模具设计考试知识点

电铸的基本原理及制作工艺

电铸（electroforming）

利用金属的电解沉积原理精确复制某些复杂或特殊形状工件的特种加工方法。电铸是俄国学者Б.С.雅可比于1837年发明的。电铸是在芯模表面电沉积金属，然后使两者分离来制取零件的工艺。基本原理与电镀相同，区别在于电镀层要与基材牢固结合，而电铸层要与基材(芯模)分离；电镀层的厚度一般只有几微米到几十微米，而电铸层有零点几毫米到几十毫米。

图为电铸的基本原理。把预先按所需形状制成的原模作为阴极，用电铸材料作为阳极，一同放入与阳极材料相同的金属盐溶液中，通以直流电。在电解作用下，原模表面逐渐沉积出金属电铸层，达到所需的厚度后从溶液中取出，将电铸层与原模分离，便获得与原模形状相对应的金属复制件。

电铸的金属通常有铜、镍和铁3种,有时也用金、银、铂镍-钴、钴-钨等合金，但以镍的电铸应用最广。电铸层厚度一般为0.02～6毫米,也有厚达25毫米的。电铸件与原模的尺寸误差仅几微米。

原模的材料有石膏、蜡、塑料、低熔点合金、不锈钢和铝等。原模一般采用浇注、切削或雕刻等方法制作，对于精密细小的网孔或复杂图案，可采用照相制版技术。非金属材料的原模须经导电化处理，方法有涂敷导电粉、化学镀膜和真空镀膜等。

对于金属材料的原模，先在表面上形成氧化膜或涂以石墨粉，以便于剥离电铸层。

电铸设备由电铸槽、直流电源(一般是12伏,几百至几千安) 以及电铸溶液的恒温、搅拌、循环和过滤等装置组成。电铸溶液采用含有电铸金属离子的硫酸盐、氨基磺酸盐、氟硼酸盐和氯化物等的水溶液。电铸的主要缺点是效率低，一般每小时电铸金属层的厚度为0.02～0.05毫米。采用高浓度电铸溶液，并适当

提高溶液温度和加强搅拌等措施，可以提高电流密度，缩短电铸时间，从而可以提高电铸效率。这种方法在镍的电铸中已获得应用。

一.作为一种金属成型加工的工艺，电铸具有下述优点：

1.加工步骤简化，可一步成型

2. 逼真性高，能准确的复制出芯模的表面形貌。

3.设备投资小，比机加工要省得多

4.若芯模可反复使用，则可大量生产同一产品而不影响精度。

5.可将难以甚至不能进行的内型面加工转变为容易进行的外型面加工，从而可大大提高加工零件的精度。如塑料注射成型模具型腔。

6.容易得到由不同金属或金属与非金属组合的多层结构件。

7.可电铸连接某些不能或不便于焊接的材料。这是电铸加工的一种延伸。如可电铸连接不锈钢一铝(或钛、铍)接头。

8.对电铸零件的尺寸原则上没有限制。如可电铸长达5m、电铸层约lOmm的风洞喷管内壁，在不锈钢芯模上电铸出连续的、厚度约10μm的镍箔。

二.电铸的主要缺点是：

1.芯模的制造技术要求高，往往要精密机械加工及照相制版等技术

2..脱模困难

3.在复杂型面的芯模表面难以得到厚度均匀的电铸层。但可用对其表面进行机加工的方式予以补偿。

4.由于电铸层对芯模表面的复制性好，使其表面上的划伤等缺陷也会复制到电铸产品上。

5. 加工时间长，生产周期长(薄壁件除外)。一般沉积速度为：铜0．04～0．2mm ／h、镍0．02～0．1mm／h、铁0．02～0．15mm／h。

原则上，凡能电沉积的金属或合金均可用于电铸，但从其性能、成本和工艺上考虑，尚有铜、镍、铁、镍钴合金等少数几种有实用价值。目前在工业中广泛应用的只有铜和镍。

电铸后怎样处理

零件电铸完毕后，根据产品的要求，往往需要进行如下处理。

(1)机加工除了薄电铸层外，电铸层的外表面一般都比较粗糙，两端和棱边、锐角处有结瘤和树枝状结晶，因此需按零件图样的要求进行必要的机加工。

(2)脱模对于多次使用的芯模常采用机械的方式脱模。当不易脱模时，可根据芯模与电铸层膨胀系数的不同进行加热或冷冻处理，使它们之间产生微小的间隙后再作机械脱模。

对于一次性使用的芯模，要依芯模材料的不同而采取相应的脱模方法。如铝合金芯模可以在60～90℃的含氢氧化钠200～300g／L的溶液中浸蚀溶解脱模0对于含铜的铝合金宜采用含氢氧化钠50g／L、酒石酸钾钠lg／L、乙二胺四乙酸二钠0．4g／L、葡萄糖l．5g／L的溶液。铝芯模溶解完以后再在合适的溶液中去除残渣。如电铸镍可用三份硫酸加一份硝酸(体积比)的溶液于室温下进行。

对于低熔合金芯模，在烘箱和甘油之类的液体中加热(注意：液体的闪点要比加热的温度高许多)将其熔化退除。残留在电铸件上的低熔合金，按手册中所介绍的镍(或铜、铁)基体上锡、铅或铅锡合金镀层的退除方法，将其退除。

对于蜡制剂芯模可在烘箱中将其熔化退除后，再在合适的溶剂或清洗剂中进行清洗。

(3)热处理为消除电铸镍层的内应力一般在200～300℃下加热1～2h，为提高电铸层的塑性再在合适的温度下进行退火处理，为提高电铸铁层的硬度可进行渗碳或渗氮。

(4)电镀如为提高电铸层表面的硬度而进行镀铬或化学镀镍；为提高电铸铜层的抗蚀性而又保持其导电性而进行镀银、镀金；为提高电铸铁层的抗蚀性而进行镀镍。有时也可采取在电铸前先在芯模上电镀这些镀层而后进行电铸的方式。

对不同芯模进行电铸的工艺流程如下：

金属芯模脱脂一弱浸蚀一制备分离层(用于多次使用的芯模)一镀裹紧层一镀裹紧层一电铸一机加工一加固一脱模一热处理(用于内应力大和需提高塑性的电铸层)。

非金属芯模涂防水层(用于易吸水的材料)一脱脂一镀导电层-镀裹紧层电铸一机加工一加固一脱模一热处理(用于内应力大和需提高塑性的电铸层)。

设计电铸芯模时应遵循哪些原则?

应根据电铸零件的形状、尺寸精度与表面粗糙度、生产量等因素来设计芯模。设计时应注意如下几点：

1)对于多次使用的芯模应有1。～300的锥度，以便于脱模。如电铸的零件不允许有锥度，则应选用与电铸金属膨胀系数相差大的材料制造芯模，电铸后

用加热或冷冻的方式进行脱模。如电铸零件精度要求低时，可采用在芯模表面镀(涂)覆一层易熔金属或蜡制剂的办法。

2)即使对电铸零件的表面粗糙度没有要求，对于多次使用的芯模，其表面粗糙度R。值也不应大于0．8μm，才能顺利脱模。

3)芯模的端头应有5mm以上的余量，以便电铸后将端头的结瘤、毛刺等不良电铸层切去。

4)芯模的一端应有10mm以上的不电铸表面，作为电铸后机加工的夹持部位和基准面。

5)芯模内、外表面的棱角尽量使用大的过渡圆弧半径，内角的半径至少要等于电铸层的厚度，以使电铸层比较均匀。

6)内角的角度应尽量大，当无法大于1500时，应安装内阳极进行电铸。

7)形状复杂的电铸零件为便于脱模，可制成组合式芯模。

模具腐蚀皮纹工艺原理及其流程

原理：

本工艺采用抗蚀转印油墨，在贴花纸上丝网印制装饰纹，用贴膜法把装饰纹油墨转印到模具上，经干燥修整后，进行化学腐蚀，便在模具上制得凹凸型装饰纹。

工艺流程：

底图制作→照相制版→制丝网版→油墨调配→贴花纸印装饰纹→油墨干燥→模具前处理→贴花转印→干燥→修整→腐蚀→检验→清理、防锈。