CN104526592A - 磨料多层有序排布的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种磨料多层有序排布的装置，包括可形成正压或负压的腔体，所述腔体由上方的缸套和底端的隔板围成，所述隔板上设有有序排布的通孔，所述各通孔中固定接有吸管，所述吸管的顶端位于腔体内，底端从通孔中穿出至隔板下方。本发明还涉及该装置的有序排布方法。本发明吸管吸附磨粒后放入金属胎体粉末中，由于吸管在隔板中可预先有序排布，那么磨粒即能在金属胎体粉末中的某个平面中有序排布，而且吸管能够根据需要来调整插入金属胎体粉末中的深度，因此磨粒也能在金属胎体粉末中呈由内向外的多层排布，使用本发明中的装置和方法能够快速、便捷的对磨料进行多层有序排布。本发明可应用于磨粒的多层有序排布。
Description
技术领域
本发明涉及磨料磨具制造领域，特别是一种磨料多层有序排布的装置和方法。
背景技术
常规超硬材料工具里磨料在胎体中是随机分布/无序排列的，因此容易产生偏析。在磨粒富集区，磨粒浓度高、锯切力小、易被抛光与磨损，不能有效利用而浪费，同时易于堵塞与阻碍岩屑的排除，致使磨削效率下降；在磨粒稀少区，由于承受工作负荷过大，冲击力大，磨粒易于碎裂与脱落。虽然常在磨具制造中加入充分混料和造粒工艺，但不能从根本上解决问题。近年来国内外在磨粒有序排布方面做了很多工作尝试，大量实验表明，如果人为有序的控制磨粒在胎体中的位置，使之根据不同磨削条件和材料下进行磨削，能极大改善工具性能，延长寿命，提高磨削表面质量，且减少磨粒用量，节能高效。
目前，国内外各实验室和磨具公司对有序排布磨具进行了实验和探究，尤其是在锯片磨削性能上取得了一定经验，并总结和研发了一系列行之有效的有序排布方法是实验装置。但是，要想实现有序排布磨具的大规模工业化生产还有一定难度。我国台湾中国砂轮公司宋健民博士提出的专利技术（U.S.Pantent..6，039，641).即用模板法实施金刚石均匀分布/有序排列，该方法可精确有序排布金刚石有序磨粒。由瑞士ETH机床与加工研究所G.Burkhard博士等提出的专利技术（EP1208345A)，是采用静电排布法，可在棒料圆盘体上进行有序排布。韩国新韩公司开发的ARIX自动排布系统，可在刀头中均匀有序排布金刚石磨料，该工艺自动化层度高。
在模板法基础上，郭和惠研制的“真空布料机（申请号：200820061656.4）”是将布料通孔模板中的金刚石磨料通过震动器震动落料，效率较高。南航的肖冰教授提出的新型磨料有序排布系统是在落料模板基础上用真空腔吸附磨料，磨料与胎体薄片为接触式黏附固定，排布位置精度高，结构简单。但模板法存在的问题是落料位置发生错乱，排布不整齐问题明显，且不适合大规模生产。
此外，人们还使用激光钎焊法，一次性使用壳模布料法，筛网挤压法、漏网法、丝网印刷、开式散布、光刻法及基体结构化法等，对磨料有序排布进行研究实验，但均不能满足工业生产的需要。
发明内容
为了克服上述技术问题，本发明的目的在于提供一种简单、快捷的磨料多层有序排布的装置。
本发明所采用的技术方案是：
一种磨料多层有序排布的装置，包括可形成正压或负压的腔体，所述腔体由上方的缸套和底端的隔板围成，所述隔板上设有有序排布的通孔，所述各通孔中固定接有吸管，所述吸管的顶端位于腔体内，底端从通孔中穿出至隔板下方。
作为本发明的进一步改进，所述缸套上设有连通腔体的气压切换通道。
作为本发明的进一步改进，所述腔体内设有滤材，所述滤材位于气压切换通道与吸管的顶端之间。
作为本发明的进一步改进，所述缸套上设有震动器。
作为本发明的进一步改进，所述吸管密封连接在通孔中。
作为本发明的进一步改进，所述吸管穿出隔板的长度占吸管总长的1/3以上。
本发明还提供一种磨料多层有序排布方法，可重复而并不依赖于颗粒和基体形状，提高自动化程度，其采用的技术方案是：
包括以下步骤：
a. 将胎体金属粉末装入模具并预压；
b. 腔体内形成负压，各吸管分别吸附单颗磨粒；
c. 各吸管插入胎体金属粉末的内层；
d. 腔体内切换成正压，磨粒脱离吸管并定位在胎体金属粉末内，取出各吸管；
e. 重复步骤b至步骤d，每次重复均减少吸管插入胎体金属粉末的深度，从而形成由内向外的多个磨粒层。
作为本发明的进一步改进，步骤b中，通过震动吸管保证每根吸管仅吸附单颗磨粒。
作为本发明的进一步改进，步骤d中，吸管取出后对胎体金属粉末施加压力，保持粉末散布的均匀性和磨粒位置的准确性。
作为本发明的进一步改进，所述磨粒为金刚石或立方氮化硼。
本发明的有益效果是：本发明吸管吸附磨粒后放入金属胎体粉末中，由于吸管在隔板中可预先有序排布，那么磨粒即能在金属胎体粉末中的某个平面中有序排布，而且吸管能够根据需要来调整插入金属胎体粉末中的深度，因此磨粒也能在金属胎体粉末中呈由内向外的多层排布，使用本发明中的装置和方法能够快速、便捷的对磨料进行多层有序排布。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明进一步说明。
图1是本发明装置的结构示意图；
图2是利用装置吸附磨粒的示意图；
图3是磨粒吸附的流程图；
图4是利用装置植入磨粒的示意图；
图5是磨粒植入的流程图；
图6是气压切换装置的示意图。
具体实施方式
如图1所示的磨料多层有序排布的装置，包括可形成正压或负压的腔体，腔体由上方的缸套1和底端的隔板2围成，隔板2厚度在2-5mm，其上布满有序排布的通孔，有序排布的形状可根据磨具的特性而定。各通孔中固定接有吸管3，吸管3为直管且两端开口，顶端的开口位于腔体内，吸管3底部从通孔中穿出至隔板2下方，并在底端形成用于吸附磨粒的底端开口。吸管3长度在12-40mm，内径在0.16-0.80mm，同时吸管3的内径应约为磨粒直径的2/3，避免磨粒吸入吸管3中。当腔体处于负压条件时，吸管3能够吸附底端开口处的磨粒；当腔体处于正压条件时，吸管3能够将磨粒喷出。
优选的，缸套1的顶部设有连通腔体的气压切换通道4，用于腔体内正压或负压的切换。如图6所示，气压切换通道4接有气压切换装置，包括连接气压切换通道4的一个换向阀7，以及分别连接在换向阀7两个接入口处的真空泵8和空气泵9，真空泵8用于对腔体抽真空，从而形成负压；空气泵9用于对腔体供气，使腔体形成正压。
吸管3吸附磨粒时会将磨粒周末的粉尘吸入腔体和真空泵中，而对腔体供气时也会将外界空气中的粉尘吸入腔体和吸管3中，为了保护真空泵和吸管3，腔体内设有滤材5，滤材5主要有海绵构成，位于气压切换通道4与吸管3的顶端之间。
优选的，缸套1的侧壁上设有震动器6。吸管3并非每次吸附都仅吸附单颗的磨粒，有时候一根吸管3能吸附到2颗甚至更多的磨粒，此时可开启震动器6，通过震动缸套1、隔板2和吸管3将吸力不强的磨粒震落，仅保持吸力最强的单颗磨粒留在吸管3上。
优选的，吸管3密封连接在通孔中，那么腔体与隔板2下方仅能通过吸管3连通，防止了吸管3与通孔之间漏气的发生。密封连接的方式可采用密封胶的形式密封连接。
另外，吸管3穿出隔板2下方的长度优选为占吸管3总长的1/3以上，能保证具有足够的植入深度。
实施例中还提供一种使用上述装置的磨料多层有序排布方法，包括以下步骤：
a. 将胎体金属粉末10装入模具11并预压，使其具有一定的致密度；
b. 如图2和图3所示，将各吸管3插入磨粒堆中，利用真空泵对腔体抽真空使腔体内形成负压，从而各吸管3吸附磨粒。如图3所示，将吸管3从磨粒堆中拔出，并开启震动器6，通过不同的震动频率（20～200Hz）将多余的磨粒震落至磨粒堆中，保持每根吸管3仅吸附单颗的磨粒；
c. 如图4和图5所示，保持腔体内负压状态，移动腔体至胎体金属粉末10上方，准备磨粒的植入；
d. 各吸管3按设定深度插入胎体金属粉末直至底层；
e. 关闭真空泵，开启空气泵对腔体供气使得腔体内切换成正压，通过气体的推动以及胎体金属粉末与磨粒之间的摩擦作用，磨粒脱离吸管3并定位在胎体金属粉末内，完成磨粒的单层植入；
f. 拔出各吸管3，重新对胎体金属粉末施加压力，保持粉末散布的均匀性和磨粒位置的准确性。
g. 重复步骤b至步骤f，但每次重复均减少吸管3插入胎体金属粉末的深度，从而形成由底部向顶部层叠布置的多个磨粒层；
h. 对胎体金属粉末、模具进行冷压成型和烧结，最终得到多层有序排布制品。
上述实施例中的磨粒为10-80目的金刚石，当然也可以为超硬材料，例如立方氮化硼等。
以上所述只是本发明优选的实施方式，其并不构成对本发明保护范围的限制。
Claims (10)
1.一种磨料多层有序排布的装置，其特征在于：包括可形成正压或负压的腔体，所述腔体由上方的缸套和底端的隔板围成，所述隔板上设有有序排布的通孔，所述各通孔中固定接有吸管，所述吸管的顶端位于腔体内，底端从通孔中穿出至隔板下方。
2.根据权利要求1所述的磨料多层有序排布的装置，其特征在于：所述缸套上设有连通腔体的气压切换通道。
3.根据权利要求2所述的磨料多层有序排布的装置，其特征在于：所述腔体内设有滤材，所述滤材位于气压切换通道与吸管的顶端之间。
4.根据权利要求1所述的磨料多层有序排布的装置，其特征在于：所述缸套上设有震动器。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的磨料多层有序排布的装置，其特征在于：所述吸管密封连接在通孔中。
6.根据权利要求1或2或3或4所述的磨料多层有序排布的装置，其特征在于：所述吸管穿出隔板的长度占吸管总长的1/3以上。
7.一种使用权利要求1至6中任一项所述装置的多层有序排布方法，其特征在于，包括以下步骤：
a. 将胎体金属粉末装入模具并预压；
b. 腔体内形成负压，各吸管分别吸附单颗磨粒；
c. 各吸管插入胎体金属粉末的内层；
d. 腔体内切换成正压，磨粒脱离吸管并定位在胎体金属粉末内，取出各吸管；
e. 重复步骤b至步骤d，每次重复均减少吸管插入胎体金属粉末的深度，从而形成由内向外的多个磨粒层。
8.根据权利要求7所述的多层有序排布方法，其特征在于：步骤b中，通过震动吸管保证每根吸管仅吸附单颗磨粒。
9.根据权利要求7所述的多层有序排布方法，其特征在于：步骤d中，吸管取出后对胎体金属粉末施加压力，保持粉末散布的均匀性和磨粒位置的准确性。
10.根据权利要求7或8或9所述的多层有序排布方法，其特征在于：所述磨粒为金刚石或立方氮化硼。
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