CN110065012A - 磨粒分布可控且内含孔隙结构和自冷却通道的3d打印砂轮制备方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种适用于磨粒分布可控且内含孔隙结构和自冷却通道的砂轮制备方法，能够制造异形曲面砂轮，使其具有内部冷却通道，能够主动控制砂轮上磨粒的分布位置，且通过控制密度或者添加造孔剂，得到内部具有孔隙结构的砂轮。以及提供一种适用于磨粒分布可控且内含孔隙结构和自冷却通道的砂轮制备装置，由进料装置、加热装置、砂轮基体所构成。本发明有效克服了传统加工方法所制得砂轮的形状单一，内部结构都为完全填充，内部不具有任何结构形状等局限性，使得异形砂轮制备过程简化、所制备砂轮用途更广、冷却效果更好，磨削质量更高，能够磨削复杂外形结构。
Description
技术领域
本发明涉及3D打印技术领域，特别是基于3D打印技术的异形砂轮制造方法及装置。
背景技术
目前使用较多的为固结磨料砂轮和电镀砂轮。传统工艺制造的固结磨料砂轮，特别是精密和超精密磨削砂轮,工作面极易堵塞,容易导致砂轮过早失效或产生磨削热损伤,严重影响了零件加工质量和加工效率；电镀砂轮虽然在现代磨削技术中占据着重要的地位,但也存在电镀层过厚易造成砂轮堵塞、使用寿命有限、砂轮回转精度和几何形状精度严重受制于砂轮基体本身的制造精度等问题。其中以树脂为结合剂的固结磨料砂轮加工方法主要是压制成形和浇注成形。
传统的加工方法存在一定的缺点，主要表现在：砂轮的形状单一，不具有多样性；内部结构都为完全填充，内部不具有任何结构形状。很大程度上无法满足现阶段各种生产状况的要求。因此，发明一种快速成形复杂结构砂轮的加工方法显得十分急迫。
3D打印具有制作精度高，制作周期短，可以实现个性化制作等特点，制作材料的多样性。一个3D打印系统往往可以实现不同材料的打印，而这种材料的多样性可以满足不同领域的需要。
发明内容
为了克服已有砂轮加工方法的砂轮的形状单一的不足，本发明的目的是提出一种基于3D打印技术的复杂内部结构的砂轮加工方法，制造出一种磨粒分布可控且内含孔隙结构和自冷却通道的3D打印砂轮。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种适用于磨粒分布可控且内含孔隙结构和自冷却通道的3D打印砂轮制备方法，包括如下步骤：
(1)配制加工材料，所述加工材料由软质磨料，固化剂及填充剂配制而成，重量份数比为：软质磨料60～80份，固化剂10份～20份，填充剂10份～20份；将软质磨料、固化剂、添加剂混合，搅拌均匀；
(2)将砂轮基体摆放至喷嘴下方至设定位置，通过外部运动控制平台带动砂轮基体旋转；
(3)将磨料、固化剂、填充剂混合物通过进料装置送入到加热装置中进行熔融，通过调节阀门调节进料的速度；混合物经所述加热装置加热后，按照外部电脑所设计砂轮形状，通过控制喷嘴运动轨迹将熔融状态的混合物喷涂在所述砂轮基体表面，如此砂轮旋转一周后停止，在砂轮基体表面形成一层磨料、固化剂、填充剂混合物层；
(4)重复步骤(3)，通过这种方法进行逐层累材增加，在砂轮基体表面得到多层磨粒规则排布的3D打印砂轮
(5)通过上述步骤，得到磨粒分布可控且内含孔隙结构和自冷却通道的3D打印砂轮。
进一步，所述步骤(1)中，所述的软质磨料为以下之一或两种及两种以上混合：①氧化铈、②氧化锆、③氧化铁、④氧化铬，所述磨料的莫氏硬度均匀小于7。
所述步骤(1)中，所述的固化剂为以下之一：①环氧树脂固化剂、②不饱和树脂固化剂、③热塑性酚醛树脂、④热固性酚醛树脂、⑤聚酰胺树脂固化剂、⑥酚醛-缩醛树脂、⑦酚醛-环氧树脂、⑧硼酚醛树脂、⑨有机硅酚醛树脂。
所述步骤(1)中，所述的填充剂为以下之一或两种及两种以上混合：①氢氧化钠、②碳酸氢钠、③淀粉类填充剂、④糖类填充剂、⑤纤维素类填充剂、⑥无机盐填充剂。
一种磨粒分布可控且内含孔隙结构和自冷却通道的3D打印砂轮制备装置，所述装置由进料装置、加热装置、砂轮基体所构成，所述进料装置下方连接有一阀门可以用于控制进料的速度，所述进料装置底部伸入加热装置内，所述加热装置底部连接一喷嘴用于将熔融状态的混合物按照预设轨迹喷涂在砂轮基体上，所述砂轮基体位于所述喷嘴的下方。
所打印砂轮在成型过程当中，在砂轮基体作回转运动时通过设置喷嘴运动轨迹将经过加热装置熔融的加工材料按照外部电脑所设计形状喷于砂轮基体上，从而得到单层砂轮本体。通过逐层累材得到砂轮本体。通过外部电脑来设计砂轮形状控制喷嘴运动轨迹，即可得到不同磨粒排布且内部具有冷却通道的3D打印砂轮本体。
实现所述方法的设备由进料装置、加热装置、砂轮基体所构成。所述3D打印砂轮包括砂轮基体、软质磨料、固化剂和填充剂。所述进料装置下方连接有一阀门可以用于控制进料的速度，进料装置底部伸入加热装置内，所述加热装置底部连接一喷嘴用于将熔融状态的混合物按照预设轨迹喷涂在砂轮基体上。
本发明的有益效果主要表现在：能够制造异形曲面砂轮，使其具有内部冷却通道，能够主动控制砂轮上磨粒的分布位置，且通过控制密度或者添加填充剂，得到内部具有孔隙结构的砂轮。有效克服了传统加工方法所制得砂轮的形状单一，内部结构都为完全填充，内部不具有任何结构形状等局限性。且使得异性砂轮制备过程简化、所制备砂轮用途更广、寿命更长。
附图说明
图1是本发明的一种实施结构示意图。
图2是本发明最终磨粒排布示意图。
其中，1-进料装置，2-阀门，3-加热装置，4-喷嘴，5-砂轮基体，6-加工材料(软质磨料、固化剂和填充剂的混合物)，7-冷却通道。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1和图2，一种适用于磨粒分布可控且内含孔隙结构和自冷却通道的3D打印砂轮制备方法，实现该方法的设备包括进料装置(1)、加热装置(3)、砂轮基体(5)，所述3D打印砂轮包括砂轮基体(5)、软质磨料、固化剂和填充剂。所述进料装置下方连接有一阀门(2)可以用于控制进料的速度，进料装置(1)底部伸入加热装置(3)内，所述加热装置(3)底部连接一喷嘴(4)用于将熔融状态的混合物按照预设轨迹喷涂在砂轮基体(5)上，所述砂轮基体(5)位于所述喷嘴(4)的下方。
所述适用于磨粒分布可控且规则排布、内部具有冷却通道的砂轮制备方法，包括如下步骤：
(1)配制加工材料，所述砂轮材料由软质磨料(莫氏硬度<7)，固化剂(结合剂)及填充剂配制而成。含量(重量份)分别为：软质磨料60～80份，固化剂10份～20份，填充剂10份～20份。将软质磨料、固化剂和填充剂。混合，搅拌均匀，按磨料类别分类将加工材料放置到磨料盒1、磨料盒2、磨料盒3内；所述的软质磨料为以下之一或几种混合：①氧化铈、②氧化锆、③氧化铁、④氧化铬。这些磨料的莫氏硬度均匀小于7。所述的固化剂为以下之一：①环氧树脂固化剂、②不饱和树脂固化剂、③热塑性酚醛树脂、④热固性酚醛树脂、⑤聚酰胺树脂固化剂、⑥酚醛-缩醛树脂、⑦酚醛-环氧树脂、⑧硼酚醛树脂、⑨有机硅酚醛树脂。所述的填充剂为以下之一或几种混合：①氢氧化钠、②碳酸氢钠、③淀粉类填充剂、④糖类填充剂、⑤纤维素类填充剂、⑥无机盐填充剂；
(2)将所述砂轮基体(5)摆放至所述喷嘴(4)下方至设定位置，通过外部运动控制平台带动砂轮基体(5)旋转。
(3)将软质磨料、固化剂、填充剂混合物(6)通过所述进料装置(1)送入到所述加热装置(3)中进行熔融，可以通过调节所述阀门(2)调节进料的速度。混合物经所述加热装置(3)加热后成熔融状态，按照外部电脑所设计砂轮形状，通过控制所述喷嘴(4)将熔融状态的混合物(6)喷涂在所述砂轮基体(5)表面。如此砂轮基体(5)旋转一周后停止，在砂轮基体(5)表面形成一层磨料、固化剂、填充剂混合物(6)层；
(4)重复步骤(3)，通过这种方法进行逐层累材增加，可在砂轮基体(5)表面得到多层磨粒规则排布的3D打印砂轮；
(5)通过上述步骤，得到磨粒分布可控且内含孔隙结构和自冷却通道的3D打印砂轮。
上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
Claims (5)
1.一种适用于磨粒分布可控且内含孔隙结构和自冷却通道的3D打印砂轮制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)配制加工材料，所述加工材料由软质磨料，固化剂及填充剂配制而成，重量份数比为：软质磨料60～80份，固化剂10份～20份，填充剂10份～20份将软质磨料、固化剂、添加剂混合，搅拌均匀；
(2)将砂轮基体摆放至喷嘴下方至设定位置，通过外部运动控制平台带动砂轮基体旋转；
(3)将磨料、固化剂、填充剂混合物通过进料装置送入到加热装置中进行熔融，通过调节阀门调节进料的速度；混合物经所述加热装置加热后，按照外部电脑所设计砂轮形状，通过控制喷嘴运动轨迹将熔融状态的混合物喷涂在所述砂轮基体表面，如此砂轮旋转一周后停止，在砂轮基体表面形成一层磨料、固化剂、填充剂混合物层；
(4)重复步骤(3)，通过这种方法进行逐层累材增加，在砂轮基体表面得到多层磨粒规则排布的3D打印砂轮
(5)通过上述步骤，得到磨粒分布可控且内含孔隙结构和自冷却通道的3D打印砂轮。
2.如权利要求1所述的一种适用于磨粒分布可控且内含孔隙结构和自冷却通道的3D打印砂轮制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述的软质磨料为以下之一或两种及两种以上混合：①氧化铈、②氧化锆、③氧化铁、④氧化铬，所述磨料的莫氏硬度均匀小于7。
3.如权利要求1或2所述的一种适用于磨粒分布可控且内含孔隙结构和自冷却通道的3D打印砂轮制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述的固化剂为以下之一：①环氧树脂固化剂、②不饱和树脂固化剂、③热塑性酚醛树脂、④热固性酚醛树脂、⑤聚酰胺树脂固化剂、⑥酚醛-缩醛树脂、⑦酚醛-环氧树脂、⑧硼酚醛树脂、⑨有机硅酚醛树脂。
4.如权利要求1或2所述的一种适用于磨粒分布可控且内含孔隙结构和自冷却通道的3D打印砂轮制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述的填充剂为以下之一或两种及两种以上混合：①氢氧化钠、②碳酸氢钠、③淀粉类填充剂、④糖类填充剂、⑤纤维素类填充剂、⑥无机盐填充剂。
5.一种如权利要求1所述的磨粒分布可控且内含孔隙结构和自冷却通道的3D打印砂轮制备方法的装置，其特征在于：所述装置由进料装置、加热装置、砂轮基体所构成，所述进料装置下方连接有一阀门可以用于控制进料的速度，所述进料装置底部伸入加热装置内，所述加热装置底部连接一喷嘴用于将熔融状态的混合物按照预设轨迹喷涂在砂轮基体上，所述砂轮基体位于所述喷嘴的下方。
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2019
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