一种超硬磨料磨轮的制作方法

一种超硬磨料磨轮，属于超硬磨料工具制造领域。

背景技术：

钎焊超硬磨料砂轮可用于灰口铸铁、球墨铸铁、塑料、尼龙、橡胶、石材、钢铁等材料的表面磨削。通常上述材料的磨削加工多采用常规磨料（刚玉砂轮或者碳化硅）砂轮，利于树脂结合剂或陶瓷结合剂热压固结制备，使用时利于内孔定位安装于砂轮机上。由于钎焊超硬磨料工具相对于刚玉砂轮以及电镀超硬磨料砂轮具有磨料把持强度高、磨料出露高，磨削锋利，散热效率高等优点，且磨料不易脱落，无粉尘挥散，应用于上述材料领域的磨削成为理想的选择。

但对于钎焊磨轮，多为整体式基体，然后钎焊超硬磨料制备。目前的钎焊超硬磨轮应用于灰口铸铁、球墨铸铁、塑料、尼龙、橡胶、石材、钢铁等材料的表面磨削存在以下问题：

（1）由于受到高温加热才能将超硬磨料焊料在钢基体上制备，因此钎焊磨轮的基体的内应力不易释放，在焊接时极易存在一定的变形，特别是对于圆盘状的砂轮基体来说，变形不仅存在于圆周方向，亦存在于圆平面方向。此变形影响磨轮加工材料时的加工精度（圆度、平面度、回转精度等形位精度），不利于安装。且此精度难以通过动平衡进行调节。若不合理安装与使用，极易造成一定的危险。

（2）磨轮基体多为钢基体，质量大，占据磨轮工具的绝大多数重量，对设备功率的要求较高。常规的砂轮为刚玉砂轮，其密度约2.5~3g/cm³左右，远低于钢的7.9 g/cm³。因此匹配常规砂轮的机床的设备功率达不到适应钎焊超硬磨料磨轮要求，对钎焊超硬磨料磨轮的应用有较大影响。而在钢基体表面通过加工减重孔、材料去除等方式能起来部分作用，但由于钢的密度约为砂轮密度的2.5~3倍，无法从根本上减轻磨轮的重量，而且减重去除的材料愈多，减重孔数量与孔径愈大，对磨轮的刚性要求愈高，增加了测试与仿真试验的难度与次数，不利于成本的控制与产品开发。

（3）当砂轮规格较大时，如外径300mm以上，完全将钎焊超硬磨料磨轮进行钎焊加热，对真空钎焊炉空间要求较高，真空炉有效加热区间宽度至少大于400mm以上，才能较好地进行加热钎焊，而真空炉内空间有限，加热时间长，若单炉工件较少，以不利于提高生产效率，并大大影响超硬磨料磨轮的生产成本。

（4）由于常规磨料砂轮采用热压固结工艺制备，结合剂多为树脂或陶瓷结合剂，磨削时砂轮具有一定的弹性，能够减小砂轮对工件表面的冲击刚性，使磨削时砂轮的振动一定程度降低。而钎焊超硬磨料砂轮由于基体为钢，超硬磨料牢固钎焊，与工件表面磨削接触时为刚性接触，工件表面的不平整极易传导至机床，导致磨削振动，影响磨削。此外由于刚性磨削，进给量大时极易对超硬磨料表面地貌造成堵塞，虽然超硬磨料散热效率高，排屑佳，但由于磨料不脱落，瞬间产生的磨屑有可能堵塞部份区域表面，造成局部区域温度急剧上升，使此处的磨料高温化氧化受损，磨削工件表面造成磨削烧伤。此情况下，钎焊超硬磨料磨轮的磨削寿命无法得到保证，并且增大了不可预测性。

与钎焊超硬磨料磨轮对应的是电镀超硬磨料磨轮，由于电镀工艺无需高温加热，基体的应力小，可通过将基体材料部分替换，以及整体电镀来达到较高的装配精度与效率，而钎焊超硬磨料磨轮则难以达到此效果。但从应用效率与性价比上来看，钎焊超硬磨料磨轮其磨削性能优于电镀工艺。采用钎焊超硬磨料工艺的砂轮更具有优势。

专利（CN200710132643-超硬磨料砂轮）通过将砂轮的磨削区域采用节块式进行制备，砂轮基体不用进炉加热，此方式使得钎焊加热部分减少，有利于钎焊制备，但为了保证径向与圆周的固定，结构复杂，且无减重措施，不适宜应用于代替常规磨料砂轮与电镀超硬磨料砂轮。

专利（CN201010514158一种适用于超高速磨削的组合式钎焊超硬磨料砂轮基体）亦发明了一种组合式的砂轮基体，此基体利于两个盖板结构将节块砂轮节块固定，并利用螺纹压紧。所设计节块结构复杂，尺寸精度要求较高，因此适用于超高速磨削加工中，对于常规砂轮磨削无法有效替代。

因此为更好的利于钎焊工艺的优势，替代常规磨料砂轮以及电镀超硬磨料砂轮，需要一种新型磨轮结构，将磨轮结构简单、质量轻、易于钎焊加热、磨削效率高不易烧伤等几点有机结合。本发明所涉及的磨轮的有效应用，不仅可以降低常规砂轮所带来的粉尘、气体污染、而且可以提高磨削效率、生产效率，有利于国家装备制造业的升级与绿色加工发展。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本发明提出一种超硬磨料磨轮，可有效应用于金属与非金属的磨削加工中，振动小，对砂轮机床功率要求低，利于钎焊制备，成本低，可快速更换，有利于批量生产与应用。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下的技术方案：

一种超硬磨料磨轮，包括固定环、弹性支撑盘、节块、以及刚性套，其中，所述固定环的周向内表面与弹性支撑盘相连接，固定环的周向外表面均布有若干块节块，每块节块的外表面钎焊超硬磨料，内表面通过连接结构与与固定环之间可拆卸连接；弹性支撑盘的中心孔处过盈配合连接刚性套的外壁，刚性套的内壁与机床转轴配合连接。

所述固定环的外表面上设有带螺纹孔的凸肩，所述节块上设有与所述凸肩相嵌合的凹槽，凹槽的两个槽壁上对称设有螺纹孔，螺栓紧固件依次穿过节块凹槽槽壁上的螺纹孔以及凸肩上的螺纹孔后将节块与固定环相固定。

所述固定环的外表面设有带螺纹孔的凹槽，所述节块上设有与所述凹槽相嵌合的凸起，凸起上设有螺纹孔，螺栓紧固件依次穿过固定环凹槽上的螺纹孔以及节块凸起上的螺纹孔后将固定环与节块相固定。

所述弹性支撑盘内设有硬质骨架，所述硬质骨架沿弹性支撑盘的圆周方向均布并且与弹性支撑盘固结成一个整体。

所述节块的数量在D/25~D/10之间，节块高度为6mm~25mm，其中，D为磨轮的外径。

所述弹性支撑盘与固定环之间采用树脂固化粘结、粘结剂粘结、过盈配合、焊接连接或结构连接。

所述弹性支撑盘的材料密度范围在0.5~3.0g/cm3之间，采用单一材质或多种材质复合而成。

所述固定环采用抗拉强度＞1200MPa的高强钢制造。

本发明一种超硬磨料磨轮的有益效果：

第一、发明一种钎焊超硬磨料磨轮，包括若干块节块，每块节块上钎焊超硬磨料，节块的制备是将合金焊料与超硬磨料置于节块待焊接表面，进行加热，使合金焊料熔化，固结超硬磨料与节块基体，使其成为一个整体，由于节块尺寸相对较小，易于钎焊制备与加热。

第二、固定环采用高强度钢加工制备，高强度钢具有较高的刚性与硬度，可保证固定环在圆周方向的精度及其它形位尺寸。

第三、固定环内部安装弹性支撑盘，弹性支撑盘采用弹性材料大幅度的减少了磨轮质量，并且由于采用弹性材料，相对于刚性材料制成的磨轮抗震性较好的同时，弹性支撑盘中心孔采用刚性套，保证中心孔尺寸与装配精度。

附图说明

图1为本发明实施例1磨轮基体结构示意图；

其中，1-刚性套 2-硬质骨架 3-弹性材料；4-带凸肩的固定环；

图2为实施例1中节块结构示意图；

其中5-钎焊超硬磨料节块；6-螺纹孔；

图3为图2的A-A面剖视图；

图4为实施例2磨轮基体的结构示意图；

图5为实施例2中节块结构示意图；

图6为图4的A-A面剖视图；

其中，9-带凹槽的固定环。

具体实施方式

本发明一种超硬磨料磨轮，所述的磨轮所用机床主轴转速在1300rpm~7800rpm之间，所述的磨轮的线速度不高于120m/s。

一种超硬磨料磨轮，包括节块、固定环、弹性支撑盘、刚性套，其中，所述节块包括若干块，每一块节块的表面钎焊超硬磨料，用于磨削加工。固定环采用高强度钢机加工而成，固定环的周向内表面与弹性支撑盘连接，固定环的周向外表面与若干块节块之间可拆卸的固定连接；弹性支撑盘的中心孔处过盈配合连接所述刚性套外壁，刚性套内壁与机床转轴配合连接。

所述的弹性材料密度在0.5~3.0g/cm³.弹性材料可以是一种单一材质，亦可以是多种材质复合而成。

所述固定环与节块之间采用可拆卸式连接，所述的可拆卸方式均可以将节块与固定环拆卸分离，节块可单独进行钎焊加热。

所述的固定环与钎焊超硬磨料节块的连接亦有多种方式，由于磨轮多为周向磨削，垂直于磨轮圆平面方向的横向受力较小，保证砂轮的固定环不存在横向移动即可。目的是保证节块安装后安装精度控制在0.05mm以内，固定环上表面与钎焊节块直接接触，且保持紧密结合，固定环与节块连接时，螺杆精确尺寸配合，公差小，端头采用螺纹，保证配合。

本发明中具体采取的方式有以下几种方式：

固定环与钎焊超硬磨料节块的连接实施例1

所述固定环的外表面上设有带螺纹孔的凸肩，所述节块上设有与所述凸肩相嵌合的凹槽，凹槽的两个槽壁上对称设有螺纹孔，通过螺栓紧固件将所述固定环与节块相固定。

固定环与钎焊超硬磨料节块的连接实施例2

所述固定环的外表面设有带螺纹孔的凹槽，所述节块上设有与所述凹槽相嵌合的凸起，凹槽槽壁及凸起上均设有螺纹孔，螺栓紧固件穿过所述固定环凹槽槽壁及节块上凸起的螺纹孔后将固定环与节块相固定。

固定环与钎焊超硬磨料节块的连接实施例3

所述固定环的外表面上设有凹槽，所述节块镶嵌于所述固定环上的凹槽中，并且节块表面的超硬磨料高出固定环外表面；还包括卡扣，所述卡扣将所述节块与固定环之间固定后与所述固定环之间螺纹连接。

本发明中节块与固定环的连接方式包括但不局限于卡扣式、滑轨式、镶嵌紧固式，固定环为高强度钢加工而成，形位精度高，保证了回转精度与圆度。

固定环内部为弹性支撑盘，用弹性材料填充，弹性材料包括但不局限于橡胶、尼龙、碳纤维、复合碳纤维材料、泡沫金属材料。弹性材料中心可以有硬质骨架支撑。弹性材料中心孔处安装刚性套，用以与安装轴配合。

所述的超硬磨料包括人造金刚石、立方氮化硼、聚晶金刚石、聚晶立方氮化硼、硬质合金颗粒。

所述的超硬磨料粒度平均粒径在0.05mm~2.5mm之间。

进一步的，作为本发明一种超硬磨料磨轮的一个优选技术方案，所述的磨轮规格在150~700mm之间，磨轮磨削宽度6mm~120mm。

进一步的，作为本发明一种超硬磨料磨轮的一个优选技术方案，所述节块个数在D/25~D/10之间，节块高度6mm~25mm，其中，D为磨轮的外径。

进一步的，作为本发明一种超硬磨料磨轮的一个优选技术方案，所述的硬质骨架组成的圆外径比弹性材料圆盘外盘小5~25mm.

进一步的，作为本发明一种超硬磨料磨轮的一个优选技术方案，所述的节块与固定环的配合间隙在0.05mm以内。

进一步的，作为本发明一种超硬磨料磨轮的优选技术方案，所述的固定环的与弹性材料的连接通过树脂固化粘结、粘结剂粘结、过盈配合、焊接连接、结构连接等多种方式，其目的是防止弹性材料与固定环之间的径向分离与垂直于弹性材料圆盘面的轴向分离。

所述的刚性套与弹性材料中心孔之间为过盈配合，刚性套可以为封闭环状，亦可以为开口环状。

下面详细说明可折卸式钎焊节块磨轮的装配方式：

（1）根据加工要求与磨削参数，选择合适的弹性材料与硬质骨架，硬质骨架为沿圆周方向均布的刚性材料，主要作用为提高弹性材料在圆周方向一定的刚性，其原理类似于汽车的轮毂。硬质骨架与弹性材料固结成一个整体，制备出弹性支撑盘。

（2）弹性支撑盘中心孔处安装刚性套，刚性套与弹性材料采用过盈装配配合。刚性套内孔尺寸与机床安装轴外径尺寸一致，可以正常配合使用。

（3）弹性支撑盘的圆周方向与固定环配合，在安装要求不高的情况下，可以直接过盈配合。安装要求高的情况下可采用粘结剂粘结，或者在制备弹性支撑盘时，与弹性材料、硬质骨架一起固结制备，提高结合强度。当然在一起固结制备时，固定环内表面可以通过安装销轴、花键等结构提高与弹性支撑盘的连接强度。

（4）固定环采用高强度钢加工制备，高强度钢具有较高的刚性与硬度，可保证固定环在圆周方向的精度及其它形位尺寸。固定环内表面与弹性支撑盘连接后，外表面可与钎焊超硬磨料的节块连接。

（5）钎焊超硬磨料节块的制备是利将合金焊料与超硬磨料置于节块待焊接表面，进行加热，使合金焊料熔化，固结超硬磨料与节块基体，使其成为一个整体，由于节块尺寸相对较小，易于钎焊制备与加热。所采用的布料工艺，无论是涂覆焊膏再布洒超硬磨料，还是将超硬磨料与合金焊料混合等，只要能将超硬磨料牢固的钎焊焊接在节块基体表面，均可认为是在本发明要求范围之内。

（6）由于固定环保证了圆周方向上的尺寸精度，安装钎焊后的超硬磨料节块圆周精度亦得到了保证，从而保证了超硬磨料砂轮稳定磨削。因为本发明所涉及的砂轮用于一般速率的砂轮磨削，在保证了装配精度的情况下，完全可以对常规磨料砂轮以及电镀超硬磨料砂轮进行了代替。