第二章 电镀车间基本设备选型及计算

第一节表面机械准备设备第二节镀槽及主要构件设计第三节自动生产线第四节电镀供电设备第五节通风设备8/13/2025讲座二设备选型、设计及自动生产线设计

2.1表面机械准备设备（1）喷砂机（2）清理滚筒（3）刷光机（4）抛光机2.1表面机械准备设备8/13/2025喷砂机喷砂是以压缩空气为动力，使磨料颗粒（如石英砂SiO2、金刚砂SiC、过筛后的河砂、钢砂、钢丸）以高速射向工件表面的一种表面加工方法。2.1表面机械准备设备8/13/20258/13/20252.1表面机械准备设备清理滚筒

指将工件及磨削介质一起放在滚筒中进行低速旋转，依靠工件和磨料或工件与工件之间的相对摩擦以及化学试剂的作用进行光饰处理。8/13/20252.1表面机械准备设备

双面刷光机刷光是利用高速旋转的细弹簧钢丝或黄铜丝、或纤维制成的刷光轮来磨刷零件表面，以达到光饰目的的过程。8/13/20252.2.1固定槽（1）固定槽种类1)冷、热水清洗槽节能清洗方法——间歇逆流多级清洗槽2.2镀槽及主要构件设计自来水清洗零件冷水清洗联槽8/13/2025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，一般应把排水、溢水管径适当地选大一些。2.2镀槽及主要构件设计长溢水口排水塞槽体加热管热水清洗槽8/13/20253)酸浸蚀槽和酸性镀槽小型酸性槽通常是用硬聚氯乙烯塑料制造，大型槽体则用钢槽衬软聚氯乙烯塑料和钢框架加固的硬聚氯乙烯塑料。热酸性镀槽的加热管按溶液不同，可用铅锑合金管，不锈钢管，钛管、聚四氟乙烯管等。2.2镀槽及主要构件设计8/13/20252.2镀槽及主要构件设计加热管槽体耐酸衬里热酸浸蚀槽2.2镀槽及主要构件设计8/13/2025阳极袋的使用降低了镍阳极杂质对槽液的污染8/13/20254）镀铬槽

按加热方式分为内热式（即在槽内设置加热管）和外热式即水套加热式。外热式由内槽、外槽、导电装置及水套内的加热管组成。镀铬工艺对温度要求比较严格，利用通冷水冷却或通蒸汽加热。2.2镀槽及主要构件设计8/13/20255）铝件阳极氧化槽阳极氧化槽由槽体、导电装置、冷却管和压缩空气搅拌管等组成。为保证氧化膜的质量，工作温度应严格控制，必须装有降温设备（制冷设备），并且对溶液进行搅拌。槽体通常是由硬聚氯乙烯塑料或钢槽衬软聚氯乙烯塑料制成，冷却管由铅锑合金管制成或采用聚四氟乙烯塑料换热器。2.2镀槽及主要构件设计8/13/20256）碱性镀槽7）化学镀镍槽化学镀是指不使用外电源，利用化学还原剂在溶液中提供电子使金属离子还原沉积到具有自催化的制品表面获得金属镀层的方法。溶液的还原性很强，工作温度高，容易沉积在金属表面，且溶液对杂质很敏感，因此不能采用金属材料制作槽体和加热器。目前生产中常用带蒸汽夹套的化工搪瓷槽体或聚丙烯塑料(PP)槽体配合聚四氟乙烯塑料(PTFE)换热器或316不锈钢槽（18Cr-12Ni-2.5Mo，因添加Mo，故其耐蚀性、耐大气腐蚀性和高温强度特别好，无磁性）。2.2镀槽及主要构件设计8/13/2025（2）固定槽结构设计1）槽体结构槽体材料---一般酸性槽，小型的采用硬聚氯乙烯槽；大型采用钢板+耐蚀金属铅板、钛板或塑料内衬。水洗槽或碱性槽大多选用低碳钢板和钢板+内衬。2.2镀槽及主要构件设计8/13/2025内衬材料---常用的衬里材料有硬、软聚氯乙烯、聚丙烯塑料、耐酸搪瓷、瓷砖（水泥槽内衬）、耐水耐化学品性好的涂料(如沥青）等；金属材料作衬里常用铅锡合金、钛板、不锈钢板等；由于聚酯树脂脆性较环氧树脂小，目前作为防腐蚀用玻璃钢越来越多。

壁厚---槽体和内衬壁厚视材料的强度和性质而定，过大的槽体可在其外侧用角钢和槽钢加固。作为钢槽壁厚常为计算量的两倍。

2.2镀槽及主要构件设计8/13/20252)槽体的尺寸和形状槽体的大小依零件尺寸及生产纲领决定。如槽体大小不能满足产量要求时，宁可用多只小槽来代替一只大槽。槽体的高度（距操作面的高度）一般不超过1M。2.2镀槽及主要构件设计8/13/20253）镀槽数量计算工作时，镀槽的负荷率一般不超过60%。可按零件电镀面积和镀槽的平均负荷指标，计算镀槽数量。镀槽的平均负荷量（参考）如下：2.2镀槽及主要构件设计加工类型每米极棒长度平均负荷量（M2）每1000升溶液的平均负荷量（M2）装饰铬及防渗碳镀铜镀硬铬其他酸性或碱性液电镀铝合金阳极化化学处理（除油、抛光等）0.2～0.30.15～0.20.3～0.60.3～0.60.8～1.50.4～0.60.2～0.30.6～1.20.6～1.21.6～3.08/13/2025每升溶液通过的电流应在0.8-1.5A。大型零件应按每槽可放入多少个零件来计算。因为有些零件虽然体积比较大，但它的面积却较小（如自行车钢圈等）。镀槽数量计算式P105：

n=P·(1+a)·t·k1／60·Y·T

应扣除的时间系数：一班制k1=1.06-1.10

二班制k1=1.03-1.05

三班制k1=1.02-1.042.2镀槽及主要构件设计8/13/2025辅助槽的数量（如：电解除油、弱酸腐蚀、回收、出光、钝化、冷热水洗等槽）可按实际生产线的工艺要求配套采用。4）槽盖设计五种槽盖形式掀起式、分段掀起式、插入式、入孔式、

机械化左右闭合式。2.2镀槽及主要构件设计8/13/20252.2.2溶液加热（1）槽内蒸汽加热管计算1）加热溶液和水所需的热量加热溶液所需的热量，应能满足在预定的升温时间内将溶液从室温升到工作温度，中小型（<3000L）槽子，升温时间可取（1-3）h，小槽可取下限。2.2镀槽及主要构件设计8/13/2025a)加热溶液所需的热量

Q=(升温Q1+保温Q2)热量溶液升温所需的热量(kJ／h)：

Q1=V•ρ•C(t2-t1)·β/t1卡=4.186焦尔溶液保温所需的热量：

Q2=V•q•β2.2镀槽及主要构件设计8/13/2025b)流动热水清洗槽工作时所需热量

Q=V•ρ•c(t2-t0)β1/tˊ

式中

Q——流动热水清洗槽工作时所需的热量(kJ／h)；

to——冷水进水温度，可取15℃-18℃或按当地实际水温(℃)；

β1——槽子工作时的热损失系数，可取1.4；

tˊ——流动水槽换水时间(h)，与溶液容积及流动水槽的负荷率有关(见表7-8)。2.2镀槽及主要构件设计8/13/20252)蒸汽加热电镀车间蒸汽压力常用0.2MPa-0.3MPa。加热的主要形式有蒸汽加热管加热及水套加热两种。蒸汽加热管加热又分为排管加热和蛇形管加热。槽内加热----加热管直接置于槽内。槽外循环加热----蒸汽先对热水槽加热，再将热水通过热交换器给槽液加热，从而最大限度地降低了槽液分解和结渣问题。2.2镀槽及主要构件设计8/13/20252.2镀槽及主要构件设计蒸汽加热排型管8/13/20252.2镀槽及主要构件设计蒸汽加热蛇形管8/13/20252.2镀槽及主要构件设计板式交换器

热水槽

磷化槽

酸洗槽锅炉蒸汽8/13/2025(2)电加热元件主要用于高温槽(如发蓝槽等)或车间只有少数槽子需要加热而又没有蒸汽供应时。金属电加热元件通常用碳钢、不锈钢或钛管等制造，非金属电加热管有石英玻璃管等，也有用电热板的。电加热使用方便,加热速度快,但成本高。电加热所需的功率按下式计算：

P=Q/3600×0.8l

2.2镀槽及主要构件设计8/13/20252.2.3溶液冷却设备冷却效果好,但占用了槽内空间,冷却管易泄漏2.2镀槽及主要构件设计8/13/2025冷却效果稍差,但槽体结构简单,避免了冷却管泄漏,冷却均匀2.2镀槽及主要构件设计水冷却介质槽内间接冷却示意图冷却槽冷冻机换热器冷却槽冷冻机换热器板式换热器溢流槽槽外冷却示意图8/13/2025冷却介质：自来水、冷冻水(机械制冷水)、氟利昂、氨等；溶液温度-10℃～18℃氟利昂或氨制冷机组；溶液温度18℃～25℃自来水、冷冻水、氟利昂或氨制冷机组；溶液温度25℃以上自来水。致冷量经验计算公式：Q=3.6VI2.2镀槽及主要构件设计8/13/20252.2.4温度控制2.2镀槽及主要构件设计温度传感器旁通管电加热管冷水电磁阀供水口发蓝槽电加热装置8/13/20252.2.5导电装置通过铜电缆与直流电源连接（导线固定点）铜支架

绝缘底座槽体槽体2.2镀槽及主要构件设计8/13/2025。对导电杆的要求：1）能通过槽子所需的全部电流而不至于温升过高。2）能承受装挂零件及挂具的重量而不至于变形过大，而且要便于擦洗。3）导电杆与挂具之间的接触面积要大，而接触电阻要小，这样当导电杆移动时，挂具不易移动或摆动。2.2镀槽及主要构件设计挂具实体图

裸金属挂具→浸保护胶→挂钩处割胶2.2镀槽及主要构件设计8/13/2025浸保护胶后的挂具挂钩割胶后的挂具2.2镀槽及主要构件设计8/13/20258/13/2025挂具的设计要求1）满足产品质量要求；2）对结构件电镀来讲，先考虑挂具强度，再考虑其导电性；而对钣金件加工，先考虑导电性，再考虑强度。而且挂具的保护、绝缘、象型阳极都应考虑；3）选材因地制宜；2.2镀槽及主要构件设计4）考虑挂具使用的方便性，最好不用螺纹装挂，可采用弹性片连接；5）手工操作轻便；6）材料应考虑耐蚀性及成本。尽量不要完全用铜做挂具，尽量采用Cu—Fe、Cu—Ti、Cu—Al等合制的挂具。2.2镀槽及主要构件设计8/13/2025挂具图塑料门把手焦磷酸盐镀Cu-Zn合金工艺注意设计要点：材质、定位尺寸、加工要求、提杆的长度（浸喷有别）8/13/20252.2镀槽及主要构件设计8/13/20258/13/2025正确不正确（划伤试样）微弧氧化阳极挂具2.2镀槽及主要构件设计8/13/2025Al、Ti制的挂具（适合阳极氧化），吊钩用铜、提杆和主杆用钢。阳极氧化用的夹具与工件接触一定要牢固，以降低接触电阻。电镀车间镀铬、阳极氧化挂具设计是最多的，挂具设计能否满足使用要求，与工作经验直接有关。硬质阳极氧化挂具设计经验：铝螺钉2mm紫铜板铝丝6061-T6正确装挂正确装挂绑挂2.2镀槽及主要构件设计8/13/20252.2.6溶液搅拌①、压缩空气搅拌②、机械搅拌③、溶液循环搅拌2.2镀槽及主要构件设计8/13/20252.2.7滚镀槽及滚筒滚筒材料----硬聚氯乙烯或聚丙烯塑料。

滚筒形状----通常采用六角形、八角形和圆形，从零件翻动地均匀性来看，多边形优于圆形。滚筒开孔----使阴极与阳极之间电流顺利导通，同时形成溶液对流的通道。孔的形状----圆孔，加工小孔不能随意。2.2镀槽及主要构件设计8/13/2025滚筒壁开孔要求孔轴线

450~500滚筒壁2.2镀槽及主要构件设计8/13/20252.2镀槽及主要构件设计电镀自动生产线是按一定电镀工艺过程要求将有关镀槽、镀件提升转运装置、电气控制装置、电源设备、过滤设备、检测仪器、加热与冷却装置、滚筒驱动装置、空气搅拌设备及线上污染控制设施等组合为一体的总称。可以实现参数自动控制P119。2.3自动生产线8/13/20258/13/2025电镀自动生产线的优缺点：电镀自动线通过机械和电气装置自动地完成电镀工序要求的全部过程（PLC控制），因而生产效率高，产品质量稳定、劳动条件好。它与手工操作镀槽相比，设备投资较高，维护工作较复杂。上马慢，对某些产品、机械装置的设计、加工和调试存在相当大的难度。2.3自动生产线按结构特征可分为环形(椭圆形)自动线（挂具的运输机只能沿一个方向运行）和直线式自动线（吊挂挂具的行车可以往复运行）；按镀件装挂特征可分为吊镀自动线、滚镀自动线和带(线)材连续自动线等；按镀层种类可分为镀锌、铜—镍—铬、铝氧化等自动线等。电镀自动线分类8/13/20252.3.1不同电镀自动线的比较环形电镀自动线（P121图7-25）

----由于采用机械联动运送装置，自动线上各工艺槽的长度是按工序处理时间确定的，各槽一般为满负荷状态，因此效率高、产量大。与直线式电镀自动线相比，电气控制比较简单，机械结构复杂，制造和安装时间较长，造价较高，工艺过程变更困难，适用于电镀工艺稳定、中小型加工零件、二班制或三班制连续生产。2.3自动生产线8/13/2025直线式电镀自动线（P121图7-24），是把各工艺槽排成一条直线，在它的上空用带有特殊吊钩的电动吊车来传送挂有工件的导电杆或滚筒。其传送运动可自动程序控制，也可手动控制。按电镀方式的不同又可分为吊镀自动线和滚镀自动线两种。直线式电镀线的主要特征表现在特殊吊车的结构及电气控制系统上。2.3自动生产线直线式电镀自动线----适用于大、中、小型零件和各种批量的生产规模，使用比较普遍。其主要工艺槽子数量是按生产量计算,而辅助槽子是按需要工序配备的，甚至有些可以合用。工艺适应性强。2.3自动生产线8/13/2025自动线上采用的吊车台数，可为一台或多台。当采用多台吊车时，各吊车之间的协调和运送交接等问题应在自动控制程序编制时解决，并增加防止相邻两台吊车意外撞车的措施。一般选择一个工艺时间相对长的槽位或对工艺要求不严格的水清洗槽作为交接槽。2.3自动生产线2.3.2自动生产线电镀槽的排列8/13/2025自动线装卸工件的位置，根据电镀生产厂房的物流情况和装卸工件的繁忙程度以及布置设备的场地面积而定。如考虑在同一端装卸挂具的话，便可以省去来回运送挂具的麻烦。在多层电镀的自动线（如Cu—Ni—Cr），工艺布局必须注意避开各种电镀溶液之间的相互影响。

分析P121图7-24生产线设计特点：31道工序，采用几台行车为宜？选择交接槽为哪个工位？2.3自动生产线8/13/2025对于多层电镀的自动线（如Cu—Ni—Cr），几种电镀工序的镀槽数量应按电镀工艺时间的比例采用。例如镀Cu30min，镀Ni15min，镀Cr5min，若槽体尺寸大小设计一样，则镀铜槽采用6个，镀镍槽采用3个，镀铬槽为1个。如果电镀时间比值不是整数，可以调整电流密度，改变电镀时间来平衡。也可使吊车在此工序适当地延时停留，使行车运行协调一致。2.3自动生产线8/13/2025程控装置的方框图（以龙门式行车为例）2.3自动生产线程序指令发出装置输出信号控制器吊车平行进、退#1吊钩升、降#2吊钩升、降动作完成后电信号反馈生产线的自动控制自动线的控制系统包括手动控制系统及程序自动控制系统两部分。手控和程控都设计在控制线路中，并设有安全互锁。8/13/20252.3.3行车运行周期行车运行周期：

t=t1+t2+t3-t4

行车周期是指带有一架挂具的行车往返一次回至原地的时间。与产量有直接关系，周期越短，产量越高。

2.3自动生产线8/13/2025电镀用直流电源设备分为硅整流装置和可控硅整流装置两大类，两者都采用晶体管设计。硅整流器是将交流电变为直流电的整流设备，主要用于工业电镀，也可作阳极氧化、污水处理及低电压电解电源。整流器比直流发电机组轻便灵活，可以采用不同的线路和结构，得到不同波形的电流或电压来满足不同的电镀要求。可控硅整流是将交流电变换成电压大小可以调节的直流电，巳较为普遍地用作电镀行业中交直流电机的调速、电机励磁、可调压整流电源、无触点开关，以及变频等方面。可控硅整流器体积比硅整流器小，调压更方便。2.4电镀供电设备8/13/20252.4.1直流电源设备选择选用直流电源设备时要根据电镀槽所需电压和电流数值、电流波形要求、操作条件、安装地点和冷却方式来确定。a）直流额定电压的选择b）直流额定电流的选择c）电源波形选择选用波形时必须对该电镀工艺所用波形进行调研和进行验证后方可确定。2.4电镀供电设备8/13/2025电源输出波形缓启动到设定的电流值或电压值高低点电流值2.4电镀供电设备8/13/2025正向脉冲波形

I1、I2为脉冲电流；t1、t2

为脉冲通断时间。大小均可以调节。t（s）I（A）I1

I2

0t1t22.4电镀供电设备8/13/2025电源选择应考虑的技术参数①作为阳极氧化或电泳涂装的电源对电源频率、波形有要求；②作为脉冲电源，选择时考虑的技术参数包括波形、频率、通断比和脉冲幅值等；③输出电压或电流可调；④对电源精度的要求。2.4电镀供电设备8/13/20252.4.2

特殊波形电源（1）周期换向周期地改变和交替电流的极性，正向电镀时间长，反向退镀时间短，正负波形都是由很多相同的单个波按时间长短连续排列的。采用周期换向可以提高镀层的质量，如光亮度、整平性等。2.4电镀供电设备8/13/2025单相全波可控硅整流周期换向电流波形2.4电镀供电设备Idωt正向时间正向时间正向时间8/13/2025（2）脉冲电镀

一种通断直流电镀，在电镀过程中有一个通断电流的时间比。单相脉冲电流波形ton

toff2.4电镀供电设备双脉冲的突出优点表现在：

a、反向脉冲电流明显改善了镀层的厚度分布而使镀层厚度均匀，并因溶解了阴极镀层上的毛刺而整平。

b、反向脉冲电流的阳极溶解使阴极表面金属离子浓度迅速回升，这有利于随后的阴极使用高的脉冲电流密度，而高的脉冲电流密度又使得晶核的形成速度大于晶体的生长速度，因而可以得到更加致密、光亮、孔隙率低的镀层。

c、反向脉冲电流的阳极剥离作用使镀层中有机杂质

(含光亮剂)的夹附大大减少，因而镀层纯度高，抗变色能力强，这一点在氰化镀银中尤为突出。2.4电镀供电设备8/13/2025

d、反向脉冲电流使镀层中夹杂的氢发生氧化，从而可消除氢脆(如电沉积钯时反向脉冲可除去共沉积的氢)或减小内应力。

e、周期性的反向脉冲电流使镀件表面一直处于活化状态，因而可得到结合力好的镀层。

f、在不允许或少量允许有添加剂的电镀体系中，双脉冲电镀可得到细致、平整、光洁度好的镀层。2.4电镀供电设备8/13/2025直流直流脉冲交流不对称脉冲不同供电方式得到的微弧氧化膜层外观脉冲电镀可用于贵重金属电镀，降低镀层厚度，节约成本。2.4电镀供电设备8/13/20258/13/2025tId（3）交直流迭加电源(又称不对称交流电源)交直流叠加电流波形在一直流电流波形上叠加交流波形。这类电镀电源设备主要用于合金电镀及常温镀铁等。由于交变电流的作用，形成的镀层内应力很小，保持与基材金属有足够的结合力。

2.4电镀供电设备8/13/2025

3.直流供电方式----最好采用单机单槽供电方式，因为这样可以有较好的电流调节效果。

4.冷却方式

----有自然冷却、强制风冷、油冷和水冷等冷却方式。

5.直流母线的敷设

直流母线的敷设方式和走向应根据工艺设备布置，可沿墙、柱敷设，或沿槽边敷设，并结合土建、公用管道统一安排。母线表面应涂刷防腐漆料，并应定期维护。母线正极涂红色漆，负极涂蓝色漆。

2.4电镀供电设备2.5.1局部排风(一)设计局部排风的一般原则（P128、135）1．根据有害气体与空气密度比大小选择排风罩的型式和安装方式。2.5通风设备2.5通风设备8/13/20258/13/20252．下列生产过程的排风不能合并为一个排风系统：(1)砂轮机、磨光机与布轮抛光机的排风不能合并。(2)氰化物槽与碱槽的排风可以合并。但严禁氰化物槽与酸槽的排风合并。(3)铬酸槽、硝酸槽的排风应单独设置。(4)有机溶剂除油槽不能与其他槽子的排风合并，应设置单独的排风系统并且考虑防火防爆措施。2.5通风设备8/13/2025≤1.5m单吸风口

多吸风口3．同一工种槽子的排风应尽可能合并成一个排风系统。2.5通风设备8/13/2025

4．采用有效措施和设计，提高槽边排风的排风效果，减少排风量。5．为防止新鲜空气被污染，进风口与排风口的距离设计应合理。6．设置槽边排风罩时，应考虑槽体尺寸大小（P128③）。2.5通风设备8/13/2025(二)槽边排风罩的形状及其排风量的确定1、结构形式（1）条缝式槽边排风罩（2）平口式槽边排风罩（3）带吹风的槽边排风罩吹吸罩不适用于下列三种情况：1)加工件频繁地从槽内取出或放入时；2)槽面上有障碍物扰乱吹出气流(如挂具、加工件露出液面等)；3)操作人员需经常在槽子两侧工作时。2.5通风设备8/13/2025排风罩结构形式2.5通风设备8/13/20252.5通风设备吸风口图例平口式倒置式平口式I型N型M型8/13/20252、排风量的确定

根据槽内产生的有害物性质，查表7—20定出液面排风计算风速Vx值，再根据槽子内部的平面尺寸，由表7—21或7—22中查得单侧、双侧或周边条缝式排风罩的排风量。从表7—24查得平口式槽边风罩的排风量。

2.5通风设备8/13/20252.5.2全面排风全面排风应该充分利用自然排风,当自然排风不能满足要求时,则利用排风机进行机械排风。自然排风在建筑设计上就应考虑到,如屋顶开设排气窗或安装换气扇等。2.5通风设备8/13/20252.5.3排风管道的设计及敷设(一)风道的风速和截面积的计算(二)风道的敷设

1．架空式

2．地面式

3．地沟式