带有一体化安装板的盘式磨轮的制作方法

专利名称：带有一体化安装板的盘式磨轮的制作方法
技术领域：
本发明涉及磨轮，具体来说，涉及具有一体化安装板以便于安装到表面打磨机面板的盘研磨轮。
背景技术：
砂轮(即磨轮)广泛用于传统的打磨机和手持角磨机上。当砂轮在这些机器上使用时，砂轮固定在其中心处并以高速转动，同时砂轮压靠在加工件(即，工件)上。磨轮的打磨面通过磨轮的磨削颗粒的联合切削作用磨削掉工件的表面。
磨轮既用于粗打磨也用于精密打磨操作。粗打磨用来实现快速的切削量而不特别顾及表面光洁度和燃烧灼热。粗打磨的实例包括从坯段中快速除去杂质、焊缝准备和切断钢材。精密打磨涉及到控制要除去的切削量以达到要求的尺寸公差和/或表面光洁度。精密打磨的实例包括磨去精确量的材料、磨锋利、成形以及诸如抛光和和顺(即，平滑焊珠)那样的通常表面光洁度的加工。使用传统的表面打磨机或角磨机，其具有定向成相对于工件的角度达到约为6度的平表面，其中，磨轮的大致平表面施加到工件上，这样的传统面磨轮或表面磨轮既可用于粗打磨也可用于精密打磨。传统面磨轮或表面磨轮通常是这样进行制造，通过模制磨粒和粘结剂混合物来形成刚性单块的粘结起来的砂轮，其中可带有或不带有纤维加强。合适的粘结砂粒的实例包括氧化铝、碳化硅和氧化铝氧化锆颗粒，它们放置在环氧树脂的粘结基体中。粘结砂粒的其它实例包括金刚石、CBN、氧化铝，或碳化硅颗粒，它们置于玻璃状或金属状的粘结剂中。ANSI (美国国家标准学会)指定的各种轮的形状一般地可用于面或表面的打磨操作。这些磨轮类型包括圆柱形轮(类型2)、磨盘(具有平的环形打磨面的磨轮)、直杯形磨轮(类型6)、锥形杯磨轮(类型11)、盘磨轮(类型12)，以及中心凹陷的磨轮(类型27和 28)。许多诸如类型6的直杯形磨轮和其它具有凹陷中心的磨轮那样的这些传统的面磨轮或表面磨轮，只要简单地利用穿过磨轮中心孔并将磨轮拧紧到一个或多个心轴法兰上的螺纹紧固件，就可方便地安装到打磨机的心轴/柄轴上。然而，在许多其它的应用中，例如，借助于其结构和/或相对大的尺寸，就可以不破坏打磨面连续性的方式，理想的是将这些磨轮固定到径向向外离磨轮中心孔的多个位置处。如图I所示，该种接合方式通常将螺纹的金属螺母20嵌入到磨盘30的背表面上来实现。螺母与通过打磨机的法兰或面板24的螺栓22啮合。该方法有利地提供相当大量的均布接触点，这甚至可将较大的磨轮可靠地固定到打磨机上(例如，对于直径为42英寸(107cm)的磨轮，可用高达64个螺母和螺栓的组合20、22)。然而，该方法的缺点在于，如此的磨轮会根据螺栓孔布置图形各需要放置高达64个螺母，且螺栓孔的图形会根据磨轮的类型和大小以及根据打磨机制造商而变化。这样，这些磨盘的制造包括与按照要求孔图形来嵌入螺母相关的加工步骤，会趋于相当耗时和劳动强度变大。例如，螺母20通常借助于模具填料和压制操作过程中使用的复杂的固定设备来实现嵌入。在热固化操作之前取走该固定设备，由于没有了固定设备提供的支承作用，螺母在磨盘烘烤过程中随着盘的固化而趋于移动，这在磨盘安装到打磨机上时会产生对中问题。或者，固定设备可在模制过程中用来支承螺母。固定设备和螺母的螺纹啮合会使盘和板烘烤成一个单元。一旦烘烤完成，通过拧松螺纹来取出固定设备，以便从烘烤的盘中释放出固定设备。尽管烘烤带有附连的固定设备的盘趋于将螺母的任何运动减到最小，但该方法有效地阻止烘烤完成之前再次使用固定设备，这要求使用者手中备有相当数量的固定设备。在已经有的一般磨盘制造操作所需的大量分散的零件中，又添加了该要求，这对于制造要求规格和类型范围内的盘可能需要上千个零件。 参照图2，其它安装方法使用具有钻孔和攻丝的安装孔的钢制安装板36，该安装孔构造成接纳通过打磨机面板24的螺纹的柱头螺栓或螺栓。如图所示，板36连接到盘30的后表面。尽管该方法可满意地用于某些(例如，小直径的)磨轮，但与适用于例如直径达44英寸(112cm)和重量达3001bs (136kg)的大磨轮的金属板24相关的附加重量和成本趋于被限制。因此，需要有改进的表面打磨磨盘和将磨盘固定到打磨机上的方法。

发明内容
在本发明一个方面中，研磨剂粘结起来的磨轮设有一粘结的磨盘，磨盘包括设置在粘结剂基体内的研磨颗粒和一体地固定到磨盘上的安装板。该安装板具有以预定图形设置在板内的多个非金属的第一螺纹紧固件部分，安装板用包括聚合物材料的组合物制造。非金属的第一螺纹紧固件部分各构造成与沿着打磨机面板设置的多个第二螺纹紧固件部分相应地接合。在本发明的另一个方面，一种制造磨轮的方法包括由包括聚合物材料的组合物形成安装板，并且沿着所述安装板以预定图形设置多个非金属的第一螺纹的紧固件部分，所述第一螺纹的紧固件部分各构造成与沿着打磨机面板设置的多个第二螺纹紧固件部分相应地接合。该方法还包括形成粘结的磨盘和一体地将板固定到磨盘上。在还有另一方面中，研磨剂粘结起来的磨轮设有一粘结的磨盘，磨盘包括设置在粘结剂基体内的研磨颗粒。用包括聚合物材料的组合物制造的安装板一体地固定到磨盘上。该安装板具有多个以预定图形加工在板内的非金属的第一螺纹紧固件部分，非金属的第一螺纹紧固件部分各构造成与沿着打磨机面板设置的多个第二螺纹紧固件部分相应地接合。盘具有的直径范围从约5英寸(13cm)至约44英寸(112cm)。安装板的屈服强度至少为40MPa。多个第一螺纹紧固件部分各具有至少为500磅(2224牛顿)的拉伸强度，磨轮的爆裂强度至少为每分钟10560表面英尺(每分钟3219表面米)。在本发明还有另一方面中，粘结研磨剂的磨轮设有一粘结的磨盘，磨盘包括设置在粘结剂基体内的研磨颗粒。安装板一体地固定到磨盘上，并具有多个以预定图形设置在板内的第一螺纹紧固件部分。安装板包括多个在第一紧固件部分之间径向地和圆周地延伸的细长支承件，安装板用包括聚合物材料的组合物制造。第一螺纹紧固件部分各构造成与沿着打磨机面板设置的多个第二螺纹紧固件部分相应地接合。


结合附图阅读以下本发明各个方面的详细描述，将会更加容易地明白本发明的上述和其它特征和优点，附图中图I是固定到传统打磨机面板上的现有技术的磨盘一部分的侧视截面图；图2是固定到传统打磨机面板一部分上的现有技术的另一磨盘一部分的侧视截面图；图3是固定到传统打磨机面板上的本发明实施例一部分的侧视截面图；图4是沿图3的线4-4截取的截面图，本发明安装板的选项部分用虚线显示；·图5是类似于图4的本发明安装板的一替代实施例的视图；以及图6是沿线6-6截取的截面图，包括图5实施例的可选的方面。
具体实施例方式在以下的详细描述中，参照构成说明书一部分的附图，其中，借助于图表来显示实践本发明的具体实施例。这些实施例充分详细地进行描述，以使本技术领域内的技术人员可实施本发明，应该理解到也可采用其它的实施例。还应理解到，可在结构上、程序上以及系统上作出变化，而不脱离本发明的金属和范围。因此，以下详细描述不能看作有限制含义，本发明的范围由附后的权利要求书及其等价物予以定义。为阐述清晰起见，附图中所示的相同特征用相同的标号表示，附图中替代实施例中所示的类似特征用类似的标号表示。如以上参照图I所讨论，金属螺母20通常模制在磨盘30内，以提供将盘安装在进行面打磨操作的磨轮的面板24上的固定装置。该方法显示对宽的规格范围的面打磨操作提供结构上可靠的安装,例如,直径范围可从200mm至1067mm (8_42英寸)或以上。然而，如上所述，由于存货管理和手头上必须持有大量(往往上千个)分散的部件而增加劳动力的缘故，制造如此相对大范围磨轮规格的能力趋于使成本提高。因此，需要减少零件的数目，而不损害生产大范围磨轮规格和结构的能力。尽管也许是违反自觉的，但本发明人业已发现，通过添加特定磨轮或磨盘的零件数量，能够简化磨轮的制造，以减少生产轮/盘所需的零件总数量。此外，本发明已经找到如何降低制造过程的劳动力要求。通过有效地将螺纹紧固件部分(例如，螺纹的螺母或螺纹孔)从磨盘移至单一离散的安装板，该安装板可在盘烘烤之前或之后固定到磨盘上，由此，本发明的实施例已经达到上述目的。该构造能相对定制地放置紧固件部分，以便相对于盘的模制发生“离线(off-line)”，有助于简化盘本身其它相对复杂的制造。通过使用安装板来精确地定位和固定螺纹的紧固件部分，这些实施例消除了与插入销等相关的复杂性，以将每个紧固件个别地保持就位在轮的模具内，一旦模制完成就将它们取出。现转到图3，本发明的一实施例包括一用非金属材料制成的安装板40。或者，板40可用诸如铸铁或粉末金属(使用传统的粉末冶金工艺)那样的金属材料制造。板40包括多个以某种图形设置的紧固件部分20’，所述图形对应于特定的传统打磨机面板24的螺栓的图形。安装板40可利用诸如交联环氧树脂那样的一个或多个粘结剂42来支承磨盘30’，和/或利用盘30’与突脊或锥形槽43机械接合而形成的机械互锁来形成如图所示的燕尾槽型的紧固件。该互锁也可通过就地模制板40与如下讨论的盘30’来形成。因此，这样，磨盘30’就固定到打磨机的面板24，同时有效地从磨盘30’本身移去紧固件部分20’。此外，用诸如传统的热塑性或热固性材料的聚合物材料来制造板40，可在打磨操作过程中提供板以足够的机械强度和结构上的特性来支持磨盘30’(将在下面讨论)，同时保持相对轻的重量和相对低的成本。为了满足要求的机械强度和结构上的特性，几个实施例设有一安装板，安装板的直径至少约为盘直径的50%至90%。如下文中所讨论，板总的横截面面积范围在图4实施例的盘面积的40%至100%内，而在图5实施例的盘面积的5%至27%范围内。根据下面表II所述的试验方法，安装板的实施例具有至少为40MPa至IOOMPa的屈服强度。根据下面表III所述的试验方法，螺纹紧固件部分的拉伸强度至少为500磅(2224牛顿)至约1200磅(538牛顿)。本技术领域内的技术人员将会认识到，在操作过程中，由于一般运行的速度相当 高，所以完全的磨轮组件可能经受相当高的离心力，特别在磨轮的周缘处。因此，本文所述的全部的实施例曾经进行试验，使它们经受爆裂强度试验，该试验包括使它们经受的转动速度至少为最大运行速度的I. 76倍。这些实施例都显示出至少为每分钟10560表面英尺(每分钟3219表面米)或更大的(某些实施例达到每分钟14000表面英尺以上)爆裂强度，对于最大运行速度，验证这些实施例的爆裂强度为每分钟6000表面英尺(每分钟1829表面米)。基本上任何具有必要的机械强度和结构特性的材料都可用于安装板40、40’。在某些特定的实施例中，满意的材料包括那些具有至少为40MPa屈服强度的材料，且紧固件部分20’要具有至少为500磅(2224牛顿)的拉伸强度(例如，使用标准的3/8-11螺栓)。在其它的实施例中，屈服强度需要是100-500MPa，而拉伸强度至少为1200磅。这些要求可用许多种聚合物材料来满足，包括各种热塑性的或热固性的材料，带有纤维加强或不带有纤维加强(例如，芳族聚酸胺、碳、玻璃)。可适用于某些应用的热塑性材料实例包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、丙烯酸、聚缩醛(乙缩醛)、聚丙烯酸酯(丙烯酸)、聚丙烯腈(PAN或丙烯腈)、聚酰胺(PA或尼龙)、聚酰胺-酰亚胺(PAI)、聚碳酸酯(PC)，以及聚氯乙烯(PVC)，以及它们的组合。此外，使用具有要求屈服强度和拉伸强度的热固性材料，能使板40就地与磨盘30’模制，无需在暴露于如下文中讨论的与其它传统方式模制和固化操作相关的热量和压力前再次熔化。示范的热固性材料包括酚醛树脂和诸如聚碳酸酯和聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)之类的聚酯树脂，可供选择地用纤维(玻璃纤维、碳纤维、聚合物纤维和矿物纤维)加强，以及它们的组合物。磨盘30’基本上可用磨轮技术领域内的技术人员熟知和/或将来进行开发的任何研磨剂/粘结剂的组合来制造。此外，盘30’可有利地用任何要求的方式进行制造，例如，利用传统的模制和焙烧工艺。在一代表性的实例中，盘30’包括38vol. %的研磨剂颗粒(体积百分比)、14vol. %的粘结剂以及48vol. %的孔隙。合适的磨轮材料和制造工艺的其它实例揭示在以下专利中美国专利Nos. 5，658，360,6, 015，338和6，251，149，以及受让于Saint-Gobain Abrasives, Inc.的美国专利系列No. 10/510，541,本文完全援引它们以供参考。在所示的实施例中，紧固件部分20’包括多个螺纹孔，它们的大小和形状适于螺纹地啮合相匹配的紧固件部分22，例如，从如图所示的机器面板24中延伸出来的螺栓或双头螺栓。紧固件部分20’的优点在于可在板加工好之后方便地形成紧固件部分20’，例如，在XY台上使用传统的CNC铣床或钻床，沿着任意要求的图形进行钻孔和攻丝。紧固件部分20’也可方便地模制到板40上。或者，紧固件部分可包括嵌入在板40内的螺纹的(非金属的或在某些实施例中为金属的)螺母20”，如图中虚线所示。在还有另一实施例中，紧固件部分可采取嵌入在安装板内的螺栓或柱头螺栓的形式，它们有足够的长度穿过面板24内的孔并与孔接合，和/或它们用螺纹的螺母固定在位置上。如图所示，这些实施例沿着任何名义上要求的图形提供紧固件部分20’、20”，无需个别地将紧固件部分20’定位在磨盘30’内。此外，不存在突入到磨盘30’内的固定夹具且不需在模制之后从盘中移去夹具，这简化了盘30’的制造，同时降低或消除应力集中和/或由此产生裂缝的可能性。现转到图4-6，安装板可以任何多种大小和形状进行制造，只要它们能将紧固件部分20’、20”保持在要求的部位上。例如，如图4所示，安装板40可形成为大体的圆盘，SP，具有如图所示的圆形横截面。根据特定的应用，板40可设置有中心孔或没有中心孔(如虚线46所示)。如上所讨论，在特定的实施例中，板40设置有一横向截面面积，该面积为板所固定的磨盘面积的约50%至100%范围之内，特别地约为90%至100%范围之内。安装板的外直径至少约为盘直径的50%至90%。在特别的实施例中，板直径(Pd)至少为磨盘外直径和中心孔直径之和的一半，如方程I所示。方程I :Pd =(盘直径+孔直径)/2板一般有足够厚度，以使螺栓至少有三个螺纹啮合紧固件部分20’、20”而不接触磨盘30’。在特定的实施例中，这可通过提供厚度至少为1/2 (O. 5)英寸(I. 27cm)(在某些特定实施例中较佳地为5/8 (O. 625)英寸(I. 6cm))的板来实现，其中5/8-11螺栓至少有1/4 (O. 25)英寸(O. 6cm)延伸入紧固件部分内。如图5和6所示，在另一替代实施例中，安装板40’可加工成一系列个别的紧固件部分20’、20”，它们用支承件44的网络彼此连接，例如，以毂和辐条的结构。在该实施例中，板40’可设置有确定的横截面面积(即，横向于其转动轴线)，该面积是板所固定的磨盘30’面积的约5%至27%范围之内。该安装板40’可使用如上所述的粘结剂42固定到磨盘30’。此外，和/或作为替代方式，板40’可使用或不使用粘结剂42方便地在就地与磨盘30’模制，这将在下文中详细讨论。在模制过程中，支承件44的网络使紧固件部分20’、20”保持要求的相对定位。还有，在该实施例中，可选可选的互锁部分(支承件44的突脊43(图6)和/或形成在支承件44之间的间隙43’ )通过在模制过程中用研磨剂/粘结材料接合，或在模制过程中基本上用研磨剂/粘结材料填充，以形成与磨盘30’的机械互锁，从而将板40’固定到磨盘30’。这样，磨盘30’可设置有嵌入的紧固件部分20’、20”，无需采用销子/板来个别地将紧固件部分定位在模具内，而其后这样的销子/板必须从磨盘中取出。描述了本发明的各种实施例，现将结合下表I来描述各实施例的制造。如图所示，通过模制和/或机加工成要求的大小和形状的板40，40’，形成(50)诸如玻璃加强的聚酯那样的合适材料。板可供选择地设置有(51) —个或多个突脊43(例如，横截面形状近似于五边形或某些其它几何形的横截面形状，以将板锚固到磨盘)和/或间隙43’，由此实现如上所述的机械互锁。紧固件部分20’、20”沿着预定孔图形放置(52)在板40内。紧固件部分(例如，螺母、螺栓或柱头螺栓)可模制到板内或机加工到板内，例如，采用钻孔和攻丝。然后，安装板可附连(54)到磨盘30’，可选地使用(56)诸如GY6004两组分环氧树脂(Vantico AG, Bassel Switzerland)那样的粘结剂，既可在模制之前也可在模制之后在施加热量的同时进行涂敷。或者，也可在模制磨盘30’之后，不施加热量，使用诸如Epoweldl3230 (USA, Belleville, NJ 的 ElementisSpecialties, Inc.)那样传统的板自固化环氧树脂。例如，在某些应用中，通过将板40放置到合适大小和形状的模具内，并连带粘结剂/研磨剂混合物一起放置，则安装板40可就地与磨盘30’一起模制(58)。粘结剂42可选择在将粘结剂/研磨剂混合物放置到模具内之前涂敷到板40上，以帮助实现板40和磨盘 30’之间的可靠连接。作为另一选项，如果提供步骤51，则突脊43可用来有效地形成(60)机械互锁或“键”来帮助将板40、40’固定到盘30’，如图3所示。然后，可用加热来固化板和盘的结合(62)。表I
权利要求
1.粘结研磨剂的磨轮，包括 粘结的磨盘，磨盘包括设置在粘结剂基体内的研磨颗粒；以及安装板，其中所述安装板用形成在所述粘结的磨盘和所述安装板之间的模制的机械互锁机械地捕捉到所述磨盘上。
2.如权利要求I所述的磨轮，其特征在于，所述安装板包括由研磨/粘结材料接合的互锁部分以形成所述机械互锁。
3.如权利要求I所述的磨轮，其特征在于，所述安装板包括基本以研磨/粘结材料填充的互锁部分以形成所述机械互锁。
4.如权利要求2或3所述的磨轮，其特征在于，所述机械互锁包括燕尾型接头。
5.如权利要求I所述的磨轮，其特征在于，所述机械互锁包括形成在所述安装板上的至少一个突脊，并且所述粘结的磨盘机械地接合突脊以将所述安装板固定到所述粘结的磨盘。
6.如权利要求I所述的磨轮，其特征在于，所述机械互锁包括至少一个形成在所述安装板上的锥形槽，并且所述粘结的磨盘机械地接合所述锥形槽以将所述安装板固定到所述粘结的磨盘。
7.如权利要求I所述的磨轮，其特征在于，所述安装板就地与所述粘结的磨盘一起模制。
8.如权利要求I所述的磨轮，其特征在于，还包括将所述安装板粘附到所述粘结的磨盘上的粘合剂。
9.制造磨轮的方法,所述方法包括 形成包括第一互锁部分的安装板；以及 将粘结的磨盘模制到所述安装板上，其中所述安装板用形成在所述粘结的磨盘和所述安装板之间的模制的机械互锁机械地捕捉到所述磨盘上。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第一互锁部包括突脊、锥形槽或其组口 ο
11.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述机械互锁将所述安装板固定到所述粘结的磨盘上。
12.如权利要求9所述的方法，其特征在于，在形成所述粘结的磨盘之前将粘合剂涂到所述安装盘。
全文摘要
本发明公开了一种粘结研磨剂的磨轮，包括粘结的磨盘，磨盘包括设置在粘结剂基体内的研磨颗粒；以及安装板，其中安装板用形成在粘结的磨盘和安装板之间的模制的机械互锁机械地捕捉到磨盘上。此外，本发明还公开了一种制造磨轮的方法，该方法包括形成包括第一互锁部分的安装板；以及将粘结的磨盘模制到安装板上，其中安装板用形成在粘结的磨盘和安装板之间的模制的机械互锁机械地捕捉到磨盘上。
文档编号B24D7/16GK102935620SQ20121044505
公开日2013年2月20日 申请日期2007年11月27日 优先权日2006年12月15日
发明者M·J·兰勃格, A·R·保尔丁 申请人:圣戈本磨料股份有限公司, 圣戈本磨料公司