具有随机多孔结构的金属结合剂3D打印砂轮、装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种具有随机多孔结构的金属结合剂3D打印砂轮、装置及方法，所述金属结合剂3D打印砂轮包括砂轮基体和套设在所述砂轮基体外侧的砂轮磨削主体，所述砂轮磨削主体由3D打印成型，所述砂轮磨削主体具有随机多孔结构且包括金属结合剂和超硬磨料，所述随机多孔结构的体积与所述砂轮磨削主体的体积之比的范围为15％～45％。根据本发明专利技术实施例的金属结合剂3D打印砂轮，可以大大增加金属结合剂3D打印砂轮的气孔率和容屑空间，改善磨削区域散热，减少磨削烧伤，提高磨削表面质量。

Metal bonded 3D printing wheel, device and method with random porous structure

The invention discloses a random porous metal bonded 3D grinding wheel, printing device and method, wherein the metal bonded grinding wheel comprises a grinding wheel matrix and 3D printing is sleeved on the outer side of the grinding wheel's grinding grinding wheel body, the body printed by 3D molding, grinding the grinding wheel body with random porous structure and including the metal bond and super hard abrasive, the random porous structure with the volume of the grinding wheel body volume ratio in the range of 15% ~ 45%. According to the embodiment of the invention, the metal bond 3D printing wheel can greatly increase the porosity and the chip space of the metal bond 3D printing wheel, improve the heat dissipation in the grinding area, reduce the grinding burn and improve the surface quality of the grinding.

【技术实现步骤摘要】
具有随机多孔结构的金属结合剂3D打印砂轮、装置及方法
本专利技术涉及磨削
，特别是涉及一种具有随机多孔结构的金属结合剂3D打印砂轮、装置及方法。
技术介绍
相关技术中，随着高速精密磨削技术的快速发展，工业界对超硬砂轮提出了更高的要求，树脂和陶瓷结合剂砂轮已经不能完全满足要求。而金属结合剂砂轮由于其具有磨粒把持力强、结合强度高、耐磨性好、成型性能好、寿命长以及能承受较大载荷等特点，广泛应用于工程陶瓷、光学玻璃、硬质合金等难加工材料的磨削加工。然而，传统烧结成型的金属结合剂超硬磨料砂轮具有以下局限性：结合剂比较密实，砂轮中气孔很少或几乎没有气孔，自锐性差，容屑空间小，砂轮表面容易堵塞、冷却性能差、易烧伤工件表面，影响加工质量。
技术实现思路
本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种具有随机多孔结构的金属结合剂3D打印砂轮，所述具有随机多孔结构的金属结合剂3D打印砂轮，可以大大增加金属结合剂3D打印砂轮的气孔率和容屑空间，改善磨削区域散热，减少磨削烧伤，提高磨削表面质量。本专利技术还提出一种制造具有随机多孔结构的金属结合剂3D打印砂轮的装置。本专利技术又提出一种制造具有随机多孔结构的金属结合剂3D打印砂轮的方法。根据本专利技术第一方面实施例的具有随机多孔结构的金属结合剂3D打印砂轮，包括砂轮基体和套设在所述砂轮基体外侧的砂轮磨削主体，所述砂轮磨削主体由3D打印成型，所述砂轮磨削主体具有随机多孔结构且包括金属结合剂和超硬磨料，所述随机多孔结构的体积与所述砂轮磨削主体的体积之比的范围为15％～45％。根据本专利技术实施例的具有随机多孔结构的金属结合剂3D打印砂轮，通过3D打印制造出具有随机多孔结构的砂轮磨削主体，随机多孔结构的体积与砂轮磨削主体的体积之比的范围为15％～45％，金属结合剂3D打印砂轮具有较高的气孔率和容屑空间，将封闭式磨削变为开放式磨削，由此可以减少砂轮堵塞，增加磨削液的浸润性，改善磨削区域散热，减少磨削烧伤，提高磨削表面质量。另外，随机多孔结构可以根据磨削条件进行优化设计，以提高特定磨削条件下的磨削效率和质量，真正做到定制化砂轮的优化设计。另外，根据本专利技术实施例的具有随机多孔结构的金属结合剂3D打印砂轮，还可以具有如下附加的技术特征：根据本专利技术的一个实施例，所述金属结合剂制备成微粉形式且所述金属结合剂的粒径为20微米到50微米。根据本专利技术的一个实施例，所述超硬磨料为金刚石磨料和立方氮化硼磨料中的至少一种。根据本专利技术的一个实施例，所述超硬磨料的粒径为20微米到200微米。根据本专利技术的一个实施例，所述随机多孔结构通过三维建模软件生成。根据本专利技术第二方面实施例的制造上述所述的具有随机多孔结构的金属结合剂3D打印砂轮的装置，包括：运动控制平台；和激光打印装置，所述激光打印装置与所述运动控制平台相连；其中，所述运动控制平台包括：基座；回转工作台，所述回转工作台可旋转地设在所述基座上；龙门架，所述龙门架设在所述基座上；水平运动平台，所述水平运动平台设在所述龙门架上且水平可移动；竖直运动平台，所述竖直运动平台与所述水平运动平台相连且竖直可移动；控制系统，所述控制系统分别与所述回转工作台、所述水平运动平台和所述竖直运动平台信号传输。进一步地，所述激光打印装置包括：喷嘴装置，所述喷嘴装置与所述竖向运动平台相连并与所述回转工作台相对；其中，所述激光打印装置还包括送料组件和激光器组件，所述喷嘴装置分别与所述送料组件和所述激光器组件相连。更进一步地，所述送料组件包括：气源；混料箱，所述混料箱内盛放有金属结合剂粉末和超硬磨料的混合粉料，所述混料箱通过气体输送管与所述气源相连，所述混料箱通过粉料输送管与所述喷嘴装置相连；所述激光器组件包括激光器，所述激光器通过光纤向所述喷嘴装置发射激光束以对所述混合粉料进行选择性烧结；所述控制系统分别与所述气源和所述激光器信号传输。根据本专利技术第三方面实施例的制备上述所述具有随机多孔结构的金属结合剂3D打印砂轮的方法，包括如下步骤：S1：将所述金属结合剂粉末和所述超硬磨粒均匀混料并放入混料箱；S2：启动控制系统；S3：所述控制系统控制气源，将一定压力的气体通过气体输送管将混料箱中的混合粉料压入粉料输送管，进入喷嘴装置，并且均匀喷洒到回转工作台上；同时所述控制系统控制激光器，激光束通过光纤进入所述喷嘴装置，并对已打印砂轮磨削主体上的混合粉料进行烧结熔化；S4：重复步骤S2和步骤S3，得到具有随机多孔结构的所述砂轮磨削主体；S5：所述砂轮磨削主体进行中心孔加工；S6：加工所述砂轮基体，并装配所述砂轮磨削主体与所述砂轮基体，所述金属结合剂3D打印砂轮修整开刃。本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。附图说明本专利技术的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1是根据本专利技术实施例的制造具有随机多孔结构的金属结合剂3D打印砂轮的装置的一个示意图；图2是图1的一个部分结构示意图；图3是根据本专利技术实施例的具有随机多孔结构的金属结合剂3D打印砂轮的一个示意图；图4是根据本专利技术实施例的具有随机多孔结构的金属结合剂3D打印砂轮中随机多孔结构的一个示意图。附图标记：金属结合剂3D打印砂轮100；砂轮磨削主体1；随机多孔结构11；混合粉料12；金属结合剂121；超硬磨料122；砂轮基体2；装置200；运动控制平台210；基座211；回转工作台212；龙门架213；水平运动平台214；竖直运动平台215；控制系统216；激光打印装置220；喷嘴装置221；气源222；混料箱223；气体输送管224；粉料输送管225；激光器226；光纤227；激光束228。具体实施方式下面详细描述本专利技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本专利技术，而不能理解为对本专利技术的限制。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，在本专利技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。金属零件3D打印技术作为目前整个增材制造技术中最前沿、最有潜力的技术，相比于传统减材制造方法，3D打印采用逐点扫描-逐线搭接-逐层烧结的方式，能够实现任意复杂零件的近净成形，是一种自下而上的制造方法。随着激光3D打印技术的不断成熟，使得3D打印制备金属结合剂砂轮成为可能。为了克服传统烧结成型金属结合剂砂轮气孔率低、容屑空间小、砂轮易本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有随机多孔结构的金属结合剂3D打印砂轮，其特征在于，包括砂轮基体和套设在所述砂轮基体外侧的砂轮磨削主体，所述砂轮磨削主体由3D打印成型，所述砂轮磨削主体具有随机多孔结构且包括金属结合剂和超硬磨料，所述随机多孔结构的体积与所述砂轮磨削主体的体积之比的范围为15％～45％。

【技术特征摘要】
1.一种具有随机多孔结构的金属结合剂3D打印砂轮，其特征在于，包括砂轮基体和套设在所述砂轮基体外侧的砂轮磨削主体，所述砂轮磨削主体由3D打印成型，所述砂轮磨削主体具有随机多孔结构且包括金属结合剂和超硬磨料，所述随机多孔结构的体积与所述砂轮磨削主体的体积之比的范围为15％～45％。2.根据权利要求1所述的具有随机多孔结构的金属结合剂3D打印砂轮，其特征在于，所述金属结合剂制备成微粉形式且所述金属结合剂的粒径为20微米到50微米。3.根据权利要求1所述的具有随机多孔结构的金属结合剂3D打印砂轮，其特征在于，所述超硬磨料为金刚石磨料和立方氮化硼磨料中的至少一种。4.根据权利要求1所述的具有随机多孔结构的金属结合剂3D打印砂轮，其特征在于，所述超硬磨料的粒径为20微米到200微米。5.根据权利要求1所述的具有随机多孔结构的金属结合剂3D打印砂轮，其特征在于，所述随机多孔结构通过三维建模软件生成。6.一种制造根据权利要求1-5中任一项所述的具有随机多孔结构的金属结合剂3D打印砂轮的装置，其特征在于，包括：运动控制平台；和激光打印装置，所述激光打印装置与所述运动控制平台相连；其中，所述运动控制平台包括：基座；回转工作台，所述回转工作台可旋转地设在所述基座上；龙门架，所述龙门架设在所述基座上；水平运动平台，所述水平运动平台设在所述龙门架上且水平可移动；竖直运动平台，所述竖直运动平台与所述水平运动平台相连且竖直可移动；控制系统，所述控制系统分别与所述回转工作台、所述水平运...

【专利技术属性】
技术研发人员：田晨晨，李学崑，郭国强，张云，王立平，
申请(专利权)人：清华大学，上海航天精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11