金刚石砂轮涂层技术应用

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，
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
计出砂轮的最佳地貌，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:
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。