本发明属于电镀及磨削加工技术领域，特别地但不排外地，涉及一种用于制作电镀砂轮的夹具装置。
背景技术：
电镀砂轮在高速、超高速磨削中占据主导地位。目前电镀砂轮主要采用外镀法与内镀法。外镀法是将超硬金刚石磨料或cbn磨料通过电镀方式直接包附在砂轮基体上的一种电镀方法。内镀法是先采用与外镀法相同工艺将磨料粘附在一个与要求制造的砂轮外形形状相同但是凹凸性相反的高精度模具内腔，然后将低熔点合金填充在砂轮基体和电镀好的磨料内腔之间的缝隙中，使模具与砂轮基体连接成一体，最后将模具采用切削方法切除。从电镀工艺可以分析出：外镀砂轮工艺简单，成本低，但磨粒外轮廓等高性差，有效磨粒数少，导致砂轮寿命短、磨削表面粗糙度大、磨削效率低等；内镀砂轮精度高，但脱模时模具需全部去除，模具无法重复使用，成本高，且在磨削力和磨削温度作用下容易变形，因此难以在工程中推广。
技术实现要素：
若要制造出外表面轮廓一致性好、有效磨粒数多的电镀超硬砂轮，夹具装置设计是其中核心部分。针对目前制造电镀砂轮存在的问题，本发明基于穿越内镀原理，提出一种可以将可分解成多瓣的环形外模具连接在一起形成一个整体，并能够与被电镀的砂轮基体连接成一体，实现弹性过盈定位的夹具装置。其中，穿越内镀是指金属离子在电场作用下可以游过电镀液、穿过带有微孔的介质到达砂轮基体外表面，从而在砂轮基体上附着金属电镀层。
本发明的夹具装置不仅可以保证砂轮基体外表面与上述多瓣的环形外模具内表面之间形成均匀缝隙、砂粒外轮廓的等高性以及增加有效磨粒数，还可以重复使用、可开合、可旋转电镀并具备一定通用性。
根据本发明的一方面，提供一种用于制作电镀砂轮的夹具装置，包括：
-定位机构，包括其上设置有第一定位构件的中空支座和连接于所述中空支座的外侧面的与所述第一定位构件配合的第二定位构件，所述第一定位构件和所述第二定位构件配置成弹性过盈定位；
-安装于所述中空支座的通孔内的芯体，所述芯体的上端安装有砂轮基体；以及
-用于将所述定位机构和所述芯体连接成一体的环形连接构件，所述环形连接构件的下端连接于所述第二定位构件，上端安装有环形外模具，所述环形外模具的内表面与所述砂轮基体的外表面构成等距空间。
在一些实施例中，所述中空支座可以成棱柱形，具有多个侧面，各侧面的边缘处设置有凹槽。所述第一定位构件可以包括多个安装于所述凹槽内的弹性定位件。所述第二定位构件可以包括多个单弧面体，各单弧面体具有外弧面和与所述中空支座的各四边形侧面接触的内平面。所述环形连接构件可以沿圆周方向分解为多个弧形片，所述环形外模具可以沿圆周方向分解为多个弧形片。其中，所述中空支座的侧面的个数、所述第二定位构件的单弧面体的个数、所述环形连接构件的弧形片的个数以及所述环形外模具的弧形片的个数相等。
在一些实施例中，所述单弧面体的内平面上可设置有第一定位凸台和第二定位凸台。所述第一定位凸台与所述弹性定位件构成弹性过盈配合，可以限制单弧面体x、z方向移动以及y方向的转动，所述第二定位凸台与所述中空支座的侧面的平坦部分接触，可以限制单弧面体y方向移动与x、z方向的转动。
在一些实施例中，所述第一定位凸台较所述第二定位凸台高出0.02mm-0.05mm。
在一些实施例中，所述第一定位凸台的上端可具有2-10度的倾角。该倾角可以使第一定位构件和第二定位构件在连接的过程中逐渐从间隙配合到过盈配合。
在一些实施例中，各弹性定位件可包括一对间隔并置的弹性块，各弹性块可包括依次连接的内橡胶垫、弹性片和外橡胶垫，所述内橡胶垫通过容胶孔连接于所述中空支座的凹槽的底部，所述弹性片可由陶瓷材料制成。
在一些实施例中，所述夹具装置还可包括连接于所述芯体的上端面的盖板，所述盖板的上端沿圆周方向可设置有2个或2个以上的孔，下端可设置有与所述孔相连通的第一环形凹槽，所述盖板可由陶瓷材料制成，所述环形连接构件的上端可设置有第二环形凹槽，所述第一环形凹槽和所述第二环形凹槽分别设置于所述环形外模具与所述砂轮基体所构成的等距空间的上下端，所述第一环形凹槽和所述第二环形凹槽内均设置有硅胶海绵垫圈，所述硅胶海绵垫圈的径向宽度大于所述等距空间的径向宽度。硅胶海绵垫圈的作用是可以限制砂粒存在于环形外模具与砂轮基体之间的空间中，并保证液体可以顺利通过。
在一些实施例中，所述第二环形凹槽的下端可设置有第三环形凹槽，所述环形连接构件的外侧面沿圆周方向具有1个或1个以上的入口，所述入口向内径向延伸至所述第三环形凹槽。电解液可以从环形连接构件的外侧的入口进入，通过第三环形凹槽和第二环形凹槽内设置的硅胶海绵垫圈进入环形外模具与砂轮基体之间的空间中，并通过盖板上的孔流出。
在一些实施例中，所述中空支座、所述第一定位构件、所述芯体、所述环形连接构件可均由陶瓷材料制成，所述环形外模具可由微孔材料制成。陶瓷材料耐腐蚀，可以将整个夹具装置放置在电解液中，电解液可以透过由微孔材料制成的环形外模具进入环形外模具与砂轮基体之间的空间中。
在一些实施例中，所述中空支座可成三棱柱形，即，所述第二定位构件的单弧面体的个数、所述环形连接构件的弧形片的个数以及所述环形外模具的弧形片的个数可均为3个。
优点：本发明的主要优点是1)夹具装置可重复使用、可开合、可旋转电镀；2)夹具装置可将三瓣的油石连接成一个整体并具备一定的通用性，对应砂轮直径在20-100mm之间可变，厚度在5-20mm之间可变；3)基体与模具之间可形成均匀缝隙，流动旋转电镀，使得砂粒紧贴在模具内表面，保证砂粒的外表面轮廓等高性。
附图说明：
为了更清楚地说明本申请实施方式中的技术方案，下面将对实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1(a)是本发明的一实施例的用于内镀砂轮的夹具装置的俯视图
图1(b)是图1(a)的剖视图。
图2是本发明的一实施例的夹具装置的定位机构的剖视图。
图3是本发明的一实施例的夹具装置的设置有第一定位构件的中空支座的立体图。
图4是图3的主视图
图5是本发明的一实施例的夹具装置的单弧面体的主视图。
图6是定位机构的局部俯视图。
图7是本发明的一实施例的夹具装置的芯体、环形连接构件、砂轮基体、环形外模具和盖板的装配体的剖视图。
图8是本发明的一实施例的夹具装置的环形连接构件和第二定位构件的装配示意图。
图9是本发明的一实施例的夹具装置的立体图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细描述。以下实施例用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1(a)-1(b)所示，本发明的用于内镀砂轮的夹具装置包括定位机构、芯体20、环形连接构件40、盖板60。
定位机构包括设置有第一定位构件的中空支座101和连接其外侧面的与第一定位构件配合的第二定位构件103，特别的，第一定位构件和第二定位构件103配置成弹性过盈定位。
芯体20安装于中空支座101的通孔内，并利用芯体20上的平面s1实现与中空支座101的轴向定位，芯体20连接中空支座101与环形连接构件40，然后将砂轮基体30装入芯体20上，依靠芯体20平面s2实现砂轮基体30的轴向定位。
环形连接构件40的下端连接第二定位构件103，上端安装有环形外模具50，环形外模具50的内表面与砂轮基体30的外表面构成等距空间。
中空支座101、芯体20、环形连接构件40均由陶瓷材料制成，环形外模具50由油石材料制成，其材料具有微孔特性。
本发明的用于内镀砂轮的夹具装置的定位机构如图2-图3所示，中空支座101成三棱柱形，具有3个侧面，各侧面结构完全相同，各侧面的边缘处设置有凹槽，第一定位构件包括4个安装于所述凹槽内的弹性定位件，弹性定位件包括一对间隔并置的弹性块，弹性块包括依次连接的内橡胶垫1021、陶瓷弹性片1022和外橡胶垫1023，内橡胶垫1021通过容胶孔1024连接于中空支座101的凹槽的底部，容胶孔1024可以保证内橡胶垫1021的可靠粘接，各侧面的每条边中心线的两侧结构均相同，从而在每个面形成十字凹槽。第二定位构件包括3个单弧面体1031。
中空支座101各侧面的中心孔位置均固定有用树脂胶粘贴的尼龙螺纹孔1011，中空支座101各侧面安装单弧面体1031，用定位构件垫片1032、定位构件螺栓1033连接并锁紧，三个单弧面体1031在圆周上处于均匀分布的状态。
本夹具装置采用弹性过盈定位，如图4-图6所示，单弧面体1031上设置有4个第一定位凸台1036和4个第二定位凸台1037，第一定位凸台1036上端具有5度的倾角，第二定位凸台1037是平面凸台。第一定位凸台1036与弹性定位件构成弹性过盈配合，第二定位凸台1037与中空支座101的侧面的平坦部分接触。当定位构件螺栓1033逐渐旋进，直到单弧面体1031上的第二定位凸台1037与中空支座101上的平面s5接触，利用单弧面体1031上的4个第二定位凸台1037限制单弧面体1031y方向移动与x、z方向的转动；在单弧面体1031逐渐锁紧过程中，由于单弧面体上的第一定位凸台1036侧面具有5度的斜角，因此与弹性定位件的陶瓷弹性片1022也逐渐从间隙配合到过盈配合，在处于过盈配合时第一定位凸台1036两侧的陶瓷弹性片1022会发生微变形，由于包覆在陶瓷弹性片1022两侧橡胶垫的外面是刚性较大的中空支座101与单弧面体1031，因此第一定位凸台1036两侧受到大小相等方向相反的力，从而实现x方向的定位；设置有第一定位构件的中空支座101每个面结构形成十字槽形状，基于上述原理利用所形成的十字槽可以限制x、z方向移动以及y方向的转动；中空支座101与单弧面体1031通过以上方式限制二者之间六个自由度实现重复定位，重复定位精度为2微米。
如图2所示，单弧面体1031上端面包含三个孔，在中间孔粘贴连接螺栓下铜套1034，两侧孔分别粘贴结构完全相同的销钉下铜套1035，粘贴铜套目的是方便加工并且保证在电镀液工作时夹具装置可靠定位与连接。
如图7-图8所示，环形连接构件40沿圆周方向分解为3个弧形片401，环形连接构件上设置有连接螺栓上铜套4011，销钉上铜套4013。用连接螺栓4012连接环形连接构弧形片401与单弧面体1031，用两个定位销钉4014实现与单弧面体1031的定位，三个环形连接构件的弧形片401在圆周上均匀分布互成120度，并与单弧面体1031是利用一面两孔方式实现定位，即依靠单弧面体1031上端面与两个销钉4014实现定位，连接螺栓4012与定位销钉4014相接触的内孔均采用铜套，原因是铜套比陶瓷材料的定位构件更易于加工出精度高的内孔以及螺纹孔，同时具备耐腐蚀的特性。
环形外模具50沿圆周方向分解为3个弧形片501。环形连接构件40的上端设置有环形凹槽，下硅胶海绵垫圈4015、密封橡胶圈4016以及环形外模具50的弧形片501依次用树脂胶粘贴在环形连接构件的弧形片401对应的凹槽中，为保证环形外模具50的顺利装配，环形连接构件40中的凹槽宽度应大于环形外模具50的厚度。密封橡胶圈4016可以保证密封，防止液体流入夹具装置中心。
本夹具装置还包括连接在芯体20的上端面的盖板60。盖板60由陶瓷材料制成，下端设置有环形凹槽，凹槽内设置有上硅胶海绵垫圈601，环形连接构件40的上端的环形凹槽和盖板60下端的环形凹槽分别设置于环形外模具50与砂轮基体30所构成的等距空间的上下端，硅胶海绵垫圈的径向宽度大于等距空间的径向宽度。在盖板60上设置有盖板垫片602，并用盖板螺栓603实现整套夹具装置的固定与锁紧。
盖板60上大孔604便于电极通过从而与砂轮基体相连形成闭合电路。
用本夹具装置内镀砂轮可以保证砂粒的外表面轮廓等高性，原因如下：陶瓷芯体20穿过中空支座101与砂轮基体30的内孔，利用外圆柱面s2与外圆柱面s4实现中空支座101与砂轮基体30同轴，环形外模具50与中空支座101同轴，因此可以在砂轮基体30与环形外模具50的内表面之间形成均匀缝隙。
本发明的夹具装置具体使用方法如下：
1.安装夹具装置：
(1)如图3所示，将中空支座101的每个面棱边中心线两侧靠近边缘的8个内橡胶垫1021粘贴在中空支座101上，然后再依次粘贴8个陶瓷弹性片1022与8个外橡胶垫1023，再将尼龙管粘贴在中空支座101每个面的中心圆孔中。上述构件连接成一体组成组件m；
(2)如图8所示，将下硅胶海绵垫圈4015、密封橡胶圈4016以及模具的弧形片501依次用树脂胶粘贴在环形连接构件的弧形片401对应凹槽中，然后再依次将连接螺栓上铜套4011、以及两个相同的销钉上铜套4013用树脂胶粘贴到环形连接构件的弧形片401对应的孔中，将连接螺栓下铜套1034以及两个相同结构的销钉下铜套1035,用树脂胶粘贴到单弧面体1031对应孔中，然后将两个结构相同的定位销钉4014插入单弧面体1031对应的下铜套1035中，盖上环形连接构件弧形片401，再将连接螺栓4012旋入连接螺栓铜套1034中并拧紧，上述构件连接成为一体形成组件n，本夹具装置组件n共有3个，在圆周方向上呈均匀分布；
(3)将陶瓷芯体20穿过组件m，使组件m下表面紧贴陶瓷芯体20的平面s1，然后将圆周方向上均匀分布三瓣的组件n同步安装在部件m上，每一瓣均用定位构件螺栓1033锁紧，再将砂轮基体30安装在陶瓷芯体20上；
(4)将筛选好的砂粒从环形外模具50与砂轮基体30之间形成的缝隙上方灌入中，在灌砂的同时可以辅以振动手段保证砂粒顺利灌入；
(5)灌砂完成后，将上硅胶海绵垫圈601放入盖板60对应的凹槽内，然后用盖板螺栓603将盖板60与陶瓷芯体20连接，将盖板60固定在砂轮基体30上端面。
2.电镀：将整套夹具装置放入电镀液中，电源正极与镍板相连，电源负极穿过盖板60上电极孔604与砂轮基体30相连，打开电源开关，开始电镀。电镀时将整个装置连接旋转机构，利用离心力使得砂粒紧贴在模具内表面，保证砂粒的外表面轮廓的等高性。
3.脱模：电镀完成后，将盖板螺栓603，盖板垫片602，盖板60，上硅胶海绵垫圈601依次去除，再将定位构件螺栓1033，定位构件垫片1032去除即可将圆周方向上均匀分布的组件n拆开并将砂轮基体30取出实现脱模。
4.补充说明:砂轮基体30尺寸改变时，环形外模具50和环形连接构件40尺寸均要改变，环形连接构件40中的凹槽应保证环形外模具50的顺利装配，即环形连接构件40环形外模具50采用间隙配合。同时保证砂轮基体30与形外模具50内表面之间形成均匀缝隙，环形外模具50与砂轮基体30相配合的内表面的高度等于或大于所述砂轮基体的高度。
在一些实施方式中，在环形外模具50与砂轮基体30之间形成的缝隙的正上方，盖板60上均布有10个小圆柱孔605，在环形连接构件40内、下硅胶海绵垫圈4015正下方还设置有一个环形凹槽，环形连接构件40的外侧面具有1个或1个以上入口402，入口402向内径向延伸至所下硅胶海绵垫圈4015正下方设置的环形凹槽。可以将电镀液从环形连接构件40上的入口402流入，并从盖板60上的均布孔605流出，通过流通液体赶走在砂轮基体30与环形外模具50之间的气泡并且可以保证电镀的更充分，缩短电镀时间。