成型模具及其壓頭組件、壓頭的制作方法

本發明涉及成型模具及其壓頭組件、壓頭。

背景技術：

超硬材料砂輪1通常如圖1所示由基體11和磨料層12這兩部分構成，基體11通常為由金屬材質制造的盤狀零件，磨料層12是由超硬材料制成的盤狀件，其外徑與成品砂輪的外徑相匹配，內徑與基體的外徑相匹配，制備出的磨料層12通過支撐粘接的方式固定于基體11的外圓周上。在砂輪1工作過程中磨料層12是直接參與磨削加工的工作層，通常是由整體磨料環制備而成，尤其是對于小直徑的超硬材料砂輪，使用磨料環制備磨料層的效率較高，因而得到廣泛應用。

現有技術中對磨料環的制備通常是采用如圖2所示的模具進行壓制成型，模具包括內環31及間隙套設于內環外圍的外環32，內環與外環一起構成用于供上、下壓頭滑動套裝的模套3。內外環之間的環隙（即一種通孔）中導向移動地設有位于環隙下部的環狀的下壓頭5及位于環隙上部的環狀的上壓頭2，上壓頭2的下表面為需壓制的磨料環的上端面的形狀尺寸相匹配的平面（即一種壓制面），下壓頭5的上表面為需壓制的磨料環的下端面的形狀尺寸相匹配的平面（即一種壓制面）。由超硬磨料、填料及結合劑等混合均勻而形成的粉料4置于上、下壓頭之間的環隙中，通過刮料操作后使得粉料在模腔內的分布更加均勻，然后壓力機通過上墊板25/下墊板55(即一種壓頭座)向上/下壓頭施加壓力即可將粉料4壓制成具有一定形狀和強度的磨料塊濕坯。再對磨料塊濕坯進行熱固化等后續處理即可完成對磨料環的制備。

但使用以上方法制備的磨料環，卻存在徑向的兩側（即內外環處）粉料密度大、徑向的中心區域（即內外環之間的區域）粉料密度小的問題，除了刮料因素（對刮料操作要求較高）外，原因之一是在將粉料壓制成濕坯的過程中內外環面區域粉料中的氣體易從壓頭與模具內外環之間的縫隙中排出，而中心區域粉料中的氣體卻不易排出，中心區域的氣體在后續熱處理中可能向外擴散而引起成品砂輪出現裂紋和發泡的缺陷，這直接影響了成品砂輪的強度。同時，為了排出粉料中的氣體，壓制的過程需要分多次完成，即在一次壓制后壓機卸荷待粉料中氣體擴散一段時間后再進行二次壓制，這嚴重降低了磨料環的制備效率。

更進一步地使用以上方法制備的磨料環的各磨料層密度大致相同，而隨著磨削加工技術的不斷發展，在對砂輪使用性能的需求方面不僅需要磨料層的密度均勻，還需要磨料層內部的密度存在差異，即需要磨料層的局部部位具有特定的密度，以適應磨削過程中磨料層的不斷消耗帶來的砂輪磨削性能變化，故使用以上方法制備磨料環已不能滿足市場需求而需要新型的可加工各層具有密度差異的磨料環的成型模具。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種成型模具以解決使用現有技術中的成型模具制造砂輪的效率低且壓頭的壓制面所對應位置處砂輪質量差的問題；本發明的目的還在于提供上述成型模具中使用的壓頭組件和壓頭。

為實現上述目的，本發明成型模具的技術方案是：

成型模具，包括模套，模套中部具有與所要壓制成型的磨料塊的尺寸相匹配的通孔，通孔中導向移動地安裝有用于壓制模腔中粉料的壓頭組件，壓頭組件包括上壓頭和下壓頭，所述上壓頭和下壓頭中的至少一個包括壓頭本體，壓頭本體具有與待壓制成型的磨料塊的相應表面形狀相適配的施壓面，所述施壓面上設有供粉料中氣體溢出的空氣溢入口，壓頭本體上設有與所述空氣溢入口相連通以供粉料中氣體流出的第一通氣通道。

所述壓頭本體呈環形，所述施壓面為與環形本體的上/下端面的尺寸相適配的平面。

所述空氣溢入口至少有兩個且沿壓頭本體的徑向方向間隔排布。

所述壓頭本體包括由內而外依次吻合且同心套設在一起的至少兩個環狀的子壓頭，相鄰兩個子壓頭之間具有用于構成所述第一通氣通道的環形空間。

所述壓頭還包括壓頭座，壓頭座與各子壓頭之間還設有用于控制各子壓頭產生振動的磁力振動機構，磁力振動機構上設有與相應的第一通氣通道相連通以供空氣溢出的第二通氣通道。

所述壓頭座具有供外側的子壓頭和/或內側的子壓頭導向移動地裝配的導向段。

所述磁力振動機構包括設置于子壓頭上的磁鐵及設置于壓頭座上的與子壓頭在子壓頭的軸線方向上相對應的電磁鐵。

所述磁鐵具有與子壓頭的截面形狀相適配的環形結構。

本發明的壓頭組件采用的技術方案是：

壓頭組件，包括上壓頭和下壓頭，所述上壓頭和下壓頭中的至少一個包括壓頭本體，壓頭本體具有與待壓制成型的磨料塊的相應表面形狀相適配的施壓面，所述施壓面上設有供粉料中氣體溢出的空氣溢入口，壓頭本體上設有與所述空氣溢入口相連通以供粉料中氣體流出的第一通氣通道。

所述壓頭本體呈環形，所述施壓面為與環形本體的上/下端面的尺寸相適配的平面。

所述空氣溢入口至少有兩個且沿壓頭本體的徑向方向間隔排布。

所述壓頭本體包括由內而外依次吻合且同心套設在一起的至少兩個環狀的子壓頭，相鄰兩個子壓頭之間具有用于構成所述第一通氣通道的環形空間。

所述壓頭還包括壓頭座，壓頭座與各子壓頭之間還設有用于控制各子壓頭產生振動的磁力振動機構，磁力振動機構上設有與相應的第一通氣通道相連通以供空氣溢出的第二通氣通道。

所述壓頭座具有供外側的子壓頭和/或內側的子壓頭導向移動地裝配的導向段。

所述磁力振動機構包括設置于子壓頭上的磁鐵及設置于壓頭座上的與子壓頭在子壓頭的軸線方向上相對應的電磁鐵。

所述磁鐵具有與子壓頭的截面形狀相適配的環形結構。

本發明的壓頭采用以下技術方案：

壓頭，包括壓頭本體，壓頭本體具有與待壓制成型的磨料塊的相應表面形狀相適配的施壓面，所述施壓面上設有供粉料中氣體溢出的空氣溢入口，壓頭本體上設有與所述空氣溢入口相連通以供粉料中氣體流出的第一通氣通道。

所述壓頭本體呈環形，所述施壓面為與環形本體的上/下端面的尺寸相適配的平面。

所述空氣溢入口至少有兩個且沿壓頭本體的徑向方向間隔排布。

所述壓頭本體包括由內而外依次吻合且同心套設在一起的至少兩個環狀的子壓頭，相鄰兩個子壓頭之間具有用于構成所述第一通氣通道的環形空間。

所述壓頭還包括壓頭座，壓頭座與各子壓頭之間還設有用于控制各子壓頭產生振動的磁力振動機構，磁力振動機構上設有與相應的第一通氣通道相連通以供空氣溢出的第二通氣通道。

所述壓頭座具有供外側的子壓頭和/或內側的子壓頭導向移動地裝配的導向段。

所述磁力振動機構包括設置于子壓頭上的磁鐵及設置于壓頭座上的與子壓頭在子壓頭的軸線方向上相對應的電磁鐵。

所述磁鐵具有與子壓頭的截面形狀相適配的環形結構。

本發明的有益效果是：本發明的壓頭在使用時，將壓頭下壓/上壓時，模腔內粉料間隙中的空氣被擠壓，處于模腔邊緣處的粉料中的氣體可由壓頭與模套之間的間隙中溢出，處于模腔的中心區域的粉料中的氣體可由壓頭施壓面的中心區域上的空氣溢入口進入第一通氣通道，這有利于將模腔中的粉料壓實而得到各部分密度一致的磨料塊濕坯，同時也省去了為供粉料中氣體溢出而發生的停機等待時間及操作，在短時間內可將粉料中的氣體排出，在減少了后續熱固化工序中可能出現的廢品率的同時也有效地提高了磨料塊的制備效率。

附圖說明

圖1為現有技術中砂輪的結構示意圖；

圖2為現有技術中制造磨料環的成型模具；

圖3為本發明的成型模具的實施例1的具體結構示意圖；

圖4為本發明的成型模具的實施例1制備出的磨料環濕坯的結構示意圖；

圖5為本發明的成型模具的實施例2的具體結構示意圖；

圖6為本發明的成型模具的實施例2制備出的磨料塊濕坯的結構示意圖；

圖7為本發明的成型模具的實施例3制備出的磨料塊濕坯的結構示意圖；

圖8為本發明的成型模具的實施例4制備出的磨料塊濕坯的結構示意圖。

具體實施方式

本發明的成型模具的具體實施例1，如圖3至圖4所示，包括筒狀的內環31和同軸間隙套裝在內環外圍的外環32，內外環的高度相同且內外環之間的環隙的內外徑均與所要加工的磨料環的內外徑相同而使得內環31和外環32一起組成了模套3。環隙的上、下端分別導向移動地插裝有上壓頭本體21和下壓頭本體51，上壓頭本體21和下壓頭本體51均包括3個同心環柱狀的、依次套裝的子壓頭，上、下壓頭本體與模套3一起圍成了用于填裝粉料4的模腔。為避免壓機的壓力直接作用于壓頭上而損壞壓頭，上壓頭本體21與壓力機之間設有上墊板25，下壓頭本體51與壓力機之間設有下墊板55，通過上、下墊板對上壓頭本體21及下壓頭本體51施壓使兩者在環隙中相互靠近即可將粉料壓實成具有一定強度的磨料環濕坯。

上壓頭本體21的各子壓頭高度相同但在徑向方向上相鄰兩個子壓頭之間具有縫隙以保證各子壓頭之間可不同步運動，使得粉料分布更加均勻，以弱化刮料操作對粉料分布的影響，同時也使得在壓制粉料的過程中粉料中的氣體可由子壓頭之間的縫隙處溢出。下壓頭本體51中各子壓頭的排布關系與上壓頭本體21中各子壓頭的排布關系相同。

為保證上壓頭本體21的各子壓頭的運動單獨受控，在上壓頭本體21的各子壓頭上端均對應固定設置有環狀的上磁鐵22，相鄰兩上磁鐵22之間具有供空氣溢出的環形間隙，在上磁鐵22的上方還設置有上固定座24，上固定座24上固定設置有在上下方向上與上磁鐵22分別對應的環狀的上電磁鐵23。為保證上電磁鐵23與上磁鐵22總是在上下方向上對應，上固定座24的中部開設有可供外側上磁鐵22及外側子壓頭導向滑動的導向孔，導向孔為只有下端貫通的盲孔且上電磁鐵固定安裝在導向孔的上端孔底處，導向孔的側邊孔壁構成了用于對子壓頭的移動進行導向的導向段。向上電磁鐵23中通入不同強度及方向的控制電流即可控制上電磁鐵23與相應的上磁鐵22之間的磁力的方向及大小，因而上電磁鐵23與上磁鐵22一起組成了磁力振動機構，當向上電磁鐵23中通入的控制電流為脈沖電流時，上電磁鐵23與上磁鐵22之間的磁力實時變化而使上磁鐵22在該磁力的作用下發生振動而促進粉料在模腔內分布更為均勻。若控制某一上電磁鐵23中通往的控制電流較大，則相應的上磁鐵22所受的磁力更大而將相應磨料層的粉料壓制地更為密實。上墊板25、上固定座24、上電磁鐵23、上磁鐵22及上壓頭本體21一起組成了上壓頭，上墊板25與上固定座24一起組成了上壓頭座。與上述上壓頭結構類似地，下壓頭本體51的子壓頭上設有下磁鐵52，外側下磁鐵52的外圍同軸套設有下固定座54，下固定座中固定裝設有在上下方向在與下磁鐵52分別對應的環狀的下電磁鐵53。下墊板55、下固定座54、下電磁鐵53、下磁鐵52及下壓頭本體51共同組成了下壓頭，下墊板55與下固定座54共同組成了下壓頭座。上壓頭與下壓頭一起組成了用于將粉料壓制成型的壓頭組件。

使用該成型模具的具體方法如下：首先將上、下壓頭分別組裝完整，再將下壓頭置于內外環之間的環隙中，向內環、外環及下壓頭組成的模腔中投入由超硬磨料、填料和結合劑等混合均勻而成的粉料，經振料、刮料后將上壓頭壓入內外環之間的環隙中；將下墊板置于壓機的工作臺面上，再將組裝后的成型模具置于下墊板上，并在成型模具上端的上固定座上放置上墊板25；啟動壓機并為上、下電磁鐵通入控制電流，相應地上磁鐵會在下行的同時發生振動而使模腔內粉料分布更為均勻，在兩壓頭之間距離縮短的過程中，粉料間的空氣會從壓頭與內外環之間以及各壓頭之間的縫隙中排出而有利于得到中心區域的粉料密度與內外環區域的粉料密度相同的濕坯，也避免了為供中心區域氣體擴散而進行的多次壓制，提高了生產效率。

使用上述方法最終制成的磨料環濕坯的結構如圖4所示為虛實相間的結構，各子壓頭之間的縫隙處形成了粉料密度相對來說較小的虛部122，其余部位為被子壓頭壓實的實部121，這種虛實相間的結構有利于在后續的熱處理工序中供氣體進一步排出，降低了成品砂輪的廢品率。同時虛實相間的砂輪的虛部122在使用過程中還有利于冷卻液的滲入，減小了磨削過程中磨削區域的溫度過高而造成的工件表面被燒傷事件發生的概率，有利于提高成品砂輪的使用壽命。

本發明的成型模具的具體實施例2，如圖5到圖6所示，在該實施例中磨料環是通過將多塊磨料塊沿磨料環的周向拼成的。該實施例與實施例1的區別在于模套3為中部開有方形通孔的柱形件，方形通孔的長寬尺寸與所要壓制的磨料塊的相應尺寸相同。相應地，上壓頭本體21不再是環形件而是下表面為弧形的類長方形件，下壓頭本體51也不再是環形件而是上表面為弧形的類長方形件。上壓頭本體21是由8塊上子壓頭組成的，8塊上子壓頭沿磨料塊的周向方向排為兩列，沿磨料塊的軸線方向排為四行，相應地制備出的磨料塊的結構如圖6所示，也是包括實部121與虛部122的虛實相間的結構。

本發明的成型模具的具體實施例3，與實施例2的區別是各子壓頭也可以只沿磨料塊的周向方向排為8列，在磨料塊的軸線方向不進行分割，相應地制備出的磨料塊的結構如圖7所示。

本發明的成型模具的具體實施例4，與實施例2的區別在于各子壓頭也沿著與磨料塊的軸線呈一定夾角（例如45度角）的方向排為8列，相應地制備出的磨料塊的結構如圖8所示。

在其他實施例中：上磁鐵及下磁鐵均可以為與相應壓頭的橫截面形狀相適配的弧形件。相應地，上、下電磁鐵也可以為與上、下磁鐵形狀相適配的弧形件；還可以將電磁鐵設置于子壓頭上，將磁鐵設置于固定座或墊板上。當然，墊板也可省去而是由固定座作為壓頭座使用；在模腔中粉料投放比較均勻的情況下且需要制造出的磨料環各部分密度相同的情況下，所述電磁鐵、磁鐵及相應的固定座均可省去；也可以將上/下壓頭做成整體式的結構，在上/下壓頭上開設用于供空氣溢出而作為第一通氣通道使用的通孔；當然，上壓頭和下壓頭中的一個也可以是與現有技術中相同的不開設第一通氣通道的整體式的環狀結構。

壓頭組件的實施例：

壓頭組件的具體結構與成型模具的實施例中壓頭組件的具體結構相同，可參考圖3至圖8，在此不再詳述。

壓頭的實施例：

壓頭的具體結構與成型模具的實施例中上壓頭/下壓頭的具體結構相同，可參考圖3至圖8，在此不再詳述。