1、 現(xiàn)代表面工程技術(shù) 課程論文課題名稱：電鑄加工技術(shù)原理與應(yīng)用姓 名： 周 想 想 系 別： 機(jī) 械 工 程 系 班 級： 材 控 2 班 學(xué) 號： 1 0 1 0 1 2 1 1 4 0 指導(dǎo)教師： 王 松 林 一、引言電鑄成形原理是利用電化學(xué)過程中的陰極沉積現(xiàn)象來進(jìn)行成形加工的。即用導(dǎo)電的原模作陰極,用于電鑄的金屬作陽極,用電鑄材料的金屬鹽溶液作為電鑄液。在直流電流的作用下,金屬鹽中的金屬離子失去電子而成為正的金屬離子,源源不斷地補(bǔ)充到電鑄液中,使電鑄液的濃度保持基本不變,當(dāng)原模上的電鑄層達(dá)到所需要的厚度時(shí)取出,將電鑄層與原模分離,獲得與原模型相反的電鑄件。電鑄成形具有極高的復(fù)制精度和尺寸精

2、度,電鑄成形已在航空、儀器儀表、塑料件、精密機(jī)械、微型機(jī)械、模具制造等行業(yè)發(fā)揮了重要作用,并作為一項(xiàng)先進(jìn)制造技術(shù)正日益受到國內(nèi)外的重視。二、工藝特點(diǎn)1) 能精密復(fù)制復(fù)雜型面和細(xì)微紋路。2) 能獲得尺寸精度高、表面粗糙度優(yōu)于Ra=0.1m的復(fù)制品，生產(chǎn)一致性好。3) 芯模材料可以是鋁、鋼、石膏、環(huán)氧樹脂等，使用廣泛，但用非金屬芯模時(shí)需對表面做導(dǎo)電化處理。4) 能簡化加工步驟，可以一步成型，而且需要精加工的量很少。5) 主要缺點(diǎn)是加工時(shí)間長，如電鑄1mm厚的制品，簡單形狀的需34h，復(fù)雜形狀的需幾十個(gè)小時(shí)。電鑄鎳的沉積速度一般為0.020.5mm/h；電鑄銅的沉積速度0.040.05mm/h。另外

3、在制造芯模時(shí)，需要精密加工和照相制版等技術(shù)。電鑄件的脫模也是一種難度較大的技術(shù)，因此與其他加工相比電鑄件的制造費(fèi)用較高。三、工藝過程電鑄設(shè)備主要由直流電源、電鑄槽、攪拌和循環(huán)過濾系統(tǒng)、加熱和冷卻系統(tǒng)等部分組成,電鑄成形工藝過程如下：1) 模型制作電鑄模型又稱母模,其形狀與所需型腔相反。制作模型的材料可用金屬材料如鋁、銅、低碳鋼以及低熔點(diǎn)合金等,也可用非金屬材料如塑料、石蠟、石膏等。2) 表面處理原模電鑄前,必須進(jìn)行清洗,以去掉表面的臟物和油污,保證金屬離子能電鑄到原模表面上。對金屬原模表面要進(jìn)行鈍化處理,使金屬表面形成一層鈍化膜,以利于脫模而對非金 屬原模的表面,必須進(jìn)行導(dǎo)電化處理,使模型具有

4、導(dǎo)電能力。3) 電鑄成形模型經(jīng)過上述處理后,進(jìn)行包扎并連接導(dǎo)線。電鑄常用的金屬材料有銅、鎳、鐵,與之相應(yīng)的電鑄液有 銅的電鑄溶液有硫酸鹽、氟硼酸鹽和焦磷酸鹽溶液 鎳的電鑄溶液有硫酸鹽、氟硼酸鹽和氨基碘磺酸鹽溶液 鐵的電鑄溶液主要有氯化物和氟硼酸鹽溶液。電鑄成形采用直流電源,電壓一般在以下,并可調(diào)壓,電流密度一般在1530A/dm2。4) 脫模加固電鑄件成形后,因其強(qiáng)度低,需用其它材料進(jìn)行加固,以防止變形。加固的方法一般是采用模套進(jìn)行襯背,襯背后再對電鑄件進(jìn)行脫模和機(jī)械加工。脫模的方法視原模材料而定,對于耐久性原模采用加力、加熱或冷卻的方法分離,對于臨時(shí)性原模可采用加熱熔化或化學(xué)溶劑溶解的方法脫

5、模。四、影響因素1) 加工速度在金屬沉積的幾個(gè)階段中，離子的遷移過程為其瓶頸，該過程的速度決定了整個(gè)沉積速度。電解液相對于陰極表面做高速運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生強(qiáng)烈對流遷移是提高沉積速度的有效途徑。陰極移動(dòng)、壓縮空氣攪拌、機(jī)械攪拌、陰極超聲震動(dòng)等措施都是很有效的方法。但是金屬的沉積速度正比于電流密度，電流密度受極限電流等多種因素限制而不能任意提高。2) 鑄層均勻性金屬電沉積速度一般正比于陰極電流密度，電流密度的分布也就是電沉積速度的分布。對于復(fù)雜型面陰極芯模，電沉積層表面總是微觀不平的，存在微小的凸起和凹陷。在凸起的地方電流線集中，凹陷處電流線稀疏。這樣一來，隨著電沉積的持續(xù)，凸起和凹陷被加以放大，表面越來越

6、粗糙。如不加以有效控制，可能在還沒有達(dá)到足夠厚度時(shí)，已經(jīng)出現(xiàn)嚴(yán)重枝狀突起甚至燒焦，使電鑄工藝失敗。3) 鑄層缺陷 電沉積過程中由于在電鑄過程中析出的氫氣以及電流密度低等原因，鑄層易出現(xiàn)麻點(diǎn)，針孔、結(jié)晶粗大、出現(xiàn)應(yīng)力，使得鑄層的物理特性下降，過大的內(nèi)應(yīng)力可能會(huì)引起鑄層變形，甚至于開裂。五、實(shí)際應(yīng)用電鑄工藝具有極高的復(fù)制精度和重復(fù)精度,可用于制造形狀復(fù)雜、精度要求很高的空心零件,厚度僅幾十微米的薄壁零件,高尺寸精度且表面粗糙度低于零點(diǎn)幾微米的精密零件,各種具有復(fù)雜曲面輪廓或微細(xì)尺寸的注塑模具,電火花型腔用電極等金屬零件的制造和復(fù)制。1) 電鑄模具型腔對形狀復(fù)雜、精度要求高的注塑模具型腔,

7、用傳統(tǒng)加工方法是十分困難的。電鑄加工不需要圖紙和加工程序,可以直接用塑料制件作母模,母模應(yīng)在型腔深度方向加長35mm,以備電鑄后端部粗糙而割除。2) 電鑄電極電火花加工用的工具電極,可以采用電鑄方法制造,用電鑄電極進(jìn)行電火花加工時(shí),因?yàn)榫植窟^熱,銅層容易從基體上崩落下來,為了保證導(dǎo)熱良好,銅層厚度一般都需大于2mm。3) 精密電鑄對于尺寸精度和表面質(zhì)量要求都很高的微細(xì)孔或斷面復(fù)雜的異形孔,用“除去”加工非常困難,而采用精密電鑄加工就比較容易,例如精密噴嘴,內(nèi)孔直徑為一,內(nèi)孔表面要求鍍鉻,其電鑄工藝過程如圖所示。首先加工精密黃銅型芯,其次用硬質(zhì)鉻酸進(jìn)行電沉積,再電鑄一層金屬鎳,最后用硝酸類溶液溶

8、解型芯。由于硝酸類溶液對黃銅溶解速度快,且不侵蝕鍍鉻層,所以可得到具有光潔內(nèi)孔表面鍍鉻層的精密微細(xì)噴嘴4) 金屬箔與金屬網(wǎng)電鑄金屬箔是將不同的金屬電鍍在不銹鋼的滾筒上，連續(xù)一片的剝離而成。例如印刷電路板上用的電鑄銅箔片。電鑄金屬網(wǎng)的應(yīng)用比較廣，如電動(dòng)剃須刀的刀片和網(wǎng)罩，食品加工其中的過濾簾網(wǎng)，各種穿孔的金屬箍帶，印花滾筒等等。5) 其他 例如雷達(dá)和激光器上用的波導(dǎo)管、調(diào)諧器，可彎曲無縫波紋管，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)用的噴射管等六、電鑄工藝的現(xiàn)狀因?yàn)殡婅T工藝是采用電鍍原理,用電解的方法使金屬離子沉積在母模上,而獲得模具型腔的制模方法。近年來國內(nèi)研究成功了一些新的電鍍工藝,推動(dòng)了這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展。采用RP&am

9、p;M技術(shù)制作電鑄母模,用電鑄工藝將銅沉積在母模表面生成銅質(zhì)反模,脫模后反模經(jīng)拋光整修,在銅質(zhì)外殼背面填充固體材料襯墊后,可以作為注塑模具使用,有時(shí)為了脫模方便,可以用硅橡膠模過渡。杭州桐廬電鑄技術(shù)研究所于1993年底研制成功新型電鑄工藝LSH-2,此項(xiàng)技術(shù)己獲國家專利。它彌補(bǔ)了常規(guī)電鑄模型腔的缺陷，從電鑄液配方著手,調(diào)整電鑄液配方,不加減緩劑電鑄應(yīng)力也可以調(diào)整為零,解決了電鑄型腔的變形問題因不加應(yīng)力減緩劑,電鑄件就沒有熱脆性,即使1000,電鑄件的韌性仍保持不變。在電鑄液中加入一種添加劑,該添加劑既可提高硬度（HRC達(dá)40左右）、耐磨性,并且有較高的高溫強(qiáng)度和硬度、抗回火穩(wěn)定性、沖擊韌性以及

10、足夠的高溫抗氧化性,但沒有熱脆性從水質(zhì)處理、工藝配方和工藝條等方面進(jìn)行全面調(diào)整,提高了電鑄件的表面精度和尺寸精度,縮短了電鑄周期。福建二輕工業(yè)研究所完成的國家“八五”科技攻關(guān)項(xiàng)目“電鑄技術(shù)在注射模制造中的應(yīng)用”己制造出符合光學(xué)鏡面要求的高質(zhì)量鏡面型芯,并壓制出了光學(xué)塑料制品,在大型模具方面已制造出投影面積為3000cm2的大型電鑄件,使電鑄工藝日臻完善。現(xiàn)在國內(nèi)一般采用氨磺酸鎳鍍液和快速電鑄沉積工藝,加入適量的添加劑、活化劑以及改善電鑄層的質(zhì)量。國內(nèi)電鑄層厚度一般控制在510m,型腔尺寸的精度、表面精糙度與母模完全一樣,復(fù)制精度可達(dá)0.5m,硬度2540HRC,抗拉強(qiáng)度400MPa,延伸率可達(dá)2530%。七、電鑄工藝發(fā)展趨勢電鑄的一個(gè)發(fā)展趨勢就是與高新技術(shù)相結(jié)合，謀求共同發(fā)展。與快速成型技術(shù)的結(jié)合，極大地縮短了模具的制造周期，有著良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。它將電鑄與同步輻射X射線光刻膠等結(jié)合,體現(xiàn)了電鑄工藝在微機(jī)電制造方面的應(yīng)用優(yōu)勢。與數(shù)控加工技術(shù)的有機(jī)融合，形成選擇性射流電鑄技術(shù)，它通過工作臺在三個(gè)方向的移動(dòng)對陰極表面進(jìn)行仿形，同時(shí)控制微電鑄直流電源的通斷，可以實(shí)現(xiàn)電鑄表面指定位置的快速電鑄。電鑄的另外一個(gè)發(fā)展趨勢是混合電鑄，將細(xì)小的固體顆粒采用共同沉積的方式滲入到微電鑄溶液中，以提高電鑄層的性能。例如可以在電鑄液中