Chọn thiết bị mạ bán tự động. Các bể trong dây chuyền này có cùng kích thớc và đợc đặc nối tiếp nhau thành đờng thẳng. Bộ tự hành có khả năng vận chuyển vật mạ lên - xuống và tiến - lùi theo sự điều khiển của công nhân.
chơng II: tính toán thiết kế 2.1. Xác định thời gian gia công trong các bể.
Thời gian mạ T đợc xác định theo công thức
T = T 1 + T 2(2.1)
Trong đó T 1: Thời gian điện phân (ph)
T 2: Thời gian tháo lắp (ph)
Khi điện kết tủa kim loại: T 1 đợc tính theo công thức
T 1 = δγ . 60000/C.ιcη.ph (2.2.) Trong đó:
δ - chiều dày lớp mạ (mm)
γ - trọng lợng riêng kim lại mạ g/cm3
C - Đơng lợng điện hoá g/Ah ιc - mật độ dòng điện catốt A/dm2
η - hiệu suất dòng điện % - Đối với Ni mờ:
Chọn δ = 15um = 0,015 (mm) chiều dày lớp mạ γ = 8,9 (g/m3) Trọng lợng riêng của Niken
C = 1,095 (g/Ah) Dung lợng điện hoá của lớp mạ. Ăc = 3 (A/dm2) mật độ dòng điện catốt
η = 95 (%) Hiệu suất dòng điện
T 1 = 0,015.8,9.60.000/1,095.3.95 = 25,6 (phút)
T 2 = 4,4 (phút)
Tổng thời gian T = T 1 + T 2 = 30 (phút)
Đồ án tốt nghiệp
- Đối với mạ Ni bóng
δ = 8.10-3(mm) chiều dày lớp mạ γ = 8,9 (g/m3). Khối lợng riêng lớp mạ
C = 1,095 (g/Ah) Đơng lợng điện hoá lớp mạ DK = 5 (A/dm2) Mật độ dòng điện catốt η = 95 (%) Hiệu suất dòng điện
Vậy T 1 = 8.10-3-.8,9.60000/1,095.5.95 = 8,2 (phút) Chọn T 2 = 1,8 (phút) Tổng thời gian T = T 1 + T 2 = 10 (phút) - Đối với mạ Cr Chọn δ = 0,3.10-3 (mm) chiều dày lớp mạ γ = 7,1 (g/cm3) khối lợng riêng lớp mạ
C = 0,646 (g/Ah) Đơng lợng điện hoá lớp mạ Ăc = 25 (A/dm2) Mật độ dòng điện catốt (A/dm2) η = 25 (%) Hiệu suất dòng điện (%)
Vậy T 1 = 0,03.10-3.7,1.60000/0,646.25.15 = 0,527
Chọn T 1 = 3,74 (phút)
Tổng thời gian T = T 1 + T 2 = 4 (phút)
2.2. Tính thiết bị
Số liệu ban đầu dùng cho tính toán là:
Pn - Kế hoạch năm, m2; T - quỹ thời gian làm việc thực tế hàng năm của thiết bị, (h); T thời gian gia công; y đơn vị tải, m2;
2.2.1. Tính số bể mạ
Số đơn vị tải phải mạ một năm M
n
P M =
y (2.3)
Pn: Kế hoạch phải sản xuất một năm m2
Pn = 15000 + 15000. (6%) = 15.900 (m2) y: đơn vị tái m2
Bố trí trong mỗi bể mạ một cầu catốt. Trên mỗi cầu bố trí hai khung teo vật mạ.
Vậy đơn vị tái là:
y = 2.81,75 = 163,5 (dm2) = 1,635 (m2) Số đơn vị tái
M = Pn = 15900 = 9725
y 1,635
- Số bể mạ Ni mờ
Tổng thời gian cần thiết để mạ Ni mờ là: Σ T = M T = 9725.30 = 291750 (phút) Số bể mạ (2.4) Chọn số bể mạ NT = 3 (bể) Hệ số sử dụng N T N 2,69 K = = = 0,89 3 (2.5) K: Chấp nhận đợc - Số bể mạ Ni bóng
Tổng thời gian cần thiết để mạ Ni bóng: Σ T = M. T = 9725 x 4 = 38900 ( phút) - Số bể mạ :
Lê Xuân Tuấn Lớp: Điện hoá & BVKL K46 N = ΣT
T
N = 291750 = 2,69 1806,42.60
Đồ án tốt nghiệp (2.4) = 97250 = 0,9 1806,42.60 Chọn NT = 1 (bể) Hệ số sử dụngK = 0,9 (chấp nhận đợc) - Số bể mạ Cr
Tổng thời gian cần thiết để mạ Cr Σ T = M.T = 9725.4 = 38900 (phút) Số bể mạ = 38900 = 0,36 1806,42.60 Chọn NT = 1 (bể) Số bể mạ Cu hoá học
Tốc độ mạ Cu hoá học là 1 um/h. Chọn chiều dày lớp mạ là 0,3um. Thời gian tạo thành lớp mạ Cu là: 18 (phút)
Thời gian gia công và thời gian chuẩn bị là 20 phút. Nhịp độ ra hàng
N = T
M
Chon T là thời gian gia công của mạ Ni mờ
T = 30 (phút) N Số bể mạ Ni mờ N = 3 Thời gian ra hàng N = Σ T T N = Σ T T (2.4)
N = 30 = 10 (phút) 3 Vậy số bể mạ Cu N = 20 = 2 (bể) 2 2.2.2. Tính kích thớc bể mạ
Chiều dài trong LT của bể đợc tính theo công thức LT = n1L1 + (nT - 1) L2 + 2L3 (2.5)
Trong đó: L1 - Kích thớc khung treo theo chiều dài bể L2 - Khoảng cách giữa các khung treo, mm.
L3 - Khoảng cách giữa thành bể và cạnh khung mm NT - Số khung trên cầu treo catốt
L1 = 1200 (mm); chọn L2 = 100 (mm) L3 = 100 (mm) nT = 2
Vậy LT = 2.1200 + 100 + 2.100 = 2700 (mm)
- Chiều rộng trong WT của bể mạ điện đợc tính theo công thức sau. WT = n2W1 + 2n2W2 + 2W3 + n3d (2.6)
Trong đó: W1 - kích thớc cực đại của vật mạ theo chiều rộng bể (mm) W1 = 200 (mm)
W2 - khoảng cách giữa anốt và vật mạ tại điểm gần anốt nhất (mm) W2 = 200 mm)
W3 - khoảng cách giữa thành bể và anốt (mm) W3 = 100 (mm)
n2: Số cần catốt n2 = 1 n3: Số cần anốt n3 = 2
d: Chiều dày anốt (mm) d = 20 (mm) Vậy WT = 200 + 2.200 + 2.100 + 2.20 = 840 (mm)
Đồ án tốt nghiệp
+ Chiều cao trong HT của bể đợc xác định theo công thức: HT = H1 + H2 + H3 + H4 (2.7)
Trong đó: H1 - Chiều cao khung (cha kể móc treo) mm H1 = 850 (mm)
H2 = khoảng cách từ đáy bể đến cạnh dới của khung (mm) H2 = 200 (mm) H3 - Chiều cao của chất điện giả từ cạnh trên của khung trở lên. Chọn H3 = 50 (mm)
H4 - khoảng cách từ mặt thoáng dung dịch tới miệng bể (mm) Chọn H4 = 150 (mm)
Vậy HT = 850 + 200 + 50 + 150 = 1250 (mm)
Vậy kích thớc bể mạ: L x W x H
2700 x 840 x 1250
Để tiện cho khâu vận hành, sửa chữa và thay thế ta chọn kích thớc của các bể khác trong dây chuyền giống nh bể mạ.
Các công đoạn còn lại đều có thời gian ít hơn nhịp độ ra hàng chọn là một bể. Riêng bể mạ Ni, Cr và Cu ta tăng thêm một bể dự trữ (Ni mờ và Ni bóng chung một bể)
Các bể đều đợc làm bằng thép inox gồm các tấm thép hàn lại với nhau. Riêng bể nào chịu ăn mòn thì lót thêm lót nhựa PVC bên trong.
2.3. cấu trúc của dây chuyền
Chọn dây chuyền bán tự động. Các bể trong dây chuyền đợc đặt nối tiếp nhau thành đờng thẳng. Bộ tự hành có khả năng vận chuyển vật mạ lên - xuống và tiến - lùi theo sự điều khiển của ngời công nhân.
Chọn dây chuyền bán tự động kiểu L - Chiều dài dây chuyền
L = U + (U - 1). Δ + t (2.8) U = 24 (bể)
Δ : Khoảng cách giữa các bể
(mm) 300 Δ=
tl
: Khe đặt tủ sấy, giá tháo lắp Chọn tl =6000(mm)
Vậy L = 24.840 + 23.300 + 6000 = 33060
- Chiều rộng dây chuyền
W = LT + W1 + W2 (2.9)
W1 - Khoảng cách từ vách trong bể đến mặt ngoài của dãy trụ làm giá đỡ bộ tự hành. Đối với bộ tự hành kiểu L . W1 = 655 (mm)
W2 - Khoảng cách từ vách trong của bể đến mép ngoài diện tích thao tác, vận hành, bằng 1165 (mm)
W = 2700 + 655 + 1165 = 4520 (mm)
- Chiều cao H của dây chuyển phụ thuộc vào chiều cao trong của các bể, cách mạ và kiểu bộ tự hành với chiều cao trong của các bể là 1250 (mm) và bộ tự hành kiểu L thì chiều cao H của dây chuyển
H = 4700 (mm)
2.4. Chọn nguồn điện một chiều
Để cung cấp dòng điện một chiều cho các bể mạ điện thờng dùng các bộ chính lu bán dẫn. Nguồn điện một chiều đợc chọn dựa trên cơ sở cờng độ dòng điện I và điện thế U yêu cầu của tờng bể. Mỗi bể trang bị một chính lu; nếu dòng điện yêu cầu của bể nào đó vợt quá công suất của chính lu thì có thể lắp đặt hai hoặc nhiều bộ phận chính lu để cấp điện cho nó.
Cờng độ dòng điện I cấp cho bể mạ đợc tính theo công thức. I = Dc.y, A (2.10)
Dc: Mật độ dòng điện catốt (A/dm2) y: Đơn vị tải (dm2)
Đồ án tốt nghiệp
Cờng độ dòng điện tính đợc phải tăng thêm 15 - 20% nữa, thành IT, dùng để chọn chính lu
Điện thế V của bể mạ tính theo công thức
V = (1 + β) [Ea - Ec + (1+α) IR],V (2.11)
Trong đó: β - Hệ số, xét đến các tổn thất điện thế tại chỗ tiếp xúc và trên dây dẫn loại một.
Ea và Ec - Điện thế anốt và catốt,V
α - Hệ số xét đến tổn thất điện thế trong dung dịch do độ dâng bọt I - Cờng độ dòng điện tính theo công thức (2.10)
R - Điện trở dung dịch đợc tính từ công thức R = /100χ.y, Ω-1.cm-1 (2.12)
ở đây - Khoảng cách giữa các điện cực, cm χ - Độ dẫn điện riêng của dung dịch Ω-1.cm-1
y - Phụ tác của bể, dm2
2.4.1. Điện thế cho bể mạ Ni mờ.
- Dòng điện I của bể:
I = Dc.y (2.10)
Với Dc = 3 A/dm2).y = 163,5 (dm2) Vậy I = 3.163,5 = 490,5 (A)
Dòng điện thực tế vào bể: ITT = I + 0,2I (2.11)
= 490,5 + 490,5 . 0,2 = 588,6, (A) - Điện thế của bể
Tra bảng 2.2 trang 39 sách “Phơng pháp thiết kế xởng mạ điện” của tác giả Trần Minh Hoàng ta có:
Ec = -0,68 (V); Ea = 0,30 V
χ = 0,40 (Ω-1 cm-1); α = 0,01; β = 0,05 Điện trở của dung dịch
R = /100χ.y, Ω-1.cm-1
: Khoảng cách giữa các điện cực
=20 (cm) Thay số: = =3,06.10−3Ω 63,5 100.0,40.1 20 R
Thay vào công thức ta có:
V = (1+0,05)[0,30 + 0,68 + (1+0,01).490,5.061-3] = 2,62 (V)
2.4.2. Điện thế cho bể mạ Ni bóng
- Dòng điện I của bể
I = Dc .y (2.10)
Với Dc = 5 (A/dm2).y = 163,5 (dm2) I = 5.163,5 = 817.5 (A) - Dòng điện thực tế vào bể: ITT = I + 0,2 I = 817,5 + 0,2 . 817,5 = 981 (A) - Điện thế của bể
- Tra bảng 2.2 Sách “Phơng pháp thiết kế xởng mạ điện” của tác giả Trần Minh Hoàng ta có:
Ec = -0,80 (V) Ea = +0,50 (V) χ = 0,40 (Ω-1 .cm-1)
Đồ án tốt nghiệp
α = 0,10 β = 0,05
Điện trở dung dịch R= = 200 =3, 06.10 ( )−3 Ω
100.0, 40.163,5 100.0, 40.163,5
Thay vào công thức ta có:
V = (1 + 0,05) [0,50 + 0,80 + (1+0,10).817,5 . 3,06.10-3] = 4,2525 (V) 2.4.3. Điện thế cho bể mạ Cr: - Dòng điện vào bể I = Dc . y (A) (2.10) Với Dc = 25 (A/dm2) y = 163,5 (dm2) Vậy I = 25 . 163,5 = 4087,5 (A) - Dòng điện thực tế đặt vào bể ITT = I + 0,2 . I = 4087,5 + 0,2. 4087,5 = 4905 (A) - Điện thế vào bể
Tra bảng 2.2. Trang 39. Sách “Phơng pháp thiết kế xởng mạ điện” của tác giả Trần Minh Hoàng ta có:
Ec = - 0,80 (V); Ea = + 0,80 (V)
χ = 0,60 (Ω-1. cm-1) α = 0,02 β = 0,10
Điện trợ của dung dịch 3
2,034.10 ( ) χ − = = 200 = Ω R 100 .y 100. 0,60.163,5 Thay vào số ta có V = (1 + 0,10) [0,80 + 0,80 + (1 + 0,02) 4087,5 . 2,034.10-3] = 11,11 (V)
Căn cứ vào dòng điện thế vào các bể ta chọn chính lu. Bảng 5: Chọn chính lu cho các bể mạ Bể mạ Kiểu chính lu Chế độ làm việc Công suất ra, Kw Dòng chính lu A Hệ số hữu ích Ni mờ CSD630-12 II 3,78 63-630 73 Ni bóng CSM1216-1600 II 9,6 400-1600 71 Cr CS6300-12 I 75,6 630-6300 84
2. 5. Tính tiêu hao lợng điện đun nóng
Trong công nghệ mạ thờng áp dụng hai công nghệ đun nóng đó là đun nóng bằng hơi và đun nóng bằng điện.
Đun nóng bằng hơi có năng suất cao, giá rẻ lại không gây nguy hiểm do dò điện nhng ngợc lại nó cồng kềnh, khó điều chỉnh cho nên chất lợng không cao. Trong nội dung đồ án do yêu cầu cao về chất lợng sản phẩm cho nên sử dụng phơng pháp đun nóng bằng điện.
Trong phân xởng mạ có các bể cần đợc đun nóng là: - Bể tẩy dầu mỡ - Bể xâm thực - Bể mạ đầu hoá học - Bể mạ Ni mờ, - Bể rửa nóng - Bể mạ Ni bóng - Bể mạ Crôm
Tính tiêu hao lợng điện đun nóng ban đầu:
Tính lơng nhiệt Qđ để đun các bể từ nhiệt đọ 250C tới nhiệt độ làm việc 550C (thời gian đun là 1 giờ)
Qđ = 1,1.V.∆t.C + q (J) (2.13) Trong đó:
1,1 - Tỷ trọng gần đúng của mọi dung dịch
Đồ án tốt nghiệp
V - Thể tích dung dịch
V = 27. 840 . 11,5 = 2495 (lít)
∆t - Hiệu số nhiệt độ làm việc và nhiệt độ ban đầu. Ta chọn ∆t của mọi bể giống nhau.
∆t = 55 - 25 = 300C
q - Tổn thất nhiệt qua thành mặt thoáng Đối với bể không có bảo ôn thì
q = 30% Qđ
C - Nhịêt dung riêng của dung dịch J/kg.K Đối với hầu hết dung dịch có C = 4150J/kg.K
- Nhiệt Qgđể giữ nhiệt độ ổn định trong 1 giờ làm việc Qg = q - qj
qj: Nhiệt Jun tỏ ra khi dòng điện đi qua dung dịch trong 1 giờ qj = UIT.
U - Hiệu điện thể đặt vào bể, V I - Cờng độ dòng điện chạy qua bể, I - Nhiệt năng tiêu tốn trong 1 năm Q sẽ bằng:
Q = T [Qđ + tgQg]/ (tg + tđ) (J) (2.14) tg: Thời gian giữ nhiệt trong ngày: 8h
tđ: Thời gian đun: 1h
T: Thời gian làm việc thực tế hàng năm của thiết bị T = 1806,42 (h)
- Điện năng tiêu tốn trong 1 năm W sẽ là: W = Q/100.3600 (Kwh) (2.15) - Công suất N bộ đun nóng (can nhiệt)
N = Qđ/tđ.1000.3600 (kw) (2.16) - Số lợng cần đun nóng:
n = N/Nc (quay tròn n) (2.17)
2.5.1. Đối với cả bể mạ Ni mờ.
- Nhiệt đun nóng lên 550C Qđ = 1,1.V.∆t.C + q (J)
= 1,1.24995 . 30 . 4150 + 0,3 Qđ Qđ = 488128928,6 (J)
- Nhiệt Qg để giữ nhiệt độ ổn định trong khi làm việc: để cho tiện sẽ tính Qg trong 1h.
Qg = q - qj
Với qj = UIT = 2,62 . 588,6 . 3600 = 5551675,2(J)
Vậy Qg = 0,3 . Qđ - qj
- Nhiệt tiêu tốn trong một năm Q sẽ bằng.
Q = T [Qđ + tgQg]/(tđ + tg) (J) (2.14) Thay số Q = 1806,42 [Qđ + 8.Qg]/(1+8)
= 3,242.1011 (J)
- Điện năng tiêu tốn trong một năm 3 bể mạ Ni mờ sẽ là W1 = 3.Q/1000.3600
3.3, 242.1011 270165
1000.3600= (Kwh) - Công suất của bộ đun nóng
.1000.3600 d d Q N = t = 136 Kwh
- Chọn can đun nóng Galvatek có công suất 24 kw làm bằng thép không rỉ - Số can nhiệt n = 136 5,66 24 c N N = =
Đồ án tốt nghiệp Chọn n = 6 (cái)
2.5.2. Bể mạ Ni bóng
- Nhiệt đun nóng lên 550C Qđ
Qđ = 1,1. 2495.30.4150 + 0,3Qđ Qđ = 488.128.925,6 (J)
- Nhiệt Qg giữ nhiệt độ ổn định Qg = q-qj
Với qj = UI T. = 981 . 4,2525 . 3600 = 15018129 (J)
Qg = 0,3 Qđ - qj
- Nhiệt tiêu đến trong năm cho 1 bể Ni bóng Q = T [Qđ + tgQg]/(tđ+tg) (2.14) = 3,09.1011 (J)
- Điện năng tiêu tốn trong một năm W sẽ là: 85833 = 2 Q W = 1000.3600 Kwh
- Công suất bộ đun nóng
Vì các bể đều giống nhau, đều đun lên 550C nên công suất của tất cả các bộ đun nóng trong các bể đều là 136 Kw và đều sử dụng cùng một loại can nhiệt Galvatek có cùng công suất 24 Kw nên số can nhiệt của mối bể đều là 6 can.
2.5.3. Bể mạ Cr
- Nhiệt đun nóng lên 550C
Qđ = 1,1 . 2495 . 304150 + 0,3Qđ
Qđ = 488128928,6 (J) - Nhiệt Qg giữ nhiệt độ đủ
Qg = q - q5
= 0,3Qđ - UI T
= - 49741701 < 0
Bể mạ Cr không phải giữ hiệt do nhiệt sau của dòng dòng điện tỏ ra lớn bù vào lợng nhiệt tạo ra môi trờng.
- Lợng nhiệt tiêu tốn hàng năm của bể mạ Cr là:
Mỗi năm công nhân làm việc 253 ngày. Mỗi ngày cần đun nóng 1 giờ vậy lợng nhiệt tiêu tốn trong năm sẽ là:
Q = 253 Qđ
= 1,234.1011 (J)
- Điện năng tiêu tốn trong năm
3 Q100.3600 34305
W = = Kmh
2.5.4. Bể mạ Cu hoá học; xâm thực, tẩy dầu mỡ, rửa nóng
Vì các bể đều giống nhau, đều đun lên cùng một nhiệt độ là 550C nên lợng nhiệt đun nóng là nh nhau. Trong các bể: xâm thực, rửa nóng, mạ đồng hoá học, tẩy dầu mỡ không có dòng điện đi qua nên qj đều bằng không. Vì vậy nhiệt giữ