CN104552044A - 异形曲面回转体磨具单层磨粒的有序排布装置和方法 - Google Patents

异形曲面回转体磨具单层磨粒的有序排布装置和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种异形曲面回转体磨具单层磨粒的有序排布装置，包括分隔板和若干垂直穿过分隔板的针式吸附头，分隔板的后侧为抽真空腔，各针式吸附头包括连通的气体接入口和吸附口，气体接入口位于抽真空腔内，吸附口位于分隔板的前侧，各针式吸附头具有轴向来回移动的行程。本发明还涉及一种有序排布的方法。本发明根据基体异形回转曲面形状和尺寸，利用可轴向移动的针式吸附头仿形出待排布磨粒的基体表面后，用针式吸附头吸附磨粒并粘附于基体表面，由于磨粒被吸附后也形成了仿形面，磨粒粘附在基体表面后可准确的定位，因此单层磨粒在基体表面有序排布的工艺流程更加简单方便，从而提高工作效率。本发明可应用于钎焊中模具磨粒的有序排布。

Description

异形曲面回转体磨具单层磨粒的有序排布装置和方法
技术领域
本发明涉及超硬材料的钎焊制造领域，特别是一种异形曲面回转体磨具单层磨粒的有序排布装置和方法。
背景技术
钎焊单层金刚石工具是利用钎料在高温下的毛细作用，将金刚石磨粒与基体发生化学冶金结合固定，具有较高的结合强度和裸露高度，金刚石制品更加锋利，容屑空间大，不宜堵塞，磨料的利用率更高，且由于是单层钎焊，满足更高的磨削速度和工作强度要求。
    由于钎焊单层金刚石制品的优异性能，国内外对其设计、制造及其使用方面进行了许多有益探索研究，其中一个热点问题就是磨料的有序排布问题。传统金刚石制品的磨料是随机分布的，容易形成磨料的偏析和富集，降低了切削效率和工具寿命，磨料不能有序利用。实验表明，磨料有序排布的金刚石工具制品与随机排布相比具有节约用料，切屑效率更高，改善工件表面加工质量，寿命有效延长的优良性能，因此磨料的有序排布一直是国内外磨具行业追求的目标。
目前，国内外各实验室和磨具公司对有序排布磨具方法进行了实验和探究，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。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，该方法可真空或保护气氛围下，带模板烧制出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，该工艺自动化程度高。
但是对于异性曲面或复杂形貌的基体磨料有序排布方面，还没有提出有效适用的排布方法。
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排布位置准确的异形曲面回转体磨具单层磨粒的有序排布装置。
本发明所采用的技术方案是：
一种异形曲面回转体磨具单层磨粒的有序排布装置，包括分隔板和若干垂直穿过分隔板的针式吸附头，所述分隔板的后侧为抽真空腔，所述各针式吸附头包括连通的气体接入口和吸附口，所述气体接入口位于抽真空腔内，所述吸附口位于分隔板的前侧，所述各针式吸附头具有轴向来回移动的行程。
作为本发明的进一步改进，所述真空腔内设有推平器，所述推平器包括将气体接入口推向分隔板的推平板。
作为本发明的进一步改进，所述真空腔内设有连通外界的进气口和吸气口。
作为本发明的进一步改进，所述推平板上设有分别连通进气口和吸气口的连通孔。
作为本发明的进一步改进，所述分隔板配套设有震动器，所述震动器的运行使分隔板以及针式吸附头震动。
本发明还提供一种操作简单、便捷的异形曲面回转体模具单层磨粒的有序排布方法，其采用的技术方案是：
一种异性曲面回转体模具单层磨粒的有序排布方法，包括以下步骤：
a.      各针式吸附头的吸附口压覆待排布磨粒的基体表面，利用针式吸附头的轴向移动仿形基体表面形状；
b.      通过气体接入口的抽真空使各针式吸附头从磨料层中吸附出磨粒；
c.      各针式吸附头按步骤a的位置轻触基体表面，撤销气体接入口的抽真空作用，使磨粒粘附在基体表面；
d.      移开所述装置并旋转基体，沿基体表面重复实施步骤a至步骤c。
作为本发明的进一步改进，步骤b中，通过震动各针式吸附头使每个针式吸附头仅吸附单颗磨粒。
作为本发明的进一步改进，步骤c中，在撤销抽真空作用后，向真空腔内通入气体，使磨粒脱离吸附口。
作为本发明的进一步改进，步骤d中，装置被移开后将仿形的针式吸附头复位至各气体接入口平齐。
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：本发明根据基体异形回转曲面形状和尺寸，利用可轴向移动的针式吸附头仿形出待排布磨粒的基体表面后，用针式吸附头吸附磨粒并粘附于基体表面，由于磨粒被吸附后也形成了仿形面，磨粒粘附在基体表面后可准确的定位，因此单层磨粒在基体表面有序排布的工艺流程更加简单方便，从而提高工作效率。
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是本发明的装置的结构示意图；
图2是本发明仿形步骤的示意图；
图3是本发明吸附步骤的示意图；
图4是本发明放料步骤的示意图；
图5是图4中A部分的放大示意图；
图6是本发明复位步骤的示意图；
图7是基体表面有序排布的示意图。
具体实施方式
如图1所示的异形曲面回转体磨具单层磨粒的有序排布装置，包括水平布置的分隔板1和若干垂直穿过分隔板1的针式吸附头2。各针式吸附头2根据待排布的基体表面呈矩形阵列地布置在分隔板1上。分隔板1的上方为抽真空腔3，该抽真空腔3由分隔板1、四周的壁10以及顶部的顶盖9所围成。
每个针式吸附头2均等长、等直径并呈针管状，长度在5-30mm，内径在0.1-1mm，其两端分别是气体接入口和吸附口，气体接入口和吸附口相互连通。其中，气体接入口位于抽真空腔3内，吸附口位于分隔板1的下方，在抽真空腔3中抽真空可使吸附口中产生吸力，从而吸附磨粒。实施例中的各针式吸附头2具有轴向来回移动的行程，即可在分隔板1中来回伸缩移动。另外，每个针式吸附头2均是装在分隔板1的孔上，并与这些孔的孔壁紧密贴合，从而产生一定的摩擦，只有在受到较大外力的前提下才能轴向移动，因此针式吸附头2吸附磨粒后并不会因为自身和磨粒的重力作用而发生轴向的伸缩移动。
优选的，真空腔内设有推平器，推平器包括推平板4和连接推平板4的推拉杆11，推拉杆11从顶盖9的上端伸出，而推平板4位于抽真空腔3的最上端时将顶盖9的开口封堵。操作人员可采用推拉杆11和推平板4同时将各针式吸附头2的气体接入口推向分隔板1，但不推出分隔板1，从而使各针式吸附头2复位。
优选的，顶盖9设有连通外界的进气口5和吸气口6，吸气口6连接抽真空设备，对抽真空腔3抽气；进气口5连接气体压缩机，对抽真空腔3供气。
优选的，推平板4上设有分别连通进气口5和吸气口6的连通孔7，两个连通孔7将抽真空腔3、进气口5和吸气口6连通起来。
优选的，抽真空腔3的壁10上安设有震动器8。震动器8启动后带动壁10和与壁10连接的分隔板1震动，那么针式吸附头2也随之震动，若针式吸附头2吸附了两颗或两颗以上的颗粒，那么多余的颗粒就因震动重新掉落回磨粒层，保持针式吸附头2仅有一颗磨粒。
下面结合附图及上述的装置描述有序排布的方法。
a．    准备步骤：取20～60目的金刚石100g，超声清洗后烘干备用，形成磨料层；带曲面基体12一个，清洗去污除锈干燥；
b．    仿形步骤：如图2所示，将各针式吸附头2的吸附口压覆待排布磨粒的基体12表面，利用针式吸附头2的轴向移动仿形出基体12表面形状，将装置移离基体12，由于针式吸附头2与分隔板1之间存在摩擦，针式吸附头2被定位；
c．    吸附步骤：如图3所示，仿形后的针式吸附头2插入金刚石的磨料层13中，通过吸气口6对抽真空腔3抽气，使抽真空腔3中负压在40-100Pa，开启震动器8去除多余的磨粒，震动频率10-100Hz，保证每个针式吸附头2只吸附一颗金刚石磨粒；
d．    放料步骤：如图4和图5所示，保持抽真空状态，将装置移动至基体12上方，针式吸附头2上的磨粒在基体12表面的原仿形位置轻触基体12表面的粘附剂14，停止吸气口6抽气，进气口5开始进气，使磨粒粘附基体12表面；上述的粘附剂可在仿形步骤之后开始进行，具体是在预排布区域涂抹一层粘附剂，优选的粘附剂为质量分数10%聚乙烯醇和5%的黄糊精粘附剂；
e．    复位步骤：如图6所示，装置移离基体12表面，向下推动推平板4，使各针式吸附头2上端面与下端面分别平齐，准备下次吸附磨粒；
f．    如图7所示，检查排布情况后旋转基体12，重复上述步骤a至e，对下一区域进行有序排布，直到铺满预排布区域；
g．    撒粉后将排布好的基体高温真空烧结。
实施例中磨粒不仅限于金刚石，也可以为硬度能够比拟金刚石的超硬材料，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)

1.一种异形曲面回转体磨具单层磨粒的有序排布装置，其特征在于：包括分隔板和若干垂直穿过分隔板的针式吸附头，所述分隔板的后侧为抽真空腔，所述各针式吸附头包括连通的气体接入口和吸附口，所述气体接入口位于抽真空腔内，所述吸附口位于分隔板的前侧，所述各针式吸附头具有轴向来回移动的行程。
2.根据权利要求1所述的异形曲面回转体磨具单层磨粒的有序排布装置，其特征在于：所述真空腔内设有推平器，所述推平器包括将气体接入口推向分隔板的推平板。
3.根据权利要求2所述的异形曲面回转体磨具单层磨粒的有序排布装置，其特征在于：所述真空腔内设有连通外界的进气口和吸气口。
4.根据权利要求3所述的异形曲面回转体磨具单层磨粒的有序排布装置，其特征在于：所述推平板上设有分别连通进气口和吸气口的连通孔。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的异形曲面回转体磨具单层磨粒的有序排布装置，其特征在于：所述分隔板配套设有震动器，所述震动器的运行使分隔板以及针式吸附头震动。
6.一种使用权利要求1至5中任一项所述装置的有序排布方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.各针式吸附头的吸附口压覆待排布磨粒的基体表面，利用针式吸附头的轴向移动仿形基体表面形状；
b.通过气体接入口的抽真空使各针式吸附头从磨料层中吸附出磨粒；
c.各针式吸附头按步骤a的位置轻触基体表面，撤销气体接入口的抽真空作用，使磨粒粘附在基体表面；
d.移开所述装置并旋转基体，沿基体表面重复实施步骤a至步骤c。
7.根据权利要求6所述的有序排布方法，其特征在于：步骤b中，通过震动各针式吸附头使每个针式吸附头仅吸附单颗磨粒。
8.根据权利要求6所述的有序排布方法，其特征在于：步骤c中，在撤销抽真空作用后，向真空腔内通入气体，使磨粒脱离吸附口。
9.根据权利要求6所述的有序排布方法，其特征在于：步骤d中，装置被移开后将仿形的针式吸附头复位至各气体接入口平齐。
10.根据权利要求6至9中任一项所述的有序排布方法，其特征在于：所述磨粒为金刚石或立方氮化硼。
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