《模具特种加工技术》-项目六多孔板的激光加工和镀镍处理

任务6.1选择激光加工工艺任务描述通过对激光加工原理、特点及应用的学习，能够正确选择激光加工工艺进行零件加工。任务分析激光加工属于特种加工，一般设备较昂贵，但其加工特点也很突出，很适合微细孔、自动化连续加工，同时其他应用也很多。能够正确选择激光加工工艺，可以使零件加工效率更高、质量更好。通过对激光加工知识的了解，可以对激光加工有总体的认识，从而实现正确选择其加工工艺的目的。下一页返回任务6.1选择激光加工工艺知识准备一、激光的特性激光具有一般光的共性(如光的反射、折射、干涉等)，也有它自身的特性。激光的光发射是以受激辐射为主，因而发光物质中基本上是有组织地、相互关联地产生光发射的，发出的光波具有相同的频率、方向、偏振态和严格的位相关系。而普通光源的发光是以自发辐射为主，基本上是无秩序地、相互独立地产生光发射的，发出的光波无沦方向、位相或者偏振状态都是不同的。正是这个区别才导致激光具有强度高、单色性好、相干性好和方向性好的特性。下一页返回上一页任务6.1选择激光加工工艺二、激光加工的原理和特点

(1)激光加工聚焦后的功率密度可高达108W/cm2以上，光能转化为热能，几乎可以熔化、气化任何材料，如陶瓷、石英、耐热合金、金刚石等硬脆材料都能加工

(2)激光光斑大小可以聚焦到μm级，可以调节输出功率而进行精密微细加工

(3)加工速度快，热影响区小，容易实现加工过程自动化还能通过透明体进行加工，如对真空管内部进行焊接加工等，是激光束加工，属非接触加工，没有明显的机械力。

(4)在精微加工时，重复精度和表面粗糙度不易保证，因为激光加工是一种瞬时、局部熔化、气化的热加工，影响因素很多，因此必须进行多次试验，寻找合理的参数，才能达到一定的加工要求。由于光的反射作用，对于表面光泽或透明材料的加工，必须预先进行色化或打毛处理，使更多的光能被吸收后转化为热能用于加工下一页返回上一页任务6.1选择激光加工工艺三、激光加工工艺及应用1.激光打孔由于激光几乎可以加工任何材料，因此激光打孔的使用范围很广，同时激光还可以打很微细的小孔，打孔的直径可以小到0.01mm以下，深径比可达50:1。目前已应用于燃料喷嘴加工、喷丝板打孔、金刚石拉丝模加工、钟表及仪表中的宝石轴承打孔等方面。激光打孔很适合于自动化连续打孔，如生产化学纤维用的喷丝板，在小95mm直径的不锈钢喷丝板上打一万多个直径为0.08mm的小孔，采用数控激光加工，3~4h即可完成。下一页返回上一页任务6.1选择激光加工工艺2.激光切割激光切割的工件与激光束要相对移动，在生产实践中，一般都是移动工件。激光切割大都采用重复频率较高的脉冲激光器或连续输出的激光器。脉冲激光器和连续输出的激光器相比，脉冲激光束的热传导小而使切割效率提高，同时热影响层也较浅。因此，在精密机械加工中，一般都采用高重复频率的脉冲激光器。YAG激光器输出的激光已成功地应用于半导体划片，划片速度为15~30mm/s,成品率达很高。同时，还用于化学纤维喷丝头的型孔加工、精密零件的窄缝切割与划线及雕刻等。下一页返回上一页任务6.1选择激光加工工艺3.激光刻蚀打标记工业生产中，激光刻蚀打标的应用也很广泛，利用小功率的激光束可对金属和非金属表面进行刻蚀加工。如金属工件上的铭牌、生产口期、加工信息等的激光打标，还有如纽扣一类非金属制品的花纹、图案的刻蚀，其外形清晰、美观。另外，激光还有很多应用，如激光焊接、表面热处理和表面改性等。任务实施课堂讲解、现场参观。(1)课堂讲解激光加工的原理、特点及应用。(2)现场参观激光的切割加工、蚀刻加工及焊接等加工。返回上一页任务6.2正确选择电镀工艺任务描述通过对电化学加工的原理、分类、应用的学习，能够正确选择电镀工艺。任务分析电化学加工的应用很广泛，涉及电解加工、电镀加工、电化学复合加工等。能够合理地选择和应用电化学加工很有意义。通过对电化学加工基本知识的了解，达到根据具体情况选择不同电化学加工工艺的目的。下一页返回任务6.2正确选择电镀工艺知识准备1.电化学加工的基本原理溶液中正、负离子的定向移动称为电荷迁移。在阳、阴电极表面发生得失电子的化学反应称为电化学反应，以这种电化学作用为基础对金属进行加工(图6-2中阳极上为电解腐蚀，学术上称“阳极溶解”;阴极上为电镀沉积，学术上称“阴极沉积”，常用以提炼纯铜)的方法称为电化学加工。其实，任何两种不同的金属放入任何导电的水溶液中，都会有类似情况发生，即使没有外加电场，而自身将成为“原电池”，与这一反应过程密切相关的概念有电解质溶液、电极电位、电极的极化、钝化和活化等。下一页返回上一页任务6.2正确选择电镀工艺2.电化学加工的分类电化学加工按其作用原理可分为3大类。第一类是利用电化学阳极溶解来进行加工，主要有电解加工、电解抛光等;第二类是利用电化学阴极沉积、涂覆进行加工，主要有电镀、涂镀、电铸等;第三类是利用电化学加工与其他加工方法相结合的电化学复合加工工艺，目前主要有电化学加工与机械加工相结合，如电解磨削、电化学阳极机械加工(还包含有火花放电作用)。下一页返回上一页任务6.2正确选择电镀工艺二、电解加工1.电解加工过程及其特点

(1)加工范围广，和线切割一样，可以加工高硬度、高强度的硬质合金、悴火钢、不锈钢、耐热合金等金属材料，并可加工叶片、锻模等各种复杂型面。

(2)电解加工的生产率较高，为电火花加工的5一8倍，和切削加工的生产率差不多，而其加工生产率却不直接受加工精度和表面粗糙度的限制。

(3)可达Ra1.0~0.2μm的表面粗糙度和士0.11mm左右的平均加工精度。

(4)由于加工过程中几乎没有机械切削力，不会产生由切削力所引起的残余应力和变形，没有飞边毛刺。

(5)加工过程中阴极工具损耗很小，可长期使用。下一页返回上一页任务6.2正确选择电镀工艺2.电解加工的主要缺点和局限性

(1)由于影响电解加工间隙电场和流场稳定性的参数很多，控制比较困难。因此不易达到较高的加工精度和加工稳定性。同时，加工时杂散腐蚀也比较严重，加工小孔和窄缝也比较困难。

(2)不宜单件生产，因为电极工具的设计和修正比较麻烦。

(3)电解加工的整套设备较大，占地面积多，机床造价较高，设备一次性投资较大。

(4)电解产物如果直接排放会造成环境污染，因此需投资进行废弃工作液的无害化处理。此外，工作液及其蒸汽还会对机床、电源、甚至厂房造成腐蚀，也需要注意防护。下一页返回上一页任务6.2正确选择电镀工艺3.电解加工工艺及其应用电解加工工艺的应用很广泛，在各种膛线、花键孔、深孔、内齿轮、链轮、叶片、异形零件及模具等方面的应用都很多。电解工艺一般有这样几种:深孔扩孔加工;型腔加工;套料加工;叶片加工;电解倒棱去毛刺;电解刻字;电解抛光;数控展成电解加工。下一页返回上一页任务6.2正确选择电镀工艺三、电解磨削1.电解磨削的基本原理和特点电解磨削是由电解作用和机械磨削作用相结合而进行加工的，属于电化学机械加工范畴。比电解加工的加工精度高，表面粗糙度小，比机械磨削的生产率高。电解磨削与机械磨削比较，具有以下特点。

(1)加工效率高，加工范围广。

(2)可以提高加工精度及表面质量。

(3)砂轮的磨损量小。下一页返回上一页任务6.2正确选择电镀工艺2.电解磨削的应用电解磨削在生产中已用来磨削一些高硬度的零件，如各种硬质合金刀具、量具、挤压拉丝模具、轧辊等。同时亦可加工一些普通磨削很难加工的小孔、深孔、薄壁简、细长杆等零件。对于复杂型面的零件，也可采用电解研磨和电解衍磨。四、电铸、涂镀及复合镀加工电铸、表面局部涂镀和复合镀加工在原理和本质上都属于电镀工艺的范畴，是利用电镀液中金属正离子在电场的作用下，镀覆沉积到阴极上去的过程。但它们之间有明显的不同之处表6一1是电镀、电铸、涂镀和复合镀加工的一些介绍。下一页返回上一页任务6.2正确选择电镀工艺1.电镀电镀(Electroplaling)就是利用电解原理在某些金属表面上镀上一薄层其他金属或合金的过程，是利用电解作用使金属或其他材料制件的表面附着一层金属膜的工艺，从而起到防止腐蚀、提高耐磨性、导电性、反光性及增进美观等作用。

1)电镀原理在盛有电镀液的镀槽中，经过清理和特殊预处理的待镀件作为阴极，用镀覆金属制成阳极，两极分别与直流电源的负极和正极连接。电镀液由含有镀覆金属的化合物、导电的盐类、缓冲剂、pH调节剂和添加剂等的水溶液组成。通电后，电镀液中的金属离子，在电位差的作用下移动到阴极上形成镀层。下一页返回上一页任务6.2正确选择电镀工艺2)电镀作用利用电解作用在机械制品上沉积出附着良好的、但性能和基体材料不同的金属覆层的技术。电镀层比热浸层均匀，一般都较薄，从几个微米到几十微米不等。通过电镀，可以在机械制品上获得装饰保护性和各种功能性的表面层，还可以修复磨损和加工失误的工件。下一页返回上一页任务6.2正确选择电镀工艺3)电镀的主要用途

(1)提高金属制品或者零件的耐蚀性能，如钢铁制品或者零件表面镀锌。

(2)修复金属零件尺寸。例如，轴、齿轮等重要机械零件使用后磨损，可采用镀铁、镀铬等修复其尺寸。

(3)提高金属制品的防护一装饰性能，如钢铁制品表面镀铜、镀镍镀铬等。

(4)电镀还可赋予某种制品或零件某种特殊的功能，如镀硬铬可提高其耐磨性能等。下一页返回上一页任务6.2正确选择电镀工艺4)电镀方式电镀分为挂镀、滚镀、连续镀和刷镀等方式，主要与待镀件的尺寸和批量有关。挂镀适用于一般尺寸的制品，如汽车的保险杠、自行车的车把等。滚镀适用于小件，如紧固件、垫圈、销子等。连续镀适用于成批生产的线材和带材。刷镀适用于局部镀或修复。电镀液有酸性的、碱性的和加有铬合剂的酸性及中性溶液，无沦采用何种镀覆方式，与待镀制品和镀液接触的镀槽、吊挂具等应具有一定程度的通用性。下一页返回上一页任务6.2正确选择电镀工艺2.电铸

1)电铸加工的原理电铸加工的原理是用可导电的原模作阴极，用电铸材料(如纯铜)作阳极，用电铸材料的金属盐(如硫酸铜)溶液作电铸液。在直流电源的作用下，阳极上的金属原子交出电子成为正金属离子进入电铸液，并进一步在阴极上获得电子成为金属原子而沉积镀覆在阴极原模表面，阳极金属源源不断成为金属离子补充溶解进入电铸液，保持质量分数基本不变，阴极原模上电铸层逐渐加厚，当达到预定厚度时即可取出，设法与原模分离，即可获得与原模型面凹凸相反的电铸件。下一页返回上一页任务6.2正确选择电镀工艺2)电铸加工的特点

(1)能获得尺寸精度高、表面粗糙度小于Ra0.1μm的复制品，同一原模生产的电铸件一致性很好。

(2)能准确、精密地复制复杂型面和细微纹路。

(3)借助石膏、石蜡、环氧树脂等作为原模材料，可把复杂零件的内表面复制为外表面，外表面复制为内表面，然后再电铸复制，适应性广泛。下一页返回上一页任务6.2正确选择电镀工艺3)电铸加工的主要应用

(1)制造复杂、高精度的空心零件和薄壁零件等。

(2)制造表盘、异形孔喷嘴、表面粗糙度标准样块、反光镜等特殊零件。

(3)复制精细的表面轮廓花纹，如DVD光盘的压模，工艺美术品模，纸币、证券、邮票的印制版。

(4)复制电火花电极工具、注塑用的模具等。下一页返回上一页任务6.2正确选择电镀工艺3.涂镀加工

1)涂镀加工的原理涂镀又称刷镀或无槽电镀，是在金属工件表面局部快速电化学沉积金属的技术，图6-4所示为其原理。2)涂镀加工的特点

(1)涂镀种类多，易于实现复合镀层，一套设备可涂镀金、银、铜、铁、锡、镍、钨、锢等多种金属。

(2)设备操作简单，机动灵活性强，不需要镀槽，可以对局部表面涂镀，可在现场就地施工，不受工件大小、形状的限制，甚至不必拆下零件即可对其局部刷镀。

(3)一般需人工操作，适合小批量生产。

(4)镀层与基体金属的结合力比槽镀的牢固，涂镀速度比槽镀快，镀层厚薄可控性强。下一页返回上一页任务6.2正确选择电镀工艺3)涂镀技术主要的应用范围

(1)工件的表面局部镀钨、金、银、镍、铜、锌等涂层，用于防腐、装饰、改善表面性能等。

(2)恢复尺寸和几何形状，零件表面磨损的修复，实施超差品补救。例如，各种轴、轴瓦、套类零件磨损后，以及加工中尺寸超差报废时，可用表面涂镀以恢复尺寸。

(3)填补零件表面上的斑蚀、孔洞、划伤、凹坑等缺陷，如机床导轨