专利名称：用于在线辊压磨削的磨削体的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种在线辊压磨削装置的磨削体，它安装在辊压机械上使用。
通常，在进行在线辊压磨削时，将多个在线辊压磨削装置20面向待磨削的辊子21设置，如
图16所示，每个在线辊压磨削装置20均具有一磨削体22，它可以沿辊子21的轴线方向往复移动，并绕轴线方向转动，磨削体22压靠旋转的辊子21的表面，从而对辊子21的表面磨削。磨削装置20的轴心20a与辊子21的轴线21a设置在同一高度，或其高度与轴线21a上下错开某一距离(偏移高度H)。另外，磨削装置20的轴心20a设置为沿水平方向与垂直于辊子21轴线21a的直线20b成一倾斜角度α(例如0.5°)。该倾斜角α称为砂轮的压角。
已知该磨削装置20对辊子21的磨削存在下列问题由于辊压时辊子21的磨损或由于上下辊子21和21之间的间隙调整，而导致所设置的偏移高度H和砂轮压角α发生改变。因此，砂轮会不均匀地与辊子21的表面发生接触，从而形成螺旋痕迹，劣化辊子的表面。结果辊子变得无法使用。此外，辊子21表面粗糙度的增加，以及由于辊子表面和磨削体22之间的间隙增加而引起的辊子21振动，造成了磨削体22的振动，从而在待磨削的辊子21表面上形成如图17所示的具有条纹图案的表面振动痕迹23。为防止表面振动痕迹23或螺旋痕迹的形成，以下提出了一些旋转磨削体的专利申请，它们是①未经审查的日本专利申请公开号6-47654(以下称为现有技术I)，②未经审查的日本专利申请公开号9-1463(以下称为现有技术II)，③未经审查的日本实用新型公开号62-95867(以下称为现有技术III)。
在图18至19所示的现有技术I中，通过将薄尺寸砂轮32固连在柔性薄尺寸圆形基板31上，其中央部可旋转地支承，而形成低刚度的磨削体22，以及在磨削过程中通过因压靠辊子21而使磨削体的薄尺寸圆形基板31的局部翘曲来进行减振，从而防止表面振动痕迹的形成。图20示出的仅仅是砂轮32的外边缘接触辊子21的状态，以使得薄尺寸的圆形基板31翘曲，使得砂轮的整个宽度与辊子21接触。图21示出的仅仅是砂轮32的内边缘与辊子21接触的状态。
现有技术II着眼于这样一个事实，如图21所示，当现有技术I中的磨削体于薄尺寸砂轮32的周边部接触辊子21时，仅仅是薄尺寸圆形基板31的翘曲不足以解决不均匀接触的问题。基于此，如图22所示，在现有技术II中，是将杯形砂轮42固定在圆形基板41上，它具有一由圆形基板41的周边部分限定的内槽43，该基板在表面一侧弯曲，由此形成一磨削体。现有技术II利用槽43试图来解决仅是杯形砂轮42的外边缘或内边缘与辊子表面接触的问题，从而防止形成螺旋痕迹。
在现有技术III中，如图26至27所示，为试图防止表面振动痕迹的形成，将具有底板的杯形砂轮52由螺母55固定到圆形基板51上，该底板夹在橡胶板53和54之间(图26)；或者是将杯形砂轮52的底板用螺母55固定到圆形基板51上，其橡胶板53夹在两者之间(图27)，从而由橡胶板53(54)使辊子21减震。
对于现有技术I的磨削体，假定表面振动痕迹23是由于在在线磨削中辊子21的振动所产生的。作为一个解决办法，将圆形基板变薄，从而给磨削体赋予较低的刚性。然而，由于强调了柔性，而使磨粒层和支承部的减薄(统称为砂轮)，刚性下降，并产生下列一些问题。
(1)在磨削过程中，磨削体22产生的振动包括和辊子21的振动相关联的谐振，以及和彼此接触的砂轮和辊子21间接合处蠕动(stick-slips)相关联的自激振动。由于用于砂轮的支承件，即圆形基板具有较低的动态刚度，会发生自激振动。自激振动导致表面振动痕迹23的形成。
(2)由于砂轮的支承件是柔性的尺寸较薄的圆形基板，随着辊子设置的改变，在较高的磨削力作用下，辊子和砂轮之间易于发生不均匀接触，因此，振荡速度和磨削力受到制约，使磨削效率下降。
(3)如果固连到薄尺寸圆形基板上的磨粒层的厚度不同，砂轮的刚度也发生变化。图13是显示砂轮厚度和刚度关系的曲线。如图中的点划线所示，砂轮厚度减小时，砂轮刚度快速下降。因而，随着砂轮刚度的改变，磨削精度下降。
为保持砂轮的刚度，可只将磨粒层加厚至一预定的厚度，因而砂轮的寿命缩短。
(4)当以预定的压力将支承在柔性薄尺寸圆形基板上的砂轮压靠在辊子上时，会产生局部翘曲，砂轮翘曲部位的应力增加。这样，挤压力限制在所施加的应力低于砂轮的允许应力的水平上。结果限制了磨削效率。图14是显示砂轮压靠力和砂轮应力之间的关系的曲线。如图中的点划线所示，当压力在50kgf或以上时，所施加的应力大于砂轮的允许应力。
(5)为降低回转可移动部分的重量，需要将磨粒层变得较薄。由于这样限制了磨粒层的厚度，因而砂轮的寿命变短。
对于现有技术II，由于开有沟槽的圆形基板41的特殊变形，解决了砂轮和辊子不均匀接触的问题。然而，在现有技术I中，与自激振动相伴而产生的表面振动痕迹的问题尚未解决。
根据现有技术III，由于橡胶板的作用，表面振动痕迹的问题有了很大程度地减轻，但不够彻底。原因是所插入的橡胶板53，54暴露在外面，使异物的渗入和橡胶的老化，不能体现出充分的阻尼效果。
本发明旨在解决上述问题。本发明的目的在于提供一种磨削体，它用于在线辊压磨削，可以有效地防止螺旋痕迹和表面振动痕迹的形成，以提高磨削效率和磨削精度，并延长砂轮的寿命。
为实现上述目的，本发明的一个方面是，用于在线辊压磨削的磨削体包括一种以杯形靠近圆形支承基板周边边缘安装在其表面部上的砂轮，其中圆形支承基板的周边边缘部的表面一侧具有一双层结构，它包括一向内边缘突出的扁平环形部，从而形成一向内开口的横向沟槽状间隙；所述砂轮安装在所述扁平环形部上；以及一阻尼材料填装在所述横向沟槽状间隙内。
根据本发明的这一个方面，解决了在辊压磨削时砂轮和辊子之间不均匀接触的问题和在辊子表面上形成螺旋痕迹的问题，可增加磨削体的振荡速度，不限制磨削力，提高磨削效率。砂轮产生的振动能量大部分由填充在所述沟槽中的阻尼材料所吸收，并传递到圆形支承基板。结果明显地降低了与彼此接触的砂轮和辊子接触部位的蠕动相关的磨削体的自激振动以及解决了因自激振动而在辊子表面上形成表面振动痕迹的问题。
最好，将填装有阻尼材料的横向槽状间隙的开口由防水接合填充剂密封。这一密封方法可防止异物渗入，保护阻尼材料，防止磨削体劣化。
本发明的另一方面是提供一用于在线辊压磨削的磨削体，它包括一以杯形靠近圆形支承基板周边边缘安装在其表面部分上的砂轮，其中圆形支承基板的周边边缘部的表面一侧具有一双层结构，它包括一向内边缘突出的扁平环形部，从而形成一向内开口的横向沟槽状间隙；构成所述双层结构的其中一层扁平环形部的板厚c和另一层的板厚b的关系是b＜c，横向沟槽状间隙位于所述两层之间；所述砂轮安装在厚度为c的扁平环形部位上；一阻尼材料填装在所述横向沟槽状间隙内。
根据本发明的这一方面，在磨削过程中，扁平的具有较大厚度的环形部分，可极小地发生形变，砂轮中不会发生过应力(包括配合面)。因此，砂轮挤压力的增加会使磨削效率增加。进一步说，即使砂轮的厚度发生变化，即使是砂轮厚度改变，砂轮的刚度变化也极小，从而可保持磨削精度。此外，可加厚磨粒层，从而延长砂轮的寿命直至更换。
最好，将填装有阻尼材料的横向槽状间隙的开口由防水缝隙填料密封。这一密封方法可防止异物渗入，保护阻尼材料，防止磨削体劣化。
通过下面参照附图所作的详细描述，会对本发明有更全面的理解。附图只是示意性的，它们不构成对本发明的限制。其中图1是根据本发明第一实施例的磨削体的垂直剖视图；图2是沿图1的II-II线所取的视图；图3是图1的局部放大图；图4是表示仅仅是杯形砂轮的外部和辊子接触状态的剖视图；图5是表示仅仅是杯形砂轮的内部和辊子接触状态的剖视图；图6a和图6b是将本发明和现有技术的振动波形比较的曲线；图7a和图7b是本发明和现有技术的砂轮动态刚度(柔顺性)比较曲线；图8a和8b是本发明和现有技术的表面振动痕迹的状态比较曲线；图9是根据本发明的第二实施例的磨削体的垂直剖视图；图10是图9的局部放大图；图11是解释性示图，示出了根据本发明的第二实施例的圆形支承基板的翘曲状态；图12是解释性示图，示出了根据现有技术的圆形支承基板的翘曲状态；图13是表示本发明和现有技术I的砂轮的厚度和刚度关系的曲线；图14是表示本发明和现有技术I的砂轮的挤压力和应力的关系的曲线；
图15a和图15b是表示本发明和现有技术I的砂轮的挤压力和磨削效率之间关系的曲线；图16是表示在线辊压磨削状态的立体图；图17是辊子的侧视图；图18是传统的磨削体的侧视图；图19是传统的磨削体的正视图；图20示出了传统的磨削体的操作状态；图21示出了传统的磨削体的另一操作状态；图22是另一传统的磨削体的侧视图；图23是所述另一传统的磨削体的正视图；图24示出了所述另一传统的磨削体的操作状态；图25示出了所述另一传统的磨削体的另一操作状态；图26是又一个传统磨削体的水平剖视图；图27是一改进的传统磨削体的水平剖视图。
下面参照附图通过实施例对本发明用于在线辊压磨削的磨削体进行描述，但它们不应理解成限制本发明。[第一实施例]结构组成在图1至图3中，参考标号12表示一在线磨削装置20磨削体，它具有由支承轴10旋转支承的中央部和边缘部以及轴承11。磨削体12包括一由金属制成的圆形支承基板13，如SUS，它为双层结构，由水平突出部13b和扁平环形部13c构成，水平突出部13b自短管部13a外突，扁平环形部13c自水平突出部13b的外边缘部向上并朝着中心侧延伸，使之和水平突出部13b面对，同时限定一开口朝向中心侧的横向沟槽14；阻尼材料15，它充填所述沟槽14；整体式杯形砂轮16，它固定在扁平环形部13c的表面上。参考标号17表示缝隙填料，如防水的硅材料，当阻尼材料不防水时，用于将沟槽14的开口密封。阻尼材料15是减震橡胶元件，如采用含砂材料或阻尼器。
作用和效果如图4所示，当仅仅是磨削体12的杯形砂轮16的外端和辊子21的一表面接触并压靠在其上时，圆形支承基板13的沟槽14下方的水平突出部13b向外并向下翘曲。这样杯形砂轮16的整个宽度接触辊子21的表面。在此状态下，磨削体12旋转。
如图5所示，当仅仅是磨削体12的杯形砂轮16的内端和辊子21的所述表面接触并压靠在其上时，圆形支承基板13的沟槽14的上方的扁平环形部13c向内并向下翘曲。这样杯形砂轮16的整个宽度接触辊子21的所述表面。在此状态下，磨削体12旋转。
由于具有这些作用，解决了辊子21的表面和砂轮16接触不均匀的问题，从而解决了辊子表面上形成螺旋痕迹的问题，增加了磨削体的振荡速度，不会制约磨削力，增加了磨削效率。
在这种状态下，杯形砂轮16上产生的振动能量大部分被充填在沟槽14的阻尼材料15所吸收，并传递至圆形支承基板13。结果明显地降低了在彼此相接触的杯形砂轮16和辊子21的接触部与蠕动相关联的磨销体的自激振荡，并解决了因自激振动而在辊子21的表面上形成表面振动痕迹的问题。
图6a和6b示出了撞击试验的结果，用于对下列两种情况下同一结构的磨削体的振动波形进行比较，(a)沟槽14中设有本发明的阻尼材料15；(b)和现有技术一样，提供相同的结构，而没有阻尼材料15。附图中，横轴表示所经历的时间，以秒为单位，纵轴表示相对于0参考线的振幅。没有阻尼材料15(b)时，在外力的作用下振幅持续恒定，有阻尼材料15(a)时，很明显，振幅快速衰减。
图7a和7b示出了撞击试验的结果，用于对下列两种情况下，对每一频率，圆形支承基板13(磨削体)的单位载荷(柔顺性)下所产生位移，即动态稳定度的比较。(a)采用阻尼材料15；(b)不采用阻尼材料15。附图中，纵轴表示圆形支承基板的位移，单位是μm/kgf，两种情况下的位移比为(b)/(a)＝100/1，横轴表示振动频率，单位为Hz。在没有阻尼材料15时，在最大谐振频率处，所出现的位移约为230μm/kgf。有阻尼材料15时，在最大谐振频率处出现的位移约为1.6μm/kgf。因此，在阻尼材料15的作用下，圆形支承基板的动态稳定度增加，圆形支承基板的位移显著地减小到情况(b)下所获得的值的1/100，因而可以获得阻尼效果。
另外，设置在阻尼材料15上的沟槽14的开口由缝隙填料17密封。这种密封方法可防止异物的渗入，保护阻尼材料15，从而防止磨削体的劣化。
图8a和图8b示出了在下列两种在线磨削条件下对表面振动痕迹的状况的考查结果，(a)采用阻尼材料15时(b)不采用阻尼材料15时。图中，横轴代表辊子的圆周速度(m/min)，纵轴代表砂轮的挤压线压力(kgf/min)。在实验时，在600m/min，900m/min，1200m/min和1500m/min的辊子圆周速度下，将砂轮的挤压线压力从0.5kgf/mm改变到3kgf/mm，步长为0.5kgf/mm，从而进行固定时间间隔的在线磨削操作。利用下列标准对表面振动痕迹的状态进行目视评定。
无表面振动痕迹发生＝“满意”，用○表示。
有不显著的表面振动痕迹发生＝“允许”，用△表示。
有显著的表面振动痕迹发生＝“较差”，用●表示。
图8a和8b的结果表明，利用本发明的结构，加上阻尼材料15，可解决现有技术中有表面振动痕迹形成的问题。[第二实施例]该实施例和前一实施例相同，只是圆形支承基板13的结构局部改变，使得水平突出部13b的板厚b和扁平环形部分13c的板厚c满足关系b＜c。其中和第一实施例相同的部件用相同的标号表示，故省去对它们的详细描述。
在图9至图10中，圆形支承基板13的板厚尺寸这样设置，扁平环形部分13c的板厚c大于水平突出部分13b的板厚b，即b＜c。除了具有这种结构外，杯形砂轮16的厚度做得比原来大，例如可增加到20至30mm。磨削体的其它结构特征几乎和第一实施例相同，故省去对它们的解释。
作用和效果固连到扁平环形部13c上的砂轮16的表面对辊子21的表面进行磨削，同时接触辊子21并旋转。在磨削过程中，砂轮压靠辊子的力将会向圆形支承基板13上施加一翘曲，变形力。正如上面所指出的那样，水平突出部13b的板厚b和扁平环形部13c的板厚c设置成b＜c的关系。板厚较大的扁平环形部13c变形极小，而只有板厚较小的水平突出部13b发生翘曲和变形。
图11示出了由FEM分析所发现的情况。当外力作用在砂轮16的磨削表面上时(图中的上表面)，圆形支承基板13由实线所表示的一状态翘曲和变形，到点划线所表示的状态。可以看出，在位置B处的形变是主要的，而在位置C处没有局部变形。因此砂轮16没有过应力出现(包括其匹配表面)。相比之下，在图12所示的现有技术I中，在圆形基板31和砂轮32的边界线A处有过应力出现，这会对砂轮32造成损坏。
图15a示出了对于本发明(实线)和现有技术I(点划线)，单位时间内磨削功率相对于砂轮压靠力的测量实验结果。图15b是图15a中现有技术I的放大的视图(点划线)。在该实验中进行磨削操作时，采用Ni粒辊子和CBN砂轮，辊子圆周速度为600m/min，磨削装置的振荡速度为30m/s至80m/s。在砂轮压靠力大小不同的多个点处对单位时间的磨削量进行测量。在相同的条件下，对图中点划线所表示的现有技术I进行实验，砂轮压靠力限制在40kgf以下的范围内。类似地，也在砂轮压靠力大小不同的多个点处对单位时间的磨削量进行测量。
根据本发明，如图14的实线所示，即使砂轮压靠力很大，砂轮的应力仍处于砂轮的允许应力范围内(图中虚线所示)。因此，通过增加砂轮压靠力，可以提高磨削效率，如图15a的实线所示。另外，在图11中位置B处的变形是主要的，位置C处没有局部变形。因此，如图13的实线所示，即使砂轮的厚度改变，其刚度变化也极小，因而可以保持磨削精度。另外，由于在位置C处没有局部变形，可以使磨粒层厚度加大，从而延长砂轮16的寿命直至更换。
上面对本发明进行了描述，显而易见，可在许多方面对本发明进行改变，这些修改不应视作偏离本发明的精神和范围，对本领域熟练技术人员显而易见的所有这些修改都包含在所附权利要求所界定的范围内。
权利要求
1.一种用于在线辊压磨削的磨削体，它包括以杯形靠近圆形支承基板周边边缘安装在其表面部上的砂轮，其中圆形支承基板的周边边缘部的表面一侧具有一双层结构，它包括一向内边缘突出的扁平环形部，从而形成一向内开口的横向沟槽状间隙；所述砂轮安装在所述扁平环形部上；以及一阻尼材料填装在所述横向沟槽状间隙内。
2.如权利要求1所述的用于在线辊压磨削的磨削体，其中，填装有阻尼材料的横向沟槽状间隙的开口由一种防水缝隙填料密封。
3.一种用于在线辊压磨削的磨削体，包括以杯形靠近圆形支承基板周边边缘安装在其表面部分上的砂轮，其中圆形支承基板的周边边缘部的表面一侧具有一双层结构，它包括一向内边缘突出的扁平环形部，从而形成一向内开口的横向沟槽状间隙；构成所述双层结构的其中一层扁平环形部的板厚c和另一层的板厚b的关系是b＜c，横向沟槽状间隙位于所述两层之间；所述砂轮安装在厚度为c的扁平环形部位上；一阻尼材料填装在所述横向沟槽状间隙内。
4.如权利要求3所述的用在线辊压磨削的磨削体，其中，装填有阻尼材料的横向沟槽状间隙的开口由一种防水缝隙填料密封。
全文摘要
一种用于在线辊压磨削的磨削体,它包括以杯形靠近圆形支承基板周边边缘安装在其表面部上的砂轮,其中:圆形支承基板的周边边缘部的表面一侧具有一双层结构,它包括一向内边缘突出的扁平环形部,从而形成一向内开口的横向沟槽状间隙;所述砂轮安装在所述扁平环形部上;以及一阻尼材料填装在所述横向沟槽状间隙内。这种磨削体能有效地防止螺旋痕迹和表面振动痕迹的形成,提高磨削效率和精度,并延长砂轮的寿命。
文档编号B24D7/00GK1249967SQ9911199
公开日2000年4月12日 申请日期1999年8月5日 优先权日1998年8月5日
发明者林宽治, 铃木真, 片桐浩之 申请人:三菱重工业株式会社, 川崎制铁株式会社, 诺利塔克股份有限公司