本发明属于增材制造和快速成型领域，同时也属于砂轮制备领域，具体地说是一种基于感应加热增材制造的多层有序化金属结合剂砂轮制造装置与方法。
背景技术
目前加工中使用的金刚石砂轮为采用传统烧结方法制造的多层砂轮，和采用电镀、感应钎焊等方法制造的单层砂轮。传统烧结方法制造的多层砂轮，磨粒被机械地包埋、镶嵌在结合剂中，把持力不大，在负荷较重加工中容易因把持力不足而导致磨料过早脱落，或在超高速加工中强度不够，易损坏。而采用电镀和钎焊制造的单层超硬磨料砂轮，对磨粒的把持力相对较高，且可实现高的磨粒出刃高度，加工效率高。但是单层砂轮在磨耗、磨损、破碎后没有金刚石磨粒补充，导致工具失效。由于上述传统烧结制造的多层砂轮和电镀钎焊制造的单层砂轮的缺陷和弊端，使其在高效磨削和高速/超高速磨削中的应用受到较大限制。
技术实现要素：
本发明提供一种基于感应加热增材制造的多层有序化金属结合剂砂轮制造装置与方法，用以解决现有技术中的缺陷。
本发明通过以下技术方案予以实现：
一种基于感应加热增材制造的多层有序化金属结合剂砂轮制造装置，包括底座和横板，横板顶面靠近左右两端处均开设第一通孔，第一通孔的上端固定安装竖向的柱体，柱体上下两端面中间对称开设孔槽，柱体侧面开设螺纹孔，位于上部的孔槽底面中间开设第二通孔，第二通孔穿过对应的螺纹孔后与位于下部的孔槽相通，柱体上端均固定安装料筒，料筒底端面中间均开设第三通孔，第三通孔与对应的孔槽中心线同轴，料筒内顶部中间固定安装竖向的送料电机，送料电机的输出轴的下端固定安装第一竖轴，第一竖轴的下端穿过对应的第三通孔后位于对应的孔槽内部，第一竖轴的下端外周设有螺旋叶片，螺旋叶片与对应的第一竖轴为一体结构，横板顶部中间固定安装竖向的开关电机，开关电机的输出轴的左右两端对称设置伸缩轴，伸缩轴的细轴上均通过轴承套装套筒，开关电机的左右两侧对称设置横向的电动伸缩杆，电动伸缩杆的固定杆与横板顶部固定连接，电动伸缩杆的活动杆与对应的套筒固定连接，伸缩轴的粗轴的外端均固定安装螺杆，螺杆的外端与对应的螺纹孔螺纹配合，伸缩轴的细轴的内端均固定安装第一伞齿轮，开关电机的输出轴上固定安装第二伞齿轮，第一伞齿轮与第二伞齿轮啮合配合，横板的下部左侧设置感应加热装置，感应加热装置为倾斜，感应加热装置与横板之间通过第一连接架固定连接，第一通孔的下端均设有三通管，三通管的其中一个接口与对应的第一通孔下端固定连接，左侧三通管的下端接口与对应的感应加热装置的上端进口固定连接，右侧的三通管的下端接口固定安装斜管，底座左右两端对称固定安装竖向的侧板，横板左右两端与对应的侧板上端通过第二连接架固定连接，侧板内侧靠近上下两端处均固定安装第一横轨，位于同一侧板上的两个第一横轨之间设有竖轨，竖轨的上下两端与对应的第一横轨之间均通过第一滑块连接，两个竖轨之间设有第二横轨，第二横轨的两端与对应的竖轨之间均通过第二滑块连接，第二横轨上部配合安装第三滑块，第三滑块上部固定安装定位板，定位板顶部固定安装砂轮安装架，砂轮安装架上安装砂轮基体，第一滑块、第二滑块、第三滑块均为自带动力，螺杆外端侧部开设料孔。
如上所述的一种基于感应加热增材制造的多层有序化金属结合剂砂轮制造装置，所述的感应加热装置包括管状的外壳、阶梯状陶瓷管、感应线圈，外壳下端面中间开设第四通孔，外壳上端面中间开设第五通孔，外壳内固定安装阶梯状陶瓷管，阶梯状陶瓷管的粗管的上端穿过对应的第五通孔后位于外壳的外部，阶梯状陶瓷管的细管穿过对应的第四通孔后位于外壳的外部，三通管的其中另一个接口与对应的阶梯状陶瓷管的上端固定连接，感应线圈缠绕在对应的阶梯状陶瓷管上。
如上所述的一种基于感应加热增材制造的多层有序化金属结合剂砂轮制造装置，所述的横板顶面中间开设第六通孔，开关电机为双出轴电机，开关电机的输出轴的下端固定安装第二竖轴，第二竖轴下端处设有漏斗，漏斗内固定安装横杆，第二竖轴与横杆固定连接，漏斗位于两个感应加热装置下端下部。
如上所述的一种基于感应加热增材制造的多层有序化金属结合剂砂轮制造装置，所述的漏斗、第二竖轴、横杆均为耐高温的高温结构陶瓷材质。
如上所述的一种基于感应加热增材制造的多层有序化金属结合剂砂轮制造装置，所述的外壳侧面上部开设数个均匀分布的进气孔，进气孔的外端口固定连接进气管的一端，外壳侧面下部开设数个均匀分布的出气孔。
一种基于感应加热增材制造的多层有序化金属结合剂砂轮制造方法，左边所述的料筒内盛装金属结合剂粉末，右边的料筒内盛装金刚石磨粒，本发明工作时需要在封闭的惰性气体或者真空下进行，电动伸缩杆伸出保证第一伞齿轮与第二伞齿轮啮合配合，开关电机工作带动两根螺杆转动保证料孔与对应的第二通孔相通，解除对第二通孔的封闭，送料电机工作通过螺旋叶片可以带动金属结合剂粉末或金刚石磨粒沿对应的第二通孔向下移动并进入到三通管内部，金属结合剂粉末进入到感应加热装置内被加热到熔融状态，熔融状态的金属结合剂粉末从感应加热装置的下端出口流出，与此同时金刚石磨粒从斜管的下端口流出并与熔融状态的金属结合剂混合，混合物沉积到砂轮基体上，待混合物冷却凝固后形成砂轮胚体，砂轮基体匀速转动可以形成连续且均匀的砂轮胚体层，通过第一横轨、第二横轨、竖轨、第一滑块、第二滑块、第三滑块的配合可以控制砂轮基体在x、y、z方向的移动，配合砂轮基体自身的转动可以实现多层砂轮胚体层的制造，通过开关电机和送料电机的配合的工作可以实现金属结合剂粉末及金刚石磨粒的流下速度，可以在一定的时间节点沉积出无磨粒的砂轮胚体层，在另外的时间节点沉积出具有磨粒的砂轮胚体层，通过控制系统，协调磨粒输送停止和继续、以及材料增材制造的速度，实现具有磨粒的砂轮胚体层在整个砂轮中具有有序的分布规律，达到有序化砂轮的增材制造。
本发明的优点是：本发明的左边的料筒内盛装金属结合剂粉末，右边的料筒内盛装金刚石磨粒，本发明工作时需要在封闭的惰性气体或者真空下进行，电动伸缩杆伸出保证第一伞齿轮与第二伞齿轮啮合配合，开关电机工作带动两根螺杆转动保证料孔与对应的第二通孔相通，解除对第二通孔的封闭，送料电机工作通过螺旋叶片可以带动金属结合剂粉末或金刚石磨粒沿对应的第二通孔向下移动并进入到三通管内部，金属结合剂粉末进入到感应加热装置内被加热到熔融状态，熔融状态的金属结合剂粉末从感应加热装置的下端出口流出，与此同时金刚石磨粒从斜管的下端口流出并与熔融状态的金属结合剂混合，混合物沉积到砂轮基体上，待混合物冷却凝固后形成砂轮胚体，砂轮基体匀速转动可以形成连续且均匀的砂轮胚体层，通过第一横轨、第二横轨、竖轨、第一滑块、第二滑块、第三滑块的配合可以控制砂轮基体在x、y、z方向的移动，配合砂轮基体自身的转动可以实现多层砂轮胚体层的制造，通过开关电机和送料电机的配合的工作可以实现金属结合剂粉末及金刚石磨粒的流下速度，可以在一定的时间节点沉积出无磨粒的砂轮胚体层，在另外的时间节点沉积出具有磨粒的砂轮胚体层，通过控制系统，协调磨粒输送停止和继续、以及材料增材制造的速度，实现具有磨粒的砂轮胚体层在整个砂轮中具有有序的分布规律，达到有序化砂轮的增材制造。
创新之处：
1.基于感应加热增材制造的多层有序化金属结合剂砂轮制造方法中，结合剂原材料为金属粉末，磨粒可以是金刚石也可以是立方氮化硼，磨粒表面预先涂覆了一层很薄的化合物，一是可以促进磨粒与金属结合剂之间的冶金化学结合，同时能够在高温时保护磨粒与周边元素结合降低磨粒性能。
2.在砂轮增材制造成形过程中，金属粉末采用感应加热致熔化；再将熔化的金属粉末和被加热到一定温度的磨粒同时送到指定位置，在两者汇聚时形成熔化的金属粉末与磨粒的混合物，在混合物冷却是过程中金属熔化物与磨粒表面的化合物结合能够提高磨粒的把持力。
3.该砂轮增材制造方法中，通过不断送入金属粉末和磨粒堆积，实现多层砂轮的成形；同时通过三维移动平台控制粉末与磨粒的输送位置，实现预先设置好的增材制造路径规划，从而实现磨粒的有序化分布，实现有序化砂轮的增材制造快速成形。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的结构示意图；图2是图1的ⅰ部的局部放大图；图3是图1的ⅱ部的局部放大图；图4是图1的ⅲ部的局部放大图；图5是图1的ⅳ部的局部放大图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一种基于感应加热增材制造的多层有序化金属结合剂砂轮制造装置，如图所示，包括底座1和横板2，横板2顶面靠近左右两端处均开设第一通孔3，第一通孔3的上端固定安装竖向的柱体4，柱体4上下两端面中间对称开设孔槽5，柱体4侧面开设螺纹孔6，位于上部的孔槽5底面中间开设第二通孔7，第二通孔7穿过对应的螺纹孔6后与位于下部的孔槽5相通，柱体4上端均固定安装料筒8，料筒8底端面中间均开设第三通孔9，第三通孔9与对应的孔槽5中心线同轴，料筒8内顶部中间固定安装竖向的送料电机10，送料电机10的输出轴的下端固定安装第一竖轴11，第一竖轴11的下端穿过对应的第三通孔9后位于对应的孔槽5内部，第一竖轴11的下端外周设有螺旋叶片17，螺旋叶片17与对应的第一竖轴11为一体结构，横板2顶部中间固定安装竖向的开关电机12，开关电机12的输出轴的左右两端对称设置伸缩轴13，伸缩轴13的细轴上均通过轴承套装套筒14，开关电机12的左右两侧对称设置横向的电动伸缩杆15，电动伸缩杆15的固定杆与横板2顶部固定连接，电动伸缩杆15的活动杆与对应的套筒14固定连接，伸缩轴13的粗轴的外端均固定安装螺杆16，螺杆16的外端与对应的螺纹孔6螺纹配合，伸缩轴13的细轴的内端均固定安装第一伞齿轮18，开关电机12的输出轴上固定安装第二伞齿轮19，第一伞齿轮18与第二伞齿轮19啮合配合，横板2的下部左侧设置感应加热装置20，感应加热装置20为倾斜，感应加热装置20与横板2之间通过第一连接架21固定连接，第一通孔3的下端均设有三通管22，三通管22的其中一个接口与对应的第一通孔3下端固定连接，左侧三通管22的下端接口与对应的感应加热装置20的上端进口固定连接，右侧的三通管22的下端接口固定安装斜管43，底座1左右两端对称固定安装竖向的侧板23，横板2左右两端与对应的侧板23上端通过第二连接架24固定连接，侧板23内侧靠近上下两端处均固定安装第一横轨25，位于同一侧板23上的两个第一横轨25之间设有竖轨26，竖轨26的上下两端与对应的第一横轨25之间均通过第一滑块42连接，两个竖轨26之间设有第二横轨27，第二横轨27的两端与对应的竖轨26之间均通过第二滑块28连接，第二横轨27上部配合安装第三滑块29，第三滑块29上部固定安装定位板30，定位板30顶部固定安装砂轮安装架31，砂轮安装架31上安装砂轮基体44，砂轮基体44由驱动装置带动匀速转动，第一滑块42、第二滑块28、第三滑块29均为自带动力，螺杆16外端侧部开设料孔45。本发明的左边的料筒8内盛装金属结合剂粉末，右边的料筒8内盛装金刚石磨粒，本发明工作时需要在封闭的惰性气体或者真空下进行，电动伸缩杆15伸出保证第一伞齿轮18与第二伞齿轮19啮合配合，开关电机12工作带动两根螺杆16转动保证料孔43与对应的第二通孔17相通，解除对第二通孔7的封闭，送料电机10工作通过螺旋叶片17可以带动金属结合剂粉末或金刚石磨粒沿对应的第二通孔7向下移动并进入到三通管22内部，金属结合剂粉末进入到感应加热装置20内被加热到熔融状态，熔融状态的金属结合剂粉末从感应加热装置20的下端出口流出，与此同时金刚石磨粒从斜管43的下端口流出并与熔融状态的金属结合剂混合，混合物沉积到砂轮基体44上，待混合物冷却凝固后形成砂轮胚体38，通过向三通管内吹气可保证熔融状态的金属从感应加热装置的下出口端顺畅的流出不会堵塞，还有起到保护粉末和陶瓷管在高温下不被氧化的作用，所吹气体为惰性气体，砂轮基体44匀速转动可以形成连续且均匀的砂轮胚体层，通过第一横轨25、第二横轨27、竖轨26、第一滑块42、第二滑块28、第三滑块29的配合可以控制砂轮基体44在x、y、z方向的移动，配合砂轮基体44自身的转动可以实现多层砂轮胚体层的制造，通过开关电机12和送料电机10的配合的工作可以实现金属结合剂粉末及金刚石磨粒的流下速度，可以在一定的时间节点沉积出无磨粒的砂轮胚体层，在另外的时间节点沉积出具有磨粒的砂轮胚体层，通过控制系统，协调磨粒输送停止和继续、以及材料增材制造的速度，实现具有磨粒的砂轮胚体层在整个砂轮中具有有序的分布规律，达到有序化砂轮的增材制造。
创新之处：
1.基于感应加热增材制造的多层有序化金属结合剂砂轮制造方法中，结合剂原材料为金属粉末，磨粒可以是金刚石也可以是立方氮化硼，磨粒表面预先涂覆了一层很薄的化合物，一是可以促进磨粒与金属结合剂之间的冶金化学结合，同时能够在高温时保护磨粒与周边元素结合降低磨粒性能。
2.在砂轮增材制造成形过程中，金属粉末采用感应加热致熔化；再将熔化的金属粉末和被加热到一定温度的磨粒同时送到指定位置，在两者汇聚时形成熔化的金属粉末与磨粒的混合物，在混合物冷却是过程中金属熔化物与磨粒表面的化合物结合能够提高磨粒的把持力。
3.该砂轮增材制造方法中，通过不断送入金属粉末和磨粒堆积，实现多层砂轮的成形；同时通过三维移动平台控制粉末与磨粒的输送位置，实现预先设置好的增材制造路径规划，从而实现磨粒的有序化分布，实现有序化砂轮的增材制造快速成形。
具体而言，如图所示，本实施例所述的感应加热装置20包括管状的外壳201、阶梯状陶瓷管202、感应线圈203，外壳201下端面中间开设第四通孔32，外壳201上端面中间开设第五通孔33，外壳201内固定安装阶梯状陶瓷管202，阶梯状陶瓷管202的粗管的上端穿过对应的第五通孔33后位于外壳201的外部，阶梯状陶瓷管202的细管穿过对应的第四通孔32后位于外壳201的外部，三通管22的其中另一个接口与对应的阶梯状陶瓷管202的上端固定连接，感应线圈203缠绕在对应的阶梯状陶瓷管202上。料筒8内的金属结合剂粉末进入阶梯状陶瓷管202的粗管内后经过感应线圈203的作用迅速加热成为融融状态然后经过细管流出，陶瓷阶梯状陶瓷管202为耐高温材质且不导电，适合对金属结合剂粉末加热，阶梯状陶瓷管202分为粗管与细管，细管能精确的控制熔融状态金属流出后在基板31上的落点。
具体的，如图所示，本实施例所述的横板2顶面中间开设第六通孔34，开关电机12为双出轴电机，开关电机12的输出轴的下端固定安装第二竖轴35，第二竖轴35下端处设有漏斗36，漏斗36内固定安装横杆37，第二竖轴35与横杆37固定连接，漏斗36位于两个感应加热装置20下端下部。金属结合剂粉末经过对应的感应加热装置20加热成熔融状态后与金刚石磨粒同时流入到漏斗36内，漏斗在开关电机12的带动下不停的进行转动，熔融状态金属与金刚石磨粒在转动的漏斗内可以快速的被混合，混合物最后从漏斗36的下端口流出落到砂轮基体44上形成的砂轮胚体38，砂轮胚体38内的金刚石磨粒分布更加均匀。
进一步的，如图所示，本实施例所述的漏斗36、第二竖轴35、横杆37均为耐高温的高温结构陶瓷材质。高温结构陶瓷具有高熔点，较高的高温强度和较小的高温蠕变性能，以及较好的耐热震性、抗腐蚀、抗氧化和结构稳定性等。高温结构材料的出现，弥补了金属材料在高温时不耐氧化，易腐蚀的弱点，非常适合本发明中使用。
更进一步的，如图所示，本实施例所述的外壳201侧面上部开设数个均匀分布的进气孔39，进气孔39的外端口固定连接进气管40的一端，外壳201侧面下部开设数个均匀分布的出气孔41。本发明工作的过程中进气管40通过对应的进气孔39向外壳201内部吹气，气体然后从出气孔41排出，该设计可以将外壳201内的热量尽快排出，避免过高的温度对感应线圈203、外壳201等零件造成损坏。
更进一步的，本实施例左边所述的料筒8内盛装金属结合剂粉末，右边的料筒8内盛装金刚石磨粒，本发明工作时需要在封闭的惰性气体或者真空下进行，电动伸缩杆15伸出保证第一伞齿轮18与第二伞齿轮19啮合配合，开关电机12工作带动两根螺杆16转动保证料孔43与对应的第二通孔17相通，解除对第二通孔7的封闭，送料电机10工作通过螺旋叶片17可以带动金属结合剂粉末或金刚石磨粒沿对应的第二通孔7向下移动并进入到三通管22内部，金属结合剂粉末进入到感应加热装置20内被加热到熔融状态，熔融状态的金属结合剂粉末从感应加热装置20的下端出口流出，与此同时金刚石磨粒从斜管43的下端口流出并与熔融状态的金属结合剂混合，混合物沉积到砂轮基体44上，待混合物冷却凝固后形成砂轮胚体38，砂轮基体44匀速转动可以形成连续且均匀的砂轮胚体层，通过第一横轨25、第二横轨27、竖轨26、第一滑块42、第二滑块28、第三滑块29的配合可以控制砂轮基体44在x、y、z方向的移动，配合砂轮基体44自身的转动可以实现多层砂轮胚体层的制造，通过开关电机12和送料电机10的配合的工作可以实现金属结合剂粉末及金刚石磨粒的流下速度，可以在一定的时间节点沉积出无磨粒的砂轮胚体层，在另外的时间节点沉积出具有磨粒的砂轮胚体层，通过控制系统，协调磨粒输送停止和继续、以及材料增材制造的速度，实现具有磨粒的砂轮胚体层在整个砂轮中具有有序的分布规律，达到有序化砂轮的增材制造。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。