CN103878705B - 用于齿轮高效精密成形磨削的电镀cbn砂轮及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
用于齿轮高效精密成形磨削的电镀CBN砂轮,包括碟形基体和其边缘的磨料区,磨料区的质量占基体总质量的4~15%,所述磨料区上的磨料层截面形状为上底与两腰倒圆角的等腰梯形;电镀CBN砂轮的制备方法,先加工砂轮基体,然后将砂轮基体依次进行阴阳极交替电化学除油、夹具+静电吸附膜绝缘组装、阴阳极交替电解处理、冲击法预镀、上砂、加厚和电镀砂轮后处理。本发明的电镀砂轮的使用线速度可以达到250m/s,磨削进给量达到4~10m/min,比普通砂轮高很多。粗糙度Ra可达0.4μm,能够满足工件表面质量要求,成功实现了齿轮的高效精密成形磨削。
Description
技术领域
本发明属于磨料磨具设计制造领域,具体是一种用于齿轮高效精密成形磨削的电镀CBN砂轮及其制备方法。
背景技术
随着我国工业化的快速推进,齿轮的需求量呈几何级数增长,且对齿轮的质量要求越来越高。在精密齿轮制造工序中,需要使用砂轮对其齿坯形面进行成形磨削。当前市场上为齿轮进行成形磨削的砂轮在磨削线速度、进给量、磨后齿轮表面粗糙度上等几个方面存在不足。
实现齿轮高效精密成形磨削需要使用CBN砂轮。用于齿轮成形磨削的CBN砂轮按结合剂类型可以分为陶瓷结合剂CBN砂轮、金属结合剂CBN砂轮、电镀金属结合剂CBN砂轮。相对于前两种结合剂的CBN砂轮,电镀CBN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:在其使用寿命内无需对砂轮进行修整仍可以保证形面的几何精度;磨料保持一定的出刃高度,直接和工件接触,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CBN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、加工精度以及镀层厚度的控制是制造精密成形磨削电镀CBN砂轮的重要因素。
目前,国内制造的砂轮精度偏低,形状简单,高精度的砂轮则需要依赖进口。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中电镀CBN砂轮精度偏低,形状简单等问题,提供一种用于齿轮的快速成形磨削,使得加工的工件表面粗糙度达到Ra0.4的电镀CBN砂轮及其制备方法。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案是:用于齿轮高效精密成形磨削的电镀CBN砂轮,包括碟形基体和其边缘的磨料区,其特征在于:所述磨料区的质量占基体总质量的4%~15%,所述磨料区上的磨料层截面形状为上底与两腰倒圆角的等腰梯形;碟形基体为砂轮基体;先加工砂轮基体,然后将砂轮基体依次进行阴阳极交替电化学除油、夹具+静电吸附膜绝缘组装、阴阳极交替电解处理、冲击法预镀、上砂、加厚和电镀砂轮后处理;所述的电镀砂轮后处理包括以下步骤:1)将砂轮的圆弧磨料层平均划分为4-20个区域,将每个区域先后浸入活化液,深度为1-3mm,电流为密度1A*dm-2,时间为3~10min;然后将砂轮取出进行清洗、烘干,圆弧上和平面上的出刃高度偏差在5%~15%;2)将电镀砂轮整体进入活化液中,电流密度10A*dm-2,电解时间20~30s;3)将砂轮置入到电镀槽中,电流密度1A*dm-2,电镀8~10min,电镀完成后将夹具和静电吸附膜拆卸,放进烘箱中,烘箱温度保持为75~85℃,时间100~130min。
所述磨料区的质量占基体总质量的4%,所述等腰梯形的两腰与下底的夹角为60°,倒圆角的倒角半径r为0.1~0.5。
所述砂轮基体上距圆心R为25~27mm的同心圆弧上均匀分布有丝孔和圆孔。
所述的丝孔包括3个丝孔Ⅰ和3个丝孔Ⅱ,圆孔为6个。
用于齿轮高效精密成形磨削的电镀CBN砂轮的制备方法,先加工砂轮基体,然后将砂轮基体依次进行阴阳极交替电化学除油、夹具+静电吸附膜绝缘组装、阴阳极交替电解处理、冲击法预镀、上砂、加厚和电镀砂轮后处理。
所述的电镀砂轮后处理包括以下步骤:
1)将砂轮的圆弧磨料层平均划分为4-20个区域,将每个区域先后浸入活化液,深度为1-3mm,电流为密度1A*dm-2,时间为3~10min;然后将砂轮取出进行清洗、烘干,圆弧上和平面上的出刃高度偏差在5%~15%;
2)将电镀砂轮整体进入活化液中,电流密度10A*dm-2,电解时间20~30s;
3)将砂轮置入到电镀槽中,电流密度1A*dm-2,电镀8~10min,电镀完成后将夹具和静电吸附膜拆卸,放进烘箱中,烘箱温度保持为75~85℃,时间100~130min。
所述砂轮所用的磨料为CBN,粒度为50/60~170/200,镀层埋入率为50~60%,圆弧上和平面上的出刃偏差在小于20%。
所述的活化液为浓度20%的稀硫酸。
与现有技术相比,本发明具有以下优势:1)本发明的碟形基体和其边缘的磨料区,所述磨料区的质量占基体总质量的4~15%,这种结构优化了砂轮的质量分布,使得磨料层在磨削工件过程中负载减轻,有助于提高砂轮的极限转速;加快了磨屑的排出和冷却液的渗透;
2)磨料层的截面形状为上底与两腰倒圆角的等腰梯形,两腰与下底的夹角为60°。倒圆角的倒角半径r为0.1~0.5增加了磨料层接触工件的面积,避免了点接触,从而减缓了砂轮给进时工件对其磨料的冲击。
3)在电镀的砂轮制造工艺中,由于电镀尖端效应的存在,边缘处的镀层厚度高于其它区域的镀层,即边缘处的磨料出刃高度低于其它区域的磨料,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。对于电镀砂轮的尖端效应在砂轮的圆弧面最为明显,本发明未中经电镀后处理的砂轮圆弧处(即等腰梯形的上底)的磨料出刃高度可以和两侧面的磨料相差几十微米甚至上百微米,为了尽可能使各个区域磨料出刃高度的保持相同,本发明将砂轮圆弧磨料层平均划分区域,每个区域依次浸入活化液,使各个区域磨料出刃高度的保持相同。用显微镜准焦法测得圆弧上和平面上的出刃高度,并与目标出刃高度进行对比,圆弧上和平面上的出刃高度偏差5%~15%,则能够满足加工精度要求。
4)本发明的电镀砂轮经过电镀后处理后,由于圆弧上和平面上的出刃高度偏差小,使用线速度可以达到250m/s,磨削进给量达到4~10m/min,比普通砂轮高很多。经过后处理的电镀砂轮,磨削的齿轮表面没有烧伤和裂纹,粗糙度Ra可达0.4μm,能够满足工件表面质量要求,成功实现了齿轮的高效成形磨削。
附图说明
图1为电镀CBN砂轮工作区域的截面结构示意图;
图2为电镀CBN砂轮的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
如图1和图2所示,用于齿轮高效精密成形磨削的电镀CBN砂轮,包括碟形基体1和其边缘的磨料区,所述磨料区的质量占基体总质量的4%,所述磨料区上的磨料层2截面形状为上底与两腰倒圆角的等腰梯形,两腰与下底的夹角为60°。倒圆角的倒角半径r为0.3。所述砂轮基体上距圆心R27mm的同心圆弧上均匀分布有丝孔和圆孔,丝孔包括3个丝孔Ⅰ3和3个丝孔Ⅱ4,圆孔5为6个,用来紧固砂轮和避免砂轮径向跳动。砂轮所用的磨料为CBN,粒度为70/80,镀层埋入率为60%。
砂轮基体近似呈碟形,中间厚,边缘薄。这种结构优化了砂轮的质量分布,使得磨料层在磨削工件过程中负载减轻,有助于提高砂轮的极限转速;加快了磨屑的排出和冷却液的渗透。磨料层的截面形状为上底与两腰倒圆角的等腰梯形,增加了磨料层接触工件的面积,避免了点接触,从而减缓了砂轮给进时工件对其磨料的冲击。
用于齿轮高效精密成形磨削的电镀CBN砂轮的制备方法,先加工砂轮基体,然后将砂轮基体依次进行阴阳极交替电化学除油、夹具+静电吸附膜绝缘组装、阴阳极交替电解处理、冲击法预镀、上砂、加厚和电镀砂轮后处理。
电镀砂轮后处理包括以下步骤:
1)将砂轮的圆弧磨料层划分为12个区域,见图2,每个区域所占的弧度为30°,将这12个区域先后浸入活化液,深度为2mm,电流为密度1A*dm-2,时间为5min;然后将砂轮取出进行清洗、烘干,圆弧上和平面上的出刃高度分别为65μm、70μm,偏差在7.1%;
2)将电镀砂轮整体进入活化液中,电流密度10A*dm-2,电解时间30s;活化液为浓度20%的稀硫酸。
3)将砂轮投入到电镀槽中,电流密度1A*dm-2,电镀10min,电镀完成后将夹具和静电吸附膜拆卸,放进烘箱中,烘箱温度保持为80℃,时间2h。
用电镀CBN成形砂轮磨削直齿轮,齿轮规格如下:模数m=5、齿数z=10。
将材质为20CrMnTi的齿坯夹持于精密磨齿机床上,砂轮夹持在数控磨床的砂轮架上。砂轮的轴线保持与齿坯轴线保持在同一水平面上,砂轮截面截形的对称线保持与齿轮齿槽对称线相重合。编制好磨削进给程序—砂轮线速度保持为120m/s,进给速度保持为4m/min,调节好冷却液***。启动机床,对齿轮基体进行成形磨削,磨削的齿轮表面没有烧伤和裂纹,粗糙度Ra可达0.4μm。
实施例2
电镀砂轮后处理,将砂轮的圆弧磨料层平均划分为4个区域,将每个区域先后浸入活化液,深度为3mm,电流为密度1A*dm-2,时间为10min;然后将砂轮取出进行清洗、烘干,圆弧上和平面上的出刃高度偏差在14.8%,其他步骤同实施例1。
实施例3
电镀砂轮后处理,将砂轮的圆弧磨料层平均划分为20个区域,将每个区域先后浸入活化液,深度为1mm,电流为密度1A*dm-2,时间为3min;然后将砂轮取出进行清洗、烘干,圆弧上和平面上的出刃高度偏差在5.6%,其他步骤同实施例1。
实施例4
电镀砂轮后处理,将砂轮的圆弧磨料层平均划分为9个区域,将每个区域先后浸入活化液,深度为2mm,电流为密度1A*dm-2,时间为5min;然后将砂轮取出进行清洗、烘干,圆弧上和平面上的出刃高度偏差在10.5%,其他步骤同实施例1。
实施例5
电镀砂轮后处理,将砂轮的圆弧磨料层平均划分为15个区域,将每个区域先后浸入活化液,深度为1.5mm,电流为密度1A*dm-2,时间为4min;然后将砂轮取出进行清洗、烘干,圆弧上和平面上的出刃高度偏差在7.3%,其他步骤同实施例1。
实施例6
电镀砂轮后处理,将砂轮的圆弧磨料层平均划分为12个区域,将每个区域先后浸入活化液,深度为1.8mm,电流为密度1A*dm-2,时间为5min;然后将砂轮取出进行清洗、烘干,圆弧上和平面上的出刃高度偏差在9%,其他步骤同实施例1。
Claims (7)
1.用于齿轮高效精密成形磨削的电镀CBN砂轮,包括碟形基体和其边缘的磨料区,其特征在于:所述磨料区的质量占基体总质量的4%~15%,所述磨料区上的磨料层截面形状为上底与两腰倒圆角的等腰梯形;碟形基体为砂轮基体;先加工砂轮基体,然后将砂轮基体依次进行阴阳极交替电化学除油、夹具+静电吸附膜绝缘组装、阴阳极交替电解处理、冲击法预镀、上砂、加厚和电镀砂轮后处理;所述的电镀砂轮后处理包括以下步骤:1)将砂轮的圆弧磨料层平均划分为4-20个区域,将每个区域先后浸入活化液,深度为1-3mm,电流为密度1A*dm-2,时间为3~10min;然后将砂轮取出进行清洗、烘干,圆弧上和平面上的出刃高度偏差在5%~15%;2)将电镀砂轮整体进入活化液中,电流密度10A*dm-2,电解时间20~30s;3)将砂轮置入到电镀槽中,电流密度1A*dm-2,电镀8~10min,电镀完成后将夹具和静电吸附膜拆卸,放进烘箱中,烘箱温度保持为75~85℃,时间100~130min。
2.根据权利要求1所述的用于齿轮高效精密成形磨削的电镀CBN砂轮,其特征在于:所述磨料区的质量占基体总质量的4%,所述等腰梯形的两腰与下底的夹角为60°,倒圆角的倒角半径r为0.1~0.5。
3.根据权利要求2所述的用于齿轮高效精密成形磨削的电镀CBN砂轮,其特征在于:所述砂轮基体上距圆心R为25~27mm的同心圆弧上均匀分布有丝孔和圆孔。
4.根据权利要求3所述的用于齿轮高效精密成形磨削的电镀CBN砂轮,其特征在于:所述的丝孔包括3个丝孔Ⅰ和3个丝孔Ⅱ,圆孔为6个。
5.根据权利要求1所述的用于齿轮高效精密成形磨削的电镀CBN砂轮的制备方法,其特征在于:先加工砂轮基体,然后将砂轮基体依次进行阴阳极交替电化学除油、夹具+静电吸附膜绝缘组装、阴阳极交替电解处理、冲击法预镀、上砂、加厚和电镀砂轮后处理;所述的电镀砂轮后处理包括以下步骤:1)将砂轮的圆弧磨料层平均划分为4-20个区域,将每个区域先后浸入活化液,深度为1-3mm,电流为密度1A*dm-2,时间为3~10min;然后将砂轮取出进行清洗、烘干,圆弧上和平面上的出刃高度偏差在5%~15%;2)将电镀砂轮整体进入活化液中,电流密度10A*dm-2,电解时间20~30s;3)将砂轮置入到电镀槽中,电流密度1A*dm-2,电镀8~10min,电镀完成后将夹具和静电吸附膜拆卸,放进烘箱中,烘箱温度保持为75~85℃,时间100~130min。
6.根据权利要求5所述的用于齿轮高效精密成形磨削的电镀CBN砂轮的制备方法,其特征在于:所述砂轮所用的磨料为CBN,粒度为50/60~170/200,镀层埋入率为50~60%,圆弧上和平面上的出刃偏差在小于20%。
7.根据权利要求6所述的用于齿轮高效精密成形磨削的电镀CBN砂轮的制备方法,其特征在于:所述的活化液为浓度20%的稀硫酸。
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