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我国现代电镀设备的发展趋势分析

时间:2012-10-19 17:14来源:未知 作者:admin 点击:

    慧聪表面处理网:在现代制造业迅猛发展的今天,电镀加工的需求越来越大,产业的规模越来越大,而产品外观和防护性能要求的日益提高,对设备的控制要求也越来越高,规模化生产及自动化运行成为电镀设备的发展趋势;而与此同时,电镀产业作为环境污染的重要源头,面对日益严峻的环保问题,如何降低能源消耗,减少污染物的排放也成为设备发展的必然趋势。

    具体来说,电镀设备的发展主要包括以下几方面:

    一、电镀设备系统控制自动化

    1设备自动化运行

    随着自动化技术的发展,传统的手工操作生产线已被日渐淘汰,自动化生产线已经越来越被更多的企业所采纳。早期的自动化生产线主要依赖进口,随着国内自动化技术的不断发展,电镀生产线的自动化程度日益提高,同时运行更加平稳可靠,据统计资料显示,目前国内约90%以上全自动电镀生产线均为国产化,在全球市场,国产全自动生产线也占有一席之地。

    全自动电镀生产线是根据产品的大小和产量不同,设计不同的装载方式和运行节拍,编制相应的运行程序后,行车会自动按系统要求动作,从而实现生产过程的自动化运行。整套电气控制系统选用PLC和工控机(可选)进行控制,具有很强的抗干扰能力,保证系统长期连续稳定运行。系统具有良好的人机界面和数据库功能,人机界面采用全中文显示,操作简单,可实现操作、提示、帮助等功能。在计算机中建立实时和历史两个数据库。历史数据库可实现工艺参数的历史记录、存储功能,便于进行产品质量的追溯和生产状况的管理分析。实时数据库可对整个生产线的运行状态进行动态显示,对工艺参数进行监测。通过数据库功能可完成各种统计报表的记录与生成。

    生产线系统运行有全自动、手动两种状态。当全自动状态出现故障时,可选用手动控制,故障排除后,可恢复自动运行,不会因某一工位出现故障而影响全线,造成停产。生产线在操作面设有手动操作箱,可实现手动/自动转换,系统启动/急停及平移、提升操作;行车运行程序时,有自诊断功能。防止行车越限平移、越限升降及电机过热等故障发生。

    提高电镀设备自动化控制程度,不仅可以有效提高生产效率,减轻工人劳动强度,还可以根据产品特性,进行传统手工操作生产无法实现的针对性结构设计,从而提高电镀产品质量。比如,针对滚镀生产线,进行自动开关滚桶门和摆动式滚桶的全自动运行设计。在生产过程中,当滚桶旋转到滚桶门面对阳极时,滚桶门打开,这样滚桶内的溶液就能得到时及时更新;而且由于没有滚桶门的屏蔽,电力线保持相对通畅,在保持恒压状态下,电镀时的电流密度相应增大,从而可以加快镀层沉积速度,并且有效避免了工件出现“桶印”的问题。

    2辅助设施自动化控制

    电镀生产线的电源设备、热交换系统等辅助设施自动控制系统的日臻完善,自动线的自动化程度将进一步向智能化方向发展。

    2.1整流器控制特点:

    生产线配套整流器通常包括高频开关电源、可控硅整流器、单脉冲电源及双脉冲电源等。具有以下特点:

    (1)、具有输入电流缺相、过电压、风机过热、主变压器超温、启动和运行电流过大、逆相序保护、输出端过流截止、短路、超温及输人电源等多种自动保护功能,且具有定时关机和故障报警并自动保护功能。整流器在自动工作状态下,电流或电压输出值、爬升时间、平稳时间、工作模式等参数由人机界面设定参数后,计算机与PLC构成闭环控制,由计算机进行全自动控制;

    (2)、整流器具备远程控制及本地面板控制功能,并可进行切换。远程控制时,能在人机界面上进行电压、电流的设置和显示;本地控制时,在整流器面板(或远控)上进行电压、电流的设置和显示。

    (3)、整流器控制器带有通讯接口,可将整流器的工作状态、电流、电压等参数传输到现场控制间的计算机中,实现对整流器电源的集中监控,并保存原始记录;在每台整流器中都配套相应的隔离模块,保证数据通讯安全、可靠地进行。

    (4)、双脉冲技术的应用

    对于单质金属的电镀工艺,双脉冲电镀的反向脉冲电流可以改善镀层的厚度分布,镀层厚度均匀,整平性好;反向脉冲的阴极溶解使阴极表面金属离子浓度迅速回升,这就有利于随后的阴极周期使用高的脉冲电流密度,而高的脉冲电流密度又使晶核的形成速度大于晶体的生长速度,因而镀层致密、光亮、孔隙率低;反向脉冲的阴极剥离使镀层中的有机杂质(含光亮剂)的夹附大大减少,因而镀层纯度高,抗变色能力增强,这一点在镀银中尤其突出;周期性的反向脉冲电流使镀件表面一直处理活性状态,因而可得到结合力更好的镀层;反向脉冲有利于减薄扩散层的实际厚度,提高阻极电流效率,因而合适的脉冲参数会使镀层的沉积速度进一步加快。

    脉冲电镀合金通常用于铜合金,镍合金的镀覆。对于铜合金采用脉冲电镀,可通过选择适当的脉冲参数,从而获得组分及颜色重现的合金镀层,以解决铜合金电镀中组分和颜色难于控制的问题;对于镍合金来说,脉冲电镀可得到以直流电镀性能更优越的镀层,其合金成分稳定,镀层均匀,耐磨性和抗蚀性均较直流电镀获得的镀层显著增强。

    2.2温度控制特点

    (1)电镀过程中,工艺温度控制是很重要的,如果温度起伏过大,不但造成电力能源的浪费,对于产品质量也有很大的影响。采用PID模糊控制,则可以有效地减少甚至避免这些问题。在工程实际中,应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制,简称PID控制,又称PID调节。PID控制器就是根据系统误差,利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制,以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。

    (2)加热系统配套液位控制装置、自动补水装置,在液面低于设定液位后系统进行自动液位补充,合理保护系统,防止加热管干烧;同时,每个电加热系统都有可靠的接地保护措施,避免出现安全事故。

    (3)人机界面上设置预加热功能,进行预加热时间设置,对于温度要求较高的工艺,实现预加热系统管理,将大大提高设备的生产效率。

    3溶液组份自动化管理

    溶液组份包括溶液主盐、添加剂等,严格来讲,溶液pH控制系统也需进行组分添加,因此也列入其中。

    3.1电镀镀液组份管理

    可以实现全自动补加的成分包括主盐溶液、辅助盐溶液、光亮剂、添加剂等。其中,主盐部分的添加主要是针对采用不可溶性阳极的工艺。系统配套设置安时计,计量泵及储液系统,通过安时计统计结果进行组份自动添加。

    3.2镀液pH值管理

    镀液的pH值对于镀层沉积是非常重要的因素之一,在电镀过程中,轻微的pH值变化不会造成明显的工艺缺陷,一旦出现镀层缺陷,对产品质量已经产生了很大影响。因此,经常检测镀液的pH值是完全必要的。pH值自动化管理系统采用由数字式pH显示器及传感器进行在线测定,系统根据测定结果发出指令,启动计量泵控制酸、碱组份的添加,确保溶液pH值保持恒定。

   3.3化学镀镍自动添加系统

    化学镍自动分析添加系统是在化学镀镍过程中的一种在线的光电子分析仪器。化学镀镍自动添加系统由进口镍离子分析仪、采样泵、冷却器、消泡器等组成,可对化学镀镍溶液的镍离子含量及pH值在线分析显示。镍离子显示精度±0.01g,L,实际控制精度±0.1g,L;pH值显示精度±0.01,控制精度±0.1。

    系统运行过程为先由采样泵从镀镍槽中连续取样,为保护传感器和提高测量精度,液样需经冷却、除泡后再流经PH传感器和镍离子分析仪,镍离子分析仪能自动显示镍离子浓度及pH值,如分析数值超出设定范围,会自动输出信号至计量泵,控制计量泵向镀槽自动添加所需镍盐、次亚磷酸钠及氨水。系统从而控制镀液中各组分的稳定,有效保证镀覆产品质量和镀液的使用寿命。

    二、电镀车间管理自动化

    自动化信息管理可以提高企业管理效率和增加企业生存能力,通过对包括生产过程管理系统、生产设备管理系统、质量追溯控制系统、数据中心等的实时控制,实现电镀车间整体信息化管理。在全球信息化的大潮中,任何企业如果不迎头赶上,就会被潮流所淘汰。可以预期,只有那些在信息化潮流中学会了游泳的企业,才可以生存下来。

    电镀车间自动管理系统包括:

    (1)系统自动控制行车运行、溶液温度、开关电源电流电压输出,实时监控,使现场情况一目了然,并能方便的更改工艺参数,以适应不同的电镀需求。生产线具有故障报警功能,并提示故障拱位,便于维修。

    (2)动画显示全线工作状态:显示各工位的设定时间、电压、电流及溶液温度等预设参数;显示各工位溶液温度、整流器电流、完成时间等当前状态;显示故障工位及维修提示;显示行车运行的目前工位和预期工位;显示操作者的操作顺序、产量等参数。

    (3)工艺选择的智能化控制。用户可在控制中心任意进行工艺参数的修改,如电镀时间、整流器电流、电压、水洗时间、滴水时间、温度等。目前大多数的自动化控制程序对于电镀工艺时间的设置有一定的局限性。在特定的一套工艺程序中,用户只能在小范围内更改时间,一旦超出允许范围,就很可能会造成整条生产线工艺程序紊乱,甚至焦虑运行的严重后果。更加人性化的智能控制系统会有效解决这一难题,目前仅有少量厂家可以提供该项技术。

    此外,整套系统可无缝接入ERP系统,满足客户企业整体信息化管理需求。

    三、降低能源消耗,减少污染物排放,适应清洁生产要求

    国际公认的联合国环境署关于清洁生产的定义是:清洁生产是一种新的创造性思想,该思想将整体预防的环境战略持续应用于生产过程、产品和服务中,以增加生态效率和减少人类及环境的风险。对生产过程,要求节约原材料和能源,淘汰有毒原材料,削减所有废物的数量和毒性;对产品,要求减少从原材料提炼到产品最终处置的全生命周期的不利影响;对服务,要求将环境因素纳人设计和所提供的服务中。

    清洁生产的主要内容包括:清洁的能源;清洁的生产过程;清洁的产品。

    对于电镀产业来说,节约用水工艺及设计、溶液再生技术等都将越来越受到青睐。在生产线设计过程中,采用逆流漂洗、滴水延时、接液设计等均可以有效降低生产过程中资源的浪费。而对于电镀溶液的再生技术,由于对溶液进行了有效回收及再生,不但节约了原材料,还减少了废水处理量,因而再生技术也成为电镀技术发展的一大趋势。

    提高电镀车间操作环境质量,加强有害气体的监控,是电镀设备人性化设计的又一重要体现。电镀车间产生的酸雾、碱雾,空气中含有的氰化物、铬酐等都会对人体带来严重危害。除了排风系统的设计,有害气体的实时监控设计将是对操作工人健康的重要保护措施之一,当操作环境中有害气体浓度超出设定值时,系统会自动报警提示,引起操作人员的警戒,从而保护的操作人员的身体健康。

    电镀产生的废水是造成环境污染的重要因素。最理想的电镀废水治理模式是电镀污水的零排放系统,要实现零排放就需要对废水进行严格分类,针对不同有害物质进行针对性的处理。但电镀废水中所含的有害物质种类非常复杂,要想分流治理,成本将会非常高,这是电镀企业所难以承受的。但是,零排放是电镀废水处理的发展方向,随着环保要求的日益严格及水处理技术的进步,这种技术必须并终将会普及发展起来。

    现代制造业的发展需求,决定了电镀产业必需存在并将长期发展下去。但是,与其他专业相比,我国电镀制造水平与国际化水平还是存在显著差距。在资源和环境问题的双重压力下,电镀产业只有坚决地走可持续发展的道路,才能跟上时代前进的步伐。而电镀产业的发展,离不开电镀制造装备技术的提高,符合现代电镀技术要求,更加人性的智能化技术发展,成为电镀设备发展的必然趋势。


 

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