CN108942712B - 单斜边结构的冷锯砂轮及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单斜边结构的冷锯砂轮及其制备方法，包括钢基体和环形磨削层；所述钢基体上，所述钢基体与环形磨削层的接触面为水平Z型结构；所述水平Z型结构中，上竖直面高于下竖直面；这样整个砂轮从外观上观察，磨削层一边厚、一边薄，以砂轮安装孔为内，外厚内薄的结构使得受力大的磨削面厚；所述磨削层由树脂结合剂以及磨料制备。为了增加结合剂与基体的把持力，本发明采用了外圆滚花、外圆内侧端面开槽以及磨料层与基体链接处镀铜处理，避免了砂轮在受力时容易脱圈。另外，此种结构可以最大程度的把砂轮使用完，节约成本。并且其形状可以根据加工对象的形状调整，适合与工业化生产。

Description

单斜边结构的冷锯砂轮及其制备方法

技术领域

本发明属于超硬磨料砂轮领域，具体涉及一种单斜边结构的冷锯砂轮及其制备方法。

背景技术

冷锯是一种新型的锯片，在金属锯切过程中，锯片锯齿锯切过程时产生的热量通过锯齿转移到锯屑上，锯切的工件和锯片保持冷却。

冷锯的锯齿和其基体是一个整体结构，冷锯砂轮是根据齿形的要求，直接在锯片外圆上开齿。冷锯砂轮的磨削余量很大，同时磨削阻力也较其他砂轮大很多。

冷锯砂轮在磨削与现有常规磨削的方式存在很大差异。现有砂轮无法达到单面受力的要求，很容易造成砂轮整体脱圈，轻则会损耗工件，重则会砂轮在高速旋转时飞出，砸伤操作人员。

发明内容

本发明的目的是提供一种单斜边结构的冷锯砂轮，首次公开了特殊的单斜边结构，符合加工方式；另外，通过特殊的制作工艺，增加磨料层与基体的粘接力，从而保证砂轮在使用中不会脱圈。

为达到上述目的，本发明具体的技术方案是：

一种单斜边结构的冷锯砂轮，包括钢基体和环形磨削层；所述钢基体上，所述钢基体与环形磨削层的接触面为水平Z型结构；所述水平Z型结构由上竖直面、下竖直面与水平面构成；所述水平Z型结构中，上竖直面高于下竖直面，这样整个砂轮从外观上观察，磨削层一边厚、一边薄，以砂轮安装孔为内，外厚内薄的结构使得受力大的磨削面厚；所述磨削层由树脂结合剂以及磨料制备。

本发明进一步公开了一种单斜边结构冷锯砂轮用基体，包括钢基体，所述钢基体最外侧设有水平Z型结构；所述水平Z型结构中，上竖直面高于下竖直面。

本发明中，水平Z型结构为现有Z字水平状态，由左右两个竖直面与一个水平面构成，以本发明的砂轮水平放置，即中心安装孔轴线与水平面垂直，为基准方向，具体可结合说明书附图理解。

上述技术方案中，钢基体外侧部分在加工后呈现单斜边结构，用于与环形磨削层复合粘接，优选的，水平Z型结构的长度为3mm，即水平Z型结构中，水平面的长度为3mm。

上述技术方案中，水平Z型结构中，下竖直面设有滚花结构，上竖直面、水平面分别设有复数条槽；优选的，所述滚花结构中，滚花深度为0.3mm，齿间距为0.3mm；所述上竖直面中，每条槽之间的间距为0.2mm，每条槽的深度为0.4mm，每条槽的宽度为0.3mm；所述水平面中，每条槽之间的间距为0.2mm，每条槽的深度为0.2mm，每条槽的宽度为0.15mm。

本发明中，所述滚花结构位于钢基体最外侧，由于设置在水平Z型结构上，槽与滚花两种结构之间存在一定的厚度差，而且可以理解，槽与滚花结构整体都是环形结构，与基体一样。滚花和开槽均增加磨料层与基体之间的接触面积，从而增加磨料层与结合剂之间的把持力，本发明限定滚花、槽的位置，而不是全部滚花或设槽，虽然都可以提高界面效果，但是本发明的限定结构可以体现磨削层一边厚、一边薄，达到单面受力的效果，从具体应用看，此结构脱圈率极低，工件合格率高。

上述技术方案中，所述水平Z型结构的表面设有喷砂层，所述喷砂层表面设有镀铜层，增加基体表面粗糙度，从而增加树脂结合剂与基体表面的结合力。

现有技术中，为了增加砂轮与基体的结合均匀性以及受力平衡性，都采用完整、对称的接触面结构，因为非对称接触面会导致砂轮磨削时左右受力不均，明显会带来一系列问题。本发明针对冷锯砂轮磨削，采用与现有常规砂轮不一样的结构，在基体端部设计类台阶结构，结合结构限定，客观上增加基体磨料的接触面，但更主要的是实现磨削层一边厚、一边薄的效果，达到单面受力的要求，避免砂轮整体脱圈，提高工件效能。

上述技术方案中，钢基体为45#钢基体，设有中心孔。

本发明进一步公开了上述单斜边结构的冷锯砂轮的制备方法，包括以下步骤：

（1）加工钢基体，得到带有水平Z型结构的基体；所述水平Z型结构中，下竖直面设有滚花结构，上竖直面、水平面分别设有复数条槽；

（2）对带有水平Z型结构的基体的水平Z型结构表面进行喷砂处理，得到喷砂件；

（3）将喷砂件清洗后在喷砂层表面依次镀镍、镀铜，得到镀铜件；

（4）混合树脂结合剂与磨料，得到成型料；

（5）将镀铜件置入模具中，再加入成型料，依次经过冷压、热压得到、硬化，得到单斜边结构的冷锯砂轮。

本发明进一步公开了上述单斜边结构冷锯砂轮用基体的制备方法，包括以下步骤：

（1）加工钢基体，得到带有水平Z型结构的基体；所述水平Z型结构中，下竖直面设有滚花结构，上竖直面、水平面分别设有复数条槽；

（2）对带有水平Z型结构的基体的水平Z型结构表面进行喷砂处理，得到喷砂件；

（3）将喷砂件清洗后在喷砂层表面依次镀镍、镀铜，得到单斜边结构冷锯砂轮用基体。

本发明进一步公开了上述单斜边结构冷锯砂轮用坯体的制备方法，包括以下步骤：

（1）加工钢基体，得到带有水平Z型结构的基体；所述水平Z型结构中，下竖直面设有滚花结构，上竖直面、水平面分别设有复数条槽；

（2）对带有水平Z型结构的基体的水平Z型结构表面进行喷砂处理，得到喷砂件；

（3）将喷砂件清洗后在喷砂层表面依次镀镍、镀铜，得到镀铜件；

（4）混合树脂结合剂与磨料，得到成型料；

（5）将镀铜件置入模具中，再加入成型料，经过冷压，得到单斜边结构冷锯砂轮用坯体。

本发明先将车好的钢基体（带有槽与滚花的水平Z型结构）先用丙酮清洗除油，再用去离子水冲洗干净，然后放置在磷酸溶液中反应5min后拿出，再用去离子水冲洗干净，再放入到镀镍溶液中反应10min后拿出，用去离子水冲洗干净，再放入到镀铜溶液中反应20min后拿出，用去离子水冲洗，并用布擦干基体表面的水珠，得到镀铜件，作为单斜边结构冷锯砂轮用基体，悬挂基体备用。以上镀镍、镀铜均需要在60℃保温下进行，镀镍液、镀铜液为现有产品。

本发明中，按重量份，所述树脂结合剂的组成如下：

酚醛树脂粉15～40

电解铜粉30～60

铁红3～5

氧化锌2～10

石墨粉5～15

氧化钙2～5

上述技术方案中，所述酚醛树脂粉的粒径为40μm；铁红粒径为50μm；氧化锌、氧化钙的粒径为40μm；石墨粉的粒径为20微米。

上述技术方案中，所述磨料为镀56%镍层的立方氮化硼磨料。

上述技术方案中，所述树脂结合剂、磨料的质量比为1.5～1.8∶2。

由于上述方案的应用，本发明与现有技术相比具有以下优点：

由于机床的加工特性，现有技术的砂轮在磨削冷锯时，由于其磨削层的支撑面积小，砂轮磨料层受到的磨削阻力较大，特别是冷锯加工施力不均，导致容易出现脱圈情况。因此，现有技术的砂轮存在安全隐患。本发明中磨料层与基体的接触面积较大，砂轮在受力时，受到的支撑面积较大，而且结构设计利于单面受力，满足砂轮受力不均的要求。

由于机床的加工特性，现有技术的砂轮磨料层在磨削一段长度后，冷锯砂轮一面的磨料层已经消耗完，而磨料层的另一面还有一段距离。这样砂轮就不能完全使用，从而造成了砂轮的浪费。而本发明可以最大程度的把砂轮使用完，节约企业成本。

本发明的冷锯砂轮斜面镀铜，能大幅度提高基体与磨料层的粘接力。相比于现有砂轮技术，在粘接力方面有了很大的提升，尤其是结合槽、滚花结构，降低了镀铜成本，并有效减低了砂轮的安全隐患。

本发明所公开的冷锯砂轮的制备工艺简单，原料无特殊要求，所制得的用于加工冷锯砂轮的形状可以根据加工对象的形状调整，适合与工业化生产。

附图说明

图1为本发明单斜边结构的冷锯砂轮结构示意图；

图2为本发明单斜边结构的冷锯砂轮基体结构示意图；

图3为本发明单斜边结构的冷锯砂轮截面结构示意图；

图4为本发明单斜边结构的冷锯砂轮基体截面结构示意图；

图5为本发明单斜边结构的冷锯砂轮水平Z型结构示意图；

图6为本发明单斜边结构的冷锯砂轮水平Z型结构示意图；

其中，钢基体1、环形磨削层2、水平Z型结构3、上竖直面31、水平面32、下竖直面33、滚花结构34、槽35、喷砂层4、镀铜层5。

具体实施方式

制备单斜边结构的冷锯砂轮的方法包括：车加工基体、喷砂、将基体镀铜、混料、装模、烧结、硬化，再将硬化后的砂轮成型体加工至图纸要求的形状和尺寸，按超硬砂轮国家标准检验合格后入库；所用酚醛树脂粉的粒径为40μm；铁红粒径为50μm；氧化锌、氧化钙的粒径为40μm；石墨粉的粒径为20微米。

参见附图1-6，本发明的单斜边结构的冷锯砂轮，包括钢基体1和环形磨削层2；以砂轮水平放置并且磨削面朝上为准，钢基体上，钢基体与环形磨削层的接触面为水平Z型结构3；水平Z型结构由上竖直面31、下竖直面33与水平面32构成，水平Z型结构中，上竖直面高于下竖直面，水平Z型结构中，下竖直面设有滚花结构34，上竖直面、水平面分别设有复数条槽35；水平Z型结构的表面设有喷砂层4，喷砂层表面设有镀铜层5，具体的滚花结构、槽为常规结构，本发明进行尺寸限定，附图5与附图6为同一水平Z型结构，申请人在此区分表示，为了更清楚的表达本发明的技术方案，本领域技术人员根据本发明的记载可以毫无异议的确定，喷砂层、镀铜层位于槽、滚花结构的表面。

实施例一制作一款14A1、200×10×55×10×1.3冷锯砂轮

1、车加工基体：根据图纸要求，将45#钢基体加工，得到带有水平Z型结构的基体；水平Z型结构中，下竖直面设有滚花结构，上竖直面、水平面分别设有复数条槽；上竖直面厚度C为0.8mm，下竖直面厚度D为0.7mm；

水平Z型结构的长度为3mm，滚花结构中，滚花深度为0.3mm，齿间距为0.3mm；上竖直面中，每条槽之间的间距为0.2mm，每条槽的深度为0.4mm，每条槽的宽度为0.3mm；水平面中，每条槽之间的间距为0.2mm，每条槽的深度为0.2mm，每条槽的宽度为0.15mm；

2、喷砂：将上述水平Z型结构表面常规喷砂；

3、镀铜：将喷砂完的基体，先用丙酮清洗除油，再用去离子水冲洗干净，然后放置在磷酸溶液中反应5min后拿出，再用去离子水冲洗干净，再放入到镀镍溶液中反应10min后拿出，用去离子水冲洗干净，再放入到镀铜溶液中反应20min后拿出，用去离子水冲洗，并用布擦干基体表面的水珠，得到镀铜件，作为单斜边结构冷锯砂轮用基体，悬挂基体备用。以上镀镍、镀铜均需要在60℃保温下进行，镀镍液、镀铜液为现有产品；

4、混料：按照重量份称取酚醛树脂30份、铁红3份、氧化锌8份、电解铜粉50份、石墨粉6份、氧化钙3份，将以上几种物质装到三维混料机中进行球磨混料，混料时间90min。将混好的结合剂过60#筛网，装袋备用；按照磨料和结合剂的重量配比，称取56份镀56%镍层的立方氮化硼、44份树脂结合剂，手工混合后，过100#筛网2次，为成型料，上述所有的材料为市售商品，质量符合国家标准；

5、装模：将镀铜件放入到模具中，并用芯棒定位；将成型料均匀缓慢的倒入到模具中，刮平，放置在50吨冷压机上预压成型，得到坯体；

6、热压：将冷压完成的坯体依次放入到热压机中进行热压烧结、放入到烘箱中进行硬化处理；热压压机温度设定为170±5℃，烧结时间为45min，压力设定为120mpa；硬化工艺：0.3h升温至110℃±5℃，保温1h；然后0.3h升温至150℃±5℃，保温1h；接着0.5h升温至170℃±5℃，保温10h；冷却至室温取出，得到砂轮成型体；

将砂轮成型体按照图纸的要求，在车床和磨床上加工到规定尺寸和形状，按超硬砂轮国家标准JB/T 7425-94检验合格后包装、入库；磨削层一边厚、一边薄，厚边厚度A为8mm，薄边厚度B为5mm，水平Z型结构的长度为3mm。

实施例二制作一款14A1、150×20×55×10×2冷锯砂轮

1、车加工基体：根据图纸要求，将45#钢基体加工，得到带有水平Z型结构的基体；水平Z型结构中，下竖直面设有滚花结构，上竖直面、水平面分别设有复数条槽；上竖直面厚度0.85mm，下竖直面厚度0.65mm；

水平Z型结构的长度为3mm，滚花结构中，滚花深度为0.3mm，齿间距为0.3mm；上竖直面中，每条槽之间的间距为0.2mm，每条槽的深度为0.4mm，每条槽的宽度为0.3mm；水平面中，每条槽之间的间距为0.2mm，每条槽的深度为0.2mm，每条槽的宽度为0.15mm；

2、喷砂：将上述水平Z型结构表面常规喷砂；

3、镀铜：将喷砂完的基体，先用丙酮清洗除油，再用去离子水冲洗干净，然后放置在磷酸溶液中反应5min后拿出，再用去离子水冲洗干净，再放入到镀镍溶液中反应10min后拿出，用去离子水冲洗干净，再放入到镀铜溶液中反应20min后拿出，用去离子水冲洗，并用布擦干基体表面的水珠，得到镀铜件，作为单斜边结构冷锯砂轮用基体，悬挂基体备用。以上镀镍、镀铜均需要在60℃保温下进行，镀镍液、镀铜液为现有产品；

4、混料：按照重量份称取酚醛树脂33份、铁红3份、氧化锌10份、电解铜粉45份、石墨粉7份、氧化钙2份。将以上几种物质装到三维混料机中进行球磨混料，混料时间90min。将混好的结合剂过60#筛网，装袋备用；按照磨料和结合剂的重量配比，称取53份镀56%镍层的立方氮化硼、47份树脂结合剂，手工混合后，过100#筛网2次，为成型料，上述所有的材料为市售商品，质量符合国家标准；

5、装模：将镀铜件放入到模具中，并用芯棒定位；将成型料均匀缓慢的倒入到模具中，刮平，放置在50吨冷压机上预压成型，得到坯体；

6、热压：将冷压完成的坯体依次放入到热压机中进行热压烧结、放入到烘箱中进行硬化处理；热压压机温度设定为170±5℃，烧结时间为45min，压力设定为120mpa；硬化工艺：0.3h升温至110℃±5℃，保温1h；然后0.3h升温至150℃±5℃，保温1h；接着0.5h升温至170℃±5℃，保温10h；冷却至室温取出，得到砂轮成型体；

将砂轮成型体按照图纸的要求，在车床和磨床上加工到规定尺寸和形状，按超硬砂轮国家标准JB/T 7425-94检验合格后包装、入库；磨削层一边厚、一边薄，厚边厚度A为8mm，薄边厚度B为5mm，水平Z型结构的长度为3mm。

对比例一

在实施例一的基础上，基体端面不设置水平Z型结构，基体端面滚花，滚花结构与实施例一一样。

对比例二

在实施例一的基础上，左下竖直面厚度对调，其余与实施例一一样。

对比例三

在实施例一的基础上，水平Z型结构所有面都滚花，其余与实施例一一样。

对比例四

在实施例一的基础上，水平Z型结构长度为1mm，其余与实施例一一样。

对比例五

在实施例一的基础上，水平Z型结构所有面既不滚花也不开槽，其余与实施例一一样。

性能对比：

项目	脱圈率	寿命	工件合格率
				对比例一	15%	3万齿	92%
对比例二	5%	4万齿	96%
				对比例三	4%	4.5万齿	97%
对比例四	7%	3.3万齿	94%
				对比例五	9%	3.6万齿	95%
实施例一	0.6%	5.7万齿	99%
				实施例二	0.5%	5.6万齿	99%

本发明属于超硬磨料砂轮领域，具体涉及一种单斜边结构的冷锯砂轮及其制备方法；用砂轮单面磨削时，不会由于挤压造成砂轮磨料层与基体分离，消除砂轮在使用时的安全隐患，另外，这样也能最大化的把砂轮完全使用完；但是采用现有磨料层，脱圈率在2.6%左右，工件合格率在97%左右，采用现有砂轮，脱圈率在20%左右，工件合格率在88%左右。本发明首次设计的砂轮符合砂轮单面受力的情况，解决了现有技术容易造成砂轮整体脱圈，轻则会损耗工件，重则会砂轮在高速旋转时飞出，砸伤操作人员的问题。

Claims (1)

1.一种单斜边结构的冷锯砂轮，包括钢基体和环形磨削层,其特征在于,所述钢基体上，所述钢基体与环形磨削层的接触面为水平Z型结构；所述水平Z型结构由上竖直面、下竖直面与水平面构成；所述水平Z型结构中，上竖直面高于下竖直面；所述磨削层由树脂结合剂以及磨料制备；所述水平Z型结构的长度为3mm；水平Z型结构中，下竖直面设有滚花结构，上竖直面、水平面分别设有复数条槽；所述水平Z型结构的表面设有喷砂层，所述喷砂层表面设有镀铜层；

所述单斜边结构的冷锯砂轮的制备方法包括以下步骤：

（1）加工钢基体，得到带有水平Z型结构的基体；所述水平Z型结构中，下竖直面设有滚花结构，上竖直面、水平面分别设有复数条槽；

（2）对带有水平Z型结构的基体的水平Z型结构表面进行喷砂处理，得到喷砂件；

（3）将喷砂件清洗后在喷砂层表面依次镀镍、镀铜，得到镀铜件；

（4）混合树脂结合剂与磨料，得到成型料；

（5）将镀铜件置入模具中，再加入成型料，依次经过冷压、热压得到、硬化，得到单斜边结构的冷锯砂轮；

按重量份，所述树脂结合剂的组成如下：

酚醛树脂粉15～40

电解铜粉30～60

铁红3～5

氧化锌2～10

石墨粉5～15

氧化钙2～5

所述酚醛树脂粉的粒径为40μm；铁红粒径为50μm；氧化锌的粒径为4Oμm；氧化钙的粒径为40μm；石墨粉的粒径为20μm；

所述磨料为镀56%镍层的立方氮化硼磨料；

所述树脂结合剂、磨料的质量比为1.5～1.8:2；

所述滚花结构中，滚花深度为0.3mm，齿间距为0.3mm；所述上竖直面中，每条槽之间的间距为0.2mm，每条槽的深度为0.4mm，每条槽的宽度为0.3mm；所述水平面中，每条槽之间的间距为0.2mm，每条槽的深度为0.2mm，每条槽的宽度为0.15mm。

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