一种高精度电镀金刚石砂轮片的制备方法与流程

1.本发明属于材料制备技术领域，具体是涉及一种高精度电镀金刚石砂轮片的制备方法。


背景技术：

2.电镀金刚石砂轮是用电化学法制作的金刚石砂轮.砂轮工作层含有金刚石磨粒，金刚石磨料被金属结合剂粘结在基体上。首先沉积金属结合剂的厚度为金刚石磨粒高度的20％(上砂)，然后继续用金属结合剂把金刚石磨粒粘结(增厚)，厚度约为磨粒高度的2/3。包括金刚石修整砂轮，磨削或切削用金刚石砂轮。
3.电镀金刚石工艺的有点包括：
①
电镀工艺简单，投资少，制造方便；
②
无需修整，使用方便；
③
单层结构决定了它可以达到很高工作速度，国外已高达250～300m/s；
④
虽然只有单层金刚石，但仍有足够寿命；
⑤
对于精度要求较高滚轮砂轮，电镀唯一制造方法。正由于这些优势，电镀砂轮高速、超高速磨削占据着无可争议主导地位。
4.电镀金刚石砂轮是通过电沉积的方法将镍钴合金沉积在金属基体表面并固定金刚石磨料的一种砂轮生产工艺，他们在性能上的主要区别在于：1、在加工效率方面，由于电镀砂轮采用更高品级的磨料并且只有一层磨料，散热性能等方面有自己的优势，所以电镀金刚石砂轮加工效率更高；2、使用寿命方面，电镀砂轮只有一层磨料，所以电镀砂轮的使用寿命会次于树脂金刚石砂轮。
5.目前现有技术中电镀金刚石砂轮片的制备方法往往是在电镀液中直接将金刚石电镀在基体表面，这样得到的电镀金刚石砂轮片上金刚石分步不均匀，且耐磨性差，所以，本发明设计了一种高精度电镀金刚石砂轮片的制备方法。


技术实现要素：

6.针对上述存在的问题，本发明提供了一种高精度电镀金刚石砂轮片的制备方法。
7.本发明的技术方案是：一种高精度电镀金刚石砂轮片的制备方法，主要包括以下步骤：
8.s1：基体制备
9.将基体材料40cr用锯床切成厚度为3.5mm、直径为80mm的基体薄片，将所述基体薄片送至高温炉中进行淬火处理，淬火后将基体薄片取出高温炉，自然冷却后得到淬火基体，
10.s2：应力释放
11.将s1得到的淬火基体进行回火处理得到回火基体，将所述回火基体在车床上车至3.2mm厚度得到热处理基体，将所述热处理基体在干燥环境下放置1
‑
2d，对热处理基体进行超声波时效处理，释放热处理基体的形变应力，然后用双面研磨机对热处理基体分别进行研磨，研磨至热处理基体厚度为2.85mm，且热处理基体两边的平面度保持在0.002mm以内，得到砂轮基体；
12.s3：电镀前处理
13.将s2得到的所述砂轮基体外圆在外圆磨床上磨削至直径为80.01mm，除去砂轮基体表面的毛刺，利用电解法除去砂轮基体表面的油污，得到光滑砂轮基体；
14.s4：电镀金刚石
15.选择粒度在200
‑
300目之间的金刚石颗粒，将所述金刚石颗粒与镍基粘接剂混合均匀，然后利用电镀沉积法把含有金刚石颗粒的镍基粘接剂均匀的电镀至光滑砂轮基体上，直到含有金刚石颗粒的镍基粘接剂包裹住光滑砂轮基体的修整面，得到电镀金刚石砂轮片；
16.s5：包装前处理
17.用轮廓检测仪检查电镀金刚石砂轮片两边平面的平行度小于0.002mm，清洗电镀金刚石砂轮片并干燥，向电镀金刚石砂轮片喷涂防锈油后进行包装。
18.进一步地，s1中，所述淬火处理的具体工艺为：以10℃/min的升温速率升高高温炉中温度至300
±
10℃，保温4
‑
6h对基体薄片进行预热处理，然后以5℃/s的升温速率升高高温炉中温度至750
±
10℃，保温1
‑
3h对基体薄片进行一次淬火，一次淬火后将基体薄片以5
‑
10℃/h的降温速率随高温炉降温至500
±
10℃，然后以50℃/min的升温速率升温高温炉中温度至870
±
10℃，保温2
‑
3h对基体薄片进行二次淬火，淬火前预热可以降低淬火加热时基体薄片产生的热应力，避免基体薄片在淬火过程中严重变形。
19.进一步地，s2中，所述回火处理的具体工艺为：将s1中所述自然冷却后得到的淬火基体以15℃/s的加热速率加热至500
±
20℃，保温0.5
‑
1h，用回火油冷却后得到回火基体，使淬火基体硬度达到30
‑
35hrc。
20.进一步地，s2中，所述超声波时效处理的具体工艺为：将热处理基体放置在超声波发生器中，每隔6h开启超声波发生器对热处理基体进行间隔超声波时效处理，初始的超声波频率设置为5khz，每间隔一次，超声波频率升高3
‑
5khz，直至超声波频率升高至20khz，保持20khz的超声波频率处理三次，完成超声波时效处理，超声波时效处理可以将热处理基体中残余应力最大化去除，避免残余应力影响后续加工。
21.进一步地，s2中，所述研磨方式分为粗研、半精研和精研，研磨周期为6
‑
8d，逐级研磨更加精细，且研磨可以超声时效处理后残留将热处理基体中少量的应力除去。
22.进一步地，s3中，所述电解法除去砂轮基体表面的油污和杂质的具体工艺为：将砂轮基体浸入电解液中，通电将砂轮基体作为阴极，除油1
‑
2min，然后将砂轮基体作为阳极，除油0.3
‑
0.5min，将除油后的砂轮基体置于超声波清洗器中，向超声波清洗器中加入50
±
5℃的水进行超声波清洗，清洗后干燥得到光滑砂轮基体，除去砂轮基体表面的油污和杂质可以更好的进行金刚石电镀，避免金刚石电镀不牢固。
23.进一步地，s4中，所述电镀沉积法的具体工艺为：将含有金刚石颗粒的镍基粘接剂加入至氨基磺酸盐电镀液中，搅拌均匀得到电镀液，调节电镀液ph至5
‑
6，以所述光滑砂轮基体为阴极，以镍含量>99％的镍板为阳极，在电镀液温度为35
‑
40℃，阴极电流密度为9
‑
10a/dm2下进行电镀沉积，直到含有金刚石颗粒的镍基粘接剂包裹住光滑砂轮基体的修整面，得到电镀金刚石砂轮片，电镀沉积法可以使金刚石均匀的电镀至砂轮基体上。
24.本发明的有益效果是：本发明提供的一种高精度电镀金刚石砂轮片的制备方法，通过对淬火处理后的基体薄片进行应力去除，并在淬火前对基体薄片进行预热处理，预热可以降低淬火加热时基体薄片产生的热应力，避免基体薄片在淬火过程中严重变形，然后
采用了回火处理、静置释放、超声波时效处理和研磨方式对淬火基体在淬火过程中产生的应力进行逐步释放，避免应力对后续制备造成影响，然后在对砂轮基体表面处理后，利用电镀沉积法将含有金刚石颗粒的镍基粘接剂均匀的电镀至光滑砂轮基体上，使金刚石在砂轮基体上分布均匀，本发明制备得到的电镀金刚石砂轮片可以大幅缩短修整时间、减少机械设备的磨损程度、提高修整的重复精度，并且在修整过程中能大量降低次品率、降低操作人员的负担、降低磨削成本，性价比极高。
附图说明
25.图1是本发明制备得到电镀金刚石砂轮片的平面示意图；
26.图2是本发明制备得到电镀金刚石砂轮片的侧面示意图。
具体实施方式
27.为便于对本发明技术方案的理解，下面结合附图1
‑
2和具体实施例对本发明做进一步的解释说明，实施例并不构成对发明保护范围的限定。
28.实施例1：一种高精度电镀金刚石砂轮片的制备方法，主要包括以下步骤：
29.s1：基体制备
30.将基体材料40cr用锯床切成厚度为3.5mm、直径为80mm的基体薄片，将基体薄片送至高温炉中进行淬火处理，淬火后将基体薄片取出高温炉，自然冷却后得到淬火基体，
31.淬火处理的具体工艺为：以10℃/min的升温速率升高高温炉中温度至290℃，保温4h对基体薄片进行预热处理，然后以5℃/s的升温速率升高高温炉中温度至740℃，保温1
‑
3h对基体薄片进行一次淬火，一次淬火后将基体薄片以5℃/h的降温速率随高温炉降温至490℃，然后以50℃/min的升温速率升温高温炉中温度至860℃，保温2h对基体薄片进行二次淬火；
32.s2：应力释放
33.将s1得到的淬火基体进行回火处理得到回火基体，将回火基体在车床上车至3.2mm厚度得到热处理基体，将热处理基体在干燥环境下放置1d，对热处理基体进行超声波时效处理，释放热处理基体的形变应力，然后用双面研磨机对热处理基体分别进行研磨，研磨方式分为粗研、半精研和精研，研磨周期为6d，研磨至热处理基体厚度为2.85mm，且热处理基体两边的平面度保持在0.002mm以内，得到砂轮基体，
34.回火处理的具体工艺为：将s1中自然冷却后得到的淬火基体以15℃/s的加热速率加热至480℃，保温0.5h，用回火油冷却后得到回火基体，
35.超声波时效处理的具体工艺为：将热处理基体放置在超声波发生器中，每隔6h开启超声波发生器对热处理基体进行间隔超声波时效处理，初始的超声波频率设置为5khz，每间隔一次，超声波频率升高3khz，直至超声波频率升高至20khz，保持20khz的超声波频率处理三次，完成超声波时效处理；
36.s3：电镀前处理
37.将s2得到的砂轮基体外圆在外圆磨床上磨削至直径为80.01mm，除去砂轮基体表面的毛刺，利用电解法除去砂轮基体表面的油污，得到光滑砂轮基体，
38.电解法除去砂轮基体表面的油污和杂质的具体工艺为：将砂轮基体浸入电解液
中，通电将砂轮基体作为阴极，除油1min，然后将砂轮基体作为阳极，除油0.3min，将除油后的砂轮基体置于超声波清洗器中，向超声波清洗器中加入45℃的水进行超声波清洗，清洗后干燥得到光滑砂轮基体；
39.s4：电镀金刚石
40.选择粒度200目的金刚石颗粒，将金刚石颗粒与镍基粘接剂混合均匀，然后利用电镀沉积法把含有金刚石颗粒的镍基粘接剂均匀的电镀至光滑砂轮基体上，直到含有金刚石颗粒的镍基粘接剂包裹住光滑砂轮基体的修整面，得到电镀金刚石砂轮片，
41.电镀沉积法的具体工艺为：将含有金刚石颗粒的镍基粘接剂加入至氨基磺酸盐电镀液中，搅拌均匀得到电镀液，调节电镀液ph至5，以光滑砂轮基体为阴极，以镍含量>99％的镍板为阳极，在电镀液温度为35℃，阴极电流密度为9a/dm2下进行电镀沉积，直到含有金刚石颗粒的镍基粘接剂包裹住光滑砂轮基体的修整面，得到电镀金刚石砂轮片，电镀金刚石砂轮片的平面图如图1所示，侧面图如图2所示；
42.s5：包装前处理
43.用轮廓检测仪检查电镀金刚石砂轮片两边平面的平行度小于0.002mm，清洗电镀金刚石砂轮片并干燥，向电镀金刚石砂轮片喷涂防锈油后进行包装。
44.实施例2：一种高精度电镀金刚石砂轮片的制备方法，主要包括以下步骤：
45.s1：基体制备
46.将基体材料40cr用锯床切成厚度为3.5mm、直径为80mm的基体薄片，将基体薄片送至高温炉中进行淬火处理，淬火后将基体薄片取出高温炉，自然冷却后得到淬火基体，
47.淬火处理的具体工艺为：以10℃/min的升温速率升高高温炉中温度至300℃，保温5h对基体薄片进行预热处理，然后以5℃/s的升温速率升高高温炉中温度至750℃，保温2h对基体薄片进行一次淬火，一次淬火后将基体薄片以8℃/h的降温速率随高温炉降温至500℃，然后以50℃/min的升温速率升温高温炉中温度至870℃，保温2.5h对基体薄片进行二次淬火，
48.s2：应力释放
49.将s1得到的淬火基体进行回火处理得到回火基体，将回火基体在车床上车至3.2mm厚度得到热处理基体，将热处理基体在干燥环境下放置1.5d，对热处理基体进行超声波时效处理，释放热处理基体的形变应力，然后用双面研磨机对热处理基体分别进行研磨，研磨方式分为粗研、半精研和精研，研磨周期为7d，研磨至热处理基体厚度为2.85mm，且热处理基体两边的平面度保持在0.002mm以内，得到砂轮基体，
50.回火处理的具体工艺为：将s1中自然冷却后得到的淬火基体以15℃/s的加热速率加热至500℃，保温0.7h，用回火油冷却后得到回火基体，
51.超声波时效处理的具体工艺为：将热处理基体放置在超声波发生器中，每隔6h开启超声波发生器对热处理基体进行间隔超声波时效处理，初始的超声波频率设置为5khz，每间隔一次，超声波频率升高4khz，直至超声波频率升高至20khz，保持20khz的超声波频率处理三次，完成超声波时效处理；
52.s3：电镀前处理
53.将s2得到的砂轮基体外圆在外圆磨床上磨削至直径为80.01mm，除去砂轮基体表面的毛刺，利用电解法除去砂轮基体表面的油污，得到光滑砂轮基体，
54.电解法除去砂轮基体表面的油污和杂质的具体工艺为：将砂轮基体浸入电解液中，通电将砂轮基体作为阴极，除油1.5min，然后将砂轮基体作为阳极，除油0.4min，将除油后的砂轮基体置于超声波清洗器中，向超声波清洗器中加入50℃的水进行超声波清洗，清洗后干燥得到光滑砂轮基体；
55.s4：电镀金刚石
56.选择粒度250目的金刚石颗粒，将金刚石颗粒与镍基粘接剂混合均匀，然后利用电镀沉积法把含有金刚石颗粒的镍基粘接剂均匀的电镀至光滑砂轮基体上，直到含有金刚石颗粒的镍基粘接剂包裹住光滑砂轮基体的修整面，得到电镀金刚石砂轮片，
57.电镀沉积法的具体工艺为：将含有金刚石颗粒的镍基粘接剂加入至氨基磺酸盐电镀液中，搅拌均匀得到电镀液，调节电镀液ph至5.5，以光滑砂轮基体为阴极，以镍含量>99％的镍板为阳极，在电镀液温度为37℃，阴极电流密度为9.5a/dm2下进行电镀沉积，直到含有金刚石颗粒的镍基粘接剂包裹住光滑砂轮基体的修整面，得到电镀金刚石砂轮片；
58.s5：包装前处理
59.用轮廓检测仪检查电镀金刚石砂轮片两边平面的平行度小于0.002mm，清洗电镀金刚石砂轮片并干燥，向电镀金刚石砂轮片喷涂防锈油后进行包装。
60.实施例3：一种高精度电镀金刚石砂轮片的制备方法，主要包括以下步骤：
61.s1：基体制备
62.将基体材料40cr用锯床切成厚度为3.5mm、直径为80mm的基体薄片，将基体薄片送至高温炉中进行淬火处理，淬火后将基体薄片取出高温炉，自然冷却后得到淬火基体，
63.淬火处理的具体工艺为：以10℃/min的升温速率升高高温炉中温度至310℃，保温6h对基体薄片进行预热处理，然后以5℃/s的升温速率升高高温炉中温度至760℃，保温3h对基体薄片进行一次淬火，一次淬火后将基体薄片以10℃/h的降温速率随高温炉降温至510℃，然后以50℃/min的升温速率升温高温炉中温度至880℃，保温3h对基体薄片进行二次淬火，
64.s2：应力释放
65.将s1得到的淬火基体进行回火处理得到回火基体，将回火基体在车床上车至3.2mm厚度得到热处理基体，将热处理基体在干燥环境下放置2d，对热处理基体进行超声波时效处理，释放热处理基体的形变应力，然后用双面研磨机对热处理基体分别进行研磨，研磨方式分为粗研、半精研和精研，研磨周期为8d，研磨至热处理基体厚度为2.85mm，且热处理基体两边的平面度保持在0.002mm以内，得到砂轮基体，
66.回火处理的具体工艺为：将s1中自然冷却后得到的淬火基体以15℃/s的加热速率加热至520℃，保温1h，用回火油冷却后得到回火基体，
67.超声波时效处理的具体工艺为：将热处理基体放置在超声波发生器中，每隔6h开启超声波发生器对热处理基体进行间隔超声波时效处理，初始的超声波频率设置为5khz，每间隔一次，超声波频率升高5khz，直至超声波频率升高至20khz，保持20khz的超声波频率处理三次，完成超声波时效处理；
68.s3：电镀前处理
69.将s2得到的砂轮基体外圆在外圆磨床上磨削至直径为80.01mm，除去砂轮基体表面的毛刺，利用电解法除去砂轮基体表面的油污，得到光滑砂轮基体，
70.电解法除去砂轮基体表面的油污和杂质的具体工艺为：将砂轮基体浸入电解液中，通电将砂轮基体作为阴极，除油2min，然后将砂轮基体作为阳极，除油0.5min，将除油后的砂轮基体置于超声波清洗器中，向超声波清洗器中加入55℃的水进行超声波清洗，清洗后干燥得到光滑砂轮基体；
71.s4：电镀金刚石
72.选择粒度300目的金刚石颗粒，将金刚石颗粒与镍基粘接剂混合均匀，然后利用电镀沉积法把含有金刚石颗粒的镍基粘接剂均匀的电镀至光滑砂轮基体上，直到含有金刚石颗粒的镍基粘接剂包裹住光滑砂轮基体的修整面，得到电镀金刚石砂轮片，
73.电镀沉积法的具体工艺为：将含有金刚石颗粒的镍基粘接剂加入至氨基磺酸盐电镀液中，搅拌均匀得到电镀液，调节电镀液ph至6，以光滑砂轮基体为阴极，以镍含量>99％的镍板为阳极，在电镀液温度为40℃，阴极电流密度为10a/dm2下进行电镀沉积，直到含有金刚石颗粒的镍基粘接剂包裹住光滑砂轮基体的修整面，得到电镀金刚石砂轮片；
74.s5：包装前处理
75.用轮廓检测仪检查电镀金刚石砂轮片两边平面的平行度小于0.002mm，清洗电镀金刚石砂轮片并干燥，向电镀金刚石砂轮片喷涂防锈油后进行包装。
76.实施例4：与实施例1基本相同，不同之处在于：
77.s1：基体制备
78.将基体材料40cr用锯床切成厚度为3.5mm、直径为80mm的基体薄片，将基体薄片送至高温炉中进行淬火处理，淬火后将基体薄片取出高温炉，自然冷却后得到淬火基体，
79.淬火处理的具体工艺为：以5℃/s的升温速率升高高温炉中温度至740℃，保温1
‑
3h对基体薄片进行一次淬火，一次淬火后将基体薄片以5℃/h的降温速率随高温炉降温至490℃，然后以50℃/min的升温速率升温高温炉中温度至860℃，保温2h对基体薄片进行二次淬火。
80.实施例5：与实施例1基本相同，不同之处在于：
81.s2：应力释放
82.将s1得到的淬火基体进行回火处理得到回火基体，将回火基体在车床上车至3.2mm厚度得到热处理基体，将热处理基体在干燥环境下放置1d，然后用双面研磨机对热处理基体分别进行研磨，研磨方式分为粗研、半精研和精研，研磨周期为6d，研磨至热处理基体厚度为2.85mm，且热处理基体两边的平面度保持在0.002mm以内，得到砂轮基体，
83.回火处理的具体工艺为：将s1中自然冷却后得到的淬火基体以15℃/s的加热速率加热至480℃，保温0.5h，用回火油冷却后得到回火基体。
84.实验例1：研究淬火前预热对制备得到电镀金刚石砂轮片性能的影响
85.分别利用实施例1、实施例4提供的制备方法制备得到电镀金刚石砂轮片，分别对实施例1、实施例4制备得到的电镀金刚石砂轮片进行性能分析，结果如表1所示：
86.表1实施例1、实施例4制备得到的电镀金刚石砂轮片性能对比表
87.[0088][0089]
结论：淬火前对材料进行预热可以降低材料因淬火产生的热应力，并且可以提高制备得到电镀金刚石砂轮片的硬度和最大修整次数，减少机械设备的磨损程度，降低磨削成本。
[0090]
实验例2：研究超声波时效处理对制备得到电镀金刚石砂轮片性能的影响
[0091]
分别利用实施例1、实施例5提供的制备方法制备得到电镀金刚石砂轮片，分别对实施例1、实施例5制备得到的电镀金刚石砂轮片进行性能分析，结果如表2所示：
[0092]
表2实施例1、实施例5制备得到的电镀金刚石砂轮片性能对比表
[0093][0094]
结论：超声波时效处理可以大幅度除去工件淬火后产生的应力，提高制备得到电镀金刚石砂轮片的硬度和最大修整次数，降低应力对电镀金刚石砂轮片性能的影响。