对定子铁芯电镀锌-镍合金挂具的改进研究(2)

图3 第二次冲针式辅助阳极挂具生产后的缺陷分布情况

根据实际生产数据可得：使用优化后的第二次冲针式辅助阳极挂具，产品一次合格率大幅提升，无镀层脱落、镀层不均匀、部分区域生成气泡或生锈的问题。但是，依然存在较明显的问题：未解决定子铁芯槽内无镀层或者发黑的问题；挂具冲针去套管绝缘层的工序完全手工操作，无法定量控制。

3.3 合体式辅助阳极挂具

综合以上几个方案的挂具实际生产情况，充分验证了挂具增加辅助阳极的有效性，但定子铁芯槽内无镀层或者发黑与镀层不均匀，部分区域生成气泡或生锈，两种缺陷不能同时被解决。

为了解决以上问题，设计了合体式辅助阳极挂具，如图4 所示。在阳极面板上方设固定的冲针式辅助阳极，将阳极面板、绝缘的连接面板和阴极面板依次叠放在一起，由陶瓷材质螺丝固定在一起，并在表面增加塑料套管绝缘层。控制其他的生产条件不变，分15 组进行试验。合体式辅助阳极挂具的生产情况如表1 所示，不合格率趋势如图5所示。

图4 合体式辅助阳极挂具设计

表1 合体式辅助阳极挂具的生产情况参数名称 01 组 02 组 03 组 04 组 05 组 06 组 07 组 08 组 09 组 10 组 11 组 12 组 13 组 14 组 15 组无镀层/发黑 8 5 5 3 2 2 5 6 3 3 4 6 5 4 3不合格总数 8 5 5 3 2 2 5 6 3 3 4 6 5 4 3投入总数 316 201 280 140 67 67 237 237 158 158 158 237 357 220 140不合格率/% 2.53 2.49 1.79 2.14 2.99 2.99 2.11 2.53 1.90 1.90 2.53 2.53 1.40 1.82 2.14

图5 不合格率趋势图

根据实际生产数据可得：使用合体式辅助阳极的挂具后，仅极少量定子铁芯槽内无镀层或者发黑的情况，完全可满足一次合格率至少95%的标准。与其他3 种挂具的生产数据对比，使用合体式辅助阳极挂具的不合格率稳定在3%以内，整体趋势平稳，具备了量产的条件。

4 结语

电镀锌镍合金因具有优异的耐蚀性，已在工业中得到了广泛应用[5]。但是，采用现有工艺中的挂具来电镀定子铁芯会产生较多缺陷，尤其是产品槽内无镀层、产品两端面的镀层不均匀以及产生气泡生锈的问题。根据定子铁芯本身结构的特殊性，经过对穿线式辅助阳极挂具、冲针式辅助阳极挂具和第二次冲针式辅助阳极的研究与验证，在实际数据支撑的基础上，匹配设计了合体式辅助阳极挂具。合体式辅助阳极挂具能够使带有槽孔的产品有效均匀电镀，大大提高了定子铁芯表面镀锌镍工艺的生产效率和产品一次合格率，且结构简单，便于生产制造，制造成本低，可普遍推广应用。

[1]郑凯，施凯顺，李红艺，等.低碳钢表面锌-镍合金镀层的质量评价[J].电镀与精饰，2013，（2）：5-7，31.

[2] 宁波工程学院. 一种用于深孔电镀的电镀制具：CN2.6[P].2017-10-03.

[3]廖成龙，史瑞祥，凌泽，等.高维护性碱性电镀锌-镍合金工艺的研究[J].电镀与环保，2017，（6）：15-18.

[4]邢康.碱性镀锌-镍合金挂勾处发黑故障排除[J].电镀与环保，2009，（3）：47.

[5]唐云涛.Q235 低碳钢表面锌镍复合镀层的耐蚀性研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2017.

随着汽车产业的不断发展进化，各零部件的性能要求随之变高。例如，电机中的定子铁芯从无表面热处理至增加表面电泳处理，再到探索产品表面电镀锌镍合金以获得更好的耐腐蚀性和耐热疲劳等性能。由于定子铁芯本身槽数较多、冲片叠铆等结构限制，不同的挂具结构对表面镀层的效果差异很大，甚至存在较多工艺缺陷影响产品性能。表面镀锌-镍合金的报废率一直居高不下，因此需研究出一种专用的挂具。1 定子铁芯表面热处理背景定子铁芯通常以低碳硅钢片为原材料，是电机磁路的重要组成部分，其表面的绝缘处理与电机在电磁、机械上的性能和质量有很大关系。目前，国内电机行业对定子铁芯的绝缘处理有3 种：（1）靠硅钢片自身的绝缘漆膜，不再做其他表面热处理；（2）氧化处理如退火工艺，经过发蓝在表面形成氧化膜；（3）涂绝缘漆如电泳工艺，将金属漆均匀地附着至定子铁芯表面，形成了有一定厚度、硬度的电泳漆膜。随着对耐磨性、导电性、抗腐蚀性及增进美观等性能、外观方面要求的逐渐提高，定子铁芯表面电镀锌-镍合金工艺得到了高度重视。2 使用原有挂具存在的问题挂具在电镀过程中主要起导电、支撑和固定零件的作用，和电极相连接，将带电粒子均匀传递到零件上进行电镀。现有的电镀技术中，待镀件的槽孔内表面并不能进行有效电镀，镀层出现不均匀、过薄、发黑等情况，电镀精度无法满足工艺标准[1]，不合格率达100%。根据相关研究发现[2]，现有的电镀挂具虽然能够对槽孔进行有效电镀，但是这种电镀制具需要增加专用喷液设备，结构复杂，制造、装配工艺繁琐，投入成本高。3 针对定子铁芯的挂具改进研究在电镀工艺中，由于定子铁芯有较多深槽（如36 槽、72 槽等）。为了解决深槽处电流进不去、槽底无镀层或镀层不均匀等问题，在挂具上增加辅助阳极，将辅助阳极放进定子铁芯槽底（产品最低处）的位置，另一头接到阳极的导电装置上，以增加低电位的电流强度，从而增加低电位镀层的厚度和分散能力[3]。为此，项目组进行了多次改进研究 穿线式辅助阳极挂具将定子铁芯放置在原有电镀挂具上（与均布的4 根金属阳极接触），再采用穿线式辅助阳极将线状辅助阳极穿过定子铁芯剩余的每一槽。控制其他的生产条件不变，分15 组进行试验。根据实际生产数据可得：相比于不使用辅助阳极的挂具，引入穿线式辅助阳极挂具后，产品的一次合格率有所提升。如图1 所示，从缺陷分布情况来看，槽内无镀层或发黑的缺陷仅占1.33%，因而增加辅助阳极确实可以解决槽内无镀层或者发黑的问题[4]。但是，依然存在较明显的问题：产品的一次合格率无法满足汽车行业要求，产品转量产一次合格率需在95%以上；引入了其他缺陷，主要为镀层不均匀，部分区域生成气泡或生锈，且镀层附着力差，镀层脱落，占比分别为82.51%和12.55%；电镀锌镍前，需将穿线式辅助阳极穿过定子铁芯的每一个槽内，把挂具上同一列的5 个产品连在一起，电镀锌镍结束后再将定子铁芯一个个取下。这项工作生产效率低下，且在装卸过程中极易造成定子铁芯槽内叠片翘起。由于电镀锌镍后产品表面附着有镀层，无法使用矫正工装进行返修，额外会产生较多报废产品。图1 穿线式辅助阳极挂具生产后的缺陷分布情况3.2 冲针式辅助阳极挂具将穿线式辅助阳极挂具优化为冲针式辅助阳极挂具，控制其他生产条件不变，分15 组进行第一次试验。第一次冲针式辅助阳极挂具生产后的缺陷分布情况，如图2 所示。图2 第一次冲针式辅助阳极挂具生产后的缺陷分布情况根据实际生产数据可得：冲针式辅助阳极挂具既可保证定子铁芯每一槽都有辅助阳极，又可将单个产品放置于挂具上，提高了生产效率，减少了因产品取放过程中造成的报废，且解决了槽内无镀层、发黑和槽内有杂质的问题。但是，依然存在较明显的问题：依然未解决镀层不均匀、部分区域生成气泡或生锈的问题，一次合格率远低于95%；由于电流较大，冲针上的塑料套管绝缘层易被融化，每次电镀后均需返修冲针上的塑料套管绝缘层，生产成本变高且无法连续生产。进一步优化冲针式辅助阳极挂具，在每一根冲针上去掉两小段套管绝缘层露出金属部分，使电流通过金属部分流出，避免套管绝缘层融化，延长挂具的使用寿命。控制其他的生产条件不变，分15 组进行第二次试验。第二次冲针式辅助阳极挂具生产后的缺陷分布情况，如图3 所示。图3 第二次冲针式辅助阳极挂具生产后的缺陷分布情况根据实际生产数据可得：使用优化后的第二次冲针式辅助阳极挂具，产品一次合格率大幅提升，无镀层脱落、镀层不均匀、部分区域生成气泡或生锈的问题。但是，依然存在较明显的问题：未解决定子铁芯槽内无镀层或者发黑的问题；挂具冲针去套管绝缘层的工序完全手工操作，无法定量控制 合体式辅助阳极挂具综合以上几个方案的挂具实际生产情况，充分验证了挂具增加辅助阳极的有效性，但定子铁芯槽内无镀层或者发黑与镀层不均匀，部分区域生成气泡或生锈，两种缺陷不能同时被解决。为了解决以上问题，设计了合体式辅助阳极挂具，如图4 所示。在阳极面板上方设固定的冲针式辅助阳极，将阳极面板、绝缘的连接面板和阴极面板依次叠放在一起，由陶瓷材质螺丝固定在一起，并在表面增加塑料套管绝缘层。控制其他的生产条件不变，分15 组进行试验。合体式辅助阳极挂具的生产情况如表1 所示，不合格率趋势如图5所示。图4 合体式辅助阳极挂具设计表1 合体式辅助阳极挂具的生产情况参数名称 01 组 02 组 03 组 04 组 05 组 06 组 07 组 08 组 09 组 10 组 11 组 12 组 13 组 14 组 15 组无镀层/发黑 8 5 5 3 2 2 5 6 3 3 4 6 5 4 3不合格总数 8 5 5 3 2 2 5 6 3 3 4 6 5 4 3投入总数 316 201 280 140 67 67 237 237 158 158 158 237 357 220 140不合格率/% 2.53 2.49 1.79 2.14 2.99 2.99 2.11 2.53 1.90 1.90 2.53 2.53 1.40 1.82 2.14图5 不合格率趋势图根据实际生产数据可得：使用合体式辅助阳极的挂具后，仅极少量定子铁芯槽内无镀层或者发黑的情况，完全可满足一次合格率至少95%的标准。与其他3 种挂具的生产数据对比，使用合体式辅助阳极挂具的不合格率稳定在3%以内，整体趋势平稳，具备了量产的条件。4 结语电镀锌镍合金因具有优异的耐蚀性，已在工业中得到了广泛应用[5]。但是，采用现有工艺中的挂具来电镀定子铁芯会产生较多缺陷，尤其是产品槽内无镀层、产品两端面的镀层不均匀以及产生气泡生锈的问题。根据定子铁芯本身结构的特殊性，经过对穿线式辅助阳极挂具、冲针式辅助阳极挂具和第二次冲针式辅助阳极的研究与验证，在实际数据支撑的基础上，匹配设计了合体式辅助阳极挂具。合体式辅助阳极挂具能够使带有槽孔的产品有效均匀电镀，大大提高了定子铁芯表面镀锌镍工艺的生产效率和产品一次合格率，且结构简单，便于生产制造，制造成本低，可普遍推广应用。参考文献[1]郑凯，施凯顺，李红艺，等.低碳钢表面锌-镍合金镀层的质量评价[J].电镀与精饰，2013，（2）：5-7，31.[2] 宁波工程学院. 一种用于深孔电镀的电镀制具：CN2.6[P].2017-10-03.[3]廖成龙，史瑞祥，凌泽，等.高维护性碱性电镀锌-镍合金工艺的研究[J].电镀与环保，2017，（6）：15-18.[4]邢康.碱性镀锌-镍合金挂勾处发黑故障排除[J].电镀与环保，2009，（3）：47.[5]唐云涛.Q235 低碳钢表面锌镍复合镀层的耐蚀性研究[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2017.

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