CN111823153A - 一种碳纤维基体复合结构砂轮及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种碳纤维基体复合结构砂轮及其制造方法，一种碳纤维基体复合结构砂轮包括碳纤维基体、砂轮片和单丝预紧布，砂轮片套设在所述碳纤维基体上，两者采用胶接，单丝预紧布缠绕在所述碳纤维基体上。本发明所述碳纤维基体复合结构砂轮解决了现有金属砂轮质量大、比强度比模量低、惯性大、抗振性差的问题；本发明也公开了一种碳纤维基体复合结构砂轮的制造方法，通过此方法可以制造碳纤维基体复合结构砂轮。
Description
技术领域
本发明涉及磨料磨具技术领域，特别是一种碳纤维基体复合结构砂轮及其制造方法。
背景技术
砂轮又称固结磨具，砂轮是由结合剂将普通磨料固结成一定形状(多数为圆形，中央有通孔)，并具有一定强度的固结磨具。其一般由磨料、结合剂和气孔构成，这三部分常称为固结磨具的三要素。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。
金属基体砂轮质量大、比强度比模量低，导致在超高速磨削过程中砂轮径向变形大、主轴负荷大、功率消耗高、抗振性差，影响磨削加工精度与加工表面质量。碳纤维具有高比强度比模量、高疲劳强度、高阻尼、轻质、低热膨胀系数，以及可设计、易成型的特性，为制造适合超高速磨削用的砂轮基体提供了可能性。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述和/或现有的砂轮中存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明所要解决的问题在于如何解决现有砂轮质量大、比强度比模量低、惯性大、抗振性差。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种碳纤维基体复合结构砂轮，其包括，碳纤维基体，其采用内部芯模方式缠绕成型；以及，砂轮片，与所述碳纤维基体外圈胶接。
作为本发明所述碳纤维基体复合结构砂轮的一种优选方案，其中：所述碳纤维基体包括内圈、碳纤维中圈和碳纤维外圈。
作为本发明所述碳纤维基体复合结构砂轮的一种优选方案，其中：还包括单丝预紧布，其缠绕在所述碳纤维基体上，包括环向缠绕在所述碳纤维外圈上的第一环、环向缠绕在所述第一环上的第二环，以及径向缠绕在所述碳纤维基体、第一环和第二环上的第三环。
作为本发明所述碳纤维基体复合结构砂轮的一种优选方案，其中：所述第二环的宽度大于所述第一环的宽度。
作为本发明所述碳纤维基体复合结构砂轮的一种优选方案，其中：所述内圈的材质为金属或碳纤维。
本发明其中另外一个目的是提供一种碳纤维基体复合结构砂轮的制造方法，通过这种方法能解决如何制造碳纤维基体复合结构砂轮的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种碳纤维基体复合结构砂轮的制造方法，其包括如下步骤：分别将碳纤维中圈和碳纤维外圈采用内部芯模方式缠绕成型；将内圈、所述碳纤维中圈及所述碳纤维外圈过盈装配成为碳纤维基体；用单丝预紧布对所述碳纤维基体进行缠绕；对缠绕好的所述碳纤维基体进行固化定型；将砂轮片胶接在已定型的所述碳纤维基体上，用模具进行加压定型。
作为本发明所述一种碳纤维基体复合结构砂轮的制造方法的一种优选方案，其中：在用所述单丝预紧布将所述碳纤维基体缠绕好并固化定型后，用碳纤维编织布按照所述碳纤维基体形状进行贴粘，贴粘后再覆盖透光膜，用模具对所述碳纤维基体的各个面进行压装固化。
作为本发明所述一种碳纤维基体复合结构砂轮的制造方法的一种优选方案，其中：在将所述内圈、所述碳纤维中圈及所述碳纤维外圈进行过盈装配时，先将所述碳纤维中圈和所述碳纤维外圈进行过盈装配，再与所述内圈进行过盈装配。
作为本发明所述一种碳纤维基体复合结构砂轮的制造方法的一种优选方案，其中：在进行过盈装配时，使所述碳纤维外圈受热膨胀，使所述碳纤维中圈降温冷缩，在所述碳纤维外圈和所述碳纤维中圈上涂上胶水后进行装配形成中间复合件，使所述中间复合件受热膨胀，使所述内圈降温冷缩，在所述中间复合件和所述内圈上涂上胶水后进行装配。
作为本发明所述一种碳纤维基体复合结构砂轮的制造方法的一种优选方案，其中：在对所述碳纤维中圈和所述碳纤维外圈、所述内圈和所述中间复合件进行胶接时，均留有粘前间隙。
作为本发明所述一种碳纤维基体复合结构砂轮的制造方法的一种优选方案，其中：用单丝预紧布对所述碳纤维基体进行缠绕时，先环向缠绕在所述碳纤维外圈上形成第一环，再环向缠绕在所述第一环上形成第二环，最后再中心孔径向缠绕，将所述碳纤维基体、第一环和第二环包裹住。
本发明有益效果为公开了一种碳纤维基体复合结构砂轮，其包括内圈、碳纤维结构和砂轮片，解决了重型金属砂轮质量大、比强度比模量低、惯性大、抗振性差的问题；本发明也公开了一种碳纤维基体复合结构砂轮的制造方法，通过此方法可以制造碳纤维基体复合结构砂轮。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为实例1中碳纤维基体复合结构砂轮的结构图。
图2a-2b为实例1中碳纤维基体复合结构砂轮的缠绕单丝预紧布的步骤图。
图3为实例2中碳纤维基体复合结构砂轮的制造方法的步骤图。
图4为实例2中碳纤维基体复合结构砂轮的制造方法的完整步骤图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
实施例1
参照图1和图2，为本发明第一个实施例，该实施例提供了一种碳纤维基体复合结构砂轮，碳纤维基体复合结构砂轮包括碳纤维基体100和砂轮片200，砂轮片200套设在所述碳纤维基体100的外圈上，两者采用胶接。
具体的，如图1，碳纤维基体100包括内圈101、碳纤维中圈102和碳纤维外圈103；碳纤维基体100从内向外依次为内圈101、碳纤维中圈102和碳纤维外圈103，内圈101材料为金属或碳纤维，当内圈101采用碳纤维材料时，砂轮重量更轻，当内圈101采用金属材料时，砂轮可以更加牢固的固定在磨削机械上。
砂轮片200用AB胶水粘在所述碳纤维外圈103上。
碳纤维具有高比强度比模量、高疲劳强度、高阻尼、轻质、低热膨胀系数，以及可设计、易成型的特性，由碳纤维材制造碳纤维中圈102和碳纤维外圈103，使砂轮在重量上降低的同时保证了其强度和抗振性。
进一步的，碳纤维材质的内圈101、碳纤维中圈102和碳纤维外圈103均采用内部芯模方式缠绕成型，其缠绕角度不做限制。
进一步的，如图2a-2b，还包括单丝预紧布300，其缠绕在所述碳纤维基体100上，包括环向缠绕在所述碳纤维外圈103上的第一环301、环向缠绕在所述第一环301上的第二环302，以及径向缠绕在所述碳纤维基体100、第一环301和第二环302上的第三环303，第一环301为基体内支撑环，其主要起到固定碳纤维基体100、支撑第二环302的作用，第二环302作为磨削力重载支持环，其主要起到在进行磨削时支持砂轮片200的作用，第三环303为紧固环，其主要起到进一步紧固整个碳纤维基体100、第一环301和第二环302的作用。
进一步的，所述第二环302的宽度大于所述第一环301的宽度，在一般来说，碳纤维基体100的宽度都是小于砂轮片200宽度的，第一环301的宽度一般和碳纤维外圈103的宽度相同，而第二环302宽度更大一些是为了更好的与砂轮片200的内侧面接触，使其连接的更加牢固，有利于提高砂轮的安全性能，第二环302宽度优选为与砂轮片200的宽度相同，即可以和砂轮片200的接触面积最大化，也更加美观。
综上，碳纤维基体复合结构砂轮由碳纤维基体100、砂轮片200和单丝预紧布300共同组成，单丝预紧布300缠绕在所述碳纤维基体100上，砂轮片200胶接在第三环303上。
实施例2
参照图3和图4，为本发明第二个实施例，该实施例提供了一种碳纤维基体复合结构砂轮的制造方法，可以根据该方法制造碳纤维基体复合结构砂轮。
具体的，碳纤维基体复合结构砂轮的制造方法包括如下步骤：如图3
分别将碳纤维中圈102和碳纤维外圈103采用内部芯模方式缠绕成型，若内圈101采用碳纤维材质，则内圈101同样采用内部芯模方式缠绕成型；
将内部芯模取出，采用机械加工方式加工出碳纤维基体(100)的各种尺寸，该尺寸包括宽度、内外径等；
将内圈101、所述碳纤维中圈102及所述碳纤维外圈103过盈装配成为碳纤维基体100；
用单丝预紧布300对所述碳纤维基体100进行缠绕；
对缠绕好的所述碳纤维基体100进行固化定型，固化方式可为热压罐方式或者模压方式；
采用机械加工方式，按照砂轮图纸，进行各尺寸加工，通常包括定位孔、装夹孔、安装面等，加工完成后，清理加工表面，确保无粉尘等；
将砂轮片200胶接在已定型的所述碳纤维基体100上，用模具进行加压定型，胶接过程具体为采用机械打磨方式对缠绕好的碳纤维基体100外圆面进行打磨，使其表面粗糙度达到Ra12.6以上，呈现肉眼可见的毛表面，然后采用胶水将砂轮片200胶粘在打磨好的外圆面上，同时外面用模具进行加压，使得在固化过程中定型。
进一步的，如图4，在用所述单丝预紧布300将所述碳纤维基体100缠绕好并固化定型后，用碳纤维编织布按照所述碳纤维基体100形状进行贴粘，贴粘后再覆盖透光膜，用模具对所述碳纤维基体100的各个面进行压装固化，确保表面纹路美观，透亮。
进一步的，在将所述内圈101、所述碳纤维中圈102及所述碳纤维外圈103进行过盈装配时，先将所述碳纤维中圈102和所述碳纤维外圈103进行过盈装配，再与所述内圈101进行过盈装配，其具体装配步骤为：使所述碳纤维外圈103受热膨胀，使所述碳纤维中圈102降温冷缩，在所述碳纤维外圈103和所述碳纤维中圈102上涂上胶水后进行装配形成中间复合件，使所述中间复合件受热膨胀，使所述内圈101降温冷缩，在所述中间复合件和所述内圈101上涂上胶水后进行装配。本发明优选步骤为先将碳纤维中圈102和碳纤维外圈103进行装配，然后再装配内圈101，但需要说明的是，也可以先将内圈101与碳纤维中圈102进行装配，然后再与碳纤维外圈103装配。受热膨胀可采用烘箱加热到80-150℃，降温冷缩可采用将配件放置在冰柜或者液氮种进行冷却，需要注意的是，冷缩与膨胀的时间应以配件尺寸不再变化为准。
进一步的，在对所述碳纤维中圈102和所述碳纤维外圈103、所述内圈101和所述中间复合件进行胶接时，均留有0.1mm-0.3mm的粘前间隙。留有适当的粘前间隙能够更好的保证装配的牢固性和配件的完整性，并且在胶接时，需要用工装进行预紧与定型，通常采用常温固化方式，特殊情况下可以采用升温固化，固化温度不超过100℃，时间一般为4-12小时。
进一步的，用单丝预紧布300对所述碳纤维基体100进行缠绕时，先环向缠绕在所述碳纤维外圈103上形成第一环301，再环向缠绕在所述第一环301上形成第二环302，最后再中心孔径向缠绕，将所述碳纤维基体100、第一环301和第二环302包裹住。
通过上述方法，制造了一种碳纤维基体复合结构砂轮，其具有质量轻、比强度比模量高、惯性小、抗振性强的优势。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (11)
1.一种碳纤维基体复合结构砂轮，其特征在于：包括，
碳纤维基体(100)，其采用内部芯模方式缠绕成型；以及，
砂轮片(200)，与所述碳纤维基体(100)外圈胶接。
2.如权利要求1所述的碳纤维基体复合结构砂轮，其特征在于：所述碳纤维基体(100)包括内圈(101)、碳纤维中圈(102)和碳纤维外圈(103)。
3.如权利要求2所述的碳纤维基体复合结构砂轮，其特征在于：还包括单丝预紧布(300)，其缠绕在所述碳纤维基体(100)上，包括环向缠绕在所述碳纤维外圈(103)上的第一环(301)、环向缠绕在所述第一环(301)上的第二环(302)，以及径向缠绕在所述碳纤维基体(100)、第一环(301)和第二环(302)上的第三环(303)。
4.如权利要求3所述的碳纤维基体复合结构砂轮，其特征在于：所述第二环(302)的宽度大于所述第一环(301)的宽度。
5.如权利要求2～4任一所述的碳纤维基体复合结构砂轮，其特征在于：所述内圈(101)的材质为金属或碳纤维。
6.一种碳纤维基体复合结构砂轮的制造方法，其特征在于：包括如下步骤：
分别将碳纤维中圈(102)和碳纤维外圈(103)采用内部芯模方式缠绕成型；
将内圈(101)、所述碳纤维中圈(102)及所述碳纤维外圈(103)过盈装配成为碳纤维基体(100)；
用单丝预紧布(300)对所述碳纤维基体(100)进行缠绕；
对缠绕好的所述碳纤维基体(100)进行固化定型；
将砂轮片(200)胶接在已定型的所述碳纤维基体(100)上，用模具进行加压定型。
7.如权利要求6所述的碳纤维基体复合结构砂轮的制造方法，其特征在于：在用所述单丝预紧布(300)将所述碳纤维基体(100)缠绕好并固化定型后，用碳纤维编织布按照所述碳纤维基体(100)形状进行贴粘，贴粘后再覆盖透光膜，用模具对所述碳纤维基体(100)的各个面进行压装固化。
8.如权利要求6或7所述的碳纤维基体复合结构砂轮的制造方法，其特征在于：在将所述内圈(101)、所述碳纤维中圈(102)及所述碳纤维外圈(103)进行过盈装配时，先将所述碳纤维中圈(102)和所述碳纤维外圈(103)进行过盈装配，再与所述内圈(101)进行过盈装配。
9.如权利要求8所述的碳纤维基体复合结构砂轮的制造方法，其特征在于：在进行过盈装配时，使所述碳纤维外圈(103)受热膨胀，使所述碳纤维中圈(102)降温冷缩，在所述碳纤维外圈(103)和所述碳纤维中圈(102)上涂上胶水后进行装配形成中间复合件，使所述中间复合件受热膨胀，使所述内圈(101)降温冷缩，在所述中间复合件和所述内圈(101)上涂上胶水后进行装配。
10.如权利要求9所述的碳纤维基体复合结构砂轮的制造方法，其特征在于：在对所述碳纤维中圈(102)和所述碳纤维外圈(103)、所述内圈(101)和所述中间复合件进行胶接时，均留有粘前间隙。
11.如权利要求6、7、9或10任一所述的碳纤维基体复合结构砂轮的制造方法，其特征在于：用单丝预紧布(300)对所述碳纤维基体(100)进行缠绕时，先环向缠绕在所述碳纤维外圈(103)上形成第一环(301)，再环向缠绕在所述第一环(301)上形成第二环(302)，最后再中心孔径向缠绕，将所述碳纤维基体(100)、第一环(301)和第二环(302)包裹住。
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