- •1. Теоретическая часть
- •1.1 Механизм образования гальванических покрытий
- •1.3 Характеристика детали, выбор вида и толщины покрытия
- •1.4 Разработка технологического процесса
- •1.7 Обоснование выбора оборудования
- •2. Расчётно-экономическая часть
- •2.6 Расчет воды
- •2.11 Расчет стоимости основных фондов и амортизации
- •2.12 Расчет стоимости оборудования, электроэнергии, пара, сжатого воздуха, воды, материалов
- •3. Результативная часть
- •4.5 Техника безопасности на проектируемом участке, противопожарные мероприятия
2. Расчётно-экономическая часть
.1 Расчет времени для нанесения покрытия
Общее время обработки деталей в ванне основного покрытия определяется по формуле:
τ = τ1 + τ2, (3)
где τ1 - продолжительность процесса, мин;
τ2 - вспомогательное время, мин.
При электрохимическом осаждении металла τ1, (мин) определяется по формуле:
δ * γ * 60000
τ1 = -------, (4)
с * ίк * η
где δ - толщина покрытия, мм;
γ - плотность металла, г/см3;
с - электрохимический эквивалент, г/А*ч;
ίк - плотность тока, А/дм2;
η - выход по току, %.
0,018 * 8,9 * 60000
τ1 = --------- = 28,5 мин.
0,73 * 5 * 92
Вспомогательное время τ2 зависит от типа оборудования. При непрерывном оно составляет 1 - 2 минуты. τ2 = 2 мин.
τ = 28,5+ 2 = 30,5 мин.
Площадь детали составляет 0,007721 м2
Ванна никелирования имеет одну катодную штангу с подвеской размером 1400*250*850мм.
Площадь подвески будет равна:
подв = 1400*850 = 1190000 мм2 = 1,19 м2
В данном дипломном проекте коэффициент загрузки подвески будет равен 0,4 и, следовательно площадь подвески S/подв составит 0,476 м2.
Отсюда, количество деталей, завешиваемых на одну подвеску будет равно:
b= Sподв./Sдет. (4)
где b -количество деталей, завешиваемых на одну подвеску, шт.
b = 0,476/0,007721 = 61,65
Подвеска рамочного типа, имеет 6 рядов, в каждом ряду по 10 деталей (b1=60).
Коэффициент загрузки подвески рассчитывается по формуле:
Кзагр.подв= b1/b (5)
Кзагр.подв= 60/61,65 = 0,97
Единовременная загрузка деталей определяется по формуле:
У= b1*Sдет. (6)
У= 60*0,007721= 0,46 м2
Расчётный темп выхода Тр определяется по формуле:
Тр = Фв * 60 * У / Ргод (7)
где Фв - действительный фонд времени работы оборудования, ч;
У - единовременная загрузка деталей в ванну, м2;
Ргод - годовая программа, м2.
Тр = 5960 * 60 * 0,46/280735, 56 = 0,59 мин
Расчёт числа ванн покрытия определяется следующим образом:
τ
n = --, (8)
Тр
где τ - общее время обработки деталей в ванне основного покрытия, мин;
Тр - расчётный темп выхода, мин.
n = 30,5 /0,59 = 51,7 шт.
При расчётном n меньше 51 количество ванн принимаем за 51, если n больше 51, то округляем до большего целого числа:
n1 ≈ 52 ванны покрытия
(тринадцать линий никелирования, имеющие по четыре ванны основного покрытия)
Темп выхода при 100% загрузки ванн покрытия равен отношению продолжительности процесса обработки τ к принятому числу ванн n1:
Т= τ/ n1, (9)
где τ - продолжительность процесса обработки, мин;
n1 - принятое число ванн покрытия в одной линии, шт
Т = 30,5 / 4 = 7,62 мин
Потребное число автоматов m, определяется отношением принятого темпа к расчётному
m = Т / Тр, (10)
где Т - темп выхода, мин;
Тр - расчётный темп выхода, мин.
m = 7,62/ 0,59 = 12,9
Принимается m1 = 13 (тринадцать линий никелирования)
Часовая производительность автомата рассчитывается по формуле:
60У
Q = ---, м2 /ч (11)
Т
где У - единовременная загрузка, м2,
Т - темп выхода, мин.
60 * 0,46
Q = ------ = 3,6 м2 /ч
7,62
Коэффициент загрузки автомата рассчитывается по формуле:
К = m / m1, (12)
где m - потребное число автоматов
m1- принятое число автоматов
К = 12,9 / 13 = 0,99
Так как продолжительность остальных технологических операций меньше выхода подвески, принимается для каждого процесса по одной ванне.
.2 Компоновка автоматических линий
Широкие функциональные возможности автооператоров (движение в прямом и обратном направлениях, передача обрабатываемого груза в поперечном направлении, перемещение по радиусу и др.) создали предпосылки для большого разнообразия компоновок автооператорных линий. Наибольшее распространение получили компоновки: однорядная прямолинейная, двухрядная овальная и двухрядная прямолинейная.
Данным дипломным проектом предлагается использовать однорядную прямолинейную компоновку, которая выгодно отличается от других компоновок экономичностью по занимаемой площади. Загрузку- выгрузку деталей можно производить как с одного конца линии, так и с противоположных концов. Линии с однорядной компоновкой удобны при монтаже, обслуживании и ремонте. Эта компоновка позволяет применять любой тип автооператоров - подвесной, портальный, консольный. В данном случае предлагается использовать подвесной автооператор. Линии с однорядной компоновкой хорошо вписываются в общий технологический поток обработки изделий. В однорядных автооператорных линиях могут быть использованы следующие варианты компоновок:
. Загрузка - выгрузка, сушка, заключительные операции, основные операции, подготовительные операции;
2. Загрузка - выгрузка, сушка, заключительные операции, подготовительные операции, основные операции;
. Загрузка, подготовительные операции, основные операции, заключительные операции, сушка, выгрузка и т.п.
Число автооператоров определяется как отношение времени, необходимого на все перемещения, паузы, подъемы и опускания автооператора, к темпу выхода подвески. Ориентировочно один автооператор с двумя движениями (подъем-опускание и передвижение) обслуживает 6-8 позиций, автооператор с тремя движениями (подъем-опускание, горизонтальное перемещение и поворот) - 11-13 рабочих позиций. При выборе компоновки ванны располагаются таким образом, чтобы автооператор имел наименьшее число холостых ходов и после выполнения очередной операции кратчайшим путем возвращался в исходную позицию.
Компоновка ванн представлена на рисунке 2.
.3 Расчет основных параметров оборудования
Расчет основных параметров оборудования начинается с определения габаритных размеров ванны основного покрытия.
Длина ванны определяется по формуле:
Lвн = n1 L1 + (n1 - 1) L1 + 2L3, мм (14)
где L1 - размер подвески по длине ванны, мм;
L1 - расстояние между подвесками, мм;
L3 - расстояние между торцевой стенкой и краем подвески, мм;
n1 - число загружаемых на одну штангу подвесок, шт.
Lвн = 1 * 1400 + (1 - 1) * 150 + 2 * 100 = 1600 мм.
Внутренняя ширина ванн для проведения химических процессов, которые не имеют электродов, определяется по формуле:
Bвн=n2B1+2n2B2+2B3+n3d, (15)
где В1 - максимальный размер детали по ширине ванны, мм;
В2 - расстояние между анодом и ближайшим краем детали, мм;
В3 - расстояние между внутренней стенкой продольного борта ванны и анодом, мм;
n2 - число катодных штанг;
n3 - число анодных штанг;
d - толщина анода, мм.
Расстояние между анодом и деталями принимается равным 100-150 мм для плоских деталей и 150-200 мм для деталей сложной конфигурации. Расстояние между внутренней стенкой ванны и анодом при наличии на стенке змеевика берется равным 80-100 мм, в остальных случаях - 50 мм. При толщине анодов 10-15 мм они в расчет не принимаются.
Ввн= 1*60+2*1*200+2*80 = 620 мм
Внутренняя высота ванны определяется по формуле:
Н в.н. = Н1 + Н2 + Н3 + Н4, (16)
где Н1 - высота подвески (без подвесного крючка), мм;
Н2 - расстояние от дна ванны до нижнего края детали, мм;
Н3 - высота электролита над верхнем краем подвески, обычно 50 мм;
Н4 - расстояние от поверхности зеркала электролита до верхнего края бортов ванны, мм.
Н в.н. = 850 + 200 + 50 + 100 = 1200 мм.
Определив внутренние размеры ванны, следует откорректировать их в соответствии с размерами нормализованных ванн.
В соответствии с ГОСТ 23738-79 «Ванны автооператорных линий для химической и электрохимической обработки поверхности и получения покрытий. Основные параметры и размеры.», выбираются стандартные размеры ванны: по длине - 1600 мм.; по ширине - 630 мм.; по высоте - 1250 мм.
Объём электролита определяется по формуле:
V = Lвн * Вв.н. (Н в.н. - Н4), (17)
где все размеры берутся в дм, а объём в литрах.
V = 16 * 6,3 * (12,5 - 1) = 1159,2 л
Расстояние между ваннами зависит от типа сопряжения: I - без вентиляционного отсоса; II - с односторонним вентиляционным отсосом; III - с двусторонним вентиляционным отсосом; IV - вентиляционный отсос у последней ванны.
Определив компоновку ванн требующих вентиляцию необходимо установить бортовые отсосы, которые необходимы в ваннах с вредными выделениями и нагревом воды свыше 60 0С.
Длина линии определяется по формуле:
Lл = n Lвн + Lс + Lз.с + ∆lз.с. + n0 ∆l0 + n1 ∆l1 + n2 ∆l2 + ∆lб, мм. (18)
где n - число ванн одного типа размера, шт.;
Lвн - внутренняя ширина ванны, мм;
Lс - внутренняя ширина сушильной камеры, мм;
Lз - ширина загрузочно-разгрузочной стойки, мм;
∆lз.с. - зазор между сушильной камерой и загрузочно-разгрузочной стойкой, мм;
n0 - число сопряжений ванн без бортовых отсосов;
∆l0 - зазор между стенками ванн без бортовых отсосов, мм;
n1 - число односторонних бортовых отсосов;
∆l1 - зазор между стенками ванн с односторонним бортовым отсосом, мм;
n2 - число двусторонних бортовых отсосов;
∆l2 - зазор между стенками ванн с двусторонними бортовыми отсосами, мм;
∆lб - расстояние от наружной поверхности бортового отсоса до стенки ванны, мм.
Lл = 14 * 630 + 800 + 2415 + 800. + 1 * 160+ 9 * 290 + 4 * 390 + 212 =
мм.
Ширина линии равна:
Вл = Lвн + В1 + В2, (19)
где Lвн - внутренняя длина ванны, мм;
В1 - расстояние от внутренней стенки ванны до наружной плоскости опорной стойки для подвесных автооператоров, равное 655 мм;
В2 - расстояние от внутренней стенки ванны до наружной плоскости площадки обслуживания, равное 1165 мм.
Вл = 1600 + 655 + 1165 = 3420 мм.
Высота линии Нл зависит от внутренней высота ванны, способа обработки деталей (подвеска или барабан) и типа автооператора. Если внутренняя высота ванны 1125 мм и линию обслуживает подвесной автооператор, высота равна 4700 мм.
Габариты линии: 17377*3420*4700 мм
.4 Выбор источников постоянного тока
Для питания гальванических ванн постоянным током используют полупроводниковые выпрямители, а в отдельных случаях электрические машинные генераторы. Выбор источников постоянного тока производится на основании потребляемой силы тока и напряжения на ванне.
На каждую ванну устанавливают отдельный выпрямитель; если потребляемая сила тока превышает мощность выпрямителя, устанавливают два и более выпрямителей.
Сила тока рассчитывается исходя из плотности тока и единовременной загрузки деталей в ванну, выраженной в дм2
I = iк*уз (20)
Для ванны обезжиривания: I = 10*46 = 460 А
Для ванны активации:I = 10*46 = 460 А
Для ванны никелирования: I = 5*46 = 230 А
Расчетная сила тока IР должна быть увеличена на 15-20%
IР = I*1, 2 (21)
Для ванны обезжиривания:Iр = 460*1,2 = 552 А
Для ванны активации:Iр = 460*1,2 = 552 А
Для ванны никелирования:Iр = 230*1,2 = 276 А
Для правильного выбора источников тока необходимо знать напряжение на ванне, которое зависит от состава элемента, режима работы и межэлектродного расстояния. Для большинства электрохимических процессов рекомендуемое номинальное напряжение выпрямителя составляет 6-12 В
Напряжение на ванне можно вычислить по формуле:
U= , (22)
где α - коэффициент, учитывающий потери напряжения в электричестве за счет газонапряжения;
β - коэффициент, учитывающий потери напряжения в контактах и проводниках первого рода;
Ea,Ek - анодный и катодный потенциал, В;
I - сила тока, А;
R - электрическое сопротивление элемента, Ом.
Электрическое сопротивление электролита рассчитывается по формуле:
(23)
где l - межэлектродное расстояние, см;
- удельная электрическая проводимость, Ом-1, см-1;
R = 45/(100*0,4) = 1,125 Ом
При расчете напряжения на ванне вместо силы тока подставляем значение плотности тока, а в случае несовпадения анодной и катодной плотностей тока - среднеквадратичную плотность тока
iср.= √iaik (24)
iср.= √10*5 = 7,1 А
Для ванны обезжиривания:
= (1+0,05) [0,3+0,68+(1+0,01) *7,1*1,125] = 9,5 В
Для ванны активации:
= (1+0,05) [0,3+0,68+(1+0,01) *7,1*1,125] = 9,5 В
Для ванн никелирования:
= (1+0,05) [0,3+0,68+ (1+0,01)* 7,1*1,125] = 9,5 В
Для питания гальванических ванн разработана серия преобразователей типа Т (ТЕ, ТВ, ТЕР, ВР, ТВИ) с улучшенными характеристиками.
Исходя из данных расчетов, выбираем тиристорные преобразователи для ванн обезжиривания ВАКР-630/24У, для ванн никелирования и активации ВАК-630/12У. Типовое обозначение данного агрегата рассматривается следующим образом: Т - вид выпрямителя; Е - естественное охлаждение; Р - реверс
Первая цифра указывает класс перегрузочной характеристики, вторая - номинальную силу тока, третья - номинальное постоянное напряжение; Т-О - тропическое исполнение.
Так как при прохождении электрического тока через электролит выделяется теплота, необходимо проверять объемную плотность тока.
Объемная сила тока рассчитывается по формуле:
(25)
где iV- объемная плотность тока, А/л;
V - объем электролита, л.
Для ванны обезжиривания:iv = 552/1159,2 = 0,476 А/л
Для ванны активации:iv = 552/1159,2 = 0,476 А/л
Для ванны никелирования:iv = 276/1159,2 = 0,238 А/л
Типовое обозначение данного агрегата рассматривается следующим образом: Т - вид выпрямителя; Е - естественное охлаждение; Р - реверс. Первая цифра указывает класс перегрузочной характеристики, вторая - номинальную силу тока, третья - номинальное постоянное напряжение; Т-О - тропическое исполнение.
Таблица 5
Техническая характеристика тиристорных преобразователей
Наименование операций |
Тип агрегата |
Номинальный ток |
Номинальное напряжение |
КПД% |
Тип тиристора |
Никелирование |
ТЕ1-400/24Т-О |
400 |
24 |
88 |
Т123-320 |
Все данные для выбора источников постоянного тока сводятся в форму 1.
.5 Расчёт расхода пара и сжатого воздуха
В гальванических цехах обычно нагревают электролиты и воду для промывки деталей паром. В данном дипломном проекте производится промывка в теплой воде (до 600С), раствор для электрохимического обезжиривания (до 800С). При расчёте расхода пара необходимо учитывать расход на разогрев воды и электролитов и расход пара на поддержание рабочей температуры. Время разогрева зависит от объёма ванн и давления пара и принимается примерно за 1 час. Расход пара на разогрев рассчитывается по формуле:
Р1 = Рр * tр; (26)
где Рр - норма расхода пара на разогрев раствора в ванне заданного размера до рабочей температуры, кг/ч;
tр - время разогрева, ч.
Р1 тепл.промыв. = 54 * 1 = 54 кг
Р1эл.хим.обезжиривания = 82*1 = 82 кг
Расход пара на поддержание рабочей температуры:
Р2 = Рр.п. * tр.п.; (27)
где Рр.п. - норма расхода пара на поддержание рабочей температуры, кг/ч;
tр.п. - время работы ванны (за исключением времени разогрева), ч.
Р2 промыв. = 9 * 23 = 207 кг
Р2 эл.обез. =13,7 * 23 = 315,1 кг
Определив расход пара, исходя из вышеперечисленных норм рассчитывают годовой расход пара
Ргод = (Р1 + Р2) Т, (28)
где Т - число рабочих дней в году.
Ргод эл.обез. =(82 + 315,1)*253*1 = 100466,3 кг = 100,5 т
Ргод промыв. =(54 + 207)*253*2 = 132066 кг = 132 т
Робщ = 100,5 + 132 = 232,5 т
Расход пара на тринадцать линии никелирования составляет:
Ргод.общ.= 13*232,5 = 3022,5 т
Полученные данные по расходу пара сводятся в форму 2.
Расчёт расхода сжатого воздуха
В гальванических цехах сжатый воздух расходуется, в основном на перемешивание растворов и электролитов, а также воды. Кроме того сжатым воздухом производят обдувку деталей. На обдувку расход сжатого воздуха при давлении 0,2-0,3 МПа составляет 15-20 м3/ч.
Расход сжатого воздуха на перемешивание 1 л раствора или электролита составляет (л/мин): 0,5 при слабом перемешивании, 1,0 - при среднем, 1,5 - при сильном. Объем сжатого воздуха рассчитывается по формуле:
Vсж.возд. = Vэл.*К*τ*n/1000, (29)
Где Vэл - объём электролита, л;
К- коэффициент перемешивания;
τ - время работы ванны, мин;
n - количество ванн, шт
Данным дипломным проектом принимается:
слабое перемешивание (а=0,5) для ванн промывки в теплой воде, травлении, электрохимическое обезжиривание;
среднее перемешивание (а=1) для ванн улавливания, электрохимическая активирования;
сильное перемешивание (а=1,5) для ванн холодной промывки, никелирования.
Объем сжатого воздуха для ванн со слабым перемешиванием (а = 0,5) равен:
сж.возд = 1159,2 * 0,5 * 1440 * 4/1000= 3338,5 м3
Объем сжатого воздуха для ванн со средним перемешиванием (а = 1,0) равен:
сж.возд.=1159,2 * 1,0 * 1440 * 2/1000 = 3338,5 м3
Объем сжатого воздуха для ванн с сильным перемешиванием (а = 1,5) равен:
сж.возд.обез. = 1159,2 * 1,5 * 1440 * 8/1000 = 20030,98 м3
Объём сжатого воздуха для сушки:
сж.возд.суш =20 * 5960 = 119200 м3
Годовой объем сжатого воздуха равен:
сж.возд.год= 119200 + (3338,5 + 3338,5 + 20030,98) * 253 = 6876318,94 =
,76 * 105 м3
На тринадцать линий никелирования - 893,88 * 105 м3
гальванический деталь оборудование себестоимость