一種磨料規(guī)則排布磨具的快速成型裝置及方法
【專利摘要】一種磨料規(guī)則排布磨具的快速成型裝置，包括水平旋轉(zhuǎn)式工作臺(tái)、步進(jìn)電機(jī)、光固化光路系統(tǒng)、磨具載體和送料機(jī)構(gòu)；一種磨料規(guī)則排布磨具的快速成型方法，包括以下具體步驟：將磨具載體安裝固定到工作臺(tái)上，啟動(dòng)加熱裝置對(duì)磨具載體進(jìn)行預(yù)熱；步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)工作臺(tái)旋轉(zhuǎn)，在料倉內(nèi)成型粉料通過振動(dòng)篩平鋪在磨具載體上，刮料板將磨具載體上的粉料層按照成型層厚度均勻刮平；光固化光路系統(tǒng)按照設(shè)定程序?qū)δゾ咻d體上的成型粉料進(jìn)行掃描，將粉料層固化。本發(fā)明操作簡(jiǎn)單，使用方便，提高了生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)了磨料在磨具中的規(guī)則排布，磨具成型周期短，成型工藝穩(wěn)定，成型質(zhì)量的穩(wěn)定性得到保證，降低磨具制備成本。
【專利說明】一種磨料規(guī)則排布磨具的快速成型裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于磨具生產(chǎn)制造【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種磨料規(guī)則排布磨具的快速成型裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在機(jī)械加工領(lǐng)域，磨削加工一般用于表面質(zhì)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(guān)重要；尤其是直接參與磨削加工的磨料層的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和制備工藝對(duì)加工工件的表面質(zhì)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(jié)合劑、填料等組成，其傳統(tǒng)制備工藝一般采用混料后通過壓機(jī)、高溫?zé)Y(jié)爐或其他成型設(shè)備進(jìn)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(guī)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(jī)排布方式存在。
[0003]傳統(tǒng)磨具制備工藝存在以下諸多不足:
(1)磨料位置隨機(jī)，傳統(tǒng)磨具制備工藝中磨料隨機(jī)分布的狀態(tài)使得磨具的使用性能存在諸多不穩(wěn)定因素，造成工件磨削質(zhì)量穩(wěn)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(fù)雜，由于存在諸多不穩(wěn)定因素，產(chǎn)品質(zhì)量難以保證；
(3)磨具的制備周期較長(zhǎng)，難以滿足目前多變市場(chǎng)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(shí)不符合綠色制造的要求。
[0004]隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和人們生活水平的提高，制造業(yè)對(duì)磨具的要求越來越高。3D打印快速成型技術(shù)是一種以數(shù)字模型文件為基礎(chǔ)，運(yùn)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(gòu)造物體的技術(shù)。由于該類成型技術(shù)有著制造工藝簡(jiǎn)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(diǎn)得到迅速推廣和應(yīng)用，同時(shí)也將給磨具制造領(lǐng)域帶來突破性的變革。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，提供一種制備周期短、工藝簡(jiǎn)單、磨料排布形式可控、產(chǎn)品質(zhì)量好、成本低的磨料規(guī)則排布磨具的快速成型裝置及方法。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:一種磨料規(guī)則排布磨具的快速成型裝置，包括水平旋轉(zhuǎn)式工作臺(tái)、步進(jìn)電機(jī)、光固化光路系統(tǒng)、磨具載體和送料機(jī)構(gòu)，工作臺(tái)與步進(jìn)電機(jī)連接傳動(dòng)，工作臺(tái)內(nèi)設(shè)有加熱裝置，磨具載體通過定位機(jī)構(gòu)設(shè)在工作臺(tái)上，磨具載體為圓盤型結(jié)構(gòu)，磨具載體中心與工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)中心一致，光固化光路系統(tǒng)和送料機(jī)構(gòu)分別位于磨具載體上方，送料機(jī)構(gòu)包括料倉、振動(dòng)篩和刮料板，料倉上端設(shè)有進(jìn)料口，料倉下端設(shè)有出料口，振動(dòng)篩設(shè)在出料口下方，刮料板位于振動(dòng)篩后側(cè)并位于磨具載體上方，刮料板與料倉固定連接并位于振動(dòng)篩下方。
[0007]所述水平旋轉(zhuǎn)式工作臺(tái)、步進(jìn)電機(jī)、光固化光路系統(tǒng)、磨具載體和送料機(jī)構(gòu)均設(shè)在環(huán)境保護(hù)系統(tǒng)內(nèi)，環(huán)境保護(hù)系統(tǒng)為一密閉殼體。[0008]一種磨料規(guī)則排布磨具的快速成型方法，包括以下具體步驟，
(I )、通過計(jì)算機(jī)上的三維軟件對(duì)所需的磨具進(jìn)行3D建模，并將模型轉(zhuǎn)化后的STL文件和橫截面切片處理所得的數(shù)據(jù)輸入光固化光路系統(tǒng)；
(2)、將磨具載體通過定位機(jī)構(gòu)安裝固定到工作臺(tái)上，啟動(dòng)加熱裝置對(duì)磨具載體進(jìn)行預(yù)
執(zhí).(3)、預(yù)熱溫度達(dá)到100-300°C后，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)工作臺(tái)在設(shè)定轉(zhuǎn)速在0.l-2m/s下進(jìn)行連續(xù)地旋轉(zhuǎn)，在料倉內(nèi)加入由結(jié)合劑、添加劑、磨料混合均勻而成呈粒狀的成型粉料，啟動(dòng)振動(dòng)篩，成型粉料通過振動(dòng)篩平鋪在磨具載體上，振動(dòng)篩的振動(dòng)下料采用矩形脈沖信號(hào)控制，待磨具載體相應(yīng)位置布滿成型粉料后振動(dòng)篩停止工作，振動(dòng)篩后面的刮料板通過工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)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(tǒng)按照設(shè)定程序?qū)δゾ咻d體上的成型粉料進(jìn)行掃描，將粉料層固化；根據(jù)設(shè)定的磨料在磨料層中的排布方式，經(jīng)光固化光路系統(tǒng)掃描過的成型粉料被固結(jié)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(tái)下降一個(gè)粉料層的厚度，再重復(fù)實(shí)施步驟(3)和(4)，直至完成整個(gè)磨具成型。
[0009]所述快速成型是在密閉殼體內(nèi)的真空條件下或具有氬氣或氮?dú)獾谋Ｗo(hù)環(huán)境下進(jìn)行的。
[0010]采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明中的各個(gè)部件或的具體作用具體如下:
環(huán)境保護(hù)系統(tǒng):真空或氣體保護(hù)環(huán)境，在粉料光固化過程中起保護(hù)作用；
光固化光路系統(tǒng):將成型粉料固結(jié)在一起；
料倉:用于盛裝成型粉料；
成型粉料:結(jié)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(tài)；
磨具載體:成型粉料固化的載體；
工作臺(tái):具有加熱和旋轉(zhuǎn)及升降功能，實(shí)現(xiàn)成型粉料的排布和固化；
磨料:普通磨料或超硬磨料或多種磨料混合；
結(jié)合劑及填料:與磨料固結(jié)構(gòu)成磨具磨料層；
振動(dòng)篩:將成型粉料均勻散布于磨具載體上。
[0011]本發(fā)明與傳統(tǒng)磨具成型方法相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):
1、實(shí)現(xiàn)了磨料在磨具中的規(guī)則排布。磨料的排布方式得到一定程度地可控，使得磨具內(nèi)部結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化。
[0012]2、磨具成型周期短。利用該成型方法可使磨具制備周期大大縮短。
[0013]3、成型工藝穩(wěn)定。針對(duì)不同的磨具可設(shè)定相應(yīng)的成型程序，避免了人為因素的影響，使成型質(zhì)量的穩(wěn)定性得到保證。
[0014]4、降低磨具制備成本。該成型方法不需要大功率成型壓機(jī)和高溫?zé)Y(jié)爐等設(shè)備，減少了能耗，降低了磨具制備成本，同時(shí)適應(yīng)了綠色制造的發(fā)展趨勢(shì)。
[0015]5、該成型方法操作簡(jiǎn)單，使用方便，提高了生產(chǎn)效率。【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是圖1中送料機(jī)構(gòu)的側(cè)視圖；
圖3是采用本發(fā)明生產(chǎn)出來的磨具的磨料層結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是本發(fā)明中振動(dòng)電機(jī)采用矩形脈沖信號(hào)控制的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0017]如圖1和圖2所示，本發(fā)明的一種磨料規(guī)則排布磨具的快速成型裝置，包括水平旋轉(zhuǎn)式工作臺(tái)1、步進(jìn)電機(jī)2、光固化光路系統(tǒng)3、磨具載體4和送料機(jī)構(gòu)，工作臺(tái)I與步進(jìn)電機(jī)2連接傳動(dòng)，工作臺(tái)I內(nèi)設(shè)有加熱裝置6，磨具載體4通過定位機(jī)構(gòu)7 (是一種夾具，屬于現(xiàn)有技術(shù))設(shè)在工作臺(tái)I上，磨具載體4為圓盤型結(jié)構(gòu)，磨具載體4中心與工作臺(tái)I的回轉(zhuǎn)中心一致，光固化光路系統(tǒng)3和送料機(jī)構(gòu)分別位于磨具載體4上方，送料機(jī)構(gòu)包括料倉8、振動(dòng)篩9和刮料板10，料倉8上端設(shè)有進(jìn)料口，料倉8下端設(shè)有出料口，振動(dòng)篩9設(shè)在出料口下方，刮料板10位于振動(dòng)篩9后側(cè)并位于磨具載體4上方，刮料板10與料倉8固定連接并位于振動(dòng)篩9下方。
[0018]水平旋轉(zhuǎn)式工作臺(tái)1、步進(jìn)電機(jī)2、光固化光路系統(tǒng)3、磨具載體4和送料機(jī)構(gòu)均設(shè)在環(huán)境保護(hù)系統(tǒng)內(nèi)，環(huán)境保護(hù)系統(tǒng)為一密閉殼體11。
[0019]快速成型裝置的具體工作使用過程為:
(I )、通過計(jì)算機(jī)上的三維軟件對(duì)所需的磨具進(jìn)行3D建模，并將模型轉(zhuǎn)化后的STL文件和橫截面切片處理所得的數(shù)據(jù)輸入光固化光路系統(tǒng)3 ；
(2)、將磨具載體4通過定位機(jī)構(gòu)7安裝固定到工作臺(tái)I上，啟動(dòng)加熱裝置6對(duì)磨具載體4進(jìn)行預(yù)熱；
(3)、預(yù)熱溫度達(dá)到100-300°C后，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)工作臺(tái)在設(shè)定轉(zhuǎn)速在0.l-2m/s下進(jìn)行連續(xù)地旋轉(zhuǎn)，在料倉8內(nèi)加入由結(jié)合劑、添加劑、磨料混合均勻而成呈粒狀的成型粉料12，啟動(dòng)振動(dòng)篩9,成型粉料12通過振動(dòng)篩9平鋪在磨具載體4上,振動(dòng)篩9的振動(dòng)下料采用矩形脈沖信號(hào)控制，待磨具載體4相應(yīng)位置布滿成型粉料12后振動(dòng)篩9停止工作，振動(dòng)篩9后面設(shè)置的刮料板10通過工作臺(tái)I的旋轉(zhuǎn)將磨具載體4上的粉料層13按照成型層厚度均勻刮平；振動(dòng)篩9由振動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，振動(dòng)電機(jī)在圖中未示意出來。
[0020](4)、成型粉料12刮平后，光固化光路系統(tǒng)3按照設(shè)定程序?qū)δゾ咻d體4上的成型粉料12進(jìn)行掃描，將粉料層13固化；根據(jù)設(shè)定的磨料在磨料層中的排布方式，經(jīng)光固化光路系統(tǒng)3掃描過的成型粉料12被固結(jié)在一起，未被掃描的粉料被清理回收；
(5)、粉料層13固化后，工作臺(tái)I下降一個(gè)粉料層13的厚度，再重復(fù)實(shí)施步驟(3)和
(4)，直至完成整個(gè)磨具成型。
[0021]如圖4所示，Tl這段時(shí)間內(nèi)，振動(dòng)篩處于靜止?fàn)顟B(tài)，T2這段時(shí)間，振動(dòng)篩振動(dòng)運(yùn)行進(jìn)行鋪料操作，T3這段時(shí)間，鋪料操作完成，振動(dòng)篩靜止，進(jìn)行光固化操作，這樣依次循環(huán)進(jìn)行下去，直到整個(gè)磨具成型。Tl、T2、T3可以根據(jù)實(shí)際作業(yè)情況進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0022]快速成型是在密閉殼體內(nèi)的真空條件下或具有氬氣或氮?dú)獾谋Ｗo(hù)環(huán)境下進(jìn)行的。
[0023]生產(chǎn)制造出來的磨具如圖3所示，正六邊形為磨料14在結(jié)合劑及填料15當(dāng)中均勻規(guī)則排布。本發(fā)明中光固化光路系統(tǒng)3為現(xiàn)有成熟技術(shù)，加熱裝置6為電爐絲或加熱棒，具體構(gòu)造不再贅述。
[0024]本發(fā)明的一種磨料規(guī)則排布磨具的快速成型方法，包括以下具體步驟，
(I )、通過計(jì)算機(jī)上的三維軟件對(duì)所需的磨具進(jìn)行3D建模，并將模型轉(zhuǎn)化后的STL文件和橫截面切片處理所得的數(shù)據(jù)輸入光固化光路系統(tǒng)3 ；
(2)、將磨具載體4通過定位機(jī)構(gòu)7安裝固定到工作臺(tái)I上，啟動(dòng)加熱裝置6對(duì)磨具載體4進(jìn)行預(yù)熱；
(3)、預(yù)熱溫度達(dá)到100-300°C后，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)工作臺(tái)在設(shè)定轉(zhuǎn)速在0.l-2m/s下進(jìn)行連續(xù)地旋轉(zhuǎn)，在料倉8內(nèi)加入由結(jié)合劑、添加劑、磨料混合均勻而成呈粒狀的成型粉料12，啟動(dòng)振動(dòng)篩9,成型粉料12通過振動(dòng)篩9平鋪在磨具載體4上,振動(dòng)篩9的振動(dòng)下料采用矩形脈沖信號(hào)控制，待磨具載體4相應(yīng)位置布滿成型粉料12后振動(dòng)篩9停止工作，振動(dòng)篩9后面設(shè)置的刮料板10通過工作臺(tái)I的旋轉(zhuǎn)將磨具載體4上的粉料層13按照成型層厚度均勻刮平；
(4)、成型粉料12刮平后，光固化光路系統(tǒng)3按照設(shè)定程序?qū)δゾ咻d體4上的成型粉料12進(jìn)行掃描，將粉料層13固化；根據(jù)設(shè)定的磨料在磨料層中的排布方式，經(jīng)光固化光路系統(tǒng)3掃描過的成型粉料12被固結(jié)在一起，未被掃描的粉料被清理回收；
(5)、粉料層13固化后，工作臺(tái)I下降一個(gè)粉料層13的厚度，再重復(fù)實(shí)施步驟(3)和
(4)，直至完成整個(gè)磨具成型。
[0025]本實(shí)施例并非對(duì)本發(fā)明的形狀、材料、結(jié)構(gòu)等作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種磨料規(guī)則排布磨具的快速成型裝置，其特征在于:包括水平旋轉(zhuǎn)式工作臺(tái)、步進(jìn)電機(jī)、光固化光路系統(tǒng)、磨具載體和送料機(jī)構(gòu)，工作臺(tái)與步進(jìn)電機(jī)連接傳動(dòng)，工作臺(tái)內(nèi)設(shè)有加熱裝置，磨具載體通過定位機(jī)構(gòu)設(shè)在工作臺(tái)上，磨具載體為圓盤型結(jié)構(gòu)，磨具載體中心與工作臺(tái)的回轉(zhuǎn)中心一致，光固化光路系統(tǒng)和送料機(jī)構(gòu)分別位于磨具載體上方，送料機(jī)構(gòu)包括料倉、振動(dòng)篩和刮料板，料倉上端設(shè)有進(jìn)料口，料倉下端設(shè)有出料口，振動(dòng)篩設(shè)在出料口下方，刮料板位于振動(dòng)篩后側(cè)并位于磨具載體上方，刮料板與料倉固定連接并位于振動(dòng)篩下方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磨料規(guī)則排布磨具的快速成型裝置，其特征在于:所述水平旋轉(zhuǎn)式工作臺(tái)、步進(jìn)電機(jī)、光固化光路系統(tǒng)、磨具載體和送料機(jī)構(gòu)均設(shè)在環(huán)境保護(hù)系統(tǒng)內(nèi)，環(huán)境保護(hù)系統(tǒng)為一密閉殼體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種磨料規(guī)則排布磨具的快速成型方法，其特征在于:包括以下具體步驟， (I )、通過計(jì)算機(jī)上的三維軟件對(duì)所需的磨具進(jìn)行3D建模，并將模型轉(zhuǎn)化后的STL文件和橫截面切片處理所得的數(shù)據(jù)輸入光固化光路系統(tǒng)； (2)、將磨具載體通過定位機(jī)構(gòu)安裝固定到工作臺(tái)上，啟動(dòng)加熱裝置對(duì)磨具載體進(jìn)行預(yù)執(zhí).(3)、預(yù)熱溫度達(dá)到100-300°C后，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)工作臺(tái)在設(shè)定轉(zhuǎn)速在0.l-2m/s下進(jìn)行連續(xù)地旋轉(zhuǎn)，在料倉內(nèi)加入由結(jié)合劑、添加劑、磨料混合均勻而成呈粒狀的成型粉料，啟動(dòng)振動(dòng)篩，成型粉料通過振動(dòng)篩平鋪在磨具載體上，振動(dòng)篩的振動(dòng)下料采用矩形脈沖信號(hào)控制，待磨具載體相應(yīng)位置布滿成型粉料后振動(dòng)篩停止工作，振動(dòng)篩后面的刮料板通過工作臺(tái)的旋轉(zhuǎn)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(tǒng)按照設(shè)定程序?qū)δゾ咻d體上的成型粉料進(jìn)行掃描，將粉料層固化；根據(jù)設(shè)定的磨料在磨料層中的排布方式，經(jīng)光固化光路系統(tǒng)掃描過的成型粉料被固結(jié)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(tái)下降一個(gè)粉料層的厚度，再重復(fù)實(shí)施步驟(3)和(4)，直至完成整個(gè)磨具成型。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種磨料規(guī)則排布磨具的快速成型方法，其特征在于:所述快速成型是在密閉殼體內(nèi)的真空條件下或具有氬氣或氮?dú)獾谋Ｗo(hù)環(huán)境下進(jìn)行的。
【文檔編號(hào)】B24D18/00GK103978446SQ201410215581
【公開日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2014年5月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月21日
【發(fā)明者】邢波, 閆寧, 王愛珍 申請(qǐng)人:鄭州磨料磨具磨削研究所有限公司