電化學加工技術

第7章電鑄成型

電鑄成型電鑄加工的原理：利用電鍍液中金屬正離子在電場的作用下，鍍覆沉積到陰極上去的過程。電鑄成型是在原模上通過電化學方法沉積金屬，然后分離以制造或復制金屬制品。但電鑄與電鍍又有不同之處，電鍍時要求得到與基體結合牢固的金屬鍍層，以達到防護、裝飾等目的。而電鑄則要電鑄層與原模分離，其厚度也遠大于電鍍層。在直流電源的作用下，金屬鹽溶液中的金屬離子在陰極獲得電子而沉積在陰極母模的表面。陽極的金屬原子失去電子而成為正離子，源源不斷地補充到電鑄液中，使溶液中的金屬離子濃度保持基本不變。當母模上的電鑄層達到所需的厚度時取出，將電鑄層與型芯分離，即可獲得型面與型芯凹、凸相反的電鑄模具型腔零件的成型表面。電鑄加工的特點電鑄加工的特點能準確、精密地復制復雜型面和細微紋路；能獲得尺寸精度高、表面粗糙度小于Ra0.1μm的復制品，電鑄件一致性極好；(1)復制精度高，可以做出機械加工不可能加工出的細微形狀(如微細花紋、復雜形狀等)，表面粗糙度Ra可達0.1μm，一般不需拋光即可使用。(2)母模材料不限于金屬，有時還可用制品零件直接作為母模。(3)表面硬度可達35～50HRC，所以電鑄型腔使用壽命長。(4)電鑄可獲得高純度的金屬制品，如電鑄銅，它純度高，具有良好的導電性能，十分有利于電加工。(5)電鑄時，金屬沉積速度緩慢，制造周期長。如電鑄鎳，一般需要一周左右。(6)電鑄層厚度不易均勻，且厚度較薄，僅為4～8mm左右。電鑄層一般都具有較大的應力，所以大型電鑄件變形顯著，且不易承受大的沖擊載荷。這樣，就使電鑄成型的應用受到一定的限制。電鑄加工的特點電鑄加工的應用范圍電鑄加工的應用范圍復制精細表面輪廓或花紋；復制注塑用模具、電火花型腔加工用電極；制造復雜、高精度的空心零件和薄壁零件；制造表面粗糙度標準樣塊、反光鏡、表盤、異形孔噴嘴等特殊零件。制造高精度、薄壁型、細小輪廓形狀的零件；復制注塑用模具、電火花型腔加工用電極工具電鑄加工的基本設備電鑄加工的主要設備包括：電鑄槽、直流電源、攪拌和循環過濾系統及加熱和冷卻裝置。電鑄槽直流電源攪拌和循環過濾系統（降低濃差極化）加熱和冷卻裝置電鑄槽：一般用鉛板、橡腔或塑料等耐腐蝕材料作襯里，焊接鋼板作外框。直流電源：3～20V可調，電流密度為0.15～0.30A／cm2。攪拌和循環過濾系統：攪拌可降低濃差極化，以利于采用大的電流密度，提高電鑄質量。過濾可除去溶液中的固體雜質。加熱和冷卻裝置：可使電鑄溶液溫度基本保持不變。通常用蒸氣或電加熱，用冷風或自來水冷卻。電鑄、電鍍及復合鍍加工電鑄加工的工藝過程原模表面處理電鑄至規定厚度襯背處理脫模清洗干燥成品電鑄加工的工藝過程要點電鑄加工的工藝過程要點原模表面處理金屬：鈍化處理生成鈍化膜，便于加工后的脫模非金屬：導電化處理電鑄過程鑄液需連續過濾、攪拌，并保持其成分、溫度等特性；對鑄件凸凹部分進行處理，保證鑄層均勻。襯背和脫模113、電鑄成形工藝過程（1）母模設計與制造

母模的形狀與型腔相反，母模尺寸應考慮材料收縮率，沿型腔深度方向應加長5~8mm，以備電鑄后切除端面的粗糙度部分。

對需脫模的母模，電鑄表面應有15~30′的脫模斜度，并進行拋光，使表面粗糙度達Ra0.16~0.08，同時需考慮脫模措施和電鑄時的掛裝位置。12

在母模的輪廓較深的底部凹、凸不能相差太大，同時盡量避免尖角。母模常用材料有：不銹鋼、中碳鋼、鋁、銅、低熔點合金、有機玻璃、塑料、石膏、石蠟等。

母模所用材料有金屬和非金屬材料之分，其中又可分為可熔型不可熔型等，可根據不同需要進行選擇。制造母模的各種材料及其優缺點可參見表4.8。1314(2)母模表面處理1）金屬母模須鈍化處理或鍍脫模層處理。鈍化處理一般用重鉻酸鹽溶液處理；鍍脫模層一般是鍍8~10μm厚的硬鉻；

形狀復雜的母模，可先鍍鎳再鍍鉻；脫模困難的深型腔，先噴上一層聚乙烯醇感光劑，經曝光烘干后進行鍍銀處理。

用低熔點合金制成的母模不需要鍍脫模層。152）石膏或木材制成的母模須防水處理。在電鑄前可用噴漆或浸漆的方法進行防水處理。用石膏制成的母模還可采用浸石蠟的方法進行防水處理。3)非金屬母模鍍導電層處理非金屬不導電，不能直接電鑄加工，因此要經過鍍導電層處理。鍍導電層處理一般是在防水處理后進行的。

可以采用導電漆的涂敷處理、真空涂膜或陰極濺射處理，常用的是采取化學鍍銀或化學鍍銅處理。為了得到良好的導電層，一般母模需要經兩次鍍導電層處理，而石膏母模則需進行三次鍍銀處理。164)引導線及包扎處理

母模經鍍起模層處理及鍍導電層處理后需進行引導線及包扎處理，其目的是使導電層能夠在電沉積操作過程中良好地通電，并將非電鑄表面予以隔離。(3)脫模和加固電鑄件壁厚較薄，一般要用其它材料在其背面加固，防止變形，機械加工后再鑲入模套，最后脫模。

常用的脫模方法有：脫模架脫模、化學溶解母模、加工熱熔化母模、加熱或冷卻脹縮分離。17螺釘脫模

金屬母模脫模比較困難，常用脫模架或螺釘脫模。可以用旋轉螺釘的方法進行起模。18

如果母模帶有螺旋槽，其起模可用圖示方法，使鑄件6隨母模5沿軸線旋轉而起模。

金屬母模用起模架和螺栓將型芯拉出分離的專用工具。19

非金屬母模(例如有機玻璃)在加熱軟化后脫模則比較方便，一般加熱溫度為100℃~200℃，等到冷卻至70℃~80℃即可將母模取出。

鋁制母模可用氫氧化鈉溶液溶解母模，對鎳層無損傷。黃銅母模可用硝酸溶液溶解母模，對鉻層無損傷。

低熔點合金和石蠟母模可加熱熔化，對電鑄層無損傷。較淺的型腔甚至可直接用開水加熱后起模，但是母模容易受熱變形、損壞。20

加固的方法有噴涂金屬、無機粘結、鑄鋁、澆環氧樹脂或低熔點合金。1）噴涂金屬一般在電鑄件的外層進行，達到一定厚度后機加工。2）無機粘結是將電鑄件鑲入配車的鋼套內用無機粘結劑粘結在一起。粘結層厚度為0.2~0.3mm。3）鑄鋁是在電鑄件的背后加固。4）澆環氧樹脂或低熔點合金是澆鑄在電鑄電極的內壁，防止電極加工時變形。21電鑄型腔與模套組合形式1—卸模架；2—型芯；3—電鑄型腔；4—粘接劑；5—模套；6—墊板

最常用的加固方法是采用模套進行加固。加固后再對型腔外形進行起模和機械加工。模套是按電鑄件配作的金屬套。模套與電鑄件之間有少量間隙，在模套內孔和電鑄型腔外表面涂一層無機粘結劑后再進行壓合，以加強配合強度。224、電鑄加工實例實例1刻度盤模具型腔電鑄工藝過程：（1）母模制作用45號鋼制作，表面粗糙度為Ra0.01μm。為方便母模和電鑄件加工時的裝夾，母模上作一M36的工藝螺孔。

為進行引導線及包扎處理，母模中心和四周準備了小螺孔。（2）脫模層處理：鍍硬鉻8~10μm。（3）引導線及包扎絕緣處理：用膠木螺釘將絕緣板與母模非鑄面固定成一體，導電桿外部套塑料管后擰入母模。23（4）電鑄：電鑄層為4~5mm時停止電鑄。（5）電鑄后處理：將鑄取下后擰入帶螺紋的芯軸，夾芯軸車鑄件外圓及臺階，按鑄件外圓配車銅鑲套。鑄件與銅套涂無機粘結劑后裝配，粘結劑厚度為0.2~0.3mm。再用芯軸定位和夾緊，車鑲套外圓和中間孔。取出母模，即得到刻度盤模具型腔。24車削鍍鉻電鑄鎳溶解去型芯精密噴嘴實例2精密細微噴嘴內孔電鑄工藝過程：

表面質量和尺寸精度要求很的精密異形小孔的加工，用除去材料的方法加工是很困難的，而采用精密電鑄的方法比較容易解決。鍍鉻層黃銅型芯電鑄鎳層內孔鍍鉻層電鑄加工的應用實例篩網的制造手機外殼及銘牌的電鑄制作Thankyou電化學加工技術

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