電鍍鋅及鋅合金的智能數字化生產

陀藝芳，蒲海麗

（廣州市海科順表面處理有限公司，廣東 廣州 511400）

【電鍍】

電鍍鋅及鋅合金的智能數字化生產

陀藝芳*，蒲海麗

（廣州市海科順表面處理有限公司，廣東 廣州 511400）

根據清潔生產的要求，從電鍍設備、電鍍工藝以及工廠管理等方面，闡述了如何實現電鍍鋅及鋅合金的智能數字化生產。列出了各工序所需的輔助設備，說明了滾、掛鍍鋅自動生產線的布置(包括前處理及后處理)，介紹了自動生產線日常管理的方法(包括對人員、設備、材料和槽液的管理)。

鋅；電鍍；生產線；自動化；清潔生產

1 前言

電鍍在我國經過了幾十年的發展，生產水平不斷提高，生產工藝、生產設備、管理技術等都逐漸達到了發達國家的水平。但就全國而言，絕大部分地區的電鍍水平還相當落后，表現在設備陳舊，使用高污染藥品和高能耗工藝，管理水平低等方方面面。為了在現階段的改革大潮中取得勝利，為了提升企業的競爭能力，也為了響應國家節能減排的號召，電鍍企業整體實力的提高勢在必行。

在這樣的形勢下，電鍍自動生產線得到了廣泛的應用，特別是沿海一帶，電鍍智能化自動生產已經形成了一定的規模，這有賴于電鍍生產企業、設備供應商、添加劑供應商的不懈努力和緊密配合。本文以電鍍無氰堿鋅為例，介紹了電鍍自動線滾鍍和掛鍍的實際生產管理，也可供其他鍍種參考。

2 電鍍自動線的類型與選擇

電鍍自動線按其結構特征可分為環形自動線和直線式自動線。環形自動線由于采用機械聯動運送裝置，各工藝槽的長度按工序處理時間來確定，各槽一般為滿負荷狀態，因此產量大、效率高。與直線式電鍍自動線相比，其電氣控制比較簡單，但機械結構復雜，制造和安裝時間較長，造價高，工藝過程變更困難，適用于電鍍工藝穩定的中小型加工零件，連班制連續生產。而直線式電鍍自動線則適用于各種尺寸零件和各種批量的生產規模，使用比較普遍。由于其主要工藝加工槽的數量按生產量計算，而輔助槽按工序需要配備，因此輔助槽往往負荷不足。另外，直線式生產線占地面積較同樣產量的環形自動線大，清洗水槽消耗的水量與加熱的能耗也較高。

直線有龍門式與懸臂式兩種。前者起吊量大，適用于大、中型鍍件且槽體寬的場合；后者輕巧、美觀，機架一般為框架形結構，對基礎要求較為簡單，工作面無遮擋，故工作狀況一目了然，適用于中、小型鍍件且槽體不寬的場合。

環形自動線分垂直升降式和壓板式兩種，壓板式也稱爬坡式。垂直升降式自動線的升降行程較大，且呈直線上升，適用于較長和較寬的掛具吊鍍和臥式滾筒滾鍍各種零件。壓板式電鍍自動線提升時呈圓弧運動，因而不能提升較大行程，為防止提升時零件碰上陽極，槽子要有足夠尺寸，容積利用率低。但是這種生產線機械結構簡單，在小型零件中應用較多[1-4]。

事實上，不管采用哪種生產線，對于應用者而言，良好的運行才能起到提高生產效率的作用。在設備方面，《電鍍行業清潔生產評價指標體系(試行)》中提到了相關的要求，在此把其中與鍍鋅相關的抽出來，以供讀者參考。

(1) 使用可控硅整流電源或高頻開關電源，整流器輸出端線路壓降不超過10%。

(2) 對有害氣體有良好凈化排風裝置，排風系統風量可調。

(3) 淘汰高能耗設備，使用清潔燃料。

(4) 極杠清潔、導電良好。

(5) 采用鍍液連續過濾。

(6) 使用噴淋清洗裝置。

(7) 有多級逆流漂洗槽或多級回收槽并回收鍍液。

(8) 鍍槽、回收槽、清洗槽之間有導流板。

(9) 地面防腐、防滲漏，鍍槽、管道無滴漏。

上面這些是清潔生產對設備的要求，還有諸如除油工序中油水分離裝置的使用，三價鉻鈍化中的離子交換技術的使用等等，在設計或改造生產線時都需要把這些要求考慮進去。但是，就自動線本身而言，具備這些尚不足以達到真正智能化。 現在，大部分自動生產線還停留在把手工操作變成機械化操作的階段，而缺少一些智能化的元素。隨著計算機技術的發展，一些操作由人工監控操作變成自動化操作成為了可能。在生產控制方面可以做到產品進入生產線之前掃描產品編碼，生產線就可以自動識別電鍍要求，進而自動選擇運行程序，確定各工序時間和電流，過程當中還可以自動根據電流量和生產量對電鍍槽和鈍化槽添加藥品。另外，在各工序還可以進行一些液位、溫度、pH的監控。具體參考表1。

3 電鍍自動線的布置

基于電鍍自動線高效率、低能耗的特點，在設計當初，必須事先考慮合理的工藝流程，而前處理是重中之重。時至今日，前處理的流程已經不以長度和數量取勝，市面上很多除油、除銹的添加劑都可以滿足生產自動線的要求──處理時間短、效果好、能耗低。以廣州海科順表面處理有限公司的產品為例，前處理工藝流程如表2和表3所示。

從表2和表3可以看出，電鍍的前處理，特別是鍍鋅工件的前處理，已經進入了高效的低能耗時代，應用一些優良的表面處理藥品能在非常短的時間內實現待鍍工件的快速處理。

表1 各工序所需的輔助設備Table 1 Auxiliary equipments for individual procedure

表2 某電鍍廠掛鍍前處理工藝流程Table 2 Process flow of pretreatment for rack plating in a factory

對于電鍍鋅以及鋅合金的產品來說，電鍍自動生產線的工藝流程還必須包括電鍍后處理工序──鈍化、封閉和烘干。相對于手動線，鍍鋅后處理工序在自動生產線上存在工序槽的跳躍問題。由于鋅和鋅合金鍍層都必須進行鈍化才具備一定的裝飾和防蝕功能，而鍍鋅和鋅合金都有幾種鈍化──藍色鈍化、白色鈍化、彩色鈍化、黑色鈍化。如果每一種鈍化都配備2 ～ 3個水洗槽，那么一條自動線的后工序部分就要占去十幾個水洗槽。這樣一來，大大地增大了自動線的制造成本，也延長了運行的周期，因而降低了生產效率。所以，在設計生產線時，往往把 2個鈍化槽或者幾個鈍化槽并排放在一起，共用后面的水洗槽。

表3 某電鍍廠滾鍍前處理工藝流程Table 3 Process flow of pretreatment for barrel plating in a factory

舉例說明多鍍種生產在一條龍門自動線上的工藝安排，如表4所示。

表4 某電鍍廠電鍍及后處理工藝流程Table 4 Process flow of electroplating and post-treatment in a factory

這樣的設計大大縮短了生產線的長度，既節省了生產線的制造成本，也減少了清洗水的用量，符合節能減排的精神，但就是存在之前提到的工序槽的跳躍問題。比如，在前面的鋅鎳合金藍色鈍化完成之后，必然要跨過后面的鈍化槽才能進入水洗工序。在這個過程中，工件夾帶的鋅鎳藍色鈍化液就會落到后面的鍍鋅藍色鈍化、彩色鈍化和黑色鈍化槽中，從而對后面的鈍化液造成污染。龍門式自動線可以在行車底下制作一個托水盤來承接從工件上滴下的水，而懸臂式、爬坡式和垂直升降式的只能人工地在其他鈍化槽上加上蓋子。各工序的選擇可以在自動線的微機程序里進行設定。

4 電鍍自動生產線的管理

單靠一條自動生產線是無法進行自動化生產的，電鍍生產線、電鍍槽液都會出故障，來料會有問題，甚至連操作生產線的人員都有可能出問題。要想以一條自動生產線真正實現自動化生產，少不了嚴格的管理──對人員、設備、材料和工藝的管理。如果是做汽車零件的產品，每個汽車廠都會有相應的電鍍過程評估系統來規范電鍍廠的管理，例如美國汽車工業行動集團(AIAG)委員會提出的《特殊過程：電鍍系統評估》(即CQI-11)，還有更為廣泛應用的ISO/TS 16949。以下關于電鍍生產線管理方面的內容可能對廣大的電鍍廠更具有實際應用的價值。當然，這些管理的措施和手段在一定意義上也符合上述標準的要求。

4. 1 對人員的管理

一條電鍍自動生產線，必須配備相應的人員進行生產操作，鍍液和機械維護，品質和成本控制，生產管理等等。以一條鍍鋅生產線為例，電鍍廠的人員配備和各自的職責如圖1和表5所示。

圖1 電鍍廠組織框架Figure 1 Organization structure of a plating factory

表5 職位要求及描述Table 5 Requirements and description of different positions

4. 2 對設備的管理

對設備的管理應更注重維護和保養方面，而不是等設備出了故障再作維修。良好的保養對延長設備的使用壽命和提高生產線的生產效率有非常大的幫助。電鍍生產線投入生產之前，應向制造廠家了解清楚各個生產設備的保養時間、頻度、方法和易損件等相關注意事項，設備技術人員據此擬訂所有設備的管理臺帳、保養計劃、操作指導書以及日常點檢計劃等應用文件。在日常工作中，設備技術人員根據這些文件指導員工進行操作，并對設備進行日常的點檢和保養，所有的日常點檢情況、保養情況、故障情況和零件更換情況都應記入相關的表格或文檔中進行存檔。

4. 3 對材料的管理

對材料的管理包括對化工原料、電鍍加工來料、不良品、出貨品的管理。

(1) 化工原料的管理應遵循有關法律法規，在符合法律法規的前提下，對化工原料進行采購和保存。化工原料的采購，應當從品牌、價格和質量等方面進行對比，從中挑選合適的供應商。化工原料采購進來之后，應當進行檢驗，符合使用標準后才能入庫。化工原料的保存應按照其特性分門別類地進行區分擺放并有專人管理，按照先進先出的原則進行使用，并登記所有進出的詳細情況。

(2) 對于一般的電鍍廠，電鍍加工來料的管理只要求來料檢查和擺放。來料檢查主要檢查產品有無腐蝕或很厲害的銹斑，有無變形或影響產品性能、外觀等其他不可修復的瑕疵，以及來料的數量。擺放則可以分鍍種或者分客戶擺放，關鍵一點是擺放后要進行區域的標識，以便區分。

(3) 不良品的管理有幾點和來料不一樣：一是不良內容要標識清楚；二是不良品的生產時間要標識清楚，以便需要時得到追溯；三是不良品的處理一定要及時，不能無限期地存放；四是專人專場管理。

(4) 出貨品管理包括包裝、存放和運輸。首先要注意的是不能和其他產品混裝，包括不同款式、不同客戶的良品和不良品；其次要考慮存放場所的環境是否會對產品的品質造成影響；還要注意包裝的方法和方式是否會在運輸途中對產品造成損傷。

4. 4 對電鍍生產線液體的管理

在很多人的眼中，對電鍍槽液的管理才是真正的管理。這種觀念在今天看來可能有點偏頗，但是也說明了一點，電鍍液的管理確實是重中之重。一直以來，很多電鍍廠對鍍液的管理僅僅是依靠電鍍師傅的經驗，但是，并非每個師傅對各種故障都了如指掌。即使每個師傅都能做到這一點，等產品出了問題再去調整槽液也太晚了。電鍍自動線是連續生產的，一旦發現產品不良，等把電鍍槽液調整完畢，不良產品已經是一大批了。因此，對電鍍槽液的管理不能僅僅依靠電鍍師傅，必須依靠一套科學的方法。下面以一些圖表來講解一下電鍍線的現代管理。

4. 4. 1 控制計劃

表6是ISO/TS 16949中要求的控制計劃中的一小部分，也被稱為 QC工程表，其作用是在正式批量生產之前，將所有工序以及影響該工序品質的因素都列出來，并注明這些影響因素的標準范圍和控制頻度。控制計劃出來以后，才可以進行正式量產。在正式量產的過程中，如果發現還有表格上沒有列出的條件，或者是現行的控制范圍或者控制頻度不能滿足生產穩定的需要，則要對控制計劃進行更新，以便對生產進行有效的控制。這個控制計劃的表格是電鍍廠管理的基礎，可以說是對質量控制的計劃，也可以說是對流程控制的指導性文件。

表6 控制計劃Table 6 Control chart

4. 4. 2 濃度管理表

在控制計劃里，有關藥品濃度一欄的后面總記有一個《濃度管理表》。這個《濃度管理表》的一般樣式如圖 2所示。每天對生產線的槽液進行分析后，將分析結果記入表格，通過表格的曲線變化來管理槽液，維持濃度穩定。一旦發現變化趨向不利于濃度的穩定，就要及時調整。如圖2中，8號當天的鋅離子質量濃度下降到8.2 g/L，而《控制計劃》里規定鋅的標準質量濃度是8 ～ 10 g/L，所以此時應當盡快把鋅離子質量濃度提高至范圍的中間值。同樣地，25號當天，鋅離子的質量濃度上升至9.9 g/L，也應采取措施將鋅離子質量濃度下調。而實際上，這樣的調整不應當在發現到極限的時候才進行，而應當在有這個趨勢的時候便著手調整。換言之，在7號和24號就要著手調整。

4. 4. 3 始業點檢表

開始作業時必須對機器、設備、槽液進行檢查，等《始業點檢表》上要檢查的項目都確認合格了，方可生產。

圖2 濃度管理圖Figure 2 Concentration management plot

將控制計劃中有關《始業點檢表》的內容抽出來放到一起，組成如表 7所示的一個新表格。有些內容可能在《控制計劃》中沒有，但是覺得對生產比較重要，也可以放到《始業點檢表》中，以方便作業前的點檢。比如鍋爐的點檢項目，放到《控制計劃》有點不合適，但還是要針對鍋爐進行點檢，可以把鍋爐的點檢項目放到《始業點檢表》中。

4. 4. 4 日常管理表

與《始業點檢表》一樣，《日常管理表》的內容也來源于《控制計劃》，如表 8所示。它主要用作生產過程的管理，是對過程中容易起變化的參數的一種確認。

表7 始業點檢表Table 7 First article inspection form

表8 日常管理表Table 8 Routine management chart

4. 4. 5 作業指導書

作業指導書是詳細說明某項操作每一個具體步驟的規范性文件，可以用來教育員工學習新的技能和規范員工操作時的動作以及過程，以免發生較大的誤差或者安全事故。原則上，電鍍生產的每個操作都應該有作業指導書。以表6《控制計劃》中的內容為例，就應當具備《測厚指導書》、《中性鹽霧試驗作業指導書》、《鍍鋅槽液濃度分析作業指導書》、《添加劑自動添加量確認作業指導書》、《過濾機清洗作業指導書》，等等。

4. 4. 6 如何利用這些文件和表格進行管理

(1) 在正式量產之前，按照既定的工藝制作《控制計劃》。按照ISO/TS 16949的要求，在這之前是要先做 FMEA(失效模式及后果分析)，然后按照《控制計劃》中的要求，做出其他記錄性表格和文件。

(2) 電鍍技術人員按照《控制計劃》中規定的頻度，對生產槽液進行分析，并將分析結果記入《濃度管理表》中，記入時留意觀察其成分變化趨向，以便及時調整。

(3) 電鍍技術人員按照《控制計劃》中的規定，每天定時巡查生產線，將相關數據及現象記入《日常管理表》，一旦發現數據異常，及時糾正及處理有關產品。

(4) 生產人員作業前需按照《始業點檢表》中的內容對生產線進行檢查，確認無問題方可進行生產。

(5) 將所有表格都通過看板展示出來，生產線的各個狀態便可一目了然。將所有的作業指導書張貼在相關的設備或場所邊上，操作的時候可以先看指導書再去操作。

(6) 關于生產線自動添加設備的添加值設定問題，值得慎重對待，需要反復確認。電鍍槽的添加量可以用赫爾槽試驗來確定，在啟用自動添加設備的初始階段，先按照供應商的建議值來設定添加量，然后每隔3 ～ 5 h用赫爾槽試驗來檢驗該添加量是否合適，然后酌量增減，直到合適為止。而鈍化槽的自動添加量是否合適，則需要通過分析鈍化液中的鉻離子濃度來確認。這個確認的過程不會太長，基本一個星期就可以得到比較準確的添加值。值得注意的是，并不是得到這樣一個值就可以一勞永逸，還需要不停地通過試驗和分析來確認，持續的試驗和分析才能保證槽液的穩定生產。另外，在自動添加設備上設定好添加值之后，也需要定時地用量杯來確認每次的添加量是否和設定值一樣。

(7) 在生產管理的過程中，一旦發現《控制計劃》內的控制參數不能滿足生產的要求，而新的參數又在生產中得到了驗證，那么就要對《控制計劃》進行更新，繼而執行新的控制標準。

5 結語

只有通過對設備的改造和更新來提高生產效率，選擇優秀的電鍍添加劑來改善電鍍工藝，以及對工藝的有效監控和管理來維護生產的穩定，實現電鍍智能自動化生產，順應時代發展的潮流和要求，電鍍企業才能在當今的形勢下越走越好，越走越遠。

[1] 盧少燃. 電鍍生產線設計的新思路[J]. 電鍍與涂飾, 2008, 27 (10): 8-9, 12.

[2] 陳剛. 也談直線式電鍍生產線[J]. 電鍍與環保, 2008, 28, (4): 39-40.

[3] 張立茗. 我國電鍍設備的發展和現狀[J]. 電鍍與精飾, 2001, 23 (5): 13-15, 26.

[4] 張允誠, 胡如南, 向榮. 電鍍手冊(下)[M]. 北京: 國防工業出版社, 2002: 222-245.

Intellectualized and digitized production of zinc and zinc alloy electroplating //

TUO Yi-fang*, PU Hai-li

How to realize intellectualized and digitized production of zinc and zinc alloy electroplating was expatiated based on the requirements of cleaner production in terms of equipment, process and management. The auxiliary equipments for individual procedure were listed. The layouts of automated production lines for barrel and rack plating including pretreatment and post-treatment were described. The methods for routine management of personnel, equipments, materials and baths were introduced.

zinc; electroplating; production line; automatization; cleaner production

Guangzhou Haikeshun Surface Treatment Co., Ltd., Guangzhou 511400, China

TQ153.15; TQ153.2

A

1004 – 227X (2011) 07 – 0005 – 06

2010–11–29

2011–02–11

陀藝芳（1982–），男，廣西梧州人，本科，工程師，從事鋅及鋅合金電鍍研究。

作者聯系方式：(E-mail) tuoyifang2046@163.com。

[ 編輯：溫靖邦 ]