CN102059664A

CN102059664A - 制备冰冻固结磨料抛光垫的模具

Info

Publication number: CN102059664A
Application number: CN 201010502783
Authority: CN
Inventors: 孙玉利; 左敦稳; 卢文壮; 朱永伟; 李军; 祝晓亮; 曹连静; 张国家; 史晨红
Original assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Current assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date: 2010-10-11
Filing date: 2010-10-11
Publication date: 2011-05-18

Abstract

一种制备冰冻固结磨料抛光垫的模具，其特征是它包括外模（5），外模（5）主要用于形成包裹冰冻磨料层（6）及内模（3）的空间，该内模（3）插装在外模（5）中，卸模台（7），该卸模台（1）由底座和脱模杆组成，热水管（8），该热水管（8）用于在脱模时缠绕在外模（5）的外表面上，并在脱模时通入热水，进水管（8）的一端为与热水水源相连的进水端，另一端为出水端。本发明可适合于制备各种冰冻固结磨料抛光垫，具有冻结时间短、卸模方便等优点。

Description

制备冰冻固结磨料抛光垫的模具

技术领域

本发明涉及一种抛光垫，尤其是一种冰冻固结磨料抛光垫，具体一说是一种制备冰冻固结磨料抛光垫的模具。

背景技术

作为抛光工具的冰冻固结磨料抛光垫，其作用类似于磨削加工中使用的砂轮，它的制作质量将直接影响工件的抛光效果。冰是在模具中进行冻结的，刘向阳研究光学材料超光滑表面抛光时设计了一种模具（刘向阳. 光学材料超光滑表面抛光的研究 [D]. [博士学位论文]，长春：吉林大学，2003）。该模具由上、下模两部分组成，冻冰时将上、下模用胶带封严，防止水从上下模的结合处浸出。人们研究发现采用上述模具冻结固结磨料抛光垫时，如果抛光垫直径较小，冻结效果较好；如果抛光垫直径大于100 mm时，则存在如下缺点：

(1) 固结磨料抛光垫冻结成型时间长；

(2) 去下模所需时间长且不易去除；

(3) 冻结成的固结磨料抛光垫表面倾斜较大，抛光时使活塞杆的振动加大；

(4) 冰冻固结磨料抛光垫在上、下模之间易出现断裂现象。

分析其原因认为，模具选用的材料是热的不良导体－尼龙材料并且模具腔壁较厚，虽然这可减少热传导，防止抛光过程抛光垫融化的过快，但也会造成上述(1)和(2)两项缺点。另外，上、下模之间采用胶带密封，这并不能完全防止液体渗入到上下模的结合处，由于该处液体较少，很容易被冻结成冰，渗入到结合处的液体并不是均匀分布的，结冰速度也不一致，先结冰的位置体积膨胀，从而造成冻结成的抛光垫在上、下模之间出现断裂或表面倾斜较大的现象。

综上所述，为克服冰冻固结磨料抛光垫制备过程中存在的问题，急需一种冻结时间短、卸模方便的制备冰冻固结磨料抛光垫的模具。

发明内容

本发明的目的是针对现有冰冻固结磨料抛光垫冻结时间长、卸模不方便的问题，设计一种冻结时间短、卸模方便的制备冰冻固结磨料抛光垫的模具。

本发明的技术方案是：

一种制备冰冻固结磨料抛光垫的模具，其特征是它包括：

一外模5，外模5主要用于形成包裹冰冻磨料层6及内模3的空间，它的内腔由圆柱部分和锥台部分组成，在外模5的底部设有一个与外模5的内腔相通的通孔；

一内模3，该内模3插装在外模5中，该内模3从上向下依次由相互连接成一体的圆柱部分、锥台部分及连接柱部分组成，内模3的锥台部分与外模5内腔中的锥台部分相配合，内模3的圆柱部分与外模5内腔的圆柱部分相配，且内模3的圆柱部分高度低于外模5的圆柱部分的高度，两个圆柱部分的高度之差不小于冰冻磨料层6的厚度；内模3的连接柱插装在外模5的通孔中，在该连接柱上设有联接螺孔4，在内模3的外圈上套装有密封圈1，以防止冻结前的冰冻磨料渗入外模5的内腔底部；

外模5应采用导热系数大的金属材料如铁、铝等制造，内模3可采用导热系数小的非金属材料如聚四氟乙烯等到材料制造，也可采用金属材料制造，当内外模均采用金属材料时两者的导热系数最好有所差别，即最好是外模的导热系数大于内模的导热系数，使外模散热快，而内模散热慢些。

一卸模台7，该卸模台1由底座和脱模杆组成，脱模杆的上部设有与所述内模3下部的联接螺孔4相配的外螺纹，脱模杆的上端在脱模时旋入联接螺孔4中；

一热水管8，该热水管8用于脱模时缠绕在外模5的外表面上，并在脱模时通入热水，进水管8的一端为与热水水源相连的进水端，另一端为出水端。

所述的内模3的上表面设有用于供冻结前的冰冻磨料流入槽或孔2，流入槽或孔2中的冰冻磨料冻结后与内模3上的冰冻磨料层6连成一体。

所述的槽或孔2为直径呈等差分布的环形燕尾槽或均匀分布的孔阵。

所述的热水管8中通入的用于脱模的水温为30℃～50℃。

所述的内模3采用导热系数高的金属材料时，在内模3与冻磨料层6之间的设有隔热层，所述的外模5的圆柱部分与内模3的圆柱部分的高度之差不小于冻磨料层6的厚度隔热层的厚度之和。

本发明的内模3的外形设计成带有锥面的“翼形”，与外模5以锥面配合使用。内模3选用的是导热系数小、传热慢的非金属材料如聚四氟乙烯等，外模5选用的是导热系数大的金属材料如硬铝等。内模3包括O型密封圈1、燕尾槽2和联结螺纹4。O型密封圈1的主要目的是使内模3和外模5紧密配合，防止内模3上面的冷冻抛光液在冷冻成型前渗入到模具底部。燕尾槽2的分布设计成如图1b俯视图所示的“同心圆”形＋“十字交叉”形，可限制冻结成型后的固结磨料抛光层的六个自由度，实现完全定位，与内模结合牢靠。

本发明的有益效果：

(1) 由于模具采用敞开式设计，可采用分层冻结的方法进行成形，减少了固结磨料抛光垫冻结成型时间。抛光垫第一层冻结好后，以后各层冻结过程中，由于每层抛光液较薄，抛光垫各部分就处于均匀分布的温度场中，使得抛光垫各部分冻结速度基本一致，这既能缩短抛光垫冻结成型时间又可减少抛光垫内部的残余应力和裂纹。

(2) 缩短了卸外模所需时间且易于卸模。由于外模壁厚较薄且材料选用了热的良导体，如硬铝等，脱模时靠近侧壁处就会较快融化。

(3) 可避免冻结成的固结磨料抛光垫表面倾斜。抛光液冻成抛光垫后，体积大约要膨胀9%左右，模具上部敞开，能为抛光垫冰冻成型提供较大的体积膨胀空间，从而可有效地减少抛光垫内部的残余应力和裂纹及采用圆柱形内外模所产生的抛光垫表面倾斜问题。

(4) 内模整体形状改圆柱形为“翼形”，既节省了材料又增加了支撑的稳定性。

(5)本发明的模具简单可靠、使用方便，可适合于制备各种冰冻固结磨料抛光垫。

附图说明

图1是本发明的内模结构示意图；

图1（a）为内模的主视图；

图1（b）为内模的俯视图。

图2是本发明的外模结构示意图。

图3是本发明的内、外模装配状态结构示意图。

图4是本发明的卸模台的结构示意图。

图5是本发明的温水加热法卸模状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1、2、3、4、5、6所示。

一种制备冰冻固结磨料抛光垫的模具，它主要包括外模5、内模3、卸模台7和热水管8，其中：

外模5主要用于形成包裹冰冻磨料层6及内模3的空间，它的内腔由圆柱部分和锥台部分组成，在外模5的底部设有一个与外模5的内腔相通的通孔；外模5最好采用导热系数大的金属材料如铁、铝等制造，外模5的上部呈开口状态。如图3所示。

内模3插装在外模5中，该内模3从上向下依次由相互连接成一体的圆柱部分、锥台部分及连接柱部分组成，内模3的锥台部分与外模5内腔中的锥台部分相配合，内模3的圆柱部分与外模5内腔的圆柱部分相配，且内模3的圆柱部分高度低于外模5的圆柱部分的高度，两个圆柱部分的高度之差不小于冰冻磨料层6的厚度；内模3的连接柱插装在外模5的通孔中，在该连接柱上设有联接螺孔4，在内模3的外圈上套装有密封圈1，以防止冻结前的冰冻磨料渗入外模5的内腔底部；内模3既可是金属材料，也可是非金属材料（如聚四氟乙烯），如果采用金属材料制造，为了延长使用寿命，防止抛光过程中内模部分的热量向冰冻固结磨料层扩散，可在内模3与冰冻固结磨料层6之间加设一层隔热层，此时所述的外模5的圆柱部分与内模3的圆柱部分的高度之差不小于冻磨料层6的厚度隔热层的厚度之和。内外模如果同时采用金属材料制造，则最好是使内外模的导热系数有所差别。所述的内模3的上表面最好设有用于供冻结前的冰冻磨料流入槽或孔2，流入槽或孔2中的冰冻磨料冻结后与内模3上的冰冻磨料层6连成一体，所述的槽或孔2为直径呈等差分布的环形燕尾槽或均匀分布的孔阵（如图1（b）所示）。如图1所示。

内模3和外模5的装配使用状态如图3所示。

卸模台7由底座和脱模杆组成，脱模杆的上部设有与所述内模3下部的联接螺孔4相配的外螺纹，脱模杆的上端在脱模时旋入联接螺孔4中；如图4所示。

热水管8用于在脱模时缠绕在外模5的外表面上，并在脱模时通入水温为30℃～50℃热水，进水管8的一端为与热水水源相连的进水端，另一端为出水端。如图5所示。

由图1可看出本发明的内模3的外形设计成带有锥面的“翼形”，与外模5以锥面配合使用。内模3选用的是导热系数小、传热慢的非金属材料如聚四氟乙烯等，外模5选用的是导热系数大的金属材料如硬铝等。内模3包括O型密封圈1、燕尾槽2和联结螺纹4。O型密封圈1的主要目的是使内模3和外模5紧密配合，防止内模3上面的冷冻抛光液在冷冻成型前渗入到模具底部。燕尾槽2的分布设计成如图1b俯视图所示的“同心圆”形＋“十字交叉”形，可限制冻结成型后的固结磨料抛光层的六个自由度，实现完全定位，与内模结合牢靠。

本发明的使用方法为：

首先，将O型密封圈1套到内模3的上端部外壁上；

其次，将内模3和外模5配合，并放入低温冷冻设备中，在模具内分层浇入抛光液，冻结成型；

第三，将带有冰冻固结磨料层的冰冻模具从低温冷冻设备中取出，置于卸模台7上，在外模5的外壁缠绕数圈橡胶管，一端为进水口，连续通入30℃～50℃的温水，另一端为出水口，待靠近外模5内壁的冰层轻微融化时，在外模5的侧壁上端施加压力，使外模5脱落，从而带有内模3（相当于抛光垫的承载装置）的冰冻固结磨料抛光垫制备完成。

以下是利用本发明的模具和方法制造的一个抛光垫的过程：

首先将O型密封圈1套到内模3的上端部外壁上；然后，将内模3和外模5配合好，并放入低温冷冻设备中，温度设定为－30℃，接着在模具内分层浇入平均粒径为20nm的Al₂O₃抛光液，直到冻结成所需厚度的冰冻固结磨料抛光层；随后，将带有冰冻固结磨料层的冰冻模具从低温冷冻设备中取出，置于卸模台7上，在外模5的外壁缠绕数圈橡胶管，一端为进水口，用泵连续泵入30℃左右的温水，另一端为出水口，直至靠近外模5内壁的冰层轻微融化时，在外模5的侧壁上端施加压力，使外模5脱落，从而带有内模3的冰冻固结磨料抛光垫制备完成，如图6所示。

Claims

1.一种制备冰冻固结磨料抛光垫的模具，其特征是它包括：

一外模（5），外模（5）主要用于形成包裹冰冻磨料层（6）及内模（3）的空间，它的内腔由圆柱部分和锥台部分组成，在外模（5）的底部设有一个与外模（5）的内腔相通的通孔；

一内模（3），该内模（3）插装在外模（5）中，该内模（3）从上向下依次由相互连接成一体的圆柱部分、锥台部分及连接柱部分组成，内模（3）的锥台部分与外模（5）内腔中的锥台部分相配合，内模（3）的圆柱部分与外模（5）内腔的圆柱部分相配，且内模（3）的圆柱部分高度低于外模（5）的圆柱部分的高度，两个圆柱部分的高度之差不小于冰冻磨料层（6）的厚度；内模（3）的连接柱插装在外模（5）的通孔中，在该连接柱上设有联接螺孔（4），在内模（3）的外圈上套装有密封圈（1），以防止冻结前的冰冻磨料渗入外模（5）的内腔底部；

一卸模台（7），该卸模台（1）由底座和脱模杆组成，脱模杆的上部设有与所述内模（3）下部的联接螺孔（4）相配的外螺纹，脱模杆的上端在脱模时旋入联接螺孔（4）中；

一热水管（8），该热水管（8）用于在脱模时缠绕在外模（5）的外表面上，并在脱模时通入热水，进水管（8）的一端为与热水水源相连的进水端，另一端为出水端。

2.根据权利要求1所述的制备冰冻固结磨料抛光垫的模具，其特征是所述的内模（3）的上表面设有用于供冻结前的冰冻磨料流入槽或孔（2），流入槽或孔（2）中的冰冻磨料冻结后与内模（3）上的冰冻磨料层（6）连成一体。

3.根据权利要求2所述的制备冰冻固结磨料抛光垫的模具，其特征是所述的槽或孔（2）为直径呈等差分布的环形燕尾槽或均匀分布的孔阵。

4.根据权利要求1所述的制备冰冻固结磨料抛光垫的模具，其特征是所述的热水管（8）中通入的用于脱模的水温为30℃～50℃。

5.根据权利要求1所述的制备冰冻固结磨料抛光垫的模具，其特征是内模（3）采用导热系数高的金属材料时，在内模（3）与冻磨料层（6）之间的设有隔热层，所述的外模（5）的圆柱部分与内模（3）的圆柱部分的高度之差不小于冻磨料层（6）的厚度隔热层的厚度之和。