电铸工艺与电铸产品开发-20111116

1、电铸工艺与电铸产品开发 内容目录 一.电铸的基本概念 二.电铸的常用设备 三.芯模的设计与材料选择 四.电铸的基本工艺过程 五.电铸产品的开发流程 六.电铸产品后加工 一.电铸的基本概念 1、电铸与电镀同属于电沉积技术. 主要区别是实施的工艺方法和对实施过程中其技术要求的不同。电镀是研究在工件上镀覆防护 装饰与功能性金属镀层的工艺，而电铸是研究电沉积拷贝的工艺以及拷贝与芯模的分离方法、 厚层金属与合金层的使用性能与结构。 2、电铸的规律和原则总结如下： 1)芯模材料的选择 考虑当前科学水平、技术上和经济上的合理性，物理以及化学上的性能要求， 导电、易加工、稳定性。 2)芯模的设计 保证没有锁合

2、、尖角，要有接导线部 位、拔模斜度、整体高度等，多次使用不易损坏坏。 3)芯模表面的改性处理 镀覆分离层、导电化处理。 4)电沉积金属 合理选择拷贝材料，技术上可行、经济上合算、性能上合格。 5)产品的结构 当拷贝作为产品的主体工作部分时，产品结构应根据使用要求设计，注意拷贝上 不同部位的厚度差距。 6)使用专用的工艺装备和夹具，能保证强化电铸过程并对电解液进行良好净化。 3、法拉第电磁定律在电铸中的应用 法拉第第一定律：电流通过电解液时，在电极上析出或溶解的物质的质量m与通过的电量Q成正 比，用公式表示： M=KQ=KIT。 法拉第常数K表示电极上通过1C或1A.S电量时，在电极上生产物质的

3、量称为这种物质的电化摩尔 质量，其数值有法拉第第二定律决定。 法拉第第二定律：在电极上每析出或溶解1MOL质量的任何物质，所需电量为96500C或26.8A.h。 摩尔质量E是指该物质的原子量A与其化合价数n之比A/n，单位是g/mol. 综合法拉第上述两定律，可概述为：通电电解时，在电极上析出或溶化的物质的质量m，与通过 的电量Q及该物质的摩尔质量E(A/n)的乘积成正比 。 4、钝化和活化 1）电化学钝化是阳极极化过程的一个特殊状态。在生产中造成溶液主盐被消耗，破坏了电铸液 的稳定，需要防止。 2）化学钝化是金属在化学试剂中发生的钝化现象，这类试剂称钝化剂。 3）金属的活化是由钝化状态转变

4、为活化状态的现象，和钝化现象相反。金属由钝化状态变为活 泼状态现象称为金属活化，使金属活化、或促进阳极溶解，防止阳极钝化物质成为活化剂。 镍阳极钝化是因为析出的氧气和镍离子生成棕褐色的氧化镍，加入氯离子可以还原成可溶氯化 物，改变钝化状态。 一.电铸的基本概念 5、电铸的基本原理 电铸是在含有某种金属离子的电解液中，将芯模作为阴极，通以一定波形的低压直流电，使金 属离子得到电子被还原，不断在阴极沉积成金属的过程。电铸镍时，其主要反应是镍离子在阴 极得到电子，还原成金属镍 。电铸是一种电解加工工艺，遵循法拉第电解定律。在稳定状态下， 由外线路流向阴极的电子全部参加反应，但是由于电极副反应的存在，

5、实际所得重量小于理论 计算量，必须按电流效率计算。 一.电铸的基本概念 6、电结晶理论 电铸过程实际上是电沉积过程。金属离子沉积出金属的过程分下列几个步骤： 先是水化的金属离子向阴极扩散和迁移； 其次水化金属离子通过双电层时，逐步变形，分离并吸附于阴极的表明； 第三金属离子被吸附和迁移到阴极表面； 最后金属离子还原成金属原子，排列成一定晶格的晶体。 理论上说只要阴极电位足够负，任何金属离子都可能在电极上还原并电沉积。 一.电铸的基本概念 电源和空气压缩机电铸槽和过滤机 二.电铸的常用设备 钝化槽活化槽 二.电铸的常用设备 三.芯模的设计与材料选择 1、金属分布有关的因素 电铸过程中金属分布不可

6、能是完全均 匀的，设计时要注意： 内外棱角要尽可能采取大的过渡圆弧， 以免内棱角处太薄而外棱角处太厚甚 至产生树枝状的电铸层。 芯模应该比实际零件长1020mm,以 便在电铸后把两端粗糙、树枝状或过 厚的部分切去。 2、脱模有关的因素 多次使用的芯模的锥度不应小于0.085mm/m,如果不 许有锥度，则应选用与电铸金属热膨胀系数相差较大 的材料制作芯模，以便用热胀冷缩的方法脱模。 即使对零件表面光洁度没有要求，为了顺利脱模，芯 模的光洁度也不应小于89。 尺寸精度要求不高时，可在芯模表面涂或侵一薄层蜡 或者易熔合金，在电铸后将涂层熔去脱模。 外形复杂不能完全脱模的零件，应选用一次用模芯或 组合

7、芯模。 三.芯模的设计与材料选择 3、电铸标牌有关的因素 浮雕或隆起部分边缘处应留有拔模斜度，最小为 5，并随产品高度增加，拔模斜度也相应增大。 字体的拔模斜度应在15以上。边缘接合处应采用 圆弧过渡。 铭牌的理想高度在3mm以下，浮雕或凸起部分在 0. 40.7mm间。 字体的高度或深度不超过0.2mm。若采用镭射效 果则高度或深度不超过0.15mm。 板材的平均厚度为0.220.05,若产品超过此高度 则应做成中空结构，并允许产品高度有0.05mm 的误差；由于板材厚度是均匀结构，产品表面的 凸起或凹陷部分背面也有相应变化。 三.芯模的设计与材料选择 孔径最小应在0.6mm以上，孔边距在

8、1.6mm以上。 对于孔边距小于1mm的冲裁方式如左下 图，分两次间隔冲孔。 长孔或者异形孔，宽度也应大于0.6mm， 如右图。主要是考虑量产是冲头所能承 受的强度。防止冲头过度疲劳而断裂。 三.芯模的设计与材料选择 产品的外型轮廓使用冲床冲裁加工，为防止冲偏伤到产品，其外缘切边宽度平均 为0.05mm为防止产品冲切变形，尽量保证冲切部分在同一平面或尽量小的弧度， 避免应力集中而造成产品变形。冲切是只能在垂直产品的方向作业。 三.芯模的设计与材料选择 铭牌表面效果，可采用磨砂面、拉丝面、光面、镭射面相结合的方式。光面多用于 图案或者产品的边缘，产品表面应该避免大面积的光面，否则易造成划伤；磨砂

9、面 和拉丝面多用于铭牌底面，粗细可进行调整；在实际的生产中，磨砂面的产品要比 拉丝面的产品不良率低，但是开发周期长一些。镭射面多用于字体和图案，也可用 于产品底面。 三.芯模的设计与材料选择 芯模的材料可以使用金属或非金属，主要根据产品的技术要求和特性选择。 根据电铸标牌的技术要求我们主要选择黄铜和青铜作为芯模材料，也可以使用铝和 钢等。 三.芯模的设计与材料选择 四.电铸的基本工艺过程 电铸的基本工艺过程分为三个阶段： 镀前处理电铸阶段镀后处理 电铸前的预处理有两个目的： 1)使芯模能够电铸， 2)使零件在电铸后能够脱模。 根据芯模材料的类型以及表面赃污的特点对芯模进行不同形式的预处理，如侵

10、蚀、 除油、弱侵蚀、镀覆分离层或导电层、水洗等，统称为改性处理。 镀覆分离层或者导电层之前，芯模表面必须进行仔细的清理。 电铸前处理 除油 对于金属芯模，可应用化学或电化学方法进行除油。由于电铸有精度和光洁度要求，因而除油 和酸侵蚀时一般不用苛性碱和浓酸，电解除油在阴极进行，并选用合适的工艺规范，保证芯模 不受腐蚀。多次用芯模还要在电铸前进行钝化处理。化学除油时，采用有机溶剂、碱性溶液或 水性清洗剂。芯模表面应达到完全被水润湿，然后仔细清洗后才能放入其他处理槽。比较好的 预处理方式是化学除油后电解除油 。 分离层 只用金属芯模才需要镀覆分离层。拷贝沿着分离层与芯模分离是电铸的基本特征之一。选用

11、的 分离层既要使拷贝在加厚时不能与芯模分离，同时又不能使拷贝与芯模之间有太大的结合力。 分离层可以是无机物（盐类、氧化物），也可以是有机物（溶胶、胶模）。氧化物分离层可在 金、银、镍、铬、钛、铝、锆、钼、硅、铸铁等一系列金属上自动生成。这些金属又常用来镀 在钢、铝合金、锌合金和铜的芯模表面上作为分离层。 导电层 非金属材料芯模必须在表面形成导电层。在此之前要进行清洗，大多数要进行侵蚀。制作导电 层可以用化学还原 、化学镀银、化学镀铜、化学镀镍（次磷酸盐还原）、化学镀钴（次磷酸 盐）、化学镀镍2（还原剂为含硼的化合物）、化学镀钴（含硼）等方法涂覆粉末或悬浮体形 成导电层 石磨或者金属粉末涂覆硫化

12、物膜层 四.电铸的基本工艺过程 典型电铸工艺 电铸种类 1)电铸铜2)电铸铁3)电铸镍4)电铸镍钴合金5)电铸镍锰合金6)电铸金7)电铸银 电铸镍(最常用） 1)硫酸盐镀镍电解液 2 )氨基磺酸盐镀镍电解液 3 )高速电铸电解液 四.电铸的基本工艺过程 电铸后处理 脱模 机械外力脱模、热胀或冷缩脱模、熔化脱模、溶解脱模对电铸零件的加固和最后修饰 热处理和电镀 电铸产品进行电镀的主要种类有为提高表面硬度而镀铬、化学镀镍。为提高耐腐性而进行电镀 镍或者其他金属。 四.电铸的基本工艺过程 五.电铸产品的开发流程 Step1： 根据客户提供的2d3d图纸对产品进行修改，主要针对生产工艺的要求进行改进；

13、 根据表面要求评估可行性；修改后图纸经客户确认后方可开模；如左下图经修改后 如右下图。注意产品边缘的拔模斜度，定位孔的位置，基准平面的选择，冲切余量 根据产品形状尺寸确定，确定产品模具联板时间距。 Step2:芯模的制作 使用较多的芯模是黄铜芯模，加工后的芯模表面比较粗糙，应进行粗抛光，但不易 过度抛光，防止尺寸偏差过大，对大的平面和不影响产品尺寸的表面可以进行深加工， 减少后道工序的工时，因为镍板较硬难抛光。 五.电铸产品的开发流程 Step3:一级模具 芯模复制的拷贝为一级模具，和芯模形状相反但是尺寸相同。可在一级模具上进行 粗抛和精抛，但是由于产品形状的限制，位于底部的平面和一些内表面难

14、以进行抛光。 可加工表面加工完成后用一级模具进行拷贝制作。 五.电铸产品的开发流程 Step5:二级模具 一级模具制作的拷贝叫做二级模具。二级模具形状和尺寸都与芯模完全一样，但 是将一级模具上抛光的部分完全复制到二级模具上。由于和一级模具形状相反，将 一级模具上难易加工的底面和内表面，转换成顶面和外表面。再进行粗抛和精抛， 然后根据设计意图，对抛光后表面进行二次加工，即做设计效果，拉丝、喷沙、高 光切削等。 五.电铸产品的开发流程 Step6:三级模具 二级模具复制的拷贝叫三级模具。一般设计时芯模的形状和产品的结构相同，此时三 级模具就是生产用模具，由三级模具复制的拷贝即为半成品。有时根据芯模

15、加工的难 易程度，也可制作和产品形状相反的芯模，这时三级模具就和产品形状一样，由三级 模具制作的拷贝才能作为生产用模具。 五.电铸产品的开发流程 Step7:量产模具 为了便于批量生产，应复制多个三级模具（生产模具），根据镍有很好的可焊性，将多个三级 模具精确剪切后焊接成量产拷贝。检查合格后，用量产拷贝多次复制产品拷贝，用复制的拷贝 多重复制量产拷贝，实现模具和产品的批量生产。 根据芯模和拷贝的用途、使用条件和材料选择检验方法，检验项目：物理机械性能、电性能、 磁性能、抗腐蚀性能、热物理性能、光学性能、结构、外观以及几何尺寸。通常应检查拷贝本 身的重要使用性能。为了保证电铸产品的高品质，对于拷

16、贝应在照度为1000lx的天然光或者 40w荧光灯下对其外观进行检查。检查时可使用510倍的放大镜或者30100倍的显微镜。根 据拷贝的质量可以测量拷贝的平均厚度。也可以用带有指针的测厚仪。直径用卡尺、直尺或者 千分尺测量，对于小直径的孔用塞规检测，零件的曲面可用样板检查。 五.电铸产品的开发流程 剪切，剪板机的选择 1、生产用剪板机主要剪切厚度0.2mm0.3mm的镍板，剪切的长度不大于500mm， 但是由于镍板硬度达到hv400以上，应使用普通剪切厚度为4mm6mm钢板的剪板 机。 2、开发用剪板机主要是用于剪除产品边缘的毛刺和树枝状节瘤，一般板材厚为 0.51.5mm,刀片应定制使用，并

17、应定时维护。 3、联板用剪板机要求剪切精度高，切痕整齐，保证焊接时焊缝整齐、细小。联板产 品厚度一般为0.30.5mm。刀片要定期研磨，保证精度 。 六.电铸产品后加工 打孔前检查 检查表面不良：暴皮、分层、厚度、颜色。对各种不良产品做好标记，不进入下道 工序，节省工时。 六.电铸产品后加工 打孔 电铸产品在开发阶段会根据冲裁的需要，制作定位孔，设计原理为，上大下小的锥 形盲孔，规格为上孔径2.05mm,下孔径2.0mm，孔高为0.2mm或深度为0.2mm。 使用0.5吨手动压力机打孔，打孔针可使用直径为2.0mm的锰65推杆，打孔器底座、 夹具可由车间按图纸加工 六.电铸产品后加工 冲裁 压力机的选择：公称压力应在16吨以上，行程1015cm，垂直度小于0.1mm，工 作台平面度小于0.1mm。标准压力机电机转速为900r/min,冲压为120次/min，根 据经验不适合使用，可更换电机为600r/min或加装减速机构，调整工作次数为60 80次/min。 安装冷冲裁模具时，先将模柄固定，然后上下活动保证模具的导柱和凹模滑动自如， 然后再固定凹模板，固定好模具后取产品试冲，并调整冲裁深度为0.5mm，防止刃 口