CN210678387U - 一种金刚石砂轮成型模具 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种金刚石砂轮成型模具，属于超硬材料制造领域。它包括一种金刚石砂轮成型模具，包括由外至内依次同心设置的外模、压圈和模芯，所述外模内圈设有0°～30°的内孔，所述压圈由外至内依次包括外压圈和内压圈；所述外压圈的外圈设有配合插入外模内孔的锥度，所述内压圈包括相对设置的内压圈A和内压圈B；其中，模芯、外压圈、内压圈A和内压圈B配合形成的空间为粉料腔。本实用新型模具制成的金刚石成品在节约原料的基础上，成品的精度提高，避免或减少二次加工的难度，并且模具的脱模方式为敲击脱模，避免高压脱模对模具和成品造成损伤，具有结构简单、设计合理、易于制造的优点。

Description

一种金刚石砂轮成型模具

技术领域

本实用新型属于超硬材料制造领域，更具体地说，涉及一种金刚石砂轮成型模具。

背景技术

现如今，金刚石制品技术日新月异，升级换代快，企业面临着如何快速地完成产品设计和模具生产，提高竞争能力，对及时满足客户要求占领新市场起到了关键作用；同时，如何降低使用模具的成本，对企业盈利也非常重要。这与模具设计、选材、生产管理、质量控制、成本管理等过程都是相关联的，是比较综合性、系统性的问题。不同的制作方法所需要的模具材料、结构均有所不同。对于外热式加压烧结制作的金刚石砂轮，如何大批量产生金刚石砂轮，对使用的模具要求很高。

在超硬材料制造领域，存在着其机械加工难度大的问题。对于金刚石制品，尤其是金刚石砂轮的成型，要求圆环形砂轮侧向弧面的表面精度高。由于现有模具的粉料腔为两个压圈形成的空腔，如图6所示，包括外模、两个压圈和模芯，其中两个压圈的上部配合处需形成弧面的顶端弧线，然而图6的压圈不可能做到成型精度高的弧面。为了加工弧面，现有模具会在两个压圈的上部配合处预留方形的小腔，模具热压成型后，还需二次加工人工打磨掉金刚石砂轮上由方形的小腔形成的凸棱，从而完成圆弧面的精准加工。但是二次加工还存在一些难度，一方面，由于凸棱是一个方形小平台的结构，不是一道线状，打磨费时费力；在经过碳化硅的打磨过程中，使每个金刚石砂轮达到要求的精度，至少还需要打磨两个小时才能将其上的凸棱打磨掉，其中需消耗大量的碳化硅作为打磨材料，而且还必须施加高压才能打磨，打磨过程中还必须停机进行人工比对，费时费力且费工。另一方面，金刚石粉料材料一般都比较昂贵，预留空腔二次加工浪费材料，成本较高。

更为重要的一点，金刚石砂轮模具成型的过程中需要高温烧结，对相关模具材料要求也会比较高，需要使用变形量很小的材料制成，但是这类材料价格普遍比较高，现有模具脱模一般是采用高压脱模，不仅会损坏模具，导致模具的使用寿命很短，一般使用两次模具就报废了，成本高；而且高压脱模会挤压工件，对金刚石制品造成伤害，成品率降低。

例如，中国专利申请号为201220565998.6，申请公开日为2013年5月15日的专利申请文件公开了带水槽金刚石砂轮模具。该专利模具包括模套、底环、压环和模芯，在压环部位之下的模具工作层设置一定数量分布的石墨块；该带水槽金刚石砂轮模具简单轻巧，费用低廉，工业化生产过程中能节约劳动力、降低能耗、不需要大功率设备，摒弃了传统的电火花二次加工工艺。但是，该模具的结构并不能保证金刚石砂轮圆弧面的精度。

因此，如何设计模具结构，从而减少金刚石砂轮的二次加工的难度，甚至避免二次加工，并且提高模具制品的质量，以及保证模具的使用寿命，就成为了亟待解决的问题。

发明内容

1、要解决的问题

本实用新型提供一种金刚石砂轮成型模具，其目的在于解决现有模具制造的金刚石砂轮成品精度低，需要二次加工并且二次加工难度大的问题，从而减少二次加工的难度，甚至避免金刚石砂轮的二次加工，大大缩短加工时间，并且模具可重复使用，使用寿命高，其制得的金刚石砂轮精度高，加工成本低。

本实用新型通过对模具结构的改进，还进一步解决了脱模时易损伤模具制件和模具的问题，无需高压脱模，只需敲击便可实现脱模。

2、技术方案

为解决上述问题，本实用新型采用如下的技术方案。

一种金刚石砂轮成型模具，包括由外至内依次同心设置的外模、压圈和模芯；所述压圈由外至内还依次包括外压圈和内压圈；所述内压圈包括相对设置的内压圈A和内压圈B；其中，模芯、外压圈、内压圈A和内压圈B配合形成的空间为粉料腔。

进一步地，所述外模的内圈设有锥度为0°～30°的内孔，所述外压圈的外圈设有配合插入外模内孔的锥度，有利于脱模时外模的分离，其中，所述外模内圈是指外模靠近外压圈的一端，所述外压圈的外圈是指外压圈与外模的连接端，该端的锥度与外模内孔的锥度相一致。

进一步地，所述外压圈至少由周向上的两段组合而成，各段之间由外模连接。

进一步地，所述内压圈至少由周向上的两段组合而成，内外压圈各段的连接处为开缝。

进一步地，所述外模由至少由两段组合而成，各段之间由锥度外套连接；其中，所述锥度外套与外模内圈的锥度相配合，即外模内圈的锥度配合插入锥度外套的内孔，使得外模的各段组合而成外模。

进一步地，所述粉料腔为轴对称结构；粉料腔的内壁沿其周向上依次设有第一弧面、第二弧面、第三弧面、第一台阶面、第二台阶面、第四弧面、第三台阶面和第四台阶面；其中，所述第一弧面位于内压圈B上，所述第二弧面位于外压圈上，所述第三弧面位于内压圈A上，所述第一台阶面、第二台阶面、第四弧面、第三台阶面和第四台阶面依次相接位于模芯上。

进一步地，由所述第二弧面形成的腔体体积占粉料腔体积的比例为1:(3～4)。

进一步地，所述外压圈与内压圈之间的配合间隙为0.02～0.04mm。

进一步地，所述内压圈的内径与模芯的外径相匹配。

进一步地，所述外压圈和内压圈均用HT20-40金属铸件制作，其中，HT表示灰口铸铁，抗拉强度为20kg/mm²，抗弯强度为40kg/mm²。

进一步地，所述模芯采用45#钢锻件，即45号钢锻件。

进一步地，所述模具的填料方式为不对称填料。

进一步地，所述模具的脱模方式为敲击脱模。

3、有益效果

相比于现有技术，本实用新型的有益效果为：

(1)本实用新型模具改变了粉料腔的组合方式，由内外压圈和模芯三者配合形成，这是由于现有模具制成的金刚石砂轮最外圈会存在预留的2～5mm的凸棱，还需进行二次加工精确形成砂轮的弧形曲面，现有模具的加工精度比较低；而本实用新型模具新增的外压圈形成粉料腔的第二弧面，使得模具成型无需预留凸棱便可一次成型金刚石砂轮的弧形侧面，无需二次加工或者只需少量的二次加工，在不增加材料的情况下，即减少金刚石原料使用量，制成的金刚石砂轮成品精度高，企业生产成本降低，生产效率也进一步提高，适合大批量生产；

(2)本实用新型的外压圈由多段组合而成，并且外压圈外圈设有锥度，配合插入外模内圈的内孔连接而成外压圈，锥度组合可以控制是圆径向的力，而且锥度轴向的作用力特别小，无需高压脱模，敲击便可脱模；模具可分离成几块，避免整体搬运过重，并且可以规避抬上压机脱模，降低工作量，摒弃了原有模具的高压脱模，敲击便可轻松脱模，避免脱模挤压工件，脱模强度降低，一方面脱模所需压力减小，不需要大压力压机，另一方面，模具的内外压圈是可拆解的，分段取出，工作量降低，且模具的变形量小，对模具及工件的损坏小，模具重复利用率大幅提高，由脱模造成的废品率大幅降低，接近于0；

(3)本实用新型由第二弧面形成的腔体体积占粉料腔体积的比例为1:(3～4)，可以在保证模具对金刚石砂轮粉料的压制强度的同时，使得金刚石制品的密度较大，有利于保证产品顶部寿命，还可以尽可能避免由于压制强度不足而使内外压圈连接处产生飞边；

(4)本实用新型外压圈与内压圈之间的配合紧密，在两者的连接处至多形成0.04mm厚度的飞边，由于飞边较薄，相较现有模具制成的金刚石砂轮存在的2～5mm的凸棱，打磨明显较轻松；

(5)本实用新型在内外压圈上设有1～3个开缝，有利于脱模时模具拉伤异常而损坏，有利于提高模具的使用寿命；

(6)本实用新型产品精度更高，成品接近完工状态，后续加工难度及加工时间均大幅降低，后续加工工作量大大降低，生产效率大大提高；

(7)本实用新型综合收益大幅提高，通过数控高精度加工，人工成本大幅度降低；

(8)本实用新型模具的填料方式为不对称填料，不对称填料方式的接缝位置由工作层的正中偏移到其中一侧，保证正中位置结构和密度，产品质量更好，密度更均匀；可避免对称填料中间位置产生接缝，影响使用，装模结构精简，配合精度更高；

附图说明

图1为本实用新型模具的剖面结构示意图；

图2为图1中A区域的局部放大图；

图3为本实用新型模具的俯视图；

图4为图3中B-B方向的剖视图；

图5为图4中C区域的局部放大图；

图6为现有技术模具的结构示意图；

图中：1、外模；2、外压圈；3、内压圈；31、内压圈A；32、内压圈B；4、粉料腔；41、第一弧面；42、第二弧面；43、第三弧面；44、第一台阶面；45、第二台阶面；46、第四弧面；47、第三台阶面；48、第四台阶面；5、模芯；6、开缝。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本实用新型进一步进行描述。

实施例1

如图1和图2所示，本实施例的一种金刚石砂轮成型模具，包括均为圆盘形且由外至内依次同心设置的外模1、外压圈2、内压圈3和模芯5，外压圈2和内压圈3均用HT20-40铸件制作，模芯5采用45#钢锻件；其中，内压圈3包括相对设置的内压圈A31和内压圈B32，模芯5、外压圈2、内压圈A31和内压圈B32配合形成的空间为粉料腔4。

具体来说，外模1的内圈设有锥度为30°的内孔，相应地，外压圈2的外圈设有配合插入外模内孔的锥度，该锥度与外模1内孔的锥度一致，并且内外压圈均由周向上的两段半圆环组合而成，其中，外压圈2的两端半圆环通过其外圈的锥度配合插入外模1的锥度内孔连接而成，可避免整体搬运过重，降低工作量；锥度组合可以控制其圆径向的力，而且锥度轴向的作用力特别小，无需高压脱模，敲击便可脱模，有利于脱模时减少对模具的拉伤，敲击便可轻松脱模，避免脱模挤压工件，脱模强度降低，提高模具的使用寿命；值得注意的是，实际生产过程中，根据需要，可以设0～30°的锥度，基本上可以达到敲击脱模的要求；根据模具的大小，可适当增加外模1的段数，保证外模1拆卸方便。

外压圈2与内压圈3的两个压圈之间的配合间隙为0.02～0.04mm的间隙，使得金刚石砂轮产品的飞边厚度小于0.04mm，甚至不会产生飞边，减小二次加工的难度甚至无需二次加工，成品的精度大大提高；内压圈A31和内压圈B32的内径分别与模芯5的外径相匹配。值得说明的是，外压圈2与内压圈3各段之间的连接处形成开缝6，根据所需模具的尺寸大小选择合适的开缝6数目，例如模具尺寸较大，选择设有多个开缝6，有利于成品在脱模时减少模具和成品的异常拉伤损伤，保证成品的质量，也提高模具的使用寿命，一般地，设有1～3个开缝6便可基本满足敲击脱模的要求，。

更为重要的是，结合图3、图4和图5所示，本实施例粉料腔4的由模芯5、外压圈2、内压圈A31和内压圈B32共同构成，为轴对称结构，粉料腔4的内壁沿其周向上依次设有第一弧面41、第二弧面42、第三弧面43、第一台阶面44、第二台阶面45、第四弧面46、第三台阶面47和第四台阶面48。其中，第一弧面41位于内压圈B 32上；第二弧面42位于外压圈2上，由第二弧面42在外压圈2内形成的腔体占粉料腔4体积的比例为1:(3～4)，在此范围内均可以满足模具紧密性好以及减小飞边的要求；第三弧面43位于内压圈A 31上，其形状与第一弧面41呈轴对称结构，最终，第一弧面41、第二弧面42和第三弧面43共同成型金刚石砂轮的弧形外侧面；第一台阶面44、第二台阶面45、第四弧面46、第三台阶面47和第四台阶面48依次相接位于模芯5上，第一台阶面44与第四台阶面48位于同一个基准线上且长度相等，第二台阶面45与第三台阶面47平行设置且长度相等，第四弧面46为轴对称的圆弧面，最终可成型金刚石砂轮成品的内侧弧面。

一种金刚石砂轮成型模具的使用方法，将模具组装完成后，往粉料腔4中填入金刚石粉料后，压实，合上内压圈B 32，压紧，金刚石砂轮成型后，采用敲击脱模的方式，将金刚石砂轮脱出模具，得到精度高的金刚石成品。

值得说明的是，在本实用新型的结构基础上，粉料腔4的形状以及尺寸均可根据实际生产的图纸进行改变，均在本实用新型描述的范围内。

Claims (10)

1.一种金刚石砂轮成型模具，包括由外至内依次同心设置的外模(1)、压圈和模芯(5)，其特征在于：所述压圈由外至内依次包括外压圈(2)和内压圈(3)；所述内压圈(3)包括相对设置的内压圈A(31)和内压圈B(32)；其中，模芯(5)、外压圈(2)、内压圈A(31)和内压圈B(32)配合形成的空间为粉料腔(4)。

2.根据权利要求1所述的一种金刚石砂轮成型模具，其特征在于：所述外模(1)的内圈设有锥度为0°～30°的内孔，所述外压圈(2)的外圈设有配合插入外模(1)内孔的锥度。

3.根据权利要求1～2任意一项所述的一种金刚石砂轮成型模具，其特征在于：所述外压圈(2)至少由周向上的两段组合而成，各段之间由外模(1)连接。

4.根据权利要求3所述的一种金刚石砂轮成型模具，其特征在于：所述内压圈(3)至少由周向上的两段组合而成。

5.根据权利要求3所述的一种金刚石砂轮成型模具，其特征在于：所述粉料腔(4)为轴对称结构，粉料腔(4)的内壁沿其周向上依次设有第一弧面(41)、第二弧面(42)、第三弧面(43)、第一台阶面(44)、第二台阶面(45)、第四弧面(46)、第三台阶面(47)和第四台阶面(48)；其中，所述第一弧面(41)位于内压圈B(32)上，所述第二弧面(42)位于外压圈(2)上，所述第三弧面(43)位于内压圈A(31)上，所述第一台阶面(44)、第二台阶面(45)、第四弧面(46)、第三台阶面(47)和第四台阶面(48)依次相接位于模芯(5)上。

6.根据权利要求5所述的一种金刚石砂轮成型模具，其特征在于：由所述第二弧面(42)形成的腔体体积占粉料腔(4)体积的比例为1:3～1:4。

7.根据权利要求4所述的一种金刚石砂轮成型模具，其特征在于：所述外压圈(2)与内压圈(3)之间的配合间隙为0.02～0.04mm。

8.根据权利要求4所述的一种金刚石砂轮成型模具，其特征在于：所述内压圈(3)的内径与模芯(5)的外径相匹配。

9.根据权利要求4所述的一种金刚石砂轮成型模具，其特征在于：所述外压圈(2)和内压圈(3)均用HT20-40铸件制作。

10.根据权利要求4所述的一种金刚石砂轮成型模具，其特征在于：所述模芯(5)采用45#钢锻件。

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