норма расхода растворимых анодов устанавливается на 1м² поверхности покрытия при толщине слоя 1мкм с учетом неизбежных потерь и отходов по формуле:

Н_а=1,06γ, (4.8)

где 1,06-коэффициент, который учитывает технологические потери на шламообразование, неиспользованные остатки и т.п. Масса покрытия площадью 1м² и толщиной 1мкм численно равна плотности металла покрытия, поэтому вместо массы покрытия в формуле стоит величина γ.

Н_а=1,06∙7,0=7,42

Годовой расход растворимых анодов

Q_а=Н_аδ S _год /1000 (4.9)

 

где δ-толщина покрытия, мкм; S _год-поверхность покрываемая в год, м².

Q_а=7,42∙1,0∙5000/1000=37,1 кг

Расчет расхода нерастворимых анодов (растворов).

Норма расхода устанавливается с учетом технологических потерь на шламообразование и отходы, а также сменяемости толщины электродов.

Норму расхода подсчитывают по формуле:

Н_а= К_с К _s d γ T _обр / К_обФ_в60∙10^-3, (4.10)

 

где К_с-коэффициент сменяемости анодов (катодов) в год; К _s-коэффициент, учитывающий отношение анодной (катодной) поверхности ко второму электроду; d-толщина анода (катода) мм; γ - плотность материала анода (катода), г/см³; T _обр-время обработки, мин; К_об-коэффициент использования оборудования.

При твердом и декоративном хромировании К_с=1, а К _s =2.

Н_а=1,0∙2,0∙100∙7,0∙5,8/0,93∙2624∙60∙10^-3=55,5г/м²

Расчет норм расхода анодов на запуск оборудования.

Расход растворимых и нерастворимых анодов (катодов) определяют по формуле:

Ĥ_а= n K ₁ K ₂ L _вн Н_вн γ d /1000, (4.11)

где K ₁-коэффициент, учитывающий суммарную ширину анодов по отношению к длине ванны, K ₁ =0,6; K ₂-коэффициент, учитывающий отношение длины анодов к высоте ванны, K ₂ =0,8; n-число анодных (катодных) штанг; L _вн , Н_вн-длина и глубина ванны, см; d-толщина анода (катода), см; γ-плотность металла анода (катода), г/см³.

Ĥ_а=3∙0,6∙0,8∙80∙95∙7∙10/1000=766г/м²

Все данные по расчету расхода годовых количеств химикатов и анодов (катодов) сводятся в табл. № 4.2, 4.3.

 

Расчет годового расчета химикатов

Табл. № 4.2

Операция	Компонент	Концентрация, г/л	Толщина покрытия, мкм	Нх, г/м2	Sгод, м2	Qх, кг
хромирование	Хромовый ангидрид	300	1	81,5	5000	337,5

 

Расчет годового расхода анодов

Табл. № 4.3

Операция	Толщина покрытия, мкм	На	Ĥа	Sгод, м2	Qа, кг
		г/м2
хромирование	1	55,5	766	5000	37,1

Расход воды

 

Вода расходуется в основном на промывку деталей. Вода после промывки попадает в канализацию, поэтому целью промывки является не только удаление растворов с поверхности деталей, но и их минимальное попадание в сточные воды. Существует две схемы промывки: одноступенчатая и многоступенчатая. Одноступенчатая промывка применяется в тех случаях, когда растворы имеют низкую концентрацию или после какой-то операции не требуется тщательной промывки, например между химическим и электрохимическим обезжириванием, осветлением и пассивированием, между дополнительной активацией в цианидном растворе и нанесением покрытий в цианидном электролите и т.д. Многоступенчатую промывку применяют после химического или электрохимического обезжиривания, перед нанесением покрытий в кислых электролитах, после анодного окисления, электрохимического полирования, в других случаях.

Многоступенчатая промывка делится на прямоточную и противоточную. Методы промывки могут быть различными: погружной, струйный, комбинированный. При обработке деталей на подвесках, имеющих пазы, углубления и т.д. , а также при обработке деталей насыпью применяется погружной способ; при обработке деталей простой конфигурации – струйный; при обработке деталей сложной конфигурации без пазов и углублений и после обработки в трудносмываемых растворах – комбинированный.

Расход воды (л/м²) для любой промывки в соответствии с ГОСТ 9.305-84 определяется по формуле:

Q _N ^P = q ^{N N} √ K ° F , (4.12)

 

где q-удельный вынос электролита (раствора) из ванны поверхностью деталей; N-число ступеней (ванн) промывки; К°-критерий окончательной промывки деталей; F-промываемая поверхность загрузки ванн, м²/ч (соответствует производительности линии). Ориентировочный удельный вынос электролита (раствора) q приведен в табл. № 9.

Критерий окончательной промывки К°, показывающий во сколько раз следует снизить концентрацию основного компонента электролита (раствора), выносимого поверхностью деталей до предельно допустимых значений в последней ванне промывки, определяют по формуле:

К°=С₀ /С_п, (4.13)

 

где С₀-концентрация основного компонента в электролите, применяемом для операции, после которой производится промывка, г/л; С_п-предельно допустимая концентрация в воде после операции промывки, г/л.

К°=300/0,015=20000

Q _N ^P =0,2^{3 3}√140·20000=0,019л/м²

Значения предельно допустимых концентраций основных компонентов приведены в табл. № 4.5.

Перед промывкой имеется одна ванна улавливания, поэтому удельный расход воды уменьшают вводя коэффициент К₁=0,4. ванны улавливания обязательны после хромирования. При струйной промывки коэффициент К₂=0,5.

Расчетный расход воды увеличивают в 1,5раза на случай падения напора в водопроводной сети.

Q _N ^P _рас =1,5·0,019=0,03л/м²

Удельный вынос электролита (раствора)

 

Табл. № 4.4

Вид обработки	Удельный вынос, л/м2	Время стекания, с
подвеска	0,2	0,6

 

ПДК химических компонентов в воде

 

Табл. № 4.5

Компонент или ион электролита (раствора)	Операция или характеристика электролита (раствора) перед промыкой	Сп, г/л
Сr6+	Межоперационная промывка	0,015

 

Данные по расчету расхода воды

 

Табл. №; 4.6

Способ промывки	q, л/м2	С0	Сп	К°	К1	К2	F, м2/ч	QNp, л/м2	1,5QNp, л/м2
		г/л
Много- ступенчатая	0,2	300	0,015	20000	0,4	0,5	140	0,02	0,03