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电铸是利用金属离子在电解液中阴极沉积的原理获得金属零件的加工方法。它具有极高的复制精度和重复精度,快速及简单的工艺过程等特点,在精密和微纳加工领域有着不可替代的地位和作用。
光学元件大多精密、复杂且难于加工。本文将微电铸技术应用于高精度光学元件制造。首先推导及探讨脉冲电铸理论,实验研究了脉冲电铸中工艺参数的影响规律,包括电铸液的成份、温度、PH值、脉冲参数及电流密度等对铸层质量的影响;研究不同材质的原模精密电铸过程,进行了多种高精密光学元件的电铸过程实验,得到较为满意的结果;研究了微光学非球面电铸过程,并应用Moldflow软件进行了注塑过程分析及模拟,最终得到以下结论:
1、双向脉冲电铸能细化晶粒,减小内应力,提高电铸产品的质量及机械性能。
2、影响电铸加工质量的主要参数有溶液温度、PH值及各脉冲参数如电流波形、电流密度等,优化后的参数组合如下:
温度控制在30℃至50℃最好,对于塑料原模等应采用下限值,对于金属及较硬原模应采用上限值。
PH值控制在3.5至4.5之间最好。PH值过低,使阴极电流效率下降。PH<2时,无金属镍沉积,只有氢气析出;PH值过高,容易在阴极表面附近形成氢氧化镍胶体,造成氢气泡滞留,也使电铸层出现针孔,铸层变脆。
电流密度控制在1-4A/dm2是恰当的,要注意的是开始时电流密度要较小,渐渐增大到额定电流密度。
3、导电化处理是非金属原模电铸过程关键环节之一,不同材质的非金属原模其前处理条件不同。一般需要经过清洗、敏化、镀导电层等工序,原模与电源的可靠连接也很重要。
4、通过设定合理的工艺参数及进行准确的实验控制,可得到优良的精密光学及微光学非球面元件。
5、应用Moldflow注塑仿真软件,对微非球面模具进行注塑过程的模拟仿真,优化了工艺参数,降低了注射过程的试模成本、提高了注塑效率。