电铸加工技术原理与应用Word格式.docx

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班级：

材控2班

学号：

1010121140

指导教师：

王松林

一、引言

电铸成形原理是利用电化学过程中的阴极沉积现象来进行成形加工的。

即用导电的原模作阴极,用于电铸的金属作阳极,用电铸材料的金属盐溶液作为电铸液。

在直流电流的作用下,金属盐中的金属离子失去电子而成为正的金属离子,源源不断地补充到电铸液中,使电铸液的浓度保持基本不变,当原模上的电铸层达到所需要的厚度时取出,将电铸层与原模分离,获得与原模型相反的电铸件。

电铸成形具有极高的复制精度和尺寸精度,电铸成形已在航空、仪器仪表、塑料件、精密机械、微型机械、模具制造等行业发挥了重要作用,并作为一项先进制造技术正日益受到国内外的重视。

二、工艺特点

1）能精密复制复杂型面和细微纹路。

2）能获得尺寸精度高、表面粗糙度优于Ra=μm的复制品，生产一致性好。

3）芯模材料可以是铝、钢、石膏、环氧树脂等，使用广泛，但用非金属芯模时需对表面做导电化处理。

4）能简化加工步骤，可以一步成型，而且需要精加工的量很少。

5）主要缺点是加工时间长，如电铸1mm厚的制品，简单形状的需3~4h，复杂形状的需几十个小时。

电铸镍的沉积速度一般为~h；

电铸铜的沉积速度~h。

另外在制造芯模时，需要精密加工和照相制版等技术。

电铸件的脱模也是一种难度较大的技术，因此与其他加工相比电铸件的制造费用较高。

三、工艺过程

电铸设备主要由直流电源、电铸槽、搅拌和循环过滤系统、加热和冷却系统等部分组成,电铸成形工艺过程如下：

1）模型制作

电铸模型又称母模,其形状与所需型腔相反。

制作模型的材料可用金属材料如铝、铜、低碳钢以及低熔点合金等,也可用非金属材料如塑料、石蜡、石膏等。

2）表面处理

原模电铸前,必须进行清洗,以去掉表面的脏物和油污,保证金属离子能电铸到原模表面上。

对金属原模表面要进行钝化处理,使金属表面形成一层钝化膜,以利于脱模而对非金属原模的表面,必须进行导电化处理,使模型具有导电能力。

3）电铸成形

模型经过上述处理后,进行包扎并连接导线。

电铸常用的金属材料有铜、镍、铁,与之相应的电铸液有铜的电铸溶液有硫酸盐、氟硼酸盐和焦磷酸盐溶液镍的电铸溶液有硫酸盐、氟硼酸盐和氨基碘磺酸盐溶液铁的电铸溶液主要有氯化物和氟硼酸盐溶液。

电铸成形采用直流电源,电压一般在以下,并可调压,电流密度一般在15~30A/dm2。

4）脱模加固

电铸件成形后,因其强度低,需用其它材料进行加固,以防止变形。

加固的方法一般是采用模套进行衬背,衬背后再对电铸件进行脱模和机械加工。

脱模的方法视原模材料而定,对于耐久性原模采用加力、加热或冷却的方法分离,对于临时性原模可采用加热熔化或化学溶剂溶解的方法脱模。

四、影响因素

1）加工速度

在金属沉积的几个阶段中，离子的迁移过程为其瓶颈，该过程的速度决定了整个沉积速度。

电解液相对于阴极表面做高速运动产生强烈对流迁移是提高沉积速度的有效途径。

阴极移动、压缩空气搅拌、机械搅拌、阴极超声震动等措施都是很有效的方法。

但是金属的沉积速度正比于电流密度，电流密度受极限电流等多种因素限制而不能任意提高。

2）铸层均匀性

金属电沉积速度一般正比于阴极电流密度，电流密度的分布也就是电沉积速度的分布。

对于复杂型面阴极芯模，电沉积层表面总是微观不平的，存在微小的凸起和凹陷。

在凸起的地方电流线集中，凹陷处电流线稀疏。

这样一来，随着电沉积的持续，凸起和凹陷被加以放大，表面越来越粗糙。

如不加以有效控制，可能在还没有达到足够厚度时，已经出现严重枝状突起甚至烧焦，使电铸工艺失败。

3）铸层缺陷

电沉积过程中由于在电铸过程中析出的氢气以及电流密度低等原因，铸层易出现麻点，针孔、结晶粗大、出现应力，使得铸层的物理特性下降，过大的内应力可能会引起铸层变形，甚至于开裂。

五、实际应用

电铸工艺具有极高的复制精度和重复精度,可用于制造形状复杂、精度要求很高的空心零件,厚度仅几十微米的薄壁零件,高尺寸精度且表面粗糙度低于零点几微米的精密零件,各种具有复杂曲面轮廓或微细尺寸的注塑模具,电火花型腔用电极等金属零件的制造和复制。

1）电铸模具型腔

对形状复杂、精度要求高的注塑模具型腔,用传统加工方法是十分困难的。

电铸加工不需要图纸和加工程序,可以直接用塑料制件作母模,母模应在型腔深度方向加长3~5mm,以备电铸后端部粗糙而割除。

2）电铸电极

电火花加工用的工具电极,可以采用电铸方法制造,用电铸电极进行电火花加工时,因为局部过热,铜层容易从基体上崩落下来,为了保证导热良好,铜层厚度一般都需大于2mm。

3）精密电铸

对于尺寸精度和表面质量要求都很高的微细孔或断面复杂的异形孔,用“除去”加工非常困难,而采用精密电铸加工就比较容易,例如精密喷嘴,内孔直径为一,内孔表面要求镀铬,其电铸工艺过程如图所示。

首先加工精密黄铜型芯,其次用硬质铬酸进行电沉积,再电铸一层金属镍,最后用硝酸类溶液溶解型芯。

由于硝酸类溶液对黄铜溶解速度快,且不侵蚀镀铬层,所以可得到具有光洁内孔表面镀铬层的精密微细喷嘴

4）金属箔与金属网

电铸金属箔是将不同的金属电镀在不锈钢的滚筒上，连续一片的剥离而成。

例如印刷电路板上用的电铸铜箔片。

电铸金属网的应用比较广，如电动剃须刀的刀片和网罩，食品加工其中的过滤帘网，各种穿孔的金属箍带，印花滚筒等等。

5）其他

例如雷达和激光器上用的波导管、调谐器，可弯曲无缝波纹管，火箭发动机用的喷射管等

六、电铸工艺的现状

因为电铸工艺是采用电镀原理,用电解的方法使金属离子沉积在母模上,而获得模具型腔的制模方法。

近年来国内研究成功了一些新的电镀工艺,推动了这项技术的发展。

采用RP&

M

技术制作电铸母模,用电铸工艺将铜沉积在母模表面生成铜质反模,脱模后反模经抛光整修,在铜质外壳背面填充固体材料衬垫后,可以作为注塑模具使用,有时为了脱模方便,可以用硅橡胶模过渡。

杭州桐庐电铸技术研究所于1993年底研制成功新型电铸工艺LSH-2,此项技术己获国家专利。

它弥补了常规电铸模型腔的缺陷，从电铸液配方着手,调整电铸液配方,不加减缓剂电铸应力也可以调整为零,解决了电铸型腔的变形问题因不加应力减缓剂,电铸件就没有热脆性,即使1000℃,电铸件的韧性仍保持不变。

在电铸液中加入一种添加剂,该添加剂既可提高硬度（HRC达40左右）、耐磨性,并且有较高的高温强度和硬度、抗回火稳定性、冲击韧性以及足够的高温抗氧化性,但没有热脆性从水质处理、工艺配方和工艺条等方面进行全面调整,提高了电铸件的表面精度和尺寸精度,缩短了电铸周期。

福建二轻工业研究所完成的国家“八五”科技攻关项目“电铸技术在注射模制造中的应用”己制造出符合光学镜面要求的高质量镜面型芯,并压制出了光学塑料制品,在大型模具方面已制造出投影面积为3000cm2的大型电铸件,使电铸工艺日臻完善。

现在国内一般采用氨磺酸镍镀液和快速电铸沉积工艺,加入适量的添加剂、活化剂以及改善电铸层的质量。

国内电铸层厚度一般控制在5~10μm,型腔尺寸的精度、表面精糙度与母模完全一样,复制精度可达μm,硬度25~40HRC,抗拉强度400MPa,延伸率可达25~30%。

七、电铸工艺发展趋势

电铸的一个发展趋势就是与高新技术相结合，谋求共同发展。

①与快速成型技术的结合，极大地缩短了模具的制造周期，有着良好的经济效益和社会效益。

它将电铸与同步辐射X射线光刻胶等结合,体现了电铸工艺在微机电制造方面的应用优势。

②与数控加工技术的有机融合，形成选择性射流电铸技术，它通过工作台在三个方向的移动对阴极表面进行仿形，同时控制微电铸直流电源的通断，可以实现电铸表面指定位置的快速电铸。

电铸的另外一个发展趋势是混合电铸，将细小的固体颗粒采用共同沉积的方式渗入到微电铸溶液中，以提高电铸层的性能。

例如可以在电铸液中添加超细碳化硅粉末，得到的沉积层的强度、耐磨性等显著提高。

合金电铸如镍铁合金、镍钴合金、金锡合金等以优越的物理机械性能得到了广泛应用。

还可以使用多层电铸技术，在沉积表面有选择性的依次沉积多层不同金属。

参考文献：

（1）孔庆华《特种加工》上海同济大学出版社1997.

（2）李志杰《目前电铸模具存在的缺陷及改进方法》中国模协通讯出版社.