CN109825860A - 一种磨料有序排列的金刚石砂轮的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磨料有序排列的金刚石砂轮的制备方法，包括：S1：制备基体：数控加工制备砂轮基体；S2：喷墨：在基体上喷涂油墨层；S3：制孔：采用激光镭雕机在上砂面按有序排列方式雕刻出与金刚石大小的盲孔；S4：化学镀：将步骤S3处理好的基体进行化学镀，使盲孔底部和侧壁沉积金属预镀层；S5：上砂：将过量的金刚石磨料置于步骤S4所得的预镀基体表面进行滚压，使磨料下部嵌入盲孔内，然后置于电镀液中进行电镀，使磨料固结在盲孔内形成磨料层。本发明通过在砂轮基体上喷涂油墨层使基体隔离，上砂时金刚石滚压进入盲孔被电镀固结，而其它区域油墨屏蔽层不能上镍，在电镀液中刷洗时自动脱落，实现了金刚石磨料在砂轮基体表面的规则有序排列。
Description
技术领域
本发明为一种硬材料制品技术领域，尤其涉及一种磨料有序排列的金刚石砂轮的制备方法。
背景技术
传统方法制造电镀金刚石砂轮需要经历预镀、上砂、加厚三个电镀工序，其中上砂是最重要的工序。目前，电镀金刚石砂轮的上砂方式主要有撒砂法和埋砂法。撒砂法是将砂轮基体表面朝上置于镀液中，用小勺或移液管将砂撒在上面，要撒得薄而均匀，厚度一般1-2mm即可；如果是圆弧面或不只一个镀面，则上完一个面后转动一定角度继续上砂。对于粒径较粗的金刚石磨料，撒砂法每次只能给基体所需要电镀的一部分区域上砂。待这部分区域上砂完毕，将砂轮基体上下翻转和轴向转动以更换另一部分区域上砂。期间需要数次卸砂，而且翻转的时候可能会使基体暴露在空气中，其表面会生成极薄的氧化膜，从而导致砂轮在磨削工作过程中产生“脱皮”的现象。埋砂法适合小而简单的工件，是将砂轮基体不镀部位绝缘，需镀部位埋在金刚石磨料中。埋砂法要求的电流密度小，上砂固结慢，耗费时间长。另外，一次埋砂往往不能全部覆盖住电镀区域，需要补砂或者二次埋砂。无论采用撒砂法还是埋砂法，整个上砂过程耗费时间较长，而且上砂也不够均匀致密—有些地方稠密，有些地方稀疏。无论撒砂还是埋砂，都需要将砂轮基体反复转动、换面，在此期间阴极导线、夹具、人员操作不当等可能将磨料蹭掉，导致缺砂现象的发生。
传统的电镀金刚石砂轮，包括砂轮基体和磨料层，所述磨料层包括金刚石磨料和金属镀层，金属镀层沉积在砂轮基体的表面，将无序排列的金刚石磨料固结在砂轮基体表面上。电镀金刚石砂轮相比较热压烧结金属结合剂砂轮和陶瓷结合剂砂轮寿命短，磨料脱落的快，主要原因是金属镀层对金刚石磨料的把持力小、有效磨削的磨粒出刃高度小，专利CN105154958A公开了一种磨料有序排列的电镀金刚石砂轮的制备方法，通过在砂轮基体上开始盲孔，再进行上砂，解决了金属镀层对金刚石磨料的把持力小、有效磨削的磨粒出刃高度小的问题，但是该专利采用细孔放电技术在砂轮基体表面开设盲孔，上砂时没有屏蔽基体上盲孔之间的区域，电镀增厚过程中使基体表面和盲孔内都沉积金属镀层。因上砂时没有屏蔽基体上盲孔之间的区域，在砂轮基体表面的非盲孔位置可能粘附金刚石，而被电镀层固定，导致无法实现真正的磨料有序排列。
发明内容
本发明的目的在于提供一种磨料有序排列的金刚石砂轮的制备方法，解决上述背景中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种磨料有序排列的金刚石砂轮的制备方法，包括以下步骤：
S1：制备基体：数控加工制备砂轮基体；
S2：喷墨：在基体上喷涂油墨层；
S3：制孔：采用激光镭雕机在上砂面按有序排列方式雕刻出与金刚石大小的盲孔；
S4：化学镀：将步骤S3处理好的基体进行化学镀，使盲孔底部和侧壁沉积金属预镀层；
S5：上砂：将过量的金刚石磨料置于步骤S4所得的预镀基体表面进行滚压，使磨料下部嵌入盲孔内，然后置于电镀液中进行电镀，使磨料固结在盲孔内形成磨料层。
进一步地，步骤S2中，油墨层的厚度为0.01-0.04mm。
进一步地，步骤S2中，所述油墨层采用的油墨包含以下质量的组分：氯化聚烯烃树脂液40-60份，聚酯树脂液20-30份、改性丙烯酸树脂20-30份。
进一步地，步骤S3中，盲孔的直径0.1-0.3mm，深度0.01-0.05mm，间距为0.2-0.4mm。
进一步地，步骤S3中，镭雕机打孔的方法包括：所述镭雕机上设有定位装置和旋转装置，所述定位装置活动连接在旋转装置上，所述定位装置能够驱动旋转装置实现定位打孔。
进一步地，步骤S4中化学镀的镀液为镍盐混合物，所述金属预镀层的深度为盲孔的深度的20％-30％。
进一步地，步骤S4之前，对基体进行预处理，预处理步骤包括：超声波清洗、电解除油和酸洗活化。
进一步地，步骤S5中，电镀液包含以下浓度组分：氨基磺酸镍320g/L～350g/L、氯化镍30g/L～32g/L、硼酸35g/L～40g/L、十二烷基硫酸钠0.04g/L～0.1g/L、1,4-丁炔二醇0.5g/L～2.0g/L；所述电镀液的pH为4.4～4.8，电镀时电流密度为1A/dm2～4.0A/dm2。
本发明的磨料有序排列的金刚石砂轮的制备方法，依次经制备砂轮基体、基体上喷涂油墨层，砂轮基体表面镭雕开孔、化学镀、滚压上砂工艺来制备金刚石砂轮，砂轮基体表面开孔通过预先设定的开孔规则进行镭雕开孔，通过在砂轮基体上喷涂油墨层使基体隔离，上砂时金刚石滚压进入盲孔被电镀固结，而其它区域因油墨屏蔽层不能上镍，在电镀液中刷洗时自动脱落，实现了真正意义上的金刚石磨料在砂轮基体表面的规则有序排列；化学镀使盲孔底部和侧壁镀覆上金属预镀层，增强了电镀固结工序中镀层对金刚石磨料的把持力；所得金刚石砂轮对磨料的把持力强，使用寿命长，磨料在砂轮基体表面规则有序排列，提高了磨削质量和磨削效率；该制备方法采用激光镭雕机快速打孔，采用化学镀、滚压上砂工序代替了传统工艺中的预镀、上砂(埋砂或撒砂)，对于同粒度的金刚石磨料，电镀时间缩短为传统工艺的20％～55％。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明缩短了金刚石砂轮的制备时间，增强了电镀固结工序中镀层对金刚石磨料的把持力，实现了真正意义上的金刚石磨料在砂轮基体表面的规则有序排列。
附图说明
图1为本发明中磨料有序排列的金刚石砂轮结构示意图。
图2为本发明中金刚石砂轮制备过程中金刚石滚压示意图。
图中1-油墨层，2-电镀层，3-金刚石，4-金属预镀层，5-盲孔。
具体实施方式
实施例1
一种磨料有序排列的金刚石砂轮的制备方法，包括以下步骤：
S1：制备基体：设计好砂轮基体图纸，使用数控车床按照图纸加工砂轮基体；
S2：喷墨：将砂轮基体进行预处理后，在基体上喷涂油墨层1，油墨层1厚度为0.04mm，然后在烤箱中160℃烘烤10-40分钟；
S3：制孔：采用激光镭雕机在上砂面按有序排列方式雕刻出与金刚石大小的盲孔5，盲孔5尺寸为直径0.3mm，深度0.05mm，间距为0.4mm；所述镭雕机上设有定位装置和旋转装置，所述定位装置活动连接在旋转装置上，所述定位装置能够驱动旋转装置实现定位打孔。
S4：化学镀：将步骤S3处理好的砂轮基体进行化学镀，使盲孔底部和侧壁沉积金属预镀层4；化学镀之前，首先对加工基体进行预处理，包括超声波清洗、电解除油和酸洗活化，所述点解除油即将基体悬挂在除油槽中，加入除油粉50g/L,氢氧化钠20g/L，控制温度30-50℃，电流密度为3-15A/dm 2，电解除油时间为1.0h，油后将基体用自来水冲洗；所述酸洗活化是将除油后的基体置于酸洗槽内，加入33-37％的盐酸溶液，控制温度30-50℃，电流密度为10-15A/dm 2，活化时间为3min，活化后迅速将基体置于去离子水槽中，再迅速移至配好的化学镀液中进行化学镀。
化学镀的镀液为镍盐混合物，化学镀后，砂轮基体上的盲孔底部和侧壁沉积金属预镀层4，所述金属预镀层4的深度为盲孔的深度的10-15μm。
S5：上砂：将过量的金刚石磨料置于步骤S4所得的预镀基体表面进行滚压，使磨料下部嵌入盲孔5内，然后置于电镀液中进行电镀形成电镀层2，使磨料固结在盲孔内形成磨料层。
电镀液包含以下浓度组分：氨基磺酸镍320g/L～350g/L、氯化镍30g/L～32g/L、硼酸35g/L～40g/L、十二烷基硫酸钠0.04g/L～0.1g/L、1,4-丁炔二醇0.5g/L～2.0g/L；所述电镀液的pH为4.4～4.8，电镀时电流密度为1A/dm2～4.0A/dm2。
实施例2
一种磨料有序排列的金刚石砂轮的制备方法，包括以下步骤：
S1：制备基体：设计好砂轮基体图纸，使用数控车床按照图纸加工砂轮基体；
S2：喷墨：将砂轮基体进行预处理后，在基体上喷涂油墨层1，油墨层1厚度为0.03mm，然后在烤箱中160℃烘烤10-40分钟；
S3：制孔：采用激光镭雕机在上砂面按有序排列方式雕刻出与金刚石大小的盲孔5，盲孔5尺寸为直径0.2mm，深度0.03mm，间距为0.3mm；所述镭雕机上设有定位装置和旋转装置，所述定位装置活动连接在旋转装置上，所述定位装置能够驱动旋转装置实现定位打孔。
S4：化学镀：将步骤S3处理好的砂轮基体进行化学镀，使盲孔底部和侧壁沉积金属预镀层4；化学镀之前，首先对加工基体进行预处理，包括超声波清洗、电解除油和酸洗活化，所述点解除油即将基体悬挂在除油槽中，加入除油粉50g/L,氢氧化钠20g/L，控制温度30-50℃，电流密度为3-15A/dm2，电解除油时间为1.0h，油后将基体用自来水冲洗；所述酸洗活化是将除油后的基体置于酸洗槽内，加入33-37％的盐酸溶液，控制温度30-50℃，电流密度为10-15A/dm 2，活化时间为3min，活化后迅速将基体置于去离子水槽中，再迅速移至配好的化学镀液中进行化学镀。
化学镀的镀液为镍盐混合物，化学镀后，砂轮基体上的盲孔底部和侧壁沉积金属预镀层4，所述金属预镀层4的深度为盲孔的深度的6-9μm。
S5：上砂：将过量的金刚石磨料置于步骤S4所得的预镀基体表面进行滚压，使磨料下部嵌入盲孔内，然后置于电镀液中进行电镀形成电镀层2，使磨料固结在盲孔内形成磨料层。
电镀液包含以下浓度组分：氨基磺酸镍320g/L～350g/L、氯化镍30g/L～32g/L、硼酸35g/L～40g/L、十二烷基硫酸钠0.04g/L～0.1g/L、1,4-丁炔二醇0.5g/L～2.0g/L；所述电镀液的pH为4.4～4.8，电镀时电流密度为1A/dm2～4.0A/dm2。
实施例3
一种磨料有序排列的金刚石砂轮的制备方法，包括以下步骤：
S1：制备基体：设计好砂轮基体图纸，使用数控车床按照图纸加工砂轮基体；
S2：喷墨：将砂轮基体进行预处理后，在基体上喷涂油墨层1，油墨层1厚度为0.01mm，然后在烤箱中160℃烘烤10-40分钟；
S3：制孔：采用激光镭雕机在上砂面按有序排列方式雕刻出与金刚石大小的盲孔5，盲孔5尺寸为直径0.1mm，深度0.01mm，间距为0.2mm；所述镭雕机上设有定位装置和旋转装置，所述定位装置活动连接在旋转装置上，所述定位装置能够驱动旋转装置实现定位打孔。
S4：化学镀：将步骤S3处理好的砂轮基体进行化学镀，使盲孔底部和侧壁沉积金属预镀层4；化学镀之前，首先对加工基体进行预处理，包括超声波清洗、电解除油和酸洗活化，所述点解除油即将基体悬挂在除油槽中，加入除油粉50g/L,氢氧化钠20g/L，控制温度30-50℃，电流密度为3-15A/dm2，电解除油时间为1.0h，油后将基体用自来水冲洗；所述酸洗活化是将除油后的基体置于酸洗槽内，加入33-37％的盐酸溶液，控制温度30-50℃，电流密度为10-15A/dm 2，活化时间为3min，活化后迅速将基体置于去离子水槽中，再迅速移至配好的化学镀液中进行化学镀。
化学镀的镀液为镍盐混合物，化学镀后，砂轮基体上的盲孔底部和侧壁沉积金属预镀层4，所述金属预镀层4的深度为盲孔的深度的2-3μm。
S5：上砂：将过量的金刚石磨料置于步骤S4所得的预镀基体表面进行滚压，使磨料下部嵌入盲孔内，然后置于电镀液中进行电镀形成电镀层2，使磨料固结在盲孔内形成磨料层。
电镀液包含以下浓度组分：氨基磺酸镍320g/L～350g/L、氯化镍30g/L～32g/L、硼酸35g/L～40g/L、十二烷基硫酸钠0.04g/L～0.1g/L、1,4-丁炔二醇0.5g/L～2.0g/L；所述电镀液的pH为4.4～4.8，电镀时电流密度为1A/dm2～4.0A/dm2。
上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。
Claims (8)
1.一种磨料有序排列的金刚石砂轮的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：制备基体：数控加工制备砂轮基体；
S2：喷墨：在基体上喷涂油墨层；
S3：制孔：采用激光镭雕机在上砂面按有序排列方式雕刻出与金刚石大小的盲孔；
S4：化学镀：将步骤S3处理好的基体进行化学镀，使盲孔底部和侧壁沉积金属预镀层；
S5：上砂：将过量的金刚石磨料置于步骤S4所得的预镀基体表面进行滚压，使磨料下部嵌入盲孔内，然后置于电镀液中进行电镀，使磨料固结在盲孔内形成磨料层。
2.根据权利要求1所述的磨料有序排列的金刚石砂轮的制备方法，其特征在于，步骤S2中，油墨层的厚度为0.01-0.04mm。
3.根据权利要求2所述的磨料有序排列的金刚石砂轮的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述油墨层采用的油墨包含以下质量的组分：氯化聚烯烃树脂液40-60份，聚酯树脂液20-30份、改性丙烯酸树脂20-30份。
4.根据权利要求1所述的磨料有序排列的金刚石砂轮的制备方法，其特征在于，步骤S3中，盲孔的直径0.1-0.3mm，深度0.01-0.05mm，间距为0.2-0.4mm。
5.根据权利要求1所述的磨料有序排列的金刚石砂轮的制备方法，其特征在于，步骤S3中，镭雕机打孔的方法包括：所述镭雕机上设有定位装置和旋转装置，所述定位装置活动连接在旋转装置上，所述定位装置能够驱动旋转装置实现定位打孔。
6.根据权利要求1所述的磨料有序排列的金刚石砂轮的制备方法，其特征在于，步骤S4中化学镀的镀液为镍盐混合物，所述金属预镀层的深度为盲孔的深度的20％-30％。
7.根据权利要求1所述的磨料有序排列的金刚石砂轮的制备方法，其特征在于，步骤S4之前，对基体进行预处理，预处理步骤包括：超声波清洗、电解除油和酸洗活化。
8.根据权利要求1所述的磨料有序排列的金刚石砂轮的制备方法，其特征在于，步骤S5中，电镀液包含以下浓度组分：氨基磺酸镍320g/L～350g/L、氯化镍30g/L～32g/L、硼酸35g/L～40g/L、十二烷基硫酸钠0.04g/L～0.1g/L、1,4-丁炔二醇0.5g/L～2.0g/L；所述电镀液的pH为4.4～4.8，电镀时电流密度为1A/dm2～4.0A/dm2。
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