CN115609499A - 一种用于采集砂轮磨粒形貌的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于采集砂轮磨粒形貌的装置及方法。本发明包括左瓣、印块、印块弧面、推动螺栓、右瓣、右瓣弧面、空腔和底板。将印块弧面和右瓣弧面都贴上印模材料；将左瓣和右瓣进行组装，并把需要采集磨粒形貌的砂轮放置在左瓣和右瓣组装后形成的空腔内；旋入推动螺栓，推动螺栓会推动左瓣下方的印块靠近砂轮的表面，当推动螺栓不能继续推动时，表示印块弧面和右瓣弧面已经紧密贴合砂轮表面，此时印块弧面和右瓣弧面上的印模材料便采集到砂轮表面的磨粒形貌。该发明用于间接采集砂轮表面的磨粒形貌，解决显微镜直接观测砂轮过程中曲率半径太小，难以准确对焦，清晰的观测区域小，无法判断磨粒是否参加磨削的问题。
Description
技术领域
本发明涉及砂轮表面形貌观测领域，尤其涉及一种用于采集砂轮磨粒形貌的装置及方法。
背景技术
磨削加工由于其独特的优势，已经广泛应用于高性能合金(钨合金、钛合金)、硬脆材料(光学玻璃、工程陶瓷)及复合材料(颗粒增强金属基复合材料、纤维增强陶瓷基复合材料等)的半精加工和精加工过程，可以获得高的表面质量和加工精度。砂轮作为磨削加工的刀具，其磨削性能直接关系到磨削质量，而砂轮的磨削性能主要与砂轮表面的磨粒状态有关，所以采集和研究砂轮表面磨粒形貌对于磨削加工具有重要的意义。
现有的砂轮磨粒形貌观测方法主要是直接观测，即使用光学显微镜或电子显微镜的方法对砂轮的表面进行观测，每次测量需要将砂轮从刀柄上卸下，这种方法在表面曲率半径较大情况下能准确对焦观测多颗磨粒，但是在砂轮曲率半径较小的情况下，显微镜的对焦多颗磨粒的准确度会下降，并且清晰的观测区域会变小。磨粒形貌变化的研究是一个重复繁琐的过程，需要在磨削加工过程中多次对砂轮表面的磨粒进行观测，需要选择同一区域的磨粒，若在磨削加工过程中反复使用显微镜寻找并观测磨粒会增加实验时间(每次观测约1小时)，影响加工的效率。
因此，目前急需一种有效观测不同磨损阶段的砂轮形貌检测方法，对砂轮磨损进行量化研究并对磨损量进行有效预测提供数据支撑。
发明内容
本发明是为了解决砂轮磨粒形貌直接观测中由于曲率半径太小导致的磨粒对焦不准确、清晰观测区域较小的问题，而提供一种用于采集砂轮磨粒形貌的装置及方法。本发明将印模材料粘贴于印块弧面和右瓣弧面就可以将砂轮的表面磨粒形貌复印下来，接着将印模材料展开成平面进行显微镜直接观测，通过间接观测的方式缩短了传统技术反复使用显微镜寻找并观测磨粒的实验时间，提高磨粒研究的效率。本发明采用的技术手段如下：
一种用于采集砂轮磨粒形貌的装置，包括可拆分的左瓣、右瓣和底板，所述底板连接在左瓣和右瓣的下方，所述左瓣设有容纳印块的开孔，还包括推动机构，在第一状态下，所述左瓣、右瓣、和印块之间能够形成供砂轮经过的空腔，所述印块和右瓣相对的位置均开设用于容纳印模材料的槽，在第二状态下，待采集磨粒形貌的砂轮置于空腔中，槽内设有印模材料，通过推动推动机构将印模材料挤压到砂轮的磨削部上，将砂轮表面磨粒形貌复制下来，实现对砂轮表面磨粒形貌进行间接观测。
进一步地，所述印块和右瓣开的槽分别为弧形槽，印块弧面和右瓣弧面的曲率半径相同，其大小根据所观测砂轮曲率半径大小确定。
进一步地，曲率半径在5mm～20mm范围内。
进一步地，所述印模材料包括软质金属和硅橡胶材料。
进一步地，左瓣的侧方设有螺纹通孔，所述推动机构为能够旋入其中的推动螺栓，所述螺纹通孔与印块处于同一水平面，推动螺栓通过螺纹通孔来推动印块移动，移动距离根据螺纹转动圈数确定。
本发明还公开了一种用于采集砂轮磨粒形貌的方法，包括以下步骤：
步骤S1：制备磨削测试样件，并根据样件材料选择合适的砂轮；
步骤S2：利用采集砂轮磨粒形貌的装置采集砂轮初始磨粒形貌；
步骤S3：磨削样件，利用采集砂轮磨粒形貌的装置采集砂轮磨削后的磨粒形貌；
步骤S4：将印模材料展开成平面进行显微镜直接观测，实现砂轮磨粒形貌的间接观测；
步骤S5：对比磨削前后砂轮磨粒形貌，形成砂轮磨粒形貌统计方法。
进一步地，所述步骤S2和步骤S3中，采集砂轮磨粒形貌的装置采集砂轮初始及磨削后磨粒形貌具体包括如下步骤：
A1、在印块和右瓣的槽内放入印模材料，将印块放置在左瓣的空腔中；
A2、右瓣与左瓣使用螺栓连接的方式组装，两者组装后会在中间形成用于放置砂轮的空腔，把需要采集磨粒形貌的砂轮放置在左瓣和右瓣组装后形成的空腔内，空腔上部可容纳砂轮的刀柄，空腔下部可容纳砂轮的磨削部；
A3、在左瓣和右瓣的下方合上底板，底板与右瓣通过螺栓连接的方式固定；
A4、将推动螺栓旋入左瓣的螺纹孔，推动螺栓推动印块向砂轮的表面靠近，直至印块不再移动，至此将砂轮磨粒形貌采集下来。
进一步地，所述步骤S5中，砂轮磨粒形貌统计方法包括磨粒形态分布及占比、磨粒高度分布及占比。
本发明具有以下优点：
(1)本发明提供的一种用于采集砂轮磨粒形貌的装置，结构简单，将印模材料粘贴于印块弧面和右瓣弧面就可以将砂轮的表面磨粒形貌复印下来，接着将印模材料展开成平面进行显微镜直接观测，通过间接观测的方式缩短了传统技术反复使用显微镜寻找并观测磨粒的实验时间，提高了加工效率。
(2)本发明提供的一种用于采集砂轮磨粒形貌的方法，能够在不将砂轮从刀柄上卸下的情况下，简单高效地观测砂轮磨粒形貌，对于连续观测同一颗磨粒在磨削加工过程中的磨损变化情况也有一定的优势，并且通过标记压印的方式能够方便追踪单颗磨粒在磨削过程中的磨损情况，为砂轮磨损研究及实际应用提供理论支撑。
(3)本发明提供的一种用于采集砂轮磨粒形貌的装置及方法，解决了砂轮在显微镜直接观测下对焦不准确和清晰区域较小的问题，并且可以节省磨粒变化情况实验研究的时间，对磨粒进行更加有针对性的观测和研究。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明未安装砂轮的剖视图；
图2为本发明实施例中砂轮安装于空腔中的轴侧视图；
图3是图2的剖视图；
图4是图2隐藏底板后的底部视图；
图5是本发明各部分之间螺栓连接说明图；
图6是本发明采集砂轮磨粒形貌的方法流程图；
图7是本发明砂轮磨损压印显微观测图；
图8是本发明不同磨削体积下砂轮磨损压印对比图；
图9是本发明砂轮磨粒突出高度统计图。
图中：1.左瓣；2.印块；21.印块弧面；3.推动螺栓；4.右瓣41.右瓣弧面；5.空腔；6.底板；7.砂轮。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例公开了一种用于采集砂轮磨粒形貌的装置，包括可拆分的左瓣、右瓣和底板，所述底板连接在左瓣和右瓣的下方，所述左瓣设有容纳印块的开孔，左瓣的下方可放置印块，还包括推动机构，所述印块和右瓣相对的位置均开设用于容纳印模材料的槽，在第一状态下，所述左瓣、右瓣、和印块之间能够形成供砂轮经过的空腔，在第二状态下，待采集磨粒形貌的砂轮置于空腔中，槽内设有印模材料，所述底板通过螺栓与右瓣下部连接，封闭空腔的下部，防止空腔内部的砂轮上下窜动。通过推动推动机构将印模材料挤压到砂轮的磨削部上，将砂轮表面磨粒形貌复制下来，实现对砂轮表面磨粒形貌进行间接观测。
所述印块和右瓣开的槽分别为弧形槽，印块弧面和右瓣弧面的曲率半径相同，其大小根据所观测砂轮曲率半径大小确定，合适的曲率半径可以使得砂轮表面磨粒形貌的采集更加准确。本实施例中，曲率半径在5mm～20mm范围内。所述空腔用于放置砂轮，设计不同的空腔形状，能够实现不同形状砂轮的测量。
所述印模材料可以是软质金属和硅橡胶等材料。
具体地，左瓣的侧方设有螺纹通孔，所述推动机构为能够旋入其中的推动螺栓，所述螺纹通孔与印块处于同一水平面，推动螺栓通过螺纹通孔来推动印块移动，移动距离根据螺纹转动圈数确定。
如图6所示，本发明还公开了一种用于采集砂轮磨粒形貌的方法，包括以下步骤：
步骤S1：选取材料，并根据材料选择合适的砂轮；
步骤S2：利用采集砂轮磨粒形貌的装置采集砂轮初始磨粒形貌；
步骤S3：磨削样件，利用采集砂轮磨粒形貌的装置采集砂轮磨削后的磨粒形貌；
步骤S4：将印模材料展开成平面进行显微镜直接观测，实现砂轮磨粒形貌的间接观测；
步骤S5：对比磨削前后砂轮磨粒形貌，形成砂轮磨粒形貌统计方法，本实施例中，砂轮磨粒形貌统计方法包括但不限于磨粒形态分布及占比、磨粒高度分布及占比等。
所述步骤S2和步骤S3中，采集砂轮磨粒形貌的装置采集砂轮初始及磨削后磨粒形貌具体包括如下步骤：
A1、在印块和右瓣的槽内放入印模材料，将印块放置在左瓣的空腔中；
A2、右瓣与左瓣使用螺栓连接的方式组装，两者组装后会在中间形成用于放置砂轮的空腔，把需要采集磨粒形貌的砂轮放置在左瓣和右瓣组装后形成的空腔内，空腔上部可容纳砂轮的刀柄，空腔下部可容纳砂轮的磨削部；
A3、在左瓣和右瓣的下方合上底板，底板与右瓣通过螺栓连接的方式固定；
A4、将推动螺栓旋入左瓣的螺纹孔，推动螺栓推动印块向砂轮的表面靠近，直至印块不再移动，至此将砂轮磨粒形貌采集下来。
实施例1
本实施例包括如下步骤：
步骤S1：制备SiCf/SiC陶瓷基复合材料磨削测试样件，并根据所选材料硬度高、各向异性、非均质等的材料特点，选择直径8mm的金刚石金属结合剂砂轮。
步骤S2：利用本发明装置采集砂轮初始磨粒形貌：
参阅图2，左瓣1、右瓣4和底板6之间利用螺栓连接的方式组装，三个部件之间螺栓连接参阅图5；推动螺栓3旋入左瓣1的螺纹通孔，砂轮7放置于左瓣1和右瓣4组合后形成的空腔内。参阅图3，图3为本发明具体实施方式的剖视图，首先，需要将印模材料(0.5mm铅箔)粘贴于印块弧面21和右瓣弧面41(印块弧面21及右瓣弧面41曲率半径匹配8mm砂轮)上，接着将印块2放置于左瓣1的下方，再使用螺栓将左瓣1和右瓣4连接起来，形成空腔5，空腔5上部空间大于砂轮7的刀杆，下部空间也比砂轮7的磨削部大，这使得砂轮7可以在空腔内进行有限的移动；左瓣1与右瓣4组装完成后，将砂轮7由下往上插入空腔5内，最后将底板6合上，使得整个空腔5呈密闭状态，同时也防止砂轮7上下窜动，印块2也受到底板6的支撑，以上操作完成后，拧入推动螺栓3。接着参阅图4，图4为方便说明本发明在采集砂轮表面磨粒相貌的具体操作流程，将底板6隐藏，整个发明经过上述操作已经将做好采集砂轮表面磨粒相貌的准备，此时转动推动螺栓3，推动螺栓3会推动印块2朝砂轮7移动，此操作会使砂轮7与印块弧面21之间的距离和砂轮7与右瓣弧面41之间的距离不断减小，直至贴合，此时粘贴在印块弧面21和右瓣弧面41上的印模材料便采集到砂轮表面的磨粒形貌。
步骤S3：磨削样件，利用本发明装置采集砂轮磨削后磨粒形貌，采集步骤同S2。
步骤S4：拆开左瓣1、右瓣4和底板6之间的连接后便可以取出印模材料，将印模材料展开成平面后可放于显微镜下进行观测，得到图7，实现对砂轮磨粒形貌的间接观测(整个流程约20分钟)。图8是不同磨削体积下砂轮磨损压印对比图。
步骤S5：对比磨削前后砂轮磨粒形貌，形成砂轮磨粒形貌统计方法。
统计试验前后不同突出高度金刚石磨粒的数量，得到图9砂轮磨粒突出高度统计图，通过分析可以得出：试验后金刚石磨粒的突出高度发生了明显变化，试验前磨粒突出高度分布的峰值处于大致中间位置，试验后磨粒突出高度的峰值向左偏移。通过计算得出：磨削试验后平均磨粒突出高度下降11.9μm，标准差下降3.7μm，磨粒突出高度5-20μm分布范围的占比从20.91％增加到74.27％，磨粒突出高度20-35μm分布范围内的占比从66％下降到22.84％。以上数据说明：磨削后的平均磨粒突出高度和标准差都降低，砂轮发生明显磨损，砂轮磨损使磨粒突出高度降低，但让磨粒突出高度分布更加集中。试验后的磨粒突出高度分布大部分集中在5-20μm高度范围内，原有突出高度分布占比较大部分发生明显下降，结果表明砂轮产生了明显的磨耗磨损。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (8)
1.一种用于采集砂轮磨粒形貌的装置，其特征在于，包括可拆分的左瓣、右瓣和底板，所述底板连接在左瓣和右瓣的下方，所述左瓣设有容纳印块的开孔，还包括推动机构，在第一状态下，所述左瓣、右瓣、和印块之间能够形成供砂轮经过的空腔，所述印块和右瓣相对的位置均开设用于容纳印模材料的槽，在第二状态下，待采集磨粒形貌的砂轮置于空腔中，槽内设有印模材料，通过推动推动机构将印模材料挤压到砂轮的磨削部上，将砂轮表面磨粒形貌复制下来，实现对砂轮表面磨粒形貌进行间接观测。
2.根据权利要求1所述的用于采集砂轮磨粒形貌的装置，其特征在于，所述印块和右瓣开的槽分别为弧形槽，印块弧面和右瓣弧面的曲率半径相同，其大小根据所观测砂轮曲率半径大小确定。
3.根据权利要求2所述的用于采集砂轮磨粒形貌的装置，其特征在于，曲率半径在5mm～20mm范围内。
4.根据权利要求1所述的用于采集砂轮磨粒形貌的装置，其特征在于，所述印模材料包括软质金属和硅橡胶材料。
5.根据权利要求1所述的用于采集砂轮磨粒形貌的装置，其特征在于，左瓣的侧方设有螺纹通孔，所述推动机构为能够旋入其中的推动螺栓，所述螺纹通孔与印块处于同一水平面，推动螺栓通过螺纹通孔来推动印块移动，移动距离根据螺纹转动圈数确定。
6.一种基于权利要求1～5任一项所述用于采集砂轮磨粒形貌的装置的砂轮磨粒形貌采集方法，包括以下步骤：
步骤S1：选取材料，并根据材料选择合适的砂轮；
步骤S2：利用采集砂轮磨粒形貌的装置采集砂轮初始磨粒形貌；
步骤S3：磨削样件，利用采集砂轮磨粒形貌的装置采集砂轮磨削后的磨粒形貌；
步骤S4：将印模材料展开成平面进行显微镜直接观测，实现砂轮磨粒形貌的间接观测；
步骤S5：对比磨削前后砂轮磨粒形貌，形成砂轮磨粒形貌统计方法。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤S2和步骤S3中，采集砂轮磨粒形貌的装置采集砂轮初始及磨削后磨粒形貌具体包括如下步骤：
A1、右瓣与左瓣使用螺栓连接的方式组装，两者组装后会在中间形成用于放置砂轮的空腔，空腔上部可容纳砂轮的刀柄，空腔下部可容纳砂轮的磨削部；
A2、将印块放置在左瓣的空腔中，并在印块和右瓣的槽内放入印模材料；
A3、底板与右瓣通过螺栓连接的方式固定；
A4、将推动螺栓旋入螺纹孔，推动印块向砂轮的表面靠近，直至印块不再移动，至此将砂轮磨粒形貌采集下来。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤S5中，砂轮磨粒形貌统计方法包括磨粒形态分布及占比、磨粒高度分布及占比。
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