专利名称：电铸复合加工装置及该装置用电铸槽的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电铸复合加工装置及该装置用电铸槽，属电铸加工领域， 是一种将多频超声耦合作用于电铸过程以改善电铸产品品质的电铸复合加工 装置。
背景技术：
电铸是利用金属离子在阴极表面电沉积的原理来精确复制某些复杂或特 殊形状工件的一种特种加工方法。电铸由于具有很高的复制精度和重复精度， 因而在航空、航天、兵器、精密仪器仪表、生物医疗器械等工业领域有着广 泛的应用前景。但电铸加工也存在着一些缺陷和局限性，主要表现在(1) 由于电流的边缘效应，使得电力线易在芯模尖角、边缘处集中，加上槽侧壁 对槽底的屏蔽作用，致使槽底电力线较稀疏，从而导致电铸层均匀性差，组 织致密度低；(2)金属离子沉积过程中，从阴极表面析出的氢气等气体，会 滞留在阴极表面而引起氢脆，造成铸层表面出现麻点、结瘤等缺陷，并降低 了金属的沉积速度；(3)由于电铸适用的电流密度较低，使得金属沉积速度 慢，导致加工周期长等。目前，国内外研究人员和企业提出了许多获得良好 铸层的实用电铸技术和方法，如对电铸液进行搅拌、采用脉冲电铸工艺、象 形阳极、组合电铸工艺等， 一定程度上减少了传统电铸工艺的缺陷。发明内容本发明的目的提供一种将多频超声耦合作用于电铸过程以改善电铸产品 品质的电铸复合加工装置。同时，本发明的目的还提供一种该装置用电铸槽。本发明的目的是按以下方式实现的， 一种电铸复合加工装置，包括电铸芯模支托装置和电铸槽，在电铸芯模支托装置上或/和电铸槽内设置有换能器 装置，换能器装置的换能器与超声波发生器电连接。所述的超声波发生器为频率可调超声波发生器。所述的电铸槽内的换能器装置设置在电铸槽内的侧壁面和/或底面上。所述电铸槽内的换能器装置由密封盒体和换能器排构成，各换能器排分 别粘贴在密封的盒体内表面朝向电铸槽内 一侧。所述电铸槽内的侧壁面的换能器装置的密封盒体通过固定在侧面的侧滑 动轨道可移动地固定在侧壁面上，所述电铸槽内的底面的换能器装置的密封 盒体通过固定在底面的底滑动轨道可移动地固定在底面上。所述电铸芯模支托装置上的换能器装置由换能器及其串连的变幅杆构成。所述的电铸芯模支托装置为旋转式电铸芯模支托装置。本发明的技术方案还在于采用一种电铸复合加工装置用电铸槽，该电铸 槽内设置有换能器装置。所述的换能器装置设置在电铸槽内的侧壁面和/或底面上。所述电铸槽内的换能器装置由密封盒体和换能器排构成，各换能器排分 别粘贴在密封的盒体内表面朝向电铸槽内 一侧，其中电铸槽内的侧壁面的换 能器装置的密封盒体通过固定在侧面的侧滑动轨道可移动地固定在侧壁面 上，电铸槽内的底面的换能器装置的密封盒体通过固定在底面的底滑动轨道 可移动地固定在底面上。本发明通过阴极超声与槽式超声组成的多频超声辐照系统交变耦合作用 于电铸过程，利用阴极芯模的超声振动和电解槽的超声振动产生更多的空化 事件，获得增强的超声空化效应，从而加强对电铸芯模表面的冲击和扰动作 用，有效驱除电极表面的气泡，保持电流顺利通过电极，提高阳离子至阴极的移动速度，减少浓度极化，进而加快电铸速度，使金属电结晶的晶粒细化， 获得表面平整、组织均匀致密的电铸产品。
图1是本发明的电铸复合加工装置的结构示意图。图2是阳极为板状时，阴极、阳极布置实施图。 图3是阳极为颗粒状时，阴极、阳极布置实施图。
具体实施方式
图1 图3中标号1、电机，2、减速装置，3、联轴器，4、空心套筒，5、 超声波发生器，6、变幅杆，7、碳刷，8、电源，9、阳极，10、槽侧换能器 排，11、电铸液，12、槽底换能器排，13、电铸槽，14、槽底滑动轨道，15、 槽侧滑动轨道，16、电铸芯模(阴极)，17、连接器，18、法兰盘，19、换 能器，20、吊篮，21、粒状阳极。图1为本电铸复合加工装置示意图，包括电铸芯模支托装置和电铸槽13， 在电铸芯模支托装置上和电铸槽内设置有换能器装置，换能器装置的换能器 与各超声波发生器5电连接。作为一种典型实施方式，较佳的做法是在电铸 芯模支托装置上和电铸槽内均设置有换能器装置，为了便于调节超声功率， 超声波发生器为频率可调超声波发生器。电铸槽内的换能器装置设置在电铸 槽内的侧壁面和底面上。电铸槽内的换能器装置由密封盒体和换能器排构成， 各换能器排分别粘贴在密封的盒体内表面朝向电铸槽内一侧。电铸槽内的侧 壁面的换能器装置的密封盒体通过固定在侧面的侧滑动轨道可移动地固定在 侧壁面上，电铸槽内的底面的换能器装置的密封盒体通过固定在底面的底滑 动轨道可移动地固定在底面上。电铸芯模支托装置上的换能器装置由换能器 及其串连的变幅杆构成。电铸芯模支托装置为旋转式电铸芯模支托装置，由 电机l、减速装置2、空心套筒4、换能器19、变幅杆6、电铸芯模16、连接器17组成。换能器19的下端与变幅杆6上端连接，变幅杆6下端穿出空心 套筒4，并通过连接器17与电铸芯模16相连，变幅杆6通过位于其节点处的 法兰盘18固定在空心套筒4上。换能器19与超声波发生器5连接，电机1 带动减速装置2并通过联轴器3与空心套筒4相连。电铸芯模16通过碳刷7 与电源8负极相连，阳极9与电源8正极相连，两者平行插于电铸液ll内。 工作时电铸芯模16—边做纵向超声振动， 一边根据铸件形状或工艺要求受电 机1的驱动下旋转或静止。电铸槽13内盛有电铸液11，并设有槽侧换能器IO和槽底换能器12，侧 换能器10和槽底换能器12均与其超声波发生器5连接。盛满电铸液11的电 铸槽13的内底面和内侧面固定有侧滑动轨道15和底滑动轨道14，侧换能器 IO和底换能器12分别粘贴在密封的盒体内表面组成换能器装置。电铸槽一侧 布置有侧换能器10并通过侧滑动轨道15与电铸槽滑动连接，并可沿槽侧壁 上下滑动；槽底换能器12与电铸槽13通过槽底滑动轨道14组成滑动连接， 并可沿槽底滑动。侧面及底面的换能器IO、 12工作时可在不同位置对电铸液 11产生不同强度和不同频率的超声作用。图2是阳极为板状时，阴极、阳极布置实施示意图。本实施例中，换能 器19的下端与变幅杆6上端连接，变幅杆6下端与电铸芯模16相连，电铸 芯模16与电源8负极相连，阳极9与电源8正极相连，本实施图采用了四个 阳极时的布置形式，阳极、阴极平行插入电铸液ll中，阴极位于电铸槽中心， 阳极以阴极为中心并沿电铸槽对角布置，尽量避免阳极布置在槽侧换能器的 正面，以防止其影响槽式超声对阴极的超声效果。图3是阳极为颗粒状时，阴极、阳极布置实施示意图。本实施例中，换 能器19的下端与变幅杆6上端连接，变幅杆6下端与电铸芯模16相连，电 铸芯模16与电源8负极相连，阳极9与电源8正极相连，阴极插入电铸槽中心位置，粒状阳极21装入周围有孔的吊篮20中，并完全浸在电铸液ll中， 布置方式与上述相同。可见，本发明的特点在于.，1、电铸芯模(阴极)16根据铸件内腔不同， 可做成任意形状，工作中电铸芯模16根据铸件形状及工艺要求做超声振动、 旋转或移动，或做其中任意的组合动作。各动作可以是持续的，也可以是间 断的；2、电铸槽内底面及侧面布置有换能器排，且各换能器排在槽中滑动布 置；3、运动阴极超声与槽式超声组成的超声辐照系统交变耦合作用于电铸过 程，通过增强的空化效应对电铸芯模表面产生冲击和扰动作用，有效驱除沉 积层表面的吸附气泡，抑制积瘤产生，获得表面平整的电铸层；4、多频耦合 超声耦合产生的更多的空化事件，加强对电铸液的空化作用，使电铸液以强 烈紊流形式流动，通过减薄扩散层和扰动结晶过程，细化电结晶晶粒，减少 浓度极化，从而以较高的电流密度进行电铸，提高电铸速度。另外，对于加 工外形复杂零件，阴极的运动及超声振动，加上槽式超声的耦合作用，并通 过调整换能器排在电铸槽中位置，使得电铸液在空化作用下有选择的以微射 流形式作用于阴极表面，改善阴极表面的电场分布，有效克服传统电铸由于 电场分布不均匀造成的铸层厚度不均现象。因此，采用本发明的装置，能够较快速有效地制备出表面平整、组织均 匀致密、晶粒细小的电铸材料和形状多样的电铸零件。
权利要求
1、一种电铸复合加工装置，包括电铸芯模支托装置和电铸槽(13)，其特征在于，在电铸芯模支托装置上或/和电铸槽(13)内设置有换能器装置，换能器装置的换能器与超声波发生器(5)电连接。
2、 根据权利要求l所述的电铸复合加工装置，其特征在于，所述的超声 波发生器(5)为频率可调超声波发生器。
3、 根据权利要求1或2所述的电铸复合加工装置，其特征在于，所述的 电铸槽(13)内的换能器装置设置在电铸槽(13)内的侧壁面和/或底面上。
4、 根据权利要求3所述的电铸复合加工装置，其特征在于，所述电铸槽 (13)内的换能器装置由密封盒体和换能器排构成，各换能器排分别粘贴在密封的盒体内表面朝向电铸槽(13)内一侧。
5、 根据权利要求4所述的电铸复合加工装置，其特征在于，所述电铸槽 (13)内的侧壁面的换能器装置的密封盒体通过固定在侧面的侧滑动轨道 (15)可移动地固定在侧壁面上，所述电铸槽(13)内的底面的换能器装置的密封盒体通过固定在底面的底滑动轨道(14)可移动地固定在底面上。
6、 根据权利要求l所述的电铸复合加工装置，其特征在于，所述电铸芯 模支托装置上的换能器装置由换能器及其串连的变幅杆(6)构成。
7、 根据权利要求1或6所述的电铸复合加工装置，其特征在于，所述的 电铸芯模支托装置为旋转式电铸芯模支托装置。
8、 一种电铸复合加工装置用电铸槽，其特征在于，该电铸槽内设置有换 能器装置。
9、 根据权利要求8所述的电铸复合加工装置用电铸槽，其特征在于，所 述的换能器装置设置在电铸槽内的侧壁面和/或底面上。
10、 根据权利要求9所述的电铸复合加工装置用电铸槽，其特征在于，所述电铸槽(13)内的换能器装置由密封盒体和换能器排构成，各换能器排 分别粘贴在密封的盒体内表面朝向电铸槽(13)内一侧，其中电铸槽(13)内的侧壁面的换能器装置的密封盒体通过固定在侧面的侧滑动轨道(15)可 移动地固定在侧壁面上，电铸槽(13)内的底面的换能器装置的密封盒体通 过固定在底面的底滑动轨道(14)可移动地固定在底面上。
全文摘要
本发明涉及一种电铸复合加工装置及该装置用电铸槽，该装置包括电铸芯模支托装置和电铸槽，在电铸芯模支托装置上或/和电铸槽内设置有换能器装置，换能器装置的换能器与超声波发生器电连接。本发明通过阴极超声与槽式超声组成的多频超声辐照系统交变耦合作用于电铸过程，利用阴极芯模的超声振动和电解槽的超声振动产生更多的空化事件，获得增强的超声空化效应，从而加强对电铸芯模表面的冲击和扰动作用，有效驱除电极表面的气泡，保持电流顺利通过电极，提高阳离子至阴极的移动速度，减少浓度极化，进而加快电铸速度，使金属电结晶的晶粒细化，获得表面平整、组织均匀致密的电铸产品。
文档编号C25D1/00GK101328600SQ20081014051
公开日2008年12月24日 申请日期2008年7月8日 优先权日2008年7月8日
发明者刘红彬, 李济顺, 葛述卿, 薛玉君, 伟 马 申请人:河南科技大学