金刚石砂轮涂层技术应用

  一、项目起因 

      2011年随着MAN项目的进展，公司内引进了等高齿锥齿轮加工技术。MAN桥锥齿轮铣齿机所用SPIRON刀盘用硬质合金刀具由配套B27磨刀机精磨削成型，磨削精度高、稳定性好。本机床所使用砂轮为德国进口金刚石颗粒砂轮，每盘砂轮价值7.8万元。

     该机床所使用的金刚石砂轮为电镀涂层金刚石砂轮，在正常重磨的情况下（不包括刀条角度改型及毛坯刀条开刃），砂轮更换周期约为1500件刀条，每根刀条所耗费的砂轮成本52元。如砂轮磨损后直接报废，则成本较高。

    目前公司内大部分齿轮加工刀具均进行涂层，为此，决定进行金刚石砂轮涂层试验，以降低磨刀成本，提高生产效率。

 二、金刚石砂轮涂层技术概述

      1.金刚石砂轮基础知识 

      以金刚石磨料为原料，分别用金属粉、树脂粉、陶瓷和电镀金属作结合剂，制成各种形状的制品，用于磨削、抛光、研磨的工具叫金刚石磨具，包括砂轮、油石(珩磨油石)、钻具、据具、粉状修正工具、修正滚轮、内外圆切割锯片、砂轮刀、玻璃刀、车刀、木工圆盘锯片等。其中以金刚石砂轮，金刚石锯片应用最广泛。

         金刚石砂轮一般由工作层、基体、过渡层三部分组成。工作层，2014年中考冲刺综合复习指导北京地区试题 广东地区试题 江苏地区试题又称金刚石层，由磨料、结合剂和填料组成，是砂轮的工作部分；过渡层，又称非金刚石层，由结合剂、金属粉和填料组成，是将金刚石层牢固地连接在基体上的部分；基体，用于承接磨料层，并在使用时用法兰盘牢固地把砂轮夹持在磨床主轴上。制品成型质量的好坏和使用精度的高低都与基体有很大关系。因此，基体应该有几何形状和尺寸精度以及表面粗糙度要求。

 2.金刚石砂轮磨削修整原理 

     金刚石砂轮磨损可以看作经历了这样几个阶段：砂轮与工件接触初始阶段。金刚石砂轮在摩擦力和冲击力作用下，金刚石颗粒旋转，引起金刚石颗粒间结合剂的弹性变形，变形达到一定程度，结合剂出现裂纹，金刚石颗粒在摩擦力和冲击力的继续作用下旋转，造成结合剂裂纹的扩大，最终结合剂断裂，金刚石颗粒从砂轮表面脱落。

     通常的金刚石砂轮整形主要是外圆、端面、斜面、外圆角和内、外圆弧面的整形，金刚石砂轮一般只有转动，而工具砂轮(一般是碳化硅砂轮、白刚玉砂轮，也可以选用金刚石砂轮)不仅仅有转动，还有进给运动和往复摆动。因此，金刚石砂轮和工具砂轮转动速度、工具砂轮的进给量就成为比较重要的工艺参数。

  3.金刚石砂轮涂层技术 

      B27磨刀机所用砂轮是由德国EFFGEN提供的电镀金刚石砂 轮，其特点有：电镀工艺简单，投资少，制造方便；无需修整，使用方便；单层结构决定了它可以达到很高的工作速度，目前国外已高达250～300m/s；虽然只有单层金刚石，但仍有足够的寿命；对于精度要求较高的滚轮和砂轮，电镀是唯一的制造方法。 

     正是由于这些优势，电镀砂轮在高速、超高速磨削中占据着无可争议的主导地位。电镀金刚石砂轮存在的缺陷：在镀层金属与基体及磨料的结合面上并不存在牢固的化学冶金结合，磨料实际上只是被机械包埋镶嵌在镀层金属中，因而把持力小，金刚石颗粒在负荷较重的高效磨削中易脱落(或镀层成片剥落)而导致整体失效；为增加把持力就必须增加镀层厚度，其结果是磨粒裸露高度和容屑空间减小，砂轮容易发生堵塞，散热效果差，工件表面容易发生烧伤。

     目前国内的电镀砂轮制造尚未实现按加工条件的要求而优化设计出砂轮的******地貌，如果进行涂层处理，需要转到国外原砂轮厂家。 

 三、金刚石砂轮涂层试验

      齿轮加工部对原厂新砂轮与涂层后的砂轮进行了对比试验,试验条件为：  粗磨：转速1000r/min，进给量200mm/min，线速度22m/s； 精磨：转速1500r/min，进给量20mm/min，线速度50m/s。 该机床以砂轮的金刚石涂层磨损量作为判断依据，当磨损量超过设定的数值时，机床报警；当超过另外一个设置数值时，机床停止工作，强制更换砂轮。  根据国外相关经验，设定数值为：报警量250 cm³，强制更换数值为280 cm³。

      所磨削的刀条材料HB10F整体硬质合金，外形尺寸为14.73×22.86×108。所磨削刀条均为加工相同工件所使用。

  在相同切削条件下，磨削相同刀条时，新砂轮与涂层后的砂轮对比如下:
  单件刀条磨损量（cm³） 刀条磨削总数量（件）  新砂轮 0.1826 1534 涂层后的砂轮  0.1832  1529  进口新砂轮价格为7.6万元，如该砂轮不进行涂层，则单个刀条费用为：76000/1534=49.54元；  砂轮磨损后涂层费用约4万元，一共可涂层10次，则单个刀条成本费用为：  （76000+40000*10）/（1529*11）=28.3元。

   由此可见，金刚石砂轮涂层后，可以节约大量砂轮费用，降低磨刀成本。