CN107457715A - 一种磨粒图案分布砂轮的制作方法及制作装置 - Google Patents

一种磨粒图案分布砂轮的制作方法及制作装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种磨粒图案分布砂轮的制作方法，所述的砂轮为包括但不限于外圆砂轮、端面砂轮、修整盘、修整器、滚轮、磨盘，包括如下步骤：(1)依据所需结合剂厚度确定临时覆盖层的厚度，并根据磨粒图案的分布对临时覆盖层进行镂空处理；(2)将临时覆盖层粘覆于磨盘基体上；(3)利用砂轮基体的旋转运动，将结合剂涂覆于在临时覆盖层上；(4)使砂轮基体旋转，并将刮片紧贴于临时覆盖层上，利用砂轮基体的旋转运动使得没有填入镂空区的结合剂被刮除，留在镂空处的结合剂厚度与临时覆盖层厚度相等，从而达到利用临时覆盖层控制结合剂厚度；(5)使砂轮基体继续旋转，将磨粒从砂轮基体上方的固定位置以匀速落下，借助砂轮基体旋转运动使得磨粒均匀撒在砂轮基体的结合剂表面；(6)将磨粒固定于基体。

Description

一种磨粒图案分布砂轮的制作方法及制作装置
技术领域
本发明属于磨粒工具制备领域，具体涉及一种磨粒图案分布砂轮的制作方法及装置。
背景技术
借以磨粒的高硬度等优良物理机械性能，磨粒砂轮以其高效、稳定、耐用等优秀磨削特性，成为零件成型加工和高质量表面形成的关键手段，在金属、工程陶瓷、光学晶体、半导体及天然岩石等高效和精密磨削、硬质合金、光学晶体、工程陶瓷、航空航天钛合金等材料的高效和精密磨削加工中发挥着无可替代的支柱作用。
由于磨削技实际上是通过固结在磨轮表面的众多磨料对材料的微量去除从而实现工件材料的整体去除加工，因此磨轮表面磨粒的分布对磨轮性能影响巨大。一直以来，人们都在努力如何使得磨料或者微磨粒群能够按照一定的方式分布在磨轮表面，以确保磨粒间能够均匀的承担切削载荷，从而有效的提高磨粒的磨削性能，如中国发明专利公开号CN1528565A中公布了一种基于壳膜布料的带图案优化的磨料制备技术，中国发明专利CN101073882公布了一种磨料三维多层可控优化排布电镀工具制备方法等。这些方法从不同方面上针对磨粒图案排布磨轮制作中的磨料的排布实施问题进行了突破，但是所制工具依然与预期的设计目的相差甚远。究其原因，在于现有方法大都只是针对磨粒排布方式，而忽略了高性能磨轮的另一个重要问题——磨轮轮廓精度问题。磨轮轮廓的高精度是高精度工件成型的基本保证，但受结合剂层厚度的影响很大。CN105965408A公开了一种单层磨粒砂轮的制作方法，其核心点在于通过跳动补偿机构间接控制结合剂均匀涂敷以解决磨粒等高性问题，但是其设备复杂，操作繁琐。另一方面，现有的网筛，孔板，模板法材料主要是金属，陶瓷等，成本高且难加工，排布图案样式少，而且也仅是起到动磨粒位置限制的作用，并没有起到控制结合剂厚度的作用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种磨粒图案分布砂轮的制作方法。
本发明的另一目的在于提供一种磨粒图案分布砂轮的制作装置。
本发明的具体技术方案如下：一种磨粒图案分布砂轮的制作方法，所述的砂轮为包括但不限于外圆砂轮、端面砂轮、修整盘、修整器、滚轮、磨盘，包括如下步骤：
(1)依据所需结合剂厚度确定临时覆盖层的厚度，并根据磨粒图案的分布对临时覆盖层进行镂空处理；
(2)将临时覆盖层粘覆于磨盘基体上；
(3)利用砂轮基体的旋转运动，将结合剂涂覆于在临时覆盖层上；
(4)使砂轮基体旋转，并将刮片紧贴于临时覆盖层上，利用砂轮基体的旋转运动使得没有填入镂空区的结合剂被刮除，留在镂空处的结合剂厚度与临时覆盖层厚度相等，从而达到利用临时覆盖层控制结合剂厚度；
(5)使砂轮基体继续旋转，将磨粒从砂轮基体上方的固定位置以匀速落下，借助砂轮基体旋转运动使得磨粒均匀撒在砂轮基体的结合剂表面；
(6)将磨粒固定于基体，包括以下两种方法：
6.1)先移除临时覆盖层，再进行结合剂固化处理，使磨粒固定于基体，形成所述单层磨粒砂轮；
6.2)直接进行结合剂固化处理，磨粒固定于基体后，移除临时覆盖层，形成所述单层磨粒砂轮。
在一较佳实施例中：所述砂轮基体为金属，或陶瓷，或复合材料。
在一较佳实施例中：所述临时覆盖层由面材，不干黏胶层，以及底纸构成。
在一较佳实施例中：所述面材的材料包括但不限于：铜版纸，PVC，PET，镭射纸，耐温纸，聚丙烯，聚碳酸酯，牛皮纸，荧光纸，镀金纸，镀银纸，合成纸，铝箔纸，易碎纸，防伪纸，美纹纸，布标纸，珠光纸，夹心铜版纸，热敏纸中的一种；所述面材厚度为25-500um；
所述不干黏胶层具有胶黏剂，所述胶黏剂为丙烯酸乳胶，或热熔胶，或橡胶基类乳胶，或溶剂型丙烯酸中的一种；
所述底纸外涂有硅保护层，为格拉辛纸、蒜皮纸、牛皮纸、聚酯pet、铜版纸、聚乙烯、塑料薄膜中的一种。
在一较佳实施例中：所述结合剂为光固化树脂，所述结合剂固化处理为用紫外光照射所述结合剂。
在一较佳实施例中：所述结合剂为含有一种或多种能与磨粒发生化学键合元素(Co、Ti、Fe、W、Cr)的合金，所述结合剂固化处理包括对结合剂进行感应加热、激光加热或炉中辐射加热。
在一较佳实施例中：所述磨粒材料包括不限于金刚石、立方碳化硼、氧化锆、氧化铝、硬质合金、氮化硅、碳化硅；所述磨粒的直径为1-2000um。
在一较佳实施例中：所述步骤(5)中，通过在磨粒洒落过程中，拍摄旋转的砂轮基体的不同位置的结合剂表面，结合图像分析以实现对磨粒在砂轮基体的结合剂表面的分布和浓度的控制。
本发明还提供了一种磨粒图案分布砂轮的制作装置，包括：
一旋转组件，包括一转轴、一驱动电机和一旋转运动控制单元，转轴在驱动电机的驱动下带动砂轮基体垂直于水平面旋转，旋转运动控制单元与驱动电机电连接，用以控制驱动电机以不同转速运转；
一结合剂涂覆组件，包括相互电连接的一结合剂压力储存单元、一导管、一喷涂控制单元和一喷嘴，结合剂压力储存单元与喷嘴通过导管连接，喷涂控制单元控制结合剂从喷嘴流出；
一定厚刮料组件，包括一刮片、一滑块、一光轴、一弹簧和支座，滑块在光轴上并在弹簧受压反弹作用下使得固定与滑块上的刮片另一端能紧贴于临时覆盖层；
一磨粒震落组件，包括一料槽、一震动单元和一震动控制单元，料槽设于震动单元上用以盛装磨粒，且料槽的出料口位于砂轮基体的上方，震动控制单元与震动单元电连接；
和一控制系统组件，与上述旋转运动控制单元、喷涂控制单元和震动控制单元电连接。
在一较佳实施例中：还包括一磨粒浓度自动计数组件，用以控制磨粒的洒落效果，其包括一用以拍摄旋转的砂轮基体的不同位置的结合剂表面的摄像头和一与该摄像头电连接的图像分析单元，所述数据处理控制组件与该图像分析单元电连接。
本发明的有益效果是：
1)临时覆盖层以及其图案的镂空处理成本低且速度快。2)磨粒表面图案更换自由。3)依据临时覆盖层的厚度来控制结合剂厚度，从根源上避免了因加工制造、制备及使用装配基准不一致等误差所造成的结合剂涂覆层厚度不一致，有效提高了砂轮表面结合剂厚度均匀性，极大改进了砂轮的轮廓精度。
4)一站式解决磨粒的砂轮轮表面结合剂涂覆与磨料撒植工序，通用性强，极大提高了钎焊砂轮的制备效率与工艺稳定性控制，可以高效、高质量的实现磨粒砂轮的钎焊制备。
附图说明
图1为本发明优选实施例中单层磨粒砂轮的制作装置的结构示意图之一；
图2为本发明优选实施例中单层磨粒砂轮的制作装置的结构示意图之二；
图3为本发明优选实施例中镂空后的临时覆盖层截面示意图；
图4为本发明优选实施例中粘覆有临时覆盖层的砂轮基体示意图；
图5为本发明优选实施例中临时覆盖层涂覆有结合剂示意图；
图6为本发明优选实施例中经过刮片清除多余结合剂后的砂轮基体示意图；
图7为本发明优选实施例中磨粒均匀分布与砂轮基体表面示意图；
图8为本发明优选实施例中结合剂固化处理后得到的磨粒图案排布砂轮示意图。
具体实施方式
以下通过具体实施方式结合附图对本发明的技术方案进行进一步的说明和描述。
如图1和图2所示，一种磨粒图案分布砂轮的制作装置，包括一基座1、和设于该基座1上的一旋转组件2、结合剂涂覆组件3、一磨粒震落组件4、一定厚刮料组件5和一控制系统10。
旋转组件2，包括一转轴21、一驱动电机22和一旋转运动控制单元23，转轴21在驱动电机22的驱动下带动砂轮基体6垂直于水平面旋转，旋转运动控制单元23与驱动电机22电连接，用以控制砂轮基体6的运转速度；
结合剂涂覆组件3，包括相互电连接的一喷嘴31、一导管32、一结合剂压力储存单元33和一喷涂控制单元34，结合剂压力储存单元33与喷嘴31通过导管32连接，喷涂控制单元34控制结合剂压力储存单元33从而控制结合剂8从喷嘴31流出；
一定厚刮料组件5，包括一刮片51、一滑块52、一光轴53、一弹簧54和支座55，滑块52在光轴53上并在弹簧54受压反弹作用下使得固定与滑块52上的刮片51另一端能紧贴于粘覆在砂轮基体6上的临时覆盖层7；
一磨粒震落组件4，包括一料槽41、一震动单元42和一震动控制单元43，料41槽设于震动单元42上用以盛装磨粒9，且料槽的出料口位于砂轮基体6的上方，震动控制单元43与震动单元42电连接；
和一控制系统10，与上述旋转运动控制单元23、喷涂控制单元34和震动控制单元43电连接。
用上述制作装置制作磨粒图案分布砂轮的具体方法如下：
磨粒7的材质优选为金刚石、聚晶金刚石、立方氮化硼、聚晶立方氮化硼\硬质合金、碳化硅、氧化铝；所述磨粒直径为1-2000um；所述结合剂8为光固化树脂，所述结合剂固化处理为对结合剂进行紫外光照射；或结合剂8为含有一种或多种能与磨粒发生化学键合元素(Co、Ti、Fe、W、Cr)的合金，所述结合剂固化处理包括对结合剂进行感应加热、激光加热或炉中辐射加热。
临时覆盖层7优先由面材、不干黏胶层和底纸构成，所述面材的材料包括优先采用但不限于：铜版纸，PVC，PET，镭射纸，耐温纸，聚丙烯，聚碳酸酯，牛皮纸，荧光纸，镀金纸，镀银纸，合成纸，铝箔纸，易碎纸，防伪纸，美纹纸，布标纸，珠光纸，夹心铜版纸，热敏纸中的一种；所述面材厚度为25-500um；
所述不干黏胶层层具有胶黏剂，优先采用但不限于丙烯酸乳胶，或热熔胶，或橡胶基类乳胶，或溶剂型丙烯酸；所述底纸为涂有硅保护层的底纸，优先采用但不限于格拉辛纸、蒜皮纸、牛皮纸、聚酯pet、铜版纸、聚乙烯、塑料薄膜。
(1)取临时覆盖层7，根据最终结合剂8厚度确定临时结合层8厚度，再采用激光切割方式根据所需的磨粒排布图案方式通过对临时覆盖层7进行了镂空处理，即将要涂布结合剂8和磨粒的区域进行镂空挖除，见图3。
(2)将砂轮基体6固定在旋转轴2上；将去除底纸后的临时覆盖层7粘覆在砂轮基体6上，见图4；
(3)由控制系统10向旋转运动控制单元23发信号，使得砂轮基体6持续旋转；通过由控制系统10向喷涂控制单元34发信号，使结合剂7从喷嘴31流出并涂抹在粘覆于砂轮基体6的临时覆盖层7上，见图5；
(4)使得砂轮基体6持续旋转，利用弹簧54的反弹作用将刮片51紧压于临时覆盖层7上，利用砂轮基体6的旋转运动使得没有填入镂空区的结合8剂被刮除，留在镂空处的结合剂8厚度与临时覆盖层7厚度相等，从而达到利用临时覆盖层7控制结合剂8厚度,从而达到利用临时覆盖层7实现磨粒9图案分布和控制结合剂8层厚度的效果见图6；
(5)使砂轮基体6继续旋转，由控制系统10向震动控制单元43发信号，使磨粒9从砂轮基体6上方的固定位置以均匀落下，借助砂轮基体6旋转运动使得磨粒8均匀撒在砂轮基体6的结合剂8表面，见图6；通过控制砂轮基体6的转速、磨粒9的洒落流量和洒落时间实现对磨粒9在砂轮基体6的结合剂8表面的分布和浓度的控制；
(6)先移除临时覆盖层7，再进行结合剂8感应加热处理，使磨粒7牢固连接于砂轮基体6上，形成所述磨粒图案排布砂轮。也可以直接进行结合剂8固化处理，使磨粒9固定于砂轮基体6后，移除临时覆盖层7，形成所述磨粒图案排布砂轮，见图7。进一步参考图1，在上述设备的基础上增加一磨粒浓度分析组件11，用以监控磨粒7的落于砂轮基体6上的效果，其包括一用拍摄砂轮基体6上不同位置的结合剂8表面的磨粒的摄像头11-1和一与该摄像头电连接的图像分析采集单元，所述控制系统10与该图像分析单元电连接。
用上述制作装置制作磨粒图案分布砂轮的具体方法在实施案例1的实施方法的基础上，进一步：在上述的步骤(5)中，可通过拍摄旋转的砂轮基体6的不同位置的结合剂8表面，通过图像分析以实现对磨粒9在砂轮基体6的结合剂8表面上分布和浓度的控制。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种磨粒图案分布砂轮的制作方法，所述的砂轮为包括但不限于外圆砂轮、端面砂轮、修整盘、修整器、滚轮、磨盘，其特征在于：包括如下步骤：
(1)依据所需结合剂厚度确定临时覆盖层的厚度，并根据磨粒图案的分布对临时覆盖层进行镂空处理；
(2)将临时覆盖层粘覆于磨盘基体上；
(3)利用砂轮基体的旋转运动，将结合剂涂覆于在临时覆盖层上；
(4)使砂轮基体旋转，并将刮片紧贴于临时覆盖层上，利用砂轮基体的旋转运动使得没有填入镂空区的结合剂被刮除，留在镂空处的结合剂厚度与临时覆盖层厚度相等，从而达到利用临时覆盖层控制结合剂厚度；
(5)使砂轮基体继续旋转，将磨粒从砂轮基体上方的固定位置以匀速落下，借助砂轮基体旋转运动使得磨粒均匀撒在砂轮基体的结合剂表面；
(6)将磨粒固定于基体，包括以下两种方法：
6.1)先移除临时覆盖层，再进行结合剂固化处理，使磨粒固定于基体，形成所述单层磨粒砂轮；
6.2)直接进行结合剂固化处理，磨粒固定于基体后，移除临时覆盖层，形成所述单层磨粒砂轮。
2.如权利要求1所述的一种磨粒图案分布砂轮的制作方法，其特征在于：所述砂轮基体为金属，或陶瓷，或复合材料。
3.如权利要求1所述的一种磨粒图案分布砂轮的制作方法，其特征在于：所述临时覆盖层由面材，不干黏胶层，以及底纸构成。
4.如权利要求3所述的一种磨粒图案分布砂轮的制作方法，其特征在于：所述面材的材料包括但不限于：铜版纸，PVC，PET，镭射纸，耐温纸，聚丙烯，聚碳酸酯，牛皮纸，荧光纸，镀金纸，镀银纸，合成纸，铝箔纸，易碎纸，防伪纸，美纹纸，布标纸，珠光纸，夹心铜版纸，热敏纸中的一种；所述面材厚度为25-500um；
所述不干黏胶层具有胶黏剂，所述胶黏剂为丙烯酸乳胶，或热熔胶，或橡胶基类乳胶，或溶剂型丙烯酸中的一种；
所述底纸外涂有硅保护层，为格拉辛纸、蒜皮纸、牛皮纸、聚酯pet、铜版纸、聚乙烯、塑料薄膜中的一种。
5.如权利要求1所述的一种磨粒图案分布砂轮的制作方法，其特征在于：所述结合剂为光固化树脂，所述结合剂固化处理为用紫外光照射所述结合剂。
6.如权利要求1所述的一种磨粒图案分布砂轮的制作方法，其特征在于：所述结合剂为含有一种或多种能与磨粒发生化学键合元素(Co、Ti、Fe、W、Cr)的合金，所述结合剂固化处理包括对结合剂进行感应加热、激光加热或炉中辐射加热。
7.如权利要求1所述的一种磨粒图案分布砂轮的制作方法，其特征在于：所述磨粒材料包括不限于金刚石、立方碳化硼、氧化锆、氧化铝、硬质合金、氮化硅、碳化硅；所述磨粒的直径为1-2000um。
8.如权利要求1所述的一种磨粒图案分布砂轮的制作方法，其特征在于：所述步骤(5)中，通过在磨粒洒落过程中，拍摄旋转的砂轮基体的不同位置的结合剂表面，结合图像分析以实现对磨粒在砂轮基体的结合剂表面的分布和浓度的控制。
9.一种磨粒图案分布砂轮的制作装置，其特征在于：包括：
一旋转组件，包括一转轴、一驱动电机和一旋转运动控制单元，转轴在驱动电机的驱动下带动砂轮基体垂直于水平面旋转，旋转运动控制单元与驱动电机电连接，用以控制驱动电机以不同转速运转；
一结合剂涂覆组件，包括相互电连接的一结合剂压力储存单元、一导管、一喷涂控制单元和一喷嘴，结合剂压力储存单元与喷嘴通过导管连接，喷涂控制单元控制结合剂从喷嘴流出；
一定厚刮料组件，包括一刮片、一滑块、一光轴、一弹簧和支座，滑块在光轴上并在弹簧受压反弹作用下使得固定与滑块上的刮片另一端能紧贴于临时覆盖层；
一磨粒震落组件，包括一料槽、一震动单元和一震动控制单元，料槽设于震动单元上用以盛装磨粒，且料槽的出料口位于砂轮基体的上方，震动控制单元与震动单元电连接；
和一控制系统组件，与上述旋转运动控制单元、喷涂控制单元和震动控制单元电连接。
10.如权利要求9所述的一种磨粒图案分布砂轮的制作装置，其特征在于：还包括一磨粒浓度自动计数组件，用以控制磨粒的洒落效果，其包括一用以拍摄旋转的砂轮基体的不同位置的结合剂表面的摄像头和一与该摄像头电连接的图像分析单元，所述数据处理控制组件与该图像分析单元电连接。
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