[发明专利]一种磨粒有序排布砂轮的激光钎焊制备装置

说明书

本发明公开了一种磨粒有序排布砂轮的激光钎焊制备装置，涉及磨具先进制造技术领域，包括机架以及设置在所述机架上的砂轮基体运动机构、送丝机构、均布机构、激光钎焊机构，砂轮基体设置在所述砂轮基体运动机构上，所述送丝机构用于牵引钎料焊丝，所述均布机构设置在钎料焊丝的上方，所述均布机构用于将磨粒等间距粘结在钎料焊丝上，随着所述砂轮基体运动机构带动砂轮基体运动，钎料焊丝缠绕在砂轮基体上，并由所述激光钎焊机构熔化钎料焊丝将磨粒钎焊到砂轮基体上。本发明有效解决了现有技术中磨粒簇团聚或磨粒仅宏观有序的问题，可实现砂轮表面单层或多层磨粒的有序排布，减少磨削烧伤，提高砂轮使用寿命。

技术领域

本发明涉及磨具先进制造技术领域，特别是涉及一种磨粒有序排布砂轮的激光钎焊制备装置。

背景技术

磨削是机械加工材料去除获取高质量表面的一种重要方式，随着制造业发展对机械零件加工精度等要求的日益提高，伴随着难加工材料在陆海空天关键装备核心零部件上的应用日益广泛，磨削加工在零件高效高精加工中的地位越来越突出，对磨削工具及其制备技术提出了更高的要求，尤其是在复杂曲面、窄深槽、硬脆性材料缓进给加工等场合，对磨削工具及其制备技术提出了更高的要求。

砂轮是磨削加工常用刀具，传统砂轮主要是依靠结合剂（树脂、橡胶、陶瓷、金属等）将磨粒固结成型或经压制烧结制备，通过选择不同性能的磨粒和结合剂组合，以达到砂轮必需的强度和所需的形状。然而，传统砂轮制备方法决定了磨粒在结合剂中的分布具有随机性，磨粒分布的均匀性难以保证，磨粒团聚和随机分散造成磨削热损伤增大、磨屑堆积堵塞严重等问题，势必对砂轮的使用寿命和工件表面完整性产生较大影响。因此，磨粒有序排布砂轮的制备成为磨具技术领域的一大热点。

磨粒有序排布电镀砂轮是在普通环境下，将磨粒利用电镀工艺粘结到基体表面特定位置制成一定尺寸大小和形状的砂轮。高航等提出了磨粒群三维可控排布电镀砂轮的制备思路及方法（专利号200710010921.6），主要借助掩膜板实现磨粒的有序排布；毛聪等提供了一种有序结构电镀砂轮的制造方法（专利号201410730871.9），主要采用纳秒激光烧蚀基体后填充环氧树脂，在砂轮基体上其余表面电镀磨粒，形成呈螺旋规律间隔排布的磨粒层；冯俊元等提供了一种超细磨粒簇有序排布的电镀砂轮及其制备方法（专利号202110299919.5），主要在砂轮基体表面涂镀绝缘层后利用激光加工均匀排布的微孔，随后利用电镀技术在微孔中形成磨粒簇的有序排布。以上方法没有改变电镀砂轮磨粒与结合剂间机械镶嵌的结合，镀层结合剂对磨粒的把持力仍然有限，砂轮使用寿命低，无法适应难加工材料高速磨削场合。

随着先进制造技术的不断发展，磨粒有序排布砂轮制备新方法不断出现。丁文锋等提出了使用纤维状磨粒实现陶瓷结合剂CBN磨粒三维有序排布方法（专利号201210203443.1）及实现磨粒与气孔在多层超硬磨料砂轮内部三维协同排布的方法及装置（专利号201310321169.2）；朱建辉等提供了一种基于激光修整的磨粒有序化排布砂轮制造装置及方法（专利号201910970929.X），通过装置设计使射向常规砂轮的激光光束按照复合滤光条的图案对砂轮周面进行激光烧蚀，形成砂轮表面磨粒簇（即宏观结构）有序排布。以上方法实现的有序排布是砂轮表面的宏观结构化，微观结构（即单颗磨粒）上单颗磨粒分布仍不规则；黄辉等提出了一种磨粒三维可控排布磨具的制备装置及其方法（专利号201610365293.2），借助设有规则排布锥孔并连通真空泵的排布盘，将磨粒吸附到锥孔中实现磨粒的单层有序排列，通过树脂逐层固化方法达到要求的砂轮厚度，在此方法中，磨粒对排布盘的依赖性很强，即每种粒径砂轮需要一种对应孔径的排布盘，且主要适用于端面砂轮的制备，普适性较弱，磨粒分布精度也取决于排布盘的精密加工。

基于上述分析可知，当前磨粒有序排布砂轮制备主要包括两种方法：一是借助预制模板实现磨粒的有序排布，或是在基体上预制有序排布涂镀表面，其本质上是预制模板法的拓展延伸。预制模板法工艺复杂，模板的加工误差将直接复映到砂轮磨粒分布上，导致磨粒有序排布参数将发生改变；二是直接制备法，但目前直接制备过程中仅能实现磨粒簇的宏观有序分布，单颗磨粒依然无序。因此，这两种方法制备的磨粒有序排布砂轮属于结构化砂轮范畴，还未能实现单颗磨粒的有序可控排布。