CN101342685B - 单个铸模及其制造方法、单个制造的研磨产品 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种包括研磨剂涂层的研磨产品及其制造方法。这种研磨产品包括设置在研磨产品上侧(6)上的结构化研磨剂涂层。这里，磨粒(8)和胶(7)被模制在背衬上，使得研磨产品的上侧具有三维产品特定图案。这种图案通过构成单个复合材料颗粒(9)的所述磨粒和胶形成。在生成所述图案的过程中，将特定的计算机程序用在计算机程序产品中，用于将所述复合材料颗粒随机地布置在研磨产品的上侧。本发明还涉及一种铸模，通过所述铸模可以将由此得到的图案转移到研磨产品的上侧。本发明还包括一种用于制造所述铸模的设备。

Description

单个铸模及其制造方法、单个制造的研磨产品

技术领域

本发明涉及一种研磨产品。

本发明还涉及一种用于制造铸模的方法，以用于制造所述研磨产品。

本发明还涉及一种用于制造铸模的设备，以用于制造所述铸模，以及一种依据所述方法制造的铸模。

本发明还涉及一种通过计算机程序形成指定产品表面图案的数字模型的方法。随后，该模型用于控制数控精加工，以在应用用于制造所述铸模的计算机程序产品时生成所述图案。

这种研磨产品用在对待研磨的要求表面进行的细磨加工中。所述研磨产品特别地包括设置在所谓的柔性背衬上的研磨剂涂层，所述研磨剂涂层也可涂敷在刚性背衬上。

背景技术

在细磨加工中，磨粒使用尺寸较小的细粒，以得到最佳的无缺陷表面。然而，在对涂敷有细磨粒的研磨产品进行研磨加工时通常会遇到两个主要问题。首先，产品的有研磨剂涂层的上侧充满从加工表面上分离的材料。其次，在磨粒散布过程中利用通常的涂敷方法会产生不规则和瑕疵，即所谓的散布瑕疵。这些问题又在加工表面的研磨图案中引起粗糙划痕。

此外，在湿式研磨中研磨产品容易被加工表面吸附。这是由于部分液体蒸发，剩余的液体与研磨残余物混合形成粘性胶状团。

为了避免上述问题，研磨产品覆盖有细砂浆和胶，细砂浆和胶被模制成结构精确的图案，以这种方式获得更好的表面质量。目标是使这种图案设置有开口，这些开口为研磨残余物提供更大的空间并由此使其不易被吸附。通过使该图案的结构易碎并且使磨粒较小，也可以实现磨粒的逐步更新，通过这种限定可以使它们的精加工表面比模制结构的复合材料精细得多。这些方法也能在涂层表面中形成通道并且穿过研磨产品形成孔或者它们的结合形成孔，这将促进研磨产品的自净和液体供应，以及研磨残余物的排放。

例如，在具有精确形状的研磨复合材料的研磨剂涂层中形成线性结构。然而，已经证实，在线性研磨运动中，当所述研磨运动的方向与研磨剂涂层的线重合时，这些线性结构在被研磨的表面中产生条纹。

即使在研磨中使用摆动式工具，研磨产品和自由旋压盘以及尤其是处于倾斜位置的工具的摆动运动可能导致在盘的周边往复运动，这与研磨剂涂层的线性结构重合，并且因此可能导致条纹很难磨光。

现有技术的发展及其当前的水平在专利文献中得以描述，例如在US 2292261中。该专利文献公开了一种通过在柔性背衬上涂敷包括粘合剂和砂的物质来制造研磨产品的方法。被涂敷的层压抵具有所需图案的模，由此使涂层成形以获得具有研磨四棱柱凸起的线性图案。最后，处理得到的涂层。

文献US 5014468又公开了一种包括柔性背衬和涂层的柔性研磨产品，所述涂层包括胶合剂和砂。根据该文献，涂层表面设有构成不连续表面的三维结构，通常为六边形图案。利用凹版辊可以很容易地得到这种图案。这种方案的缺陷是结构的高度不能被完全控制，而是依赖于在凹版辊相对于待成形的表面展开的过程中在每个形成部分中的膜分隔。

US 5152917描述了一种具有精确成形的研磨复合材料的非随机图案的研磨制品，图案通常是棱锥，其具有三个或四个侧面且其宽度可以改变，但其通常线性排列。文献US 5304223还描述了一种准备和使用根据文献US 5152917的产品的方法。

制造磨粒图案中的问题是形成表面结构、原型或铸模，研磨剂涂层相对于所述表面结构、原型或铸模模制。

由于通常采用尺寸为25至200微米(my)的棱锥形结构，所以在加工中需要非常高的精度。因此，通常利用制造正凸模的方法，然后将负凹模与正凸模压印在一起，由此模制涂层的图案。一般而言，通过在正模中的上表面上沿横向切割V形槽形成这种图案，然后制造最后的凹模。V形槽使棱锥具有不同的外形。

例如，为了能够以上述专利文献中描述的传统方法制造辊的形式的网状材料，需要具有非常大尺寸的工具，通常为较大的圆筒或辊。这将限制实际和经济可行的制造。

发明内容

本发明可以基本上避免已知方案中涉及的问题。因而本发明的目的是提供一种具有高研磨能力的研磨产品、一种用于制造所述研磨产品的铸模以及一种以经济且高度精确的方式制造所述铸模的方法和设备。

本发明旨在摒弃已经建立的制造研磨产品的方法，该方法从连续的具有非随机平面图案的运行网开始对研磨产品进行冲压。替代地，根据本发明，研磨产品被一个接一个地制造。因此，单个研磨产品的研磨剂涂敷的上侧的结构图案相对于单独的凹铸模进行模制。通过将所述凹铸模进一步设置成可置换的模，由于研磨产品具有较小的尺寸，所以可以形成非常复杂的图案而不会使成本变得让人难以接收。单个凹铸模可以简单地设有紧固件或销，所述紧固件或销可以使凹铸模简单地紧固在工具或保持器上，或者在平面上或圆柱形工具部分上彼此相邻地成形或模压，如果使用例如膜形式的连续材料并且如果研磨产品的背衬也是膜，这使得每次成形或模压多个或者不间断地成形或模压多个。

根据本发明的方法、利用所述方法制造的研磨产品及其研磨剂涂层提供了优于现有技术的若干显著优点。因此，研磨产品可以具有单个的研磨结构随机布置的图案。这种随机性可以不同的方式设置，因为无论是图案的雕刻还是铸模的尺寸都不会产生如通常的切割加工方法和在雕刻表面的尺寸上连续制造辊式成形材料所产生的那种约束。

本发明甚至能制造下述研磨产品，其中，复合材料颗粒仅包括一种磨粒，这使得研磨产品具有均匀的结构和加工效果。

复合材料颗粒的随机分布使得可以高度确定地避免对本发明研磨产品的加工过程的干扰。

本发明的可置换的模可以优选由聚合物材料制成，该聚合物材料的聚合体与铸模的基本聚合体相比具有更显著的脱模性质。因此，在一些情况下，可置换的模可以多次使用，尤其是如果研磨剂涂层的UV处理或另外形式的射束处理直接发生在成形其表面结构的工具中的情况下。射束处理可以通过产品的铸模和背衬进行，所述产品的铸模和背衬都由适当的且利用的辐射能够透入的材料制造。

通过下面的描述将清楚地理解本发明的进一步优点和细节。

附图说明

在下文中，将参考附图更详细描述本发明，其中：

图1显示了具有非线性坐标系统的研磨剂涂层的示意图，用于在指定铸模的上表面形成复合材料区域；

图2显示了棱锥形复合材料颗粒的替代布置的例子；

图3显示了图1的复合材料区域的放大图；

图4显示了从上方观察时在凸模的情况下的铸模的上表面，用于制造具有随机布置的复合材料颗粒的研磨剂涂层；

图5显示了图4中铸模的侧视图；

图6显示了包括随机地布置的棱锥形复合材料颗粒的凸模的数字模型；

图7显示了本发明的凸模的电子显微镜图；

图8显示了凹模的电子显微镜图；

图9显示了研磨产品上侧的复合材料颗粒的电子显微镜图；

图10显示了包括随机地布置且具有不同形状的棱锥形复合材料颗粒的凸模的一种替代的数字模型；

图11显示了利用根据图10中所示类型的数字模型制造的模，随机地布置在研磨产品的上侧的复合材料颗粒的电子显微镜图；以及

图12显示了图11中复合材料颗粒的电子显微镜图的进一步放大图。

具体实施方式

在下文中，参考上述附图描述本发明的研磨产品及其研磨剂涂层，以及用于制造研磨产品和研磨剂涂层的方法的优选实施方式。因此研磨产品包括附图中所示的结构部件，其中每个部件用相应的附图标记表示。这些附图标记对应于在下面的描述中使用的附图标记。

因此，图1显示了用于制造本发明研磨产品的铸模1的一种具体实施方式的示意图。在该图中，铸模的被高度放大的上侧2被划分成坐标系统，在该例子中为非线性的。这里，上侧包括框域3，所述框域3的侧边与坐标系统的轴线平行。该框域由单个的复合材料区域4组成，当框域的线交叉时形成所述复合材料区域4。这种框域的侧边的长度为L，宽度为B。

图3中显示了所述复合材料区域4的进一步放大图。在该例子中，复合材料区域包括基本上随机地分布在复合材料区域表面上的复合材料颗粒的原型5。例如根据图2，这种分布可以通过以不同的方式在定界表面内以数学方法分布复合材料颗粒的单个模型而实现。随后，这些模型可以随机地布置在复合材料区域上，以便最终生成能够制造本发明研磨产品的铸模，复合材料颗粒随机分布在该研磨产品的上侧6上。

图4和5分别显示了从上方和侧向观察研磨剂涂层的复合材料颗粒的相应分布的水平投影图。

图6以立体投影的方式显示了研磨剂涂层的铸模的上侧2和原型5的示意图。研磨剂涂层的原型5包括多个多面体模型，在本实施方式中该多面体模型基本上呈棱锥形。

为了得到研磨剂涂层在研磨产品的上侧6上的所期望的布置，在本身公知的背衬上涂敷浆料，该浆料优选包括胶7和砂或其它磨粒8。然后，通过将具有期望的所谓负图案的至少一个上述铸模1(凹模1b)压靠研磨产品的涂敷有浆料的上侧，使背衬上的浆料形成为多面体或圆锥体。因此，研磨剂涂层采用一种在铸模中限定的预定结构并且提供上述锥形或多面体磨粒，这些磨粒最终被用来形成研磨剂涂层的复合材料颗粒9。因此，研磨产品的上侧最终具有由砂和胶形成的单独生成的复合材料颗粒的三维图案，该图案的特点是具有相似或不同形状的随机地布置在单个研磨产品上侧的复合材料颗粒。这样，形成了具有复合材料颗粒在研磨产品上侧分布的产品特定图案的研磨产品。

复合材料颗粒9的形成也可以首先通过用浆或砂或相应的磨粒8填充凹模1b的凹处来实现。在这种情况下，铸模的凹处被设置成分别配合至少一个磨粒和胶7，以便随后使背衬压抵具有填充物的凹模。利用中间胶合层可以进一步改善粘合性。如果以湿压湿的方式刷涂在背衬上的胶合层与在模中由浆制成的复合材料接合在一起，那么就能使复合材料颗粒与背衬的粘合性得到改善。

根据本实施方式，优选地，复合材料颗粒9具有包括圆锥体和多面体的几何形状。根据图6或图10，这种多面体例如是等边棱锥或横截棱锥，其具有抵靠背衬定向的下表面和三个或更多侧面。复合材料颗粒采用例如细长的棱柱形也是可行的，该棱柱具有对应于上述下表面的纵向边缘线的一侧，所述纵向边缘线大致比棱柱的横向边缘线或棱柱的高长。通常，复合材料颗粒具有沿着偏离所述背衬的方向基本上变细的横截面，以便更好地脱模。根据图5，优选地，复合材料颗粒相对于研磨产品上侧的高度H基本上相等。

将整个研磨产品的上侧6作为整体处理和将其划分成相邻布置的复合材料区域4都是可行的。在这种研磨产品中，每个复合材料区域都具有许多单独生成的随机地布置复合材料颗粒9的三维图案。根据图1和3，相邻的复合材料区域可以具有相似的三维图案，但图案的形状可以彼此不同。

再参照图1所示的示意图，铸模1的上侧2优选设有包括横向分界线的图案，由此形成网格。因此，以这种方式界定的每个单独的框域都由属于其自身的复合材料区域4构成。

网格包括分界线，所述分界线例如构成规则图案，由此各个分界线的特征是其基本上是直的且均匀地分布在铸模1的上侧2上。例如，网格可以包括均匀布置的基本上成90°的平行直线组成的区域。替代地，网格可以包括由均匀分布的在三个轴向上相互成60°角的平行直线形成的三角形区域。

而且，网格可以包括偏离直线的分界线。这些分界线优选为根据图1所示的曲线和正弦线，或者它们可以是锯齿形线。

网格的分界线还可以以1∶1.2和1∶2之间的期望比率反复改变。替代地，分界线的变化可以以例如将变化范围划分成五个间隔的方式在期望的1∶1.2至1∶2的范围内随机变化，针对每条线，都通过随机数发生器逐步选择这些间隔中的一个。而且，分界线的平行度在上述间隔内重复地或随机地偏离是可行的。

不必将研磨剂涂层设置成包括均一的复合材料颗粒9，而且涂层的三维图案至少可以部分地包括不同形状的复合材料颗粒。

如果研磨剂涂层包括具有细长多面体形状的复合材料颗粒9，例如棱柱，这些多面体可以成对布置在背衬上，然而，它们优选替代地沿平行方向布置并且相对于彼此成一角度。

即使研磨产品通常具有平面结构，然而这并不将本发明研磨产品限制在这种执行方式。例如，待涂敷的上侧6也可以偏离平面并且包括研磨工具的上侧。研磨产品的上侧也可以被制造成曲面，以便与待研磨的表面配合。

为了得到在研磨加工过程中能够最佳地避免受到干涉的研磨产品，可以单独地加工每个研磨产品。因此，每个单独的研磨产品的涂敷有研磨剂的上侧6的结构图案相对于根据图8所示的单独的负铸模-凹模1b进行成形。这些铸模具有随机设计的图案。

铸模1可以优选被制造成可置换的模，该铸模1通过相对于原始模型-凸模1a-根据图7所示对其进行模制制成。例如，可以采用下述方式在铸模的表面上设置随机分布的复合材料颗粒9的模制细节结构。

在制造方法的第一阶段，利用特定的构件识别指定的铸模1的上侧2及其可加工的区域，该可加工的区域优选包括一个或多个所述复合材料区域4，在下文用数字表示。上侧2可以是平面、向外或向内的圆柱形、向外或向内的球形或者具有所需特定工具的形状。在该方法的下一阶段，以下述方式对加工区域的模制图案进行规划，即，复合材料颗粒9的指定的细节结构从有限数量的具有不同形状的可用原型中随机选择，如图2中所示的例子。当然，复合材料颗粒的这种原型基本上是均一的或者这些原型基于特定的限定值随意地产生都是可行的。然后，通过将所选择的原型5设置在加工区域的随机选择的位置处来实现将复合材料颗粒的细节设置在加工区域的数字模型上。同时，原型在加工区域上可以被给定一个随机的方向。最后，铸模的上侧从数字模型被加工转变成最终的铸模1。

优选利用自动数据处理单元来处理上述复合材料颗粒9的原型5的数字分布。在这一任务中，优选利用出于这个目的生成的且在通过所述自动数据处理单元可读的上述自动数据处理单元或另外的存储单元中建立的计算机程序产品。存储单元例如可以包括电、磁、光、红外线或者半导体系统、设备或传送装置或相应的设备。

自动数据处理单元通过利用一个或多个算法编译数字模型，用于提供铸模的涂层。然后，数字模型优选用于控制直接加工铸模(凹模1b)的工具或机器，通过抵靠该铸模可以模制研磨产品的最终涂层。所述工具或机器当然也可以用于制造凸模1a，相对于该凸模可以模制可选择的凹模。

铸模1的意图的加工区域通常包括铸模上表面的预定部分。在这种情况下，加工区域可以包括整个上表面，但是表面也可以被划分成具有横向分界线的图案，由此该图案在上表面设置网格，以这种方式界定的单独的框根据图1所示具有特定的加工区域。正如前述，可以通过借助分界线设置规则图案来将加工区域划分成网格，其中，分界线基本上是直的且均匀地分布或者不是直的。以相同的方式，分界线可以是平行的或非平行的。

正如在铸模1的整个加工区域的生成中，可以在每一单个的框中随机选择复合材料颗粒9的原型5，其中，复合材料颗粒的细节结构根据复合材料颗粒9的原型5生成。同样，复合材料颗粒以随机的顺序、随机的方向和随机选择的位置在数字模型和各个加工区域中生成。

复合材料颗粒9的原型5在数字模型中的布置以及复合材料颗粒自身在研磨产品上侧6上的布置可以多种不同的方式改变。指示复合材料颗粒的细节的几何形状的原型可以自由地改变，原型也可以替代地相对于彼此沿纵向和横向布置旋转。如果复合材料颗粒的原型包括例如细长的多面体，那么它们优选可以替代地在加工区域上沿横向和纵向成对地布置。复合材料颗粒的原型的分布在整个铸模1的加工区域上可以是完全随机的，但是确定一些规则也是可行的，例如对在加工区域上随机布置的每个独立的单元确定给定数量的复合材料颗粒和对应的原型。

上述网格还可以被进一步细分，由此每一个单独限定的复合材料区域4限定单个复合材料颗粒9之间需要的分隔，在这种实施方式中，当复合材料颗粒的原型5被给定大量的相对于分隔线的交叉点的替代位置时，通过随机地在加工区域上的每个单独的框中选择替代位置中的一个就形成了随机布置。

这种执行方式在图4-6中示例性地给出。通过改变表面上的多面体的布置，可以得到大量不同且可行的构造部件，也就是复合材料颗粒9的原型。随后，可以使构造部件以基本上填充加工区域的表面的方式将这些构造部件布置在加工区域的表面上。当自动执行这种布置时，借助于随机数发生器或另外的相应的计算算法，每次都可以得到研磨剂涂层的复合材料颗粒的不同布置。

根据上述，使用自动数据处理单元生成铸模1的随后的涂层的数字模型，之后，用于制造铸模的设备利用该数字模型加工在制造根据上述结构的研磨剂涂层中使用的铸模。所述设备优选包括用于标识铸模的加工区域的构件。此外，该设备包括至少一个用于加工铸模的工具，通过与该工具作用来模制涂层或铸模。该工具优选包括用于使激光磨削或另外形式的所谓外延生长能够用于加工铸模上表面的装置。

利用激光在铸模1中设置复合材料颗粒9的细节结构能够简单地形成期望的非线性和无干涉的图案。根据上述，可以生成其中所形成的布置整体地或部分地随机的图案。图11显示了由这种布置形成的研磨产品的电子显微镜图。

在激光磨削加工中，每个复合材料颗粒9在铸模中单独成形，并且甚至可以给定单独的设计。所述设计根据激光束在磨削过程中如何调节而改变。根据给定的图案，磨削可以仅在一个方向上进行，如在阴极射线基TV显示屏中的线。磨削也可以通过连续地改变加工方向来进行，即所谓的随机扫描。加工方法的选择影响复合材料颗粒的细节的外形及其在铸模1的上表面2上的变化。做过的实验显示随机地选择改变加工方向在大多情况下可以产生最好的效果。

在铸模1的加工中，也可以利用本身已知的其它加工方法，诸如电化学雕刻或所谓的“金刚石车削”。

上述描述和附图仅仅旨在举例说明本发明的方案。方案因此并不限制于上述的实施方式和后附权利要求，而是可以在后附权利要求所描述的发明原理范围内作出各种变化、结合或给出替代的实施方式。

Claims (14)

1.一种用于制造单个铸模(1)的方法，该铸模(1)用在单个研磨产品的结构化研磨剂涂层的制造中，

通过在背衬上模制磨粒(8)和胶(7)以形成复合材料颗粒(9)，所述研磨剂涂层被设置在所述研磨产品的上侧上，由此

识别位于所述铸模(1)的上侧(2)上的至少一个加工区域，所述铸模的上侧具有所需特定工具的形状并且用于成形上侧具有所需特定工具的形状的单个研磨产品，

在所述加工区域上设置由所述单个复合材料颗粒(9)的原型组成的三维特定产品模制图案，由此

所述原型设置在所述加工区域上的随机选择的位置处，

其特征在于以下步骤：

将用于制造单个研磨产品的所述单个铸模(1)的上侧(2)分隔成图案，

形成包括横向线分割的网格，由此构建框域(3)，

以这种方式定界的每个单独的框都形成由复合材料区域(4)构成的加工区域，此后

复合材料颗粒的原型(5)从有限数量的具有不同形状的可用原型中随机选择并随后分布在所述复合材料区域的表面上。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，位于预先确定的定界表面上的所述复合材料颗粒的原型(5)随机定向。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，包括制造凸模(1a)。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，包括制造凹模(1b)。

5.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述加工区域包括用于制造单个研磨产品的所述单个铸模(1)的上侧(2)的预定部分。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述加工区域包括用于制造单个研磨产品的所述单个铸模(1)的整个上侧(2)。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述线分割构成规则图案。

8.根据权利要求1或7所述的方法，其特征在于，用基本上直的且均匀分布的分界线来设置所述线分割。

9.根据权利要求1或7所述的方法，其特征在于，用偏离直线的分界线来设置所述线分割。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，对所述网格进行细划分，使每一个单独的框限定各个复合材料颗粒(9)之间需要的分隔，并且由此通过给定所述复合材料颗粒相对于所述分界线的交叉点的大量替代位置，以及对所述三维特定产品模制图案的每个单独的部分随机地选择一种替代位置来实现随机的布置。

11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，对所述网格进行细划分，使每一个单独的框限定各个复合材料颗粒(9)之间需要的分隔，并且由此通过给定所述复合材料颗粒相对于所述分界线的交叉点的大量替代位置，以及对所述三维特定产品模制图案的每个单独的部分随机地选择一种替代位置来实现随机的布置。

12.一种用在单个研磨产品的结构化研磨剂涂层的制造中的单个铸模(1)，

其中通过在背衬上模制磨粒(8)和胶(7)以形成复合材料颗粒(9)，所述研磨剂涂层被设置在所述研磨产品的上侧上，由此

识别位于所述铸模(1)的上侧(2)上的至少一个加工区域，所述铸模的上侧具有所需特定工具的形状并且用于成形上侧具有所需特定工具的形状的单个研磨产品，

在所述加工区域上设置由所述单个复合材料颗粒(9)的原型组成的三维特定产品模制图案，由此

所述原型设置在所述加工区域上的随机选择的位置处，

其特征在于：

将用于制造单个研磨产品的所述单个铸模(1)的上侧(2)分隔成图案，

该图案由包括横向线分割的网格形成，由此形成框域(3)，

所述框域的每一个单个的框由网格定界，形成由复合材料区域(4)构成的加工区域，

包括复合材料颗粒的原型(5)的复合材料区域分布在所述复合材料区域的表面上。

13.一种单个制造的研磨产品，具有设置在所述研磨产品的上侧(2)上的结构化的研磨剂涂层，且所述研磨产品的上侧具有所需特定工具的形状，所述研磨剂涂层包括模制在背衬上的磨粒(8)和胶(7)，

所述研磨剂涂层已经通过至少一个三维特定产品模制图案形成，所述三维特定产品模制图案由包括磨粒(8)和胶(7)的单个复合材料颗粒(9)的原型(5)组成，

由此所述复合材料颗粒(9)设置在加工区域上的随机选择的位置处，

其特征在于：

所述上侧(2)分隔成图案，该图案包括横向的线分割，由此形成网格，其中每一个单个的框的定界方式使得所述复合材料颗粒(9)分布在预定的定界的表面内。

14.按照权利要求13所述的研磨产品，其特征在于，用分界线来设置所述线分割并且所述分界线偏离直线。

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