CN108381380A - 一种大口径黏性金属块平面研磨装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于超精密加工技术领域，具体涉及一种金属平面研磨装置，为解决两块大口径金属块贴合后的配合不平而导致的漏气问题，本方案采用小研磨头配合摆动研磨大口径器件的方法，将磨头误差均布到整个平面上，误差呈圆对称分布；大口径黏性金属平面研磨装置由转台、研磨盘、高速转动装置以及摆动装置组成，使用本装置研磨处理过的磨具金属平面平面度最低可以到0.002mm，双平面配合后气密性好，可有效减小注塑产品毛边，提高产品的合格率。

Description

一种大口径黏性金属块平面研磨装置

技术领域

本发明属于超精密加工技术领域，具体涉及一种金属平面研磨装置。

背景技术

轨道交通、航空航天、新能源、医疗器械、建材等行业也将为模具带来庞大 的市场。例如医疗器械，目前我国只占全球2％的份额，药品与医疗器械消费比 只有2.5∶1，而发达国家是1∶1；美国在医用塑料方面的人均年消耗费用为300 美元，而中国只有30元人民币，可见发展潜力之大。

在国际市场方面，由于工业发达国家人工成本的持续提高，迫使他们为了 降低生产成本而不断把模具向发展中国家尤其是像我国这样有较好技术基础的 发展中国家转移。跨国公司到我国来采购模具的趋势尚在发展之中，国际新兴 市场的开拓也大有可为。但市场在发展中对模具的要求日益提高。比如汽车轻 量化、智能成形、新能源等新兴产业、航空航天、生物医学、轨道交通、智能 电网等都是国家的发展重点，围绕这些重点所需的模具自然也是模具行业的发 展重点，其中有许多是需要新开发的，许多技术有待突破。要以此为突破口带 动行业整体水平的提高。

我国模具使用寿命低精冲模寿命一般只有国外先进水平的1/3左右，生产周 期长，质量可靠性与稳定性较差等长期困扰行业发展的问题下一步亟待解决。 与此同时，我国在研发能力、人员素质、对模具设计制造的基础理论与技术的 研究等方面也存在较大差距，因此造成在模具新领域的开拓和新产品的开发上 较慢，高技术含量模具的比例比国外也要低得多国外约为60％左右，国内不足 40％。

国内模具与国外模具相比存在以下问题

1、模具密封不好。模具中的模架加工精度尚且达不到。国内工厂为了解 决这个问题，到德国、日本等先进国家采购了大量的先进研磨设备， 却没有很好的从业者，对平面的加工原理不慎理解，导致先进设备加 工出了底端的模架。

2、模具中的小型部件加工精度不够。同样原理，国内工厂过分依赖设备， 购买的大型昂贵设备，却使用了低端的刀具等，导致了零件的一次性 加工精度不够，只能后期依赖钳工修模。

3、模具材料。国内的加工水平远高于材料水平，可以说国产材料发展至 少比先进国家晚10～15年。

正是由于这些原因，使得我国的模具价格只有先进发达国家的1/2甚至只有 1/3左右，中国模具行业在世界模具行业地位很低，使得中国模具行业价格对世 界模具价格影响很小。

对于橡塑零件制品而言，尤其是流动性较好的硅胶(LSR)制品而言，对模 具的配合精度提出了更高的要求，这就体现在单个模架平面的平面度要求上。 举例而言，对于传统的塑料材料PC和PMMA，模具合模线配合一般要求为 0.005～0.010mm，此时PC和PMMA不足以沿着合模线流出去，而液态硅胶的 流动性等同于水，很轻易就可以从缝隙中流出。这些流出来的材料不当在制品 上留下残余的料，同时这种结构还破坏了制品的力学性能，破坏产品的美观。 根据我们的经验，高精度的、对产品外观有严格要求的制品，一般需要模具模架的配合精度低于0.002mm。只有在零件平面度达到0.002mm时，才能使得模 具的配合精度很高且模腔能轻易的形成真空。

对于配合平面而言，我们所使用的一般是模具钢，这种钢相对于其他金属材 料有如下特性：

1.黏性很高。黏性高了后，研磨时的碎削会残留在刀具上，降低研磨效率甚 至破坏砂轮。平面度反而会被降低。

2.密度大。重量非常大，如果是钢材实体在研磨盘上运动，研磨盘都会被破 坏。

3.材料不耐热。整体研磨时，冷却液很难进入到研磨基底和被研磨钢中间， 两个面贴合的地方会产生热，会造成“橘子皮”

这种黏性金属，除了与其他金属相比有这些不同外，他跟我们常用的做平 面的玻璃相比，还有如下特性：

由于模架材料密度很高(高达7～8，是玻璃等3倍左右)，模架的重量很大， 传统光学研磨抛光设备(CN106363527A，CN107214582A，CN205184533U， CN206263774U)根本无法承载模架的重量，再加上钢材的黏性，导致其不易去 除且容易出橘子皮，往往研磨的时候，先被破坏的是研磨基准面。

正是由于模具钢这种黏性金属的特性，导致了我们不能用玻璃研磨，铸铁 研磨的方法研磨模具钢。现在模具行业通常使用大水磨床来加工平面。大水磨 床是大平面研磨领域常用的一种设备，从设备原理上而言，大水磨床是一种能 轻易达到高精度研磨的设备。利用大水磨床对200*450mm 304不锈钢平面进行 研磨处理，大水磨后的三坐标测试平面度分布如图1所示，其高低误差呈现规 律性的条形分布，黑色代表高，白色代表低，全面去除倾斜后，高低相差0.0035mm。

呈现条形分布的平面，双平面组合后，两个面的误差叠加后经常会出现漏 气现象。实际实验证明，很多时候模具腔体漏气，就是在水磨零件的两端不匹 配后形成的条形微结构误差，引起的断面不贴合，形成漏气带。

可见，模具平面的误差分布会严重影响模具的质量。需要找到一种加工方 式，研磨出来的零件平面度足够低，且能保证装配出来的模腔有良好的真空保 持度，从而提高橡塑产品的成品率。

发明内容

本发明目的是解决传统加工设备加工出来的大口径金属平面的平面度呈现 条形分布且配合精度不高、腔体的真空保持性能差的技术问题。其采用的技术 方案如下：

一种大口径黏性金属块平面研磨装置，包括：机架、转台、研磨盘系统； 所述的转台安装在机架上，所述的研磨盘系统由立杆、摆动臂、高度调节装置、 配重块、研磨电机、磨盘、电气设备组成，其中摆动臂可绕立杆摆动，高度调 节装置安装在立杆上用于调节摆动臂高度，所述研磨电机固定在摆动臂末端， 磨盘安装在研磨电机主轴上并且磨盘绕立杆摆动时可覆盖转台中心，配重块可 沿摆动臂移动用于调节摆动臂力矩平衡，所述电气设备用于控制转台旋转以及 电机旋转。

在使用上述设备进行加工时，将模架装夹在转台上，并将模架上待研磨平 面调整至转台中心，调整高度调节装置使磨盘与待研磨平面接触，调整配重块 使研磨盘系统力矩平衡；转台控制模架平面匀速旋转，摆动臂在模架平面来回 摆动直到研磨完成。

优选的：

所述转台上还设置有夹具，所述夹具用于装夹大口径黏性金属块平面。在 使用上述设备进行加工时，将金属平面固定在转台上，转台匀速、低速旋转。

上述装置中的力矩平衡具体是指摆动臂上由重力引起的顺时针力矩与由重 力引起的逆时针力矩相等，这样摆动臂处于平衡状态，这种状态可以减小加工 过程中的研磨头的振动并且降低连接3-2和3-5装置的横杆的变形，在提高大 金属平面的平面度的同时，增加设备的可靠性。减小机床运动过程中的振动， 机床无须做其它消振动处理。

所述的摆动臂上还设置有冷却装置，用于对磨盘冷却。研磨盘高速旋转的 同时对金属平面进行研磨，产生大量的热，如果不带走这些热能，会在金属平 面留下橘子皮一样的微结构(俗称：橘皮)，降低表面粗糙度。冷却装置防止 研磨热量过高对磨盘造成的损伤，提高金属平面的表面光洁度。冷却装置中的 冷却介质为冷却液或压缩空气。

所述的研磨电机无须使用高速电机，中等转速即可。主轴转速处在 8000-10000转/分钟可以满足要求，获得良好的表面光洁度/粗糙度。一般而言， 被研磨金属平面硬度超过60HRC，可以选择8000转/分钟的电机，硬度低于 60HRC，选择10000转/分钟的电机。硬度越低，要求研磨电机的转速就越高。

所述的磨盘材料为白刚玉砂轮和青铜砂轮。根据技术标准，白刚玉砂轮一 般用于做粗加工，大切削量，快速使得整个面处在一个平面上，然后使用青铜 砂轮作为精加工砂轮，要求单次去除量处于0.005～0.010mm。低于0.005mm 会打滑，伤害砂轮；去除量大于0.010mm，砂轮负载过大，也会伤害砂轮。白 刚玉砂轮为粗磨砂轮加工效率高；青铜砂轮为精磨砂轮，加工表面光洁度好。

所述的高度调节装置上还设置锁死机构，用于锁死摆动臂的竖直方向平移 自由度。放置加工过程中摆动臂发生竖直方向移动，确保摆动臂始终在同一水 平面摆动。

所述的转台转速为10～15转/分。这个转速处于低速和高速之间，机床的转 动最为稳定，无须对设备基座做消振动以及配重处理。

所述磨盘直径不超过大口径黏性金属块平面直径的1/10。研磨盘直径越小， 最终零件的密封性越好。

所述的高度调节装置上还设置锁死机构，用于锁死摆动臂的竖直方向平移 自由度。

上述技术方案的使用带来的优点是：

砂轮一直处在自修磨状态；无须将砂轮拿下来修磨；砂轮的形貌误差不会 带入到被研磨金属平面上。

设备非常稳定，无须对设备进行各种消振处理。

设备运转过程中，对技术工人的要求较低。

金属平面的误差呈现圆对称分布；双平面配合时，可以轻松获得高真空， 从而解决了两块大口径金属块贴合后的配合不平而导致的漏气问题。

附图说明

图1为大水磨后的三坐标测试平面度分布示意图；

图2为大口径黏性金属块平面研磨装置结构示意图；

图3为大口径黏性金属块平面研磨装置机械运动示意图；

图4为本技术方案研磨后三坐标测试平面度低示意图；

其中：1-机架，2-转台，3-研磨盘系统，3.1-磨盘，3.2-研磨电机，3.3-高度 调节装置，3.4-立杆，3.5-配重块，4-电气设备。

具体实施方式

为了更清楚地说明发明，下面结合附图及实施例作进一步描述：

实施例：

一种大口径黏性金属块平面研磨装置，附图2所示，具体技术方案如下：包括： 机架1、转台2、研磨盘系统3；所述的转台安装在机架上，所述的研磨盘系 统由立杆3.4、摆动臂、高度调节装置3.3、配重块3.5、研磨电机3.2、磨盘 3.1、电气设备组成4，其中摆动臂可绕立杆摆动，高度调节装置安装在立杆上 用于调节摆动臂高度，所述研磨电机固定在摆动臂末端，磨盘安装在研磨电机 主轴上并且磨盘绕立杆摆动时可覆盖转台中心，配重块可沿摆动臂移动用于调 节摆动臂力矩平衡，所述电气设备用于控制转台旋转以及电机旋转。

上述装置在对大口径黏性金属块平面研磨时的机械运动示意图如图3所示， 研磨盘在研磨电机的驱动下以较高速度旋转，转台驱动大口径黏性金属块平面 以较低速度旋转，摆动臂可绕立杆在水平面内自由摆动，三者运动叠加后共同 作用于大口径黏性金属块平面上，完成对其研磨。用上述装置对370*130mm S136不锈钢样品研磨，研磨后检测其表面平面度分布如图4所示，平面度低 于0.005mm，且误差呈圆对称分布。

本技术方案的大口径黏性金属块平面研磨装置由转台、研磨盘、高速转动 装置以及摆动装置组成；将磨头误差均布到整个平面上，研磨加工的金属平面 其误差呈圆对称分布，平面度最低可以到0.002mm。经过本装置研磨处理过的 磨具双密封平面配合后气密性好；可有效减小注塑产品毛边，提高产品的合格 率。

Claims (10)

1.一种大口径黏性金属块平面研磨装置，包括：机架、转台、研磨盘系统；所述的转台安装在机架上，所述的研磨盘系统由立杆、摆动臂、高度调节装置、配重块、研磨电机、磨盘、电气设备组成，其中摆动臂可绕立杆摆动，高度调节装置安装在立杆上用于调节摆动臂高度，所述研磨电机固定在摆动臂末端，磨盘安装在研磨电机主轴上并且磨盘绕立杆摆动时可覆盖转台中心，配重块可沿摆动臂移动用于调节摆动臂力矩平衡，所述电气设备用于控制转台旋转以及电机旋转。

2.根据权利要求1所述的大口径黏性金属块平面研磨装置，其特征在于：所述转台上还设置有夹具，所述夹具用于装夹大口径黏性金属块平面。

3.根据权利要求1所述的大口径黏性金属块平面研磨装置，其特征在于：摆动臂上由重力引起的顺时针力矩与由重力引起的逆时针力矩平衡。

4.根据权利要求1所述的大口径黏性金属块平面研磨装置，其特征在于：所述的摆动臂上还设置有冷却装置，用于冷却磨盘。

5.根据权利要求4所述的大口径黏性金属块平面研磨装置，其特征在于：所述的冷却装置中的冷却介质为冷却液或压缩空气。

6.根据权利要求1所述的大口径黏性金属块平面研磨装置，其特征在于：所述的研磨电机主轴转速处在8000～10000转/分。

7.根据权利要求1所述的大口径黏性金属块平面研磨装置，其特征在于：所述转台转速处在10-15转/分。

8.根据权利要求1所述的大口径黏性金属块平面研磨装置，其特征在于：所述的磨盘材料为白刚玉砂轮或青铜砂轮。

9.根据权利要求1所述的大口径黏性金属块平面研磨装置，其特征在于：所述磨盘直径不超过大口径黏性金属块平面直径的1/10。

10.根据权利要求1-9之一所述的大口径黏性金属块平面研磨装置，其特征在于：所述的高度调节装置上还设置锁死机构，用于锁死摆动臂的竖直方向平移自由度。