專利名稱：回轉(zhuǎn)體零件電鑄加工方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的回轉(zhuǎn)體零件電鑄加工方法及裝置，屬于電鑄加工領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
電鑄是利用金屬離子在陰極表面電沉積的原理進(jìn)行零件的成形加工，具有很高的復(fù)制精度和重復(fù)精度。作為一種精密特種加工方法，電鑄成形技術(shù)已被成功地應(yīng)用于精密、異型、微細(xì)等零件的制造，如火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴管、破甲藥型罩、電加工電極、微型機(jī)械構(gòu)件、航空微型傳感器、微型波紋管、精密模具等。
在電鑄過(guò)程中，隨著金屬離子的沉積，會(huì)有氫氣等氣體從陰極表面析出，并以氣泡的形式滯留在陰極表面，阻礙金屬沉積，造成鑄件表面出現(xiàn)麻點(diǎn)、針孔等缺陷；由于尖端放電效應(yīng)和雜質(zhì)的影響，鑄層表面和邊緣容易產(chǎn)生積瘤、毛刺等缺陷，使電鑄層均勻性變差。以上缺陷隨著電鑄過(guò)程的進(jìn)行，會(huì)逐漸加劇。前者使電鑄層的物理、機(jī)械性能下降，最終導(dǎo)致廢品的出現(xiàn)；后者使電場(chǎng)集中于積瘤和毛刺等突起的局部，而整體沉積速度下降，最終導(dǎo)致電鑄過(guò)程難以繼續(xù)。由于受極限電流密度和上述缺陷的限制，電鑄工藝通常采用較低的電流密度和較長(zhǎng)的生產(chǎn)周期來(lái)獲得致密的電鑄層和合格的零件。
人們?cè)谏a(chǎn)實(shí)踐和試驗(yàn)研究中，采用了許多方法來(lái)改善電鑄工藝，如選擇電鑄液配方，提高電鑄液的溫度，改換攪拌速度和方式，高速?zèng)_液，陰極運(yùn)動(dòng)等，但是效果并不理想。特別是對(duì)于回轉(zhuǎn)體零件的電鑄加工，在實(shí)踐中常采用中斷電鑄過(guò)程，通過(guò)機(jī)械加工去除表面積瘤和毛刺，拋光后進(jìn)行二次沉積的方法。這種方法得到的電鑄層，往往存在裂縫、甚至分層等缺陷，使零件性能下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中回轉(zhuǎn)體零件電鑄時(shí)間長(zhǎng)和表面質(zhì)量不理想等現(xiàn)狀，提供一種回轉(zhuǎn)體零件電鑄加工方法及裝置，能以較高速度連續(xù)沉積出表面平整光亮、組織致密的合格零件。
一種回轉(zhuǎn)體零件電鑄加工方法，其特征在于包括以下過(guò)程(1)、制作陽(yáng)極、陰極，保證陽(yáng)極內(nèi)側(cè)輪廓為所需形狀，陰極與陽(yáng)極的間距根據(jù)零件的壁厚確定，同時(shí)陽(yáng)極位置在沉積過(guò)程中可以在線調(diào)節(jié)；(2)、在電鑄液中加入不溶于水的非導(dǎo)電硬質(zhì)粒子；(3)、使硬質(zhì)粒子連續(xù)地作復(fù)合運(yùn)動(dòng)，通過(guò)硬質(zhì)粒子對(duì)電鑄層表面的磨擦，來(lái)有效地去除沉積表面的吸附氣泡和積瘤；(4)、通過(guò)電鑄液過(guò)濾循環(huán)系統(tǒng)使電鑄液過(guò)濾循環(huán)，并且使電鑄液沿著自上而下或自下而上的方向流過(guò)陰極與陽(yáng)極之間；(5)、通過(guò)溫控系統(tǒng)控制電鑄液的溫度。
所述硬質(zhì)粒子莫氏硬度為7～10，密度為2～5g/cm3。所述硬質(zhì)粒子的連續(xù)復(fù)合運(yùn)動(dòng)，動(dòng)力來(lái)自兩個(gè)方面一是陰極的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，二是陰極筐的振動(dòng)。所述陰極筐的振動(dòng)由振動(dòng)源控制，振動(dòng)源為機(jī)械式或電磁式。
一種回轉(zhuǎn)體零件電鑄加工裝置，包括由電源、陰極、陽(yáng)極、電鑄液組成的電鑄系統(tǒng)，其特征在于(1)、所述電鑄液中含有硬度較大、密度大于電鑄液密度的、不溶于水的非導(dǎo)電的細(xì)小硬質(zhì)粒子；(2)、所述的回轉(zhuǎn)體零件電鑄加工裝置還包括一個(gè)陰極旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)裝置，該裝置由電機(jī)和連接陰極的傳動(dòng)裝置組成；(3)、所述陰極和所述電鑄液置于陰極框內(nèi)，所述的回轉(zhuǎn)體零件電鑄加工裝置還包括一個(gè)陰極筐振動(dòng)的的驅(qū)動(dòng)裝置，該裝置為機(jī)械式或電磁式；(4)、所述的回轉(zhuǎn)體零件電鑄加工裝置還包括一個(gè)由溫控儀和加熱器組成的溫控裝置；(5)、所述的回轉(zhuǎn)體零件電鑄加工裝置還包括一個(gè)由磁力泵、過(guò)濾器、溢流閥、球閥和儲(chǔ)液槽所組成的電鑄液過(guò)濾循環(huán)供液系統(tǒng)。
對(duì)于陰極陽(yáng)極可以設(shè)計(jì)成如下結(jié)構(gòu)所述陽(yáng)極為顆粒狀金屬粒，被3-8個(gè)獨(dú)立的陽(yáng)極筐分為相應(yīng)的幾組，均勻分散排列在所述陰極周圍，陽(yáng)極筐嵌在陰極筐周圍，其面向陰極一側(cè)的輪廓與陰極形狀相配，并構(gòu)成陰極筐側(cè)壁的一部分，陽(yáng)極筐的位置，根據(jù)零件的壁厚確定，同時(shí)可在線調(diào)節(jié)。所述硬質(zhì)粒子莫氏硬度為7～10、密度為2～5g/cm3。
電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)裝置與電鑄芯模相連，帶動(dòng)芯模旋轉(zhuǎn)；芯模通過(guò)導(dǎo)電裝置與電源負(fù)極相連，置于陽(yáng)極筐的顆粒狀陽(yáng)極與電源正極相連。其特征在于1、在電鑄過(guò)程中，利用作復(fù)合運(yùn)動(dòng)的硬質(zhì)粒子摩擦電鑄層表面，以有效地去除沉積層表面的吸附氣泡和積瘤，從而改善電鑄層的表面質(zhì)量和組織結(jié)構(gòu)；并減薄擴(kuò)散層，提高極限電流密度和電鑄速度，最終獲得組織致密、表面平整光亮的電鑄層；2、硬質(zhì)粒子的動(dòng)力來(lái)自兩個(gè)方面一是電鑄芯模的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，二是外加振動(dòng)源；兩種運(yùn)動(dòng)的疊加促使硬質(zhì)粒子作連續(xù)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，使其對(duì)電鑄層表面的摩擦更均勻、有效。
3、電鑄液過(guò)濾循環(huán)供液系統(tǒng)，用于保證及時(shí)充足地向加工區(qū)供給電鑄液；4、溫控裝置控制的加熱器，用于保持電鑄液的溫度恒定5、由獨(dú)立的陰極筐和位置可調(diào)的陽(yáng)極筐構(gòu)成沉積單元，能適用于不同輪廓和壁厚的零件。上述裝置不僅能有效去除電鑄層表面的麻點(diǎn)、氣孔和積瘤等缺陷，以較高的速度沉積出均勻致密的電鑄層，而且能不間斷地一次性成形不同形狀和壁厚的回轉(zhuǎn)體零件。
因此，采用上述電鑄加工方法及裝置，能以較快的速度制備出組織均勻致密、表面平整光亮的電鑄材料和一次性電鑄成形多(各)種形狀和壁厚的回轉(zhuǎn)體零件。


圖1是回轉(zhuǎn)體零件電鑄加工裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是沉積單元結(jié)構(gòu)示意圖。其中圖(a)是沉積單元主視圖，圖(b)是沉積單元俯視圖。
圖1中標(biāo)號(hào)名稱1、電機(jī)，2、電鑄芯模，3、機(jī)床床身，4、溢液口，5、陰極筐，6、陽(yáng)極，7、陽(yáng)極筐，8、頂尖，9、振動(dòng)源，10、陰極筐底板，11、硬質(zhì)粒子，12、導(dǎo)電裝置，13、電鑄電源，14、溫控裝置，15、加熱器，16、儲(chǔ)液槽，17、磁力泵，18、過(guò)濾器，19、溢流閥，20、球閥具體實(shí)施方式
結(jié)合圖1和圖2說(shuō)明本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)圖1是回轉(zhuǎn)體零件電鑄加工裝置結(jié)構(gòu)示意圖。本發(fā)明裝置包括電機(jī)1、機(jī)床床身3、振動(dòng)源9、導(dǎo)電裝置12、電鑄電源13、溫控裝置14、加熱器15、儲(chǔ)液槽16、磁力泵17、過(guò)濾器18、球閥20、溢流閥19。其特點(diǎn)是所述電鑄過(guò)程裝置，包括芯模2的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和陰極筐5的振動(dòng)共同作用于硬質(zhì)粒子11，使其作連續(xù)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，對(duì)電鑄層表面進(jìn)行均勻的磨擦和擾動(dòng)；由獨(dú)立的陰極筐5和位置可調(diào)的陽(yáng)極筐7構(gòu)成沉積單元，能適用于不同輪廓和壁厚的零件。
圖2是沉積單元結(jié)構(gòu)示意圖。硬質(zhì)粒子11充滿陰極筐5，覆蓋陰極，并完全浸在電鑄液中；顆粒狀陽(yáng)極6盛放在陽(yáng)極筐7內(nèi)，鑲嵌在陰極筐5周圍，其面向陰極一側(cè)(內(nèi)側(cè))構(gòu)成陰極筐側(cè)壁的一部分。
采用的硬質(zhì)粒子11應(yīng)該是硬度較大，莫氏硬度7～10，不溶于水的非導(dǎo)電粒子，密度2～5g/cm3應(yīng)大于電鑄液的密度?？梢允乔驙?、珠狀和其他不規(guī)則形狀的粒子，如陶瓷球、玻璃珠、磨粒等，其大小根據(jù)零件的具體形狀和尺寸來(lái)確定。陽(yáng)極輪廓，即陽(yáng)極筐7的內(nèi)側(cè)輪廓，是根據(jù)陰極輪廓，利用反求法或等間距法求得。
下面結(jié)合圖1和圖2用一具體實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明的加工方法芯模2采用可導(dǎo)電的材料，如不銹鋼、純鈦、鋁合金等加工而成，其外形與電鑄零件的內(nèi)腔尺寸一致；根據(jù)零件的材料和外形尺寸，選擇硬粒子的種類和大??；陰極筐5和陽(yáng)極筐7均用有機(jī)玻璃、PVC或聚四氟乙烯等絕緣材料制作；電機(jī)1帶動(dòng)芯模2旋轉(zhuǎn)，芯模2的裝夾方式根據(jù)具體情況確定，可以采用頂尖8定位。振動(dòng)源9帶動(dòng)陰極筐5振動(dòng)。電鑄液從陰極底部或側(cè)面供液，通過(guò)溫控加熱裝置14、15，保持溫度恒定，并循環(huán)過(guò)濾；電鑄過(guò)程，用直流或脈沖電源13供電，硬質(zhì)粒子11在芯模2和陰極筐5的帶動(dòng)下作連續(xù)的復(fù)合運(yùn)動(dòng)，對(duì)電鑄層表面進(jìn)行磨擦、擾動(dòng)，以去除吸附氣泡和積瘤，改善晶體生長(zhǎng)，獲得組織致密、晶粒細(xì)化的電鑄層；同時(shí)減薄擴(kuò)散層，提高電鑄速度，一次性電鑄成形各種形狀和壁厚的回轉(zhuǎn)體零件。電鑄層達(dá)到規(guī)定厚度后，切斷電源13，停止電鑄，將芯模2取出，清洗干燥后，分離金屬沉積層，即可得到所需要的滿足性能要求的電鑄零件或毛坯件。
權(quán)利要求
1.一種回轉(zhuǎn)體零件電鑄加工方法，其特征在于包括以下過(guò)程(1)、制作陽(yáng)極、陰極，保證陽(yáng)極內(nèi)側(cè)輪廓為所需形狀，陰極與陽(yáng)極的間距根據(jù)零件的壁厚確定，同時(shí)陽(yáng)極位置在沉積過(guò)程中可以在線調(diào)節(jié)；(2)、在電鑄液中加入不溶于水的非導(dǎo)電硬質(zhì)粒子；(3)、使硬質(zhì)粒子連續(xù)地作復(fù)合運(yùn)動(dòng)，通過(guò)硬質(zhì)粒子對(duì)電鑄層表面的磨擦，來(lái)有效地去除沉積表面的吸附氣泡和積瘤；(4)、通過(guò)電鑄液過(guò)濾循環(huán)系統(tǒng)使電鑄液過(guò)濾循環(huán)，并且使電鑄液沿著自上而下或自下而上的方向流過(guò)陰極與陽(yáng)極之間；(5)、通過(guò)溫控系統(tǒng)控制電鑄液的溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回轉(zhuǎn)體零件電鑄加工方法，其特征在于所述硬質(zhì)粒子莫氏硬度為7～10，密度為2～5g/cm3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的回轉(zhuǎn)體零件電鑄加工方法，其特征在于所述硬質(zhì)粒子的連續(xù)復(fù)合運(yùn)動(dòng)，動(dòng)力來(lái)自兩個(gè)方面一是陰極的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，二是陰極筐的振動(dòng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的回轉(zhuǎn)體零件電鑄加工方法，其特征在于所述陰極筐的振動(dòng)由振動(dòng)源控制，振動(dòng)源為機(jī)械式或電磁式。
5.一種回轉(zhuǎn)體零件電鑄加工裝置，包括由電源、陰極、陽(yáng)極、電鑄液組成的電鑄系統(tǒng)，其特征在于(1)、所述電鑄液中含有硬度較大、密度大于電鑄液密度的、不溶于水的非導(dǎo)電的細(xì)小硬質(zhì)粒子；(2)、所述的回轉(zhuǎn)體零件電鑄加工裝置還包括一個(gè)陰極旋轉(zhuǎn)的驅(qū)動(dòng)裝置，該裝置由電機(jī)和連接陰極的傳動(dòng)裝置組成；(3)、所述陰極和所述電鑄液置于陰極框內(nèi)，所述的回轉(zhuǎn)體零件電鑄加工裝置還包括一個(gè)陰極筐振動(dòng)的的驅(qū)動(dòng)裝置，該裝置為機(jī)械式或電磁式；(4)、所述的回轉(zhuǎn)體零件電鑄加工裝置還包括一個(gè)由溫控儀和加熱器組成的溫控裝置；(5)、所述的回轉(zhuǎn)體零件電鑄加工裝置還包括一個(gè)由磁力泵、過(guò)濾器、溢流閥、球閥和儲(chǔ)液槽所組成的電鑄液過(guò)濾循環(huán)供液系統(tǒng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的回轉(zhuǎn)體零件電鑄加工裝置，其特征在于所述陽(yáng)極為顆粒狀金屬粒，被3-8個(gè)獨(dú)立的陽(yáng)極筐分為相應(yīng)的幾組，均勻分散排列在所述陰極周圍，陽(yáng)極筐嵌在陰極筐周圍，其面向陰極一側(cè)的輪廓與陰極形狀相配，并構(gòu)成陰極筐側(cè)壁的一部分，陽(yáng)極筐的位置，根據(jù)零件的壁厚確定，同時(shí)可在線調(diào)節(jié)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的回轉(zhuǎn)體零件電鑄加工裝置，其特征在于所述硬質(zhì)粒子莫氏硬度為7～10、密度為2～5g/cm3。
全文摘要
一種回轉(zhuǎn)體零件電鑄加工方法及裝置，屬于電鑄加工領(lǐng)域。該方法的特點(diǎn)在于，在電鑄液中，加入硬質(zhì)粒子；在電鑄過(guò)程中，使硬質(zhì)粒子連續(xù)地作復(fù)合運(yùn)動(dòng)，通過(guò)硬質(zhì)粒子對(duì)電鑄層表面的磨擦，來(lái)有效地去除沉積表面的吸附氣泡和積瘤；所述硬質(zhì)粒子的連續(xù)復(fù)合運(yùn)動(dòng)，動(dòng)力來(lái)自兩個(gè)方面一是陰極的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，二是陰極筐的振動(dòng)。本發(fā)明的裝置，主要包括陰極旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置、陰極筐振動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置、溫控裝置、電鑄液過(guò)濾循環(huán)供液系統(tǒng)。采用本發(fā)明的電鑄加工方法及裝置，能以較快的速度制備出組織均勻致密、表面平整光亮的電鑄材料和一次性電鑄成形多(各)種形狀和壁厚的回轉(zhuǎn)體零件。
文檔編號(hào)C25D1/00GK1844475SQ20061003916
公開(kāi)日2006年10月11日 申請(qǐng)日期2006年3月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月29日
發(fā)明者朱荻, 朱增偉, 曲寧松 申請(qǐng)人:南京航空航天大學(xué)