一种磨料有序排列的电镀金刚石砂轮的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于超硬材料制品技术领域，具体设及一种磨料有序排列的电锻金刚石砂 轮。
【背景技术】
[0002] 电锻金刚石砂轮是用电沉积的方法制作的金刚石砂轮，砂轮工作层含有金刚石磨 料、金属锻层，金刚石磨料被金属锻层固结在基体上。电锻过程中，金属离子不断在阴极表 面析出，磨料置于阴极表面，逐渐被沉积的金属锻层所包镶；经过增厚步骤，最终将金刚石 固定在基体上，形成具有磨削功能的复合锻层，即制得电锻金刚石砂轮。电锻金刚石砂轮具 有单层磨料结构，磨削过程中"刀刃"直接接触工件表面，磨削锋利，加工效率高。
[0003] 采用传统方法制造电锻金刚石砂轮需要经历预锻、上砂、加厚=个电锻工序，其中 上砂是最重要的工序。目前，电锻金刚石砂轮的上砂方式主要有撒砂法和埋砂法。撒砂法 是将砂轮基体表面朝上置于锻液中，用小勺或移液管将砂撒在上面，要撒得薄而均匀，厚度 一般l-2mm即可；如果是圆弧面或不只一个锻面，则上完一个面后转动一定角度继续上砂。 对于粒径较粗的金刚石磨料，撒砂法每次只能给基体所需要电锻的一部分区域上砂。待运 部分区域上砂完毕，将砂轮基体上下翻转和轴向转动W更换另一部分区域上砂。期间需要 数次卸砂，而且翻转的时候可能会使基体暴露在空气中，其表面会生成极薄的氧化膜，从而 导致砂轮在磨削工作过程中产生"脱皮"的现象。埋砂法适合小而简单的工件，是将砂轮基 体不锻部位绝缘，需锻部位埋在金刚石磨料中。埋砂法要求的电流密度小，上砂固结慢，耗 费时间长。另外，一次埋砂往往不能全部覆盖住电锻区域，需要补砂或者二次埋砂。无论采 用撒砂法还是埋砂法，整个上砂过程耗费时间较长，而且上砂也不够均匀致密一有些地方 稠密，有些地方稀疏。无论撒砂还是埋砂，都需要将砂轮基体反复转动、换面，在此期间阴极 导线、夹具、人员操作不当等可能将磨料踏掉，导致缺砂现象的发生。电锻金刚石砂轮还存 在的问题是生产时间过长，加厚过程需耗费数小时乃至几日的时间。
[0004] 另外，传统的电锻金刚石砂轮，如图1所示，包括砂轮基体1和磨料层，所述磨料层 包括金刚石磨料3和金属锻层4,金属锻层4沉积在砂轮基体1的表面，将无序排列的金刚 石磨料3固结在砂轮基体1表面上。电锻金刚石砂轮相比较热压烧结金属结合剂砂轮和陶 瓷结合剂砂轮寿命短，磨料脱落的快，主要原因是金属锻层对金刚石磨料的把持力小、有效 磨削的磨粒出刃高度小。因此，缩短电锻时间、提高锻层对磨料的把持力和有效磨削的磨粒 高度是解决电锻金刚石砂轮现有问题的方案。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种磨料有序排列的电锻金刚石砂轮，解决现有电锻金刚石 砂轮磨料把持力小、磨料出刃高度小、使用寿命短的问题。
[0006] 为了实现W上目的，本发明所采用的技术方案是：
[0007] 一种磨料有序排列的电锻金刚石砂轮，包括砂轮基体和磨料层，所述砂轮基体表 面开设有有序排列的盲孔；所述磨料层包括磨料和金属锻层，磨料的根部嵌在盲孔内，金属 锻层沉积在砂轮基体表面和盲孔内，用于固结磨料。
[0008] 所述盲孔在砂轮基体表面规则有序排列。
[0009] 所述盲孔的深度为磨料平均粒径的20%~30%，孔径为0. 5mm~1. 0mm。
[0010] 所述盲孔的孔间距为磨料平均粒度的1~2倍。
[0011] 所述金属锻层的厚度为磨料平均粒度的10%~25%。所述金属锻层的厚度为除 盲孔外，砂轮基体表面的锻层厚度，不计盲孔内锻层。所述金属锻层优选为金属儀锻层。
[0012] 上述电锻金刚石砂轮中，磨料为单层排列；磨料的埋入率为40%~50%。
[0013] 所述磨料为金刚石磨料；所述磨料包括但不限于40/45、35/40、30/35、25/30、 18/20五个粒度号的金刚石磨料。
[0014] 一种上述的磨料有序排列的电锻金刚石砂轮的制备方法，包括下列步骤：
[0015] 1)开孔：在砂轮基体表面开设有序排列的盲孔，得加工基体；
[0016] 2)化学锻：将步骤1)所得加工基体进行化学锻，使盲孔底部和侧壁沉积金属预锻 层，得预锻基体；
[0017]3)上砂：将过量的金刚石磨料置于步骤2)所得预锻基体的表面并进行滚压，使磨 料下部嵌入盲孔内，得上砂基体；
[001引 4)电锻加厚：将步骤扣所得上砂基体进行活化后，置于电锻液中进行电锻，使砂 轮基体表面和盲孔内沉积金属锻层，将磨料固结在盲孔内形成磨料层，即得。
[0019] 步骤1)中，采用细孔放电技术在砂轮基体表面开设盲孔。细孔放电技术开设盲孔 的深度为0. 5mm~2. 0mm。上述制备方法中，细孔放电技术可采用本领域常规的工艺和设备 进行操作。
[0020] 上述制备方法中，在化学锻之前，对步骤1)所得加工基体依次进行电解除油和活 化。所述电解除油的电流密度为1. 5A?血2~5.OA?血2,时间为0.化~1.化。电解除油 后用水冲洗基体，再进行活化。所述活化是将加工基体置于质量浓度为20%~40%的稀硫 酸中进行电解活化，活化电流密度为5A?血2~IOA?血2,时间为3min~5min。
[0021] 步骤2)中，所述化学锻用锻液包含W下浓度的组分：硫酸儀25g/L~30旨/1、鹤 酸钢20g/L~23旨/1、次憐酸钢20g/L~22旨/1、巧樣酸钢lOg/L~15g/l、醋酸钢12g/L~ 15邑/1、氯化铜4mg/L~5mg/L;所述锻液的抑为4. 2~4. 6,溫度为80°C~95°C，化学锻的 时间为化~3h。化学锻之后，在基体的盲孔底部和侧壁沉积厚度为3ym~8ym金属预锻 层（儀层）。
[0022] 所述的电锻金刚石砂轮的制备方法还包括：还包括对步骤2)所得预锻基体进行 机械加工，使盲孔深度减至磨料平均粒径的20%~30%之后再进行步骤3)上砂。所述机 械加工是指依次对砂轮基体表面进行车削、磨削，使盲孔深度符合要求。
[0023] 步骤3)中，所述滚压是采用滚压轮将磨料滚压至砂轮基体表面的盲孔内；所述滚 压轮用橡胶材料制成；所述滚压过程中，滚压轮转速为化/min~化/min。
[0024] 步骤4)中，所述活化是将上砂基体置于稀硫酸中进行电解活化，活化电流密度为 5A?血2~IOA?血2,活化时间为3min~5min。所述稀硫酸的质量浓度为20%~40%。 活化后对基体进行超声水洗；超声水洗用超声波输出功率为1. 8KW~3. 0KW，超声水洗时间 为5s~15s〇 阳O巧]步骤4)中，所述电锻液包含W下浓度的组分：氨基横酸儀320g/L~350g/L、氯化 儀30g/L~32g/l、棚酸35g/L~40g/l、十二烷基硫酸钢0. 04g/L~0.Ig/L、1，4-下烘二 醇0. 5g/L~2.Og/L;所述电锻液的抑为4. 4~4. 8,溫度为40°C~42°C，电锻时电流密度 为 0. 5A?血 2~4.OA?血 2。
[00%] 步骤4)中，所述电锻加厚过程中，砂轮基体W20r/min的速度保持转动。所述电 锻加厚过程采用刷锻；对砂轮基体非电锻部位进行贴纸屏蔽，基体接导线，然后电解活化， 再置于电锻液中进行电锻。电锻完成后，将砂轮取出并用自来水进行冲洗；拆掉导电和贴纸 后将砂轮进行干燥，干燥溫度为60°C~80°C，干燥时间为比~化。
[0027] 本发明的磨料有序排列的电锻金刚石砂轮，砂轮基体表面设有有序排列的盲孔， 磨料的根部镶嵌在盲孔内，金属锻层沉积在砂轮基体表面和盲孔内，将磨料固结在盲孔内 形成磨料层，通过人为控制砂轮基体表面盲孔的规则有序排列，实现了金刚石磨料在砂轮 基体表面的规则有序排列，有效解决了传统金刚石砂轮磨料层中金刚石磨料分布疏密不 均、杂乱无章的问题；磨料的根据镶嵌在盲孔内，借助金刚石磨料对盲孔的挤压、填充作用， 增加了锻层、基体对磨料的把持力，使得磨料的有效出刃高度变大，提高砂轮的使用寿命， 使砂轮的使用寿命提高了 15%~20% ;磨料在基体表面的有序排列，使得磨料层在磨削过 程中形成有序的排屑路径，避免了因磨屑阻塞而出现工件烧伤的情况，提高了磨削质