CN103878705B

CN103878705B - 用于齿轮高效精密成形磨削的电镀cbn砂轮及其制备方法

Info

Publication number: CN103878705B
Application number: CN201410107431.8A
Authority: CN
Inventors: 王亮亮; 刘铭; 陈亚超; 胡玉峰; 刘天立; 朱文立; 王志强
Original assignee: Zhengzhou Research Institute for Abrasives and Grinding Co Ltd
Current assignee: Zhengzhou Research Institute for Abrasives and Grinding Co Ltd
Priority date: 2014-03-21
Filing date: 2014-03-21
Publication date: 2016-05-04
Anticipated expiration: 2034-03-21
Also published as: CN103878705A

Abstract

用于齿轮高效精密成形磨削的电镀CBN砂轮，包括碟形基体和其边缘的磨料区，磨料区的质量占基体总质量的4～15％，所述磨料区上的磨料层截面形状为上底与两腰倒圆角的等腰梯形；电镀CBN砂轮的制备方法，先加工砂轮基体，然后将砂轮基体依次进行阴阳极交替电化学除油、夹具+静电吸附膜绝缘组装、阴阳极交替电解处理、冲击法预镀、上砂、加厚和电镀砂轮后处理。本发明的电镀砂轮的使用线速度可以达到250m/s，磨削进给量达到4～10m/min，比普通砂轮高很多。粗糙度Ra可达0.4μm，能够满足工件表面质量要求，成功实现了齿轮的高效精密成形磨削。

Description

用于齿轮高效精密成形磨削的电镀CBN砂轮及其制备方法

技术领域

本发明属于磨料磨具设计制造领域，具体是一种用于齿轮高效精密成形磨削的电镀CBN砂轮及其制备方法。

背景技术

随着我国工业化的快速推进，齿轮的需求量呈几何级数增长，且对齿轮的质量要求越来越高。在精密齿轮制造工序中，需要使用砂轮对其齿坯形面进行成形磨削。当前市场上为齿轮进行成形磨削的砂轮在磨削线速度、进给量、磨后齿轮表面粗糙度上等几个方面存在不足。

实现齿轮高效精密成形磨削需要使用CBN砂轮。用于齿轮成形磨削的CBN砂轮按结合剂类型可以分为陶瓷结合剂CBN砂轮、金属结合剂CBN砂轮、电镀金属结合剂CBN砂轮。相对于前两种结合剂的CBN砂轮，电镀CBN砂轮在成形磨削方面具有明显优势。这种优势主要体现在以下几个方面：在其使用寿命内无需对砂轮进行修整仍可以保证形面的几何精度；磨料保持一定的出刃高度，直接和工件接触，从而使得磨削加工效率最高；使用电镀结合剂易于制造曲面、异形等复杂形面的砂轮，而不增加过多的制造成本。因此，电镀CBN砂轮特别适合用于复杂形面工件的高效精密成形磨削。其中，砂轮基体的结构设计、加工精度以及镀层厚度的控制是制造精密成形磨削电镀CBN砂轮的重要因素。

目前，国内制造的砂轮精度偏低，形状简单，高精度的砂轮则需要依赖进口。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中电镀CBN砂轮精度偏低，形状简单等问题，提供一种用于齿轮的快速成形磨削，使得加工的工件表面粗糙度达到Ra0.4的电镀CBN砂轮及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：用于齿轮高效精密成形磨削的电镀CBN砂轮，包括碟形基体和其边缘的磨料区，其特征在于：所述磨料区的质量占基体总质量的4％～15%，所述磨料区上的磨料层截面形状为上底与两腰倒圆角的等腰梯形；碟形基体为砂轮基体；先加工砂轮基体，然后将砂轮基体依次进行阴阳极交替电化学除油、夹具+静电吸附膜绝缘组装、阴阳极交替电解处理、冲击法预镀、上砂、加厚和电镀砂轮后处理；所述的电镀砂轮后处理包括以下步骤：1）将砂轮的圆弧磨料层平均划分为4-20个区域，将每个区域先后浸入活化液，深度为1-3mm，电流为密度1A*dm-2，时间为3～10min；然后将砂轮取出进行清洗、烘干，圆弧上和平面上的出刃高度偏差在5%～15%；2）将电镀砂轮整体进入活化液中，电流密度10A*dm-2，电解时间20～30s；3）将砂轮置入到电镀槽中，电流密度1A*dm-2，电镀8～10min，电镀完成后将夹具和静电吸附膜拆卸，放进烘箱中，烘箱温度保持为75～85℃，时间100～130min。

所述磨料区的质量占基体总质量的4％，所述等腰梯形的两腰与下底的夹角为60°，倒圆角的倒角半径r为0.1~0.5。

所述砂轮基体上距圆心R为25~27mm的同心圆弧上均匀分布有丝孔和圆孔。

所述的丝孔包括3个丝孔Ⅰ和3个丝孔Ⅱ，圆孔为6个。

用于齿轮高效精密成形磨削的电镀CBN砂轮的制备方法，先加工砂轮基体，然后将砂轮基体依次进行阴阳极交替电化学除油、夹具+静电吸附膜绝缘组装、阴阳极交替电解处理、冲击法预镀、上砂、加厚和电镀砂轮后处理。

所述的电镀砂轮后处理包括以下步骤：

1）将砂轮的圆弧磨料层平均划分为4-20个区域，将每个区域先后浸入活化液，深度为1-3mm，电流为密度1A*dm-2，时间为3～10min；然后将砂轮取出进行清洗、烘干，圆弧上和平面上的出刃高度偏差在5%~15%；

2）将电镀砂轮整体进入活化液中，电流密度10A*dm-2，电解时间20~30s；

3）将砂轮置入到电镀槽中，电流密度1A*dm-2，电镀8~10min，电镀完成后将夹具和静电吸附膜拆卸，放进烘箱中，烘箱温度保持为75~85℃，时间100~130min。

所述砂轮所用的磨料为CBN，粒度为50/60~170/200，镀层埋入率为50~60％，圆弧上和平面上的出刃偏差在小于20%。

所述的活化液为浓度20％的稀硫酸。

与现有技术相比，本发明具有以下优势：1)本发明的碟形基体和其边缘的磨料区，所述磨料区的质量占基体总质量的4~15％，这种结构优化了砂轮的质量分布，使得磨料层在磨削工件过程中负载减轻，有助于提高砂轮的极限转速；加快了磨屑的排出和冷却液的渗透；

2）磨料层的截面形状为上底与两腰倒圆角的等腰梯形，两腰与下底的夹角为60°。倒圆角的倒角半径r为0.1~0.5增加了磨料层接触工件的面积，避免了点接触，从而减缓了砂轮给进时工件对其磨料的冲击。

3）在电镀的砂轮制造工艺中，由于电镀尖端效应的存在，边缘处的镀层厚度高于其它区域的镀层，即边缘处的磨料出刃高度低于其它区域的磨料，使得不同区域磨料的工作寿命不同，从而影响磨削加工精度。对于电镀砂轮的尖端效应在砂轮的圆弧面最为明显，本发明未中经电镀后处理的砂轮圆弧处（即等腰梯形的上底）的磨料出刃高度可以和两侧面的磨料相差几十微米甚至上百微米，为了尽可能使各个区域磨料出刃高度的保持相同，本发明将砂轮圆弧磨料层平均划分区域，每个区域依次浸入活化液，使各个区域磨料出刃高度的保持相同。用显微镜准焦法测得圆弧上和平面上的出刃高度，并与目标出刃高度进行对比，圆弧上和平面上的出刃高度偏差5%~15%，则能够满足加工精度要求。

4）本发明的电镀砂轮经过电镀后处理后，由于圆弧上和平面上的出刃高度偏差小，使用线速度可以达到250m/s，磨削进给量达到4~10m/min，比普通砂轮高很多。经过后处理的电镀砂轮，磨削的齿轮表面没有烧伤和裂纹，粗糙度Ra可达0.4μm，能够满足工件表面质量要求，成功实现了齿轮的高效成形磨削。

附图说明

图1为电镀CBN砂轮工作区域的截面结构示意图；

图2为电镀CBN砂轮的结构示意图。

具体实施方式

实施例1

如图1和图2所示，用于齿轮高效精密成形磨削的电镀CBN砂轮，包括碟形基体1和其边缘的磨料区，所述磨料区的质量占基体总质量的4％，所述磨料区上的磨料层2截面形状为上底与两腰倒圆角的等腰梯形，两腰与下底的夹角为60°。倒圆角的倒角半径r为0.3。所述砂轮基体上距圆心R27mm的同心圆弧上均匀分布有丝孔和圆孔，丝孔包括3个丝孔Ⅰ3和3个丝孔Ⅱ4，圆孔5为6个，用来紧固砂轮和避免砂轮径向跳动。砂轮所用的磨料为CBN，粒度为70/80，镀层埋入率为60％。

砂轮基体近似呈碟形，中间厚，边缘薄。这种结构优化了砂轮的质量分布，使得磨料层在磨削工件过程中负载减轻，有助于提高砂轮的极限转速；加快了磨屑的排出和冷却液的渗透。磨料层的截面形状为上底与两腰倒圆角的等腰梯形，增加了磨料层接触工件的面积，避免了点接触，从而减缓了砂轮给进时工件对其磨料的冲击。

电镀砂轮后处理包括以下步骤：

1）将砂轮的圆弧磨料层划分为12个区域，见图2，每个区域所占的弧度为30°，将这12个区域先后浸入活化液，深度为2mm，电流为密度1A*dm-2，时间为5min；然后将砂轮取出进行清洗、烘干，圆弧上和平面上的出刃高度分别为65μm、70μm，偏差在7.1％；

2）将电镀砂轮整体进入活化液中，电流密度10A*dm-2，电解时间30s；活化液为浓度20％的稀硫酸。

3）将砂轮投入到电镀槽中，电流密度1A*dm-2，电镀10min，电镀完成后将夹具和静电吸附膜拆卸，放进烘箱中，烘箱温度保持为80℃，时间2h。

用电镀CBN成形砂轮磨削直齿轮，齿轮规格如下：模数m=5、齿数z=10。

将材质为20CrMnTi的齿坯夹持于精密磨齿机床上，砂轮夹持在数控磨床的砂轮架上。砂轮的轴线保持与齿坯轴线保持在同一水平面上，砂轮截面截形的对称线保持与齿轮齿槽对称线相重合。编制好磨削进给程序—砂轮线速度保持为120m/s，进给速度保持为4m/min，调节好冷却液系统。启动机床，对齿轮基体进行成形磨削，磨削的齿轮表面没有烧伤和裂纹，粗糙度Ra可达0.4μm。

实施例2

电镀砂轮后处理，将砂轮的圆弧磨料层平均划分为4个区域，将每个区域先后浸入活化液，深度为3mm，电流为密度1A*dm-2，时间为10min；然后将砂轮取出进行清洗、烘干，圆弧上和平面上的出刃高度偏差在14.8%，其他步骤同实施例1。

实施例3

电镀砂轮后处理，将砂轮的圆弧磨料层平均划分为20个区域，将每个区域先后浸入活化液，深度为1mm，电流为密度1A*dm-2，时间为3min；然后将砂轮取出进行清洗、烘干，圆弧上和平面上的出刃高度偏差在5.6%，其他步骤同实施例1。

实施例4

电镀砂轮后处理，将砂轮的圆弧磨料层平均划分为9个区域，将每个区域先后浸入活化液，深度为2mm，电流为密度1A*dm-2，时间为5min；然后将砂轮取出进行清洗、烘干，圆弧上和平面上的出刃高度偏差在10.5%，其他步骤同实施例1。

实施例5

电镀砂轮后处理，将砂轮的圆弧磨料层平均划分为15个区域，将每个区域先后浸入活化液，深度为1.5mm，电流为密度1A*dm-2，时间为4min；然后将砂轮取出进行清洗、烘干，圆弧上和平面上的出刃高度偏差在7.3%，其他步骤同实施例1。

实施例6

电镀砂轮后处理，将砂轮的圆弧磨料层平均划分为12个区域，将每个区域先后浸入活化液，深度为1.8mm，电流为密度1A*dm-2，时间为5min；然后将砂轮取出进行清洗、烘干，圆弧上和平面上的出刃高度偏差在9%，其他步骤同实施例1。

Claims

1.用于齿轮高效精密成形磨削的电镀CBN砂轮，包括碟形基体和其边缘的磨料区，其特征在于：所述磨料区的质量占基体总质量的4％～15%，所述磨料区上的磨料层截面形状为上底与两腰倒圆角的等腰梯形；碟形基体为砂轮基体；先加工砂轮基体，然后将砂轮基体依次进行阴阳极交替电化学除油、夹具+静电吸附膜绝缘组装、阴阳极交替电解处理、冲击法预镀、上砂、加厚和电镀砂轮后处理；所述的电镀砂轮后处理包括以下步骤：1）将砂轮的圆弧磨料层平均划分为4-20个区域，将每个区域先后浸入活化液，深度为1-3mm，电流为密度1A*dm-2，时间为3～10min；然后将砂轮取出进行清洗、烘干，圆弧上和平面上的出刃高度偏差在5%～15%；2）将电镀砂轮整体进入活化液中，电流密度10A*dm-2，电解时间20～30s；3）将砂轮置入到电镀槽中，电流密度1A*dm-2，电镀8～10min，电镀完成后将夹具和静电吸附膜拆卸，放进烘箱中，烘箱温度保持为75～85℃，时间100～130min。

2.根据权利要求1所述的用于齿轮高效精密成形磨削的电镀CBN砂轮，其特征在于：所述磨料区的质量占基体总质量的4％，所述等腰梯形的两腰与下底的夹角为60°，倒圆角的倒角半径r为0.1～0.5。

3.根据权利要求2所述的用于齿轮高效精密成形磨削的电镀CBN砂轮，其特征在于：所述砂轮基体上距圆心R为25～27mm的同心圆弧上均匀分布有丝孔和圆孔。

4.根据权利要求3所述的用于齿轮高效精密成形磨削的电镀CBN砂轮，其特征在于：所述的丝孔包括3个丝孔Ⅰ和3个丝孔Ⅱ，圆孔为6个。

5.根据权利要求1所述的用于齿轮高效精密成形磨削的电镀CBN砂轮的制备方法，其特征在于：先加工砂轮基体，然后将砂轮基体依次进行阴阳极交替电化学除油、夹具+静电吸附膜绝缘组装、阴阳极交替电解处理、冲击法预镀、上砂、加厚和电镀砂轮后处理；所述的电镀砂轮后处理包括以下步骤：1）将砂轮的圆弧磨料层平均划分为4-20个区域，将每个区域先后浸入活化液，深度为1-3mm，电流为密度1A*dm-2，时间为3～10min；然后将砂轮取出进行清洗、烘干，圆弧上和平面上的出刃高度偏差在5%～15%；2）将电镀砂轮整体进入活化液中，电流密度10A*dm-2，电解时间20～30s；3）将砂轮置入到电镀槽中，电流密度1A*dm-2，电镀8～10min，电镀完成后将夹具和静电吸附膜拆卸，放进烘箱中，烘箱温度保持为75～85℃，时间100～130min。

6.根据权利要求5所述的用于齿轮高效精密成形磨削的电镀CBN砂轮的制备方法，其特征在于：所述砂轮所用的磨料为CBN，粒度为50/60～170/200，镀层埋入率为50～60％，圆弧上和平面上的出刃偏差在小于20%。

7.根据权利要求6所述的用于齿轮高效精密成形磨削的电镀CBN砂轮的制备方法，其特征在于：所述的活化液为浓度20％的稀硫酸。