專利名稱：電鑄復合加工設備的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種電鑄復合加工設備，屬電鑄加工領域，是一種將多 頻超聲耦合作用于電鑄過程以改善電鑄產品品質的電鑄復合加工設備。
背景技術：
電鑄是利用金屬離子在陰極表面電沉積的原理來精確復制某些復雜或特 殊形狀工件的一種特種加工方法。電鑄由于具有很高的復制精度和重復精度， 因而在航空、航天、兵器、精密儀器儀表、生物醫療器械等工業領域有著廣 泛的應用前景。但電鑄加工也存在著一些缺陷和局限性，主要表現在(1) 由于電流的邊緣效應，使得電力線易在芯模尖角、邊緣處集中，加上槽側壁 對槽底的屏蔽作用，致使槽底電力線較稀疏，從而導致電鑄層均勻性差，組 織致密度低；(2)金屬離子沉積過程中，從陰極表面析出的氫氣等氣體，會 滯留在陰極表面而引起氫脆，造成鑄層表面出現麻點、結瘤等缺陷，并降低 了金屬的沉積速度；(3)由于電鑄適用的電流密度較低，使得金屬沉積速度 慢，導致加工周期長等。目前，國內外研究人員和企業提出了許多獲得良好 鑄層的實用電鑄技術和方法，如對電鑄液進行攪拌、采用脈沖電鑄工藝、象 形陽極、組合電鑄工藝等， 一定程度上減少了傳統電鑄工藝的缺陷。
實用新型內容
本實用新型的目的提供一種將多頻超聲耦合作用于電鑄過程以改善電鑄 產品品質的電鑄復合加工設備。
本實用新型的目的是按以下方式實現的， 一種電鑄復合加工設備，包括電鑄芯模支托裝置和電鑄槽，在電鑄芯模支托裝置上或/和電鑄槽內設置有換 能器裝置，換能器裝置的換能器與超聲波發生器電連接，在電鑄芯模四周的 電鑄槽內設置有至少一個電鑄陽極，電鑄芯模和電鑄陽極分別與電鑄電源的 負極和正極連接。
所述的超聲波發生器為頻率可調超聲波發生器。
所述的電鑄槽內的換能器裝置設置在電鑄槽內的側壁面和/或底面上。
所述電鑄槽內的換能器裝置由密封盒體和換能器排構成，各換能器排分 別粘貼在密封的盒體內表面朝向電鑄槽內 一側。
所述電鑄槽內的側壁面的換能器裝置的密封盒體通過固定在側面的側滑 動軌道可移動地固定在側壁面上，所述電鑄槽內的底面的換能器裝置的密封 盒體通過固定在底面的底滑動軌道可移動地固定在底面上。
所述電鑄芯模支托裝置上的換能器裝置由換能器及其串連的變幅桿構成。
所述的電鑄芯模支托裝置為旋轉式電鑄芯模支托裝置。
本實用新型通過陰極超聲與槽式超聲組成的多頻超聲輻照系統交變耦合 作用于電鑄過程，利用陰極芯模的超聲振動和電解槽的超聲振動產生更多的 空化事件，獲得增強的超聲空化效應，從而加強對電鑄芯模表面的沖擊和擾 動作用，有效驅除電極表面的氣泡，保持電流順利通過電極，提高陽離子至 陰極的移動速度，減少濃度極化，進而加快電鑄速度，使金屬電結晶的晶粒 細化，獲得表面平整、組織均勻致密的電鑄產品。
圖1是本實用新型的電鑄復合加工設備的結構示意圖。圖2是陽極為板狀時，陰極、陽極布置實施圖。
圖3是陽極為顆粒狀時，陰極、陽極布置實施圖。
具體實施方式
圖1~圖3中標號1、電機，2、減速裝置，3、聯軸器，4、空心套筒，5、 超聲波發生器，6、變幅桿，7、碳刷，8、電源，9、陽極，10、槽側換能器 排，11、電鑄液，12、槽底換能器排，13、電鑄槽，14、槽底滑動軌道，15、 槽側滑動軌道，16、電鑄芯模(陰極)，17、連接器，18、法蘭盤，19、換 能器，20、吊籃，21、粒狀陽極。
圖1為本電鑄復合加工設置示意圖，包括電鑄芯模支托裝置和電鑄槽13， 在電鑄芯模支托裝置上和電鑄槽內設置有換能器裝置，換能器裝置的換能器 與各超聲波發生器5電連接。作為一種典型實施方式，較佳的做法是在電鑄 芯模支托裝置上和電鑄槽內均設置有換能器裝置，為了便于調節超聲功率， 超聲波發生器為頻率可調超聲波發生器。電鑄槽內的換能器裝置設置在電鑄 槽內的側壁面和底面上。電鑄槽內的換能器裝置由密封盒體和換能器排構成， 各換能器排分別粘貼在密封的盒體內表面朝向電鑄槽內一側。電鑄槽內的側 壁面的換能器裝置的密封盒體通過固定在側面的側滑動軌道可移動地固定在 側壁面上，電鑄槽內的底面的換能器裝置的密封盒體通過固定在底面的底滑 動軌道可移動地固定在底面上。電鑄芯模支托裝置上的換能器裝置由換能器 及其串連的變幅桿構成。電鑄芯模支托裝置為旋轉式電鑄芯模支托裝置，由 電機l、減速裝置2、空心套筒4、換能器19、變幅桿6、電鑄芯模16、連接 器17組成。換能器19的下端與變幅桿6上端連接，變幅桿6下端穿出空心 套筒4，并通過連接器17與電鑄芯模16相連，變幅桿6通過位于其節點處的法蘭盤18固定在空心套筒4上。換能器19與超聲波發生器5連接，電機1 帶動減速裝置2并通過聯軸器3與空心套筒4相連。電鑄芯模16通過碳刷7 與電源8負極相連，陽極9與電源8正極相連，兩者平行插于電鑄液ll內。 工作時電鑄芯模16—邊做縱向超聲振動， 一邊根據鑄件形狀或工藝要求受電 機1的驅動下旋轉或靜止。
電鑄槽13內盛有電鑄液11,并設有槽側換能器IO和槽底換能器12，側 換能器10和槽底換能器12均與其超聲波發生器5連接。盛滿電鑄液11的電 鑄槽13的內底面和內側面固定有側滑動軌道15和底滑動軌道14，側換能器 10和底換能器12分別粘貼在密封的盒體內表面組成換能器裝置。電鑄槽一側 布置有側換能器10并通過側滑動軌道15與電鑄槽滑動連接，并可沿槽側壁 上下滑動；槽底換能器12與電鑄槽13通過槽底滑動軌道14組成滑動連接， 并可沿槽底滑動。側面及底面的換能器IO、 12工作時可在不同位置對電鑄液 11產生不同強度和不同頻率的超聲作用。
圖2是陽極為板狀時，陰極、陽極布置實施示意圖。本實施例中，換能 器19的下端與變幅桿6上端連接，變幅桿6下端與電鑄芯模16相連，電鑄 芯模16與電源8負極相連，陽極9與電源8正極相連，本實施圖采用了四個 陽極時的布置形式，陽極、陰極平行插入電鑄液ll中，陰極位于電鑄槽中心， 陽極以陰極為中心并沿電鑄槽對角布置，盡量避免陽極布置在槽側換能器的 正面，以防止其影響槽式超聲對陰極的超聲效果。
圖3是陽極為顆粒狀時，陰極、陽極布置實施示意圖。本實施例中，換 能器19的下端與變幅桿6上端連接，變幅桿6下端與電鑄芯模16相連，電 鑄芯模16與電源8負極相連，陽極9與電源8正極相連，陰極插入電鑄槽中心位置，粒狀陽極21裝入周圍有孔的吊籃20中，并完全浸在電鑄液ll中， 布置方式與上述相同。
可見，本實用新型的特點在于1、電鑄芯模(陰極)16根據鑄件內腔不
同，可做成任意形狀，工作中電鑄芯模16根據鑄件形狀及工藝要求做超聲振 動、旋轉或移動，或做其中任意的組合動作。各動作可以是持續的，也可以 是間斷的；2、電鑄槽內底面及側面布置有換能器排，且各換能器排在槽中滑 動布置；3、運動陰極超聲與槽式超聲組成的超聲輻照系統交變耦合作用于電 鑄過程，通過增強的空化效應對電鑄芯模表面產生沖擊和擾動作用，有效驅 除沉積層表面的吸附氣泡，抑制積瘤產生，獲得表面平整的電鑄層；4、多頻 耦合超聲耦合產生的更多的空化事件，加強對電鑄液的空化作用，使電鑄液 以強烈紊流形式流動，通過減薄擴散層和擾動結晶過程，細化電結晶晶粒， 減少濃度極化，從而以較高的電流密度進行電鑄，提高電鑄速度。另外，對 于加工外形復雜零件，陰極的運動及超聲振動，加上槽式超聲的耦合作用， 并通過調整換能器排在電鑄槽中位置，使得電鑄液在空化作用下有選擇的以 微射流形式作用于陰極表面，改善陰極表面的電場分布，有效克服傳統電鑄 由于電場分布不均勻造成的鑄層厚度不均現象。
因此，采用本實用新型的設備，能夠較快速有效地制備出表面平整、組 織均勻致密、晶粒細小的電鑄材料和形狀多樣的電鑄零件。
權利要求1、一種電鑄復合加工設備，包括電鑄芯模支托裝置和電鑄槽(13)，其特征在于，在電鑄芯模支托裝置上或/和電鑄槽(13)內設置有換能器裝置，換能器裝置的換能器與超聲波發生器(5)電連接，在電鑄芯模四周的電鑄槽內設置有至少一個電鑄陽極，電鑄芯模和電鑄陽極分別與電鑄電源的負極和正極連接。
2、 根據權利要求l所述的電鑄復合加工設備，其特征在于，所述的超聲 波發生器(5)為頻率可調超聲波發生器。
3、 根據權利要求1或2所述的電鑄復合加工設備，其特征在于，所述的 電鑄槽(13)內的換能器裝置設置在電鑄槽(13)內的側壁面和/或底面上。
4、 根據權利要求3所述的電鑄復合加工設備，其特征在于，所述電鑄槽 (13)內的換能器裝置由密封盒體和換能器排構成，各換能器排分別粘貼在密封的盒體內表面朝向電鑄槽(13)內一側。
5、 根據權利要求4所述的電鑄復合加工設備，其特征在于，所述電鑄槽 (13)內的側壁面的換能器裝置的密封盒體通過固定在側面的側滑動軌道 (15)可移動地固定在側壁面上，所述電鑄槽(13)內的底面的換能器裝置的密封盒體通過固定在底面的底滑動軌道(14)可移動地固定在底面上。
6、 根據權利要求l所述的電鑄復合加工設備，其特征在于，所述電鑄芯 模支托裝置上的換能器裝置由換能器及其串連的變幅桿(6)構成。
7、 根據權利要求1或6所述的電鑄復合加工設備，其特征在于，所述的 電鑄芯模支托裝置為旋轉式電鑄芯模支托裝置。
專利摘要本實用新型涉及一種電鑄復合加工設備，包括電鑄芯模支托裝置和電鑄槽，在電鑄芯模支托裝置上或/和電鑄槽內設置有換能器裝置，換能器裝置的換能器與超聲波發生器電連接。本實用新型通過陰極超聲與槽式超聲組成的多頻超聲輻照系統交變耦合作用于電鑄過程，利用陰極芯模的超聲振動和電解槽的超聲振動產生更多的空化事件，獲得增強的超聲空化效應，從而加強對電鑄芯模表面的沖擊和擾動作用，有效驅除電極表面的氣泡，保持電流順利通過電極，提高陽離子至陰極的移動速度，減少濃度極化，進而加快電鑄速度，使金屬電結晶的晶粒細化，獲得表面平整、組織均勻致密的電鑄產品。
文檔編號C25D1/00GK201224773SQ20082014788
公開日2009年4月22日 申請日期2008年7月8日 優先權日2008年7月8日
發明者劉紅彬, 李濟順, 葛述卿, 薛玉君, 偉 馬 申請人:河南科技大學