（材料加工工程专业论文）丝网印刷法制备镍扣极板工艺研究及极板生产线的初步设计.pdf

硕十学位论文 摘要 镍扣是精密电镀行业不可缺少的原料，但由于所采用的镍扣极板存在着很多问题， 无法实现电解镍扣的规模化生产，本文提出用丝网印刷技术制备镍扣极板的工艺，来解 决镍扣的生产问题。 经过大量的实验室试验表明，用丝网印刷技术在不锈钢基板上印刷耐蚀绝缘涂料 来制备镍扣极板绝缘层完全现实可行，解决了传统工艺不能解决的问题，取得了很好的 效果。通过对正交试验结果的分析，确定了丝网印刷试验的最佳工艺条件，得出了较佳 的固化工艺参数；采用8 0 目网板按照此工艺参数进行套印三遍，使绝缘层厚度可达到 2 6 0 甜m 左右，漏电点较少；对油墨体系进行了改善，制备的绝缘层具有较好的镍扣电解 生产适应性；并找到了极板处理的最佳方式。通过半工业试验表明，用丝网印刷技术在 不锈钢基板上印刷耐蚀绝缘涂料来制备镍扣极板能生产出合格的镍扣；对各种试验结果 的分析，得出了本文丝网印刷极板相较于其他类极板的优势，进一步完善了制板工艺， 此种工艺可以用于大规模的工业化生产。 本文以满足实际生产需要为出发点，综合运用了机械设计、c a d 技术、s 0 1 i d w o r k s 技术以及一些应用软件的理论知识，阐述了生产线设计的初步方案，提出了两种方案供 选择，最终从实际生产效率和投资角度确定方案一为本生产线方案。 利用s 0 1 i d w o r k s 软件对设备中的零部件进行建模，对所建的零件和子装配体进行 总体结构的虚拟装配，检查设备在装配上是否发生了干涉，并不断修正设计中的错误。 虚拟装配完成后，利用s o l i d w o r k s 中的a n i m a t o r 插件对装配体进行动画演示，检查设 备各运动部件的空间位置以及各运动部件之间的协调情况。然后利用s o l i d w o r k s 中的 应力分析插件c o s m o s x p r e s s 对设备中的主要零部件进行应力分析，来预测零部件的受 力和变形情况，根据预测结果优化原始设计的尺寸，确定最终的零部件尺寸。 关键词：丝网印刷：镍扣阴极板；绝缘层：固化：s 0 1 i d w o r k s ；生产线 a b s t r a c t n i c k e lb u c k l e si sa ni 1 1 d i s p e n s a b l er a wm a t e r i a li 1 1p r e c i s i o ne l e c 仃o p l a t i i 冯i n d u s t r y ， b u tt l l e1 1 i c k e lb u c l ( 1 e sc a t h o d ep l a t eu s e dh a sal o to fp r o b l e r i l s ，w t l i c hm a l ( et l l em a l s s p r o d u c t i o no fe l e c o l y t i c1 1 i c k e lb u c k l e si m p o s s i b l e t os o l v et h ep r o b l e mo fp r o d u c t i o no f i l i c k e lb u c l 【l e s ，m a n u f a c t u r i n gn i c k e lb u c k l e sc a m o d ep l a t e 谢t hs c r e e np r i n t i n gi sp r e s e n t e d i nt 址sa r t i c l e p l e n 够o fl a b o r a t o 巧t e s t ss h o w e dm a t ，i ti sc o m p l e t e l yp r a c t i c a la n df e a s i b l et op r e p a r e i n s u l a t i n gl a y e ro fn j c k e lb u c l d en u 曲s c r e e n 研n t i n gt e c h l l i q u e ，w h i c hi t s o l v et h e d i f ! e l c u h i s ei nt m d i t i o n a lp r o c e s s ，a n dh a sg o o de 虢c t s b ya n a l y s i n gm er e s u l t so fo n h o g o n a l t e s t ，t h eo p t i 而z e dp r o c e s s m gc o n d i t i o n sf o rm a l l u f a c t u r i n gt h ei n s u l a t i o nl a y e ro f1 1 i c k e l b u c k l e sc a t h o d ep l a t ew i t hs i l ks c r e e np r i n t i n gt e c h n o l o g y 、v e r ec o n f i m e d ， a n dc o m et oa b e t t e rs o l i d i f i c a t i o np r o c e s sp a r a m e t e r s ；u s e d8 0m e s hs c r e e ni na c c o r d a n c ew i t l lt 1 1 e p a r 锄e t e r ss e tf o rm i sp r o c e s st ：i l r e et i r n e s ，s ot h a tt h et h i c k n e s so ft 1 1 ei n s u l a t i o nl a y e rc a n r e a c ha b o u t2 6 0 甜聊，l e s sl e a k a g ep o i n t s ；i m p r o 】r e dt h ei 1 1 l ( s y s t e m t og e tab a 舰ri n s u l a t i o n l a y e rp r o d u c t i o na d a p ta _ b i l i t ) r ；a i l df o u n dm eb e s tw a yt od e a lw i t ht h ec a t h o d ep l a t e t h e s e 血i n d u s t r i a lt e s t ss h o 、e dt h a tm es c r e e np r i n t i n gt e c l l n i q u ep r e p a u r e dn i c k e lb u c l 【l e s c a t h o d ep l a t ec a np r o d u c eq u a l i f i e di l i c k e lb u c k l e s ；a n a l y z e da 1 1t h er e s u l t s ，i nt h i sp a p e r 也e s c r e e np r i n t e dp l a t e sh a ss o m ea d v a n t a g e sc o m p a r e dw i t l lo t h e rt y p e sc a t h o d ep l a t e s ，t h e t e c h n o l o g ) ，c a l lb eu s e df o rl a 唱e s c a l ei n d u s t r i a lp r o d u c t i o n t br e g a mm e e t 廿1 er e q u i r e m e m so fp r a c t i c a lp r o d u c t i o na st h es t a r t i n gp o i n t ，i nm e i n t e g r a t i v e 印p l i c a t i o no f m e c h a m c a jd e s i g n 、c a d 、s o l i d w o r k sa n dt h e o r e t i c a lk n o w l e d g e o f s o i i l e 印p l i c a t i o ns o 佥w a r e s ，“sa n i c l ep r e s e n t sa ni i l i t i a lp r o g r 锄o ft 1 1 ed e s i g no ft 1 1 e p r o d u c t i o nl i n ep u t s f o r v 陋r dt 、v 0o p t i o n sf o rs e l e c t i o 玛a n d 丘o map r a c t i c a lp o i r l to f p r o d u c t i o ne f f i c i e n c y a n di n v e s t m e n tp r o g r 锄st od e t e r m i n eo n ep r o g r a m - b a s e da s p r o d l l c t i o nl i r l e t h e nu s et l l eb u i l d i n gm o d e ls o 觚a r e ，n a m e l ys o l i d w 6 r k s ，t 0b u i l de v e 巧p a r to f 也e e q u i p m e n ti nt h ec o m p u t e r ，t h e n 听r t u a la s s e m b l em eg e n e r a la r c h i t e c t u r ei nt h ec o m p u t e r ，n o t 0 1 1 l yt 0c h e c ka n dj u d g ew h e t h e ro rn o th 孙，et h ei n t e r f e r e n c e s ，b u ta l s oc a nr e v i s et l l e m i s t a k e smo nt h ec o u r s eo fd e s i g l l i n ga n da s s e i l 】【b l m gt h ee q u i p m e n t a r e rt h a t ，a s s e m b l y a n i m a t i o nd e m o n s 订a t i o ni si i i l p l e m e n t e db yu s i n gm ep l u g - i na n i m a t o ri ns o l i d w 6 r k st 0 e x 锄i n es p a t i a lp o s i t i o n sa n dt l l ei m e r f e r e n c es i t u a t i o nb e t 、v e e nt l l em o v e a b l ec o m p o n e n t s m o r e o v e r ，s 仃e s sa n a l y s i so ft h em a i l lp a r t si sd o n eb yt 1 1 e s t i e s sa n a l y s i ss o r 、w i r o f c o s m o s x p r e s s ，mo r d e r t of o r e c a s tt h e1 0 a d i n gc o n d i t i o na n dd e f o m a t i o ns t a t eo f a l lp a r t s i i b a s e d 也a t ，t h es i z e so fo r i g i n a ld e s i g i la r eo p t i m i z e da i l dt h ef i n a ls i z e sa r ed e t e m i i l e d a n d t h e n ，t h ee x i s t i i l gp r o b l e m sw h i c h o c c u r r e di nt t l ep r o c e s so f i i l s t a l l a t i o na i l dd e b u g g i n ga r e c o n d u c t e dd e t a i l e da n a l y s i sa n ds o l v e d s o m ep r o b l e m sa r ed e t a i l e dd i s c u s s i o ns u c ha sb a d s h 印eo fr e c t a n g u l 册血g 、i r r e g u l a rf o 衄i n g a n dw e l d i n go f 仃i a n g l e - r i i l g 、 u n s a t i s f i e ds h 印e r e q u i r e m e n to ft m s se n d t h e ns o l u t i o n sa r ep r o p o s e d t i e c l l o l o g ys p e c i f i c a t i o no f 。e v e d ， w e l d i n gp o i n ti sd e t e n 血n e db ym u l t i g r o u pa 1 1 dd i 廊r e ms p e c i f i c a t i o n so f s t e e lb a ro fm a n y e x p e m e n t e dd a 协t h eo p t i m u mi so b t a i n e d a f b rm ee q u i p i i l e n ti s i n s t a l l e da n da d j u s t e d ， p a u s s i n gm r o u 曲ap e r i o do f 叩e r a t i o nt 0s h o w t h a tm el i n ei sr e l i a b l eo p e r a t i o n ，h i 曲a c c u r a c y 9 0 0 df o n i l i n ga n dt l l er e q u i r e m e n to f t 1 1 ep r a c t i c a lp r o d u c t i o ni ss a t i s f i e da n dt h ep r o d u c t i o n e m c i e n c yo ft m s si si n c r e a s e d k e yw o r d s ： s c r e e np r i n t i n g ；n i c k e ib u c i d e sc a t h o d ep i a t e ；i n s u i a t i o nl a y e r ；s o l i d i f y ； s o h d w o r k s ；p r o d u c t i o nl i n e u l 丝网印刷法制备镍扣极板工艺研究及极板牛产线的初步设计 附表索引 表2 1 丝网印刷试验各因素水平表1 1 表2 2 正交试验结果表1 2 表2 3 印刷最佳工艺条件表1 2 表2 4 固化工艺试验各因素水平表1 3 表2 。5 固化工艺正交试验结果及分析1 4 表2 6 印刷厚度对比表1 8 表2 7 正交试验l 9 ( 3 3 ) 的影响因素与水平2 0 表2 8 丝网印刷制备的镍扣极板最佳工艺条件2 7 表3 1 三种极板产出镍扣物理外观质量统计表3 2 表3 2 三种极板产出镍扣的单个重量与i n c o 镍扣的对比3 3 表3 3 试验中三种极板产出镍扣单板重量的对比3 3 表3 4 试验中三种极板产出镍扣单槽重量的对比3 3 表3 5 三种极板产出镍扣的密度与i n c 0 镍扣的对比3 4 表3 6 三种极板镍扣的脱扣力度典型数据3 4 表3 7 三种镍扣极板的单位成本核算表3 5 表3 8 丝网印刷极板烘烤温度条件表3 6 表3 9 不同极板制作条件下的漏电点情况统计3 7 幺幺网印刷法制备镍扣极板工艺研究及极板牛产线的初步设计 插图索引 图1 1 传统的现实设计制造过程3 图1 2 虚拟的设计制造过程4 图2 1 丝网印刷法制备镍扣极板工艺的技术路线7 图2 2 丝网印刷原理图8 图2 3 制备好的镍扣极板9 图2 4 印刷操作间温度对极板绝缘层性能的影响9 图2 5 刮墨刀角度对极板绝缘层性能的影响l o 图2 6 刮墨刀速度对极板绝缘层性能的影响1 0 图2 7 网距对极板绝缘层性能的影响儿 图2 8 正交试验的各因子效应曲线图1 5 图2 9 不同固化温度条件下的s e m 图1 6 图2 1 0 油墨绝缘层表面金相照片1 7 图2 1 l 漏电点数与墨层厚度的关系1 8 图2 1 2 油墨层厚度和剥扣力度关系1 9 图2 1 3 部分绝缘层脱落造成漏电的镍扣极板1 9 图2 1 4 流平剂用量对极板质量的影响2 1 图2 1 5 固化剂用量，固化时间m i n 对极板质量的影响2 1 图2 1 6 触变剂用量与油墨粘度和漏电点的关系2 1 图2 1 7 不同固化温度下渗透率和时间的关系2 3 图2 1 8 极板绝缘墨层脱除工艺流程2 4 图3 1 镍扣半工业试验原则工艺流程图3 0 图3 2 镍扣粘连油墨造成镍扣周围漏电图3 8 图3 3 温度过高时绝缘层大块的脱落3 8 图3 4 1 5 m m 镍扣生长局部3 8 图3 5 中1 0 姗镍扣生长局部3 8 图4 1 极板准备阶段生产流程图4 1 图4 2 脱墨设备机构图4 2 图4 3 水平转移机构图4 3 图4 4 翻转机构图4 3 图4 5 极板准备工段机构立体示意图4 4 图4 6 极板印刷烘干阶段生产流程入图4 5 图4 7 预定位方式4 6 硕士学位论文 图4 8 精定位方式4 7 图4 9 半闭合式印刷流水生产线装配图4 8 图4 1 0 极板印刷烘干立体示意图4 8 图4 1 1 极板印刷烘干阶段生产流程入图5 0 图4 1 2 全闭合式印刷流水生产线装配图5 1 图4 1 3 方案二印刷烘干立体示意图5 2 图5 1s o l i d w o r k s 2 0 0 6 操作界面5 4 图5 2 脱墨设备的三维立体模型5 6 图5 3 初始模型干涉检查结果5 7 图5 4 修正后模型的干涉检查结果5 7 图5 5 生产线总体装配图5 8 图5 6a n i m a t o r 的主要操作界面5 9 图5 7 极板处理工段装配图动画演示瞬间画面6 0 图5 8c o s m o s x p r e s s 设计分析向导操作界面6 0 图5 9 三维零件模型的应力分析流程图6 1 图5 1 0 滚子链结构6 2 图5 1 1 铜棒从托钩转移到些传动链上的立体模拟图6 3 图5 1 2 外链板改造前后对比6 3 图5 1 3 划分精细度对分析结果的影响6 5 图5 1 4 外链板应力分析结果表格示意图6 5 图5 1 5 外链板的应力分布图6 6 图5 1 6 外链板受力后的位移分析结果表格示意图6 6 图5 1 7 外链板受力后的位移分布图6 7 图5 1 8 外链板设计检查最终结果示意图6 7 图5 1 9 外链板的二维平面图6 8 v 兰州理工大学学位论文原创性声明和使用授权说明 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 名：易白t 蓟 日期：卅年厂月乙7 日 i| 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许 论文被查阅和借阅。本人授权兰州理工大学可以将本学位论文的全部或部 分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段 保存和汇编本学位论文。同时授权中国科学技术信息研究所将本学位论文 收录到中国学位论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服 务。 作者签名： 导师签名： 日期：御年 日期：沙锋 ) 月77 曰 j7 月17 日 r 易叭厂y 纠彳 露易 硕+ 学位论文 第1 章绪论 1 1 镍扣及其极板的生产现状概述 镍扣是镍的高附加值延伸产品，科技含量高，在国外被广泛运用于国防科技、 精细化电镀行业。镍扣是精密电镀行业不可缺少的的原料，同电解镍块相比，具 有活性好、溶解速度快、残极率低、不易产生搭桥现象等优点，随着我国电镀工 业的迅速发展，镍扣的需求将不断增加，因此镍扣有很好的市场前景。金川集 团公司经过多年的科技攻关，目前已经完全掌握了硫化镍可溶阳极电解工艺生产 含硫和不含硫镍扣的工艺技术，并成功产出了合格的电解镍扣心。同时镍扣主要 用在非钢领域，镍扣的生产对于调整金j i l 公司的产品结构、增加产品的市场份额、 增强抵御市场风险的能力都有着非常重要的意义。 生产镍扣的关键工艺是尽快研制开发出成本低、生产效率高的镍扣极板，从 而才有可能进行大规模的工业化生产。但是目前用电解方法生产镍扣的极板长期 以来存在下述三个问题： 1 ) 变形比较厉害、修复率较高使得生产成本无法控制，且种板使用寿命超 不过l5 次； 2 ) 极板绝缘层包覆不好，容易造成镍扣连片生长成废品； 3 ) 镍扣不易脱扣，直接影响到连续自动化生产的实现，成为镍扣产量提高 的瓶颈。 因此找到一种合适的极板成为关键因素。目前国内对镍扣生产的研究也主要 集中在金川集团公司，为开发镍扣产品，金川公司与全国各科研院所、大专院校， 针对镍扣极板进行联合攻关，在2 0 0 5 年开展了有陕西宝鸡永联、精炼厂、上海 某公司及浙江三友公司制作的镍扣极板试验，并推荐浙江三友公司的永久极板作 为试验的极板；精炼厂的贴膜极板也做了大量准备工作，具备了扩大试验条件； 在与此同时我们兰州理工大学受金j i l 集团公司邀请也参加镍扣生产的研究，并根 据有限的国内外资料提出了用丝网印刷法制备镍扣极板工艺及相关的生产线设 备，这也正是本课题的背景。国际上工业化生产镍扣的极板主要有两种形式：一 种是鹰桥公司克里斯蒂安松精炼厂为代表的永久性极板，其材质为不锈钢板复合 改性氟塑料或改性氯丁橡胶，寿命可达到一年以上；另一种为国际镍业公司汤普 逊精炼厂为代表的非永久性极板，采用丝网印刷技术，在不锈钢基板表面印刷一 层耐腐蚀的绝缘油墨，寿命为5 6 个电解周期。这种极板虽然寿命短，但由于采 用印刷技术，可实现大规模生产，并且生产成本低，因此可实现工业化应用，但 幺幺网印刷法制各镍扣极板工艺研究及极板牛产线的初步设计 需要在生产现场配置镍扣极板制作生产线阳1 。采用永久性极板，产生的工业废 物最低，符合环境保护的要求。可由于涉及到技术保密和国外的技术垄断，我们 国家对这一领域所知甚少，只好走自主研发的道路。 1 2 丝网印刷的发展及趋势 它最早起源于中国，距今已有2 0 0 0 多年的历史了。丝网印刷是中国的一大 发明，丝网印刷属于孔版印刷，与胶印、凸印、凹印一起被称为四大印刷方法h 1 。 其中丝网印刷方法因为有以下几点优点，所以在当今应用最广泛。 1 ) 墨层厚，覆盖力强 2 ) 可使用各种油墨印刷 3 ) 版面柔软、压印小 4 ) 承印物的形状和大小无限制 5 ) 耐光性强促进了世界人类物质文明的发展，在2 0 0 0 年后的今天，丝网印 刷技术不断发展完善，已成为人类生活中不可缺少的一部分。 6 ) 印刷方式灵活多样 最早，丝网印刷是在印染工艺中从使用绢网开始的，随后印染业取得了巨大 进展1 。大约在2 0 世纪，从美国归来的日本人引进了相同的印刷方法用以印刷 图形。二次世界大战后，工业上开始用丝网印制印刷电路，与此同时，开发了各 种机械和材料，从而使丝网印刷获得了飞速的发展。丝网印刷机也从手动式向半 自动式、全自动及自动化方向发展，印刷速度也大大提高7 1 。 今后丝网印刷技术的发展，应当摆脱过于简单的手工印刷方法，大量使用科 学手段，不断进行技术改造。丝网印刷的发展，扩大了应用领域，在纺织、陶瓷、 容器、标牌、广告等方面都有广泛的应用。6 0 年代后丝网印刷随着电子时代的 到来，进入了现代化阶段，应用领域已经进入了高科技的范畴一一厚膜超集成线 路和薄膜超导材料的印刷n 1 。近年来，随着工业技术的发展，由于各种新型材 料不断涌现，丝印已成为很多工业中不可缺少的一个环节，丝印材料和设备已经 有了一定的水平9 1 。 1 3 不锈钢板上的丝网印刷 在本文提出在不锈钢基板上印刷耐蚀绝缘油墨前，丝网印刷所能应用的领域只限 于前面所述。本文创造性提出的把丝网印刷技术应用到冶金领域，并且把不锈钢板作为 印刷的载体，可以说是一个大胆的尝试。由于丝网印刷技术本身就是一门很难掌握的稳 定的工业技术，还要在不锈钢板面实现印刷，难度比较大。首先就是研制满足丝网镂 印要求和满足镍扣极板绝缘层要求的丝网印刷油墨，设计适合镍扣绝缘层丝网印 2 硕士学位论文 刷的技术路线，选择并改造丝网印刷设备以及辅助设备等工作，同时由于本课题 的特殊要求，还要考虑到对极板表面的工业处理，比如板面不能有毛刺、油污和 大的变形，这些都将最终影响到印刷的质量，进而影响极板的质量“1 。 1 4 传统的样机设计和虚拟样机设计 在传统的设计与制造过程中，首先是概念设计和方案论证，然后进行产品设 计。在设计完成后，为了验证设计，通常要制造样机进行试验，有时这些试验甚 至是破坏性的。通过试验发现缺陷时，要重新修改设计并再用样机试验。只有通 过设计一试验一设计过程，产品才能达到要求的性能。这一过程是冗长的，尤其 对于结构复杂的系统，设计周期无法缩短，更不用谈对市场的灵活反应了u 们。 样机的单机制造增加了成本，在大多数情况下，设计者为了保证产品按时投放市 场而中断这一过程，使产品在上市时便有先天不足的缺点。在激烈的市场竞争下， 基于物理样机上的设计验证过程严重地制约了产品质量的提高、成本的降低和对 市场的占有率n 1 1 。 廿 酏 图1 1 传统的现实设计制造过程 如图1 1 所示，为传统的现实设计制造过程。它需要从设计一试制一评价一 制造反复循环，需要反复制造与试验物理样机( p h y s i c a lp r o t o t y p i n g ) ，从试 制阶段起就需要投入大量原料、人员、厂房、设备，时间长，成本高，效率低， 风险大n2 1 。 虚拟样机( v i r t u a lp r o t o t y p i n g ) 技术可使产品设计人员在各种虚拟环境 ( v i r t u a le n v i r o n m e n t ，v e ) 中真实地模拟产品整体的运动及受力情况，快速 分析多种设计方案，进行对于物理样机而言难以进行或根本无法进行的试验，直 到获得系统级的优化设计方案n 钉。 3 丝网印刷法制备镍扣极板工艺研究及极板乍产线的初步设计 图1 2 虚拟的设计制造过程 图1 2 所示为虚拟设计制造，它的设计一加工一装配一评价阶段都可以在虚 拟环境下进行，即所谓“数字样机( d i g i t a lp r o t o t y p i n g ) ”的反复设计一加工 一装配一评价，得到的和传输的是数据信息；在实际制造阶段才需要投入原料、 人员、厂房、设备，时间短，成本低，效率高，风险小，可以迅速对市场的需求 和产品的质量作出反应n 4 j 。 当虚拟样机用来代替物理样机验证设计时，不但可以缩短开发周期，而且设 计质量和效率也得到了提高。 本论文在虚拟样机设计过程中用到的主要软件是s 0 1 i d w o r k s 。先利用 s o l i d w o r k s 对设计方案进行立体建模，对各个主要的动作机构进行动画演示， 以便来考察设备中机构的相关位置和动作空间是否合理和匹配。利用 s o l id w o r k s 所做的工作使设计人员对设备具有了一定的理性认识，这为设计人 员的后续设计工作提供了很好的参考依据和设计准则； s 0 1 id w o r k s 能真实反应 设备的各个零部件的尺寸及相互间的装配关系，它将直接给设计人员提供最真实 的装配关系，对装配后的设备进行相关部件间的干涉检查，其中主要是对设备中 的零部件的相关尺寸和有关零部件的位置尺寸进行检查，对检查结果进行考察， 如果不存在干涉现象，就可以采用这种装配方式，并最终确定为物理样机的装配 依据；如果干涉检查的结果存在有关零部件间的干涉，就要对发生干涉的零部件 进行尺寸的重新修改，再进行虚拟装配，重复前步的干涉检查，直至最后的检查 结果满足要求为止。利用s o l i d w o r k s 对整个设计思想虚拟装配完成后，利用 s 0 1 i d w o r k s 里的a n i m a t o r 插件对所建模型进行实际动画演示，该插件能真实反 映整个设计的动作过程n6 | 。动画是一种传递设计思想，记录仿真的良好载体， 它的特点就是形象和直观。在某些场合下，例如产品的内部结构非常复杂，仅仅 依靠文字或者叙述往往不易讲解清楚，而使用动画就能免去这种麻烦，达到交流 的目的。本文在完成设备的虚拟装配后，利用s o l i d w o r k s 里的c o s m o s x p r e s s 插件对设备中的重要受力零部件进行应力分析，来预测受力零部件的变形情况， 进一步的来验证设备中的主要零部件是否满足设计要求n 。 4 硕士学位论文 1 5 本课题的研究内容、预期目标及意义 本课题主要包括两大部分的研究内容： 1 ) 通过实验室试验、半工业扩大性对比试验，确定丝网镂印技术制备镍扣 极板的最佳丝印工艺条件、固化工艺参数、极板处理等工艺参数；完善油墨体系 配，使其具有更好印刷适应性。确定丝网印刷技术制备镍扣极板较其他极板在工 艺性能及成本方面的优势。 2 ) 根据前期试验及其制备的极板实际情况，综合运用机械装备设计、c a d 技术、利用s 0 1id w o r k s 软件对生产线进行整体的装配，并且对生产线中的相 关设备件的位置进行干涉检查；利用s o l i d w o r k s 软件对所选定的方案进行虚 拟动画演示，来判定方案中动作的可行性，从而初步设计一条自动化程度、生 产效率较高的镍扣极板生产线。 本课题的目标是： 1 ) 打通用丝网镂印技术制备镍扣极板的各项工艺，生产出合格的能用于镍 扣电解生产的阴极极板。 2 ) 初步设计一条生产线，能够对镍扣极板进行印刷前处理准备，自动化印 刷和印刷后的固化工作，该极板可以用于工业化的镍扣生产，并可连续下槽 电解使用。 实用价值及意义： 用丝网镂印技术制备出的镍扣极板不但能生产出合格的镍扣又能解决传统 种板所带来的弊端，丰富了镍产品的产品线并且能带来可观的经济效益。 研发设计的镍扣阴极板生产线将从电解车间运回的旧阴极板，经过各级工序 重新制作成生产镍扣新的阴极极板，经检验合格后运送到电解车间进行电解生 产，循环使用，生产成本大大降低，从而实现镍扣工业化生产。 丝网印刷法制备镍扣极板工艺研究及极板乍产线的初步设计 第2 章丝网印刷法制备镍扣极板绝缘层工艺 2 1 丝网印刷法制备镍扣极板绝缘层工艺提出 2 1 1 工艺提出 镍扣是电解镍产品的一种，国际上已有成型产品销售，我国作为世界镍生产 大国，镍扣生产技术在镍都金川公司展开研究已多年，取得了初步的研究成果， 但技术不稳定、产品达不到国际标准，致使所取得的技术成果缺乏向大生产、工 程化转化的可行性“。在电解镍扣生产中最关键的技术是关于电解极板绝缘层 的制备，传统的极板及其绝缘层制备有在钛板表面贴膜、不锈钢板表面熔铸聚合 材料( 铸塑) 等方法，但实践证明，这些工艺都有生产上难以克服的缺陷。在钛 板上贴膜的方法存在极板下入生产槽不到一个周期后，极板的贴膜层便与极板有 不同程度的脱离造成溶液直接浸入，镍的生长粘连成片造成废品；铸塑的方法由 于不锈钢板表面的聚合材料与裸露的钢柱的膨胀系数不一样，所以在下入温度很 高的电解槽又经出槽并冷水冲洗后，造成极板很大程度的变形，这样就导致极板 表面厚度不均匀，容易长成废镍扣，并且此种极板一经损坏不可修复。由于这些 缺点，此种方法也逐渐被现实生产所抛弃1 ”。 人们对电解极板绝缘层的制备曾进行过多种尝试，目前其综合性能仍然不 佳。对电解极板绝缘层的制备采用丝网镂印技术，通过国内、国际查新和文献检 索目前没有任何形式的相关报道，只是金川公司的工程技术人员在参观国外镍扣 生产线时，了解到国外电解镍扣极板绝缘层的制备有应用印刷技术成型，但由于 国外技术保密程度极高，我们的参观者仅仅了解到有关信息，具体的技术核心、 技术标准和技术路线等关键环节一无所知n 。金川公司瞄准国际镍扣生产领先 技术水平，于2 0 0 4 年金川公司科技难题招标中将镍扣生产技术立项，面向全国 各大科研院所公开招标，由本课题组所提出的“丝网印刷法制备镍扣极板绝缘层 工艺”的研究方法与国外所采用的先进技术相吻合，其目的是通过研究寻求一种 新型的、满足电解镍扣极板绝缘层制备和使用要求的具有国际先进水平的工艺方 法，因此而中标，我们对镍扣极板绝缘层的制备丝网印刷技术的研究拉开了序幕， 我们瞄准国际先进技术水平，相信该技术的研究成功，将填补国内技术空白，不 仅改变镍扣的生产状况，而且会对整个有色金属的生产结构产生积极的影响。 为了解决现实目前生产所面临的问题，本文结合丝网印刷具有的墨层厚覆盖 力强、可使用各种油墨印刷、承印物的形状和大小无限制的特点，创造性地提出 了用丝网印刷技术将耐蚀绝缘涂料按照2 8 2 7 的镍扣生长点图案，镂印到不锈 6 硕士学位论文 钢表面上来制备镍扣极板绝缘层的方法2 。 2 1 2 技术路线 根据前期查阅大量的国内外相关资料，多次的实验室试验，及参照丝网印 刷行业和有色冶金行业的工艺，提出了丝网印刷法制备镍扣极板绝缘层工艺的技 术路线。采用3 0 4 不锈钢板对焊铜双耳作为电解镍扣的极板坯料，打磨焊缝、用 校平机校平，最初是将所有准备好的不锈钢基板喷砂除去表面污锈，再用环己酮 清洗板面，确保极板表面清洁；进入平面丝网印刷机印刷，同时添加专用油墨和 装入丝网网板，完成第一遍印刷的极板通过烘干后，重新进入印刷机第二遍印刷， 反复印刷烘干，最终完成极板的正反三遍印刷；用封边胶带和封边条对极板进行 封边，则完成一块镍扣极板的制作。接下来把极板运至电解槽下槽电解；电解成 镍扣后进行绝缘层表面化学除墨，然后高压水冲洗、吹干，重新喷砂处理，变形 严重的再用校平机校平转入最初的制作工艺n 。丝网印刷法制备镍扣极板工艺 的技术路线如图2 1 。 2 2 工艺试验 图2 1 丝网印刷法制备镍扣极板工艺的技术路线 2 2 。1 试验设备及材料 试验用印刷机为p a k 8 5 8 8 型四柱式平面印刷机；电阻加热鼓风式烘箱；q f d 型电动漆膜附着力试验仪：q t y 一1 0 a 型漆膜弯曲试验仪；q c j 型漆膜冲击器；q h q a 型膜层铅笔划痕硬度仪。工业生产的电解槽及含硫酸镍溶液介质( 含有s o 。扣、 7 丝网印刷法制备镍扣极板t 艺研究及极板牛产线的初步设计 c 1 一等，p h = 4 ) ，电解池的温度7 5 8 5 ，镍扣生产周期7 天。所用的油墨是通过 环氧树脂、氨基树脂、豆油醇酸树脂的三拼复合路线制备的丝网专用印刷油墨， 该油墨的丝网印刷适性良好，附着力强，干燥温度低，干燥时间快，绝缘性好等 特点，该丝网油墨为单组分热固性油墨，极板通过丝网印刷的油墨层必须经过加 热交联固化后才能形成镍扣极板绝缘层。尺寸为9 5 0 m m 8 8 0m m 3 m m 的3 0 4 不锈钢基板。 2 2 2 试验原理及目的 印刷工作原理：如图2 2 所示，经传动机构传递动力，让刮墨板在运动中挤 压油墨和丝网印版，使丝网印版与承印物形成一条压印线，由于丝网具有张力， 对刮墨板产生回弹力，回弹力使丝网印版除压印线外都不与承印物接触，油墨在 刮墨板的挤压力作用下，通过网孔，从运动着的压印线漏印到承印物上。 试验目的：丝网印刷法制备镍扣极板绝缘层的工艺非常复杂，通过工艺试验， 掌握影响制备极板绝缘层工艺性能的各种因素，优化操作过程，确定最佳的经济 合理的工艺参数和制作方式。 lii 、 1 一丝网印版；2 - 一网框：孓一刮板：4 一油墨： 5 印刷白；承印物；7 - 一墨迹；8 一印版与承印物间的问隙 图2 2 丝网印刷原理图 2 2 3 检验方法 制备好的镍扣极板( 如图2 3 所示极板上白色区域为油墨绝缘层即绝缘区。) 检验镍扣极板的性能主要从它的油墨层绝缘性和使用周期来判断。本文中的极板 是以绝缘区域漏电点个数的多少作为性能好坏的判断标准，漏电点越少说明其极 板性能越好2 ；使用周期主要是由油墨层的硬度、弯曲性、耐冲击性及与基板 附着力大小等决定。油墨层硬度级数( 划痕莫氏硬度) 越高、弯曲半径越小、附 着力级数越小、冲击公斤数越大说明绝缘油墨层的性能越优越好。一般评定指标 以漏电点的多少为主。 8 一 i * 阿2 ：j 制备好的极板 2 3 影响镍扣极板绝缘层工艺因素的确定 231 丝网印刷工艺条件对镍扣极板绝缘层的影响 丝网印刷电解镍扣极板的制各工艺，是采用丝网印刷方式通过弹性刮刀的挤 压将油墨漏印转移到不锈钢基板表面形成既有镍扣生长的导电圆又有防止镍扣 连片的绝缘层，所以丝网印刷工艺条件是影响镍扣极板质量的决定因素。 2 311 印刷环境温度对极板绝缘层性靛的影响 保持其它工艺参数不变，分别选择四种不同的印刷环境温度进行试验，然后 根绝试验结果得出印刷环境温度对印刷结果的影响，试验结果以漏电点多少作为 评定指标，下面几个参数均一样。如图2 4 所示。 印刷室温度( ) 图24 印刷操作问温度对极板绝缘层性熊的影响 从固24 中可以明显的看出绝缘层的漏电点个数随印刷环境温度变化的趋 势。在2 0 2 5 区间内制备出的极板绝缘层性能好漏电点个数少且相对保持 稳定，而在低于2 0 或者高于2 5 这两个区间内漏电点个数较多，绝缘层性能 不好。 2312 刮墨刀角度对极板绝缘层性能的影响 丝网印刷法制备镍扣极板工艺研究及极板牛产线的初步设计 刮墨刀角度：刮墨刀在运行时所夹的角度对油墨的转移量和印出的图案质量 有一定的影响n 钉。刮墨角太大油墨转移量太少