CN202528071U - 内冷式超硬材料砂轮 - Google Patents

Abstract

一种内冷式超硬材料砂轮，包括基体和磨料层两大部分，所述的基体由主基体和基体盖板连结组成，盖板与主基体之间形成一个腔隙，主基体上设有砂轮安装孔，基体盖板设有盖板孔，盖板孔径至少比砂轮安装孔径大15mm；磨料层由10~20块具有凹槽结构的节块构成，且均匀分布在基体圆周上，各节块之间设有2mm~5mm的冷却槽。本实用新型磨削液通过砂轮基体内部将磨削液喷射到磨削区以降低磨削区温度，提高磨削效率和工件加工精度，保护超硬材料砂轮等作用。

Description

内冷式超硬材料砂轮

技术领域

    本实用新型属于磨料磨具磨削技术领域，尤其涉及一种内置冷却流道的新型结构超硬材料砂轮。

背景技术

在现代磨加工过程中，人们都期望用较短的时间磨削出较多的工件，故此一些大切深、快进给等磨削方式越来越多的出现在磨加工过程中，这类磨加工过程中参与磨削的磨粒数量随着切深的增加而增加，而金属切除率相应得到提高，磨削力和磨削热随之增加。这些磨削方式中砂轮与工件表面接触弧长，磨削液难以进入磨削区影响着磨削冷却的效果，工件易于烧伤，冷却效果成为困扰这些高效磨削方式的推广应用的最大阻碍。

目前常用超硬材料（金刚石或CBN）砂轮均采用外部冷却方式，即在磨削过程中，将磨削液对准磨削区外围进行喷射而对磨削过程中的砂轮和工件进行冷却保护，点磨削或较短磨削接触弧时外部冷却可以达到需要的冷却效果，但是在接触弧长较大的磨削特征下，砂轮高速旋转过程中大部分的磨削液都被砂轮或工件遮挡在磨削区以外，磨削液无法直接喷射到磨削区域内，这样造成工件烧伤、磨削效率降低等一系列的问题。尤其是在大切深快速进给、大接触弧长磨削过程中，常因冷却不足而造成磨削区的局部高温，使磨削过程中工件表面产生磨削烧伤和裂纹；超硬材料砂轮也可能发生磨削表面烧蚀，不但难以保证工件的加工质量和精度，而且超硬材料砂轮表面结构烧蚀后表面组织被破坏，表面磨料脱落严重，将极大的影响砂轮耐用度和使用寿命等磨削性能。

较大接触弧长磨削特征下要求超硬材料砂轮不但有出色的材料去除能力，同时要具备将磨加工过程中产生的磨削热尽快从磨削区导出和吸收的特点。

磨削过程中产生的大量磨削热，会在磨削区的周围形成一个高温温度场。据有关研究发现，磨削区的瞬时温度在400℃～800℃之间，常规的冷却方法经常出现因磨削液不能进入磨削区而冷却不充分，造成工件被磨削面出现磨削缺陷等质量问题，产品达不到工艺要求的高精度和高表面质量，为解决这类问题出现了很多种理论和热改进方法，如普通磨料砂轮设计制造特别疏松组织的砂轮，起到减少磨削热，降低磨削温度的作用，但此方法有如下缺陷: 1.磨削液的流量大小不易控制；2. 由于气孔数量少，体积小，冷却效果不充分；3.气孔的引入降低了砂轮的结合强度，在对砂轮耐磨性要求高的大切深快速进给磨削中不宜采用。有的研制出在砂轮内部带通液孔的CBN砂轮，磨削液只通过主轴冷却流道和对应的砂轮冷却流道进入磨削区，这样虽然保证了进入磨削区的磨削液是连续的流状，但由于通过砂轮内部的磨削液较小，也不能够达到良好的降温效果，同时这种砂轮只能用在装有特殊主轴的机床上，通用性不好。四川理工学院毕业设计“有关内冷式砂轮的研究”只是从理论上研究和分析了内冷式砂轮的结构和设计，但是由于结构太复杂，难以在实际生产中得到应用。

实用新型内容

    本实用新型提供一种结构简单的内冷式超硬材料砂轮，在不改变砂轮原使用条件的前提下，解决大接触弧长的磨削区热量大、温度高、冷却不充分而造成各种问题。

    为了解决上述技术问题采用以下技术方案：一种内冷式超硬材料砂轮，包括基体和磨料层两大部分，所述的基体由主基体和基体盖板连结组成，盖板与主基体之间形成一个腔隙，主基体上设有砂轮安装孔，基体盖板设有盖板孔，盖板孔径至少比砂轮安装孔径大15mm；磨料层由10~20块具有凹槽结构的节块构成，且均匀分布在基体圆周上，各节块之间设有2mm~5mm的冷却槽。

所述的基体盖板为一块大孔、带斜角的外凸板，基体盖板与主基体配合形成一个口小、底大的锥台形腔隙，基体和盖板间还设有径向流道和环形流道。

所述的径向流道的直径为2~3mm，沿砂轮径向均匀分布；环形流道是沿基体外缘分布，直径为2~3mm的圆弧管。

所述相邻的节块以搭接粘结方式或对接粘结方式粘接，两个相邻磨料节块之间的基体上设置有凸台。

所述的基体为金属基体。

本实用新型磨削液通过砂轮基体内部将磨削液喷射到磨削区以降低磨削区温度，提高磨削效率和工件加工精度，保护超硬材料砂轮等作用。采用本实用新型在工件、机床、加工参数等加工条件均相同的情况下，可有效降低磨床加工负载约30%-50%；在相同的磨削条件下，所加工刀具的表面粗糙度较应用同规格无内置冷却流道砂轮可提高约1-2个等级，表面光洁度有所改善；磨削后的超硬材料砂轮表面出刃较好，出刃率约提高20%；磨削过程中砂轮及工件表面温度较低，磨削声音清脆，机床实际使用功率低，可在较低额定功率机床上实现工件的深切快进给磨削；在同等条件下，耐用度可提高约10%-20%。

附图说明

    图1为本实用新型的主视结构示意图。

    图2为本实用新型的俯视结构示意图。

具体实施方式

    实施例1：一种内冷式超硬材料砂轮，包括金属基体和磨料层1两大部分，基体部分用于将砂轮安装到机床主轴上和磨料层的固定，磨料层部分则在磨削过程中对工件进行磨削。

基体由主基体3和基体盖板2连结组成，主基体起主要承载作用，基体盖板起聚集磨削液和辅助承载作用；为保证砂轮基体强度，主基体厚度与普通砂轮基体厚度相当或略小。砂轮的安装孔位于主基体上，基体盖板设有盖板孔，为保证磨削液的浇入，盖板孔径至少比砂轮安装孔径大15mm。基体盖板为一块大孔、带斜角的外凸板，基体盖板2与主基体3配合形成一个口小、底大的锥台形腔隙，基体2和盖板3间还设有径向流道6和环形流道8，径向流道的直径为2~3mm，沿砂轮径向均匀分布，环形流道是沿基体外缘分布，直径为2~3mm的圆弧管。磨料层1由10~20块具有凹槽结构的节块构成，且均匀分布在基体圆周上，相邻的节块以搭接粘结方式或对接粘结方式粘接，两个相邻磨料节块之间的基体上设置有凸台，以防止磨料节块粘接时胶液流进冷却流道；各节块之间设有2mm~5mm的冷却槽7，利于磨削液的流动。

在锥台形腔隙内形成了磨削液浇注区4、储液区5和冷却流道区等三大功能区。盖板孔孔径以内的锥台形腔隙为磨削液浇注区4，盖板孔孔径以外的锥台形腔隙为储液区5，冷却流道区由径向流道6和环形流道8组成。在砂轮磨削过程中，机床的一个磨削液喷头对准磨削液浇注区4喷射，使磨削液能够进入砂轮的基体内，起到磨削液的引入作用。磨削液由磨削液浇注区4流入到基体内后再溅射、收集到储液区5，并在离心力的作用下在储液区5集聚。由于机床的磨削液流量大，砂轮内部流道流量小，因此由磨削液在储液区5大量聚集，并在离心力作用下形成较大的压力，推动磨削液快速进入冷却流道区，冷却流道区容纳不下的磨削液则沿盖板孔处溢出。由于磨削液具有良好的流动性，磨削液在冷却流道区呈均匀分布，不会形成磨削液的径向局部聚集而影响砂轮的动平衡。径向流道为连通储液区、环型流道和冷却槽的直通管，主要起导流作用；环形流道起到砂轮层内部冷却、减少磨削热向基体传导的作用。

为将流道中的磨削液引入工件磨削接触区，节块间留有2~3mm的间隙，形成磨料层冷却槽7，既可实现磨削液对磨削过程中高温工件表面的冷却，又可容纳磨削过程中产升的磨屑，有助于工件表面光洁度的改善，并避免了整环磨料层结构的冷却槽加工难题及整体成型过程中环型流道和径向流道造成的堵塞。

实施例2：按照本实用新型技术方案，设计并制造了数控磨床磨削硬质合金铣刀的内冷式超硬材料砂轮，砂轮各项制造参数如下：砂轮规格：14A1 125*15*31.75*10 D64 B100；主基体规格：Φ105*12.5（厚度）*Φ31.75；径向流道数量：直径为Φ2.5mm的冷却流道10个；环形流道数量：2mm*2mm环形冷却流道1个；金刚石结块数量：10个，金刚石结块间距2mm；按照此参数结合制造工艺制作砂轮1片，在以下磨削条件下应用。

磨削条件及结果如下：磨床型号：WALTER HE POWER；铣刀规格：Φ12*50（刃长）*90（总长）三刃铣刀；使用速度：3000rpm，约合19.6m/s；进给速率：120mm/min；单次切深：3.5mm（整槽深度）；开槽时间：4分钟；

应用结果：与普通砂轮相比，单次切深从2mm提高到3.5mm，提高了75%；进给速率从80mm/min提高到120mm/min，提高近50%；开槽时间从8分钟缩短到4分钟，缩短到原来的一半；磨削效率较同类1A1砂轮提高1倍，同时磨削出来的刀具前刀面光滑，纹路细腻，亮度有所提高；整批刀具磨制完成后废品率降低约8%，在相同磨削工件和磨削参数条件下机床负载降低30%，磨制的刀具成品未见磨削裂纹和烧伤现象；磨削完成后砂轮表面完整，未见粘屑现象。

其他同实施例1。

Claims (5)

1.一种内冷式超硬材料砂轮，包括基体和磨料层两大部分，其特征是：所述的基体由主基体和基体盖板连结组成，盖板与主基体之间形成一个腔隙，主基体上设有砂轮安装孔，基体盖板设有盖板孔，盖板孔径至少比砂轮安装孔径大15mm；磨料层由10~20块具有凹槽结构的节块构成，且均匀分布在基体圆周上，各节块之间设有2mm~5mm的冷却槽。

2.根据权利要求1所述的内冷式超硬材料砂轮，其特征是：所述 的基体盖板为一块大孔、带斜角的外凸板，基体盖板与主基体配合形成一个口小、底大的锥台形腔隙，基体和盖板间还设有径向流道和环形流道。

3.根据权利要求2所述的内冷式超硬材料砂轮，其特征是：所述的径向流道的直径为2~3mm，沿砂轮径向均匀分布；环形流道是沿基体外缘分布，直径为2~3mm的圆弧管。

4.根据权利要求1所述的内冷式超硬材料砂轮，其特征是：所述相邻的节块以搭接粘结方式或对接粘结方式粘接，两个相邻磨料节块之间的基体上设置有凸台。

5.根据权利要求1所述的内冷式超硬材料砂轮，其特征是：所述的基体为金属基体。