一种用于带沉割槽的曲轴成形磨削的电镀CBN砂轮及其制造方法技术

本发明专利技术属于磨料磨具设计及制造技术领域，具体涉及一种用于带沉割槽的曲轴成形磨削的电镀CBN砂轮及其制造方法。本发明专利技术的砂轮包括砂轮基体和磨料层，优化了砂轮的质量分布，使得磨料层在磨削工件过程中负载减轻，有助于提高砂轮的极限转速。磨料层的截面形状一方面可保证砂轮型面加工，同时避免了点接触，从而减缓了砂轮进给时工件对其磨料的冲击，所述电镀CBN砂轮的使用线速度最大可以达到200m/s，磨削进给量达到4‑10m/min，粗糙度Rz值可达10μm以下，磨削单根带沉割槽曲轴所需时间将至60秒以下，仅是现有工艺时长的1/5，可以实现了带沉割槽曲轴的高效精密成形磨削。

【技术实现步骤摘要】
一种用于带沉割槽的曲轴成形磨削的电镀CBN砂轮及其制造方法
本专利技术属于磨料磨具设计及制造
，具体涉及一种用于带沉割槽的曲轴成形磨削的电镀CBN砂轮及其制造方法。
技术介绍
随着我国汽车行业的快速发展，发动机曲轴的需求量也在逐年增长，对曲轴加工的质量和效率要求越来越高。在发动机曲轴制造工序中，需要使用CBN砂轮对其主轴颈和连杆颈进行单次成形磨削，磨削的位置包括轴颈、止推面以及沉割槽。现有技术对带沉割槽进行磨削的工艺是先车削加工或者铣削、再磨轴径然后再滚压，其磨削效率较低，且现有的CBN砂轮在磨削线速度、进给量、磨后曲轴表面粗糙度上等几个方面存在不足。CBN砂轮按结合剂类型可以分为陶瓷结合剂CBN砂轮、金属结合剂CBN砂轮、电镀金属结合剂CBN砂轮。相对于前两种的结合剂CBN砂轮，电镀CBN砂轮在成形磨削方面具有明显优势，主要体现在以下几个方面：（1）在其使用寿命内无需对砂轮进行修整仍可以保证形面的几何精度；（2）磨料只需保持一定的出刃高度，即可直接与工件接触，保证磨削加工效率的最大化；（3）使用电镀结合剂易于制造曲面、异形等复杂形面的砂轮，不需要增加过多的制造成本。因此，电镀CBN砂轮特别适合用于复杂形面工件的高效精密成形磨削，尤其可以用于带沉割槽曲轴的高效精密成形磨削。其中，砂轮基体的结构设计、加工精度、镀层厚度的控制以及镀后精密修整是制造精密成形电镀CBN砂轮的重要因素。
技术实现思路
本专利技术的目的在于设计一种电镀CBN砂轮，同时提供所述砂轮镀后修整工艺。本专利技术还提供一种使用所述电镀CBN砂轮对带沉割槽的曲轴进行的高效成形加工的工艺，此工艺可一次加工曲轴沉割槽、止推面及外圆，在提升了加工效率的同时，可以保证加工的工件表面粗糙度Rz值小于10μm。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种用于带沉割槽的曲轴成形磨削的电镀CBN砂轮，包括砂轮基体和磨料层；磨料层位于砂轮基体外周端面，砂轮基体外周端面上下两侧分别设有圆弧形凸起；距离砂轮基体中心孔圆心100-140mm的分度圆上均匀分布有四个M10丝孔和十二个M10沉孔，距离基体圆心200-260mm的分度圆上有两个M16丝孔；具体的，十二个M10沉孔距离砂轮中心孔圆心的距离为102-110mm，沉孔用来紧固砂轮和避免砂轮径向跳动；在没有特殊要求的情况下，砂轮基体采用40Cr或42CrMo材质锻造件，调质硬度HRC28-32，时效处理后基体表面经探伤确保无裂纹和砂眼缺陷。所述的电镀CBN砂轮，磨料层的宽度3.0-5.5mm，含有磨料层的砂轮基体厚度20-30mm，圆弧形凸起中圆弧的规格R1.0-1.9mm，圆弧形凸起与砂轮外圆端面交界处的延长线与竖直方向的夹角为45°-60°，具体的，夹角可以为45°、50°、60°等。所述的电镀CBN砂轮，所述磨料层质量占整体砂轮总质量的0.15-0.3%，磨料为CBN，粒度为60/70-80/100目，镀层埋入率为45-55%，磨料出刃高度为81-129μm。上述用于带沉割槽的曲轴成形磨削的电镀CBN砂轮的制造方法，包括以下步骤：（1）砂轮基体加工：根据所要磨削曲轴的档宽、沉割槽大小等尺寸，设计砂轮的结构，并根据相应的图纸加工出砂轮基体实物，砂轮基体型号为3FF1M；使用修整滚轮对砂轮基体进行加工，采用粗车-打孔-粗磨平面内孔-车型面-精磨内孔、型面以及端面的工序加工砂轮基体，砂轮基体外周端面上下两侧分别设有圆弧形凸起；该工序关键步骤是首先制作专用修整滚轮，在专用磨床上加工内孔、型面及端面，砂轮基体形位公差控制：基体端面圆跳动≤0.005mm、径向圆跳动≤0.002mm，孔的圆度≤0.002mm，基体表面粗糙度值＜Ra0.8μm，砂轮自身形位公差大小对砂轮磨削效果有较大影响；本专利技术砂轮基体的这种结构优化了砂轮的质量分布，在砂轮加工时可以有效释放应力，磨料层（如图3中11、12、13、14）在磨削工件过程中负载减轻，有助于提高砂轮的极限转速；加快了磨屑的排出和冷却液的渗透；因本专利技术所述电镀CBN砂轮是用于成型磨削，砂轮磨料层处型面的规格与加工出来的曲轴规格相同，砂轮外周上下两端分别有一个圆弧突起，一方面可保证砂轮型面加工，另一方面圆弧突起与砂轮两端面平滑相交增加了磨料层接触工件的面积，避免了点接触，从而减缓了砂轮进给时工件对其磨料的冲击；（2）砂轮基体端面上砂加厚：加工过程要求磨料层两端面及外圆磨料能够单次附着到加工好的基体，因此需要单次上砂专用夹具，该夹具采用PVC材料制成，可耐酸耐碱，且形状保持性较好，采用埋砂法配合使用上砂夹具和砂罩对砂轮外周端面进行加厚，先将上砂夹具水平放置，再将砂轮基体嵌套于上砂夹具内，砂罩靠近砂轮基体外周端面，砂轮基体端面与砂罩之间形成磨料间隙，将磨料填充于间隙内，形成磨料层；（3）砂轮电镀：考虑到电镀尖端效应的存在，上边缘和下边缘的镀层厚度大于其它区域的镀层，即上边缘和下边缘的磨料出刃高度低于其它区域的磨料，使得不同区域磨料的工作寿命不同，从而提高磨削加工精度，对于该砂轮，尖端效应在砂轮的圆弧面最为明显，圆弧与上端面或下端面连接处的磨料出刃高度可以和两侧面的磨料相差几十微米；为了尽可能使各个区域磨料出刃高度的保持相同，砂轮基体加厚之后采用双向脉冲电源进行电镀，电镀时加入电镀液，先利用正向电流将砂轮作为阴极，在砂轮外电镀沉积镀层，再利用反向电流将砂轮作为阳极将覆盖在圆弧形凸起的磨料层的外层电解掉，使镀层整体沉积厚度一致，并反复操作电镀过程5-6次；电镀工序中，脉冲电源的参数为：电流密度0.25-0.3A*dm-2，时间20-24h，占空比70-80%，正负脉冲时间比例（4-5）：1；电镀液种类为瓦特光亮镀液，电镀液体积为150-180L，其中各成分的浓度为：六水硫酸镍230-380g/L，七水硫酸钴20-35g/L，六水氯化镍30-50g/L，硼酸30-50g/L，湿润剂0.2-0.5g/L，光亮剂1.2-2.2g/L，溶剂为水；所述湿润剂为十二烷基硫酸钠或乙基己基硫酸钠，所述光亮剂是将成分A与成分B混合制成的，其中成分A是丁炔二醇、香豆素或丙炔醇中的任一种，成分B是糖精、苯亚磺酸钠或苯磺酸钠中的任一种；成分A与成分B的配比为（0.5-0.8）：1，优选为（3-4）：5，具体配比可以为3：5或4：5；沉积镀层为镍钴合金镀层，镍钴两种金属质量比例为（3-4）：1；（4）电镀加厚结束后取出，用准焦法对砂轮端面、圆弧形凸起和砂轮上表面外圆平面的出刃高度分别进行测试；（5）镀后修整：为保证砂轮镀后型面精度及形位公差，需进行型面修整，采用与砂轮型面形状相对应的修整滚轮对磨料层高点进行去除，所述修整滚轮材质为金刚石。电镀加厚结束后取出后，用显微镜准焦法测得两端面、圆弧凸起和外圆平面上的出刃高度分别为97-110μm、95-105μm、95-108μm，目标出刃高度相差不超过9μm，电镀结束后砂轮磨料层径向圆跳动小于0.03mm，能够满足后期修整精度要求；型面修整后检测磨料层跳动小于0.01mm，满足加工要求；对镀层型面检测方法，将砂轮装夹到专用磨床上，以转速＞2500r/min切磨样片，在轮廓以上检测砂轮型面尺寸轮廓，如有偏差需利用修整滚轮进行修整。使用上述电镀CBN砂轮对带沉割槽的曲本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于带沉割槽的曲轴成形磨削的电镀CBN砂轮，其特征在于，包括砂轮基体和磨料层；磨料层位于砂轮基体外周端面，砂轮基体外周端面上下两侧分别设有圆弧形凸起；距离砂轮基体中心孔圆心100‑140mm的分度圆上均匀分布有M10丝孔和M10沉孔，距离砂轮基体圆心200‑260mm的分度圆上有M16丝孔。

【技术特征摘要】
1.一种用于带沉割槽的曲轴成形磨削的电镀CBN砂轮，其特征在于，包括砂轮基体和磨料层；磨料层位于砂轮基体外周端面，砂轮基体外周端面上下两侧分别设有圆弧形凸起；距离砂轮基体中心孔圆心100-140mm的分度圆上均匀分布有M10丝孔和M10沉孔，距离砂轮基体圆心200-260mm的分度圆上有M16丝孔。2.如权利要求1所述的电镀CBN砂轮，其特征在于，砂轮基体为40Cr或42CrMo材质锻造件，调质硬度为HRC28-32。3.如权利要求1所述的电镀CBN砂轮，其特征在于，所述M10丝孔数量为四个、M10沉孔数量为十二个，M16丝孔数量为两个。4.如权利要求1所述的电镀CBN砂轮，其特征在于，磨料层的宽度3.0-5.5mm，含有磨料层的砂轮基体厚度20-30mm，圆弧形凸起中圆弧的规格R1.0-1.9mm，圆弧形凸起与砂轮外圆端面交界处的延长线与竖直方向的夹角为45°-60°。5.如权利要求1所述的电镀CBN砂轮，其特征在于，所述磨料层质量占整体砂轮总质量的0.15-0.3%，磨料为CBN，粒度为60/70-80/100目，镀层埋入率为45-55％，磨料出刃高度为81-129μm。6.一种用于带沉割槽的曲轴成形磨削的电镀CBN砂轮的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）砂轮基体加工：采用粗车-打孔-粗磨平面内孔-车型面-精磨内孔、型面以及端面的工序加工砂轮基体，砂轮基体外周端面上下两侧分别设有圆弧形凸起；（2）砂轮基体端面上砂加厚：采用埋砂法配合使用上砂夹具和砂罩对砂轮基体外周端面进行加厚，先将上砂夹具水平放置，再将砂轮基体嵌套于上砂夹具内，砂罩靠近砂轮基体外周端面，...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘天立，李世华，李玉庆，胡玉峰，佘凤芹，
申请(专利权)人：郑州磨料磨具磨削研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41