薄壁金半球殼鍍金沉積法制造技術(shù)研究

蘭成均 吳志勇

（中國(guó)工程物理研究院機(jī)械制造工藝研究所，四川綿陽(yáng)621900）

高精度、小尺寸、薄壁純金球殼的制造，是對(duì)傳統(tǒng)薄壁件制造工藝一次嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。如果采用純機(jī)械加工的方式，由于壁厚太薄，以目前常用的機(jī)械加工設(shè)備和工藝手段，在毛坯選擇、工裝設(shè)計(jì)、刀具選擇等方面都有較大的難度，且采用切削加工，余量去除較多，由于材料價(jià)格昂貴，成本也將大幅度上升。因此在制造過(guò)程中應(yīng)盡量避免采用純切削加工的方式，而考慮其他成型方式。研究金層沉積技術(shù)與精密制造技術(shù)相結(jié)合是解決這些問(wèn)題的有效途徑之一。本文研究的零件結(jié)構(gòu)為薄壁金半球殼，壁厚為0.05 mm，球殼半徑為SR2和SR4，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1 制造技術(shù)方案

1.1 技術(shù)路線(xiàn)

通過(guò)對(duì)薄壁金半球殼的結(jié)構(gòu)工藝性分析，制造過(guò)程應(yīng)盡量避免使用機(jī)械加工的方式。本文的技術(shù)方案是通過(guò)采用在黃銅胎上沉積金的工藝方法來(lái)制備薄壁金殼。原理如圖2，主要工藝技術(shù)路線(xiàn)如圖3。首先按金殼內(nèi)外R精加工厚度為2 mm的黃銅胎，然后在黃銅內(nèi)外表面沉積金層，根據(jù)測(cè)量的金層厚度精加工（或光整加工）內(nèi)外表面保證金層厚度0.05 mm，最后溶解去除黃銅獲得金半球殼。

1.2 黃銅胎加工控制

黃銅胎的設(shè)計(jì)如圖4，一件黃銅上分別制備SR2和SR4的半球殼各一件。并為電鍍?cè)O(shè)計(jì)3－Ф2 mm的吊裝孔，為考察不同電鍍參數(shù)的鍍層質(zhì)量，共加工試驗(yàn)件3件。

1.3 電鍍沉積試驗(yàn)

電鍍前先充分電解活化槽液，試鍍合格后再正式鍍?cè)嚰?/p>

試件1#:采用常規(guī)單脈沖電源電鍍，電流0.03 A，時(shí)間400 min。

表1 不同部位的鍍層實(shí)測(cè)值 mm

試件2#:采用正反雙脈沖法電鍍:正向，電流0.04 A，占空比10%，導(dǎo)通時(shí)間100 ms;反向，電流0.01 A，占空比10%，導(dǎo)通時(shí)間10 ms;電鍍時(shí)間360 min。

試件3#:采用正反雙脈沖法電鍍:正向，電流0.03 A，占空比10%，導(dǎo)通時(shí)間100 ms;反向，電流0.01 A，占空比10%，導(dǎo)通時(shí)間10 ms;電鍍時(shí)間600 min。

2 結(jié)果分析

2.1 厚度尺寸

電鍍后對(duì)SR2 mm、SR4.05 mm 球面的 20°、45°、60°、80°截面實(shí)測(cè)值如表1（鍍后未進(jìn)行切削加工）。

從鍍后的實(shí)測(cè)值可以看出，電鍍方式對(duì)鍍金層的厚度影響不大，影響鍍金層厚度的主要因素是電鍍時(shí)間。同時(shí)，同一種電鍍參數(shù)在球殼的不同部位鍍層厚度也有較大的差異。

在電鍍過(guò)程中，黃銅胎作為陰極，被鍍金屬金作為陽(yáng)極，陰極電流分布是決定金沉積層質(zhì)量的主要因素之一。影響陰極電流分布的因素包括陽(yáng)極形狀尺寸、被鍍零件黃銅胎的形狀尺寸及其在槽中的位置、與陽(yáng)極的距離、被鍍零件表面質(zhì)量等等。金層在黃銅胎上分布的情況，是決定鍍后半球殼質(zhì)量的一個(gè)重要方面。由于任何鍍液都存在電阻，形狀較復(fù)雜黃銅胎被鍍表面各部分到陽(yáng)極的距離不同，即其電阻不等，在鍍槽電壓一定的條件下，根據(jù)歐姆定律它們通過(guò)的電流也不相等。因此，如果不考慮電流效率的影響，黃銅胎上不同部位所沉積的金層的多少有一定的差異，所以黃銅胎上不同部位獲得的鍍層總存在著厚薄不均的現(xiàn)象。

2.2 表面形貌

SR2 mm和SR4 mm的半球殼通過(guò)體視顯微鏡觀(guān)察，SR4 mm的球頂位置有組織疏松現(xiàn)象，致密度不如金箔或金板，如圖5、圖6所示。由于黃銅含有鋅，在溶解時(shí)快慢不一，影響金層的表面質(zhì)量，鍍金的銅胎采用純銅或無(wú)氧銅效果可能會(huì)更好。在10倍放大以后，可以看到球面上有明顯的加工刀紋，這是由于銅胎的球面粗糙度為Ra0.8 μm，表面刀紋直接復(fù)印到了金殼表面。因此，黃銅胎的表面粗糙度至少需要提高2至3個(gè)等級(jí)，應(yīng)提高到Ra0.1～0.2 μm左右，工藝上可以考慮采用化學(xué)拋光的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)粗糙度的改善。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)工藝驗(yàn)證試驗(yàn)表明，采用在黃銅胎上鍍金的工藝手段制備薄壁金半球殼是可行的。采用該方法可以獲得厚度為0.05 mm甚至更薄的半球殼，工藝操作相對(duì)簡(jiǎn)單，制造成本較低。同時(shí)，電鍍沉積結(jié)合精密加工技術(shù)研究薄壁金殼的制備方法可以為薄壁殼體的制造提供一種新的技術(shù)途徑。

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