磨料多層有序排布的裝置和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及磨料磨具制造領(lǐng)域，特別是一種磨料多層有序排布的裝置和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]常規(guī)超硬材料工具里磨料在胎體中是隨機分布/無序排列的，因此容易產(chǎn)生偏析。在磨粒富集區(qū)，磨粒濃度高、鋸切力小、易被拋光與磨損，不能有效利用而浪費，同時易于堵塞與阻礙巖屑的排除，致使磨削效率下降；在磨粒稀少區(qū)，由于承受工作負荷過大，沖擊力大，磨粒易于碎裂與脫落。雖然常在磨具制造中加入充分混料和造粒工藝，但不能從根本上解決問題。近年來國內(nèi)外在磨粒有序排布方面做了很多工作嘗試，大量實驗表明，如果人為有序的控制磨粒在胎體中的位置，使之根據(jù)不同磨削條件和材料下進行磨削，能極大改善工具性能，延長壽命，提高磨削表面質(zhì)量，且減少磨粒用量，節(jié)能高效。
[0003]目前，國內(nèi)外各實驗室和磨具公司對有序排布磨具進行了實驗和探究，尤其是在鋸片磨削性能上取得了一定經(jīng)驗，并總結(jié)和研發(fā)了一系列行之有效的有序排布方法是實驗裝置。但是，要想實現(xiàn)有序排布磨具的大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)還有一定難度。我國臺灣中國砂輪公司宋健民博士提出的專利技術(shù)(U.S.Pantent..6，039，641).即用模板法實施金剛石均勻分布/有序排列，該方法可精確有序排布金剛石有序磨粒。由瑞士 ETH機床與加工研究所G.Burkhard博士等提出的專利技術(shù)(EP1208345A),是采用靜電排布法,可在棒料圓盤體上進行有序排布。韓國新韓公司開發(fā)的ARIX自動排布系統(tǒng)，可在刀頭中均勻有序排布金剛石磨料，該工藝自動化層度高。
[0004]在模板法基礎(chǔ)上，郭和惠研制的“真空布料機(申請?zhí)?200820061656.4)”是將布料通孔模板中的金剛石磨料通過震動器震動落料，效率較高。南航的肖冰教授提出的新型磨料有序排布系統(tǒng)是在落料模板基礎(chǔ)上用真空腔吸附磨料，磨料與胎體薄片為接觸式黏附固定，排布位置精度高，結(jié)構(gòu)簡單。但模板法存在的問題是落料位置發(fā)生錯亂，排布不整齊問題明顯，且不適合大規(guī)模生產(chǎn)。
[0005]此外，人們還使用激光釬焊法，一次性使用殼模布料法，篩網(wǎng)擠壓法、漏網(wǎng)法、絲網(wǎng)印刷、開式散布、光刻法及基體結(jié)構(gòu)化法等，對磨料有序排布進行研究實驗，但均不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了克服上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種簡單、快捷的磨料多層有序排布的裝置。
[0007]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
一種磨料多層有序排布的裝置，包括可形成正壓或負壓的腔體，所述腔體由上方的缸套和底端的隔板圍成，所述隔板上設(shè)有有序排布的通孔，所述各通孔中固定接有吸管，所述吸管的頂端位于腔體內(nèi)，底端從通孔中穿出至隔板下方。
[0008]作為本發(fā)明的進一步改進，所述缸套上設(shè)有連通腔體的氣壓切換通道。
[0009]作為本發(fā)明的進一步改進，所述腔體內(nèi)設(shè)有濾材，所述濾材位于氣壓切換通道與吸管的頂端之間。
[0010]作為本發(fā)明的進一步改進，所述缸套上設(shè)有震動器。
[0011 ] 作為本發(fā)明的進一步改進，所述吸管密封連接在通孔中。
[0012]作為本發(fā)明的進一步改進，所述吸管穿出隔板的長度占吸管總長的1/3以上。
[0013]本發(fā)明還提供一種磨料多層有序排布方法，可重復(fù)而并不依賴于顆粒和基體形狀，提高自動化程度，其采用的技術(shù)方案是:
包括以下步驟:
a.將胎體金屬粉末裝入模具并預(yù)壓；
b.腔體內(nèi)形成負壓，各吸管分別吸附單顆磨粒；
c.各吸管插入胎體金屬粉末的內(nèi)層；
d.腔體內(nèi)切換成正壓，磨粒脫離吸管并定位在胎體金屬粉末內(nèi)，取出各吸管；
e.重復(fù)步驟b至步驟d，每次重復(fù)均減少吸管插入胎體金屬粉末的深度，從而形成由內(nèi)向外的多個磨粒層。
[0014]作為本發(fā)明的進一步改進，步驟b中，通過震動吸管保證每根吸管僅吸附單顆磨粒。
[0015]作為本發(fā)明的進一步改進，步驟d中，吸管取出后對胎體金屬粉末施加壓力，保持粉末散布的均勻性和磨粒位置的準確性。
[0016]作為本發(fā)明的進一步改進，所述磨粒為金剛石或立方氮化硼。
[0017]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明吸管吸附磨粒后放入金屬胎體粉末中，由于吸管在隔板中可預(yù)先有序排布，那么磨粒即能在金屬胎體粉末中的某個平面中有序排布，而且吸管能夠根據(jù)需要來調(diào)整插入金屬胎體粉末中的深度，因此磨粒也能在金屬胎體粉末中呈由內(nèi)向外的多層排布，使用本發(fā)明中的裝置和方法能夠快速、便捷的對磨料進行多層有序排布。
【附圖說明】
[0018]下面結(jié)合附圖和實施方式對本發(fā)明進一步說明。
[0019]圖1是本發(fā)明裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是利用裝置吸附磨粒的示意圖；
圖3是磨粒吸附的流程圖；
圖4是利用裝置植入磨粒的示意圖；
圖5是磨粒植入的流程圖；
圖6是氣壓切換裝置的示意圖。
【具體實施方式】
[0020]如圖1所示的磨料多層有序排布的裝置，包括可形成正壓或負壓的腔體，腔體由上方的缸套I和底端的隔板2圍成,隔板2厚度在2-5mm,其上布滿有序排布的通孔,有序排布的形狀可根據(jù)磨具的特性而定。各通孔中固定接有吸管3，吸管3為直管且兩端開口，頂端的開口位于腔體內(nèi)，吸管3底部從通孔中穿出至隔板2下方，并在底端形成用于吸附磨粒的底端開口。吸管3長度在12-40mm，內(nèi)徑在0.16-0.80mm,同時吸管3的內(nèi)徑應(yīng)約為磨粒直徑的2/3，避免磨粒吸入吸管3中。當腔體處于負壓條件時，吸管3能夠吸附底端開口處的磨粒；當腔體處于正壓條件時，吸管3能夠?qū)⒛チ姵觥?br>[0021]優(yōu)選的，缸套I的頂部設(shè)有連通腔體的氣壓切換通道4，用于腔體內(nèi)正壓或負壓的切換。如圖6所示，氣壓切換通道4接有氣壓切換裝置，包括連接氣壓切換通道4的一個換向閥7，以及分別連接在換向閥7兩個接入口處的真空泵8和空氣泵9，真空泵8用于對腔體抽真空，從而形成負壓；空氣泵9用于對腔體供氣，使腔體形成正壓。
[0022]吸管3吸附磨粒時會將磨粒周末的粉塵吸入腔體和真空泵中，而對腔體供氣時也會將外界空氣中的粉塵吸入腔體和吸管3中，為了保護真空泵和吸管3，腔體內(nèi)設(shè)有濾材5，濾材5主要有海綿構(gòu)成，位于氣壓切換通道4與吸管3的頂端之間。
[0023]優(yōu)選的，缸套I的側(cè)壁上設(shè)有震動器6。吸管3并非每次吸附都僅吸附單顆的磨粒，有時候一根吸管3能吸附到2顆甚至更多的磨粒，此時可開啟震動器6，通過震動缸套
1、隔板2和吸管3將吸力不強的磨粒震落，僅保持吸力最強的單顆磨粒留在吸管3上。
[0024]優(yōu)選的，吸管3密封連接在通孔中，那么腔體與隔板2下方僅能通過吸管3連通，防止了吸管3與通孔之間漏氣的發(fā)生。密封連接的方式可采用密封膠的形式密封連接。
[0025]另外，吸管3穿出隔板2下方的長度優(yōu)選為占吸管3總長的1/3以上，能保證具有足夠的植入深度。
[0026]實施例中還提供一種使用上述裝置的磨料多層有序排布方法，包括以下步驟:
a.將胎體金屬粉末10裝入模具11并預(yù)壓，使其具有一定的致密度；
b.如圖2和圖3所示，將各吸管3插入磨粒堆中，利用真空泵對腔體抽真空使腔體內(nèi)形成負壓，從而各吸管3吸附磨粒。如圖3所示，將吸管3從磨粒堆中拔出，并開啟震動器6，通過不同的震動頻率(20?200Hz)將多余的磨粒震落至磨粒堆中，保持每根吸管3僅吸附單顆的磨粒；
c.如圖4和圖5所示，保持腔體內(nèi)負壓狀態(tài)，移動腔體至胎體金屬粉末10上方，準備磨粒的植入；
d.各吸管3按設(shè)定深度插入胎體金屬粉末直至底層；
e.關(guān)閉真空泵，開啟空氣泵對腔體供氣使得腔體內(nèi)切換成正壓，通過氣體的推動以及胎體金屬粉末與磨粒之間的摩擦作用，磨粒脫離吸管3并定位在胎體金屬粉末內(nèi)，完成磨粒的單層植入；
f.拔出各吸管3，重新對胎體金屬粉末施加壓力，保持粉末散布的均勻性和磨粒位置的準確性。
[0027]g.重復(fù)步驟b至步驟f，但每次重復(fù)均減少吸管3插入胎體金屬粉末的深度，從而形成由底部向頂部層疊布置的多個磨粒層；
h.對胎體金屬粉末、模具進行冷壓成型和燒結(jié)，最終得到多層有序排布制品。
[0028]上述實施例中的磨粒為10-80目的金剛石，當然也可以為超硬材料，例如立方氮化砸等。
[0029]以上所述只是本發(fā)明優(yōu)選的實施方式，其并不構(gòu)成對本發(fā)明保護范圍的限制。
【主權(quán)項】
1.一種磨料多層有序排布的裝置，其特征在于:包括可形成正壓或負壓的腔體，所述腔體由上方的缸套和底端的隔板圍成，所述隔板上設(shè)有有序排布的通孔，所述各通孔中固定接有吸管，所述吸管的頂端位于腔體內(nèi)，底端從通孔中穿出至隔板下方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磨料多層有序排布的裝置，其特征在于:所述缸套上設(shè)有連通腔體的氣壓切換通道。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的磨料多層有序排布的裝置，其特征在于:所述腔體內(nèi)設(shè)有濾材，所述濾材位于氣壓切換通道與吸管的頂端之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磨料多層有序排布的裝置，其特征在于:所述缸套上設(shè)有震動器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的磨料多層有序排布的裝置，其特征在于:所述吸管密封連接在通孔中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的磨料多層有序排布的裝置，其特征在于:所述吸管穿出隔板的長度占吸管總長的1/3以上。
7.一種使用權(quán)利要求1至6中任一項所述裝置的多層有序排布方法，其特征在于，包括以下步驟: a.將胎體金屬粉末裝入模具并預(yù)壓； b.腔體內(nèi)形成負壓，各吸管分別吸附單顆磨粒； c.各吸管插入胎體金屬粉末的內(nèi)層； d.腔體內(nèi)切換成正壓，磨粒脫離吸管并定位在胎體金屬粉末內(nèi)，取出各吸管； e.重復(fù)步驟b至步驟d，每次重復(fù)均減少吸管插入胎體金屬粉末的深度，從而形成由內(nèi)向外的多個磨粒層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的多層有序排布方法，其特征在于:步驟b中，通過震動吸管保證每根吸管僅吸附單顆磨粒。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的多層有序排布方法，其特征在于:步驟d中，吸管取出后對胎體金屬粉末施加壓力，保持粉末散布的均勻性和磨粒位置的準確性。
10.根據(jù)權(quán)利要求7或8或9所述的多層有序排布方法，其特征在于:所述磨粒為金剛石或立方氮化硼。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種磨料多層有序排布的裝置，包括可形成正壓或負壓的腔體，所述腔體由上方的缸套和底端的隔板圍成，所述隔板上設(shè)有有序排布的通孔，所述各通孔中固定接有吸管，所述吸管的頂端位于腔體內(nèi)，底端從通孔中穿出至隔板下方。本發(fā)明還涉及該裝置的有序排布方法。本發(fā)明吸管吸附磨粒后放入金屬胎體粉末中，由于吸管在隔板中可預(yù)先有序排布，那么磨粒即能在金屬胎體粉末中的某個平面中有序排布，而且吸管能夠根據(jù)需要來調(diào)整插入金屬胎體粉末中的深度，因此磨粒也能在金屬胎體粉末中呈由內(nèi)向外的多層排布，使用本發(fā)明中的裝置和方法能夠快速、便捷的對磨料進行多層有序排布。本發(fā)明可應(yīng)用于磨粒的多層有序排布。
【IPC分類】B24D18-00
【公開號】CN104526592
【申請?zhí)枴緾N201410856233
【發(fā)明人】張鳳林, 牛亮, 周玉梅, 黃惠平, 盧家鋒
【申請人】廣東工業(yè)大學
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年12月31日