电铸加工中模具的加固方法与硬度转化率分析

1.模具零件的电铸成形

模具零件的电铸成形是利用金属制母模作为阴极，在金属盐溶液中通过电化学反应来沉积一定厚度的金属层，然后分离母模制成模具成形零件的工艺方法。

（1）电铸加工的原理 如图3-43所示用导电的母模作阴极，电铸材料作阳极，含电铸材料的金属盐溶液作电铸溶液（溶液中的金属离子必须与阳极的金属材料相同），在直流电源的作用下，金属盐中的金属离子在阴极获得电子而沉积镀覆在作为阴极的母模（型芯）表面。阳极的金属原子失去电子而成为金属的正离子，源源不断地补充到电铸液中，使金属溶液中的金属离子浓度保持基本不变。当母模（型芯）表面的电铸层达到所需要的厚度时取出，将电铸层与母模（型芯）分离，即可获得型面与母模（型芯）凹、凸相反的电铸模具零件的成形型腔。

（2）电铸加工的特点

1）能准确地复制形状复杂的成形表面，制件表面粗糙度小，用同一母模能生产多个模具的电铸零件，且复制精度高，可成形花纹细致的型腔，表面粗糙度可达Ra0.1μm。电铸后，一般不需抛光即可使用。

2）设备简单，操作容易，在一个电铸槽中可同时电铸多个型腔。

3）电铸层硬度可达35～50HRC，即电铸模具零件使用寿命较长。

图3-43 电铸加工

1—电铸槽 2—阳极 3—直流电源 4—电铸层 5—母模（阴极） 6—搅拌器 7—电铸液 8—过滤器 9—泵 10—加热器

4）母模的选材种类多，加工方便。电铸过程母模几乎无损耗，因此母模可重复使用。

5）电铸速度慢；电铸件的尖角和凹槽部位不易获得均匀的铸层；尺寸大而薄的铸件容易变形等。

6）电铸层难以获得均匀的厚度。

7）由于电铸有内应力，加之脱模力的影响，大型或盘形电铸件易变形。

2.电铸法制模的工艺过程

制件图样—母模设计与制造—母模表面前处理—电铸沉积层至规定厚度—衬套加固—脱模—精加工—清洗干燥—成品。(www.xing528.com)

（1）母模设计与制造 母模的尺寸应与型腔一致，沿型腔深度方向应加长4～6mm，以备电铸后切除端面的粗糙部分，母模电铸表面应有15´～30´的脱模斜度，并进行抛光，使表面粗糙度达Ra0.16～0.08μm。母模的轮廓在较深的底部处凸、凹不宜差别过大，并尽量避免有尖角和棱边等应力集中现象。

母模可用金属、合金、塑料、石蜡、石膏、木材、玻璃等材料制造。对于公差要求严格的制品，母模应选择硬质材料制造。

（2）电铸金属及电铸溶液 常用的电铸金属有铜、镍和铁三种，为了提高模具的硬度和耐磨性，电铸之前镀一层0.008～0.01mm的硬铬。相应的电铸溶液为含有所选用电铸金属离子的硫酸盐、氨基磺酸盐和氧化物等的水溶液。

（3）前处理 母模表面的前处理包括镀分离层、表面防水处理和镀导电层等。①金属母模表面要进行抛光及随后的去除油脂，然后彻底水洗去除碱性水溶液。经酸洗活化处理并冷水洗净后，镀分离层（一般为控制在小于0.01mm的油层、石蜡层、硫化物层、石墨层或二硫化钼层等）。②非金属母模的前处理，一般为防水处理和镀导电层。如母模用木材和石膏制作，则表面应进行浸渍石蜡或喷涂油漆等的防水处理。表面镀导电层一般是化学镀，如利用镍、铜、银、铁等金属还原成几微米的沉积层。随之水洗干净后，在小电流、无搅拌的预铸槽中预铸0.5～1h，层厚达10～15μm。然后转入较高电流密度、强力搅拌的终铸槽中进行正式电铸。

（4）电铸沉积 为了加速金属沉积通常在高密度电流的条件下进行，并持续数小时，甚至数昼夜。由于阴极和阳极效率不同，电铸液的成分会发生明显变化。因此，要经常调整电铸液成分。

电铸形状复杂的模具时，必须考虑金属沿母模表面分布的均匀性，而这一点又取决于电铸液的分散能力，以及母模与电极的相对位置和阴极电流的输入方法等因素。因此，电铸沉积时，需要强力搅动电铸液，以提高电铸液的分散度等工作参数。电铸所用电铸液的成分配比在有关电镀手册中可查得。

（5）衬背、脱模和精加工 有些电铸件电铸成形之后，需要用其他材料在其背面加固（称为衬背），提高刚度和强度以防止变形，然后再对电铸件进行机械精加工和脱模。

常用的加固方法有喷涂金属、铸铝、无机粘结剂层（厚度0.2～0.3mm），浇环氧树脂或低熔点合金（一般浇注在电铸电极的内壁，防止电加工时电极变形）等，见表3-10。

表3-10 电铸成形模的加固方法

电铸成形的模具，加固和机械加工后，一般是镶入模套内加固使用。脱模是最后一道工序，通常在镶入模套后进行。这样有利于在机械加工中避免发生变形和损坏以及加力进行脱模。

脱模方法，一般采用捶打、加热-冷却、或用脱模架拉出等。具体采用哪种方法，视母模材料不同而合理选择。图3-44所示为电铸模结构和脱模架。使用时，拧转脱模架的螺钉，就可以将母模从电铸件中取出。

图3-44 电铸模结构与脱模架

1—脱模架 2—母模 3—电铸型腔 4—无机粘结剂 5—模套 6—垫板