异形砂轮成型模具及其压头组件和压头的制作方法

本发明涉及一种异形砂轮成型模具及其压头组件和压头。

背景技术：

超硬材料砂轮通常由基体和磨料层这两部分构成，基体通常为由金属材质制造的盘状零件，直接参与磨削加工的磨料层为由超硬材料制成的环形的磨料环，将磨料环粘接于基体的外周面上即形成了砂轮。对于大型砂轮，磨料层的整体压制较为不便而常常将磨料环沿周向分成多块磨料块，对每块磨料块分别压制再将磨料块沿周向粘接于基体的外周面而形成砂轮。现有技术中对磨料块的制备通常是采用如图1所示的模具进行压制成型，模具包括中部具有键形通孔的模套2、与键形通孔形状相适配且下表面为内凹弧形的上压头3及与键形通孔形状相适配且上表面为上凸弧形的下压头4，上压头3的下表面的曲率与需制备的磨料块1的上表面的曲率相同而构成上压制面，下压头4的上表面的曲率与需制备的磨料块1的下表面的曲率相同而构成下压制面。在上压头3、下压头4与模套2所围成的模腔中投入由超硬磨料、填料及结构剂等混合均匀而形成的粉料，再对上下压头施压即可得到具有一定强度的磨料块湿坯，再对磨料块湿坯进行烧结等后续处理即可完成对磨料块的制备。

随着砂轮使用范围的扩展，在使用砂轮进行磨削时，有些场合需要图2所示的异形砂轮，此处异形砂轮是指砂轮的外表面即非平面也非标准的圆柱面或圆锥面，而是指在垂直于周向的方向上外表面呈高低不平状（也即凹凸不平状）、在垂直于轴线的方向上为环状平面的砂轮。异形砂轮1包括金属基体11及由多块异形磨料块121沿金属基体11的外周面围拼而形成的磨料层12，现有技术中在对异形磨料块的加工均是通过对规则形状磨料块进行修整而成，不仅浪费材料，在超硬材料制成的磨料层上去除材料本身也是一件极为困难的事，这就造成异形砂轮加工制造过程工作量极大、加工周期长。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种用于异形砂轮的压制成型的成型模具以解决现有技术中通过对盘形砂轮进行修整获得异形砂轮时加工效率低、材料损耗大的问题；本发明的目的还在于提供采用以上成型模具制成的异形砂轮。

为实现上述目的，本发明异形砂轮成型模具的技术方案是：

方案1：异形砂轮成型模具，包括具有模腔的模套和与模腔形状相适配的压头组件，压头组件包括用于压制成型磨料块上表面的上压头及用于压制成型磨料块下表面的下压头，上压头和/或下压头包括压头本体，压头本体具有沿待压制成型的磨料块的周向方向延伸的、与待压制成型的磨料块的相应表面形状相适配的压制面，所述压制面在垂直于周向的截面上具有与所需压制成型的磨料块的相应表面凹凸吻合适配的凹凸段。

方案2：作为方案1的优化，所述压头还包括位于压头本体上/下方的顶压件，压头本体包括沿压制面的轴线方向排布的多个可在上下方向上相对滑动的子压头，顶压件具有与所需压制成型的磨料块的相应表面处形状吻合的顶压面，所述顶压面用于顶压子压头以使得各子压头的远离顶压面的端面组成所述凹凸段，各子压头在上下方向上高度相同。

方案3：作为方案2的优化，每个子压头均包括多个沿压制面的周向排布的且可在上下方向上相对滑动的压块，各压块在上下方向上高度相同。

方案4：作为方案3的优化，所述压块的用于被顶压面所顶压的端面为弧形结构。

方案5：作为方案3的优化，任意相邻两个压块之间具有供粉料中的空气溢出的缝隙。

方案6：作为方案2至方案5中任一方案的优化，所述压头还包括压头座，压头座具有供子压头的相应表面沿其导向移动的导向段，所述顶压件安装在所述压头座上。

方案7：作为方案2至方案5中任一方案的优化，各个子压头上均设有用于将自由状态下的各个子压头固定为一体的且在子压头受力时脱开以使得相应子压头可相对于相邻子压头在上下方向上运动的保持机构。

方案8：作为方案7的优化，所述保持机构为固定在子压头的相应位置处的磁铁。

本发明的压头组件采用以下技术方案：

方案1：压头组件，包括用于压制成型磨料块上表面的上压头及用于压制成型磨料块下表面的下压头，上压头和/或下压头包括压头本体，压头本体具有沿待压制成型的磨料块的周向方向延伸的、与待压制成型的磨料块的相应表面形状相适配的压制面，所述压制面在垂直于周向的截面上具有与所需压制成型的磨料块的相应表面凹凸吻合适配的凹凸段。

方案2：作为方案1的优化，所述压头还包括位于压头本体上/下方的顶压件，压头本体包括沿压制面的轴线方向排布的多个可在上下方向上相对滑动的子压头，顶压件具有与所需压制成型的磨料块的相应表面处形状吻合的顶压面，所述顶压面用于顶压子压头以使得各子压头的远离顶压面的端面组成所述凹凸段，各子压头在上下方向上高度相同。

方案3：作为方案2的优化，每个子压头均包括多个沿压制面的周向排布的且可在上下方向上相对滑动的压块，各压块在上下方向上高度相同。

方案4：作为方案3的优化，所述压块的用于被顶压面所顶压的端面为弧形结构。

方案5：作为方案3的优化，任意相邻两个压块之间具有供粉料中的空气溢出的缝隙。

方案6：作为方案2至方案5中任一方案的优化，所述压头还包括压头座，压头座具有供子压头的相应表面沿其导向移动的导向段，所述顶压件安装在所述压头座上。

方案7：作为方案2至方案5中任一方案的优化，各个子压头上均设有用于将自由状态下的各个子压头固定为一体的且在子压头受力时脱开以使得相应子压头可相对于相邻子压头在上下方向上运动的保持机构。

方案8：作为方案7的优化，所述保持机构为固定在子压头的相应位置处的磁铁。

本发明的压头采用以下技术方案：

方案1：压头，包括压头本体，压头本体具有沿待压制成型的磨料块的周向方向延伸的、与待压制成型的磨料块的相应表面形状相适配的压制面，所述压制面在垂直于周向的截面上具有与所需压制成型的磨料块的相应表面凹凸吻合适配的凹凸段。

方案2：作为方案1的优化，所述压头还包括位于压头本体上/下方的顶压件，压头本体包括沿压制面的轴线方向排布的多个可在上下方向上相对滑动的子压头，顶压件具有与所需压制成型的磨料块的相应表面处形状吻合的顶压面，所述顶压面用于顶压子压头以使得各子压头的远离顶压面的端面组成所述凹凸段，各子压头在上下方向上高度相同。

方案3：作为方案2的优化，每个子压头均包括多个沿压制面的周向排布的且可在上下方向上相对滑动的压块，各压块在上下方向上高度相同。

方案4：作为方案3的优化，所述压块的用于被顶压面所顶压的端面为弧形结构。

方案5：作为方案3的优化，任意相邻两个压块之间具有供粉料中的空气溢出的缝隙。

方案6：作为方案2至方案5中任一方案的优化，所述压头还包括压头座，压头座具有供子压头的相应表面沿其导向移动的导向段，所述顶压件安装在所述压头座上。

方案7：作为方案2至方案5中任一方案的优化，各个子压头上均设有用于将自由状态下的各个子压头固定为一体的且在子压头受力时脱开以使得相应子压头可相对于相邻子压头在上下方向上运动的保持机构。

方案8：作为方案7的优化，所述保持机构为固定在子压头的相应位置处的磁铁。

本发明的有益效果是：本发明的压头的压制面在垂直于周向的截面上具有与所要加工的砂轮相应表面凹凸吻合适配的凹凸段，在对粉料压制的过程中只需要将粉料置入模腔中再对压头施压即可将粉料压制成特定形状的磨料块，避免了对砂轮磨削加工所引起的原料浪费及加工周期长的问题。同时上压头的下端面与下压头的上端面采用凹凸互补的形式使得磨料块各部分的壁厚一致，故在一定压力下磨料块的各部分被压制的行程是相同的，有利于得到各部分密度一致的磨料块及砂轮。

更进一步地，本发明的压头还包括用于顶压子压头以使其相应端面组成凹凸段的顶压件，所以只需更换不同的顶压件即可获得不同形状的异形砂轮块。

附图说明

图1为现有技术中磨料块成型模具的结构示意图；

图2为所需加工的异形砂轮的结构示意图；

图3为本发明的异形砂轮成型模具的一个实施例工作过程中的结构示意图；

图4为压头本体的结构示意图；

图5为磁铁的结构示意图；

图6为图3中的成型模具另一工作状态下的结构示意图；

图7为图3中的异形砂轮成型模具压制出的磨料块的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

本发明的异形砂轮成型模具的具体实施例，如图3至图7所示，包括柱状的模套5，模套5的中部开设有与需加工的磨料块的形状相适配的方形孔，方形孔的上、下端分别导向移动地插装有由上压头2和下压头3组成的压头组件，上压头2和下压头3之间的方形孔段围成了用于填装粉料5的模腔。上压头2的上端设有上垫板25，下压头3的下端设有下垫板35，通过上、下垫板对上压头2及下压头3施压使两者在方形孔中相互靠近即可将粉料5压实成具有一定强度的磨料块湿坯。

上压头2与下压头3的结构相同，下面以上压头2的具体结构为例对上、下压头的结构进行说明。上压头2包括上固定座21，上固定座21的中部开设有方形孔，多个沿前后方向依次间隔排布的上子压头24导向移动地安装在上固定座21中部的方形孔中，上固定座21中部的方形孔组成了供上子压头24沿上下方向导向滑动的导向段，多个上子压头24组成了上压头本体。每个上子压头24均包括多个沿上子压头的延伸方向间隔排布的上压块，相邻两上压块可沿上下方向导向滑动。也即是说上压头本体包括多行多列成网格状排布的上压块，其中以图中的前后方向为行方向，以左右方向为列方向，且网格状排布的上压块在上下方向处高度相同。多个子压头的压头结构形成排除粉料内部气体的通道，使粉料压实密度更均匀，省去了排气操作步骤，且减少后续热固化工序由于磨料块内部存在大量气体而造成的发泡、裂纹等缺陷。同时，压制过程中，由于子压头运动使得粉料分布更均匀，密度一致性得到有效保证。

上固定座21上于上压头本体的上方固定设置有上型板22，上型板22的下表面为与所需加工的磨料块的形状相匹配的上顶压面221，上顶压面221在磨料块的轴向方向上具有凹凸不平的凹凸段，在磨料块的周向方向为弧面。各上压块的上端均固定有上磁铁23，相邻两上磁铁23的相对的两个面的极性不同而会相互吸引，在上磁铁23的作用下各个上压块在不受力的自由状态下会以整体的形式移动，在单个上压块受力比较大的情况下压力又可克服相邻两上磁铁之间的磁力而使上压块相对于相邻上压块向下运动。故在将上压头2由上端插入模套4的方形孔的过程中，各上压块的下端面会保持齐平地下行而均匀挤压模腔中的粉料5，避免了各上压块运动孤立时各上压块的下端面高度不同而影响模腔内粉料的均匀程度。在上型板22下行的过程中，上型板22上的凸出部分先与相应部分的上磁铁23接触而将对相应的施加向下的作用力，当向下的作用力超过相邻的上磁铁提供的摩擦力时，上压块会向下运动而对其下侧的粉料施压，一部分粉料被压实而另一部分粉料会朝向不受力的侧边处流动，持续向上型板22施压即可使各上压块的上端面通过磁铁与型板22的下表面接触，从而使各上压块的下端面组成与所要压制的磨料块的上表面凹凸吻合适配的上压制面26，继续施压即可将粉料压制成具有需要表面形状的磨料块湿坯。上压制面26沿待压制成型的磨料块的周向方向延伸，也即是说上压制面26的周向方向与磨料块的周向方向是一致的；同时，上压制面26的轴线方向与磨料块组成的磨料层的轴线方向也是一致的；文中所指的垂直于上压制面26的周向的截面为使得压制面26的中心轴线在其内的平面。为保证上磁铁23与上顶压面221实时接触，上磁铁23的上端加工为弧形以使得上磁铁23与顶压面之间的接触形式为点接触。

为保证压制出的磨料块湿坏密度均匀、内部无气孔，任意相邻两个上压块之间及边缘的上压块与模套的相应内壁之间均具有供压制过程中粉料中的气体溢出的第一通气缝，相邻两上磁铁之间具有与第一通气缝相连通以供气体溢出的第二通气缝。

下压头3的具体结构与上压头2的具体结构相同，也包括下固定座31、导向移动地安装在下固定座31的方形孔中的下子压头34及固定于下固定座31下部的下型板32，每一个下子压头24也包括多个沿左右方向排列的下压块。下型板32的上表面形状与所需要压制的磨料块的下表面的形状相同而形成下顶压面321，各下压块的下端分别固定设有用于将自由态下的下压块连为整体的下磁铁33，在下顶压面321的压力作用下各个下压块最终会在上下方向发生错位而使得下压块的上端面形成与所要压制的磨料块的下表面凹凸吻合适配的下压制面36。

需要注意的是，在本实施例中，下压头3压制成型的是磨料块的下表面，也即是最终组成的磨料环的内周面，这种内周面也加工为异形的形式增大了磨料块与基体结合处的面积，有利于提高两者粘接后的牢固程度。同时，下型板32的下顶压面321与上型板22的上顶压面221在上下方向上是凹凸互补适配的，也即是说将下型板32与上型板22沿上下方向对扣后上、下顶压面是可以完全扣合的。这种形式使得将模腔中任一处的粉料压实成磨料块湿坯时相应处的粉料的被压制行程是相同的，换而言之，当上、下垫板之间距离缩短值一定的情况下模腔中任一处的粉料被压制的程度在理论上是相同的，这有利于得到各部分密度一致的磨料块湿坯及砂轮。

使用该成型模具的具体方法如下：首先将上、下压头分别组装完整，再将下压头的下压头本体由下方插入模套的方形孔中，向模腔中投入由超硬磨料、填料和结合剂等混合均匀而成粉料，经振料、刮料后将上压头的上压头本体由上端压入模套的方形孔中；将下垫板置于压机的工作台面上，再将组装后的成型模具置于下垫板上，并在成型模具上端的上固定座上放置上垫板25；启动压机带动上垫板下行/下垫板上行，在两压头之间距离缩短的过程中，相应的型板挤压子压头向粉料施压至将粉料压制成型，压制过程中粉料中的空气会从压块之间以及子压头与模套之间的缝隙中排出而有利于得到中心区域的粉料密度与内外环区域的粉料密度相同的磨料块湿坯，也避免了为供中心区域气体扩散而进行的多次压制，提高了生产效率。

使用上述方法最终制成的异形磨料块121的结构为虚实相间的结构，各子压头之间的缝隙处形成了粉料密度相对来说较小的虚部，其余部位为被子压头压实的实部，这种虚实相间的结构有利于在后续的热处理工序中供气体进一步排出，降低了成品砂轮的废品率。同时虚实相间的砂轮的虚部在使用过程中还有利于冷却液的渗入，减小了磨削过程中磨削区域的温度过高而造成的砂轮被烧伤事件发生的概率，有利于提高成品砂轮的使用寿命。

在其他实施例中：当型板与子压头在上下方向上能准确对正的情况下，压头座上的用作导向段的方形孔还可以省去；在每块压头沿压制面的轴线方向厚度较小的情况下，上磁铁的上端也可以加工成平面或带有尖角的其他结构；还可以在相邻两子压头之间涂抹可破坏的胶层，此时可破坏的胶层即组成了使自由状态下各子压头可连为一个整体、在子压头受足够力时可与相邻子压头相对滑移的保持机构，此时磁铁可以省去。当然，当每块子压头质量均较轻、自重较小而不影响粉料分布均匀度的情况下磁铁也可以省去；各子压头也可以是相应端面为弧面的整体结构而非由多块压块组成，此时磁铁应设置在相应的子压头上；当然，还可以由上型板组成上压头、由下型板组成下压头，由上压头的下表面形成与所需制成的磨料块的相应表面形状相适配的压制面。

压头组件的实施例：

压头组件的具体结构与成型模具的实施例中压头组件的具体结构相同，可参考图3至图7，在此不再详述。

压头的实施例：

压头的具体结构与成型模具的实施例中上压头/下压头的具体结构相同，可参考图3至图7，在此不再详述。