专利名称：回转体零件电铸加工方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明的回转体零件电铸加工方法及装置，属于电铸加工领域。
背景技术：
电铸是利用金属离子在阴极表面电沉积的原理进行零件的成形加工，具有很高的复制精度和重复精度。作为一种精密特种加工方法，电铸成形技术已被成功地应用于精密、异型、微细等零件的制造，如火箭发动机喷管、破甲药型罩、电加工电极、微型机械构件、航空微型传感器、微型波纹管、精密模具等。
在电铸过程中，随着金属离子的沉积，会有氢气等气体从阴极表面析出，并以气泡的形式滞留在阴极表面，阻碍金属沉积，造成铸件表面出现麻点、针孔等缺陷；由于尖端放电效应和杂质的影响，铸层表面和边缘容易产生积瘤、毛刺等缺陷，使电铸层均匀性变差。以上缺陷随着电铸过程的进行，会逐渐加剧。前者使电铸层的物理、机械性能下降，最终导致废品的出现；后者使电场集中于积瘤和毛刺等突起的局部，而整体沉积速度下降，最终导致电铸过程难以继续。由于受极限电流密度和上述缺陷的限制，电铸工艺通常采用较低的电流密度和较长的生产周期来获得致密的电铸层和合格的零件。
人们在生产实践和试验研究中，采用了许多方法来改善电铸工艺，如选择电铸液配方，提高电铸液的温度，改换搅拌速度和方式，高速冲液，阴极运动等，但是效果并不理想。特别是对于回转体零件的电铸加工，在实践中常采用中断电铸过程，通过机械加工去除表面积瘤和毛刺，抛光后进行二次沉积的方法。这种方法得到的电铸层，往往存在裂缝、甚至分层等缺陷，使零件性能下降。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中回转体零件电铸时间长和表面质量不理想等现状，提供一种回转体零件电铸加工方法及装置，能以较高速度连续沉积出表面平整光亮、组织致密的合格零件。
一种回转体零件电铸加工方法，其特征在于包括以下过程(1)、制作阳极、阴极，保证阳极内侧轮廓为所需形状，阴极与阳极的间距根据零件的壁厚确定，同时阳极位置在沉积过程中可以在线调节；(2)、在电铸液中加入不溶于水的非导电硬质粒子；(3)、使硬质粒子连续地作复合运动，通过硬质粒子对电铸层表面的磨擦，来有效地去除沉积表面的吸附气泡和积瘤；(4)、通过电铸液过滤循环系统使电铸液过滤循环，并且使电铸液沿着自上而下或自下而上的方向流过阴极与阳极之间；(5)、通过温控系统控制电铸液的温度。
所述硬质粒子莫氏硬度为7～10，密度为2～5g/cm3。所述硬质粒子的连续复合运动，动力来自两个方面一是阴极的旋转运动，二是阴极筐的振动。所述阴极筐的振动由振动源控制，振动源为机械式或电磁式。
一种回转体零件电铸加工装置，包括由电源、阴极、阳极、电铸液组成的电铸系统，其特征在于(1)、所述电铸液中含有硬度较大、密度大于电铸液密度的、不溶于水的非导电的细小硬质粒子；(2)、所述的回转体零件电铸加工装置还包括一个阴极旋转的驱动装置，该装置由电机和连接阴极的传动装置组成；(3)、所述阴极和所述电铸液置于阴极框内，所述的回转体零件电铸加工装置还包括一个阴极筐振动的的驱动装置，该装置为机械式或电磁式；(4)、所述的回转体零件电铸加工装置还包括一个由温控仪和加热器组成的温控装置；(5)、所述的回转体零件电铸加工装置还包括一个由磁力泵、过滤器、溢流阀、球阀和储液槽所组成的电铸液过滤循环供液系统。
对于阴极阳极可以设计成如下结构所述阳极为颗粒状金属粒，被3-8个独立的阳极筐分为相应的几组，均匀分散排列在所述阴极周围，阳极筐嵌在阴极筐周围，其面向阴极一侧的轮廓与阴极形状相配，并构成阴极筐侧壁的一部分，阳极筐的位置，根据零件的壁厚确定，同时可在线调节。所述硬质粒子莫氏硬度为7～10、密度为2～5g/cm3。
电机通过传动装置与电铸芯模相连，带动芯模旋转；芯模通过导电装置与电源负极相连，置于阳极筐的颗粒状阳极与电源正极相连。其特征在于1、在电铸过程中，利用作复合运动的硬质粒子摩擦电铸层表面，以有效地去除沉积层表面的吸附气泡和积瘤，从而改善电铸层的表面质量和组织结构；并减薄扩散层，提高极限电流密度和电铸速度，最终获得组织致密、表面平整光亮的电铸层；2、硬质粒子的动力来自两个方面一是电铸芯模的旋转运动，二是外加振动源；两种运动的叠加促使硬质粒子作连续的复合运动，使其对电铸层表面的摩擦更均匀、有效。
3、电铸液过滤循环供液系统，用于保证及时充足地向加工区供给电铸液；4、温控装置控制的加热器，用于保持电铸液的温度恒定5、由独立的阴极筐和位置可调的阳极筐构成沉积单元，能适用于不同轮廓和壁厚的零件。上述装置不仅能有效去除电铸层表面的麻点、气孔和积瘤等缺陷，以较高的速度沉积出均匀致密的电铸层，而且能不间断地一次性成形不同形状和壁厚的回转体零件。
因此，采用上述电铸加工方法及装置，能以较快的速度制备出组织均匀致密、表面平整光亮的电铸材料和一次性电铸成形多(各)种形状和壁厚的回转体零件。
图1是回转体零件电铸加工装置结构示意图。
图2是沉积单元结构示意图。其中图(a)是沉积单元主视图，图(b)是沉积单元俯视图。
图1中标号名称1、电机，2、电铸芯模，3、机床床身，4、溢液口，5、阴极筐，6、阳极，7、阳极筐，8、顶尖，9、振动源，10、阴极筐底板，11、硬质粒子，12、导电装置，13、电铸电源，14、温控装置，15、加热器，16、储液槽，17、磁力泵，18、过滤器，19、溢流阀，20、球阀具体实施方式
结合图1和图2说明本发明的装置结构图1是回转体零件电铸加工装置结构示意图。本发明装置包括电机1、机床床身3、振动源9、导电装置12、电铸电源13、温控装置14、加热器15、储液槽16、磁力泵17、过滤器18、球阀20、溢流阀19。其特点是所述电铸过程装置，包括芯模2的旋转运动和阴极筐5的振动共同作用于硬质粒子11，使其作连续的复合运动，对电铸层表面进行均匀的磨擦和扰动；由独立的阴极筐5和位置可调的阳极筐7构成沉积单元，能适用于不同轮廓和壁厚的零件。
图2是沉积单元结构示意图。硬质粒子11充满阴极筐5，覆盖阴极，并完全浸在电铸液中；颗粒状阳极6盛放在阳极筐7内，镶嵌在阴极筐5周围，其面向阴极一侧(内侧)构成阴极筐侧壁的一部分。
采用的硬质粒子11应该是硬度较大，莫氏硬度7～10，不溶于水的非导电粒子，密度2～5g/cm3应大于电铸液的密度。可以是球状、珠状和其他不规则形状的粒子，如陶瓷球、玻璃珠、磨粒等，其大小根据零件的具体形状和尺寸来确定。阳极轮廓，即阳极筐7的内侧轮廓，是根据阴极轮廓，利用反求法或等间距法求得。
下面结合图1和图2用一具体实施例说明本发明的加工方法芯模2采用可导电的材料，如不锈钢、纯钛、铝合金等加工而成，其外形与电铸零件的内腔尺寸一致；根据零件的材料和外形尺寸，选择硬粒子的种类和大小；阴极筐5和阳极筐7均用有机玻璃、PVC或聚四氟乙烯等绝缘材料制作；电机1带动芯模2旋转，芯模2的装夹方式根据具体情况确定，可以采用顶尖8定位。振动源9带动阴极筐5振动。电铸液从阴极底部或侧面供液，通过温控加热装置14、15，保持温度恒定，并循环过滤；电铸过程，用直流或脉冲电源13供电，硬质粒子11在芯模2和阴极筐5的带动下作连续的复合运动，对电铸层表面进行磨擦、扰动，以去除吸附气泡和积瘤，改善晶体生长，获得组织致密、晶粒细化的电铸层；同时减薄扩散层，提高电铸速度，一次性电铸成形各种形状和壁厚的回转体零件。电铸层达到规定厚度后，切断电源13，停止电铸，将芯模2取出，清洗干燥后，分离金属沉积层，即可得到所需要的满足性能要求的电铸零件或毛坯件。
权利要求
1.一种回转体零件电铸加工方法，其特征在于包括以下过程(1)、制作阳极、阴极，保证阳极内侧轮廓为所需形状，阴极与阳极的间距根据零件的壁厚确定，同时阳极位置在沉积过程中可以在线调节；(2)、在电铸液中加入不溶于水的非导电硬质粒子；(3)、使硬质粒子连续地作复合运动，通过硬质粒子对电铸层表面的磨擦，来有效地去除沉积表面的吸附气泡和积瘤；(4)、通过电铸液过滤循环系统使电铸液过滤循环，并且使电铸液沿着自上而下或自下而上的方向流过阴极与阳极之间；(5)、通过温控系统控制电铸液的温度。
2.根据权利要求1所述的回转体零件电铸加工方法，其特征在于所述硬质粒子莫氏硬度为7～10，密度为2～5g/cm3。
3.根据权利要求1或2所述的回转体零件电铸加工方法，其特征在于所述硬质粒子的连续复合运动，动力来自两个方面一是阴极的旋转运动，二是阴极筐的振动。
4.根据权利要求3所述的回转体零件电铸加工方法，其特征在于所述阴极筐的振动由振动源控制，振动源为机械式或电磁式。
5.一种回转体零件电铸加工装置，包括由电源、阴极、阳极、电铸液组成的电铸系统，其特征在于(1)、所述电铸液中含有硬度较大、密度大于电铸液密度的、不溶于水的非导电的细小硬质粒子；(2)、所述的回转体零件电铸加工装置还包括一个阴极旋转的驱动装置，该装置由电机和连接阴极的传动装置组成；(3)、所述阴极和所述电铸液置于阴极框内，所述的回转体零件电铸加工装置还包括一个阴极筐振动的的驱动装置，该装置为机械式或电磁式；(4)、所述的回转体零件电铸加工装置还包括一个由温控仪和加热器组成的温控装置；(5)、所述的回转体零件电铸加工装置还包括一个由磁力泵、过滤器、溢流阀、球阀和储液槽所组成的电铸液过滤循环供液系统。
6.根据权利要求5所述的回转体零件电铸加工装置，其特征在于所述阳极为颗粒状金属粒，被3-8个独立的阳极筐分为相应的几组，均匀分散排列在所述阴极周围，阳极筐嵌在阴极筐周围，其面向阴极一侧的轮廓与阴极形状相配，并构成阴极筐侧壁的一部分，阳极筐的位置，根据零件的壁厚确定，同时可在线调节。
7.根据权利要求5或6所述的回转体零件电铸加工装置，其特征在于所述硬质粒子莫氏硬度为7～10、密度为2～5g/cm3。
全文摘要
一种回转体零件电铸加工方法及装置，属于电铸加工领域。该方法的特点在于，在电铸液中，加入硬质粒子；在电铸过程中，使硬质粒子连续地作复合运动，通过硬质粒子对电铸层表面的磨擦，来有效地去除沉积表面的吸附气泡和积瘤；所述硬质粒子的连续复合运动，动力来自两个方面一是阴极的旋转运动，二是阴极筐的振动。本发明的装置，主要包括阴极旋转驱动装置、阴极筐振动驱动装置、温控装置、电铸液过滤循环供液系统。采用本发明的电铸加工方法及装置，能以较快的速度制备出组织均匀致密、表面平整光亮的电铸材料和一次性电铸成形多(各)种形状和壁厚的回转体零件。
文档编号C25D1/00GK1844475SQ20061003916
公开日2006年10月11日 申请日期2006年3月29日 优先权日2006年3月29日
发明者朱荻, 朱增伟, 曲宁松 申请人:南京航空航天大学