CN109483421B - 一种超硬磨料在电镀砂轮中实现有序排布的装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种超硬磨料在电镀砂轮中实现有序排布的装置及方法，所述装置由布胶机构和上砂机构组成，布胶机构包括顶板、顶杆、上模板、下模板和压印板，顶板通过螺杆固定在上模板上方且顶板可沿螺杆上下移动，上模板的中部和下模板的中部分别上下对应设有第一通孔和第二通孔，顶板的下表面对应第一通孔的位置设有限位槽，顶杆的顶端位于限位槽内、下端向下延伸并伸入第一通孔内，上模板和下模板固定连接且上模板和下模板之间设有密封垫，下模板的底面设有两个卡槽板，压印板设于卡槽板和下模板之间，两个卡槽板之间形成用于放置砂轮的卡槽。本装置结构简单，操作方便，可实现对砂轮工作面快速有序布胶和上砂，进而获得高磨料把持力的磨料有序排布电镀砂轮。

Description

一种超硬磨料在电镀砂轮中实现有序排布的装置及方法

技术领域

本发明属于磨具加工领域，具体涉及一种超硬磨料在电镀砂轮中实现有序排布的装置及方法。

背景技术

由金刚石和立方氮化硼(CBN)制作的超硬磨料工具已被广泛应用于各类金属材料和硬脆材料的磨削加工。其中，超硬磨料电镀砂轮凭借磨料在硬度、耐磨性上的绝对优势，以及型面精度好、结构强度高、无需修整等优点，使其在以高速/超高速磨削、强力成型磨削、高效深切磨削为代表的高效精密磨削加工中发挥着主导工具的作用，同时在超硬磨料磨具市场中也占据了较大份额。但是，超硬磨料电镀砂轮由于工作面磨料分布致密造成容屑空间小、磨削过程中易堵塞砂轮、锋利度下降以及工件表面易产生热损伤的问题。

近些年，砂轮工作面磨料有序排布技术已被证实是克服上述问题的有效途径。具体如公开号为CN105415215A和CN101786263A的发明专利，但上述磨料有序排布方法仅适应于烧结或钎焊工艺方法制备的砂轮，又如公开号为CN107855955A和CN102198641A的发明专利虽然是基于电镀砂轮而开发的磨料有序排布方法，但其工艺方法较为复杂，不利于工业化生产。

因此，针对现有磨料有序排布方法存在的不足，有必要结合电镀工艺要求研发一种操作简单、生产效率高且成本低、易于工业化生产的磨料有序排布方法。

发明内容

本发明专利申请目的在于提供一种超硬磨料在电镀砂轮中实现有序排布的装置及方法。

基于上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种超硬磨料在电镀砂轮中实现有序排布的装置，由布胶机构和上砂机构组成，所述布胶机构用以向砂轮工作面进行高效有序点胶，具体地，所述布胶机构包括带手柄的顶板、顶杆、上模板、下模板和压印板，顶板通过螺杆固定在上模板上方且顶板可沿螺杆上下移动，上模板的中部和下模板的中部分别上下对应开设有第一通孔和第二通孔，顶板的下表面对应第一通孔的位置设有限位槽，顶杆的顶端位于限位槽内，顶杆的下端向下延伸并伸入第一通孔内，上模板和下模板固定连接且上模板和下模板之间设有密封垫，下模板的底面关于第二通孔对称设有两个卡槽板，压印板设于卡槽板和下模板之间，两个卡槽板之间形成用于放置砂轮的卡槽。

进一步地，所述下模板底面、卡槽板顶面均为和砂轮工作面圆弧形状一致的圆弧面，压印板的两端分别通过两个卡槽板固定在下模板的底部从而使压印板的形状与砂轮工作面圆弧形状一致；而上模板的底面、顶杆的底面和下模板的顶面则均为平面。

进一步地，上模板和下模板之间、卡槽板和下模板之间均通过螺钉固定连接。卡槽板和下模板之间在使用螺钉安装前先用石蜡粘接固定。

进一步地，所述螺杆为四个，均布于第一通孔的四周，顶板上、下方的螺杆上均设有用于控制顶板行程的双螺母。

进一步地，所述压印板上的网孔图案为圆孔点阵形状或条状，其中圆孔孔径大小为磨料粒径的30%-50%，圆孔之间的孔距为磨料粒径的1.1-1.5倍；条状图案分为直条或斜条两种，且条状孔宽度为磨料粒径的30%-50%，条孔间距为1mm-3mm，其中斜条孔的倾斜角为10-45°。

所述下模板中第二通孔的尺寸略小于上模板中第一通孔的尺寸。所述顶板的行程距离通过所述螺杆上的双螺母进行限制，进而能够控制压印力的大小；进一步地，所述压印板材料为304不锈钢与PVC复合板，或者橡胶板，且304材料厚度为0.2mm-0.5mm，PVC材料厚度为0.3-1mm；橡胶板厚度1mm-2mm。所述顶杆为一橡胶棒。

进一步地，压印板与两个卡槽板接触面，以及压印板未被卡槽板固定的两端与下模板的接触面使用结构胶进行密封处理。

进一步地，压印板上的圆孔或者条状孔采用激光加工方法制备。

所述上砂机构用于向砂轮工作面喷撒超硬磨料，具体地，所述上砂机构包括储料槽，储料槽底部设有插口，插口内插设有滑板，且滑板上设置有漏料孔，所述漏料孔的长度与砂轮工作面宽度一致，且漏料孔宽度为磨料粒径的2-5倍。

进一步地，所述滑板穿过并伸出储料槽外，滑板的两端设置有限位块，用于限制滑板的移动距离。

利用上述装置使超硬磨料在电镀砂轮中实现有序排布的方法，包括如下步骤：

（1）清洗砂轮基体表面，在下模板的第二通孔内装入导电胶，组装布胶机构，并在砂轮表面进行压印，形成有序排布的胶点或者胶条图案；

（2）上砂机构的储料槽内装入超硬磨料，使用上砂机构向砂轮表面喷撒超硬磨料，漏料孔距离砂轮顶部高度为15mm-50mm，使导电胶与超硬磨料充分接触粘结；

（3）加热固化导电胶，温度100-200℃，固化时间为1-2h，随后去除砂轮表面没有被导电胶粘结的多余超硬磨料；

（4）砂轮表面进行二次清洗，随后放入电镀液中进行电镀。

所述导电胶为单组份导电银胶，且导电胶为膏状物或者较为稀稠的浆状物；

在所述导电胶填满第二通孔后，将密封垫放置在下模板上，再在下模板上放置上模板，通过螺钉将上模板和下模板固定连接，密封垫被压实并固定在上、下模板之间。

所述超硬磨料为金刚石或立方氮化硼（CBN），且磨料粒径大于150μm。

进一步地，上砂过程中，所述滑板通过人工抽拉方式移动，单行程的移动平均速度控制在1mm/s-5mm/s；砂轮转速为5°/min~20°/min。

本申请所提供的一种超硬磨料有序排布电镀砂轮的制备方法，相较于现有的磨料有序排布电镀砂轮制备方法，其主要技术优势体现在如下几个方面：

（1）本申请所提供的制备方法采用布胶机构及其压印方式在砂轮工作面进行有序布胶，采用上砂装机构及其喷撒方式将磨料固结在胶上，进而形成磨料有序排布图案，该方法可实现有序排布图案的多样化，同时装置结构简单，操作方便快捷。

（2）本申请所提供的制备方法中使用导电胶，且仅在砂轮工作面需要的位置上进行有序点胶，且点胶面积小，同时不点胶的砂轮工作面不会受到污染，所以在后期电镀形成镀层后，一方面不点胶的位置镀层可以与砂轮基体形成高的结合力；另一方面，由于使用导电胶，导电胶位置也能在电镀过程中沉积、生长金属，进而提高了镀层对磨料的包埋致密性，两者结合后，可确保镀层对磨料的高把持力。

（3）本发明制得的磨料有序排布电镀砂轮容屑空间大、磨削过程中不易堵塞、锋利度增强，同时所提供的一种超硬磨料有序排布电镀砂轮的制备方法，操作简单，生产效率高且成本低，因而具有较好地工业化应用前景。

附图说明

图1为实施例1制得的超硬磨料有序排布电镀砂轮的结构示意图；

图2为布胶机构的结构示意图；

图3为图2的右视图；

图4为下模板、压印板和卡槽板之间的装配及密封位置示意图；

图5为圆孔状压印板布胶效果图；

图6为上砂结构的结构示意图；图（1）为主视图，图（2）为图（1）的右视图；图（3）为图（2）的俯视图；

图7为压印板激光加工图案的示意图。

图中，1.砂轮，2.磨料，3.下模板，4.压印板，5.导电胶，6.第一卡槽板，7.第二卡槽板，8.螺钉，9.密封垫，10.上模板，11.顶杆，12.顶板，13.双螺母，14.螺杆，15.手柄，16.储料槽，17.限位块，18.滑板，19.漏料孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请做进一步的解释说明。

实施例1

一种超硬磨料在电镀砂轮中实现有序排布的装置，由布胶机构和上砂机构组成，如图2至4所示，所述布胶机构用以向砂轮工作面进行高效有序点胶，具体地，所述布胶机构包括带手柄15的顶板12、顶杆11、上模板10、下模板3和压印板4，顶板12通过螺杆14固定在上模板10上方且顶板12可沿螺杆14上下移动，上模板10的中部和下模板3的中部分别上下对应开设有第一通孔和第二通孔，顶板12的下表面对应第一通孔的位置设有限位槽，顶杆11的顶端位于限位槽内，顶杆11的下端向下延伸并伸入第一通孔内，上模板10和下模板3固定连接且上模板10和下模板3之间设有密封垫9，下模板3的底面关于第二通孔对称设有两个卡槽板，分别记为第一卡槽板6和第二卡槽板7，压印板4设于卡槽板和下模板3之间，第一卡槽板6和第二卡槽板7之间形成用于放置砂轮1的卡槽。

进一步地，所述下模板3底面、第一卡槽板6和第二卡槽板7顶面均为和砂轮工作面圆弧形状一致的圆弧面，压印板4的两端分别通过第一卡槽板6、第二卡槽板7固定在下模板3的底部从而使压印板4的形状与砂轮工作面圆弧形状一致；而上模板的底面、顶杆的底面和下模板的顶面则均为平面。

进一步地，上模板10和下模板3之间、第一卡槽板6和下模板3之间、第二卡槽板7和下模板3之间均通过螺钉8固定连接。

进一步地，所述螺杆14为四个，均布于第一通孔的四周，顶板12上、下方的螺杆14上均设有有用于控制顶板12行程的双螺母13。

进一步地，所述压印板4上的网孔图案为圆孔点阵形状或条状，具体如图7所示，其中圆孔孔径大小为磨料2粒径的30%-50%，圆孔之间的孔距为磨料2粒径的1.1-1.5倍；条状图案分为直条或斜条两种，且条状孔宽度为磨料2粒径的30%-50%，条孔间距为1mm-3mm，其中斜条孔的倾斜角为10-45°。

所述下模板3中第二通孔直径略小于上模板10中第一通孔直径。

所述顶板12的行程距离通过所述螺杆14上的双螺母13进行限制，进而能够控制压印力的大小。

进一步地，所述压印板4材料为不锈钢与PVC复合板，或者橡胶板，且不锈钢厚度为0.2mm-0.5mm；PVC材料厚度为0.3-1mm；橡胶板厚度1mm-2mm。

所述顶杆12为一橡胶棒。所述密封垫9为软胶垫。压印板4上的圆孔或者条状孔采用激光加工方法制备。

使用时，如图4所示，压印板4与两个卡槽板接触面，以及压印板4未被卡槽板固定的两端与下模板3的接触面使用结构胶进行密封处理，图4中的加黑部位即是需要涂胶密封的部位。第一卡槽板6和第二卡槽板7与下模板3先用石蜡进行初步的粘结固定，再通过螺钉8固定。

所述上砂机构用于向砂轮工作面喷撒超硬磨料，具体地，如图6所示，所述上砂机构包括储料槽16，储料槽16底部设有插口，插口内插设有滑板18，且滑板18上设置有漏料孔19，所述漏料孔19的长度与砂轮1工作面宽度一致，且漏料孔19宽度为磨料2粒径的2-5倍。

进一步地，所述滑板18穿过并伸出储料槽16外，滑板18的两端设置有限位块17，用于限制滑板18的水平移动距离。

具体地，利用上述的装置使超硬磨料在电镀砂轮中实现有序排布的方法，包括如下步骤：

（1）选用300mm直径、工作面宽10mm的砂轮1；清洗砂轮1基体表面，通过第一卡槽板6、第二卡槽板7将压印板4固定在下模板3第二通孔的底部，在第二通孔内装入导电胶5，在所述导电胶5填满第二通孔后，将密封垫9放置在下模板3上，再在下模板3上放置上模板10，通过螺钉8将上模板10和下模板3固定连接，密封垫9被压实并固定在上模板10、下模板3之间，通过双螺母13来调整顶板12的行程，对砂轮1工作面进行压印，从而在砂轮1工作面上形成有序排布的胶点；其中，压印板4上圆孔为点阵形式排布，采用激光制孔方式制作，圆孔间距为1.2倍磨料粒径；所述导电胶5为单组份导电银胶，且导电胶5为膏状物或者较为稀稠的浆状物，对砂轮1工作面进行布胶后的效果图如图5所示，由图5可知，胶点分布均匀，胶点形状相近；

（2）上砂机构的储料槽16内装入超硬磨料2，选取金刚石作为磨料，其粒径40/45目（0.35-0.38mm）；使用上砂机构向砂轮1工作面喷撒超硬磨料2，漏料孔19距离砂轮1顶部高度为50mm，使导电胶5与超硬磨料2充分接触粘结；上砂高度为40mm；滑板18移动速度为3mm/s；漏料孔19宽度为3倍磨料2粒径，砂轮1旋转速度为10度/min；

（3）加热固化导电胶5，使导电胶5在120℃固化2h，随后去除砂轮1工作面没有被胶粘结的多余超硬磨料2；

（4）砂轮1基体表面进行二次清洗，随后放入电镀液中进行电镀，如图1所示，即制得了超硬磨料有序排布电镀砂轮。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种超硬磨料在电镀砂轮中实现有序排布的装置，由用以对砂轮工作面进行点胶的布胶机构和用以对砂轮工作面喷撒磨料的上砂机构组成，其特征在于，所述布胶机构包括带手柄的顶板、顶杆、上模板、下模板和压印板，顶板通过螺杆固定在上模板上方且顶板可沿螺杆上下移动，上模板的中部和下模板的中部分别上下对应开设有第一通孔和第二通孔，顶板的下表面对应第一通孔的位置设有限位槽，顶杆的顶端位于限位槽内，顶杆的下端向下延伸并伸入第一通孔内，上模板和下模板固定连接且上模板和下模板之间设有密封垫，下模板的底面关于第二通孔对称设有两个卡槽板，压印板设于卡槽板和下模板之间，两个卡槽板之间形成用于放置砂轮的卡槽。

2.根据权利要求1所述超硬磨料在电镀砂轮中实现有序排布的装置，其特征在于，所述下模板底面、卡槽板顶面均为和砂轮工作面圆弧形状一致的圆弧面，压印板的两端分别通过两个卡槽板固定在下模板的底部从而使压印板的形状与砂轮工作面圆弧形状一致。

3.根据权利要求1所述超硬磨料在电镀砂轮中实现有序排布的装置，其特征在于，上模板和下模板之间、卡槽板和下模板之间均通过螺钉固定连接。

4.根据权利要求1所述超硬磨料在电镀砂轮中实现有序排布的装置，其特征在于，所述螺杆为四个，均布于第一通孔的四周，顶板上、下方的螺杆上均设有用于控制顶板行程的双螺母。

5.根据权利要求1所述超硬磨料在电镀砂轮中实现有序排布的装置，所述压印板上的网孔图案为圆孔点阵形状或条状，其中圆孔孔径大小为磨料粒径的30%-50%，圆孔之间的孔距为磨料粒径的1.1-1.5倍；条状图案分为直条或斜条两种，且条状孔宽度为磨料粒径的30%-50%，条孔间距为1mm-3mm，其中斜条孔的倾斜角为10-45°。

6.根据权利要求1所述超硬磨料在电镀砂轮中实现有序排布的装置，所述压印板材料为不锈钢与PVC的复合板，或者橡胶板，且不锈钢厚度为0.2mm-0.5mm；PVC材料厚度为0.3-1mm；橡胶板厚度1mm-2mm。

7.根据权利要求1所述超硬磨料在电镀砂轮中实现有序排布的装置，其特征在于，所述上砂机构包括储料槽，储料槽底部设有插口，插口内插设有滑板，且滑板上设置有漏料孔，所述漏料孔的长度与砂轮工作面宽度一致，且漏料孔宽度为磨料粒径的2-5倍。

8.根据权利要求7所述超硬磨料在电镀砂轮中实现有序排布的装置，所述滑板穿过并伸出储料槽外，滑板的两端设置有限位块，用于限制滑板的移动距离。

9.利用权利要求1至8任一所述的装置使超硬磨料在电镀砂轮中实现有序排布的方法，其特征在于，包括如下步骤：

（1）清洗砂轮基体表面，在第二通孔内压印板的上方装入导电胶，组装布胶机构，并在砂轮表面进行压印，形成有序排布的胶点或者胶条图案；

（2）上砂机构的储料槽内装入超硬磨料，使用上砂机构向砂轮表面喷撒超硬磨料，漏料孔距离砂轮顶部高度为15mm-50mm，使导电胶与超硬磨料充分接触粘结；

（3）加热固化导电胶，温度100-200℃，固化时间为1-2h，随后去除砂轮表面没有被导电胶粘结的多余超硬磨料；

（4）砂轮基体表面进行二次清洗，随后放入电镀液中进行电镀。

10.根据权利要求9所述使超硬磨料在电镀砂轮中实现有序排布的方法，其特征在于，上砂过程中，所述上砂机构的滑板通过人工抽拉方式移动，单行程的移动平均速度控制在1mm/s-5mm/s；砂轮转速为5°/min~20°/min。