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1、第一章 概况1.1 设计任务书及目标1.1.1 设计题目：镍合金丝的抛光设计1.1.2 设计背景：合金丝在加工过程中，由于模具的发热等原因使合金丝表面有一层黑色的 油层，这除了影响合金丝的外观外，还影响合金丝在喷涂、焊接过程中的应用。 为此要求对合金表面的油层进行去除。通过实验发现，电化学抛光是去除表面油 层的极好方法。去膜的速度快、工艺简单，但必须有一个装置。为此,受江苏启 迪合金丝企业的委托，现设计一个表面除油墨的车间。1.1.3 技术的要求：1）设计的电化学抛光的抛光液组合为HP0-60%, 0P-2%，乙醇-8%，温度34为室温。2）抛光电流 26A/dm23）丝材的直径：2mm4）直
2、流电源的最大值1.1.4 课程设计的要求：认真阅读相关标准，领会设计要求，先设计出合适的直流电源，走丝速度， 选择和设计阴极材料，安装方式，列出每个材料的标准1.2 设计单位概况西安理工大学，材料科学与工程学院，材料物理化学系，材化 082 班合作设 计。材料科学与工程学院是我校创建最早的院系之一。学院现设有材料科学与 工程系、材料成型与控制工程系、材料物理与化学系三个教学系和一个以本科实 验教学为建设目标的材料实验中心。具有材料科学与工程一级学科博士学位授予 权，其中，材料科学与工程和材料成型与控制工程专业为陕西省名牌专业。1.3 设计原则1）采用先进技术、成熟工艺、合理投资、方便管理、运行
3、可靠；2）丝材及抛光原料便于采购，原材料来源广；3）施工工艺先进，加工方便。4）实施工艺安全、环保、不污染环境。1.4 设计范围1）材料的选用合金丝：直径为2mm的镍铬合金丝电解槽：聚氯乙烯硬板材 阳极夹具：钛合金（因为，钛及其合金较耐腐蚀、寿命长，钛离子对槽液无影 响。）阴极材料：铅板2）溶液的配方 抛光液组成是影响抛光表面粗糙度的重要因素。对与同样的材料，设置不同的工艺参数，若选择不同成分或不同比例的电解液，则得到的样品表面粗糙度可 能会有很大差异。实践表明，若针对不同的材料选用合适的电解液组成，则可得 到高质量的表面。一般来讲，电化学抛光溶液选择选择相对粘性的电解质，使电 流密度低，阳极
4、溶解缓慢，以达到抛光效果。3）电解槽的尺寸：长X宽X高=2mXlmX0.8m电解槽的尺寸，根据工厂的年 产量要求，确定电解槽的尺寸大小，电解槽过大浪费资源，过小不能达到求的 年产量要。4）走丝电机走丝电机的速度根据合金丝的抛光时间而定，由于合金丝要在电解液中停留 0.5-1.0分钟，所以走丝电机为间歇性工作电机，一般为较高电压，有助于提高 稳定性和加工速度，提高加工精度。5 ）电机的调速额定转速n=60f/p （1-s）二同步转速Nl（l-S）f电源频率p电机极对数s转差率1. 利用变频器改变电源频率调速，调速范围大，稳定性平滑性较好，机械特性 较硬。就是加上额定负载转速下降得少。属于无级调速
5、。适用于大部分三相鼠笼 异步电动机。2. 改变磁极对数调速，属于有级调速，调速平滑度差，一般用于金属切削机床。3. 改变转差率调速。（1）转子回路串电阻：用于交流绕线式异步电动机。调速范围小，电阻要消 耗功率，电机效率低。一般用于起重机。（2）改变电源电压调速，调速范围小，转矩随电压降大幅度下降，三相电机 一般不用。用于单相电机调速，如风扇。（3）串级调速，实质就是转子引入附加电动势，改变它大小来调速。也只用 于绕线电动机，但效率得到提高。（4）电磁调速。只用于滑差电机。通过改变励磁线圈的电流无极平滑调速， 机构简单，但控制功率较小。不宜长期低速运行。6） 操作规程从原料到制成成品都需要有一个
6、正确的操作规程，这样才能保证产品的质量， 在进行镍合金丝的抛光时一般采用以下工作规程：除油除锈活化f水洗f晾干f 电化学抛光f中和f水洗f晾干；a、如果工件表面有油污，需进行除油处理， 确保工件表面上无残留油污。b、清洗工件表面的除油剂。c、可自然风干，确保 工件上无残留的水。d、用不锈钢心轴穿适当数量的保持架放入抛光槽中，并断 晃动工件以使其与电极接触良好使抛光均匀f、内盛5%碱性溶液，中和工件上 的电解液，碱性溶液可以使用纯碱。g、需要水洗槽，内盛普通清水，彻底清洗 工件上的电解液，确保工件上无残留的电解液。h、可自然风干，也可采用吹风 设备吹干，整个电解工艺完成。7）抛光溶液处理 由于本
7、设计中，电化学抛光溶液主要消耗于抛光过程中，其它过程损耗忽略不 计。因此，抛光液应定期进行成分测量，保证溶液成分中的比例。对于不可挽救 的溶液成分改变，应及时更新抛光液。1.5 设计技术标准和规范作为一个生产车间需要有一个合理的布置及设计要求，这样才能保证安全生产, 放散有害物质的生产过程和设备，应尽量考虑继续恶化和自动化，加强密闭，避 免直接操作，并应结合生产工艺采取通风措施。放散粉尘的生产过程，影首先考 虑采取用湿式作业。有毒作业宜采用低毒的原料代替高毒的原料。反三不同有害 物质的生产过程不知在同一建筑物内时，毒害大与毒害小的应隔开。有害物质的 发生源，应该不知在工作地点的机械通风或者自然
8、通风的下侧.设计依照标准如 下：建设给排水设计规范GB50015-2003工业建筑防腐设计规范 GB50046-96工业企业设计标准 TJ36-79建筑设计防火规范 GB116-2001工业“三废”排放试行标准 GBJ4-73工业企业噪声卫生标准（试行草案）（79）化工企业爆炸和火灾危险环境电力装置设计规定 GB50058-92中华人民共和国爆炸危险场所电气安全规程（试行）（1987）工业企业设计卫生标准 TJ36-79工业企业采光设计标准 GB50033-91工业企业照明设计 GB50032-92化工机器安装工程施工及验收规范 HGJ207-83第二章 设计基础资料、规模和质量标准设计的基础
9、资料1) 丝材成分：Cr20Ni80 (镍铬丝)合金具优良的综合性能，是制作高质量电热元件的首选品种。具有抗氧性好，强度高、无磁性、发射率高、较好的耐腐蚀性、不软化等一系列优点。在长时间使用时，不变形且永久性伸长很小。主要化学成份Ni Cr 20.0-23.0 Fe 1.0密度为8.40(g/cm3) 。2) 设计产量： 300 吨3) 抛光液组成：磷酸 、硫酸、柠檬酸、柠檬酸铵、水第三章 抛光液的配制与调整3.1 抛光液的选择使用电化学抛光时改善工件的表面粗糙度时，如何科学的合理的选用电 化学抛光溶液是一项重要的课题。需考虑一下几个问题：1. 选用的抛光液必须能在尽可能短的时间内对处理的材料
10、表面完成整平 抛光的任务，达到预期的目的和质量的要求，生产效率高，工艺上容易操作控制， 无重大事故发生，小事故容易排除。2. 要尽量选用节能型，环保型的电化学抛光溶液。3. 要选用在使用过程有安全保证的电化学抛光液。例如：高氯酸类的电 抛光溶液它不需要铬酐，而且抛光效率高，质量好，不造成环境污染，但这类溶 液由于氧化性强和不稳定，操作时要特别小心，否则会发生爆炸等事故，对操作 人员的安全潜在威胁。4. 选用的抛光液要经济实用。有竞争能力的产品必须是具有价廉的优势， 为了提高竞争力除了保证电抛光的质量外，还必须降低成本，特别是要计算原料 的成本。在生产过程中，作为原料消耗量最多的就是电化学抛光液
11、，因此在保证 抛光质量的前提下，应选用价格便宜，供应来源方便且稳定的电化学抛光液，同 时要兼顾生产的安全性及污水处理的简易程度等。3.2 抛光液成分抛光液的配方：磷酸 H3PO4： 750g/L硫酸 H2SO4 ：950 g/L柠檬酸 C6H7O8：65 g/L柠檬酸铵（NH4） 2 C6H607: 25 g/L水：加至 1L温度：20-25C 时间 0.5-1.0min3.3 抛光液的化学处理按照以上配方，将各组分按比例融入水中，并保证混合均匀、充分，然后静 止一段时间，投入使用。使用过程中，禁止随意添加物质，避免抛光液成分的改 变而引起合金丝的抛光效果。使用一段时间后，若发现抛光质量有所下
12、降，应及 时更换抛光液。第四章 抛光液的工艺设计4.1 工艺方案设计总体设计除油除锈活化f水洗f晾干f电化学抛光f中和f水洗f晾干。（1）除油：除油是表面处理重要工序之一。因为油污会使涂膜的附着力降低， 还影响涂膜的其他性能，所以必须清洗干净，金属在存储、搬运和加工过程中， 表面不可避免地被外界一些污物所污染。这些污染物包括工厂为防锈、拉拔和机 械加工或成型过程中使用的机油、润滑油、动植物油等，在进行涂装前必须除去 油类污染物。除油的方法分物理除油法（有机溶剂法）、化学除油法、电化学除油 法等。本设计采用化学除油，化学除油法以碱液除油法为代表，主要成分是氢氧 化钠，在多数情况下还加人碳酸钠、偏
13、硅酸钠、硅酸钠、磷酸钠、焦磷酸钠等。 为了提高除油效果，在碱液除油配方中添加润湿剂、洗涤剂等表面活性剂。表面 活性剂一般是由亲水基和亲油基相结合构成的化合物，它能吸附在抽水相互排斥 的界面上，降低它们之间的表面张力，因而使与碱液不起皂化反应的矿物油脂被 乳化而达到除油效果。表面活性剂的用量一般在0.3%3%之间。实施化学除油工艺，有浸渍法和喷淋法，浸渍法是把被涂物（工件）浸渍在 除油液中除油污的方法;喷淋法是把除油剂喷淋到被涂物（工件）表面上除油污的 方法。化学除油法还根据除油液的酸碱性分为碱性除油液（pH值911. 5以上）、 中性除油液（pH值6. 99. 5）和酸性除油液（pH值1.05
14、.5）,碱性除油液又可 分为弱碱性（pH值910. 5）、中碱性（pH值为10.511. 5）和强碱性（pH值大 于11. 5）除油液。本设计采用低碱性除油液，对工件表面状态的破坏小，又可在低温和中温下使 用，除油脂效率较高，浸渍法油效果好，是当前应用最广的除油剂。这种除油剂 的主要成分为无机碱性助剂、合成洗涤剂或表面活性剂、消泡剂、缓蚀剂或鳌合 剂和抗硬水剂等。碱性助剂有硅酸钠、三聚磷酸钠、磷酸钠、碳酸钠等，主要提 供碱度，并起分散和悬浮作用，防止油脂重新吸附上去。表面活性剂采用非离子 型的聚氧乙烯类和阴离子型的磺酸盐类，起主要的除油作用。（2）除锈：化学除锈法通常是指多工序的酸洗法。其大体
15、工艺过程是将脱脂 洗净后的钢材放进酸洗槽内，将氧化皮和铁锈浸渍除掉，用水洗尽后再用碱液将 残余的酸液加以中和，以防残余酸液对钢材的腐蚀，最后用冷水冲洗干净。化学除锈的配方：工业硫酸9.1%酪酐90%处理温度8090C处理时间 小于 10min（3）水洗：为了除去除锈剂，用清水清洗合金丝一分钟以上，除去残留在合 金丝上的酸液，以免影响电化学抛光液的成份及浓度。（4）晾干：由于合金丝上有残留的水分，如果没有晾干合金丝，那么当合金丝 进入电解槽时，会带入杂质，使电解液的浓度降低，影响电化学抛光的效果。（5）电化学抛光：需要铅阴极板和一个电解槽以及导电铜材进行连接，温度控制在8095C，把铅板固定在阴极，需电解抛光的工件与阳极相连，然后调 整电流在26A/dm2,，抛光时间为5-10分钟，抽走合金丝，完成电化学抛光。（6）中和：电解液为酸性液，需要碱液进行中和，选用5%Na2CO3溶液。合金 丝浸渍时间为lmin以上，有足够的时间进行中和。（7）水洗：用流动的水进行水洗，冲洗足够的时间，使残留的中和液被冲掉（8）晾干：用电风扇吹干。整个电化学抛光工艺完成。电化学抛光的设备： 1、整流器 2、电极棒 3、冷却管4、加热器5、挂具6、铅板 7、电解槽 8、排风装置4.2
