CN108687680A - 一种用于粗磨硬质合金刀具容屑槽的成型砂轮 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于粗磨硬质合金刀具容屑槽的成型砂轮，包括砂轮本体和固定套于砂轮本体外部的磨料层，磨料层的外圆周面上设有至少一个V形冷却槽，V形冷却槽的顶角与成型砂轮的旋转方向相反，V形冷却槽的两端延伸至磨料层两端面上，且V形冷却槽与成型砂轮的径向方向具有夹角β，β为锐角。本发明具有即能保证砂轮强度和刚性，又能提供和储存充足的磨削液，降低砂轮和刀具接触区域的磨削温度和磨削应力的优点，从而延长砂轮的使用寿命和提高刀具加工质量。

Description

一种用于粗磨硬质合金刀具容屑槽的成型砂轮

技术领域

本发明涉及金属切削加工领域，尤其涉及一种用于粗磨硬质合金刀具容屑槽的成型砂轮。

背景技术

目前，在整体硬质合金刀具实际磨削过程中，应用较多的磨削砂轮材质分为树脂结合剂和金属结合剂。前者由于强度和抗磨损性较好，主要用于半精和精加工。但是在粗磨直径16毫米以上较大的整体硬质合金钻头和铣刀的容屑槽时，由于硬质合金刀具容屑槽加工去除量较大，磨削速度较高，需要使用硬度高于树脂结合剂的金属结合剂的磨削砂轮。而金属结合剂的砂轮硬度较高，强度较差，在粗加工刀具容屑槽时容易出现砂轮烧伤，并且刀具容易断裂或烧伤。现有的刀具厂家在磨削过程中改进措施是一方面通过降低砂轮的磨削速度和进刀量减小磨削力，但是加工效率极低，无法满足大批量生产需求。另一方面为了降低磨削区域的温度，进而防止砂轮或者工件表面烧伤，在五轴以上的磨削机床上安装油管，向砂轮和工件的磨削区域喷射冷却液。但是砂轮和刀具加工部位是一个封闭的区域，冷却液无法进入该区域，冷却效果不佳，导致砂轮和刀具的接触区域产生较高的热量，磨削力和温度急剧上升，也不能防止刀具和砂轮烧伤或崩缺。

另外，许多砂轮厂家针对上述问题在不降低磨削效率的条件下提出一些砂轮和磨削区域冷却的改善方案。

公告号为CN10386155A的中国专利文献公开了一种大接触面积磨削用砂轮，该砂轮外圆周面上均匀设有就说排屑散热用斜槽。该专利可以使砂轮与工件同时磨削长度减小，同时让冷却液通过斜槽进入磨削区域，对磨削表面进行冷却和润滑，解决磨削表面烧伤的问题。但是该砂轮冷却槽采用斜线设计，该砂轮磨削区域单位面积上冷却液流量较小；而且该斜槽采用通槽设计，在实际磨削过程中冷却液很快流出砂轮，无法储存或存放磨削液，造成砂轮和刀具接触区域冷却效果不佳。

公告号为CN103737501A的中国专利文献公开了一种防磨削烧伤的砂轮，该砂轮外圆表面均匀设有等宽槽，等宽槽为螺旋曲线槽，通过砂轮外圆表面螺旋曲线槽带走大量的磨削热量，并强制带进大量的冷却介质进入磨削区，实现快速散热，该专利具有散热效果好和砂轮使用寿命长的优点。但是，该专利的砂轮外圆表面采用螺旋曲线槽，砂轮螺旋状外周刃口十分锋利，从而各处刃口强度较差，容易出现砂轮崩缺现象；同时此砂轮外圆表面的螺旋曲线槽呈等宽密集分布，砂轮外圆表面的磨料去除过多，造成砂轮有效切削磨料数量减小和砂轮磨削强度和刚性大幅下降，在进行高速大余量磨削刀具容屑槽时造成磨削区域温度和应力太大，导致砂轮烧伤或刀具断裂；另外，砂轮外圆表面制作成螺旋曲线形状，需要去除大量的砂轮磨料颗粒，制作成本较高，并且造成砂轮无法进行修磨，也降低砂轮的使用寿命。

公告号为CN102240985B的中国专利文献公开了一种V型槽磨削加工的仿形树脂砂轮。该砂轮通过在磨削层上开设有多个磨削孔，使得在磨削过程中，磨削孔内可以存放冷却液或者存放加工留下的磨屑，加快了冷却与排屑，提高工件表面品质。但是，该磨削孔只能对砂轮进行内冷却，无法对砂轮与工件磨削接触时封闭区域进行外冷却和润滑，无法解决工件表面磨削裂纹和烧伤的问题；而且由于磨削孔设置在砂轮磨削层中间，可能出现砂轮外圆面磨料磨穿至磨削孔内，导致砂轮报废和影响工件表面质量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种即能保证砂轮强度和刚性，又能提供充足的磨削液，降低砂轮和刀具接触区域的磨削温度和磨削应力的用于粗磨硬质合金刀具容屑槽的成型砂轮。

为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

一种用于粗磨硬质合金刀具容屑槽的成型砂轮，包括砂轮本体和固定套于砂轮本体外部的磨料层，所述磨料层的外圆周面上设有至少一个V形冷却槽，所述V形冷却槽的顶角与所述成型砂轮的旋转方向相反，所述V形冷却槽延伸至磨料层两端面上，且V形冷却槽与成型砂轮的径向方向具有夹角β，β为锐角。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述夹角β的取值范围为5°～15°。

所述V形冷却槽的顶角为α，60°≤α≤150°。

所有V形冷却槽沿着磨料层外圆周面均匀布置。

所述V形冷却槽的深度为H1，所述磨料层的厚度为H，H1＜H。

所述V形冷却槽的宽度为B1，所述磨料层的外径为D，0.03D≤B1≤0.05D，0.05D≤H1≤0.1D，且H1和B1均与D成正比。

所述磨料层的材质为金属结合剂。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明用于粗磨硬质合金刀具容屑槽的成型砂轮，砂轮外圆表面分布的若干个V形冷却槽可以储存大量冷却液，对砂轮和刀具的接触区域进行有效冷却润滑，保证砂轮和刀具磨削质量的前提下，适用于高速、大余量的切削，提高刀具生产效率，不需要像现有技术中的砂轮在外圆表面密集分布冷却槽；

该V形冷却槽砂轮在圆柱面上冷却面积要大于一般斜油槽砂轮，而且V型槽砂轮的顶角设置方向与砂轮旋转方向相反，更加有效地防止磨削液流出砂轮，不能够储存大量磨削液，导致降低砂轮和刀具磨削区域冷却和润滑时间，同时，砂轮在磨削刀具过程中为不连续切削，可以有效地降低砂轮和刀具接触区域的磨削温度，也减少砂轮和刀具的接触面积，可有效降低磨削力；

再者，V形冷却槽与成型砂轮的径向方向具有夹角β该夹角β为锐角，其为V形冷却槽砂轮两侧面槽设置的径向前角，在保证砂轮强度和切削锋利性，一方面更能够增加磨削液在砂轮中停留时间，有效地提高冷却效果，另一方面还能够降低砂轮两侧面切削力，从而降低刀具和砂轮磨削区域边界处的磨削温度；

另外，该冷却槽在砂轮外圆面呈V字形，各外圆面上冷却槽各处刃口的倾斜角相同，保证各处刃口在沿砂轮轴向方向上的强度基本保持一致，进一步提高砂轮外周刃强度的均衡性，避免外周刃在沿切削方向的某个截面上出现薄弱部位，防止因局部磨损过快而导致砂轮耐用度降低；具有该V形冷却槽结构的成型砂轮在实际生产中比较容易制作和修磨，适合大规模生产。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图。

图2是本发明成型砂轮沿旋转方向的展开图(半个圆周面)。

图3是本发明的主视图(剖面)。

图4是本发明成型砂轮加工刀具容屑槽后的砂轮与刀具的实物图。

图5是现有技术中普通砂轮加工刀具容屑槽后的砂轮与刀具的实物图。

图中各标号表示：

1、砂轮本体；2、磨料层；3、V形冷却槽。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1至图3所示，本实施例的用于粗磨硬质合金刀具容屑槽的成型砂轮，包括砂轮本体1和固定套于砂轮本体1外部的磨料层2，磨料层2的外圆周面上设有至少一个V形冷却槽3，V形冷却槽3的顶角与成型砂轮的旋转方向相反，所述V形冷却槽3延伸至磨料层2两端面上，且V形冷却槽3与成型砂轮的径向方向具有夹角β，β为锐角。

该V形冷却槽3是在烧结前采用填充剂制成，烧结时温度过高使填充剂燃烧殆尽，从而形成冷却槽。具体应用中，V形冷却槽3的数量一般为6至16个，沿成型砂轮外圆面均匀分布。在本实施例中，V形冷却槽3包括6个。

在砂轮高速旋转时，该V形冷却槽16可以储存大量冷却液，对磨料层2和刀具的接触区域进行有效冷却润滑，降低砂轮烧伤和刀具断裂烧伤，保证砂轮与铣刀磨削质量的前提下，适用于高速、大余量的切削，提高刀具磨削效率，延长砂轮使用寿命。具有该V形冷却槽16的砂轮圆柱面上冷却面积要大于一般斜油槽砂轮，而且V形冷却槽3的顶角设置方向与砂轮旋转方向相反，更加有效地防止磨削液流出砂轮，不能够储存大量磨削液，导致降低砂轮和刀具磨削区域冷却和润滑时间；进一步地，V形冷却槽16与成型砂轮的径向方向具有夹角β，该夹角β为锐角，具体取值范围为5°～15°，其为V形冷却槽16的径向前角，在保证砂轮强度和切削锋利性，一方面更能够增加磨削液在砂轮上的停留时间，有效地提高冷却效果，另一方面还能够降低砂轮两侧面切削力，从而降低刀具和砂轮磨削区域边界处的磨削温度；另外，砂轮在磨削刀具过程为不连续切削(由于V形冷却槽3的存在，磨料层2表面间隔断开)，减少砂轮和刀具的接触面积，可有效降低磨削温度和磨削力。由于V形冷却槽3可以储存大量冷却液，因此V形冷却槽3数量不需要很多，无需像现有技术中的砂轮在外圆表面密集分布冷却槽。

本实施例中，V形冷却槽3的顶角为α，其数值范围为60°至150°(含两端点值)，具体的，本实施例中α取值120°。

本实施例中，磨料层2由金属结合剂制成，整体呈圆柱状，该砂轮主要用于磨削硬质合金刀具(如立铣刀)的容屑槽。除本实施例外，磨料层2外周面呈锥形。

本实施例中，V形冷却槽3的深度为H1，宽度为B1，磨料层2的厚度为H，磨料层2的外径为D，其中，V形冷却槽3的深度H1和宽度B1与磨料层2的外径D成正比，各参数满足以下关系：H1＜H，0.03D≤B1≤0.05D，0.05D≤H1≤0.1D，如此设计，可以避免砂轮外周刃刃口强度和刚性下降。同时，成型砂轮的V形冷却槽3刃口各处的倾斜角一致，确保各处刃口在沿砂轮轴向方向上的强度基本一致，进一步提高砂轮外周刃强度的均衡性，避免外周刃在沿切削方向的某个截面上出现薄弱部位，防止因局部磨损过快而导致砂轮耐用度降低。

本发明中，V形冷却槽3的设计不仅使本发明的砂轮具有较好的整体强度和刚性，而且可以有效地降低砂轮和立铣刀接触区域的磨削温度和磨削力的成型砂轮、防止砂轮烧伤和刀具断裂或烧伤，提高刀具加工质量和效率，延长了砂轮使用寿命，同时为该成型砂轮在高速、大进给、大切削余量的硬质合金刀具容屑槽磨削中提供有利条件；另外，具有此种V形冷却槽3结构的成型砂轮在实际生产中比较容易制作和修磨，适合大规模生产。

以下结合对比试验对本发明的成型砂轮的性能作进一步说明。

本发明的成型砂轮与现有技术中的普通砂轮对比，在如下切削条件下进行磨削测试：

加工设备：HELITRONIC POWER(瓦尔特数控刀具磨床)

加工件：粗磨Φ16硬质合金立铣刀容屑槽

磨削参数：速度V＝120m/min，转速F＝2200r/min

加工过程中对本发明的成型砂轮和现有的普通砂轮情况进行检测，结果如下：

图4中a部分展示的本发明成型砂轮粗磨300件立铣刀容屑槽后砂轮的实物图，该图中砂轮外周面磨损几乎很小，没有明显烧伤，图4中b部分展示的是采用本发明成型砂轮铣出的立铣刀容屑槽实物图，该图中刀具无烧伤和断裂，立铣刀加工质量合格；图5中c部分展示的是普通砂轮在相同的磨削参数下粗磨50件立铣刀容屑槽后的砂轮实物图，该图中P处黑色阴影所示为砂轮磨削面烧伤黑影，图5中d部分展示的是采普通砂轮铣出的立铣刀容屑槽实物图，该图中N处所示的裂纹为刀具容屑槽截面裂纹，同时M处所示的黑色阴影为该刀具容屑槽底烧伤黑影。

由此可以得出，本发明成型砂轮的耐用度明显高于对比的普通砂轮。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (7)

1.一种用于粗磨硬质合金刀具容屑槽的成型砂轮，其特征在于：包括砂轮本体(1)和固定套于砂轮本体(1)外部的磨料层(2)，所述磨料层(2)的外圆周面上设有至少一个V形冷却槽(3)，所述V形冷却槽(3)的顶角与所述成型砂轮的旋转方向相反，所述V形冷却槽(3)延伸至磨料层(2)两端面上，且V形冷却槽(3)与成型砂轮的径向方向具有夹角β，β为锐角。

2.根据权利要求1所述的用于粗磨硬质合金刀具容屑槽的成型砂轮，其特征在于：所述夹角β的取值范围为5°～15°。

3.根据权利要求1所述的用于粗磨硬质合金刀具容屑槽的成型砂轮，其特征在于：所述V形冷却槽(3)的顶角为α，60°≤α≤150°。

4.根据权利要求1至3任意一项所述的用于粗磨硬质合金刀具容屑槽的成型砂轮，其特征在于：所有V形冷却槽(3)沿着磨料层(2)外圆周面均匀布置。

5.根据权利要求1至3任意一项所述的用于粗磨硬质合金刀具容屑槽的成型砂轮，其特征在于：所述V形冷却槽(3)的深度为H1，所述磨料层(2)的厚度为H，H1＜H。

6.根据权利要求5所述的用于粗磨硬质合金刀具容屑槽的成型砂轮，其特征在于：所述V形冷却槽(3)的宽度为B1，所述磨料层(2)的外径为D，0.03D≤B1≤0.05D，0.05D≤H1≤0.1D，且H1和B1均与D成正比。

7.根据权利要求1至3任意一项所述的用于粗磨硬质合金刀具容屑槽的成型砂轮，其特征在于：所述磨料层(2)的材质为金属结合剂。