中国制造业特别是电镀/表面处理行业处境“尴尬”,实行了集约化大规模生产后,反而利润更低了,客户的钱更加难赚了。加上现行环保压力越来越大,为降本增效,很多企业都在进行精益生产。究竟你的企业离精益生产还有多远?降本增效最大能到什么程度?对照下面的电镀成本计算、生产设备和辅助设备换算、电镀槽设计和计算,看看你现在做到了多少,还能再赶超多少? 一、电镀成本计算 (一)电镀成本 电镀成本包括金属成本、化工消耗、抛光、水、电、人工、设备折旧、税收、管理费等。 值得一提的是,电镀成本之金属成本中,有电镀厂通过不断优化电镀生产的工艺、流程和方法等,合理控制电镀层厚度,进而降低了电镀成本。 (二)电镀层厚度 1、电镀层厚度控制方法 (1)原理:每种金属电镀时的厚度与电流密度和电镀时间有关。 (2)方法:首先要计算出每种工件的面积,然后根据电镀工艺要求确定每个工件的电流密度。例如:比亚迪的插头射频端口面积约为0.13dm2,镀锡工艺要求电流密度为1.5A/dm2,因此每个工件的施镀电流约0.20A。如每挂挂72个,则每挂的施镀电流应为15A。确定了电流以后,厚度就只跟时间有关了,根据电化学计算,当电流密度为1.5A/dm2时,电镀1u的锡镀层约需要1.5分钟,如要求镀层厚度4u,则需镀4.5分钟。 (3)上面第2点提到的厚度是镀层的平均厚度,因为工件有凹凸,因此每个地方的电流密度也不尽相同,导致不同部位的厚度也不一样,工件越复杂,厚度差也越大。减少厚度差主要有以下这些方法: A. 镀液中添加能减少厚度差的添加剂; B. 尽量用较小的电流电镀;采用阴极移动; C. 在工件的高电流区采用适当的屏蔽措施等。 2、电镀层厚度计算常用单位 (1)微米nm 换算0.001 毫米(mm) = 1 微米(μm) 即千分之一毫米 (2) 微英寸uin就是平时说的u"(读mai)换算1um=39.4uin≈40uin (3)毫英寸mil就是平时说的密耳。换算1mil =25.4um 3、电镀层厚度计算公式 (1)理论计算公式:Q=I×TI=J×S Q:表示电量,反应在PCB上为镀层厚度; I:表示电镀所使用的电流,单位为A(安培); T:表示电镀所需的时间,单位为min(分钟); J:表示电镀密度,指每平方英尺的单位面积上通过多少安培的电流,单位为ASF(A/Ft2); S:表示受镀面积,单位为Ft2(平方英尺)。 (2)计算公式:【备注:1um=39.37微英寸(μ")=0.03937毫英寸(mil)】 A. 铜镀层厚度(um)=电流密度(ASF)×电镀时间(min)×电镀效率(%)×0.0202(电镀系数) B. 镍镀层厚度(um)=电流密度(ASF)×电镀时间(min)×电镀效率(%)×0.0182(电镀系数) C. 锡镀层厚度(um)=电流密度(ASF)×电镀时间(min)×电镀效率(%)×0.0456(电镀系数) (三)电镀成本计算 电镀成本=面积(CM2)×厚度(CM)×金属密度(g/CM3)×[1+带出损耗率(%)]×金属单价(元/克) 例1:电镀金成本计算[厚度为3微英寸(μ")] A、计算镀金面积:S=1.0dm2=100CM2 则:3μ"=(1÷39.37)×3=0.0762(um)=0.00000762(cm) 金盐单价:220元/g 金密度:19.3g/CM3 B、镀金成本=[镀金面积(CM2)×镀金厚度(CM)×金密度(g/CM3)]÷金盐含量×金盐单价(RMB/g)×[1+带出损耗(%)]=[100(CM2)×0.00000762(CM)×19.3(g/CM3)]÷68.3%×220(RMB)×(1+10%)=5.20元 例2:电镀铜成本计算[假设镀铜面积为100M2;厚度为0.7mil] A、镀铜面积:100M2=1000000CM2 镀铜厚度:0.7mil=0.7×0.00254CM 铜的密度:8.9g/CM3 B、镀铜成本=镀铜面积(CM2)×镀铜厚度(CM)×铜密度(g/CM3)×[1+带出损耗率(%)]×铜价格(元/g) =1000000CM2×(0.7×0.00254)CM×8.9g/CM3×(1+10%)×(45元/KG÷1000)=783.298元 例3::江门长盛成本计算 金属成本(/dm-2)=镀层厚度×1um厚度镀层的质量×金属单价 =15×0.089× 0.3/0.90=0.45元 化工消耗根据不同镀种,有不同的变化,一般镀镍取 0.10元 抛光根据不同基材有很大不同,一般铝轮毂0.5取 0.10元 水成本=用水量×(水价+废水处理价)/生产量= 648×(3+3)/80000= 0.05元 水成本包括生产用水和废水排放量。 日用水648T,日生产8万,自来水3元/T,废水处理3元/T。 计算原则:自来水每槽0.3次/h,纯水和热水每槽0.2次/h。 自来水和纯水及热水累加后为废水排放量。 电(使用电加热取装机容量50%,不使用电加热取 30%)=生产时间×装机容量×50%×电价/生产量=20× 1000×0.50×1/80000=0.125元 人工费=月平均工资×员工数/生产量= 1500×60/2000000=0.045元 设备折旧(生产线按5年,厂房废水设备按 10年)=(生产线价格/5 + 厂房废水设备/10) /年产量=( 300/5 + 700/10)/( 8× 300)=0.05元 税收(以产值6%计算)=产值× 6%=1.6×0.06=0.10元 管理费(以产值5%计算)= 1.6×0.05=0.08元 其他费用 0.1元 合计1.2元/dm-2 二、生产设备及辅助设备的换算 包括主机、整流器、蒸汽量、制冷量、溶液搅拌、局部排风、纯水机、过滤机、冷却塔(镀铬用)。其中主机由设备厂具体提供。 (一)整流器 计算原则:整流器功率=挂镀面积×常用电流密度×1.05 (然后就近选择整数,如1000,1200,1500, 2000等) 例如江门某厂电镀面积350dm2 挂具退铬选择 300A/12V 阴极除油: 350dm2 ×3.5A/dm2 ×1.05=1286 A(选 1500A/12V) 阳极除油: 350dm2 ×3.5A/dm2 ×1.05=1286 A(选 1500A/12V) 阴极活化: 350dm2 ×2.0A/dm2 ×1.05=735A (选 1000A/12V) 冲击镍: 350dm2 ×3.5A/dm2 ×1.05=1286 A(选 1500A/12V) 半光亮镍: 350dm2 ×3.5A/dm2 ×1.05=1286 A(选 1500A/12V) 复合镍: 350dm2 ×3.5A/dm2 ×1.05=1286 A(选 1500A/12V) 酸电解活化:350dm2 ×3.0A/dm2 ×1.05=1100 A(选 1200A/12V) 光亮镍: 350dm2 ×3.5A/dm2 ×1.05=1286 A(选 1500A/12V) 镍封: 350dm2 ×3.5A/dm2 ×1.05=1286 A(选 1500A/12V) 镀铬: 350dm2 ×15A/dm2 ×1.05=5510 A(选 6000A/12V) (二)蒸汽量 工艺槽和热水槽起始温度20℃计算,经4个小时加热到工作温度 保温以最大蒸汽量的60%计算 计算原则=(操作温度-起始温度)×槽液体积÷加温时间×槽个数 (注释:这是个近似公式,槽液都以水计算,Cp(1Kcal/℃•Kg)×Δt× m(V×1Kg/L)=Δt×V(注意单位)) 比如超声波工作温度70℃,槽子体积4600L 需要热量=(70-20)×4600÷4×1=57500Kcal/h 保温时57500×60%=34500 Kcal/h 蒸汽含热量517Kcal(0.3MPa) 因此,加热需要蒸汽57500÷517=111.2kg/h 保温需要蒸汽34500÷517=66.7kg/h 以此类推累加即可。 (三)制冷量计算 一般在铝合金电镀时比较明显,还有就是需要低温操作的电镀工艺,镀锡,硬质阳极氧化 Q=0.86UI U—平均工作电压,I-工作电流 Q-电镀过程产生的热量(Kcal/h) 工作时的计算冷量按下式计算 Q, =(1.1~1.3)Q Q, -工作时的制冷量 Q-电镀槽产生的热量 1.1~1.3-未计入的冷量附加系数,中小型槽取大值,大型槽取小值,工作温度高于室温的槽,此系数取1 (注释:对于断续生产的槽子,如果需要核算预冷时的耗冷量,可按照下式进行核算 Q,, =Vrc Δt 0×(1.05~1.1)÷t 0 Q,, -预冷时的耗冷量 V-槽液体积 rc -取1 Δt0 -自室温或溶液的实际温度降到能工作温度的温度差(℃) t0 -预冷时的降温时间(h);一般取2h~3h或根据情况做一定调整 如果Q,, 的数值远大于Q, 的数值,而降温时间又不能再延长时,冷却惯应按照Q ,,设计。) 例子:汽车轮毂酸性镀铜槽制冷量计算 Q=0.86UI U取8V I取4000A Q=0.86×8×4000=27520Kcal/h Q, =(1.1~1.3)Q,大槽取小值 Q, =1.1×27520=29975 Kcal/h 冷却管面积 F=Q, ÷(KΔt2 ) K-常数 Δt2 =1/2(t1 +t 2)-1/2(t 1 ,+t 2 ,)=1/2(15+25)-1/2(11+14)=7.5 t1 -工艺低温 t2 -工艺高温 t1 ,-冷冻水进口温度 t2 ,-冷冻水出口温度 F=29975÷(324×7.5)=12.3m2 冷冻水循环量 G=Q, ÷(rc ×Δt 3)=29975÷(1×3)=9991.7kg rc -常数 Δt3 -冷却水进出口温差 立式冷凝器-2~4℃ 卧式冷凝器-4~8℃ 淋激式冷宁器-2~3℃ (四)溶液搅拌用空气量计算 计算原则:所需风量:Q=F×K(m3 /min) 式中:F-槽液表面积(m2 ) K-搅拌系数,取0.2~0.4(m3 /min.m2 )(水槽取0.25,镀槽取0.4) 所需风压:P=0.1× HD+0.05(kgf/cm2 ) 式中:H-溶液深度(m) D-溶液比重 0.05-补偿系数 比如镀镍槽(3.2×1.1× 1.8) Q=3.2×1.1× 0.4=1.408m3 /min(×60=84.48m 3 /h) P=0.1× 1.6×1.3+0.05=0.258( kgf/cm 2=MPa) 全部累加后选取罗茨气泵 (五)局部排风 计算原则:L=( 3 ~3.5)×V x×A× B×( B/2A)0.2 ×3600( m 3/h) 式中:Vx —槽面排风计算风速(取0.3~0.4m/s)(此工艺取 .0.3) A— 槽子长度(m) B— 槽子宽度(m) 比如镀镍槽(3.2×1.1× 1.8) L=3×0.3× 3.2×1.1×(1.1/2*3.2)0.2 ×3600=8019m 3 /h 全部酸碱槽,含铬雾抽风全部累加后选取风机! (六)纯水机 纯水槽,按每槽0.2次/h计算:全部累加后选取纯水机。 (七)过滤机 选取原则:过滤机型号(T/h)=槽液体积( T)×过滤次数(次/h)÷过滤机效率 每小时过滤4~5次,过滤机效率 60%,比如5000L槽 5×4.5÷60%=37.5T/h 选取两台20T/h过滤机 (八)冷却塔 主要是镀铬槽的降温。 三、电镀槽设计和测算 既要满足生产需要,又要降低成本,电镀槽到底设计多大最合适?有没有电镀槽设计和计算的一套方法? (一)电镀槽设计 1、电镀槽尺寸 电解槽内腔盛装电解液的体积(L ) 内腔长度×宽度×溶液深度 2、基本条件 (1 )满足加工零件的需要,如能够完全浸没加工工件 (2)防止电解液发生过热现象 (3)保持生产周期内电解液成分含量一定的稳定性 此外还有生产线上整体的协调性,电镀车间布局的合理性等 3、基本概念 Dk 阴极电流密度 Da阳极电流密度 d平均装载量 Dv体积电流密度/电流密度 Dk=I总/S阴 A/dm 2 Da=I总 /S阳 A/dm2 d=V/S加工(L/dm 2) Dv=I总/V ( A/L) 4、经验数据 表1各镀种Dk和平均装载量的相关数据 注:镀铬选用电源时,应考虑到工艺中的冲击电流,总电流约比规范电流大50% 5、举例 某厂1000A直流电源,欲硫酸盐镀铜,电镀槽要多大合适? 查表 Dk=1~ 3A/dm 2 d=7~9L/dm 2 (1)以最大电流计算 1000/3= 333dm 2 可以镀零件总面积 (2)平均装载量取最小值 7L/dm 2时 333× 7= 2331L 平均装载量取最大值 9L/dm2 时 333×9= 2997L (3)根据生产计划选配槽 6、电镀槽的制备 常用的有聚氯乙烯,聚丙烯硬(软)板材,钛板、铅板、陶瓷等。 电镀槽一般为长方形,宽度为600~1000mm; 深度为800 ~ 1200mm。 特殊要求另行制作。 2000L以下使用10mmPP,超过2000L使用 15mmPP。 槽子的价格与使用的PP板面积(而非槽体积)成正比,一般为材料费用的2倍。 如江门长盛镀槽为L3200×W1100× H1800mm。 使用PP板面积=3.2× 1.1+3.2×1.8×2+ 1.8× 1.1×2=3.52+11.52+ 3.96= 19m2 PP板厚15mm, PP板密度900Kg/m3 槽子总重量=19×0.015× 900=256.5kg 槽子总价格=槽子重量(T)×PP价格(万 /T)×2=0.2565×1.6× 2= 0.8208万元 其它不锈钢槽等计算方法类似。 表2电镀常用单位镀种 Dk (A/dm 2) 平均装载量(L/dm 2) 氰化镀锌 1~3 7~10 碱性镀锌 1~3 7~10 氯化钾镀锌 1~3 7~10 氰化镀铜 1以上 7~8 硫酸盐镀铜 1~3 7~9 铜锡合金 1~2 6~8 碱性镀锡 0.5~1.5 6~8 酸性镀锡 1~3 7~9 镀银 0.2~0.5 5~8 镀镉 1~2.5 7~10 亮镍 2~4 6~8 暗镍 1~1.5 6~8 装饰铬 15~30 15~20 硬铬 25~60 25~30 铝氧化 0.8~1.5 10~15 微米µ 毫克mg 升L 忽米cmm 厘克cg 克/升g/L 丝米dmm 分克dg 安/分米 2A/dm 2 毫米mm 克g 千安/时 KAH 厘米cm 公斤kg 时 H 分米dm 吨t 分 min 米m 毫升mL 秒 S