CN110328624B - 一种用于异形电镀砂轮的沉积卡具及其使用方法 - Google Patents

Abstract

一种用于异形电镀砂轮的沉积卡具及其使用方法，包括卡环、可移动遮挡物、升降装置、控制可移动遮挡物收卷的收卷伺服电机总成以及伺服控制总成，升降装置及收卷伺服电机总成分别与伺服控制总成控制连接；卡环包括上下滑动配合设置的内环和外环，且外环与升降装置控制连接并在升降装置的控制下沿内环上下移动；可移动遮挡物沿径向布设于外环的顶部，且其心部开有用于穿过砂轮的中心孔，其末端部与设在外环上的收卷伺服电机总成连接。该用于异形电镀砂轮的沉积卡具，使镀层型面各位置沉积镀层一致性较高；通过设定的工艺参数及步进电机对可移动遮挡物的控制，保证砂轮型面各处镀层沉积厚度的一致性，且能达到镀层整齐，提升镀层形状尺寸精度。

Description

一种用于异形电镀砂轮的沉积卡具及其使用方法

技术领域

本发明属于辅助卡具应用技术领域，特别涉及一种用于异形电镀砂轮的沉积卡具及使用方法。

背景技术

目前，复杂型面电镀砂轮，以下简称为异形电镀砂轮，其制造方法是先利用金属镍离子沉积出一层较薄的金属镀层，将金刚石或立方氮化硼等超硬磨料附着在金属基体的被镀面，再通过镀层的沉积实现镀层对超硬磨料的包裹，使其具有较强的把持力。电镀过程中尖端效应的存在会影响砂轮型面各位置的沉积速率，尤其是针对以气门杆成型磨削的砂轮为代表的异形砂轮，各位置沉积速率相差更大，而镀层沉积厚度影响着不同位置埋入率的一致性，需要在加厚沉积过程中控制各位置厚度的一致性。如果加厚过程电镀工装卡具的结构或保护方式不合理，将会严重影响电镀砂轮的质量，甚至造成产品报废。

目前减轻尖端效应影响的方法为仿形阳极法、阴极辅助引流法，或者采用小电流密度加厚，这些保护方式存在如下缺点：

a.制作精度较低。仿形阳极需要严格按照砂轮形状制作相反形状的阳极，需要较高的制作精度要求；另外，使用过程中，需要对阳极放置位置有精确的要求，且使用一段时间后随着阳极的损耗，阳极精度会丧失。阴极辅助引流法存在类似的问题。制作精度影响了该类工艺在异形电镀砂轮制造过程中的应用。

b.电镀效率低。采用阴极辅助引流法需要将砂轮沉积速率最快的部分引流，严重影响了电镀砂轮的加厚效率，还会造成资源的浪费。采用小电流密度的加厚工艺，能够降低尖端效应的影响，也存在着效率低、时间长的缺点。

c.镀层沉积厚度一致性差。使用上述方式来沉积镀层时，因砂轮形状复杂性，仍旧很难保证砂轮各位置沉积速率的一致性，容易出现因凹槽内部处镀层厚度不足以把持磨料导致的磨料脱落的现象。

d.可重复使用次数少。因仿形阳极在使用过程中有消耗、辅助阴极有镀层的沉积，即上述方法均是通过电化学的方式来实现，基本上不可重复利用。

中国发明专利“一种用于加工异形电镀金刚石砂轮的仿型模具”(公开号：CN207509056U)公开了一种用于加工异形电镀金刚石砂轮的仿型模具，包括两个对称设置的半圆环，两个半圆环对应连接形成圆环；半圆环内半圆弧板，内半圆弧板上均布第一通孔，内半圆弧板两侧对称设置半圆弧形斜板，半圆弧形斜板上均布第二通孔，半圆弧形斜板的外侧设有外半圆弧板，外半圆弧板上均布第三通孔；在半圆环的两侧均设有向外设置的法兰；本该仿型模具的孔分布不均匀，对尖端和边缘部位使用小孔或者无孔，较低的部位使用较大的孔，使得各处砂子厚度一致，从而避免了砂子较厚部位因气泡滞留所形成的针孔和砂子脱落，屏蔽解决了边缘效应和尖端放电所带来影响；但并不适用于本申请动态遮挡屏蔽保护。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种用于异形电镀砂轮制造过程中使用的保护卡具，使镀层沉积后厚度一致，提高砂轮质量。

为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：

该用于异形电镀砂轮的沉积卡具，包括卡环、可移动遮挡物、升降装置、控制可移动遮挡物收卷的收卷伺服电机总成以及伺服控制总成，升降装置及收卷伺服电机总成分别与伺服控制总成控制连接；

卡环包括上下滑动配合设置的内环和外环，且外环与升降装置控制连接并在升降装置的控制下沿内环上下移动；

可移动遮挡物沿径向布设于外环的顶部，且其心部开有用于穿过砂轮的中心孔，其末端部与设在外环上的收卷伺服电机总成连接。

所述可移动遮挡物中心孔的内沿设有周向设置的弹性绳，弹性绳在对称设于砂轮外部的微型电动控制总成的作用下运动并使其与异形电镀砂轮的表面紧密贴合，且弹性绳带动可移动遮挡物沿水平向移动，微型电动控制总成设于外环上并与伺服控制总成控制连接。

所述微型电动控制总成包括设于外环上的推杆支架、倾斜设置在推杆支架前端部的推杆、与推杆连接的推杆套筒和推杆伺服电机，推杆伺服电机与伺服控制总成控制连接，并通过推杆传感器感应测量推杆前端的弹性绳与异形电镀砂轮表面的位置。

所述收卷伺服电机总成包括固设在外环上的收卷伺服电机，且可移动遮挡物的末端卷设在收卷伺服电机的转轴上，并在收卷伺服电机的带动下移动。

所述内环与外环的侧壁上设有用于导向的内外环导向组件；

内外环导向组件包括设于内环外圈上的滑块导轨以及设于外环内圈上的滑块，内外环在步进电机的带动下通过内外环导向组件上下移动。

所述升降装置包括步进电机支撑架，以及设置在步进电机支撑架上的步进电机、丝杠及升降平台，丝杠与步进电机连接，升降平台安装在丝杠上，且升降平台与外环连接并在步进电机的控制下带动外环沿内环上下移动。

还包括底板，内环可拆卸式固定在底板上。

所述内环和外环材质均为PVC材质。

用于异形电镀砂轮的沉积卡具的使用方法，包括如下步骤：

1）准备工作：

按照正常的制作工艺，对制作好的砂轮基体进行电镀前处理、预镀、上砂及前期加厚处理，待砂轮最外圆处的镀层沉积厚度达到要求时，进入步骤2）；

2）卡具与砂轮组装：

将砂轮放置在底板上，收卷伺服电机总成以及微型电动控制总成设于卡环的外环上，随后将卡环套在砂轮外圆，并将沉积夹具的内环置于底板上；

依据砂轮型号，将可移动遮挡物置于砂轮相应的初始处置，随后束紧弹性绳；

3）沉积厚度不足处的继续沉积：

按照与步骤1）同等电流密度计算出的电流值，继续对砂轮的未遮挡部位进行镀层沉积，并利用步进电机以及收卷伺服电机总成逐步上提可移动遮挡物，并在微型电动控制总成的作用下保证弹性绳紧密贴合在异形电镀砂轮的表面，结束后取出，进入步骤4）；

4）镀后检测

对镀后的砂轮进行检测。

步骤3）中步进电机与电镀工艺配合设置，步进电机上提的频率为：每隔5min向上提0.3-0.4mm，电镀时间为2-4h。

本发明的有益效果是：

（1）该用于异形电镀砂轮的沉积卡具，通过卡环、可移动遮挡物和升降装置、收卷伺服电机总成以及微型电动控制总成的设置，使得镀层型面各位置沉积镀层一致性较高；内环和外环均采用高密度材质的PVC等制成，其形状尺寸精度高，且经过工艺试验后，通过设定的工艺参数及步进电机对可移动遮挡物的控制，从而保证了砂轮型面各处镀层沉积厚度的一致性，且能达到镀层整齐，提升镀层形状尺寸精度。

（2）推杆通过推杆伺服电机的精密控制，带动松紧皮带前进或后退运动，当松紧皮带接触砂轮型面时，触发推杆传感器发出命令控制推杆伺服电机的停转，保证弹性绳与砂轮表面紧密贴合。

（2）该用于异形电镀砂轮的沉积卡具，采用遮挡屏蔽保护方式，保护已沉积镀层，在电镀过程中不会发生其他引流现象，保证只在未遮挡处的电镀层处沉积金属；制作精度较高，使用过程中不会出现砂轮和沉积夹具的分离或遮挡效果不好的现象，可以使用大电流密度，电镀效率较高；

（3）卡环，由于塑料材质硬度高，使用过程中变形量小，且使用时塑料和砂轮镀层之间不会产生粘附力，拆卸时容易分离，方便快捷。

（4）该用于异形电镀砂轮的沉积卡具，在镀液内部浸泡部分的材料均是塑料类型材料，避免了沉积夹具在电镀液的酸性环境中被腐蚀；沉积夹具中使用卡环做支撑物，提高了沉积夹具的强度，也提高了寿命，且本专利卡具可重复使用，寿命长。

附图说明

图1是沉积卡具的结构示意图；

图2是砂轮的结构示意图；

图3是本发明的装配图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

本发明提供了一种用于异形电镀砂轮的沉积卡具，如图1至图3所示。

该用于异形电镀砂轮的沉积卡具，包括卡环、可移动遮挡物5和升降装置，控制可移动遮挡物5收卷的收卷伺服电机总成以及伺服控制总成，升降装置及收卷伺服电机总成分别与伺服控制总成控制连接；卡环包括上下滑动配合设置的内环2和外环4，且外环4与升降装置控制连接并在升降装置的控制下沿内环2上下移动，可移动遮挡物5沿径向布设于外环4的顶部，且其心部开有用于穿过砂轮的中心孔，其末端部与设在外环4上的收卷伺服电机总成连接。本实施例中，所述收卷伺服电机总成包括固设在外环上的收卷伺服电机13，且可移动遮挡物5的末端卷设在收卷伺服电机13的转轴上，并在收卷伺服电机13的带动下移动。

本实施例中，还包括底板1，内环2可拆卸式固定在底板1上；所述内环2与外环4的侧壁上设有用于导向的内外环导向组件，优选的，内外环导向组件包括设于内环2外圈上的滑块导轨3以及设于外环4内圈上的滑块14，内外环在步进电机的带动下通过内外环导向组件上下移动。另外，内环2和外环4的材质采用为PP、PVC等具有一定强度且防酸物质，起到支撑砂轮、砂轮外圆面保护的作用。

为了提高密封性，可移动遮挡物中心孔的内沿设有周向设置的弹性绳6，弹性绳6在对称设于砂轮外部的微型电动控制总成的作用下运动并使其与异形电镀砂轮的表面紧密贴合，且弹性绳6带动可移动遮挡物5沿水平向移动，而微型电动控制总成设于外环4上并与伺服控制总成20控制连接。本实施例中，所述微型电动控制总成包括设于外环上的推杆支架15、倾斜设置在推杆支架15前端部的推杆18、与推杆18连接的推杆套筒17和推杆伺服电机16，推杆伺服电机16与伺服控制总成20控制连接，并经推杆传感器19通过感应接触压力来测量推杆18前端的弹性绳6与异形电镀砂轮表面的位置。

当推杆伺服电机16收到伺服控制总成20传出的信号，则驱动推杆带动弹性绳6上升或者下降，保证推杆前端的弹性绳6紧密贴合在异形电镀砂轮的表面。推杆通过推杆伺服电机16的精密控制，带动松紧皮带前进或后退运动，当松紧皮带接触砂轮型面时，触发推杆传感器19发出命令控制推杆伺服电机16的停转。

同时，收卷伺服电机总成控制弹性绳6开口的大小，使可移动遮挡物5始终处在紧绷密封状态，在其作用下，可移动遮挡物5进行收卷，而弹性绳6带动可移动遮挡物5沿水平向移动。优选的，可移动遮挡物5为防水布，所述弹性绳6为松紧皮带，方便对砂轮7进行遮挡以及调整。本实施例中，可移动遮挡物5为采用PVC材质制作的环形，套在砂轮7外圆已沉积后的位置，圆弧以上位置因受尖端效应影响大，需要不断遮挡已沉积好的位置来保证整体沉积厚度的一致性，因此可移动遮挡物5需有一定的柔软性，且必须能够完全遮挡住电力线的通过。

所述升降装置包括步进电机支撑架10，以及设置在步进电机支撑架10上的步进电机8，丝杠及升降平台9，丝杠与步进电机8连接，升降平台9安装在丝杠上，且升降平台9与外环4连接并在步进电机8的控制下带动外环4沿内环2上下移动，以达到不断遮挡的目的。

当伺服控制总成20控制升降装置让外环上升时，微型电动控制总成控制推杆前进，同时控制收卷伺服电机13卷出相应长度的防水布，在三个电机的共同运动下，弹性绳6的接触点可以实现精密定位在复杂型面的任意位置。

本发明中，升降装置所用型号为台湾上银直线模组工业机器人KK86系列精密KK模组直线模组；步进电机8采用HIWIN上银交流直流伺服马达HIWIN-750W伺服电机，或者三菱HF-SN152J伺服电机。

收卷伺服电机13采用管状卷帘伺服电机GZDJ-2；推杆伺服电机16采用德马克永磁同步伺服电动机DMK-T50，推杆传感器19采用KEYENCE基恩士通用型数字接触式传感器GT-A10。

用于异形电镀砂轮的沉积卡具的使用方法，包括如下步骤：

1）准备工作：

按照正常的制作工艺，对制作好的砂轮基体进行电镀前处理、预镀、上砂及前期加厚处理，待砂轮7最外圆处的镀层沉积厚度达到要求时，制得半成品的砂轮，进入步骤2）；

2）夹具与砂轮组装：

将半成品的砂轮放置在底板1上，收卷伺服电机总成以及微型电动控制总成设于卡环的外环上，随后将卡环套在砂轮外圆，并将沉积夹具的内环2置于底板上；依据砂轮型号，将可移动遮挡物5置于砂轮7相应的初始处置，随后束紧弹性绳6；

3）沉积厚度不足处的继续沉积：

按照与步骤1）同等电流密度计算出的电流值，继续对砂轮的未遮挡部位进行镀层沉积，并利用步进电机8以及收卷伺服电机总成逐步上提可移动遮挡物5，并在微型电动控制总成的作用下保证弹性绳紧密贴合在异形电镀砂轮的表面，本实施例中，步进电机8与电镀工艺配合设置，收卷伺服电机总成和微型电动控制总成在伺服控制总成的控制作用，步进电机8上提的频率为：每隔5min向上提0.3-0.4mm，电镀2-4h后，取出，进入步骤4）；

4）镀后检测

对镀后的砂轮7进行检测。

下面以电镀一种磨气门杆电镀CBN砂轮为例进行详细说明。

砂轮规格：500*35*200

镀层型面最深处深度约11mm

基体材料：45#钢

（1）夹具使用前工作

按照正常的制作工艺，对制作好的砂轮基体进行电镀前处理、预镀、上砂及加厚部分，上砂方式为埋砂法、使用CBN粒度为80#，前处理、预镀、上砂及前期加厚时间在30-35h；按照工艺参数及试验设定好加厚时间后，待砂轮最外圆处镀层沉积厚度达到要求时，进行下一步卡具与砂轮组装。

（2）卡具与砂轮组装

按照图3的组装方式，先将砂轮7放置到底板1上，将卡环套在砂轮外圆并放置到底板1上，利用紧固螺母将可移动遮挡物与外环4的顶部组装，并按照砂轮型号，通过弹性绳6将可移动遮挡物5初始放置在相应的位置。

收卷伺服电机总成以及微型电动控制总成设于卡环的外环上，随后将卡环套在砂轮外圆，并将沉积夹具的内环置于底板上；

依据砂轮型号，将可移动遮挡物置于砂轮相应的初始处置，随后束紧弹性绳；

3）沉积厚度不足处的继续沉积：

按照与步骤1）同等电流密度计算出的电流值，继续对砂轮的未遮挡部位进行镀层沉积，并利用步进电机8以及收卷伺服电机总成逐步上提可移动遮挡物5，并在微型电动控制总成的作用下保证弹性绳紧密贴合在异形电镀砂轮的表面，每隔5min向上提0.3-0.4mm，电镀2-4h后，取出。

（3）镀后检测

经检测，镀层各处的沉积厚度一致性较好，镀层偏差在±8μm内，远小于之前的±20μm的偏差，且未出现因卡具导致的镀层亮线、气泡等其他缺陷，外观质量好。

该用于异形电镀砂轮的沉积卡具，底板1和环形的内环2、外环4均用高强度PVC材质制作，具有较高的刚性，一方面保证了使用过程中不发生变形，也保证了对其他卡具的支撑作用；采用步进电机8、微型电动控制总成以及收卷伺服电机总成来控制松紧位置，一方面可以将已沉积好的位置进行屏蔽保护，另一方面，也保证了屏蔽保护过程中新增加的尖端位置影响相邻位置的镀层厚度，以达到各位置镀层沉积厚度的一致性。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及等同物界定。

Claims (9)

1.一种用于异形电镀砂轮的沉积卡具，其特征在于：包括卡环、可移动遮挡物、升降装置、控制可移动遮挡物收卷的收卷伺服电机总成以及伺服控制总成，升降装置及收卷伺服电机总成分别与伺服控制总成控制连接；

卡环包括上下滑动配合设置的内环和外环，且外环与升降装置控制连接并在升降装置的控制下沿内环上下移动；

可移动遮挡物沿径向布设于外环的顶部，且其心部开有用于穿过砂轮的中心孔，其末端部与设在外环上的收卷伺服电机总成连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于异形电镀砂轮的沉积卡具，其特征在于：所述可移动遮挡物中心孔的内沿设有周向设置的弹性绳，弹性绳在对称设于砂轮外部的微型电动控制总成的作用下运动并使其与异形电镀砂轮的表面紧密贴合，且弹性绳带动可移动遮挡物沿水平向移动，微型电动控制总成设于外环上并与伺服控制总成控制连接；

所述微型电动控制总成包括设于外环上的推杆支架、倾斜设置在推杆支架前端部的推杆、与推杆连接的推杆套筒和推杆伺服电机，推杆伺服电机与伺服控制总成控制连接，并通过推杆传感器感应测量推杆前端的弹性绳与异形电镀砂轮表面的位置。

3.根据权利要求2所述的一种用于异形电镀砂轮的沉积卡具，其特征在于：所述收卷伺服电机总成包括固设在外环上的收卷伺服电机，且可移动遮挡物的末端卷设在收卷伺服电机的转轴上，并在收卷伺服电机的带动下移动。

4.根据权利要求2 所述的一种用于异形电镀砂轮的沉积卡具，其特征在于：所述内环与外环的侧壁上设有用于导向的内外环导向组件；

内外环导向组件包括设于内环外圈上的滑块导轨以及设于外环内圈上的滑块，内外环在步进电机的带动下通过内外环导向组件上下移动。

5.根据权利要求4所述的一种用于异形电镀砂轮的沉积卡具，其特征在于：所述升降装置包括步进电机支撑架，以及设置在步进电机支撑架上的步进电机、丝杠及升降平台，丝杠与步进电机连接，升降平台安装在丝杠上，且升降平台与外环连接并在步进电机的控制下带动外环沿内环上下移动。

6.根据权利要求4所述的一种用于异形电镀砂轮的沉积卡具，其特征在于：还包括底板，内环可拆卸式固定在底板上。

7.根据权利要求4所述的一种用于异形电镀砂轮的沉积卡具，其特征在于：所述内环和外环材质均为PVC材质。

8.根据 权利要求6所述的一种 用于异形电镀砂轮的沉积卡具的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）准备工作：

按照正常的制作工艺，对制作好的砂轮基体进行电镀前处理、预镀、上砂及前期加厚处理，待砂轮最外圆处的镀层沉积厚度达到要求时，进入步骤2）；

2）卡具与砂轮组装：

将砂轮放置在底板上，收卷伺服电机总成以及微型电动控制总成设于卡环的外环上，随后将卡环套在砂轮外圆，并将沉积夹具的内环置于底板上；

依据砂轮型号，将可移动遮挡物置于砂轮相应的初始处置，随后束紧弹性绳；

3）沉积厚度不足处的继续沉积：

按照与步骤1）同等电流密度计算出的电流值，继续对砂轮的未遮挡部位进行镀层沉积，并利用步进电机以及收卷伺服电机总成逐步上提可移动遮挡物，并在微型电动控制总成的作用下保证弹性绳紧密贴合在异形电镀砂轮的表面，结束后取出，进入步骤4）；

4）镀后检测

对镀后的砂轮进行检测。

9.根据权利要求8所述的一种用于异形电镀砂轮的沉积卡具的使用方法，其特征在于：步骤3）中步进电机与电镀工艺配合设置，步进电机上提的频率为：每隔5min向上提0.3-0.4mm，电镀时间为2-4h。

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