高效切削砂輪的制作方法

專利名稱：高效切削砂輪的制作方法
技術領域：
本發明涉及磨削工具，具體為一種高效切削砂輪。 背景技術：
對金屬或非金屬材料的磨削加工采用砂輪來完成，對于平面加工使用磨削面為平面(或運行軌跡為平面)的砂輪，而對于異形磨邊加工則常采用磨削面為異形的成形砂輪。 砂輪在切削過程中會產生大量磨削熱和粉屑，因此砂輪加工(平面磨削和異形磨削)時需要進行冷卻，冷卻方式為砂輪加工機床的冷卻機構提供冷卻水，冷卻水作用于磨削加工面， 冷卻水一方面對磨削加工面進行冷卻，另一重要作用是將大量的粉屑沖刷排除，粉屑的排出速率和排出量，將直接影響著加工質量和效率。根據冷卻方式的不同，現有砂輪加工機床分為外冷式磨床和內冷式磨床。1、外冷式磨床的冷卻機構簡單(配用的砂輪為普通砂輪)，主要是一根連接泵源的冷卻管，冷卻管安裝于工作臺面上，冷卻管噴出的冷卻液直接作用于砂輪加工部位，由于砂輪轉動的離心作用，冷卻液將快速飛離砂輪加工部位。而磨削時工作面與被加工件之間結合較緊密，磨削產生的粉屑形成了對冷卻水的封閉，實際上冷卻液很難進入到正在加工的工作面，而只是起到砂輪工作之前預冷、砂輪工作之后降溫的作用；從排屑角度而言，冷卻液只能沖刷掉加工工作面外的粉屑，而對于密閉于加工區域內的粉屑難有作為。2、內冷式磨床的使用是為了改善外冷式磨床的冷卻功能，內冷式磨床要配套使用具有內冷卻結構的砂輪，這種內冷式砂輪的結構是在砂輪基體中心軸位的軸孔上開設有與內冷式磨床砂輪轉軸出水口對位的進水口，砂輪基體的內部還開設有為數不多水流通道 (常規為120°、90°、60°、45°、30°等分均布3、4、6、8、12個)，而砂輪的磨環上開設對應數量的出水口，冷卻液通過安裝砂輪的砂輪轉軸出水口供給，冷卻液從砂輪轉軸的出水口進入砂輪基體軸孔的進水口，經水流通道從磨環上的出水口噴出而作用在磨削工作面上； 從排屑角度而言，出水口噴出的水量有限且噴水口數量太少，力量不足，同樣無法排除密閉于加工區域的粉屑。綜上所述，采用現有的內冷式磨床，想通過冷卻液直接沖刷掉切削區域內的粉屑根本不可能，粉屑的排除仍然依靠砂輪自身的轉動而帶出，而砂輪自身將粉屑帶出的線程大，排出速率和帶出量有限，大量粉屑集中儲藏于切削區域的砂輪磨粒之間，削弱了砂輪磨粒的刻取能力，直接影響著加工質量和效率，這是砂輪工作效率無法提高的關鍵所在。從冷卻水作用的部位而言，所述外冷式磨床的冷卻效果似乎應該比外冷式磨床效果好，但事實上并非如此由于砂輪磨環上的出水口為數不多，并不能保證砂輪加工過程中，在砂輪和被加工件接觸線長的范圍內，都有冷卻水作用在磨削面上，極端情況下，在磨削的某些時段， 甚至沒有出水口出現在磨削面上，因此其內冷式效果為間斷式甚至干磨，并非真正意義上的全程內冷卻，其冷卻效果與外冷式效果差不多，甚至還不如外冷式效果。由于要解決內部冷卻管路的布局和砂輪轉軸與砂輪軸孔進、出水口聯通與密封問題，是造成內冷式磨床機構復雜的原因，進而催升了內冷式磨床的制造成本，并且普通砂輪還不能在內冷式磨床上運用，必須使用特殊制作的具有冷卻結構的砂輪，導致最終的綜合加工成本增大。另外，對于異形磨邊加工，砂輪的異形磨面形狀對應于材料的邊角形狀要求，最終成型的常用邊角形狀為弧形，也有除弧形以外的其他形狀，如為規矩的幾何形狀，或為由直線、弧線、曲線等線段構成的非規矩幾何形狀。對于異形磨邊的胚料，應預留有加工余量，而加工余量并非針對異形磨削面的形狀而留，加工余量的初始幾何狀態在絕大多數情況下是相對規矩的(常見為方形)，材質也是均勻的。在加工過程中，砂輪異形磨面沿軸向方向上的各個部位的加工量可能存在不均， 有些甚至是倍率差的關系，而砂輪的材質卻是均勻性的，這就造成了砂輪異形磨面的各個部位隨加工量的不同而磨損程度不同，使砂輪的異形磨面極易失形而無法正常使用，需經常修復或失形報廢。

發明內容
針對現有技術的不足之處，本發明的目的是設計一種可實現快速、高速切削的高效切削砂輪。能夠實現上述目的的高效切削砂輪，包括基體和設于基體上的磨環，所述磨環的磨面上開設有貫通磨環的出水口，所述各出水口連通基體內對應開設的水流通道，所述各水流通道匯合于進水口，所不同的是在所述磨面上任意設定的圓弧長度范圍內，至少設有大于0個出水口，所述任意設定的圓弧長度為1倍 3倍磨環與被加工件磨削時的接觸線長。本發明設置的出水口，在冷卻砂輪和被加工件的同時能夠及時將磨削加工時產生的粉屑納入出水口內儲存，儲存有粉屑的出水口隨砂輪轉到磨削工作面外時，由于離心力和水流作用(冷卻水可以從基體上的進水口進入，通過對應于出水口的水流通道從出水口噴出)，出水口內的粉屑可順利排出，從而及時有效地將粉屑排除。對于高品質砂輪，如用于加工精度要求高、平整度要求高的工件，最好是在1倍磨削加工接觸線長范圍內有大于0個容屑口或出水口，也就是在磨削加工接觸線長范圍內至少有一個出水口的小部分甚至極小部分，這樣即可確保在砂輪加工過程中的每一個瞬間， 在砂輪和被加工件接觸線長的范圍內，都有冷卻水作用在磨削面上及時冷卻，實現真正意義上的全程冷卻，確保砂輪不會因局部溫度過高引起異常磨損，另外該出水口還可以及時使磨削加工時產生的粉屑能迅速進入出水口內儲存，及時有效地將粉屑排除，從而確保砂輪磨粒的刻取能力。從提高冷卻和排屑效果來說當然是出水口越多越好，但綜合考慮加工成本等因素后，可以根據不同的情況具體設定。如在磨削范圍小(即接觸線長短)出水口的設置大而稀疏的情況下，1倍磨削加工接觸線長范圍內的出水口數量無論是一個出水口的大部分，或者是一個出水口的小部分甚至極小部分即可獲得極好效果；在出水口的設置小而密集的情況下，1倍磨削加工接觸線長范圍內的容屑口數量則最好是一個出水口或者是一個以上，如幾個出水口或十幾、幾十個出水口，根據長期磨削加工經驗和實驗，出水口最多一般不超過30為好，過多了，增加了制造的難度，降低了磨環的強度。對于較低品質的砂輪，如用于加工精度要求不高、平整度要求不高的工件，或者低速砂輪，則出水口的開設密度可稍微降低，根據不同品質砂輪的要求，出水口設置條件可適當放寬，經過反復實驗，在3倍及3倍以內的磨削加工接觸線長范圍內，有大于0個出水口， 就可起到比現有技術產品表現明顯好轉的冷卻和排屑效果，同樣出水口最多一般不超過30 為好。另外由于本發明設置了足夠多的出水口，還有效減少了磨環材料，降低了砂輪成本。對于所述磨環的磨面為異形磨面的情況，所述出水口為異形磨面上不參與磨削的 “非實體加工區”，除“非實體加工區”以外的異形磨面剩余部位則為參與磨削的“實體加工區”，所述“實體加工區”于不同軸向位置上的圓周總線長對應于被加工件同位置的加工余量，其對應關系為正比例關系或近似正比例關系，從而形成異形磨面的等形磨耗結構。即所述磨環中的實體加工區(指磨削時接觸被加工件的部分)，將根據砂輪在加工過程需要完成的加工量，在砂輪軸向不同位置上分配對應實體加工區的圓周總線長，即工件加工余量大的部位，其對應的實體加工區圓周總線長則大，工件加工余量小的部位，其對應的實體加工區圓周總線長則小，兩者之間構成正比例或近似正比例關系，從而形成砂輪的等形磨耗結構，以此來解決或緩解異形砂輪失形問題。當被加工件對形狀要求不是很高、范圍較寬時，根據砂輪在加工過程需要完成的加工量，在砂輪軸向不同位置上分配對應實體加工區的圓周總線長，兩者之間構成的比例關系可適當放寬。所述出水口(即非實體加工區)原則上可設置為任何形狀，如可設置為規矩的幾何形狀，或設為由直線、弧線、曲線等線段構成的非規矩幾何形狀。對于被加工件的弧形加工面，所述出水口(即非實體加工區)的形狀可以采用易于加工的圓形或橢圓形。在出水口(即非實體加工區)的軸向寬度大于被加工件加工面厚度情況下，實體加工區構成具有微距間斷式磨削或半間斷式磨削結構，半間斷式磨削結構具有更小的跳動，更有利于較高崩邊要求的加工。在出水口(即非實體加工區)的軸向寬度小于被加工件加工面厚度的情況下，實體加工區構成連續式磨削結構，消除跳動帶來的崩邊，可滿足崩邊要求極高的加工工況。本發明砂輪于外冷式磨床和內冷式磨床上均可使用于內冷式磨床使用，所述進水口開設于基體軸心處中心軸位的軸孔上；于外冷式磨床使用，所述進水口開設于基體上， 所述基體上的進水口為對外的敞口，砂輪安裝就位后，敞口對著外冷式磨床冷卻管的噴水位置。為便于進水口和水流通道的加工制造，需進一步優化基體結構，所述一種優化結構包括兩塊基板，所述磨環夾持固結于基板之間，所述基板之間還形成起水流通道作用的儲水區，進水口開設于一塊基板上。進一步可將其中一塊基板設為與另一塊基板安裝的壓板，所述中心軸位設于另一塊基板上，為方便進水口與外冷式磨床冷卻管連通，所述進水口為開設于所述壓板上的環所述環口可自然形成，做法是將壓板設計為環板，環板的內環直徑大于基板的中心軸位，環口形成在壓板的內環與基板的中心軸位之間。對于兩個砂輪或多個砂輪同軸并列使用的情況，特別是針對用于外冷式磨床的砂輪，可以采取將砂輪之間的水流通道相互導通的方式，保證冷卻液向各個砂輪的供給。
本發明的技術方案也適合“干磨”加工，不過此時的干磨冷卻水為“空氣”，所述進水口、水流通道和出水口即容屑口則對應為進氣口、氣流通道和出氣口。本發明的優點1、本發明高效切削砂輪是在內冷卻砂輪結構的基礎上將容屑口的數量設置為足夠多，使磨削加工區域內產生的粉屑能快速排出，使被加工表面的表面粗糙度以及砂輪鋒利度的性能大幅度提高，確保砂輪更能夠適用于快速、高速加工，提高生產效率。2、本發明還可以真正實現磨削過程中的全程冷卻，該砂輪如運用于外冷式磨床， 則不用增加任何成本就能達到內冷式磨床的加工性能，避免投入更多資金購買昂貴的內冷式加工設備，經濟效益非常明顯。3、本發明針對異形砂輪采用了等形磨耗結構，在結構上促進砂輪抗變形能力，使砂輪失形、失效因素大大降低，提高砂輪的壽命。


圖1為本發明一種實施方式的立體結構示意圖。圖2為圖1實施方式的主視圖。圖3為圖2的內部結構示意圖。圖4(a)為圖1、圖2、圖3中，出水口于磨環的異形磨面上分布情況示意圖，出水口的軸向寬度大于被加工件的厚度。圖4(b)為圖1、圖2、圖3中，出水口于磨環的異形磨面上分布情況示意圖，出水口的軸向寬度小于被加工件的厚度。圖5為被加工件的加工尺寸圖。圖號標識1基體；1-1、基板；1-2、壓板；2、磨環、2-1、出水口 ；2_2、實體加工區； 3、進水口 ；4、支撐柱；5、儲水區；6、螺釘；7、中心軸位；8、被加工件。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的技術方案作進一步說明本發明內冷式快排屑砂輪由基體1和磨環2構成，其中基體1由基板1-1和壓板 1-2組裝而成。所述基板1-1為圓板，基板1-1軸心處為中心軸位7，所述壓板1-2為環板，壓板 1-2的外環直徑與基板1-1圓周直徑相同，壓板1-2的內環直徑大于基板1-1中心軸位7的外徑；基板1-1和壓板1-2之間用圓周均布的中空支撐柱4隔空，對應于各支撐柱4位置， 用螺釘6將基板1-1和壓板1-2軸向緊固，與此同時基板1-1和壓板1-2的圓周外緣內端面將磨環2夾持固結(常用膠水粘接)，如圖1、圖2、圖3所示。所述磨環2的磨面上向內鏤空開設有均布的圓形或橢圓形出水口 2_1(貫通磨環 2)，所述出水口 2-1的作用為冷卻、容屑和排屑，出水口 2-1的數量根據是主要起排屑作用還是要兼顧實現內冷卻作用而確定1、主要起排屑作用。則在所述磨面上任意設定的圓周長度范圍內，所述出水口 2-1的數量為大于0個而小于30個，所述圓周長度為1倍 3倍磨環2與被加工件8磨削時的接觸線長。
2、兼顧實現內冷卻作用。在所述磨環2與被加工件8磨削時的接觸線長范圍內，所述出水口 2-1的數量為大于0個而小于30個。冷卻水的進水口 3為壓板1-2與基板1-1中心軸位7之間的環口，基板1_1和壓板1-2之間的空腔為冷卻水的儲水區5，出水口 2-1與儲水區5相通，如圖1、圖2、圖3所
7J\ ο本發明適合在外冷式磨床上使用，外冷式磨床的冷卻管對準砂輪的環口，加工時， 砂輪磨削工件，冷卻水從環口進入并在儲水區5內保存，由于離心力作用，儲水區5內的冷卻水通過出水口 2-1甩入磨削區，實現對被加工件的內冷卻；磨削時產生的粉屑進入出水口 2-1內暫時儲存，儲存有粉屑的出水口 2-1在轉離磨削區后，在離心力和冷卻水的共同作用下，粉屑被排出。粉屑能夠及時快速排出砂輪，可使磨料顆粒能夠較好保持出露的高度，有利于提高磨料顆粒的刻取磨削能力，達到提高鋒利度的作用；同時，由于粉屑的快速排出，有利于冷卻水發揮作用，大大降低了磨料顆粒的切削熱及由于粉屑存在的摩擦熱，改善了磨料顆粒的工作條件，有利于磨料顆粒的強度保持，提高砂輪的壽命；摩擦熱的降低，還將有利于提高被加工件的表面質量。以加工圓弧邊為例，所述磨環2的磨面為弧形(異形磨面)，弧面上圓形或橢圓形的出水口 2-1為異形磨面的非實體加工區，異形磨面的剩余部分為與被加工件8接觸的實體加工區2-2，并且所述實體加工區2-2與不同軸向位置上的圓周總線長對應于被加工工件同位置的加工余量，其對應關系為正比例關系或近似正比例關系，從而形成異形磨面的等形磨耗結構，如圖1、圖2、圖4所示。如圖5所示，被加工件8的材料厚度5mm，圓弧拱高1. 5mm，加工余量最少的部位 (厚度方向的中間部位)余量為1mm，加工量最大的部位(左右兩個端面)余量為2. 5mm，則被加工件8沿軸向的加工余量與對應的實體加工區2-2的圓周總線長的正比例關系為最小余量最大余量=1 2. 5。如圖4 (a)所示，當出水口 2-1(非實體加工區)的軸向寬度大于被加工件8加工面的厚度時，構成具有微距間斷式磨削或半間斷式磨削結構，半間斷式磨削結構具有更小的跳動，更有利于較高崩邊要求的加工；在崩邊要求極高的情況下，可以選擇出水口 2-1(非實體加工區)的軸向寬度小于被加工件8加工面的厚度，構成連續式磨削結構，消除跳動帶來的崩邊，如圖4(b)所示。特殊情況當異形磨面為復雜異形面時，可將復雜的異形面拆分為若干段而做成若干個砂輪，可視為多個砂輪疊加。本發明的技術方案特別適用于加工脆硬金屬或非金屬材料的砂輪上應用，所述砂輪的磨環2用超硬磨料制成，磨環2的實體加工區2-2可為一次性成型方式或各種拼合成型方式構成。對于雙體砂輪和多層體砂輪(比如將多個砂輪同軸疊加在一使用，在粗磨之后可以方便轉換到細磨)，可以采取將各砂輪之間的水流通道相互導通的方式使其連通，保證冷卻液向各個砂輪的供給。上述實施例，僅為對本發明的目的、技術方案和有益效果進一步詳細說明的具體個例，本發明并非限定于此。顯然，本發明的工作原理，也同樣可以在內冷式磨床上使用。凡在本發明的公開的范圍之內所做的任何修改、等同替換、改進等，均包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.高效切削砂輪，包括基體(1)和設于基體(1)上的磨環O)，所述磨環(2)的磨面上開設有貫通磨環(2)的出水口 0-1)，所述各出水口(2-1)連通基體(1)內對應開設的水流通道，所述各水流通道匯合于進水口(3)，其特征在于在所述磨面上任意設定的圓弧長度范圍內，所述出水口的數量為大于O個，所述任意設定的圓弧長度為1倍 3倍磨環 (2)與被加工件(8)磨削時的接觸線長。
2.根據權利要求1所述的高效切削砂輪，其特征在于所述任意設定的圓弧長度為1 倍磨環(2)與被加工件(8)磨削時的接觸線長。
3.根據權利要求1或2所述的高效切削砂輪，其特征在于所述出水口的數量小于或等于30個。
4.根據權利要求1或2所述的高效切削砂輪，其特征在于所述磨環(2)的磨面為異形磨面，所述出水口(2-1)為異形磨面上不參與磨削的非實體加工區，異形磨面的剩余部位則為參與磨削的實體加工區0-2)，所述實體加工區0-2)于不同軸向位置上的圓周總線長對應于被加工件⑶同位置的加工余量，其對應關系為正比例關系或近似正比例關系。
5.根據權利要求4所述的高效切削砂輪，其特征在于所述出水口(2-1)為規矩的幾何形狀或為不規矩的幾何形狀。
6.根據權利要求5所述的高效切削砂輪，其特征在于所述出水口(2-1)為圓形或橢圓形。
7.根據權利要求4所述的高效切削砂輪，其特征在于所述出水口的軸向寬度大于被加工件(8)加工面的厚度。
8.根據權利要求4所述的高效切削砂輪，其特征在于或所述出水口的軸向寬度小于被加工件(8)加工面的厚度。
9.根據權利要求1或2所述的高效切削砂輪，其特征在于所述進水口(3)開設于基體(1)軸心處中心軸位(7)的軸孔上或開設于基體(1)上，所述基體(1)上的進水口(3) 為對外的敞口。
10.根據權利要求9所述的高效切削砂輪，其特征在于所述基體(1)包括兩塊基板 (1-1)，所述磨環(2)夾持固結于基板(1-1)之間，基板(1-1)之間還形成起水流通道作用的儲水區(5)，所述進水口(3)開設于一塊基板(1-1)上。
11.根據權利要求10所述的高效切削砂輪，其特征在于將其中一塊基板(1-1)設為與另一塊基板(1-1)安裝的壓板(1-2)，所述中心軸位(7)設于另一塊基板(1-1)上，所述進水口(3)為開設于所述壓板(1-2)上的環口。
12.根據權利要求11所述的高效切削砂輪，其特征在于所述壓板(1-2)為環板，壓板 (1-2)的內環直徑大于基板(1-1)的中心軸位(7)，所述環口形成在壓板(1-2)的內環與基板(1-1)的中心軸位(7)之間。
13.根據權利要求9所述的高效切削砂輪，其特征在于兩個或兩個以上砂輪同軸并列使用時，所述各基體(1)之間的水流通道相互導通。
14.根據權利要求1或2所述的高效切削砂輪，其特征在于所述磨環(2)用超硬磨料制成，磨環O)的實體加工區0-2)為一次性成型方式或拼合成型方式構成。
全文摘要
本發明公開了一種高效切削砂輪，包括基體和磨環，磨環的磨面上鏤空有出水口，各出水口連通基體內對應開設的水流通道，各水流通道匯合于基體上開設的進水口，在所述磨面上任意設定的圓弧長度范圍內，所述出水口的數量為大于0個而小于30個，所述任意設定的圓弧長度為1倍～3倍磨環與被加工件磨削時的接觸線長；所述基體包括兩層基板，所述磨環夾持固結于基板之間，基板之間還形成起水流通道作用的儲水區，進水口為開設于基板上的環口。本發明將出水口的數量設置為足夠多，使磨削加工區域內產生的粉屑快速排出，使被加工表面的表面粗糙度以及砂輪鋒利度的性能大幅度提高，確保砂輪更能夠適用于快速、高速加工，提高生產效率。
文檔編號B24D5/10GK102528677SQ20121001350
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月17日 優先權日2012年1月17日
發明者呂智, 宋京新, 梁安寧, 蔡元沛, 郭新玲, 龍慧玲 申請人:桂林創源金剛石有限公司