CN103978446A - 一种磨料规则排布磨具的快速成型装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种磨料规则排布磨具的快速成型装置，包括水平旋转式工作台、步进电机、光固化光路系统、磨具载体和送料机构；一种磨料规则排布磨具的快速成型方法，包括以下具体步骤：将磨具载体安装固定到工作台上，启动加热装置对磨具载体进行预热；步进电机带动工作台旋转，在料仓内成型粉料通过振动筛平铺在磨具载体上，刮料板将磨具载体上的粉料层按照成型层厚度均匀刮平；光固化光路系统按照设定程序对磨具载体上的成型粉料进行扫描，将粉料层固化。本发明操作简单，使用方便，提高了生产效率，实现了磨料在磨具中的规则排布，磨具成型周期短，成型工艺稳定，成型质量的稳定性得到保证，降低磨具制备成本。

Description

一种磨料规则排布磨具的快速成型装置及方法

技术领域

本发明属于磨具生产制造技术领域，特别涉及一种磨料规则排布磨具的快速成型装置及方法。

背景技术

在机械加工领域，磨削加工一般用于表面质量要求较高的零部件，而磨具（砂轮、磨盘、锯片等）作为磨削加工工具，其制备工艺至关重要；尤其是直接参与磨削加工的磨料层的内部结构和制备工艺对加工工件的表面质量和磨具使用性能有着重要影响。磨具的磨料层通常由磨料和结合剂、填料等组成，其传统制备工艺一般采用混料后通过压机、高温烧结炉或其他成型设备进行成型，大部分操作工序都是由人工完成。由于磨料体积较小、形状不规则，较难使其位置得到可控，其在磨具的磨料层中通常以随机排布方式存在。

传统磨具制备工艺存在以下诸多不足：

（1）磨料位置随机，传统磨具制备工艺中磨料随机分布的状态使得磨具的使用性能存在诸多不稳定因素，造成工件磨削质量稳定性差、磨具使用性能和寿命可控性低等问题；

（2）磨具的制备工艺较复杂，由于存在诸多不稳定因素，产品质量难以保证；

（3）磨具的制备周期较长，难以满足目前多变市场条件下的客户的需求；

（4）磨具的制备工艺过程需大量的人力、物力，制造成本较高，同时不符合绿色制造的要求。

随着科学技术的进步和人们生活水平的提高，制造业对磨具的要求越来越高。3D打印快速成型技术是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。由于该类成型技术有着制造工艺简单，材料选择范围广、成本低、材料利用率高，成型速度快等特点得到迅速推广和应用，同时也将给磨具制造领域带来突破性的变革。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种制备周期短、工艺简单、磨料排布形式可控、产品质量好、成本低的磨料规则排布磨具的快速成型装置及方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种磨料规则排布磨具的快速成型装置，包括水平旋转式工作台、步进电机、光固化光路系统、磨具载体和送料机构，工作台与步进电机连接传动，工作台内设有加热装置，磨具载体通过定位机构设在工作台上，磨具载体为圆盘型结构，磨具载体中心与工作台的回转中心一致，光固化光路系统和送料机构分别位于磨具载体上方，送料机构包括料仓、振动筛和刮料板，料仓上端设有进料口，料仓下端设有出料口，振动筛设在出料口下方，刮料板位于振动筛后侧并位于磨具载体上方，刮料板与料仓固定连接并位于振动筛下方。

所述水平旋转式工作台、步进电机、光固化光路系统、磨具载体和送料机构均设在环境保护系统内，环境保护系统为一密闭壳体。

一种磨料规则排布磨具的快速成型方法，包括以下具体步骤，

（1）、通过计算机上的三维软件对所需的磨具进行3D建模，并将模型转化后的STL文件和横截面切片处理所得的数据输入光固化光路系统；

（2）、将磨具载体通过定位机构安装固定到工作台上，启动加热装置对磨具载体进行预热；

（3）、预热温度达到100-300℃后，步进电机带动工作台在设定转速在0.1-2m/s下进行连续地旋转，在料仓内加入由结合剂、添加剂、磨料混合均匀而成呈粒状的成型粉料，启动振动筛，成型粉料通过振动筛平铺在磨具载体上，振动筛的振动下料采用矩形脉冲信号控制，待磨具载体相应位置布满成型粉料后振动筛停止工作，振动筛后面的刮料板通过工作台的旋转将磨具载体上的粉料层按照成型层厚度均匀刮平；

（4）、成型粉料刮平后，光固化光路系统按照设定程序对磨具载体上的成型粉料进行扫描，将粉料层固化；根据设定的磨料在磨料层中的排布方式，经光固化光路系统扫描过的成型粉料被固结在一起，未被扫描的粉料被清理回收；

（5）、粉料层固化后，工作台下降一个粉料层的厚度，再重复实施步骤（3）和（4），直至完成整个磨具成型。

所述快速成型是在密闭壳体内的真空条件下或具有氩气或氮气的保护环境下进行的。

采用上述技术方案，本发明中的各个部件或的具体作用具体如下：

环境保护系统：真空或气体保护环境，在粉料光固化过程中起保护作用；

光固化光路系统：将成型粉料固结在一起；

料仓：用于盛装成型粉料；

成型粉料：结合剂及填料的均匀混合；

刮料板：将平铺到磨具载体上的将成型粉料刮平；

粉料层：成型粉料固化后的状态；

磨具载体：成型粉料固化的载体；

工作台：具有加热和旋转及升降功能，实现成型粉料的排布和固化；

磨料：普通磨料或超硬磨料或多种磨料混合；

结合剂及填料：与磨料固结构成磨具磨料层；

振动筛：将成型粉料均匀散布于磨具载体上。

本发明与传统磨具成型方法相比，具有以下优点：

1、实现了磨料在磨具中的规则排布。磨料的排布方式得到一定程度地可控，使得磨具内部结构得到优化。

2、磨具成型周期短。利用该成型方法可使磨具制备周期大大缩短。

3、成型工艺稳定。针对不同的磨具可设定相应的成型程序，避免了人为因素的影响，使成型质量的稳定性得到保证。

4、降低磨具制备成本。该成型方法不需要大功率成型压机和高温烧结炉等设备，减少了能耗，降低了磨具制备成本，同时适应了绿色制造的发展趋势。

5、该成型方法操作简单，使用方便，提高了生产效率。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中送料机构的侧视图；

图3是采用本发明生产出来的磨具的磨料层结构示意图；

图4是本发明中振动电机采用矩形脉冲信号控制的示意图。

具体实施方式

如图1和图2所示，本发明的一种磨料规则排布磨具的快速成型装置，包括水平旋转式工作台1、步进电机2、光固化光路系统3、磨具载体4和送料机构，工作台1与步进电机2连接传动，工作台1内设有加热装置6，磨具载体4通过定位机构7（是一种夹具，属于现有技术）设在工作台1上，磨具载体4为圆盘型结构，磨具载体4中心与工作台1的回转中心一致，光固化光路系统3和送料机构分别位于磨具载体4上方，送料机构包括料仓8、振动筛9和刮料板10，料仓8上端设有进料口，料仓8下端设有出料口，振动筛9设在出料口下方，刮料板10位于振动筛9后侧并位于磨具载体4上方，刮料板10与料仓8固定连接并位于振动筛9下方。

水平旋转式工作台1、步进电机2、光固化光路系统3、磨具载体4和送料机构均设在环境保护系统内，环境保护系统为一密闭壳体11。

快速成型装置的具体工作使用过程为：

（1）、通过计算机上的三维软件对所需的磨具进行3D建模，并将模型转化后的STL文件和横截面切片处理所得的数据输入光固化光路系统3；

（2）、将磨具载体4通过定位机构7安装固定到工作台1上，启动加热装置6对磨具载体4进行预热；

（3）、预热温度达到100-300℃后，步进电机带动工作台在设定转速在0.1-2m/s下进行连续地旋转，在料仓8内加入由结合剂、添加剂、磨料混合均匀而成呈粒状的成型粉料12，启动振动筛9，成型粉料12通过振动筛9平铺在磨具载体4上，振动筛9的振动下料采用矩形脉冲信号控制，待磨具载体4相应位置布满成型粉料12后振动筛9停止工作，振动筛9后面设置的刮料板10通过工作台1的旋转将磨具载体4上的粉料层13按照成型层厚度均匀刮平；振动筛9由振动电机驱动，振动电机在图中未示意出来。

（4）、成型粉料12刮平后，光固化光路系统3按照设定程序对磨具载体4上的成型粉料12进行扫描，将粉料层13固化；根据设定的磨料在磨料层中的排布方式，经光固化光路系统3扫描过的成型粉料12被固结在一起，未被扫描的粉料被清理回收；

（5）、粉料层13固化后，工作台1下降一个粉料层13的厚度，再重复实施步骤（3）和（4），直至完成整个磨具成型。

如图4所示，T1这段时间内，振动筛处于静止状态，T2这段时间，振动筛振动运行进行铺料操作，T3这段时间，铺料操作完成，振动筛静止，进行光固化操作，这样依次循环进行下去，直到整个磨具成型。T1、T2、T3可以根据实际作业情况进行调节。

快速成型是在密闭壳体内的真空条件下或具有氩气或氮气的保护环境下进行的。

生产制造出来的磨具如图3所示，正六边形为磨料14在结合剂及填料15当中均匀规则排布。本发明中光固化光路系统3为现有成熟技术，加热装置6为电炉丝或加热棒，具体构造不再赘述。

本发明的一种磨料规则排布磨具的快速成型方法，包括以下具体步骤，

（1）、通过计算机上的三维软件对所需的磨具进行3D建模，并将模型转化后的STL文件和横截面切片处理所得的数据输入光固化光路系统3；

（2）、将磨具载体4通过定位机构7安装固定到工作台1上，启动加热装置6对磨具载体4进行预热；

（3）、预热温度达到100-300℃后，步进电机带动工作台在设定转速在0.1-2m/s下进行连续地旋转，在料仓8内加入由结合剂、添加剂、磨料混合均匀而成呈粒状的成型粉料12，启动振动筛9，成型粉料12通过振动筛9平铺在磨具载体4上，振动筛9的振动下料采用矩形脉冲信号控制，待磨具载体4相应位置布满成型粉料12后振动筛9停止工作，振动筛9后面设置的刮料板10通过工作台1的旋转将磨具载体4上的粉料层13按照成型层厚度均匀刮平；

（4）、成型粉料12刮平后，光固化光路系统3按照设定程序对磨具载体4上的成型粉料12进行扫描，将粉料层13固化；根据设定的磨料在磨料层中的排布方式，经光固化光路系统3扫描过的成型粉料12被固结在一起，未被扫描的粉料被清理回收；

（5）、粉料层13固化后，工作台1下降一个粉料层13的厚度，再重复实施步骤（3）和（4），直至完成整个磨具成型。

本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (4)

1.一种磨料规则排布磨具的快速成型装置，其特征在于：包括水平旋转式工作台、步进电机、光固化光路系统、磨具载体和送料机构，工作台与步进电机连接传动，工作台内设有加热装置，磨具载体通过定位机构设在工作台上，磨具载体为圆盘型结构，磨具载体中心与工作台的回转中心一致，光固化光路系统和送料机构分别位于磨具载体上方，送料机构包括料仓、振动筛和刮料板，料仓上端设有进料口，料仓下端设有出料口，振动筛设在出料口下方，刮料板位于振动筛后侧并位于磨具载体上方，刮料板与料仓固定连接并位于振动筛下方。

2.根据权利要求1所述的一种磨料规则排布磨具的快速成型装置，其特征在于：所述水平旋转式工作台、步进电机、光固化光路系统、磨具载体和送料机构均设在环境保护系统内，环境保护系统为一密闭壳体。

3.根据权利要求2所述的一种磨料规则排布磨具的快速成型方法，其特征在于：包括以下具体步骤，

（1）、通过计算机上的三维软件对所需的磨具进行3D建模，并将模型转化后的STL文件和横截面切片处理所得的数据输入光固化光路系统；

（2）、将磨具载体通过定位机构安装固定到工作台上，启动加热装置对磨具载体进行预热；

（3）、预热温度达到100-300℃后，步进电机带动工作台在设定转速在0.1-2m/s下进行连续地旋转，在料仓内加入由结合剂、添加剂、磨料混合均匀而成呈粒状的成型粉料，启动振动筛，成型粉料通过振动筛平铺在磨具载体上，振动筛的振动下料采用矩形脉冲信号控制，待磨具载体相应位置布满成型粉料后振动筛停止工作，振动筛后面的刮料板通过工作台的旋转将磨具载体上的粉料层按照成型层厚度均匀刮平；

（4）、成型粉料刮平后，光固化光路系统按照设定程序对磨具载体上的成型粉料进行扫描，将粉料层固化；根据设定的磨料在磨料层中的排布方式，经光固化光路系统扫描过的成型粉料被固结在一起，未被扫描的粉料被清理回收；

（5）、粉料层固化后，工作台下降一个粉料层的厚度，再重复实施步骤（3）和（4），直至完成整个磨具成型。

4.根据权利要求3所述的一种磨料规则排布磨具的快速成型方法，其特征在于：所述快速成型是在密闭壳体内的真空条件下或具有氩气或氮气的保护环境下进行的。