CN109483418A - 金属基微量润滑砂轮及金属基微量润滑砂轮的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种金属基微量润滑砂轮及金属基微量润滑砂轮的制作方法，为了有效减少砂轮磨削加工过程中磨削润滑液的使用量，该微量润滑砂轮包括金属基体及磨削层，金属基体的中心设置有砂轮安装孔，金属基体的顶面为砂轮安装端面，金属基体的底面设置磨削层；金属基体内还设置有润滑液流道，润滑液流道的入口与砂轮安装孔相通，润滑液流道的出口朝向金属基体外部。该砂轮制造方法基于SLM增材制造技术，利用SLM增材制造技术制造砂轮金属基体，金属基体制造完成后，利用微滴喷射技术将砂轮结合剂精准输送至磨粒附着基体表面特定区域，后再通过气载磨粒喷头将磨粒输送至结合剂分布区域，利用相关固化方法对砂轮基体、结合剂以及磨粒进行结合固化。
Description
技术领域
本发明属于砂轮制造技术领域，涉及一种金属基微量润滑砂轮及金属基微量润滑砂轮的制作方法。
背景技术
磨削是通过磨料及磨具切除工件上多余材料的加工方法。在机械加工领域，磨削加工属于精加工，因加工量小、精度高等优点，被广泛应用于机械制造行业。磨削加工主要采用砂轮进行磨削，由于磨削加工方式的特点，在磨削去除工件上材料的同时，砂轮上磨粒也会因为与工件发生多刃切削而剥落磨屑。
传统砂轮主要采用磨粒与结合剂混合，再通过烧结等工艺得以实现。传统砂轮结构简单，不具备自润滑及冷却功能，多采用浇注式冷却。浇注式冷却过程中润滑液使用量大，直接导致磨削加工费用升高、影响环境以及操作人员的健康。
当前越来越多的砂轮采用金属基体表面附着磨粒的形式，此种形式的砂轮在近年来发展起来的高性能磨削或高效磨削中也得到了广泛的应用。但此种砂轮基体仍采用传统加工方式进行制造，再通过相关电镀或钎焊等工艺实现磨粒与基体的紧密结合，此种方法间接影响砂轮制造周期。
发明内容
为了有效减少砂轮磨削加工过程中磨削润滑液的使用量，从而降低磨削加工制造成本，本发明提出一种金属基微量润滑砂轮及金属基微量润滑砂轮的制作方法。
本发明的技术解决方案是：
一种金属基微量润滑砂轮，包括金属基体3及磨削层12，其特殊之处在于：
所述金属基体3的中心设置有砂轮安装孔，所述金属基体3的顶面为砂轮安装端面，所述金属基体3的底面设置所述磨削层12；
所述金属基体3内还设置有润滑液流道，所述润滑液流道的入口与砂轮安装孔相通，所述润滑液流道的出口朝向金属基体3外部。
所述润滑液流道包括沿金属基体3由上至下依次设置的润滑液主流道5、环形存储腔6及润滑液副流道11；
所述润滑液主流道5的数量为多条，多条润滑液主流道5围绕金属基体3中心轴圆周设置；
润滑液副流道11的数量为多条，多条润滑液副流道11沿金属基体3轴向并行设置；
所述多条润滑液主流道5的入口与砂轮安装孔相通，所述多条润滑液主流道5的出口与环形存储腔6的入口相通，所述环形存储腔6的出口与多条润滑液副流道11的入口相通；所述多条润滑液副流道11的出口朝向金属基体3外部，最终将冷却润滑液作用在磨削加工区域。
此润滑液流道设置，可以满足砂轮在高速运转下，润滑冷却液顺利作用于磨削加工区域，结构形式简单。
所述多条润滑液副流道11分为多组，多组润滑液副流道11以金属基体3中心为圆心圆周均布；所述金属基体3的底部圆周设置有多个凸台；所述磨削层12包括设置在多个凸台13上的多个磨削带，一个凸台对应设置一个磨削带；相邻两个凸台之间设置一组所述润滑液副流道11。本发明凸台的设置有助于增加容屑空间，防止润滑液副流道堵塞。
进一步地，为了在不影响砂轮整体刚性的前提下，减小砂轮整体重量，进而起到降低磨削加工过程中的功耗。所述金属基体3内还设置有网格状减重结构4，所述网格状减重结构4位于润滑液流道的上方。
进一步地，所述环形存储腔6均为网格状结构，网格状结构能够在保证润滑液顺利流入以及流出的前提下，能够保证砂轮整体刚性以及降低磨削过程中的功耗。
进一步地，位于同一组的多条润滑液副流道11沿圆弧分布；所述磨削层12的多条磨削带均为左旋磨削带或均为右旋磨削带。螺旋状磨削带，能够在磨削加工过程中更平稳的切入到工件。
进一步地，位于同一组的多条润滑液副流道11沿金属基体3的一条直径设置，磨削带的宽度从金属基体3边部至中心逐渐减小。
进一步地，所述砂轮安装孔包括从下至上依次设置的基体配合安装孔13、基体环形冷却液进孔14、基体装配连接孔15，其中的基体装配连接孔15为砂轮与砂轮安装轴的配合孔，基体环形冷却液进孔14的直径小于基体配合安装孔13和基体装配连接孔15的直径并与润滑液主流道5的入口相通，基体装配连接孔15及基体环形冷却液进孔14为圆柱孔，基体配合安装孔13为纵截面为梯形的圆锥孔，所述基体配合安装孔13、基体环形冷却液进孔14及基体装配连接孔15与金属基体3同轴。
进一步地，为保证砂轮与主轴刀柄动力连接，所述金属基体3的顶面还对称设置有一对连接键槽9。
同时，本发明还提供了上述的金属基微量润滑砂轮的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)利用SLM制造技术，制作金属基体3；
2)磨削层12的制作
2.1)采用表面微滴喷射技术，在金属基体3表面需要附着磨粒的区域喷射液态结合剂；
2.2)采用气载式磨粒喷头，在液态结合剂的表面铺设磨粒；
2.3)采用紫外光扫描金属磨粒及液态结合剂，使液态结合剂固化并与金属磨粒结合在一起，砂轮制作完成。
本发明与现有技术相比，有益效果是：
1、本发明所提出的微量润滑砂轮，金属基体具有内润滑流道，能够保证内部的润滑液直接作用在磨削加工区域，有效减少磨削加工过程中的磨削润滑液的使用量。
2、本发明所提出的微量润滑砂轮，通过金属基体中心的砂轮安装孔可以与主轴刀柄进行连接，金属基体内的润滑液流道与主轴刀柄内部的润滑液通道相通，该结构能够保证主轴刀柄内部的润滑液通过设置在砂轮内部的润滑液流道顺利作用在磨削加工区域，有效减少磨削加工过程中的磨削润滑液的使用量，且无需单独接磨削润滑液管路，结构形式简单。
3、本发明金属基微量润滑砂轮的制作方法与现有砂轮制造方法相比，能够快速且精确制造出不同磨削需求的个性化砂轮，可根据不同的磨削需要选择所需加工精度对应目的砂轮粒度。
4、本发明金属基微量润滑砂轮的制作方法，可根据磨削加工状态的不同以及磨削加工过程中所产生的热量不同的情况，制造出满足需求的砂轮磨粒分布、润滑液内流道以及容屑槽。
5、本发明金属基微量润滑砂轮的制作方法，制作周期短，制作成本低。
附图说明
图1为本发明实施例金属基微量润滑砂轮的仰视图；
图2为图1所示金属基微量润滑砂轮的A-A剖视图；
图3是砂轮底部B处的局部放大图；
图4为图2的俯视图；
图5为本发明另一种实施例金属基微量润滑砂轮的仰视图；
图6本发明实施例金属基微量润滑砂轮与刀柄相接图；
图7为本发明实施例金属基微量润滑砂轮的制作流程图；
图8为本发明金属基微量润滑砂轮加工装置的结构图；
图9为图8中微滴喷射及磨粒喷射头的运动原理图；
其中附图标记为：
1-连接刀柄、2-刀柄内流道、3-金属基体、4-网格减重结构、5-润滑液主流道、6-环形存储腔、7-连接螺栓、8-压板、9-连接键槽、10-连接键、11-润滑液副流道、12-磨削层、13-基体配合安装孔、14-基体环形冷却液进孔、15-基体装配连接孔、16-粉箱、17-磨粒喷头、18-磨粒喷头导轨、19-金属粉末刮刀、20-砂轮成形基体、21-成型件工作台、22-垂直移动组件、23-粉末收集桶支架、24-粉末收集桶、25-工作腔室、25a-工作腔左滑轨、25b-工作腔右滑轨、26-光纤激光器、27-扫描系统、28-驱动同步带轮、29-驱动联轴器、30-驱动电机、31-刮刀运行导轨、32-从动同步带轮、33-刮刀驱动连接板、34-导轨滚轮、35-微滴喷射头、36-微滴喷射头导轨。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行详细说明。
如图1-4所示，本发明的金属基微量润滑砂轮，包括金属基体3及磨削层12，金属基体3的中心设置有砂轮安装孔，金属基体3的顶面为砂轮安装端面，金属基体3的底面设置所述磨削层12；金属基体3内还设置有润滑液流道，润滑液流道包括沿金属基体3由上至下依次设置的润滑液主流道5、环形存储腔6及润滑液副流道11；润滑液主流道5的数量为多条，多条润滑液主流道5围绕金属基体3中心轴圆周设置；润滑液副流道11的数量为多条，多条润滑液副流道11沿金属基体3轴向并行设置；多条润滑液主流道5的入口与砂轮安装孔相通，多条润滑液主流道5的出口与环形存储腔6的入口相通，环形存储腔6的出口与多条润滑液副流道11的入口相通；多条润滑液副流道11的出口朝向金属基体3外部，最终将冷却润滑液作用在磨削加工区域。此润滑液流道设置，可以满足砂轮在高速运转下，润滑冷却液顺利作用于磨削加工区域，结构形式简单。
本发明的多条润滑液副流道11分为多组，多组润滑液副流道11以金属基体3中心为圆心圆周均布；金属基体3的底部圆周设置有多个凸台；磨削层12包括设置在多个凸台13上的多个磨削带，一个凸台对应设置一个磨削带；相邻两个凸台之间设置一组所述润滑液副流道11。本发明凸台的设置有助于增加容屑空间，防止润滑液副流道堵塞。
为了在不影响砂轮整体刚性的前提下，减小砂轮整体重量，进而起到降低磨削加工过程中的功耗。本发明的金属基体3内还设置有网格状减重结构4，网格状减重结构4位于润滑液流道的上方。本发明的环形存储腔6也为网格状结构，网格状结构能够在保证润滑液顺利流入以及流出的前提下，能够保证砂轮整体刚性以及降低磨削过程中的功耗。
图1为本发明的一个实施例，该实施例中位于同一组的多条润滑液副流道11沿一条向左弯的弧线设置；磨削带为向左旋的螺旋形。
如图2所示，本发明的砂轮安装孔包括从下至上依次设置的基体配合安装孔13、基体环形冷却液进孔14、基体装配连接孔15，其中的基体装配连接孔15为砂轮与砂轮安装轴的配合孔，基体环形冷却液进孔14的直径小于基体配合安装孔13和基体装配连接孔15的直径并与润滑液主流道5的入口相通，基体装配连接孔15及基体环形冷却液进孔14为圆柱孔，基体配合安装孔13为纵截面为梯形的圆锥孔，基体配合安装孔13、基体环形冷却液进孔14及基体装配连接孔15与金属基体3同轴。
如图4所示，本发明砂轮的金属基体3顶面还对称设置有一对连接键槽9。
图5为本发明的另一个实施例，该实施例与前一实施例的不同之处在于位于同一组的多条润滑液副流道11沿金属基体3的一条直径设置，磨削带的宽度从金属基体3边部至中心逐渐减小。
如图6所示，本发明金属基微量润滑砂轮在安装时，将金属基体3顶面的一对连接键槽9与连接刀柄1端部的连接键10配合安装，同时可以通过压板8及连接螺栓7将砂轮与连接刀柄1端部的安装轴固定连接，由于连接刀柄1内本身就设置有刀柄内流道2，在磨削加工过程中，润滑液从设备主轴进入连接刀柄1内的刀柄内流道2后流入基体环形冷却液进孔14，再通过金属基体3中的润滑液主流道5后进入环形存储腔6，后再通过润滑液副流道11对磨削层12进行润滑冷却。
砂轮制造方法如图7所示，利用SLM增材技术特点，逐层制造出设计要求的砂轮基体轮廓，此过程中可以根据实际加工需要制造出润滑液流道以及容屑槽。基体制造完成以后，在砂轮基体表面需要附着磨粒的区域利用微滴喷射技术，将结合剂(树脂、胶等液态结合剂)精准输送至砂轮基体表面。结合剂附着分布完成后，再通过磨粒输送装置，将磨粒送至结合剂分布区域，通过相关固化措施，完后磨粒结合剂以及基体的完成结合，后砂轮取出清理即可。
砂轮制造方法对应设备如图8-9所示，整个砂轮成形加工腔室为氩气或氮气工作腔室25，开始进行砂轮基体制造后，首先粉箱16中的基体金属粉末落入至金属粉末刮刀19内，金属粉末刮刀19在驱动电机30、刮刀运动导轨31、驱动联轴器29、驱动同步带轮28、从动同步带轮32、刮刀驱动连接板33及导轨滚轮34组成的直线运动机构的作用下沿图示箭头横向向右移动，移动至成型件工作区域后，由于成型件工作台21与金属粉末刮刀19下平面存在设定偏差值，此偏差值根据模型切片厚度而定，层厚的控制通过垂直移动组件22(线轨丝杠等)结构实现，成型件工作台21区域铺满粉末后，金属粉末刮刀19内多余的粉末最后落入到粉末收集桶24内，粉末收集桶24通过粉末收集桶支架固定在工作腔室25内；光纤激光器26的光束通过扫描系统27后在成型件工作台21区域进行基体轮廓激光烧结扫描，加工出对应砂轮成形基体20的片体轮廓。由于采用逐层扫描的加工方式，故砂轮成形基体20可以根据润滑液需要设计出不同的润滑油路以及容削槽。如此往复直至砂轮成形基体20制造完成，后金属粉末刮刀19回复到初始位置。
微滴喷射头35沿着微滴喷射头导轨36左右移动，微滴喷射头导轨36的一端与工作腔左滑轨25a连接，另一端与工作腔右滑轨25b连接，微滴喷射头35通过导轨滑块结构实现氩气或氮气工作腔室25前后移动，实现液态结合剂精准输送，液态结合剂输送完成后，微滴喷射头35沿着微滴喷射头导轨36回到初始位置。
磨粒喷头17沿着磨粒喷头导轨18左右移动，磨粒喷头导轨18的一端与工作腔左滑轨25a连接，另一端与工作腔右滑轨25b连接，磨粒喷头导轨18通过导轨滑块结构实现氩气或氮气工作腔室25前后移动，实现结合剂精准输送，结合剂输送完成后，磨粒喷头17与磨粒喷头导轨18回到初始位置。采用激光器26以及扫描系统27作用下(或为紫外固化灯)，实现精准固化。
Claims (10)
1.一种金属基微量润滑砂轮，包括金属基体(3)及磨削层(12)，其特征在于：
所述金属基体(3)的中心设置有砂轮安装孔，所述金属基体(3)的顶面为砂轮安装端面，所述金属基体(3)的底面设置所述磨削层(12)；
所述金属基体(3)内还设置有润滑液流道，所述润滑液流道的入口与砂轮安装孔相通，所述润滑液流道的出口朝向金属基体(3)外部。
2.根据权利要求1所述的金属基微量润滑砂轮，其特征在于：
所述润滑液流道包括沿金属基体(3)由上至下依次设置的润滑液主流道(5)、环形存储腔(6)及润滑液副流道(11)；
所述润滑液主流道(5)的数量为多条，多条润滑液主流道(5)围绕金属基体(3)中心轴圆周设置；
润滑液副流道(11)的数量为多条，多条润滑液副流道(11)沿金属基体(3)轴向并行设置；
所述多条润滑液主流道(5)的入口与砂轮安装孔相通，所述多条润滑液主流道(5)的出口与环形存储腔(6)的入口相通，所述环形存储腔(6)的出口与多条润滑液副流道(11)的入口相通；所述多条润滑液副流道(11)的出口朝向金属基体(3)外部。
3.根据权利要求2所述的金属基微量润滑砂轮，其特征在于：
所述多条润滑液副流道(11)分为多组，多组润滑液副流道(11)以金属基体(3)中心为圆心圆周均布；
所述金属基体(3)的底部圆周设置有多个凸台；所述磨削层(12)包括设置在多个凸台上的多个磨削带，一个凸台对应设置一个磨削带；相邻两个凸台之间设置一组所述润滑液副流道(11)。
4.根据权利要求1-3任一所述的金属基微量润滑砂轮，其特征在于：
所述金属基体(3)内还设置有网格状减重结构(4)，所述网格状减重结构(4)位于润滑液流道的上方。
5.根据权利要求4所述的金属基微量润滑砂轮，其特征在于：
所述环形存储腔(6)为网格状结构。
6.根据权利要求5所述的金属基微量润滑砂轮，其特征在于：
位于同一组的多条润滑液副流道(11)沿圆弧排布；
所述磨削层(12)的多条磨削带均为左旋磨削带或均为右旋磨削带。
7.根据权利要求5所述的金属基微量润滑砂轮，其特征在于：
位于同一组的多条润滑液副流道(11)沿金属基体(3)的一条直径设置；
所述磨削带的宽度从金属基体(3)边部至中心逐渐减小。
8.根据权利要求5所述的金属基微量润滑砂轮，其特征在于：
所述砂轮安装孔包括从下至上依次设置的基体配合安装孔(13)、基体环形冷却液进孔(14)、基体装配连接孔(15)，其中的基体装配连接孔(15)为砂轮与砂轮安装轴的配合孔，基体环形冷却液进孔(14)的直径小于基体配合安装孔(13)和基体装配连接孔(15)的直径并与润滑液主流道(5)的入口相通，基体装配连接孔(15)及基体环形冷却液进孔(14)为圆柱孔，基体配合安装孔(13)为纵截面是梯形的圆锥孔，所述基体配合安装孔(13)、基体环形冷却液进孔(14)及基体装配连接孔(15)与金属基体(3)同轴。
9.根据权利要求8所述的金属基微量润滑砂轮，其特征在于：
所述金属基体(3)的顶面还对称设置有一对连接键槽(9)。
10.一种金属基微量润滑砂轮的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)利用SLM制造技术，制作金属基体(3)；
2)磨削层(12)的制作
2.1)采用表面微滴喷射技术，在金属基体(3)表面需要附着磨粒的区域喷射液态结合剂；
2.2)采用气载式磨粒喷头，在液态结合剂的表面铺设磨粒；
2.3)采用紫外光扫描金属磨粒及液态结合剂，使液态结合剂固化并与金属磨粒结合在一起，砂轮制作完成。
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