研磨加工的制作方法

本公开涉及用于旋转研磨加工的装置。

背景技术：

研磨加工的机制是已知的。一种成熟的研磨加工技术是磨削，其用称为磨轮的旋转研磨加工工具实施。磨轮形成为具有与部件的期望轮廓相反的工具轮廓。由于磨轮在使用过程中磨损，因此存在需要使用称为修整的工艺来实现工具轮廓的恢复的时刻。该操作使用称为旋转修整器的旋转研磨加工工具。因此应当理解，本文对“旋转研磨加工工具”的引用因此扩展到磨轮，旋转修整工具，并且甚至扩展到这样的加工工具的其它形式。

常规的旋转研磨加工工具典型地具有带有随机特性的研磨表面。实际上，这意味着表面中的研磨元件具有不均匀的间距和从表面突出的不同程度。这会导致从工件（在磨削的情况下是正在磨削的部件，或在修整的情况下是磨轮）的材料提取和因此旋转研磨加工工具的装载不良，从而降低效率并增加摩擦。而且，在异型构造中，临界轮廓区域中的研磨表面经历加速磨损。

控制研磨表面的特性的一种方法在转让给本申请人的us2016/0271752a中公开。其中公开的旋转修整工具包括多个同轴圆盘，每个圆盘具有研磨外表面。然而，该构造不利于修整具有复杂几何形状的轮廓的磨轮，例如磨削例如燃气涡轮发动机的涡轮叶片的杉树状根所需的磨轮。

技术实现要素：

本发明涉及用于旋转研磨加工工具的研磨段，制造研磨段的方法，以及旋转研磨加工工具。

研磨段包括用于定位在旋转研磨加工工具上的轴向定向的径向槽中的突出部，以及其上具有多个研磨元件的研磨边缘。

可以通过包括获得用于研磨段的材料的坯件和从坯件加工研磨段的方法制造研磨段。

旋转研磨加工工具包括在其外圆周上具有多个轴向定向的径向槽的毂，以及多个研磨段，每个研磨段具有位于毂中的相应槽中的突出部。旋转研磨加工工具可以用于研磨工具的旋转修整或用于磨削部件。

附图说明

现在将仅通过参考附图通过示例的方式描述本发明，附图纯粹是示意性的而不是按比例绘制的，并且其中：

图1以旋转修整工具的形式示出了根据本发明的旋转研磨加工工具的第一实施例；

图2在平面图中示出了图1的旋转修整工具；

图3示出了图2的v处的旋转修整工具的研磨表面的视图；

图4a和4b分别示出了第一研磨段和第二研磨段；

图5示出了沿着轴线a-a分解的图1的旋转修整工具；

图6示出了沿着图2的b-b的旋转修整工具的截面；

图7a和7b示出了研磨段在旋转修整工具的毂中的槽中的定位的两个视图；

图8a标识了研磨段的研磨边缘上的单独研磨元件；

图8b示出了图8a中标识的研磨元件受到的标准化力；

图9a标识了研磨元件的尺寸；

图9b标识了研磨元件之间的距离的变化；

图10再次以旋转修整工具的形式示出了根据本发明的旋转研磨加工工具的第二实施例；

图11示出了图10的旋转修整工具的剖视图；以及

图12示出了沿着图10的旋转修整工具的轴向-径向平面的截面。

具体实施方式

图1

在图1中示出了根据本发明的方面的旋转研磨加工工具的第一实施例。在所示实施例中，旋转研磨加工工具是旋转修整工具101。然而，如前所述，应当领会旋转研磨加工工具可以替代地构造为磨轮或这样的工具的任何其它形式。

旋转修整工具101通常为环形形式以便在旋转修整机上定位，并且因此具有旋转轴线a-a。旋转修整工具101包括围绕毂103同心的研磨表面102，两者夹在第一法兰104和第二法兰105之间。

在使用中，旋转修整工具101安装在旋转修整机的轴上，由此其可以便于修整磨轮。在旋转修整工具101替代地为磨轮的替代实施例中，其将安装在磨削机的轴上以便于磨削部件。

图2和3

旋转修整工具101在图2中以平面图示出，而图3示出了图2的v处的研磨表面102的视图。

可以看到，研磨表面102由多个研磨段（如第一研磨段201和第二研磨段202）提供。

图4a和4b

在图4a中单独示出第一研磨段201，并且在图4b中单独示出第二研磨段202。

每个研磨段包括用于将研磨段安装在毂103中的突出部401。在本示例中，突出部401在其基部处比在其上部分处宽，其目的将参考图5和6进行描述。

再次参考图4a和4b，每个研磨段包括相应的研磨边缘402和403。两个研磨边缘共用使用虚线示出的轮廓404。然而，在图中可以看出，在本实施例中，每个研磨段上的研磨边缘402、403的几何形状略微不同。研磨边缘402限定多个研磨元件405，所述研磨元件相对于由研磨边缘限定的多个研磨元件405偏移。研磨元件之间的偏移相对于旋转修整工具101是轴向偏移。在该具体实施例中，偏移的程度使得研磨边缘402上的研磨元件与研磨边缘403上的研磨元件之间的间隙对直，反之亦然。

由研磨边缘402、403限定的研磨元件405均具有研磨表面406，每个研磨表面在相应研磨元件405的位置处与轮廓404平行。

参考图3，可以看出，本实施例的研磨表面102由多个交替的第一和第二研磨段201和202形成。这与研磨元件405之间的轴向偏移关系组合允许控制修整操作期间的碎屑流。

在替代实施例中，可以控制不同研磨段上的研磨元件405之间的偏移，以在研磨表面102上提供不同图案，例如交错或波形图案。取决于所需的图案，可以组合两种以上的研磨段。由本发明提供的使用研磨段的不同组合的自由度因此允许研磨表面102以任何期望的方式构造。实际上，设想了这样的实施例，其中提供具有不同轮廓的研磨段，以及研磨边缘上的研磨元件的不同分布，或作为研磨边缘上的研磨元件的不同分布的替代。

在本实施例中，每个研磨段由诸如多晶金刚石的金刚石组成。在替代实施例中，研磨段可以是另一种形式的金刚石或另一种物质，如立方氮化硼。

在本实例中通过获得用于研磨段的材料的坯件并且然后从坯件加工研磨段而制造研磨段。在具体实施例中，加工工艺包括放电加工。替代地，可以使用脉冲激光烧蚀，水射流切割或任何其它合适的加工工艺从坯件加工研磨段。

通过使用受控加工工艺，可以选择用于研磨元件405的许多不同的形状和尺寸，其可以以任何期望的方式沿着限定的轮廓分布。研磨元件的几何形状可以在每个研磨段405上相同或不同。此外，这些段可以是不对称的，以便例如根据旋转方向实现不同的修整特性。

将参考图5至7进一步描述研磨段安装在旋转修整工具101中的方式，同时将参考图8a、8b和9进一步描述它们的构造。

图5和6

在图5中示出了沿着轴线a-a分解的旋转修整工具101的视图，并且在图6中示出了沿着图2的b-b的旋转修整工具101的截面。

法兰104和105通过螺钉（如螺钉501）附接到毂103。螺钉穿过法兰中的孔（如法兰104中的孔502），并且接收在毂103中的螺纹孔（如孔503）中。法兰104和105均包括相应的周向缘边504和505。

参考图4a和4b，应当注意在本示例中，突出部401包括比其上部分宽的基部。再次参考图5和6，当法兰104和105抵靠毂103放置时，缘边504和505与突出部401的较宽基部协作以防止研磨段的径向移动。

图7a和7b

在图7a中示出了沿着图6的c-c的旋转修整工具101的部分截面。在图7b中示出了相同区域的透视图。在这两幅图中，研磨段201和202在去除位置示出。

如前所述，形成研磨表面102的研磨段安装在毂103中。这在本实施例中通过在毂的外圆周中提供多个槽（如第一槽701和第二槽702）来实现。因此毂103可以被认为具有槽之间的多个径向支撑件，如槽701和槽702之间的支撑件703，当研磨段201和202插入其相应的槽中时所述支撑件分离所述研磨段。

在本实施例中，槽是轴向定向的径向槽。因此它们在与旋转修整工具101的轴向和径向方向正交的方向上具有其最窄的尺寸。槽尺寸确定成使得具有突出部的研磨段配合在其中，如第一研磨段201和第二研磨段202。

在具体实施例中，毂103和径向槽包括通道和孔（未示出），用于将冷却流体和/或润滑剂输送到研磨表面102和进行修整的磨轮的界面。

参考图7b，可以看出在与轴向和径向方向一致的平面中，除了研磨边缘本身之外，每个径向支撑件（例如支撑件703）在本实施例中大体上符合研磨段的形状。以该方式，研磨段通过毂103上的支撑件支撑在其大部分表面区域上。在本实施例中，考虑到槽和研磨段的尺寸匹配，毂和研磨段的组合产生围绕旋转修整工具101的圆周的基本实心整体。

因此，在使用中，由于在修整操作期间特定研磨段的研磨边缘在磨轮上被拉动，因此其间的摩擦导致力在与旋转修整工具101的旋转方向相反的方向上施加在研磨段上。该力作为压缩载荷传递到相邻的支撑件上，并且继而围绕旋转修整工具101的圆周传递到下一个研磨段，等等。

应当领会与典型地具有钢毂以便于在其上电镀金刚石磨粒的现有技术的旋转修整工具不同，毂103可以由选择轻质而不是与电镀工艺兼容的材料制成。因此在本示例中，毂103是铝毂。槽可以通过电火花线切割加工的工艺在这样的毂中被制造。替代地，毂可以由诸如碳纤维加强塑料材料的复合材料制成以进一步减轻重量。

图8a和8b

考虑到毂的外圆周中的径向槽的轴向定向，研磨段的研磨边缘在轴向方向上定向。这允许在需要时采用用于研磨边缘的复杂轮廓几何形状。在实践中，研磨边缘的轮廓将特定于旋转修整工具101将修整的磨轮的几何形状。例如，研磨边缘的轮廓可以是平行的，或者替代地不平行于突出部401并且因此不平行于轴线a-a。此外，轮廓可以遵循直线或曲线路径或其组合。

在图8a中示出了第一研磨段201的放大视图，其单独地标识每个研磨元件。因此第一研磨段201具有研磨元件405a、405b、405c、405d、405e、405f和405g。

在图8b中示出了每个研磨元件受到的力的图，其中横坐标标识特定的研磨元件并且纵坐标是受到的标准化力。更大的力是由于导致更大速度的局部半径的变化，原因是例如研磨元件405c和405d比研磨元件405a和405g更远离轴线a-a。

图9a和9b

对于固定尺寸的研磨元件405，取决于离突出部401的距离，由于半径引起的力的变化导致不同的应力条件。

研磨元件405受到的应力σ可以被认为是其基部区域a上的力f，参考图9a，所述力是尺寸l乘以尺寸w，即σ=fa^-1。在本实施例中，远离突出部401的研磨元件405适于承受比接近突出部的研磨元件更大的应力条件。例如，可以改变尺寸l和w中的一个或多个以针对每个研磨元件实现相同应力值。

在具体的实施例中，研磨元件405的宽度w改变，使得研磨元件405离突出部401越远，其越宽。在替代实施例中，仅可以改变尺寸l，或者可以改变尺寸w和尺寸l。

替代地，可以采取其它措施以使研磨元件承受更大的应力，例如几何形状的变化。

图9b示出了在本实施例中采用以增加耐磨性的另一措施。特别地，研磨元件405的研磨表面的中心之间的距离da（在该示例中为欧几里德距离）保持恒定。因此研磨元件405a和405b的研磨表面的中心之间的距离da（a，b）与研磨元件405c和405d的研磨表面的中心之间的距离da（c，d）相同。

这具有的结果是导致在研磨元件405的基部之间的欧几里德距离db在曲率半径低的区域中减小并且因此研磨元件405的密度更高。这可以在图9b中清楚地看到，其中研磨元件405a和405b的基部的中心之间的欧几里德距离db（a，b）基本上大于研磨元件405c和405d的基部之间的距离db（c，d）。以该方式，研磨段的耐磨性得到改善。

图10

在图10中示出了根据本发明的方面的旋转研磨加工工具的第二实施例。在所示的实施例中，旋转研磨加工工具再次是旋转修整工具1001。然而如前所述，应当领会也可以将其改为配置为磨轮或任何其它形式的旋转研磨加工工具。

类似于旋转修整工具101，旋转修整工具1001大体围绕轴线d-d为环形，并且包括研磨表面1002。然而，在该实施例中，研磨表面1002在轴向范围上比研磨表面102大，并且由安装在相应的毂1006、1007和1008上的研磨段的多个（在这个示例中为三个）轴向相邻组1003、1004和1005组成。与旋转修整工具101一样，两个法兰1009和1010被提供以夹住研磨段和毂的组。

图11和12

在图11中示出了旋转修整工具1001的部分剖视图，并且在图12中示出轴向-径向平面中的截面。

在本示例中，研磨段的每个组1003、1004和1005包括多个研磨段，如第一研磨段1101和第二研磨段1102。这些基本上类似于旋转修整工具101的研磨段201和202，并且因此在本实例中，在每组中，每个研磨段具有相对于围绕圆周的下一个研磨段上的研磨元件轴向偏移的研磨元件。

每个毂1006、1007和1008在构造上类似于旋转修整工具101的毂103，原因是它们均在其外圆周中包括用于接收研磨段的多个轴向定向的径向槽（未示出）。

研磨段通过环1103保持在毂中。从图11和12将看出，研磨段均包括在其中接收环1103的任一侧上的切口。最外侧环接收在法兰1009和1010的内边缘中的类似切口中。以该方式，防止研磨段的径向移动。

法兰防止轴向移动，所述法兰通过多个螺栓1104保持在一起，所述螺栓的头部保持在法兰1010的埋头孔中，并且其拧入法兰1009中的螺纹1105中。

在本示例中，旋转修整工具1001适于修整磨轮，所述磨轮又磨削用于燃气涡轮发动机的涡轮叶片的根部中的杉树状轮廓。应当领会杉树状轮廓包括在根部的相对侧上的多个侧翼，其朝着顶点会聚。

为了便于用最少的不同类型的部件生成该轮廓，在本示例中研磨段的组1003、1004和1005是相同的。研磨段的轮廓使得一侧的高度低于另一侧。因此，当放置成彼此相邻时，轮廓端部对准，段的底部偏移。因此，在本实施例中，毂1006、1007和1008均具有逐渐变大的直径。因此，在本示例中，仅需要由坯件加工两种类型的研磨段。

当然应当领会，每组中的研磨段可以具有不同的轮廓，因此便于修整具有更复杂几何形状的磨轮。

最后，应当理解本发明不限于上述实施例，而是可以在不脱离本文所描述的概念的情况下进行各种修改和改进。除非相互排斥，任何特征可以单独使用或与任何其它特征组合使用，并且本公开扩展至并且包括本文描述的一个或多个特征的所有组合和子组合。