一种金刚石树脂砂轮的制备方法与流程

本发明属于静电雾化及热熔融沉积成型技术领域，涉及一种适用于磨粒均匀排布的金刚石树脂砂轮制备方法。

背景技术：

磨削微细结构所用的微细砂轮(直径1mm～10mm以内)的制造一直是需要解决的难题之一。树脂结合剂与金刚石磨料黏合形成的微细金刚石树脂砂轮具有良好的抛光性、不易堵塞、磨削温度较低、磨削后表面质量高等优点。可应用于陶瓷、玻璃、硬质合金、超硬材料及部分非金属材料的精密/超精密磨削等。

目前主要采用模具热压成型的方法制备金刚石树脂微细砂轮，其成型工艺较复杂、填料空间小、结合剂混料不均匀等问题使得在成型过程中树脂的流动性及成型能力较差，由此制备的微细砂轮会出现填充不足、气孔间隙、把持力不足等质量缺陷。专利CN105290996A采用模具热压成型的方法制备一种超硬树脂砂轮。但涉及多种温度环境下的混料、搅拌，固化工艺阶段多，耗时长，温度参数难以精确控制，整体成型工艺复杂。专利CN102814759A采用低温热压成型的方法制备一种金刚石树脂砂轮。其配料过程复杂，脱模过程中砂轮易损坏，固化工艺的升温速度难以控制。目前多沟槽面、异型面、非球面、菲涅尔透镜等复杂异型模具的加工均采用微细异型砂轮磨削的方式，利用热熔融沉积成型技术制备异型砂轮则尤为方便。

技术实现要素：

本发明旨在充分利用静电雾化技术，通过热熔融沉积成型树脂结合剂砂轮。

在成型过程中，通过喷嘴将熔融状材料挤出到工作面后，采用静电雾化工艺将磨粒喷洒在熔融结合剂层上。同时移动工作台与喷嘴，获得单层堆积的砂轮本体，通过逐层累积增材，可以打印出形状复杂的成型砂轮本体。为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

所述一种金刚石树脂砂轮的制备方法，其采用的制备装置主要由运动控制平台、静电雾化系统、砂轮打印系统、打印砂轮构成。所述运动控制平台包括基座、基体平台、升降平台、平移平台、运动控制装置、支撑架。所述升降平台、平移平台、基体平台由所述运动控制装置控制进行相应的上下升降、左右平移、前后平移的运动。所述基座与基体平台连接，所述基座与支撑架连接，所述基体平台上安装有砂轮基体。所述支撑架与所述平移平台连接，所述升降平台连接在所述平移平台上，且所述升降平台能在所述平移平台上左右滑动。所述静电雾化系统包括环电极、静电喷嘴、支撑块、高压静电发生器、电源、静电液容器、连接管Ⅰ、注射泵、连接管Ⅱ、接口、连接管Ⅲ、静电液。所述环电极采用的是铜环，内径5mm～30mm，固定于所述升降平台上，并与所述高压静电发生器负极连接。所述环电极正上方5mm～10mm处安装有所述静电喷嘴，所述静电喷嘴内径0.3mm～1mm，安装在所述升降平台上，喷嘴轴线与竖直方向的安装角度θ为0゜～90゜，其上部含有一盛装液体的空间，通过所述连接管Ⅲ与外部连接管连接，静电喷嘴下端与所述高压静电发生器正极连接。所述高压静电发生器电压调节范围为0kV～35kV。所述电源为普通220V交流电源，与所述高压静电发生器连接。所述连接管Ⅲ的另一端通过所述接口与所述连接管Ⅱ连接。所述连接管Ⅱ的另一端与所述注射泵连接，所述注射泵为微量泵，流量范围0mL/h～100mL/h。所述连接管Ⅰ一端与所述注射泵连接，另一端伸入所述静电液容器中。所述静电液容器中盛有静电液与金刚石磨粒的混合液，所述静电液是油脂和乳化剂液体混合而成，所述混合液是按每1000mL所述静电液中加入0.1g～1.0g金刚石磨粒的比例配置而成。所述砂轮打印系统包括丝材盒、树脂结合剂丝材、套管、送丝机构、加热机构、成型喷嘴。所述成型喷嘴也安装在所述升降平台上，其上端与所述套管连接。所述套管前端设有所述送丝机构，所述送丝机构依靠两个驱动轮将所述树脂结合剂丝材送入所述套管中。所述加热机构安装在所述套管外侧。所述打印砂轮包括砂轮基体、树脂结合剂、金刚石磨粒。所述树脂结合剂材料可选用(ABS、酚醛、环氧等)树脂，丝材直径1mm～2mm。所述树脂结合剂与金刚石磨粒的重量比为1:0.05～1。

制备时包括一种如下步骤：

(1).将所述砂轮基体安装于所述基体平台上，启动所述运动控制装置，控制所述基体平台、升降平台和平移平台运动，调节所述成型喷嘴与所述砂轮基体的位置与距离，将所述金刚石磨粒和静电液均匀混合；

(2).启动所述送丝机构，所述送丝机构将所述树脂结合剂丝材推进所述套管中，再通过所述加热机构加热至170℃～200℃使其熔融，以3mm/s～10mm/s的送丝速度通过所述成型喷嘴将熔融状树脂结合剂挤出到所述砂轮基体上，在所述平移平台和所述基体平台运动下，所述砂轮基体表面形成一层均匀的树脂结合剂层；

(3).关闭所述送丝机构；

(4).控制所述升降平台沿所述平移平台进行水平移动，带动所述成型喷嘴进行水平移动，当所述静电喷嘴移至所述砂轮基体上方时，停止移动；

(5).打开所述注射泵，打开所述电源，静电液与金刚石磨粒的混合液以一定的流量从所述静电喷嘴喷出，同时在高压作用下，将所述金刚石磨粒均匀喷射在步骤(2)的树脂结合剂表面，在所述平移平台和所述基体平台的联合运动下，所述树脂结合剂表面形成一层均匀的金刚石磨粒；

(6).关闭所述注射泵；

(7).重复步骤(2)-(6)；

(8).通过这种方法逐层增材累加，可得到多层磨粒均匀排布的金刚石树脂砂轮。

制备时包括一种如下步骤：

(1).将所述砂轮基体安装于所述基体平台上，启动所述运动控制装置，控制所述基体平台、升降平台和平移平台运动，调节所述成型喷嘴与所述砂轮基体的位置与距离；

(2).将所述静电喷嘴安装在所述升降平台上，喷嘴轴线与竖直方向的安装为一定的角度θ，将所述金刚石磨粒和静电液均匀混合；

(3).启动所述送丝机构，将所述树脂结合剂丝材推进所述套管中，再通过所述加热机构加热至170℃～200℃使其熔融，以3mm/s～10mm/s的送丝速度将熔融状树脂结合剂挤出到所述砂轮基体上，所述砂轮基体表面形成一层均匀的树脂结合剂层；

(4).打开所述注射泵，打开所述电源，静电液与金刚石磨粒的混合液以一定的流量从所述静电喷嘴喷出，同时在高压作用下，将所述金刚石磨粒均匀喷射在步骤(2)的树脂结合剂表面，所述树脂结合剂表面形成一层均匀的金刚石磨粒，静电磨粒喷射区域在树脂结合剂成型区域后方；

(5).控制所述平移平台和所述基体平台的联合运动，所述砂轮基体上形成树脂结合剂与均匀的金刚石磨粒；

(6).重复步骤(3)-(5)；

(7).通过这种方法逐层增材累加，可得到多层磨粒均匀排布的金刚石树脂砂轮。

本发明的有益效果是：

所述一种金刚石树脂砂轮制备方法，使磨粒在砂轮中均匀排布，此类砂轮在磨削时，加工的表面质量高、磨削效率高、磨削力均匀，砂轮的寿命得以延长。且异型砂轮的制备工艺得到简化、平台搭建方便、操作简便。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。

附图说明

图1是本发明的实施例I结构示意图；

图2是本发明所述树脂结合剂制备示意图；

图3是本发明所述金刚石磨粒静电雾化喷射示意图；

图4是本发明的实施例II结构示意图；

图5是本发明的实施例II结构中树脂结合剂与磨粒制备示意图；

图6是本发明磨粒均匀排布的示意图；

其中：

1运动控制平台

11—基座，12—基体平台，13—支撑架，14—平移平台，15—升降平台，16—运动控制装置；

2静电雾化系统

201—环电极，202—静电喷嘴，203—支撑块,204—高压静电发生器，205—电源，206—静电液容器，207—连接管Ⅰ，208—注射泵，209—连接管Ⅱ，210—接口，211—连接管Ⅲ，212—静电液；

3砂轮打印系统

31—丝材盒,32—树脂结合剂丝材，33—套管，34—送丝机构，35—加热机构，36—成型喷嘴；

4打印砂轮

41—砂轮基体，42—树脂结合剂，43—金刚石磨粒。

具体实施方式

所述一种金刚石树脂砂轮的制备方法，装置主要由运动控制平台(1)、静电雾化系统(2)、砂轮打印系统(3)、打印砂轮(4)构成。所述运动控制平台(1)包括基座(11)、基体平台(12)、支撑架(13)、平移平台(14)、升降平台(15)运动控制装置(16)。所述基体平台(12)、平移平台(14)、升降平台(15)由所述运动控制装置(15)控制进行相应的左右平移、前后平移、上下升降的运动。所述基座(11)与基体平台(12)连接，所述基座(11)和所述支撑架(13)连接，所述基体平台(12)上安装有砂轮基体(31)。所述支撑架(13)与所述平移平台(14)连接，所述升降平台(15)连接在所述平移平台(14)上，且所述升降平台(15)能在所述平移平台(14)上左右滑动。所述静电雾化系统(2)包括环电极(201)、静电喷嘴(202)、支撑块(203)、高压静电发生器(204)、电源(205)、静电液容器(206)、连接管Ⅰ(207)、注射泵(208)、连接管Ⅱ(209)、接口(210)、连接管Ⅲ(211)、静电液(212)。所述环电极(201)采用的是铜环，内径30mm，固定于所述升降平台(15)上，并与所述高压静电发生器(204)负极连接。所述环电极(201)正上方8mm处安装有所述静电喷嘴(202)，所述静电喷嘴(202)内径0.5mm，安装在所述升降平台(15)上，喷嘴轴线与竖直方向的安装角度θ优选为45゜，静电喷嘴上部含有一盛装液体的空间，通过所述连接管Ⅲ(211)与外部连接管连接，静电喷嘴下端与所述高压静电发生器(204)正极连接。所述高压静电发生器(204)电压优选为30kV。所述电源(205)为普通220V交流电源，与所述高压静电发生器(204)连接。所述连接管Ⅲ(211)另一端通过所述接口(210)与所述连接管Ⅱ(209)连接。所述连接管Ⅱ(209)另一端与所述注射泵(208)连接，所述注射泵(208)为微量泵，流量优选20mL/h。所述连接管Ⅰ(207)一端与所述注射泵(208)连接，另一端伸入所述静电液容器(206)中。所述静电液容器(206)中盛有静电液(212)与金刚石磨粒(43)的混合液，所述静电液(212)是油脂和乳化剂液体混合而成，所述混合液是按每1000mL所述静电液中(212)加入0.5g金刚石磨粒(43)的比例配置而成。所述砂轮打印系统(3)包括丝材盒(31)、树脂结合剂丝材(32)、套管(33)、送丝机构(34)、加热机构(35)、成型喷嘴(36)。所述成型喷嘴(36)也安装在所述升降平台(15)上，其上端与所述套管(33)连接。所述套管(33)前端设有所述送丝机构(34)，所述送丝机构(34)依靠两个驱动轮将所述树脂结合剂丝材(32)送入所述套管(33)中。所述加热机构(35)安装在所述套管(33)外侧。所述打印砂轮(4)包括砂轮基体(41)、树脂结合剂(42)、金刚石磨粒(43)。所述树脂结合剂(42)选用ABS树脂，丝材直径1mm。所述树脂结合剂(42)与金刚石磨粒(43)的重量比优选1:0.5。

所述一种金刚石树脂砂轮的制备方法，其特征在于，制备时包括如下步骤：

(1).将所述砂轮基体(41)安装于所述基体平台(12)上，启动所述运动控制装置(15)，控制所述基体平台(12)运动，从而由所述基体平台(12)带动所述砂轮基体(41)运动；并控制所述升降平台(15)的上下升降和所述平移平台(14)的左右水平运动，以调节所述成型喷嘴(36)与所述砂轮基体(41)的位置与距离，将所述金刚石磨粒(43)和静电液(212)均匀混合；

(2).启动所述送丝机构(34)，将所述树脂结合剂丝材(32)推进所述套管(33)中，再通过所述加热机构(35)加热至175℃使其熔融，以6mm/s的送丝速度通过所述成型喷嘴(36)将熔融状树脂结合剂(42)挤出到所述砂轮基体(41)上，在所述平移平台(14)和所述基体平台(12)运动下，所述砂轮基体(41)表面形成一层均匀的树脂结合剂层；

(3).关闭所述送丝机构(34)；

(4).控制所述升降平台(15)沿所述平移平台(14)进行水平移动，带动所述成型喷嘴(36)进行水平移动，当所述静电喷嘴(202)移至所述砂轮基体(41)上方时，停止移动；

(5).打开所述注射泵(208)，打开所述电源(205)，金刚石磨粒混合液以20mL/h的流量通过所述连接管Ⅰ(207)、连接管Ⅱ(209)、连接管Ⅲ(211)从所述静电喷嘴(202)喷出，同时在30kV的电压作用下，将所述金刚石磨粒(43)均匀喷散在步骤(2)的树脂结合剂(42)表面，控制所述平移平台(14)和所述基体平台(12)的运动，所述树脂结合剂表面形成一层均匀的金刚石磨粒(43)；

(6).关闭所述注射泵(208)；

(7).重复步骤(2)-(6)；

(8).通过这种方法逐层增材累加，可得到多层磨粒均匀排布的金刚石树脂砂轮。

所述一种金刚石树脂砂轮的制备方法，其特征在于，制备时包括另外一种如下步骤：

(1).将所述砂轮基体(41)安装于所述基体平台(12)上，启动所述运动控制装置(15)，控制所述基体平台(12)运动，从而由所述基体平台(12)带动所述砂轮基体(41)运动；并控制所述升降平台(15)的上下升降和所述平移平台(14)的左右水平运动，以调节所述成型喷嘴(36)与所述砂轮基体(41)的位置与距离；

(2).将所述静电喷嘴(202)安装在所述升降平台(15)上，喷嘴轴线与竖直方向的安装角度θ为45゜，将所述金刚石磨粒(43)和静电液(212)均匀混合；

(3).启动所述送丝机构(34)，将所述树脂结合剂丝材(32)推进所述套管(33)中，再通过所述加热机构(35)加热至175℃使其熔融，以6mm/s的送丝速度通过所述成型喷嘴(36)将熔融状树脂结合剂(42)挤出到所述砂轮基体(41)上，所述砂轮基体(41)表面形成一层均匀的树脂结合剂层；

(4).打开所述注射泵(208)，打开所述电源(205)，静电液与金刚石磨粒的混合液以20mL/h的流量通过所述连接管Ⅰ(207)、连接管Ⅱ(209)、连接管Ⅲ(211)从所述静电喷嘴(202)喷出，同时在30kV的电压作用下，将所述金刚石磨粒(43)均匀喷散在步骤(2)的树脂结合剂(42)表面，且静电磨粒喷射区域在树脂结合剂成型区域后方；

(5).控制所述平移平台(14)和所述基体平台(12)的运动，所述砂轮基体(41)上形成树脂结合剂(42)与均匀的金刚石磨粒(43)；

(6).重复步骤(3)-(5)；

(7).通过这种方法逐层增材累加，可得到多层磨粒均匀排布的金刚石树脂砂轮。

上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本中请所附权利要求所限定的范围。