litceysel.ru
добавить свой файл
1 2 ... 13 14




ЗМІСТ

Стр.

Вступ 10

1 Техніко-економічне обґрунтування проекту 12

2 Технологічна частина 13

2.1 Призначення цеху металопокриттів 13

2.2 Вимоги до покриття 14

2.3 Характеристика процесу анодування 16

2.4 Електроліти для нанесення оксидного покриття 20

2.4.1 Огляд і вибір електролітів цинкування 20

2.4.2 Приготування електроліту і шкідливі домішки 22

2.4.3 Коректування електроліту 22

2.5 Катоди 23

2.6 Технологічний процес нанесення оксидного покриття 24

2.6.1 Карта технологічного процесу 24

2.6.2 Механічна підготовка 27

2.6.3 Технологія нанесення оксидного покриття 28

2.6.4 Контроль якості покриттів 30

2.6.4.1 Контроль зовнішнього вигляду покриття 30

2.6.4.2 Визначення товщини оксидного покриття 31

2.6.5 Видалення недоброякісного покриття 32

2.6.6 Види дефектів, причини їх появи і способи усунення 32

2.7 Описання типу і конструкції автоматичної лінії. Автооператори: їх призначення і загальне описання 34

2.7.1 Вибір автооператорної лінії 38

3 Технологічні розрахунки 40

3.1 Визначення дійсного фонду часу роботи обладнання 40

3.2 Визначення виробничої програми обладнання 40

3.3 Вибір виду обладнання для нанесення гальванічного покриття, розрахунок його кількості та габаритних розмірів 41

3.3.1 Перерахунок діючого обладнання 42

3.4 Баланс струму на гальванічній ванні 45

3.5 Баланс напруги на гальванічній ванні 47

3.6 Вибір джерела струму для гальванічної ванни 48


3.7 Визначення джоулевої теплоти, складання балансу енергії 49

3.8 Тепловий розрахунок 51

3.9 Розрахунок витрат матеріалів 52

3.9.1 Розрахунок витрат катодів 52

3.9.2 Розрахунок витрат катодів на початковий запуск обладнання 52

3.9.3 Витрати нерозчинних катодів на виконання річної виробничої програми 53

3.9.4 Витрати хімічних реактивів на початковий запуск обладнання 53

3.9.5 Витрати хімічних реактивів на виконання річної виробничої програми 53

3.10 Розрахунок витрат води 54

3.10.1 Витрати води на приготування електроліту 54

3.10.2 Витрати води на розкладання при електролізі 55

3.10.3 Витрати води на винесення із газами 55

3.10.4 Витрати води на випаровування з поверхні електроліту 56

3.10.5 Витрати води на промивні операції 57

4 Очищення стічних вод 59

5 Автоматизація процесу анодування 61

6 Економічна частина 65

7 Охорона праці 83

7.1 Виявлення і аналіз шкідливих і небезпечних виробничих факторів на об’єкті, що проектується. Заходи з охорони праці 83

7.1.1 Повітря робочої зони 83

7.1.2 Виробниче освітлення 87

7.1.3 Виробничий шум 88

7.1.4 Небезпека ураження електричним струмом 88

7.1.5 Безпека технологічних процесів і обладнання 90

7.2 Пожежна безпека 91

Висновки 93

Список використаної літератури 94


ВСТУП

Металеві конструкції, устаткування заводів і фабрик, деталі машин і інші металеві вироби повинні бути довговічні. Для цього, крім механічної міцності, всі вироби повинні володіти хімічною стійкістю і в першу чергу повинні бути захищені від атмосферної корозії. Корозія металів заподіює величезну шкоду народному господарству.

Методи захисту металів від корозії різноманітні. У техніці широко застосовують лакофарбні, хімічні і гальванічні покриття. У багатьох випадках одночасно із захистом від корозії поверхні виробу необхідно надати красивому зовнішньому вигляду, для цього застосовують лакофарбні покриття. Крім того, покриття часто наносять для підвищення зносостійкості, для відновлення розмірів деталей, втрачених унаслідок механічного зносу, для зміни електричних властивостей поверхневого шару деталей і для інших цілей. В більшості випадків для цих цілей використовуються гальванічні покриття.


Нанесення гальванічних покриттів є одним з ефективних методів захисту металів від корозії, підвищення зносостійкості, і відповідно терміну служби, надійності деталей машин і механізмів, приладів і радіоелектронної апаратури, поліпшення електрохімічних характеристик численних струмопровідних деталей. Гальванічні покриття значно покращують обробку різних металевих конструкцій і виробів, надають їм красивого вигляду.

Окрім металевих покриттів існують також неметалеві покриття. До них, що складаються з неорганічніх з'єднань металів, відносяться фосфатні, оксидні, хроматні і інші покриття.

Оксидування дозволяє отримувати оксидні плівки з високою твердістю та зносостійкістю, високими електроізоляційними властивостями та з красивим, декоративним виглядом.

Вимоги до корозійної стійкості матеріалу можуть мінятися в широких межах залежно від призначення виробу, умов експлуатації і планованого терміну служби.

У даному проекті розроблена технологія і розрахунок устаткування для процесу анодування алюмінієвих деталей. Підібрані оптимальні параметри процесу, при яких виходить якісне покриття, що надійно захищає деталі від корозії. Проведена оптимізація розміщення електродів у ванні з метою зменшення витрат енергії на одиницю продукції. Розраховані економічні показники процесу, а також розроблені відповідні заходи щодо охорони праці.


1 ТЕХНІКО – ЕКОНОМІЧНЕ ОБГРУНТУВАННЯ ПРОЕКТУ

Розробка дипломного проекту базується на основі аналізу роботи гальванічного цеху заводу «Київприлад».

Будівля цеху відповідає вимогам будівничих норм.

Передбачена організація очистки і повернення в виробництво, а також видалення умовно чистих стічних вод при збереженні чистоти навколишнього середовища. Територія, що розглядається, згідно до СНіП II - а 6 - 72 відноситься до II–гого кліматичного району. Середньомісячна температура повітря від –6ºС в січні до +21ºС в липні. Відносна середньомісячна вологість повітря доволі стабільна. Її максимум в зимовий період складає 88%, а в літній мінімум 64%.


Проектом передбачаються ефективні впровадження по зниженню виробничих шумів до нормативно допустимих, встановлення фільтрів очистки на витяжних вентиляційних системах, які не дозволяють викидати в атмосферу виробничі шкідливі речовини, концентрація яких перевищує допустимі концентрації в повітрі робочої зони, будівництво станції доочистки промислових стоків, що зменшує викид забруднених стоків в міську каналізаційну систему.

В процесі анодування передбачається використання обладнання, із застосуванням механізації і автоматизації виробництва, що покращує такі техніко - економічні показники, як річний випуск продукції, виробничу програму праці і зменшить собівартість продукції, що зробить її конкурентно спроможною.

Дипломним проектом обґрунтовується економічна ефективність даних підприємств. Автоматична лінія, запропонована для анодування, забезпечує максимальну економічну ефективність процесу.

Впровадження автоматичної лінії дозволяє забезпечити високий рівень гальванічного виробництва, скоротити часткову вагу ручної праці, підвищити міцність і корозійну стійкість деталей.


2 ТЕХНОЛОГІЧНИЙ РОЗДІЛ

2.1 ПРИЗНАЧЕННЯ ЦЕХУ МЕТАЛОПОКРИТТІВ

На кожному підприємстві машинобудування, літакобудування, на підприємствах, які випускають радіоапаратуру існують гальванічні цеха, так як більшість деталей, які випускаються потребують гальванічної обробки.

Гальванічним покриттям підлягають стальні деталі, деталі з алюмінієвих і мідних сплавів, а також нержавіюча сталь.

Всі деталі, залежно від стану поверхні, проходять спеціальну обробку.

Цех призначений для нанесення гальванічних, хімічних і лакофарбних покриттів, займає специфічне місце між металообробними і складальними цехами. Він призначений для розміщення гальванічних ліній і обслуговуючого обладнання з допомогою якого наносять захисні і захисно декоративні покриття електрохімічними і хімічними способами.


Деталі, на які буде наноситися покриття, монтуються на підвіски на монтажних столах, розкладених в зоні загрузки лінії.


2.2 ВИМОГИ ДО ПОКРИТТЯ

До зовнішнього вигляду оксидних плівок висувають наступні вимоги. Колір покриття повинен бути від світло-сірого до темно-сірого, на деталях з багатокомпонентних алюмінієвих сплавів від світло-сірого до темно-коричневого. Колір хроматованого покриття від світло-зеленого до жовто-зеленого, на деталях з багатокомпонентних алюмінієвих сплавів від сірого до темно-сірого.

По товщині, хімічному складу, захисним властивостям і пористості оксидне покриття повинне відповідати вимогам:

- товщина відповідно до вимог конструкторської документації;

- пористість - число пор 28,4.103 на 1 м2, якщо немає інших вказівок в конструкторській документації;

- покриття повинно бути міцно зчепленим з основним металом, без вздуття, повинно витримувати випробування на міцність зчеплення відповідно до ГОСТ 9.302-79.

Оксидоване покриття наносять на деталі, виготовлені зі сплаву Д16 (дуралюміній), які використовуються в побутових приміщеннях. Ескіз деталі представлений на Рис.1.





Рис.1 Ескіз деталі


2.3 ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕСУ АНОДУВАННЯ

Стандартний електродний потенціал алюмінію -1,66В, тобто алюміній є електронегативним металом і тому термодинамічно нестійкий. На повітрі алюміній покривається оксидною плівкою А1203 завтовшки 5-20 мкм, наявність якої підвищує електродний потенціал алюмінію. Ця плівка повідомляє металу деяку пасивність, проте унаслідок малої товщини, високій пористості і низькій механічній міцності вона не може надійно захистити сам метал від корозії.

Одним з кращих способів захисту алюмінію від корозії є створення на його поверхні штучних оксидних плівок значної товщини - оксидування алюмінію, яке може бути здійснене електрохімічною або хімічною обробкою.


Анодне оксидування (анодування) алюмінію. Оксидна плівка, що утворюється в результаті анодного окислення, добре захищає основний метал від атмосферної корозії, служить хорошим грунтом під лакофарбні покриття, добре забарвлюється. Плівка стійка до води і деяких мінеральних кислот, проте легко розчиняється в лугах. Вона складається з кристалічної -модификації А1203 і аморфного оксиду алюмінію. Плівка має достатню твердість: 5000-6000 МПа на технічному алюмінію і 2000-5000 МПа на алюмінієвих сплавах, добре чинить опір механічному зношуванню. Плівка, володіє високими електроізоляційними властивостями. Її питомий електричний опір 1014—1015 Ом*м.

При анодному окисленні можна одержувати покриття із заданими властивостями. Покриття можуть бути твердими і м'якими, крихкими і еластичними, пористими і безпористими і т.д. Залежно від призначення вони діляться на захисно-декоративні, захисні, тверді, електроізоляційні, підшарові перед нанесенням металевого покриття. Властивості покриттів обумовлюються складом електроліту і режимом електролізу. Змінюючи ці параметри, можна одержувати покриття з різними властивостями.

У більшості кислих і нейтральних електролітів поверхня відразу покривається тонким щільним шаром оксидів. В результаті електрохімічного

окислення алюмінію в початковий період електролізу на поверхні утворюється тонкий шар оксидів

2А1 + ЗН2О — А1203 + 6Н+ + 6е.

Кисень у вигляді іонів потрапляє крізь плівку і викликає подальше окиснення металу.

Із зростанням товщини плівки проникнення через неї кисню все більш важко, тому іонам О2- доводиться повідомляти все більшу енергію шляхом підвищення напруги на ванні. Щільний шар оксидів, що утворюється, має товщину 0,01- 0,1 мкм і називається бар'єрним. Якщо не збільшувати напругу, зростання його припиниться.


Подальший хід процесу залежить від здатності електроліту розчиняти оксид алюмінію. Якщо плівка нерозчинна в електроліті, то електроліз припиняється, як тільки товщина плівки досягне межі, що відповідає прикладеній напрузі. Товщина таких плівок не перевищує 1-2 мкм. Ці плівки практично безпористі, володіють високим електричним опором і використовуються у виробництві електричних конденсаторів.

Якщо оксидування проводиться в електролітах, здатних розчиняти оксид алюмінію, то зростання оксидної плівки залежить від двох паралельних процесів, що протікають на аноді:

електрохімічного окислення алюмінію у основи пор проникаючими до поверхні іонами кисню;

хімічного розчинення плівки в електроліті.

Зростання плівки залежить від співвідношення швидкості цих процесів, і це зростання можливе тільки тоді, коли швидкість розчинення оксиду нижче за швидкість його утворення. На початку оксидування швидкість першого процесу більше, ніж швидкість другого (інакше оксидний шар зовсім не може утворитися, наприклад, в соляній кислоті). Але з часом плівка з боку, зверненого до електроліту, стає все більш пористою і рихлою. Площа контакту її з електролітом збільшується, а це приводить до подальшого збільшення швидкості розчинення. У деякий момент швидкості утворення плівки і її розчинення стають однаковими і зростання плівки припиняється, хоча окислення металу, природно, продовжується з колишньою швидкістю.

Чим вище розчинювальна здатність електроліту по відношенню до оксиду алюмінію, тим тонше одержувана плівка. Розчинювальна дія електроліту залежить від концентрації кислоти у ванні, температури і інших чинників, підбираючи які, можна регулювати хід процесу. Наприклад, при оксидуванні в охолоджених до 0°С і нижче розчинах сірчаної кислоти можуть бути одержані плівки завтовшки 100-300 мкм. При кімнатній температурі в тому ж електроліті утворюються плівки завтовшки до 20 мкм.

Товщина оксидних покриттів залежить також від хімічного складу і структури сплавів, що оксидуються. Чистий алюміній легше піддається анодному оксидуванню, чим його сплави. Чим більше легуючих добавок в сплаві, тим важче одержати достатньо товсті плівки на поверхні. Сплави, що містять велику кількість кремнію, не піддаються декоративному анодному оксидуванню, оскільки кремній не окислюється, не розчиняється, а залишається в плівці у вигляді сіро-чорного порошку. Магній, залізо, марганець, мідь знаходяться в алюмінієвих сплавах у вигляді інтерметалевих з'єднань, які розчиняються швидше, ніж алюміній, тому покриття виходить шорстким.


У всіх випадках плівки складаються з двох шарів: безпористого бар'єрного завтовшки 0,01-0,1 мкм і пористого завтовшки від декількох мікрометрів до декількох сотень мікрометрів. Зростання плівки відбувається на зовнішній, пористій її части, при цьому бар'єрний шар поступово оновлюється і як би переміщається в глиб металу.

Бар'єрний шар є - модификацию оксиду алюмінію А1203. Зовнішній пористий шар складається з більш менш гідратованого оксиду алюмінію. Ступінь гідратації оксиду залежить від електроліту, в якому проводили оксидування. Для плівок, одержаних в сірчаній і щавелевій кислотах, він відповідає формулі А1203Н20. Плівки, одержані в хромовій кислоті, практично безводі. Анодні плівки з хромовокислих електролітів містять крім А1203 до 0,5 % Cr. У покриттях з сірчанокислих і щавлевокислих електролітів крім оксиду алюмінію міститься вода.

Анодно-оксидне покриття складається з двох шарів: пористого товстого зовнішнього і тонкого внутрішнього, який є щільним і електроізоляційним. Швидкість формування плівки визначається густиною струму; швидкість її розчинення залежить від природи і концентрації електроліту і температури на поверхні металу: чим вище густина струму, тим швидше йде утворення плівки, чим вище температура і концентрація електроліту, тим більше швидкість розчинення.

Для отримання захисно-декоративних оксидних плівок підбирають такі умови електролізу, при яких швидкість утворення перевищує швидкість розчинення. Для отримання твердих, зносостійких і електроізоляційних товстих плівок застосовують охолоджування; електроліз проводять при низькій температурі (близько 0 °С) і в електроліті з менш вираженою дією, що труїть.

Властивості оксидних плівок визначаються товщиною, пористістю і наявністю домішок. Твердість і зносостійкість покриття тим вище, чим менше пористість. Наявність домішок значно знижує твердість оксидних шарів. Адсорбційна здатність у пористих плівок вища; вони добре забарвлюються органічними фарбниками і неорганічними пігментами. Шорсткість плівки різна в залежності від типу електроліту, тривалості оксидування і тривалості процесу.



2.4 ЕЛЕКТРОЛІТИ ДЛЯ НАНЕСЕННЯ ОКСИДНОГО ПОКРИТТЯ

2.4.1 ОГЛЯД І ВИБІР ЕЛЕКТРОЛІТІВ АНОДУВАННЯ

Анодне оксидування проводять в сірчанокислому, хромовокислому, щавелевокислому та сульфосаліциловому електролітах.

Оксидні плівки, які отримані з сірчанокислого електроліту, володіють високою адсорбційною властивістю та стійкістю проти корозії. Важливою перевагою даного електроліту є те, що в ньому можна анодувати майже всі сплави, в той час як в інших електролітах, наприклад в хромовокислому, анодування сплавів з високим вмістом міді та кремнію ускладнено. Анодне оксидування в сірчаній кислоті потребує приблизно на 30-50% меншої затрати електроенергії в порівнянні з анодним оксидуванням в хромовокислому та щавелевокислому електролітах та меншій тривалості обробки. Нарешті, розбавлена сірчана кислота, яка застосовується для складання сірчанокислого електроліту, яка найбільш дешева і доступніша з трьох вказаних електролітів.

До недоліків сірчанокислого електроліту відносяться:

1) необхідність охолодження електроліту при роботі та деяка складність технологічного процесу анодного оксидування, яка викликана необхідністю наступній обробці оксидованих деталей гарячим розчином хромату (наповнення плівки) для підвищення її корозійної стійкості;

2) неможливість тривалого перебування деталей в електроліті при випадковому перериві струму у вигляді значної розчинюючої дії сірчаної кислоти на оксидну плівку та метал;

3) необхідність застосування спеціальної кислотонаполегливої футеровки ванн.

В сірчаній кислоті не рекомендується опрацьовувати деталі, які мають вузькі щілини, зазори, клепані з`єднання, від яких важко відмити кислоту.

Хромовокислі електроліти анодного оксидування рекомендуються при отриманні антикорозійних плівок на деталях складної форми. До переваг даного електроліту відносяться :

зберігання шорохуватості поверхні та розмірів опрацьованих деталей;


підвищена корозійна стійкість плівок, які отримані з хромовокислих електролітів, завдяки чому вони застосовуються без додаткової обробки;

високі еластичність та пластичність плівок;

відсутність негативного впливу на втомні характеристики деталей;

в декілька разів більше електричний опір цих плівок в порівнянні з плівками такої ж товщини, які отримані в сірчанокислому електроліті.

Недоліки хромовокислих електролітів аналогічні вказаним для сірчанокислих. Додатково необхідно відмітити високу вартість електроліту та складність керування. Хромовокислий електроліт в 5-8 разів дорожче сірчанокислого, а керування за звичай здійснюється потенціометричним або кондуктометричним методом. Крім того, до його недоліків відносяться необхідність підігрівати електроліт, тривалість витримки деталей у ванні та використання постійного струму доволі високої напруги.

Анодне оксидування в щавелевій кислоті слугує для отримання електроізоляційних та зносостійких плівок. Щавелева кислота в якості електроліту надає відносно слабку розчинюючу дію на плівку. В зв`язку з цим товщина оксидного шару зростає майже пропорційно тривалості процесу.

Щавелевокислі електроліти прості за складом, не потребують охолодження, але процес анодного оксидування в них протікає при високій напрузі; тривалість процесу за звичай більше, ніж при інших методах анодного оксидування.

Плівки, які отримані в щавелевокислому електроліті, товсті, еластичні, мало пористі, володіють більш високими захисними властивостями та пластичністю, ніж отримані в сірчаній кислоті.

Покриття мають колір від світлого до темно-бронзового в залежності від складу сплаву.

В електролітах на основі борної та сульфосаліцилової кислот отримують щільні тонкі плівки з високими діелектричними властивостями. Це обумовлюється малою розчинністю оксиду алюмінію в цих кислотах. Анодне оксидування у фосфорній кислоті застосовують для отримання підшару під нанесення гальванічних покриттів.


Для нанесення оксидного покриття на алюмінієві деталі пропонується електроліт наступного складу:

Кислота сірчана 180-200 г/л

Температура процесу 20 0С

Катодна густина струму 1,5 А/дм2

2.4.2 ПРИГОТУВАННЯ ЕЛЕКТРОЛІТУ ТА ШКІДЛИВІ ДОМІШКИ

Розрахункову кількість сірчаної кислоти (густиною 1,84) вливають в робочу ємність з холодною водопровідною водою й ретельно розмішують.

Гранично допустимий вміст домішок в електроліті анодування, г/л: алюміній 30, магній 5, хлор (в перерахунку на хлорид натрію) 0,1, мідь 0,2.


2.4.3 КОРЕКТУВАННЯ ЕЛЕКТРОЛІТУ

Для аналізу сірчанокислого розчину необхідні такі реактиви: NaOH-0,5н розчин; метиловий оранжевий; 20 %-ний розчин KF.

Хід аналізу. Розчиняють в мірній колбі 10 мл електроліту водою до 250 мл. До аліквоти 25 мл (1 мл вихідного електроліту) в конічній колбі місткістю 250 мл додають 25 мл води, 2-3 краплі індикатору та титрують їдким натром до переходу рожевого кольору розчину в жовтий. Перед титруванням вводять 20 мл розчину KF.

Вміст (г/л) розраховують за формулою:

,

де V-кількість 0,5н NaOH, використаного на титрування, мл; k-коефіцієнт нормальності 0,5н NaOH; 0,02452-теоретичний титр 0,5н NaOH по H2SO4, г/мл.


2.5 КАТОДИ

Для отримання якісного оксидного покриття необхідний жорсткий, що пружинить контакт оброблюваних виробів з підвішуючим пристосуванням. Підвіски для оксидування виробляють з алюмінію, дуралюмінію та титану.

Якщо підвіски з алюмінію використовують багаторазово, то перед кожною новою загрузкою з їх поверхні необхідно видалити оксидну плівку. Для цього використовується 10-20 %-ний розчин їдкого натру або розчин, який містить ортофосфорну кислоту 35 мл/л та хромовий ангідрид 20 г/л при 90-100 °С , t=5-10 хв.


Оксидний шар, що утворюється на титанових підвісках, періодично видаляють в розбавленій сірчаній кислоті.

В якості катодів використовується свинець або сталь 12Х18Н9Т.


2.6 ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ПРОЦЕС НАНЕСЕННЯ ОКСИДНОГО ПОКРИТТЯ

2.6.1 КАРТА ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ

Таблиця 2.1 Технологічна карта процесу анодування



Найменування операції

Склад розчинів

Режим роботи

Компонент

Хім. формула

Конц.

г/л

t, оС

i,

А/дм2

U, B

τ, хв.

1

Транспортування до автомату контейнера з деталями






















2

Монтаж






















3

Знежирення хімічне

а)їдкий натр

б)три натрій фосфат

в)скло натрієве рідке

NaOH


Na3PO4


Na2SiO3



8-12


10-50

25-30


60-70







3-5

4

Промивка

Гаряча вода

H2O




50-60







1-3

5

Промивка

Холодна вода

H2O




18-25







1-3

6

Освітлення


а)кислота азотна


НNO3



25-30

18-25







1-2



Продовження таблиці 2.1


7

Промивка

Холодна вода

H2O




18-25







1-2

8

Анодування

а)кислота сірчана

H2SO4


180-200



20

1,5




17

9

Промивка

Холодна вода

H2O




18-25





1-5

10

Фарбування

а)залізо амонійні квасці

б)кислота щавелева

в)аміак водневий

г)вода

28

22


25-30





50-60







3-5

11

Промивка

Холодна вода

H2O




18-25







1-3

12

Промивка

Гаряча вода

H2O




60-70







1-3

13

Ущільнення

а)калію біхромат

б)натрію карбонат

K2Сr2O7


Na2CO3


15


4









5-6

14

Промивка

Гаряча вода

H2O




50-60







1-2



]


СХЕМА ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ



1.Знежирення хімічне

NaOH, Na3PO4, скло натрієве рідке

T=60-70 0C, t=3-5хв.


10.Промивка в гарячій воді

T=60-70 0C, t=1-3хв.




2.Промивка в гарячій воді

T=60-70 0C, t=1-3хв.

11.Ущільнення

K2Cr2O7, Na2CO3

T=90-95 0C, t=5-6хв.





3.Промивка в холодній воді

T=18-25 0C, t=1-3хв.

12.Промивка в гарячі воді


следующая страница >>