鼓形砂轮的制作方法

专利名称：鼓形砂轮的制作方法
技术领域：
本发明涉及鼓形砂轮，而更具体地涉及具有机械地固定在可再用鼓上的切削件的鼓形砂轮。
背景技术：
鼓形砂轮一般使用于广泛的磨削操作范围中，例如，在无心磨削操作中用于磨削汽车制动块或垫和靴或者磨削其它复合材料。鼓形砂轮适合于典型地通过加工肋条成为正圆柱形的应用，随后焊接或者机械地固定端部盖帽在圆柱上，对于肋条应用铜焊和金刚石磨削，并然后把整个组件放在真空炉中加热。
这些砂轮最后由于使用而磨损，此时他们或者被丢弃或者更新。由于这些砂轮相对较大，例如其量级为25cm×25cm或更大，使其处置可能花费很大并且很麻烦，即使在其一部分可以重复使用的情况。
另一方面，翻新典型地牵涉到剥除焊料和任何在肋条上剩余的磨料，重新在肋条上用新焊料和磨料涂覆，并且再加热砂轮。虽然这样的翻新引人注目地延长砂轮的使用寿命，该过程十分麻烦，因为用户一般必须发运整个砂轮回到砂轮制造商或者进行翻新的第三方。翻新相对地也比较耗费时间，特别是当必须考虑来回旅程的运输时间时。相应地，用户一般必须在手头保持更换的砂轮以便减轻更换砂轮所需昂贵停工时间。不过，储存更换砂轮不利地增加库存成本。
此外，砂轮的有效直径不能随意更改，通常必须由用户储存各种直径的砂轮以便适应各种磨削需要。不利地，这样更加增加库存的成本。
因此需要一种针对上述缺点的改进鼓形砂轮。
发明概要在本发明的一方面，鼓形砂轮包括长形鼓状件，它配置成为可以同轴心地接合在磨床的心轴上。该鼓状件具有平行于中心线的外部表面。多个可拆卸的切削件可拆卸地固定在外表面，各切削件具有多个肋条以隔开的关系设置。磨粒设置在各肋条的磨削面上。
在本发明的另一方面，鼓形砂轮包括长形鼓状件，它配置成为可以同轴心地接合在磨床的心轴上。该鼓状件具有平行于中心线的外部表面。多个切削件固定在外表面。磨料砂粒通过铜焊固定在各切削件的磨削面上。
在本发明的还有另一方面包括一种制造鼓形砂轮的方法。该方法包括提供和配置一种长形鼓状件，它配置成为同轴心地接合在磨床的心轴上。鼓状件设置延伸约360°并且平行于中心线的外部表面。设置多个磨料切削件，并且切削件配置为固定在外部表面上。
在本发明还有另一方面，提供一种鼓形磨削方法。该方法包括可拆卸地固定多个磨料切削件在延伸大约360°并且平行于长形鼓状件(用于形成砂轮)中心线的表面上。鼓状件同轴心地接合在磨床上。在磨床中，鼓形砂轮围绕其中心线旋转。旋转砂轮的切削件与工件接合。切削件可以从鼓状件上拆卸，并且上述步骤可以用新切削件重复。
在本发明还有另一方面，鼓形砂轮包括长形鼓状件装置，它配置成为可以同轴心地接合在磨床的心轴上。鼓状件装置具有延伸约360°并且平行于中心线的外部安装装置。多个切割装置固定在外部安装装置上。切割装置具有设置在其磨削面部分的磨料装置。
附图简要说明本发明以上和其它特征和优点将从下列本发明各方面的详细描述连同附图的阅读中变得更加明显，其中

图1为本发明实施例的立体图；图2为图1中部件立体图；图3为图1中实施例另一部件放大比例的立体图；图4为图1中实施例另一部件还有放大比例的立体图；图5为图1中实施例另一部件相似于图3的视图。
具体的实施方式在以下详细描述中，参照形成其一部分的附图，并且其中通过图形阐明显示本发明可以实现的具体实施例。这些实施例描述足够详细使本行业熟练人士可以实现本发明，并且应该理解，其它实施例也可以采用。也应该理解，在结构、过程和系统方面均可予以变化而不致偏离本发明的精神和范围。下列详细描述因此不应该理解为限制性的，而本发明范围应由所附权利要求和相等文件所限定。为表达清楚起见，显示在附图中相似特征应该用相同参考数字表示，而在另外实施例中显示的相似特征也应该用相同数字表示。
本发明的一方面是实现一种具有在圆周上设置一系列切削件或扇段的鼓形砂轮，它可以安全地使用虽然相反于当前认识。虽然多段砂轮已经众所周知，迄今为止，这样的砂轮一般为圆柱形或杯形(例如，ANSI(美国国家标准化组织)型2、6、11)，其中磨削面垂直于其旋转轴线。同样地，这些扇段相对容易固定，诸如通过使用一组在扇段上径向地向外设置的支承或接合点，以便在磨削操作中协助扇段抵抗向心力(也称作离心力)。
在鼓状件上不能从可拆卸扇段径向地向外放置相似的保持结构，其原因表面上是由于它们很难或不可能安全地固定，特别相关许多传统鼓形砂轮具有相对地较大的直径(例如，40厘米或以上)和较高的转速(例如，1200-1400转/分钟)。不过，与这些期望相反，本发明实施例已经证明令人惊讶地成功。
参照附图，显示和描述本发明实施例。简而言之，这些实施例包括鼓形砂轮20，其中切削件22机械地固定在可再用的鼓24上。在具体的实施例中，切削件22包括具有用金属粘接剂(例如铜焊或电镀)固定磨粒28层的肋条26。在这样配置中，切削件22可以当它们磨损时方便地予以更换。在这样的实施例中，一旦切削件22达到其使用寿命，可免去丢弃或翻新整个砂轮。一旦切削件22磨损，它们可以迅速地并且容易地从鼓24上拆卸和用新切削件22更换。这样切削件的更换可以由用户方便地实施，使砂轮再用多次，而不需要发运整个砂轮20到第三方。
如此，在消除与翻新有关的停工时间以外，库存成本也通过使用户简单地储存更换的切削件而不是整个备用砂轮而降低。此外，本发明的实施例也可消除储存多种直径砂轮的需要，因为本发明砂轮的有效直径可以通过简单地选择切削件予以改变。鼓的直径，因此正在磨削部分的半径，可以通过机械地固定不同高度和/或曲率的切削件22到鼓24上获得。如此，各种显著不同直径的砂轮可以用单独的鼓24配置。这方面相对于传统工艺相关的砂轮更进一步减少库存成本。
在本披露文件中，名词“轴向”涉及相对于元件的方向，它基本上平行于当元件安装在如图1所示的鼓轮上时的旋转轴线a。相似地，名词“横向”涉及不是基本平行于轴向的方向。名词“横向截面”或“横向周围”涉及各自取自横向平面中的截面或周围。
本发明的实施例现在将更加彻底地参照附图描述。如图1所示，本发明鼓形砂轮20一般配置成为具有中心轴线a的圆柱形状，并且中心通孔32配置为与传统的磨床(未示)心轴同轴心地接合。一系列切削件(或扇段)22可拆卸地固定在鼓(或核心部分)24上，以便限定一个外部、基本上圆柱形的砂轮20磨削面。
在所显示的实施例中，切削件22各包括一系列具有磨料层28的长形肋条26，并且其间设置粘结剂。层28可以方便地用传统金属粘结材料、诸如铜焊或电镀固定砂粒。较佳地采用铜焊在切削件上固定磨料砂粒。此外，虽然肋条26正常地在平行于轴线a方向为长形，他们也可以基本上在任何方向延伸，包括斜向或垂直于轴线a，而不致偏离本发明的精神和范围。
现在回到图2，鼓(核心部分)24用传统方法制造，诸如以适当的结构材料用机械加工或模塑制成。这样材料的例子包括钢、铝、青铜、钛、因康(INCONEL)镍合金(Huntington合金公司，西弗吉尼亚州)、和其合金。诸如碳纤维复合物等非金属材料也可以在某些应用采用。在所显示的实施例中，鼓24设置为多角形外表面34的横向截面(例如，在所显示的实施例中为十角形)。至少对于切削件之一，表面34的多角形截面各边限定接合表面36，这将在以下更详细讨论。
如所显示，各接合表面36包括一对键槽40(以下将更详细讨论)，形成基本上平行于轴线a方向延伸的沟槽。一系列通孔42也穿过表面36，并径向地延伸穿过圆柱形内表面44。通孔42为其尺寸各能够接受如以下讨论的机械紧固件。
现在参照图3，更详细地显示切削件22的实施例的细节。该切削件可以从任何结构材料制成，而在所显示的实施例中，为半耐火材料(即，一种能够抵抗典型地与磨料层28的金属粘结剂相关的加热温度的材料)。示范性材料包括钢、铝、青铜、钛、因康镍合金和其合金。不过，熟练的技术人员将认识到，非半耐火材料(例如一些相对较低熔点的材料)可以在层28不需要加热切削件而成型的情况下使用。对于用铜焊砂粒方法制成的切削件，或者其它在超过600℃温度下的热处理过程中制成时，较佳的材料包括钢、钛和因康合金。
如以上讨论，各切削件22具有多个基本上纵向延伸的肋条。磨粒层28设置在各肋条26的外表面以形成磨削面。其中也显示，各切削件具有底部46，例如配置为基本上平坦的表面，以便与鼓24的接合表面36之一接合。底部46包括凹进的键槽48，它基本相似与鼓24的键槽40，虽然配置为其镜面映像。键槽40和48如此制定尺寸、形状和位置，使其当切削件22正确地如以下讨论而紧固在鼓24上时，互相重叠在一起时可以在其中接纳键48(图1和4)。这样键48和键槽40及48的接合有利地使切削件22抵御在磨削中产生的剪力。
也如所示，各切削件22的肋条22包括磨粒层28，集体地限定一个弧形表面，配置成为砂轮20的外圆柱磨削面的一部分(图1)。肋条如此配置，使其安装在鼓(核心)24上后，其径向最外面的表面设置在离开中心轴线a预定半径的距离上。这样配置使圆周上隔开的肋条26在砂轮运行旋转中限定一个在圆周上连续的抽象圆柱形。不过在这方面，应该认识到，肋条26可以设置成为基本上任何圆周间距，例如其范围从可变间距到很小的或者甚至没有间距(例如，形成名义上连续的圆周表面)，而仍维持在本发明范围以内。
此外，在所示具体实施例中，切削件22基本上设置为互相紧接的关系，以便集体地在圆周方向连续地延伸，最好如图1所示。不过应该认识到，切削件本身可以在圆周上互相隔开而不致偏离本发明精神和范围。
此外，各切削件22显示为紧固在单独的接合表面上。不过，可以有各种不同的配置，诸如在单独的表面36上放置多个切削件。可替换地，可以想象切削件可以配置为有效跨接两个或多个表面36。再有，虽然显示为平面的，接合表面36可以设置为名义上任何要求的表面形状，例如，圆形或三角形，如果切削件22也适当地配置与其接合。
现在参照图1、2、3及5，如以上讨论，切削件22配置为可拆卸地紧固在鼓24上。在所示的实施例中，这是通过提供在对准鼓的孔42预定位置而延伸穿过切削件的沉钻孔50而完成的。传统螺纹紧固件接纳在同轴地对准的孔50及42之内，并且用螺帽52固定。在这一代表性实施例中，螺帽52在圆周上延伸以便在螺纹孔54内接纳至少两个紧固件。螺帽52设置在尺寸和形状上(在本例子中为弧形)与鼓24的内圆柱形表面44面对面接合的表面56。本行业熟练人士将认识到，这样的构造方便安装和更换切削件22，由于接纳两个螺栓可防止螺帽在拧紧时旋转。螺帽相对较大的表面面积也有利于分布螺栓所承受的负载。不过，传统螺帽(例如六角螺帽)也可以用在具体实施例中。如以上讨论，切削件22可以按成组不同(径向)厚度提供。这样可以有利地使单独的鼓26形成不同直径的砂轮20。
如以上讨论，切削件22包括磨粒层28。层28中使用的磨粒可包括名义上任何磨料或超级磨料，包括金刚石、CBN(立方氮化硼)，融熔氧化铝、烧结氧化铝、氧氮化铝、氧化锆-氧化铝、碳化硅、碳化硼、碳化钨、或其它任何传统的磨粒的单独或组合形式。其它磨料包括元素族IV、V、和VI中过渡金属元素的碳化物和氮化物，和其组合及固溶体。
在具体实施例中，所选择磨粒的单层用金属粘结基质固定在切削件上。基本上任何传统铜焊材料均可作为这样的粘结剂，包括青铜、镍和其组合及合金。例如，包括铜、银、铬、钛、铁和钨及其组合的青铜合金均可使用。
在可替代的实施例中，金属粘结剂可包电镀金属。名义上任何普通用来电镀的任何金属均可使用，例如，镍、铜、钴、银、锡及铬等和其组合。有用的合金包括黄铜、青铜、镍铁和镍锡。
本发明的具体实施例已经予以描述，以下为其操作的描述。参照表I，在步骤60，用户可拆卸地把多个切削件22固定在鼓24的外表面上以便形成砂轮20。在62步，鼓24同轴地与磨床的心轴接合。磨床然后在64步可以按传统方式操作磨床。在66步磨削工件。一旦切削件磨损，或者磨削操作已经完成，它们可以由用户在68步拆卸，然后在70步可以用切削件22重复60-66步。
表I

以下说明性例子用来表示本发明某些方面。应该理解这些例子不能认为是限制性的。
例子1--砂轮基本上如上所述地按照图1-5制造，其中鼓24从7075 T6铝制成，具有最大直径为15.5英寸(39.4cm)，和轴向尺寸为9.5英寸(24.1cm)。
--切削件22从1018钢制成，轴向尺寸为9.5英寸(24.1cm)，宽4.5英寸(11.4cm)，并且径向厚度从0.251英寸(0.64cm)到0.625英寸(1.6cm)，其中肋条设置在曲率半径8英寸(20.3cm)上。
--螺帽52从4340高强度钢制成，厚度为0.375英寸(0.95cm)。
--键48从1018钢制成，其尺寸为0.375英寸(0.95cm)×0.375英寸(0.956cm)×1.5英寸(38.1cm)。
--铜焊浆施加在切削件的肋条上。该浆由2181克青铜合金828(康涅狄格工程公司，Sandy Hook，康涅狄格州)粉末(＜44μm)，和218克氢化钛粉末(＜44μm)的干燥混合物，利用Turbula混合器(GlenMills公司，Clifton，新泽西州)混合而形成。该干燥混合物然后与510克挥发性液体粘合剂Vitta Braze-Gel(Vitta公司，Bethel，康涅狄格州)在不锈刚容器中混合，一直到形成均匀的浆液为止。该浆液施加在切削件22的肋条上。金刚石粒，20/30美国网孔(大约为838μm)，然后喷洒在粘性的铜焊上。带涂层的切削件在空气中干燥并然后在真空(＜1mm Hg-水银柱)炉中在880℃下加热30分钟。铜焊的金属粘结金刚石磨料切削件就如此产生。
--键48固定在切削件上。
--带键的切削件放置在鼓(核心件)24上。
--切削件22用航空8级螺栓和曲线螺帽在200英尺*磅力矩下拧紧而完成砂轮制造。
--砂轮在2175rpm(转/分钟)和2650rpm(转/分钟)做旋转试验，这些转速各自为预计工作转速1450rpm的1.5和1.765倍。
--成功地完成试验的砂轮如果没有尺寸变化就说明合格。
在以上说明书中，本发明已经参照特定的示范实施例予以描述。很明显可以对其作出各种变型和变化而并不偏离在以下提出权利要求的发明精神和范围。相应地说明书和附图认为是说明性的而没有任何限制意义。
权利要求
1.一种鼓形砂轮，包括具有中心轴线的长形鼓；鼓配置为与磨床心轴同轴心接合；鼓具有平行于中心轴线延伸的外部表面；多个可拆卸地紧固在外部表面上的可拆卸切削件；各所述切削件具有多个以间隔关系设置的肋条；和设置在各所述肋条的磨削面上的磨粒。
2.如权利要求1所述的鼓形砂轮，其特征在于，磨粒设置成为单独的一层。
3.如权利要求1所述的鼓形砂轮，其特征在于，磨粒从下列集合中选出金刚石、CBN(立方氮化硼)、熔融氧化铝、烧结氧化铝、氢氧化铝、氧化锆-氧化铝、碳化硅、碳化硼、碳化钨和其组合。
4.如权利要求3所述的鼓形砂轮，其特征在于，外部表面具有多角形横截面。
5.如权利要求4所述的鼓形砂轮，其特征在于，多角形横截面的侧面限定供所述切削件用的接合表面。
6.如权利要求5所述的鼓形砂轮，其特征在于，切削件以基本上互相紧接关系设置，切削件基本上连续地围绕中心轴线集体地延伸。
7.如权利要求2所述的鼓形砂轮，其特征在于，各所述切削件具有以间隔关系设置的多个肋条，并且所述磨粒设置在各所述肋条的磨削面上。
8.如权利要求4所述的鼓形砂轮，其特征在于，磨削面设置在离开中心轴线的预定半径上。
9.如权利要求4所述的鼓形砂轮，其特征在于，磨削面在所述鼓围绕中心轴线旋转时形成名义上的圆柱形。
10.如权利要求8所述的鼓形砂轮，其特征在于，各切削件具有配置为与所述接合表面的至少一个接合的底部。
11.如权利要求10所述的鼓形砂轮，其特征在于，包括第一键槽，设置在所述外部表面上；第二键槽，设置在所述底部上；所述第一和第二键槽当切削件可拆卸地紧固在鼓上时互相重叠；和键，设置在各所述重叠的键槽中。
12.如权利要求11所述的鼓形砂轮，其特征在于，键与所述各第二键槽整体地设置。
13.如权利要求10所述的鼓形砂轮，其特征在于，各切削件可拆卸地紧固在所述接合表面中的一个上。
14.如权利要求13所述的鼓形砂轮，其特征在于，各切削件肋条的磨削面集体地限定名义圆柱型的一个弧形部分。
15.如权利要求13所述的鼓形砂轮，其特征在于，切削件用从切削件延伸穿过外表面的紧固件可拆卸地紧固在鼓上。
16.如权利要求15所述的鼓形砂轮，其特征在于，紧固件为螺纹紧固件，与设置在鼓内表面上的螺帽螺纹接合。
17.如权利要求16所述的鼓形砂轮，其特征在于，所述内表面基本是圆柱形，并且螺帽包括配置为以面对面方式与所述内表面接合的弧形表面。
18.如权利要求1所述的鼓形砂轮，其特征在于，磨粒设置在金属粘合剂基体中。
19.如权利要求18所述的鼓形砂轮，其特征在于，所述金属粘合剂包括从下列集合中选出的铜焊青铜、镍和其合金。
20.如权利要求18所述的鼓形砂轮，其特征在于，所述金属粘合剂包括青铜合金和从下列集合中选出的材料铜、银、铬、钛、铁和钨及其组合。
21.如权利要求18所述的鼓形砂轮，其特征在于，所述金属粘合剂包括从由镍、铜、钴、银、锡、铬及合金和其组合组成的群体中选出的电镀金属。
22.如权利要求21所述的鼓形砂轮，其特征在于，电镀金属包括镍。
23.如权利要求21所述的鼓形砂轮，其特征在于，合金从黄铜、镍-铁、青铜和镍锡中选出。
24.如权利要求1所述的鼓形砂轮，其特征在于，鼓用从由钢、铝、青铜、钛及因康、合金和其组合组成的群体中选出的材料制成。
25.如权利要求1所述的鼓形砂轮，其特征在于，切削件从由钢、钛及因康、合金和其组合组成的群体中选出的材料制成。
26.一种制造鼓形砂轮的方法，该方法包括(a)提供具有中心轴线的长形鼓；(b)配置该鼓与磨床的心轴同轴心地接合；(c)对该鼓设置环绕且平行于中心轴线延伸360度的外部表面；(d)提供多个磨料切削件；和(e)配置这些切削件以便紧固在外部表面上。
27.如权利要求26所述的方法，其特征在于，所述(d)步包括提供多个可拆卸的切削件，并且所述(e)步包括配置切削件以便可拆卸地紧固在外部表面上。
28.如权利要求26所述的方法，其特征在于，所述(d)步包括对各磨料切削件提供至少一条肋条。
29.一种鼓形磨削方法，该方法包括(a)可拆卸地固定多个磨料切削件到围绕长形鼓中心轴线360度延伸的外部表面上以便形成鼓形砂轮；(b)使该鼓同轴心地接合在磨床上；(c)在磨床上，使该鼓围绕其中心轴线旋转；(d)使旋转砂轮的切削件与工件接合；(e)从该鼓上拆下切削件；和(f)用新切削件重复(a)到(d)步。
30.如权利要求29所述的方法，其特征在于，所述重复步骤(f)包括固定新切削件，新切削件安装后的径向尺寸显著不同于(e)步中的切削件径向尺寸。
31.一种鼓形砂轮，包括长形鼓装置，具有用于与磨床心轴同轴心地接合的中心轴线；鼓装置具有围绕中心轴线延伸360度并且与轴线平行的外部安装装置；多个切削装置，紧固在外部安装装置上；切削装置具有设置在其磨削面部分上的磨料装置。
32.如权利要求31所述的砂轮，其特征在于，切削装置可拆卸地紧固在外部表面上。
33.一种鼓形砂轮，包括长形鼓，具有中心轴线；该鼓配置为与磨床心轴同轴心地接合；该鼓具有平行于中心轴线延伸的外部表面；多个切削件，紧固在外部表面上；和一层磨粒，通过金属铜焊设置在各所述切削件的磨削面上。
34.如权利要求33所述的鼓形砂轮，其特征在于，切削件可拆卸地紧固在外部表面上。
全文摘要
一种鼓形砂轮包括配置成为与磨床心轴同轴地接合的长形鼓。该鼓的外部表面平行于中心轴线延伸，并且多个可拆卸的切削件可拆卸地紧固在外部表面上。各切削件具有多个以间隔关系设置的肋条，并且在各肋条的磨削面上利用诸如金属铜焊设置磨粒。
文档编号B24D5/06GK1739917SQ20051009663
公开日2006年3月1日 申请日期2005年8月22日 优先权日2004年8月23日
发明者J·G·巴尔多尼, S·-T·布尔间, E·舒尔茨 申请人:圣戈本磨料股份有限公司