1 研究背景

金刚线，金刚石线锯的简称，就是在超细（直径50-300um）的金属母线（钢线）上，通过混合电镀的方式，将镍和金刚石磨粒一起均匀的沉积在母线上[1][2]。其中镍金属层是结合剂，金刚石磨料是锯齿，如图1。金刚线主要应用于硅晶体、水晶、蓝宝石等脆硬材料的切割加工[3]。

图1 金刚线结构图

贺跃辉研究了将粒度为5～150 微米的金刚石微粉置于浓度为1 克/升的十六烷基三甲基氯化铵溶液中，对溶液施加0.1V 的正电位，通过电场作用，十六烷基三甲基氯化铵阳离子电泳至金刚石微粉表面，形成一层带正电荷的薄膜，然后将阳离子化的微粉至于瓦特镀液中，进行复合电镀从而制得线锯。

段志明等设计了一种使用悬浮法（落砂法）制造线锯的上沙槽。将基体金属线呈螺旋状绕在第一转轴和第二转轴之间，第一转轴转动，带动基体金属线和第二转轴转动，与此同时电镀液从第一、二转轴同向布置的进液管进入电镀槽，悬浮在电镀液中的金刚石微粉随镀液上涌，与基体金属线接触、碰撞、完成上砂。

长沙泰维超硬材料有限公司的技术人员发明了一种制备金刚石线锯的电镀槽。这种电镀槽包括槽体、进线转轴、出现转轴，镀液内转轴、镀液内刻凹槽转轴。镀液内转轴与镀液内刻凹槽转轴在水平方向平行，镀液内转轴与进线转轴在竖直方向平行。镀液内转轴刻有螺旋纹凹槽，镀液内刻凹槽转轴排布有凹槽。从进线端到出线端刻槽位置的转轴内直径呈等差数列。

上述国内外研究只是从溶液的成分、比例、上砂槽的设计着手，改进了上砂效果，但没有一个是从导电轮的改进来上砂。

在电镀金刚线生产中，导电轮是电镀金刚线中阴阳极导通最重要的环节。生产金刚石线的过程中有多处需要导电轮进行导电（导电轮的作用是使钢线获得电），设计不合理的导电轮会造成导电轮损坏、需要频繁更换，另外由于导电性能的快速劣化造成镀层不良，再者金属母线的摆动导致金刚石磨粒分布不均匀或者磨粒团聚严重等不良现象，直接影响金刚线的质量和切割效率[4]。针对上述情况，本课题设计对原有的导电轮装置进行了改进。

2 导电轮的总体结构

导电轮包括两端的导电压板5、7 和夹在其中的聚氨酯部6 以及穿过导电压板轴孔与聚氨酯部轴孔的24 个导电杆轴4，左右两端定位套3、8 固定导电压板和聚氨酯部径向位置，并用锁紧螺母2、9 锁紧，如图2、图3。

图2 导电轮实物图

导电压板和聚氨酯部边缘均匀开设了通槽，导电杆插入该通槽与主轴轴线平行。聚氨酯部呈圆柱体，侧壁开设多个与圆柱体同轴的环形凹槽，环形凹槽的深度为使导电杆暴露于聚氨酯部侧壁，以便导电杆的电流流经金属线，如图4、图5。

在上砂过程中，主轴1 传递电流至压板、导电杆，使缠绕在聚氨酯部的的金属线导电，达到金刚石磨粒共沉积。

图3 导电轮装配图

图4 聚氨酯部的设计图

3 改进前的聚氨酯部

目前，聚氨酯部采用单片单槽聚氨酯片拼装而成。在此种情况下，如果生产6 根金刚线，每根线至少需要在导电轮上缠绕10 圈，这就意味聚氨酯部需要60 片单片单槽聚氨酯片构成的导电轮。单片单槽聚氨酯片的加工工艺是在10mm 厚的PPH 板上利用雕刻机切割出减重扇形孔，直径385mm 左右的圆板，然后利用工装夹具加工出外圆和外形线槽，最后在加工中心上加工导电杆的孔、定位孔、主轴孔等。利用上述的工艺流程加工聚氨酯片加工难度大，安装过程中很难保证两片之间的无缝结合，导电杆轴孔与主轴轴线的平行等等。从而造成金属线与导电杆接触不良，容易烧断线；同时这种结构的导电轮的阴极导电性能差，影响上砂质量和金刚线的物理性能。

4 改进后的聚氨酯部

单片单槽聚氨酯片的加工难度大，需要专用工装夹具，装配精度要求高，需经过多次调试才能保证上砂质量，针对这种情况本文对聚氨酯部进行了改进。将原来7 个单片单槽的聚氨酯片设计成一个聚氨酯部，设计图如图4。

一个聚氨酯部的加工工艺是利用PPH 棒料在数控车床上进行加工，设计的专用夹具如图5，装夹效果如图6。

图5 专用夹具图

图6 装夹效果图

数控车床上加工时，粗加工出直径385mm，高为80mm 圆柱材料，然后利用加工中心加工出减重扇形孔、导电杆轴孔、主轴孔，最后在数控车床加工出外形线槽，工艺简单，工时减少三分之一。这样加工生产6 根金刚线时，只需要9 个聚氨酯部构成的导电轮，加工简化，安装简便，保证了导电杆轴孔与主轴轴孔的平行度，减少了工装夹具，减少了成本。