曹振輝

（深圳市辰捷科技有限公司，廣東 深圳 518103）

目前液體電鍍法生產(chǎn)超硬材料磨具的工藝流程絕大部分廠家還是靠手工操作，人工調(diào)節(jié)電鍍電流、人工控制電鍍時間，是否達(dá)到電鍍要求也是靠人工目測，不僅生產(chǎn)速度較緩慢，且產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性、一致性、鍍鎳層厚度均勻性也難以得到有效保證。有廠家實測證明：手工電鍍合格產(chǎn)品的安時誤差在10%～20%之間，至少都在10%～15%之間。這對超硬材料工具的使用壽命和效果產(chǎn)生了很大的影響。

液體電鍍法生產(chǎn)超硬材料磨具的全套工藝流程有：電鍍前處理、電鍍過程、電鍍后處理。電鍍前處理包含：機械處理、除油、浸蝕除銹與活化處理、不鍍部分的絕緣處理 ；電鍍后處理包含：鍍層的除氫處理、工件保護性鍍層處理、質(zhì)量檢驗等 ；電鍍過程包含：電鍍前電流沖擊、電鍍打底、上砂、粘砂、加厚等步驟，其中可根據(jù)工件形狀與要求的不同而加入一些手工處理與中間一些工序的二次加強。

目前有小部分廠家采用自動化、半自動化、或機電控制設(shè)備生產(chǎn)超硬材料磨具，自動化程度和方式都相差較大。

深圳辰捷科技幾年來專注于該行業(yè)，為了提高電鍍磨具產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性、一致性，使鍍鎳層厚度均勻性得到有效保證；采用自動化生產(chǎn)充分地利用時間從而提高產(chǎn)能，自主研發(fā)生產(chǎn)專用于金剛石電鍍制品的多系列產(chǎn)品：電鍍計量儀表（安時計）、自控系列電鍍電源、手操系列電鍍電源（已含安時計）、可編程系列電源、自動上砂電鍍機、自動控制系統(tǒng)、自動控制流水線（生產(chǎn)線）、參數(shù)傳送與監(jiān)控系統(tǒng)。

下面詳細(xì)介紹這些產(chǎn)品的應(yīng)用基礎(chǔ)、應(yīng)用場合、應(yīng)用效果。各金剛石電鍍制品企業(yè)可根據(jù)自身條件選擇應(yīng)用，這將會使產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率雙重提高。

1 電鍍計量

眾所周知：法拉第第一定律、第二定律如下

法拉第第一定律M ＝K·Q＝K·I·t M：電流引起的物質(zhì)化學(xué)變化的量Q：通過的電量I：電流強度T：電流時間法拉第第二定律K＝M／（n·F）F：法拉第恒量＝26.802AH＝96500As M：所鍍物質(zhì)的摩爾質(zhì)量n：所鍍物質(zhì)的離子位數(shù)K：電化當(dāng)量

每平方分米面積上用1A電流電鍍鎳的理論厚度與實際厚度如表1：

表1 1A電流下理論與實際厚度Table 1 The theoretical thickness and practical thickness of electroplating nickel

電鍍時，在電鍍電流和電鍍時間均由人工控制時，兩個因素控制的準(zhǔn)確度難以保證，如改為一個計量結(jié)果——安時，或自動控制該計量值，則準(zhǔn)確度大大提高。計量儀表——安時計即已解決該問題；并已在京滬高鐵用軌道切割輪生產(chǎn)實踐中證明。單獨采用該計量儀表做電鍍控制參數(shù)而不改變現(xiàn)有裝備，即可收到明顯功效。

該安時計的計量精度分幾個檔次：5%、2%、1%、1‰。電鍍電源上集中的安時計計量精度為1‰，單獨分體的安時計計量精度為1%～5%。由此可將電鍍鍍層厚度控制在μm級，達(dá)到準(zhǔn)確控制厚度的要求。

電鍍液在電鍍一定時間后需要補加一些組份進行調(diào)整。以往各企業(yè)均根據(jù)自已的經(jīng)驗或是在最后質(zhì)檢時發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品質(zhì)量問題后進行補加、調(diào)整?，F(xiàn)各生產(chǎn)廠家可在使用安時計后，根據(jù)安時計量結(jié)果適時定量補加或調(diào)整鍍液組成。

2 自控、手操系列電鍍電源

電源產(chǎn)品系列有：自控系列電鍍電源、手操系列電鍍電源（已含計量儀表）、可編程系列電源。即將推出脈沖系列產(chǎn)品。

目前國內(nèi)生產(chǎn)廠家使用的電鍍電源，均為各種規(guī)格與要求的市售或單獨定制的直流恒流電源。這些電源產(chǎn)品的質(zhì)量水平參差不齊，有的電源輸出波動很大，紋波也很大；有的甚至都沒有什么要求。因此各個超硬材料磨具生產(chǎn)廠家在電鍍電流的控制上難以保證其穩(wěn)定性和前后生產(chǎn)的一致性。

深圳辰捷科技針對超硬材料電鍍制品企業(yè)面臨的這些問題定向研制了直流恒流電源。此電源的輸出穩(wěn)定性可以保證在mA級，一般在2mA左右波動；且適用于酸、堿性環(huán)境，達(dá)到長壽命的目的。輸出控制精度可根據(jù)生產(chǎn)產(chǎn)品的需要選用10mA級或mA級。為了減少現(xiàn)場使用產(chǎn)品的數(shù)量，方便操作，我們將自主知識產(chǎn)權(quán)的安時計集成到自主品牌的直流恒流電源上，并加上計時顯示。

手操系列電源適應(yīng)于目前手工電鍍，本機手操工作；自控系列電源僅適應(yīng)于自動化系統(tǒng)設(shè)備，接收本機外信號工作。

系列產(chǎn)品從2008年開始使用至今，實踐證明使用壽命長，輸出穩(wěn)定，控制精度高，可以輕松地控制鍍層厚度在μm級別；電鍍電流及電鍍安時數(shù)已經(jīng)嚴(yán)格控制在允許的精度范圍內(nèi)，根據(jù)法拉第定律及實證，工件上所電鍍的物質(zhì)量或厚度則完全控制，對于300～800＃金剛砂的包裹度在50%～70%之間，可讓使用者感受到控制包裹度每變化2%的改變。

3 可編程系列電鍍電源

人工操作存在是否按照工藝要求嚴(yán)格執(zhí)行的問題。為了更好地解決這一問題，深圳辰捷科技自主開發(fā)了可編程電源。可存儲達(dá)300段的電流參數(shù)，在產(chǎn)品電鍍前，設(shè)定好各個步驟的電流大小和所需的時間或安時數(shù)，啟動后該電源自動按照設(shè)定的參數(shù)輸出電鍍電流，而不需要人工調(diào)節(jié)電流；或在電鍍過程中，編程下一組電鍍電流參數(shù)。

可編程系列電源（已含安時計）：KCD－D10XSXX（F）G LCD顯示、mA級或10mA級、安時或安分（999.9AH、99.99AH、999.9Am、99.99Am）、電鍍時間顯示。

本系列產(chǎn)品具有本機手操和本機編程輸出電流曲線功能，主要針對超硬材料電鍍工件不需要轉(zhuǎn)動而只要改變恒流電流大小即可生產(chǎn)（電鍍電流自動化）的應(yīng)用場合。因此特別適合于埋鍍方式生產(chǎn)。產(chǎn)品均已配置了計量精度＜±1%的集成安時計，設(shè)置參數(shù)為電流和安時。

4 自動上砂電鍍機

不論是何種形狀的工件，作為磨削切削工具，絕大部分為回轉(zhuǎn)體。要在360度圓周上使超硬材料均勻分布在其上，電鍍時必須使工件準(zhǔn)確定位旋轉(zhuǎn)上砂粘砂、勻速旋轉(zhuǎn)加厚，這是保證均勻分布超硬材料的前提條件。同時還必須保證在各定位點上、勻速旋轉(zhuǎn)時電流強度一致；電鍍液濃度前后盡量一致；超硬材料濃度盡量一致等等。

所鍍工件上電鍍的物質(zhì)量已完全如前述控制在設(shè)想的范圍內(nèi)，但是否會按照所設(shè)想的均勻分布在所鍍工件上呢？答案是不一定。這需要根據(jù)所鍍工件的形狀和電鍍工藝配置的具體情況來判斷。

因此，為了使超硬材料均勻分布在工件上，僅靠電源和電鍍計量還不夠，需要引入工件自動準(zhǔn)確定位、自動勻速旋轉(zhuǎn)機構(gòu)，電鍍液攪拌機構(gòu)，電鍍液濃度控制系統(tǒng)，電鍍液溫度控制部分等諸方面，使之適應(yīng)電鍍過程的不斷變化而進行自動調(diào)節(jié)。

深圳辰捷科技的自動控制系統(tǒng)與自動上砂電鍍機從2007年投入使用，2008年開始批量投入生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、長壽命、少維護、配套齊全。對電鍍金剛石磨具的鍍層厚度控制、鍍層分布均勻性、電鍍產(chǎn)品的一致性有著顯著改善；明顯降低對操作人員的要求與熟練程度，便于操控。實踐證明達(dá)到了預(yù)期效果，某些生產(chǎn)磨具的用戶還指定使用該系列產(chǎn)品，某個別廠以之代替進口產(chǎn)品。

自動化或半自動化方式生產(chǎn)超硬材料磨具，均需做好一些基礎(chǔ)工作，或在邊使用過程中邊進行將生產(chǎn)經(jīng)驗數(shù)據(jù)總結(jié)及與理論相結(jié)合的工作，只有這樣才能將生產(chǎn)的產(chǎn)品范圍越來越擴大。

該設(shè)備為深圳市辰捷科技有限公司自主研發(fā)專有產(chǎn)品。它為電鍍過程全自動化，為電鍍（滾鍍）金剛石磨具——砂輪、磨頭、磨盤特別定制，適應(yīng)于細(xì)砂滾鍍，根據(jù)工件直徑要求定制電鍍桶；根據(jù)磨具生產(chǎn)流程定制控制軟件。

該設(shè)備電鍍鍍層厚度控制準(zhǔn)確，電鍍產(chǎn)品的一致性好、穩(wěn)定性高；長壽命、高穩(wěn)定性；最大限度地利用時間，提高產(chǎn)能；人員素質(zhì)要求低，稍做培訓(xùn)即可上崗生產(chǎn)。

5 自動控制系統(tǒng)，流水生產(chǎn)線

自動上砂電鍍機是在單桶內(nèi)完成全部電鍍過程。上述自控系統(tǒng)的假設(shè)條件是電鍍各個過程我們認(rèn)為可以用同一種電鍍液來進行。實際上，在各個過程中工件所需要的電流密度是不一樣的，不同的電鍍液對應(yīng)可承受不同的電流密度范圍，電鍍參數(shù)也需要隨之變化，這樣才能達(dá)到參數(shù)選優(yōu)，生產(chǎn)出質(zhì)量更高的產(chǎn)品。因此，我司將單桶自動控制設(shè)備擴展為自動流水線，工件進入流水線后無需人員操作，全部由流水線設(shè)備自動控制、操作完成。

自動控制系統(tǒng)是針對自動上砂電鍍機或流水生產(chǎn)線而特殊定制的，負(fù)責(zé)控制電鍍整個工藝流程的所有相關(guān)操作，代替人工操作控制。生產(chǎn)的產(chǎn)品不同，自控系統(tǒng)的配置亦不同；根據(jù)各用戶的要求不同，納入自控范圍的控制功能與參數(shù)不同，如電流、時間或安時、工件旋轉(zhuǎn)、鍍液攪拌或模擬手撒砂、鍍液加熱、鍍液補充等。

自動化流水生產(chǎn)線是由多個不同功能的自動上砂電鍍機按照固定產(chǎn)品的生產(chǎn)節(jié)拍而組建的流水生產(chǎn)線，由中央自控系統(tǒng)控制工件移取機構(gòu)、自動抓取工件、自動分配工作桶、自動放置工件、自動上電電鍍、并自動執(zhí)行各個不同功能電鍍桶的功能。特別適合于產(chǎn)品單一、大批量且可使用自動上砂電鍍機的場合。其工藝流程見圖1。

圖1 系統(tǒng)工藝流程框圖Fig.1 The technology flow chart

6 工藝參數(shù)傳送與監(jiān)控系統(tǒng)

自動化電鍍工藝參數(shù)自動傳送與通訊監(jiān)控系統(tǒng)是針對自動上砂電鍍機而組建的局域網(wǎng)，專項調(diào)度與控制生產(chǎn)。特別適合于批量使用自動上砂電鍍機的廠家。

在實際使用自動上砂電鍍或自動化流水生產(chǎn)線設(shè)備量大時，將所有這些自控系統(tǒng)設(shè)備聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，將各個工藝參數(shù)自動傳送到準(zhǔn)備生產(chǎn)的相應(yīng)設(shè)備上，提前準(zhǔn)備好工藝參數(shù)，操作人員只需確認(rèn)放入的工件與相應(yīng)的工藝參數(shù)相一致的就可啟動生產(chǎn)。同時，也可在上位機上監(jiān)控各個設(shè)備運行到何過程、參數(shù)執(zhí)行情況等等，以后也可調(diào)閱、多次調(diào)取參數(shù)生產(chǎn)。相關(guān)生產(chǎn)技術(shù)人員可以預(yù)先調(diào)配哪些單桶設(shè)備生產(chǎn)多個不同的產(chǎn)品，并提前將準(zhǔn)備生產(chǎn)的工藝參數(shù)與指令傳送輸入到相應(yīng)的設(shè)備，以便快速進入下一批產(chǎn)品的生產(chǎn)。

工藝參數(shù)傳送與監(jiān)控系統(tǒng)就完全可以滿足這一要求。

7 建議

各個不同類型的超硬材料磨具制造企業(yè)在實施自動化時，可以根據(jù)自身實際情況在上述五種方式中任意選取采用：

如果貴企業(yè)有大量電源，而且電源質(zhì)量還不錯，可以先用安時計，將控制參數(shù)稍作改變，改為設(shè)定電流大小和安時數(shù)來控制電鍍時間，如果電鍍的安時數(shù)相同，那電鍍上的鎳量肯定是一樣的；

如果電鍍電源質(zhì)量不是太好，或快要換了，不妨先改用高穩(wěn)定電源，本機還集成有安時計，但需要改為設(shè)定電流大小和安時數(shù)來控制電鍍時間，否則看不出優(yōu)越性；

如果產(chǎn)品的需求量較大，可以采用自動上砂電鍍時，直接采用“自動上砂電鍍機”；

如果磨具產(chǎn)品的產(chǎn)量很大且單一，不妨采用自動流水線來生產(chǎn)；

或許這些都不完全適合，只需要控制好電鍍電流，“可編程電源”為最佳選擇。

當(dāng)然，除非自動控制電流輸出，工藝參數(shù)最好是由原來的設(shè)定電流和時間改為設(shè)定電流大小和安時數(shù)來控制電鍍時間，否則手工控制的時間是難以保證鍍層厚度的。

8 結(jié)束語

綜上所述，上述設(shè)備可滿足于目前現(xiàn)行電鍍工藝部分實施的不同要求。但超硬材料電鍍制品是否滿足使用方的要求，不僅有耐磨度、使用壽命等方面的要求，還有尺寸、公差、形狀等方面的要求。因此一件合格的超硬材料電鍍磨具需要：機加、鍍前鍍后處理、電鍍液的配制與處理、電鍍設(shè)備與工裝夾具、電鍍過程的控制與執(zhí)行，所有影響因素的全面配合，才能穩(wěn)定地生產(chǎn)出高質(zhì)、優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。上述解決方案只是其中一部分，也是重要因素之一的解決方案。

深圳辰捷科技目前專注的行業(yè)之一就是超硬材料電鍍行業(yè)，公司將竭誠為本行業(yè)提供全套的解決方案，根據(jù)各個用戶的不同要求提出與之相適應(yīng)的解決方案。經(jīng)過幾年運行的實踐證明，上述解決方案可達(dá)到：

（1）工藝參數(shù)執(zhí)行的一致性大大提高；

（2）提高產(chǎn)品質(zhì)量和質(zhì)量的穩(wěn)定性，產(chǎn)品質(zhì)量明顯提高；

（3）明顯降低對人員素質(zhì)的要求，不需多年的老師傅也可生產(chǎn)出高質(zhì)優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品；

（4）充分利用生產(chǎn)時間，提高產(chǎn)能，提高生產(chǎn)效率；

（5）整體減低成本，提高效益。