新型电镀cbn珩磨轮结构设计与性能研究.doc

新型电镀CBN珩磨轮结构设计与性能研究 摘要:论述了精整加工淬硬齿轮用的新型电镀CBN(立方氮化硼)硬质合金珩磨轮，经真空热扩散处理后，可明显提高CBN镀层的结合强度。为提高齿轮的承载能力，国内外自上世纪70年代以来广泛采用了硬齿面技术。多年来，硬齿面的精整技术已取得较大进展，并出现了一些新的加工方法。我们结合剃齿法和珩齿法的优点，研制了一种新型结构用CBN镀层的珩磨轮，并用电镀扩散法来提高CBN材料与珩磨轮基体之间的结合强度。 1 珩磨轮的结构设计珩磨轮的结构有两种，即整体式和组装式(见图1)。我们在整体直通槽珩磨轮的基础上，开发出的组装式CBN珩磨轮，主要由齿轮形刀体1、齿轮形压板3、齿轮形珩磨板2组成，通过定位销4定位，采用6个螺栓5固定。1、3上的齿形面具有一定硬度，宽约4mm，仅起导向作用。本珩磨轮在宽约10～11mm的珩磨板3的齿面上镀有CBN磨料，供珩磨之用。同时，为便于容屑和减小珩磨压力，在珩磨板上开有两容屑槽，从而形成)个珩磨加工面及相应的侧刃。在珩齿时，除刀齿面的珩磨作用外，其两侧刀刃将会有剃削功能，珩磨板2是可换的。 2 珩磨板电镀CBN扩散时效处理开槽珩磨轮的珩磨板先加工成齿轮形基体，然后再在其基体齿面上利用电镀CBN的方法来形成工作磨削面，这种电镀工艺最关键的问题是如何保证CBN镀层与其钢基体的结合力，现论述如下。 1.刀体 2.珩磨板 3.压板 4.定位销 5.螺栓 图1 组装式珩磨轮 常规超硬材料电镀用的电镀液中必须把铁元素的含量降至最低，否则会造成电镀层的脆性，因此，电镀时必须按时检测电镀液中铁的含量，一旦超标，必须清除。过程费时费钱十分不便。而以镍铁合金镀层代替纯镍电镀不仅大大降低成本，而且简化了对镀液杂质的检测和清除。为此，我们开发了镍铁合金镀层的扩散时效处理法，实现了元素互扩散，从而改善了结合面抗拉强度，提高了镀层与基体的结合强度。 实验条件 基体材料45号钢，在其上面沉积25μm厚的镍铁合金，铁元素含量控制在25%～30%wt之间，CBN粉末镀在珩磨轮基体上，用真空炉对已镀CBN的珩磨轮进行时效处理，加热最高温度分别为560℃、700℃和800℃。依据ISO4527、ISO2819、ISO1458标准来检测镀层结合力，KYKY1000B扫描电镜观察表面形貌，TN-5400能谱仪测定元素变化趋势。 (a) (b) 图2 真空时效处理工艺曲线 (a)铁元素变化趋势图 (b)镍元素变化趋势图 x.未经时效处理图 ●.560℃时效处理 ▲.700℃时效处理 图3 真空扩散时效处理后各元素变化趋势 实验结果 图2是真空时效处理工艺曲线，根据时效温度不同，应采取不同的工艺曲线。 图3是真空时效处理后各元素变化趋势，根据镍、铁元素的趋势变化，明显可见存在着过渡区域，且过渡区随时效处理温度的提高而扩大。未经时效处理的结合面其成分突变无平滑过渡部分。 图4 瞬态时效处理后各元素变化趋势 图4是经高频800℃瞬态时效处理后元素变化趋势，可知瞬态高温处理也可促使元素互扩散而形成明显的过渡区。经扫描电镜观察，时效温度越高，界面锯齿交错越显著，表明有明显的过渡区。实验结果分析 分析图2到图4，时效处理后均能改善结合面的结合状况，热扩散使各元素的相对量均有明显变化，并形成了较宽的成分过渡区。镀层与基体间的扩散和结构渗透作用，使相互结合面有了足够的强度。随着时效处理工艺的不同，过渡区的宽窄略有不同，但总体上说处理温度提高，过渡区是在放宽。这是因为扩散有三种机理即空位扩散机理、间隙扩散机理和杂质原子间隙扩散过程。由扩散定律可知，扩散系数的大小取决于施加温度的高低，与达到最高温度的时间关系不大，所以出现了图3(a)和图4中过渡区接近的现象。3 珩磨轮的切削性能珩磨轮参数:m=3，z=73，α=20°，βr=15°，180目CBN，所用机床:4232C型剃齿机，实验结果表明，这种珩磨轮的降噪效果十分显著，约可降2～3dB，齿面粗糙度为Ra=0.4～0.8μm，改善径向误差的能力较强，加工后，硬质复合镀层CBN完好如初。 4 结论电镀CBN珩磨轮珩磨淬硬齿轮效率高，刀具寿命长，加工质量好。时效处理可使元素互相跃迁、渗透形成一定宽度的过渡区，从而改善了镀层与基体界面的结合强度。