thiết kế dây chuyền mạ tự động ni cr chi tiết vòi chậu

Thiết kế dây chuyền mạ tự động Ni – Cr chi tiết vòi chậu

MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU
1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................................ 1
1.1 Giới thiệu về sản phẩm mạ ............................................................... 1
1.2 Lý thuyết chung ................................................................................ 1
1.3 Quá trình catot .................................................................................. 2
1.3.1 Quá trình chính ......................................................................... 2
1.3.2 Quá trình phụ ........................................................................... 2
1.4 Quá trình anot ................................................................................... 3
1.5 Lý thuyết về các lớp mạ [2].............................................................. 3
1.5.1 Lý thuyết về lớp mạ Ni ............................................................ 3
1.5.1.1 Tính chất của niken ............................................................ 3
1.5.1.2 Ứng dụng của lớp mạ niken ............................................... 4
1.5.1.3 Các loại lớp mạ niken ........................................................ 5
1.5.2 Mạ Cr........................................................................................ 6
2. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ ................................................................. 8
2.1 Sơ đồ dây chuyền công nghệ ............................................................ 8
2.2 Thông số các quá trình gia công....................................................... 9
2.3 Thuyết minh dây chuyền ................................................................ 13
3. THIẾT KẾ ........................................................................................... 15
3.1 Tính toán kích thước bể. ................................................................. 15
3.1.1 Công suất sản phẩm................................................................ 15
3.1.2 Chế độ làm việc. ..................................................................... 15
3.1.3 Kế hoạch sản xuất. ................................................................. 15


Thiết kế dây chuyền mạ tự động Ni – Cr chi tiết vòi chậu

3.1.4 Thời gian gia công.................................................................. 16

3.1.5 Chọn kích thước khung. ......................................................... 18
3.1.5.1 Chọn kích thước khung. ................................................... 18
3.1.5.2 Nhịp ra hàng lý thuyết của dây chuyền. ........................... 19
3.1.5.3 Số bể mạ và số bể gia công: ............................................. 20
3.1.5.4 Nhịp ra hàng thực tế. ........................................................ 21
3.1.5.5 Hệ số tận dụng của thiết bị. .............................................. 22
3.1.6 Tính kích thước các bể: .......................................................... 23
3.1.6.1 Chiều dài trong của bể. .................................................... 23
3.1.6.2 Chiều rộng trong của bể. .................................................. 23
3.1.6.3 Chiều cao trong của bể. .................................................... 24
3.1.6.4 Thể tích của bể. ................................................................ 24
KẾT LUẬN………………………………………………………….24
TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………..25


Thiết kế dây chuyền mạ tự động Ni – Cr chi tiết vòi chậu

LỜI MỞ ĐẦU
Trải qua hàng trăm năm hình thành và phát triển ngành Hóa học nói
chung và Công nghệ điện hóa nói riêng đã có những bước tiến vượt bậc, đáp ứng
phần nào đó nhu cầu đời sống kinh tế xã hội của loài người. Trong bối cảnh đó,
ngành mạ điện cũng không ngừng phát triển và ngày càng cho ra đời các sản
phẩm mạ tốt hơn, đẹp hơn, phong phú và bền hơn. Phương pháp mạ điện cũng
đã có một lịch sử khá lâu, khoảng trên 200 năm. Kể từ năm 1805 do nhà bác học
Luigi V. Brugnatelli khai sinh ra đến nay, ngành mạ điện cũng đã trải qua biết
bao thăng trầm lịch sử. Trong suốt 30 năm đầu, kĩ thuật mạ điện chỉ có thể nghiên
cứu trong phòng thí nghiệm. Nhưng cho đến khi máy phát điện ra đời thì kĩ thuật
mạ điện đã bước sang một kỷ nguyên mới. Các sản phẩm mạ mang tính thương
mại ra đời và phát triển rực rỡ, bởi ý nghĩa vô cùng to lớn của lớp mạ. Mạ vừa
có tính trang trí, lại vừa có tính bảo vệ. Mật độ dòng điện tăng lên, năng suất lao

động tăng, quá trình mạ được tự động hóa từ một phần đến hoàn toàn. Những
dung dịch cùng với các phụ gia mới làm cho lớp mạ đạt chất lượng tốt hơn. Các
lớp mạ được nghiên cứu phát triển để thỏa mãn cả yêu cầu chống ăn mòn lẫn
trang trí, làm đẹp...
Lớp mạ phủ bằng phương pháp điện hóa vừa cho chất lượng tốt, đẹp, bền
tính năng cơ học, hóa học và thẩm mĩ vượt trội lại dễ khống chế về mặt công
nghệ cho nên đây là phương pháp ưu việt hơn cả và ngày càng được sử dụng
rộng rãi trong các ngành công nghệ khác nhau.
Ngày nay cùng với sự phát triển vượt bậc của xã hội, đời sống của con
người ngày càng được nâng cao. Trong đó các thiết bị vệ sinh, như các vòi nước,
vòi chậu…cũng ngày càng được cải tiến cả về mẫu mã và chất lượng để đạt được
độ bền và tính thấm mĩ cao. Một trong những cải tiến đó là sự đa dạng về các
lớp mạ phủ ngoài, trong đó có hệ lớp mạ Ni – Cr. Hệ lớp mạ gồm 2 lớp mạ Ni
dày giúp chống gỉ sét, giữ bề mặt sáng đẹp dài lâu, lớp mạ Cr không bị bong và
được bóng sáng lâu năm.
Đào Thị Hoa - 20123121


Thiết kế dây chuyền mạ tự động Ni – Cr chi tiết vòi chậu

1. CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1 Giới thiệu về sản phẩm mạ
Sản phẩm mạ : vòi chậu.
Sản phẩm có nền là đồng thau.
Ta chọn sử dụng các lớp mạ Ni-Cr với chiều dày lớp mạ như sau:
Lớp mạ
Chiều dày, μm

Ni mờ
15

Ni bóng
10

Cr
0,3

Các lớp mạ có vai trò như sau:
+ lớp mạ Ni mờ có độ kín lớn ứng suất nhỏ lại bám dính tốt dễ mạ.
+ Lớp mạ Ni bóng có ứng suất lớn nhưng cho độ bóng cao, nhẵn mang
tính trang trí, giảm khâu đánh bóng sau mạ.
+ Lớp mạ Cr trang sức trên lớp mạ Ni theo quy ước dày cỡ 0.3 µm làm
cho lớp mạ sáng xanh, lộng lẫy, bề mặt cứng.
1.2 Lý thuyết chung
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…[1]
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.

Đào Thị Hoa - 20123121

1


Thiết kế dây chuyền mạ tự động Ni – Cr chi tiết vòi chậu

1.3 Quá trình catot
1.3.1 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 Men+.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 catot (giai đoạn
hấp phụ).
- Electron từ catot 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 thành tinh thể kết thành
lớp mạ.
1.3.2 Quá trình phụ
Song song với quá trình phóng điện của cation kim loại, còn có quá trình
phóng điện của nước hoặc ion hyđrô và giải phóng khí H2.
Trong môi trường axit.
2H++2e  H2
Trong môi trường kiềm hoặc trung tính.
2H2O+2e  2OH- + H2.

Đào Thị Hoa - 20123121

2

Thiết kế dây chuyền mạ tự động Ni – Cr chi tiết vòi chậu

Hoặc quá trình phóng điện của cation kim loại từ hoá trị cao về hoá trị
thấp.
Me+ne + (n-m)e  Mem+
Chính những quá trình phụ này làm cho hiệu suất dòng điện catot của ion
kim loại mạ là H<100%.
1.4 Quá trình anot
- Quá trình chính:
Me  Me+n + ne.
- Quá trình phụ:
+ 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 anot.
Electron được chuyển vào mạch qua nguồn điện trở về catot.
1.5 Lý thuyết về các lớp mạ [2]
1.5.1 Lý thuyết về lớp mạ Ni
1.5.1.1 Tính chất của niken
Niken (kền) là một kim loại có màu trắng bạc, dẻo dễ cán và rất mỏng,
đánh bóng. Độ cứng của lớp mạ niken phụ thuộc nhiều vào thành phần của dung
dịch và điều kiện mạ, độ cứng của lớp mạ niken bóng từ 4500Mpa tới 5000Mpa,
của lớp mạ niken mờ 2500Mpa tới 4000Mpa tương đương với 450(kg/cm2) tới
500(kg/cm2) và 250(kg/cm2) tới 400(kg/cm2). Giới hạn bền là 400Mpa tới
500Mpa, độ dãn dài tương đối là 40%. Trong lĩnh vực mạ điện niken là một
trong các kim loại quý, quan trọng nhất, thông dụng nhất. Trong lĩnh vực vật liệu
Đào Thị Hoa - 20123121

3


Thiết kế dây chuyền mạ tự động Ni – Cr chi tiết vòi chậu

từ niken là một vật liệu quan trọng có hệ số giãn nở nhiệt nhỏ nhất, tính sắt từ
được bảo toàn tới 358oC, điện trở riêng là 7.10-8 (.m) khả năng phản xạ ánh
sáng 58% tới 62%. Trọng lượng riêng 8,9 (g/cm2). Nhiệt độ nóng chảy là 1452oC,
nhưng lớp mạ có thể làm việc ở 650oC. Lớp mạ thường cứng, giòn nếu nung tới
900oC sẽ mềm và dẻo lại.
Điện thế tiêu chuẩn của niken là -0,25(V). Trong mọi môi trường lớp mạ
niken đều là lớp mạ catôt đối với sắt và thép, vì vậy điều kiện cơ bản để lớp mạ
kền bảo vệ được lền sắt thép là phải phủ kín hoàn toàn, không châm kim, không
lỗ xốp, chiều dày của lớp mạ trong môi trường ăn mòn mạnh phải từ 25m trở
lên.
Trọng lượng nguyên tử của kim loại niken M=58,70(gam). Trong các hợp
chất thường gặp niken với hóa trị +2 và một số hóa trị +3. Ở điều kiện khí quyển
bề mặt luôn được bao phủ một lớp ôxit mỏng trong suốt làm thụ động bề mặt
của nó. Nếu khí quyển có chứa lưu huỳnh (S), bề mặt sẽ nhanh chóng bị mờ đi.
Trong nước niken rất bền. Trong H2SO4 và HCl thì niken tan chậm hơn, trong
HNO3 loãng thì dễ tan nhưng trong HNO3 đặc thì bị thụ động. Niken bền trong
các dung dịch kiềm đặc, loãng, nóng chảy.
Niken là kim loại khá đắt cần phải tiết kiệm, để giảm tiêu tốn niken cho
lớp mạ nhưng vẫn phải đảm bảo khả năng bảo vệ nền thường người ta tiến hành
mạ thành nhiều lớp chồng lên nhau, hoặc mạ lót đồng…
1.5.1.2 Ứng dụng của lớp mạ niken
Mạ niken được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp chế tạo máy móc,
dụng cụ, các đồ dùng trong nhà để bảo vệ khỏi ăn mòn và tăng vẻ đẹp cho chúng.
Niken bền hơn sắt vì vậy trong công nghiệp hóa chất thường mạ niken để
bảo vệ cho các máy móc, dụng cụ và đường ống. Trường hợp này lớp mạ dày

hàng trăm micromet. Lớp mạ dày, ứng suất lớn dễ bị bóng khỏi bề mặt chi tiết
vì vậy phải tiến hành nhiệt luyện khử bỏ ứng suất làm cho lớp mạ dẻo trở lại.
Đào Thị Hoa - 20123121

4


Thiết kế dây chuyền mạ tự động Ni – Cr chi tiết vòi chậu

Mạ niken còn được dựng để tăng tính chịu mài mòn như trong kĩ thuật in
người ta mạ niken cho các khuôn bản in tăng độ cứng và độ chịu mài mòn cho
chúng.
Mạ niken còn được dựng để tăng tính chịu mài mòn như trong kĩ thuật in
người ta mạ niken cho các khuôn bản in tăng độ cứng và độ chịu mài mòn cho
chúng.
Trong công nghiệp chế tạo các thiết bị quang học… người ta còn áp dụng
mạ kền đen. Thành phần của kết tủa đen này gồm có 75% là pha kim loại, nó
chính là niken phân bố vào khối kền sunfat và kẽm hydroxit. Chiều dày từ 0,5m
tới 1m, có khả năng hấp thụ ánh sáng rất tốt.
Mạ niken bóng là một công nghệ tiên tiến và ngày nay được dựng khá phổ
biến trong việc tạo lớp mạ bảo vệ và trang sức cho hàng mạ. Hoặc người ta có
thể mạ niken hai hay nhiều lớp chồng lên nhau tạo lớp mạ kín hơn bảo vệ nền
tốt hơn.
Lớp mạ kền đen có chứa nhiều lưu huỳnh nên dùng cho điện phân nước
khá tốt, quá thế hydro và oxy trên nó rất thấp. Điện thế phóng điện trên nó xấp
xỉ với điện thế phóng điện trên điện cực bạch kim.
Ngoài ra còn nhiều ứng dụng khác như mạ kền xốp chế tạo “la men” dùng
trong chế tạo ắc quy, màng lọc…
1.5.1.3 Các loại lớp mạ niken
Lớp mạ Ni mờ

Ni là kim loại thuộc nhóm sắt (Fe, Co, Ni) có từ tính. Về mặt điện hóa
chúng có chung các đặc điểm sau:
- Dòng điện trao đổi bộ, chính vì vậy tốc độ tạo mầm tinh thể rất nhanh và
kích thước tinh thể rất nhỏ.
- Phân cực catot rất lớn ngay khi kết tủa từ dung dịch muối đơn, nên lớp mạ
có cấu trúc tinh thể mịn
Đào Thị Hoa - 20123121

5


Thiết kế dây chuyền mạ tự động Ni – Cr chi tiết vòi chậu

- Quá thế thoát hydro trên chúng bộ nên hydro dễ thoát ra, nên quá trình mạ
Ni rất nhạy với nồng độ ion H+ và nhiệt độ dung dịch.
Dung dịch mạ Ni có thể thay đổi thay đổi các chất có trong để thu
được lớp mạ bán bóng, mạ bóng hay làm lớp lót cho các lớp mạ khác.
Lớp mạ Ni bóng
Mạ NiKel bóng cho lớp mạ có độ bóng cao nhưng giòn, độ kín nhỏ
hơn của lớp mạ Ni bán bóng. Mạ Ni bóng dung dịch có thành phần giống như
mạ Ni bán bóng nhưng có thêm phụ gia bóng.
Vai trò của các chất trong mạ Ni bóng giống như trong mạ Ni bán
bóng. Riêng 1,4butindiol có tác dụng làm vật mạ bóng hơn. Về vai trò của các
chất làm bóng hiện nay còn nhiều quan điểm khác nhau và chưa đi tới thống
nhất. Hiện nay quan điểm được công nhận nhiều nhất là: 1,4 butindiol được hấp
phụ lên bề mặt vật mạ, trên lớp mạ Ni bán bóng làm thay đổi tốc độ và khả năng
phóng điện của Ni2+ và như vậy ta sẽ được lớp mạ mịn hơn.
Các hư hỏng khi mạ Ni và cách nhận biết:
Khi mạ Ni thường xảy ra một số sự cố làm lớp mạ không đạt yêu
cầu ta có thể nhận biết nguyên nhân gây hỏng lớp mạ dựa vào bề mặt lớp mạ.



Lớp mạ bong tróc : Do tẩy dầu mỡ, rỉ bề mặt vật mạ chưa sạch.



Lớp mạ gai cây : Do dung dịch cặn đục, do tẩy chưa sạch.



Lớp mạ có màu cam nhạt do dung dịch bị lẫn dầu mỡ.
Lớp mạ bị dòn do pH cao hay quá thấp. Sau khi mạ Ni bóng vật

mạ được rửa 3 lần rồi đem mạ Cr.
1.5.2 Mạ Cr
Crôm(Cr) là kim loại trắng bạc, ánh xanh, độ cứng rất cao và chịu mài
mòn rất tốt. Trọng lượng nguyên tử là 52,01 g/cm3, nhiệt độ nóng chảy là 1750
đến 1850 0C. Chúng ta thấy rằng theo như điện thế tiêu chuẩn của Cr/Cr3+ = 0,7V
thì Cr là kim loại hoạt động nhưng trong khí quyển nó sinh ra một màng oxyt
mỏng rất kín, chắc, chống ăn mòn tốt và giữ được lâu trong không khí. Cr bền
Đào Thị Hoa - 20123121

6


Thiết kế dây chuyền mạ tự động Ni – Cr chi tiết vòi chậu

trong khí quyển chứa H2S, SO2, trong H2SO4, HNO3, H3PO4, axit hữu cơ, dung
dịch kiềm. Nhưng trong HCl, H2SO4, NaOH nóng nó bị hòa tan do lớp oxyt bị
phá hủy.

Trong hợp chất Cr có hóa trị 6 và hóa trị 3. Hợp chất Cr3+ có tính oxy hóa
mạnh, CrO3 hòa tan trong nước tạo ra hỗn hợp axit cromic. Đương lượng điện
hóa của Cr3+ là 0,648 g/Ah, Cr6+ là 0,324 g/Ah. Lớp mạ Cr có tính trang sức, bảo
vệ cao. Khi mạ trên nền Ni nó gắn bám tốt, nâng cao đáng kể cơ tính của lớp mạ
Ni vì độ cứng rất cao lại bền hóa.
Lớp mạ Cr gắn bám tốt lên nền Cu, Fe, Ni… và cho ta lớp mạ có cơ tính
cao, tính trang sức, bảo vệ tốt nên nó là lớp mạ ưu việt để mạ các sản phẩm vệ
sinh, đồ dùng cá nhân.
Trong dung dịch này CrO3 tan trong nước tạo thành hỗn hợp các axit
Cromic. Tất cả axit Cromic là các axit mạnh. Quá trình mạ Cr rất khác với quá
trình mạ các kim loại.
Mạ Cr tiến hành trực tiếp từ hỗn hợp các axit Cromic (H2CrO4 và
H2CrO7) chứ không phải muối kim loại kết tủa.Dung dịch mạ nhất thiết phải có
mặt các ion hoạt hóa (thông thường là SO42-, F-, SiF6-).Mạ Cr có điện thế khử ion
Cromat rất âm, hiệu suất dòng catot rất thấp, mật độ dòng lớn, khả năng phân bố
lớp mạ kém.
Tất cả các điều này có liên quan đến cơ chế phóng điện của Cr6+ trên
catot. Tuy nhiên cơ chế phóng điện này rất phức tạp và còn nhiều tranh cãi.
Không dùng anot crom hòa tan mà dựng anot trơ bằng hợp kim chì và
cần giữ tỷ lệ diện tích anot và catot trong giới hạn là từ 1/2 đến 2/3.

Đào Thị Hoa - 20123121

7


Thiết kế dây chuyền mạ tự động Ni – Cr chi tiết vòi chậu

2. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
2.1 Sơ đồ dây chuyền công nghệ

Mạ Ni mờ

Mạ Ni bóng

Rửa nước

Rửa thu hồi 1

Tẩy nhẹ

Rửa thu hồi 2

Rửa nước

Rửa nước

Rửa nước

Rửa nước

Tẩy gỉ

Hoạt hóa

Rửa lạnh

Mạ Cr

Rửa nóng

Rửa thu hồi 3

Tẩy dầu điện hóa
Rửa thu hồi 4
Rửa lạnh
Rửa lạnh
Rửa nóng
KCS

Rửa lạnh

Sấy

Rửa nóng

Tẩy dầu nóng
Rửa bụi mài
Đào Thị Hoa - 20123121

8


Thiết kế dây chuyền mạ tự động Ni – Cr chi tiết vòi chậu

2.2 Thông số các quá trình gia công
Bảng thông số các quá trình gia công
STT

11

Mục đích

Công
đoạn

Rửa bụi
mài

Rửa sạch bụi mài
bám trên chi tiết

Tẩy sạch lớp dầu
mỡ bám trên bề
22

33

44

mặt vật mạ

Tẩy dầu

Tên

Tiêu
chuẩn

Nước RO

Chảy tràn

Nhiệt độ

Thường

Thời gian
Na2CO3

1 phút
20 g/l

Na3PO4.12H2O

30 g/l

Na2SiO3

10 g/l

Chất hoạt động bề mặt

nóng [3]

5 g/l

Nhiệt độ

60-80 oC

Thời gian

10 phút

Rửa

Rửa trôi các vết

Nước RO

Chảy tràn

nước

dầu mỡ còn sót

Nhiệt độ

45-600C

nóng

lại

Thời gian

1 phút

Rửa lại lần nữa

Nước RO

Chảy tràn

Nhiệt độ

Thường

Thời gian

1 phút

Na2CO3

40 g/l

Na3PO4.12H2O

20g/l

Rửa
nước 1

Cho bề mặt sạch,
thời gian tẩy

55

Thông số

Tẩy dầu

ngắn, là khâu làm

Na2SiO3

5 g/l

điện hóa

sạch lần cuối lấy

Dc

5-10 A/dm2

[3]

đi màng dầu mỡ

Nhiệt độ

60-800C

Thời gian

5 phút

Nước RO

Chảy tràn

còn sót lại ở khâu
tẩy trước
66
Đào Thị Hoa - 20123121

9


Thiết kế dây chuyền mạ tự động Ni – Cr chi tiết vòi chậu

77

Nhiệt độ

45-600C

Thời gian

1 phút

Nước RO

Chảy tràn

Nhiệt độ

Thường

Thời gian

1 phút

Rửa sạch hóa

H2SO4
NaCl
Thời gian
Nước RO

200 g/l
150 g/l
1 phút
Chảy tràn

chất còn bám trên

Nhiệt độ

Thường

vật mạ

Thời gian

1 phút

Rửa lại lần nữa

Nước RO

Chảy tràn

Nhiệt độ

Thường

Thời gian

1 phút

NaOH

40g/l

Rửa

Rửa trôi các vết

nước

dầu mỡ còn sót

nóng

lại

Rửa

Rửa lại lần nữa

nước 2
Tẩy sạch lớp gỉ

8

Tẩy gỉ

79

710

Rửa
nước 3

Rửa
nước 4

Lấy đi lớp oxyt
111 Tẩy nhẹ

mỏng không nhìn
thấy

bằng

mắt

thường

112

Rửa
nước 5

Rửa sạch lớp hóa

Nước RO

Chảy tràn

chất còn bám trên

Nhiệt độ

Thường

bề mặt vật mạ

Thời gian

Tạo lớp mạ Ni
cho độ kín cao

13

Mạ Ni
mờ [4]

NiSO4.7H20

1 phút
260 – 300
g/l

NiCl2.6H20

40 – 60 g/l

H3BO3

30 – 40 g/l

Nhiệt độ

45 – 65oC
2,5 – 10

Mật độ dòng điện
Đào Thị Hoa - 20123121

A/dm2
10


Thiết kế dây chuyền mạ tự động Ni – Cr chi tiết vòi chậu

Cho lớp mạ có độ
bóng cao

pH

1,4 – 4,5

Thời gian

25 phút

NiSO4.7H20

250 – 300
g/l

NiCl2.6H2O

50 - 60g/l

H3BO3

25 – 40 g/l

Sacarin

114

1,4 - butindiol(30%)

Mạ Ni

1- 2 g/l
0,18 – 0,3
ml/l
0,5 – 1,0

bóng [5]
Fomalin (40%)
pH
Mật độ dòng điện

15

118

3

–

5

A/dm2

Nhiệt độ

50 – 60oC

Thời gian

15 phút

Nước RO

hồi dung Thu hồi lại dung

Nhiệt độ

Thường

Thời gian

1 phút

dịch

Rửa thu

Nước RO

hồi dung Thu hồi lại dung

Nhiệt độ

Thường

dịch

Thời gian

1 phút

Rửa sạch lớp hóa

Nước RO

Chảy tràn

chất còn bám trên

Nhiệt độ

Thường

bề mặt vật mạ

Thời gian

Rửa sạch lớp hóa

Nước RO

Chảy tràn

chất còn bám trên

Nhiệt độ

Thường

bề mặt vật mạ

Thời gian

dịch 2

117

4,5 - 4,8

Rửa thu

dịch 1

16

ml/l

Rửa
nước 6

Rửa
nước 7

Đào Thị Hoa - 20123121

1 phút

1 phút
11

Thiết kế dây chuyền mạ tự động Ni – Cr chi tiết vòi chậu

19

Hoạt hóa

CrO3

125 g/l

Giúp cho lớp mạ bám

H2SO4

1,35 g/l

chắc hơn

Nhiệt độ

50oC

Thời gian

1 phút

CrO3

20

Mạ Cr [6]

Tạo lớp mạ Cr

1,5 – 2,5 g/l

Cr3+

3 – 6 g/l

Nhiệt độ

45 - 60oC

Thời gian

21

23

24

25

12 - 55
A/dm2
5 phút

Nước RO

hồi dung

Nhiệt độ

Thường

dịch 3

Thời gian

1 phút

Rửa thu
22

Thu hồi lại dung dịch

g/l

H2SO4

Mật độ dòng điện

Rửa thu

150 – 250

Thu hồi lại dung dịch

Nước RO

hồi dung

Nhiệt độ

Thường

dịch 4

Thời gian

1 phút

Nước RO

Chảy tràn

Nhiệt độ

Thường

Thời gian

1 phút

Nước RO

Chảy tràn

Nhiệt độ

Thường

Thời gian

1 phút

Rửa nước
8
Rửa nước
9
Rửa nước

Rửa sạch vật mạ

Rửa sạch vật mạ

Rửa sạch vật mạ

nóng

Đào Thị Hoa - 20123121

Nước RO
Nhiệt độ

40 – 65 oC

Thời gian

1 phút

12


Thiết kế dây chuyền mạ tự động Ni – Cr chi tiết vòi chậu

Làm khô sản phẩm
26

Sấy

trước khi đưa đi kiểm
tra

Sản phẩm

2.3 Thuyết minh dây chuyền
- Lắp vật mạ lên gá mạ, đưa vào bể rửa, để làm sạch hết lớp bụi sau quá
trình gia công cơ.
- Đưa vào bể tẩy dầu nóng, để làm sạch hết lớp dầu mỡ bám trên bề mặt
vật mạ.
- Cho vật mạ đi qua các bể rửa 1 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.
- Cho vật mạ đi qua các bể rửa để rửa trôi các vết dầu mỡ còn bám lại
trên giá mạ.
- Đưa qua bể rửa 2 để làm sạch lần cuối.
- Tiếp đó giá mạ được chuyển sang bể tẩy gỉ.
- Sau khi tẩy gỉ, giá mạ được đưa sang bể rửa 3,4 để loại sạch tạp bẩn và

axit còn bám trên vật mạ.
- Vật mạ được cho vào 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.
- Qúa trình tiếp tục đưa vật mạ sang mạ Ni mờ, tạo được lớp mạ có độ
kín cao, độ gắn bám nền vào kim loại khác cao trước khi đưa sang mạ Ni bóng.
- Vật mạ qua các bể rửa thu hồi, rửa sau đó đưa qua bể hoạt hóa trước
khi đưa vào mạ Cr tạo lớp mạ trang sức.

Đào Thị Hoa - 20123121

13


Thiết kế dây chuyền mạ tự động Ni – Cr chi tiết vòi chậu

- Sau mạ Cr phải rửa thu hồi để rửa đi một phần dung dịch dính trên lớp
mạ sau đó đưa qua rửa lạnh, rửa nóng và đem đi sấy.

Đào Thị Hoa - 20123121

14


Thiết kế dây chuyền mạ tự động Ni – Cr chi tiết vòi chậu

3. THIẾT KẾ
3.1 Tính toán kích thước bể.
3.1.1 Công suất sản phẩm.

Vật mạ được làm bằng đồng, đúc thành khối.
Công suất dây chuyền phải đạt được: 250000 chi tiết/năm.
3.1.2 Chế độ làm việc.
Chọn chế độ làm việc 2 ca / ngày, mỗi ca 8 h.
Do quy trình sản xuất là tự động, nên tổng thời gian sửa chữa, bảo dưỡng
thiết bị là 5 % thời gian sản xuất.
Ở Việt Nam, số ngày nghỉ lễ là 10 ngày/ năm. Trong 1 năm có 52 tuần,
tuần làm việc 6 ngày (nghỉ chủ nhật).
Do đó, số ngày làm việc thực tế là:
365 – 52 – 10 = 303 (ngày/năm).
Thời gian làm việc thực tế:
303 – 303 x 0,05 = 287 (ngày/ năm)
Bảng 1: quỹ thời gian làm việc thực tế của phân xưởng.
Làm

Quỹ

Bảo

việc

thời gian danh dưỡng,

(ca/ngày)

nghĩa (giờ)

2

4848

Quỹ

sửa thời gian thực

chữa (%)

tế (giờ)

5

4592

Thời
gian làm việc
trong

một

ngày( giờ)
15,2

3.1.3 Kế hoạch sản xuất.
Do sản xuất bao giờ cũng có phế phẩm, vì vậy năng suất thực tế phải cao
hơn năng suất yêu cầu. Ta chọn tỷ lệ phế phẩm là 5 %.
 Công suất thực tế của dây chuyền:
Đào Thị Hoa - 20123121

15

Thiết kế dây chuyền mạ tự động Ni – Cr chi tiết vòi chậu

Pn = Po + 5%Po = 250000 . 1,05 = 262500 (chi tiết/năm)

Bảng 2: Kế hoạch sản xuất.
Tên sản phẩm

Lượng đạt yêu
cầu (chi tiết)

Lượng phế phẩm
(chi tiết)

Lượng sản xuất
thực (chi tiết)

250000

12500

262500

Vòi chậu

Lượng hàng phải sản xuất được trong ngày là:
262500 : 287 = 915 (chi tiết/ngày).
3.1.4 Thời gian gia công.
Thời gian mạ điện τ được tính theo công thức:
𝜏= 𝜏1 + 𝜏 2

, phút

Trong đó:
𝜏 1 là thời gian điện phân, phút.
𝜏2 là thời gian phụ, phút.
Khi điện kết tủa kim loại, 𝜏1 được tính theo công thức (2.1) PPTKXMĐ/17
𝜏 1 = (𝛿. 𝑑. 60000.)/(𝐻. 𝑞.ic)

, phút

Trong đó:
δ – Chiều dày lớp mạ (mm).
d – Trọng lượng riêng của lớp mạ (g/cm3).
H – Hiệu suất dòng điện (%).
q – Đương lượng điện hóa của lớp mạ (g/Ah).
Đối với mạ Ni mờ
Có các giá trị:
-

Chiều dày lớp mạ:

𝛿 = 15 𝜇𝑚 = 0,015
-

, mm

Trọng lượng riêng kim loại mạ ( niken) (tra phụ lục 10):

Đào Thị Hoa - 20123121

16


Thiết kế dây chuyền mạ tự động Ni – Cr chi tiết vòi chậu

, g/cm3

𝛾 = 8,90

Đương lượng điện hóa của niken ( tra phụ lục 13):

-

c = 1.095

, g/Ah

Mật độ dòng catot:

-

, A/dm2

Chọn : Dc= 3,5
Hiệu suất dòng điện ( phụ lục 13):

-

𝜂 = 95 %

Vậy 𝜏 1 = ( 0,015. 8,90. 60000)/(1,095. 3,5. 95)
= 22

, phút
, phút

Đối với dây chuyền tự động: 𝜏 2 chiếm khoảng 3 phút.
Vậy thời gian mạ niken bóng là khoảng 25,0 phút.
Đối với mạ Ni bóng:
Có các giá trị:
-

Chiều dày lớp mạ:

𝛿 = 10 𝜇𝑚 = 0,01

, mm

Trọng lượng riêng kim loại mạ ( niken) (tra phụ lục 10):

-

𝛾 = 8,90

, g/cm3

Đương lượng điện hóa của niken ( tra phụ lục 13):

-

c = 1.095

, g/Ah

Mật độ dòng catot:

-

Chọn : Dc= 4

, A/dm2

Hiệu suất dòng điện ( phụ lục 13):

-

𝜂 = 95 %
Vậy 𝜏 1 = ( 0,01. 8,90. 60000)/(1,095. 4. 95)
= 12,83

, phút
,phút

Đối với dây chuyền tự động: 𝜏 2 chiếm khoảng 2 - 3 phút.
Vậy thời gian mạ niken bóng là khoảng 15 phút.
Đối với mạ Cr:
Đào Thị Hoa - 20123121

17

Thiết kế dây chuyền mạ tự động Ni – Cr chi tiết vòi chậu

Có các giá trị:
-

Chiều dày lớp mạ:

𝛿 = 0, 3𝜇𝑚 = 0,0003

,mm

Trọng lượng riêng kim loại mạ ( crom) (tra phụ lục 10):

-

, g/cm3

𝛾 = 7,1
Đương lượng điện hóa của crom ( tra phụ lục 13):

-

c = 0,646

, g/Ah

Mật độ dòng catot:

-

, A/dm2

Chọn : Dc= 20
Hiệu suất dòng điện ( phụ lục 13):

-

𝜂 = 15 %
Vậy 𝜏 1 = ( 0,0003. 7,1. 60000)/(0,646. 20. 15)

, phút

= 4,34

, phút

Đối với dây chuyền tự động: 𝜏 2 chiếm khoảng 0,5- 1 phút.
Vậy thời gian mạ Crôm là khoảng 5,0 phút
3.1.5 Chọn kích thước khung.
3.1.5.1 Chọn kích thước khung.
Chọn kích thước khung sao cho:
 Mỗi khung treo được 6 vật mạ.
 Số đơn vị tải trên hai khung: yo = 6 chi tiết.
Mỗi một đơn nguyên bể có 1 cầu catot. Trên 1 cầu catot có 1 khung
treo.
Bảng 3: Số vật mạ trên khung.
Tên vật
mạ
Vòi chậu

Số vật mạ trên
khung
(cái/khung)
6

Đào Thị Hoa - 20123121

Kích thước khung

Kế hoạch sản xuất

(mm)

Pn

LxHxW

(chi tiết)

1340x40x350

262500

Số khung
43750
18


Thiết kế dây chuyền mạ tự động Ni – Cr chi tiết vòi chậu

Ghi Chú:
Một năm cần mạ : 43750 (mẻ).
Một ngày cần mạ :153 (mẻ).
3.1.5.2 Nhịp ra hàng lý thuyết của dây chuyền.
Nhịp ra hàng của dây chuyền cũng chính là nhịp ra hàng của từng khâu,
là thời gian giữa hai lần lấy hàng.
Nhịp ra hàng lý thuyết được tính theo công thức sau :
N=

T .k .60. y
,ph.
Pn

Trong đó :

T: là quỹ thời
gian làm việc
thực tế của thiết
bị, T = 4592 h.

y: là phụ tải mạ,
y = 6 chi tiết / 1
khung.
Pn: là năng suất
của dây chuyền
Pn = 262.500
chi tiết/năm.
k: là hệ số tính tới thời gian mất vào việc chuẩn bị - kết thúc
sản xuất trong 1 ngày làm việc.

Với chế độ làm 1 ca thì k = ( 16 – Tck )/16.
Tck là thời gian chuẩn bị - kết thúc sản xuất mỗi ngày, đây là thời gian
chuẩn bị cho mẻ mạ đầu tiên đưa vào bể mạ và thời gian kết thúc mẻ cuối cùng
Đào Thị Hoa - 20123121

19


Thiết kế dây chuyền mạ tự động Ni – Cr chi tiết vòi chậu

sau khi lấy ra từ bể mạ, hay đây chính là thời gian gia công hàng mạ không kể
sấy T*.
Chọn Tck = T* = 120, ph.
k = ( 16 – 120/60 )/16 = 0,875.
Vậy ta được :
N =(4592.0,875.60.6)/262500 = 5,51 phút.
3.1.5.3 Số bể mạ và số bể gia công:
Số đơn nguyên bể được tính theo công thức sau :
ni = Ti/N.
Trong đó :
Ti : thời gian gia công ở bể đó, ph.
N : Nhịp ra hàng lý thuyết.
a. Bể tẩy dầu nóng:
n1 = 10/ 5,51= 1,81
Quy tròn là 2 đơn nguyên bể.
b. Bể tẩy dầu điện:
n2 = 5/ 5,51 =0,91
Quy tròn là 1 đơn nguyên bể.
c. Bể mạ Ni mờ:
n4 = 25/ 5,51= 4,54

Quy tròn là 5 đơn nguyên bể.
d. Bể mạ Ni bóng:
n7 = 15/ 5,51= 2,72
Quy tròn là 3 đơn nguyên bể.
e. Bể mạ Crôm:
n6 = 5,0/ 5,51 = 0,91
Quy tròn là 1 đơn nguyên bể.

Đào Thị Hoa - 20123121

20


Thiết kế dây chuyền mạ tự động Ni – Cr chi tiết vòi chậu

f. Các bể khác có thời gian gia công nhỏ hơn 5,51 phút thì số đơn nguyên
bể là 1.

3.1.5.4 Nhịp ra hàng thực tế.
Nhịp ra hàng thực tế của xưởng là tỷ số giữa thời gian mạ và số bể
đã quy tròn NT.
NTT =

Ti
, ph.
ni

Trong đó :
Ti : là thời gian gia công trong bể đó, ph.
ni : Là số đơn nguyên bể.

Đối với mạ nhiều lớp thì nhịp hàng thực tế được quyết định bởi
khâu mạ nào có tỷ số

Ti
lớn nhất. Ta có :
Nt

Bảng 4: Tỷ số giữa thời gian của công đoạn và số đơn nguyên bể.
Công

Tẩy dầu

đoạn

nóng

Ti
ni

10,0/2

NTT

5,0

Tẩy
dầu

Mạ Ni

Tẩy gỉ

Mạ Ni mờ

5,0/1

5,0/1

25,0/5

15,0/3

5,0/1

5,0

5,0

5,0

5,0

5,0

điện

bóng

Mạ Crôm

Vậy qua bảng số liệu ta thấy tốc độ ra hàng của dây chuyền:
Nhịp độ ra hàng thực tế là :
NTT = 5,0 ph.
Số dây chuyền tự động.
Số dây chuyền tự động được tính theo công thức:
Đào Thị Hoa - 20123121

21


Thiết kế dây chuyền mạ tự động Ni – Cr chi tiết vòi chậu

m

N TT
N

Trong đó:
NTT = 5,0 ph
N = 5,51 ph
Suy ra:
m= 5,0/5,51 = 0,91
Làm tròn là 1 dây chuyền
Năng suất mỗi giờ của dây chuyền tự động.
Năng suất mỗi giờ của dây chuyền tự động được tính theo công
thức:
Q

60. y 2
, m /h.

N TT

Trong đó:
y: đơn vị tải, y = 6 chi tiết.
NTT: nhịp độ ra hàng thực tế, NTT = 5,0 ph.
Suy ra:
Q= 60.6/5,0= 72 chi tiết/h.
3.1.5.5 Hệ số tận dụng của thiết bị.
Hệ số tận dụng của thiết bị được tính theo công thức:
K

m
mt

Trong đó:
m: số dây chuyền tự động tính được, m = 0,91.
mt: số dây chuyền tự động đã quy tròn, mt = 1.
Suy ra:
K= 0,91/1= 0,91
Hệ số sử dụng thiết bị tự động đạt yêu cầu.
Đào Thị Hoa - 20123121

22