[發明專利]一種磨料規則排布磨具的快速成型裝置及方法

有效

• 申請號: 201410215581.0
• 申請日: 2014-05-21
• 公開（公告）號: CN103978446A
• 公開（公告）日: 2014-08-13
• 發明（設計）人: 邢波;閆寧;王愛珍
• 申請（專利權）人: 鄭州磨料磨具磨削研究所有限公司
• 主分類號: B24D18/00
• 分類號: B24D18/00
• 代理公司: 鄭州聯科專利事務所(普通合伙) 41104
• 代理人: 朱俊峰;王聚才

技術領域

本發明屬于磨具生產制造技術領域，特別涉及一種磨料規則排布磨具的快速成型裝置及方法。

背景技術

在機械加工領域，磨削加工一般用于表面質量要求較高的零部件，而磨具（砂輪、磨盤、鋸片等）作為磨削加工工具，其制備工藝至關重要；尤其是直接參與磨削加工的磨料層的內部結構和制備工藝對加工工件的表面質量和磨具使用性能有著重要影響。磨具的磨料層通常由磨料和結合劑、填料等組成，其傳統制備工藝一般采用混料后通過壓機、高溫燒結爐或其他成型設備進行成型，大部分操作工序都是由人工完成。由于磨料體積較小、形狀不規則，較難使其位置得到可控，其在磨具的磨料層中通常以隨機排布方式存在。

傳統磨具制備工藝存在以下諸多不足：

（1）磨料位置隨機，傳統磨具制備工藝中磨料隨機分布的狀態使得磨具的使用性能存在諸多不穩定因素，造成工件磨削質量穩定性差、磨具使用性能和壽命可控性低等問題；

（2）磨具的制備工藝較復雜，由于存在諸多不穩定因素，產品質量難以保證；

（3）磨具的制備周期較長，難以滿足目前多變市場條件下的客戶的需求；

（4）磨具的制備工藝過程需大量的人力、物力，制造成本較高，同時不符合綠色制造的要求。

隨著科學技術的進步和人們生活水平的提高，制造業對磨具的要求越來越高。3D打印快速成型技術是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。由于該類成型技術有著制造工藝簡單，材料選擇范圍廣、成本低、材料利用率高，成型速度快等特點得到迅速推廣和應用，同時也將給磨具制造領域帶來突破性的變革。

發明內容

本發明為了解決現有技術中的不足之處，提供一種制備周期短、工藝簡單、磨料排布形式可控、產品質量好、成本低的磨料規則排布磨具的快速成型裝置及方法。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：一種磨料規則排布磨具的快速成型裝置，包括水平旋轉式工作臺、步進電機、光固化光路系統、磨具載體和送料機構，工作臺與步進電機連接傳動，工作臺內設有加熱裝置，磨具載體通過定位機構設在工作臺上，磨具載體為圓盤型結構，磨具載體中心與工作臺的回轉中心一致，光固化光路系統和送料機構分別位于磨具載體上方，送料機構包括料倉、振動篩和刮料板，料倉上端設有進料口，料倉下端設有出料口，振動篩設在出料口下方，刮料板位于振動篩后側并位于磨具載體上方，刮料板與料倉固定連接并位于振動篩下方。

所述水平旋轉式工作臺、步進電機、光固化光路系統、磨具載體和送料機構均設在環境保護系統內，環境保護系統為一密閉殼體。

一種磨料規則排布磨具的快速成型方法，包括以下具體步驟，

（1）、通過計算機上的三維軟件對所需的磨具進行3D建模，并將模型轉化后的STL文件和橫截面切片處理所得的數據輸入光固化光路系統；

（2）、將磨具載體通過定位機構安裝固定到工作臺上，啟動加熱裝置對磨具載體進行預熱；

（3）、預熱溫度達到100-300℃后，步進電機帶動工作臺在設定轉速在0.1-2m/s下進行連續地旋轉，在料倉內加入由結合劑、添加劑、磨料混合均勻而成呈粒狀的成型粉料，啟動振動篩，成型粉料通過振動篩平鋪在磨具載體上，振動篩的振動下料采用矩形脈沖信號控制，待磨具載體相應位置布滿成型粉料后振動篩停止工作，振動篩后面的刮料板通過工作臺的旋轉將磨具載體上的粉料層按照成型層厚度均勻刮平；

（4）、成型粉料刮平后，光固化光路系統按照設定程序對磨具載體上的成型粉料進行掃描，將粉料層固化；根據設定的磨料在磨料層中的排布方式，經光固化光路系統掃描過的成型粉料被固結在一起，未被掃描的粉料被清理回收；

（5）、粉料層固化后，工作臺下降一個粉料層的厚度，再重復實施步驟（3）和（4），直至完成整個磨具成型。

所述快速成型是在密閉殼體內的真空條件下或具有氬氣或氮氣的保護環境下進行的。

采用上述技術方案，本發明中的各個部件或的具體作用具體如下：

環境保護系統：真空或氣體保護環境，在粉料光固化過程中起保護作用；

光固化光路系統：將成型粉料固結在一起；

料倉：用于盛裝成型粉料；

成型粉料：結合劑及填料的均勻混合；

刮料板：將平鋪到磨具載體上的將成型粉料刮平；

粉料層：成型粉料固化后的狀態；

磨具載體：成型粉料固化的載體；

工作臺：具有加熱和旋轉及升降功能，實現成型粉料的排布和固化；