制造高精密電鍍CBN砂輪的新方法
時(shí)間:2011-05-28 08:56:03 來(lái)源:未知
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圖1 砂輪的分體結(jié)構(gòu)
單層電鍍CBN砂輪磨削性能優(yōu)越，適于成形和高速磨削。但砂輪不宜進(jìn)行直接修整，砂輪制造精度成為影響最后加工精度的重要因素。外鍍砂輪制造工藝簡(jiǎn)單、成本低，但外露切刃參差不齊，初始磨削型面精度難以提高，且砂輪耐用度低，磨料損失嚴(yán)重，這是目前國(guó)內(nèi)外電鍍CBN砂輪使用中普遍存在的問(wèn)題。
一、砂輪的分體結(jié)構(gòu)
圖1所示砂輪共分為四個(gè)部分：帶錐孔的砂輪支承體；彈性薄壁套；與薄壁套相結(jié)合的無(wú)磨粒電鍍金屬層；以及帶有磨粒的電鍍金屬層。錐孔設(shè)計(jì)是為了達(dá)到與砂輪軸裝配時(shí)的同軸要求。
二、電鍍過(guò)程
電鍍工藝過(guò)程主要分為基體及磨粒準(zhǔn)備、鍍液調(diào)制、植砂和電鍍(預(yù)鍍、加厚鍍)等，以及用于磨粒等高性改善的中期處理和相關(guān)鍍后處理工藝。鍍液是以瓦特鎳為本液加含鈷離子的溶液配制而成，如表1所示。
表1 鍍液的配制
鍍液組成(g/L)
操作條件
NiSo4·7H2O 200-220
H3BO3 30-40
CoSO4·7H2O 25-35
NaCl 10-20
十二烷基硫酸鈉 0.1
PH 4.0-4.5
溫度：45－60℃
電流密度： 1-4A/dm²
攪拌：依過(guò)程而定
電鍍過(guò)程中需要注意的有關(guān)問(wèn)題：
- 必須對(duì)砂輪基體表面采用嚴(yán)格的前處理工序；
- 需要對(duì)CBN磨粒進(jìn)行嚴(yán)格篩選，以減少顆粒的尺寸差分布；
- 利用化學(xué)處理過(guò)程有效去除磨粒表面污漬，提高磨粒的潤(rùn)濕能力；
- 砂輪尖角處采用大弧平滑接合，從而優(yōu)化邊緣區(qū)域的電流分布；
- 采用局部間斷上砂裝置，充分利用“散極”改變電流密度分布造成局部穩(wěn)定上砂區(qū)，可減少上砂時(shí)間1/3-1/2，而且很好地保證了植砂期間沉積鍍層的均勻性；
- 加厚鍍初期電鍍參數(shù)應(yīng)適當(dāng)降低；
- 鍍后處理工藝可大大減小氫脆傾向，使鍍層結(jié)合力提高4倍以上。
圖2 鍍層磨粒等高性的獲得
三、等高性中期處理
中期處理是在預(yù)鍍植砂之后進(jìn)行。圖2所示為利用外鍍磨粒的彈性薄套的膨脹和標(biāo)準(zhǔn)剛性套的內(nèi)擠壓作用，使鍍后切刃以標(biāo)準(zhǔn)剛性套內(nèi)表面為基準(zhǔn)面重新改變切刃在高度上的分布。彈性薄套可沿墊塊底面自由滑動(dòng)。薄套膨脹是利用特制塞柱通過(guò)中心通孔可產(chǎn)生的均勻擠壓作用而獲得。
設(shè)：塞柱有效作用直徑為D；彈性薄套內(nèi)徑為d1、外徑為d2；預(yù)鍍層半邊厚度為Dr3；磨粒平均粒徑為d3(最大值d3max，最小值d3min)；剛性套內(nèi)徑為d4；墊塊內(nèi)徑為d5；固砂半邊厚度為Dr6。磨粒最低突出高度為d(以預(yù)鍍層為基準(zhǔn))。操作工藝設(shè)計(jì)條件為：
- d4/21/D[Dr3+(d2-d1#p#分頁(yè)標(biāo)題#e#)/2]+D/2+d3min4/2+(d3min-d);
- d2+2Dr3+2d3max4;
- d1D52
- 40%d3<Dr63;
- (d2-d1)/2<10%d1
四、電鍍砂輪的質(zhì)量測(cè)試與檢查
單層電鍍CBN砂輪(80/100磨粒)經(jīng)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，砂輪的預(yù)鍍層和加厚鍍層色澤均勻、鍍層平整，中期脹擠處理無(wú)磨粒破碎。尖角邊緣的鍍層與其它部位相比無(wú)明顯高出現(xiàn)象。利用硬質(zhì)鋼片往復(fù)刮磨砂輪工作面，磨粒基本無(wú)脫落。磨粒間距基本均勻，磨粒邊緣間距分布在200-500µm。磨粒埋入率保持在2/3-4/5，通過(guò)安排加厚鍍時(shí)間來(lái)控制。將測(cè)試結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析得到脹擠前磨粒高度差分布離散性很大，可達(dá)50µm左右。改善后各磨粒突出高度差明顯減小，基本可控制在10µm甚至更低范圍內(nèi)。
筆者在D2110 型萬(wàn)能外圓電解磨床上利用直徑f20mm的單層電鍍CBN砂輪(80/100磨粒)磨削305軸承內(nèi)環(huán)，測(cè)試在預(yù)磨5min之后進(jìn)行。結(jié)果表明在其它條件均不變的情況下，與普通電鍍CBN砂輪相比，使用等高性改善的砂輪時(shí)其磨削功率略有提高，而工件加工表面粗糙度則降低了約50%。
砂輪等高性是電鍍CBN砂輪推廣中值得研究的重要問(wèn)題。本文提出的砂輪制造方法，工藝可靠，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)便，磨粒把持力強(qiáng)且可有效地降低工件磨削表面粗糙度，這對(duì)于CBN砂輪的應(yīng)用實(shí)踐具有一定推廣意義。