一種磨粒三維可控排布磨具的制備裝置的制作方法

本實用新型涉及磨具制備技術，特別是涉及一種磨粒三維可控排布磨具的制備裝置。

背景技術：

磨粒加工是利用硬質磨粒作為切削工具進行材料去除加工過程的統稱，是機械加工的一種重要的材料去除形式。磨具是磨粒加工用的工具。固結磨具是由許多細小的磨粒用結合劑或粘結劑將其粘結成固結狀態對工具進行切削加工。其中結合劑的作用是將磨粒粘在一起，使其具有一定形狀和必要的強度。常用的結合劑有：陶瓷、樹脂、橡膠、金屬以及復合結合劑。典型的固結磨粒工具的制備過程是將磨粒與結合劑進行混合攪拌，然后通過壓制燒結，或者固化的形式獲得所需要的工具形狀，并保證結合劑對磨粒的把持。在磨粒工具制備工藝中可以通過調速磨粒的種類、粒度、形狀以及結合劑的種類、濃度等一系列參數，獲得不同性質的磨粒工具，從而滿足從高效到精密的各種不同場合的使用要求。

盡管應用廣泛，但是磨粒工具通常也存在一些嚴重的缺陷。從上述對制備過程的描述中可以看出，常規的磨粒工具中，由于種種原因，例如磨粒與結合劑之間的密度差異性等，通過簡單的混合攪拌方式，磨粒在工具的位置以及磨粒的取向都是隨機的，磨粒在結合劑中分布不均勻，另一方面，即使在混合攪拌中保證了磨粒分布的均勻性，在燒制過程中，由于結合劑的流動，也會帶動磨粒運動，進一步加劇了磨粒的不均勻性。這種不均勻性對磨粒的使用壽命及加工效率產生非常不利的影響。因此，尋找一種磨粒三維可控排布磨具的制備方法一直是業內研究的熱點。

對于電鍍工具制備中，高航等曾提出磨料群三維多層可控優化排布電鍍工具的制備思路及方法(專利申請號：200710010921.6)，該方法通過增厚復合電鍍掩膜的制備實現磨料群在電鍍工具內的三維可控排布。然而制備該類型磨具的出發點主要為解決單層磨具性能過度依賴于基體加工精度和裝配精度的問題，制備的磨具磨料層數有限(一般低于5層)，因此工具壽命也難有根本性的改善。

丁文鋒等提出了通過使用纖維磨粒實現磨粒在陶瓷結合劑CBN砂輪內三維有序排布的方法(專利申請號：201210203443.1)，此方法通過將提前制備的一定截面尺寸的纖維磨粒在陶瓷結合劑CBN砂輪內部實現有序分布從而實現磨粒在CBN砂輪內部的有序排布。2013年，丁文鋒等人又開發出了一種實現磨粒與氣孔在多層超硬磨料砂輪內部三維協同排布的方法及其裝置(專利申請號：201310321169.2)，該方法不需要制備纖維磨粒，使用陶瓷空心球作為造孔材料，通過特定的模板、模具裝置和下模塊升降裝置實現磨粒與氣孔在超硬磨料砂輪內部的三維協同排布。

在金屬結合劑工具方面，韓國新韓(Shinhan)金剛石工業公司開發的ARIX自動排布系統，可在刀頭中均勻有序排布金剛石磨粒，從而實現金屬結合劑金剛石工具的制備。我國臺灣的中國砂輪公司宋健民博士首先將金剛石有序排布應用于鋸片刀具，提出了使用模板法實施金剛石磨料的有序排布。將胎體粉末加上適當的有機粘結劑形成的“面團”，然后通過滾壓的方法做成薄層，然后再金剛石磨粒利用模板的方法放置于薄層上，并用平鋼板將金剛石壓入到胎體薄層。通過多層的重復從而得到胎坯，再通過熱壓燒結的方式獲得磨粒有序排布的刀頭。

從上可以看出上述制備方法中磨粒并沒有做到真正的三維可控排布，其主要表現在以下兩個方面：(1)對于高航及丁文鋒等人所提出的方法，僅僅是磨粒群的有序排布，而并不是單顆磨粒的有序排布。即所得的磨具是“宏觀有序，微觀無序”的狀態。(2)對于新韓和宋健民博士所得出的方法，兩者都回避了如何避免磨具在燒制過程中，由于結合劑的流動，而導致磨粒位置的變化，因此，這兩種方法雖然可以稱之為磨粒有序排布，但是還不能完全實現磨粒的可控排布。同時，目前的磨粒三維可控排布的研究多集中在電鍍、金屬結合劑和陶瓷結合劑的磨具的制備，還沒有關于樹脂結合劑磨粒三維可控排布的可操作方法。

技術實現要素：

本實用新型提供了一種磨粒三維可控排布磨具的制備裝置，其克服了現有技術所存在的不足之處。

本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是：一種磨粒三維可控排布磨具的制備 裝置包括涂布機構、磨料放置機構、磨料排布機構及固化機構；涂布機構包括涂覆組件及涂布臺，涂覆組件用于于涂布臺上涂覆預設厚度的樹脂；磨料放置機構用于放置磨粒；磨料排布機構包括第一運動組件及排布盤，第一運動組件用于帶動排布盤于磨料放置機構及涂布機構之間運動，排布盤用于于磨料放置機構中吸附磨粒并將磨粒單層有序地排列于涂布臺的樹脂中；固化機構用于固化排布有磨粒的樹脂。

優選地，所述排布盤上設有若干規則排布的錐孔并連通真空泵，通過真空泵抽真空將磨粒吸附于錐孔中實現磨粒的單層有序排列。

優選地，所述錐孔下孔徑大于單倍磨粒粒徑小于兩倍磨粒粒徑，上孔徑小于單倍磨粒粒徑。

優選地，所述磨料排布機構還包括帶動排布盤轉動的轉動組件。

優選地，所述涂布臺包括涂布盤、涂布盤外罩及升降架，涂布盤外罩與涂布盤周緣緊密配合的繞設于涂布盤外側，升降架連接涂布盤并帶動涂布盤相對涂布盤外罩上下運動。

優選地，所述涂布臺還包括刮平組件及廢液回收組件，刮平組件設置于涂布盤上方并用于刮平涂布盤上的樹脂，回收組件設置于涂布盤外罩外側并用于收集刮平組件刮出的多余樹脂。

優選地，所述涂布機構還包括帶動所述涂覆組件于第一水平方向上運動的第二運動組件及帶動涂布臺于第二水平方向上運動的第三運動組件，該第一水平方向與第二水平方向垂直以實現均勻涂覆。

優選地，所述磨料放置機構包括磨料盤，磨料盤內設置有硅膠板。

優選地，所述固化機構是紫外光燈、激光發射裝置或加熱裝置。

相較于現有技術，本實用新型具有以下有益效果：

1.本實用新型的裝置包括涂布機構、磨料放置機構、磨料排布機構及固化機構，涂布機構用于涂覆形成預設厚度的樹脂，磨料排布機構用于于磨料放置機構中吸附磨粒并將磨粒單層有序地排列于樹脂中，固化機構用于固化排布有磨粒的樹脂，從而形成固化單層，于固化單層上重復形成固化單層，即可形成磨粒三維有序排布的磨具，有效解決了燒結過程中磨粒跑位的問題，可以實現磨粒位置的精確控制，提高磨具加工效率，延長使用壽命。

2.磨料排布機構的排布盤上設有若干規則排布的錐孔并連通真空泵，通過真空泵抽真空將磨粒吸附于錐孔中實現磨粒的單層有序排列，可根據需求通過排布盤上錐孔的分布情況來實現磨粒不同的排布方式，排布效果好，可控性強；磨料排布機構還包括帶動排布盤轉動的轉動組件，可實現層與層之間磨粒的錯位排布，更能保證工件表面加工質量的穩定性。

3.涂布臺包括涂布盤、涂布盤外罩及升降架，涂布盤外罩與涂布盤周緣緊密配合的繞設于涂布盤外側，升降架連接涂布盤并帶動涂布盤相對涂布盤外罩上下運動，可以實現預設厚度樹脂層的涂覆，操作簡單，精確度高，可控性強。

4.通過光固或熱固實現樹脂的固化，可以實現面固化或點固化，便于形成各種形狀磨具的加工，適用范圍廣，加工效果好。

以下結合附圖及實施例對本實用新型作進一步詳細說明；但本實用新型的一種磨粒三維可控排布磨具的制備裝置及其方法不局限于實施例。

附圖說明

圖1是本發明的整體結構示意圖；

圖2是本發明排布盤的結構示意圖，其中a為俯視圖，b為截面圖；

圖3是本發明一實施例形成的磨粒排布結構示意圖。

具體實施方式

參考圖1，本實用新型的一種磨粒三維可控排布磨具的制備裝置涂布機構1、磨料放置機構2、磨料排布機構3及固化機構4。

涂布機構1包括涂覆組件11及涂布臺12，涂覆組件11用于于涂布臺12上涂覆預設厚度的樹脂。具體的，涂布臺12包括涂布盤121、涂布盤外罩122及升降架123，涂布盤外罩122與涂布盤121周緣緊密配合的繞設于涂布盤121外側，升降架123連接涂布盤121并帶動涂布盤121相對涂布盤外罩122上下運動。開始時，涂布盤121與涂布盤外罩122上邊緣平齊，通過升降架123帶動涂布盤121向下運動預設厚度的距離，通過涂布盤外罩122相對于涂布盤121凸起部分的遮擋作用，即可于涂布盤121上實現預設厚度樹脂的涂覆。

涂布機構1還包括帶動涂覆組件11于第一水平方向上運動的第二運動組件13及帶動涂布臺12于第二水平方向上運動的第三運動組件14，第一水平方向與第二水平方向垂直，通過涂覆組件11與涂布臺12水平上的相對運動，即可實現均勻的樹脂涂覆。舉例來說，第二運動組件13及第三運動組件14可以通過導軌配合的方式實現平移。

涂布臺12還包括刮平組件124及廢液回收組件125，刮平組件124設置于涂布盤121上方以用于刮平涂布盤121上的樹脂，廢液回收組件125設置于涂布盤外罩122外側并用于收集刮平組件124刮出的多余樹脂。在一實施例中，刮平組件124包括氣缸帶動運動的刮平桿及連接刮平桿的刮平板，刮平板在刮平桿帶動下刮平涂布盤121上的樹脂以使其均勻，廢液回收組件125可以包括環設于涂布盤外罩122外側的集液槽，多余的樹脂進入集液槽。

磨料排布機構3包括排布盤31及第一運動組件32，第一運動組件32用于帶動排布盤31于磨料放置機構2及涂布機構1之間運動，排布盤31用于于磨料放置機構2中吸附磨粒并將磨粒單層有序地排列于涂布臺12的樹脂中。排布盤31上設有若干規則排布的錐孔311并連通真空泵(圖未示)，通過真空泵抽真空將磨粒吸附于錐孔311中實現磨粒的單層有序排列。舉例來說，參考圖2，錐孔311形成同心圓的排布方式且外圍和中心的疏密度不同，磨粒亦形成相應的排布方式。此外，錐孔311可以根據加工需求于排布盤31上形成任意規則排布。錐孔下孔徑大于單倍磨粒粒徑小于兩倍磨粒粒徑，上孔徑小于單倍磨粒粒徑，以使每一錐孔單次只能吸附一個磨粒，且確保磨粒吸附于錐孔中而不會穿過錐孔。在另一實施例中，磨料排布機構3還包括帶動排布盤轉動的轉動組件，以實現層與層之間磨粒的錯位排布，更能保證工件表面加工質量的穩定性。

磨料放置機構2包括磨料盤21，支架22及硅膠板23，磨料盤21設置于支架22上，磨料盤21內設置有硅膠板23以用于緩沖排布盤31，磨粒放置于硅膠板23上。

固化機構4是紫外光燈、激光發射裝置或加熱裝置，以對排布有磨粒的樹脂進行光固化或熱固化。具體的，紫外光燈可實現整體固化，激光發射裝置可以實現點固化，尤其適用于制造異形曲面磨具的固化。

在另一實施例中，第一運動組件32、第二運動組件13、第三運動組件14、涂覆組件11、升降架123、刮平組件124、固化機構4、真空泵等連接控制單元系統，并由控制系統 控制各機械部分的協調動作，以實現自動化控制。

應用上述制備裝置的制備方法包括以下步驟：

1)涂覆形成一預設厚度的樹脂層，該樹脂是光固化樹脂或熱固化樹脂；

2)將磨粒單層有序的排布于樹脂層中，該磨粒選自金剛石、立方氮化硼、氧化鋁、碳化硅中的一種或其組合；

3)對排布有磨粒的樹脂層進行固化，形成固化單層；

4)于上述固化單層上重復步驟1)至步驟3)，直至達到所述厚度。

參考圖3，以下以形成該磨粒排布方式的磨具的制作為例來進行具體說明。

首先，涂布盤121向下移動預設層厚的距離。涂覆組件11于涂布盤121上涂覆樹脂，具體可以通過第二運動組件及第三運動組件的相對運動實現均勻涂覆，刮平組件124將樹脂表面刮平并去除多余樹脂形成預設層厚的樹脂層a，多余樹脂進入廢液回收組件125；其次，第一運動組件32帶動排布盤31移動至磨料盤21上方并于磨料盤21中吸附磨粒，再移動至涂布盤121上方釋放磨粒使磨粒排布于樹脂中形成第一磨粒層b1，排布盤31轉動半個磨粒寬度的角度，再次從磨料盤21中吸附磨粒并排布于樹脂中形成第二磨粒層b2，此時第一磨粒層b1與第二磨粒層b2形成圖中所示的錯位排布；接著，第三運動組件14帶動涂布臺12移動至固化機構4(UV燈箱)中進行紫外光固化；固化完成后，第三運動組件14帶動涂布臺12移回至涂覆組件11下方，重復上述步驟，直至達到所需厚度。

上述實施例僅用來進一步說明本實用新型的一種磨粒三維可控排布磨具的制備裝置，但本實用新型并不局限于實施例，凡是依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均落入本實用新型技術方案的保護范圍內。