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电镀运用内镀法工艺的研究与发展

放大字体  缩小字体发布日期:2012-04-13  浏览次数:620

1 前言

金刚石铰刀是近20年发展起来的一种高精度内孔加工刀具。由于它的加工精度高(一般可达2μm)、表面粗糙度值小(一般可达Ra0.4~0.2μm)、加工效率高(一般可提高3~5倍)、寿命长(一般能加工10000件以上)、质量稳定可靠,因而在液压、农机、汽车、机床、军工等行业中得到了日益广泛的应用。

电镀金刚石铰刀是利用电镀的方法,以金属镍、铁或铜等作结合剂,将金刚石颗粒包络在刀体上形成的。电镀铰刀要求电镀层表面达到较高的几何精度,以确保磨粒切削刃具有较好的等高性和锋利性,减小切削负荷,提高铰刀的几何质量、物理质量和耐用度。

目前,国内金刚石铰刀采用外镀法制造。制造时,需要对磨粒进行严格筛选,通过镀层金属直接将磨粒固定在刀体周围。所镀铰刀磨粒等高性差,需用金刚石砂轮修磨,但修磨将破坏磨粒的天然刃口,钝化磨粒,影响加工效率及被加工孔的表面质量。为此,我们提出了一种新型设计与制造的方法——内包容电镀法(简称内镀法),并进行了铰刀设计、制造与切削试验研究,以求其在精密孔加工中取得更佳的加工效果。

2 金刚石铰刀的内镀法原理与铰削机制

迄今为止,内包容电镀技术已成功应用于高精度金刚石滚轮的制造,但一直未用于制造金刚石铰刀。金刚石铰刀内镀的方法是,采用稳定材料制造一个与铰刀外形相反的高精度内孔胎模,将金刚石磨粒电镀在胎模内表面,加厚形成电镀层,再将镀层与刀杆粘结在一起。为将胎膜顺利脱出,可在胎膜内表面先镀一层低熔点金属,最后加热脱模制成铰刀。同时,也可保证高精度内孔胎模不受损伤而能重复使用,以降低制造成本。

采用内镀法制造的铰刀,其磨粒完全由高精度内孔胎模包容,镀层磨粒表面可以达到较高的几何精度,磨粒等高性好,微刃锋利,所以其切削性能优于外镀法铰刀,所加工孔的表面粗糙度值小,且刀具不需修磨,使用寿命长。

在金刚石铰刀铰削过程中,铰刀磨粒与工件孔壁相互干涉,相互作用,不断地将干涉点切去而进行相互修整。铰刀表面和孔表面不断地产生新的干涉点,使孔壁与铰刀表面的接触面积不断增大,特别是铰刀校正部的磨粒顶部的锐边和锐角被磨成了一个个小平面,如图1所示。与此同时,切削余量越来越小,切削作用也越来越弱。而铰刀对孔壁的挤压和抛光的作用却越来越强,这就使孔的圆度越来越高、表面粗糙度值越来越小。这就是为什么金刚石铰刀使用时间越长,加工孔的表面粗糙度值越小的原因所在。

1.刀体 2.切屑 3.粘结剂 4.金刚石颗粒

金刚石铰刀铰削工件内孔的过程中,铰刀切削部切除工件大部分余量(实际上总的铰削余量很小),而校正部只切除少许余量,但其对工件表面的挤压和抛光作用却是金刚石铰刀铰孔的主要过程,是保证工件加工质量的主要因素。同时通过挤压和抛光,工件表面会产生塑性变形而提高硬度。据实验测定,工件表面经金刚石铰刀铰削后的硬度比铰削前明显提高0.5~1.0倍,这无疑对提高工件使用寿命是非常有利的。

对于一把正常使用的金刚石铰刀,其磨粒应露出来参加切削。因此,磨粒间的结合剂应形成一个个凹坑。在铰削的过程中,大量的切屑藏于这些凹坑中(图2),并蚀除部分结合剂,使得磨粒前面的凹坑逐渐加深;磨粒后面的结合剂则很少被切屑所蚀除,同时由于挤压力的作用,使结合剂向后蠕动,更加强了对磨粒的支撑作用。这就是金刚石铰刀的颗粒不容易脱落,铰刀保持较长寿命的原因之一。

1.金刚石 2.切屑

1.金刚石颗粒 2.切屑 3.粘结剂 4.刀体

3 内包容金刚石铰刀的结构设计

目前金刚石铰刀有固定式和可调式两大类型。为了加工出高精度内孔,金刚石铰刀宜采用固定式。因为固定式铰刀制造工艺简单,易于修磨,成本较低,加工孔的尺寸稳定性好。加工通孔用固定式金刚石铰刀的结构简图如图4所示。下面具体讨论一下铰刀主要部分的结构设计。

1.夹持部 2.后导部 3.倒锥部 4. 校正部 5.切削部 6.前导部

1) 校正部的设计 校正部是铰刀的修光和提高精度<

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