拼合式金刚石砂轮及其制作工艺的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种拼合式金刚石砂轮，包括夹紧于压板和基板之间的磨环，磨环由若干个单齿拼合而成，各单齿与压板和基板之间设有限制其径向、轴向和周向自由度的防飞机构；防飞机构包括凸和凹槽配合的卡嵌结构以及硬度和变形量适度的嵌入体，凸条和凹槽设置于各单齿与压板或∕和基板之间，嵌入体挤压变形于拼合磨环与压板夹持面、或与基板夹持面、或与压板和基板夹持面之间；本发明砂轮制作工艺的步骤为首先制造有等形磨耗结构的各单齿，然后将各单齿拼合成磨环，最后将拼合磨环夹紧于压板和基板之间，并设置防飞机构限制单齿径向、轴向和周向自由度。本发明将难以在整体磨环上加工的等形磨耗结构，通过分解为单齿并拼合而方便实现。
【专利说明】拼合式金刚石砂轮及其制作工艺
(-)【技术领域】:
[0001]本发明涉及金属结合剂金刚石磨削工具，具体为一种拼合式金刚石砂轮及其制作工艺。
(二)【背景技术】:
[0002]目前金属结合剂金刚石砂轮，一般采用粉末冶金烧结工艺制造金刚石工作环。常采用方式一:将金刚石工作环直接烧结到基体上。方式二:将烧结好的金刚石工作环通过机械或胶合等方式固结在基体上。方式三:对于一些间断齿式的异形轮，通常则采用钎焊的方式，将金刚石齿焊接固结到钢基体上。
[0003]为了提高金刚石砂轮加工时的效率水平以及被加工材料的表面光洁度，需要提高金刚石砂轮在工作过程中的排屑、冷却能力，其有效的方式是采用断续(冲击)磨削功能来提高磨削效率，通常的做法是在金刚石工作环工作面上设置一些有利于排屑(容屑)、冷却(容水)的槽、孔结构，目前一般采用通过模具预置或后加工(如电火花)或采用单齿焊接的方式来实现。
[0004]由于金刚石工作环是采用粉末冶金的工艺制造，在高温高压的制造过程中，金属粉体(结合剂)的流动性较差，如果模具结构过于复杂，压力传递就会受到影响，造成金刚石工作环的密实度不均匀而产生性能偏差。所以，现有技术的产品，通过模具预置实现所设置的槽、孔数量较少(例如，一般200mm直径的砂轮，设置少于12个)，并且形状简单，作用十分有限；而采用后加工方式往往是将金刚石环的某些部分去除掉，去除掉的部分含有昂贵的金刚石无法回收(比如电火花方式)而造成浪费，并且由于有金刚石的存在，通常加工难度较大，造成成本增高；采用钎焊方式，焊接强度、安全性难以保证，并且不适合精细化加工。
[0005]特别是金刚石异形砂轮，如专利申请号为201210013303.8的《防失形异形砂轮》发明专利，由于磨面为异形(非平面)，且异形磨面上开设了凹口而成为不参与磨削的非实体加工区，磨面的剩余部位为参与磨削的实体加工区，且所述实体加工区于不同轴向位置上的圆周总线长对应于被加工件同位置的加工余量，其对应关系为正比例关系或近似正比例关系，从而形成异形磨面的等形磨耗结构。由于这类异形砂轮的结构异常复杂，以上所描述的现有工艺技术难以制造。
(三)
【发明内容】
:
[0006]针对现有技术的局限性，本发明的目的是提出了一种结构简单、工艺合理、节省成本、高效安全的拼合式金刚石砂轮及其制作工艺。
[0007]能够实现上述目的的拼合式金刚石砂轮，包括夹紧于压板和基板之间的磨环，与现有技术所不同的是所述磨环由若干个单齿拼合而成，所述单齿与压板或/和基板之间设有限制单齿径向、轴向和周向自由度的防飞机构；所述防飞机构包括至少一对凸条和凹槽配合的卡嵌结构，所述凸条和凹槽设置于单齿与压板、或与基板、或与压板和基板之间，防飞机构还包括设于拼合磨环与压板夹持面、或与基板夹持面、或与压板和基板夹持面之间、当受到挤压时发生适当塑性变形的嵌入体，所述嵌入体的塑性变形方式为各单齿受力贴合或嵌入到嵌入体中和/或嵌入体填充进各单齿的拼合缝隙中而形成挡边。
[0008]所谓适当塑性变形，是指嵌入体的硬度要适中，既不能太硬，也不能太软。
[0009]如果嵌入体太硬则形变不够，嵌入体被挤压后难以形成与单齿端面之间的互嵌结构，更难以嵌入到相邻的单齿缝隙中而形成挡边；如果嵌入体太软则形变太大，形成的互嵌结构及挡边则刚性不足，在强力磨削的加工过程中不能有效控制单齿的自由度。
[0010]上述结构中各单齿在径向、轴向和圆周的自由度都被可靠限制，确保了使用中各单齿不会松动，保证由单齿拼合而成的磨环能够正常工作，否则，这种拼合式金刚石砂轮将可能失效甚至带来危险。
[0011]可根据砂轮在加工时的受力大小、各单齿的强度等因素选用不同软硬度的非金属体或金属体来作为嵌入体。
[0012]所述非金属体中，优选采用塑料、或采用橡胶、或采用树脂等有机材料制作的非金属体。
[0013]所述金属体中，优选采用金属片、或采用金属环、或采用金属线，所述金属片、金属环、或金属线为铝及合金铝、铜及铜合金、铁及铁合金制作，也为其它具有等效作用、软硬适度的金属单质或合金制作。
[0014]所述嵌入体的厚度选择范围在0.1mm?5mm之间，各单齿间的高低差越大，则嵌入
体厚度越大。
[0015]按常规，所述磨环的磨面上开设有容屑槽以及出水口。
[0016]对于异形面的磨削加工，所述磨面设为异形，所述容屑槽以及出水口作为不参与磨削的非实体加工区，而磨面的剩余部位为参与磨削的实体加工区，所述实体加工区于不同轴向位置上的圆周总线长对应于被加工件同位置的加工余量，其对应关系为正比例关系或近似正比例关系，从而形成异形磨面的等形磨耗结构。
[0017]砂轮进一步的结构设计是，所述压板用紧固螺钉紧固于基板上，压板的中心孔与基板的中心轴颈之间形成环形进水槽；所述容屑槽以及出水口形成于单齿之间，所述环形进水槽、压板和基板之间形成的储水腔以及出水口形成砂轮的冷却水通道；具有这种结构的砂轮具有内冷却功能，能够在外冷式磨削机床上使用。
[0018]拼合式金刚石砂轮制作工艺，包括以下几个步骤:
[0019]1、制造各单齿。
[0020]2、将若干个单齿拼合成磨环。
[0021]3、将拼合磨环夹紧于压板和基板之间，其中各单齿与压板或/和基板之间设置限制各单齿径向、轴向和周向自由度的防飞机构。
[0022]所述防飞机构包括至少一对凸条和凹槽配合的卡嵌结构以及硬度和变形量适度的嵌入体，所述凸条和凹槽设置于各单齿与压板、或与基板、或与压板和基板之间，所述嵌入体挤压变形于拼合磨环与压板夹持面、或与基板夹持面、或与压板和基板夹持面之间；所述卡嵌结构限制了各单齿的径向自由度，而在挤夹力的作用下，嵌入体发生适度塑性变形，使高低不平的各单齿受力贴合或嵌入到嵌入体中，从而限制了各单齿的轴向自由度，与此同时嵌入体还填充进各单齿拼合缝的间隙中而形成挡边，因此各单齿的周向自由度也受到限制。[0023]可根据砂轮在加工时的受力大小、各单齿的强度等因素选用不同软硬度的非金属体或金属体来作为嵌入体。
[0024]所述非金属体中，优选采用塑料、或采用橡胶、或采用树脂等有机材料制作的非金属体。
[0025]所述金属体中，优选采用金属片、或采用金属环、或采用金属线，所述金属片、金属环、或金属线为铝及合金铝、铜及铜合金、铁及铁合金制作，也为其它具有等效作用、软硬适度的金属单质或合金制作。
[0026]所述嵌入体厚度的选择范围在0.1mm?5mm之间，各单齿间的高低差越大，则嵌入
体厚度越大。
[0027]可采用粉末冶金烧结工艺制造单齿，由于粉末冶金压制方向的局限性以及复杂模具对压力传递的局限性被解除，因此单齿相对于整体磨环而言更容易制造出复杂的异形磨面形状，从而能够保证磨环等形磨耗的结构。
[0028]进一步的设计，所述压板用紧固螺钉紧固于基板上，压板的中心孔与基板的中心轴颈之间形成环形进水槽；容屑槽以及出水口形成于相邻单齿之间，所述环形进水槽、压板和基板之间形成的储水腔以及出水口形成砂轮的冷却水通道。
[0029]本发明的优点:
[0030]1、本发明拼合式金刚石砂轮及其制作工艺，将难以在整体磨环上加工的“等形磨耗结构”，通过分解为单齿并拼合而方便实现。
[0031]2、本发明拼合式金刚石砂轮及其制作工艺，大大降低了模具的加工难度，节省了大量磨环的原材料。
[0032]3、本发明拼合式金刚石砂轮及其制作工艺有利于实施自动化大批量生产。
(四)【专利附图】
【附图说明】:
[0033]图1为本发明一种实施方式的立体结构示意图。
[0034]图2为图1实施方式的主视图。
[0035]图3为图1、图2中单齿的立体结构示意图。
[0036]图号标识:1、压板；2、基板；2_1、中心轴颈；3、单齿；3_1、凸条；3_2、出水口 ；4、嵌入体；5、紧固螺钉；6、环形进水槽；7、储水腔；8、支撑垫块。
(五)【具体实施方式】:
[0037]下面结合一种实施方式及其附图对本发明的技术方案作进一步说明:
[0038]在本实施方案中，本发明拼合式金刚石砂轮是通过基体将具有等形磨耗结构的磨环夹持固结成为异形砂轮，磨环的异形磨面上设置不参与磨削的容屑槽以及出水口 3-2作为即非实体加工区，而异形磨面的剩余部位为参与磨削的实体加工区，所述实体加工区于不同轴向位置上的圆周总线长对应于被加工件同位置的加工余量，其对应关系为正比例关系或近似正比例关系；所述基体由和环状压板I和基板2组装而成，所述磨环由若干个单齿3拼合而成，拼合磨环置于基板2的圆周外缘，环状压板I置于基板2上均布的支撑垫块8上，并通过对应位置的紧固螺钉5将环状压板I紧固于基板2上，环状压板I将拼合磨环夹持固定于基板2上，环状压板I与基板2的中心轴颈2-1之间形成环形进水槽6，压板I与基板2之间形成储水腔7，如图1、图2所示。
[0039]为保证拼合磨环能够正常工作,各单齿3在径向方向、轴向方向和圆周方向的自由度都必须得到可靠限制，确保使用中各单齿3不会在离心力的作用下而松动，本发明异形砂轮中通过防飞结构实现对各单齿3的限制。
[0040]所述防飞结构中采用卡嵌结构限制各单齿3的径向自由度；所述卡嵌结构为在单齿3对应于环状压板I和基板2的上、下侧面上设置一条、两条或多条凸条3-1，在环状压板I和基体2上的对应位置上开设一条、两条或多条凹槽，装配时个单齿3的凸条3-1嵌入环状压板I和基体2的凹槽中，形成在径向方向对各单齿3的自由度限制，如图1、图2、图3所示。
[0041]所述防飞结构中还采用硬度和变形量适度的金属片作为嵌入体4限制各单齿3的轴向方向和圆周方向的自由度:所述金属片挤压变形于环状压板I和与拼合磨环的夹持面之间，在紧固螺钉5的锁紧力作用下，通过环状压板I压迫金属片使其发生适量的塑性变形，用以填充高度略有差异的各单齿3与环状压板I夹持面间的空隙，使紧固力能够经金属片作用在每个单齿3上，形成在轴向对各单齿3的夹持固结而将轴向和径向自由度限制；与此同时，塑性变形的金属片挤入各单齿3的拼合缝中填充间隙，形成了与各单齿3齿数等量的挡边，并且，由于各单齿3由粉末冶金方式制造，每个单齿3因模具膨胀或磨损等因素造成变形而略有差异，高低不同的各单齿3嵌入金属片的深度也不同，从而形成了金属片对各单齿3在圆周方向的自由度限制，如图2所示。
[0042]所述金属片优选铝及铝合金、铜及铜合金、铁及铁合金等具有一定强度的金属或合金材料制作。
[0043]所述金属片的软硬度需要根据在砂轮加工时的受力大小、各单齿3的强度等因素来选择。
[0044]所述金属片的厚度在0.1mm?5mm之间选择,各单齿3间的高低差越大,所用的金
属片厚度越大。
[0045]所述嵌入体4也可采用硬度及变形量适度的非金属体，如用塑料、或用橡胶、或用树脂等有机材料制作的非金属体。
[0046]对各单齿3三个方向自由度所采取的措施，其作用相互辅助、叠加，各单齿3固结强度可靠，确保了拼合磨环能够在使用中正常工作。
[0047]各单齿3的中间部分为磨削实体，磨削实体两侧的空位为非实体加工区域，从而于各单齿3间形成了容屑槽以及出水口 3-2，所述环形进水槽6、储水腔7以及出水口 3-2形成异形砂轮的冷却水通道，如图2、图3所示。
[0048]本发明拼合式金刚石砂轮制作工艺包括以下几个步骤:
[0049]1、制造前述的具有等形磨耗结构的各单齿3。
[0050]2、将若干个单齿3拼合成磨环。
[0051]3、将拼合磨环夹紧于压板I和基板2之间，其中各单齿3与压板I或/和基板2之间设置限制各单齿3径向、轴向和周向自由度的防飞机构。
[0052]所述防飞机构的设置方案如前所述。
[0053]以上描述仅为对本发明的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本发明并非限定于此；凡在本发明的公开的范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.拼合式金刚石砂轮，包括夹紧于压板(I)和基板(2)之间的磨环，其特征在于:所述磨环由若干个单齿(3)拼合而成，所述单齿(3)与压板(I)或/和基板(2)之间设有限制单齿(3 )径向、轴向和周向自由度的防飞机构；所述防飞机构包括至少一对凸条(3-1)和凹槽配合的卡嵌结构，所述凸条(3-1)和凹槽设置于单齿(3)与压板(I)、或与基板(2)、或与压板(I)和基板(2)之间，防飞机构还包括设于拼合磨环与压板(I)夹持面、或与基板(2)夹持面、或与压板(I)和基板(2)夹持面之间、当受到挤压时发生适当塑性变形的嵌入体(4)，所述嵌入体(4)的塑性变形方式为各单齿(3)受力贴合或嵌入到嵌入体(4)中和/或嵌入体(4)填充进各单齿(3)的拼合缝隙中而形成挡边。
2.根据权利要求1所述的拼合式金刚石砂轮，其特征在于:所述嵌入体(4)为非金属体或金属体。
3.根据权利要求2所述的拼合式金刚石砂轮，其特征在于:所述非金属体为塑料、或为橡胶、或为树脂制作。
4.根据权利要求2所述的拼合式金刚石砂轮，其特征在于:所述金属体为金属片、或为金属环、或为金属线，所述金属片、金属环、或金属线为铝及合金铝、铜及铜合金、铁及铁合金制作，也为其它具有等效作用、软硬适度的金属单质或合金制作。
5.根据权利要求1~4中任意一项所述的拼合式金刚石砂轮，其特征在于:所述嵌入体(4)的厚度为0.1mm~5_。
6.根据权利要求1~4中任意一项所述的拼合式金刚石砂轮，其特征在于:所述磨环的磨面上开设容屑槽以及出水口(3-2)。
7.根据权利要求6所述的拼合式金刚石砂轮，其特征在于:所述磨面为异形，所述容屑槽以及出水口(3-2)作为不参与磨削的非实体加工区，而磨面的剩余部位为参与磨削的实体加工区，所述实体加工`区于不同轴向位置上的圆周总线长对应于被加工件同位置的加工余量，其对应关系为正比例关系或近似正比例关系，从而形成异形磨面的等形磨耗结构。
8.根据权利要求1~4中任意一项所述的拼合式金刚石砂轮，其特征在于:所述压板(I)用紧固螺钉(5)紧固于基板(2)上，压板(I)的中心孔与基板(2)的中心轴颈(2 — I)之间形成环形进水槽(6);所述容屑槽以及出水口(3-2)形成于相邻单齿(3)之间，所述环形进水槽(6)、压板(I)和基板(2)之间形成的储水腔(7)以及出水口(3-2)形成砂轮的冷却水通道。
9.拼合式金刚石异形砂轮制作工艺，其特征在于包括以下几个步骤: ①、制造各单齿(3)； ②、将若干个单齿(3)拼合成磨环； ③、将拼合磨环夹紧于压板(I)和基板(2)之间，其中各单齿(3)与压板(I)或/和基板(2)之间设置限制单齿(3)径向、轴向和周向自由度的防飞机构。
10.根据权利要求9所述的拼合式金刚石砂轮制作工艺，其特征在于:所述防飞机构包括至少一对凸条(3-1)和凹槽配合的卡嵌结构和具有一定硬度和变形量的嵌入体(4)，所述凸条(3-1)和凹槽设置于各单齿(3)与压板(I)、或与基板(2)、或与压板(I)和基板(2)之间，所述嵌入体(4)挤压变形于拼合磨环与压板(I)夹持面、或与基板(2)夹持面、或与压板(I)和基板(2)夹持面之间；所述卡嵌结构限制了各单齿(3)的径向自由度，而在挤压力的作用下，嵌入体(4)发生适度塑性变形，使高低不平的各单齿(3)受力贴合或嵌入到嵌入体(4)中，从而限制了各单齿(3)的轴向自由度，与此同时嵌入体(4)还填充进各单齿(3)拼合缝的间隙中而形成挡边，因此各单齿(3)的周向自由度也受到限制。
11.根据权利要求10所述的拼合式金刚石异形砂轮制作工艺，其特征在于:所述嵌入体(4)为非金属体或为金属体。
12.根据权利要求11所述的拼合式金刚石砂轮制作工艺，其特征在于:所述非金属体为塑料、或为橡胶、或为树脂制作。
13.根据权利要求11所述的拼合式金刚石异形砂轮制作工艺，其特征在于:所述金属体为金属片、或为金属环、或为金属线，所述金属片、金属环、或金属线为铝及合金铝、铜及铜合金、铁及铁合金制作，也为其它具有等效作用、软硬适度的金属单质或合金制作。
14.根据权利要求10~13中任意一项所述的拼合式金刚石砂轮制作工艺，其特征在于:所述嵌入体(4)的厚度为0.1mm~5mm。
15.根据权利要求10~13中任意一项所述的拼合式金刚石砂轮制作工艺，其特征在于:所述各单齿(3)具有如权利要求7所述的等形磨耗结构。
16.根据权利要求10~13中任意一项所述的拼合式金刚石砂轮制作工艺，其特征在于:所述压板(I)用紧固螺钉(5)紧固于基板(2)上，压板(I)的中心孔与基板(2)的中心轴颈(2 — I)之间形成环形进水槽(6);容屑槽以及出水口(3-2)形成于相邻单齿(3)之间，所述环形进水槽(6)、压板(I)和基板(2)之间形成的储水腔(7)以及出水口(3-2)形成砂轮的冷却水通道。
【文档编号】B24D7/18GK103659626SQ201310469420
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年10月10日 优先权日:2013年5月14日
【发明者】宋京新, 蔡元沛, 宿恒, 郭新玲, 龙慧玲, 梁安宁 申请人:桂林创源金刚石有限公司