Thiết kế phân xưởng mạ bán tự động, thiết bị vệ sinh năng suất 15.000(m2/năm)

ết kế 25 2.1. Xác định thời gian gia công trong các bể 25 2.2. Tính thiết bị 26 2.2.1. Tính số bể mạ 27 2.2.2. Tính kích thước của bể mạ 29 2.3. Cấu trúc của dây chuyền 30 2.4. Chọn nguồn điện một chiều 31 2.4.1. Điện thế cho bể mạ Ni mờ 32 2.4.2. Điện thế cho bể mạ Ni bóng 33 2.4.3. Điện thế cho bể mạ Cr 34 2.5. Tính tiêu hao lượng điện đun nóng 35 2.5.1. Dối với bể mạ Ni mờ 37 2.5.2. Bể mạ Ni bóng 38 2.5.3. Bể mạ Cr 38 2.5.4. Bể mạu Cu hoá học, xâm thực, tẩy dầu mỡ, rửa nóng 39 2.6. Tiêu hao không khí nén 42 2.7. Tiêu tốn nước 43 2.8. Quạt thông gió 45 2.8.1 Đối với bể tẩy dầu mỡ 46 2.8.2 Bể xâm thực bề mặt 46 2.8.3. Bể mạ đồng hoá học 46 2.8.4 Bể mạ Ni mờ và Ni bóng 46 2.8.5. Bể mạ Cr 47 2.8.6. Chọn quạt 48 2.9. Tiêu tốn điện năng 48 2.9.1 Điện năng tiêu thụ cho các nguồn điện một chiều trong một năm 49 2.9.2. Điện năng chạy các động cơ điện trong một năm 50 2.9.3. Điện năng tiêu thụ cho máy sấy trong một năm 50 2.9.4. Điện năng tiêu thụ chạy quạt thông gió trong một năm 50 2.9.5. Điện năng để chạy máy sục dung dịch mạ tảy rửa 51 2.9.6. Điện năng chiếu sáng trong một năm 51 2.10. Tiêu hao hoá chất và anốt 52 2.10.11. Tiêu hao hoá chất 52 2.10.2. Tính lượng anốt hoà tan 55 Chương III: Làm sạch nước thải từ xưởng mạ 56 Chương IV: Xây dựng và tổ chức sản xuất 59 Chương V: Kỹ thuật và an toàn lao động 61 Chương VI: Kết luận 63 Tài liệu tham khảo 64 chương I: tổng quan 1.1. GIới thiệu về vật mạ và lớp mạ. Mạ kim loại lên bề mặt chất dẻo mở rộng phạm vi ứng dụng của công nghiệp nhựa lên đáng kể vì sản phẩm hội tụ được các ưu điểm của hai vật liệu này là đỡ tốn được phần lớn kim loại, dễ gia công, khối lượng của sản phẩm giảm xuống. Chất dẻo mạ kim loại sẽ có thêm tính dẫn điện, dẫn nhiệt, có thể hàn được, bề mặt đẹp, cứng hơn, chất dẻo được bảo vệ và chậm lão hoá hơn và thay thế được cho các vật liệu bằng kim loại và hợp kim màu. Chất dẻo mạ kim loại được dùng nhiều trong công nghiệp ô tô, chế tạo thiết bị, công nghệ thông tin, điện tử và chế tạo các hàng dân dụng. Bước đầu tiên của Mạ kim loại lên chất dẻo là mạ hoá học: tạo được lớp kim loại kết tủa bằng phản ứng hoá học tự xúc tác của Cu hoặc Ni. Sau khi mạ hoá học ta cũng có thể mạ tiếp một lớp mạ hoá học khác lên trên lớp mạ nền ban đầu hoặc mạ điện lên nền lớp mạ hoá học nhằm tăng độ cơ tính, chịu ăn mòn và tính trang sức. 1.1.1. Phương pháp mạ hoá học Phương pháp tạo lớp mạ hoá học nhờ xúc tác thường được ứng dụng để mạ các chi tiết chất dẻo, thuỷ tinh, sứ kỹ thuật và các phi kim khác. Trong phương pháp này người ta thường dùng chất khử có để khử ion kim loại mạ. ION kim loại mạ được khử từ muối phức tạo được lớp mạ tốt hơn muối đơn. Tuỳ thuộc vào độ bền phức kim loại mạ, điện thế của chất khử, nồng độ muối phức, nồng độ chất khử, pH dung dịch, nhiệt độ mà tốc độ lớp mạ hình thành nhanh hay chậm. Phương pháp tạo lớp mạ hoá học nhờ xúc tác chỉ diễn ra khi dung dịch tiếp xúc với chất xúc tác có mặt trên bề mặt mạ. Chất xúc tác cho phản ứng khử cũng có thể bản thân kim loại nền hay kim loại cho vào dung dịch. Trong trường hợp mạ Cu lên chất dẻo chất xúc tác là các kim loại như vàng (Au), bạc (Ag), Paladi (Pd) trong đó Pd có hoạt tính xúc tác lớn nhất lại rẻ hơn. vàng và bạc nên được sử dụng nhiều. Đối với mạ Cu hoá học muối Cu thường là đồng Sunfat, nhưng cũng có thế là đồng Nitrat, Clorua, Cacbonat... Chất khử thường dùng là Forcualin Phản ứng xảy ra trên bề mặt xúc tác. 2CHOH + Cu2+ + 4OH- đ Cu + H2 + 2HCOO- + 2H2O Lúc đầu bề mặt có xúc tác là Pd sau đó là Cu. Cu thay Pd xúc tác cho phản ứng (phản ứng tự xúc tác). Đồng (Cu) là kim loại dẻo, dễ đánh bóng. Trong không khí ẩm, có mặt các chất xâm thực, đồng dễ bị oxy hoá. Không khí lẫn các hợp chất lưu huỳnh, đồng nhanh chóng bị phủ tín lớp CuS xám hoặc nâu xẫm. Bị tác dụng của hơi ẩm và axit Cacbonic đồng dần dần được phủ lớp cacbonat màu xanh. Đồng hoà tan mạnh trong axitnitric, chậm hơn trong axitcromic. Axit sunfuric loãng và trong axit clohydric hầu như không tác dụng với đồng; tuy nhiên nếu có mặt oxy hay chất oxy hoá thì tốc độ ăn mòn trở nên đáng kể. Đồng không bền trong amoniac, trong các chất kiềm khác, đồng nhanh cháy bị đen, nhưng hoà tan rất chậm. Vì thế người ta chỉ dùng đồng để mạ một cách cơ học lên vật liệu nền, nên muốn dùng lớp mạ đồng một cách độc lập như mọi lớp mạ bảo vệ trang sức khác nhất thiết phải qua các khẩu gia công, xử lý, hoàn thiện khác... Lớp mạ đồng thường làm lớp mạ lót cho các lớp mạ khác như Ni, Cr, Ag... vì nó có tính gắn bám tốt với các kim loại trên. 1.1.2. Mạ tăng cường Ni - Cr. Sau khi đã có lớp mạ Cu hoá học mạ thêm hai lớp Ni - Cr lên nền đồng. Lớp mạ liên hợp ba lớp Cu - Ni - Cr này có tác dụng vừa bảo vệ vừa trang sức và được sử dụng trong công nghiệp chế tạo máy móc, dụng cụ, ô tô, đồ gia dụng. * Kền (Ni) là kim loại trắng bạc, dẻo, dễ cán dát rèn và đánh bóng. Độ cứng lớp mạ kền phụ thuộc vào thành phần dung dịch và điều kiện mạ kim loại kền bền trong điều kiện khí quyển luôn bị phủ một lớp oxyt trong suốt làm thụ động bề mặt của nó. Nếu khí quyển có chứa các hợp chất lưu huỳnh bề mặt kền sẽ nhanh chóng bị mờ đi. Kền bền trong nước tự nhiên, nước cất và nước chảy, bị mờ đi. Kền dễ bị ăn mòn trong nước biển tù. Trong H2SO4 và HCl loãng kền tan, thụ động trong HNO3 đặc. Kền bền trong các dung dịch kiềm và trong kiềm nóng chảy, các axit hữu cơ chỉ tác dụng với kền khi tiếp xúc lâu ngày với nó. Lớp mạ kền bảo vệ tốt phải là lớp mạ dày để tránh châm kim, lỗ xếp. Nhưng kền là kim loại đắt tiền nên thường mạ lót bằng lớp mạ Cu. Tính chất điện hoá của kền khi có lớp lót đồng lót đã thay đổi một cách cơ bản: trong cặp Cu - Ni, kền là điện cực hoà tan, do đó bị mờ dần và bị ăn mòn trong không khí ẩm. Nhược điểm này được khắc phục bằng cách mạ thêm lớp Crom mỏng (0,3 - 0,5 um) trở lên. Mạ điện Ni mạ từ dung dịch WATTS bao gồm Niken Sunsufat NiSO4, NikenClorua NiCl2 và axit bonic H3BO3 và các chất phụ nếu mạ bền bóng. Phản ứng catốt tạo lớp mạ Ni2+ + 2e đ Ni¯ Đồng thỏi có khí H2 thoát ra 2H+ + 2e đ H2ư Phản ứng trên anốt 2Cl- - 2e đ Cl2ư Khi anốt bị thụ động hoàn toàn có thể anốt lệch về phía dưng +1,5V thì Oxi cũng bắt đầu thoát ra theo phản ứng: 4OH- - 4e đ O2ư + 2H2O ION Cl- có tác dụng ngăn ngừa sự thụ động anốt, axit bo ric H3BO3 là chất đệm của dung dịch mạ Niken, nó có vai trò giữ cho PH ổn định trong giới hạn 4,1 á 5,5 đó là khoảng PH thu được lớp mạ có chất lượng tốt nhất. * Mạ Crôm Crôm (Cr) điện giải là kim loại bạc có ánh xanh; có độ cứng rất cao và chịu mài mòn rất tốt. Nhiệt độ nóng chảy 1750 - 18000C. Theo điện thế tiêu chuẩn (Cr/Cr3+ = -0,7V) thì nó thuộc các kim loại hoạt động. Nhưng trong khí quyển bề mặt Crôm được sinh ra lớp màng mỏng oxyt rất kín, chắc, chống ăn mòn rất tốt, làm cho Crôm giữ được màu dắc và độ bóng rất cao. Crôm bền trong khí quyển ẩm, trong không khí chứa H2S và SO2; trong các dung dịch axit sunfuric, nitric, photphoric, axit hữu cơ và dung dịch kiểm. Nhưng trong dung dịch axit HCl và trong H2SO4 đặc nóng Crôm bị hoà tan do màng oxyt bị phá huỷ. Trong các hợp chất, Crôm thường có hoá trị +3 và +6. Hợp chất Crôm hoá trị +6 là chất oxy hoá mạnh. CrO3 hoà tan trong nước tạo thành hỗn hợp các axit Cromic. ứng dụng quan trọng của Crôm điện giải là: mạ crôm trang sức rất mỏng trong hệ lớp mạ bảo vệ trang sức, mạ Crôm bảo vệ chống ăn mòn. Mạ điện Crôm khác một cách căn bản so với các quá trình mạ điện khác là sự kết tủa kim loại Crôm từ dung dịch axit Gromic (H2CrO4), chứ không phải là từ dung dịch muối hoà tan của kim loại. Sự kết tủa của Crôm từ dung dịch axit Crômic (Crôm chứa trong anion CrO42-) thường diễn ra với sự có mặt của axit H2SO4, axit floboric HBF4, axitflosilicic H2SiF6. Những axit thêm vào đó tác dụng như những chất xúc tác, dung dịch mạ Crôm rất nhạy với các chất bẩn. Lý thuyết quá trình mạ điện của Crôm vẫn còn chưa được xác định hoàn toàn. Một trong các lý thuyết cho rằng, quá trình diễn ra trên catốt, từ Crôm có Oxy hoá 6+ (CrO3) chuyển thành Crôm có số Oxy hoá 3+ (trong Cr2O3) rồi Crôm 2+ (CrO) và cuối cùng thành Crôm kim loại. 2CrO3 + 6H+ + 6e đ Cr2O3 + 3H2O 2Cr2O3 + 4H+ + 4e đ 4CrO + 2H2O CrO + 2H+ + 2e đ Cr¯ + H2O 2H+ + 2e đ H2ư Thuyết Muller cho rằng trong khoảng không gian Catốt có hình thành hợp chất Cr(OH)CrO4 và bị khử theo quá trình: Cr(OH)CrO4 + H+ + e đ CrCrO4 + H2O CrCrO4 + 2e đ Cr¯ + CrO42- Mặc dù có rất nhiều công trình nghiên cứu về cơ chế khử axit Cromic thành kim loại Cr trên catốt. Nhưng vẫn chưa chó thuyết nào được chấp nhận hoàn toàn 1.2. Đặc tính hàng mạ, chọn loại lớp ma và chiều day từng lớp ma 1.2.1. Đặc tính hàng mạ Vật liệu làm hàng mạ là nhựa được đồng trùng hợp từ Acrylonnitril Butadien và Styrol gọi tắt là nhựa ABS. Hiện nay nhựa ABS được dùng phổ biến nhất để mạ kim loại vì nó có các ưu điểm như tẩy mòn được trong axit một cách dễ dàng đồng thời lại phải bền hoá trong tất cả các dung dịch dùng để chuẩn bị bề mặt và mạ hoá học, không bị hỏng trong các dung dịch đồng thời không làm hỏng trong các dung dịch ấy. Nhựa dễ gia công, cứng. Vật mạ được ép là bộ sen vòi trong nhà tắm thường xuyên tiếp xúc với nước và khong khí ấn, hàng mạ cũng cần có tính thấm mỹ cao nên vừa mang tính bảo vệ vừa mang tính trang sức nên tốt nhất là mạ nhiều lớp gồm Cu-Ni-Cr Bộ sen vòi bao gồm các chi tiết sau: - Tay vòi rửa và tay thân sen (Hình 1) - Thân vòi rửa (Hình 2) - Thân sen (Hình 3) - Vòi hoa sen (Hình 4) - Tay gắn thân vòi (Hình 5) - Bút sen (Hình 6) - Núm sen (Hình 7) - ốc giữ thân sen (Hình 8) - Dây nối thân sen và vòi sen (Hình 9) - ốc nối dây và thân sen (Hình 10) - ốc nối dây và vòi hoa sen (Hình 11) 12 (mm) 52 (mm) 18 (mm) 65 (mm) Hình1 : Tay vòi rửa và Tay thân sen Diện tích : Stay = 6.622 (mm2) = 0,006622 (m2) Vật liệu : Nhựa ABS Mạ : Đồng hoá học/ Nimờ/ Nibóng/ Crôm Số lượng : 2 (mỗi bộ) 45 (mm) 50 (mm) 150 (mm) 85 (mm) 95 (mm) 55 (mm) 30 (mm) 30 (mm) Hình 2: Thân vòi rửa Diện tích: Sthân = 24000 (mm2) = 0.024 (m2) Vật liệu: Nhựa ABS Mạ: Đồng hoá học/ Nimờ/ Nibóng/ Crôm 175 (mm) 90 (mm) 40 (mm) 35 (mm) 30 (mm) 25 (mm) Hình 3: Thân sen Diện tích: Sthân = 32.700 (mm2) = 0,0327 (m2) Vật liệu: Nhựa ABS Mạ: Đồng hoá học/ Nimờ/ Nibóng/ Crôm. 65 (mm) 18 (mm) 30 (mm) 130 (mm) Hình 4: Vòi hoa sen Diện tích: Ssen = 23727 (mm2) = 0,023727 Vật liệu: Nhựa ABS Mạ: Đồng hoá học/ Nimờ/ Nibóng/ Crôm 20 (mm) 30 (mm) 24 (mm) 20 (mm) Hình 5: Tay gắn thân vòi Diện tích: Stay = 4490 (mm2) = 0,00490 (m2) Vật liệu: Nhựa ABC Mạ: Đồng hoá học/ Nimờ/ Nibóng/ Crôm SL: 2 12 (mm) 45 (mm) 15 (mm) 20 (mm) Hình 6: Nút Sen Diện tích: SNút sen = 2640 (mm2) = 0,00364 (m2) Vật liệu: Nhựa ABS Mạ: Đồng hoá học/ Nimờ/ Nibóng/ Crôm 23 (mm) 20 (mm) 22 (mm) 7 (mm) Hình 7: Núm sen Diện tích: Snúm = 1860 (mm2) = 0,00186 (m2) Vật liệu: Nhựa ABS Mạ: Đồng hoá học/ Nimờ/ Nibóng/ Crôm 28 (mm) 13 (mm) Hình 8: ốc giữ thân sen Diện tích: Sốc = 1140 (mm2) = 0,00114 (m2) Vật liệu: Nhựa ABS Mạ: Đồng hoá học/ Nimờ/ Nibóng/ Crôm 1400 (mm) 15 (mm) Hình 9: Dây nối thân sen và vòi sen Diện tích: Sdây = 66000 (mm2) = 0,066 (m2) Vật liệu: Nhựa ABS Mạ: Đồng hoá học/ Nimờ/ Nibóng/ Crôm 20 (mm) 12 (mm) Hình 10: ốc nối dây và thân sen Diện tích: Sốc = 750 (mm2) = 0,00075 (m2) Vật liệu: Nhựa ABS Mạ: Đồng hoá học/ Nimờ/ Nibóng/ Crôm 22 (mm) 35 (mm) Hình 11: ốc nối dây và vòi hoa sen Diện tích: Sốc = 2400 (mm2) = 0,0024 (m2) Vật liệu: Nhựa ABS Mạ: Đồng hoá học/ Nimờ/ Nibóng/ Crôm Bảng 1: Đặc tính hàng cần mạ Bản vẽ số Tên vật mạ Vật liệu Số lượng cần mạ Cái/năm Diện tích mạ dm2/cái 1 Tay vơi giữa và tay thân sen Nhựa ABS 167990 0,6622 2 Thân vòi rữa Nhựa ABS 83995 2,4 3 Thân sen Nhựa ABS 83995 3,27 4 Vòi hoa sen Nhựa ABS 83995 2,37 5 Tay giữ thân sen Nhựa ABS 167990 0,449 6 Rút sen Nhựa ABS 83995 0,264 7 Núm sen Nhựa ABS 83995 0,186 8 ốc giữ thân sen Nhựa ABS 167990 0,114 9 Dây nối thân sen với vòi Nhựa ABS 83995 6,6 10 ốc nối sen với dây Nhựa ABS 83995 0,075 11 ốc nối dây với vòi Nhựa ABS 83995 0,24 Bảng 2: Kế hoạch sản xuất của xưởng Bản vẽ số Tên vật mạ Số lượng yêu cầu Phế phấn 6% Kế hoạch phải sản xuất Pn Số lượng Cái/năm Diện tích mạ m2/năm Số lượng Cái/năm Diện tích mạ m2/năm Số lượng Cái/năm Diện tích mạ m2/năm 1 Tay vòi rữa và tay thân sen 167990 1112,43 10080 66,746 178070 1179,2 2 Thân vòi rữa 83995 2015,88 5040 120,953 89035 2136,833 3 Thân sen 83995 2746,64 5040 164,8 89035 2911,45 4 Vòi hoa sen 83995 1990,69 5040 119,441 89035 2110,131 5 Tay giữ thân sen 167990 754,28 10080 15,257 178070 799,54 6 Rút sen 83995 221,75 5040 13,3 89035 235,055 7 Núm sen 83995 156,231 5040 9,374 89035 165,61 8 ốc giữ thân sen 167990 191,51 10080 11,49 178070 203 9 Dây nối thân sen với vòi 83995 8543,67 5040 332,62 89035 5876,3 10 ốc nối thân sen với dây 83995 62,996 5040 5,78 89035 6,776 11 ôc nối dây với vòi hoa sen 83995 201,6 5040 2,096 89035 213,696 1.2.2. Chọn loại lớp mạ và chiều dày lớp từng lớp mạ Tốc độ kết tủa của Cu là 1 um/h. Chiều dày lớp mạ Cu hoá học khoảng 0,2 á 03, (um). Ta chọn 0,3 um Chọn lớp mạ Ni nhiều lớp. Lớp mạ Ni mờ bảo vệ thiết bị, tăng độ chịu mài mòn cho sản phẩm. Lớp mạ Ni bóng có tác dụng trang sức bảo vệ, có độ bóng cao nhưng nhược điểm so với lớp mạ kền mờ là thấm nhiều hiđrô hơn. ứng suất nội lớn hơn, độ lỗ nhiều hơn vì vậy tính chất ăn mòn cũng kém hơn. Vì lớp mạ Ni bóng có tính chất trang trí là chính nên chọn lớp mạ Ni mờ là 15 (um), Ni bóng là 8 (um). Để tăng tính bảo vệ và trang sức cho lớp mạ Ni, cần mạ thêm một lớp Cr mỏng khoáng 0,3 um lên sản phẩm ở lớp mạ ngoài cùng. Chiều dày của các lớp mạ: Chiều dày của các lớp mạ: Cu Ni (mờ) Ni (bóng) Crôm 0,3 (um) 15 (um) 8 (um) 0,3 (um) 1.3. Chọn khung treo Khumg treo vật mạ làm bằng thép không rỉ các thanh tròn bằng thép f15 và f5 hàn lại, khung treo và thanh ngang cần bọc một lớp nhựa hoặc quét một lớp sơn để cách điện, móc treo và cầu trêo để hở 1.200 (m m) 100 (m m) f 15 f 15 f 5 75 mm 50 (mm) 850 (mm) Bảng 3: Đơn vị tái mạ trên khung treo Bản vẽ số Tên vật mạ Vật liệu Số vật mạ trên khung cái/khung Diện tích mạ trên 1 khung dm2/khung Kích thước khung mạ Kế hoạc sản xuất Ghi chú Theo Pn Theo số khung khung/năm 1 Tay vòi rửa và tay thân sen Nhựa ABS 123 81,75 1200x850 178070 1448 2 Than vòi rửa Nhựa ABS 34 81,75 1200x850 89035 2619 3 Thân sen Nhựa ABS 25 81,75 1200x850 89035 3561 4 Vòi hoa sen Nhựa ABS 34 81,75 1200x850 89035 2619 5 Tay giữ thân sen NhựaABS 182 81,75 1200x850 178070 978 6 Pút sưn Nhựa ABS 309 81,75 1200x850 89035 288 7 Núm sen Nhựa ABS 439 81,75 1200x850 89035 203 8 ốc giữ thân sen Nhựa ABS 717 81,75 1200x850 178070 248 9 Dây nối thân sen với vòi sen Nhựa ABS 12 81,75 1200x850 89035 7419 10 ốc nối thân sen với dây Nhựa ABS 1090 81,75 1200x850 89035 82 11 ốc nối dây với vòi hoa sen Nhựa ABS 340 81,75 1200x850 89035 362 1.4. chế độ làm việc của xưởng Xưởng làm việc 2 ca/ngày, 4 giờ/ca. Thời gian chuẩn bị và kết thúc công việc hàng ngày là 0,5 giờ; Thời gian sửa chữa, bảo dưỡng cho thiết bị và dung dịch hàng năm chiếm 4,5%. Thời gian làm việc danh nghãi hàng năm của thiết bị. hàng năm công nhân mạ được nghỉ 12% thời gian làm việc danh nghĩa để khám sức khoẻ định kỳ, học an toàn lao động 1.4.1. Thời gian làm việc danh nghĩa. Một năm công nhân được nghỉ 104 ngày chủ nhật và thứ bảu và 8 ngày lễ tết. Số ngày được nghỉ trong năm của công nhân là: 104 + 8 = 112 (ngày/năm) Số ngày làm việc danh nghĩa là: 365 - 112 = 253 (ngày) Số giờ làm việc danh nghĩa là: 253 x 8giờ = 2024 (giờ) 1.4.2. Thời gian làm việc thực tế Thời gian sửa chữa và bảo dưỡng thiết bị là: 2024 x 45% = 91,08 (giờ) Thời gian chuẩn bị và kết thúc công việc hàng ngày là: 253 x 0,5 = 126,5 (giờ) Thời gian làm việc thực tế của thiết bị là: 2024 - (91,08 + 126,5) = 1806,12 (h) Thời gian công nhân làm việc thực tế là: 2024 x (100% - 12%) = 1781,12 (giờ) Bảng 4: Thời gian làm việc của thiết bị và công nhân Số giờ làm việc trong 1 ca/giờ Số ca làm việc trong ngày (ca) Thời gian danh nghĩa (giờ) Thời gian làm việc thực tế hàng năm Công nhân (giờ) Thiết bị (giờ) 4 2 2024 1781,12 1806,12 1. 5. Quy trình công nghệ Vật mạ Phun cát Đánh bóng cơ học Tẩy dầu mỡ Rửa nóng chảy tràn Rửa lạnh chảy tràn Xâm thực bề mặt Rửa lạnh chảy tràn Khử Cr6+ Rửa lạnh chảy tràn Nhạy hoá Nhập kho KCS kiểm tra Sấy Rửa chảy tràn Thu hồi Cr Mạ Cr Rửa chảy tràn Mạ Ni ken bóng Mạ Ni ken mờ Rửa chảy tràn Mạ đồng hoá học Hoạt hoá Thuỷ phân (B1) (B2) (B3) (B4) (B5) (B6) (B7) (B8) (B9) (B10) (B11) (B23) (B22) (B21) (B20) (B19) (B18) (B17) (B16) (B15) (B14) (B13) (B12) B1. Phun cát Độ gắn bám của kim loại với nền phụ thuộc nhiều vào gia công bề mặt. Làm bề mặt sạch, hết rỉ, chất bẩn. Với chi tiết bằng nhựa và nhỏ như thiết bị vệ sinh thường chọn phun cát khô hay ướt trong thùng quay. Cát thường là cát thạch anh, bột Cacbonrua hay Corua. B2. Đánh bóng cơ học Đánh bóng cơ học làm cho bề mặt sau khi phun cát trở nên nhẵn thêm. Đánh bóng thường dùng các máy mài. Trên máy mài gắn các bánh mài trên đó có gắn các hạt mài: Sắt oxit, Crômoxyt, nhôm oxit... B3. Tẩy dầu mỡ hoá học Nhằm loại hết màng dầu mỡ còn bám trên chất dẻo. Dung dịch tẩy NaOH 30 (g/l) Na3PO4.12H2O 15 (g/l) Na2SiO3 10 (g/l) Chất HĐBM 3 (g/l) Thời gian 15 (phút) B4. Rửa nóng: Rửa nóng có nhiệt độ 50 á 600C. Có tác dụng làm rửa trôi các vết dầu mỡ còn sót lại và hoá chất kéo theo. B5. Rửa lạnh Rửa lạnh lần cuối B6. Xâm thực Nhằm tạo ra trên bề mặt cái chân bám đảm bảo cho kim loại kết tủa lên đó có chân bám chắc. Thành phần dung dịch CrO3 400 (g/l) H2SO4 350 (g/l) Nhiệt độ: 55 á 750C B7. Rửa lạnh B8. Khử Cr6+ Sau khi xâm thực trong dung dịch Cromat trên bề mặt thường còn sót lại các ION Cr6+, khi hoạt hoá các ION này sẽ làm bóng chất xúc tác trên bề mặt. Vì vậy cần phải trung hoà chúng trong dung dịch NaHSO3. ở nhiệt độ phòng trong khoảng 1 á 1,5 (phút) B9. Rửa lạnh B10. Nhạy hoá Có tác dụng nâng cao hoạt tính bề mặt đối với các khâu tiếp theo. Dung dịch nhạy hoá SnCl2 40 g/l HCl (d = 1,18) 40ml/l Nhiệt độ Phòng Thời gian 4 phút Sau khi nhúng vào dung dịch trên mặt chất dẻo sẽ bám đọng muối thiếc Clorua, khi rửa chúng trong nước lạnh muối này sẽ thuỷ phân. SnCl2 + H2O đ Sn(OH)Cl + HCl Tạo thành hợp chất thiếc khó tan. Chất này tạo thành màng keo rất mỏng phủ khắc bề mặt làm cho tính khử được tăng cường và phân bố đều khắp trên bề mặt. B11. Thuỷ phân Nhúng chi tiết bằng dòng nước cất lạnh. SnCl2 bám trên bề mặt chi tiết bị thuỷ phân theo phản ứng. SnCl2 + H2O đ Sn(OH)Cl + HCl Tạo thành hợp chất khó tan. Chất này tạo thành màng keo rất mỏng phủ khắc trên bề mặt làm cho tính khử được tăng cường. B12. Hoạt hoá Xử lý bề mặt (đã nhạy hoá) bằng dung dịch có tính xúc tác cao Pd2+ Khi nhúng một vật mạ vào sẽ xảy ra phản ứng Pd2+ + Sn2+ đ Pd + Sn4+ Pd sinh ra ở dạng rất nhỏ mịn phân tán là chất xúc tác cho quá trình khử hoá học đồng tiếp đó. Thành phần dung dịch PdCl2 0,5 g/l HCl (d=1,19) 3 ml/l Nhiệt độ Phòng Thời gian 2 (phút) B13. Mạ đồng hoá học Tạo lớp dẫn điện cho chất dẻo bằng cách mạ đồng hoá học. Thành phần dung dịch CuSO4. 5H2O 15 (g/l) Na2EDTA 70 (g/l) NaCH 15 (g/l) Fornualin 37% ml/l 30 (ml/l) NiCl26H2O 2 (g/l) Na2S2O8 0,0008 (g/l) Natridictylditic cacbonat 0,015 (g/l) pH 12 á 13 Nhiệt độ 50 á 700C B14. Rửa chảy tràn B15. Mạ Niken mờ Sau khi mạ đồng hoá học tạo lớp dẫn điện. Mạ điện lớp Ni mờ lên nền Cu Thành phần dung dịch NiSO4.7H2O 310 (g/l) NiCl2.6H2O 50 (g/l) H3BO3 40 (g/l) DK 3 á 7 (A/dm2) Nhiệt độ 50 á 700C pH 3 á 4 B16. Mạ Niken bóng Mạ lớp Ni bóng lên nền Ni mờ làm tăng độ bóng cho sản phẩm Thành phần dung dịch NiSO4 . 7H2O 250 (g/l) NiCl2 . 6H2O 50 (g/l) H3BO3 30 (g/l) 1,4 Bulindiol 0,3 (g/l) DK 3 á 5 (A/dm2) Nhiệt độ 50 á 700C pH 3 á 5 B17. Rửa chảy tràn Nhằm loại hết các chất còn bám lại sau khi mạ Niken bóng B18. Mạ Crôm Mạ một lớp mỏng Crôm để tăng độ cứng, tăng tính thẩm mĩ và bảo vệ cho sản phẩm. Thành phần dung dịch. CrO3 250 (g/l) H2SO4 25 (g/l) Dk 2,5 (A/dm2) Nhiệt độ 50 á 550C B19. Rửa thu hồi Cr B20. Rửa chảy tràn B21. Sấy Công đoạn này làm cho bề mặt được khô sạch trước khi đem ra thị trường. B22. KCS, đóng gòi Giai đoạn này để phân loại sản phẩm, loại các sản phẩm hỏng, không đủ chất lượng cho xuất xưởng các sản phẩm đạt yêu cầu. 1.6. chọn thiết bị Chọn thiết bị mạ bán tự động. Các bể trong dây chuyền này có cùng kích thước và được đặc nối tiếp nhau thành đường thẳng. Bộ tự hành có khả năng vận chuyển vật mạ lên - xuống và tiến - lùi theo sự điều khiển của công nhân. Chọn dây chuyền bán tự động nâng hạ di chuyển kiểu L. chương II: tính toán thiết kế 2.1. Xác định thời gian gia công trong các bể. Thời gian mạ T được 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 được tính theo công thức T 1 = dg . 60000/C.ich.ph (2.2.) Trong đó: d - chiều dày lớp mạ (mm) g - trọng lượng riêng kim lại mạ g/cm3 C - Đương lượng điện hoá g/Ah ic - mật độ dòng điện catốt A/dm2 h - hiệu suất dòng điện % - Đối với Ni mờ: Chọn d = 15um = 0,015 (mm) chiều dày lớp mạ g = 8,9 (g/m3) Trọng lượng riêng của Niken C = 1,095 (g/Ah) Dung lượng điện hoá của lớp mạ. Ăc = 3 (A/dm2) mật độ dòng điện catốt h = 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)  - Đối với mạ Ni bóng d = 8.10-3(mm) chiều dày lớp mạ g = 8,9 (g/m3). Khối lượng riêng lớp mạ C = 1,095 (g/Ah) Đương lượng điện hoá lớp mạ DK = 5 (A/dm2) Mật độ dòng điện catốt h = 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 d = 0,3.10-3 (mm) chiều dày lớp mạ g = 7,1 (g/cm3) khối lượng riêng lớp mạ C = 0,646 (g/Ah) Đương lượng điện hoá lớp mạ Ăc = 25 (A/dm2) Mật độ dòng điện catốt (A/dm2) h = 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 (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: S T = M T = 9725.30 = 291750 (phút) Số bể mạ N = ST T N = 291750 = 2,69 1806,42.60 (2.4) Chọn số bể mạ NT = 3 (bể) Hệ số sử dụng (2.5) K: Chấp nhận được - Số bể mạ Ni bóng Tổng thời gian cần thiết để mạ Ni bóng: S T = M. T = 9725 x 4 = 38900 ( phút) - Số bể mạ : N = S T T (2.4) = 97250 = 0,9 1806,42.60 Chọn NT = 1 (bể) Hệ số sử dụngK = 0,9 (chấp nhận được) - Số bể mạ Cr Tổng thời gian cần thiết để mạ Cr S T = M.T = 9725.4 = 38900 (phút) (2.4) Số bể mạ N = S T T  = 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 = 30 = 10 (phút) 3 Vậy số bể mạ Cu N = 20 = 2 (bể) 2 2.2.2. Tính kích thước bể mạ Chiều dài trong LT của bể được tính theo công thức LT = n1L1 + (nT - 1) L2 + 2L3 (2.5) Trong đó: L1 - Kích thước 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 được tính theo công thức sau. WT = n2W1 + 2n2W2 + 2W3 + n3d (2.6) Trong đó: W1 - kích thước 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) + Chiều cao trong HT của bể được xác định theo công thức: HT = H1 + H2 + H3 + H4 (2.7) Trong đó: H1 - Chiều cao khung (chưa kể móc treo) mm H1 = 850 (mm) H2 = khoảng cách từ đáy bể đến cạnh dưới 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 thước 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 thước của các bể khác trong dây chuyền giống như 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 được 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 được đặt nối tiếp nhau thành đường thẳng. Bộ tự hành có khả năng vận chuyển vật mạ lên - xuống và tiến - lùi theo sự điều khiển của người công nhân. Chọn dây chuyền bán tự động kiểu L - Chiều dài dây chuyền L = U + (U - 1). + (2.8) U = 24 (bể) : Khoảng cách giữa các bể : Khe đặt tủ sấy, giá tháo lắp Chọn 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 thường dùng các bộ chính lưu bán dẫn. Nguồn điện một chiều được chọn dựa trên cơ sở cường độ dòng điện I và điện thế U yêu cầu của tường bể. Mỗi bể trang bị một chính lưu; nếu dòng điện yêu cầu của bể nào đó vượt quá công suất của chính lưu thì có thể lắp đặt hai hoặc nhiều bộ phận chính lưu để cấp điện cho nó. Cường độ dòng điện I cấp cho bể mạ được tính theo công thức. I = Dc.y, A (2.10) Dc: Mật độ dòng điện catốt (A/dm2) y: Đơn vị tải (dm2) Cường độ dòng điện tính được phải tăng thêm 15 - 20% nữa, thành IT, dùng để chọn chính lưu Điện thế V của bể mạ tính theo công thức V = (1 + b) [Ea - Ec + (1+a) IR],V (2.11) Trong đó: b - 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 a - Hệ số xét đến tổn thất điện thế trong dung dịch do độ dâng bọt I - Cường độ dòng điện tính theo công thức (2.10) R - Điện trở dung dịch được tính từ công thức R = c.y, W-1.cm-1 (2.12) ở đây - Khoảng cách giữa các điện cực, cm c - Độ dẫn điện riêng của dung dịch W-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 “Phương pháp thiết kế xưởng mạ điện” của tác giả Trần Minh Hoàng ta có: Ec = -0,68 (V); Ea = 0,30 V c = 0,40 (W-1 cm-1); a = 0,01; b = 0,05 Điện trở của dung dịch R = c.y, W-1.cm-1 : Khoảng cách giữa các điện cực =20 (cm) Thay số: 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 “Phương pháp thiết kế xưởng mạ điện” của tác giả Trần Minh Hoàng ta có: Ec = -0,80 (V) Ea = +0,50 (V) c = 0,40 (W-1 .cm-1) a = 0,10 b = 0,05 Điện trở dung dịch 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 “Phương pháp thiết kế xưởng mạ điện” của tác giả Trần Minh Hoàng ta có: Ec = - 0,80 (V); Ea = + 0,80 (V) c = 0,60 (W-1. cm-1) a = 0,02 b = 0,10 Điện trợ của dung dịch 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 lưu. Bảng 5: Chọn chính lưu cho các bể mạ Bể mạ Kiểu chính lưu Chế độ làm việc Công suất ._.