阅读说明：本技术 一种金刚石滚轮型腔曲面加工方法 (Diamond roller cavity curved surface machining method ) 是由 仲志强 罗松保 张佳艺 徐美娇 于 2019-09-13 设计创作，主要内容包括：本发明涉及金刚石滚轮加工技术领域,尤其涉及一种金刚石滚轮型腔曲面加工方法,包括以下步骤：步骤一,阴模的制造；步骤二,金刚石的选择；步骤三,镀镍溶液的选择；步骤四,电铸；步骤五,对滚轮进行修整；步骤六,滚轮精度的检测；在步骤一中：S1、阴模材料的选择,通过对钢、铝合金和石墨材料进行分析研究,发现钢及石墨作为制造高精度滚轮阴极材料比较适合,本方案选用了更为常用的钢基材作为阴模材料。本发明达到了提高生产效率和产品质量以及节能降耗的目的,并且制造过程简单、周期短、成本低,同时在滚轮工作面上单位面积的金刚石颗粒多,参与修整的切削刃多,磨削负荷分散,磨损少,形状精度保持性好,有利于滚轮延长使用寿命。(The invention relates to the technical field of diamond roller machining, in particular to a method for machining a curved surface of a diamond roller cavity, which comprises the following steps: manufacturing a female die; selecting diamond; step three, selecting a nickel plating solution; step four, electroforming; step five, trimming the roller; step six, detecting the precision of the roller; in the first step: s1, selecting female die materials, and finding that steel and graphite are more suitable for manufacturing the high-precision roller cathode material through analysis and research on steel, aluminum alloy and graphite materials, wherein a steel base material which is more commonly used is selected as the female die material. The invention achieves the purposes of improving the production efficiency and the product quality and saving energy and reducing consumption, has simple manufacturing process, short period and low cost, simultaneously has more diamond particles in unit area on the working surface of the roller, more cutting edges participating in trimming, dispersed grinding load, less abrasion and good shape precision retentivity, and is beneficial to prolonging the service life of the roller.)

一种金刚石滚轮型腔曲面加工方法

技术领域

本发明涉及金刚石滚轮加工技术领域，尤其涉及一种金刚石滚轮型腔曲面加工方法。

背景技术

金刚石修整滚轮是新一代的砂轮成型修整工具，在成型修整砂轮方面具有高效率、高精度及高成型度的优点。目前电镀金刚石修整滚轮制造方法，是制造精密复杂型面滚轮的最为有效方法，集精密制造技术、精密电铸技术，精密测量技术为一体。

然而目前的金刚石修整滚轮加工方法难以满足高精度需求，直接影响滚轮镀层质量及生产进度，而且最终还要对滚轮进行大范围的精修操作，同时在电镀的过程中，很难做到在基体各部位金属沉积速率完全一致，在凸部沉积速率高，而凹部沉积速率低，因此导致镀后滚轮形状变化、精度下降，虽然可以通过修整使精度提高，但仍然很难做出高精度的滚轮。

发明内容

（一）解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种金刚石滚轮型腔曲面加工方法，达到了提高生产效率和产品质量以及节能降耗的目的，并且制造过程简单、周期短、成本低，同时在滚轮工作面上单位面积的金刚石颗粒多，参与修整的切削刃多，磨削负荷分散，磨损少，形状精度保持性好，有利于滚轮延长使用寿命。

（二）技术方案

为实现上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种金刚石滚轮型腔曲面加工方法，包括以下步骤：

步骤一，阴模的制造；步骤二，金刚石的选择；步骤三，镀镍溶液的选择；步骤四，电铸；步骤五，对滚轮进行修整；步骤六，滚轮精度的检测；其中：

在步骤一中：

S1、阴模材料的选择

阴模作为制造滚轮的模具，对滚轮的形状和精度影响最大，内腔型面的加工，是滚轮制造中重要工序和关键工序，因此，选择阴模材料和合适的加工手段是制造高质量内腔型面的关键，阴模材料应具备下列条件：材质稳定性好，内应力小，具有必要强度又易于加工；制造中受热及受力时抗变形能力强；经济性好。

通过对钢、铝合金和石墨材料进行分析研究，发现钢及石墨作为制造高精度滚轮阴极材料比较适合，本方案选用了更为常用的钢基材作为阴模材料；

S2、阴模内腔型面的加工

第一步，用钢基材制造一个与滚轮形状相反的内型腔阴模，阴模的几何精度比滚轮精度高1.5以上。

第二步，在阴模内壁用电镀的方法将金刚石结合牢固，再将镀层加厚到2-3mm，使其具有足够的强度以及刚性。

第三步，将阴模与预制好的钢芯型组合起来，并浇铸入低熔点合金于阴模内，待该合金冷却后，剥去阴模并使金刚石完全暴露出来，这种滚轮不经修整即可达到很高的精度，此外，由于选用金刚石强度工作面上很高以及杂质含量极少，颗粒度又较手植法的细，因此，在滚轮工作面上单位面积的金刚石颗粒多，参与修整的切削刃多，磨削负荷分散，磨损少，形状精度保持性好，有利于滚轮延长使用寿命。

在步骤二中：可选用天然金刚石或人造金刚石，根据本方法，一般选用品质较优、粒度偏细的天然金刚石，人造金刚石则选用MBD8以上至SMD25的优质高品级金刚石，金刚石浓度小于200%，而且是晶形好、杂质含量低的金刚石，方能保证滚轮寿命。

在步骤三中：常见电铸镍溶液体系有硫酸盐溶液、全氯化物溶液、氟硼酸盐溶液、全硫酸盐溶液和氨基磺酸盐溶液。本方案优选使用氨基磺酸盐溶液作为镀镍溶液，此溶液体系不仅工艺范围宽，更主要的是能够从此溶液体系中获得内应力低、综合性能良好的电铸层。

在步骤四中：电铸之前需要对阴模进行处理，主要分为以下步骤：

第一步，首先使用汽油对阴模进行清洗。

第二步，在阴模上装绝缘夹具。

第三步，电化学进行除油。

第四步，进行弱酸活化处理。

第五步，带电入槽并上砂。

第六步，加厚。

第七步，卸砂后电镀增厚。

在步骤五中，需要对电铸后的滚轮进行修整，主要分为以下步骤：

第一步，加工内孔，在高精度内圆磨床上将工件找正，使端面的跳动小于0.0015mm，外圆跳动小于0.002mm，找正的依据是阴模加工时预置好的测量带，然后磨内孔并留研磨量0.05mm左右，研磨后的内孔锥度在0.002mm以内，与轴的配合间隙为0.001-01002mm，光洁度达D10。

第二步，端面加工，在外圆磨床上磨两端面，以保证孔与端面的垂直度。

第三步，剥壳，在车床上用低速慢进给并用大量冷却液冷却，车出阴模的外壳大部，留单边0.5mm左右，然后用外圆磨床磨到露出齿端，在车床上用成型刀车出沟槽，刀子不可接触到电镀层，最后用成型磨轮将剩余的阴模材料磨除，露出滚轮的所有金刚石镀层面。

在步骤六中：对滚轮精度的检测的方法主要是用滚轮修整砂轮，再用砂轮磨出三个以上的工件，工件可以是加工产品，亦可以是专门用于测量的样板，然后对磨出的工件进行测量，并详细记录实测结果，再对各个工件的测量数据进行对比，随后取平均值进行比较是否符合精度需求。

进一步地，所述步骤一阴模材料的选择中，所述钢基材优选为45#钢，如外还可以采用石墨作为阴模材料，应当选用高强度、高纯度的石墨，石墨的孔隙率需低于18%。

进一步地，在采用石墨作为阴模材料时，主要采用样板刀来加工内型腔，因此，样板刀就成了滚轮制造环节的重要部件之一，阴模的设计是根据用户对工件的要求而预先设计出滚轮的外型，生产中，金刚石修整滚轮所需的公差通常等于工件尺寸和形状公差的2/3，同时还要考虑滚轮装配时的校准和使用要求，因此，滚轮的一端有一个3mm的校准肩，另一端有一个1mm宽的凸台，校准肩供装配时作修整校正用，因为它与孔及滚轮表面同心，凸台则是防止其相邻的垫圈或法兰与滚轮的金刚石层直接接触，因此，阴模的尺寸和形状公差就必需保证未来滚轮的尺寸精度，其总的宽度也必需保证滚轮的校准肩和凸台的存在。

进一步地，所述步骤一阴模内腔型面的加工中，对于钢基材制造内腔型阴模的加工主要分为以下步骤：

第一步，粗车，首先车出工艺卡头然后调头车外圆并留磨量，接着车端面以及车内腔型面，并且只车沟槽，不车出齿顶面。

第二步，钻孔、攻丝，主要用作电镀上的夹具及剥壳时使用。

第三步，热处理，对内型面进行淬火，热处理达到HRC42。

第四步，磨外圆、内孔及端面，该过程使用万能磨床加工。

第五步，研磨端面，为磨内型面时找正用。

第六步，磨内型腔。

进一步地，所述步骤三中，氨基磺酸盐镀镍溶液中的成分包括，氨基磺酸镍：280-300g/L，氯化镍：10-15gL和硼酸：3436g/L，所述氨基磺酸盐镀镍溶液的操作条件为：温度应当在40-45℃之间，PH值为44.5，阴极电流密度为1-5A/dm2，溶液搅拌方式为阴极移动或者联合搅拌的一种。

进一步地，所述步骤四中，绝缘夹具主要是电镀用的有机玻璃绝缘夹具和浇铸低熔合金时的夹具。

进一步地，所述步骤一中，低熔点合金为焊锡，其熔点为198℃，低熔点合金的选择原则是：固态时其线胀系数与电镀阴模材料的线胀系数越接近，对滚轮精度的影响越小，熔点尽可能低，最好选择熔点在200℃左右的低熔合金，其线胀系数对滚轮精度影响很小，可以用于生产，并且将产生的误差在阴模设计时加以校正，以确保滚轮精度。

（三）有益效果

本发明提供了一种金刚石滚轮型腔曲面加工方法，具备以下有益效果：

1、本发明实现了金刚石滚轮电镀的规范化生产，达到提高生产效率和产品质量以及节能降耗的目的，并且制造过程简单、周期短、成本低。

2、本发明所提供的方法，能够使滚轮不经修整即可达到很高的精度，此外，由于选用金刚石强度工作面上很高以及杂质含量极少，颗粒度又较手植法的细，因此，在滚轮工作面上单位面积的金刚石颗粒多，参与修整的切削刃多，磨削负荷分散，磨损少，形状精度保持性好，有利于滚轮延长使用寿命。

3、本发明由于采用焊锡作为低熔点合金，其熔点为198℃，其线胀系数对滚轮精度影响很小，可以用于生产，并且将产生的误差在阴模设计时加以校正，能够确保滚轮的精度。

4、本发明中的镀镍层主要起支撑和结合剂的作用，增加把持力并将金刚石牢牢把持在镀层上，防止金刚石脱落，起增加强度、防止变形的作用。

附图说明

图1为本发明加工方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明提供了一种技术方案：一种金刚石滚轮型腔曲面加工方法，包括以下步骤：

步骤一，阴模的制造；步骤二，金刚石的选择；步骤三，镀镍溶液的选择；步骤四，电铸；步骤五，对滚轮进行修整；步骤六，滚轮精度的检测；其中：

在步骤一中：

S1、阴模材料的选择

阴模作为制造滚轮的模具，对滚轮的形状和精度影响最大，内腔型面的加工，是滚轮制造中重要工序和关键工序，因此，选择阴模材料和合适的加工手段是制造高质量内腔型面的关键，阴模材料应具备下列条件：材质稳定性好，内应力小，具有必要强度又易于加工；制造中受热及受力时抗变形能力强；经济性好。

步骤一阴模材料的选择中，钢基材优选为45#钢，如外还可以采用石墨作为阴模材料，应当选用高强度、高纯度的石墨，石墨的孔隙率需低于18%，在采用石墨作为阴模材料时，主要采用样板刀来加工内型腔，因此，样板刀就成了滚轮制造环节的重要部件之一，阴模的设计是根据用户对工件的要求而预先设计出滚轮的外型，生产中，金刚石修整滚轮所需的公差通常等于工件尺寸和形状公差的2/3，同时还要考虑滚轮装配时的校准和使用要求，因此，滚轮的一端有一个3mm的校准肩，另一端有一个1mm宽的凸台，校准肩供装配时作修整校正用，因为它与孔及滚轮表面同心，凸台则是防止其相邻的垫圈或法兰与滚轮的金刚石层直接接触，因此，阴模的尺寸和形状公差就必需保证未来滚轮的尺寸精度，其总的宽度也必需保证滚轮的校准肩和凸台的存在。

通过对钢、铝合金和石墨材料进行分析研究，发现钢及石墨作为制造高精度滚轮阴极材料比较适合，本方案选用了更为常用的钢基材作为阴模材料；

S2、阴模内腔型面的加工

第一步，用钢基材制造一个与滚轮形状相反的内型腔阴模，阴模的几何精度比滚轮精度高1.5以上。

阴模内腔型面的加工中，对于钢基材制造内腔型阴模的加工主要分为以下步骤：

1）、粗车，首先车出工艺卡头然后调头车外圆并留磨量，接着车端面以及车内腔型面，并且只车沟槽，不车出齿顶面。

2）、钻孔、攻丝，主要用作电镀上的夹具及剥壳时使用。

3）、热处理，对内型面进行淬火，热处理达到HRC42。

4）、磨外圆、内孔及端面，该过程使用万能磨床加工。

5）、研磨端面，为磨内型面时找正用。

6）、磨内型腔。

第二步，在阴模内壁用电镀的方法将金刚石结合牢固，再将镀层加厚到2-3mm，使其具有足够的强度以及刚性。

第三步，将阴模与预制好的钢芯型组合起来，并浇铸入低熔点合金于阴模内，待该合金冷却后，剥去阴模并使金刚石完全暴露出来，这种滚轮不经修整即可达到很高的精度，此外，由于选用金刚石强度工作面上很高以及杂质含量极少，颗粒度又较手植法的细，因此，在滚轮工作面上单位面积的金刚石颗粒多，参与修整的切削刃多，磨削负荷分散，磨损少，形状精度保持性好，有利于滚轮延长使用寿命。

低熔点合金为焊锡，其熔点为198℃，低熔点合金的选择原则是：固态时其线胀系数与电镀阴模材料的线胀系数越接近，对滚轮精度的影响越小，熔点尽可能低，最好选择熔点在200℃左右的低熔合金，其线胀系数对滚轮精度影响很小，可以用于生产，并且将产生的误差在阴模设计时加以校正，以确保滚轮精度。

在步骤二中：可选用天然金刚石或人造金刚石，根据本方法，一般选用品质较优、粒度偏细的天然金刚石，人造金刚石则选用MBD8以上至SMD25的优质高品级金刚石，金刚石浓度小于200%，而且是晶形好、杂质含量低的金刚石，方能保证滚轮寿命。

在步骤三中：常见电铸镍溶液体系有硫酸盐溶液、全氯化物溶液、氟硼酸盐溶液、全硫酸盐溶液和氨基磺酸盐溶液，本方案优选使用氨基磺酸盐溶液作为镀镍溶液，此溶液体系不仅工艺范围宽，更主要的是能够从此溶液体系中获得内应力低、综合性能良好的电铸层，氨基磺酸盐镀镍溶液中的成分包括，氨基磺酸镍：280-300g/L，氯化镍：10-15gL和硼酸：3436g/L，氨基磺酸盐镀镍溶液的操作条件为：温度应当在40-45℃之间，PH值为44.5，阴极电流密度为1-5A/dm2，溶液搅拌方式为阴极移动或者联合搅拌的一种。

在步骤四中：电铸之前需要对阴模进行处理，主要分为以下步骤：

第一步，首先使用汽油对阴模进行清洗，金刚石需经严格的净化处理，最好经热化学处理以除去含杂质较高的不良颗粒。

第二步，在阴模上装绝缘夹具，绝缘夹具主要是电镀用的有机玻璃绝缘夹具和浇铸低熔合金时的夹具，装夹绝缘夹具必须保证整个电镀过程中电解液不会破坏阴模，尤其要保证位于阴模端部，和一端外圆上的基准测量带。

第三步，电化学进行除油。

第四步，进行弱酸活化处理，除油和弱酸活化处理必须保证不使阴模精度受损。

第五步，带电入槽并上砂，上砂及加厚镀层时的电流密度至关重要，由于阴模型腔复杂，存在尖端及凹槽，因此电流尽可能选择下限，而且要采取让阴模运动（如往复平移或转动）和使电解液对流的措施（用泵将镀槽内的电解液抽至高位槽，经过滤后再注入镀槽的方法），上砂时应用一细棒在靠近阴模型上捣实金刚石，以使金刚石与各点都能紧密接触，使内型腔上的金刚石分布均匀，不出现空白点，此外在上砂过程中还要用细棒搅动金刚石，使滞留在里边的氢气泡及时排出。

第六步，加厚，由于阳极面积远小于阴极面积，在加厚及增厚镀层时，阳极易于钝化和被阳极泥渣覆盖，因此，应准备一副备用阳极，以便及时更换并清洗活化在用阳极。

第七步，卸砂后电镀增厚，增厚镀层时，应尽可能用高的电流密度，以节约制造时间，在到达快结束前1-2h，让电流密度更大些，以使镀层表面粗糙，这样能增强浇铸低熔合金与镀层的结合牢度。

在步骤五中，需要对电铸后的滚轮进行修整，主要分为以下步骤：

第一步，加工内孔，在高精度内圆磨床上将工件找正，使端面的跳动小于0.0015mm，外圆跳动小于0.002mm，找正的依据是阴模加工时预置好的测量带，然后磨内孔并留研磨量0.05mm左右，研磨后的内孔锥度在0.002mm以内，与轴的配合间隙为0.001-01002mm，光洁度达D10。

第二步，端面加工，在外圆磨床上磨两端面，以保证孔与端面的垂直度。

第三步，剥壳，在车床上用低速慢进给并用大量冷却液冷却，车出阴模的外壳大部，留单边0.5mm左右，然后用外圆磨床磨到露出齿端，在车床上用成型刀车出沟槽，刀子不可接触到电镀层，最后用成型磨轮将剩余的阴模材料磨除，露出滚轮的所有金刚石镀层面。

在步骤六中：对滚轮精度的检测的方法主要是用滚轮修整砂轮，再用砂轮磨出三个以上的工件，工件可以是加工产品，亦可以是专门用于测量的样板，然后对磨出的工件进行测量，并详细记录实测结果，再对各个工件的测量数据进行对比，随后取平均值进行比较是否符合精度需求。

本发明的有益效果为：本发明实现了金刚石滚轮电镀的规范化生产，达到提高生产效率和产品质量以及节能降耗的目的，并且制造过程简单、周期短、成本低，本发明所提供的方法，能够使滚轮不经修整即可达到很高的精度，此外，由于选用金刚石强度工作面上很高以及杂质含量极少，颗粒度又较手植法的细，因此，在滚轮工作面上单位面积的金刚石颗粒多，参与修整的切削刃多，磨削负荷分散，磨损少，形状精度保持性好，有利于滚轮延长使用寿命，本发明由于采用焊锡作为低熔点合金，其熔点为198℃，其线胀系数对滚轮精度影响很小，可以用于生产，并且将产生的误差在阴模设计时加以校正，能够确保滚轮的精度，本发明中的镀镍层主要起支撑和结合剂的作用，增加把持力并将金刚石牢牢把持在镀层上，防止金刚石脱落，起增加强度、防止变形的作用。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。