CN201253809Y - 仿形砂轮 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种仿形砂轮，其砂轮基体与多个仿形磨削节块各自独立成型，并且仿形磨削节块通过机械方式定位并夹紧到砂轮基体上去；所述的仿形磨削节块包括仿形节块体和在所述的仿形节块体上设定的磨削面，磨削面设置在仿形节块体的齿节上，所述的磨削面包括顶面、斜面、底面、后侧面，所述的磨削面上粘接有单层的超硬磨料。顶面、斜面、底面的超硬磨料逐层投入磨削，使仿形砂轮既体现了普通单层砂轮的高效率特征，也体现了普通孕镶砂轮的长寿命特征，并使砂轮的轮廓形状维持了较高的准确度。由于仿形磨削节块与砂轮基体之间的连接采用了机械装夹形式，避免超硬磨料的二次受热，以此保护了超硬磨料的品质、避免二次热衰减。
Description
技术领域
本实用新型相关于一种仿形砂轮，该仿形砂轮可应用于石材、玻璃、陶瓷等材料的仿形加工。
背景技术
石材、玻璃、陶瓷等材料的仿形加工，大多数是利用带有轮廓形状的仿形砂轮对被加工材料的表面进行磨削成型，产生设定的轮廓仿形面，随后再经过精磨和抛光，使材料的边沿呈现出装饰性或功能性的仿形边。目前，对于仿形加工(尤其是粗加工)，均普遍采用超硬磨料仿形砂轮。
从仿形砂轮的超硬磨料分布来讲，可以将砂轮分为两类：一类是单层超硬磨料砂轮；一类是孕镶超硬磨料砂轮。在使用中，这两类砂轮各有利弊。通过电镀或钎焊工艺制作的单层超硬磨料砂轮，尽管在磨削中呈高的效率，磨料获得了较高的把持力，所磨削的工件形状准确度良好，但这类砂轮的单层磨料全部分布在同一工作面上，当磨削工作面一旦出现磨料钝化，将使磨料与工件在接触处产生出高摩擦热，将磨料烧损，此时必须中止磨削更换砂轮，砂轮的总体寿命相对较短，磨料的整体利用率很低，约3％而已。
另一方面，通过粉末冶金技术制作的孕镶型烧结砂轮具有多层工作磨料层的特征，当顶层磨料因磨损消耗或脱落时，将出露下层的磨料持续投入工作，以此延长了砂轮的使用寿命。但这类砂轮在使用中，由于金属胎体对磨料的把持较弱，磨料的出露较低，使砂轮的磨削效率水平低于单层磨料砂轮。并且在砂轮的使用过程中，在仿形磨削面上出露的磨料将出现程度不一的磨损，随着加工的进行，实际磨削面将产生很大的失真。当形状变化太大时，便要卸下砂轮，对砂轮进行形状修整处理，这不仅增加了附加修整成本，而且因去除了大量未利用磨料，致使磨料的整体利用率低下。
因此，对现有的仿形砂轮还存在着改进的需要。
实用新型内容
本实用新型目的是提出一种新颖的仿形砂轮，该仿形砂轮整体提高了超硬磨料的使用率，在使用中体现出高磨削效率、长寿命等特征。
为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种仿形砂轮，包括砂轮基体和设置在所述的砂轮基体上的多个仿形磨削节块，所述的砂轮基体与多个所述的仿形磨削节块各自独立成型，并且所述的仿形磨削节块通过机械方式定位并夹紧到所述的砂轮基体上去；所述的仿形磨削节块包括仿形节块体和在所述的仿形节块体上设定的磨削面；仿形节块体上所设定的磨削面设置在仿形节块体的若干沿着平行于砂轮的轴向方向延伸并沿砂轮的径向方向伸出的齿节上，所述的磨削面包括设置在所述的齿节顶部并与磨削方向平行的齿节磨削面顶面、沿磨削方向延伸并与所述的齿节磨削面顶面呈5°至90°范围夹角的齿节磨削面斜面、位于所述的齿节的底部的齿节磨削面底面、以及位于与所述的齿节磨削面斜面相对处的齿节磨削面后侧面，所述的磨削面上粘接有单层的超硬磨料。
由于上述技术的采用，本实用新型与现有技术相对比具有以下优点：通过钎焊、粘接金属等方式将超硬磨料粘接于若干伸出齿节构成仿形磨削面，在砂轮投入磨削时，首先齿节磨削面顶面与工件接触；当齿节磨削面顶面磨料磨损脱落后，齿节磨削面斜面的磨料接着参与磨削，以此更替，直到齿节磨削面斜面和齿节磨削面底面的磨料耗尽。由于齿节与工件之间的接触面积减小，因此降低了切削阻力和磨削热，使磨料的磨损和脱落降低，极大的提高了超硬磨料的利用率；同时由于齿节磨削面的表面呈接力更替形式投入磨削，使砂轮兼有单层砂轮的高效特征和孕镶砂轮的长寿命特征，并使砂轮的轮廓形状维持了较高的准确度。此外，由于仿形磨削节块与砂轮基体之间的连接采用了机械装夹形式，因此可以避免常规孕镶节块式砂轮的超硬磨料的二次受热(即先经过烧结受热，随后经过焊接受热)，以此保护了超硬磨料的品质、避免二次热衰减。并通过可拆卸的节块方式，可以重复多次的使用砂轮基体，以此节约了砂轮成本，尤其对于大直径砂轮(例如Φ200mm或以上直径)的成本节约更明显。
附图说明
图1透视图从顶侧面示意性表示了本实用新型可拆卸式仿形磨削节块的一个方案；
图2透视图从底侧面示意性表示了图1所示的仿形磨削节块；
图3为沿图1线A—A对齿节、磨削面的局部剖视放大图；
图4与图3方案类似，表示了齿节、磨削面的另一种方案；
图5与图3方案类似，表示了齿节、磨削面的再一种方案；
图6表示了图1所示的仿形磨削节块装配构成仿形砂轮的侧面剖视图；
图7为图6仿形砂轮的俯视图；
图8至图37示意性的图示了仿形砂轮上仿形磨削节块所构成的仿形面和与之对应的加工工件的仿形轮廓；
图中：1、仿形节块体；2、磨削面；3、螺纹固定孔；4、齿节磨削面顶面；5、齿节磨削面斜面；6、齿节磨削面底面；7、齿节磨削面后侧面；8、仿形磨削节块；9、超硬磨料；10、粘接金属；11、仿形砂轮；12、仿形面；13、砂轮基体；14、固定螺栓；15、砂轮中心孔；16、加工工件；17、齿节。
具体实施方式
现参见附图来对本实用新型进行进一步详细的描述。
图1和图2的透视图，分别从顶面和底面示意性表示了本实用新型中的仿形磨削节块8的典型方案，本实施例中的所述的仿形磨削节块8为可拆卸式齿节超硬磨料节块。仿形磨削节块8由仿形节块体1和1/4圆周的磨削面2构成(磨削面由十字状剖面线表示)。图1从顶面方向示意性表示了仿形节块体1上构成的磨削面2，磨削面2设置在沿着平行于砂轮的轴向方向延伸并沿砂轮的径向方向伸出的三个齿节17上，各齿节17的表面由位于齿节17的顶部并与磨削方向平行的齿节磨削面顶面4、沿磨削方向延伸并与齿节磨削面顶面4呈5°至90。范围夹角的齿节磨削面斜面5、位于齿节17的底部的齿节磨削面底面6和位于与所述的齿节磨削面斜面5相对处的齿节磨削面后侧面7构成。所述的磨削面2上通过电镀或者钎焊等方式固定有单层的超硬磨料9。
图2从底面方向示意性表示了仿形磨削节块8的定位装夹方式。在仿形节块体1上磨削面2的对侧开设有螺纹固定孔3，可以使仿形磨削节块8精确定位装夹于仿形砂轮11的砂轮基体13。由成熟的技术可以理解，对于零件的定位和夹紧有多种多样的已知方法，例如定位包括T形槽定位、燕尾槽定位、圆柱销定位和圆锥销定位等，夹紧包括压夹紧、拉夹紧和膨胀夹紧等。因此在此所体现的方案，只是为了说明实用新型的目的，附图的方案并不对本实用新型构成限制。
实用新型仿形磨削节块8的仿形节块体1由金属制成，金属可以是任意已知的常规金属，例如钢、不锈钢、铸铁、铜合金和铝合金等，从取材来看，优选钢。可通过任意已知的成熟技术来产生仿形节块体1的形状。例如常规机械加工中采用的冷压、热压、切削加工、电火花加工、激光加工等方式。只要所选择的材料具有良好的可加工性和成型加工方式；具有砂轮节块体所要求的强度、硬度和韧性；适合于单层超硬磨料磨具的制作工艺的任意材料，都适合于本实用新型。
参见图3，图3是沿图1线A—A对仿形磨削节块8的磨削面2的局部剖视放大图。由图3可以看到，当制备好仿形节块体1后，可以在仿形节块体1设定的表面，通过单层磨具制作工艺，例如电镀工艺或钎焊工艺，通过粘接金属10把持超硬磨料9，构成仿形磨削节块8的磨削面2。当采用电镀工艺时，粘接金属可以是镍(Ni)；当采用钎焊工艺时，粘接金属可以是Cu-Ti合金、Ni-Cr合金等。实用新型所使用的超硬磨料9可以是天然或合成金刚石，也可以是金刚石聚晶或上述这些材料的混合物，同时，使用立方氮化硼或者立方氮化硼与金刚石的混合物也是可行的，并可以在以上磨料中混入普通磨料，例如碳化硅和氧化铝。当仿形磨削节块8用于粗加工时，超硬磨料9的粒度优选为250μm至750μm范围；当仿形磨削节块8用于精加工时，超硬磨料9的粒度优选为63μm至250μm范围。
由图3可以看到，磨削面2由三个齿节17的表面构成。按成熟的技术可以理解，可以根据加工条件设计出一至多个齿节17。各齿节17的表面分别由齿节磨削面顶面4、齿节磨削面斜面5、齿节磨削面底面6、齿节磨削面后侧面7构成。齿节17的节长为t，齿节17的深度为h。齿节17的节长t和齿节的深度h取决于加工条件和采用的超硬磨料9粒度，一般来讲，齿节17的节长t优选设定为超硬磨料9平均粒度尺寸的3倍至25倍范围，齿节17的深度h优选设定为超硬磨料9平均粒度尺寸的1倍至10倍范围。此外，齿节17的齿节磨削面斜面5按齿节长度和深度，沿图示磨削方向W与齿节磨削面顶面4呈5°至90°范围负角。
当仿形砂轮11投入使用时，齿节17的齿节磨削面顶面4首先与工件形成接触，由于齿节17的形式减小了与工件之间的接触面积，因此降低了整体磨削热，并有利于切屑的排放。同时，由于齿节17减少了与工件接触的超硬磨料9的数量，使超硬磨料9承受了更高的载荷，因此超硬磨料9更倾向于自破碎而并非表面钝化的磨损模式，使砂轮11呈现侵入式磨削，大大提高了超硬磨料9的有效利用率。当齿节磨削面顶面4的超硬磨料9磨损后，将出露下伏的齿节磨削面斜面5的超硬磨料9与工件接触，由于齿节磨削面顶面4与工件接触的超硬磨料9数量与下伏层(齿节磨削面斜面5)的超硬磨料9数量相当，因此在磨削过程中实现了平稳过渡，使磨削性能趋于平稳。并随着出露—磨损—脱落—出露的接力方式，直到齿节磨削面底面6的超硬磨料9耗尽为止，实现了金属粘接单层超硬磨料9磨具，转化为超硬磨料9按多层逐次消耗的模式，使仿形砂轮11既体现了普通单层砂轮的更高效率特征，同时也体现了普通孕镶砂轮的长寿命特征。使实用新型砂轮的磨削性能远优于常规仿形砂轮。
在常规的孕镶砂轮中，超硬磨料处于随机分布状态，在粘接金属中不可避免的存在某些部位磨料偏多偏少的问题，因此在使用中，当顶层磨料消耗后，磨削表面的磨料将出现程度不一的出露和磨损，以此延续，将使砂轮的仿形磨削轮廓产生严重的变形和失真，当变形至一定程度时，便要求中止加工，必须对砂轮的仿形面进行修复后再投入使用。这不仅增加了加工成本，而且还缩短了砂轮的使用寿命。而实用新型的仿形砂轮11采用了金属粘接单层超硬磨料9的工艺，可以使超硬磨料9呈现出均匀一致的分布，由此在使用期间，可以更好的保持砂轮的超硬磨料9出露状态和轮廓面2的磨损状态，进而更准确维持了所磨削工件的仿形轮廓精度。
图4表示了图3的一种变化，更具体说，该图体现出当齿节17的齿节磨削面斜面5沿图示磨削方向W与齿节磨削面顶面4呈90°负角的状态。齿节17的节长t由齿节17伸出宽度t1和凹槽宽度t2组成。在使用过程中，当齿节磨削面顶面4消耗后，齿节17保持了节快体1材料的恒等截面积的出露和恒等截面积冷却排屑空间，可以进一步稳定磨削效率。
图5表示了本实用新型图3基础上的再一种变化方式。沿磨削方向与齿节磨削面顶面4呈5°至90°范围负角的齿节磨削面斜面5，并非呈平直的斜面，而是呈带斜面趋势的台阶面，其行进方向W与仿形砂轮11的旋转W′方向一致。
图6的剖视图和图7的俯视图示意性表示了实用新型的仿形砂轮11。仿形砂轮11包括：图1所示的可拆卸齿节仿形磨削节块8、砂轮基体13和固定螺柱14。可以按砂轮的旋转方向W′，以仿形磨削节块8的齿节磨削面斜面5按同一对应方向，使仿形磨削节块8在砂轮基体13上得以定位；随后用固定螺栓14将仿形磨削节块8固定于砂轮基体13，装配成仿形砂轮11。砂轮基体13带有一个中心孔15，可装配于仿形磨机的旋转主轴，实施对工件的仿形磨削加工。
在普通孕镶节块式仿形砂轮的制作中，是先通过粉末冶金烧结制作出含有超硬磨料的节块；随后再将节块焊接于砂轮基体，这将使磨料受到二次加热。众所周知，在高温下超硬磨料将受到氧化损失、石墨化转换(金刚石磨料)和热强度衰减。因此，本实用新型通过节块的机械固定方式，避免了超硬磨料在节块固定于基体的步骤中受到热影响。保护了超硬磨料的磨削性能。
图8至图37示意性图表示了节块仿形砂轮11可构成的仿形面12和与之对应的加工工件16的仿形轮廓。在以上描述中，只是示意性的表示了1/4圆的圆弧形仿形面，而实用新型本身可适合于各种各样的加工材料和对各种各样的仿形轮廓面实施加工，因此实用新型对加工材料不作限定，同时对仿形面12的轮廓也不作限定。
以上参考附图的详细描述，已经体现了实用新型的具体特征和优势，应该理解实用新型的以上描述语言文字的表述方式和示意性附图，只是为了便利的说明实用新型，并没有限定性含义。
因此，由实用新型提出的新颖结构特征、使用特性和采用普通技术的成熟性将可理解，在不背离上述实用新型范畴的前提下，可对实用新型进行各种改进和变化。因此，实用新型将由权利要求和构成同等意义的描述限定。
Claims (10)
1、一种仿形砂轮，包括砂轮基体和设置在所述的砂轮基体上的多个仿形磨削节块，其特征在于：所述的砂轮基体与多个所述的仿形磨削节块各自独立成型，并且所述的仿形磨削节块通过机械方式定位并夹紧到所述的砂轮基体上去；所述的仿形磨削节块包括仿形节块体和在所述的仿形节块体上设定的磨削面；仿形节块体上所设定的磨削面设置在仿形节块体的若干沿着平行于砂轮的轴向方向延伸并沿砂轮的径向方向伸出的齿节上，所述的磨削面包括设置在所述的齿节顶部并与磨削方向平行的齿节磨削面顶面、沿磨削方向延伸并与所述的齿节磨削面顶面呈5°至90°范围夹角的齿节磨削面斜面、位于所述的齿节的底部的齿节磨削面底面、以及位于与所述的齿节磨削面斜面相对处的齿节磨削面后侧面，所述的磨削面上粘接有单层的超硬磨料。
2、根据权利要求1所述的仿形砂轮，其特征在于：所述的超硬磨料为金刚石、立方氮化硼或其二者的混合物中的一种。
3、根据权利要求1所述的仿形砂轮，其特征在于：所述的仿形节块体的材料为金属。
4、根据权利要求1所述的仿形砂轮，其特征在于：单层的超硬磨料通过钎焊材料粘接于仿形节块体的磨削面。
5、根据权利要求1所述的仿形砂轮，其特征在于：所述的超硬磨料通过电镀金属粘接于仿形节块体的磨削面。
6、根据权利要求1所述的仿形砂轮，其特征在于：各齿节的节长t为超硬磨料平均粒度尺寸的3倍至25倍范围，齿节的深度h为超硬磨料平均粒度尺寸的1倍至10倍范围。
7、根据权利要求1所述的仿形砂轮，其特征在于：所述的仿形磨削节块与所述的砂轮基体的机械定位方式为T形槽定位、燕尾槽定位、圆柱销定位或圆锥销定位中的一种。
8、根据权利要求1所述的仿形砂轮，其特征在于：所述的仿形磨削节块与所述的砂轮基体的机械夹紧方式为压夹紧、拉夹紧或膨胀夹紧中的一种。
9、根据权利要求1所述的仿形砂轮，其特征在于：沿磨削方向与齿节磨削面顶面呈5°至90°范围负角的齿节磨削面斜面的行进方向与仿形砂轮的旋转方向一致。
10、根据权利要求9所述的仿形砂轮，其特征在于：沿磨削方向与齿节磨削面顶面呈5°至90°范围负角的齿节磨削面斜面，是呈带斜面趋势的台阶面，该台阶面的行进方向与仿形砂轮的旋转方向一致。
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2008
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