CN109267140B - 一种旋转上砂装置及利用其电镀螺旋砂轮基体的方法 - Google Patents

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Abstract

一种旋转上砂装置及利用其电镀螺旋砂轮基体的方法，属于电镀磨具制造技术领域，所述装置包括螺旋砂轮基体、电镀槽和储槽，电镀槽底面的中部设有轴套，所述轴套的底部穿过并伸出底面外，轴套顶部设有托砂板，托砂板的中部设有通孔，通孔内设有砂轮基体夹具，电镀槽的下方设有第一电机，第一电机的顶部设有电机轴，所述电机轴的顶端从下至上依次穿过轴套、托砂板且电机轴的顶端和砂轮基体夹具固定连接，砂轮基体固定于砂轮基体夹具内，托砂板上设有凹槽，砂轮基体外套设有圆筒状上下敞口的砂罩，砂罩的底部卡接在托砂板上的凹槽内，电镀槽内设有阳极；储槽的出口通过管道和电镀槽的进口连接，管道上设有磁力泵且管道位于电镀槽的一端伸入砂罩内。

Description

一种旋转上砂装置及利用其电镀螺旋砂轮基体的方法
技术领域
本发明属于电镀磨具制造技术领域，具体涉及一种旋转上砂装置及利用其电镀螺旋砂轮基体的方法。
背景技术
在电镀超硬磨具尤其是电镀砂轮制造过程中，一般类型的电镀磨具，镀层位置基本位于砂轮的外圆及相邻外圆的两侧端面部位。因该类砂轮直接用于磨削工件，采用粗颗粒磨料进行复合电镀，通常有两种复合电镀工艺，一种是采用“埋砂法”，直接将基体电镀部位埋在磨料中，采用小电流密度（0.1-0.5A/dm2），在静止状态下通过镀层不断沉积将紧挨着基体的单层磨料进行附着，上砂完成后，轻轻晃动卸除多余的磨料，然后进行加厚电镀；另一种是采用“撒砂法”，对于平面砂轮，直接将电镀面朝上置于电镀液中，用上砂勺或移液管将金刚石或CBN撒到电镀面上进行上砂，对于圆环端面或异型面砂轮，则需要多次转动一定角度或翻转进行分阶段上砂电镀，上砂完成后，同样需要轻轻晃动砂轮去除多余的磨料，然后进行加厚电镀。这种埋砂法（或撒砂法）复合电镀工艺，操作简单，针对平行砂轮或者型面简单的砂轮具有良好的效果。但针对螺旋线砂轮来说，上砂效果较差，具体体现在：螺旋线砂轮凹槽较深，采用埋砂法时，普通的捣砂方式无法将磨料捣实到凹槽底部，造成上砂后底部缺砂现象。该类型砂轮一般用于齿轮轴类砂轮粗磨，磨料粒径大，撒砂法基本上无法将磨料有效的撒到表面，且效率十分低下，容易因不同位置的磨料附着到基体的时间差别而影响砂轮尺寸。
发明内容
本发明提供一种旋转上砂装置及利用其电镀螺旋砂轮基体的方法。通过螺旋线型砂轮的自身特性，通过旋转的方式将混合均匀的磨料沿着砂轮螺旋线基体从上旋转至最底部，最终达到整个磨料层均匀附着磨料的目的。
基于上述目的，本发明采取如下技术方案：
一种旋转上砂装置，包括螺旋砂轮基体、电镀槽和储槽，电镀槽底面的中部设有轴套，所述轴套的底部穿过并伸出底面外，轴套顶部设有托砂板，托砂板的中部设有通孔，通孔内设有砂轮基体夹具，电镀槽的下方设有第一电机，第一电机的顶部设有电机轴，所述电机轴的顶端从下至上依次穿过轴套、托砂板且电机轴的顶端和砂轮基体夹具固定连接，砂轮基体固定于砂轮基体夹具内，托砂板上设有凹槽，砂轮基体外套设有圆筒状上下敞口的砂罩，砂罩的底部卡接在托砂板上的凹槽内，电镀槽内设有阳极；储槽的出口通过管道和电镀槽的进口连接，管道上设有磁力泵且管道位于电镀槽的一端伸入砂罩内。
进一步地，储槽内设有搅拌机构，所述搅拌机构包括第二电机、搅拌桨，第二电机固定在储槽的顶板上，搅拌桨位于储槽内，搅拌桨的顶部穿过储槽的顶板和第二电机相连，搅拌桨的下部设有搅拌叶片。
进一步地，所述电镀槽的侧壁上设有加热管。
进一步地，轴套为两个，分别对应设于轴套底面的上方和下方，轴套通过螺栓固定在电镀槽的底面上。
利用上述旋转上砂装置电镀螺旋砂轮基体的方法，包括如下步骤：
（1）将砂轮基体进行超声波除油，除油结束后采用不干胶粘纸和专用夹具组合保护方式将砂轮基体非镀部位进行保护并将导线连接至非基准面上，组装旋转上砂装置，然后将砂轮基体放置到砂轮基体夹具内并固定，带电入槽，将除油过的砂轮基体进行电解腐蚀，电镀槽内装入电镀液，储槽内装入磨料电镀液混合液，砂轮基体在1~2 A/dm2预镀15-35min；
（2）然后将砂罩套到托砂板预先打好的凹槽内，开启第一电机，砂轮基体转速为20-30rpm，电流密度为0.1-0.5A/dm2，在砂轮基体旋转电镀1-2min后，开启第二电机和磁力泵，磨料电镀液混合液以5-8cm3/圈的速率冲到砂轮基体和砂罩中间，上砂操作时间5-15min；
（3）上砂操作结束后关闭第一电机、第二电机和磁力泵，静置电镀2.5-4h，然后卸砂，进入加厚工序。
进一步地，磨料电镀液混合液由磨料和电镀液组成，所述磨料为金刚石或立方氮化硼，粒径为120~170目（90～125μm），所述磨料和电镀液的质量比为1︰（2~3）。
进一步地，所述电镀液的组成为：硫酸镍：230-300g/L，氯化镍：40-50g/L，硼酸：40-50g/L，1,4-丁炔二醇：0.5-0.7g/L，糖精钠：1.2-1.5g/L，十二烷基硫酸钠0.2-0.3g/L，溶剂为水。
进一步地，所述电解腐蚀的具体过程如下：将砂轮基体放入浓度30～40wt%硫酸中进行电解，电流密度10～20A/dm²，电解时间3～7min。
进一步地，所述加厚工序的电流密度如下：0.1-0.5A/dm2，加厚时间为36~44h。
进一步地，所述超声波除油是指在50-60℃碱性除油液中超声1-1.5h，超声功率1500~2000W，除油液组成为：氢氧化钠15～20g/L，磷酸钠30～40g/L，碳酸钠10～15g/L，溶剂为水。
本发明的有益效果：
（1）通过采用旋转法对螺旋线式砂轮的复合电镀方法，可使磨料有效的填充至整个电镀层，上砂后可实现整体一次性上砂，砂轮上砂质量大幅提升；
（2）本发明通过在上砂装置上端设计一个镀液磨料混合的搅拌系统，搅拌功能将镀液磨料混合物沿着上端均匀流入，并结合试验选择确定出匹配的砂轮转速、电镀工艺参数和间隔时间参数，有效的解决了螺旋线式砂轮电镀上砂不均匀、容易缺砂的难题。
附图说明
图1是本发明砂轮基体的结构示意图；
图2是本发明旋转上砂装置的结构示意图，图中，1.砂轮基体（同时作为阴极），3.托砂板，4.砂罩，5.电镀槽，6. 磨料电镀液混合液，7. 阳极，8.电镀液，9.磁力泵，10.储槽，11.加热管，12.轴套，21.第一电机，22.第二电机，23.搅拌桨，24.搅拌叶片。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步详细说明，但本发明的保护范围并不局限于此。
如图1和图2所示，一种旋转上砂装置，包括螺旋砂轮基体1（所述的砂轮基体材料包括铁、铝等金属材料，砂轮基体的电镀面为螺旋线形状，见图1。）、电镀槽5（顶部敞口）和储槽10，电镀槽5底面的中部设有轴套12，所述轴套12的底部穿过并伸出底面外，轴套12顶部设有托砂板3，托砂板3的中部设有通孔，通孔内设有砂轮基体夹具（图中未示出），电镀槽5的下方设有第一电机21，第一电机21的顶部设有电机轴，所述电机轴的顶端从下至上依次穿过轴套12、托砂板3，且电机轴的顶端和砂轮基体夹具固定连接，砂轮基体1固定于砂轮基体夹具内，托砂板3上设有凹槽，砂轮基体1外套设有圆筒状上下敞口的砂罩4，砂罩4的底部卡接在托砂板3上的凹槽内，电镀槽5内设有阳极7；储槽10的出口通过管道101和电镀槽5的进口连接，管道101上设有磁力泵9且管道101位于电镀槽5的一端伸入砂罩4内。
进一步地，储槽10内设有搅拌机构，所述搅拌机构包括第二电机22、搅拌桨23，第二电机22固定在储槽10的顶板上，搅拌桨23位于储槽10内，搅拌桨23的顶部穿过储槽10的顶板和第二电机22相连，搅拌桨23的下部设有搅拌叶片24。
进一步地，所述电镀槽5的侧壁上设有加热管11。
进一步地，轴套12为两个，分别对应设于轴套12底面的上方和下方，轴套12通过螺栓固定在电镀槽5的底面上。
实施例1
利用上述旋转上砂装置电镀螺旋砂轮基体的方法，包括如下步骤：
（1）将砂轮基体1进行超声波除油，所述超声波除油是指在60℃碱性除油液中超声1h，超声功率1800W，除油液组成为：氢氧化钠20g/L，磷酸钠30g/L，碳酸钠15g/L，溶剂为水；
（2）除油结束后采用不干胶粘纸和专用夹具组合保护方式将砂轮基体1非镀部位进行保护并将导线连接至非基准面上，组装旋转上砂装置，然后将砂轮基体1放置到砂轮基体夹具内并固定，带电入槽，将除油过的砂轮基体1进行电解腐蚀；所述电解腐蚀的具体过程如下：将砂轮基体1放入浓度40wt%硫酸中进行电解，电流密度20A/dm²，电解时间5min，电解结束后放出硫酸；
（3）电镀槽5内装入电镀液8，储槽10内装入磨料电镀液混合液6，砂轮基体在2 A/dm2预镀30min；磨料电镀液混合液6由磨料和电镀液组成，所述磨料为立方氮化硼，粒径为120~170μm，140/170目，所述磨料和电镀液的质量比为1︰2；所述电镀液8的组成为：硫酸镍：250g/L，氯化镍：40g/L，硼酸：50g/L，1,4-丁炔二醇：0.5g/L，糖精钠： 1.5g/L，十二烷基硫酸钠0.2g/L，溶剂为水；
（4）然后将砂罩4套到托砂板3预先打好的凹槽内，开启第一电机21，砂轮基体1转速为22rpm，电流密度为0.3A/dm2，在砂轮基体1旋转电镀2min后，开启第二电机22和磁力泵9，磨料电镀液混合液6以6cm3/圈的速率冲到砂轮基体1和砂罩4中间，上砂操作时间15min；
（5）上砂操作结束后关闭第一电机21、第二电机22和磁力泵9，上砂沉积3.5h，然后卸砂，附着单层磨料，磨料基本粒径0.09-0.106mm，上砂沉积镀层厚度0.008-0.012mm，未发现缺砂现象，转入加厚工序；
（6）加厚过程采用小电流旋转加厚，电流密度0.1A/dm2，加厚40h后，沉积镀层厚度在0.045-0.05mm之间，可得到厚度200mm、外径250mm、齿深40mm，磨料粒度为CBN140/170的螺旋形电镀砂轮。
经显微镜检测，磨料分布较均匀，通过磨削试验测试，磨削条件为：
将材质为20CrMnTi模数m=2.30、齿数z=67的齿轮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。
形状符合要求，磨损均匀。磨削余量0.5～0.8mm，粗糙度小于Rz5，磨削寿命5万件。
实施例2
利用上述旋转上砂装置电镀螺旋砂轮基体的方法，包括如下步骤：
（1）将砂轮基体1进行超声波除油，所述超声波除油是指在50℃碱性除油液中超声1.5h，超声功率2000W，除油液组成为：氢氧化钠15g/L，磷酸钠40g/L，碳酸钠10g/L，溶剂为水；
（2）除油结束后采用不干胶粘纸和专用夹具组合保护方式将砂轮基体1非镀部位进行保护并将导线连接至非基准面上，组装旋转上砂装置，然后将砂轮基体1放置到砂轮基体夹具内并固定，带电入槽，将除油过的砂轮基体1进行电解腐蚀；所述电解腐蚀的具体过程如下：将砂轮基体1放入浓度30wt%硫酸中进行电解，电流密度10A/dm²，电解时间7min，电解结束后放出硫酸；
（3）电镀槽5内装入电镀液8，储槽10内装入磨料电镀液混合液6，砂轮基体在3.5A/dm2预镀20min；磨料电镀液混合液6由磨料和电镀液组成，所述磨料为立方氮化硼，粒径为120/140目，所述磨料和电镀液的质量比为1︰3；所述电镀液8的组成为：硫酸镍：300g/L，氯化镍：50g/L，硼酸：40g/L，1,4-丁炔二醇：0.7g/L，糖精钠：1.2g/L，十二烷基硫酸钠0.3g/L，溶剂为水；
（4）然后将砂罩4套到托砂板3预先打好的凹槽内，开启第一电机21，砂轮基体1转速为28rpm，电流密度为0.5A/dm2，在砂轮基体1旋转电镀1min后，开启第二电机22和磁力泵9，磨料电镀液混合液6以8cm3/圈的速率冲到砂轮基体1和砂罩4中间，上砂操作时间10min；
（5）上砂操作结束后关闭第一电机21、第二电机22和磁力泵9，上砂沉积4h，然后卸砂，附着单层磨料，磨料基本粒径0.106-0.125mm，上砂沉积镀层厚度0.012-0.018mm，未发现缺砂现象，转入加厚工序；
（6）加厚过程采用小电流旋转加厚，电流密度0.1A/dm2，加厚44h后，沉积镀层厚度在0.05-0.055mm之间，可得到厚度80mm、外径200mm、齿深20mm，磨料粒度为CBN120/140的螺旋形电镀砂轮。
经显微镜检测，磨料分布较均匀，通过磨削试验测试，磨削条件为：
将材质为20CrMnTi模数m=5、齿数z=20的齿轮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。
形状符合要求，磨损均匀；磨削余量0.6～0.9mm，粗糙度小于Rz6，磨削寿命5.5万件。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种旋转上砂装置，其特征在于，包括螺旋砂轮基体、电镀槽和储槽，电镀槽底面的中部设有轴套，所述轴套的底部穿过并伸出底面外，轴套顶部设有托砂板，托砂板的中部设有通孔，通孔内设有砂轮基体夹具，电镀槽的下方设有第一电机，第一电机的顶部设有电机轴，所述电机轴的顶端从下至上依次穿过轴套、托砂板且电机轴的顶端和砂轮基体夹具固定连接，砂轮基体固定于砂轮基体夹具内，托砂板上设有凹槽，砂轮基体外套设有圆筒状上下敞口的砂罩，砂罩的底部卡接在托砂板上的凹槽内，电镀槽内设有阳极；储槽的出口通过管道和电镀槽的进口连接，管道上设有磁力泵且管道位于电镀槽的一端伸入砂罩内。
2.根据权利要求1所述旋转上砂装置，其特征在于，储槽内设有搅拌机构，所述搅拌机构包括第二电机、搅拌桨，第二电机固定在储槽的顶板上，搅拌桨位于储槽内，搅拌桨的顶部穿过储槽的顶板和第二电机相连，搅拌桨的下部设有搅拌叶片。
3.根据权利要求1所述旋转上砂装置，其特征在于，所述电镀槽的侧壁上设有加热管。
4.根据权利要求1所述旋转上砂装置，其特征在于，轴套为两个，分别对应设于轴套底面的上方和下方，轴套通过螺栓固定在电镀槽的底面上。
5.利用权利要求1至4任一所述的旋转上砂装置电镀螺旋砂轮基体的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将砂轮基体进行超声波除油，除油结束后将砂轮基体非镀部位进行保护并将导线连接至非基准面上，组装旋转上砂装置，然后将砂轮基体固定，带电入槽，将除油过的砂轮基体进行电解腐蚀，电镀槽内装入电镀液，储槽内装入磨料电镀液混合液，砂轮基体在1~2A/dm2预镀15-35min；
（2）然后将砂罩套到托砂板预先打好的凹槽内，开启第一电机，砂轮基体转速为20-30rpm，电流密度为0.1-0.5A/dm2，在砂轮基体旋转电镀1-2min后，开启第二电机和磁力泵，磨料电镀液混合液以5-8cm3/圈的速率冲到砂轮基体和砂罩中间，上砂操作时间5-15min；
（3）上砂操作结束后关闭第一电机、第二电机和磁力泵，静置电镀2.5-4h，然后卸砂，进入加厚工序。
6.根据权利要求5所述电镀螺旋砂轮基体的方法，其特征在于，磨料电镀液混合液由磨料和电镀液组成，所述磨料为金刚石或立方氮化硼，粒径为120~170目，所述磨料和电镀液的质量比为1︰（2~3）。
7.根据权利要求5或6所述电镀螺旋砂轮基体的方法，其特征在于，所述电镀液的组成为：硫酸镍：230-300g/L，氯化镍：40-50g/L，硼酸：40-50g/L， 1,4-丁炔二醇：0.5-0.7g/L，糖精钠：1.2-1.5g/L，十二烷基硫酸钠0.2-0.3g/L，溶剂为水。
8.根据权利要求5所述电镀螺旋砂轮基体的方法，其特征在于，所述电解腐蚀的具体过程如下：将砂轮基体放入浓度30～40wt%硫酸中进行电解，电流密度10～20A/dm²，电解时间3～7min。
9.根据权利要求5所述电镀螺旋砂轮基体的方法，其特征在于，所述加厚工序的电流密度如下：0.1-0.5A/dm2，加厚时间为36~44h。
10.根据权利要求5所述电镀螺旋砂轮基体的方法，其特征在于，所述超声波除油是指在50-60℃碱性除油液中超声1-1.5h，超声功率1500~2000W，除油液组成为：氢氧化钠15～20g/L，磷酸钠30～40g/L，碳酸钠10～15g/L，溶剂为水。
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