门铰链电镀仿金CuZn合金工艺设计 2课件.docx
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门铰链电镀仿金CuZn合金工艺设计2课件
1、工艺设计说明书
1摘要
1.1中文摘要
摘要：
仿金镀层外观有纯金色、18K以及16K金色。
目前国内外广泛应用的仿金镀层，一般采用铜锌合金的方法得到，主要有二元合金（70Cu-Zn,80Cu-Sn）与三元合金（Cu-Zn-Sn）。
三元合金颜色光泽优良，应用最广。
仿金镀层一般要求底层光亮，而仿金镀液不再添加光亮剂。
为装饰用的仿金镀层较薄，一般在1～2um,,只要求在制品表面”着”上一层薄金黄色。
这样薄的铜锌合金镀层耐蚀性极差。
因此，镀层的耐蚀性主要靠电镀底层来解决，采用镀厚铜打底，再度仿金镀层的方法，获得镀层易“泛红“。
故生产中常采用镀亮镍层打底，这样既光亮又有一定硬度，而且表面的仿金层也不易发花。
仿金电镀的镀液有氰化物型、氰化物—焦磷酸盐型、HEDP型和焦磷酸盐型。
后两种无氰镀液组成复杂，分散能力不好，维护困难，应用少，氰化物型最稳定，较易控制，镀得的镀层色泽鲜艳、合格率高并可重复反修。
以中、低氰镀液应用最广。
电镀仿金层后，为防止变色，除进行适当的钝化处理外，还要涂上一层透明的有机膜。
对于一些精巧产品，这层有机膜显得很不协调，因而可在仿金层上再镀一层金。
由于金镀层有良好的稳定性，产品不易变色，美观大方，很受欢迎。
关键词：
仿金镀层铜锌合金光亮剂HEDP型钝化分散能力有机膜
1.2英文摘要
Abstract:
Theappearanceofimitationgoldplatingwithpuregold,18K,and16Kgold.Imitationgoldplatingiswidelyusedathomeandabroad,generallyuseacopper-zincalloyobtainedbythemethod,therearebinaryalloys（70Cu-Zn,80Cu-Sn）andternaryalloys（Cu-Zn-Sn）.Ternaryalloycolorglossisexcellent,themostwidelyused.Imitationgoldcoatinggenerallyrequiretheunderlyingbright,imitationgoldplatingbathisnolongeraddbrightener.Decoratedwithimitationgoldplatingisthin,generally1~2umrequiresonlythesurfaceoftheworkinprogress,""athinlayerofgoldenyellow.Thisthincopper-zincalloycorrosionresistanceispoor.Therefore,thecorrosionresistanceofthecoatingtosolvetheunderlyingbyplating,thickcopperplatingbaseagain,imitationgoldplating,coating"flushed".Ofproductionareoftenplatedbrightnickellayerofprimer,sothatbothlighthasacertainhardness,imitationgoldsurfacelayerisnoteasytoblur.
Imitationgoldplatingofthebathofcyanideandcyanide-pyrophosphatetype,HEDPandpyrophosphatetype.Thelattertwocyanideplatingbathcompositioniscomplex,poordispersioncapability,anddifficulttomaintain,lessapplicationcyanidetypeisthemoststableandeasiertocontrol,platedcoatingbrightcolor,highpassratecanrepeatantirevisionistthe.In,themostwidelyusedlow-cyanideplatingbath.
Electroplatingimitationgoldlayer,inordertopreventdiscoloration,andinadditiontotheappropriatepassivationtreatment,butalsocoatedwithalayeroftransparentorganicfilm.Fordelicateproducts,thislayeroforganicfilmlookverycoordinated,thusimitationgoldlayeronlayerofgold-plated.Goldplatinghasgoodstability,theproductisnoteasytochangecolor,elegantappearance,isverypopular
Keyword:
imitationgoldplatingcopperandzincalloybrightenerHEDPtyplepassivationdisperssioncapabilityorgnicfilm
2、设计依据
2.1工件名称、材质和尺寸
门铰链、45#钢、工件最大综合吊挂尺寸长×宽×高：
90mm×50mm×10mm
表面积：
88×2=176cm2
2.2镀层要求
采用HEDP（羟基亚乙基二磷酸）仿金电镀工艺
2.3车间任务和生产纲领
（1）车间任务
本车间负责对45#钢制门铰链进行HEDP（羟基亚乙基二磷酸）仿金电镀工艺
（2）生产纲领
年产量：
每年500万个，每个2个零件，年产量为1000万个零件
考虑零件返修和报废，按2%计算，则实际年产量为1020万件
2.4工作制度和年时基数
（1）工作制度：
采用三班制，一、二班每班工作8小时，第三班采用7小时。
（2）工作天数：
251天（除去双休日）
（3）工人年时基数为全年时间和扣除病、产、事假及探亲等时间损失后的有效工作时间：
251×23－（251×23）×11%≈5138h（11%为工人年时基数损失率）
（4）设备年时基数（单班制）为全年工作时间扣除设备检修及其他原因引起的停工时间：
251×8－（251×8）×4%≈5543h（4%为设备年时基数损失率）
（5）年产量：
1020万件
日产量：
10200000/251≈40637件
每小时：
40637/23≈1766件
2.5工艺流程
零件→机械抛光→上挂具→碱性化学除油→热水洗→冷水洗→酸腐蚀→冷水洗→预镀铜→回收→冷水洗→镀酸性光亮铜→回收→冷水洗→活化→冷水洗→镀光亮镍→回收→冷水洗→活化→冷水洗→镀Cu-Zn仿金→回收→冷水洗→钝化→回收→冷水洗→热水洗→干燥→浸涂涂料→烘干→下挂具→包装入库
2.6生产节拍
T=FK×60/A=5543×80%×60/10200000=0.026min/件
T—生产节拍时间（min/件，min/挂）；
F—设备年时基数（h）；
K—负荷的不均衡因数（设备利用系数）目前在我国一般为80%—90%，在发达国家一般大于90%，本车间区80%
A—年纲领（台/a，挂具/a）
2.7主要工序时间计算
T=（60×ρ×d）/（c×Jk×ηk）（min）
T——电镀时间（min）；
P——镀层金属密度（g/cm3）；
d——镀层厚度（μm）；
c——电化当量（g/A•h）；
Jk——阴极电流密度（A/dm2）；
ηk——阴极电流效率（%）。
已知镀层要求厚度为:
亮铜5μm；亮镍层2μm；仿金镀层2μm。
根据公式以及镀层厚度要求计算得到主要工序的电镀时间为：
氰化镀铜:
10min
镀亮铜:
t=（60×8.9×5）/（1.186×2×95）=12.5min
镀亮镍:
t=（60×8.9×2）/（1.095×2×95）=5.13min
仿金镀:
t=（60×8.5×2）/（1.196×1.5×70）=8min
钝化:
10min
由计算可知，工艺流程中，时间最长的工序为12.5分钟，采用每15分钟电镀一批零件，一小时电镀四批，每一批2挂，每挂225个零件。
2.8线速度
v=Ad/FK×60=173190×60×10-3/5543×85%=1.59（m/min）
式中：
v—输送机的计算速度（线速度）（m/min）
A—年纲领挂具数（挂/年）
d—挂钩之间的间距（mm）
F—设备年时基数（h）
K—设备利用系数（0.8～0.9）
2.9生产线的确定
（1）自动生产线的选择：
由于HEDP（羟基亚乙基二磷酸）仿金电镀的工艺成熟、稳定，各工艺过程的时间较为固定，所以在本工艺中采用直线吊车式电镀自动生产线。
（2）自动线吊车：
吊车采用双钩吊车，可以缩短吊车水平行走的空程时间。
吊车行走速度取15m/min，吊钩升降速度选取10m/min，制动方式选取直流能耗制动，主动轮与从动轮的轮距选用1.5m。
自动线上有三台吊车连续运行。
（3）自动线轨道：
轨道采用工字钢与轻型钢轨组合形式。
（4）自动线的控制系统：
该系统由手动控制系统及程序自动控制系统两部分组成，在调试、检修、事故处理及吊运阳极板时采用手动控制，进行其他工作时采用自动控制。
3挂具的设计
挂具是固定零件，连接电极，使电流均匀地传递到零件上而进行电镀的工具。
因此合理地选用挂具对保证镀层质量、提高生产效率、降低劳动强度有重要意义。
设计挂具的基本原则是：
有足够的机械强度和良好的导电性能；零件与挂具要接触牢固，装卸方便；此外还要力求质量小、体积小、坚固耐用、装载量适当。
3.1挂具的尺寸设计
镀件的重量：
一块镀件重量为148g；
镀件的表面积：
一块镀件表面积为88mm2；
挂具的长度：
L=690mm
挂具的宽度：
K=240mm
挂具的高度：
H=80mm；
3.2挂具材料的选择
挂具应选择资源丰富、成本较低、有足够的机械强度、导电性能好、不易腐蚀的材料。
常用的有钢、铜、黄铜、磷青铜、钛、不锈钢、铝及其合金等。
3.3挂具的结构
挂具的结构一般都由吊钩、提杆、主杆、支杆和挂钩五个部分组成。
3.3.1吊钩
吊钩是挂具与极棒的连接结构，电镀时由它传递电流到挂具和零件上，因此，必须采用导电性能好的材料制作，本车间采用黄铜。
吊钩和极棒应保持较大的接触面和良好的接触状态，以保证电流顺利通过。
3.3.2提杆、主杆、支杆
提杆：
位于主杆的上部并和主杆垂直，用焊接的方法与主杆相连接。
当挂具悬挂于镀槽时，提杆的位置应高出液面80mm左右。
主杆：
支撑整个挂具和所挂零件的质量，并通过主杆传递电流到各支杆和零件上。
主杆的材料一般选用φ6mm～φ8mm的黄铜棒。
支杆：
通常用焊接的方法固定在主杆上，工作时承受悬挂零件的质量，支杆的材料一般用φ4mm～φ6mm的黄铜棒。
3.3.3挂钩
挂钩在挂具上的分布密度要适当。
应使挂具上的零件绝大部分表面或重要表面能朝向阳极，并避免压叠现象。
本车间挂钩选用钢丝做挂钩。
一般中小型镀件之间间隔l5mm～30mm，杯状镀件的间隔一般为直径的1.5倍。
4镀槽种类的选择
1）热、冷水清洗槽
冷水清洗槽通常是由硬聚氯乙烯塑料板、聚丙烯硬板或碳钢板制成的，但酸浸蚀工序后的冷水槽因有酸液带入，宜采用硬聚氯乙烯塑料或其他耐酸材料制作。
热水清洗槽通常由钢槽体及蒸汽加热管组成，由于热水槽容易沉积水垢，设计时应把排水、溢水管径适当加大。
2）化学除油槽
化学除油槽由钢槽、蒸汽加热管及导电装置组成，溶液为碱性工作温度70～90℃。
3）酸浸蚀槽和酸性镀槽
由于浸蚀及抛光液使用硫酸，它的腐蚀性很强，必须要用耐腐蚀的材料制作槽体或衬里。
酸性槽采用小型的硬聚氯乙烯槽。
4）碱性镀槽（氰化镀铜）
碱性溶液对钢铁无腐蚀作用，如氰化镀铜等。
可以直接用钢板做槽体，但为了不污染镀液，保持镀液的清洁，常用聚氯乙烯板衬里槽。
需加热的镀液要安装蒸汽加热管。
5）光亮镀铜槽
镀铜槽根据溶液配方组成及工艺条件，为常温酸性镀槽，槽体用聚氯乙烯塑料板。
6）镀镍槽
镀镍槽根据溶液配方组成及工艺条件，选用酸性镀槽，槽体用聚氯乙烯塑料板，温度为45-60℃。
7）Cu-Zn合金镀槽
Cu-Zn合金镀槽根据溶液配方组成及工艺条件，选用酸性镀槽，槽体采用聚氯乙烯塑料板，温度为35-40℃。
8）钝化槽
钝化槽根据溶液配方组成及工艺条件，选用酸性镀槽，槽体采用聚氯乙烯塑料板，温度为30-40℃。
9）浸涂槽
为了防止仿金镀层变色，经仿金电镀的零件钝化处理后，还要涂覆一层透明的有机膜进行保护。
5槽体尺寸及个数的确定
5.1中心槽的选择
由生产工艺可知中心槽为Cu-Zn合金电镀槽；
5.2中心槽尺寸的计算
中心槽长度公式为L=nL1+（n-1）L2+2L3
式中L—槽子的长度（mm）
n—沿槽长方向的挂具数
L1—沿槽长方向挂具的宽度
L2—沿槽长方向挂具间的距离（30mm～100mm）
L3—挂具边缘至槽壁的距离（80mm～100mm）
如果再采用阴极移动，再加阴极移动的行程40mm～140mm
n=10L1=240mmL2=30mmL3=80mm
根据公式得到L=2830mm取3000mm
中心槽宽度公式为b=nk×b1+2nk×b2+（nk+1）δ+2b3
式中b—槽子宽度（mm）
nk—挂具或阴极列数
b1—沿槽宽方向的挂具宽度（mm）
b2—挂具边缘至阳极表面的距离（150mm～250mm）
b3—阳极背面至槽壁的距离（30mm～50mm）
δ—阳极或阳极篮的厚度（mm）
nk=2b1=80mmb2=150mmb3=30mmδ=10mm
根据公式得b=2×80+2×2×150+（2+1）×10+2×30=650mm取1000mm
中心槽高度公式为h=h1+h2+h3+h4
式中h—槽子高度（mm）
h1—挂具工作部位的高度（mm）
h2—挂具下端距槽底的高度（100mm～200mm）
h3—挂具上端距液面的高度（80mm～150mm）
h4—液面至槽沿的距离（100mm～150mm）
根据公式得到h=600+100+80+100=880mm取1000mm
5.3镀槽数量计算
n=P·（1+a）·t·k1/60·Y·T
式中：
n—镀槽数量
P—年生产总量
t—每次电镀所需时间（min），包括出入槽所需的辅助
时间（3min~5min内）
a—返修率（5%）
T—设备的年时基数（h）
k1—应扣除的时间系数
注：
一班制k1=1.06~1.10
两班制k1=1.03~1.05
三班制k1=1.02~1.04
Y—设备的平均负荷量（m2）
表8.3槽体尺寸
槽体名称
尺寸
个数
备注
冷水槽
热水槽
浸蚀槽
化学除油槽
预镀铜槽
镀亮铜槽
活化槽
镀亮镍槽
镀Cu-Zn槽
钝化槽
浸涂槽
回收槽
3000×1000×1000
3000×1000×1000
3000×1000×1000
3000×1000×1000
3000×1000×1000
3000×1000×1000
3000×1000×1000
3000×1000×1000
3000×1000×1000
3000×1000×1000
3000×1000×1000
3000×1000×1000
9
2
1
1
1
1
2
1
1
1
1
5
由于仿金镀层在大气中容易变色或泛点，所以在镀后仿金层必须进行钝化处理并涂覆一层透明的有机膜进行保护，因此使用了钝化槽和浸涂槽。
6材料动力（水、电、蒸汽、压缩空气等）消耗
6.1水量消耗及计算
6.1.1给水的要求
工艺用水，包括配制镀液、调整槽液及溶液蒸发补充水，水质要求较高，有时应用去离子水（纯水）。
清洗零件用水，可用自来水和质量较好的井水。
设备冷却用水，可用井水或净化回收的水。
6.1.2排水
根据废水的特征按质分流排水、便于回收或单独处理。
不进行回收和单独处理的，可混合排放。
应注意节约用水，自动线上浸、淋、漂、喷洗尽量采用逆流清洗方法；设备冷却水或加热用水尽量回用。
6.1.3用水量的计算
1）清洗槽用水量的计算
小时用水量和最大小时用量可按下面简单方法计算：
小时用水量=槽体有效容积×小时换水次数（m3/h）
最大小时用水量=槽体有效容积×（小时换水次数+1）（m3/h）。
即冷水槽小时用水量=2550×10-3×1=2.87m3/h
最大小时用水量=2550×10-3×（1+1）=5.1m3/h
平均小时用水量=（1×5.1+7×2.55）/8=2.36m3/h
热水槽小时用水量=2550×10-3×0.5=1.275m3/h
最大小时用水量=2550×10-3×（0.5+1）=3.825m3/h
平均小时用水量=（1×3.825+7×1.275）/8=1.59m3/h
2）车间用水总量计算
水量的总消耗量按下式计算：
Qavg=Q1K1（m3/h）
Qmax=Q2K2（m3/h）
式中Qavg——车间小时用水平均总量（m3/h）；
Qmax——车间小时用水最大总量（m3/h）；
Q1，Q2分别为各用水设备的小时用水平均及最大量（m3/h）；
K1——设备同时使用系数，采用0.7～0.9
K2——设备同时换水系数，采用0.8～0.9
Qavg=2.36×9+1.59×2=24.42（m3/h）
Qmax=5.1×9+3.825×2=53.55（m3/h）
6.2电的消耗
车间除照明用电和设备动力用电外，还有电加热装置用电。
照明用电按车间各工作间照明的最低照度估算。
标准设备用电量，按产品说明书表明的电容量计算，非标准设备按设备设计图纸上表明的电容量计算。
电加热装置用电，可根据热量计算结果换算。
电镀车间所用的直流电源大部分属于低压电源设备。
常用的直流发电机组、硅整流器及可控硅整流器等。
直流发电机组能供给稳定的直流电流，过载能力比整流装置大，输出电压稳定，电流波形平直，输出功率大；但由于直流电机组需要安装在单独的电源室，造成直流输电线路较长，线路上电量消耗较大，所以效率较低。
硅整流装置比直流发电机组轻便灵活，而且可以采用不同的线路和结构得到几种波形的直流电源，以满足不同镀种的要求。
防腐型硅整流装置可以放在镀槽槽边，便于采用单机单槽供电，直流输出线路短，损耗小，效率较高，但其过载能力差。
可控硅整流装置的体积比硅整流装置小，调压也比较方便，便于自动远距离调压。
1）额定电压
选用整流器的额定电压，切勿过高。
应略高于槽端最高电压与线路压降之和。
否则整流器效率不高，浪费电力。
2）额定电流
整流器的额定电流，应稍大于镀槽最大负荷时所需的电流。
如在产品系列中未能找到额定电流和电压都合适的产品，只能选较高额定电压的产品，而使额定电流应有相应余量。
否则对可控硅整流器元件会由于过载发热而损坏。
3）电流波形
可控硅整流器的电流波形随电压的调节而变化。
目前，生产量较大的镀锌、光亮铜、光亮镍、电解除油等都采用单相全波可控硅整流器，该设备用于焦磷酸盐镀铜，效果也很好。
由于镀铬电源要求电流波形连续平滑，采用三相半波的可控硅整流器，镀出来的铬镀层发黑，而且结合力也不好。
所以本车间采用硅整流器。
4）冲击电流
镀硬铬等镀种入槽开始电镀时，需通冲击电流。
一般镀硬铬的冲击电流值为正常电流值的1.5～2倍。
在选择整流器的额定电流时需考虑到这一要求。
6.3蒸汽消耗
6.3.1加热过程蒸汽消耗量计算
Q=[V·ρ·c·﹙t2-t1﹚/t﹢V·q]β
所用蒸汽量为：
G=Q/γ（kg/h）
式中Q——镀液升温所需要的热量（4.168kJ/h）
V——槽液容积（L）
ρ——溶液密度（kg/L）
c——溶液比热容（4.168kJ/kg·℃），（水及水溶液ρc=1）
t1——镀液初始温度（室温）
t2——镀液工作温度（℃）
q——单位体积水溶液加热过程中平均消耗量（4.168kJ/L·h）
t——升温时间（h）
β——热量损失系数，槽子有保温层时β=1.1～1.15，无保温层时β=1.15～1.3。
G——蒸汽消耗量（kg/h）
Q——镀液加热或热水槽工作时所需的热量（kJ/h）
γ——蒸汽的潜热，
当电镀车间蒸汽压力p=0.3MPa时，γ=2164kJ/kg
p=0.2MPa时，γ=2135kJ/kg
化学除油：
Q=[2550×（80-25）/1.5+2550×10.5]×1.15=138316.25kJ/h
G=138316.25/2164=63.9kg/h
热水槽Q=[2550×（80-25）/1.5+2550×10.5]×1.15=138316.25kJ/h
（2个）G=138316.25/2164=63.9kg/h
酸浸蚀：
Q=[2550×（60-25）/1.5+2550×5.5]×1.15=84553.75kJ/h
G=84553.75/2164=39.1kg/h
氰化镀铜：
Q=[2550×（30-25）/1.5+2550×1]×1.15=12707.5J/h
G=12707.5/2164=5.87kg/h
镀光亮镍：
Q=[2550×（55-25）/1.5+2550×4.5]×1.15=71846.25kJ/h
G=71846.25/2164=33.2kg/h
镀仿金：
Q=[2550×（35-25）/1.5+2550×1.4]×1.15=23655.5kJ/h
G=23655.5/2164=10.9kg/h
总蒸汽消耗量：
G=63.9+63.9×2+39.1+5.87+33.2+10.9=280.77kg/h
6.3.2保温时蒸汽消耗量计算
Q1=V·q1+Wc1（t2-t1）β（kJ/h）
G1=Q1/γ（kg/h）
式中Q1——溶液槽保温时的耗热量；
G1——溶液槽保温时的蒸汽消耗量；
q1——单位体积溶液及水保温时耗热量；
W——单位时间内放进槽内的零件质量（kg/h）；
c1——零件的比热容；
t1——放进槽内之前零件的温度；
t2——槽子工作温度；
β——加热损失系数。
化学除油：
Q1=2550×10.5+131.424×0.115（80-25）×1.2=27772.5kJ/h
G1=27772.5/2164=12.83kg/h
热水槽：
Q1=2550×10.5+131.424×0.115（80-25）×1.2=27772.5kJ/h
（2个）G
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