專利名稱：制備冰凍固結磨料拋光墊的模具的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種拋光墊，尤其是一種冰凍固結磨料拋光墊，具體一說是一種制備 冰凍固結磨料拋光墊的模具。
背景技術：
作為拋光工具的冰凍固結磨料拋光墊，其作用類似于磨削加工中使用的砂輪，它 的制作質量將直接影響工件的拋光效果。冰是在模具中進行凍結的，劉向陽研究光學材料 超光滑表面拋光時設計了一種模具(劉向陽.光學材料超光滑表面拋光的研究[D].[博 士學位論文]，長春吉林大學，2003)。該模具由上、下模兩部分組成，凍冰時將上、下模用 膠帶封嚴，防止水從上下模的結合處浸出。人們研究發現采用上述模具凍結固結磨料拋光 墊時，如果拋光墊直徑較小，凍結效果較好；如果拋光墊直徑大于100 mm時，則存在如下缺點。
(1)固結磨料拋光墊凍結成型時間長；
(2)去下模所需時間長且不易去除；
(3)凍結成的固結磨料拋光墊表面傾斜較大，拋光時使活塞桿的振動加大；
(4)冰凍固結磨料拋光墊在上、下模之間易出現斷裂現象。分析其原因認為，模具選用的材料是熱的不良導體一尼龍材料并且模具腔壁較 厚，雖然這可減少熱傳導，防止拋光過程拋光墊融化的過快，但也會造成上述(1)和(2)兩 項缺點。另外，上、下模之間采用膠帶密封，這并不能完全防止液體滲入到上下模的結合處， 由于該處液體較少，很容易被凍結成冰，滲入到結合處的液體并不是均勻分布的，結冰速度 也不一致，先結冰的位置體積膨脹，從而造成凍結成的拋光墊在上、下模之間出現斷裂或表 面傾斜較大的現象。綜上所述，為克服冰凍固結磨料拋光墊制備過程中存在的問題，急需一種凍結時 間短、卸模方便的制備冰凍固結磨料拋光墊的模具。

發明內容
本發明的目的是針對現有冰凍固結磨料拋光墊凍結時間長、卸模不方 便的問題，設計一種凍結時間短、卸模方便的制備冰凍固結磨料拋光墊的模具。
本發明的技術方案是
一種制備冰凍固結磨料拋光墊的模具，其特征是它包括
一外模5，外模5主要用于形成包裹冰凍磨料層6及內模3的空間，它的內腔由圓柱部 分和錐臺部分組成，在外模5的底部設有一個與外模5的內腔相通的通孔；
一內模3，該內模3插裝在外模5中，該內模3從上向下依次由相互連接成一體的圓柱 部分、錐臺部分及連接柱部分組成，內模3的錐臺部分與外模5內腔中的錐臺部分相配合， 內模3的圓柱部分與外模5內腔的圓柱部分相配，且內模3的圓柱部分高度低于外模5的圓柱部分的高度，兩個圓柱部分的高度之差不小于冰凍磨料層6的厚度；內模3的連接柱插 裝在外模5的通孔中，在該連接柱上設有聯接螺孔4，在內模3的外圈上套裝有密封圈1，以 防止凍結前的冰凍磨料滲入外模5的內腔底部；
外模5應采用導熱系數大的金屬材料如鐵、鋁等制造，內模3可采用導熱系數小的非金 屬材料如聚四氟乙烯等到材料制造，也可采用金屬材料制造，當內外模均采用金屬材料時 兩者的導熱系數最好有所差別，即最好是外模的導熱系數大于內模的導熱系數，使外模散 熱快，而內模散熱慢些。一卸模臺7，該卸模臺1由底座和脫模桿組成，脫模桿的上部設有與所述內模3下 部的聯接螺孔4相配的外螺紋，脫模桿的上端在脫模時旋入聯接螺孔4中；
一熱水管8，該熱水管8用于脫模時纏繞在外模5的外表面上，并在脫模時通入熱水，進 水管8的一端為與熱水水源相連的進水端，另一端為出水端。所述的內模3的上表面設有用于供凍結前的冰凍磨料流入槽或孔2，流入槽或孔2 中的冰凍磨料凍結后與內模3上的冰凍磨料層6連成一體。所述的槽或孔2為直徑呈等差分布的環形燕尾槽或均勻分布的孔陣。所述的熱水管8中通入的用于脫模的水溫為30°C 50°C。所述的內模3采用導熱系數高的金屬材料時，在內模3與凍磨料層6之間的設有 隔熱層，所述的外模5的圓柱部分與內模3的圓柱部分的高度之差不小于凍磨料層6的厚 度隔熱層的厚度之和。本發明的內模3的外形設計成帶有錐面的“翼形”，與外模5以錐面配合使用。內模 3選用的是導熱系數小、傳熱慢的非金屬材料如聚四氟乙烯等，外模5選用的是導熱系數大 的金屬材料如硬鋁等。內模3包括0型密封圈1、燕尾槽2和聯結螺紋4。0型密封圈1的 主要目的是使內模3和外模5緊密配合，防止內模3上面的冷凍拋光液在冷凍成型前滲入 到模具底部。燕尾槽2的分布設計成如圖Ib俯視圖所示的“同心圓”形+ “十字交叉”形， 可限制凍結成型后的固結磨料拋光層的六個自由度，實現完全定位，與內模結合牢靠。本發明的有益效果
(1)由于模具采用敞開式設計，可采用分層凍結的方法進行成形，減少了固結磨料拋 光墊凍結成型時間。拋光墊第一層凍結好后，以后各層凍結過程中，由于每層拋光液較薄， 拋光墊各部分就處于均勻分布的溫度場中，使得拋光墊各部分凍結速度基本一致，這既能 縮短拋光墊凍結成型時間又可減少拋光墊內部的殘余應力和裂紋。(2)縮短了卸外模所需時間且易于卸模。由于外模壁厚較薄且材料選用了熱的良 導體，如硬鋁等，脫模時靠近側壁處就會較快融化。(3)可避免凍結成的固結磨料拋光墊表面傾斜。拋光液凍成拋光墊后，體積大約 要膨脹9%左右，模具上部敞開，能為拋光墊冰凍成型提供較大的體積膨脹空間，從而可有 效地減少拋光墊內部的殘余應力和裂紋及采用圓柱形內外模所產生的拋光墊表面傾斜問題。(4)內模整體形狀改圓柱形為“翼形”，既節省了材料又增加了支撐的穩定性。(5)本發明的模具簡單可靠、使用方便，可適合于制備各種冰凍固結磨料拋光墊。


圖1是本發明的內模結構示意圖； 圖ι (a)為內模的主視圖1 (b)為內模的俯視圖。圖2是本發明的外模結構示意圖。圖3是本發明的內、外模裝配狀態結構示意圖。圖4是本發明的卸模臺的結構示意圖。 圖5是本發明的溫水加熱法卸模狀態示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明。如圖1、2、3、4、5、6 所示。一種制備冰凍固結磨料拋光墊的模具，它主要包括外模5、內模3、卸模臺7和熱水 管8，其中
外模5主要用于形成包裹冰凍磨料層6及內模3的空間，它的內腔由圓柱部分和錐臺 部分組成，在外模5的底部設有一個與外模5的內腔相通的通孔；外模5最好采用導熱系數 大的金屬材料如鐵、鋁等制造，外模5的上部呈開口狀態。如圖3所示。內模3插裝在外模5中，該內模3從上向下依次由相互連接成一體的圓柱部分、錐 臺部分及連接柱部分組成，內模3的錐臺部分與外模5內腔中的錐臺部分相配合，內模3的 圓柱部分與外模5內腔的圓柱部分相配，且內模3的圓柱部分高度低于外模5的圓柱部分 的高度，兩個圓柱部分的高度之差不小于冰凍磨料層6的厚度；內模3的連接柱插裝在外模 5的通孔中，在該連接柱上設有聯接螺孔4，在內模3的外圈上套裝有密封圈1，以防止凍結 前的冰凍磨料滲入外模5的內腔底部；內模3既可是金屬材料，也可是非金屬材料(如聚四 氟乙烯)，如果采用金屬材料制造，為了延長使用壽命，防止拋光過程中內模部分的熱量向 冰凍固結磨料層擴散，可在內模3與冰凍固結磨料層6之間加設一層隔熱層，此時所述的外 模5的圓柱部分與內模3的圓柱部分的高度之差不小于凍磨料層6的厚度隔熱層的厚度之 和。內外模如果同時采用金屬材料制造，則最好是使內外模的導熱系數有所差別。所述的 內模3的上表面最好設有用于供凍結前的冰凍磨料流入槽或孔2，流入槽或孔2中的冰凍磨 料凍結后與內模3上的冰凍磨料層6連成一體，所述的槽或孔2為直徑呈等差分布的環形 燕尾槽或均勻分布的孔陣(如圖1 (b)所示)。如圖1所示。內模3和外模5的裝配使用狀態如圖3所示。卸模臺7由底座和脫模桿組成，脫模桿的上部設有與所述內模3下部的聯接螺孔 4相配的外螺紋，脫模桿的上端在脫模時旋入聯接螺孔4中；如圖4所示。熱水管8用于在脫模時纏繞在外模5的外表面上，并在脫模時通入水溫為30°C 50°C熱水，進水管8的一端為與熱水水源相連的進水端，另一端為出水端。如圖5所示。由圖1可看出本發明的內模3的外形設計成帶有錐面的“翼形”，與外模5以錐面 配合使用。內模3選用的是導熱系數小、傳熱慢的非金屬材料如聚四氟乙烯等，外模5選用 的是導熱系數大的金屬材料如硬鋁等。內模3包括0型密封圈1、燕尾槽2和聯結螺紋4。 0型密封圈1的主要目的是使內模3和外模5緊密配合，防止內模3上面的冷凍拋光液在冷凍成型前滲入到模具底部。燕尾槽2的分布設計成如圖Ib俯視圖所示的“同心圓”形+ “十字交叉”形，可限制凍結成型后的固結磨料拋光層的六個自由度，實現完全定位，與內模
結合牢靠。本發明的使用方法為
首先，將0型密封圈1套到內模3的上端部外壁上；
其次，將內模3和外模5配合，并放入低溫冷凍設備中，在模具內分層澆入拋光液，凍結 成型；
第三，將帶有冰凍固結磨料層的冰凍模具從低溫冷凍設備中取出，置于卸模臺7上，在 外模5的外壁纏繞數圈橡膠管，一端為進水口，連續通入30°C 50°C的溫水，另一端為出水 口，待靠近外模5內壁的冰層輕微融化時，在外模5的側壁上端施加壓力，使外模5脫落，從 而帶有內模3 (相當于拋光墊的承載裝置)的冰凍固結磨料拋光墊制備完成。以下是利用本發明的模具和方法制造的一個拋光墊的過程
首先將0型密封圈1套到內模3的上端部外壁上；然后，將內模3和外模5配合好，并 放入低溫冷凍設備中，溫度設定為一 30°C，接著在模具內分層澆入平均粒徑為20nm的Al2O3 拋光液，直到凍結成所需厚度的冰凍固結磨料拋光層；隨后，將帶有冰凍固結磨料層的冰凍 模具從低溫冷凍設備中取出，置于卸模臺7上，在外模5的外壁纏繞數圈橡膠管，一端為進 水口，用泵連續泵入30°C左右的溫水，另一端為出水口，直至靠近外模5內壁的冰層輕微融 化時，在外模5的側壁上端施加壓力，使外模5脫落，從而帶有內模3的冰凍固結磨料拋光 墊制備完成，如圖6所示。
權利要求
1.一種制備冰凍固結磨料拋光墊的模具，其特征是它包括一外模(5)，外模(5)主要用于形成包裹冰凍磨料層(6)及內模(3)的空間，它的內腔由 圓柱部分和錐臺部分組成，在外模(5)的底部設有一個與外模(5)的內腔相通的通孔；一內模(3)，該內模(3)插裝在外模(5)中，該內模(3)從上向下依次由相互連接成一 體的圓柱部分、錐臺部分及連接柱部分組成，內模(3)的錐臺部分與外模(5)內腔中的錐臺 部分相配合，內模(3)的圓柱部分與外模(5)內腔的圓柱部分相配，且內模(3)的圓柱部分 高度低于外模(5)的圓柱部分的高度，兩個圓柱部分的高度之差不小于冰凍磨料層(6)的 厚度；內模(3)的連接柱插裝在外模(5)的通孔中，在該連接柱上設有聯接螺孔(4)，在內模 (3)的外圈上套裝有密封圈(1)，以防止凍結前的冰凍磨料滲入外模(5)的內腔底部；一卸模臺(7)，該卸模臺(1)由底座和脫模桿組成，脫模桿的上部設有與所述內模(3) 下部的聯接螺孔(4)相配的外螺紋，脫模桿的上端在脫模時旋入聯接螺孔(4)中；一熱水管(8)，該熱水管(8)用于在脫模時纏繞在外模(5)的外表面上，并在脫模時通 入熱水，進水管(8)的一端為與熱水水源相連的進水端，另一端為出水端。
2.根據權利要求1所述的制備冰凍固結磨料拋光墊的模具，其特征是所述的內模(3) 的上表面設有用于供凍結前的冰凍磨料流入槽或孔(2)，流入槽或孔(2)中的冰凍磨料凍 結后與內模(3 )上的冰凍磨料層(6 )連成一體。
3.根據權利要求2所述的制備冰凍固結磨料拋光墊的模具，其特征是所述的槽或孔 (2)為直徑呈等差分布的環形燕尾槽或均勻分布的孔陣。
4.根據權利要求1所述的制備冰凍固結磨料拋光墊的模具，其特征是所述的熱水管 (8)中通入的用于脫模的水溫為30°C 50°C。
5.根據權利要求1所述的制備冰凍固結磨料拋光墊的模具，其特征是內模(3)采用導 熱系數高的金屬材料時，在內模(3)與凍磨料層(6)之間的設有隔熱層，所述的外模(5)的 圓柱部分與內模(3)的圓柱部分的高度之差不小于凍磨料層(6)的厚度隔熱層的厚度之 和。
全文摘要
一種制備冰凍固結磨料拋光墊的模具，其特征是它包括外模(5)，外模(5)主要用于形成包裹冰凍磨料層(6)及內模(3)的空間，該內模(3)插裝在外模(5)中，卸模臺(7)，該卸模臺(1)由底座和脫模桿組成，熱水管(8)，該熱水管(8)用于在脫模時纏繞在外模(5)的外表面上，并在脫模時通入熱水，進水管(8)的一端為與熱水水源相連的進水端，另一端為出水端。本發明可適合于制備各種冰凍固結磨料拋光墊，具有凍結時間短、卸模方便等優點。
文檔編號B24D18/00GK102059664SQ20101050278
公開日2011年5月18日 申請日期2010年10月11日 優先權日2010年10月11日
發明者盧文壯, 史晨紅, 孫玉利, 左敦穩, 張國家, 曹連靜, 朱永偉, 李軍, 祝曉亮 申請人:南京航空航天大學