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金剛石滾輪制造工藝是什么?金剛石滾輪顆粒度說明

文章出處：作者：人氣：6133 發(fā)表時間：2016/11/25

金剛石滾輪的制造工藝和方法可分為電鍍法和燒結(jié)法兩大類。

1隨機(jī)分布內(nèi)鍍法（UZ法）

用鋼或高強(qiáng)度石墨材料制造一個與滾輪形狀相反的內(nèi)型腔，常稱陰模。陰模的幾何精度比滾輪精度高1.3以上。先在陰模內(nèi)壁用電鍍的方法將金剛石結(jié)合牢固，再將鍍層加厚到2~3mm,使其具有足夠的強(qiáng)度及剛性。然后將其與預(yù)制好的鋼芯型組合起來，并澆鑄入低熔點合金于陰模內(nèi)，待該合金冷卻后，剝?nèi)リ幠２⑹菇饎偸耆┞冻鰜?。這種滾輪不經(jīng)修整即可達(dá)到很高的精度。此外由于選用金剛石強(qiáng)度工作面上很高及雜質(zhì)含量極少，顆粒度又較手植法的細(xì)，因此，在滾輪工作面上單位面積的金剛石顆粒多，參與修整的切削刃多，磨削負(fù)荷分散，磨損少，形狀精度保持性好，有利于滾輪延長使用壽命。據(jù)溫特公司介紹，這種滾輪壽命在1萬至數(shù)萬次間。

1.1金剛石選用

可選用天然金剛石或人造金剛石。根據(jù)本方法，一般選用品質(zhì)較優(yōu)、粒度偏細(xì)的天然金剛石。若是人造金剛石則選用MBD8以上至SMD25的優(yōu)質(zhì)高品級金剛石，而且是晶形好、雜質(zhì)含量低的金剛石，方能保證滾輪壽命。

據(jù)資料[3]報導(dǎo)，在生產(chǎn)條件下進(jìn)行的全壽命試驗表明，完全可以用耐熱人造金剛石制造修整滾輪。這種工具可以在整個工作期間內(nèi)穩(wěn)定地保證加工質(zhì)量要求，只是其耐用度有限。在具體加工燃?xì)鉁u輪發(fā)動機(jī)葉片榫槽的條件下，AC65T-500/400型金剛石精密滾輪的保證耐用度為不少于修整15000次。

1.2陰模加工

陰模材料可選用45#鋼；高強(qiáng)度、高純度石墨，其孔隙率低于18%。以45#鋼為例，對其工藝流程說明如下：

（1）粗車首先車出工藝卡頭然后調(diào)頭車外圓并留磨量，接著車端面以及車內(nèi)腔型面，并且只車溝槽，不車出齒頂面。

（2）鉆孔、攻絲主要用作電鍍上夾具及剝殼時用。

（3）熱處理內(nèi)型面淬火為油中定性（RC42）。

（4）磨外圓、內(nèi)孔及端面用萬能磨床加工。

（5）研磨端面為磨內(nèi)型面時找正用。

（6）磨內(nèi)型腔。

如果選用石墨材料制作陰模，則一般采用樣板刀來加工內(nèi)型腔，因此，樣板刀就成了滾輪制造環(huán)節(jié)的重要部件之一。陰模的設(shè)計是根據(jù)用戶對工件的要求而預(yù)先設(shè)計出滾輪的外型。生產(chǎn)中，金剛石修整滾輪所需的公差通常等于工件尺寸和形狀公差的2/3,同時還要考慮滾輪裝配時的校準(zhǔn)和使用要求。因此，滾輪的一端有一個3mm的校準(zhǔn)肩，另一端有一個1mm寬的凸臺。校準(zhǔn)肩供裝配時作修整校正用，因為它與孔及滾輪表面同心。凸臺則是防止其相鄰的墊圈或法蘭與滾輪的金剛石層直接接觸。因此，陰模的尺寸和形狀公差就必需保證未來滾輪的尺寸精度，其總的寬度也必需保證滾輪的校準(zhǔn)肩和凸臺的存在。

1.3芯子加工

芯子一般用45#鋼制作，內(nèi)孔留單邊余量015mm。芯子外圓車成后開橫豎溝槽，目的是增加低熔合金與芯子間的連接牢度，熱處理達(dá)HRC42。

1.4輔助工具加工

輔助工具主要是電鍍用的有機(jī)玻璃絕緣夾具和澆鑄低熔合金時夾具，其示意如圖1、圖2。

2.1.5金剛石滾輪內(nèi)鍍

電鍍的工藝流程如下：45#鋼陰模→汽油清洗→裝絕緣夾具→電化學(xué)除油→弱酸活化處理→帶電入槽并上砂→加厚→卸砂后電鍍增厚。

在電鍍過程中應(yīng)嚴(yán)格注意下列問題：

（1）金剛石需經(jīng)嚴(yán)格的凈化處理，有條件的最好經(jīng)熱化學(xué)處理以除去含雜質(zhì)較高的不良顆粒。

（2）裝夾絕緣夾具必須保證整個電鍍過程中電解液不會破壞陰模，尤其要保證位于陰模端部和一端外圓上的基準(zhǔn)測量帶。

（3）除油和弱酸活化處理必須保證不使陰模精度受損。

（4）上砂及加厚鍍層時的電流密度至關(guān)重要。由于陰模型腔復(fù)雜，存在尖端及凹槽，因此電流盡可能選擇下限，而且要采取讓陰模運動（如往復(fù)平移或轉(zhuǎn)動）和使電解液對流的措施（用泵將鍍槽內(nèi)的電解液抽至高位槽，經(jīng)過濾后再注入鍍槽的方法）。

（5）由于陽極面積遠(yuǎn)小于陰極面積，在加厚及增厚鍍層時，陽極易于鈍化和被陽極泥渣覆蓋。因此，應(yīng)準(zhǔn)備一副備用陽極，以便及時更換并清洗活化在用陽極。

（6）上砂時應(yīng)用一細(xì)棒在靠近陰模型上搗實金剛石，以使金剛石與各點都能緊密接觸，使內(nèi)型腔上的金剛石分布均勻，不出現(xiàn)空白點。此外在上砂過程中還要用細(xì)棒攪動金剛石，使滯留在里邊的氫氣泡及時排出。

（7）增厚鍍層時，應(yīng)盡可能用高的電流密度，以節(jié)約制造時間；在到達(dá)快結(jié)束前1~2h,讓電流密度更大些，以使鍍層表面粗糙，這樣能增強(qiáng)澆鑄低熔合金與鍍層的結(jié)合牢度。

澆鑄低熔點合金

將電鍍好的陰模與芯子組裝成圖2所示的結(jié)構(gòu)，在空腔中澆鑄入低熔點合金。低熔點合金的選擇原則是：固態(tài)時其線脹系數(shù)與電鍍陰模材料的線脹系數(shù)越接近，對滾輪精度的影響越??；點盡可能低，最好選擇熔點在200℃左右的低熔合金。生產(chǎn)實踐證明；焊錫熔點為198℃，其線脹系數(shù)對滾輪精度影響很小，可以用于生產(chǎn)。但必須探索出變化規(guī)律，將產(chǎn)生的誤差在陰模設(shè)計時加以校正，以確保滾輪精度，也有用環(huán)氧樹脂作粘結(jié)材料的。

2.1.7組裝后的機(jī)械加工

（1）加工內(nèi)孔在高精度內(nèi)圓磨床上將工件找正，使端面的跳動≤0.0015mm,外圓跳動≤0.002mm（找正依據(jù)是陰模加工時預(yù)置好的測量帶）。然后磨內(nèi)孔并留研磨量0.05mm左右。研磨后的內(nèi)孔錐度在0.002mm以內(nèi)，與軸的配合間隙為0.001~01002mm,光潔度達(dá)D10。內(nèi)孔加工是滾輪精度和壽命的重要保證，切勿疏忽，否則將前功盡棄。

（2）端面加工在外圓磨床上磨兩端面，以保證孔與端面的垂直度。

（3）剝殼在車床上用低速慢進(jìn)給并用大量冷卻液冷卻，車出陰模的外殼大部，留單邊0.5mm左右，然后用外圓磨床磨到露出齒端，在車床上用成型刀車出溝槽，刀子不可接觸到電鍍層；最后用成型磨輪將剩余的陰模材料磨除，露出滾輪的所有金剛石鍍層面。

1.8滾輪精度檢測

通常不可直接測量滾輪的型面，因為金剛石會損傷量具。通用的方法是用滾輪修整砂輪，再用砂輪磨出一個工件（可以是加工產(chǎn)品，亦可以是專門用于測量的樣板），然后對工件進(jìn)行測量，并將詳細(xì)記錄實測結(jié)果附于滾輪包裝盒內(nèi)，作為提供用戶使用時的資料。值得提出的是，無論是滾輪基體（陰模）加工還是澆芯后的機(jī)械加工，如果具備現(xiàn)代化的數(shù)控加工中心將會使加工作業(yè)變得容易些，而且精度將更有保障。

2手植金剛石內(nèi)鍍法（Us法）

該型滾輪的內(nèi)型腔面上的金剛石是預(yù)先按設(shè)計好的排列圖用手工一顆顆“植上”的，其方法是先在預(yù)置好的陰模內(nèi)腔噴上一薄層膠，膠的厚度不超過5Lm,膠必須有導(dǎo)電性，再用真空吸筆將金剛石按要求粘于型面上，其余工序與Uz法同。由于要用手工植砂，所用金剛石的粒度粗，因此，對某些齒頂（或齒根）R過小（如絲錐、螺紋用滾輪）時不適宜用該法制造。另外，由于膠的存在對滾輪最終精度有一定影響，因此，最終還要對滾輪進(jìn)行精修。圖3示出了Us法滾輪的表面金剛石排列狀況及結(jié)構(gòu)示意t圖。

金剛石在滾輪表面的分布密度視粒度不同而異，一般在10~80粒？cm2左右，如果用100粒？克拉的金剛石，其表面分布密度為30~40粒cm2。Us法生產(chǎn)的滾輪，其陰模制作、電鍍工藝及澆芯剝殼等與Uz法類同，此處不再贅述。

3金剛石隨機(jī)分布外鍍法（S法）

根據(jù)加工工件的要求，先設(shè)計和加工出滾輪基體，其形狀尺寸與工件一致，精度則高于工件，基體一般選用45#鋼并經(jīng)淬硬處理。選用高強(qiáng)度粗顆粒的人造金剛石。S法制造的滾輪精度比內(nèi)鍍法差，這主要是因為同粒度金剛石其粒徑不可能一致，因此，采用該法鍍上金剛石后，其外緣輪廓包絡(luò)線與基體的原始輪廓不可能一致；其次是電鍍很難做到在基體各部位金屬沉積速率完全一致，在凸部沉積速率高，而凹部沉積速率低，使鍍后滾輪形狀變化、精度下降，雖然可以通過修整使精度提高，但仍然很難做出高精度的滾輪。外鍍法制造滾輪的優(yōu)點是制造過程簡單、周期短、成本低，因此，其在用于制作工件要求精度不高時是合適的。圖4示出了S法生產(chǎn)的金剛石滾輪表面磨粒分布及滾輪結(jié)構(gòu)。S法制造金剛石滾輪的電鍍工藝與一般的金剛石電鍍磨輪的工藝相同，此處不再贅述。

4手植浸漬燒結(jié)法（Ts法）

該法的特點是，金剛石在滾輪型上呈規(guī)則排列。首先按照工件的形狀、尺寸和精度設(shè)計出滾輪外型，并轉(zhuǎn)化成陰模。在陰模內(nèi)型腔表面上先涂一層粘膠，然后將金剛石按表面分布排列圖的要求，用真空吸筆將金剛石粘于型腔表面，金剛石密度同Us法，即10~80粒/cm2。將陰模置于石墨模具內(nèi)，填充入混制好的金屬結(jié)合劑骨架材料（多為碳化鎢或鎢粉等高耐磨材料），經(jīng)預(yù)壓（或搗實），置于真空或有保護(hù)氣氛的爐內(nèi)燒結(jié)，并浸滲入粘結(jié)金屬（可以為鎳鈷銅鋅錫等的合金，在高溫下熔融并沿結(jié)合劑的毛細(xì)管滲入結(jié)合劑的各個部位），使金剛石與結(jié)合劑牢固結(jié)合。除去陰模后，經(jīng)機(jī)械加工后即成滾輪。由于陰模多為高強(qiáng)度石墨材料用樣板刀加工而成，故易于除去。用Ts法制造滾輪應(yīng)采用大顆粒的金剛石，不宜制作型面帶尖角（或R很?。┑男兔?。這種浸滲燒結(jié)法因溫度高，滾輪型面會產(chǎn)生變形，而需進(jìn)行修整。如采用人造金剛石制作滾輪，對金剛石的耐熱性、雜質(zhì)等應(yīng)作出嚴(yán)格的要求，金剛石應(yīng)進(jìn)行熱化學(xué)處理，淘汰掉低質(zhì)的顆粒后再用。圖5為Ts法滾輪金剛石表面分布及結(jié)構(gòu)示圖。

2.5粉末冶金燒結(jié)法（T法）

此法的特點是，金剛石在結(jié)合劑中呈無序分布，其制造方法類似于熱壓法制造的金剛石砂輪。金剛石要求強(qiáng)度高、耐熱性好、雜質(zhì)含量少，粒度自然不及Ts法所用的粗。結(jié)合劑多用碳化鎢為骨架材料，鈷等金屬為粘結(jié)金屬，有很好的耐磨性和強(qiáng)度。壓模材料多為石墨，基本為鋼材。金剛石層視用途而定，最簿可做到1mm。T法生產(chǎn)滾輪因高溫?zé)Y(jié)，變形量較大，故一定要進(jìn)行修整，其精度才能滿足使用要求。

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