CN102400186A - 电铸镍加工制模技术 - Google Patents

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倪忠
季飞
梅文
黄晓冬
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Abstract

本发明公开了一种电铸镍加工制模技术，属于通过化学电铸方法加工生产尺寸精细的零部件模具的技术领域，其特征在于是通过以下的步骤进行的(1)将有机玻璃加工成与所需产品形状与尺寸相同的模芯；(2)通过化学成型法在所述模芯上镀一层银；(3)利用模芯外的银层作为电极，将其完全浸入化学电铸液进行电铸镍，在所述模芯外沉积一定结构厚度的镍电铸型腔；(4)后处理精加工形成固定形状的镍电铸型腔。本发明方法可用于生产类似汽车仪表盘计量公里数的传动件模具，由于此类部件对精确度要求较高，本方法使得传统的机械加工方法变成化学制备模具铸型的生产方法，生产产量提高了20-30倍，产品原材料价格是传统方法的五分之一。

Description

电铸镍加工制模技术
技术领域
本发明涉及一种利用化学电铸镍的方法，加工精细零件的生产模具的方法，特别涉及一种电铸镍加工制模技术。
背景技术
汽车与摩托车上计量公里数的仪表盘需要使用传动件，一般所使用的传动件通常是蜗轮蜗杆的传动。而蜗轮蜗杆的传动是需要满足其正确的啮合条件，才能保证其精确的工作。所以在生产配套的蜗轮蜗杆时，需要对其进行反复的精加工，以满足其啮合条件。
传统的汽车与摩托车的相应仪表盘的传动件通常使用金属的蜗轮蜗杆，对于金属蜗轮蜗杆的生产方法可以概括为机械加工方法，具体为将金属原料进行车、切、削等传统工艺，有些先进的生产商也可以进行数控的机械加工生产，生产的零部件精确度较高，但是相应的成本也较高，并且造成了原材料金属的大量浪费，精加工的时间也很长，生产效率低。由于汽车制造本身的成本已经很高，所以汽车制造商对其供应各部件的供应商们提出的降低成本的要求也越来越高。
在近几年，为了节省成本和提高生产效率，通过制造商和研究人员的各种实验，诸如此类传动件可以不使用金属原料，转而使用塑料为原料，生产的蜗轮蜗杆装配在相应的传动轴上与金属蜗轮蜗杆产生的效果相同，进而渐渐地，这种成本低、易生产的塑料蜗轮蜗杆已经逐渐取代金属蜗轮蜗杆在传动部件上的地位。
然而，由于原料变成了塑料，传统的机械加工方法已经不适合生产，而塑料的特性是易于注塑成形，所以采用模具注塑生产代替金属加工将大量提高产量。于是，精确模具的制作将是非常重要的关键点。
发明内容
本发明提供一种电铸加工制模技术，解决的技术问题是利用化学电铸镀镍来制备模具，代替传统的机械加工工艺，利用上述模具来制备精确形状及尺寸的零部件或者需要高度配合的配套零部件，使此类零部件的生产产量提高20-30倍，原料成本是原来机械加工的五分之一。
本发明是通过以下的技术方案实现的：
一种电铸镍加工制模技术，是通过以下的步骤实现的：
(1)模芯的制备：注塑有机玻璃，使其加工成与所需产品形状与尺寸相同的模芯，然后进行活化处理；
(2)化学镀银：将所述模芯完全浸入镀银电解液，在温度为23-26℃之间，进行化学镀银，直至模芯表面产生一层光亮的银膜，停止镀银；
(3)电铸型腔：利用模芯外的银膜作为电极，将模芯完全浸入化学电铸液进行电铸镍，在所述模芯外沉积一定结构厚度的镍电铸型腔；
(4)后处理精加工：加热使有机玻璃模芯软化后，再降温固化收缩定型，使其与镍电铸型腔形成间隙后，拉出模芯，形成固定形状的镍电铸型腔。
所述步骤(1)中模芯的制备，由于原料有机玻璃极易成型，则选择对有机玻璃采用注塑的方法进行制备，加工成型后也可以采用车、切、削等机械加工的方式进行精加工，所制作的模芯与所需产品均可以在各项技术指标测试中保持在±0.02之间的误差。
所述步骤(1)中的模芯在制备完成后，进行手工除油，即将其放入皂粉浸没0.5-1小时，之后用毛刷擦洗干净，再用流水冲洗后，转入活化处理，活化处理时间为0.5-1小时。
所述步骤(2)中的镀银电解液由以下配方组成：
a、硝酸银10g，溶于50ml水中所配制的硝酸银溶液；
b、氢氧化钾10g，溶于40ml水中所配制的氢氧化钾溶液；
c、无水葡萄糖6g，溶于100ml水中所配制的葡萄糖溶液。
其中葡萄糖溶液作为还原剂。
所述步骤(2)中的化学镀银的具体方法是：取一个容器倒入500ml蒸馏水，取所述a、b、c溶液各25-30ml同时倒入容器，再取氨水25-30ml倒入容器，将上述溶液搅拌清止，然后把处理好的镀件有机玻璃模芯浸入，不出液面，亦不接触容器壁和底面，接上电源，在容器进行电镀镀银，后再次取溶液c为70-80ml倒入容器，2-3分钟后形成一层光亮导电银膜，取出用水冲洗，凉干后转入电铸。
进行化学镀银的目的是在有机玻璃模芯上形成银电极，这样可以配合下一步骤电铸型腔，由于电铸型腔也是通过化学电解液电铸将镍堆积在模芯上，所以根据金属的还原性，采用银电极进行置换极佳。
所述步骤(3)中的化学电铸液由以下配方组成：硫酸镍160-200g/L、氯化纳15-25g/L、硼酸30-40g/L、硫酸镁15-25g/L、硫酸钠50-70g/L、十二烷基硫酸钠0.3-0.8g/L、1、4-丁炔二醇0.3-0.5g/L、糖精0.3-1g/L，将上述原料溶解在1000ml的蒸馏水中配制成化学电铸液。
所述步骤(3)中的电铸镍过程所采用的电铸容器是防酸陶瓷缸。
所述步骤(3)中电铸镍的具体方法是：将所述化学电铸液全部倒入防酸陶瓷缸内，接上电源，在防酸陶瓷缸内以所述模芯外覆的银膜作为阴极，金属镍作为阳极，将模芯完全浸入，在所述化学电铸液中进行电铸，调节温度、pH值和电流密度，将金属镍堆积在所述模芯外面，形成一定结构厚度的镍电铸型腔。
上述一定结构厚度的镍电铸型腔可以通过调节电压从而控制电流，以此控制镍的堆积速度，可以根据所要制备的模具的规格，决定堆积的厚度，从而适时停止电铸过程。本发明通过电流的控制优选为电铸过程所堆积的镍是内硬外软的，这样内硬部分既保证了电铸型腔的稳定形状，又可以在后续精加工过程中将外软的部分完善精确的形状；并且由于在电铸型腔最后还要进行后处理精加工，所以所堆积的镍最好有足够的量来满足精加工的切削过程。
所述电铸过程的温度调节为40-70℃；pH值调节到4-5；电流密度调节到0.3-5A/dm2。
所述步骤(4)中后处理精加工的处理过程优选为在脱出模芯前进行一次粗加工，并且有精加工余量。经加热软化后，再固化收缩形成间隙后，拉出模芯。
本发明的有益效果为：
(1)通过制备一种新型的模具，将原有机械加工生产精密部件的工艺转变成大规模模具加工生产，生产效率提高了20-30倍，产品的原材料价格是原来的1/5价格。
(2)采用本发明的方法所生产的电铸型腔可以自行调节硬度，内部硬度良好，经测试可以达到洛氏硬度内部高HRC48°-52°，外形硬度低HRC18°-22°，可以很好的成型所需的精密零部件。
(3)采用本发明的电铸工艺生产的各种结构件及装饰件具有精度高，质量好、光洁度高、不变形的模具型腔。同时能在电铸过程中直接铸出型腔表面的耐磨硬度层。提高型腔的使用寿命，生产出来的产品由原来的金属件产品变成塑料件产品。在加工速度和生产成本上有了质的飞跃，带来可观的经济效益。
具体实施方式
以下将结合生产塑料蜗轮蜗杆的模具为例，电铸塑料蜗轮蜗杆的模具，对本发明做进一步说明。
实施例1
(1)模芯的制备：选择主要技术参数为长度是40mm，螺旋齿是10个，齿形角α是20°的蜗杆为参照物产品，按照所需参照物蜗杆的形状和尺寸，采用有机玻璃进行注塑同样技术参数的蜗杆，加工成型后采用切削的方式进行精加工，得到有机玻璃模芯，筛选出其中技术参数为长度是39.98-40.02mm，齿形角为19.98-20.02°，螺旋齿数是10个的模芯，将上述模芯放入皂粉浸没0.5小时，之后用毛刷擦洗干净，再用流水冲洗后，转入硝酸银溶液中进行活化处理，活化处理时间为1小时。
(2)化学镀银：配制镀银电解液，具体为：a、硝酸银10g，溶于50ml水中所配制的硝酸银溶液；b、氢氧化钾10g，溶于40ml水中所配制的氢氧化钾溶液；c、无水葡萄糖6g，溶于100ml水中所配制的葡萄糖溶液。取一个1000ml容器倒入500ml蒸馏水，取所述a、b、c溶液各25ml同时倒入容器，再取氨水30ml倒入容器，将上述溶液搅拌清止，然后把处理好的镀件有机玻璃模芯浸入，不出液面，亦不接触容器壁和底面，接上电源，设置温度为23℃在容器进行电镀镀银，后再次取溶液c为70ml倒入容器，2分钟后形成一层光亮导电银膜，停止电镀，取出模芯用水冲洗，凉干后转入电铸。
(3)电铸型腔：配制化学电铸液，具体为：硫酸镍160g/L、氯化纳15g/L、硼酸30g/L、硫酸镁15g/L、硫酸钠50g/L、十二烷基硫酸钠0.3g/L、1、4-丁炔二醇0.3g/L、糖精0.3g/L，将上述原料溶解在1000ml的蒸馏水中配制成化学电铸液，转入防酸陶瓷缸，接上电源，在防酸陶瓷缸内以所述模芯外覆的银膜作为阴极，金属镍作为阳极，将模芯完全浸入，在所述化学电铸液中进行电铸，将金属镍堆积在所述模芯外面，并且按照表1进行调节。
表1
  天数   温度(℃)   电压(V)   PH值
  1-2天   45   1.4   4.5
  3-4天   48   1.4   4-4.5
  5-6天   50   1.6   4-4.5
  7-8天   52   2   4-4.5
  9-10天   55   2   4-4.5
  10-11天   55   2.5   4-4.5
上述的电压调节，使电流始终保持在0.3-5A/dm2之间，根据螺杆参照物的技术参数，选择电铸镍11天，堆积的镍的厚度为30mm，经洛氏硬度(HRC)测试，内部15mm的硬度是50°，外部10mm的硬度是20°。
(4)后处理精加工：加热使有机玻璃模芯软化后，再降温固化收缩定型，使其与镍电铸型腔形成间隙后，拉出模芯，形成固定形状的镍电铸型腔。
实施例2
(1)模芯的制备：选择主要技术参数为长度是50mm，螺旋齿是15个，齿形角α是18°的蜗杆为参照物产品，按照所需参照物蜗杆的形状和尺寸，采用有机玻璃进行注塑同样技术参数的蜗杆，加工成型后采用切削的方式进行精加工，得到有机玻璃模芯，筛选出其中技术参数为长度是49.98-50.02mm，齿形角为17.98-18.02°，螺旋齿数是15个的模芯，将上述模芯放入皂粉浸没1小时，之后用毛刷擦洗干净，再用流水冲洗后，转入硝酸银溶液中进行活化处理，活化处理时间为0.75小时。
(2)化学镀银：配制镀银电解液，具体为：a、硝酸银10g，溶于50ml水中所配制的硝酸银溶液；b、氢氧化钾10g，溶于40ml水中所配制的氢氧化钾溶液；c、无水葡萄糖6g，溶于100ml水中所配制的葡萄糖溶液。取一个1000ml容器倒入500ml蒸馏水，取所述a、b、c溶液各30ml同时倒入容器，再取氨水25ml倒入容器，将上述溶液搅拌清止，然后把处理好的镀件有机玻璃模芯浸入，不出液面，亦不接触容器壁和底面，接上电源，设置温度为25℃，在容器进行电镀镀银，后再次取溶液c为80ml倒入容器，3分钟后形成一层光亮导电银膜，停止电镀，取出模芯用水冲洗，凉干后转入电铸。
(3)电铸型腔：配制化学电铸液，具体为：硫酸镍200g/L、氯化纳25g/L、硼酸40g/L、硫酸镁25g/L、硫酸钠70g/L、十二烷基硫酸钠0.8g/L、1、4-丁炔二醇0.5g/L、糖精0.8g/L，将上述原料溶解在1000ml的蒸馏水中配制成化学电铸液，转入防酸陶瓷缸，接上电源，在防酸陶瓷缸内以所述模芯外覆的银膜作为阴极，金属镍作为阳极，将模芯完全浸入，在所述化学电铸液中进行电铸，将金属镍堆积在所述模芯外面，并且按照表2进行调节。
表2
  天数   温度(℃)   电压(V)   PH值
  1-2天   45   1.4   4.5
  3-4天   48   1.4   4-4.5
  5-6天   50   1.6   4-4.5
  7-8天   60   2   4-4.5
  9-10天   55   2   4-4.5
上述的电压调节，使电流始终保持在0.3-5A/dm2之间，根据螺杆参照物的技术参数，选择电铸镍10天，堆积的镍的厚度为35mm，经洛氏硬度(HRC)测试，内部15mm的硬度是52°，外部10mm的硬度是22°。
(4)后处理精加工：后处理精加工：加热使有机玻璃模芯软化后，再降温固化收缩定型，使其与镍电铸型腔形成间隙后，拉出模芯，形成固定形状的镍电铸型腔。
实施例3
(1)模芯的制备：选择主要技术参数为长度是45mm，螺旋齿是8个，齿形角α是20°的蜗杆为参照物产品，按照所需参照物蜗杆的形状和尺寸，采用有机玻璃进行注塑同样技术参数的蜗杆，加工成型后采用切削的方式进行精加工，得到有机玻璃模芯，筛选出其中技术参数为长度是44.98-45.02mm，齿形角为19.98-20.02°，螺旋齿数是8个的模芯，将上述模芯放入皂粉浸没45分钟，之后用毛刷擦洗干净，再用流水冲洗后，转入硝酸银溶液中进行活化处理，活化处理时间为50分钟。
(2)化学镀银：配制镀银电解液，具体为：a、硝酸银10g，溶于50ml水中所配制的硝酸银溶液；b、氢氧化钾10g，溶于40ml水中所配制的氢氧化钾溶液；c、无水葡萄糖6g，溶于100ml水中所配制的葡萄糖溶液。取一个1000ml容器倒入500ml蒸馏水，取所述a、b、c溶液各28ml同时倒入容器，再取氨水28ml倒入容器，将上述溶液搅拌清止，然后把处理好的镀件有机玻璃模芯浸入，不出液面，亦不接触容器壁和底面，接上电源，设置温度为26℃，在容器进行电镀镀银，后再次取溶液c为75ml倒入容器，2分钟后形成一层光亮导电银膜，停止电镀，取出模芯用水冲洗，凉干后转入电铸。
(3)电铸型腔：配制化学电铸液，具体为：硫酸镍180g/L、氯化纳20g/L、硼酸35g/L、硫酸镁20g/L、硫酸钠60g/L、十二烷基硫酸钠0.6g/L、1、4-丁炔二醇0.4g/L、糖精0.7g/L，将上述原料溶解在1000ml的蒸馏水中配制成化学电铸液，转入防酸陶瓷缸，接上电源，在防酸陶瓷缸内以所述模芯外覆的银膜作为阴极，金属镍作为阳极，将模芯完全浸入，在所述化学电铸液中进行电铸，将金属镍堆积在所述模芯外面，并且按照表3进行调节。
表3
  天数   温度(℃)   电压(V)   PH值
  1-2天   45   1.4   4.5
  3-4天   48   1.4   4-4.5
  5-6天   50   1.6   4-4.5
  7-8天   55   2   4-4.5
  9-10天   68   2   4-4.5
  10-11天   55   2.5   4-4.5
上述的电压调节，使电流始终保持在0.3-5A/dm2之间，根据螺杆参照物的技术参数，选择电铸镍11天，堆积的镍的厚度为40mm，经洛氏硬度(HRC)测试，内部15mm的硬度是51°，外部10mm的硬度是22°。
(4)后处理精加工：后处理精加工：加热使有机玻璃模芯软化后，再降温固化收缩定型，使其与镍电铸型腔形成间隙后，拉出模芯，形成固定形状的镍电铸型腔。
采用上述实施例1-3所制备的镍电铸型腔为模具，分别生产与各实施例对应的蜗杆，生产后经测试，所要求的主要技术指标也均保持在误差在±0.02之间。
再分别使用与对应实施例1-3相同的工艺、镀银电解液、化学电铸液的生产方法，生产配套的涡轮镍电铸型腔，并且采用此镍电铸型腔为模具，生产涡轮，所生产的涡轮与其技术指标的误差在±0.02之间，并且与对应配合的上述实施例中的蜗杆的啮合导程角的误差也在±0.05之间。
采用本发明的电铸工艺生产的各种结构件及装饰件具有精度高，质量好、光洁度高、不变形的模具型腔。同时能在电铸过程中直接铸出型腔表面的耐磨硬度层。提高型腔的使用寿命，生产出来的产品由原来的金属件产品变成塑料件产品。在加工速度和生产成本上有了质的飞跃，带来可观的经济效益。

Claims (10)

1.一种电铸镍加工制模技术，其特征在于是通过以下的步骤实现的：
(1)模芯的制备：注塑有机玻璃，使其加工成与所需产品形状与尺寸相同的模芯，然后进行活化处理；
(2)化学镀银：将所述模芯完全浸入镀银电解液，在温度为23-26℃之间，进行化学镀银，直至模芯表面产生一层光亮的银膜，停止镀银；
(3)电铸型腔：利用模芯外的银膜作为电极，将模芯完全浸入化学电铸液进行电铸镍，在所述模芯外沉积一定结构厚度的镍电铸型腔；
(4)后处理精加工：加热使有机玻璃模芯软化后，再降温固化收缩定型，使其与镍电铸型腔形成间隙后，拉出模芯，形成固定形状的镍电铸型腔。
2.如权利要求1所述的电铸镍加工制模技术，其特征在于所述步骤(1)中的模芯在制备完成后，进行手工除油，既是将其放入皂粉浸没0.5-1小时，之后用毛刷擦洗干净，再用流水冲洗后，转入活化处理，活化处理时间为0.5-1小时。
3.如权利要求1所述的电铸镍加工制模技术，其特征在于所述步骤(2)中的镀银电解液由以下配方组成：
a、硝酸银10g，溶于50ml水中所配制的硝酸银溶液；
b、氢氧化钾10g，溶于40ml水中所配制的氢氧化钾溶液；
c、无水葡萄糖6g，溶于100ml水中所配制的葡萄糖溶液。
4.如权利要求1或权利要求3所述的电铸镍加工制模技术，其特征在于所述步骤(2)中的化学镀银的具体方法是：取一个容器倒入500ml蒸馏水，取所述硝酸银溶液、氢氧化钾溶液、葡萄糖溶液各25-30ml同时倒入容器，再取氨水25-30ml倒入容器，将上述溶液搅拌清止，然后把处理好的镀件有机玻璃模芯浸入，不出液面，亦不接触容器壁和底面，接上电源，在容器进行电镀镀银，后再次取溶液葡萄糖溶液为70-80ml倒入容器，2-3分钟后形成一层光亮导电银膜，取出用水冲洗，凉干后转入电铸。
5.如权利要求1所述的电铸镍加工制模技术，其特征在于所述步骤(3)中的化学电铸液由以下配方组成：硫酸镍160-200g/L、氯化纳15-25g/L、硼酸30-40g/L、硫酸镁15-25g/L、硫酸钠50-70g/L、十二烷基硫酸钠0.3-0.8g/L、1、4-丁炔二醇0.3-0.5g/L、糖精0.3-1g/L，将上述原料溶解在1000ml的蒸馏水中配制成化学电铸液。
6.如权利要求1所述的电铸镍加工制模技术，其特征在于所述步骤(3)中的电铸镍过程所采用的电铸容器是防酸陶瓷缸。
7.如权利要求1或权利要求5所述的电铸镍加工制模技术，其特征在于所述步骤(3)中电铸镍的具体方法是：将所述化学电铸液全部倒入防酸陶瓷缸内，接上电源，在防酸陶瓷缸内以所述模芯外覆的银膜作为阴极，金属镍作为阳极，将模芯完全浸入，在所述化学电铸液中进行电铸，调节温度、pH值和电流密度，将金属镍堆积在所述模芯外面，形成一定结构厚度的镍电铸型腔。
8.如权利要求7所述的电铸镍加工制模技术，其特征在于所述的一定结构厚度的镍电铸型腔可以通过调节电压从而控制电流密度，以此控制镍的堆积速度和厚度。
9.如权利要求8所述的电铸镍加工制模技术，其特征在于所述电流密度控制调节到0.3-5A/dm2。
10.如权利要求7所述的电铸镍加工制模技术，其特征在于所述电铸过程的温度调节为40-70℃；pH值调节到4-5。
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