Технологічні розрахунки

3. ТЕХНОЛОГІЧНІ РОЗРАХУНКИ

3.1.Виробнича програма і режим роботи 

     

1. Визначення  дійсного фонду часу роботи обладнання цеху

     Номінальний річний фонд часу роботи обладнання Т_н при перервному виробництві розраховують за формулою:

     

  (3.1.)

     де  Т_р - кількість календарних днів у році (365); Т_в  - кількість вихідних днів у році (104); Т_св – кількість святкових днів у році (10); Т_{роб год} – кількість робочих годин за тиждень (40); Т_{роб дн} – кількість робочих  днів за тиждень (5); Т_{передсв} – тривалість робочого дня у передсвяткові дні (6); К – кількість змін, (2).

     

год.

     Дійсний річний фонд часу роботи обладнання Т_д (год) визначають, виходячи із Т_н з урахуванням загальних річних витрат часу на неминучі простої обладнання (К_пр)

               

.                           _(3.2.)

     При роботі неавтоматизованого, немеханізованого обладнання і стаціонарних ванн загальні витрати часу на простої обладнання, яке працює в у дві зміни складає 3 % від Т_н. Отже

     

год   
 
 
 
 
 
 

     3.1.2. Визначення виробничої програми цеху(дільниці)

     Для визначення річної виробничої програми Р_р річне виробниче завдання Р_з необхідно збільшити на величину виправного браку виробів, який складає 7% оскільки нанесення цинкового покриття проводять в ванні з барабаном:

                    

.                     _(3.3.)

     

м²/рік

     Добова  виробнича програма Р_доб складає:

                          

                               (3.4.)

     де  Т_доб – кількість робочих діб у календарному році, Тдоб=365-104-10=251 діб

            

м²/добу                  

     Годинна виробнича програма Р_г :

                               

                                 (3.5.)

     

 м²/год 
 

     

2. Вибір та розрахунки обладнання

 
     

1. Будова  гальванічних ванн та їх вибір у залежності від особливостей технологічного процесу.

     Основним  обладнанням для нанесення електрохімічних  покриттів є гальва-нічна ванна. Деталі із попередньо підготовленою поверхнею закріплюють на спеціальний завантажувальний пристрій і занурюють в електроліт гальванічної ванни таким чином, щоб аноди розташовувалися з обох боків завантажувального пристрою на рівній відстані. Для дрібних деталей як завантажувальний пристрій використовують барабанні електролізери або занурювальні дзвони, в яких деталі обробляються насипом.

       Гальванічна ванна являє собою зварну прямокутну ємність із листової сталі, яка має у верхній частині бортовідсмоктувачі  у вигляді сталевого кутника. Бортовідсмоктувач надає ванні необхідну жорсткість і використовується для закріплення на ній різної оснастки. Ванни великих розмірів зовні корпуса мають ребра жорсткості.

     Для захисту від агресивної дії електроліту  корпус ванни усередині футерують такими матеріалами як вініпласт, пластикат, поліпропілен, гума, свинець та ін. Для захисту від корозії зовні ванну фарбують. У деяких випадках, для агресивних розчинів, ванни виготовляють із корозійностійких  сталей, титанових сплавів або пластмас. Такі ванни використовують без футеровки. У нижній частині ванни обладнують зливним штуцером, у бік якого дно має нахил.

     Ванни, які живляться електричним струмом, встановлюють на опорних електроізоляторах, а інші ванни – на металевих підставках.

     Стаціонарні ванни, в яких використовують розчини  із шкідливими випаровуваннями, обладнують двосторонніми секційними відсмоктувачами із шиберними затворами. Кількість витяжних секцій приймають із такого розрахунку: одна секція на 0,7...0,8 м довжини ванни.

       Електричний струм до деталей та анодів у ванні підводиться за допомогою мідних або латунних штанг, які установлюють на бортах у спеціальних електроізоляторах. Штанги мають круглий або прямокутний переріз. У залежності від кількості катодних штанг гальванічні ванни поділяються на однопозиційні – одна катодна штанга і дві анодні; двопозиційні – дві катодні штанги і три анодні та багатопозиційні. У промисловості найбільш широко застосовуються однопозиційні ванни. До катодних і анодних штанг електричний струм від випрямних агрегатів підводиться за допомогою плоских мідних або алюмінієвих шин.

     Ванни для нанесення гальванічних покриттів  обладнують анодами, які в залежності від процесу можуть бути розчинними або  нерозчинними. Частіше застосовують розчинні аноди у вигляді пластин, розміри яких обумовлені стандартами (за необхідності пластини необхідних розмірів нарізають безпосередньо в цеху). З метою збільшення робочої поверхні анодам надають більш складну форму: еліпсоїдну, овальну, кулясту або у вигляді пластинок мм для нікелювання та міднення.

     Для завішування анодів на анодну штангу використовують спеціальні анодні тримачі  та контактні гачки. Вони виготовляються з міді, мають достатню площу контакту з анодною штангою і не повинні занурюватись в електроліт. Аноди у вигляді пластинок, кульок і залишки пластинчастих анодів завантажують у контейнери із титанової сітки.

     Для попередження попадання анодного шламу  в електроліт аноди розміщують у  захисні чохли. Такі чохли виготовляють з льняного полотна, склотканини, хлоринової та поліпропіленової тканин.

     При нанесенні гальванічних покриттів  на дрібні деталі як завантажувальні  пристрої використовуються барабанні  електролізери, у яких деталі оброблюються насипом. Вони використовуються як у складі автоматичних гальванічних ліній, так і як переносні пристрої в дрібносерійному  виробництві.

     Барабан являє собою шестигранну зварну або збірну призму, виготовлену із неметалевого кислотолугостійкого  матеріалу (наприклад, поліпропілену), яка закріплена на несучій рамі за допомогою підшипників ковзання і може здійснювати обертальний рух. Усі бокові грані барабана перфоровані. Перфорація необхідна для постійного оновлення електроліту усередині барабана та зменшення падіння напруги. Із збільшенням відношення площі отворів до площі поверхні бокової грані (ступеня перфорації) умови електролізу покращуються. Найбільш широко застосовують перфорацію з діаметром отворів 3...8 мм і міжцентровими відстанями 6...14 мм, ступінь перфорації барабанів складає 25...50%.

     На  торцевій стінці барабана є зубчасте колесо, виготовлене з того ж матеріалу, що й барабан. На несучій рамі змонтовані електродвигун з редуктором, який через зубчасте колесо обертає барабан, і струмознімальні контакти, що контактують із катодною штангою. Завантаження і вивантаження деталей з барабана здійснюють поза межами електролітичної ванни через одну із граней, яка є знімною.

     Електричний струм до деталей підводиться  за допомогою гнучких ізольованих  струмопроводів, які проходять через  осьові отвори в торцевих стінках  барабана. На кінцях струмопроводів змонтовані зйомні контакти, які контактують з деталями в барабані.

     Аноди у ванні підвішуються до штанг, які  розташовані зовні барабана. Для  зменшення міжелектродної відстані рекомендується використовувати аноди, вигнуті півколом навколо барабана.

     У стаціонарній гальванічній ванні барабанний електролізер підвішується до катодної штанги, а у ваннах автоматичної лінії – розташовується на спеціальних  опорах на бортах ванни.

     Барабанні електролізери виготовляють із вініпласту, текстоліту, оргскла та інших пластмас. Останнім часом для серійного  виготовлення барабанів використовують поліпропілен.

       Розміри гальванічних ванн, які  випускаються серійно, стандартизовані.  

     

2. Вибір ванн для автоматичної лінії та визначення величини одноразового завантаження

           В гальванічному  цеху для нанесення цинкового покриття  на дрібні деталі при малій програмі випуску застосовують ванни з барабанами.

           Тривалість обробки  однієї завантажувальної одиниці ( барабана з деталями) t складається із двох величин:

                       

,                           _(3.6.)

     де  - технологічний час (час обробки деталей у ванні) знаходять за формулою:

               

,                  _(3.7.)

     де  δ_п – товщина  цинкового покриття, мкм ( δ_п =12 мкм); d_м – густина цинкового покриття, 7,14 г/см³; В_с – катодний вихід за струмом (для цинку складає 0,97); К_е – електрохімічний еквівалент, 1,22 г/А^.год;  i_к – середня катодна густина струму, 2 А/дм².

     

хв.

     При нанесенні гальванічних покриттів  у барабанних електролізерах розрахований технологічний час (τ_m) необхідно збільшити на 15% у зв’язку з механічним стиранням покриття і нерівномірністю пересипу деталей при електролізі.

                

                      (3.8.)

     

хв. 

           Величину τ_об - часу обслуговування, необхідного для завантаження деталей у ванну та їх вивантаження, для розрахунків приймають 1,02 хвилини. Таким чином:

     

 хв.

          Сумарний час обробки всіх завантажень:

              τ_с =

,                         (3.9.)

     К_об для роботи  у дві зміни – 1,04.

     τ_с =

= 25557,31 год;

     Кількість одночасних завантажень всіх ванн:

       Р_п =

= = 6,58 м².            _(3.10.) 
 

     Попередньо  вибираємо барабан, величина завантаження якого становить 35 кг, а маса однієї деталі 0,0187 кг і відома площа однієї деталі, то можна розрахувати значення разового завантаження однієї ванни в м²:

     P =

=2,06 м².

     Розраховуємо  кількість ванн:

        n_в = = = 3,20 4 (округлюємо у бік збільшення)  (3.11.)           

     Таким чином приймаємо 4 ванни.

     Річна продуктивність ванни:

     Р_річ.в= Р

n_в= 1,89 4 = 65152,66 м²/рік

     Коефіцієнт  завантаження устаткування:

       

                                           _(3.12.)                          

3. Визначаємо кількість установок  та їхні габаритні розміри

     Вихідними даними для розрахунків є величина маси одноразового завантаження деталей G, кг та внутрішня довжина барабана l_б. Для розрахунку внутрішнього (Д_вн) і зовнішнього (Д_зов) діаметрів барабана визначають насипний об’єм деталей V_нас:

     

,    _(3.13.)

     де d_дет – густина металу деталі,  7860 кг/м³;

     

м³ 
 
 
 
 
 

      Потім розраховують розмір сторони  шестигранника а:

                    

.                          _(3.14.)

     Величину l_б  приймаємо рівною 0,7 м.

                                          

     Розміри барабана пов’язані з величиною  сторони шестикутника (а) формулами: