探讨金刚石滚轮阴模边缘镍瘤的控制

探讨金刚石滚轮阴模边缘镍瘤的控制

韩斌

中国航发沈阳黎明航空发动机有限责任公司，辽宁 沈阳 110043

摘要：金刚石滚轮制造方法分为电镀法和烧结法两类，金刚石滚轮作为现代金刚石工具中的重要种类，有效提高了生产效率。在特定领域的产品加工中起到至关重要的作用，本文探讨了金刚石滚轮阴模边缘镍瘤的控制，并在生产实践中试验了这一研究，有效控制了阴模边缘镍瘤的生长。本文首先提出和分析了问题，并探讨了金刚石滚轮阴模边缘镍瘤的控制方法，最后阐述了当前比较常见的几种金刚石滚轮修整技术。

关键词：金刚石滚轮阴模；边缘镍瘤；控制措施

阴模是一种与滚轮形状相反的钢或高强度石墨材料制造的内型腔，通常用于模具制造。与滚轮相比，阴模的几何精度更高，使用过程中更加精准。电镀是阴模制作过程中的一个重要步骤，其主要目的是在阴模内壁上形成一层保护膜，以提高阴模与金刚石之间的结合强度和稳定性。通过电镀工艺，可以在阴模表面添加一层金属或合金薄膜，使其与金刚石之间形成良好的化学和物理结合，从而确保模具在使用过程中能够保持较高的精度和稳定性。提高其刚性，电镀过程中还应将其与钢新型相组合浇铸低熔点合金。在选用金刚石时会选取高强度工作面,杂质成分较低,且晶粒度更细的,在滚轮工作面的单位体积上金刚石粒度也更多,因此不需进行修补,其准确度也较好,而且通过更多切削刃的修补和切削负荷分散后，可以有效延长滚轮的使用寿命。

一、问题的提出和分析

当前金刚石滚轮广泛应用于航空发动机榫齿叶片的加工中，在军用产品与民用产品的加工中也得到了普遍的应用。金刚石滚轮可以分为几个圆柱体,圆锥体,圆弧体等,将它们串联组合,形成回转体。金刚石滚轮的制造方式分为外镀法,内镀法,粉末冶金烧结法等。本文主要针对金刚石滚轮内镀法进行分析，在内镀法使用过程中要先加工样板刀，再进行阴模电镀，从而保证金刚石滚轮形面尺寸精度与金刚石滚轮使用强度和寿命。

在金刚石滚轮载体阴模电镀中，阴模镀层通常在3～4mm范围内。一般选择内型腔电镀的方法将镍阳极蓝放在镀槽内阴模两侧。不同部位电流通过的多少也确定了在阴极各个部分沉积金属数量的多寡,从而制约着电镀的深度程度,某部位的电流越大,则涂层就愈厚,同时镀出的金属量也愈多。目前广泛使用的电镀液为瓦特型电镀液，这种电镀液容易产生边缘赘瘤，阴模上下两端面边缘集中的电力线比较多从而容易产生边缘镍瘤。这种电镀工艺下，在后续工序中还应去除上下端面高出阴模部分的无用镀层，所以这一工艺具有一定的问题，第一，阴模两端面悬挂阳极篮电镀阴模的方法，会造成大量的生产材料浪费，有一部分贵重镍金属会在非工作表面以及加厚夹具的上下两端面消耗，并不会全部应用于工作面镀层的沉积，造成了大量的贵重镍金属浪费。第二，阴模两端面悬挂阳极篮电镀阴模的方法工作面镀覆比较困难，在边缘效应的影响下，电镀过程中电力线容易集中在被动工件的边缘及尖角上，从而产生较大的镍瘤，并且这些镍瘤会随着电镀时间的延长不断增大变高，甚至阻碍电力线通过阴模上下两端面的内型腔空间，使其无法到达被镀阴模表面，影响内腔的均匀电镀，造成恶性循环，不利于电镀效果。

二、金刚石滚轮阴模边缘镍瘤的控制方法

基于金刚石滚轮阴模边缘镍瘤的产生原因可以发现，某一部位的电力线分布过多是造成边缘镍瘤生长过大的主要原因，可通过改变电力线过渡中边缘集中分布的现象或利用改变传统阳极的悬挂方法,使电力线可以更顺畅地抵达作业面，直接使用内室柱状阳极电镀。在传统的电镀模式下要调节阴极体积的2:1,并把镀镍的阴极宽度限制在15cm～20cm左右,可以通过以下解决措施来控制阴阳极面积比和阴阳极之间的距离：第一，可以通过改变镀液的成分使镀液pH值变化更容易被适应，经常可以调整镀液中硼酸以及氯化钠的含量。第二，基于金刚石滚轮种类的不同设计不同尺寸规格的柱状阳极，对镍阳极钛篮筐进行重新设计，并分别进行实验。第三，可以选择不同规格的镍阳极材料。

三、金刚石滚轮修整的制造技术

（一）随机分布内镀法

使用随机分布内镀法为了保证滚轮的寿命，通常要选择品质比较好并且颗粒度偏细的天然金刚石或者选择晶型好，杂质含量低的优质高品级人造金刚石。如果选择耐热人造金刚石对滚轮进行修整，可以在加工过程中保证其稳定性和质量达到相应标准，但是也存在耐用度有限的问题。虽然此种修整方式能够在短时间内实现加工需求，但在长时间使用过程中，可能会因为金刚石磨损而影响工作效率和精度。

在阴模加工过程中，需要经过粗车，钻孔、攻丝，热处理，磨外圆、内孔及端面，研磨端面，磨内型腔等工艺。滚轮一端为校准间，一端为凸台，分别负责装配时的修整，校正以及防止相邻垫圈或法兰与滚轮的金刚石层直接接触，校准间和凸台的存在是保证滚轮尺寸精度的关键。

在加工过程中，需要使用有机玻璃绝缘夹具和浇铸低熔合金夹具作为辅助工具，以确保加工的顺利进行。在金刚石滚轮内镀过程中，有几个问题需要注意：第一，严格净化金刚石。为了确保镀层的品质，应采用适当的热化学处理方式去除金刚石中的杂质和不良颗粒。在净化条件下进行从而尽可能避免污染。第二，确保绝缘夹具的装夹不会对阴模造成破坏。在进行加工时，应确保使用正确的装夹方式，以避免对阴模造成损害。特别需要注意阴模端部和一端外缘上的基准测量带，必须严格保证其完好无损。第三，弱酸活化处理和除油处理时避免损坏阴模精镀。在进行这些处理时，应采用适当的弱酸和除油剂，以确保不会对阴模表面造成损害。同时，需要注意控制处理的时间和温度，以避免对阴模的精镀造成不良影响。第四，上砂及加厚镀层时的操作。在进行上砂及加厚镀层时，应尽可能选择下限电流，并严格控制电流密度。此外，可以采取让阴模往复平移或转动的运动措施，以及使电解液对流的措施，以增加镀层的均匀性和厚度。第五，应当准备备用阳极，在加厚镀层时，如果阳极遭到钝化或被阳极泥渣覆盖，应当及时更换阳极。第六，尽可能选择高电流密镀，增厚镀层，尽可能提高工作效率，同时增加浇铸低融合金与镀层的结合牢镀。

（二）金刚石随机分布外镀法

金刚石随机分布外镀法需要基于加工工件的需求对滚轮的机体进行设计和加工，并提高滚轮的精镀，通常采用高强度粗颗粒的人造金刚石进行处理。与内镀法相比，外镀法所制造的滚轮精度较低，可能存在外圆轮廓包络线与机体原始轮廓不一致的问题，这种制造方法不适用于对精度要求极高的滚轮制造，但是外镀法制作过程更加简单，成本较低，周期短，可以应用于制作对精度要求不高的工件。

（三）粉末冶金烧结法

粉末冶金烧结法需要使用强度高，耐热性好，杂质含量少的金刚石，粉末冶金烧结法使用过程中金刚石在结合剂中呈无序分布，其中结合剂大多数以碳化物为骨架材料，以钴等金属为粘结金属，以石墨为压模材料。粉末冶金烧结法在烧结后由于滚轮高温变形，所以要进行修整才能满足精度要求。

总结

总而言之，金刚石滚轮阴模边缘镍瘤过大会导致贵金属镍浪费，增加生产成本，不利于被镀表面的加工，而目前本文所研究的改造后的方法已经在生产实践中成功应用，且取得了较好的效果，但在工作中还应具体问题具体分析，要基于阴模的实际情况选择电镀方式，提高电镀效果，使金刚石滚轮在实际生产中发挥更高的价值。

参考文献：

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