應用電刷鍍技術修復模具?

張松奇，凌文丹

（鶴壁汽車工程職業學院，河南 鶴壁 458030）

0 引言

模具在使用過程中經常會出現刃口崩刃、變形、表面磨損、表面腐蝕等失效形式，導致模具精度降低和減少使用壽命。為了降低生產成本、縮短模具的制造周期并實現材料的循環利用，對失效的模具進行修復是企業急需解決的技術問題［1］。

傳統的模具修復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、電刷鍍技術等等。用鉗工鑲塊嵌入法和鑲塊粘接法對工人的技術水平要求較高，費工費時，難以普遍適用；用電鍍的方法得到的鍍層很薄（一般不超過0.3mm），而且與基體結合不牢固，對形狀損壞部位難以進行針對性的修復；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，模具熱影響區域大，模具材料容易產生晶體畸變甚至開裂；采用電刷鍍技術修復模具，設備簡單、工藝靈活、修復費用低，而且修復后不會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度和耐磨性，因此得到了廣泛的應用。

1 電刷鍍技術

電刷鍍技術是應用電化學沉積的原理，在導電零件表面上快速沉積金屬鍍層的表面技術，是表面工程技術的重要組成部分。電刷鍍的工作原理如圖1所示［2－3］，刷鍍時電源正極接刷鍍筆，負極接工件，刷鍍液通過注液管注入刷鍍筆工作表面，同時使刷鍍筆以一定的相對運動速度在工件表面移動，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的作用下擴散到工件表面，并在工件表面獲得電子，再被還原成金屬原子，隨著刷鍍時間的增加，被還原的金屬原子在工件表面沉積結晶形成鍍層，從而達到鍍覆和修復的目的。

2 電刷鍍技術的特點

電刷鍍技術具有如下特點：①設備簡單便于攜帶，工藝靈活，不需要特殊熟練的技術，只要鍍筆能夠觸及的地方均可進行鍍覆，因此對于大型精密模具可就地修復或不解體修復；②鍍覆層在工件表面上結晶沉積，結合強度高；③水溶液操作，在鍍覆過程中不存在機械力，同時陰、陽極的相對運動有利于零件散熱，因此不會引起零部件變形和金相組織變化；④鍍液性能穩定，使用時不需化驗和調整，無毒，對環境污染小；⑤沉積速度快，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，鍍后一般不需進行機械加工；⑦能夠鍍性能各異的單金屬、合金鍍層和復合鍍層。

圖1 電刷鍍的工作原理

3 電刷鍍的工藝過程

電刷鍍技術的工藝過程包括鍍前預處理、鍍件刷鍍和鍍后處理3大部分，每個部分又包含幾道工序。

3.1 鍍前預處理

（1）待鍍工件表面存在毛刺、錐度和疲勞層等缺陷時可通過機械加工，或用手工打磨等方式對工件進行整修，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在Ra5μm以下。

（2）工件表面若有油污、銹斑時會影響刷鍍效果，因此在刷鍍前應對工件表面進行清理。對于油污可以采用化學方法進行清理；對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進行清理。

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

（4）活化處理。電凈處理后工件表面可能會形成氧化膜，通過活化處理去除氧化膜的同時使鍍件表面受到輕微腐蝕而呈現出基體金屬的結晶組織，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合，形成結合強度良好的鍍層。進行活化處理時一般鍍筆接負極，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，刷鍍時鍍層在不同金屬基體上的結合強度也不同，如有些刷鍍層不能在鋼鐵上直接結晶沉積，因此在對鋼件進行刷鍍時應先刷鍍一層打底層作為過渡，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性能、物理性能、機械性能、化學性能等特殊要求，根據鍍層性能的需要來選擇合適的刷鍍溶液。

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、涂油等保護措施，保證刷鍍零件完好如初。

4 電刷鍍技術在模具修復中的應用實例

4.1 修復塑料模具

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

（1）清理模具型腔。由于在注塑過程中為了便于脫模，在模具型腔表面涂有脫模劑，因此用丙酮對模具型腔進行清理。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。

（2）將工件接負極，鍍筆接正極，對工件鍍覆表面進行電凈處理。

（3）為了消除鍍覆表面的氧化層和疲勞層，將工件接負極，鍍筆接正極，用2號活化液對鍍覆表面進行活化處理，經過10s～15s后鍍覆表面呈現黑灰色。清洗干凈，通過電源反接用3號活化液對工件進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）工件接負極，鍍筆接正極進行鍍覆，直到修復工作層尺寸。由于該模具型腔尺寸較小，無法用常規量具測量鍍層厚度，利用公式t＝cδS/I（c為耗電系數，δ為鍍層厚度，S為鍍層面積，I為刷鍍時的電流）計算出鍍覆所需時間［4］，通過鍍覆時間來控制實際鍍覆層厚度。

（6）對鍍層進行打磨修正并試模檢測零件尺寸是否合格。經過鍍覆后，模具的強度和耐磨性都得到了提高。

4.2 修復汽車覆蓋件模具

某汽車模具企業常用車型發動機引擎蓋外板修邊模具（材料為T10A鋼），刃口有崩刃現象，造成制件邊緣有毛刺且表面有劃傷的現象。由于該模具尺寸較大，不易搬動，因此采用電刷鍍技術對破損的修邊鑲塊刃口進行修復。其修復工藝如下：①對崩刃部位進行機械打磨、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用絕緣膠帶對非鍍覆表面進行保護，防止非鍍覆表面受到腐蝕或損壞；④電源反接，用1號活化液對鑲塊進行活化處理，結束后用清水清洗鑲塊表面殘留活化液；⑤在鍍覆表面鍍覆過渡層，提高鍍層和基體的結合能力；⑥電源正接對鑲塊進行鍍鉻，直至符合模具尺寸要求；⑦用清水清洗表面后進行烘烤，以提高基體和鍍層的結合力；⑧對鍍層進行拋光加工，提高鍍層表面粗糙度并試沖裁檢測零件是否合格。修復后的刃口具有優良的鍍層，且鍍層與鑲塊基體結合緊密，使刃口具有較高的強度，提高了模具的壽命和經濟效益。

5 結論

采用電刷鍍技術對模具進行刷鍍強化后，由于表面成分及組織的變化以及鍍層具有超細晶粒，使模具表面硬度顯著提高。鍍層與基體結合高不易脫落，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，修復后表面的耐磨性、硬度、粗糙度等都能達到或超過原來的性能指標，同時還具有速度快，對環境無污染等優點，因此運用電刷鍍技術修復失效模具得到了廣泛的應用。

［1］張松奇，李茜，聶榮森.CimatronE9.0邊界接觸點功能的應用研究［J］.機械工程與自動化，2013（5）：206.

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

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

［4］梁志杰.電刷鍍修復模具的三個實例［J］.中國表面工程，2002（1）：49.