CN102009391B - 一种高精密电镀cbn砂轮的制造工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种高精密电镀CBN砂轮制造工艺，包括如下步骤：基体及磨粒准备、镀液调制、上砂和电镀、磨粒等高性改善处理、镀后处理工艺，本发明的优点是：由于提高砂轮磨粒的等高性，使尽可能多的磨料处在相同的层面上，使更多的磨料能够同时参与磨削，从而能够提高磨削效率并且从微观上减低被磨工件表面的高低不平，进而实现了提高了电镀CBN砂轮的制造精度的目的。

Description

一种高精密电镀CBN砂轮的制造工艺
技术领域
本发明涉及机械制造领域，具体说是一种电镀砂轮的制造工艺，更具体说是一种高精密电镀CBN砂轮的制造工艺。
背景技术
单层电镀CBN砂轮磨削性能优越，磨削适用范围广，在成形和高速磨削上有越来越大的优势。但同时也存在一定缺点：砂轮不宜进行直接修整，砂轮制造精度成为影响最后加工精度的重要因素。最常用的外镀砂轮制造虽然工艺简单、成本低，但外露切刃参差不齐，初始磨削型面精度难以提高，且砂轮耐用度低，磨料损失严重，这严重制约了电镀CBN砂轮的应用。目前我国只能制作一些精度偏低，形状简单的电镀CBN砂轮，而高精度的砂轮则完全需要依赖进口。
发明内容
本发明的目的是提供一种新的、简易的、制作成本相对低廉的高精密电镀CBN砂轮制造方法，主要目的是提高砂轮磨粒的等高性，使尽可能多的磨料处在相同的层面上，使更多的磨料能够同时参与磨削，提高磨削效率并且从微观上减低被磨工件表面的高低不平，从而提高了该砂轮的制造精度。具体内容是：
一种高精密电镀CBN砂轮制造工艺，包括如下步骤：基体及磨粒准备、镀液调制、上砂和电镀、磨粒等高性改善处理、镀后处理工艺，所述镀液调制步骤中上砂镀液组成为：六水硫酸镍(NiSO4·6H2O)240g/L、硼酸(H3PO3)40g/L、七水硫酸钴(CoSO4·7H2O)20g/L、六水氯化镍(NiCl2·6H2O)40g/L、十二烷基硫酸钠(C12H25NaO4S)0.08g/L；底镀及加厚镀液组成为：六水硫酸镍(NiSO4·6H2O)280g/L硼酸(H3PO3)45g/L、七水硫酸钴(CoSO4·7H2O)30g/L、六水氯化镍(NiCl2·6H2O)45g/L、十二烷基硫酸钠(C12H25NaO4S)0.1g/L。
所述上砂和电镀步骤中，上砂电镀的参数为：Ph值：4.2、温度：45-50℃、电流密度：0.5安/平方分米、搅拌方式：过滤循环；底镀及加厚镀参数为：Ph值4.2、温度50-55℃、电流密度1.5安/平方分米、搅拌方式为过滤循环和鼓泡。
所述基体及磨粒准备步骤中，所述基体准备为：化学除油及水洗、碱性电解除油及水洗、酸性阳极电解及水洗、超声波清洗、弱酸活化、水洗后入镀槽；所述磨粒准备为：首先对CBN磨粒进行严格筛选，减少颗粒的尺寸差分布；其次进行化学处理：先将磨料放入丙酮溶液中并采用超声波振荡30分钟，再放入50％浓硝酸+50％浓硫酸中煮沸30分钟。
所述磨粒等高性改善处理步骤为利用外镀磨粒的弹性薄套的膨胀和标准刚性套的内挤压作用，使镀后切刃以标准刚性套内表面为基准面重新改变切刃在高度上的分布。
所述镀后处理工艺为：首先进行铬酸盐封闭处理，再转入电热鼓风干燥箱在200℃下保温一小时。
本发明还公开一种实现磨粒等高性改善的装置，包括塞柱、薄套、刚性套、垫块，所述薄套、刚性套间为待处理的砂轮，塞柱位于薄套内，所述塞柱的内径可径向放大。
本发明的优点是：由于提高砂轮磨粒的等高性，使尽可能多的磨料处在相同的层面上，使更多的磨料能够同时参与磨削，从而提高磨削效率并且从微观上减低被磨工件表面的高低不平，从而提高了该砂轮的制造精度。
附图说明
图1为本发明磨粒等高性改善处理装置示意图；
图2为本发明的砂轮示意图；
图3为基体表面的前处理工序流程图。
具体实施方式
如图2所示，砂轮共分为四个部分：带锥孔10的砂轮支承体1；弹性薄壁套4；与薄壁套相结合的无磨粒电镀金属层6；以及带有磨粒2的电镀金属层；锥孔10设计是为了达到与砂轮轴装配时的同轴要求。
(1).电镀过程
电镀工艺过程主要分为基体及磨粒准备、镀液调制、上砂和电镀(底镀、加厚镀)等，以及用于磨粒等高性改善的中期处理和相关镀后处理工艺。镀液采用不同硫酸镍含量的瓦特镍(加入一定量的钴离子能提高镀层的硬度)，上砂镀液镍离子含量低有利于降低磨料的密度增大磨料之间的空隙便于磨削时排屑，具体成份及参数如表1所示。
表1：
  上砂镀液组成   底镀及加厚镀液组成
  六水硫酸镍240g/L   六水硫酸镍280g/L
  硼酸40g/L   硼酸45g/L
  七水硫酸钴20g/L   七水硫酸钴30g/L
  六水氯化镍40g/L   六水氯化镍45g/L
  十二烷基硫酸钠0.08g/L   十二烷基硫酸钠0.1g/L
  电镀参数Ph值：4.2温度：45-50℃电流密度：0.5安/平方分米搅拌方式：过滤循环   电镀参数Ph值：4.2温度：50-55℃电流密度：1.5安/平方分米搅拌方式：过滤循环和鼓泡
(2).电镀过程中需要注意的有关问题：
①.必须对砂轮基体表面采用严格的前处理工序，如图3所示；
流程包括：化学除油及水洗、碱性电解除油及水洗、酸性阳极电解及水洗、超声波清洗、弱酸活化、水洗后入镀槽；
②.需要对CBN磨粒进行严格筛选，减少颗粒的尺寸差分布；
③.利用化学处理过程(先将磨料放入丙酮溶液中并采用超声波振荡30分钟，在放入50％浓硝酸+50％浓硫酸中煮沸30分钟)有效去除磨粒表面污渍，提高磨粒的润湿能力；
④.砂轮尖角处采用大弧平滑接合，从而优化边缘区域的电流分布；
⑤.采用局部间断上砂装置，充分利用“散极”改变电流密度分布造成局部稳定上砂区，可减少上砂时间1/3~1/2，而且很好地保证了上砂期间沉积镀层的均匀性；
⑥.加厚镀初期电镀参数应适当降低；
⑦.镀后处理工艺
具体步骤：首先进行铬酸盐封闭处理，目的是提高镀层的抗变色能力、延长耐盐雾试验时间及耐蚀性能。再转入101-2型电热鼓风干燥箱在200℃下保温一小时，可大大减小氢脆倾向，使镀层结合力提高4倍以上。
(3).等高性中期处理
中期处理是在底镀上砂之后进行。图1所示为利用外镀磨粒的弹性薄套4的膨胀和标准刚性套5的内挤压作用，使镀后切刃以标准刚性套5内表面为基准面重新改变切刃在高度上的分布。弹性薄套4可沿垫块底面自由滑动。薄套膨胀是利用特制塞柱通过中心通孔可产生的均匀挤压作用而获得。
设：塞柱有效作用直径为D；弹性薄套4内径为d1、外径为d2；预镀层半边厚度为Δr3；磨粒3平均粒径为d3(最大值d3max，最小值d3min)；刚性套5内径为d4；垫块2内径为d5；固砂半边厚度为r6。磨粒3最低突出高度为δ(以预镀层为基准)。操作工艺设计条件为：
①d4/2＜d1/D[Δr3+(d2-d1)/2]+D/2+d3min＜d4/2+(d3min-δ)；
②d2+2Δr3+2d3max＜d4；
③d1＜D；
④D＜d5＜d2；
⑤40％d3＜Δr6＜d3；
⑥(d2-d1)/2＜10％d1
(4).电镀砂轮的质量测试与检查
单层电镀CBN砂轮(60/70磨粒)经检验发现，砂轮的预镀层和加厚镀层色泽均匀、镀层平整，中期胀挤处理无磨粒破碎。尖角边缘的镀层与其它部位相比无明显高出现象。利用硬质钢片往复刮磨砂轮工作面，磨粒基本无脱落。磨粒间距基本均匀，磨粒边缘间距分布在300~500μm。磨粒埋入率保持在60％，通过安排加厚镀时间来控制。将测试结果统计分析得到胀挤前磨粒高度差分布离散性很大，可达50μm左右。改善后各磨粒突出高度差明显减小，基本可控制在10μm甚至更低范围内。在KOPP公司生产的SK-11外圆磨床上利用直径18.4mm的单层电镀CBN砂轮(60/70磨粒)磨削汽车转向泵气缸内圆，测试磨削后的工件。结果表明在其它条件均不变的情况下，与普通电镀CBN砂轮相比，使用等高性改善的砂轮时其磨削功率略有提高，而工件加工表面粗糙度则降低了约40％。

Claims (2)

1.一种高精密电镀CBN砂轮制造工艺，包括如下步骤：基体及磨粒准备、镀液调制、上砂和电镀、磨粒等高性改善处理、镀后处理工艺，其特征在于：所述镀液调制步骤中上砂镀液组成为：六水硫酸镍(NiSO4·6H2O)240g/L、硼酸(H3PO3)40g/L、七水硫酸钴(CoSO4·7H2O)20g/L、六水氯化镍(NiCl2·6H2O)40g/L、十二烷基硫酸钠(C12H25NaO4S)0.08g/L；底镀及加厚镀液组成为：六水硫酸镍(NiSO4·6H2O)280g/L、硼酸(H3PO3)45g/L、七水硫酸钴(CoSO4·7H2O)30g/L、六水氯化镍(NiCl2·6H2O)45g/L、十二烷基硫酸钠(C12H25NaO4S)0.1g/L；
所述上砂和电镀步骤中，上砂电镀的参数为：Ph值：4.2、温度：45-50℃、电流密度：0.5安/平方分米、搅拌方式：过滤循环；底镀及加厚镀参数为：Ph值4.2、温度50-55℃、电流密度1.5安/平方分米、搅拌方式为过滤循环和空气鼓泡；
所述基体及磨粒准备步骤中，所述基体准备为：化学除油及水洗、碱性电解除油及水洗、酸性阳极电解及水洗、超声波清洗、弱酸活化、水洗后入镀槽；所述磨粒准备为：首先对CBN磨粒进行严格筛选，减少颗粒的尺寸差分布；其次进行化学处理：先将磨料放入丙酮溶液中并采用超声波振荡30分钟，再放入50％浓硝酸+50％浓硫酸中煮沸30分钟；
所述磨粒等高性改善处理步骤为利用外镀磨粒的弹性薄套的膨胀和标准刚性套的内挤压作用，使镀后切刃以标准刚性套内表面为基准面重新改变切刃在高度上的分布；
所述镀后处理工艺为：首先进行铬酸盐封闭处理，再转电热鼓风干燥箱在200℃下保温一小时。
2.一种实现权利要求1所述高精密电镀CBN砂轮制造工艺的装置，其特征在于：包括塞柱、薄套、刚性套、垫块，所述薄套、刚性套之间为待处理的砂轮，塞柱位于薄套内，所述塞柱的内径可径向放大。
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