1、 現代表面工程技術 課程論文課題名稱：電鑄加工技術原理與應用姓 名： 周 想 想 系 別： 機 械 工 程 系 班 級： 材 控 2 班 學 號： 1 0 1 0 1 2 1 1 4 0 指導教師： 王 松 林 一、引言電鑄成形原理是利用電化學過程中的陰極沉積現象來進行成形加工的。即用導電的原模作陰極,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,源源不斷地補充到電鑄液中,使電鑄液的濃度保持基本不變,當原模上的電鑄層達到所需要的厚度時取出,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、精密機械、微型機械、模具制造等行業發揮了重要作用,并作為一項先進制造技術正日益受到國內外的重視。二、工藝特點1) 能精密復制復雜型面和細微紋路。2) 能獲得尺寸精度高、表面粗糙度優于Ra=0.1m的復制品，生產一致性好。3) 芯模材料可以是鋁、鋼、石膏、環氧樹脂等，使用廣泛，但用非金屬芯模時需對表面做導電化處理。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) 主要缺點是加工時間長，如電鑄1mm厚的制品，簡單形狀的需34h，復雜形狀的需幾十個小時。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，需要精密加工和照相制版等技術。電鑄件的脫模也是一種難度較大的技術，因此與其他加工相比電鑄件的制造費用較高。三、工藝過程電鑄設備主要由直流電源、電鑄槽、攪拌和循環過濾系統、加熱和冷卻系統等部分組成,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,必須進行導電化處理,使模型具有

4、導電能力。3) 電鑄成形模型經過上述處理后,進行包扎并連接導線。電鑄常用的金屬材料有銅、鎳、鐵,與之相應的電鑄液有 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,并可調壓,電流密度一般在1530A/dm2。4) 脫模加固電鑄件成形后,因其強度低,需用其它材料進行加固,以防止變形。加固的方法一般是采用模套進行襯背,襯背后再對電鑄件進行脫模和機械加工。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,對于臨時性原模可采用加熱熔化或化學溶劑溶解的方法脫

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沉積速度。電解液相對于陰極表面做高速運動產生強烈對流遷移是提高沉積速度的有效途徑。陰極移動、壓縮空氣攪拌、機械攪拌、陰極超聲震動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，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，可能在還沒有達到足夠厚度時，已經出現嚴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，鑄層易出現麻點，針孔、結晶粗大、出現應力，使得鑄層的物理特性下降，過大的內應力可能會引起鑄層變形，甚至于開裂。五、實際應用電鑄工藝具有極高的復制精度和重復精度,可用于制造形狀復雜、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幾微米的精密零件,各種具有復雜曲面輪廓或微細尺寸的注塑模具,電火花型腔用電極等金屬零件的制造和復制。1) 電鑄模具型腔對形狀復雜、精度要求高的注塑模具型腔,

7、用傳統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,用電鑄電極進行電火花加工時,因為局部過熱,銅層容易從基體上崩落下來,為了保證導熱良好,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量要求都很高的微細孔或斷面復雜的異形孔,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,內孔直徑為一,內孔表面要求鍍鉻,其電鑄工藝過程如圖所示。首先加工精密黃銅型芯,其次用硬質鉻酸進行電沉積,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孔表面鍍鉻層的精密微細噴嘴4) 金屬箔與金屬網電鑄金屬箔是將不同的金屬電鍍在不銹鋼的滾筒上，連續一片的剝離而成。例如印刷電路板上用的電鑄銅箔片。電鑄金屬網的應用比較廣，如電動剃須刀的刀片和網罩，食品加工其中的過濾簾網，各種穿孔的金屬箍帶，印花滾筒等等。5) 其他 例如雷達和激光器上用的波導管、調諧器，可彎曲無縫波紋管，火箭發動機用的噴射管等六、電鑄工藝的現狀因為電鑄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。近年來國內研究成功了一些新的電鍍工藝,推動了這項技術的發展。采用RP&am

9、p;M技術制作電鑄母模,用電鑄工藝將銅沉積在母模表面生成銅質反模,脫模后反模經拋光整修,在銅質外殼背面填充固體材料襯墊后,可以作為注塑模具使用,有時為了脫模方便,可以用硅橡膠模過渡。杭州桐廬電鑄技術研究所于1993年底研制成功新型電鑄工藝LSH-2,此項技術己獲國家專利。它彌補了常規電鑄模型腔的缺陷，從電鑄液配方著手,調整電鑄液配方,不加減緩劑電鑄應力也可以調整為零,解決了電鑄型腔的變形問題因不加應力減緩劑,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40左右）、耐磨性,并且有較高的高溫強度和硬度、抗回火穩定性、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處理、工藝配方和工藝條等方面進行全面調整,提高了電鑄件的表面精度和尺寸精度,縮短了電鑄周期。福建二輕工業研究所完成的國家“八五”科技攻關項目“電鑄技術在注射模制造中的應用”己制造出符合光學鏡面要求的高質量鏡面型芯,并壓制出了光學塑料制品,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。現在國內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量。國內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,復制精度可達0.5m,硬度2540HRC,抗拉強度400MPa,延伸率可達2530%。七、電鑄工藝發展趨勢電鑄的一個發展趨勢就是與高新技術相結合，謀求共同發展。與快速成型技術的結合，極大地縮短了模具的制造周期，有著良好的經濟效益和社會效益。它將電鑄與同步輻射X射線光刻膠等結合,體現了電鑄工藝在微機電制造方面的應用優勢。與數控加工技術的有機融合，形成選擇性射流電鑄技術，它通過工作臺在三個方向的移動對陰極表面進行仿形，同時控制微電鑄直流電源的通斷，可以實現電鑄表面指定位置的快速電鑄。電鑄的另外一個發展趨勢是混合電鑄，將細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