Thiết kế phân xưởng mạ đùi xe đạp

Mục lục


Thiết kế phân xưởng mạ đùi xe đạp

LỜI NÓI ĐẦU
Mạ điện là một trong những phương pháp rất hiệu quả để bảo vệ kim loại
khỏi bị ăn mòn trong môi trường xâm thực và trong khí quyển. Các vật mạ điện có
giá trị trang sức cao, ngoài ra còn có độ cứng, độ dẫn điện cao được áp dụng rộng
rãi trong các nhà máy sản xuất thiết bị điện, ô tô, xe đạp, xe máy, dụng cụ y tế…. Ở
các nước công nghiệp, ngành mạ điện phát triển rất mạnh. Ở nước ta ngành mạ
điện luôn được hoàn thiện để đáp ứng được nhu cầu ngày càng phát triển của công
nghiệp. Mấy năm gần đây, những kỹ thuật mói công nghệ mới về mạ điện đặc biệt
là mạ trang sức, mạ giả vàng, mạ phi kim loại, mạ phức hợp, mạ điện di có nhiều
thành quả nghiên cứu và ứng dụng phong phú.

2


Thiết kế phân xưởng mạ đùi xe đạp

SỐ LIỆU BAN ĐẦU CHO BẢN THIẾT KẾ
Bảng 1 Đặc tính vật cần mạ
Bản vẽ số

Tên vật mạ

Vật liệu

Số lượng cần mạ Kích
thước

Cái / năm

Diện tích
mạ
dm2/cái

1

Đùi xe đạp

thép

1,150,000

195x15

1,02

Bảng 2 Kế hoạch sản xuất của xưởng mạ
Bản Tên vật
vẽ số mạ

Sản lượng yêu
cầu

Phế phẩm
5%

Cái / năm
1

Đùi xe đạp

1,150,000

57,500

Kế hoạch sản Số khung
xuất Pn
mạ trong
một bể
1,207,500

1

Bảng 3 Quỹ thời gian làm việc thực tế
Chế độ
làm việc,
ngày/tuần

6

Nghỉ
chủ
nhật
Ngày
/ năm
52

Nghỉ lễ,

Ngày/năm

Quỹ thời gian
sửa chữa 5%
thời gian sản
xuất,

Thời gian
sản xuất
thực tế,
ngày/năm

Kế hoạch sản
xuất theo
ngày Pn,

287

4000

Chi tiết/ngày

Ngày/năm
10

16

GIỚI THIỆU SẢN PHẨM MẠ

3

Thiết kế phân xưởng mạ đùi xe đạp

Chiếc xe đạp được phát minh ra ở Châu Âu và được nhập vào nước ta
khoảng đầu thế kỉ XX. Xe đạp là phương tiện giao thông chuyển động bằng sức
người, cấu tạo đơn giản, dễ điều khiển, rất thuân lợi cho việc đi lại.
Cấu tạo xe đạp gồm các bộ phận như: Khung xe, bàn đạp, trục giữa, ổ bi
giữa, xích, líp, vành xe, ghi đông, yên xe, đùi xe đạp ….Các bộ phận của xe đạp
chủ yếu được làm bằng kim loại ( thép ), vì vậy sau khi sản xuất chúng dễ bị ăn
mòn bởi môi trường làm giảm tuổi thọ của các bộ phận cũng như như vẻ đẹp thẩm
mỹ. Bợi vậy nhà thiết kế đã nghĩ ra tạo lên các bộ phận khác nhau với các lớp mạ
khác nhau để tăng tuổi thọ chống ăn mòn và tăng vẻ đẹp thẩm mỹ. Ví dụ như: Gác
đờ bu, ghi đông chọn lớp mạ Cu-Ni-Cr, Đùi xe đạp chọn lớp mạ kẽm cromat hóa.
Trong đồ án môn học này em xin trình bày quy trình công nghệ mạ đùi xe đạp với
lớp mạ kẽm, sau khi mạ xong tiến hành cromat hóa để nâng cao khả năng bảo vệ và
vẻ đẹp của chi tiết. Lớp mạ kẽm sau khi cromat hóa sẽ hình thành một lớp màng
thụ động có vai trò ngăn cách nền của chi tiết với môi trường để bảo vệ chi tiết
không bị ăn mòn. Đó là lý do tại sao chi tiêt đùi xe đạp người ta chọn lớp mạ kẽm.
Xe đạp chúng ta dùng trong môi trường khí quyển bình thường nên tốc độ ăn
mòn từ 1 – 1,5 µm/năm. Tùy theo thời hạn bảo vệ mà người ta chọn chiều dày lớp
mạ khác nhau. Trong đồ án môn học này em chọn lớp mạ dạy 20µm để chi tiết
được bảo vệ khoảng 10 – 11 năm.

4


Thiết kế phân xưởng mạ đùi xe đạp

Hình 1 Đùi xe đạp

5


Thiết kế phân xưởng mạ đùi xe đạp

Chương 1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ QUÁ TRÌNH MẠ ĐIỆN
1.1 Khái niệm chung về mạ điện
Mạ điện là quá trình kết tủa kim loại lên bề mặt nền một lớp phủ có
những tính chất cơ, lý, hóa… đáp ứng được các yêu cầu mong muốn. Lớp mạ điện
có thể để trang sức, để bảo vệ, chống ăn mòn, tăng cứng, phục hồi kích thước…
Điện năng được cung cấp bằng nguồn điện 1 chiều. Chi tiết mạ là catot được nối
với cực âm của nguồn, là nơi xảy ra quá trình khử. Anot nối với cực dương của
nguồn, là nơi xảy ra quá trình oxy hóa.
Anot dùng trong mạ điện có thể là anot hòa tan như trong quá trình mạ:
Cu, Ni, Zn…Chỉ có một số trường hợp là dùng không hòa tan như trong mạ Cr…
dùng anot chì(5%-8%Sb) không hòa tan.
1.2 Quá trình catot
1.2.1 Quá trình chính
Dung dịch mạ thường là muối của các kim loại trong môi trường kiềm
hay axit, vì vậy khi mạ từ dung dịch nước có chứa muối kim loại tương ứng quá
trình quá trình điện hoá xảy ra như sau:
Men+ + ne  Meo
Quá trình này là quá trình phóng điện của cation kim loại (quá trình
khử), để thực hiện được như vậy phải trải qua nhiều giai đoạn khác nhau như:
- Cation mang vỏ hyđrat hoá Me n+.nH2O di chuyển từ dung dịch vào bề
mặt catot (giai đoạn tiền hấp phụ).
- Cation mất vỏ hyđrat vào tiếp xúc trực tiếp với bề mặt catôt (giai đoạn
hấp phụ).

6


Thiết kế phân xưởng mạ đùi xe đạp

- Electron từ catôt điền vào vành điện tử, hoá trị của cation biến nó thành
nguyên tử kim loại trung hòa ở dạng phóng điện.
- Các nguyên tử kim loại này hoặc tạo thành mầm tinh thể mới, hoặc tham
gia nuôi lớn mầm tinh thể đã sinh ra trước đó. Mầm lớn phát triển thành tinh thể kết
thành lớp mạ.
1.2.2 Quá trình phụ
Song song với quá trình phóng điện của cation kim loai, còn có quá trình
phóng điện của nước hoặc ion hyđrô và giải phóng khí H2.
Khi môi trường axit.
2H++2e  H2
Khi môi trường kiềm hoặc trung tính.
2H2O+2e  2OH- + H2.
Hoặc quá trình phóng điện của cation kim loại từ hoá trị cao về hoá trị thấp.
Men++ (n-m)e  Mem+
Chính những quá trình phụ này làm cho hiệu suất dòng điện catôt của ion kim loại
mạgiảm xuống dưới 100%.
1.3 Quá trình anot
1.3.1 Quá trình chính: Hòa tan kim loại mạ vào trong dung dịch.
Me  Me+n + ne.
1.3.2 Quá trình phụ

7


Thiết kế phân xưởng mạ đùi xe đạp

+ Môi trường axit và trung tính.
2H2O  O2+4H+ + 4e
+ Môi trường kiềm.
4OH- 2H2O + O2 + 4e
Các ion kim loại đi vào dung dịch mạ, còn khí thoát ra trên anôt. Electron được
chuyển vào mạch qua nguồn điện trở về catôt.

8


Thiết kế phân xưởng mạ đùi xe đạp

Chương 2 GIỚI THIỆU VỀ LỚP MẠ KẼM
2.1 Giới thiệu về kim loại mạ
Kẽm, ký hiệu Zn, là kim loại trắng xám, giòn ở nhiệt độ thường, dẻo ở 100 –
o
150 C, nhiệt độ nóng chay ở 450oC, khối lượng riêng là 7,2 g/cm3. Đương lượng
điện hóa của Zn2+ 1,129g/Ah. Độ cứng của kẽm mạ điện 490 – 588MPa. Điện thế
tiêu chuẩn -0,76 V. Trong các dung dịch mạ điện thế cân bằng của kẽm âm hơn:
-0,80 V trong dung dịch axit, -125 V trong dung dịch mạ xyanua.
Kẽm là kim loại hoạt động, là chất khử mạnh. Kẽm bền trong không khí ẩm,
trong nước ngọt, trong đất. Kẽm dễ tan trong axit, trong kiềm. Kẽm không bền
trong khí công nghiệp ( chưa hợp chất S , CO 2 ) rất không bền trong môi trường
khí hậu biền. Tốc độ ăn mòn kẽm mỗi năm ở nông thôn khoảng 1-1,5µm , vùng
công nghiệp từ 6÷8µm.
Lớp mạ kẽm khá dẻo, chịu uốn, bẻ, cán dát tốt. Kẽm mới mạ dễ hàn, chỉ cần
hoạt hóa bằng nhựa thông, lớp mạ dùng lâu phải dùng axit hoạt hóa mới hàn được.
Lớp mạ kẽm trên nền sắt, thép, đồng … là lớp mạ anot, nên nếu lớp mạ bị xước hở
nền kim loại ra thì kim loại nền vẫn được bảo vệ chừng nào lớp mạ kẽm chưa bị

mòn hết. Nhưng nếu làm việc trên 70oC thì lớp mạ kẽm là lớp mạ catot so với thép,
nên thép bị ăn mòn còn kẽm thì không. Lớp mạ kẽm không bền với nhựa tổng hợp,
dầu mau khô….
Mạ kẽm có thể thực hiện bằng nhiều cách : nhúng nóng, phun, nhiệt khuếch
tán, mạ điện ... Mỗi cách có những đặc điểm riêng, phạm vi ứng dụng riêng, làm
cho mạ kẽm thêm phong phú. Tùy yêu cầu của sản phẩm mà chọn phương pháp mạ
và chiều dày lớp mạ cho phù hợp. Phương pháp mạ điện thường cho chiều dày lớp
mạ kẽm từ 5 – 30 µm; phương pháp nhúng nóng cho từ 50 – 200 µm. Trong đề tài
này chúng ta chỉ nghiên cứu phương pháp mạ điện.
Chiều dày lớp mạ kẽm theo quy chuẩn của nhà nước thường dao động trong
giới hạn sau : ( Sách Công Nghệ Mạ điện- Trần Minh Hoàng- trang 62 )
+Trong môi trường ăn mòn rất mạnh là 36 ÷ 42µm.
+Trong môi trường ăn mòn mạnh là 25÷30µm.
9


Thiết kế phân xưởng mạ đùi xe đạp

+ Trong môi trường ăn mòn trung bình là 12÷15µm.
+ Trong môi trường ăn mòn yếu là 3÷5µm.
2.2 Các loại dung dịch mạ
2.2.1 Mạ kẽm trong dung dịch axit
Dung dịch axit để mạ kẽm chính là dung dịch mạ đơn, thường dùng là dung
dịch sunfat, rồi đến dung dịch clorua, dung dịch floborat. Đặc điểm chung của các
dung dịch này là : kẽm tồn tại dưới dạng ion đơn đã hydrat hóa, cho độ phân cực bé
khi phóng điện, dung dịch ổn định, cho phép dùng Dc lớn, nhất là khi dung dịch
được khuấy mạnh, hiệu suất dòng điện lớn (ngay cả khi nồng độ axit cao). Nhược
điểm chung của các dung dịch này là : cho lớp mạ có tinh thể thô, khả năng phân
bố PB kém, nên chỉ dùng để mạ cho vật có hình thù đơn giản như dây, băng,
tấm…

Một số dung dịch mạ axit thường gặp:
+ Mạ kẽm từ dung dịch kẽm sunfat
Bảng 4 Thành phần dung dịch mạ kẽm sunfat
Thành phần (g/l)
Chế độ mạ
ZnSO4.7H2O
Al2(SO4)3.18H2O
Na2SO4.10H2O
K2SO4
(NH4)2SO4
Dextrin vàng
Ic, A/dm2 Không khuấy
Có khuấy
pH
Nhiệt độ, oC
H%
Ứng dụng mạ

Các dung dịch mạ kẽm sunfat
1
2
3
200-300
430-500
240-360
30
30
30
50-100
15-30

8-10
1-2
1-3
1-3
3-6
8-10
3-5
3-5
3,5-4,5
4
phòng
40
25
95-98
95-98
95-99
Tĩnh , quay
dây, băng
vạn năng

4
200-220
70-80
10
0,2-0,3
1-1,5
4-5
3,5-4,5
phòng
>95

quay

10


Thiết kế phân xưởng mạ đùi xe đạp

2.2.2 Mạ kẽm từ dung dịch phức
Dung dịch phức (thường có môi trường kiềm hay trung tính) phổ biến nhất là
dung dịch xyanua, rồi đến dung dịch amoniacat, zincat, pyrophophat ... Đặc điểm
chung của nhóm dung dịch này là kẽm nằm dưới dạng ion phức, phóng điện với
phân cực catot lớn, cho lớp mạ mịn, khả năng phân bố tốt nên mạ được cho các vật
mạ có hình thù phức tạp. Khuyết điểm chung của nhóm dung dịch này là làm việc ít
ổn định, mật độ dòng điện làm việc bé, nếu tăng mật độ dòng điện thì hiệu suất
dòng điện sẽ giảm (đường 3, hình 2.4).
Dung dịch xyanua đặc trưng cho nhóm dung dịch phức, nên ta sẽ tập trung
nghiên cứu kỹ dung dịch này để làm cơ sở tìm hiểu, nghiên cứu các dung dịch phức
khác khi cần thiết.
+ Mạ kẽm từ dung dịch phức amoniacat
Bảng 5 Thành phần dung dịch mạ kẽm amoniacat
Thànhphần (g/l),
chế độ mạ
ZnO
NH4Cl
H3BO3
Gelatin
Ic, A/dm2
Nhiệt độ oC
pH
H, %

Ứng dụng mạ

1
30-35
200
1
1,5-2
20-40
6,5-8
99
treo

Dung dịch mạ kẽm amoniacat
2
3
12-15
100
240-260
300
20-25
1-2
5-6
0,5-1,5
2-4
20-35
20-25
5,5-7,5
7,5-8,5
90-98
90-98

Quay
tĩnh

4
35-40
200-220
1-3
20-35
7,5-8
90-98
Lò xo

11


Thiết kế phân xưởng mạ đùi xe đạp

Bảng 6 Quy trình mạ kẽm và phân bố số đơn nguyên bể
STT

Thành phần dung dịch

Các bước công
nghệ

Nồng độ

NaOH
Na3PO4.12H2O
Chất HĐBM

Na2SiO3

20 g/l
5 g/l
3 g/l
10 g/l

50

5

1 (*)

Nước thường

-

80

1

1

Nước thường

-

phòn
g

1

1

40 g/l

phòn
g

5

1 (*)

Nước thường

-

phòn
g

1

1

Nước thường

-

phòn
g

1

1

5%

phòn
g

1

1(*)

Nước thường

-

80

1

1

Nước thường

-

phòn
g

1

1

-

-

3

-

phòn
g

21

4 (*)

1

3
4
5
6
7
8
9

Rửa nóng
Rửa lạnh
Tẩy gỉ
Rửa lạnh
Rửa lạnh
Tẩy nhẹ
Rửa nóng
Rửa lạnh

Thời Số đơn
gian nguyên
(phút)
bể

Hóa chất

Tẩy dầu mỡ

2

Nhiệt
độ

HCl
Urotropin

HCl

150 g/l

10

Mắc vào giá

-

11

Mạ kẽm

ZnO

100

NH4Cl

250

Gelatin

1,5

O

C

ic 3,5 A/dm2
pH = 8

12

Thiết kế phân xưởng mạ đùi xe đạp

H = 95%
12

Rửa lạnh

13

Rửa lạnh

14

Cromat hóa

15

Rửa lạnh

16

Rửa nóng

17

Tháo khỏi giá

18

19

Nước thường

-

phòn
g

1

1

Nước thường

-

phòn
g

1

1

CrO3
H2SO4 (1,84)

150 g/l
20 g/l

HNO3 (1,41)

20 g/l

phòn
g

3

1

Nước

-

phòn
g

1

1

Nước

-

80

1

1

-

-

-

3

-

Sấy

-

-

80

5

-

Tổng

-

-

-

56

15

Chú thích: mục (*) tính toán ở phần thiết kế.
2.3 Thuyết minh sơ đồ công nghệ
- Vật mạ sau khi nhập về cần phải kiểm tra và gia công cơ học.
- Lắp vật mạ lên giá, đưa vào bể tẩy dầu mỡ để làm sạch hết dầu mỡ bám trên bề
mặt vật mạ.
- Cho vật mạ đi qua các bể rửa 2,3 để rửa trôi các vết dầu mỡ còn bám lại.
- Sau đó, đưa tiếp vào bể tẩy dầu điện hóa, tại đây các vết dầu mỡ bám chặt dưới
tác dụng của dòng điện sẽ bị tách ra khỏi bề mặt vật mạ.
- Sau đó vật mạ được đưa sang bể rửa 5, 6 để làm sạch lần cuối.
- Vật mạ được cho vào bể tẩy nhẹ để lấy đi lớp oxyt mỏng trên bề mặt vật mạ.
- Sau đó cho qua bể rửa để rửa sạch và tránh việc đưa hóa chất từ bể này sang bể
khác.

13


Thiết kế phân xưởng mạ đùi xe đạp

- Sau khi rửa xong treo vật mạ vào bể mạ kẽm.
- Mạ kẽm xong nhấc khung catot treo vật mạ vào bể rửa 12, 13 để làm sạch hóa
chất trên bề mặt vật mạ.
- Sau đó khung catot được nhấc sang bể cromat hóa để tiến hành hoàn thành lớp mạ
kẽm ( tạo lớp màng thụ động).
- Cromat hóa xong nhấc khung catot cho sang bể 15, 16 để rửa sạch vật mạ.

- Rửa xong tháo vật mạ đem đi sấy khô.

Chương 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ
3.1 Diện tích của vật mạ

Hình 2 Đùi xe đạp
Đùi xe đạp có chiều dai 195 mm, một đầu to nối với trục của xe, 1 đầu
nhỏ nối với bàn đạp, ở hai đầu có 2 lỗ. Diện tích tổng bề mặt vật mạ là S = 1.02
(dm2)

14


Thiết kế phân xưởng mạ đùi xe đạp

3.2 Thời gian gia công trong các bể mạ
Thời gian mạ được tính theo công thức:
= 1 + , phút
Trong đó: 1 là thời gian điện phân , phút
2

là thời gian phụ

, phút.

Khi điện kết tủa kim loại, 1 được tính theo công thức (2.1) - PPTKXMĐ/17:
1

= )/(ic) , phút.

Trong đó:
: chiều dày lớp kết tủa, mm.
: khối lượng riêng, g/cm3.
: hiệu suất, %.
: đương lượng điện hóa, g/Ah.
ic: mật độ dòng catot, A/dm2.
Thời gian mạ kẽm từ dung dịch kẽm amonicat:
Có các giá trị:
= 20 (μm) = 0,020 (mm).
Dc (ic) = 3,5 (A/dm2).
H = 95 (%).
d = 7,14 (g/cm3).
q = 1,22 (g/Ah).
Vậy 1 = ( 0,020. 7,14.60000)/(1,22. 3,5. 95) , (phút).
= 21,12 (phút).
Thời gian phụ 2 đối với dây chuyền thủ công nằm trong khoảng: 2 – 4 (phút).
Chọn 2 = 2,88 (phút)
Vậy thời gian mạ kẽm là: = 1 + 2 =21,12 + 2,88 = 24 (phút)

15


Thiết kế phân xưởng mạ đùi xe đạp

-Thời gian cromat hóa là:1= 1 ( phút)
Chọn thời gian phụ 2 = 2 ( phút )
Vậy thời gian cromat hóa là: = 1 + 2 = 1 + 2 = 3 ( phút )
3.3 Tính số lượng bể
Chế độ làm việc 2ca/ ngày, mỗi ca 8 ( giờ )
Thời gian làm việc trong một ngày: t = 2.8 = 16 (h) = 960 (phút)

Thời gian chuẩn bị và kết thúc trong một ngày là: t= 1 (h) = 60 (phút)
Từ bảng 6 ta có tt = 56 (phút).
Vậy số mẻ M mạ được trong một ngày của một bể mạ kẽm là:
M = (960 - 60 - 56)/24 +1 = 35,37 (mẻ).
Quy tròn xuống là M = 35 (mẻ).
Ta có mỗi mẻ một bể mạ được 30 chi tiết.
Vậy công suất P của một bể mạ trong ngày là:
P = 35.32 = 1120 (chi tiết/ngày).
Số bể mạ n được tính theo công thức:
n = Pn/P (bể).
Trong đó:
Pn: là kế hoạch sản xuất trong một ngày (chi tiết/ngày).
P: năng suất của một bể (chi tiết/ngày).
Theo bảng 3 ta có Pn = 4000 (chi tiết/ngày).
Vậy số bể mạ kẽm là:
n = 4000/1120 = 3,67 (bể).
Quy tròn lên là n = 4 (bể).
3.4 Nhịp ra hàng
Nhịp ra hàng N là tỷ số giữa thời gian gia công và số bể mạ đã quy tròn:
16


Thiết kế phân xưởng mạ đùi xe đạp

N = /n
Tỷ số giữa thời gian mạ kẽm và số bể mạ kẽm là:
N = 24/4 = 6 (phút).
Số bể tẩy dầu mỡ:
n = 5/6 = 0,83 (bể)

Chọn 1 bể tẩy dầu mỡ

Số bể tẩy gỉ:
n = 5/6 = 0,83 (bể)

Chọn 1 bể tẩy gỉ

Số bể Cromat hóa:
N = 3/6 = 0,5 (bể)
3.5

Chọn 1 bể cromat hóa

Tính hệ số thiết bị.

Hệ số tận dụng của thiết bị được tính theo công thức:
K=

n
nt

Trong đó:
n: số bể mạ tính được, n = 3,85.
nt: số bể mạ đã quy tròn, nt = 4.
Suy ra:
K= 3,85/4= 0,93
Hệ số sử dụng thiết bị đạt yêu cầu.
Bảng 7 tổng hợp kết quả tính
Thời gian mạ Thờigian cromat
(phút)

hóa (phút)
24
3

Số bể
(bể)
4

Nhịp ra hàng
(phút)
6

Hệ số sử dụng
thiết bị
0,93

17


Thiết kế phân xưởng mạ đùi xe đạp

3.6 Tính kích thước bể
3.6.1 Tính chiều dài bể

mạ

Chiều dài trong của bể được tính theo công thức:
LT = n1.L1 + ( n1 – 1 ).L2 + 2.L3, mm.
Trong đó :
LT : Chiều dài trong của bể, mm.

n1 : Số khung ( số đơn vị tải ) trên một cầu treo, chiếc.
L1 : Kích thước khung treo theo chiều dài bể, mm.
L2 : Kích thước giữa các khung, mm.
L3 : Khoảng cách giữa thành bể và cạnh khung, mm.
Ta có tương ứng các giá trị như sau :
n1 = 1; L1 = 2100, mm ; L2 = 0,mm ( Do bể mạ có 1 khung
catot)
Chọn L3 = 70, mm
Suy ra được :
L = 2100 + 0 + 2.70 = 2240 mm. Chọn L = 2300 mm.
3.6.2

Tính chiều rộng các bể.

Chiều rộng trong của bể được tính theo công thức:
WT = 2.W1 + 2.W2 + 2W3 + W4 + n3.d, mm.
Trong đó:
WT : chiều rộng trong của bể, mm.
W1 : kích thước lớn nhất của vật mạ theo chiều rộng bể, mm.
W2 : khoảng cách giữa anot và vật mạ , mm.
W3 : khoảng cách từ anot tới thành bể, mm.
W4 : khoảng cách giữa 2 chi tiết mạ tính theo chiều rộng bể mm
n2: số cầu catot, chiếc.

18


Thiết kế phân xưởng mạ đùi xe đạp

n3 : số cầu anot, chiếc.

d : chiều dày anot, mm.
Ta có :
W1 = 15 (mm), n2 =1; n3 = 2 ;
Chọn W1 = 15 mm; W2 =200(mm), W3 = 50 (mm), W4 = 150 (mm), chiều dày anot
d = 10, mm.
Suy ra :
WT = 2.15 + 2.200 + 2.50 + 150 + 2.10 = 700, mm.
3.6.3

Tính chiều cao các bể.
Chiều cao trong của bể được tính theo công thức:
HT = H1 + H2 + H3 + H4 , mm.
Trong đó :
HT : chiều cao bên trong của bể, mm.
H1 : chiều dài chủa chi tiết mạ, mm
H1 = 195, mm
H2 : khoảng cách từ đáy bể đến cạnh dưới của khung, mm.
Chọn H2 = 180, mm.
H3 : chiều cao chất điện giải từ cạnh trên của khung trở lên.
H3 = 50, mm.
H4 : khoảng cách từ mặt thoáng dung dịch đến miệng bể mm.
H4 = 105, mm
Suy ra được: HT = 180 + 195 + 50 + 105 = 530 , mm

Vậy bộ kích thước bể: Lt.Wt.Ht = 2300.700.530 ( mm )
3.7

Tính thể tích bể và thể tích dung dịch
Thể tích của bể được tính theo công thức sau :
V = LT.WT.HT, l.

19


Thiết kế phân xưởng mạ đùi xe đạp

Trong đó :
V là thể tích của bể, l.
LT = 23 dm.
HT = 7 dm.
WT = 5,3 dm.
Vậy :

V = 23.7.5,3 = 853 ,l.

Thể tích thực dung dịch chứa trong bể:
V = 23.7.(5,3 – 1,05) = 684 , l.
Bảng 8 tổng hớp kích thước bể
Chiều dài LT
( mm )
2300
3.8

Chiều rộng WT
(mm)
700

Chiều cao HT
(mm)
530

Thể tích bể
(lít)
853

Thể tích dung
dịch (lít)
684

Tính cường độ dòng điện vào bể và chọn nguồn điện

3.8.1 Tính cường độ dòng điện vào bể
Cường độ dòng điện vào bể được tính toán theo công thức sau:
I = Dc.y ,( A).

CT.2.2.4 – PPTKXMĐ- PSG.TS Trần Minh Hoàng

Trong đó :
I : là cường độ dòng điện vào bể, A.
Dc : là mật độ dòng điện, A/dm2.
y : là đơn vị tải, dm2.
Nhưng khi tiến hành chọn nguồn điện thực tế phải nhân với hệ số an toàn 1,2 thành
IT để chọn chỉnh lưu.
Ta có :
Dc = 3,5 (A/dm2).
Chọn diện tích khung không cách điện bằng 5% tổng diện tích vật mạ.
20


Thiết kế phân xưởng mạ đùi xe đạp

Đơn vị tải y = 30.1,02.1,05 = 32,13 (dm2).
Suy ra :
I = Dc.y = 3,5.32,13= 112 (A).
Vậy cường độ dòng điện thực tế vào bể là :
IT = I.1,2 = 112.1,2= 134 (A).

3.8.2 Mật độ dòng thể tích :
Dòng điện đi qua dung dịch sẽ làm tăng nhiệt độ của dung dịch điện giải lên
(hiệu ứng Jun), nên khi thiết kế dây chuyền phải quy định rõ mật độ dòng thể tích
đối với bể mạ kẽm.
iv = I/Vdd, A/l.
Trong đó:
Vdd là thể tích dung dịch trong bể, Vdd = 684 , l
I là cường độ dòng điện vào bể, A. I = 134 , A
iv = 134/684 = 0,196 ( A/l )
Thỏa mãn điều kiên mật độ dòng thể tích vì iv của bệ mạ kẽm bằng 0,2 A/l
( tra iv = 0,2 A/l trong sách PPTKXMĐ – trang 42 )

3.8.3 Tính điện thế vào bể
Để cung cấp nguồn điện một chiều cho các bề mạ, bể điện phân…Ngày nay
thường dùng các bộ chỉnh lưu bán dẫn, còn các loại máy phát rất ít dựng. Thực tế
thì trong bản đồ án này ta dựng chỉnh lưu làm mát bằng dầu. Khi chọn nguồn điện
một chiều phải căn cứ vào các yếu tố như: Cường độ dòng điện I, điện thế bể U,
mỗi bể nên trang bị riêng một chỉnh lưu, nếu như dòng điện yêu cầu vào bể vượt

21


Thiết kế phân xưởng mạ đùi xe đạp

quá công suất của chỉnh lưu thì có thể chọn nguồn lớn hơn hoặc mắc hai hay ba bộ
chỉnh lưu để cấp điện cho nó.
Chọn điện thế nguồn Un trước hết phải tính điện thế bể Ub:
Un ≥ Ub + 0,1Un , V.
Điện thế trên bể là một hàm số của thành phần dung dịch, chế độ làm việc, khoảng
cách giữa các điện cực và bản chất của điện cực. Đại đa số các quá trình mạ điện
chỉ đòi hỏi điện thế danh nghĩa của chỉnh lưu là: 6V
Công thức xác định điện thế bể như sau:
Ub = (1+β)[Ea – Ec + (1+α).I.R] , V.
Trong đó:
β: là hệ số xét tới các tổn thất điện thế tại chỗ tiếp xúc và trên các dây
dẫn loại I.
Ea, Ec : là điện thế anot, catot, V.
α : là hệ số xét tới tổn thất điện thế trong dung dịch do độ dày bọt.
I : Là cường độ dòng điện tính toán theo công thức trên, A.
R : là điện trở của dung dịch, Ω. Tính theo công thức sau:

R=


100.χ . y

, Ω.

Với :
ℓ: là khoảng cách giữa các điện cực, cm.
χ: là độ dẫn điện riêng của dung dịch, 1/Ω.cm.
y: là phụ tải của bể, dm2.
Khi tính Ub nếu Dc ≠ Da thì I phải được tính theo công thức sau:
I=

Dc.Da. y

, A/dm2

22


Thiết kế phân xưởng mạ đùi xe đạp

hay

I=

D

2

.y

, A/dm .

với

D

=

Dc.Da

, A/dm2.

Tính điện trở dung dịch R

R=
Trong đó


100.χ . y

l = 20 cm ,

χ

20
100.0,3.32,13

=

= 0,02 , Ω.

= 0,3 Ω-1.cm-1, y = 32,13 dm2

Tính điện thế vào bể:
Ub = (1+β)[Ea – Ec + (1+α).I.R] , V.
Trong đó:
β = 0,04 ,
Ea = - 1,30 V,
Ec = -1,45 V,
α = 0,02

I = 134 A
R = 0,02 Ω.
Suy ra điện thế vào bể:
Ub = (1+β)[Ea – Ec + (1+α).I.R]
= (1+0,04)[-1,30 + 1,45 + (1+0,02).134.0,02] = 3 (V)
Các thông số: β, Ea , Ec , α,

χ

,

γ

tra bảng 2.2 - trang 39 – PPTKXMĐ
23


Thiết kế phân xưởng mạ đùi xe đạp

Bảng 9 tổng hợp dòng điện và điện thế vào bể.
Bể
Mạ kẽm

Dc ,A/dm2
3,5

Ub , V
3

Y , dm2

32,12

IT , A
134

iv , A/l
0,196

Bảng 10 Chọn đặc tính kỹ thuật của một số chỉnh lưu
Bể
Mạ kẽm

IT , A
134

Ub , V
3

Loại chỉnh lưu
3200A-12V

Công suất
38,4 kw

Kích thước
800x700x1600

Chương 4 XỬ LÝ NƯỚC THẢI
4.1 Xử lí nước thải Crom
Xưởng mạ khi đi vào sản xuất thì thải ra rất nhiều hóa chất độc hại theo nước bao

gồm cả axit, kiềm, chất hữu cơ, kim loại, và kim loại rất nặng như Cr…
Đối với chất thải axit và kiềm ta cho chúng tự trung hòa lẫn nhau và thử
bằng giấy pHcho tới khi pH = 7 nếu pH > 7 ta thêm axit tới khi pH = 8,5, nếu pH<
7 ta thêm kiềm tới khi pH = 5,5 trước khi thải ra môi trường.
Đối với nước rửa của bể rửa vật mạ thì có một lượng lớn ion kim loại như Zn 2+ ta
xử lý bằng cách kết tủa hóa học bằng cách cho thêm Ca(OH) 2, để kết tủa các ion
kim loại đó, sau đó lọc để loại bỏ ion này.
Zn2++ 2OH- = Zn(OH)2
Nước thải từ bể rửa vật mạ Cromat hóa có chứa rất nhiều ion Cr là ion kim
loại rất độc và phải xử lý kỹ trước khi cho ra môi trường.
Làm sạch Cr bằng cách sau:
Dựng bisunfit để chuyển Cr6+ thành Cr3+.
2Cr2O72- + 3S2O32- + H2O = 4Cr3+ + 6SO42- + 2H+.

24


Thiết kế phân xưởng mạ đùi xe đạp

Kết tủa Cr3+ ở pH = 8 đến 8,5 bằng Ca(OH)2.
Cr3+ + 3OH- = Cr(OH)3.
Các chất oxy hóa thường dùng trong công nghiệp: clo khí hoặc lỏng, hợp
chất clo (vơi clorua, các hypoclorit), ozon, kali permanganat, sắt sunfat … Phổ biến
là vôi clorua và các hypoclorit. Các chất này được sử dụng để oxy hóa các phụ gia
hữu cơ…

Ghi chú:
1.

Bể xử lý nước thải hữu cơ.

2.

Bể chứa dung dịch hữu cơ hỏng.
25