CN202428342U - 研磨盘组件和背板 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种研磨盘组件，其包括：包括背板的研磨盘，该背板包括耐磨凸缘和平面部分；附联于所述平面部分的中心孔内的轮毂组件；其中背板由增强材料和研磨树脂混合物制成，并且其中增强材料的位置沿背板径向在厚度方面不一致。例如，可以确定一条从内部直径到外部直径沿径向线标绘的应力线。之后可以确定增强层(如增强玻璃纤维)的数量和径向位置。然后，可以将适当数量的增强层设置在受到最大应力的半径间隔内。

Description

研磨盘组件和背板
技术领域
本实用新型涉及一种用于处理物体表面(如金属表面)的装置。更确切地讲，本实用新型公开了一种用于旋转研磨盘(adrasive disk)的耐磨背板(wearable backing plate)的改进结构。 
背景技术
在一种表面精加工方法中，将研磨盘装配到动力工具的旋转轴上。动力工具使与被推动抵靠要精加工的表面的盘旋转。该旋转盘具有研磨表面，研磨表面与上述表面接触并根据使用者的需要处理所述表面。作为实例，可用这种砂轮装配如打磨机(grinder)之类的动力工具，以便在将管道表面焊接到其他表面之前对管道表面进行处理。 
一类研磨盘、翼片盘(flap disk)包括背板和一系列柔软的、重叠的研磨翼片，这些翼片被附联于背板的外周边。翼片大体由布料制成，布料包括粘附于其表面的氧化铝颗粒或锆-铝氧化物颗粒。翼片是主要的表面处理介质，背板具有用于支承旋转翼片的结构。美国专利5,752,876号和美国专利6,945,863号公开了类似的翼片盘砂轮，上述专利的全部内容作为参考被加入本申请中。 
由于使用过程中翼片被磨耗(wear away)，背板的一部分可能与工件接触。结果，在背板因与工件接触也磨损(wear)时，研磨盘的工作最有效。此外，背板必须将使用者施加的载荷从固定该背板的内部半径处传递(即，背板没有破裂)到其固定翼片的外部半径处。换句话说，背板必须由能够承受正常的内部工作应力而不破裂的材料构成，同时它还必须由足够耐磨(wear)的材料构成。 
过去常常用玻璃纤维作为增强背板的材料。具体地讲，可将玻璃纤维(例如织造物或非织造物)定位成吸收背板受到的拉伸载荷。但是，在某些应用中，玻璃纤维明显不耐磨。另一方面，也被用于耐磨背板中的树脂-粘合剂混合物明显耐磨，但对某些应用而言强度不够。因此，需要开发一种 与翼片大致相同的磨损速率且明显耐磨的背板结构。 
实用新型内容
翼片盘包括背板和在其上的翼片。在使用中，当翼片磨损时，背板也必须磨损也为了适当地暴露新的翼片。此外，背板必须由能够承受正常内部工作应力而不断裂的材料构成，而同时，它必须由足够耐磨的材料构成。纤维玻璃可以被定位在背板内以吸收拉伸载荷，但是玻璃纤维明显不磨损。另一方面，树脂研磨混合物明显耐磨，但是不具有足够的强度。本实用新型提供一种研磨盘组件和一种背板，以使得背板明显耐磨并具有足够的强度。 
总体而言，本申请公开了一种耐磨背板结构。该结构包括多层耐磨材料，它们特别位于背板的不同预定的径向间隔内。至少一种耐磨材料是增强玻璃材料(如玻璃纤维)层，而另一种耐磨材料是耐磨树脂研磨混合物材料层。 
玻璃层主要用于增强所述结构。将所述结构压靠工件并使其承受载荷时，内部应力从内部直径到外部直径径向地变化。本实用新型在背板结构的受到相对较大的内部应力的径向间隔处径向地设置有不同数量的增强玻璃。此外，当砂轮、由此也使背板在施加载荷时弯曲时，砂轮的底部相对于砂轮顶部更倾向于受到较大的拉伸应力。因此，增强玻璃可以集中在背板底部附近以适应这些应力。 
根据本实用新型的一个方面，提供了一种研磨盘组件，包括： 
包括背板的研磨盘，该背板包括耐磨凸缘和平面部分； 
附联于所述平面部分的中心孔内的轮毂组件； 
其中背板由增强材料和研磨树脂混合物制成，并且其中增强材料的位置沿背板径向在厚度方面不一致。 
所述背板还包括偏置部分，该偏置部分使耐磨凸缘和平面部分平行于偏置面。 
优选地，大部分增强材料被设置在背板底部附近。 
优选地，还包括多个附联到耐磨凸缘底部的研磨翼片。 
优选地，设置到背板外部半径附近的增强材料少于设置到内部半径附近的增强材料。 
优选地，所述增强材料的径向位置沿背板的厚度不一致。 
优选地，所述增强材料沿背板厚度从背板底部到顶部被设置在增强层内。 
优选地，所述增强材料层向外延伸到偏置部分，但没有延伸到背板外部直径。 
优选地，所述增强层内的增强材料的径向位置不一致，使得至少一层中的增强材料沿径向所处的位置在另一层中没有增强材料。 
优选地，所述增强材料是玻璃。 
优选地，所述增强材料是织造的或非织造的玻璃纤维。 
根据本实用新型的另一个方面，提供了一种背板，包括： 
耐磨凸缘和平面部分； 
限定于所述平面部分中的中心孔； 
其中所述背板由增强材料和研磨树脂混合物组成，并且其中所述增强材料沿背板径向在厚度方面不一致。 
优选地，所述背板还包括偏置部分，该偏置部分使所述耐磨凸缘和平面部分平行地位于偏置面上。 
优选地，大部分增强材料位于背板底部附近。 
优选地，还包括多个附联到耐磨凸缘底部的研磨翼片。 
优选地，设置在背板外部半径附近的增强材料少于设置在内部半径附近的增强材料。 
优选地，增强材料的径向位置沿背板的厚度不一致。 
优选地，增强材料沿背板厚度从背板底部到顶部被设置在增强层内。 
优选地，增强材料层向外延伸到偏置部分，但没有延伸到背板的外部直径。 
优选地，增强层内的增强材料的径向位置不一致，使得至少一层中的增强材料位于沿半径的位置在另一层中没有发现增强材料。 
综上所述，在背板中上述材料的正确的组合要求在背板中提供足够有效地放置玻璃纤维以控制由树脂粘合混合物经受的内应力，以及没有非常多的玻璃纤维，以使得背板不会与翼片一同明显磨损。 
附图说明
图1为供本实用新型的研磨盘使用的示例性动力工具的透视图； 
图2为本实用新型研磨盘的一实施例的透视图； 
图3为图2所示研磨盘的仰视图； 
图4为图2所示机构的截面分解图； 
图5a为图2所示研磨盘的部分剖视图，其示出了在操作过程中受到的部分外力； 
图5b为图2所示研磨盘的部分剖视图，其以虚构方式示出了研磨盘的被磨掉部分； 
图5c-f是图4所示翼片盘在研磨过程不同阶段的截面图； 
图5g-j分别是在与图5c-f不同的打磨角处的图5c-f的截面图； 
图6a为图4所示研磨盘背板的剖视放大图，其示出了各个层； 
图6b为图4所示研磨盘外部直径部分的剖视放大图； 
图6c为图4所示研磨盘内部直径部分的剖视放大图。 
整个申请文件中类似的附图标记表示类似的零件。 
具体实施方式
参见图1-4，图1为一示例性旋转动力工具的透视图，本实用新型可以安装在该动力工具上。具体地说，图1示出了可用于解释本实用新型教导的便携式电动打磨机10。但是，所属领域技术人员可以理解的是，打磨机10仅为应用本实用新型教导的众多旋转动力工具中的示例。因此，打磨机10通常包括电机壳体11、开关手柄12、齿轮箱13、辅助手柄14、和用于安装砂轮组件16(图4中非常清楚地示出)或其他工具零件组件的直角主轴15。为了更清楚地说明，此处未示出打磨机防护件。主轴15带有外螺纹且具有形成于其上的环形肩部15A(图4)。 
如图4所示，工具零件组件或研磨盘组件16可以通过螺纹安装在主轴15上。研磨盘组件16包括凹陷的中心表面精加工或研磨盘19，该盘被联接到具有内螺纹的轮毂组件17。 
图2-4示出了本实用新型的研磨盘组件16。具体地讲，图2为本实用新型的研磨盘组件16的顶部透视图，该研磨盘组件可与旋转的表面精加工工具(如打磨机10)一起使用。图3为研磨盘组件16的仰视图。具体地讲，轮毂组件17包括接纳打磨机10的带外螺纹的主轴15的内螺纹孔18。主轴 15延伸穿过孔18以容纳将研磨盘16紧固到主轴15的紧固件(未示出)。通过轮毂组件17，将来自主轴15的旋转运动传递到研磨盘19。 
研磨盘19包括具有孔25的背板20，该孔中心地形成于背板20中，用于将研磨盘19附联到轮毂组件17。孔25限定出研磨盘内部半径。研磨盘19还包括多个又被称作砂纸翼片的研磨翼片30。翼片30通常由布料或纸质材料制成，并覆敷有研磨颗粒或砂粒。通常使用氧化铝颗粒或者锆-铝氧化物颗粒。这可提供用于打磨的研磨表面。如图1-4所示，围绕研磨盘19的外周边每个翼片30都与相邻的翼片重叠并且每个翼片都被连接到研磨盘19的底部外表面。与工作表面(未示出)接触的研磨盘19的旋转导致研磨翼片30用砂纸或研磨剂磨耗工作表面。 
现在参见图4，背板20大体呈圆形构造。背板20的理想直径约为100-200毫米。通常背板20还具有约为3-5毫米的理想厚度。背板20包括施加于背板材料中的研磨颗粒21。研磨颗粒21可以是任何类型的研磨颗粒，如氧化铝或锆-铝氧化物或其他物质，如喷吹介质。优选研磨颗粒21是任意类型的一定大小的易碎或半易碎材料。通常可以使用酚醛树脂、环氧树脂、酚醛环氧树脂或其他有机粘合剂之类的粘合剂将研磨颗粒和织造玻璃纤维材料23固定到一起。 
背板20是通过将玻璃纤维和砂轮混合物材料27彼此交替地一层一层相叠而成。玻璃纤维材料23可以用粘合剂和研磨颗粒21材料覆敷。然后在高压力吨数下压制这些玻璃层(将在图6中进一步讨论)以形成整体。背板20被夹紧成为成型板，并利用加热工艺固化。 
背板20具有平面部分26，孔25被限定在该部分内。平面部分26自孔25向外延伸至梯状部分或偏置部分24。偏置部分24邻近平面部分26并自平面部分26朝环形、平面凸缘或耐磨凸缘(wearing flange)22延伸。偏置部分24被配置成将耐磨凸缘22定位在距打磨机10的主轴15预定径向和轴向距离之处。在本实用新型的大致范围内，可以对背板20的设计进行各种改型。例如，在采用上述偏置部分24的同时，平面部分26和耐磨凸缘22可基本上位于同一平面上。所属领域技术人员可以理解和想到的是，在本实用新型范围内，可以使用不同的背板构造。 
就翼片30而论，借助粘合剂可将每个研磨翼片30的内表面的一部分附联到耐磨凸缘22。所述粘合剂也是由一种在与工件旋转接触时可磨耗掉 的材料构成。翼片30的外表面34被定位成相对于由耐磨凸缘22限定的平面呈一角度。 
盘的性能直接关系到该盘同工件之间产生的摩擦力。摩擦力转而与使用者施加在打磨机10上的力的大小直接相关。换句话说，使用者施加在研磨盘19上的力M越大，研磨盘旋转时产生的摩擦力就越大。使用者施加的力M也必然地形成沿背板20的内部径向应力分布。图5a示出的力对应于产生最终限定出盘的耐磨情况的磨损摩擦力。使用者经由打磨机10施加的力矩M连同工件反作用力R有助于平衡相关的力。图5b图示说明了研磨盘19的端部部分，其示出了研磨盘19的被磨耗掉的部分。所述被磨耗掉的部分呈虚构形式以限定典型的耐磨轮廓。实际的耐磨轮廓可随操作过程中使用者施加的载荷和角度而变。 
由于翼片30被磨耗掉，背板20最终暴露于工件(未示出)。背板20由纤维增强树脂基体材料制成，该材料具有埋入其中的研磨颗粒，研磨颗粒的埋入方式与砂轮中一样。可以构成这样的混合物使得背板材料以大致与翼片30被磨耗的相同速率被磨耗，因此背板20不损伤工件。 
因此，当翼片30在使用过程中继续磨损时，包括研磨颗粒材料的耐磨凸缘22继续研磨需要研磨的表面。参见图5c-f和5g-j，如清楚地看到的那样，研磨盘19具有翼片30，翼片能以期望的打磨角度与表面接触(图5c)，直到耐磨凸缘22与需要研磨的表面接触的位置(图5d)。包括研磨颗粒的背板20以及翼片30继续研磨所述表面(图5e)。在研磨表面的过程中背板20和翼片30继续磨损直到翼片30被磨完(图5f)。如图5c-f所示，在翼片30的整个使用过程中研磨盘19的打磨角保持不变。图5g-j与图5c-f相似，只是研磨盘19处于不同的打磨角。这与现有技术不同，现有技术必须不断调整研磨盘19以补偿背板20接触表面时翼片30不能使用的事实。 
纤维增强树脂混合物(如用玻璃纤维增强的树脂混合物)是针对至少两个背板设计需求的解决方案。首先，背板20必须与翼片30一起磨损。其次，背板20必须有足够的强度以抵抗正常工作负载产生的内部应力(如操作者载荷M)。用于本实用新型的装置的玻璃拉伸应力一般在至少2200牛顿/50毫米的强度时有效。当外部载荷较小时，可以使用低强度的玻璃。 
背板耐磨的有效性是背板设计中玻璃和研磨树脂混合物的布置和比例的函数。虽然玻璃是薄的、坚硬的、在拉伸增强部中是有效的层状材料， 玻璃纤维的磨损可以明显小于树脂混合物。实际上，当所述混合物中玻璃纤维不成比例地高度集中时，玻璃纤维丝保持未被磨损，并且有时会被熔化或燃烧，弄脏工件和/或者产生不希望的气味。另一方面，包括研磨颗粒的树脂混合物被更明显地磨耗掉。但是，在某些应用和设计中，未增强的树脂混合物可能强度不够(例如抗拉强度)。另一方面，将玻璃纤维与研磨颗粒树脂以适当的分层比例结合时，树脂可以与玻璃纤维相互作用，使玻璃纤维的耐磨性更明显。具体地讲，所述树脂的粗磨特性起更有效地分离(sever)玻璃纤维的作用。结果形成强效的耐磨背板。 
除了明显耐磨外，必须将玻璃安置在背板内以吸收工作应力。通常，在操作过程中背板20的玻璃纤维部分可提供维持其结构整体性(即，这种背板20不会破裂)的强度(即，抗拉强度)。当向研磨盘19施加负载M时，可使增强的玻璃位于背板20中应力(如，拉伸)最大之处。由于砂轮的底部在其紧压工件时受到拉伸应力，将玻璃沿砂轮的厚度布置对于背板20的底部而言最有效。另外，可使玻璃位于背板中受到最大内部应力的某些径向间隔内。 
由于平面部分26和偏置部分24在操作过程中不需要耐磨，因此在这些区域可以比在耐磨凸缘22中多加入一些增强玻璃纤维。此外，申请人已经确定，在操作过程中背板20在偏置部分24的所述区域(即，径向间隔)内受到与其最大内部应力近似的应力。因此，可将附加的纤维加强部沿径向定位在孔25和仅通过(pass)偏置部分24的范围(radius)之间。更具体地讲，由于将纤维以层的形式加入背板20中，孔25周围区域的那些玻璃纤维层仅需要向外延伸至刚超过(past)偏置部分24的被截断的位置。换句话说，背板20的外部直径和被截断的玻璃纤维层之间由于内部应力较低只需要较少的玻璃纤维。由于耐磨凸缘22是背板20的唯一磨损部分，同时由于背板20朝其外部直径受到相对较小的工作应力，使树脂混合物和玻璃纤维成比例，以确保背板与翼片盘30以大致相同的速率明显耐磨。 
图6a-c示出了位于简化了的轮毂组件17上的放大的示例性背板20。背板20的厚度被放大，以显示各层(即，玻璃层(GL1-6)和两个(2)树脂混合物层)。图6b图解说明了这些层的总体配置，其示出了某些层(如玻璃纤维层GL2和GL4)可相对于背板20的外部直径和相对于其他层(如GL1)被截短。再者，为了示出所述截短层，板的厚度被放大，并示出了相 邻截短层的间隔。该间隔实际上不存在。间隔附近的两层实际上是接触的并且粘合到一起。图6a图解说明了这些层的大致配置，其示出了这些层的内部半径相对于简化了的轮毂组件17的示例性配置。 
上述结构导致增强层内的增强材料的径向位置不一致，使得至少一层中的增强材料沿径向所处的位置在另一层中找不到增强材料。此外，尽管所述增强结构不是特定的层状结构，也可以说增强材料的径向位置沿背板的厚度(即，从背板20的连接有翼片30的底部到相对侧)不一致。这意味着在一厚度处，增强材料在一些径向间隔内延伸，而在另一厚度处在同一径向间隔内不存在增强材料。 
可以采用各种层状配置。但是，图6示出的常规配置在逼近GL6的底部上提供了有影响的玻璃拉伸增强部，同时提供了起分离不希望有的GL5和GL6丝作用的上部树脂混合物层。玻璃层GL4被截短且不延伸至耐磨凸缘22。因此，图示的配置允许研磨盘19更有效地耐磨，同时在使用者为了实现有效打磨而向研磨盘19施加较大的力时提供了足够坚固的研磨盘。 
尽管本说明书陈述的参数和设计能导致性能令人满意的背板，所属领域技术人员可以理解，可以应用此处所公开的原理的各种变形来实现其他令人满意的结果。例如，本实用新型也可考虑一种包括不同强度、位于背板周围不同位置的纤维的背板。 

Claims (20)

1.一种研磨盘组件，其特征在于，包括：
包括背板的研磨盘，该背板包括耐磨凸缘和平面部分；
附联于所述平面部分的中心孔内的轮毂组件；
其中背板由增强材料和研磨树脂混合物制成，并且其中增强材料的位置沿背板径向在厚度方面不一致。
2.如权利要求1所述的研磨盘组件，其特征在于，所述背板还包括偏置部分，该偏置部分使耐磨凸缘和平面部分平行于偏置面。
3.如权利要求1所述的研磨盘组件，其特征在于，大部分增强材料被设置在背板底部附近。
4.如权利要求1所述的研磨盘组件，其特征在于，还包括多个附联到耐磨凸缘底部的研磨翼片。
5.如权利要求1所述的研磨盘组件，其特征在于，设置到背板外部半径附近的增强材料少于设置到内部半径附近的增强材料。
6.如权利要求1所述的研磨盘组件，其特征在于，所述增强材料的径向位置沿背板的厚度不一致。
7.如权利要求2所述的研磨盘组件，其特征在于，所述增强材料沿背板厚度从背板底部到顶部被设置在增强层内。
8.如权利要求7所述的研磨盘组件，其特征在于，所述增强材料层向外延伸到偏置部分，但没有延伸到背板外部直径。
9.如权利要求7所述的研磨盘组件，其特征在于，所述增强层内的增强材料的径向位置不一致，使得至少一层中的增强材料沿径向所处的位置在另一层中没有增强材料。
10.如权利要求1所述的研磨盘组件，其特征在于，所述增强材料是玻璃。
11.如权利要求8所述的研磨盘组件，其特征在于，所述增强材料是织造的或非织造的玻璃纤维。
12.一种背板，其特征在于，包括：
耐磨凸缘和平面部分；
限定于所述平面部分中的中心孔；
其中所述背板由增强材料和研磨树脂混合物组成，并且其中所述增强材料沿背板径向在厚度方面不一致。
13.如权利要求12所述的背板，其特征在于，所述背板还包括偏置部分，该偏置部分使所述耐磨凸缘和平面部分平行地位于偏置面上。
14.如权利要求12所述的背板，其特征在于，大部分增强材料位于背板底部附近。
15.如权利要求12所述的背板，其特征在于，还包括多个附联到耐磨凸缘底部的研磨翼片。
16.如权利要求12所述的背板，其特征在于，设置在背板外部半径附近的增强材料少于设置在内部半径附近的增强材料。
17.如权利要求12所述的背板，其特征在于，增强材料的径向位置沿背板的厚度不一致。
18.如权利要求13所述的背板，其特征在于，增强材料沿背板厚度从背板底部到顶部被设置在增强层内。
19.如权利要求18所述的背板，其特征在于，增强材料层向外延伸到偏置部分，但没有延伸到背板的外部直径。
20.如权利要求18所述的背板，其特征在于，增强层内的增强材料的径向位置不一致，使得至少一层中的增强材料位于沿半径的位置在另一层中没有发现增强材料。
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