CN113732969B - 一种金刚石砂轮及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的金刚石砂轮，采用组合式结构，并将砂轮钢基体和法兰组装方式设计为精密锥孔配合，保证砂轮重复组装精度合格，砂轮返镀时将带有安装基准面的法兰盘拆下，电镀后再精密组装，实现砂轮重复使用并能保证组装精度合格的目的；利用该金刚石砂轮的制造方法，电镀金刚石砂轮尺寸轮廓精度高，磨料分布均匀、磨料层埋入率一致，使用过程无需修整，可实现大批量高精高效粗、精磨一体式磨削整体式硬质合金刀具刃口，有利于提高刃口轮廓精度、稳定刃口质量、降低生产成本、提高生产效率。

Description

一种金刚石砂轮及其制造方法

技术领域

本发明属于超硬材料磨具制造技术领域，特别涉及一种金刚石砂轮及其制造方法。

背景技术

在工业机器人、新能源汽车等高端先进制造领域，其装备零部件的加工精度将会直接影响装备的整体动力性、经济性及操作性，该类关键零部件对加工精度和效率提出了极高的要求，主要表现为工件精度要求高、高性能材质难加工、工件加工余量大、加工节拍快等，因此，该类关键零部件的精密高效加工对工具砂轮提出了高形状保持性、高耐磨、高锋利度、高材料去除率的综合性能要求，目前仅有电镀超硬磨料砂轮可满足上述加工需求。

电镀金刚石砂轮由于只有单层磨料层，且磨料出刃高度较高，磨削锋利性好，使用过程无需修整，使用线速度高（Vs≤200m/s），磨损小等特点，非常适用于工业机器人、新能源汽车等领域螺旋锥齿轮刀具的批量化高速高效精密刃磨加工。

此类电镀金刚石砂轮磨料层工作面结构复杂，见图1砂轮型面示意图，其工作面的下半部分为长斜面，上半部分为负角度小斜面，这种结构对电镀上砂和加厚带来了很大的制造难度：

（1）因砂轮工作面的长斜面和负角度小斜面分布在砂轮两侧，因此无论将砂轮水平放置还是竖直悬挂，砂轮工作层上砂面都是倾斜状态，在重力的作用下磨料自由滚落，与斜面贴合不紧密，很难做到一次上砂就可以保证各个位置的金刚石磨料同时均匀布置，从而引起局部缺砂或叠砂现象，造成磨料分布不均匀问题。

（2）由于工作层外圆部分电镀面积相对较小，大斜面电镀面积较大，在电镀尖端效应下，促使外圆部分磨料层埋入率深，大斜面磨料层埋入率低，造成磨料层埋入率不一致问题。

另外电镀金刚石砂轮在使用完之后，可进行重镀加工，即将砂轮整体放进退镀液内，待旧的磨料层去除后，再重新电镀上一层新的磨料层继续使用，以降低砂轮综合使用成本，但在磨料层去除的过程中，也存在很大的风险。

（3）在磨料层腐蚀去除的同时，砂轮的安装基准面也会受到退镀液的腐蚀，精度遭到破坏，最终影响砂轮的安装精度和使用效果。

上述问题均会造成电镀金刚石砂轮磨削切削刃的崩口、刃磨轮廓精度差、使用寿命短等使用问题，因此需要开发一种新的电镀金刚石砂轮制造方法，来解决机器人、新能源汽车等领域螺旋锥齿轮刀具刃磨缺陷问题。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种磨削精度高、磨削质量合格、无需修整、满足≥5次重镀的金刚石砂轮及其制造方法。

为解决以上技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种金刚石砂轮，包括砂轮基体和磨料层，且砂轮基体包括组合式设计的砂轮钢基体、法兰和压板，砂轮钢基体与法兰采用精密锥孔配合，且法兰位于砂轮钢基体的心部并通过圆周均布的紧固螺杆连接，压板和砂轮钢基体通过圆周均布的压紧螺钉连接；

磨料层包括位于上部的负角度小斜面及位于下部的长斜面。

所述紧固螺杆沿周向均布有4~6个。

所述压紧螺钉沿周向均布有4~6个。

一种金刚石砂轮的制造方法，包括以下步骤：

a、基体毛坯选材；

b、基体粗加工：毛坯粗车，调质硬度HBS270-300，热处理后检测硬度，探伤无裂纹；

c、基体半精加工：基体半精车、钻孔、攻丝、磨基体两端面，磨法兰台阶锥外圆；

d、基体精加工：精磨砂轮钢基体内锥孔和法兰台阶锥轴；高转速精车砂轮钢基体的型面和台阶，利用轮廓仪检测砂轮基体型面精度，保证型面轮廓精度≤0.003mm；

e、砂轮钢基体电镀：将非电镀区域屏蔽保护，利用上砂工装夹具一次上砂成功，保证各处电镀部位磨料均匀分布，电镀磨料埋入率为10-20%时转为加厚阶段，保证磨料埋入率控制在40%-60%，埋入率偏差值≤5%；

f、砂轮组装：法兰台阶锥轴和砂轮钢基体内孔精密锥度配合，压紧紧固螺杆，校验法兰内孔与砂轮钢基体台阶同轴度≤0.005mm；再装配压板，紧固压紧螺钉；

g、型面轮廓修整：安装到修整设备上，先修整去除高点磨料，然后高速切磨砂轮样件，通过轮廓仪检测砂轮样件型面尺寸轮廓精度控制在0.005mm以内；

h、动平衡校正：在高精度动平衡机上，通过打孔去重，保证砂轮转速≥1500R/min，动不平衡量≤0.1g，合格即为成品。

所述上砂工装夹具包括上盖板、下盖板以及配设于上盖板上的第一旋转轴、配设于下盖板上的第二旋转轴，且第一旋转轴与第二旋转轴同轴倾斜布设，确保长斜面处于水平状态；

所述下盖板的两端外沿设为与待电镀的砂轮钢基体外缘配合的锥形搭接结构，且锥形搭接结构上贯穿设有指向待负角度小斜面的紧固螺钉，且紧固螺钉的顶端部设有磨料压板；

装配时，上盖板盖设于待电镀的砂轮钢基体的上端面，下盖板设于待电镀的砂轮钢基体的下端面，三者通过连接螺杆依次穿过第二旋转轴、下盖板、待电镀的的砂轮钢基体、上盖板及第一旋转轴进行紧固固定。

所述第二旋转轴的末端转动限位于电镀槽内的支撑架上，而第一旋转轴的上端部倾斜转动搭设在电镀槽的侧壁上。

步骤c中端面粗糙度要求Ra≤0.4um，端面平面度≤0.001um，平行度≤0.001um。

步骤d中内锥孔和台阶锥轴外圆粗糙度Ra≤0.4um，圆度≤0.001mm，锥度配合面积95%以上。

步骤f中砂轮钢基体的台阶高度为5mm。

该金刚石砂轮的制造方法，还包括重镀，重镀包括以下步骤：

A、拆解：将使用后砂轮的法兰和压板拆卸下来；

B、退镀：将砂轮放进退镀液内，通过化学反应溶解镍基合金层，磨料层脱落，然后检测砂轮钢基体型面轮廓精度，若轮廓精度超差，需要重新精车型面；

C、与f-h步骤相同。

本发明的有益效果是：

1、该金刚石砂轮，采用组合式结构，并将砂轮钢基体和法兰组装方式设计为精密锥孔配合，保证砂轮重复组装精度合格，砂轮返镀时将带有安装基准面的法兰盘拆下，电镀后再精密组装，实现砂轮重复使用并能保证组装精度合格的目的；利用该制造方法，电镀金刚石砂轮尺寸轮廓精度高，磨料分布均匀、磨料层埋入率一致，使用过程无需修整，可实现大批量高精高效粗、精磨一体式磨削整体式硬质合金刀具刃口，有利于提高刃口轮廓精度、稳定刃口质量、降低生产成本、提高生产效率；

2、通过砂轮一次上砂方法保证了各个位置磨料的均匀分布，配合加厚辅助电解镀层处理工艺，保证各个位置磨料埋入率偏差5%以内，最终达到磨削硬质合金刀具刃口质量合格，无崩口、裂纹等缺陷的目标；

3、砂轮钢基体内孔与法兰台阶轴通过精密锥度配合，保证砂轮钢基体与法兰安装基准的形位精度，进而保证砂轮整体的安装精度在0.005mm以内；另一方面，该结构也可实现砂轮重镀时，先将法兰拆下，再退镀去除砂轮钢基体上的磨料层，这样会大大降低因磨料层退镀对砂轮安装精度的破坏风险，提高砂轮基体的利用次数，降低砂轮使用成本；

4、砂轮基体为锻造优质合金结构钢，磨料为单层金刚石磨料，从而可以实现砂轮高转速或超高转速磨削加工（Vs≤200m/s），大大减缓金刚石磨料的磨损过程，有利于稳定磨削质量，提高砂轮的使用寿命。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是上砂工装夹具的结构示意图；

图3是图2的局部放大示意图。

其中，附图标记为：1、砂轮基体；2、磨料层；3、上盖板；4、下盖板；5、阳极镍板；6、电镀槽；7、加热装置；8支撑架；9、第二旋转轴； 10、第一旋转轴；101、砂轮钢基体；102、法兰；103、压板；104、紧固螺杆；105、压紧螺钉；301、密封垫；401、磨料压板；402、紧固螺钉；403、密封垫。

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。

本发明提供了一种金刚石砂轮及其制造方法，如图1至图3所示。

一种金刚石砂轮，包括砂轮基体1和磨料层2，且砂轮基体1包括组合式设计的砂轮钢基体101、法兰102和压板103，砂轮钢基体101与法兰102采用精密锥孔配合，且法兰102位于砂轮钢基体101的心部并通过圆周均布的紧固螺杆104连接，压板103和砂轮钢基体101通过圆周均布的压紧螺钉105连接；

砂轮钢基体101的工作面包括位于上部的负角度小斜面及位于下部的长斜面。

所述紧固螺杆104沿周向均布有4~6个。

所述压紧螺钉105沿周向均布有4~6个。

基于金刚石砂轮的制造方法，包括以下步骤：

a、基体毛坯选材；

b、基体粗加工：毛坯粗车，调质硬度HBS270-300，热处理后检测硬度，探伤无裂纹；

c、基体半精加工：基体半精车、钻孔、攻丝、磨基体两端面，磨法兰台阶锥外圆；其中端面粗糙度要求Ra≤0.4um，端面平面度≤0.001um，平行度≤0.001um。

d、基体精加工：精磨砂轮钢基体内锥孔和法兰台阶锥轴，内孔和台阶轴外圆粗糙度Ra≤0.4um，圆度≤0.001mm,锥度配合面积98%以上；高转速精车砂轮钢基体101的型面和台阶，利用轮廓仪检测砂轮基体型面精度，保证型面轮廓精度≤0.003mm；

e、砂轮钢集体电镀：将非电镀区域屏蔽保护，利用上砂工装夹具一次上砂成功，保证各处电镀部位磨料均匀分布，电镀磨料埋入率为10-20%时转为加厚阶段，保证磨料埋入率控制在40%-60%，埋入率偏差值≤5%；

f、砂轮组装：法兰台阶锥轴和砂轮钢基体101内孔精密锥度配合，压紧紧固螺杆，校验法兰内孔与砂轮钢基体1015mm台阶同轴度≤0.005mm；再装配压板103，紧固压紧螺钉105；

g、型面轮廓修整：安装到修整设备上，先修整去除高点磨料，然后高速切磨砂轮样件，通过轮廓仪检测砂轮样件型面尺寸轮廓精度控制在0.005mm以内；

h、动平衡校正：在高精度动平衡机上，通过打孔去重，保证砂轮转速≥1500R/min，动不平衡量≤0.1g，合格即为成品。

所述上砂工装夹具包括上盖板3、下盖板4以及配设于上盖板3上的第一旋转轴10、配设于下盖板4上的第二旋转轴9，且第一旋转轴10与第二旋转轴9同轴倾斜布设，确保长斜面处于水平状态；

所述下盖板的两端外沿设为与待电镀的砂轮钢基体101外缘配合的锥形搭接结构，且锥形搭接结构上贯穿设有指向待负角度小斜面的紧固螺钉402，且紧固螺钉402的顶端部设有磨料压板401；

装配时，上盖板3盖设于待电镀的砂轮钢基体101的上端面，下盖板4设于待电镀的砂轮钢基体101的下端面，三者通过连接螺杆依次穿过第二旋转轴9、下盖板、待电镀的的砂轮钢基体101、上盖板及第一旋转轴10进行紧固固定。

所述第二旋转轴9的末端转动限位于电镀槽内的支撑架8上，而第一旋转轴10的上端部倾斜转动搭设在电镀槽6的侧壁上；本实施例中，电镀槽6的侧壁上还设有阳极镍板5以及加热装置7。

步骤d中内锥孔和台阶锥轴外圆粗糙度Ra≤0.4um，圆度≤0.001mm，锥度配合面积95%以上。

步骤f中砂轮钢基体101的台阶高度为5mm。

基于一种金刚石砂轮的重镀方法，包括以下步骤：

A、拆解：将使用后砂轮的法兰和压板拆卸下来；

B、退镀：将砂轮放进退镀液内，通过化学反应溶解镍基合金层，磨料层脱落，然后检测砂轮钢基体101型面轮廓精度，若轮廓精度超差，需要重新精车型面；

C、与f-h步骤相同。

以下结合具体实施例对金刚石砂轮的制造方法及重镀方法进行介绍。

实施例1

一种金刚石砂轮的制造方法，包括以下步骤：

a、基体毛坯选材：42CrMo锻件毛坯；

b、基体粗加工：毛坯粗车，调质硬度HBS270-300，热处理后检测硬度合格，探伤无裂纹；

c、基体半精加工：基体半精车、钻孔、攻丝、磨基体两端面，磨法兰台阶锥外圆；其中端面粗糙度要求Ra≤0.4um,端面平面度≤0.001um，平行度≤0.001um；

d、基体精加工：精磨基体内锥孔和法兰台阶锥轴，内孔和台阶轴外圆粗糙度Ra≤0.4um，圆度≤0.001mm，锥度配合面积98%以上；高转速精车砂轮钢基体101的型面和5mm台阶，利用轮廓仪检测砂轮基体型面精度，保证型面轮廓精度≤0.003mm；

e、砂轮电镀：将非电镀区域屏蔽保护，利用上砂工装夹具一次上砂成功，保证各处电镀部位磨料均匀分布，无叠砂、缺砂等缺陷，电镀磨料埋入率为10-20%时转为加厚阶段；由于仍存在一定电镀尖端效应，正常电镀后，砂轮磨料层埋入率各个位置仍存在一定偏差，然后将阴、阳两电极反接进行镀层辅助电解处理，将尖端埋入率较厚的镀层快速电解，以此保证各位置磨料埋入率控制在45%-50%，偏差值≤5%，；

f、砂轮组装：法兰台阶轴和砂轮钢基体101内孔精密锥度配合，压紧紧固螺杆104，校验法兰内孔与砂轮钢基体1015mm台阶同轴度≤0.005mm；再装配压板，紧固压紧螺钉105。

g、砂轮修整：安装到修整设备上，先修整去除高点磨料，然后高速切磨砂轮样件，通过轮廓仪检测砂轮样件型面尺寸轮廓精度控制在0.005mm以内。

h、动平衡校正：在高精度动平衡机上，通过打孔去重，保证砂轮转速1500R/min，动不平衡量≤0.1g，合格即为成品。

加工材料为整体硬质合金刀具，规格12.7*21.59mm，磨削主切削刃刃口直线度0.002mm，无崩口，裂纹缺陷，磨削质量合格，满足客户批量加工需求。

实施例2

金刚石砂轮的重镀方法，步骤如下：

A、拆解：将使用后砂轮的法兰102和压板103拆卸下来；

B、退镀：将砂轮放进退镀液内，通过化学反应溶解镍基合金层，磨料层脱落，然后检测砂轮钢基体101型面轮廓精度，若轮廓精度超差，需要重新精车型面；

C、砂轮电镀：将非电镀区域屏蔽保护，利用上砂工装夹具一次上砂成功，保证各处电镀部位磨料均匀分布，无叠砂、缺砂等缺陷，电镀磨料埋入率为10%时转为加厚阶段，加厚结束将阴、阳两电极反接进行镀层辅助电解处理，将尖端埋入率较厚的镀层快速电解，以此保证各位置磨料埋入率控制在50%-55%，偏差≤5%，；

D、砂轮组装：法兰台阶轴和砂轮钢基体101内孔精密锥度配合，压紧紧固螺栓104，校验法兰内孔与砂轮钢基体101，5mm台阶同轴度≤0.005mm；再装配压板103，紧固压紧螺钉105；

E、砂轮修整：安装到修整设备上，先修整去除高点磨料，然后高速切磨砂轮样件，通过轮廓仪检测砂轮样件型面尺寸轮廓精度控制在0.005mm以内；

F、动平衡校正：在高精度动平衡机上，通过打孔去重，保证砂轮转速1800R/min，动不平衡量≤0.1g，合格即为成品。

加工材料为整体硬质合金刀具，规格108*27.94*13.97mm，磨削主切削刃刃口直线度0.001mm，无崩口，裂纹缺陷，磨削质量合格，满足客户批量加工需求。

本专利中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，上述词语并没有特殊的含义。

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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“中心”、等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗指所指的装置或元件必须具有特定的方位、为特定的方位构造和操作，因而不能理解为对本发明保护内容的限制。

Claims (9)

1.一种金刚石砂轮的制造方法，其特征在于，制造的金刚石砂轮包括砂轮基体和磨料层，且砂轮基体包括组合式设计的砂轮钢基体、法兰和压板，砂轮钢基体与法兰采用精密锥孔配合，且法兰位于砂轮钢基体的心部并通过圆周均布的紧固螺杆连接，压板和砂轮钢基体通过圆周均布的压紧螺钉连接；

磨料层包括位于上部的负角度小斜面及位于下部的长斜面；

其制造方法，包括以下步骤：

a、基体毛坯选材；

b、基体粗加工：毛坯粗车，调质硬度HBS270-300，热处理后检测硬度，探伤无裂纹；

c、基体半精加工：基体半精车、钻孔、攻丝、磨基体两端面，磨法兰台阶锥外圆；

d、基体精加工：精磨砂轮钢基体内锥孔和法兰台阶锥轴；高转速精车砂轮钢基体的型面和台阶，利用轮廓仪检测砂轮钢基体型面精度，保证型面轮廓精度≤0.003mm；

e、砂轮钢基体电镀：将非电镀区域屏蔽保护，利用上砂工装夹具一次上砂成功，保证各处电镀部位磨料均匀分布，电镀磨料埋入率为10-20%时转为加厚阶段，保证磨料埋入率控制在40%-60%，埋入率偏差值≤5%；

f、砂轮组装：法兰台阶锥轴和砂轮钢基体内孔精密锥度配合，压紧紧固螺杆，校验法兰内孔与砂轮钢基体台阶同轴度≤0.005mm；再装配压板，紧固压紧螺钉；

g、型面轮廓修整：安装到修整设备上，先修整去除高点磨料，然后高速切磨砂轮样件，通过轮廓仪检测砂轮样件型面尺寸轮廓精度控制在0.005mm以内；

h、动平衡校正：在高精度动平衡机上，通过打孔去重，保证砂轮转速≥1500R/min，动不平衡量≤0.1g，合格即为成品。

2.根据权利要求1所述的一种金刚石砂轮的制造方法，其特征在于：所述紧固螺杆沿周向均布有4~6个。

3.根据权利要求1所述的一种金刚石砂轮的制造方法，其特征在于：所述压紧螺钉沿周向均布有4~6个。

4.根据权利要求1至3任一项所述的一种金刚石砂轮的制造方法，其特征在于：所述上砂工装夹具包括上盖板、下盖板以及配设于上盖板上的第一旋转轴、配设于下盖板上的第二旋转轴，且第一旋转轴与第二旋转轴同轴倾斜布设，确保长斜面处于水平状态；

所述下盖板的两端外沿设为与待电镀的砂轮钢基体外缘配合的锥形搭接结构，且锥形搭接结构上贯穿设有指向待负角度小斜面的紧固螺钉，且紧固螺钉的顶端部设有磨料压板；

装配时，上盖板盖设于待电镀的砂轮钢基体的上端面，下盖板设于待电镀的砂轮钢基体的下端面，三者通过连接螺杆依次穿过第二旋转轴、下盖板、待电镀的砂轮钢基体、上盖板及第一旋转轴进行紧固固定。

5.根据权利要求4所述的一种金刚石砂轮的制造方法，其特征在于：所述第二旋转轴的末端转动限位于电镀槽内的支撑架上，而第一旋转轴的上端部倾斜转动搭设在电镀槽的侧壁上。

6.根据权利要求4所述的一种金刚石砂轮的制造方法，其特征在于：步骤c中端面粗糙度要求Ra≤0.4um，端面平面度≤0.001um，平行度≤0.001um。

7.根据权利要求4所述的一种金刚石砂轮的制造方法，其特征在于：步骤d中内锥孔和台阶锥轴外圆粗糙度Ra≤0.4um，圆度≤0.001mm，锥度配合面积95%以上。

8.根据权利要求4所述的一种金刚石砂轮的制造方法，其特征在于：步骤f中砂轮钢基体的台阶高度为5mm。

9.根据权利要求4所述的一种金刚石砂轮的制造方法，其特征在于，还包括重镀，重镀包括以下步骤：

A、拆解：将使用后砂轮的法兰和压板拆卸下来；

B、退镀：将砂轮放进退镀液内，通过化学反应溶解镍基合金层，磨料层脱落，然后检测砂轮钢基体型面轮廓精度，若轮廓精度超差，需要重新精车型面；

C、与f-h步骤相同。

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