CN104044090B - 砂轮环分层压制成型方法及成型装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及砂轮环分层压制成型方法及成型装置，砂轮环分层压制成型方法包括以下步骤，第一步，将一块砂轮环的型料分成至少两份，通过驱动机构调整下压头的上下高度；第二步，向模具内环、模具外环之间投入第一份型料，对第一份型料进行双向压制；第三步，上压头上移复位，通过驱动机构带动下压头下移，然后向模具内环、模具外环中投入第二份型料，通过上、下压头和第一反向压制机构配合对第二份型料进行双向压制，随后重复第三步，直至第n份型料压制完成，各份双向压制完成的型料一起构成砂轮环坯料。本发明提供了一种可使砂轮环分层压制成型进而减小砂轮环各位置间组织密度差异的砂轮环分层压制成型方法及砂轮环分层压制成型装置。

Description

砂轮环分层压制成型方法及成型装置

技术领域

本发明涉及砂轮环分层压制成型方法及成型装置。

背景技术

陶瓷超硬磨料制品比如说砂轮在磨削领域中占有重要地位，其具体结构如图1所示：包括基体1及通过粘接剂2固设于基体上的磨料层，对应直径在一定尺寸范围内的超硬材料砂轮，磨料层通常是一个整体式的砂轮环3，砂轮环是制品参与磨削加工的主体部分，砂轮环的制备工艺直接影响制品的使用性能和加工质量，压制成型工艺是磨料制备过程中至关重要的工序，对砂轮环成品组织均匀性有着直接的影响。现有的压制过程如图2~3所示：使用具有上压头4、下压头9、模具内环7-1、模具外环7-2的成型装置对砂轮环进行成型，模具内环和模具外环围成环形的模腔，压制成型前，需将磨料、结合剂和润湿剂等混合均匀形成型料8，在型料中，结合剂在润湿剂作用下包裹在磨料表面，由于型料具有一定的湿度，流动性较差，给压制成型操作带来一定的困难，目前压制操作均由手工完成。模具外环与压机压头5之间设置有用于控制砂轮环成型高度的上垫块6，模具外环与压机底座10之间通过反向压制机构连接，反向压制机构用于实现对型料的反向压制，通过反向压制机构与压机压头配合可以实现对砂轮环的双向压制，反向压制机构包括设置于模腔与压机底座之间的下垫块11，在使用时，首先手工将型料投入到模腔中，并用刮料板手工刮平，压机压头首先带着上压头下移对模腔中的型料进行压制，当压机压头与上垫块接触后，压机压头泄压，手工将下垫块去除，压机压头再次对上压头施压，压机压头带着模具外环一起下移，此时下压头会完全压入模腔中，根据相对移动原理，相当于下压头上移，实现单向压机上的双向压制。现有的这种成型方式存在的问题在于：1、双向压制是分步实现的，两次压力大小存在差异，导致型料厚度方向的密度一致性难以控制，去除下垫块的操作不仅在制备工艺中步骤繁琐，同时去除下垫块的过程中也容易影响模具的定位，导致成型后制品的均匀性受到影响，另外在实现双向压制时，模具内环并未随压机压头一起向下运动，因此这并非是真正意义上的双向压制；2、这种压制方法使得砂轮环上下两部位的密度比中部位置大，尤其是在压制厚度较大的条件下，组织密度差较大，内部存在较大的应力，使得砂轮环在烧成过程中易出现裂纹、变形量大等缺陷，同时造成砂轮环在使用过程中的消耗速度不同，影响制品的使用性能和加工质量；3、手工将型料投置到模腔中，易造成型料分布不均匀，手工刮平的稳定性差，在压制厚度较大的砂轮环时，此现象更为明显。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可使砂轮环分层压制成型进而减小砂轮环各位置间组织密度差异的砂轮环分层压制成型方法；本发明的目的还在于提供一种为实施上述成型方法而专门设计的砂轮环分层压制成型装置。

为了解决上述问题，本发明中砂轮环分层压制成型方法的技术方案为：

砂轮环分层压制成型方法，该方法包括以下步骤，第一步，将一块砂轮环的型料分成至少两份，分别为第一份型料、第二份型料、······第n份型料，n为大于等于零的正整数，通过驱动机构调整下压头的上下高度，使上压头在下移行程末端时上、下压头之间的间距等于第一份型料的设计成型厚度；第二步，向模具内环、模具外环之间投入第一份型料，通过上、下压头和模具外环与压机底座之间的第一反向压制机构配合对第一份型料进行双向压制；第三步，上压头上移复位，通过驱动机构带动下压头下移，使上压头在下移行程末端时上、下压头之间的间距等于第一份、第二份型料的设计成型厚度之和，然后向模具内环、模具外环中投入第二份型料，通过上、下压头和第一反向压制机构配合对第二份型料进行双向压制，随后重复第三步，直至第n份型料压制完成，各份双向压制完成的型料一起构成砂轮环坯料。

压机底座包括固定台，第一反向压制机构包括设置于模具外环与固定台之间的第一弹性件和设置于固定台上的用于与所述模具外环限位配合以限制模具外环向下移动极限的第一挡止结构。

模具内环与固定台之间设置有第二反向压制机构，第二反向压制机构包括设置于模具内环与固定台之间的第二弹性件和设置于固定台上的用于与所述模具内环限位配合以限制模具内环向下移动极限的第二挡止结构，在对各份型料双向压制过程中，模具内环的上端受压机压头顶推也随压机压头一起下移。

本发明中砂轮环分层压制成型装置的技术方案为：

砂轮环分层压制成型装置，包括下压头、模具内环、模具外环和压机底座，模具内环、模具外环围成模腔，模具外环与压机底座之间设置有第一反向压制机构，压机底座上设置有与所述下压头传动连接以驱动下压头上下运动的驱动机构。

驱动机构具有能够输出上下方向直线动作的直线动作输出端，所述下压头固设于所述直线动作输出端上。

砂轮环分层压制成型装置还包括竖向设置的移动式料斗，移动式料斗的底部设置有滤网，移动式料斗上连接有振动源，移动式料斗的下端连接有用于伸入到模腔中的竖向漏嘴，竖向漏嘴的长度不小于模腔的深度，振动源上设置有驱动移动式料斗上下升降的升降调节机构。

所述振动源设置于振动源底座上，振动源底座上设置有轴线沿上下方向延伸的用于与模具外环的外周面接触滚动配合的第一定位滚轮和第二定位滚轮，所述移动式料斗位于第一、第二定位滚轮连线的垂直平分线上，压机底座设置于一旋转平台上。

压机底座包括固定台，所述第一反向压制机构包括设置于模具外环与固定台之间的第一弹性件和设置于固定台上的用于与所述模具外环限位配合以限制模具外环向下移动极限的第一挡止结构。

所述第一挡止结构包括竖向设置的外环支柱，外环支柱的上端具有阶梯轴结构，阶梯轴结构具有上下设置的小径段和大径段，所述第一弹性件包括套设于所述小径段上的弹簧，所述小径段具有用于与模具外环限位配合的上端面。

砂轮环分层压制成型装置还包括压机压头，模具内环具有用于与压机压头顶推配合的上端面，模具内环与固定台之间设置有第二反向压制机构，第二反向压制机构包括设置于模具内环与固定台之间的第二弹性件和设置于固定台上的用于与所述模具内环限位配合以限制模具内环向下移动极限的第二挡止结构。

本发明的有益效果为：本发明中对砂轮环坯料采取了分层成型，先将一块砂轮环的型料分成至少两份，分别为第一份型料、第二份型料、······第n份型料，n为大于等于零的正整数，通过驱动机构调整下压头的上下高度，使上压头在下移行程末端时上、下压头之间的间距等于第一份型料的设计成型厚度；第二步，向模具内环、模具外环之间投入第一份型料，通过上、下压头和模具外环与压机底座之间的第一反向压制机构配合对第一份型料进行双向压制；第三步，上压头上移复位，通过驱动机构带动下压头下移，使上压头在下移行程末端时上、下压头之间的间距等于第一份、第二份型料的设计成型厚度之和，然后向模具内环、模具外环中投入第二份型料，通过上、下压头和第一反向压制机构配合对第二份型料进行双向压制，随后重复第三步，直至第n份型料压制完成，各份双向压制完成的型料一起构成砂轮环坯料。这样砂轮环坯料是分层压制完成的，各层砂轮环坯料的组织密度几乎没有差异，从而使得最终压制出的砂轮环的组织密度差异减小，尤其对高厚度砂轮环的压制，消除了较大的密度梯度差异。

附图说明

图1是本发明背景技术中砂轮的结构示意图；

图2是本发明背景技术中砂轮环成型装置的使用状态图1；

图3是本发明背景技术中砂轮环成型装置的使用状态图2；

图4是本发明中砂轮环分层压制成型装置的实施例的结构示意图；

图5是图4的立体图；

图6是图5的分解图。

具体实施方式

砂轮环分层压制成型装置的实施例如图4~6所示：包括上压头24、下压26头、压机压头12、压机底座、模具内环23和模具外环25，模具内环、模具外环围成模腔，上压头与压机压头一体设置，模具内环、模具外环上下等高，它们均可以与压机压头顶推配合，模具外环与压机底座之间设置有第一反向压制机构，模具内环与压机底座之间设置有第二反向压制机构，压机底座设置于一旋转平台（图中未示出）上，压机底座包括底板29及固设于底板上的固定台20，第一反向压制机构包括固设于固定台20上的用于与模具外环限位配合以限制模具外环向下移动极限的第一挡止结构，第二反向压制机构包括固设于固定台上的用于与模具内环限位配合以限制模具内环向下移动极限的第二挡止结构，第一挡止结构包括竖向设置的外环支柱18，第二挡止结构包括竖向设置的内环支柱31，外环支柱、内环支柱的上端均为阶梯轴结构，阶梯轴结构包括上下设置的小径段21和大径段，第一反向压制机构还包括套设于外环支柱的小径段上的第一弹簧17，第二反向压制机构还包括套设于内环支柱的小径段上的第二弹簧22，模具外环、模具内环上分别开设有供对应弹簧装入的弹簧安装槽，为了防止压坏对应弹簧，外环支柱的上端面与模具外环之间的距离大于第一弹簧在上下方向上的最大压缩量，内环支柱的上端面与模具内环之间的距离大于第二弹簧在上下方向上的最大压缩量。压机底座上设置有与所述下压头传动连接以驱动下压头上下运动的驱动机构28，驱动机构具有能够输出上下方向直线动作的直线动作输出端，下压头固设于所述直线动作输出端上，在本实施例中驱动机构包括步进电机，步进电机设置于固定台中，步进电机的电机轴上固设有丝母，直线动作输出端为与丝母配合传动的竖向丝杠和固设于竖向丝杠上的升降盘27，下压头26通过下压头支柱19固定于升降盘上，下压头支柱与下压头螺纹连接，固定台的台面开设有供下压头支柱导向穿设的支柱穿孔。砂轮环分层压制成型装置还包括竖向设置的移动式料斗13，移动式料斗由有机高分子材料制成，高分子材料制成的移动式料斗可以避免粘料，移动式料斗的底部设置有滤网，移动式料斗的下端连接有用于伸入到模腔中的竖向漏嘴30，竖向漏嘴的长度与模腔的深度相同，移动式料斗通过变幅板14连接有振动源15，振动源15为一个电磁振动器，振动源上设置有驱动移动式料斗上下升降的升降调节机构，升降调节机构包括一个步进电机，在步进电机驱动下可实现移动式料斗的上下升降调整。振动源设置于振动源底座16上，振动源底座上设置有轴线沿上下方向延伸的用于与模具外环的外周面接触滚动配合的第一定位滚轮和第二定位滚轮32，移动式料斗位于第一、第二定位滚轮的垂直平分线上，振动源底座上于第一、第二定位滚轮之间设有内凹槽，在需要投料时，第一、第二定位滚轮与模具外环的外周面接触滚动配合，通过此方式可实现移动式料斗始终处于模具内、外环的径向方向，工作时，旋转平台可以带着压机底座旋转，移动式料斗安装设定速度缓慢上升，实现对型料的刮平功能。

本砂轮环分层压制成型装置的使用过程为：首先要通过驱动机构调整下压头的上下高度，使上压头在下移行程末端时上、下压头之间的间距等于第一份型料的设计成型厚度，设计成型厚度是根据砂轮环的设计密度和砂轮环的重量计算得来的，砂轮环的重量除以设计密度就得到砂轮环的体积，砂轮环的体积再除以砂轮环的截面积就得到砂轮环的设计成型厚度，砂轮环的设计密度、砂轮环的重量和砂轮环的截面积均为已知值，因此设计成型厚度也很容易算得，具体的调整过程为，试压一次，使上压头进入模腔，压机压头压着模具内环、模具外环同时下移，模具外环、模具内环分别同时被外环支柱、内环支柱挡止时，启动步进电机使下压头与上压头接触，然后启动步进电机使下压头下移第一份型料的设计成型厚度即可。然后将第一份型料通过移动式料斗投入模腔中，移动式料斗中刚玉球可以增大型料的流动性，加快型料的下落速度，变幅板可以增加振动源的振动效果，电磁振动器可以设置振动频率和振动幅度，在投料过程中，模具内、外环随着压机底座旋转，移动式料斗上的竖向漏嘴可以将型料刮平，第一份型料投入完成后，将移动式料斗移走，压机压头带动上压头下移，上压头进入模腔中，随后压机压头压着模具外环和模具内环克服对应弹簧的作用力下移，由于此时下压头固定不动，所以相当于下压头对第一份型料的下侧施压，因此实现了对型料的双向施压，模具外环、模具内环分别触及到外环支柱、内环支柱的上端时，第一份型料的压制过程结束，随后压机压头上移复位，驱动机构驱动下压头下移第二份型料的设计成型厚度，向模腔中投入第二份型料，压机压头带着上压头下移来对第二份型料进行压制成型，如此循环直至所有份型料完全压制成型，这样就形成了一个完整的砂轮环坯料，然后驱动机构将砂轮环坯料由模腔中顶出即可。

第一、第二反向压制机构可以实现不停机连续双向压制，型料的密度容易得到控制，同时还不需要去除垫块等步骤，同时在双向压制时，模具内环也随着压机压头一起下移，实现了真正意义上的双向压制；振动投料使型料分布均匀，同时竖向漏嘴还能对各份型料进行刮平处理，刮平效果一致。在本砂轮环分层压制装置的其它实施例中：步进电机还可以通过齿轮齿条对下压头进行传动，齿轮齿条中的齿轮固设于步进电机的电机轴上，齿轮齿条中的齿条竖向设置，下压头固设于齿条上；当然步进电机还可以被气压缸、液压缸、电动推杆等其它具有直线动作输出端的驱动机构代替，驱动机构还可以不具有齿轮齿条机构，比如说驱动机构为一个由马达驱动的凸轮，下压头被凸轮顶压，同时下压头在模腔的导向作用下可以被凸轮顶推而上下运动；升降调节机构也可以采用和驱动机构相同的结构；变幅板也可以不设，此时振动源可以直接设置于移动式料斗上；移动式料斗还可以不设，此时可以通过人工手动投料；第一、第二弹簧还可以被橡胶等其它弹性件代替；第一、第二弹簧也可以不套设于对应支柱的小径段上，比如说第一弹簧顶设于固定台与模具外环之间，第二弹簧顶设于固定台与模具内环之间，此时第一弹簧可以套设于外环支柱上，通过外环支柱对第一弹簧进行导向，第一弹簧也可以设置于外环支柱外围，通过且它结构对第一弹簧进行导向；外环支柱、内环支柱均可以被挡块、挡套等其它能够限制模具外环、模具环向下移动极限的挡止结构代替；第二反向压制机构还可以不设，第一反向压制机构的设置形式还可以是现有技术中的垫块形式；压机压头和上压头也可以分体设置；竖向漏嘴的高度还可以高于模腔的深度。

砂轮环分层压制成型方法的实施例如图4~6所示：该方法包括以下步骤，第一步，将一块砂轮环的型料分成至少两份，分别为第一份型料、第二份型料、······第n份型料，n为大于等于零的正整数，通过驱动机构调整下压头的上下高度，砂轮环分层压制成型装置与上述各砂轮环分层压制成型装置实施例相同，使上压头在下移行程末端时上、下压头之间的间距等于第一份型料的设计成型厚度，通过砂轮环分层压制成型装置调整下压头的过程为：使上压头进入模腔，压机压头压着模具内环、外环下移，当模具内环、外环被挡止时，启动步进电机使下压头与上压头接触，然后启动步进电机使下压头下移第一份型料的设计成型厚度即可；第二步，旋转平台带动压机底座旋转，通过移动式料斗向模具内环、模具外环之间投入第一份型料，移动式底座的竖向漏嘴可以将投入到模腔中的第一份型料挂平，在投料结束后，移走移动式料斗，通过上、下压头和模具外环与压机底座之间的第一反向压制机构配合对第一份型料进行双向压制；第三步，上压头上移复位，通过驱动机构带动下压头下移，使上压头在下移行程末端时上、下压头之间的间距等于第一份、第二份型料的设计成型厚度之和，然后向模具内环、模具外环中投入第二份型料，通过上、下压头和第一反向压制机构配合对第二份型料进行双向压制，随后重复第三步，直至第n份型料压制完成，各份双向压制完成的型料一起构成砂轮环坯料，最后上压头上移复位，通过驱动机构将砂轮环坯料由模腔中顶出。

压机底座包括固定台，第一反向压制机构包括设置于模具外环与固定台之间的第一弹性件和设置于固定台上的用于与所述模具外环限位配合以限制模具外环向下移动极限的第一挡止结构。

模具内环与固定台之间设置有第二反向压制机构，第二反向压制机构包括设置于模具内环与固定台之间的第二弹性件和设置于固定台上的用于与所述模具内环限位配合以限制模具内环向下移动极限的第二挡止结构，在对各份型料双向压制过程中，模具内环的上端受压机压头顶推也随压机压头一起下移。由于砂轮环分层压制成型装置与上述各分层压制成型装置实施例相同，所以此处对砂轮环分层压制成型装置的其它具体结构不再详述。在本砂轮环分层压制成型方法的其它实施中：在对模腔中投料时，也可以不使用移动式料斗，比如说人力手工投料；各份型料也可以不是等份；当第一反向压制机构采用垫块式反向压制机构时，第一反向压制机构还可以不设，对型料的双向压制过程为：上压头受压下移前，模具外环与压机底座之间垫设有第一垫块，当压机压头与模具外环接触后，将第一垫块更换成高度低于第一垫块的第二垫块，第一、第二垫块之间的高度差可以实现下压头对型料的反向压制，在对第二份型料进行压制时，需要将第二垫块更换成高度低于第二垫块的第三垫块；也可以不使用下压头将砂轮环坯料由模腔中顶出，而是使用其它的顶推机构将砂轮环坯料由模腔中顶出；如果是生产线式的操作，即每次下压头的调整位置均是已知的，那么可以在下压头旁设置沿上下方向延伸的刻度值，每次将下压头调整到对应刻度即可，此时不需要试压过程。

Claims (8)

1.砂轮环分层压制成型方法，其特征在于：该方法包括以下步骤，第一步，将一块砂轮环的型料分成至少两份，分别为第一份型料、第二份型料、······第n份型料，n为大于等于二的正整数，通过驱动机构调整下压头的上下高度，使上压头在下移行程末端时上、下压头之间的间距等于第一份型料的设计成型厚度；第二步，向模具内环、模具外环之间投入第一份型料，通过上、下压头和模具外环与压机底座之间的第一反向压制机构配合对第一份型料进行双向压制；第三步，上压头上移复位，通过驱动机构带动下压头下移，使上压头在下移行程末端时上、下压头之间的间距等于第一份、第二份型料的设计成型厚度之和，然后向模具内环、模具外环中投入第二份型料，通过上、下压头和第一反向压制机构配合对第二份型料进行双向压制，随后重复第三步，直至第n份型料压制完成，各份双向压制完成的型料一起构成砂轮环坯料。

2.根据权利要求1所述的砂轮环分层压制成型方法，其特征在于：压机底座包括固定台，第一反向压制机构包括设置于模具外环与固定台之间的第一弹性件和设置于固定台上的用于与所述模具外环限位配合以限制模具外环向下移动极限的第一挡止结构。

3.根据权利要求2所述的砂轮环分层压制成型方法，其特征在于：模具内环与固定台之间设置有第二反向压制机构，第二反向压制机构包括设置于模具内环与固定台之间的第二弹性件和设置于固定台上的用于与所述模具内环限位配合以限制模具内环向下移动极限的第二挡止结构，在对各份型料双向压制过程中，模具内环的上端受压机压头顶推也随压机压头一起下移。

4.专用于实施权利要求1所述的砂轮环分层压制成型方法的砂轮环分层压制成型装置，包括上压头、下压头、模具内环、模具外环和压机底座，模具内环、模具外环围成模腔，模具外环与压机底座之间设置有第一反向压制机构，其特征在于：压机底座上设置有与所述下压头传动连接以驱动下压头上下运动的驱动机构，压机底座包括固定台，所述第一反向压制机构包括设置于模具外环与固定台之间的第一弹性件和设置于固定台上的用于与所述模具外环限位配合以限制模具外环向下移动极限的第一挡止结构，砂轮环分层压制成型装置还包括压机压头，模具内环具有用于与压机压头顶推配合的上端面，模具内环与固定台之间设置有第二反向压制机构，第二反向压制机构包括设置于模具内环与固定台之间的第二弹性件和设置于固定台上的用于与所述模具内环限位配合以限制模具内环向下移动极限的第二挡止结构。

5.根据权利要求4所述的砂轮环分层压制成型装置，其特征在于：驱动机构具有能够输出上下方向直线动作的直线动作输出端，所述下压头固设于所述直线动作输出端上。

6.根据权利要求4所述的砂轮环分层压制成型装置，其特征在于：砂轮环分层压制成型装置还包括竖向设置的移动式料斗，移动式料斗的底部设置有滤网，移动式料斗上连接有振动源，移动式料斗的下端连接有用于伸入到模腔中的竖向漏嘴，竖向漏嘴的长度不小于模腔的深度，振动源上设置有驱动移动式料斗上下升降的升降调节机构。

7.根据权利要求6所述的砂轮环分层压制成型装置，其特征在于：所述振动源设置于振动源底座上，振动源底座上设置有轴线沿上下方向延伸的用于与模具外环的外周面接触滚动配合的第一定位滚轮和第二定位滚轮，所述移动式料斗位于第一、第二定位滚轮连线的垂直平分线上，压机底座设置于一旋转平台上。

8.根据权利要求4所述的砂轮环分层压制成型装置，其特征在于：所述第一挡止结构包括竖向设置的外环支柱，外环支柱的上端具有阶梯轴结构，阶梯轴结构具有上下设置的小径段和大径段，所述第一弹性件包括套设于所述小径段上的弹簧，所述小径段具有用于与模具外环限位配合的上端面。