應(yīng)用電刷鍍技術(shù)修復(fù)模具?

張松奇，凌文丹

（鶴壁汽車工程職業(yè)學(xué)院，河南 鶴壁 458030）

0 引言

模具在使用過(guò)程中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)刃口崩刃、變形、表面磨損、表面腐蝕等失效形式，導(dǎo)致模具精度降低和減少使用壽命。為了降低生產(chǎn)成本、縮短模具的制造周期并實(shí)現(xiàn)材料的循環(huán)利用，對(duì)失效的模具進(jìn)行修復(fù)是企業(yè)急需解決的技術(shù)問(wèn)題［1］。

傳統(tǒng)的模具修復(fù)方法有鉗工鑲塊嵌入法和鑲塊粘接法、電鍍法、電火花工藝、熱噴涂法、堆焊技術(shù)、電刷鍍技術(shù)等等。用鉗工鑲塊嵌入法和鑲塊粘接法對(duì)工人的技術(shù)水平要求較高，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，難以普遍適用；用電鍍的方法得到的鍍層很薄（一般不超過(guò)0.3mm），而且與基體結(jié)合不牢固，對(duì)形狀損壞部位難以進(jìn)行針對(duì)性的修復(fù)；用熱噴涂方法得到的噴涂層稀釋率大，降低了基體和材料的性能；采用堆焊方法，熱量注入大，能量不集中，模具熱影響區(qū)域大，模具材料容易產(chǎn)生晶體畸變甚至開(kāi)裂；采用電刷鍍技術(shù)修復(fù)模具，設(shè)備簡(jiǎn)單、工藝靈活、修復(fù)費(fèi)用低，而且修復(fù)后不會(huì)引起基體金屬金相組織的變化，鍍層能夠提高工件的表面強(qiáng)度和耐磨性，因此得到了廣泛的應(yīng)用。

1 電刷鍍技術(shù)

電刷鍍技術(shù)是應(yīng)用電化學(xué)沉積的原理，在導(dǎo)電零件表面上快速沉積金屬鍍層的表面技術(shù)，是表面工程技術(shù)的重要組成部分。電刷鍍的工作原理如圖1所示［2－3］，刷鍍時(shí)電源正極接刷鍍筆，負(fù)極接工件，刷鍍液通過(guò)注液管注入刷鍍筆工作表面，同時(shí)使刷鍍筆以一定的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度在工件表面移動(dòng)，并保持一定的壓力。在刷鍍筆與工件的接觸部位，刷鍍液中的金屬離子在電場(chǎng)的作用下擴(kuò)散到工件表面，并在工件表面獲得電子，再被還原成金屬原子，隨著刷鍍時(shí)間的增加，被還原的金屬原子在工件表面沉積結(jié)晶形成鍍層，從而達(dá)到鍍覆和修復(fù)的目的。

2 電刷鍍技術(shù)的特點(diǎn)

電刷鍍技術(shù)具有如下特點(diǎn)：①設(shè)備簡(jiǎn)單便于攜帶，工藝靈活，不需要特殊熟練的技術(shù)，只要鍍筆能夠觸及的地方均可進(jìn)行鍍覆，因此對(duì)于大型精密模具可就地修復(fù)或不解體修復(fù)；②鍍覆層在工件表面上結(jié)晶沉積，結(jié)合強(qiáng)度高；③水溶液操作，在鍍覆過(guò)程中不存在機(jī)械力，同時(shí)陰、陽(yáng)極的相對(duì)運(yùn)動(dòng)有利于零件散熱，因此不會(huì)引起零部件變形和金相組織變化；④鍍液性能穩(wěn)定，使用時(shí)不需化驗(yàn)和調(diào)整，無(wú)毒，對(duì)環(huán)境污染?。虎莩练e速度快，是槽鍍的10倍～15倍，耗電量是槽鍍的幾十分之一；⑥鍍層厚度的均勻性可以控制，既可均勻地鍍、不均勻地鍍，也可以局部電鍍，鍍后一般不需進(jìn)行機(jī)械加工；⑦能夠鍍性能各異的單金屬、合金鍍層和復(fù)合鍍層。

圖1 電刷鍍的工作原理

3 電刷鍍的工藝過(guò)程

電刷鍍技術(shù)的工藝過(guò)程包括鍍前預(yù)處理、鍍件刷鍍和鍍后處理3大部分，每個(gè)部分又包含幾道工序。

3.1 鍍前預(yù)處理

（1）待鍍工件表面存在毛刺、錐度和疲勞層等缺陷時(shí)可通過(guò)機(jī)械加工，或用手工打磨等方式對(duì)工件進(jìn)行整修，從而獲得理想的幾何形狀，露出基體金屬正常的金相組織，鍍件在整修后要求其表面粗糙度應(yīng)在Ra5μm以下。

（2）工件表面若有油污、銹斑時(shí)會(huì)影響刷鍍效果，因此在刷鍍前應(yīng)對(duì)工件表面進(jìn)行清理。對(duì)于油污可以采用化學(xué)方法進(jìn)行清理；對(duì)于銹斑較厚的工件可以采用砂布打磨、鋼絲刷刷等手工方式，也可以采用噴砂處理等機(jī)械方式清除銹斑。若工件表面油污和銹斑較少，可直接用電凈法和活化法來(lái)進(jìn)行清理。

（3）電凈處理。通過(guò)電解的方法清除零件表面上的油污和雜質(zhì)，電凈結(jié)束用清水清洗干凈后進(jìn)行烘干，保證工件上無(wú)水珠。

（4）活化處理。電凈處理后工件表面可能會(huì)形成氧化膜，通過(guò)活化處理去除氧化膜的同時(shí)使鍍件表面受到輕微腐蝕而呈現(xiàn)出基體金屬的結(jié)晶組織，確保金屬離子能在新鮮的基體表面上還原并與基體牢固結(jié)合，形成結(jié)合強(qiáng)度良好的鍍層。進(jìn)行活化處理時(shí)一般鍍筆接負(fù)極，工件接正極。

3.2 鍍件刷鍍

（1）刷鍍打底層：由于不同的金屬金相組織不同，刷鍍時(shí)鍍層在不同金屬基體上的結(jié)合強(qiáng)度也不同，如有些刷鍍層不能在鋼鐵上直接結(jié)晶沉積，因此在對(duì)鋼件進(jìn)行刷鍍時(shí)應(yīng)先刷鍍一層打底層作為過(guò)渡，厚度一般為0.001mm～0.01mm。

（2）刷鍍工作鍍層：工作鍍層是表面最終刷鍍層，使工件表面滿足所需要的力學(xué)性能、物理性能、機(jī)械性能、化學(xué)性能等特殊要求，根據(jù)鍍層性能的需要來(lái)選擇合適的刷鍍?nèi)芤骸?/p>

3.3 鍍后處理

刷鍍完畢后清除鍍件表面的水跡、殘液痕跡等殘積物，采取烘干、打磨、拋光、涂油等保護(hù)措施，保證刷鍍零件完好如初。

4 電刷鍍技術(shù)在模具修復(fù)中的應(yīng)用實(shí)例

4.1 修復(fù)塑料模具

某公司一套端子護(hù)套模具（材料為45鋼）中的卡槽尺寸出現(xiàn)超差，超差尺寸在0.16mm～0.38mm之間，端子不能在護(hù)套中可靠固定。如果重新開(kāi)模不但成本高，而且制造周期較長(zhǎng)，影響生產(chǎn)進(jìn)度。決定采用電刷鍍技術(shù)將額外的金屬沉積到磨損面上，且沉積的金屬層應(yīng)具有較好的性能以適應(yīng)生產(chǎn)要求，刷鍍完畢后，將多余的金屬鍍層通過(guò)機(jī)加工的方法去除，使模具恢復(fù)到初始的形狀和尺寸精度。其修復(fù)工藝如下：

（1）清理模具型腔。由于在注塑過(guò)程中為了便于脫模，在模具型腔表面涂有脫模劑，因此用丙酮對(duì)模具型腔進(jìn)行清理。為了防止非鍍覆表面受到腐蝕或損壞，用膠帶將鍍覆表面和非鍍覆表面隔開(kāi)。

（2）將工件接負(fù)極，鍍筆接正極，對(duì)工件鍍覆表面進(jìn)行電凈處理。

（3）為了消除鍍覆表面的氧化層和疲勞層，將工件接負(fù)極，鍍筆接正極，用2號(hào)活化液對(duì)鍍覆表面進(jìn)行活化處理，經(jīng)過(guò)10s～15s后鍍覆表面呈現(xiàn)黑灰色。清洗干凈，通過(guò)電源反接用3號(hào)活化液對(duì)工件進(jìn)行活化處理以清除型腔表面的炭黑。

（4）為了使鍍層和基體更好地結(jié)合，鍍覆前在基體上用特殊鎳打底層，厚度為0.005mm。

（5）工件接負(fù)極，鍍筆接正極進(jìn)行鍍覆，直到修復(fù)工作層尺寸。由于該模具型腔尺寸較小，無(wú)法用常規(guī)量具測(cè)量鍍層厚度，利用公式t＝cδS/I（c為耗電系數(shù)，δ為鍍層厚度，S為鍍層面積，I為刷鍍時(shí)的電流）計(jì)算出鍍覆所需時(shí)間［4］，通過(guò)鍍覆時(shí)間來(lái)控制實(shí)際鍍覆層厚度。

（6）對(duì)鍍層進(jìn)行打磨修正并試模檢測(cè)零件尺寸是否合格。經(jīng)過(guò)鍍覆后，模具的強(qiáng)度和耐磨性都得到了提高。

4.2 修復(fù)汽車覆蓋件模具

某汽車模具企業(yè)常用車型發(fā)動(dòng)機(jī)引擎蓋外板修邊模具（材料為T10A鋼），刃口有崩刃現(xiàn)象，造成制件邊緣有毛刺且表面有劃傷的現(xiàn)象。由于該模具尺寸較大，不易搬動(dòng)，因此采用電刷鍍技術(shù)對(duì)破損的修邊鑲塊刃口進(jìn)行修復(fù)。其修復(fù)工藝如下：①對(duì)崩刃部位進(jìn)行機(jī)械打磨、拋光并清除鑲塊表面油污和銹蝕；②用清水沖洗鑲塊表面殘留溶液；③用絕緣膠帶對(duì)非鍍覆表面進(jìn)行保護(hù)，防止非鍍覆表面受到腐蝕或損壞；④電源反接，用1號(hào)活化液對(duì)鑲塊進(jìn)行活化處理，結(jié)束后用清水清洗鑲塊表面殘留活化液；⑤在鍍覆表面鍍覆過(guò)渡層，提高鍍層和基體的結(jié)合能力；⑥電源正接對(duì)鑲塊進(jìn)行鍍鉻，直至符合模具尺寸要求；⑦用清水清洗表面后進(jìn)行烘烤，以提高基體和鍍層的結(jié)合力；⑧對(duì)鍍層進(jìn)行拋光加工，提高鍍層表面粗糙度并試沖裁檢測(cè)零件是否合格。修復(fù)后的刃口具有優(yōu)良的鍍層，且鍍層與鑲塊基體結(jié)合緊密，使刃口具有較高的強(qiáng)度，提高了模具的壽命和經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)論

采用電刷鍍技術(shù)對(duì)模具進(jìn)行刷鍍強(qiáng)化后，由于表面成分及組織的變化以及鍍層具有超細(xì)晶粒，使模具表面硬度顯著提高。鍍層與基體結(jié)合高不易脫落，從而減少了磨損的幾率，表面光潔度的提高又有利于抗表面接觸疲勞，修復(fù)后表面的耐磨性、硬度、粗糙度等都能達(dá)到或超過(guò)原來(lái)的性能指標(biāo)，同時(shí)還具有速度快，對(duì)環(huán)境無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，因此運(yùn)用電刷鍍技術(shù)修復(fù)失效模具得到了廣泛的應(yīng)用。

［1］張松奇，李茜，聶榮森.CimatronE9.0邊界接觸點(diǎn)功能的應(yīng)用研究［J］.機(jī)械工程與自動(dòng)化，2013（5）：206.

［2］王昌福.電刷鍍技術(shù)在模具修復(fù)中的應(yīng)用［J］.科技信息，2008（36）：309－310.

［3］張蓉，賀四清.運(yùn)用電刷鍍技術(shù)修復(fù)失效模具［J］.模具制造，2004（6）：49－50.

［4］梁志杰.電刷鍍修復(fù)模具的三個(gè)實(shí)例［J］.中國(guó)表面工程，2002（1）：49.