金钢砂：闪电镀金刚石滚轮的制造和发展情况

 

　　1　概述

　　砂轮修整是磨削加工中关键技术之一,当今磨削技术正朝着高精、高速和高效趋势发展,这就要求砂轮修整不但具有高的精度,同时还要具有高的效率。金刚石修整滚轮正是为了适应这种发展而产生的,它是新一代砂轮成型修整工具,具有修整精度高、修整型面复杂、修整效率高等特点,是目前最为有效的高效、高精成形修整工具。

 

　　金刚石修整滚轮的制造技术比较复杂,主要的方法有电镀法和粉末冶金法(表1)[1]。内镀法金刚石修整滚轮制造工艺是各种制造方法中制造精度和制造型面复杂程度最高的方法,其形面精度在0.005mm以上,它适合于制造各种类型的金刚石滚轮,尤其是高精度复杂型面金刚石修整滚轮。

　　2　制造工艺

　　2.1　工艺流程

　　内电镀法(图1)是滚轮制造工艺中,精度和制造型面复杂程度最高的方法,其制造工艺流程见图2,从中可以看到,内镀法金刚石修整滚轮制造技术是集超硬材料技术、精密加工技术、精密电铸技术、超硬工具修磨技术和复杂型面测量技术等一体的制造技术。其特点是,工艺流程长,且工序影响因素复杂。最终产品滚轮型面精度一般要控制在零件公差的1/5～1/3,因此,要保证制造的最终产达到高精度,每一道工序都要严格控制。

　　适合于做滚轮型腔的材料有:石墨、铝合金或钢(表2)。除了材料的种类外,影响上述三个性能的还有很多材料的组织结构方面的因素。其中主要的可以归纳为下述四种因素:①材料成分;②毛坯成型工艺;　　型腔材料选择:型腔(阴模) 作为制作滚轮的模具,对滚轮的形状和精度影响最大。型腔型面的加工,是滚轮制造中的重要的工序也是难度最大的工序。其精度应高于被制造滚轮的精度,比如5 微米精度的高精度级金刚石滚轮,型腔型面精度应控制在3微米以下;并要求整个加工流程中,在受热和受力的情况下不变形,保持形面精度。选择型腔的材料和合适的加工手段是制造高质量型腔的关键。型腔基体应具备下面条件:①材质稳定性好,内应力小,具有必要的强度又易于加工;②制造中受热和力时抗变形能力强; ③经济性好。

　　

　　③处理工艺;④时效时间。为了优选型腔的制造材料, 我们对上面的4种因素选取不同的水平进行了正交试验,控制指标为:在滚轮制造流程中型面的尺寸、形状精度的变化值。试验结果确定的型腔材料为经过优选工艺处理的钢基体型腔和高强、高纯石墨型腔型。其中优选工艺处理的钢基体型,变形量小于1μm,达到了制造高精度滚轮的要求。

　　型面的加工: 不同材料基体的型腔,其合适的加工方法是不同的。钢基体型腔的形面加工采用精密成形磨削加工工艺,型面的成型精度取决于成型砂轮形面精度和磨床加工精度。能达到的型面廓形精度为3μm,齿距精度:2μm。完全适合于精密级滚轮的制造要求。石墨型腔型的形面的加工采用样板刀成形车削加工工艺。样板刀采用经过砂轮成形磨制,精度可以达到:廓形精度5μm,齿距精度:3μm。可以满足精密级滚轮的制作要求。

金刚石砂轮的质量不仅和采用的刀头材料，形状，质量，加工方法有密切的关系，而且和砂轮基体的加工质量有密切的关系。尤其在一些先进的加工设备上，如加工中心，数控机床，自动化生产流水线等，采用CAD/CAM技术来实现金刚石砂轮基体的设计及刀头和基体的结合加工有十分重要的意义。

　　虽然有大部分的金刚石砂轮基体是简单的回转体，通过普通的机械设备经锻，车，铣等工序也能加工，但对于一些复杂的弧形砂轮，成型砂轮，螺旋型砂轮等特殊外形的砂轮，其基体的设计和制造质量直接影响到砂轮最终的质量。刀头在钎焊或激光焊接到基体上时，其稳定性和牢固性也和基体的材料，几何形状，表面状况等质量密切相关。在充分使用先进的加工设备并提高加工效率，保证加工质量时，如何设计好复杂曲面的砂轮基体并组织好基体的加工是迫切需要解决的问题。金刚石砂轮的设计和制造包括两个不可或缺的部分，一是基体的造型设计，必须满足特殊砂轮的几何形状和表面质量要求；二是输出基体数据以便在自动焊接机上实现准确的刀头焊接加工。 

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