[發明專利]具有隨機多孔結構的金屬結合劑3D打印砂輪、裝置及方法

在審

• 申請號: 201711296787.0
• 申請日: 2017-12-08
• 公開（公告）號: CN107914216A
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發明（設計）人: 田晨晨;李學崑;郭國強;張云;王立平
• 申請（專利權）人: 清華大學;上海航天精密機械研究所
• 主分類號: B24D3/10
• 分類號: B24D3/10;B24D3/34
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙)11201
• 代理人: 黃德海

技術領域

本發明涉及磨削技術領域，特別是涉及一種具有隨機多孔結構的金屬結合劑3D打印砂輪、裝置及方法。

背景技術

相關技術中，隨著高速精密磨削技術的快速發展，工業界對超硬砂輪提出了更高的要求，樹脂和陶瓷結合劑砂輪已經不能完全滿足要求。而金屬結合劑砂輪由于其具有磨粒把持力強、結合強度高、耐磨性好、成型性能好、壽命長以及能承受較大載荷等特點，廣泛應用于工程陶瓷、光學玻璃、硬質合金等難加工材料的磨削加工。

然而，傳統燒結成型的金屬結合劑超硬磨料砂輪具有以下局限性：結合劑比較密實，砂輪中氣孔很少或幾乎沒有氣孔，自銳性差，容屑空間小，砂輪表面容易堵塞、冷卻性能差、易燒傷工件表面，影響加工質量。

發明內容

本發明旨在至少解決現有技術中存在的技術問題之一。為此，本發明提出一種具有隨機多孔結構的金屬結合劑3D打印砂輪，所述具有隨機多孔結構的金屬結合劑3D打印砂輪，可以大大增加金屬結合劑3D打印砂輪的氣孔率和容屑空間，改善磨削區域散熱，減少磨削燒傷，提高磨削表面質量。

本發明還提出一種制造具有隨機多孔結構的金屬結合劑3D打印砂輪的裝置。

本發明又提出一種制造具有隨機多孔結構的金屬結合劑3D打印砂輪的方法。

根據本發明第一方面實施例的具有隨機多孔結構的金屬結合劑3D打印砂輪，包括砂輪基體和套設在所述砂輪基體外側的砂輪磨削主體，所述砂輪磨削主體由3D打印成型，所述砂輪磨削主體具有隨機多孔結構且包括金屬結合劑和超硬磨料，所述隨機多孔結構的體積與所述砂輪磨削主體的體積之比的范圍為15％～45％。

根據本發明實施例的具有隨機多孔結構的金屬結合劑3D打印砂輪，通過3D打印制造出具有隨機多孔結構的砂輪磨削主體，隨機多孔結構的體積與砂輪磨削主體的體積之比的范圍為15％～45％，金屬結合劑3D打印砂輪具有較高的氣孔率和容屑空間，將封閉式磨削變為開放式磨削，由此可以減少砂輪堵塞，增加磨削液的浸潤性，改善磨削區域散熱，減少磨削燒傷，提高磨削表面質量。另外，隨機多孔結構可以根據磨削條件進行優化設計，以提高特定磨削條件下的磨削效率和質量，真正做到定制化砂輪的優化設計。

另外，根據本發明實施例的具有隨機多孔結構的金屬結合劑3D打印砂輪，還可以具有如下附加的技術特征：

根據本發明的一個實施例，所述金屬結合劑制備成微粉形式且所述金屬結合劑的粒徑為20微米到50微米。

根據本發明的一個實施例，所述超硬磨料為金剛石磨料和立方氮化硼磨料中的至少一種。

根據本發明的一個實施例，所述超硬磨料的粒徑為20微米到200微米。

根據本發明的一個實施例，所述隨機多孔結構通過三維建模軟件生成。

根據本發明第二方面實施例的制造上述所述的具有隨機多孔結構的金屬結合劑3D打印砂輪的裝置，包括：運動控制平臺；和激光打印裝置，所述激光打印裝置與所述運動控制平臺相連；其中，所述運動控制平臺包括：基座；回轉工作臺，所述回轉工作臺可旋轉地設在所述基座上；龍門架，所述龍門架設在所述基座上；水平運動平臺，所述水平運動平臺設在所述龍門架上且水平可移動；豎直運動平臺，所述豎直運動平臺與所述水平運動平臺相連且豎直可移動；控制系統，所述控制系統分別與所述回轉工作臺、所述水平運動平臺和所述豎直運動平臺信號傳輸。

進一步地，所述激光打印裝置包括：噴嘴裝置，所述噴嘴裝置與所述豎向運動平臺相連并與所述回轉工作臺相對；其中，所述激光打印裝置還包括送料組件和激光器組件，所述噴嘴裝置分別與所述送料組件和所述激光器組件相連。

更進一步地，所述送料組件包括：氣源；混料箱，所述混料箱內盛放有金屬結合劑粉末和超硬磨料的混合粉料，所述混料箱通過氣體輸送管與所述氣源相連，所述混料箱通過粉料輸送管與所述噴嘴裝置相連；所述激光器組件包括激光器，所述激光器通過光纖向所述噴嘴裝置發射激光束以對所述混合粉料進行選擇性燒結；所述控制系統分別與所述氣源和所述激光器信號傳輸。