Автоматические автооператорные линии цинкования и фосфатирования на участке металлопокрытий завода дизельной аппаратуры

Вид работы:

Дипломная (ВКР)
Предмет:

Химия
Язык:

Русский
,
Формат файла:
MS Word

678,2 Кб
Опубликовано:

2013-06-18

Скачать дипломную работу Читать текст online Заказать дипломную
*Помощь в написании! Посмотреть все дипломные работы

Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.

Автоматические автооператорные линии цинкования и фосфатирования на участке металлопокрытий завода дизельной аппаратуры

Введение

Потребность в значительном росте производства продукции машиностроения, повышении качества продукции, сокращении материальных, энергетических и трудовых ресурсов при изготовлении промышленных изделий диктует необходимость в соответствующем увеличении объёмов тех производств, которые обеспечивают надёжную защиту изделий от коррозии, придание им специальных свойств, снижение их металлоёмкости и улучшение товарного вида.

В решении этих вопросов существенная роль отводится гальванотехнике. В машиностроении широко применяются электрохимические, химические и анодно - оксидные покрытия.

По назначению покрытия делят на защитные, защитно - декоративные и специальные. Основная цель защитного покрытия - защита поверхности деталей от атмосферной коррозии. Защитно - декоративные покрытия защищают детали от коррозии и придают им эстетический вид. Специальные покрытия применяют для придания деталям поверхностной твёрдости, износостойкости, жаростойкости, отражательной способности, электропроводности, смазывающих, изоляционных и других специальных свойств.

В настоящее время цинкование является наиболее распространенным способом металлизации железа для защиты его от атмосферной коррозии. На эти цели расходуется приблизительно 40% мировой добычи цинка. Широкое распространение цинкования объясняется анодным характером защиты. Потенциал цинка отрицательнее потенциала черных металлов: стали, железа, чугуна, поэтому цинк защищает их от коррозии электрохимическим путем. Они не только защищают стальные детали от коррозии, но и выдерживают изгибы, развальцовку и вытяжку. Забоины и царапины существенно не влияют на коррозию изделия. В промышленности существует множество электролитов различного состава, которые позволяют покрывать изделия как простой конфигурации, так и изделия с резьбой.

Продолжительность защитного действия зависит от характера коррозионной среды, температуры, местной разницы потенциалов. Толщины покрытий и т. п.

Защитные свойства покрытий сохраняются даже при малой толщине слоя, а также при наличии пор и обнаженных участков, отстаящих на несколько миллиметров от кромки покрытия. Забоины и царапины не влияют существенно на коррозию изделий. Протекторное действие цинка обусловливает также защиту от коррозии непокрытой части резьбы, если гайки навинчены на оцинкованные болты; срезов оцинкованных листов, проволоки и тому подобное. При температуре свыше 70 °С анодный характер защиты нарушается и цинк защищает основу лишь механически.

Цинковое покрытие обладает низкой химической стойкостью при воздействии летучих продуктов, выделяющихся при старении таких органических материалов, какими являются синтетические смолы, олифы, хлорированные углеводороды. Покрытия легко разрушаются, если они находятся в контакте или в закрытом объеме со свежеокрашенными или промасленными деталями.

Фосфатирование широко применяется в народном хозяйстве как важное средство защиты металлов от коррозии, для декоративной отделки металлических изделий, а также во многих других случаях, когда в специфических условиях производства могут быть эффективно использованы другие ценные свойства фосфатных покрытий.

Защитные свойства фосфатных покрытий сами по себе ограничены вследствие пористости слоя. Однако в сочетании с лакокрасочной или масляной пленкой фосфатный слой, обладающий прекрасными адгезионными свойствами, является весьма эффективным при защите металлов от коррозии.

Так как образование фосфатных покрытий часто не вызывает существенного изменения размеров детали, фосфатирование широко применяется в качестве защитного покрытия для болтов, гаек и других крепежных деталей с последующим пропитываем их смазочными веществами.

В металлургической промышленности и в машиностроении используется свойство фосфатных покрытий не смачиваться расплавленным металлом.

Во многих областях машиностроения, судостроении и приборостроении используются не только защитные свойства фосфатных покрытий, но главным образом их способность выполнять роль грунтовки для лакокрасочного покрытия или смазки. Одновременно решаются задачи декоративной отделки металлических изделий.

Ценные антифрикционные свойства фосфатных покрытий позволяют эффективно применять фосфатирование с последующим промасливанием при холодной прокатке и штамповке изделий. Вследствие уменьшения коэффициента трения существенно снижается потребная мощность оборудования и значительно повышается скорость обработки металлов. В электропромышленности и приборостроении могут быть использованы электроизоляционные свойства фосфатных покрытий.

Необходимо стремиться к снижению себестоимости выпускаемой продукции, сокращению брака и отходов, уменьшению затрат сырья и энергии, уменьшению численности основных рабочих.

С этой точки зрения при проектировании цехов, отделений и участков металлопокрытий следует отдавать предпочтение автоматическим линиям нанесения покрытий.

Проектируемый гальванический участок производит следующие виды покрытий для внутреннего использования:

металлические - цинкование;

неметаллические - оксидирование.

Участок состоит из гальванического зала, станции очистки сточных вод и подсобных помещений (участок ремонта и изоляции приспособлений, склада химикатов, склада деталей и прочих).

Предполагается разработать двухсменный режим работы участка.

В проекте предлагается произвести расчет автоматических линий электролитического цинкования и химического фосфатирования с небольшими габаритными размерами. Для данных процессов будет подобраны современные растворы и элекролиты.

Данные решения выполняют следующие задачи:

) улучшение условий труда путём введения автоматического оборудования и приборов, регулирующих температуру в ваннах с нагревом;

) увеличение производительности для процессов электролитического цинкования и химического фосфатирования за счет выполнения заказов от других предприятий и организаций.

1. Технологическая часть

В данном разделе рассмотрены физико-химические основы процессов, произведён выбор, обоснование и характеристика используемых процессов, рассчитаны режим работы оборудования и фонд времени рабочих. Даны рекомендации по анализу и корректированию электролитов, по проведению контроля качества покрытий.

1.1 Характеристика обрабатываемых деталей. Обоснование вида и толщины покрытия

деталь электролитический оксидирование прибор

Для цинкования выбирается из широкого номенклатурного ряда деталей корпус клапана, который подвержен атмосферной коррозии. Применение цинкового покрытия объясняется как механическим, так и анодным характером защиты. Потенциал цинка отрицательнее потенциала стали, поэтому он защищает деталь от коррозии электрохимическим путем. Корпус клапана является деталью подкачивающего насоса, служит для установки клапана и пружины клапана на линии всасывания. Подкачивающий насос служит для бесперебойной подачи топлива в двигатель с запасом 2,5 л. Деталь работает в мягких средах.

Толщина цинкового покрытия на деталях устанавливается в зависимости от условий эксплуатации изделий, а также условий сопряжения деталей при сборке. В таблице 1.1 даны рекомендации по выбору толщины цинкового покрытия.

Для того, чтобы защитить от коррозии и одновременно улучшить эксплуатационные характеристики, защитить от больших механических и тепловых нагрузок, снизить коэффициент трения, а также разрушение детали в процессе работы, надо покрыть её цинком толщиной 6 - 9 мкм.

Таблица 1.1 - Выбор цинкового покрытия по толщине

Группы условий эксплуатации	Минимальная толщина покрытия, мкм	Обозначение по ГОСТ 9.073 - 77
Легкие условия (Л). Отапливаемые и вентилируемые помещения. Относительная влажность (65 ± 15)% при температуре + 25 °С.	6	Ц6
Средние условия (С). Неотапливаемые помещения. Отсутствие атмосферных осадков. Температура воздуха от − 60 °С до + 60 °С. Относительная влажность (95 ± 3)% при температуре + 30 °С.	15	Ц15.Хр
Жесткие условия (Ж). Эксплуатация на открытом воздухе. Воздействие атмосферных осадков, загрязненных промышленными газами. Относительная влажность (95 ± 3)% при температуре + 35 °С.	24	Ц24.Хр
Особо жесткие условия (ОЖ). Длительное пребывание в воде. Атмосфера насыщена промышленными газами. Тропические условия.	36	ЦЗ6.Хр

Деталь, предназначенная для нанесения цинкового покрытия, приведена на рисунке 1.1. Её характеристика приведена в таблице 1.2.

Рисунок 1.1 - Эскиз корпуса клапана

Для фосфатирования выбирается из широкого номенклатурного ряда деталей толкатель плунжера, его изготавливают методом холодного выдавливания. Чтобы стальная заготовка легче поддавалась большим механическим нагрузкам, её надо покрыть специальным фосфатным покрытием, которое в сочетании со смазкой обладают высокими антифрикционными свойствами. Данную форму деталь приобретает после двух штамповок, перед каждой из которых проводится процесс фосфатирования. Толкатель плунжера передает движение от коленчатого вала к плунжеру. Деталь работает в мягких средах, в условиях износа при трении.

Деталь, предназначенная для нанесения фосфатного покрытия, приведена на рисунке 1.2. Её характеристика приведена в таблице 1.2.

Таблица 1.2 - Характеристика обрабатываемых деталей

Наименование детали	Характеристика детали					Годовая программа, м²	Обозначение покрытия
	Материал с указанием марки	Габаритные размеры (диаметр Ч высота), мм	Масса, кг	Площадь покрытия, дм²	Группа сложности
Корпус клапана	Сталь А12	22 Ч 30	0,029	0,34	2	75000	Ц9.Хр
Толкатель плунжера	Сталь 15Х	35,5 Ч 38	0,118	0,63	2	70000	Хим.Фос.прп

Рисунок 1.2 - Эскиз толкателя плунжера

1.2 Теоретические основы проектируемых процессов

В данном разделе рассмотрены теоретические основы проектируемых процессов, методы получения данных покрытий, сравнение электролитов и методов получения.

Электролитическое цинкование

Цинкование производят в простых и сложных электролитах. К первым относят сульфатные, хлоридные, борфторидные и другие, ко вторым - цианидные, цинкатные, аммонийные, аминокомплексные с различными добавками. Группа аминокомплексных электролитов представляет собой этилендианиновые, полиэтилендиаминовые, содержащие комплекс трилона Б и другое.

Характер разряда ионов цинка на катоде и катодная поляризация зависят от типа электролита и от условий электролиза. На рисунке 1.3 приведены кривые катодной поляризации различных электролитов цинкования. В простых электролитах разряд ионов цинка протекает при низкой катодной поляризации, в сложных - поляризация достигает значительной величины, например, в цианидных - доходит до 1 В. Поэтому осадки, полученные из кислых электролитов, имеют крупнокристаллическую структуру. Введение различных добавок позволяет улучшить структуру и получать осадки, сопоставимые по своим свойствам с осадками, полученными из сложных электролитов. В сложных электролитах осадки цинка имеют плотное, мелкозернистое строение.

Рисунок 1.3 - График катодной поляризации цинковых электролитов:

- сульфатного; 2 - аммонийного; 3 - цианидного; 4 - цинкатного

Низкая рассеивающая способность простых электролитов не позволяет получать равномерные покрытия на деталях сложной конфигурации, поэтому их используют для изделий простой конфигурации: пластин, листов, проволоки, ленты и тому подобного. Осаждение цинка из сложных электролитов протекает при высокой рассеивающей способности, поэтому эти электролиты, особенно цианидные с высоким содержанием свободного цианида, дают не только мелкозернистые, но и равномерные покрытия на деталях как простой, так и сложной формы.

Для сравнительной оценки рассеивающей способности цинковых электролитов их можно расположить в следующий ряд по мере убывания рассеивающей способности: цианидный при температуре 25 °С, полиэтиленполиаминовый, пирофосфатный при рН = 3,3 и температуре 50 °С, аммонийный при рН = 6,8 и температуре 20 °С, фторидный при температуре 20 °С, сульфатный при температуре 25 °С.

Перенапряжение водорода на цинке достигает значительной величины: при катодной плотности тока 1 А/дм² оно равно 0,75 В, а при 3 А/дм² - приближается к 1 В. В связи с этим катодный выход по току цинка в простых электролитах достигает 96 - 98%, следовательно, на катоде происходит преимущественный разряд ионов цинка.

При нанесении покрытий в сложных электролитах происходит совместное выделение цинка и водорода. Скорость выделения водорода увеличивается по мере возрастания плотности тока, так как при этом возрастает потенциал выделения цинка. Например, при цианидном цинковании потенциал выделения цинка равен 1,7 - 1,9 В, что намного превышает перенапряжение водорода на нем. Выход по току при увеличении плотности тока может быть равным 10% (рисунок 1.4). Потенциал осаждения цинка может быть снижен за счет введения в электролит свободной щелочи. В этом случае условия осаждения изменяются в пользу выделения металла и выход по току возрастает.

Рисунок 1.4 - Зависимость выхода по току от состава цинковых электролитов: 1 - борфторидный; 2 - аммонийный; 3 - цианидный; 4 - пирофосфатный

Выделение водорода приводит к значительному наводороживанию изделий, что ухудшает их механические свойства - уменьшается пластичность и увеличивается склонность стали к хрупкому разрушению. Поэтому в электролитах с низким выходом по току не допускается нанесение цинка на детали, изготовленные с пределом прочности 1400 МПа и более.

Следует учитывать, что цианидные электролиты токсичны и при определенных условиях возможно выделение сильнейшего яда, каким является цианистый водород. Поэтому взамен этих электролитов разработаны многочисленные сложные электролиты.

Сульфатные электролиты. Основным компонентом является ZnSO₄ ∙ 7H₂O, его растворимость при температуре 25 °С составляет 579 г/л. При выборе концентрации сульфата цинка руководствуются следующими соображениями. Осадки цинка из очень концентрированных электролитов имеют большую пористость и склонны к образованию дендритов. Использование слабо концентрированных электролитов неэкономично, так как уменьшается их электропроводность и, как следствие, ухудшается качество покрытий. Поэтому оптимальной концентрацией ZnSO₄ в электролитах, работающих при комнатной температуре, является 200 - 300 г/л.

Для цинкования листов, проволоки и ленты, движущихся непрерывно и при температуре электролита 40 - 50 °С, концентрацию основного компонента можно увеличить до 400 - 700 г/л. Скорость осаждения цинка в таких электролитах значительно выше.

Сульфатные электролиты просты в работе, не токсичны, имеют высокий выход по току, однако из - за низкой рассеивающей способности применяются главным образом для деталей простой конфигурации.

На катоде происходит разряд гидратированных ионов цинка:

Zn²⁺ ∙ mH₂O + 2е⁻ = Zn⁰ + mH₂O

(1.1)

Осаждение идет при низкой катодной поляризации, что приводит к образованию грубокристаллических осадков. Для улучшения структуры в электролит вводят различные добавки. Повышение электропроводности электролита достигается за счет введения солей с одноименным анионом: сульфата натрия, сульфата аммония, сульфата алюминия.

Для стабилизации рН в состав электролита необходимо вводить буферные добавки. Обычно электролиты работают при рН в пределах от 4 до 5. При увеличении кислотности резко снижается выход по току цинка, так как на катоде начинает выделяться водород, при уменьшении рН осадки становятся хрупкими и губчатыми вследствие образования оксидов и гидроксидов цинка, которые, внедряясь в покрытие, ухудшают его качество. Лучшей буферной добавкой является сульфат алюминия, если рН электролита не превышает 4,5. При рН = 4 сульфат алюминия подвергается гидролизу, образуя студнеобразный гидроксид алюминия, наличие которого является своеобразным индикатором правильного ведения процесса.

Введение сульфата алюминия, являющегося коллоидом, повышает катодную поляризацию, вследствие чего осадки улучшают структуру и приобретают красивый внешний вид.

В качестве блескообразователей применяют добавки ДЦУ и У - 2, применяемые в текстильной промышленности в качестве закрепителей при окраске. Плотность тока в сульфатных электролитах без перемешивания поддерживается 2 - 3 А/дм². При перемешивании ее можно увеличить до 6 А/дм². При нанесении цинка на полуфабрикаты в проточных электролитах плотность тока повышают до значительных значений при одновременном повышении температуры.

Цинкование можно вести и на токе переменной полярности. В этом случае плотность тока может быть увеличена в 2 - 3 раза по сравнению с обычными электролитами. Выход по току 96 - 98%, рассеивающая способность не уступает электролитам, работающим на постоянном токе. Полный период обработки около 6 секунд, отношение катодной обработки к анодной составляет 6:1. Анодный процесс протекает без осложнений, и аноды растворяются с выходом по току, не превышающим 100%.

Цинкование проводят не только на подвесках, но и в барабанах и колоколах. За счет истирания слоя цинка и частичного экранирования деталей, условия осаждения во вращательных установках существенно отличаются от обычных, поэтому расчетное время осаждения увеличивают в 1,5 - 2 раза. При толщине слоя 9 - 12 мкм скорость осаждения настолько уменьшается, что практически осаждение цинка прекращается. Выход по току во вращательных установках не превышает 50% за счет экранирования, истирания и других факторов, влияющих на процесс осаждения.

Хлоридные электролиты. Применяются значительно реже, несмотря на то, что их электропроводность в 2 раза выше сульфатных. Объясняется это тем обстоятельством, что получение химически чистого хлорида цинка крайне трудно, а остальные марки этой соли имеют большое количество вредных примесей.

Для получения блестящих цинковых покрытий на деталях сложного профиля могут быть рекомендованы электролиты следующего состава, г/л:

	Электролит 1	Электролит 2
ZnCl КСl Н₃ВО₃ Лнмеда НЦ - 10 Лимеда НЦ - 20 i_к, А/дм² t, °С рН	60 - 120 180 - 230 15 - 30 30 - 70 2,5 - 5,0 0,5 - 5,0 15 - 30 4,5 - 6,0	20 - 70 200 - 250 15 - 30 20 - 70 02,5 - 10,0 0,5 - 1,5 15 - 30 4,5 - 5,0

Электролит 2 предназначен для нанесения цинка во вращательных установках. Необходима фильтрация электролитов, а электролит 1 должен перемешиваться. Толщина цинка 18 мкм. Ион хлора очень активен, поэтому аноды быстро разрушаются, а при плохой промывке ионы хлора вызывают коррозию цинковых покрытий.

Борфторидные электролиты. Основным компонентом является борфторид свинца, который получается при взаимодействии оксида цинка и борфтористоводородной кислоты:

ZnO + 2HBF₄ = Zn(BF₄)₂ + Н₂О

(1.2)

Для повышения электропроводности вводят NH₄C1. Образующаяся при этом соль NH₄BF₄ способствует увеличению катодной поляризации, так как имеет одноименный с основной солью анион. Кислотность электролита поддерживают при помощи Н₃ВO₃. Введением ПАВ улучшают структуру покрытий.

Масса поглощенного водорода в 6 - 8 раз меньше по сравнению с покрытиями, полученными из цианидных электролитов. Как видно из рисунка 1.5, на выход по току оказывает большое влияние режим работы.

Рисунок 1.5 - Влияние плотности тока и температуры на выход по току в борфторидном электролите цинкования: 1 - при t = 5 °С; 2 - при t = 40 °С; 3 - при t = 20 °С.

С ростом плотности тока выход по току уменьшается и, наоборот, с повышением температуры - увеличивается. При температуре 20 °С катодная плотность тока может быть 4 - 5 А/дм², при повышении температуры до 40 °С плотность тока составит более 10 А/дм².

Высокие плотности тока выгодно отличают борфторидный электролит от сульфатного, который, в свою очередь, намного дешевле, и позволяют применять его для непрерывного цинкования проволоки. Ниже приведен один из составов (г/л) борфторидного электролита и режим его работы:

Zn(BF₄) ОС - 20 NH₄BF₄i_к, А/дм² H₃BO₃t, °С Тиомочевина рН

250 - 300 1,5 - 2,0 25 - 30 4 - 5 15 - 30 15 - 25 4 - 5 3,0 - 4,5

Цианидные электролиты. Основным компонентом цианидных электролитов является комплексная соль Na₂[Zn(CN)₄], которая образуется при взаимодействии оксида цинка или гидроксида цинка с цианидом натрия:

Zn(OH)₂ + 4NaCN → Na₂[Zn(CN)₄] + 2NaOH Zn(OH)₂+ 2NaOH → Nа₂ZnO₂ + 2H₂O

(1.3) (1.4)

В общем виде:

2Zn(OH)₂ + 4NaCN →Nа₂[Zn(CN)₄]+ Na₂ZnO₂ + 2H₂O(1.5)

Таким образом, в результате растворения гидрооксида цинка в растворе цианида натрия обязательно образуется гидроксид натрия, часть которого идет на образование цинката натрия.

На рисунке 1.6 представлена зависимость поляризации от концентрации NaCN, общее количество свободных NaCN и NaOH составлят 4,3 г - экв/л. Однако при высоких значениях NaCN из - за выделения водорода выход по току падает, приближаясь, с повышением плотности тока, к нулю, зависимость которой представлена на рисунке 1.7. Состав электролита, г/л:

Zn NaCN общ. NaOH общ.

35 75 75

Рисунок 1.6 - Зависимость катодной поляризации в цианидных электролитах цинкования от концентрации цианида натрия

Заметно выше выход по току у электролитов, содержащих в своем составе цинкаты натрия, которые образуются в щелочной среде, поэтому введение в электролит NaOH или КОН позволяет увеличить выход по току. Цинкаты натрия диссоциируют в растворе, образуя ионы Zn²⁺:

Na₂ZnО₂ → 2Na⁺ + ZnO₂²⁻ ZnО2²⁻ + 2H2О →Zn²⁺ + 4ОН⁻

(1.6) (1.7)

В связи с этим на катоде происходит дополнительный разряд ионов цинка, что создает условия для увеличения выхода по току. Для правильного ведения процесса необходимо, чтобы цианида натрия и гидроксида натрия содержалось в электролите в избытке. Качество осадка во многом зависит от суммарного соотношения избытка цианида натрия и щелочи.

Рисунок 1.7 - Влияние плотности тока на выход по току в цианидном электролите цинкования при температуре 30 °С.

С повышением температуры выход по току увеличивается (рисунок 1.8), однако следует учитывать, что увеличение температуры свыше 35 °С крайне опасно в связи с образованием сильнейшего яда, каким является циановодород. Существует прямая зависимость между плотностью тока, температурой и концентрацией цинка в электролите. Обычно плотность тока составляет 0,5 - 5,0 А/дм². Дальнейшее увеличение плотности тока приводит к снижению выхода по току до 50% и ниже, рН электролита поддерживается в пределах 10 - 13, при этом образуются в основном цианидные комплексы и электролит обогащается ионами CN⁻. При рН > 13 образуются преимущественно цинкаты натрия. В применяемых в промышленности электролитах выход по тoку составляет 80 - 90%. Для получения блестящих покрытий в электролит добавляют органические вещества. Блескообразующее действие этих добавок зависит от температуры и может исчезнуть при температуре свыше 30 °С.

При цинковании в цианистых электролитах применяют цинковые аноды марок Ц0, Ц1 и Ц2. Для увеличения выхода по току к ним добавляют 0,3% ртути и 0,5% алюминия, так как величина перенапряжения водорода на них выше, чем на цинке. В некоторых случаях, например при избытке ионов Zn²⁺, в электролит добавляют нерастворимые стальные аноды. Соотношение площадей растворимых и нерастворимых анодов устанавливается опытным путем.

Рисунок 1.8 - Влияние температуры на катодный выход по току в цианидном электролите цинкования: 1 - t = 85 °С; 2 - t = 55 °С; 3 - t = 30 °С.

Цинкатные электролиты. По своей рассеивающей способности наиболее близки к цианидным цинкатные электролиты цинкования. Они просты и более устойчивы, чем цианидные по составу, не требуют тщательного ухода, экономичны, имеют достаточно широкий диапазон допустимых плотностей тока Основными компонентами цинкатных электролитов являются комплексная соль цинка Na₂Zn(OH₄) или K₂Zn(OH)₄ и свободная щелочь, а также добавки, повышающие рассеивающую способность электролитов, блеск и катодную плотность тока.

Хлораммонийные электролиты. Основным компонентом электролита является комплексная соль Zn(NH₃)nCl₂, которая образуется при растворении цинка в избытке NH₄Cl:

ZnO + nNH₄Cl → Zn(NH₃)nCl₂ + Н₂О(1.8)

В результате диссоциации образуется катион Zn(NH3)n²⁺ устойчивый во всех средах:

Zn(NH₃)nCl₂ → [Zn(NH₃)n]²⁺ + 2Cl⁻ [Zn(NH₃)]²⁺ + nH₂О → Zn²⁺ + nNH₄⁺ + nOH⁻

(1.9) (1.10)

Высокая катодная поляризация и хорошая электропроводность электролита оказывают благоприятное влияние на рассеивающую способность, которая выше рассеивающей способности всех нецианидных электролитов. Покрытия получаются светлыми, равномерными даже на деталях сложного профиля с мелкокристаллической структурой. Аммонийные электролиты с успехом применяются для нанесения цинка на мелкие детали во вращательных установках.

Растворимость ZnO в растворе NH₄C1 зависит от кислотности, при рН 6,3 - 7,0 растворяется 14 - 15 г/л ZnO. В более кислой и щелочной средах растворимость резко увеличивается. В применяемых электролитах концентрация ZnO составляет 15 - 100 г/л в зависимости от рН и концентрации NH₄C1.

Ранее в промышленности применялись аммонийные электролиты на основе ZnSО₄. При взаимодействии с раствором NH₄C1 они также образуют комплексные соединения типа Zn(NH₃)₂SО₄. Сернистый цинк хорошо растворяется в NH₄C1 при рН > 7. В кислой среде его растворимость уменьшается и доходит до нуля, при этом в осадок выпадает труднорастворимая соль цинка.

Для стабилизации рН в электролиты добавляют буферные добавки, чаще всего Н₃ВО₃. С целью улучшения структуры в хлораммонийные электролиты вводят в качестве ПАВ столярный клей, желатину и тому подобное. Для получения блеска используют блескообразователи.

В промышленности хорошо зарекомендовали себя хлораммонийно - уротропиновые электролиты. В их состав входит дополнительно уротропин, который с цинковыми солями образует комплексные соединения. Такие электролиты имеют рассеивающую способность, приближающуюся по своим значениям к рассеивающей способности цианидных электролитов. Цинковые аноды при низких плотностях тока легко пассивируются, поэтому в качестве депассиваторов вводят ацетат аммония.

После цинкования во всех хлораммонийных электролитах необходима тщательная промывка деталей от иона Сl⁻, иначе начнется ускоренная коррозия цинковых покрытий.

Пирофосфатные электролиты. Основным компонентом электролита является комплексное соединение, образующееся при взаимодействии сульфата цинка с пирофосфатом натрия или калия, которые, особенно пирофосфат калия, достаточно дефицитны и дороги. Осаждение цинка протекает при высокой катодной поляризации, что наряду с высокой электропроводностью электролита обусловливает его хорошую рассеивающую способность.

При взаимодействии исходных компонентов сначала выпадает творожистый осадок пирофосфата цинка, который затем в избытке пиросфосфата натрия растворяется с образованием комплексного соединения цинка:

2ZnSО₄ + Na₄P₂O₇ → Zn₂P₂O₇ + 2Na₂SО₄Zn₂P₂О₇ + 3Na₄P₂O₇ → 2Na₆[Zn(P₂O₇)₂](1.11) (1.12)

Плотность тока прямо пропорциональна концентрации цинка и температуре электролита. Обычно температуру электролита поддерживают около 50 °С, при введении ПАВ и блескообразователей температуру следует снижать до 30 - 35 °С.

Цинковые аноды склонны к пассивации, особенно если электрoлит работает при пониженных температурах. В качестве депаcсиваторов применяют сегнетову соль, хлорид аммония, цитра аммония. Площадь анодов при добавлении депассиваторов должна быть в 2 - 3 раза больше катодной.

Химическое фосфатирование

Формирование фосфатной пленки начинается с электрохимического растворения металла, причем на анодных участках поверхности металл в ионном состоянии переходит в раствор, на катодных участках происходит выделение водорода:

Me²⁺+ 2H₃PO₄ → Me(H₂PO₄)₂ + H₂

(1.13)

Результатом этой реакции является понижение содержания H₃PO₄в растворе, что приводит к уменьшению концентрации ионов водорода и образованию вторичных и третичных солей:

Me(H₂PO₄)₂ ↔ MeHPO₄ + H₃PO₄ 3Me(H₂PO₄)₂↔ Me₃(PO₄)₂ + 4 H₃PO₄(1.14) (1.15)

Образующиеся однозамещенные фосфаты легко растворимы в воде, двухзамещенные трудно растворимы, а трехзамещенные практически не растворяются. Получающаяся при реакциях свободная фосфорная кислота повышает концентрацию ионов водорода в растворе, что способствует дальнейшему ходу процесса. Выделившийся на поверхности металла осадок нерастворимых фосфатов образует с ним прочную кристаллохимическую связь.

Для предотвращения диссоциации однозамещенного фосфата и создания благоприятных условий для образования нерастворимого трехзамещенного фосфата раствор должен содержать некоторый избыток фосфорной кислоты. Одновременно следует учитывать, что чрезмерный избыток кислоты может сдвинуть реакцию в нежелательную сторону. Образование однозамещенных солей затрудняет формирование сплошной пленки или вообще препятствует ее возникновению. Поэтому кислотность раствора играет большую роль в процессе получения фосфатных покрытий.

В промышленности успешно применяются фосфатирующие растворы на основе препарата мажеф. Они легко приготавливаются, довольно стабильны в эксплуатации, позволяют получать пленки удовлетворительного качества. Обычно концентрация препарата составляет 28 - 35 г/л. Для приготовления такого раствора загружают в ванну препарат мажеф из расчета 35 - 40 г/л, заливают водой и, периодически помешивая, кипятят в течение 15 - 20 минут. Избыток препарата берут с учетом того, что он частично расходуется на фосфатирование поверхности стальной ванны и разлагается при кипении раствора.

Контроль приготовленного фосфатирующего раствора ведется на общую Ко и свободную Ксв кислотность. Общая кислотность определяется титрованием пробы с индикатором фенолфталеином. При указанном составе на титрование 10 мл раствора затрачивается 28 - 30 мл 0,1 н раствора NaOH. Свободная кислотность определяется в присутствии индикатора метилоранжа. На титрование 10 мл пробы затрачивается 3 - 4 мл 0,1 н раствора NaOH. Количество миллилитров раствора щелочи, пошедшей на титрование, условно выражается в точках. Следовательно, общая кислотность раствора составляет 28 - 30 точек, а свободная - 3 - 4 точки. Соотношение общей и свободной кислотности - 7 - 10. Общая кислотность растворов первичных фосфатов марганца и железа должна быть не ниже 30 точек, а свободная кислотность - 3 - 4 точки. При этом концентрация препарата в растворе составляет около 30 г/л. Использование раствора мажефа меньшей концентрации приводит к образованию пленок, характеризующихся низкими защитными свойствами.

В процессе работы ванны концентрация препарата мажеф и, следовательно, кислотность уменьшаются, и при Ко = 25 ч 27 точек необходимо для ее повышения добавлять препарат мажеф.

Положительные результаты дает применение концентрированных растворов мажефа (100 - 200 г/л), в которых на поверхности металла формируются мелкокристаллические пленки, характеризующиеся хорошими антикоррозионными свойствами. Температура концентрированного раствора - 80 - 85 °С.

Прекращение выделения пузырьков водорода является признаком окончания процесса фосфатирования. Однако и после этого рост пленки продолжается и потому обрабатываемые детали выдерживают в фосфатирующем растворе еще в течение 10 - 15 мин. Чрезмерно длительное пребывание деталей в ванне нежелательно, так как может произойти оседание нерастворимых фосфатов и срастание их с пленкой, что ухудшит ее качество.

В растворах мажефа хорошо фосфатируются детали из низкоуглеродистой электротехнической стали, чугуна, конструкционной, углеродистой, мало - и среднелегированной сталей. Тонкостенные детали и пружины в таких растворах не рекомендуется обрабатывать. Для фосфатирования высоколегированных сталей можно использовать раствор, содержащий 30 - 32 г/л мажефа и 10 - 12 г/л ВаCl₂. Общая кислотность раствора 30 - 40 точек, свободная кислотность 4 - 7 точек. Обработку ведут при 98 - 100 °С в течение 40 - 60 минут.

Для ускоренного фосфатирования используются растворы на основе железомарганцевых фосфатов, первичных фосфатов цинка и их смесей с добавками ускорителей, в первую очередь, нитрата цинка. Содержание Zn(NO₃)₂∙ 3H₂O не должно превышать 60 - 70 г/л при концентрации мажефа не менее 30 - 40 г/л. Нитраты бария, стронция, кальция используются в растворах для получения фосфатно - оксидных покрытий. Применение добавок позволяет также снизить температуру фосфатирующего раствора.

Следует учесть, что фосфатные пленки, сформированные в цинк - фосфатных растворах, характеризуются сравнительно меньшей защитной способностью, и поэтому их используют преимущественно для получения грунта под лакокрасочные покрытия.

В таблице 1.3 приведены некоторые составы растворов и режимы фосфатирования, используемые в производстве.

Раствор 1 применяется для антикоррозионного фосфатирования углеродистой и низколегированной сталей, а также чугуна. Раствор применяется 2 для ускоренного получения фосфатных защитных пленок и обработки пружин. Раствор 3 применяется для ускоренного фосфатирования деталей сложной конфигураций, тонкостенных деталей, пружин из углеродистой и легированной сталей. Раствор 4 применяется для низкотемпературного (холодного) фосфатирования углеродистой, низко - и среднелегированных сталей, деталей с кадмиевым или цинковым покрытием. Раствор 5 применяется для ускоренного получения защитных фосфатных, покрытий. Растворы 6 и 7 используются для ускоренного фосфатирования, причем в растворе 6 обрабатывают детали 1 - 2 классов точности, в том числе пружины, допускается также обработка деталей с цинковым или кадмиевым покрытием.

Таблица 1.3 - Составы растворов химического фосфатирования и режимы обработки черных металлов

№ р-ра	Ко	Ксв	Темпер, єС	Время обр., мин	Концентрация компонентов, г/л
					Препарат мажеф	Нитрат цинка	Монофосфат цинка	Фосф. кислота	Нитрит натрия	Нитрат натрия
1	16-27	1,2-3,5	96-98	40-50	20-30	-	-	-	-	-
2	40-60	2,5-5	85-95	10-25	30-35	55-65	-	-	-	-
3	60-70	12-15	85-95	10-25	-	45-55	28-36	9,5-13,5	-	-
4	75-95	-	15-30	15-30	-	80-100	60-70	-	0,3-1	-
5	60-75	12-15	85-95	15-20	-	50-55	35-40	15-17	-	-
6	-	-	75-85	5-10	-	10-20	8-12	-	-	30-40
7	-	-	55-60	10-25	-	-	15-20	-	-	25-35

Равномерные мелкокристаллические фосфатные пленки, толщиной до 5 мкм могут быть получены при температуре 18 - 25 °С в растворе, содержащем: 40 г/л фосфорной 100% - ной кислоты, 200 г/л азотнокислого цинка, 15 г/л окиси цинка, 8 г/л сернокислого натрия при рН раствора 1,9 - 2,0 и продолжительность обработки 30 минут.

Антифрикционные свойства фосфатных покрытий могут быть улучшены путем применения ингибиторов коррозии. В раствор, содержащий 200 г/л азотнокислого цинка, 40 г/л фосфорной кислоты, 15 г/л окиси цинка, 8 г/л ускоряющей добавки УД - 1, вводили 3 г/л ингибитора К.И - 1, обработку вели при комнатной температуре в течение 30 минут. Добавка ингибитора привела к увеличению стойкости фосфатного покрытия при испытании и растворе хлористого натрия в четыре - пять раз.

Детали автотракторного и электрооборудования из стали, чугуна и цинковых сплавов фосфатируют в растворе, содержащем 15 - 20 г/л монофосфата цинка и 25 - 35 г/л нитрата натрия, при 55 - 60 °С в течение 15 - 20 минут. По защитной способности формируемые фосфатные пленки аналогичны получаемым в растворах препарата мажеф.

Растворы для фосфатирования при пониженной температуре особенно пригодны для обработки крупных деталей струйным методом. Такой метод по сравнению с обработкой в стационарной ванне позволяет значительно уменьшить продолжительность процесса и расход материалов. Давление воздуха при струйном фосфатировании 15 - 20 МПа. Струйная обработка с перерывами в подаче струи раствора 5 - 20 с и повторением цикла четыре - восемь раз способствует получению покрытий большей толщины, чем при обычном стационарном режиме.

Фосфатные покрытия, используемые для улучшения условий механической обработки металлов, получают в растворах, составленных на основе выпускаемых промышленностью концентратов КФЭ - 1, КФЭ - 3 - для фосфатирования заготовок перед холодной деформацией, КПФ - 1 - для улучшения антифрикционных свойств деталей и полуфабрикатов.

Содержание концентратов в растворе и режим фосфатирования следующие:

· КФЭ - 1 - 35 - 45 г/л, Ко = 48 - 52, Ксв = 10 - 12, температура раствора 90 - 95 °С, продолжительность обработки 8 - 10 минут;

· КФЭ - 3 - 35 - 45 г/л, Ко = 19 - 20, Ксв = 2 - 2,5, температура раствора 55 - 65 °С, продолжительность обработки 12 - 15 минут;

· КПФ - 1 - 100 - 110 г/л, Ко = 47 - 50, К_св = 6 - 7, температура раствора 90 - 98 °С, продолжительность обработки 5 - 10 минут.

Корректирование первых двух растворов ведут по общей кислотности концентратом КФЭ - 2. При введении в первый из них 0,15 кг КФЭ - 2 на 100 л общая кислотность повышается на одну точку. При введении во второй раствор 0,174 кг указанного концентрата на 100 л общая кислотность повышается также на одну точку. Третий раствор корректируют введением фосфатирующего концентрата КПФ - 1.

Фосфатные покрытия могут быть получены не только химической, но и электрохимической обработкой металлов, однако этот процесс до настоящего времени не нашел промышленного применения.

При обработке отдельных участков поверхности деталей или вертикальных поверхностей крупногабаритных деталей могут быть использованы фосфатирующие пасты. Наиболее простой вариант их приготовления - смешать фосфатирующий раствор с инертным наполнителем - тальком, каолином - в соотношении примерно 3 ч 2 - 2,5 ч 2. Пасту наносят на обрабатываемую поверхность с помощью кисти и выдерживают при комнатной температуре в течение 40 - 50 мин. После этого ее смывают водой или осторожно счищают скребком с последующей промывкой. Очищенную поверхность необходимо быстро просушить.

При работе с пастами можно сочетать операции очистки и фосфатирования поверхности металла. Один из составов паст, предложенных для этой цели, содержит: 82 - 86% Н₃РО₄, 8 - 9% K₄Fe(CN)₆, 4 - 6% препарата ОП - 7, 2 - 3% патоки. В реакции компонентов пасты с металлом участвуют и имеющиеся на его поверхности продукты коррозии. После обработки пастой детали промывают водной суспензией СаСО₃.

Введением в фосфатирующие растворы некоторых добавочных компонентов можно сочетать основной процесс не только с обезжириванием, но и травлением металла, что снижает трудоемкость подготовительных операций. Обезжиривающий эффект достигается введением поверхностно - активных веществ. Хорошие результаты дает раствор, содержащий 25 - 40 г/л препарата мажеф, 50 - 70 г/л нитрата цинка, 20 - 30 г/л препарата ОП - 10. Обработку стальных деталей ведут при 70 - 80 °С в течение 20 - 30 минут. Для этой же цели предложен раствор, содержащий по 45 г/л однозамещенного фосфата цинка и нитрата натрия и по 2 - 5 г/л препарата ОП - 10 и проксанола при 50 - 60 °С.

Сочетание процессов обезжиривания поверхности стали и ее фосфатирования достигается введением в раствор моющего препарата. Для получения такого состава растворяют в 1 л воды 45 г монофосфата цинка, 45 г нитрата натрия, затем добавляют 4 - 9 г универсальной пасты. Полученный раствор кипятят в течение 10 минут для уменьшения шламообразования. Струйное фосфатирование ведут при температуре 60 - 80 єС, давлении сжатого воздуха 8 - 10 МПа в течение 2 - 3 мин. При обработке в стационарной ванне продолжительность фосфатирования увеличивают до 15 - 20 минут.

Для одновременного обезжиривания, травления и фосфатирования использовали водную вытяжку суперфосфата, представляющего собой смесь однозамещенного фосфата и сульфата кальция. Суперфосфат смешивали с водой в соотношении 1 ч 2 и кипятили в течение 3 - 4 ч до достижения плотности 1,06. Отделенный декантацией раствор использовался для подготовки деталей перед нанесением лакокрасочных покрытий.

Для удаления ржавчины с одновременным фосфатированием стали предложено применять растворы фосфорной кислоты с добавкой сложных полифосфатов. К 100 массовым долям фосфорной кислоты (20% - ный раствор) добавляют 0,1 доли Nа₆Р₆О₈ и ведут процесс при комнатной температуре. Положительное влияние на очистку поверхности металла при фосфатировании оказывает введение в раствор смачивателей.

Совмещение в одном процессе операций подготовки поверхности металла и нанесения фосфатного покрытия является перспективным направлением развития технологии фосфатирования, так как позволяет значительно уменьшить трудоемкость отделочных операций.

Промышленные компании выпускают большое число современных фосфатирующих композиций, таких как: ЭПИ - Фос, Фоскон, Lik F. Некоторые марки этих композиций предназначены специально для фосфатирования стали с целью облегчения ее холодной деформации. Также есть марки предназначенные для совмещенных операций фосфатирования и обезжиривания. Покрытие получается, удовлетворяющее современным требованиям, предъявляемым к фосфатным слоям перед промасливанием, операциями холодной деформации: вытяжкой, штамповкой, выдавливанием. Образуемые фосфатные слои значительно увеличивают износостойкость волочильного, штамповочного оборудования. Работают добавки в широком диапазоне температур от 20 до 90 °С. Время операции фосфатирования 5 - 20 минут.

1.3 Режим работы участка

В дипломном проекте предусмотрен двухсменный режим работы проектируемого участка, рабочий день составляет 8 часов: первая смена работает с 6:30 до 15:00, а вторая смена работает с 15:00 до 23:30.

Номинальный фонд времени определяется режимом работы цеха (количеством смен, количеством рабочих дней в неделю). При двухсменной, пятидневной рабочей неделе:

Т_ном = (365 - 52 ∙ 2 − 11) ∙ 16 = 4000 ч

(1.16)

Эффективный фонд времени для автоматического оборудования:

Т_эфф = (365 - 52 ∙ 2 − 11) ∙ 16 ∙ (1 − 0,075) = 3700 ч(1.17)

где 365 - количество дней в году; 52 - количество недель в году; 2 - количество выходных в неделю; 11 - количество праздников; 16 - двухсменный восьмичасовой рабочий день; 7,5% - проценты потерь автоматического оборудования.

Эффективный фонд времени для неавтоматического оборудования:

Т_эфф = 4000 − 4000 ∙ 0,03 = 3880 ч(1.18)

Эффективный фонд времени рабочих:

Т_эфф = [365 − 52 ∙ 2 − 11 − (28 + 6)] ∙ 8 = 1712 ч(1.19)

где 28 - число отпускных дней; 6 - число дополнительных отпускных дней за вредность; 8 - односменный восьмичасовой рабочий день.

Полезный фонд времени рабочих рассчитывается с учётом выходных, праздничных дней и отпуска.

Количество рабочих недель:

N = = 45,7(1.20)

Исходя из норм труда, работник должен вырабатывать по 40 часов в неделю, тогда полезный фонд времени составляет 1970 часов.

1.4 Технологический процесс

В разделе приведены обоснования выбора технологических схем процессов цинкования и фосфатирования, рекомендации по анализу и корректировке используемых электролитов и растворов, характерные неполадки и методы их устранения, произведено описание методов контроля качества покрытия и приборов для контроля технологических процессов.

Выбор и обоснование технологических процессов

Предварительная подготовка поверхности металла перед покрытием необходима для того, чтобы обеспечить прочное сцепление покрытия с основным металлом, создать условия для снижения пористости и улучшения его внешнего вида.

На деталях, поступающих в гальванический цех, всегда имеются различные загрязнения - жировые, оксидные (окалина, ржавчина) и другие. Эти загрязнения должны быть тщательно удалены, так как они препятствуют прочному сцеплению с основным металлом. Если детали плохо очищены, покрытие будет частично или полностью отслаиваться и со временем темнеть. Большинство дефектов покрытий связано с плохим качеством подготовки поверхности перед покрытием.

Для нанесения покрытий допускаются детали, на поверхности которых нет раковин, окалины, ржавчины, заусенцев и других дефектов. Шероховатость покрываемой поверхности деталей должна быть не ниже 4 класса точности по ГОСТ 2789 - 73.

Для подготовки поверхности изделий перед покрытием применяют механические, химические и электрохимические способы обработки поверхности.

Ванны промывочные предназначены для удаления с поверхностей обрабатываемых изделий загрязнений и остатков растворов после операций нанесения покрытий, обезжиривания и других.

В зависимости от температуры воды подразделяют ванны: холодной и теплой (до 50 °С) промывки. Для лучшей отмывки щелочи предусмотрены теплые промывки.

При промывке в проточной воде после технологической ванны применяют три основные схемы: одноступенчатая промывка в одной (одинарной) ванне, многоступенчатая прямоточная промывка в нескольких последовательно устанавливаемых ваннах (ступенях) промывки, оборудованных самостоятельной системой подачи и слива воды и многоступенчатая противоточная (многокаскадная) промывка, при которой направление потока воды противоположно направлению движения деталей. Многокаскадная промывка, при прочих равных условиях, обеспечивает в несколько раз меньший расход воды.

Наиболее эффективными являются каскадные ванны промывки, причём с повышением количества ступеней промывки разница в расходах воды для разных типов промывных ванн постепенно снижается. Для экономии воды применяется также совмещение промывок.

Выбор и обоснование технологического процесса электролитического цинкования

Электрохимическое обезжиривание - способ обезжиривания металлов на катоде или на аноде в щелочном растворе под действием электрического тока. В зависимости от того, каким электродом (катодом или анодом) является изделие, обезжиривание называют катодным или анодным. Электрохимическое обезжиривание более эффективно, чем химическое, благодаря тому, что газы (водород и кислород), выделяющиеся на электродах, выполняют роль эмульгаторов, ослабляют связь жировых капель с поверхностью металла и тем самым ускоряют их удаление.

При обезжиривании на катоде возможно его наводороживание, металл становится хрупким, поэтому практикуют комбинированное обезжиривание: катодное и анодное.

Для обезжиривания применяется современная добавка Экомет - 002, которая предназначена для растворов электрохимического обезжиривания деталей из стали при пониженной температуре 20 - 35 °С. Обезжиривание обязательно проводится в реверсивном режиме, сначала на катоде, затем на аноде. Обезжиривающий раствор малотоксичен, негорюч, содержит ПАВ. В процессе очистки сточных вод все компоненты Экомет - 002 легко удаляюся при реагентном осаждении гидроксидов металлов и последующей фильтрации стоков через угольный фильтр.

На поверхности металла после обезжиривания и промывок образуется тонкая пассивная пленка, которую необходимо удалить перед непосредственным погружением деталей в ванну покрытия.

Процесс травления в серной кислоте применяется для снятия поверхностного слоя загрязнений, окислов, жировой пленки и является одной из подготовительных операций перед цинкованием.

Перед началом эксплуатации стальной ванны необходимо ее внутреннюю поверхность покрыть футеровать. Футеровка, то есть облицовка внутренних поверхностей металлических корпусов гальванических ванн химически стойкими материалами, выполняет двоякую роль: защищает стенки ванн от разрушения при воздействии растворов и предохраняет раствор от загрязнений продуктами растворения материала стенок. Кроме того, футеровка металлической ванны, предназначенной для проведения электрохимических процессов, препятствует прохождению тока по корпусу ванны. В отсутствии футеровки электрическое поле искажается. Часть тока протекает по стенкам ванны в силу значительно большей электропроводности металла по сравнению с электролитом. На боковых стенках будет происходить осаждение металла анода, дно под деталью будет растворяться, а покрытие на детали будет отличаться значительной неравномерностью по толщине.

В каждом конкретном случае материал для футеровки выбирается в зависимости от агрессивности раствора, его температуры, размеров ванны и других эксплуатационных условий. Для футеровки применяют пластмассовые, металлические материалы, резину или керамические плитки

Наиболее распространенный в России футеровочный материал - листовой винипласт (ГОСТ 9639 - 71). Винипласт стоек практически во всех растворах электролитов, применяемых в гальванотехнике, однако нестоек к действию ароматических и хлорированных углеводородов, кетонов, сложных эфиров и концентрированной азотной кислоты. Недостатками винипласта являются его невысокая теплостойкость и низкая ударопрочность. Винипласт хрупок.

Менее распространен, но зато на 10 °С более термостоек полихлорвиниловый пластикат. Пластикат устойчив во всех обычных гальванических электролитах, при температурах до 70 °С. Кроме несколько большей термостойкости и химической стойкости пластиката его существенным преимуществом по сравнению с винипластом является гибкость, пластичность и хорошая стойкость к истиранию. Поэтому в данной работе в электрохимических ваннах цинкования применяется пластикат.

Для цинкования применяется современная композиция Экомет - Ц1Б, которая позволяет получить блестящие цинковые покрытия высокого качества, отвечающего международным стандартам. Композиции характерны низкая концентрация и малая токсичность компонентов. Электролит имеет высокую рассеивающую способность. Полученные покрытия обладают высокой пластичностью и устойчивостью к термообработке.

В атмосфере повышенной влажности и переменной температуры цинк довольно быстро подвергается коррозионному разрушению, покрываясь пленкой оксидов и солей цинка. Для усиления защитных свойств цинкового покрытия и сохранения внешнего вида оцинкованных изделий во время хранения и транспортирования непосредственно после нанесения покрытия и промывки изделия подвергают химической обработке погружением в пассивирующие растворы.

Для пассивации используем раствор для бесцветной пассивации цинковых покрытий Экомет - ПЦ01. Раствор позволяет получать бесцветные (с голубым оттенком) цинковые покрытия с незначительной радужностью. Раствор является экологически малоопасным, так как основан на соединениях Cr³⁺.

Исходя из изложенного выше предлагаю следующую последовательность технологических операций [1]:

) Обезжиривание электрохимическое катодное, необходимо, так как на поверхности детали имеются жиры и масла, процесс ведут при температуре 20 - 35 °С;

) Обезжиривание электрохимическое анодное, необходимо, чтобы снять наводораживание металла после обезжиривания на катоде, процесс ведут при температуре 20 - 35 °С;

) Промывка каскадная теплая - холодная, после обезжиривания детали тщательно промывают теплой водой, чтобы освободить их поверхность от остатков щелочи, температура воды 40 - 60 °С для того чтобы лучше отмыть щелочь;

) Травление, необходимо для удаления возможной ржавчины с поверхности и повышения ее восприимчивости к покрытию, температура не нормируется;

) Промывка каскадная холодная - холодная, после травления детали тщательно промывают водой, чтобы освободить их поверхность от остатков кислоты, температура воды не нормируется;

) Цинкование, температура 20 - 35 °С;

) Улавливание, после цинкования, чтобы освободить поверхность от остатков раствора цинкования, снизить потери данного раствора, за счет дальнейшего применения в качестве подпитки основной ванны, температура не нормируется;

) Промывка каскадная холодная - холодная, после цикования детали тщательно промывают холодной водой, чтобы освободить их поверхность от остатков раствора цинкования, температура не нормируется;

) Осветление, применяется с целью повышения коррозионной стойкости цинкового покрытия и придания поверхности детали декоративного вида, температура не нормируется;

) Пассивация, применяется для наполнения цинковых покрытий с целью повышения коррозионной стойкости цинкового покрытия и придания поверхности детали декоративного вида, температура 18 - 25 °С;

) Промывка каскадная холодная - теплая, после хроматирования детали тщательно промывают холодной водой, чтобы освободить их поверхность от раствора хроматирования, затем теплой водой, чтобы разогреть детали перед сушкой, температура воды 40 - 60 °С;

) Сушка, применяется для сушки деталей, производится сжатым воздухом при температуре не выше 60 °С;

) Обезводораживание, применяется, чтобы снизить водородную хрупкость покрытия.

Технологическая карта приведена в таблице 1.4.

Выбор и обоснование технологического процесса химического фосфатирования

Для обезжиривания применяется современная добавка Экомет - 011НТ, которая предназначена для растворов химического обезжиривания металлических деталей при температуре 25 - 35 °С. Раствор хорошо удаляет жидкие и твердые масла и другие загрязнения. Обезжиривающий раствор малотоксичен, негорюч, содержит только мягкие биоразложимые ПАВ.

Каскадные промывки, совмещенные после травления и нитритной обработки, позволяют сократить расход воды.

Процесс травления в серной кислоте применяется для снятия поверхностного слоя загрязнений, окислов, жировой пленки и является одной из подготовительных операций перед фосфатированием.

Нитритная обработка поверхности металла используется перед фосфатированием для придания фосфатному слою более мелкокристаличесской структуры.

Перед началом эксплуатации стальной ванны необходимо ее внутреннюю поверхность покрыть фосфатным слоем и лишь после этого начинать фосфатирование деталей.

После основного процесса необходимо пропитать фосфатное покрытие в растворе хозяйственного мыла, а затем выдержать подвески с деталями для стекания раствора.

Исходя из изложенного выше предлагаю следующую последовательность технологических операций [1]:

) Обезжиривание химическое, необходимо, так как на поверхности детали имеются жиры и масла, процесс ведут при температуре 25 - 35 °С;

) Нитритная обработка, необходима для повышения восприимчивости поверхности к покрытию, температура 60 - 70 °С;

) Промывка каскадная холодная - холодная, после травления детали тщательно промывают водой, чтобы освободить их поверхность от остатков нитрита натрия, данная промывка совмещается с промывкой после травления, температура воды не нормируется;

) Фосфатирование, температура 50 - 60 °С;

) Улавливание, после фосфатирования, чтобы освободить поверхность от остатков раствора фосфатирования, снизить потери данного раствора, за счет дальнейшей применения в качестве потпитки основной ванны, температура не нормируется;

) Промывка каскадная холодная - теплая, после фосфатирования детали тщательно промывают холодной водой, чтобы освободить их поверхность от остатков раствора фосфатирования, и теплой водой, чтобы подогреть поверхность перед пропиткой и сушкой, температура воды 40 - 60 °С;

) Пропитка, применяется для пропитки фосфатных покрытий, температура 45 - 55 °С;

) Сушка, применяется для сушки деталей.

Технологическая карта процесса фосфатирования приведена в таблице 1.5.

Таблица 1.4 - Технологическая карта процесса цинкования

Наименование операции	Состав раствора				Режим процесса			Особые требования
	Наименование компонента	Химическая формула	ГОСТ, ОСТ или ТУ	Концентрация, г/л	Температура, єС	Плотность тока, А/дм²	Продолжительность, мин
Цинкование
Обезжиривание электрохимическое катодное	Экомет - 002 Тринатрийфосфат Гидроксид натрия	− Na₃PO₄∙12H₂O NaOH	− ГОСТ 201 − 76 ГОСТ 2263 − 79	20 − 25 15 − 20 30 − 40	20 − 35	1 - 2*	5 − 8	−
Обезжиривание электрохимическое анодное	Экомет - 002 Тринатрийфосфат Гидроксид натрия	− Na₃PO₄∙12H₂O NaOH	− ГОСТ 201 − 76 ГОСТ 2263 − 79	20 − 25 15 − 20 30 − 40	20 − 35	1 - 2*	4 − 5	−
Промывка каскадная теплая холодная	Вода техническая	H₂O	ГОСТ 9.314 − 90	−	40 − 60 цеховая	−	1 − 2	−
Травление	Серная кислота	H₂SO₄	ГОСТ 2184 − 77	150 − 200	цеховая	−	1 − 2	−
Промывка каскадная холодная холодная	Вода техническая	H₂O	ГОСТ 9.314 − 90	−	цеховая. цеховая.	−	1 − 2	−
Цинкование	Экомет - Ц1Б Натр едкий Окись цинка	− NaOH ZnО	− ГОСТ 2263 - 79 ГОСТ 10262 - 73	3 − 4 90 − 150 6 − 10	20 − 35	0,5 - 2*		−
Улавливание	Вода техническая	H₂O	ГОСТ 9.314 − 90	−	цеховая	−	1 − 2	−
Промывка каскадная холодная холодная	Вода техническая	H₂O	ГОСТ 9.314 − 90	−	цеховая цеховая	−	1 − 2	−
Осветление	Азотная кислота	HNO₃	ГОСТ 701 − 89	4 − 8	цеховая	−	1 − 2	−
Пассивация	Экомет - ПЦ01 Азотная килота	− HNO₃	− ГОСТ 701 − 89	50 мл/л 4,5 − 5 мл/л	18 − 25	−	0,1 − 2	рН = 1,3 − 1,7
Промывка каскадная холодная теплая	Вода техническая	H₂O	ГОСТ 9.314 − 90	−	цеховая. 40 − 60	−	0,15 - 0,35	−
Сушка	−	−	−	−	50 − 60	−	30 − 40	−
Обезводораживание	−	−	−	−	180 − 200	−	90 − 100	Сушильный шкаф вне линии

Примечание: * - плотность тока указана с учетом особых условий приспособления (барабан).

Таблица 1.5 - Технологическая карта процесса фосфатирования

Наименование операции	Состав раствора				Режим процесса			Особые требования
	Наименование компонента	Химическая формула	ГОСТ, ОСТ или ТУ	Концентрация, г/л	Температура, єС	Плотность тока, А/дм²	Продолжи-тельность, мин
Обезжиривание химическое	Экомет - 011НТ Тринатрийфосфат Гидроксид натрия	− Na₃PO₄∙12H₂O NaOH	− ГОСТ 201-76 ГОСТ 2263-79	10-12 15-20 20-35	25-35	−	5-8	−
Промывка каскадная теплая холодная	Вода техническая	H₂O	ГОСТ 9.314-90	−	40-60 цеховая	−	1-2	−
Травление	Серная кислота	H₂SO₄	ГОСТ 2184-77	150-200	цеховая	−	5-8	−
Промывка каскадная холодная холодная	Вода техническая	H₂O	ГОСТ 9.314-90	−	цеховая. цеховая.	−	1-2	−
Нитритная обработка	Нитрит натрия	NaNO₂	ГОСТ 19906-74	5-7	60-70	−	1-2	−
Промывка каскадная холодная холодная	Вода техническая	H₂O	ГОСТ 9.314-90	−	цеховая цеховая	−	1-2	−
Фосфатирование	Lik F-44	−	−	100-200 см³/дм³	50-60	−	8-15	Общая кислотность 50-60 точек
Улавливание	Вода техническая	H₂O	ГОСТ 9.314-90	−	цеховая	−	1-2	−
Промывка каскадная холодная теплая	Вода техническая	H₂O	ГОСТ 9.314-90	−	цеховая 40-60	−	1-2	−
Пропитка	Мыло хозяйственное 72%	−	ГОСТ 30266-95	100-120 г/л	45-55	−	5-8	−
Выдержка	−	−	−	−	цеховая	−	2-5	Выдержать детали для стекания раствора
Сушка	−	−		−	90-100	−		−

Анализ и корректировка электролитов. Неполадки в работе электролитов

Составы растворов в процессе работы непрерывно изменяются. Поддержание постоянной концентрации составных частей осуществляется на основе периодических их анализов, частота которых приведена в таблице 1.6.

Корректировка состава раствора электрохимического и химического обезжиривания заключается в поддержании концентрации компонентов на заданном уровне на основании полученного анализа. Смену растворов обезжиривания производить по мере загрязнения. Упавшие в ванну детали можно извлекать только специальными приспособлениями. Очистку растворов обезжиривания от масел и жировых загрязнений производить при остановке работы оборудования и освобождении ванны от раствора. При чистке гальванического оборудования использовать хозяйственный инвентарь. Если работа проводится над поверхностью ванн, ванны укрыть мостками. Чистка оборудования, контактов, штанг и анодных крючков ведется только мокрым способом.

Корректировка раствора цинкования производится периодически на основании проведенных анализов путем добавления едкого натра, растворения дополнительного количества цинка или путем разбавления электролита. С целью уменьшения загрязнения электролита ионами тяжелых металлов следует своевременно извлекать упавшие на дно ванны детали.

Корректирование раствора травления заключается в поддержании концентрации кислоты на заданном уровне на основании полученного анализа. Смену раствора производить по мере загрязнения сульфатом двухвалентного железа.

Корректирование раствора фосфатирования производить по его кислотности. При общей кислотности раствора выше оптимальной, раствор разбавить водой. При общей кислотности раствора ниже оптимальной, добавить концентрат из расчета на одну недостающую «точку». При недостатке свободной кислоты добавить ортофосфорную кислоту. При избытке свободной кислоты раствор разбавить водой. Правильно работающая ванна должна иметь зеленый или грязно-желтый цвет. При погружении деталей во вновь приготовленный раствор может наблюдаться его помутнение во всем объеме ванны. Чистку ванн производить один раз в месяц. Раствор охладить до цеховой температуры, отстоявшуюся светлую часть раствора слить в запасную емкость. Осадок разбавить водой и при перемешивании слить в канализацию. Шлам со стенок и дна ванны удалить с помощью молотка и скребка, собрать совком и поместить в тару. При проведении ремонтных работ над поверхностью раствора, ванна должна быть укрыта мостками.

Корректирование раствора пропитки заключается в поддержании концентрации мыла на заданном уровне на основании полученного анализа. Смену раствора пропитки производить по мере загрязнения. Упавшие в ванну детали можно извлекать только специальными приспособлениями. Чистку ванн производить при остановке работы оборудования и освобождении ванн от растворов. При чистке гальванического оборудования использовать хозяйственный инвентарь. Если работа проводится над поверхностью ванн, ванны укрыть мостками.

Возможные неполадки в работе электролитов и способы их устранения представлены в таблице 1.7.

Таблица 1.6 - Анализ электролитов

Наименование операции	Анализируемый компонент	Метод анализа	Периодичность анализов
Цинкование
Электрохимическое обезжиривание
	Едкий натр	Ацидометрический	2 раза в неделю
	Тринатрийфосфат	Фотометрический	2 раза в неделю
Травление	Кислота серная	Алкалиметрический	2 раза в неделю
Цинкование
	Окись цинка	Трилонометрический	Ежедневно
	Едкий натр	Ацидометрический	Ежедневно
Хроматирование
	Кислота азотная	Алкалиметрический	2 раза в неделю
Фосфатирование
Химическое обезжиривание	Экомет - 011НТ	Алкалиметрический	2 раза в неделю
	Тринатрийфосфат	Фотометрический	2 раза в неделю
	Едкий натр	Ацидометрический	2 раза в неделю
Травление	Кислота серная	Ацидиметрический	2 раза в неделю
Нитритная обработка	Нитрит натрия	Алкалиметрический	2 раза в неделю
Фосфатирование	Lik F-44	Алкалиметрический	Ежедневно

Таблица 1.7 - Неполадки в работе электролитов и способы их устранения

Наименование операции	Характер неполадок	Причина неполадок	Способы устранения
Цинкование
Цинкование	Обильное газовыделение на катоде, черные пятна на деталях, отдельные участки без покрытия	Попадание хрома в электролит	Проработать электролит током на «случайных» катодах при iк = 0,5-0,8А/дм². Тщательно проверить и восстановить изоляцию на подвесках
	Осаждение темного губчатого (рыхлого) осадка на катоде	Слишком низкое содержание цинка; повышенная катодная плотность тока; низкая температура электролита.	Приведение этих факторов к нормальным, соответствующим рецептуре состава, устраняет этот дефект.
	Появление пассивных пленок на анодах	Недостаток щелочи в электролите; высокое значение анодной плотности тока	Добавить в электролит щелочь, очистить аноды и увеличить их поверхность, завесив несколько добавочных анодов.
	Низкая скорость образования покрытий, сильное газовыделение на катоде, хрупкость осадков	Повышенное содержание цинка по отношению к щелочи в растворе	Довести соотношение щелочи и цинка в электролите до 9:1 - 10:1 Увеличить площадь анодов
		Пассивация анодов	Зачистить аноды металлической щеткой. Увеличить анодную площадь.
	Темное покрытие, особенно при низких плотностях тока	Несоответствие между содержаниями цинка и щелочи в электролите	Довести соотношение щелочи и цинка в электролите до 9:1 - 10:1	Проработать электролит током на «случайных» катодах при iк = 0,5 - 0,8 А/дм²
	Снижение концентрации цинка в электролите	Загрязнение электролита гидроокисью железа.	Необходимо дать электролиту отстояться, декантировать его и проработать током
		Недостаточная площадь анодов. Низкая концентрация щелочи в электролите	Увеличить количество анодов в ванне. Довести концентрацию щелочи в электролите до рецептурного значения
	Увеличение концентрации цинка в электролите	Большая анодная площадь	Уменьшить число анодов, заменить часть цинковых анодов стальными
Хроматирование	Наличие участков, не покрытых плёнкой	Некачественная промывка перед пассивированием	Улучшить промывку
	Образование коричневой легко стирающейся плёнки	Увеличение рН раствора; передержка деталей в растворе	Добавить кислоту до заданного рН; сократить время выдержки
Фосфатирование
Фосфатирование	Тонкая светло - серая просвечивающая фосфатная пленка	Недостаточная продолжительность фосфатирования	Увеличить продолжительность фосфатирования до прекращения газовыделения
	Неравномерная пятнистая фосфатная пленка	1) Плохая подготовка поверхности перед фосфатированием 2)Детали из высоколегированной стали	1) Улучшить очистку поверхности деталей 2)Применить специальные методы подготовки стали перед фосфатированием
	Разнооттеночность фосфатной пленки	1) В начале работы 2)Низкая температура раствора	1) Проработка ванны - интенсивная нагрузка ванны металлом (стружкой, бракованными деталями) 2) Повысить температуру раствора фосфатирования
	Светло-серый порошкообразный налет солей на фосфатной пленке	Взмучивание осадка при фосфатировании	Удалить осадок, снизить температуру раствора до рабочей, дать ему отстояться. Не допускать касания деталями дна ванны
	Понижение коррозионной стойкости фосфатной пленки	1)Низкая температура раствора 2)Неправильное соотношение между общей и свободной кислотностью	1) Повысить температуру раствора до рабочего значения 2) Откорректировать раствор по кислотности

Контроль производства и качества покрытий

Для обеспечения высокого качества покрытий проводят ряд организационно - технических мероприятий: комплексный контроль производства, организация непрерывных гальванических процессов, автоматизация производства.

В контроль производства входит контроль качества покрытия. Предусматривают контроль покрытий по внешнему виду, толщине в соответствии с ГОСТ 9.302 - 88. Контроль и испытания ведутся объективными и неразрушающими методами. Методы контроля цинковых и фосфатных покрытий перечислены в таблице 1.8.

Таблица 1.8 - Контроль качества покрытий

Вид покрытия	Контролируемые показатели с допусками	Метод контроля	Марка прибора
Цинкование
Цинковое	Цвет	Визуальный	-
	Толщина покрытия	Метод струи	-
		Толщиномер	ТТ260
	Прочность сцепления	Метод нагрева	-
	Коррозионная стойкость	Метод погружения	Реагент - хлорид натрия
		Испытание в коррозионной камере	Коррозионная камера
Фосфатирование
Фосфатное	Цвет	Визуальный	-
	Толщина покрытия	Метод струи	-

Методы измерения толщины покрытий

Методы контроля толщины покрытия по степени воздействия на объект подразделяют на 2 группы: неразрушающего контроля и разрушающего контроля.

Неразрушающие методы контроля используют в производстве, где необходим стопроцентный контроль покрытий большого количества однотипных изделий, а также в случае изделий малых форм, сложного профиля конфигурации, высокой стоимости.

Методы контроля толщины покрытий с разрушением изделия делятся на химические, при использовании которых разрушается целостность не только покрытия, но и самого изделия.

Из неразрушающих методов контроля наибольшее распространение получили электромагнитные методы, метод измерения масс, метод прямого измерения. Радиометрический метод измерения толщины высокоэффективен, но, к сожалению, сравнительно редко используется.

Наиболее простым методом является магнитно - отрывной метод, используемый для измерения толщины немагнитных покрытий, нанесенных на ферромагнитную основу. К недостаткам метода следует отнести существенную зависимость результатов измерения от шероховатости поверхности, формы, размеров основания и его магнитных свойств.

Магнитоиндукционные методы более совершенны, используются они для тех же целей, что и магнитно - отрывной метод. Использование малогабаритных преобразователей специальной конструкции обеспечивает контроль покрытий на изделиях с криволинейной поверхностью, сложной конфигурации и с низкой чистотой обработки поверхности.

В основе вихревого метода лежит возбуждение, и регистрация вторичных полей вихревых токов преобразователем накладного типа.

Сущность метода прямого измерения заключается в измерении размеров изделия до, и после покрытия. Измерения производят с помощью микрометра или оптиметра. Микрометр позволяет измерять покрытия значительной толщины.

Методы измерения толщины покрытий с разрушением образца.

Наиболее точным и универсальным химическим методом является кулонометрический метод определения толщины покрытия. Метод основан на анодном растворении участка покрытия под действием стабилизированного тока в соответствующем электролите. Среди физических разрушающих методов получил наибольшее распространение металлографический метод. Он основан на измерении толщины однослойных и многослойных покрытий на поперечном шлифе при увеличениях 500 - 1000 крат для покрытий толщиной до 20 мкм и 200 крат для покрытий толщиной более 20 мкм.

Методы измерения состояния поверхности покрытия

Для оценки цвета, блеска, степени шероховатости поверхности, наличия разного рода дефектов используют оптические методы неразрушающего контроля (ОНК).

Наиболее распространены визуальные методы ОНК, то есть смотр изделий невооруженным глазом. Согласно ГОСТ 9.301 - 78, визуальный осмотр в рассеянном свете - обязательная контрольная операция при анализе качества покрытия.

Визуально - оптические методы (ВОМ) основаны на применении оптических приборов, работающих совместно с газом. Применение ВОМ позволяет обнаруживать малоразмерные дефекты и дает возможность количественно оценивать их размеры и форму.

Согласно ГОСТ 9.301 - 86 цинковое покрытие должно быть светло - серого цвета или серебристо - серого с голубоватым оттенком. Цвет цинкового покрытия с бесцветным хроматированием допускает наличие радужного оттенка.

Не являются браковочными следующие признаки:

− матовая поверхность после подготовки поверхности гидропескоструйной и металлопескоструйной очисткой, галтованием, травлением;

− потемнение или ослабление интенсивности цвета хроматного покрытия на деталях после термообработки;

− матовые полосы вокруг отверстий;

− более темный или более светлый оттенок хроматного покрытия в отверстиях и пазах, на внутренних поверхностях и вогнутых участках деталей сложной конфигурации, местах сопряжения неразъемных сборочных единиц, острых кромках, углах, местах контакта с приспособлением, между витками пружин с малым шагом;

− единичные механические повреждения хроматного покрытия не более 2% общей площади.

Характеристика структуры поверхности фосфатных покрытий является важным критерием оценки их свойств, а также средством контроля за постоянством состава раствора и режима процесса.

Фосфатное покрытие на стали по ГОСТ 9.301 - 86 должно быть от светло - серого до черного цвета. После пропитки мыльным раствором должно быть от темно - серого до черного цвета. Покрытие может иметь мелкую и крупную кристаллическую структуру.

Не являются браковочными следующие признаки:

− неоднородность размеров кристаллов на участках местной закалки, сварки, наклепа, различной шероховатости поверхности, на обезуглероженных учатсках;

− белый налет, удаляемый протиркой;

− налет фосфатного шлама на нерабочих поверхностях;

− следы медного электрода на деталях, сваренной точечной или роликовой сваркой;

− пятна, разводы и натеки после пропитки эмульсией, лаком или после гидрофобизирования, не мешающие сборке и не влияющие на работоспособность изделия.

С точки зрения общепринятой классификации качества обработки поверхности, установлено, что все встречающиеся фосфатные покрытия могут быть оценены по ГОСТ 2789 - 52 в пределах II и III групп чистоты (то есть 5 - 10 классов чистоты обработки) и классифицированы с сохранением терминологии квалификации кристаллической структуры фосфатных покрытий на пять групп. Классификация фосфатных покрытий представлена в таблице 1.9.

Таблица 1.9 - Классификация фосфатных покрытий по характеру внешней кристаллической структуры

1.5 Контрольно-измерительные приборы, автоматизация линий электролитического цинкования и химического оксидирования

Основными контролируемыми параметрами в линиях цинкования и фосфатирования являются температура электролитов и растворов.

Целью управления процессом нагрева электролитов и растворов является поддержание температуры, соответствующей технологическому процессу (таблицы 1.4 и 1.5).

Регулирование температуры производится:

а) в ваннах химического и электрохимического обезжиривания - для обеспечения температуры удаления жировых загрязнении с поверхности деталей; при заниженной температуре омыляющая способность растворов снижается, что ведёт к получению некачественных покрытий, кроме того, в ваннах электрохимического обезжиривания увеличивается напряжение на ванне;

б) в ванне химического фосфатирования - для поддержания температуры в рабочее время; при заниженной температуре образуется толстая некачественная плёнка фосфата.

в) в ванне пропитки - для экономии расхода электроэнергии.

Ванны обогреваются паровыми обогревателями - змеевиками.

Так как объём растворов постоянный, то температуру растворов можно регулировать изменением расхода теплоносителя (пара, электричества) [14].

Устройство регулирования температуры содержит датчик, измерительный прибор и исполнительный механизм. Исполнительными устройствами для ванн с электронагревом служат магнитные пускатели, а для ванн с паровым нагревом - регулирующие клапаны с пневмоприводом. Для измерения температуры химических растворов обычно используют платиновые термометры сопротивления (датчики).

В качестве регулирующего прибора применяют автоматический мост, обеспечивающий контроль, регулирование температуры и запись её значений на диаграммную ленту.

Схема регулирования температуры при помощи пневматического мембранного клапана приведена на рисунке 1.9. При отклонении температуры датчика 1 от заданных пределов сигнал с прибора 2 поступает на электро - пневматический преобразователь 3, который преобразует электрический сигнал от регулятора в пневматический сигнал на регулирующий мембранный клапан 4, установленным на паровой магистрали [15].

Выбранные датчики, вторичные приборы, регуляторы, исполнительные механизмы и функциональные блоки выбраны по [16] и внесены в таблицу 1.10.

Рисунок 1.9 - Принципиальная схема регулирования температуры раствора пневматическим мембранным клапаном:

- датчик температуры; 2 - показывающий, регулирующий и регистрирующий прибор;

- электропневматический преобразователь; 4 - мембранный клапан;

- нагреватель паровой.

Таблица 1.10 - Спецификация на средства автоматизации

Позиция по схеме	Наименование параметра, среда	Предельное значение параметра	Место установки	Наименование и характеристика прибора	Тип прибора	Количество				Изготовитель или поставщик	Примечание
						на один агрегат	на все агрегаты
Цинкование
1-1	Температура, среда щелочная	20 - 35 °С	Ванна электрохимического обезжиривания на катоде	Термометр сопротивления Платиновый (ТСП)	ТСП Метран - 256	1		1	ЗАО ПГ «Метран», г. Челябинск		Для различных химических сред, виброустойчивый
1-2	Температура	20 - 35 °С	Щит оператора	Вторичный прибор, показывающий, регистрирующий и регулирующий	ДИСК - 250 мод. 1331	1		1	ЗАО ПГ «Метран», г. Челябинск		Имеет встроенный электрический пропорционально - интегральный регулятор
1-3	Температура	20 - 35 °С	По месту	Электропневматический преобразователь	ЭПП - 300	1		1	ЗАО «РУСТ - 95», г. Москва
1-4	Температура	20 - 35 °С	Трубопровод подачи греющего пара в ванну электрохимического обезжиривания на катоде	Регулирующий клапан с пневмоприводом	РУСТ 410 - 1 мод. 46/51	1		1	ЗАО «РУСТ - 95», г. Москва		Т_{раб. ср.}− 15…+ 220°С Р = 1,6 МПа
2-1	Температура, среда щелочная	20 - 35 °С	Ванна электрохимического обезжиривания на аноде	Термометр сопротивления Платиновый (ТСП)	ТСП Метран - 256	1		1	ЗАО ПГ «Метран», г. Челябинск		Для различных химических сред, виброустойчивый
2-2	Температура	20 - 35 °С	Щит оператора	Вторичный прибор, показывающий, регистрирующий и регулирующий	ДИСК - 250 мод. 1331	1		1	ЗАО ПГ «Метран», г. Челябинск		Имеет встроенный электрический пропорционально - интегральный регулятор
2-3	Температура	20 - 35 °С	По месту	Электропневматический преобразователь	ЭПП - 300	1		1	ЗАО «РУСТ - 95», г. Москва
2-4	Температура	20 - 35 °С	Трубопровод подачи греющего пара в ванну электрохимического обезжиривания на аноде	Регулирующий клапан с пневмоприводом	РУСТ 410-1 мод. 46/51	1		1	ЗАО «РУСТ - 95», г. Москва		Т_{раб. ср.}− 15…+ 220°С Р = 1,6 МПа
3-1	Температура, среда щелочная	40 - 60 °С	Ванна теплой промывки	Термометр сопротивления Платиновый (ТСП)	ТСП Метран - 256	1		1	ЗАО ПГ «Метран», г. Челябинск		Для различных химических сред, виброустойчивый
3-2	Температура	40 - 60 °С	Щит оператора	Вторичный прибор, показывающий, регистрирующий и регулирующий	ДИСК - 250 мод. 1331	1		1	ЗАО ПГ «Метран», г. Челябинск		Имеет встроенный электрический пропорционально - интегральный регулятор
3-3	Температура	40 - 60 °С	По месту	Электропневматический преобразователь	ЭПП - 300	1		1	ЗАО «РУСТ - 95», г. Москва
3-4	Температура	40 - 60 °С	Трубопровод подачи греющего пара в ванну теплой промывки	Регулирующий клапан с пневмоприводом	РУСТ 410 - 1 мод. 46/51	1		1	ЗАО «РУСТ - 95», г. Москва		Т_{раб. ср.}− 15…+ 220°С Р = 1,6 МПа
4-1	Температура, среда щелочная	20 - 35 °С	Ванна электрохимического цинкования	Термометр сопротивления Платиновый (ТСП)	ТСП Метран - 256	1		1	ЗАО ПГ «Метран», г. Челябинск		Для различных химических сред, виброустойчивый
4-2	Температура	20 - 35 °С	Щит оператора	Вторичный прибор, показывающий, регистрирующий и регулирующий	ДИСК - 250 мод. 1331	1		1	ЗАО ПГ «Метран», г. Челябинск		Имеет встроенный электрический пропорционально - интегральный регулятор
4-3	Температура	20 - 35 °С	По месту	Электропневматический преобразователь	ЭПП - 300	1		1	ЗАО «РУСТ - 95», г. Москва
4-4	Температура	20 - 35 °С	Трубопровод подачи греющего пара в ванну электрохимического цинкования	Регулирующий клапан с пневмоприводом	РУСТ 410-1 мод. 46/51	1		1	ЗАО «РУСТ - 95», г. Москва		Т_{раб. ср.}− 15…+ 220°С Р = 1,6 МПа
5-1	Температура, среда кислая	18 - 25 °С	Ванна пассивации	Термометр сопротивления Платиновый (ТСП)	ТСП Метран - 256	1		1	ЗАО ПГ «Метран», г. Челябинск		Для различных химических сред, виброустойчивый
5-2	Температура, среда кислая	18 - 25 °С	Щит оператора	Вторичный прибор, показывающий, регистрирующий и регулирующий	ДИСК - 250 мод. 1331	1		1	ЗАО ПГ «Метран», г. Челябинск		Имеет встроенный электрический пропорционально - интегральный регулятор
5-3	Температура	18 - 25 °С	По месту	Электропневматический преобразователь	ЭПП - 300	1		1	ЗАО «РУСТ - 95», г. Москва
5-4	Температура	18 - 25 °С	Трубопровод подачи греющего пара в ванну пассивации	Регулирующий клапан с пневмоприводом	РУСТ 410 - 1 мод. 46/51	1		1	ЗАО «РУСТ - 95», г. Москва		Т_{раб. ср.}− 15…+ 220°С Р = 1,6 МПа
6-1	Температура, среда кислая	40 - 60 °С	Ванна теплой промывки	Термометр сопротивления Платиновый (ТСП)	ТСП Метран - 256	1		1	ЗАО ПГ «Метран», г. Челябинск		Для различных химических сред, виброустойчивый
6-2	Температура	40 - 60 °С	Щит оператора	Вторичный прибор, показывающий, регистрирующий и регулирующий	ДИСК - 250 мод. 1331	1		1	ЗАО ПГ «Метран», г. Челябинск		Имеет встроенный электрический пропорционально - интегральный регулятор
6-3	Температура	40 - 60 °С	По месту	ЭПП - 300	1		1	ЗАО «РУСТ - 95», г. Москва
6-4	Температура	40 - 60 °С	Трубопровод подачи греющего пара в ванну теплой промывки	Регулирующий клапан с пневмоприводом	РУСТ 410 - 1 мод. 46/51	1		1	ЗАО «РУСТ - 95», г. Москва		Т_{раб. ср.}− 15…+ 220°С Р = 1,6 МПа
7-1	Температура воздуха	60 °С	Сушильная камера	Термопреобразователь сопротивления медный	ТСМ Метран - 243	1		1	ЗАО ПГ «Метран», г. Челябинск		Для газообразных и жидких сред, не разрушающих защитную атмосферу
7-2	Температура воздуха	60 °С	На щите оператора	Вторичный прибор, показывающий, регистрирующий и регулирующий	ДИСК - 250. мод. 1331	1		1	ЗАО ПГ «Метран», г. Челябинск		Имеет встроенный электрический пропорционально - интегральный регулятор
7-3	Температура воздуха	60 °С	По месту	Электропневматический преобразователь	ЭПП - 300	1		1	ЗАО «РУСТ - 95», г. Москва
7-4	Температура воздуха	60 °С	Трубопровод подачи греющего пара в сушильную камеру	Регулирующий клапан с пневмоприводом	РУСТ 410 - 1 мод. 46/51	1		1	ЗАО «РУСТ - 95», г. Москва		Т_{раб. ср.}− 15…+ 220°С Р = 1,6 МПа
Фосфатирование
1-1	Температура, среда щелочная	25 - 35 °С	Ванна химического обезжиривания	Термометр сопротивления Платиновый (ТСП)	ТСП Метран - 256	1		1	ЗАО ПГ «Метран», г. Челябинск		Для различных химических сред, виброустойчивый
1-2	Температура	25 - 35 °С	Щит оператора	Вторичный прибор, показывающий, регистрирующий и регулирующий	ДИСК - 250 мод. 1331	1		1	ЗАО ПГ «Метран», г. Челябинск		Имеет встроенный электрический пропорционально - интегральный регулятор
1-3	Температура	25 - 35 °С	По месту	Электропневматический преобразователь	ЭПП - 300	1		1	ЗАО «РУСТ - 95», г. Москва
1-4	Температура	25 - 35 °С	Трубопровод подачи греющего пара в ванну химического обезжиривания	Регулирующий клапан с пневмоприводом	РУСТ 410 - 1 мод. 46/51	1		1	ЗАО «РУСТ - 95», г. Москва		Т_{раб. ср.}− 15…+ 220°С Р = 1,6 МПа
2-1	Температура, среда щелочная	40 - 60 °С	Ванна теплой промывки	Термометр сопротивления Платиновый (ТСП)	ТСП Метран - 256	1		1	ЗАО ПГ «Метран», г. Челябинск		Для различных химических сред, виброустойчивый
2-2	Температура	40 - 60 °С	Щит оператора	Вторичный прибор, показывающий, регистрирующий и регулирующий	ДИСК - 250 мод. 1331	1		1	ЗАО ПГ «Метран», г. Челябинск		Имеет встроенный электрический пропорционально - интегральный регулятор
2-3	Температура	40 - 60 °С	По месту	Электропневматический преобразователь	ЭПП - 300	1		1	ЗАО «РУСТ - 95», г. Москва
2-4	Температура	40 - 60 °С	Трубопровод подачи греющего пара в ванну теплой промывки	Регулирующий клапан с пневмоприводом	РУСТ 410 - 1 мод. 46/51	1		1	ЗАО «РУСТ - 95», г. Москва		Т_{раб. ср.}− 15…+ 220°С Р = 1,6 МПа
3-1	Температура, среда нейтральная	60 - 70 °С	Ванна нитритной обработки	Термометр сопротивления Платиновый (ТСП)	ТСП Метран - 256	1		1	ЗАО ПГ «Метран», г. Челябинск		Для различных химических сред, виброустойчивый
3-2	Температура	60 - 70 °С	На щите оператора	Вторичный прибор, показывающий, регистрирующий и регулирующий	ДИСК - 250 мод. 1331	1		1	ЗАО ПГ «Метран», г. Челябинск		Имеет встроенный электрический пропорционально - интегральный регулятор
3-3	Температура	60 - 70 °С	По месту	Электропневматический преобразователь	ЭПП - 300	1		1	ЗАО «РУСТ - 95», г. Москва
3-4	Температура	60 - 70 °С	Трубопровод подачи греющего пара в ванну нитритной обработки	Регулирующий клапан с пневмоприводом	РУСТ 410 - 1 мод. 46/51	1		1	ЗАО «РУСТ - 95», г. Москва		Т_{раб. ср.}− 15…+ 220°С Р = 1,6 МПа
4-1	Температура, среда кислая	50 - 60 °С	Ванна электрохимического травления	Термометр сопротивления Платиновый (ТСП)	ТСП Метран - 256	1		1	ЗАО ПГ «Метран», г. Челябинск		Для различных химических сред, виброустойчивый
4-2	Температура	50 - 60 °С	Щит оператора	Вторичный прибор, показывающий, регистрирующий и регулирующий	ДИСК - 250 мод. 1331	1		1	ЗАО ПГ «Метран», г. Челябинск		Имеет встроенный электрический пропорционально - интегральный регулятор
4-3	Температура	50 - 60 °С	По месту	Электропневматический преобразователь	ЭПП - 300	1		1	ЗАО «РУСТ - 95», г. Москва
4-4	Температура	50 - 60 °С	Трубопровод подачи греющего пара в ванну травления	Регулирующий клапан с пневмоприводом	РУСТ 410 - 1 мод. 46/51	1		1	ЗАО «РУСТ - 95», г. Москва		Т_{раб. ср.}− 15…+ 220°С Р = 1,6 МПа
5-1	Температура, среда кислая	40 - 60 °С	Ванна теплой промывки	Термометр сопротивления Платиновый (ТСП)	ТСП Метран - 256	1		1	ЗАО ПГ «Метран», г. Челябинск		Для различных химических сред, виброустойчивый
5-2	Температура	40 - 60 °С	Щит оператора	Вторичный прибор, показывающий, регистрирующий и регулирующий	ДИСК - 250 мод. 1331	1		1	ЗАО ПГ «Метран», г. Челябинск		Имеет встроенный электрический пропорционально - интегральный регулятор
5-3	Температура	40 - 60 °С	По месту	Электропневматический преобразователь	ЭПП - 300	1		1	ЗАО «РУСТ - 95», г. Москва
5-4	Температура	40 - 60 °С	Трубопровод подачи греющего пара в ванну теплой промывки	Регулирующий клапан с пневмоприводом	РУСТ 410 - 1 мод. 46/51	1		1	ЗАО «РУСТ - 95», г. Москва		Т_{раб. ср.}− 15…+ 220°С Р = 1,6 МПа
6-1	Температура, среда щелочная	45 - 50 °С	Ванна пропитки	Термометр сопротивления Платиновый (ТСП)	ТСП Метран - 256	1		1	ЗАО ПГ «Метран», г. Челябинск		Для различных химических сред, виброустойчивый
6-2	Температура	45 - 50 °С	На щите оператора	Вторичный прибор, показывающий, регистрирующий, регулирующий и сигнализирующий	ДИСК - 250 мод. 1331	1		1	ЗАО ПГ «Метран», г. Челябинск		Имеет встроенный электрический пропорционально - интегральный регулятор
6-3	Температура	45 - 50 °С	По месту	Электропневматический преобразователь	ЭПП - 300	1		1	ЗАО «РУСТ - 95», г. Москва
6-4	Температура	45 - 50 °С	Трубопровод подачи греющего пара в ванну пропитки	Регулирующий клапан с пневмоприводом	РУСТ 410 - 1 мод. 46/51	1		1	ЗАО «РУСТ - 95», г. Москва		Т_{раб. ср.}− 15…+ 220°С Р = 1,6 МПа
7-1	Температура воздуха	100 °С	Сушильная камера	Термопреобразователь сопротивления медный	ТСМ Метран - 243	1		1	ЗАО ПГ «Метран», г. Челябинск		Для газообразных и жидких сред, не разрушающих защитную атмосферу
7-2	Температура воздуха	100 °С	На щите оператора	Вторичный прибор, показывающий, регистрирующий и регулирующий	ДИСК - 250. мод. 1331	1		1	ЗАО ПГ «Метран», г. Челябинск		Имеет встроенный электрический пропорционально - интегральный регулятор
7-3	Температура воздуха	100 °С	По месту	Электропневматический преобразователь	ЭПП - 300	1		1	ЗАО «РУСТ - 95», г. Москва
7-4	Температура воздуха	100 °С	Трубопровод подачи греющего пара в сушильную камеру	Регулирующий клапан с пневмоприводом	РУСТ 410 - 1 мод. 46/51	1		1	ЗАО «РУСТ - 95», г. Москва		Т_{раб. ср.}− 15…+ 220°С Р = 1,6 МПа

2. Расчетная часть

В данном разделе проведён выбор и расчёт основного оборудования, произведены расчёты энергетических затрат гальванического участка по отдельным видам покрытий.

2.1 Выбор и расчет оборудования. Унификация и агрегатирование оборудования

В данном разделе проведён расчёт и выбор основного оборудования, составлена компоновка автоматических линий, произведено агрегатирование и унификация оборудования. Даны обоснования при выборе оборудования и сравнение его с другими видами.

Оборудование для нанесения покрытий

Выбор оборудования произведён из стандартизированного серийно выпускаемого оборудования. Произведён выбор загрузочных устройств, ванн. Произведена компоновка и расчёт габаритных размеров линии.

Поскольку покрываемые детали имеют небольшие размеры и простую форму, то целесообразней их покрывать насыпью в корзинах и барабанах. Для этого применяются автооператорные линии.

В линиях этого типа можно осуществлять:

− различные технологические процессы (электрохимические, химические, анодно-окисные);

− как отдельные технологические процессы, так и несколько процессов одновременно или поочередно;

− изменение последовательности и длительности технологических операций;

− нанесение покрытий с производительностью от 1 до 200 м²/ч;

− обработку изделий как мельчайших, так и крупногабаритных длиной несколько метров;

− обработку изделий на подвесках, в барабанах, корзинах или комбинированно.

Отличительными особенностями автооператорных линий являются:

− движение изделий в процессе обработки как в прямом, так и в обратном направления;

− расположение ванн и других позиций обработки не в последовательности выполнения технологических операций;

− возможность осуществления нескольких одноименных операций на одной технологической позиции;

− наличие независимых транспортирующих органов с индивидуальными приводами перемещения и подъема - опускания;

− неодновременность переноса обрабатываемых изделий;

− отсутствие жесткой связи между приспособлением для размещения обрабатываемых изделий и грузозахватным элементом транспортирующего органа;

− наличие устройства программного управления.

Автооператорная линия в общем виде содержит ванны, автооператоры, сушильную камеру, загрузочно - разгрузочные стойки, систему вентиляции, металлоконструкцию, систему трубопроводов, площадку обслуживания, систему программного управления, вспомогательное оборудование.

В автооператорных линиях перенос обрабатываемых изделий и длительность их пребывания на каждой позиции задаются технологическим процессом, однако перемещение самого автооператора не совпадает с последовательностью технологических операций и носит челночный характер. Например, автооператор может перенести одну партию изделий с позиции загрузки на позицию химического обезжиривания, затем выгрузить другую партию изделий из ванны покрытия в ванну промывки, после чего вернуться к первой партии изделий и перенести их на позицию электрохимического обезжиривания, и так далее. В зависимости от требуемой производительности в линии может быть несколько автооператоров. Они размещаются над ваннами или сбоку ванн.

Различают линии с подвесными автооператорами, портальными и консольными. Для осуществления процесса выбирается подвесной автооператор.

Подвесные автооператоры перемещаются по направляющим путям над ваннами. В этом самом распространенном типе линий доступ к ваннам открыт с двух сторон, что очень удобно при их эксплуатации, а близость массы автооператора и переносимого груза к опорной поверхности рельсовых путей обеспечивает устойчивость, как самого автооператора, так и груза в процессе его транспортировки.

Расчет автоматического оборудования для нанесения металлопокрытий, расчета потребного количества автоматов и полуавтоматов производится в соответствии с [31, 32].

Процессы цинкования и фосфатирования деталей на данном гальваническом участке проводится насыпью в барабанах и корзинах. Мелкие детали обрабатывают в барабанах. Подвески для процесса фосфатирования применять нецелесообразно, так как загрузка деталей на подвески меньше, чем при обработке их насыпью в барабанах или корзинах. Кроме того, трудоёмкость обработки насыпью значительно ниже, чем на подвесках, вследствие отсутствия операции монтажа деталей. Недостаток обработки деталей в корзинах - большой унос электролита [2].

На проектируемом гальваническом участке используются стальные ванны. Футеровку для электрохимических ванн производят для устранения утечек тока через корпус. Кроме того, в таких ваннах при электролизе не осаждается металл и равномерно распределяется ток. Все ванны устанавливают на фарфоровые изоляторы. В опорной части ванн предусмотрены регулировочные винты для выравнивания ванн по высоте, при их установке в линиях. Все ванны снабжены сливными штуцерами, выполненными заподлицо с дном, которое имеет уклон в сторону этого штуцера.

Перемешивание сжатым воздухом производится в ваннах линии фосфатирования. Подвод воздуха осуществляется барботерами, выполненными из полиэтилена ВД (ГОСТ 18599 - 73). При обработке деталей в барабанах перемешивание раствора сжатым воздухом не производится.

Подогрев ванн производится змеевиками, выполненными из углеродистой стали. Обогреваемые ванны обязательно теплоизолируют.

Датчики контроля и регулирования параметров контроля ванн укрепляют к отбортовке ванн.

Вентиляционные отсосы размещают на борту ванны вдоль её длинной стороны. Бортовые отсосы сделаны для ванн электрохимического и химического обезжиривания, травления, цинкования, фосфатирования. Материал бортовых отсосов - полипропилен (ТУ 32 - 2 - 48 - 74).

Для сушки деталей применяются сушильные камеры. Сушка производится путём обдува деталей воздухом, нагретым в паровом калорифере. Сушильная камера имеет теплоизоляцию и вентиляционные отсосы для удаления отработанного воздуха в атмосферу.

Использование централизованной системы приготовления, раздачи и корректирования электролитов делает необходимым применение вспомогательного оборудования.

Централизованные системы приготовления, раздачи и корректировки растворов применяются для автоматических линий. Данная система позволяет стабилизировать состав раствора, снизить количество вспомогательных рабочих, повысить культуру производства.

Централизованно раздаются растворы обезжиривания, травления, растворы покрытий.

Для приготовления растворов покрытий предусмотрены ванны приготовления и запасная емкость. Корректируемый раствор готовят в ванне приготовления в виде концентрата и насосом - дозатором перекачивается в запасную емкость.

Запасные емкости применяются для слива растворов из ванн покрытий автоматических линий с целью их корректировки. Объем емкости выбирают с учетом ее заполнения на 0,75 - 0,8. Для автооператорных линий, имеющих несколько ванн, выбирают запасные емкости с учетом одновременного слива растворов всех однотипных ванн.

Объем ванны приготовления должен быть не менее 10 - 15% от объема ванны покрытия. Если в линии несколько ванн, то объем ванны приготовления 10 - 15% от суммы всех ванн. В ванне приготовления готовят концентраты, то есть растворы, в которых концентрация компонентов основной ванны в 2 - 3 раза превышает концентрацию компонента в каждой ванне.

Фильтровальные установки могут быть периодическими или непрерывными. Производительность фильтра определяется скоростью фильтрации и характеристикой фильтра. Для растворов для защитных покрытий скорость фильтрации - один объем в час, для защитно - декоративных покрытий - три объема в час.

Буферные емкости предназначены для непрерывной очистки растворов обезжиривания от масла, жира. На каждую ванну обезжиривания ставится своя буферная емкость.

При выборе вспомогательного оборудования предпочтение отдается стандартизованному, нормализованному и серийно выпускаемому оборудованию. В особых случаях оборудование проектируют из унифицированных узлов деталей.

Спецификация вспомогательного оборудования приведена в таблице 2.3.

Оборудование для нанесения цинкового покрытия

Для цинкования деталей зависимости от годовой программы и размеров детали выбирается тип приспособления - барабан.

Годовая программа без учета брака 75000 м², с учетом брака, равным 1% - 75750 м².

Загрузка в барабан принимается равной 5 м². Выбираем барабан с габаритами (диаметр Ч длина): 340 Ч 970 мм, количество катодных рядов n = 1, межанодное расстояние 600 мм, тогда размер ванн следующий (длина Ч ширина Ч высота):

ванна электрохимической обработки 1600 Ч 800 Ч 1000 мм, объем 1,15 м³;

ванна химической обработки 1600 Ч 630 Ч 1000 мм, объем 0,9 м³.

Технические характеристики ванн для процесса цинкования приведены в таблице 2.2.

Определяется расчетный ритм автомата, мин:

R_расч = (2.1)

где T_эфф - эффективный фонд времени работы оборудования, ч; ѓ - загрузка на корзину, м²; n - количество катодных рядов; P'_год- годовая программа с учётом брака, м².

R_расч = = 14,65 мин

Число обрабатываемых приспособлений в год, шт.:

	Z = (2.2)
	Z = = 15150 шт.

Определение продолжительности электроосаждения ф при толщине 9 мкм и плотности тока 0,5 - 2,0 А/дм² и выходом по току 85%:

ф = (2.3)

где д - толщина покрытия, мкм; с - плотность осаждаемого металла, г/см³; i_ср - средняя катодная плотность тока, А/м²; К_э - электрохимический эквивалент, г/А∙ч; Вт - выход по току, доли единицы; К_ист - коэффициент истирания для барабана.

ф = = 34,2 мин

Расчет числа ванн на основную операцию, шт.:

N_в = (2.4)

где ф_осн - время выполнения основной операции (34,2 мин); ф_всп - время на вспомогательные операции (учитывает время на загрузку - выгрузку, холостые ходы) принимают 2 - 3, мин; N_в → N'_в - число ванн округленное до целого большего числа.

N_в = = 2,54 → 3 шт.

Рабочий ритм автомата, мин:

	R_раб = (2.5)
	R_раб = = 12,4 мин

Рассчитывается количество автоматов:

n_авт = (2.6)
	n_авт = = 0,85 → 1 шт.

Округляется расчетное количество автоматов до целого большего числа и принимается n'_авт = 1

Коэффициент загрузки рассчитывается по формуле:

K_з = (2.7)
	K_з = = 0,85

Часовая производительность автомата, м²/ч:

П_ч = (2.8)
	П_ч = = 24,2 м²/ч

Годовая производительность, м²/год:

П_г = П_ч ∙ Т_эфф(2.9)
	П_г = 24,2 ∙ 3700= 89540 м²/год

Составляется компоновка и рассчитывается длина линии для цинкования. Компоновка представленная на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 - Компоновка линии цинкования:

- загрузочно-разгрузочный комплекс; 2 - сушильная камера;

- ванна каскадной промывки теплая - холодная; 4 - ванна пассивирования;

- ванна осветления; 6- ванна электрохимического обезжиривания на катоде;

- ванна электрохимического обезжиривания на аноде; 8 - ванна каскадной промывки теплая - холодная;

- ванна травления; 10 - ванна каскадной промывки холодная;

- ванна каскадной промывки холодная; 12 - ванна улавливания;

, 14, 15 - ванна цинкования.

Сопряжения между ваннами:

∆l₁ - зазор между ваннами без вентиляционного отсоса и кармана - 160 мм;

∆l₂- зазор между ваннами с односторонним вентиляционным отсосом без кармана - 290 мм;

∆l₃- зазор между ваннами без вентиляционного отсоса с карманом - 235мм;

∆l₄- зазор между ваннами с односторонним вентиляционным отсосом и карманом - 425 мм;

∆l₅- зазор между ваннами с двухсторонним бортовым отсосом - 390 мм;

∆l_б- ширина одностороннего вентиляционного отсоса - 212 мм.

Длина линии рассчитывается по формуле, м:

L = ∑N ∙ l + l_з + l_с + ∆l_з.с. + m₁ ∙ ∆l₁ + m₂ ∙ ∆l₂ + + m₃ ∙ ∆l₃ + m₄ ∙ ∆l₄ + m₅ ∙ ∆l₅ + ∆l_б

(2.10)

где N - количество ванн одного типоразмера; l - ширина ванн принятого типоразмера, м; l_з - ширина загрузочно - разгрузочной стойки, м; l_с - ширина сушильной камеры, м; ∆l_з.с. - зазор между сушильной камерой и загрузочно - разгрузочной стойкой, 0,475 м; m₁ - m₅ - количество соответствующих сопряжений ванн; ∆l₁ - ∆l₅ - зазоры между ваннами; ∆l_б - ширина одностороннего вентиляционного отсоса.

L = 5 · 0,8 + 12 ∙ 0,63 + 0,6 + 0,63 + 0,475 + 3 · 0,16 + 2 ∙ 0,29 + + 3 ∙ 0,235 + 3 · 0,425 + 2 ∙ 0,39 + 0,212 = 17,297 м

Ширина линии рассчитывается по формуле, м;

В = L_вн + В₁ + В₂

(2.11)

где L_вн - внутренняя длина ванны, м; В₁- расстояние от внутренней стенки ванны до наружной плоскости опорной стойки (для подвесочных автооператоров - 0,65 м); В₂- расстояние от внутренней стенки ванны до наружной плоскости площадки обслуживания (В₂= 1,165 м).

В = 1,6 + 0,65 + 1,165 = 3,415 м

Результаты расчета потребного количества автоматов и полуавтоматов приведены в таблице 2.1.

Оборудование для нанесения фосфатного покрытия

Для фосфатирования деталей в зависимости от годовой программы и размеров детали выбирается тип приспособления - корзина.

Годовая программа без учета брака 70000 м², с учетом брака, равным 1% - 70700 м².

Загрузка в корзину принимается исходя из количества деталей в 600 штук с покрываемой поверхность 0,63 дм², и составляет 3,78 м². Выбираем корзину с габаритами (длина Ч ширина Ч высота): 630 Ч 520 Ч 800 мм, тогда размер ванн следующий (длина Ч ширина Ч высота):

ванна химической обработки 1600 Ч 800 Ч 1250 мм, объем 1,4 м³.

Технические характеристики ванн для процесса фосфатирования приведены в таблице 2.2.

Определяется расчетный ритм автомата, мин:

R_расч = (2.12)

где T_эфф - эффективный фонд времени работы оборудования, ч; ѓ - загрузка на корзину, м²; P'_год- годовая программа с учётом брака, м².

R_расч = = 11,87 мин

Число обрабатываемых приспособлений в год, шт.:

	Z =
	Z = = 18703 шт.

Расчет числа ванн на основную операцию, шт.:

N_в =

где ф_осн - время выполнения основной операции (15 мин); ф_всп - время на вспомогательные операции (учитывает время на загрузку - выгрузку, холостые ходы) принимают 2 - 3, мин; N_в → N'_в - число ванн округленное до целого большего числа.

N_в = = 1,52 → 2 шт.

Рабочий ритм автомата, мин:

	R_раб =
	R_раб = = 9 мин

Рассчитывается количество автоматов:

n_авт =
	n_авт = = 0,76 → 1 шт.

Округляется расчетное количество автоматов до целого большего числа и принимается n'_авт = 1.

Коэффициент загрузки рассчитывается по формуле:

K_з =
	K_з = = 0,76 мин

Часовая производительность автомата, м²/ч:

П_ч =
	П_ч = = 25,2 м²/ч

Годовая производительность, м²/год:

П_г = П_ч ∙ Т_эфф
	П_г = 25,2 ∙ 3700= 93240 м²/год

Составляется компоновка и рассчитывается длина линии для фосфатирования. Компоновка представленная на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 - Компоновка линии фосфатирования:

- загрузочно - разгрузочный комплекс; 2 - сушильная камера; 3 - ванна выдержки; 4 - ванна пропитки;

- ванна химического обезжиривания; 6 - ванна каскадной промывки теплая - холодная;

- ванна травления; 8 - ванна каскадной промывки холодная; 9 - ванна нитритной обработки;

- ванна каскадной промывки теплой - холодной; 11 - ванна улавливания; 12, 13 - ванна фосфатирования.

Сопряжения между ваннами:

∆l₁ - зазор между ваннами без вентиляционного отсоса и кармана - 160 мм;

– ∆l₂- зазор между ваннами с односторонним вентиляционным отсосом без кармана - 290 мм;

∆l₃- зазор между ваннами без вентиляционного отсоса с карманом - 235мм;

∆l₄- зазор между ваннами с односторонним вентиляционным отсосом и карманом - 425 мм;

∆l₅- зазор между ваннами с двухсторонним бортовым отсосом - 390 мм;

∆l_б- ширина одностороннего вентиляционного отсоса - 212 мм.

Длина линии рассчитывается по формуле, м:

L = ∑N ∙ l + l_з + l_с + ∆l_з.с. + m₁ ∙ ∆l₁ + m₂ ∙ ∆l₂ + + m₃ ∙ ∆l₃ + m₄ ∙ ∆l₄ + m₅ ∙ ∆l₅ + ∆l_б

L = 14 · 0,8 + 0,6 + 0,63 + 0,475 + 4 · 0,16 + 2 ∙ 0,29 + + 1 ∙ 0,235 + 3 · 0,425 + 1 ∙ 0,39 + 0,212 = 16,237 м

Ширина линии рассчитывается по формуле, м;

В = L_вн + В₁ + В₂

В = 1,6 + 0,65 + 1,165 = 3,415 м

Таблица 2.1 - Спецификация вспомогательного оборудования

№ по плану	Наименование оборудования	Характеристика оборудования	Количество, шт.
8, 11	Емкость для хранения и раздачи кислот	Сборник чугунный эмалированный с нижним спуском. Рабочий объем 0,16 м³. Габаритные размеры (диаметр Ч высота): 915 Ч 1060 мм.	2
1	Емкость для растворения NaOH	Для растворения едкого натра, стальная, сварная с крышкой. Рабочий объем 1,005 м³. Температура 60 °С. Расход пара 97 кг/ч. Габаритные размеры (длина Ч ширина Ч высота): 1645 Ч 1030 Ч 1634 мм.	1
7	Емкость для растворения Экомет - Ц1Б	Емкость для приготовления раствора, стальная, сварная, с крышкой, перемешиванием, футерованная пластиком. Рабочий объем 2,0 м³. Температура 70 °С. Расход пара 123,8 кг/ч. Габаритные размеры (длина Ч ширина Ч высота): 3250 Ч 920 Ч 2150 мм.	1
6, 10	Емкость для растворения Na₃PO₄, Lik F - 44	Ванна для растворения борной кислоты, стальная, сварная с крышкой и мешалкой. Рабочий объем 0,56 м³. Температура 60 °С. Расход пара 40 кг/ч. Габаритные размеры (длина Ч ширина Ч высота): 973 Ч 1100 Ч 1933 мм.	2
2	Емкость для хранения NaOH	Для хранения едкого натра, стальная, сварная с крышкой. Рабочий объем 1,2 м³. Температура 90 °С. Расход пара 220,0 кг/ч. Габаритные размеры (длина Ч ширина Ч высота): 1615 Ч 1400 Ч 1280 мм.	1
5, 9	Емкость для приготовления раствора обезжиривания	Емкость для приготовления раствора, стальная, сварная, с крышкой, перемешиванием, футерованная пластиком. Рабочий объем 3,0 м³. Температура 70 °С. Расход пара 180,0 кг/ч. Габаритные размеры (длина Ч ширина Ч высота): 2750 Ч 1400 Ч 3350 мм.	2
12, 15, 21	Буферная емкость для раствора обезжиривания	Тип 1. Масса 202 кг. Габаритные размеры (длина Ч ширина Ч высота): 1257 Ч 665 Ч 1170 мм.	3
3	Запасная емкость для раствора цинкования	Резервуар горизонтальный с плоским днищем футеровка - полуэбонит. Номинальный/полезный объем 6,3/5,96 м³. Габаритные размеры (длина Ч ширина Ч высота): 3700 Ч 1750 Ч 2170 мм.	1
4	Запасная емкость для раствора фосфатирования	Аппарат с коническим днищем с плоской съемной крышкой из двухслойной стали ВМ Ст3Сп + Х18Н10Т. Номинальный/полезный объем 4,0/3,03 м³. Габаритные размеры (диаметр Ч высота): 2015 Ч 3240 мм.	1
Ф1, Ф2	Фильтр	Тип 1. Поверхность фильтрации 1,6 м². Количество фильтровальных пакетов 2. Рабочее давление 0,2 Мпа. Температура до 60 °С. Производительность 5,4 - 12,0 м³/ч. Мощность 3 кВт/ч. Габаритные размеры (длина Ч ширина Ч высота): 1480 Ч 640 Ч 930 мм.	2
НД1 - НД10	Насос - дозатор	Мощность 2,5 кВт/ч	10
ЦН1 - ЦН6	Насос - центробежный	Мощность 2,5 кВт/ч	6

Источники тока гальванического участка

Питание ванн электрохимических покрытий осуществляется от выпрямительных агрегатов.

Источники тока линии электролитического цинкования

Необходимо рассчитать выпрямители для ванн катодного и анодного обезжиривания и ванн цинкования. Выбор источников постоянного тока производят по силе тока, потребляемой ваннами, с учётом требуемого напряжения. Источники тока устанавливаются индивидуально для каждой ванны. Расчёт выпрямителей будем производить с учётом работы ванн с барабанами.

Исходя из геометрических размеров барабана объем его можно вычислить по формуле:

V_бар = (2.13)

где R - радиус описанной окружности, дм; 1 - длина барабана, дм.

V_бар = = 0,0728 м³

Определяем насыпной объем деталей, м³:

V_нас = ∙ K(2.14)

где m_д - масса деталей, загружаемых в барабан, кг; с_д - плотность материала деталей, кг/м³; K - коэффициент в пределах 3…10.

V_нас = ∙ 3 = 0,0229 м³

Коэффициент загрузки барабана вычисляется по формуле:

K_з =

K_з = = 0,314 →,037(2.15)

Высота загрузки деталей в барабан, м:

h = 0,69 ∙ R h = 0,69 ∙ 0,17 = 0,117 м(2.16)

Полная площадь стенок барабана определяется по формуле:

S_полн = 6 ∙ R ∙ l S_полн = 6 ∙ 0,17 ∙ 0,97 = 0,989 м²(2.17)

Площадь перфорированной части барабана, ограниченная силовыми электрическими полями:

S_огр = 0,73 ∙ S_полн S_огр = 0,73 ∙ 0,989 = 0,722 м²(2.18)

Расчет источника постоянного тока для ванны электрохимического обезжиривания.

Сила тока на ванне, А:

I_в = ѓ ∙ I_макс I_в = 5 ∙ 200 = 1000 А(2.19)

Катодная плотность тока, А/дм²:

i_к' =

i_к' = = 1385,04 А/м²(2.20)

Максимальная анодная плотность тока, А/м²:

i_а^max =

i_а^max = = 200 А/м²(2.21)

Проходная плотность тока, А/м²:

i_пр =

i_пр = = 526,32 А/м²(2.22)

Падение напряжения в электролите ванны обезжиривания, В:

∆U_эл-та = i_пр ∙ с ∙ l_ср (2.23)

где i_пр - проходная плотность тока, А/м²; с - удельное электросопротивление электролита, Ом ∙ м; l_ср - среднее расстояние между электродами, м.

∆U_эл-та = 526,32 ∙ (10,4 ∙ 10⁻²) ∙ 0,173 = 9,47 В

Падение напряжения на перфорации барабана для ванны обезжиривания, В:

∆U_пф = (2.24)

где д - толщина стенок барабана, м; б - степень перфорации барабана.

∆U_пф = = 2,88 В

Напряжение разложения воды рассчитывается по формуле:

E_р³⁰³ = E_р²⁹⁸ − ∙ ∆T

∆S = S(H₂O) - (S(H₂) + ∙ S(O₂))

∆S = 16,7 - 31,2 − ∙ 49 = − 39 ккал/моль ∙ °С

E_р³⁰³ = 1,23 − ∙ (30 − 25) = 1,226 В(2.25)

(2.26)

Падение напряжения на ванне обезжиривания:

U_в = [E_р + з_а + з_к + ∆U_эл-та + ∆U_пф ] ∙ K (2.27)

где E_р - напряжение разложения воды, В; з_а, з_к - перенапряжение, соответственно, анодной и катодной реакций, В; ∆U_эл-та- падение напряжения в электролите, В; ∆U_пф- падение напряжения на перфорацию, В; K - коэффициент, учитывающий падение напряжения на проводниках первого рода (электроды, штанги, контакты), равный 1.1.

U_в = [1,226 + 0,27 + 0,5 + 9,47 + 2,88] ∙ 1,1 = 15,78 В

Напряжение на источнике для ванны обезжиривания:

U_ист = U_в ∙ K (2.28)

где K - коэффициент, учитывающий падение напряжения в шинах, равный 1,1.

U_ист = 15,78 ∙ 1,1 = 17,358 В

Источник тока выбираем по максимально возможной силе тока и напряжению на источнике Flex Craft 24В/300А.

Расчет источника тока для ванны цинкования частично совпадает с расчетом источника тока для ванны обежиривания. Разница заключается только в разных значениях удельного электросопротивления электролитов обезжиривания и цинкования.

Падение напряжения в электролите ванны цинкования, В:

∆U_эл-та = 526,32 ∙ (3,5 ∙ 10⁻²) ∙ 0,173 = 3,17 В

Падение напряжения на перфорации барабана для цинкования, В:

∆U_пф = = 0,97 В

Падение напряжения на ванне цинкования:

U_в = [1,226 + 0,27 + 0,5 + 3,17 + 0,97] ∙ 1,1 = 6,75 В

Напряжение на источнике для ванны цинкования:

U_ист = 6,75 ∙ 1,1 = 7,425 В

Источник тока выбираем по максимально возможной силе тока и напряжению на источнике Flex Craft 12В/600А.

Технические характеристики и параметры источников «Flex Craft» позволяют повысить экономические показатели предприятия за счёт значительного снижения потребления электроэнергии.

Универсальность. Система модульных выпрямителей Flex Kraft состоит из 1 - 10 модулей и обеспечивает силу тока 0 - 600А на каждый модуль при напряжении 0 - 60В (в дальнейшем до 120В). Для процессов с высоким значением силы тока (от 6000А до 30000А) возможно параллельное соединение двух и более систем в один выпрямительный агрегат. При необходимости увеличение мощности достигается простым добавлением дополнительных модулей. Возможно обслуживание одним выпрямителем двух независимо протекающих процессов (режим DUAL).

Удобство в работе. Выпрямители Flex Kraft могут работать в различных независимых системах регулировки по току и напряжению, имеют режимы стабилизации тока и напряжения. Заданные значения можно изменить в процессе работы, доводя до независимых друг от друга максимальных значений. Контроль и управление выпрямителями Flex Kraft могут осуществляться по различным вариантам: вручную с панели выпрямителя, с помощью пультов дистанционного управления, от компьютера (RS - 232 или RS - 485 - протоколы Modbus и Profibus включены в поставку). Выпрямители Flex Kraft оснащены счетчиками ампер - часов и времени, что упрощает контроль технологических процессов и дает возможность управлять периферийными устройствами (насосы - дозаторы и другие).

Энергоемкость. Выпрямители Flex Kraft контролируются по мощности, а это означает, что вторичные параметры могут многократно изменяться в зависимости от требуемых величин силы тока и напряжения.

Надежность. Выпрямители Flex Kraft предназначены для интенсивной работы при максимальной нагрузке и температуре окружающей среды до 40 °С. Они защищены от короткого замыкания, размыкания контактов, тока перегрузки, перенапряжения и избыточных температур.

Экономичность. Прибор генерирует риппель (пульсацию) тока менее 1%, что, в частности, очень важно в процессах хромирования. Имеет к.п.д. около 90% и коэффициент мощности более 93%, что позволяет существенно экономить потребляемую электроэнергию (по сравнению с аналогичной техникой). В отличие от тиристорных агрегатов, нет необходимости создавать запас мощности.

Компактность. Выпрямители Flex Kraft имеют небольшой объем и вес. Занимаемая ими производственная площадь невелика.

Удобство в обслуживании и ремонте. Модульная конструкция выпрямителей Flex Kraft дает возможность извлечения неисправного модуля (или его частей) и его замены на запасной, а при его отсутствии - возможность временной работы выпрямителя на пониженной мощности до получения и установки исправного модуля.

Конкурентоспособная цена. Стоимость выпрямительных агрегатов Flex Kraft сопоставима со стоимостью отечественных выпрямителей с аналогичными параметрами. В современных рыночных условиях при жесткой конкуренции выигрывает производитель, выпускающий высококачественную продукцию. Применение выпрямителей Flex Kraft, как источников питания для оборудования электрохимической обработки поверхностей дает не только неоспоримую экономию средств, но и значительно повышает качество выпускаемой продукции, облегчает пуско-наладку и дальнейшее обслуживание автоматических линий.

2.2 Энергетические затраты гальванического участка

Энергия в цехе присутствует в виде электрической энергии, пара и сжатого воздуха. Электрическая энергия расходуется на привод линии, на работу насосов и фильтров. Пар необходим для нагрева ванн фосфатирования, обезжиривания, нитритной обработки, пропитки и промывок. Сжатый воздух используется для перемешивания в почти всех ваннах линии фосфатирования, потому что процесс ведется в корзинах, в которых детали лежат насыпью.

На гальваническом участке используются следующие виды энергетических ресурсов:

) электроэнергия:

ванны гальванических покрытий, ванны электрохимического обезжиривания и на электрокоагуляционную установку - постоянный ток от выпрямителей;

на работу двигателей галтовочных барабанов, на работу вентиляционной камеры, питание электрических талей - переменный ток частотой 50 Гц и напряжением 380 В;

на бытовые нужды и освещение - переменный ток частотой 50 Гц и напряжением 220 В.

) пар с избыточным давлением 294 кПа для разогрева и поддержания рабочей температуры в ваннах с паровым нагревом и в сушильной камере;

) сжатый воздух:

с избыточным давлением 49 кПа - для перемешивания растворов

с избыточным давлением 250 кПа - для сушки деталей;

) холодная вода на охлаждение выпрямителя ванны катодного обезжиривания.

Электрическая энергия гальванического участка

Потребляемая мощность проектируемого участка определяется для каждой линии суммированием мощностей индивидуальных источников тока гальванических ванн, электроподогревателей и умножением на коэффициент, лежащий в пределах 1,2 - 1,4, учитывающий дополнительный расход электроэнергии на освещение, вентиляция, привод гальванической линии, на работу насосов и фильтров и так далее.

Годовые затраты электрической энергии определяют умножением потребляемой мощности на годовой фонд времени оборудования с учетом коэффициента его загрузки.

Удельные затраты электроэнергии на единицу покрытия данного вида определяются делением годовых затрат электрической энергии данной линии на годовую программу.

Электрическая энергия линии электролитического цинкования

Результаты расчета потребления электроэнергии линией цинкования представлены в таблице 2.2.

Таблица 2.2 - Затраты электрической энергии линией цинкования.

Наименование потребителя	Количество, шт.	Потребляемая мощность,кВт	Годовой фонд времени, ч	Годовой расход энергии, кВт ∙ ч	Удельные затраты, кВт ∙ ч/м²
Привод линии	1	7,8	3700	28860	0,32
Выпрямители	5	7,2	3700	133200	2,11
Насос центробежный	3	2,5	740	5550	0,08
Насос-дозатор	3	2,5	740	5550	0,08
Фильтр	1	3	740	2220	0,06

Электрическая энергия линии химического фосфатирования

Результаты расчета потребления электроэнергии линией фосфатирования представлены в таблице 2.3.

Таблица 2.3 - Затраты электрической энергии линией фосфатирования

Наименование потребителя	Количество, шт.	Потребляемая мощность, кВт	Годовой фонд времени, ч	Годовой расход энергии, кВт ∙ ч	Удельные затраты, кВт ∙ ч/м²
Привод линии	1	7,8	3700	28860	0,49
Насос центробежный	3	2,5	740	5550	0,09
Насос-дозатор	7	2,5	740	12950	0,22
Фильтр	1	3	740	0,04

Результаты расчета потребления электроэнергии гальваническим участком представлены в таблице 2.4.

Таблица 2.4 - Затраты электрической энергии гальванического участка.

Вид покрытия	Годовая программа, м²	Потребляемая мощность, кВт	Годовой фонд времени, ч	Годовой затраты, кВт ∙ ч	Удельные затраты, кВт ∙ ч/м²
Электролитическое цинкование	75750	61,8	3700	175980	2,65
Антифрикционное фосфатирование	70700	35,8	3700	49580	1,65

Водоснабжение гальванического участка

Вода расходуется в основном на промывку деталей. Расход воды на составление растворов является периодическим и составляет небольшую часть общего расхода. 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.

В зависимости от концентрации раствора существует два вида схем промывок - одноступенчатая и многоступенчатая. Одноступенчатая промывка применяется в тех случаях, когда растворы имеют низкую концентрацию или после какой - то операции не требуется тщательной промывки. Многоступенчатую промывку применяют после химического или электрохимического обезжиривания, перед нанесением покрытий в кислых электролитах, после анодного окисления, химического оксидирования стали, электрохимического полирования, в других случаях. Многоступенчатая промывка делится на прямоточную и противоточную.

Методы промывки могут быть различными: погружной, струйный и комбинированный. При обработке деталей на подвесках, имеющих пазы, углубления и тому подобное, 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.

Расчет воды на промывку производится с использованием критерия промывки по ГОСТ 9.305 - 84. Расход воды на приготовление и корректировку электролитов принимают в количестве 15 - 20% от расхода воды на промывку.

Расчет воды на промывки производим в соответствии с [32].

На гальваническом участке используется вода следующих категорий:

) техническая первой категории (жесткость около 7 мг - экв/л) используется для приготовления электролитов и промывки, давление - 196 ± 19,6 кПа;

) техническая второй категории (жесткость до 2 мг - экв/л) используется для бытовых нужд, давление - 196 ± 19,6 кПа.

Вода поступает от ТЭЦ.

В данном разделе произведён расчёт расхода воды на автоматические линии цинкования и фосфатирования, а также расход воды на нужды участка механической обработки по каждому виду покрытий.

Расход воды в линии электролитического цинкования

Удельный расход воды на промывку, л/м²∙ ч:

G_уд = n ∙ q ∙ (2.29)

где n - количество промывных ванн с самостоятельной подачей воды; q - удельный вынос электролита (раствора) поверхностью деталей, л/м²; K_o - критерий окончательной промывки деталей; N - количество ступеней промывки.

Критерий окончательной промывки,показывающий во сколько раз снизить концентрацию основного компонента электролита (раствора), выносимого поверхностью деталей до предельно допустимого значения в последней ванне данной операции промывки, вычисляют по формуле:

K_o = (2.30)

где C_o - концентрация основного компонента в электролите (растворе) применяемом для операции, после которой производится промывка, г/л; C_n - предельно допустимая концентрация основного компонента в воде после операции промывки, г/л.

За основной компонент (ион) данного раствора или электролита принимается тот, для которого критерий промывки является наибольшим. Если перед промывкой проводят улавливание электролита, то величину K_о уменьшают введением коэффициентов: 0,4 - при одной ванне улавливания, 0,15 - при двух ваннах улавливания и 0,06 - при трех ваннах улавливания.

Часовой расход воды, л/ч:

G_ч = G_уд ∙ П_ч(2.31)

где П_ч - часовая производительность автомата, м²/ч.

Годовой расход воды, м³:

G_г = G_ч ∙ Т_эфф∙ K_з(2.32)

где Т_эфф - эффективный фонд времени работы оборудования, ч; K_з - коэффициент загрузки оборудования.

Общий годовой расход воды, м³:

G_г^общ = K ∙ ∑G_г(2.33)

С учетом расхода воды на прочие нужды G_г увеличивается на 20 - 30%, то есть К = 1,2 - 1,3.

Расчет воды для промывки после электрохимического обезжиривания:

C_o = C(NaOH) + K_П ∙ C(Na₃PO₄)

где K_П - коэффициенты пересчета щелочных компонентов на NaOH.

C_o = 40 + 0,315 ∙ 20 = 46,3 г/л

Критерий окончательной промывки для раствора обезжиривания:

K_o = = 463

Удельный расход воды на промывку после раствора обезжиривания:

G_уд = 1 ∙ 0,6 ∙ = 12,91 л/м² ∙ ч

Часовой расход воды на промывку после раствора обезжиривания:

G_ч = 12,91 ∙ 24,2 = 312,42 л/ч

Расчет расхода воды для промывки после процесса цинкования:

Коэффициент пересчета окиси цинка на ионы цинка:

K_П= = = 0,8 г/л

Концентрация отмываемого компанента:

C_o = 0,8 ∙ 10 = 8 г/л

Критерий промывки для ионов цинка в растворе:

K_o = = 800

Критерий промывки для гидроксида натрия в растворе цинкования наибольший:

K_o = = 1500

Удельный расход воды на промывку после цинкования:

G_уд = 1 ∙ 0,6 ∙ = 14,67 л/м² ∙ ч

Часовой расход воды на промывку после фосфатирования:

G_ч = 14,67 ∙ 24,2 = 355,014 л/ч

Критерий окончательной промывки после травления:

K_o = = 4000

Удельный расход воды на промывку после травления:

G_уд = 1 ∙ 0,4 ∙ = 25,3 л/м² ∙ ч

Часовой расход воды на промывку после травления:

G_ч = 25,3 ∙ 24,2 = 612,26 л/ч

Расчет воды для промывки после ванны пассивации:

C_o = K_П ∙ C(HNO₃)

где K_П - коэффициенты пересчета азотной кислоты на серную.

C_o = 0,78 ∙ 5 = 3,9 мл/л

Критерий окончательной промывки для раствора пассивации:

K_o = = 390

Удельный расход воды на промывку после раствора пассивации:

G_уд = 1 ∙ 0,4 ∙ = 2,5 л/м² ∙ ч

Часовой расход воды на промывку после раствора пассивации:

G_ч = 2,5 ∙ 24,2 = 60,5 л/ч

Годовой расход воды:

G_г = 1340,194 ∙ 3700= 4958717,8 л

Приняв во внимание неучтенные факторы рассчитаем общий расход воды:

	G_г^общ = 1,2 ∙ 4958717,8 = 5950,461 м³
	G_уд = = 0,0786 м³/м²

Расход воды на промывку представлен в таблице 2.8.

Годовой расход воды представлен в таблице 2.9.

Расход воды в линии химического фосфатирования

Расчет воды для промывки после химического обезжиривания:

C_o = C(NaOH) + K_П ∙ C(Na₃PO₄)

где K_П - коэффициенты пересчета щелочных компонентов на NaOH.

C_o = 35 + 0,315 ∙ 20 = 41,3 г/л

Критерий окончательной промывки для раствора обезжиривания:

K_o = = 413

Удельный расход воды на промывку после раствора обезжиривания:

G_уд = 1 ∙ 0,75 ∙ = 15,24 л/м² ∙ ч

Часовой расход воды на промывку после раствора обезжиривания:

G_ч = 15,24 ∙ 25,2 = 384,1 л/ч

Чтобы рассчитать расход воды для промывки после фосфатирования необходимо знать состав концентрата Lik F - 44. Предположим следующий возможный состав электролита Lik F - 44:

Zn(H₂PO₄)₂ ∙ 2H₂O	- 45 - 55 г/л
Zn(NO₃)₂ ∙ 6H₂O	- 45 - 55 г/л
H₃PO₄	- 11 - 17 г/л

Коэффициент пересчета солей данного металла на металл для Zn(H₂PO₄)₂ ∙ 2H₂O - 0,221; Zn(NO₃)₂ ∙ 6H₂O - 0,22. Коэффициент пересчета H₃PO₄ на H₂SO₄- 1,5.

Критерий промывки для солей цинка в растворе фосфатирования:

K_o = = 2426

Критерий промывки для фосфорной кислоты в растворе фосфатирования наибольший:

K_o = = 2550

Удельный расход воды на промывку после фосфатирования:

G_уд = 1 ∙ 0,5 ∙ = 15,97 л/м² ∙ ч

Часовой расход воды на промывку после фосфатирования:

G_ч = 15,97 ∙ 25,2 = 402,444 л/ч

Критерий окончательной промывки после травления:

K_o = = 2000

Удельный расход воды на промывку после травления:

G_уд = 1 ∙ 0,5 ∙ = 22,36 л/м² ∙ ч

Часовой расход воды на промывку после травления:

G_ч = 22,36 ∙ 25,2 = 563,49 л/ч

Необходимо отметить, что каскадная промывка после травления и нитритной обработки является общей, потому что нитрит натрия имеет нейтральную среду и небольшую концентрацию в растворе для нитритной обработки.

Годовой расход воды:

G_г = 1350,034 ∙ 3700= 4995125,8 л

Приняв во внимание неучтенные факторы рассчитаем общий расход воды:

	G_г^общ = 1,2 ∙ 4995125,8 = 5994,151 м³
	G_уд = = 0,0848 м³/м²

Расход воды на промывку представлен в таблице 2.5.

Годовой расход воды представлен в таблице 2.6.

Таблица 2.5 - Расход воды на промывки гальванического участка

№ оборудования по плану	Назначение промывки	Количество потребителей	Промываемая поверхность, м²	Удельный вынос раствора, л/м²	Критерий промывки	Часовая производительность по покрытию, м²/ч	Удельный расход воды, л/м²·ч	Часовой расход воды, л/ч	Качество воды
	Цинкование
19/8	Промывка каскадная теплая - холодная после обезжиривания	2	5	0,6	463	24,2	12,91	312,42	Вода техническая
19/10	Промывка каскадная холодная - холодная после травления	1	5	0,4	4000	24,2	25,3	612,26	Вода техническая
19/11	Промывка каскадная холодная - холодная после цинкования	3	5	0,6	1500	24,2	14,67	355,014	Вода техническая
19/3	Промывка каскадная холодная - теплая после пасивации	1	5	0,4	390	24,2	2,5	60,5	Вода техническая
Итого:								1340,194
	Фосфатирование
20/6	Промывка каскадная теплая - холодная после обезжиривания	1	3,78	0,75	413	25,2	15,24	384,1	Вода техническая
20/8	Промывка каскадная холодная - холодная после травления	1	3,78	0,5	2000	25,2	22,36	563,49	Вода техническая
20/10	Промывка каскадная холодная - теплая после фосфатирования	2	3,78	0,5	2550	25,2	15,97	402,444	Вода техническая
Итого:								1350,034

Таблица 2.6 - Годовой расход воды на промывки гальванического участка

Вид покрытия	Годовая программа с учетом брака, м²	Фонд времени, ч	Годовой расход воды, м³	Удельный расход воды, м³/м²
Цинкование	75750	3700	5950,461	0,0786
Фосфатирование	70700	3700	5994,151	0,0848

Расход сжатого воздуха гальванического участка

Сжатый воздух для технологических целей используют для перемешивания растворов и обдувки при сушке деталей только в линии фосфатирования.

Часовой расход сжатого воздуха, м³/ч:

G_ч = H ∙ V_р ∙ n

(2.34)

где H - норма расхода сжатого воздуха, приведенная к стандартным условиям, равная 12 м³/ч; V_р - объем ванны, м³; n - количество ванн.

Годовой расход сжатого воздуха, м^3:

G_г = G_ч ∙ Т_эфф∙ K_з(2.35)

Удельный расход, м³/м²:

G_уд = (2.36)

Результаты расчетов расхода сжатого воздуха для линии фосфатирования приведены в таблице 2.7.

Таблица 2.7 - Расход сжатого воздуха линии фосфатирования

№ по плану	Годовая программа с учетом брака, м²	Характеристика потребителя	Количество потребителей	Часовой расход, м³/ч	Годовой фонд времени, ч	Годовой расход, м³	Удельный расход, м³/м²
	Фосфатирование
20	60600	Vр = 1,4 м³	12	201,6	3700	566899,2	8,018

В гальванических производствах пар используют в основном для предварительного разогрева растворов, для поддержания требуемой температуры растворов во время работы, в сушильных камерах и вспомогательном оборудовании.

Расход пара на разогрев растворов рассчитывают по укрупненным показателям. При этом учитываем число разогревов в год, которое определяется делением фонда времени работы оборудования с учетом коэффициента загрузки на число часов работы в день.

Расчет расхода пара на поддержание рабочей температуры во время работы ванны проводим на основе расчета теплового баланса ванны.

Расчет производится в соответствии с [29] по формуле:

Q_р = (− Q₁ − Q₂ − Q₃ − Q₄ − Q₅ + Q₆) ∙ K

(2.37)

где Q_p - общий расход тепла, кДж/ч; Q₁ - тепловые потери открытым зеркалом электролита ванны, кДж; Q₂ - тепловые потери через стенки ванны, кДж/ч; Q₃ - расход тепла для нагрева деталей, загружаемых в ванну, кДж/ч; Q₄ - расход тепла для нагрева вновь поступающего электролита, кДж/ч; Q₅ - расход тепла на нагрев воздуха для перемешивания, кДж/ч; Q₆ - тепло, выделяющееся при прохождении электрического тока через электролит, кДж/ч; K - поправочный коэффициент, учитывающий неподдающийся расчету расход тепла, K = 1,1.

При отрицательном значении величины Q_p раствор необходимо нагревать, при положительном значении - охлаждать.

Расход пара линии электролитического цинкования

Рассчитаем тепловой баланс для ванны цинкования при рабочей температуре 35 °С. Тепловые потери открытым зеркалом электролита ванны определяются по формуле:

Q₁ = F₁ ∙ q₁ (2.38)

где F₁ - площадь поверхности открытого зеркала электролита, м²; q₁ - удельные потери с 1 м² поверхности открытого зеркала электролита, кДж ∙ (м²∙ ч). Определяется в зависимости от рабочей температуры и скорости движения воздуха над раствором ванны - W. Скорость движения воздуха над ваннами без вентиляции принимается 0,3 м/с, над ваннами с вентиляцией 0,5 м/с.

F₁ = 0,8 ∙ 1,6 = 1,28 м²q₁ = 5,88 ∙ 10³ кДж/(м²·ч) Q₁ = 1,28 ∙ 5,88 ∙ 10³ = 7526,4 кДж/ч

Тепловые потери через стенки ванны определяются по формуле:

Q₂ = F₂ ∙ q₂

(2.39)

где F₂ - площадь поверхности стенок и дна ванны, м²; q₂ - удельные тепловые потери через 1 м² поверхности стенок и дна ванны, кДж/(м²·ч).

F₂ = 1,0 ∙ 1,6 ∙ 2 + 0,8 ∙ 1,0 ∙ 2 + 0,8 ∙ 1,6 = 6,08 м²q₂ = 87,95 кДж/(м²·ч) Q₂ = 6,08 ∙ 87,95 = 534,736 кДж/ч

Расход тепла для нагрева деталей, загружаемых в ванну, определяется по формуле:

Q₃ = М₁ ∙ q₃

(2.40)

где М₁ - масса деталей, загружаемых в ванну, кг/ч; q₃ - удельный расход тепла на нагрев деталей, кДж/кг.

Масса деталей, загружаемых в ванны, рассчитывается по формуле:

М₁ = (2.41)

где m - масса одной детали, кг; N - количество загружаемых деталей, шт.

М₁ = = 290,3 кг

q₃= 6,7 кДж/кг (материал деталей - сталь, t_н = 20 °С, t_к = 35 °С)

Q₃ = 6,7 ∙ 290,3 = 1945,01 кДж/ч

Количество тепла, выделяющегося в течении 1 часа при прохождении электрического тока через электролит определяется по формуле:

Q₆ = 3,6 ∙ I ∙ U_вQ₆ = 3,6 ∙ 200 ∙ 6,75 = 4860 кДж

(2.42)

Тепловой баланс для ванны цинкования:

Q_р = (− 7526,4 − 534,736 − 1945,01 + 4860) ∙ 1,1 = − 5660,76 кДж/ч

За счет выделения джоулева тепла разогрев электролита не происходит, значит ванну охлаждать не надо.

Часовой расход пара на нагрев ванны цинкования:

G = (2.43)

где r - скрытая теплота парообразования, равная 2164,6 кДж/кг.

G = = 2,62 кг

Расход тепла на нагрев ванны цинкования.

Расчет производится в соответствии с [32] по формуле:

Q_н = ∙ 1,1(2.44)

где Q₁' - тепло на нагрев материала корпуса ванны, кДж; Q₂' - тепло на нагрев материала футеровки, кДж; Q₃' - тепло на нагрев электролита (раствора), кДж; Q₁ и Q₂ - рассчитываются в соответствии с формулой (2.38, 2.39).

Тепло на нагрев материала корпуса ванны определяется по формуле:

Q₁' = с ∙ F₂ ∙ д ∙ г ∙ ∆t

(2.45)

где с - удельная теплоемкость материала ванны, кДж/кг ∙ єС; F - площадь стенок и днища ванны, м²; д - толщина стенок и днища ванны, м; г - плотность материала ванны, кг/м³; ∆t - разность рабочей и начальной температур, єС.

Q₁' = 0,489 ∙ 6,08 ∙ 5 ∙ 10^-3 ∙ 7860 ∙ (35 - 20) = 1752,65 кДж

Тепло на нагрев материала корпуса ванны определяется по формуле:

Q₂' = с ∙ F₂ ∙ д ∙ г ∙ ∆t

(2.46)

где с - удельная теплоемкость материала футеровки, кДж/кг ∙ єС; F - площадь стенок и днища ванны, м²; д - толщина футеровки, м; г - плотность материала футеровки, кг/м³; ∆t - разность рабочей и начальной температур, єС.

Q₂' = 1,47 ∙ 6,08 ∙ 5 ∙ 10^-3 ∙ 910 ∙ (35 - 20) = 609,99 кДж

Тепло на нагрев электролита определяется по формуле:

Q₃' = с ∙ V_р ∙ г ∙ ∆t

(2.47)

где V_р - рабочий объем электролита, м³; г - плотность электролита, кг/м³.

Q₃' = 3,826 ∙ 1,15 ∙ 1120 ∙ (35 - 20) = 73918,32 кДж

Расход тепла на нагрев ванны цинкования:

Q_н = ∙ 1,1 =

= 80311,528 кДж/ч

Часовой расход пара на нагрев ванны цинкования:

G =

G = = 37,10 кг(2.48)

Расчет греющей площади змеевика производится в соответствии с [32].

Для определения греющей площади поверхности нагревательного элемента сравнивают площади греющих поверхностей, необходимых для нагрева ванны до рабочей температуры и для поддержания рабочей температуры ванны, и выбирают наибольшую.

Площадь греющего элемента при нагреве:

S_н = (2.49)

где Q_н - тепло на нагрев ванны с учетом времени разогрева, кДж; K - коэффициент теплопередачи через стенку нагревателя от пара к раствору, Вт/м² ∙ ч ∙ °С, можно брать в пределах от 814 до 3489 Вт/м² ∙ ч ∙ °С [6]; ∆t_{ср. н.} - средняя разность температур в период нагрева, °С.

Средняя разность температур в период нагрева определяется по формуле:

∆t_ср._н. = (2.50)

где t_раб и t_нач -рабочая и начальная температура раствора, соответственно, °С; t_пар - температура насыщенного пара, 130 °С.

Длина змеевика рассчитывается по формуле:

L = (2.51)

где S - площадь поверхности теплообмена, м²; d_н - наружный диаметр трубы змеевика, м.

Расчет греющей площади змеевика для ванны цинкования.

Средняя разность температур в период нагрева:

∆t_ср._н. = = 102,43 °С

Площадь греющего элемента при нагреве, причем Q_н берется из с учетом времени разогрева 2 часа:

S_н = = 0,0436 м²

Длина змеевика:

L = = 0,365 м

Рассчитаем тепловой баланс для ванны обезжиривания при рабочей температуре 35 °С. Тепловые потери открытым зеркалом электролита ванны определяются по формуле (2.38):

q₁ = 11,72 ∙ 10³ кДж/(м²·ч) Q₁ = 1,28 ∙ 11,72 ∙ 10³ = 15001,6 кДж/ч

Тепловые потери через стенки ванны определяются по формуле (2.39):

Расход тепла для нагрева деталей, загружаемых в ванну, определяется по формуле (2.40):

q₃= 16,5 кДж/кг (материал деталей - сталь, t_н = 20 °С, t_к = 35 °С) Q₃ = 16,5 ∙ 290,3 = 4789,95 кДж/ч

Количество тепла, выделяющегося в течении 1 часа при прохождении электрического тока через электролит определяется по формуле (2.42):

Q₆ = 3,6 ∙ 200 ∙ 15,78 = 11361,6 кДж

Тепловой баланс для ванны обезжиривания рассчитывается по формуле (2.37):

Q_р = (− 15001,6 − 1068,86 − 4789,95 + 11361,6) ∙ 1,1 = − 10448,69 кДж/ч

За счет выделения джоулева тепла разогрев электролита не происходит, значит ванну охлаждать не надо.

Результаты расчетов расхода пара представлены в таблице 2.11.

Суммарные затраты пара по каждому виду покрытия представлены в таблице 2.12.

Расход пара линии химического фосфатирования

Рассчитаем тепловой баланс для ванны фосфатирования при рабочей температуре 60 °С. Тепловые потери открытым зеркалом электролита ванны определяются по формуле:

Q₁ = F₁ ∙ q₁

F₁ = 0,8 ∙ 1,6 = 1,28 м²q₁ = 15,03 ∙ 10³ кДж/(м²·ч) Q₁ = 1,28 ∙ 15,03 ∙ 10³ = 19238 кДж/ч

Тепловые потери через стенки ванны определяются по формуле:

Q₂ = F₂ ∙ q₂

F₂ = 0,8 ∙ 1,6 ∙ 2 + 0,8 ∙ 1,25 ∙ 2 + 0,8 ∙ 1,6 = 7,28 м²Q₂ = 389,4 кДж/(м²·ч) Q₂ = 7,28 ∙ 389,4 = 2834,832 кДж/ч

Расход тепла для нагрева деталей, загружаемых в ванну, определяется по формуле:

Q₃ = М₁ ∙ q₃

где М₁ - масса деталей, загружаемых в ванну, кг/ч; q₃ - удельный расход тепла на нагрев деталей, кДж/кг.

Масса деталей, загружаемых в ванны, рассчитывается по формуле:

М₁ =

где m - масса одной детали, кг; N - количество загружаемых деталей, шт.

М₁ = = 472 кг

q₃= 20 кДж/кг (материал деталей - сталь, t_н = 20 °С, t_к = 60 °С)

Q₃ = 20 ∙ 472 = 9440 кДж/ч

Расход тепла на нагрев ванны на нагрев воздуха для перемешивания определяется по формуле:

Q₅ = М₂ ∙ q₅

(2.52)

где М₂ - масса воздуха для перемешивания электролита, кг; q₅ - удельный расход тепла на нагрев 1 кг воздуха, кДж/кг.

Масса воздуха рассчитывается по формуле:

М₂ = 1,29 ∙ 12 ∙ V_р

(2.53)

где 1,29 - удельная плотность воздуха при стандартных условиях, кг/м³; 12 - норма расхода сжатого воздуха, приведенная к стандартным условиям, м³; V_р - объем ванны, м³.

М₂ = 1,29 ∙ 12 ∙ 1,4 = 21,672 кг q₅= 420 кДж/м³ Q₅ = 21,672 ∙ 420 = 9102,24 кДж/ч

Тепловой баланс:

Q_р = (− 19238 − 2834,832 − 9440 − 9102,24) ∙ 1,1 = − 44676,58 кДж/ч

Часовой расход пара на нагрев ванны фосфатирования:

G = = = 20,64 кг

Расход тепла на нагрев ванны.

Расчет производится в соответствии с [32] по формуле:

Q_н = ∙ 1,1

Тепло на нагрев материала корпуса ванны определяется по формуле:

Q₁' = с ∙ F₂ ∙ д ∙ г ∙ ∆t

Тепло на нагрев электролита определяется по формуле:

Q₃' = с ∙ V_р ∙ г ∙ ∆t

где V_р - рабочий объем электролита, м³; г - плотность электролита, кг/м³.

Q₁' = 0,489 ∙ 7,28 ∙ 5 ∙ 10^-3 ∙ 7860 ∙ (60 - 20) = 5596,19 кДж Q₃' = 4,10 ∙ 1,4 ∙ 1080 ∙ (60 - 20) = 247968 кДж Q_н = ∙ 1,1 = 291060,67 кДж/ч

Часовой расход пара на нагрев ванны фосфатирования:

G = = = 134,46 кг

Расчет греющей площади змеевика производится в соответствии с [32].

Площадь греющего элемента при нагреве:

S_н =

где Q_н - тепло на нагрев ванны с учетом времени разогрева, кДж; K - коэффициент теплопередачи через стенку нагревателя от пара к раствору, Вт/м² ∙ ч ∙ °С, можно брать в пределах от 814 до 3489 Вт/м² ∙ ч ∙ °С [32]; ∆t_{ср. н.} - средняя разность температур в период нагрева, °С.

Средняя разность температур в период нагрева определяется по формуле:

∆t_ср._н. =

Длина змеевика рассчитывается по формуле:

L =

где S - площадь поверхности теплообмена, м²; d_н - наружный диаметр трубы змеевика, м.

Расчет греющей площади змеевика для ванны фосфатирования.

Средняя разность температур в период нагрева:

∆t_ср._н. = = 88,598 °С

Площадь греющего элемента при нагреве, причем Q_н берется из с учетом времени разогрева 2 часа:

S_н = = 0,183 м²

Длина змеевика:

L = = 1,53 м

Результаты расчетов расхода пара представлены в таблице 2.8.

Суммарные затраты пара по каждому виду покрытия представлены в таблице 2.9.

Таблица 2.8 - Расход пара гальванического участка

№ по плану	Характеристика потребителя	Количество потребителей	Расход пара на разогрев				Расход пара на работу
			Удельный расход, кг/м³∙ч	Расход, кг	Число разогревов в год	Годовой расход, кг	Удельный расход, кг/м³·ч	Часовой расход, кг	Годовой фонд времени, ч	Годовой расход, кг
Цинкование
	Обезжиривание электрохимическое на катоде V = 1,15 м³; t = 2ч; T = 35 °С	1	60	88	250	22000	7,75	31	3700	112406
	Обезжиривание электрохимическое на аноде V = 1,15 м³; t = 2ч; T = 35 °С	1	60	88	250	22000	7,75	31	3700	112406
	Промывка теплая после обезжиривания V = 0,9 м³; t = 2ч; T = 60 °С	1	95	121,6	250	30400	15,5	16,22	3700	60014
	Цинкование* V = 1,15 м³; t = 2ч; T = 35 °С	3	60	88	250	10650	1,83	2,62	3700	9694
	Пассивация V = 0,9 м³; t = 2ч; T = 25 °С	1	50	74,6	250	8650	5,5	8,46	3700	30676
	Промывка теплая перед сушкой V = 0,9 м³; t = 2ч; T = 60 °С	1	95	121,6	250	30400	15,5	16,22	3700	60014
	Сушка V = 0,9 м³; t = 2ч; T = 60 °С	1	-	-	-	-	60	67,2	3700	248640
Фосфатирование
	Обезжиривание химическое V = 1,4 м³; t = 2ч; T = 35 °С	1	120	118,8	250	29700	22	11,11	3700	31652,39
	Промывка теплая после обезжиривания V = 1,4 м³; t = 2ч; T = 60 °С	1	95	133	250	35245	10,5	35,47	3700	131226,05
	Нитритная обработка V = 1,4 м³; t = 2ч; T = 70 °С	1	60	168	250	42000	15,5	21,7	3700	80290
	Фосфатирование* V = 1,4 м³; t = 2ч; T = 60 °С	2	95	133	250	35245	7,37	20,64	3700	76368
	Промывка теплая после фосфатирования V = 1,4 м³; t = 2ч; T = 60 °С	1	95	133	250	35245	10,5	35,47	3700	131226,05
	Пропитка V = 1,4 м³; t = 2ч; T = 55 °С	1	41,25	115,5	250	28875	8,55	11,97	3700	44289
	Сушка V = 1,4 м³; t = 2ч; T = 100 °С	1	-	-	-	-	80	112	3700	414400

* - цифры приведены на основании расчетов теплового баланса.

Таблица 2.9 - Суммарные затраты пара

Вид покрытия	Годовая программа, м²	Общий годовой расход пара, кг	Удельный расход пара, кг/м²
Электролитическое цинкование	75750
Антифрикционное фосфатирование	70700

2.3 Расход химикатов и материалов

Вследствие корректировки растворов при расчете расхода химикатов учитывают первоначальное приготовление растворов исходя из вместимости ванны с коэффициентом заполнения 0,7 - 0,9 и среднего состава, и годовой расход по нормам расход и годовой программе с учетом использования химикатов на бракованные покрытия.

При расчете расхода анодов учитывают первоначальную завеску, определяемую условиями процесса, и расходом анодов на годовую программу с учетом бракованного покрытия. Расход на годовую программу определяют расходными нормами для растворимых анодов в зависимости от толщины покрытия и для нерастворимых анодов независимо от толщины покрытия.

Расход химикатов и материалов линии электролитического цинкования

Годовой расход химикатов рассчитывается по формуле:

G_год = (2.54)

где H - норматив расхода растворов и электролитов, л/м²; P'_год - годовая программа с учетом брака, м²/год; С_max - максимальная концентрация компонента, г/л; V_р - рабочий объем ванны, м³.

Расход электродов на первоначальную загрузку для автооператорных линий при одном катодном ряде определяется по формуле:

G = ѓ ∙ ∙ д ∙ K ∙ г ∙ n(2.55)

где K - коэффициент, учитывающий, выступающую из раствора часть анода, г - плотность материала, кг/м3; n - число одинаковых ванн.

Результаты расчета расхода химикатов линии цинкования приведены в таблице 2.13.

Результаты расчета расхода электродов линии цинкования приведены в таблице 2.14.

Расход химикатов и материалов линии химического фосфатирования

Результаты расчета расхода химикатов линии фосфатирования приведены в таблице 2.10.

Таблица 2.10 - Расчёт расхода химикатов гальванического участка

Наименование покрытия	Годовая программа, м²	Наименование операции	Состав раствора		Рабо чий объем ванны, л	Расход химикатов на первоначальную загрузку, кг	Расход химикатов на годовую программу			Общая потребность без учета регенерации, кг	Удельный расход, кг/м²
			Компоненты	Кон центрация, г/л			Норма расхода		Годовой расход, кг
							л/м²	г/м²
Цинкование	75750	Обезжиривание электрохимическое на катоде	Средство техническое Экомет - 002	25	1,15	28,75	0,48	12	937,75	966,5	0,0128
			Тринатрий фосфат	20		23	0,48	9,6	750,2	773,2	0,0102
			Гидроксид натрия	40		46	0,48	19,2	1500,4	1546,4	0,0204
		Обезжиривание Электрохимическое на аноде	Средство техническое Экомет - 002	25	1,15	28,75	0,48	12	937,75	966,5	0,0128
			Тринатрий фосфат	20		23	0,48	9,6	750,2	773,2	0,0102
			Гидроксид натрия	40		46	0,48	19,2	1500,4	1546,4	0,0204
		Травление	Серная кислота	200	0,9	180	0,68	136	10482	10662	0,1408
		Цинкование	Средство техническое Экомет - Ц1Б	4	1,15	4,6	0,115	0,46	39,445	44,05	0,0006
			Гидроксид натрия	150		12,5	0,115	17,25	1319,19	1491,69	0,0197
			Окись цинка	10	0,115	1,15	98,613	110,11	0,0015
		Цинкование	Средство техническое Экомет - Ц1Б	4	1,15	4,6	0,115	0,46	39,445	44,05	0,0006
			Гидроксид натрия	150		172,5	0,115	17,25	1319,19	1491,69	0,0197
			Окись цинка	10		11,5	0,115	1,15	98,613	110,11	0,0015
		Цинкование	Средство техническое Экомет - Ц1Б	4	1,15	4,6	0,115	0,46	39,45	44,05	0,0006
			Гидроксид натрия	150		172,5	0,115	17,25	1319,19	1491,69	0,0197
			Окись цинка	10		11,5	0,115	1,15	98,61	110,11	0,0015
		Осветление	Азотная кислота	8	0,9	7,2	0,32	2,56	201,12	208,32	0,0028
		Пассивация	Средство техническое Экомет - ПЦ01	50 мл/л	0,9	45 л	0,32	16 л/м²	1257 л	1302 л	0,0172 л/м²
			Азотная кислота	5 мл/л		4,5 л	0,32	1,6 л/м²	125,7 л	130,2 л	0,0017 л/м²
Фосфатирование	70700	Обезжиривание химическое	Средство техническое Экомет - 011НТ	12	1,4	16,8	0,48	5,76	424,032	440,832	0,00623
			Тринатрий фосфат	20		28	0,48	9,6	706,72	734,72	0,0104
			Гидроксид натрия	35		49	0,48	16,8	1236,76	1285,76	0,0182
		Фосфатирование	Концентрат фосфатирующий Lik F - 44	200 см³/дм³	1,4	280 л	0,88	176 л/м²	12443,2 л	12723,2 л	0,18 л/м²
		Фосфатирование	Концентрат фосфатирующий Lik F - 44	200 см³/дм³	1,4	280 л	0,88	176 л/м²	12443,2 л	12723,2 л	0,18 л/м²
		Травление	Серная кислота	200	1,4	280	0,68	136	9895,2	10175,2	0,1439
		Нитритная обработка	Нитрат натрия	7	1,4	9,8	0,48	3,36	247,352	257,152	0,0036
		Пропитка	Мыло хозяйственное 72%	120	1,4	168	0,4	48	3561,6	3729,6	0,0528

Таблица 2.11 - Расчёт расхода электродов процесса цинкования

Наименование покрытия	Толщина покрытия, мкм	Наименование операции	Материал электродов (ГОСТ, ТУ)	Годовая программа, м²	Норма расхода	Расход, кг		Суммарный расход на годовую программу, кг	Удельный расход, кг/м²
						на первоначальную загрузку	на годовую программу
Цинковое	-	Обезжиривание на катоде	Стальные из сталей 10 и 20 или армко - железо Листовая сталь по ГОСТ 103 - 76 ГОСТ 1050 - 74	75750	1,15	345,84	87,1125	432,94	0,0057
	-	Обезжиривание на аноде	Стальные из сталей 10 и 20 или армко - железо Листовая сталь по ГОСТ 103 - 76 ГОСТ 1050 - 74		1,15	345,84	87,1125	432,94	0,0057
	6 - 9	цинкование	Цинковые марок Ц0, Ц1, Ц2 Прокат листовой ГОСТ 1180 - 71 состав по ГОСТ 3640 - 79		7,9	1413,72	5385,825	6799,545	0,0898

3. Технико-экономический раздел

В данном разделе проведен расчет основных технико-экономических показателей производственного процесса фосфатирования стальных толкателей в корзинах в автоматической автооператорной линии с годовой программой 70700 м²/год.

Представлены результаты расчета стоимости основных производственных фондов (ОПФ), которые используются в производственном процессе, определены затраты по отдельным статьям калькуляции в форме, принятой в практике экономических расчетов на предприятии, рассчитана цеховая себестоимость фосфатного покрытия [33].

3.1 Расчёт плановых затрат по созданию и реализации проекта технологического процесса гальванической обработки

Раздел содержит теоретическую основу и расчёты, которые позволяют оценить объём инвестиций в разработку проекта и в основные производственные фонды предприятия, связанные с ним. В качестве примера будет произведён расчет плановых затрат для создания автоматической барабанно-подвесочной линии химического фосфатирования.

Балансовая стоимость основный производственных фондов гальванического участка

Общая балансовая стоимость основных производственных фондов (ОПФ) гальванического участка рассчитывается суммированием продажной стоимости здания, машин и оборудования, транспортных средств, а также стоимостью хозяйственного и производственного инвентаря.

Балансовая стоимость здания

Объектом проектирования является технологический процесс химического фосфатирования стальных толкателей в корзинах в автоматической автооператорной линии. Этот процесс основан на работе отдельного производственного участка, а не цеха в целом. Оценка балансовой стоимости здания цеха сводится к определению стоимости той его части, которую занимает основное и вспомогательное оборудование с зонами обслуживания, имеющие отношение к проектируемому технологическому процессу.

Балансовая стоимость участка покрытия фосфором рассчитывается по формуле:

БС = ПУ ∙ Ц

(3.1)

где ПУ - площадь участка, м²; Ц - цена за 1 м² участка, руб/ м².

БС = 432 ∙ 12 000 = 5 184 376 рублей

Общую балансовую стоимость основных производственных фондов (ОПФ) участка нанесения покрытия рассчитываем суммированием стоимости отдельных групп ОПФ, к которым относятся здания, машины и оборудование, транспортные средства, а так же хозяйственный и производственный инвентарь.

Фактическая структура ОПФ объекта проектирования рассчитывается как отношение, выраженное в процентах, балансовой стоимости отдельных групп ОПФ (таблица 3.2, графа 2) к их общей стоимости (таблица 3.2, строка «Итого», графа 2). Структура групп ОПФ и результаты расчёта представлены в таблице 3.2.

Балансовая стоимость основного и вспомогательного оборудования

В состав основных производственных фондов предприятия, подлежащих амортизации, включается имущество, стоимость которого превышает стократный размер установленного минимума оплаты труда, полезный срок использования которого более одного года.

В статью «неучтённое оборудование» входит стоимость приборов, в том числе автоматики, электрооборудования и тому подобного. Ввиду сложности расчёта их суммарной стоимости, балансовая стоимость принимается в размере 20 процентов от балансовой стоимости основного оборудования.

Амортизация основных фондов - это процесс постепенного перенесения их стоимости на производимый продукт в целях накопления денежных средств для полного их восстановления. Денежным выражением размера амортизации является амортизационные отчисления. Их величина определяется на основе норм амортизации.

Амортизационные отчисления рассчитываются по формуле:

АО = (3.2)

где ОПФ - стоимость основных производственных фондов, тыс. руб.; НА - норма амортизации,%.

Срок службы оборудования для нанесения фосфатного покрытия составляет пять лет. Норма амортизационных отчислений на все основное и вспомогательное оборудование составляет 20% от его балансовой стоимости. Норма амортизационных отчислений на неучтенное оборудование составляет 20% от балансовой стоимости основного оборудования.

Основное и вспомогательное оборудование, его балансовая стоимость, величина амортизационных отчислений представлено в таблице 3.1.

Таблица 3.1 - Расчет балансовой стоимости и амортизационных отчислений по основному и вспомогательному оборудованию

Наименование оборудования	Количество	Балансовая стоимость единицы оборудования, тыс. руб.	Балансовая стоимость всего оборудования, тыс. руб.	Норма амортизационных отчислений, %	Амортизационные отчисления, тыс. руб.
Основное оборудование: Атоматическая линия фосфатирования в корзинах	1	1887	1887	20	377,4
Итого:			1887		377,4
Вспомогательное оборудование:
Емкости для приготовления и хранения кислот	2	12	24	20	4,8
Запасная ёмкость с коническим дном	1	63,5	63,5	20	12,7
Ванна для растворения кислоты стальная, сварная с крышкой и мешалкой	2	50	100	20	20
Емкость для хранения едкого натра стальная сварная с крышкой	1	62	62	20	12,4
Емкость для растворения едкого натра стальная сварная с крышкой	1	317,7	317,7	20	63,54
Емкость для приготовления раствора обезжиривания стальная сварная с крышкой и мешалкой	1	152	152	20	30,4
Буферная емкость	1	26,4	26,4	20	5,28
Насос центробежный	3	15	45	20	9
Насос дозатор	6	25	150	20	30
Фильтровальная установка	1	37	37	20	7,4
Итого:			977,6		195,52
Неучтённое оборудование			377,4	20	75,48
Всего:			3242		648,4

Структура балансовой стоимости представлена в таблице 3.2.

Таблица 3.2 - Балансовая стоимость и структура ОПФ.

Группа ОПФ	Балансовая стоимость, руб.	Фактическая структура ОПФ,%	Примечание
1.Здания	5184000	60,68	Раздел 1.1
2.Машины и оборудование	3242000	37,95	Табл. 3.1, строка «Всего», графа 4
3.Средства транспортные	100502	1,18	3,1% от графы 4, строки «Всего», табл. 3.1
4.Хозяйственный и производственный инвентарь	16210	0,19	0,5% от графы 4, строки «Всего», табл. 3.1
Итого:	8542712	100

Объём капитальных вложений в разработку проекта и основные производственные фонды

Объём инвестиций в проектирование технологического процесса покрытия оловом и создание основных фондов определяется по формуле:

С_0ОПФ= 1,05 ∙ К_ОПФ

(3.3)

где С_0ОПФ- первоначальные разовые инвестиции в проектирование и основные фонды; 1,05 - коэффициент, учитывающий затраты на проектирование; К_ОПФ - объём капитальных вложений в основные производственные фонды. К_ОПФв данном случае принимаем равным балансовой стоимости вновь приобретаемых и создаваемых элементов ОПФ.

С_0ОПФ= 1,05 ∙ 8 542 712 = 8 969 848 руб. = 9 млн. рублей

3.2 Текущие издержки проектируемого производства

Состав затрат на производство отдельных видов продукции оцениваем по калькуляционным статьям затрат. Данный раздел содержит результаты расчета текущих затрат по отдельным статьям калькуляции:

) затраты на основные и вспомогательные сырьё и материалы, топливо и энергию на технологические нужды;

) фонда оплаты труда отдельных категорий промышленно - производственного персонала;

) сметы затрат на содержание и эксплуатацию оборудования;

) сметы цеховых расходов;

) проектной калькуляции себестоимости продукции проектируемого технологического процесса фосфатирования.

Расчёт материальных затрат на автоматическую линию химического фосфатирования

Материальные статьи калькуляции отражают основные затраты, то есть те, которые непосредственно связанны с процессом производства продукции. К ним, исходя из группировки затрат по статьям калькуляции, относятся сырье и материалы, топливо и энергия на технологические нужды.

При расчёте материальных затрат учитываем годовую программу с учётом брака.

Затраты по указанным статьям рассчитывается по формулам:

(3.4)

Зi = Тф ∙ НРi

(3.5)

где Цi - цена физической единицы каждого вида затрат, руб.; НРi - норма расхода на 1 м² покрытия; Тф - тариф физической единицы каждого вида затрат для энергоносителей, руб.

Результаты расчета представлены в таблице 3.3.

Таблица 3.3 - Затраты на основные и вспомогательные сырье и материалы, топливо и энергию на технологические нужды

Наименование	Норма расхода на 1 м² покрытия	Цена (тариф) за указанную единицу сырья, материалов, топлива, энергии, руб.	Затраты на 1 м² покрытия, руб.	Затраты на годовую программу технологического процесса, тыс. руб.
1. Основные сырье и материалы:
Концентрат фосфатирующий Lik F - 44, л	0,176	120,76	21,25	1502,64
Экомет - 011НТ, кг	0,00576	126,48	0,73	51,51
Тринатрийфосфат, кг	0,0096	26,00	0,25	17,65
Гидроксид натрия, кг	0,0168	23,10	0,39	27,44
Серная кислота, кг	0,136	8,50	1,16	81,73
Нитрит натрия, кг	0,00336	30,00	0,10	7,13
Мыло хозяйственное 72%, кг	0,048	44,65	2,14	151,52
Итого:			26,02	1839,61
2. Вспомогательные сырье и материалы:
Вода на промывку, м3	0,1025	55,96	5,74	405,53
Итого:			5,74	405,53
3. Топливо и энергия на технологические нужды:
Пар, Гкал	0,000804	1100,00	0,88	62,53
Электроэнергия, 1000 кВт∙ч;	0,000787	2430,00	1,91	135,21
Сжатый воздух, 1000 м3	0,008018	297,03	2,38	168,38
Итого:			5,18	366,11
Всего:			36,93	2611,25

Определение фонда оплаты труда отдельных категорий промышленно - производственного персонала

Расчёт фонда оплаты труда производиться по отдельным группам промышленно - производственного персонала - по категории «рабочие» и по категориям «руководители», «специалисты», «служащие».

В качестве исходной информации для определения величины фонда оплаты труда выступают:

) тарифные ставки (оклады);

) численность работников;

) режим работы проектируемого объекта;

) продолжительность основного и дополнительного отпусков.

Режим работы. Проектируемый участок фосфатирования работает в 2 смены по 8 часов при пятидневной рабочей неделе: первая смена работает с 6:30 до 15:00; вторая смена работает с 15:00 до 23:30.

Поскольку в настоящее время баланс рабочего времени одного рабочего в год не разрабатывается, в проекте полезный фонд времени работы одного рабочего за год может быть принят, в частности, равным его среднеотраслевой величине 1970 часов.

Состав и численность рабочих

Состав, численность основных и вспомогательных рабочих рассчитывается исходя из норм обслуживания. Результаты расчёта списочной численности основных и вспомогательных рабочих представлены в таблице 3.4.

Таблица 3.4 - Состав и численность основных и вспомогательных рабочих.

Наименование профессии (специальности)	Разряд рабочего	Норма обслуживания	Количество рабочих в смену, чел.	Явочная численность, чел.	Списочная численность, чел.
1. Основные рабочие:
гальваник	4	1 лин./чел.	1	2	2
корректировщик	5	1 лин./чел.	1	2	2
Итого:			2	4	4
2. Вспомогательные рабочие:
2.1 По статье «Содержание и эксплуатация оборудования»:
слесарь	6	20 ед. об./чел.	1	2	2
электрик	6	20 ед. об./чел.	1	2	2
Итого:			2	4	4
2.2 По статье «Цеховые расходы»:
уборщик	2	3500 м2/чел.	0,13	0,26	0,26
кладовщик	3	20 чел.	0,25	0,5	0,5
лаборант	3	13 ванн	0,46	0,92	0,92
Итого:			0,84	1,68	1,68
Всего:			4,84	9,68	9,68

Годовой фонд оплаты труда рабочих

Полезный фонд времени рассчитывается с учётом выходных, праздничных дней и отпуска. Исходя из норм труда, работник должен вырабатывать по 40 часов в неделю, тогда полезный фонд времени составляет 1970 часов.

Годовой фонд оплаты труда рабочих рассчитывается исходя из часовых тарифных ставок, полезного фонда рабочего времени одного рабочего в год, величины списочной численности рабочих, премий, доплат и отчислений во внебюджетные фонды.

Количество рабочих дней в году: 1970: 8 = 246,25 дней.

Количество рабочих дней во 2 смену: 246,25: 2 = 123,125 дней.

Количество часов ночного времени: 123,125 ∙ 2 = 246,25 часов.

Работа на предприятии осуществляется в две смены. При этом окончание второй смены приходится на ночное время. Каждый час работы в ночное время оплачивается по повышенной тарифной ставке. Размер повышения указывается в коллективном договоре предприятия - 40%.

Доплата за работу в ночное время берется от часовой тарифной ставки в соответствии с трудовым договором и рассчитывается по формуле:

Д = Н ∙ ТС_ч∙ К ∙ Н_раб

(3.6)

где Н- количество часов ночного времени, час; ТС_ч- часовая тарифная ставка, руб; К - норматив доплаты за работу в ночное время; Н_раб - численность рабочих, чел.

Оплата отпуска (таблица 3.5, графа 12) осуществляется исходя из продолжительности основного и дополнительного отпусков и среднедневной заработной платы.

Затраты по оплате отпуска рассчитываются по формуле:

Отп = ∙ Дн(3.7)

где Т_ф - тарифный фонд; П_ф.вр. - полезный фонд времени, дни; Дн - количество дней отпуска, дни.

Отпуск у корректировщика гальваника составляет 34 рабочих дня (6 дней за вредность), у наладчика, слесаря - электрика, лаборанта, кладовщика и уборщика отпуск составляет 28 дней.

Единая ставка страховых взносов составляет 30% от суммы основной и дополнительной заработной платы. Результаты расчётов представлены в таблице 3.5.

Состав и численность руководителей, специалистов и служащих

В пределах производственного участка руководство всеми сторонами технологического процесса покрытия оловом осуществляется сменными мастерами. Вопросами организации производственного процесса занимаются инженеры-технологи. Экономист, бухгалтер, табельщик выполняют финансово-расчётные и снабженческо - сбытовые функции. Расчёт численности руководителей, специалистов, служащих производится по нормам управляемости:

Ч = С ∙ (3.8)

где Ч - численность руководителей, специалистов, служащих, чел; С - число рабочих смен; Ч_раб - количество рабочих на участке, относящихся к данному руководителю, специалисту, служащему, чел; Н_упр - норма управляемости руководителей, специалистов, служащих, чел.

Таблица 3.5 - Определение руководителей, специалистов и служащих

Должность	Норма управляемости	Численность, чел.
1. Руководители:
начальник цеха	3	0,15
начальник участка	3	0,15
сменный мастер	25	0,45
Итого:		0,75
2.Специалисты:
инженер - технолог	15	1
энергетик	15	1
Итого:		2
Всего:		2,75

Годовой фонд оплаты труда руководителей, специалистов и служащих

Фонд оплаты труда руководителей, специалистов и служащих рассчитывается исходя из соответствующих месячных должностных окладов, численности работников, доплат, отчислений во внебюджетные фонды. Результаты расчётов приведены в таблице 3.7.

Смета затрат на содержание и эксплуатацию оборудования

Статьи расходов сметы затрат на содержание и эксплуатацию оборудования включают в себя амортизационные отчисления по группам ОПФ «Машины и оборудование» и «Средства транспортные», заработную плату вспомогательных рабочих с отчислениями во внебюджетные фонды. Кроме того, учитываются расходы на текущий ремонт оборудования и транспортных средств, а также износ малоценного и быстроизнашивающегося инструмента. Для расчёта данных затрат используем среднюю величину норматива по отраслям промышленности.

Статьи затрат на содержание и эксплуатацию оборудования и нормативы для их расчёта представлены в таблице 3.6.

Таблица 3.6 - Расчет затрат на содержание и эксплуатацию оборудования.

Статьи расходов	Норматив, % (от стоимости машин, оборудования и транспортных средств)	Сумма, руб.
1. Амортизация
а) оборудования	Табл. 3.1, гр.6,стр. «Всего»	648400,00
б) транспортных средств	20% от табл. 3.2, гр.2	20100,40
2. Эксплуатация оборудования, всего	20	23342,40
В том числе: основная и дополнительная заработная плата с отчислениями	Табл. 3.5, п 2.1, стр. «Итого» гр.15	611494,83
3. Текущий ремонт оборудования и транспортных средств	4,00	4668,48
4. Внутризаводское перемещение грузов	2,60	3034,51
5. Износ малоценного и быстроизнашивающегося инструмента и приспособлений	6,00	7002,72
6. Прочие расходы	0,10	116,71
Итого:		1318160,05
Итого на 1 м² покрытия:		18,64

Таблица 3.7 - Расчет фонда оплаты труда руководителей, специалистов и служащих

Должность	Условия работы	Месячный должностной оклад, руб.	Численность, чел.	Годовой фонд, руб.	Итого заработная плата, руб.	Единая ставка страховых взносов (30%), руб.	Всего

1. Руководители:
начальник цеха	вредные	40132,00	0,15	72237,60	72237,60	21671,28	93908,88
начальник участка	вредные	37458,03	0,15	67424,45	67424,45	20227,34	87651,79
сменный мастер	вредные	22203,40	0,45	119898,36	119898,36	35969,51	155867,87
Итого:			0,75		259560,41		337428,54
2. Специалисты:
инженер - технолог	вредные	16847,00	1	202164,00	202164,00	60649,20	262813,20
энергетик	вредные	19879,45	1	238553,40	238553,40	71566,02	310119,42
Итого:			2		440717,40		572932,62
Всего:			2,75				910361,16

Примечание: 1) графа 5 = графа 3 ∙ графа 4 ∙ 12; 2) графа 8 = графа 5 + графа 7; 3) графа 10 = графа 8 + графа 9.

Смета цеховых расходов

Смета цеховых расходов содержит затраты общецехового характера. Здесь учитываются затраты по оплате труда всех работников, задействованных на автооператорной линии покрытия фосфором, затраты, связанные с амортизацией и содержанием гальванического участка, а также затраты по охране труда.

Расходы на охрану труда принимаем в размере 10% от основной и дополнительной заработной платы всех работников производственного подразделения. Результаты расчетов представлены в таблице 3.8.

Таблица 3.8 - Расчет цеховых расходов

Статьи расходов	Норматив	Сумма, руб.
1. Содержание аппарата управления	Табл. 3.7,п.1 стр. «Итого», гр.10	337428,54
2. Содержание прочего цехового персонала	Табл. 3.5, п.2.2, стр. «Итого», гр.15	152636,01
	Табл. 3.7, п. 2, стр. «Итого», гр. 10	572932,62
3. Амортизация зданий, сооружений, инвентаря	2,6% от сметной стоимости зданий, сооружений, инвентаря	135205,46
4. Содержание зданий, сооружений, инвентаря	8% от сметной стоимости зданий, сооружений, инвентаря	416016,80
5. Текущий ремонт зданий, сооружений, инвентаря	2% от сметной стоимости зданий, сооружений, инвентаря	104004,20
6. Охрана труда	10% от основной и дополнительной заработной платы всех работников	225608,19
7. Прочие расходы, включая износ малоценного и быстроизнашивающегося инвентаря	20% от суммы статей цеховых расходов с 1 по 6.	388766,36
Итого:		2332598,18
Итого на 1 м² покрытия:		32,99

Примечание: 1) графа 3 рассчитывается по примерному нормативу как доля, выраженная в процентах, по отдельным статьям расхода.

Цеховая себестоимость нанесения 1 м² фосфатного покрытия

Цеховую себестоимость 1 м² покрытия рассчитываем, как сумму затрат по отдельным статьям калькуляции. Результаты расчёта представлены в таблице 3.9.

Таблица 3.9 - Проектная калькуляция себестоимости нанесения 1 м² фосфатного покрытия.

Наименование стаей расхода	Сумма, руб.	Примечание
1. Основное сырье и материалы	26,02	Табл. 3.3, п. 1, стр. «Итого», гр. 4	5,74	Таб. 3.3, п. 2, стр. «Итого», гр. 4
3. Топливо и энергия на технологические цели	5,18	Табл. 3.3, п. 3, стр. «Итого», гр. 4
4. Основная заработная плата производственных рабочих	6,33	Табл. 3.5, п.1, стр. «Итого на 1 м² покрытия», гр. 13
5. Единый социальный налог	1,90	Табл. 3.5, п. 1, стр. «Итого на 1 м² покрытия», гр. 14
6. Расходы по содержанию и эксплуатации оборудования	18,64	Табл. 3.8, строка «Итого на 1 м² покрытия»
7. Цеховые расходы	32,99	Табл. 3.9, стр. «Итого на 1 м² покрытия»
Итого «Цеховая себестоимость»:	96,80	Сумма строк с 1 по 8

3.3 Технико-экономические показатели гальванического участка

Данный раздел содержит исходные данные для технико-экономического анализа инвестиционного проекта и результаты расчета основных его показателей в форме таблицы 3.10.

деталь электролитический оксидирование прибор

Таблица 3.10 - Технико-экономические показатели линии фосфатирования

Наименование показателей	Значение показателей
1. Годовая программа производства:
а) в натуральном выражении, м²	70700
б) по цеховой себестоимости, млн.руб.	6,84
2. Стоимость ОПФ, тыс. руб.	3866,74
3. Численность работающих, чел.	12,43
4. Численность производственных (основных) рабочих, чел.	4
5. Производительность труда, м²/чел.:
а) выработка на одного работника (п.1а/п.3)	5687,85
б) выработка на одного производственного (основного) рабочего (п.1а/п.4)	17675
6. Цеховая себестоимость 1 м² покрытия, руб.	96,8

В результате выполненной работы была рассчитана цеховая себестоимость технологического процесса линии химического фосфатирования стальных толкателей в автоматической автооператорной линии с годовой программой 70700 м²/год, которая составила 98,60 рублей, рассчитаны следующие технико - экономические показатели:

) годовая программа производства продукции (в натуральном выражении и по себестоимости);

) численность работающих;

) численность производственных (основных) рабочих;

) производительность труда (выработка на одного работника, выработка на одного производственного (основного) рабочего (м²/чел));

) цеховая себестоимость 1м² продукции.

4. Монтажно-строительные решения проекта

Гальванический участок располагается в двухэтажном здании без подвала с сеткой колонн 12 Ч 6 и 24 Ч 12 метров для первого и второго этажа, соответственно, с высотой этажа 6600 метров. В качестве подъёмно - транспортных средств в гальваническом зале используются 2 тали грузоподъёмностью 0,5 тонн и на участке очистки сточных вод таль грузоподъёмностью 0,1 т.

Основное условие при планировке гальванического участка - соблюдение поточности производства и обеспечение надлежащих рабочих мест и проходов между оборудованием [2].

Участок металлоконструкции размещён у наружной части здания, вдоль его длинной стороны. На первом этаже расположены помещения вентиляционных камер, станция очистки сточных вод, кладовая химикатов, участок приготовления и корректировки растворов, кислотохранилище и комната отдыха. На втором этаже расположены гальванический зал, щитовая, участок ремонта и изоляции приспособлений, склад готовой продукции и экспресс - лаборатория.

Площадь производственных участков:

▪ гальванический зал - не менее 540 м²;

▪ щитовая, склад готовой продукции, участок ремонта и изоляции приспособлений - 154,05 м²;

▪ экспресс - лаборатория - 78,4 м²;

▪ участок приготовления и корректировки растворов, кислотохранилище - 200,64 м²;

▪ кладовая химикатов - 39,2 м²;

▪ участок сбора и перекачки сточных вод - 37,8 м²;

▪ вентиляционные камеры - 88,9 м²;

▪ комната отдыха - 40,25 м².

Площадь всего гальванического участка - 1584 м².

Площадь занимаемая автоматической линией цинкования (с зонами обслуживания) - 138,38 м². Площадь занимаемая автоматической линией фосфатирования (с зонами обслуживания) - 136,9 м².

Автоматические линии цинкования и фосфатирования расположены параллельными рядами по длинной стороне гальванического зала перпендикулярно основному проезду с загрузкой со стороны проезда. Для облегчения строительства и дальнейшего ремонта и осмотра коммуникаций автоматы устанавливают на высоте 0,5 м на специальные бетонные опоры.

В соответствии с требованиями технологии к ваннам автоматов подводятся пар, вода и воздух, постоянный ток, перекачивается раствор из ванны улавливания в ванну покрытия, отводится конденсат и сточные воды. Коммуникации располагают под площадкой обслуживания. Вытяжная вентиляция выполнена общим сборным воздуховодом для линии фосфатирования и для линии цинкования. Сборный воздуховод выполнен из бетона, изнутри выложенный метлахской плиткой на специальном кислотоупорном составе. Воздуховод проектируется с уклоном в сторону вентилятора и с устройством специальных люков для осмотра и трапов для слива в канализацию. Все большие отверстия в перекрытии для прохода трубопроводов, воздуховодов и шин во избежание возможности протекания жидкости выполняют с бортиками и химической защитой. Мелкие отверстия для прохода одной трубы уплотняются химически стойкими материалами.

Выпрямители располагают как можно ближе к потребителю, то есть на уровне обслуживающего настила автомата. Буферные ёмкости и насосы располагают в поддонах рядом с автоматами.

Гальванический зал расположен у наружной стенки здания и отгорожен от других помещений сплошными стенками из железобетона до перекрытия. Стены и колонны на высоту 2 м от пола облицованы светлой керамической плиткой. Верх стен, колонн и перекрытия окрашены синтетической эмалью светлого тона. Полы возле автоматов, на участке очистки сточных вод выполняют с химической защитой. С этой целью под автоматами и выше указанными ваннами, где могут быть пролиты растворы, делают специальные поддоны с бортиками. Пол внутри поддонов выполняют с гидроизоляцией из рулонных материалов и сверху вкладывают керамической плиткой на специальных химически стойких материалах в соответствии с характером растворов, которые могут попадать на пол. Остальные участки пола между поддонами и проезды выполняются из керамической плитки без специальной химической защиты, но с гидроизоляцией. Участки полов между поддонами для возможности мокрой уборки помещения делают с уклонами в сторону трапов.

В помещения для вентиляционных камер, кладовых деталей, химикатов и инвентаря полы из бетона. На участке ремонта и изоляции проспособлений пол покрыт линолеумом.

Кладовые химикатов, инвентаря отгорожены от других помещений перегородками из железобетона. Стены и колонны на высоту 2 м от пола облицованы светлой керамической плиткой. Верх стен, колонн и перекрытия окрашены водоэмульсионной краской светлого тона.

Вентиляционные камеры расположены у наружной стены здания в вспомогательном помещении и обгорожены звуконепроницаемыми перегородками до перекрытия.

Детали внутри цеха перемещаются с помощью электрокар грузоподъёмностью до 1 т. Разгрузка электрокар и перемещение грузов в пределах гальванического зала производится двумя кранбалками грузоподъемностью 0,5 т. Смена пластин электрокоагулятора производится с помощью кран - балки грузоподъемностью 0,1 т.

Загрузка и выгрузка деталей из барабанов и корзин производится на загрузочно - разгрузочных площадках вручную. Для облегчения дозирования деталей в барабаны и корзины вблизи загрузочно - разгрузочных площадок установлены контрольные весы.

Загрузка деталей с загрузочным приспособлением в автомат производится с помощью двух соосно поставленных загрузочно - разгрузочных стоек, на которых имеются опоры - ловители. При обработке изделий в барабанах на одной из опор - ловителей устанавливают устройство для вращения барабана, а на раме - кнопочную панель для ручного управления вращением барабана, которое необходимо в целях правильной ориентации его загрузочной горловины [15].

Заключение

Целью проекта явилась разработка гальванического участка в цехе металлопокрытий. Участок состоит из двух технологических процессов: нанесения антикоррозионного цинкового покрытия и антифрикционного фосфатного покрытия под холодное выдавливание.

Разработаны автооператорная барабанно-подвесочной автоматической линия электролитического цинкования с годовой программой по цинковому покрытию 75750 м² и автооператорная автоматической линия химического фосфатирования с годовой программой по фосфатному покрытию 70700 м². Барабанно - подвесочная автоматическая линия позволяет обрабатывать детали как на подвесках, так и насыпью в барабанах и корзинах, что расширяет ассортимент обрабатываемых деталей.

Проведен расчет технологических процессов цинкования и фосфатирования стальных деталей в автоматической автооператорной линии, проведен расчет и выбор основного и вспомогательного оборудования, проведена компановка линий, выбраны электролит и раствор для нанесения покрытий, произведен расчет тепловых и материальных балансов, расчет расходов воды, греющего пара, электроэнергии. Представлены результаты расчета оборудования, энергетические, материальные расчеты.

Подобрано оборудование для автоматизации. Автоматическое регулирование температуры в ваннах с нагревом облегчает работу обслуживающего персонала автоматических линий, повышает качество покрытий и снижает производство бракованных покрытий.

Проведен расчет технико - экономических показателей линии фосфатирования в корзинах с годовой производительностью 70700 м², проведен расчет стоимости основных производственных фондов, определены затраты по отдельным статьям расходов, расчет материальных затрат, состав и численность персонала, определение фонда оплаты труда рабочих и руководящего персонала, смета затрат на содержание и эксплуатацию оборудования, смета цеховых расходов, себестоимоть 1 м² фосфатного покрытия, равная 96,8 руб/м².

Разработаны монтажно - строительные решения проекта.

Приведена характеристика гальванического участка, описаны вещества и материалы, применяемые при цинковании и фосфатировании на данном гальваническом участке. Выбрана санитарная категорийность производства, приведена категорийность помещений по пожаро - и электроопасности. Указаны принятые в производстве системы вентиляции, водоснабжения, канализации. Описаны условия труда рабочих и меры по защите окружающей среды.

Результатами проделанной работы являются:

) разработка технологических процессов;

) разработка централизованной системы раздачи и приготовления растворов;

) предложены методы контроля качества покрытий, методы анализа электролитов;

) проведена автоматизация линий;

) рассчитаны технико-экономические показатели линии фосфатирования;

) разработаны монтажно-строительные решения проекта;

) разработана охрана труда и экологическая безопасность гальванического участка.

Список использованных источников

1. ГОСТ 9.301 - 86, 9.302-88, ГОСТ 9.305 - 84 и др. Покрытия металлов: [Сборник].

. Макарова Н. А., Лебедева М. А., Набокова В. Н. Металлопокрытия в автомобилестроении. Справочное пособие. - М.: Машиностроение, 1977. - 294 с.

. Плеханов И. Ф. Расчёт и конструирование устройств для нанесения гальванических покрытий. - М.: Машиностроение, 1988. - 224 с.

. Практикум по прикладной электрохимии: Учебное пособие для вузов / Под ред. Н. Т. Кудрявцева и П. М. Вячеславова. - Л.: Химия, 1980. - 280 с.

. Практикум по прикладной электрохимии / А. Ф. Алабышев, Бахчиса - райцьян И. Г., Буркат Г. К. и др. - Л.: Химия. Ленингр. отд - ние, 1980. - 270 с.

. Прикладная электрохимия: Учебное пособие для вузов / Под ред. Н. Т. Кудрявцева. - М.: Химия, 1975. - 551 с.

. Прикладная электрохимия: Учебное пособие для вузов / Под ред. А. П. Томилова. - Л.: Химия, 1984. - 520 с.

. Гальванические покрытия в машиностроении: Справочник: В 2 т./ Под ред. М. А. Шлугера. - М.: Машиностроение, 1985. Т. 1 - 2.

. Грилихес С. Я. Защита металлов оксидными и фосфатными плёнками. - Л.: Машиностроение, Ленинград. отд - ние, 1953. - 67 с.

. Лаворко П. К. Оксидные покрытия металлов. - М.: Машгиз, 1963. - 186 с.

. Трудовой кодекс Российской Федерации. М.: Издательско - консультационная компания «Статус - Кво 97», 2002. - 224 с.

. Котик Ф. И. Ускоренный контроль электролитов, растворов и расплавов: Справочник. - М.: Машиностроение, 1978. - 191 с.

. Жендерова О. Г., Мухина З. С. Анализ гальванических ванн. - М.: Хи-мия. 1970. - 280 с.

. Голубятников В. А., Шувалов В. В. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности. - М. Химия. - 352 с.

. Оборудование цехов электрохимических покрытий: Справочник / Под ред. П. М. Вячеславова. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд - ние, 1987. - 309 с.

. Промышленные приборы и средства автоматизации: Справочник / под ред. В. В. Черенкова. - Л.: Машиностроение, 1987. - 847 с.

. Дасоян М. А., Пальмская И. А. Оборудование цехов электрохимических покрытий. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд - ние, 1979. - 287 с.

. Павлов К. Ф., Романков П. Г., Носков А. А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии: Учебное пособие для вузов / Под ред. П. Г. Романкова. - Л.: Химия, 1987. - 576 с.

. Справочник химика. - Л.: Химия, 1964. - 1005 с.

. Ухтомский В. Г. Экономическая эффективность инвестиций в материальные активы предприятий: Учебное пособие / Яросл. гос. техн. ун - т. - Ярославль, 2000. - 44 с.

. Лазарев Н. В. Вредные вещества в промышленности: Справочник для химиков, инженеров и врачей - Л.: Химия, 1977. - Т. 1, 3.

. ГОСТ 12.1.005 - 76. Воздух рабочей зоны.

. Безопасность жизнедеятельности: Учебное пособие / Под ред. Е. Л. Белороссова. - Ярославль, ЯОУЭЗ, 2001. - 414 с.

. ГОСТ 12.3.008 - 75. Производство покрытий металлических и неметаллических неорганических. Общие требования безопасности.

. Тупицын Г. И., Шейко Т. С. Техника безопасности и производственная санитария в гальванических цехах. М.: Оборонгиз, 1963, 208 с.

. Фетисов П. А., Смелков Г. И., Горшков В. И. Справочник по пожарной безопасности в электроустановках. - М.: Стройиздат, 1973. - 208 с.

. Долин П. А. Справочник по технике безопасности. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 824 с.

. Оборудование цехов электрохимических покрытий: Справ. / М. В. Александров, Б. В. Антонов, Б. И. Гендлер и др.; Под ред. П. М. Вячеславова. - Л.: Машиностроение. Ленинград. Отд., 1987. - 309 с.

. Общесоюзные нормы технологического проектирования предприятий машиностроения, приборостроения и металлообработки. - Москва, 1987 - 138 с.

. Методические указания по курсовому и дипломному проектированию для студентов специальности 25.03.00 «Технология электрохимических производств». Раздел гальванотехника / Сост. О. В. Уткин, Л. К. Бобровский; Яросл. гос. техн. ун - т - Ярославль, 1998 - 28 с.

. Методические указания 32 - 02. Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования по специальности 25.03.00 - Технология электрохимических производств. Раздел гальванотехника. Оборудование цехов металлопокрытий: Метод. указания / Сост.: Л. К. Бобровский, С. И. Карпов; Яросл. гос. техн. ун - т. - Ярославль, 2003. - 26 с.

. Методические указания 61 - 03. Справочные материалы для курсового и дипломного проектирования по специальности 240302 - Технология электрохимических производств. Раздел гальванотехника. Расчеты гальванического производства: Метод. указания / Сост.: Л. К. Бобровский, С. И. Карпов; Яросл. гос. техн. ун - т. - Ярославль: Изд - во ЯГТУ, 2004. - 24 с.

. Ухтомский В. Г. Расчет технико - экономических показателей процесса нанесения гальванопокрытий: Метод. указания для выполнения курсовых и дипломных работ. Яросл. гос. техн. ун - т. - Ярославль, 2008. - 36 с.

. www.ecomet.ru, www.galvanik.ru, www.sonis-co.ru, www.foskon.ru

Автоматические автооператорные линии цинкования и фосфатирования на участке металлопокрытий завода дизельной аппаратуры