金剛石滾輪陰模邊緣鎳瘤的控制

摘 要：文章作者就控制金剛石滾輪陰模邊緣鎳瘤生長的問題進行了試驗研究，并將研究結論應用于生產實踐，使陰模邊緣鎳瘤的生長得到有效控制，取得了良好的實際應用效果。

關鍵詞：金剛石滾輪陰模；邊緣鎳瘤；控制

引言

金剛石滾輪是現代金剛石工具的重要一種，它能一次切入在砂輪上制造出復雜的成型面，大大提高生產效率。金剛石滾輪在軍用與民用產品的加工中，尤其是航空發動機榫齒葉片的加工中起著相當關鍵的作用。

1 問題提出及問題分析

金剛石滾輪通常是由一個或幾個圓柱體、圓錐體、圓弧體組合而成的回轉體，加工方法主要有三種：外鍍法、內鍍法、粉末冶金燒結法。我廠采用內鍍法。包含兩個關鍵工序，一是樣板刀的加工，保證金剛石滾輪的型面尺寸精度；一是陰模的電鍍，保證金剛石滾輪使用強度及壽命。

金剛石滾輪載體陰模鍍層厚度通常為3-4mm。由于金剛石滾輪的外型種類多，形狀復雜，制造時采用的電沉積時間長，電鍍周期一般達到4-6周。其陰陽極懸掛方式如圖1所示：

圖1 金剛石滾輪陰模電鍍方法示意圖

從圖1可以看出，陰模的電鍍方法屬于內型腔電鍍，鎳陽極籃放在鍍槽內陰模的兩側。電鍍時電流主要是從鎳陽極籃經加厚夾具上下兩端面到達被鍍內腔工作表面。

進行電鍍必須具備二個條件：一是電鍍液必須要有被鍍金屬的離子，二是要有直流電通過。在陰極不同部位所沉積金屬量的多少（即鍍層的厚薄）決定于通過各部位電流的大小，對單位面積來說就是電流密度。通過某部位的電流愈大，鍍出的金屬就愈多，鍍層也就愈厚，反之，通過某部位的電流愈小，鍍出的金屬就愈少，鍍層也就愈薄。現行工藝所采用的瓦特型電鍍液，其缺點之一就是容易產生邊緣贅瘤，我們產品的加工方式也決定了陰模上下兩端面邊緣集中的電力線將較多，邊緣鎳瘤很大，現將幾種滾輪陰模邊緣鎳瘤生長情況示意如圖2：

除工作面鍍層金屬外，上下端面高出陰模的部分均為無用鍍層，要在后續工序去除掉。可見，這種在陰模兩側面懸掛陽極籃電鍍陰模的方法存在以下缺陷：

（1）生產材料的浪費。從以上圖可以看出，大量的貴重鎳金屬不僅是沉積于工作面鍍層中，而是有一部分消耗在非工作表面及加厚夾具的上下兩端面上，大量的鎳金屬作了無用功，白白浪費。

（2）工作面鍍覆困難。金剛石滾輪的載體陰模電鍍時電力線主要由長方體型鎳陽極籃通過陰模上下兩端面的內型腔空間到達被鍍陰模表面。由于電鍍的邊緣效應，電力線容易在被鍍工件的邊緣及尖角上集中，這些部位的電力線分布較多，鍍層厚度就大，鎳瘤長得也大；而隨著電鍍時間的延長，鎳瘤越長越大，越長越高，所吸引的電力線也就越來越多，同時也越發阻礙電力線的通過，使內腔均勻電鍍困難，形成惡性循環。

2 問題的解決

從以上分析可以看出，邊緣鎳瘤的生長過大主要與該處電力線的分布過多有關。而電力線的過多則是受到傳統加工方法的限制。要徹底解決這一問題，改善電力線在邊緣的過于集中分布，必須改變傳統陽極的懸掛方式，改變電力線到達工作面的途徑。

計劃采用的方案是：完全去掉鍍槽兩側面的長方體型陽極籃，直接采用內腔柱狀陽極電鍍。

按照傳統的電鍍理論觀點，鍍鎳的陰陽極之間距離應為15-20厘米，陰陽極面積比為2：1。金剛石滾輪陰模內型腔的尺寸一般為Ф150-Ф90，且型面復雜多樣，被鍍工作面面積相差很大；而內腔柱狀陽極受其內徑尺寸制約，面積有限，往往小于被鍍工作面的面積。陰陽極間的距離也遠遠小于15-20厘米。

所以采用這種方案必須解決以下兩點問題：即陰陽積面積比、陰陽極之間的距離。

針對問題，制定如下解決措施：

（1）調整鍍液。對鍍液成份作改動，改變了硼酸及氯化鈉的含量，使之能夠適應鍍液PH值的變化。

（2）設計鎳陽極鈦籃筐。根據不同種類的金剛石滾輪設計了不同尺寸規格如Ф60X100、Ф50X100、Ф40X200的柱狀陽極，分別進行實驗。

（3）鎳陽極材料的選擇。選取鎳陽極材料規格為20X20X10、30X30X10鎳塊。

因金剛石滾輪陰模鎳瘤的生長狀態的不確定性，在此僅就兩種典型的同一型號金剛石滾輪常規電鍍法及用新電鍍法電鍍后的鍍層狀態做對比，如圖3所示：

從圖3可看出，采用這種加工方式，金剛石滾輪邊緣鎳瘤的生長狀態得到一定控制。陰模邊緣鍍層的高度基本未超過絕緣夾具的厚度。這種加工方法電力線到達陰模邊緣的路徑是通過內腔的柱狀陽極直接到達陰模的被鍍工作面，并可根據陰模型狀控制柱狀陽極籃內鎳板的數量，以此控制陰陽極面積之比。

這種加工方法優點如下：

（1）節約了生產材料。鎳陽極大部分應用于工作面的電鍍，僅有一少部分被鍍覆在絕緣夾具上，節約了貴重金屬鎳，降低了生產成本。

（2）有助于工作面的鍍覆。因改變了電力線到達陰模工作面的路徑，使電力線直接到達工作面上。

（3）避免了產品質量缺陷。因鎳瘤的生長高度未超過絕緣夾具的厚度，鉗卸夾具只需用金屬錘輕輕敲擊電鍍夾具即可完成，提高工作效率。車去鎳瘤時，因邊緣鎳瘤的高度差減小，車刀車削時不易造成局部高點鍍層的受力過大，因而也避免了局部工作面鍍層的脫落。

3 結束語

目前已經在生產實踐中將這種內腔電鍍法加以應用，并取得了良好的實際效果。當然，陰模電鍍時陽極的懸掛方式不能一概而論。例如有的陰模只能采用將其放置位置接近槽底的方法來電鍍，而有的陰模電鍍時則不能將兩側的陽極籃去掉。在工作中要具體問題具體分析。