CN108714860A - 一种金刚石树脂砂轮及加工该砂轮的模具及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种金刚石树脂砂轮及加工该砂轮的模具及方法，其砂轮包括基体和磨料层，其中磨料层为通过挤压和热压固定于基体表面或外圆的至少两个磨料层，且各磨料层由粗、细不同的金刚石颗粒与结合剂混合压制而成；磨料层与基体的粘接处采用燕尾式结构基体粘接面还处理为粗糙面。其模具包括定位底座、模框和中心模，其中所述模框内壁与中心模底面形成金刚石树脂砂轮基体的放置区，所述模框内壁与中心模外壁之间设有安装压头的间隙，中心模通过紧固螺母与装配杆装配固定限位。其方法包括以下步骤：1）砂轮基体准备；2）固定基体；3）预压磨料层；4）热压成型；5）定型出品。本发明通过专门设计的模具和加工方式，生产出一种能一轮多用的砂轮，提升了打磨加工效率。

Description

一种金刚石树脂砂轮及加工该砂轮的模具及方法

技术领域

本发明涉及打磨加工技术领域，特别指一种金刚石树脂砂轮及加工该砂轮的模具及方法。

背景技术

砂轮是磨削加工中最主要的一类磨具。砂轮是在磨料中加入结合剂，经压坯、干燥和焙烧而制成的多孔体。砂轮是磨具中用量最大、使用面最广的一种，使用时高速旋转，可对金属或非金属工件的外圆、内圆、平面和各种型面等进行粗磨、半精磨和精磨以及开槽和切断等。但是目前，在打磨作业中，粗磨、半精磨和精磨分别要采用多个工序加工，要根据打磨的需求更换不同的砂轮，设备资源占用率高，工作效率低。

目前，在加工生产砂轮时都是采用模具成型。但是现有的砂轮多是单工序砂轮，即在打磨作业中根据粗磨、半精磨或精磨加工工序不同要分别更换不同的砂轮，因此加工生产砂轮也是分别加工生产的，给使用和生产带来诸多不便。而且现有打磨砂轮多是采用基本与磨料层组合的结构，如何在砂轮加工生产时使基本与磨料层有效粘合，并可简化加工流程，提高砂轮特别是多磨料层砂轮的生产效率。

综合上述问题，如何实现一轮多用，并配套相应的成型模具及成型方法，是本领域技术人员一直在研究的问题。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术中存在的缺点和问题加以改进和创新，提供一种金刚石树脂砂轮。

本发明的另一目的是提供加工上述砂轮的模具及方法。

本发明所述的砂轮，包括中部带装配孔的基体，和设置在基体上的磨料层，其中：所述的磨料层为通过挤压和热压固定于基体表面或外圆的至少两个磨料层，且各磨料层由粗、细不同的金刚石颗粒与结合剂混合压制而成；所述的磨料层与基体的粘接处采用燕尾式结构，即基体的粘接面上开有燕尾槽，磨料层的粘接面压制出与燕尾槽吻合粘接的燕尾；所述的基体粘接面还处理为粗糙面。

优选的，所述的磨料层包括内、外套设于基体表面或外圆上的至少两个磨料层，或者包括上、下叠置于基体外圆上的至少两个磨料层。

优选的，所述的内、外套设的磨料层顶面为打磨工作面，且内磨料层与外磨料层的顶面采用同一斜度的切角θ1过度，外磨料层的外侧过渡成另一斜度的切角θ2。

本发明所述的模具，包括中部设装配杆的定位底座，设置在定位底座上的模框，和套装于装配杆上的中心模，其中：所述模框内壁与中心模底面形成金刚石树脂砂轮基体的放置区，所述模框内壁与中心模外壁之间设有间隙，且该间隙里内设置有至少两个用于压制金刚石树脂砂轮上的磨料层的压头；所述的中心模的顶面通过设置紧固螺母与装配杆装配固定限位。

优选的，所述的压头为顶端水平向外或水平向内延伸的结构，其延伸端的底面限位于模框顶面或者中心模顶面。

优选的，所述的模框与定位底座为可拆卸式的装配。

本发明所述模具的加工砂轮的方法包括：

1、砂轮基体准备：在选定好的砂轮基体待粘接磨料层的位置开出燕尾槽，一个磨料层粘接位置对应一个燕尾槽，并对粘接面做粗糙化处理。

2、固定基体：选择内径与砂轮基体外径尺寸相匹配的模框及定位底座；然后把砂轮基体放入模框内，基体上的装配孔对应定位底座上的装配杆装配；再安装中心模，压实好砂轮基体后用紧固螺母将中心模固定，此时中心模外壁与模框内壁形成放置压头的间隙。

3、预压磨料层：

①将第一个磨料层压头放入上述间隙内，使该压头底端与砂轮基体顶面接触，顶端卡于模框的顶面；然后将由金刚石颗粒与结合剂混合的细磨混合料装于该磨料层压头外壁与中心模外壁之间的间隙里，再装入第二个磨料层压头，通过油压机对装在细磨混合料上的第二个磨料压头加压固定，即形成预压细粒度磨料层。

②拆出第一个磨料层压头，将由金刚石颗粒与结合剂混合的粗磨混合料装于第二个磨料层压头及预压细粒度磨料层外壁与模框内壁之间的间隙里，再装入第一个磨料层压头，通过油压机对装在粗磨混合料上的第一个磨料压头加压固定，即形成预压粗粒度磨料层。

依照上述方法形成更多的磨料层。

4、热压成型：将完成上步工序的模具及基体放入热压机，加热压制使各磨料层与砂轮基体牢固粘接成一体，热压过程中施加20至100吨压力，加热到180摄氏度至400摄氏度，并且在机械加工过程中需保证产品在旋转时的平面及外圆跳动小于等于0.05mm。

5、定型出品：根据待加工工件实际要打磨的深度对粗、细粒度磨料层的工作面进行斜切角。

在其中一个实施例中，所述的细磨混合料为密集度在40%至200%的40至1微米金刚石颗粒与结合剂的混合料。

在其中一个实施例中，所述的粗磨混合料为密集度在40%至200%的300至40微米金刚石颗粒与结合剂的混合料。

在其中一个实施例中，所述的预压磨料层中油压机加压压力为10至100t。

本发明的优点及有益效果：

本发明模具是根据本发明砂轮特制，其模具采用定位底座、模框和中心模对金刚石树脂砂轮基体进行定位。同时在模框内壁与中心模外壁的间隙处设置压头，完成对金刚石树脂砂轮上磨料层的挤压工作。一套模具实现了多层磨料层的压制和粘接，操作方便。

本发明加工方法通过加热、加压使得各种结合剂均匀融化，最终形成结构一致，稳定牢固的磨料层。并且在高温高压的作用下，结合剂将如发挥粘胶的作用，使得磨料层牢固的粘接在基体粘接面上，同时由于通过对模具施加压力，使得内部空间减小，进一步强化增加磨料层的结构密度。

本发明制得的砂轮主要适用于做平面减薄、直线倒角加工。采用挤压后再热压的工艺，在基体上形成多个粘接牢固的磨料层，使得同一砂轮可完成原来至少两个步骤才能达到的加工效果。

本发明采用多磨料层砂轮设计，通过特制模具分步压制，再一次性热压成型，加工工艺简单，形成的砂轮可粗磨、精磨等一步完成，减少了加工强度，提升了打磨加工效率，也提高了机床应用率。

附图说明

图1是本发明模具剖面结构示意图。

图2是本发明模具工作状态剖面结构示意图。

图3是本发明模具加工过程动态变化剖面结构示意图。

图4是本发明砂轮剖面结构示意图。

图5是本发明砂轮立体剖面结构示意图。

图6是本发明砂轮使用状态结构示意图。

图7是本发明砂轮其它实施方式剖面结构示意图。

图8是本发明砂轮其它实施方式剖面结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被认为是“设置”或“连接”在另一个元件上，它可以是直接设置或连接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文中所使用的所有的技术和科学术语与本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在于限制本发明。

实施例1：

如图1、2所示，本发明砂轮的加工模具2包括中部设凸起的装配杆2-2的定位底座2-1，设置在定位底座2-1上的模框2-5，和套装于装配杆2-2上的中心模2-6。其中：模框2-5内壁与中心模2-6底面形成金刚石树脂砂轮基体1-1的放置区。模框2-5内壁与中心模2-6外壁之间设有间隙，且该间隙里内设置有粗磨料层压头2-3和细磨料层压头2-4，且粗磨料层压头2-3套设于细磨料层压头2-4外，可实现在金刚石树脂砂轮基体1-1上完成粗粒度磨料层1-3和细粒度磨料层1-4的压制、成型。

更具体的，见图1或图2，粗磨料层压头2-3顶端水平向外，延伸端的底面在进行压制工作时限位于模框2-5顶面。细磨料层压头2-4顶端水平向内延伸，延伸端的底面在进行压制工作时限位于中心模2-6顶面。

更具体的，见图1或图2，中心模2-6的顶面通过设置紧固螺母2-7与装配杆2-2装配固定限位，使中心模能有效的压紧金刚石树脂砂轮基体1-1，在加工过程中不会出现移位问题。

更具体的，模框2-5与定位底座2-1为可拆卸式的装配，以便于根据不同大小的砂轮选择相匹配内径的模框。

采用上述加工模具进行砂轮加工的具体方法如下：

1、在选定好的砂轮基体1-1待粘接磨料层的位置开出燕尾槽1-5，一个磨料层粘接位置对应一个燕尾槽，并对粘接面做粗糙化处理，本例中粗糙化处理为喷砂处理。本例中磨料层加工为二个，具体为粗粒度磨料层1-3和细粒度磨料层1-4，且成型后的粗粒度磨料层1-3套设于细料度磨料层1-4外，如图2所示。

2、选择内径与砂轮基体1-1外径尺寸相匹配的模框2-5安装于定位底座2-1上。然后把砂轮基体1-1放入模框2-5内，基体1-1上的装配孔1-2对应定位底座2-1上的装配杆2-2装配。再安装中心模2-6，压实好砂轮基体1-1后用紧固螺母2-7将中心模2-6固定。此时中心模2-6外壁与模框2-5内壁形成了用于分别压制粗粒度磨料层1-3和细粒度磨料层1-4的粗磨料层压头2-3和细磨料层压头2-4压头的间隙，如图3第一个状态图。

3、预压磨料层，如图3所示：

①将粗磨料层压头2-3放入上述间隙内，使该压头底端与砂轮基体1-1顶面接触，顶端卡于模框2-5的顶面。然后将由金刚石颗粒与结合剂混合的细磨混合料装于粗磨料层压头2-3外壁与中心模2-6外壁之间的间隙里。再装入细磨料层压头2-4，通过油压机对细磨料层压头2-4加压固定，加压压力为10至100t，即形成预压细粒度磨料层，如图3第二个状态图。本步骤中采用的细磨混合料为密集度在40%至200%的40至1微米金刚石颗粒与结合剂的混合料，其中结合剂为耐高温树脂结合剂，或陶瓷结合剂，或者橡胶结合剂，或者金属结合剂，或者上述至少二种混合结合剂均可。

②拆出粗磨料层压头2-3，将由金刚石颗粒与结合剂混合的粗磨混合料装于细磨料层压头2-4及预压细粒度磨料层外壁与模框2-5内壁之间的间隙里。再装入粗磨料层压头2-3，通过油压机对粗磨料层压头2-3加压固定，加压压力为10至100t，即形成预压粗粒度磨料层，如图3第三个状态图。本步骤中采用的粗磨混合料为密集度在40%至200%的40至300微米金刚石颗粒与结合剂的混合料，其中结合剂为耐高温树脂结合剂，或陶瓷结合剂，或者橡胶结合剂，或者金属结合剂，或者上述至少二种混合结合剂均可。

4、将完成上步工序的模具及基体放入热压机，加热压制使粗、细粒度磨料层与砂轮基体牢固粘接成一体。热压过程中施加20至100吨压力，加热到180摄氏度至400摄氏度，并且在机械加工过程中需保证产品在旋转时的平面及外圆跳动小于等于0.05mm。

5、根据待加工工件实际要打磨的深度对粗、细粒度磨料层的工作面进行斜切角。

本例中工出来的砂轮结构如下：

如图4、5所示，本砂轮包括中部带装配孔1-2的基体1-1，和设置在基体1-1上的磨料层。其中：基体1-1为金属基本。磨料层为先通过挤压，再通过热压固定于基体表面的粗粒度磨料层1-3和细粒度磨料层1-4，且粗粒度磨料层1-3套设于细料度磨料层1-4外。粗、细磨料层由粗、细不同的金刚石颗粒与结合剂混合压制而成。可以使一个砂轮完成粗磨和精磨的二个工序加工。

更具体的，见图4，粗粒度磨料层1-3和细粒度磨料层1-4的顶面为打磨工作面，且内磨料层与外磨料层的顶面采用同一斜度的切角θ1过度（根据加工需要本例θ1切成15度角），外磨料层的外侧过渡成另一斜度的切角θ2（根据加工需要本例θ2切成45度角）。相邻磨料层采用同一斜切角过度，形成避空角，利于不同工序磨料层打磨工作的过度；外磨料层外侧设计成斜切角，利于装配和高效粗磨，见图6。

更具体的，见图4，基体1-1与粗粒度磨料层1-3、细粒度磨料层1-4采用燕尾式结构粘接。即基体1-1的粘接面上开有燕尾槽1-5，粗粒度磨料层1-3和细粒度磨料层1-4的粘接面压制出与对应燕尾槽1-5吻合粘接的燕尾。同时，为了进一步加强粘接力度，将基体1-1的粘接面做成粗糙面，比如做喷砂处理等，图略。

工作时，通过基体的装配孔将本砂轮与磨床等设备的主轴连接，从而使砂轮做圆周运动，参与磨削加工。这样可用一台设备、一个砂轮（如图6所示，上面虚线部分为粗磨加工去除的部分，下面为精磨加工去除的部分），当外圈粗粒度磨料层完成粗加工，去除并平整完目标工件后；随后，细粒度磨料层将完成工件的抛光精磨，并将厚度加工到位，这样就可以使用一台机床完成两个加工步骤，从而提升加工效率。

实施例2：

如图7所示，本实施例与实施例1采用的模具、方法及砂轮结构基本相同，不同之处主要是：细粒度磨料层4和粗粒度磨料层3由内至外套设于基体1外圆上。细粒度磨料层4与基体1采用燕尾式结构粘接，粗粒度磨料层3粘接在细粒度磨料层4外圆上。加工时，只需将粗磨料层压头、细磨料层压头及对应的中心模外壁与模框内壁之间的间隙移至基体1外圆位置，先压制内层细粒度磨料层4，再压制外层粗粒度磨料层3，其它都与例1方法相同。

实施例3：

如图8所示，本实施例与实施例2基本相同，不同之处主要是：粗粒度磨料层3和细粒度磨料层4上、下叠置于基体1外圆上。两磨料层与基体1分别采用燕尾式结构粘接。加工时，只需将粗磨料层压头、细磨料层压头及对应的中心模外壁与模框内壁之间的间隙移至基体1外圆位置，先压制下层细粒度磨料层4，再压制上层粗粒度磨料层3，其它都与例1方法相同。

本发明所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (10)

1.一种金刚石树脂砂轮，该砂轮包括中部带装配孔的基体，和设置在基体上的磨料层，其特征在于：

所述的磨料层为通过挤压和热压固定于基体表面或外圆的至少两个磨料层，且各磨料层由粗、细不同的金刚石颗粒与结合剂混合压制而成；

所述的磨料层与基体的粘接处采用燕尾式结构，即基体的粘接面上开有燕尾槽，磨料层的粘接面压制出与燕尾槽吻合粘接的燕尾；所述的基体粘接面还处理为粗糙面。

2.根据权利要求1所述的砂轮，其特征在于所述的磨料层包括内、外套设于基体表面或外圆上的至少两个磨料层，或者包括上、下叠置于基体外圆上的至少两个磨料层。

3.根据权利要求2所述的砂轮，其特征在于所述的内、外套设的磨料层顶面为打磨工作面，且内磨料层与外磨料层的顶面采用同一斜度的切角θ1过度，外磨料层的外侧过渡成另一斜度的切角θ2。

4.一种用于加工权利要求1所述金刚石树脂砂轮的模具，其特征在于该模具包括中部设装配杆的定位底座，设置在定位底座上的模框，和套装于装配杆上的中心模，其中：

所述模框内壁与中心模底面形成金刚石树脂砂轮基体的放置区，所述模框内壁与中心模外壁之间设有间隙，且该间隙里内设置有至少两个用于压制金刚石树脂砂轮上的磨料层的压头；

所述的中心模的顶面通过设置紧固螺母与装配杆装配固定限位。

5.根据权利要求4所述的模具，其特征在于所述的压头为顶端水平向外或水平向内延伸的结构，其延伸端的底面限位于模框顶面或者中心模顶面。

6.根据权利要求4所述的模具，其特征在于所述的模框与定位底座为可拆卸式的装配。

7.一种利用权利要求4所述模具加工金刚石树脂砂轮的方法，其特征在于包括以下步骤：

1）砂轮基体准备：在选定好的砂轮基体待粘接磨料层的位置开出燕尾槽，一个磨料层粘接位置对应一个燕尾槽，并对粘接面做粗糙化处理；

2）固定基体：选择内径与砂轮基体外径尺寸相匹配的模框及定位底座；然后把砂轮基体放入模框内，基体上的装配孔对应定位底座上的装配杆装配；再安装中心模，压实好砂轮基体后用紧固螺母将中心模固定，此时中心模外壁与模框内壁形成放置压头的间隙；

3）预压磨料层：

①将第一个磨料层压头放入上述间隙内，使该压头底端与砂轮基体顶面接触，顶端卡于模框的顶面；然后将由金刚石颗粒与结合剂混合的细磨混合料装于该磨料层压头外壁与中心模外壁之间的间隙里，再装入第二个磨料层压头，通过油压机对装在细磨混合料上的第二个磨料压头加压固定，即形成预压细粒度磨料层；

②拆出第一个磨料层压头，将由金刚石颗粒与结合剂混合的粗磨混合料装于第二个磨料层压头及预压细粒度磨料层外壁与模框内壁之间的间隙里，再装入第一个磨料层压头，通过油压机对装在粗磨混合料上的第一个磨料压头加压固定，即形成预压粗粒度磨料层；

依照上述方法形成更多的磨料层；

4）热压成型：将完成上步工序的模具及基体放入热压机，加热压制使各磨料层与砂轮基体牢固粘接成一体，热压过程中施加20至100吨压力，加热到180摄氏度至400摄氏度，并且在机械加工过程中需保证产品在旋转时的平面及外圆跳动小于等于0.05mm；

5）定型出品：根据待加工工件实际要打磨的深度对粗、细粒度磨料层的工作面进行斜切角。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于所述的细磨混合料为密集度在40%至200%的40至1微米金刚石颗粒与结合剂的混合料。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于所述的粗磨混合料为密集度在40%至200%的300至40微米金刚石颗粒与结合剂的混合料。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于所述的预压磨料层中油压机加压压力为10至100t。