Украшение интерьера из сплава на основе меди с использованием мотивов древних культур. Годовая программа 1500 шт
1.3В данном изделии был использован образ кошки, священного животного Египта. Египетский фольклор был выбран в качестве стиля по причине его оригинальности, выразительности, торжественности и необычных приемов стилизации, присущих ему. Настольное украшение (статуэтка) выполнено методом гальванопластики с последующим оксидированием. Важным преимуществом данного изделия является его легковесность при достаточно большом объеме.
В изобразительном искусстве Египта важное место занимает образ кошки. Богиня Бастет, первоначально, вероятно, бывшая львицей, стала отождествляться с кошкой и изображаться в виде женщины с кошачьей головой.
Для дизайна в египетском стиле нередко используют мотив пирамид, гробниц, выполненных в текстуре камня или в черном цвете. Данное изделие представляет собой фигурку сидящей, стилизованной кошки, полностью окрашенной черной оксидной пленкой с последующей защитой бесцветным лаком. Выбранный образ четко иллюстрирует каноны египетского фольклора с его характерными особенностями, традициями и мифологией.
В качестве комплектующего изделия была выбрана деревянная подставка из древесины дуба. Дуб – очень декоративное, темное и прочное дерево средней полосы. Дуб очень прочен, хорошо пригоден для крупной резьбы или деталей несложной конфигурации (подставка имеет геометрическую простую форму).
2. Разработать технологический процесс изготовления изделия.
2.1. Технология - гальванопластика с последующим гальваническим оксидированием.
С помощью гальванопластики можно с большей точностью, чем любым другим способом, воспроизводить предметы до мельчайших подробностей. Формой называется специально разработанный, сконструированный и изготовленный образец для снятия копии с него с использованием технологии гальванопластики. Независимо от природы материала формы ее поверхность должна быть электропроводной (на поверхность непроводников наносят электропроводный слой). Материалом для формы выбран пластик (форма не разрушаема и остается в изделии).
Преимущество пластмассовых форм — высокая химическая стойкость и возможность механической обработки, а также низкая температура плавления. Пластмассы представляют собой крайне легкий материал, что позволяет не извлекать его после гальванопластики, он практически не придает изделию веса, но служит дополнительной опорой для осажденного слоя металла. Пресс – формы для изделий без поднутрений можно изготовить из алюминия на станке с ЧПУ. Пресс – форму для рассматриваемого изделия необходимой конфигурации целесообразно заказать на металлообрабатывающем предприятии с имеющимся для этого оборудованием.
Поверхность неметаллических моделей перед нанесением проводящего слоя должна быть тщательно очищена и обезжирена.Для данного изделия токопроводящий слой получен методом графитирования. При этом используют очищенный, мелкоразмолотый, просеянный через мелкое сито графит, содержание углерода не менее 92%.. Для форм из пластика рациональнее применить “мокрый” способ нанесения: графит рекомендуется наносить на разведенном клее БФ-2 или БФ-4. Для этого клей разжижают спиртом. Состав должен содержать 25% клея и 75% спирта. Соотношение клея и графита следующее: 1 весовая часть графита и 2—3 весовые части клея. Изделие не имеет поднутрений, узких сечений, отверстий, поэтому графитовая суспензия наносится волосяной кистью. На модели предусмотрен штифт с резьбой для крепления модели к подвесочному устройству. Сначала проводят затяжку первого тонкого слоя. Только затем – осаждение основного слоя металла при перемешивании электролита и более высокой плотности тока.
2.2 Основные и вспомогательные материалы
Термопласты — полимерные материалы, способные обратимо переходить при нагревании в высокоэластичное либо вязкотекучее состояние. Данный материал позволяет тиражировать модели путем заливки в алюминиевую форму. Он прочен, химостоек, отлично подходит для выбранной технологии.
В качестве вспомогательных материалов используем: электролиты для гальванопластики и для нанесения оксидного покрытия.
Для данного изделия был выбран черный цвет оксидного покрытия (в соответствии со спецификой выбранного стиля – египетский фольклор). Толщина пленки составляет примерно 1-2 мкм, обладает низкой механической прочностью, пригодна для декоративной отделки, но не в качестве защитного покрытия. После нанесения пленки покрывают бесцветным лаком.
Изделия выполненные гальванопластикой подвергать механической обработке не рекомендуется, лучше использовать химическое или электрохимическое полирование. В данном процессе используем химическое полирование, его проводят в растворе (г/л): фосфорной кислоты 930–950, азотной 280–290 и уксусной 230–260 при комнатной температуре (в отличие от электрохимического) в течение 1–5 минут. Электрохимический метод полирования дает более качественный результат, но и отличается значительной трудоемкостью, высокими плотностями тока, что является некоторой трудностью при покрытии больших поверхностей (настольное украшение), т.к. электролит начнет значительно нагреваться. Химическое же полирование значительно проще, занимает примерно эквивалентное эхп время, не требует подвода тока, дает неплохой результат.
2.4. Разработать гальваническую ванну и набор вспомогательных устройств с указанием режимов процесса, состава электролита.
Основным, распространенным электролитом для наращивания металла толстыми слоями является медный электролит, который приготавливают на основе сернокислой меди с добавкой серной кислоты, повышающей электропроводность. Электролит такого состава дешев, легок в приготовлении, компоненты легко доступны, процесс ведется при невысоких температурах, не содержит токсичных соединений, цианидов и т.д.
В обычных гальванопластических электролитах поддерживают температуру на уровне 20°С. Она может повышаться до 25-28°С за счет выделения джоулева тепла. Для повышения интенсивности электролиза работают с высокими плотностями тока, при этом медные электролиты подогревают до 30-40°С. Подогрев осуществляется паром, пропускаемым через освинцованные змеевики( на дне ванны).
Состав электролита и режим его работы в ванне без перемешивания для затяжки:
CuSO4 · 5H2O - 150 -160 г г/л
H2S04- 35-40 г/л
Н20-1л
С2H5OH - 8-10 г/л
Режим:
Плотность тока 1,5-2 А/дм2
Температура электролита 18 - 20°С
Наиболее чистый сорт меди катодной марки М00К содержит примесей не более 0,001%. Чем чище катодная медь – тем качественнее полученное покрытие (также возможно изготовление катода и из меди марки М1)
Состав электролита и режим его работы в ванне с перемешиванием для основного осаждения:
CuSO4 · 5H2O - 170 - 180 г г/л
H2S04- 35-40 г/л
Н20-1л
С2H5OH - 8-10 г/л
Режим:
Плотность тока 1,5-2 А/дм2
Температура электролита 20 - 30°С
Требуется соблюдение рекомендуемых концентраций, т.к избыток серной кислоты в ванне вызывает хрупкие и низкокачественные отложения меди из-за водорода, интенсивно выделяющегося на катоде, особенно при работе с повышенными плотностями тока. При недостаточной концентрации серной кислоты в электролите образуется рыхлый и пористый осадок меди. Добавку спирта вводят не более нормы, так как его избыток делает медь хрупкой.
При стационарных электролитах шлам оседает на дно ванны, но более легкие его частицы, находятся во взвешенном состоянии, вследствие конвенции перемещаются к катоду. В перемешиваемых электролитах шлам не оседает на дно, а находится во взмученном состоянии, что может вызвать еще более сильное засорение гальванопластичной меди. Наиболее качественная фильтрация осуществляется при помощи фильтр – пресса. В данном случае целесообразно производить непрерывную фильтрацию электролита (необходимо для качественного и равномерного медного слоя) т.к. процесс занимает длительное время, осуществляется перемешивание электролита в процессе основного осаждения, процесс гальванопластики характеризуется сильным зашламливанием электролита.
Гальваническая ванна и набор вспомогательных устройств.
Габаритные размеры изделия составляют 45 х 25 х 77 мм.
Для обработки данных изделий наиболее походит ванна из полипропилена.
Ванна оборудуется змеевиком для охлаждения раствора для поддержания рабочей температуры (при высокой плотности тока и значительной площади поверхности деталей электролит начнет нагреваться), верхним штуцером со сливным карманом для удаления накапливающихся жировых загрязнений, а также нижним штуцером для полного слива раствора и промывки. Змеевики располагаются у стенок ванны. Расположение у стенок предпочтительнее, так как это упрощает очистку ванны. Катодные и анодные штанги для электрохимического обезжиривания монтируются на бортах ванны с тщательной изоляцией от корпуса. В данном случае не требуется установка бортовых отсосов (нет цианидных соединений, особо вредных испарений), достаточно приточно-вытяжной вентиляции.
Для интенсификации процесса необходимо производить перемешивание электролита (но только не в процессе предварительной затяжки первого металлического слоя). Фильтрация непрерывная с помощью фильтр – пресса.
Перемешивание электролита осуществляется пневматически. Пневматический способ заключается в пропускании сжатого воздуха через перфорированные трубки из пластмассы, установленные на дне ванны непосредственно под деталями, и соединённые с компрессором.
Для завешивания анодов и покрываемых деталей на бортах ванны укладывают штанги в виде отрезков медных стержней, к которым подводят ток от источника тока (контакт подвесочного устройства со штангой должен быть прочным и плотным, иначе место контакта будет перегреваться).
В связи с малыми размерами ванны, и небольшим количеством обрабатываемых одновременно изделий загрузку и выгрузку осуществляем вручную. Места не контактируемые с электрическим током изолируем лаком МЛ-92.
Необходимы так же промывочные ванны для очистки изделий после гальванических процессов. Ванны изготавливаем из полипропилена. Вода для промывки используется проточная, дистиллированная – только для приготовления необходимых электролитов. Сушильный шкаф лучше всего использовать с электрообогревном. Габаритные размеры шкафа 
мм
Заданная годовая программа может быть выполнена в одной ванне. В одной ванне изготавливаются 5 изделия. Подвесочное устройство должно иметь достаточную толщину, чтобы не перегреваться при пропускании тока в течении процесса (крепление изделий к подвесочному устройству винтовое).
Внутренние размеры ванны можно определить по следующим формулам:
длина ванны L равна:
(10)
где 
– кол-во подвесок, завешиваемых на одной штанге по длине ванны;
– размер подвесок по длине ванны;
– расстояние между подвесками в ванне (15-50 мм);
- расстояние между торцевой стенкой ванны и краем подвески (50-75 мм).
ширина ванны W равна:
(11)
где 
– количество катодных штанг;
– размер подвески по ширине ванны;
– расстояние между анодом и ближайшим краем подвески (50-75 мм для рельефных деталей);
– расстояние между продольной стенкой ванны и анодом (75 мм для ванн нефутерованных);
- количество анодных штанг;
- толщина анодов.
высота ванны H равна:
(12)
где 
– расстояние от дна ванны до нижней части подвески (50-100 мм)
– наибольший размер подвески по высоте ванны;
– расстояние от уровня электролита до верхней части подвески (20-50 мм).
– расстояние от поверхности электролита до борта ванны (50-70 мм);
При определении наружных размеров стационарных ванн исходят из внутренних размеров, найденных расчетным путем, и из толщины стенок и дна ванны. Для нефутерованных ванн толщина стенок и дна составляет 4-8 мм.
Принимает толщину стенок и дна равной 5 мм, тогда габариты ванн:
Объем электролита:
2.5. Описать технология оксидирования, оборудование, режимы, электролиты
В зависимости от состава сплава и условий оксидирования получаемые пленки окрашены в черный, синий и коричневый цвет.
Оксидирование на меди получают химическим и электрохимическим путем. Первый из них проще в исполнении и работе, но дает менее устойчивое покрытие. Второй позволяет получать покрытия большей толщины и лучшей защитной способности, но в приготовлении и работе более трудоемок. В данном случае применяется химический метод, т.к. полученное оксидное покрытие не несет функциональной нагрузки (декоративную) и после нанесения покрывается бесцветным защитным лаком. Кратко сравним 2 наиболее распространенных состава для хим. оксидирования меди:
1)Персульфатный раствор г/л:
NaOH 50-70
K2S2O8 15-25
t=60-65 C, время = 5-10 минут
Наиболее пригоден для оксидирования чистой меди и сплавов, с содержанием меди не ниже 90%. Образующаяся оксидная пленка имеет черный цвет, она тверже пленок, полученных в медно-аммиачном растворе, и более устойчива против коррозии в атмосферных условиях.
2) Медноаммиачный раствор:
Гидроксокарбонат меди 150-200 г/л
Водный аммиак 800-900 мл/л
T=18-30 С, время = 10-20 мин
Подходит для оксидирования насыпью в медных сетках с периодическим встряхиванием.
Выбираем первый состав (персульфатный), т.к. он более пригоден для оксидирования чистой меди (у нас выбрана в качестве катода марка М00К – самая чистая марка катодной меди), дает оксидную пленку необходимого цвета (черный), покрытие более устойчивое, чем полученное из второго рассмотренного состава.
Подготовка поверхности под покрытие очень важна. Для данного изделия было осуществлено химическое полирование в составе (г/л): фосфорной кислоты 930–950, азотной 280–290 и уксусной 230–260 при комнатной температуре в течение 1–5 минут. Химическое полирование делает поверхность более равномерной, выявляется структура металла, покрытие надежнее и качественней сцепляется с поверхностью изделия. Для хим. полирования используется ванна из полипропилена, снабженная змеевиком для нагрева электролита (рабочая температура выбранного раствора равна 60-65 С).
Техпроцесс
| № | Технологическая операция | Оборудование, инструменты | Примечания |
| Подготовить эскиз, чертежи данного изделия | Бумага, карандаш, чертежные принадлежности. | Спец. Литература | |
| Изготовление моделей изделия | термопластавтомат TYD-35T-S, алюминиевая прессформа, термопласт в гранулах | Алюминиевую прессформу изготавливаем на станке с ЧПУ у сторонней организации | |
| Доработка модели | Скальпель, пилки, лобзик, растворитель | Обрезка облоя, корректировка незначительных искажений формы, доработка формы по эскизу | |
| ОТК, взвешивание модели | Лампа (мощность 300 люкс), лупа х6, Весы электронные, пластиковая модель | Осмотр пластиковых моделей на наличие дефектов(недоливы, облой, пузыри), взвешивание необходимо для дальнейшего определения веса металлического покрытия | |
| Монтаж на подвесочное приспособление | Стол, резиновые перчатки | ||
| Обезжиривание модели изделия. | Резиновые перчатки, емкость со спиртом для обезжиривания | Спиртовой раствор | |
| Промывка | Проточная вода, ванна | T=18-20 C | |
| Сушка | Сушильный шкаф | Т=40 C в течении 5мин. | |
| Нанесение токопроводящего слоя | Суспензия графита, колонковые кисточки №6-14, резиновые перчатки | Смесь графита с клеем БФ2, клей разжижаем спиртом(25% клей и 75% спирт). Соотношение клея и графита 2:1 по весу. | |
| Сушка | Сушильный шкаф | Т=40 C в течении 5мин. | |
| Визуальный контроль качества | Графит должен быть равномерно нанесен по всей поверхности модели. Проверить с помощью тестера. | ||
| Загрузка в ванну | Ванна гальваническая, стационарная (полипропилен), изделия на подвесочном устройстве | ||
| Затяжка предварительным слоем | Ванна гальваническая, стационарная (полипропилен), электролит | CuSO4 · 5H2O - 150 -160 г г/л H2S04- 35-40 г/л Н20-1л С2H5OH - 8-10 г/л Режим: Плотность тока 1,5-2 А/дм2 Температура электролита 18 - 20°С | |
| Промывка | Проточная вода, ванна | T=18-20 C | |
| сушка | Сушильный шкаф | Т=40 С в течение 5мин | |
| Визуальный контроль качества | Сплошность покрытия модели изделия металлом | ||
| Наращивание основного слоя | Ванна гальваническая, стационарная (полипропилен), электролит | CuSO4 · 5H2O - 170 - 180 г г/л H2S04- 35-40 г/л Н20-1л С2H5OH - 8-10 г/л Режим: Плотность тока 1,5-2 А/дм2, интенсивное перемешивание Температура электролита 20 - 30°С | |
| Промывка | Проточная вода, ванна | T=18-20 C | |
| Сушка | Сушильный шкаф | Т=60 C в течение 5 мин | |
| Визуальный контроль качества | Покрытие должно быть ровным и четко повторять рельеф модели, на которую производится осаждение металла. | ||
| Обезжиривание | ванна | Моющий раствор | |
| Промывка | Ванна для промывки | Проточная вода | |
| Сушка | Сушильный шкаф | 40-50°C 5 мин | |
| Химическое полирование | Ванна стационарная (полипропилен) | Раствор (г/л): фосфорной кислоты 930–950, азотной 280–290 уксусной 230–260 T = 18-25 С, время = 1–5 минут. | |
| Струйная промывка | Ванна, проточная вода | T=18-20 C | |
| Сушка | Сушильный шкаф | Т=60 C в течение 5 мин | |
| Визуальный контроль качества | Контролируем качество поверхности по их внешнему виду, сплошности. | ||
| Оксидирование | Ванна гальваническая, стационарная (полипропилен) | Персульфатный раствор г/л: NaOH 50-70 K2S2O8 15-25 t=60-65 C, время = 5-10 минут | |
| промывка | ванна | проточная вода | |
| Сушка | Сушильный шкаф | T=60-80С 5мин. | |
| Нанесение защитного лакового покрытия | Кисть колонковая, изделия | Бесцветный лак | |
| Сушка | Сушильный шкаф | T=25-30оС 5мин. | |
| Демонтаж | Стол, подвесочное приспособление с изделиями | ||
| ОТК | Лампа (мощность 300 люкс), лупа х6 | Контроль качества покрытий по их внешнему виду, толщине, сплошности, равномерности | |
| Взвешивание изделия, определение веса металлического слоя, | Весы электронные, изделия | ||
| Монтаж изделий к деревянной подставке на резьбовое соединение | Подставка, изделие, перчатки | Комплектующее изделие взять на складе | |
| Упаковка | Упаковочная тара, готовые изделия |