4.3 Выбор и обоснование основного оборудования для гальванопокрытия

По современным требованиям цех или участок металлопокрытий должен быть максимально механизирован. При малой программе выпуска для операции покрытия, а также для подготовительных и заключительных операций, при обработке деталей на подвесках применяются механические линии и стационарные ванны.

В крупносерийном и массовом производстве для покрытия деталей при больших программах применяются автоматы с жестким циклом. В цехах с часто меняющейся номенклатурой деталей и видами покрытия применяются автоматические линии с программным управлением.

В проекте для никелирования стальных деталей предложен автооператорный автомат с программным управлением. Выбор

данного аппарата можно обосновать:

- стабильные технологические процессы;

- стабильная загрузка линии, отсутствие перебоев с сырьем;

- данная линия занимает минимальную удельную площадь;

- все операции механизированы.

Для никелирования стальных деталей предложена автоматическая автооператорная линия с консольным автооператором. Консольные автооператоры перемещаются по направляющим путям, установленным сбоку ряда ванн. Грузозахватный орган автооператоров в виде консоли, проходящей над поверхностью ванн.

Загрузочная ведомость защитно-декоративного покрытия стальных деталей представлена в таблице 3.

Таблица 3 Загрузочная ведомость защитно-декоративного покрытия

стальных деталей

№ п/п	Наименование деталей	Масса, кг	Покрываемая поверхность, дм2	Количество деталей на одну подвеску	Количество подвесок в катодном комплекте		Суммарная масса деталей, кг	Суммарная покрываемая площадь, дм2
1	Стенка	0,245	12,5	3	2	1,47		37.5
2	Крышка	0,15	6,9	5	2	1.5		34.5
3	Крышка	0,42	6,4	5	2	4.2		32
4	Корпус	0,79	12,8	3	2	4.74		36.6

Используется подвеска с габаритами 1100х50х650 .

4.4 Расчёт фондов времени работы оборудования

Номинальный фонд времени работы оборудования T₀,ч, вычисляется по формуле

T₀= (365 –t₀–t_П)-t_ПП₁, (4.1)

где t₀ – число выходных дней в году( за 2013 год);

t_П – число праздничных дней в году;

t_ПП – число предпраздничных дней в году;

 – продолжительность работы оборудования в сутки, ч;

₁ – число часов, на которое сокращён рабочий день в праздничные дни.

T₀ = (365 – 110 – 8)18 - 6  2 = 4434 ч

Действительный фонд времени работ T_д, ч вычисляется по формуле

T_д = T₀ - T₀  K_п , (4.2)

где K_п – коэффициент простоя оборудования (для автоматов 0,08).

T_д = 4434-4434  0,08 = 4079 ч

Эффективное время работы автоматов Т_эф, ч, определяется по формуле

Т_эф=Т_д-250t_маш, (4.3)

где t_маш– время прохождения первой подвески через весь автомат, мин.

tмаш=tтехн+tгор.перед+(tпод +tопуск+t выст) (4.4)

где tтехн- технологическое время на каждой операции (3309сек) по циклограмме,

tгор.перед – время движения сборки от позиции загрузки до позиции разгрузки по всей автооператорной линии( 16*6*2=192 сек),

tпод+tопуск+tвыст – время подъёма, опускания, верхнего выстоя ((8+8+5)*16=336 )

tмаш=3309+192+336 =3837сек=1,06ч

Т_эф=4079-250∙1,06=3814 ч.

Расчёт автоматической линии с программным управлением

Длительность никелирования t_ник, мин, вычисляется по формуле

t_ник = , (4.5)

где d_П – толщина покрытия, мкм;

d_ник – плотность никеля, г/см³;

j_К – катодная плотность тока, А\дм²;

Вт – выход по току, %;

q_ник – электрохимический эквивалент двухвалентного никеля, г/А×ч.

q = , (4.6)

где Мr-молекулярная масса никеля г.;

F– число Фарадея, А·ч;

Z– число электронов, участвующих в реакции.

q== 1,095 г/A·ч

Время покрытия слоя матового никеля:

при j_к=3,5 А/дм²

t_{ник.мат} = = 17,6 мин=1056 с

Время покрытия слоя блестящего никеля

при j_к=4 А/дм²

t_{ник.блест} = = 7,7 мин=462 с

Необходимое количество ванн рассчитывается по формуле

n=t/R, (4.7)

где R – ритм выдачи,с.

Ориентировочно принимаем ритм выдачи R=600 секунд.

Количество ванн матового никелирования:

t=17,6 мин. n=1056/600=1,8 шт.

Количество ванн блестящего никелирования:

t=7,7 мин. n=462/600=0,8 шт.

Принимаем 2 ванны матового никелирования и 1 ванну блестящего.

По циклограмме ритм выдачи 609 с.

По уточненному времени на никелирование рассчитываем плотность тока на ванне:

; (4.8)

Также по циклограмме уточняется технологическое время по каждой операции, и заносится в таблицу 4.

Таблица 4 Технологическое время обработки деталей по операциям

Наименование операции	Технологически заданное время,сек	Технологическое время по циклограмме,сек
Хим. обезжиривание	100-150	129
Промывка горячая	60-180	60
ЭХ обезжиривание	60-120	70
Промывка горячая	60-180	128
Промывка холодная	60-180	460
Активация	30-80	50
Промывка холодная	60-180	57
Промывка холодная	60-180	60
Никелирование матовое	300-1200	1092
Никелирование блестящее	200-600	496
Улавливание	100-400	197
Промывка холодная	60-180	140
Промывка горячая	60-180	140
Сушка	150-300	230

Производительность автооператорной линии

Согласно циклограмме ритм выдачи R=609 секунды или 10,15 минуты.

Количество сборок, которое может обработать автомат за год Х равно

Х=[(Т_эф∙3600)/R]+250 (4.9)

Х=[(3814∙3600)/609]+250=22796 шт.

Годовая производительность линии рассчитывается на 2 автомата.

S_год=nfХ, (4.10)

где n – количество подвесок в катодном комплекте, шт.;

f – обрабатываемая поверхность одной подвески, м².

S_год=(2∙0,35∙22796) ∙2∙0,95=30318 м²

4.4.1 Расчет габаритов автомата

Размеры подвески: высота – 1100 мм, толщина – 100 мм, ширина – 650 мм.

Расчет ширины основных ванн

Внутренняя ширина ванны, W_внутр, мм, в соответствии с рисунком 1 рассчитывается по формуле

W_внутр = 2W₁+(n₁+1)·d+2n₁·W₂+n₁· d₂, (4.11)

где W₁ – расстояние от анода до внутренней стенки,мм (W₁=50 мм);

n₁ – количество катодных рядов в ванне (n₁ = 1);

d – толщина титановой корзины с анодами, мм (d =55 мм);

W₂ – расстояние от края подвески до анода ( W₂ = 150 мм );

d₂ – толщина подвески с деталями, мм (d₂ = 100 мм).

W_внутр = 2·50+2·55+2·150+1∙100 = 610 мм;

Внешняя ширина ванны W_вн, мм, рассчитывается по формуле

W_вн = W_внутр+2·^’, (4.12)

где ^’ – толщина стенки ванны с ребром жёсткости(60 мм)

W_вн = 610+2∙60 = 730 мм.

Расчет длины ванны

Внутренняя длина ванны, L_внутр, мм, в рассчитывается по формуле

L_внутр =l_п∙n_п+2W₃+W₄(n_п-1) (4.13)

где l_п –ширина подвески, мм (l_п=650мм);

n_п – число подвесок на штанге;

W₃– расстояние от подвески до края ванны, мм (W₃=150мм);

W₄– зазор между подвесками на штанге, мм (W₄=100мм) [4].

L_внутр=650∙2+2∙150+100(2-1)=1700мм

Внешняя длина ванны L_вн, мм, рассчитывается по формуле

L_вн =L_внутр+2·^’, (4.14)

где ^’ – толщина стенки ванны с ребром жёсткости

L_вн =1700+2·60=1820мм

Расчет высоты ванны

Высота ванны Н_внутр, мм, в соответствии с рисунком 3, рассчитывается по формуле

Н_внутр=h₁+h₂+h₃+h₄, (4.15)

где h₁ – высота подвески, мм;

h₂ –расстояние от нижнего края подвески до дна ванны, мм (примем h₂=200 мм);

h₃ – высота столба электролита над верхним краем подвески, мм

(примем h₃=50мм);

h₄ – расстояние от зеркала электролита до верхнего края ванны, мм

(примем h₄=150мм );

Н_внутр= 1100+200+50+150=1500 мм

Расчет объема электролита в ванне V_эл-та, л, рассчитывается по формуле

V_эл-та=L_внутр·W_внутр·(h₁+h₂+h₃), (4.16)

V_эл-та=1700 · 610 · (1100+250+100) = 1500 л

Расчёт ширины вспомогательных ванн

Ванны обезжиривания, улавливания, активации, проточной промывки имеют одинаковые размеры (внутренние). Для них расчёт аналогичен.

Ванны двухкаскадной промывки принимаем ,как 2 проточные ванны промывки, соединённые шлангом.

(4.17)

где - толщина подвески;

- расстояние от стенки ванны до подвески.

- толщина стенки ванны с ребром жёсткости(60 мм)

Ванна обезжиривания снабжена сливным карманом ().

Внешняя ширина ванны обезжиривания

(4.18)

Ванны улавливания, и активации не снабжены сливным карманом.

Внешняя ширина ванн улавливания, и активации равна:

(4.19)

Ширина ванны проточной промывки такая же, как у ванны химического обезжиривания.

V_эл-та=1700 ·400(1100+250+100)=986 л.

Расчёт силы тока, подаваемого на ванну.

Поверхность деталей на одной подвеске S = 35,15 дм².

Площадь катодной поверхности Sk, дм², рассчитывается по формуле

Sk= 2* S*( 1+Кк) (4.20)

где Кк- коэффициент,учитывающий покрываемую поверхность контактов

Sk=2*35,15*(1+0,05)=73,8 дм2

Ток подаваемый на ванну I, A, рассчитывается по формуле

I = jk * Sk (4.21)

где jk- катодная плотность тока, А/ дм2

Для ванны электрохимического обезжиривания

I =73,8*3 =221,4 А

Для ванны матового никелирования

I =73,8 * 3,38 =249,4 А

Для ванны блестящего никелирования

I = 73,8 * 3,7 =273,06 А

Коэффициент использования ванны

К_исп=, (4.22)

где t – время нахождения катодного комплекта в ванне, сек;

n – количество ванн, шт.

Для ванны матового никелирования

К_исп= 1092/609*2 =0,9

Для ванны блестящего никелтрования

К_исп=496/609 =0,81

Для ванны электрохимического обезжиривания

К_исп=70/609=0,11