CN112936120A - 一种电镀砂轮用上砂夹具、电镀超硬材料砂轮及制造方法 - Google Patents

一种电镀砂轮用上砂夹具、电镀超硬材料砂轮及制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种电镀砂轮用上砂夹具、电镀超硬材料砂轮及制造方法,通过设计专用上砂夹具,实现复杂型面磨料均匀分布的目标,降低砂轮磨削凸线、划痕缺陷发生概率;所述夹具支架上设有筛网和磨料遮挡板,磨料遮挡板上依次设有左端毛刷、中间毛刷和右端毛刷,所述磨料遮挡板下端内侧设有两侧毛刷。利用本发明装置制备的砂轮的使用线速度可以达到180m/s,磨削进给量达到70mm/min,远远大于普磨砂轮。磨削的气门表面没有烧伤和裂纹,粗糙度Rz可达10μm以下,满足工件表面质量要求。

Description

一种电镀砂轮用上砂夹具、电镀超硬材料砂轮及制造方法
技术领域
本发明涉及磨料磨具设计制造领域,具体涉及一种电镀砂轮用上砂夹具、电镀超硬材料砂轮即制造方法。
背景技术
随着我国汽车行业的快速发展,发动机气门的需求量也大量增长,且随着排放标准的提升,对气门的加工精度和形状保持性越来越高。因此,气门材质多采用高镍合金(镍含量大于30%)等形状保持性高但黏性大的难加工材质,对气门的加工质量要求和效率要求越来越高。在目前气门制造工序中,主要分为数控车削法和砂轮成型磨削工艺。数控车削法效率低,需频繁换刀。因此,为提升效率和加工精度,气门生产厂商多采用成型磨削工艺,可单次加工外圆锥面及杆部或锁夹槽及端面位置;当前市场上气门磨削的工艺是利用金刚石滚轮修磨白刚玉砂轮后成型磨削,但存在效率低、形状保持性差的缺点。且砂轮在磨削线速度、进给量、磨后表面粗糙度等几个方面存在不足。
实现气门高效精密成形磨削可以优化使用超硬材料砂轮。用于气门成形磨削的超硬磨料砂轮结合剂类型可以分为陶瓷结合剂砂轮和电镀金属结合剂砂轮。相对于陶瓷结合剂的超硬材料砂轮,电镀超硬材料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:砂轮上机后无需修整仍可以保证形面的几何精度;由于电镀结合剂具有高把持力,磨料可保持高出刃高度,容屑散热空间大,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,电镀超硬材料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、磨料均匀附着、镀层厚度的控制以及镀后精密修整是制造精密成形磨削电镀超硬材料砂轮的重要因素。这其中,因气门形状复杂,对应砂轮型面有高落差和窄沟槽形状,制作难度较大,制备过程中难以保证砂轮精度。
发明内容
本发明提出了一种电镀砂轮用上砂夹具、电镀超硬材料砂轮及制造方法,该发明的应用领域为气门高效成型加工技术,可一次加工气门锥面外圆及圆弧或锁夹槽位置,提升加工效率,并保证加工的工件表面粗糙度小于Rz 10μm。
实现本发明的技术方案是:
一种电镀超硬材料砂轮,包括砂轮基体和磨料层,根据所磨削气门的形状尺寸及配套的机床结构,设计了砂轮的结构,并根据相应的图纸加工出相应的基体实物,所述砂轮基体以端面基准面和径向基准处为端面圆跳动和径向圆跳动检测基准,这种结构设计使内孔位置仅在装机时使用,不作为基准控制点,可降低基体加工难度,提升基体找正空间;距离砂轮基体中心孔圆心300-350mm的圆上均匀分布有十二组沉孔,用来紧固砂轮,磨料层的截面形状(图3)为依照磨削工件的反向形状制作的砂轮。
所述砂轮基体采用粗车-打孔-粗磨平面内孔-精磨内孔及端面-精车型面以及径向基准位进行加工,在专用磨床上一次性加工内孔及端面,保证砂轮形位公差在0.002mm以内,在精车型面及径向基准时找正形位公差在0.002mm以内。
一种电镀砂轮用上砂夹具,包括夹具支架,所述夹具支架上设有筛网和磨料遮挡板,磨料遮挡板上依次设有左端毛刷、中间毛刷和右端毛刷,所述磨料遮挡板下端内侧设有两侧毛刷。
所述磨料遮挡板内侧设有弧形滑轨,弧形滑轨上设有滑块,所述中间毛刷置于滑块下端。
所述筛网置于左端毛刷、中间毛刷和右端毛刷的上方,两侧毛刷置于左端毛刷、中间毛刷和右端毛刷的下方,两侧毛刷弧形设置,弧形与砂轮基体的形状一致。
一种电镀超硬材料砂轮的制备方法,利用所述的上砂夹具制备得到,具体步骤为:
a、砂轮基体加工:采用粗车-打孔-粗磨平面内孔-精磨内孔及端面--精车型面以及径向基准位置;该加工工序关键步骤是,在专用磨床上一次性加工内孔及端面,保证砂轮形位公差在0.002mm以内,在精车型面及径向基准时找正形位公差在0.002mm以内;
b、砂轮电镀:砂轮型面位置磨料分布均匀性对砂轮磨削效果有较大影响,要求整个型面位置均匀附着单层磨料在加工好的基体,而常规上砂工艺无法保证具有大落差及深凹槽型面各位置的磨料压力一致性,且磨料无序堆积,磨料分布状态差;设计出上砂专用夹具及工艺,砂轮竖直放置于电镀槽中,制作可调节宽度及圆弧形状的上砂夹具,夹具两侧设置磨料遮蔽夹具为弹性材质,用以磨料遮挡,增加单次上砂面积;在最上方放置筛网用于磨料分散,保证磨料在镀液中分散状态落到基体上;在圆弧形状处设计并制作与基体型面相似的毛刷,在该弧段范围内将散落的磨料均匀摊开,实现各位置磨料厚度一致性和对基体型面压力的一致性。通过电沉积过程,将紧挨基体表面的单层磨料附着,实现该区域的均匀排布。转动砂轮,进行下一轮植砂过程,依据砂轮直径区别,共需转动2-5次可完成型面整个位置植砂过程。
c、加厚:转入加厚过程,考虑到电镀尖端效应的存在,凸起处的镀层厚度高于凹槽区域的镀层厚度,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;该类砂轮所用的磨料可以是金刚石或CBN中的一种,粒度为40/45--170/200,镀层埋入率设定为45-65%。为了尽可能使各个区域磨料出刃高度的保持相同,砂轮加厚过程需采用双向脉冲电源,利用正向电流将砂轮作为阴极沉积镀层,后再利用反向电流将砂轮作为阳极将圆弧凸起等尖端效应明显的部分电解掉,并设计仿形阳极,达到镀层整体沉积厚度一致的目的;
d、取出后用显微镜准焦法测得两端面、圆弧凸起和外圆平面上的出刃高度分别为差别小于5%,电镀结束后砂轮磨料层径向圆跳动小于0.03mm,能够满足后期修整精度要求,证明砂轮制作工艺的有效性;
e、镀后修整:为保证砂轮镀后型面精度及形位公差,需进行型面修整,保证产品型面跳动小于0.01mm,将砂轮装至专用修整机器,回转后检测型面位置高点,并切磨碳片检测,对高点局部去除,型面修整后检测磨料层跳动小于0.01mm,满足加工要求。
所述砂轮的使用线速度达到180m/s,磨削进给量达到70mm/min。
磨削的气门表面没有烧伤和裂纹,粗糙度Rz可达10μm以下,磨削单根气门所需时间将至10秒以下。
本发明的有益效果是:
(1)通过设计非内孔定位式基体结构,降低砂轮基体加工难度,增加基体反复利用次数,降低成本,保证精度;
(2)通过设计专用上砂夹具,实现复杂型面磨料均匀分布的目标,降低砂轮磨削凸线、划痕缺陷发生概率;
(3)砂轮的使用线速度可以达到180m/s,磨削进给量达到70mm/min,远远大于普磨砂轮。磨削的气门表面没有烧伤和裂纹,粗糙度Rz可达10μm以下,满足满足工件表面质量要求,将之前数控车或普磨砂轮等工艺优化,且磨削单根气门所需时间将至10秒以下,仅是之前工艺时长的1/4--1/5,实现气门的高效精密成形磨削。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明上砂过程示意图。
图2为图1的右视图。
图3为磨料、毛刷和砂轮局部示意图。
图4为上砂夹具俯视图。
图5为砂轮基体形状。
图6为砂轮型面示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例,对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
如图1所示,本发明提供一种电镀砂轮用上砂夹具,包括夹具支架3,所述夹具支架3上设有筛网4和磨料遮挡板2,磨料遮挡板2上依次设有左端毛刷7、中间毛刷6和右端毛刷5,所述磨料遮挡板2下端内侧设有两侧毛刷8;所述磨料遮挡板2内侧设有弧形滑轨,弧形滑轨上设有滑块601,所述中间毛刷6置于滑块601下端。
所述筛网4置于左端毛刷7、中间毛刷6和右端毛刷5的上方,两侧毛刷8置于左端毛刷7、中间毛刷6和右端毛刷5的下方,两侧毛刷8弧形设置,弧形与砂轮基体1的形状一致。
实施例1
一种用于气门成形磨削的砂轮结构设计及其复合电镀方法,具体为外径500mm、厚度37mm、孔径203.2mm、磨料粒度为80/100#的电镀CBN砂轮的设计及其复合电镀方法,步骤如下:
该制造方法通过设计基体结构为端面和径向基准定位,加工时型面与径向基准同时加工,保证砂轮形位公差≤0.002mm;
首先将磨削气门砂轮基体加工后,经除油、连接导线和夹具组装后,采用电化学腐蚀的前处理工艺,电流密度10-15A/dm2,电解时间2-7min,经纯水清洗后快速将前处理好的基体带电入预镀槽,预镀电流密度为2.5A/dm2,预镀时间15min,整个型面需3次上砂,上砂时将基体竖直放入上砂槽内,将弧度为120度的圆弧状上砂夹具组装,由上侧筛网位置将磨料由上至下漂浮至待镀部位,并利用与型面相似的毛刷刷过后,保证磨料层部位均匀附着磨料,具体筛网尺寸、上砂次数、上砂操作时间和上砂时间参数见表1。
Figure DEST_PATH_IMAGE002
电镀1.8h后取出,将夹具去除,交接位置补砂后,转入加厚工序。加厚槽内放置仿形阳极,与砂轮按照固定位置放置,利用直流电源按照0.3 A*dm-2加厚5h后,转移至脉冲电源,参数为:电流密度0.25 A*dm-2,时间25h,占空比75%,正负脉冲段时间比例4.5;可得到粒度为CBN80/100#的磨气门砂轮电镀半成品。经显微镜检测,磨料分布均匀,出刃高度75-85μm,均匀一致;装夹至转移修整设备,以1500rpm转速切磨样片,检测后对局部高点修整去除,得磨气门砂轮成品。
砂轮经动平衡处理后,装夹至专用外圆磨床,设定成型磨削程序,线速度180m/s,进给速率100mm/min,单支气门加工周期6s,气门表面光滑,无“线伤”、振纹等缺陷,粗糙度Rz 6μm,符合客户要求。
实施例2
一种用于气门成形磨削的砂轮结构设计及其复合电镀方法,具体为外径475mm、厚度28mm、孔径127mm、磨料粒度为60/70#的电镀金刚石砂轮的设计及其复合电镀方法,步骤如下:
该制造方法通过设计基体结构为端面和径向基准定位,加工时型面与径向基准同时加工,保证砂轮形位公差≤0.002mm;
首先将磨气门砂轮基体加工后,经除油、连接导线和夹具组装后,采用电化学腐蚀的前处理工艺。电流密度8-16A/dm2,电解腐蚀时间2-7min,经纯水清洗后快速将前处理好的基体带电入预镀槽,预镀电流密度为1.5A/dm2,预镀时间25min。整个型面需4次完成上砂,上砂时将基体竖直放入上砂槽内,将弧度为90度的圆弧状上砂夹具组装,由上侧筛网位置将磨料由上至下漂浮至待镀部位,并利用与型面相似的毛刷刷过后,保证磨料层部位均匀附着磨料。具体筛网尺寸、上砂次数、上砂操作时间和上砂时间参数见表1。
Figure DEST_PATH_IMAGE004
电镀1.8h后取出,将夹具去除,交接位置补砂后,转入加厚工序。加厚槽内放置仿形阳极,与砂轮安装固定位置放置,利用直流电源按照0.3 A*dm-2加厚8h后,转移至脉冲电源,参数为:电流密度0.3 A*dm-2,时间28h,占空比50%,正负脉冲段时间比例4;可得到粒度为SD60/70#的磨气门砂轮电镀半成品。经显微镜检测,磨料分布均匀,出刃高度105-110μm,均匀一致;装夹至转移修整设备,以2000rpm转速切磨样片,检测后对局部高点修整去除,得磨气门砂轮成品。
砂轮经动平衡处理后,装夹至专用外圆磨床,设定成型磨削程序,线速度130m/s,进给速率90mm/min,单支气门加工周期7s,气门表面光滑,无“线伤”、振纹等缺陷,粗糙度Rz7μm,符合客户要求。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电镀砂轮用上砂夹具,其特征在于:包括夹具支架(3),所述夹具支架(3)上设有筛网(4)和磨料遮挡板(2),磨料遮挡板(2)上依次设有左端毛刷(7)、中间毛刷(6)和右端毛刷(5),所述磨料遮挡板(2)下端内侧设有两侧毛刷(8)。
2.根据权利要求1所述的电镀砂轮用上砂夹具,其特征在于:所述磨料遮挡板(2)内侧设有弧形滑轨,弧形滑轨上设有滑块(601),所述中间毛刷(6)置于滑块(601)下端。
3.根据权利要求1所述的电镀砂轮用上砂夹具,其特征在于:所述筛网(4)置于左端毛刷(7)、中间毛刷(6)和右端毛刷(5)的上方,两侧毛刷(8)置于左端毛刷(7)、中间毛刷(6)和右端毛刷(5)的下方,两侧毛刷(8)弧形设置,弧形与砂轮基体(1)的形状一致。
4.一种电镀超硬材料砂轮的制备方法,其特征在于,利用权利要求1-3任一项所述的上砂夹具制备,具体步骤为:
a、砂轮基体加工:采用粗车-打孔-粗磨平面内孔-精磨内孔及端面--精车型面以及径向基准位置;
b、砂轮电镀:将砂轮基体(1)竖直放置于电镀槽中,将砂轮基体(1)置于中间毛刷(6)下方和两侧毛刷(8)之间,磨料(102)置于中间毛刷(6)和砂轮基体(1)之间,进行电沉积过程;
c、加厚:电沉积后进行加厚工序,加厚过程采用双向脉冲电源,利用正向电流将砂轮作为阴极沉积镀层,再利用反向电流将砂轮作为阳极,将圆弧凸起部分电解掉,并设计仿形阳极(10);
d、取出后用显微镜准焦法测得两端面、圆弧凸起和外圆平面上的出刃高度;
e、镀后修整。
5.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于:所述步骤d中两端面、圆弧凸起和外圆平面出刃高度分别为差别小于5%,电镀结束后砂轮磨料层径向圆跳动小于0.03mm。
6.权利要求5所述的制备方法制备得到的电镀超硬材料砂轮,包括砂轮基体(1)和磨料层,其特征在于:所述砂轮基体(1)以端面基准面和径向基准处为端面圆跳动和径向圆跳动检测基准,距离砂轮基体(1)中心孔圆心300-350mm的圆上均匀分布有十二组沉孔(9),磨料层的截面形状为依照磨削工件的反向形状制作的砂轮。
7.根据权利要求6所述的电镀超硬材料砂轮,其特征在于:所述砂轮基体(1)采用粗车-打孔-粗磨平面内孔-精磨内孔及端面-精车型面以及径向基准位进行加工,在专用磨床上一次性加工内孔及端面,保证砂轮形位公差在0.002mm以内,在精车型面及径向基准时找正形位公差在0.002mm以内。
8.根据权利要求7所述的电镀超硬材料砂轮,其特征在于:所述磨料层采用的磨料是金刚石或CBN中的一种,粒度为40/45--170/200,镀层埋入率设定为45-65%。
9.根据权利要求6-8任一项所述的电镀超硬材料砂轮,其特征在于:所述砂轮的使用线速度达到180m/s,磨削进给量达到70mm/min。
10.权利要求9所述的砂轮在气门成型加工技术中的应用,其特征在于:磨削的气门表面没有烧伤和裂纹,粗糙度Rz可达10μm以下,磨削单根气门所需时间将至10秒以下。
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
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CB03 Change of inventor or designer information
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Inventor after: Wang Yongbao

Inventor after: Liu Tianli

Inventor after: Wang Jiangtao

Inventor after: Fu Linbo

Inventor after: Li Yuqing

Inventor after: Hu Yufeng

Inventor after: Wu Ke

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GR01 Patent grant
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