一種電鍍超硬材料砂輪的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于砂輪制造領(lǐng)域，具體涉及一種電鍍超硬材料砂輪的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電鍍超硬材料砂輪具有一切超硬砂輪共有的使用性能，其共性表現(xiàn)在比普通磨具加工磨削比高，磨削力少，磨削熱也小。同時，因其工作層單層磨料的存在形式，與陶瓷結(jié)合劑超硬材料砂輪、樹脂結(jié)合劑超硬材料砂輪相比較切削鋒利、磨削效率高、磨削作業(yè)中免修整、易于排肩；電鍍工藝能夠制造形面復(fù)雜、異形的砂輪，保形性好、加工精度高。因此，電鍍超硬材料砂輪在汽車、LED、玻璃行業(yè)得到了廣泛的應(yīng)用，例如汽車發(fā)動機曲軸磨削加工、藍寶石切磨、手機蓋板玻璃加工等。電鍍超硬材料砂輪的工藝裝備，一般只需要直流電源、電鍍槽等小型設(shè)備，制造工藝簡單、成本低。然而，采用現(xiàn)行的裝備和工藝制造高精度、長壽命的電鍍超硬材料砂輪已經(jīng)不能滿足要求，亟待開發(fā)新的裝備和工藝。
[0003]上砂是電鍍砂輪制造流程中的一個重要工序，上砂方法主要有撒砂法、埋砂法、懸浮上砂等。對于電鍍直徑400mm以上的砂輪，多采用埋砂法。埋砂法是現(xiàn)將超硬磨料圍在砂輪的外圓弧表面，進而埋住所要電鍍的砂輪型面的一種上砂方法。埋砂過程中存在的浮砂、疊砂現(xiàn)象改變了磨料層的厚度，單層磨料變?yōu)槎鄬?。浮砂、疊砂致使磨料層表面凸凹不平，外圓、端面尺寸精度無法保持。除此之外，浮砂、疊砂會使砂輪磨料層表面出現(xiàn)高點，若不進行修整將會引起磨削作業(yè)中砂輪徑向跳動，導(dǎo)致工件表面出現(xiàn)燒傷、震紋等磨削故障。高點修整多是使用金剛石滾輪對砂輪外圓弧進行大面積的修整，不單是高點區(qū)域的局部修整。這樣的修整方式不僅將砂輪磨料層的高點修去，其他非高點的部分磨粒也會被“削平”，砂輪使用壽命有被降低的風險?，F(xiàn)行埋砂法允許的電流密度一般不超過0.8A/dm2，時間長達3h?4h。常規(guī)的卸砂方式是使用去離子水或者鍍液沖洗磨料層表面，即手持盛滿鍍液或者去離子水的水瓢緩緩澆向磨料層，以清除未吸附在的鍍層的磨料。埋砂電流密度小，砂輪基體表面沉積的鎳層不過十幾微米，鎳層對磨料僅是微弱的吸附，還沒有進行包鑲。因此，水瓢澆注的強度不宜過高，否則磨料會脫落。常規(guī)卸砂不能夠徹底清除浮砂，而且對于型面上的疊砂無能為力。因此需要改變現(xiàn)有的卸砂方式，徹底清除磨料層的浮砂、疊砂，真正實現(xiàn)電鍍單層磨料，從而避免砂輪鍍后修整。
[0004]砂輪電鍍過程中由于陰極電流密度分布的不均勻，導(dǎo)致鍍層分布(鍍層厚度)的不均勻。鍍層厚度的差異主要發(fā)生在加厚階段，如圖1所示，電鍍槽I的底部設(shè)有若干支撐柱，電鍍時，砂輪基體3位于支撐柱上，電鍍過程中砂輪基體3處于靜止狀態(tài)，砂輪基體3與電鍍槽I中陽極鎳板2的距離保持不變，兩者所形成的電場是恒定的。恒定的電場使得電力線的分布也是一成不變的，砂輪基體3表面所沉積的鍍層分布規(guī)律也是一定的。在靜止加厚期間砂輪基體3表面附近可以放電的鎳離子濃度幾乎沒有發(fā)生變化，離子交換、電沉積的效率呈現(xiàn)下降的趨勢。因此需要通過改變電力線的分布、砂輪的運動狀態(tài)使得鍍層厚度趨于一致，同時提高放電鎳離子的濃度，從而制得磨料出刃量相同或者相近的砂輪，并縮短加厚時間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種電鍍超硬材料砂輪的制造方法。
[0006]基于上述目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案:
一種電鍍超硬材料砂輪的制造方法，包括下述步驟:
(I)上砂:采用磨料振動、砂輪基體旋轉(zhuǎn)的方式進行埋砂式上砂，振動頻率為30Hz?50Hz，砂輪轉(zhuǎn)速為20r/min?60r/min，上砂電流密度為0.8A/dm2?2.0A/dm2，上砂時間0.5h?1.5h，上砂結(jié)束采用常規(guī)方式進行卸砂;常規(guī)卸砂是將砂輪(直徑小于200mm)放入盛有鍍液或者去離子水的容器中，人工晃動砂輪，移除型面多余的磨料;對于大直徑(直徑200_以上)砂輪，先將砂輪移至內(nèi)徑大于砂輪外徑的電鍍槽中，用盛有鍍液或者去離子水的水瓢澆向砂輪型面，通過液體的流動清除多余的磨料。
[0007](2)初次加厚:將卸砂后的砂輪基體進彳丁電鏈加厚，砂輪基體在加厚過程中進彳丁兩維轉(zhuǎn)動一繞軸轉(zhuǎn)動和端面翻轉(zhuǎn)，繞軸轉(zhuǎn)動的角速度為0.5r/min?2r/min，端面翻轉(zhuǎn)的角速度為lr/min?3r/min，電流密度I A/dm2，電鍍時間1.5?2h;
(3)高壓水卸砂:水壓為3.5MPa?22MPa，沖洗時間為50?70s ；
(4)第二次加厚:將高壓水卸砂后的砂輪基體進行電鍍加厚，砂輪基體在加厚過程中進行兩維轉(zhuǎn)動一一繞軸轉(zhuǎn)動和端面翻轉(zhuǎn)，繞軸轉(zhuǎn)動的角速度為0.5r/min?2r/min，端面翻轉(zhuǎn)的角速度為lr/min?3r/min，電流密度0.5~]^/(11112，根據(jù)磨料粒度、電流密度才能確定加厚時間，粒度越粗加厚時間越長；
步驟(2)和步驟(4)的電鍍槽中電鍍液pH=4.6，電鍍液的溶劑為去離子水，且電鍍液中各物質(zhì)的濃度為:硫酸鎳270 g/L、氯化鎳40g/L、硼酸8g/L、十二烷基硫酸鈉0.2g/L、糖精(鄰苯甲?；酋啺?1.5g/L、I，4-丁炔二醇0.2 g/L，電鍍溫度為40 V。
現(xiàn)行超硬材料電鍍砂輪的生產(chǎn)工序中上砂(埋砂)和加厚耗費的時間占據(jù)了整個工序時間的70 %?80 %，縮短埋砂時間和加厚時間是提高電鍍砂輪生產(chǎn)效率的關(guān)鍵?，F(xiàn)行的上砂、加厚允許的最大電流密度一般不超過lA/dm2、2A/dm2，故兩個工序消耗的時間長。本發(fā)明涉及的電鍍超硬砂輪制造方法采用砂輪轉(zhuǎn)動、磨料振動動態(tài)埋砂法、二維轉(zhuǎn)動加厚等技術(shù)手段可以有效提尚埋砂、加厚的效率，相應(yīng)的埋砂、加厚時間縮短為現(xiàn)彳丁工藝的一半左右。
[0008]傳統(tǒng)的卸砂方式不能完全清除浮砂，對于大部分疊砂無能為力。高壓水卸砂可以徹底清除殘留在磨料層表面的浮砂，對于結(jié)合力薄弱的疊砂磨粒，高壓水流可以輕易沖洗脫落。因此采用高壓水卸砂可以有效避免異形砂輪的鍍后修整。
[0009]現(xiàn)行電鍍超硬材料砂輪采用掛鍍電鍍方式，即砂輪基體放在圓形或者矩形的PVC槽中，鎳板懸掛于鍍槽四周;這種方式貫穿于預(yù)鍍、上砂、加厚三個階段，期間砂輪基體沒有轉(zhuǎn)動，見圖1所示。陽極鎳板2和砂輪基體3形成的電場環(huán)境是恒定不變的，電流密度在砂輪基體3表面的分布也是恒定不變的，電沉積獲得的鍍層分布也是恒定不變的。本發(fā)明所用的電鍍方式有別于現(xiàn)行的平板陽極鎳板掛鍍，陰極砂輪基體位于球形的陽極內(nèi)，保持砂輪基體的中心與球形陽極球心相重合;球形陽極置于充滿鍍液的電鍍槽中；球形陽極與砂輪基體形成比較均勻的電場，電力線的分布情況較傳統(tǒng)方式均勻;砂輪基體置于機械裝置上，該機械裝置可以實現(xiàn)砂輪端面翻轉(zhuǎn)和軸向轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)了電鍍液的攪拌，使得鍍層表面可沉積的鎳離子濃度增加，允許使用的陰極電流密度有所提高；砂輪的轉(zhuǎn)動使得電流密度在其表面的分布狀態(tài)處于動態(tài)變化之中，外圓弧邊沿、表面凸起部位與其他部位的電流密度變化狀態(tài)相同。該電鍍工藝所允許的最大陰極電流密度可以達到4.8A/dm2，鎳層厚度最大值與最小值的差值可以縮小至ΙΟμπι以內(nèi)。
【附圖說明】
[0010]圖1是現(xiàn)有技術(shù)砂輪加厚時電鍍槽的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是上砂時所用上砂裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是首次加厚和二次加厚時所用電鍍裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是高壓水卸砂所用高壓水洗槽的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011]其中，1.電鍍槽；2.陽極鎳板;3.砂輪基體;4.球形陽極;51.第一鏈輪;52.第二鏈輪;53.第三鏈輪;6.機身；7.鏈條;8.砂輪軸;91.第一轉(zhuǎn)軸;92.第二轉(zhuǎn)軸；10.進液孔；11.推力球軸承；12.大夾板；13.小夾板；14.第一圓錐齒輪；15.第二圓錐齒輪；16.第一圓柱齒輪；17.第二圓柱齒輪；18.支撐軸；19.穿孔軸；20.軸帽；21.導(dǎo)電碳刷；22電動機;23支架；24.連接軸;30.電動機機架;31砂環(huán)套;32.上砂底板;33.萬向輪；34.上砂槽;35.插槽;36.振動棒;37.轉(zhuǎn)動軸;38.磨料;40.高壓水洗槽;41.手柄，42.軸套;43.軸;44.斜式高壓噴頭；45.直式高壓噴頭。
【具體實施方式】
[0012]以下結(jié)合具體實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步詳細說明，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此。
[0013]下述實施例中，上砂所用的上砂裝置的結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括上砂槽34、電動機機架30和位于上砂槽34內(nèi)且底部設(shè)有萬向輪33的上砂底板32;其中，上砂槽34位于電動機機架30內(nèi)，上砂槽34的中心處設(shè)有插槽35，電動機機架30的頂部設(shè)有電動機22，上砂底板32上設(shè)有圓環(huán)狀的砂環(huán)套31，砂環(huán)套31內(nèi)設(shè)有若干振動棒36，振動棒36的振動頻率及振動的開與關(guān)由旋鈕開關(guān)控制，上砂底板32的中心處垂直設(shè)有轉(zhuǎn)動軸37，且上砂底板32可隨轉(zhuǎn)動軸37轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動軸37的底部插入插槽35內(nèi)，轉(zhuǎn)動軸37的頂部與電動機22連接。
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