CN202763698U - 高效切削砂轮 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高效切削砂轮，包括基体和磨环，磨环的磨面上镂空有出水口，各出水口连通基体内对应开设的水流通道，各水流通道汇合于基体上开设的进水口，在所述磨面上任意设定的圆弧长度范围内，所述出水口的数量为大于0个而小于30个，所述任意设定的圆弧长度为1倍～3倍磨环与被加工件磨削时的接触线长；所述基体包括两层基板，所述磨环夹持固结于基板之间，基板之间还形成起水流通道作用的储水区，进水口为开设于基板上的环口。本实用新型将出水口的数量设置为足够多，使磨削加工区域内产生的粉屑快速排出，使被加工表面的表面粗糙度以及砂轮锋利度的性能大幅度提高，确保砂轮更能够适用于快速、高速加工，提高生产效率。

Description

高效切削砂轮

（一）技术领域：

本实用新型涉及磨削工具，具体为一种高效切削砂轮。 

（二）背景技术：

对金属或非金属材料的磨削加工采用砂轮来完成，对于平面加工使用磨削面为平面（或运行轨迹为平面）的砂轮，而对于异形磨边加工则常采用磨削面为异形的成形砂轮。砂轮在切削过程中会产生大量磨削热和粉屑，因此砂轮加工（平面磨削和异形磨削）时需要进行冷却，冷却方式为砂轮加工机床的冷却机构提供冷却水，冷却水作用于磨削加工面，冷却水一方面对磨削加工面进行冷却，另一重要作用是将大量的粉屑冲刷排除，粉屑的排出速率和排出量，将直接影响着加工质量和效率。 

根据冷却方式的不同，现有砂轮加工机床分为外冷式磨床和内冷式磨床。 

1、外冷式磨床的冷却机构简单（配用的砂轮为普通砂轮），主要是一根连接泵源的冷却管，冷却管安装于工作台面上，冷却管喷出的冷却液直接作用于砂轮加工部位，由于砂轮转动的离心作用，冷却液将快速飞离砂轮加工部位。而磨削时工作面与被加工件之间结合较紧密，磨削产生的粉屑形成了对冷却水的封闭，实际上冷却液很难进入到正在加工的工作面，而只是起到砂轮工作之前预冷、砂轮工作之后降温的作用；从排屑角度而言，冷却液只能冲刷掉加工工作面外的粉屑，而对于密闭于加工区域内的粉屑难有作为。 

2、内冷式磨床的使用是为了改善外冷式磨床的冷却功能，内冷式磨床要配套使用具有内冷却结构的砂轮，这种内冷式砂轮的结构是在砂轮基体中心轴位的轴孔上开设有与内冷式磨床砂轮转轴出水口对位的进水口，砂轮基体的内部还开设有为数不多水流通道（常规为120°、90°、60°、45°、30°等分均布3、4、6、8、12个），而砂轮的磨环上开设对应数量的出水口，冷却液通过安装砂轮的砂轮转轴出水口供给，冷却液从砂轮转轴的出水口进入砂轮基体轴孔的进水口，经水流通道从磨环上的出水口喷出而作用在磨削工作面上；从排屑角度而言，出水口喷出的水量有限且喷水口数量太少，力量不足，同样无法排除密闭于加工区域的粉屑。 

综上所述，采用现有的内冷式磨床，想通过冷却液直接冲刷掉切削区域内的粉屑根本不可能，粉屑的排除仍然依靠砂轮自身的转动而带出，而砂轮自身将粉屑带出的线程大，排出速率和带出量有限，大量粉屑集中储藏于切削区域的砂轮磨粒之间，削弱了砂轮磨粒的刻取能力，直接影响着加工质量和效率，这是砂轮工作效率无法提高的关键所在。从冷却水作用的部位而言， 所述外冷式磨床的冷却效果似乎应该比外冷式磨床效果好，但事实上并非如此：由于砂轮磨环上的出水口为数不多，并不能保证砂轮加工过程中，在砂轮和被加工件接触线长的范围内，都有冷却水作用在磨削面上，极端情况下，在磨削的某些时段，甚至没有出水口出现在磨削面上，因此其内冷式效果为间断式甚至干磨，并非真正意义上的全程内冷却，其冷却效果与外冷式效果差不多，甚至还不如外冷式效果。由于要解决内部冷却管路的布局和砂轮转轴与砂轮轴孔进、出水口联通与密封问题，是造成内冷式磨床机构复杂的原因，进而催升了内冷式磨床的制造成本，并且普通砂轮还不能在内冷式磨床上运用，必须使用特殊制作的具有冷却结构的砂轮，导致最终的综合加工成本增大。 

另外，对于异形磨边加工，砂轮的异形磨面形状对应于材料的边角形状要求，最终成型的常用边角形状为弧形，也有除弧形以外的其他形状，如为规矩的几何形状，或为由直线、弧线、曲线等线段构成的非规矩几何形状。 

对于异形磨边的胚料，应预留有加工余量，而加工余量并非针对异形磨削面的形状而留，加工余量的初始几何状态在绝大多数情况下是相对规矩的（常见为方形），材质也是均匀的。在加工过程中，砂轮异形磨面沿轴向方向上的各个部位的加工量可能存在不均，有些甚至是倍率差的关系，而砂轮的材质却是均匀性的，这就造成了砂轮异形磨面的各个部位随加工量的不同而磨损程度不同，使砂轮的异形磨面极易失形而无法正常使用，需经常修复或失形报废。 

（三）实用新型内容：

针对现有技术的不足之处，本实用新型的目的是设计一种可实现快速、高速切削的高效切削砂轮。 

能够实现上述目的的高效切削砂轮，包括基体和设于基体上的磨环，所述磨环的磨面上开设有贯通磨环的出水口，所述各出水口连通基体内对应开设的水流通道，所述各水流通道汇合于进水口，所不同的是在所述磨面上任意设定的圆弧长度范围内，至少设有大于0个出水口，所述任意设定的圆弧长度为1倍～3倍磨环与被加工件磨削时的接触线长。 

本实用新型设置的出水口，在冷却砂轮和被加工件的同时能够及时将磨削加工时产生的粉屑纳入出水口内储存，储存有粉屑的出水口随砂轮转到磨削工作面外时，由于离心力和水流作用（冷却水可以从基体上的进水口进入，通过对应于出水口的水流通道从出水口喷出），出水口内的粉屑可顺利排出，从而及时有效地将粉屑排除。 

对于高品质砂轮，如用于加工精度要求高、平整度要求高的工件，最好是在1倍磨削加工接触线长范围内有大于0个容屑口或出水口，也就是在磨削加工接触线长范围内至少有一个出水口的小部分甚至极小部分，这样即可确保在砂轮加工过程中的每一个瞬间，在砂轮和被加工件接触线长的范围内， 都有冷却水作用在磨削面上及时冷却，实现真正意义上的全程冷却，确保砂轮不会因局部温度过高引起异常磨损，另外该出水口还可以及时使磨削加工时产生的粉屑能迅速进入出水口内储存，及时有效地将粉屑排除，从而确保砂轮磨粒的刻取能力。从提高冷却和排屑效果来说当然是出水口越多越好，但综合考虑加工成本等因素后，可以根据不同的情况具体设定。 

如在磨削范围小（即接触线长短）出水口的设置大而稀疏的情况下，1倍磨削加工接触线长范围内的出水口数量无论是一个出水口的大部分，或者是一个出水口的小部分甚至极小部分即可获得极好效果；在出水口的设置小而密集的情况下，1倍磨削加工接触线长范围内的容屑口数量则最好是一个出水口或者是一个以上，如几个出水口或十几、几十个出水口，根据长期磨削加工经验和实验，出水口最多一般不超过30为好，过多了，增加了制造的难度，降低了磨环的强度。 

对于较低品质的砂轮，如用于加工精度要求不高、平整度要求不高的工件，或者低速砂轮，则出水口的开设密度可稍微降低，根据不同品质砂轮的要求，出水口设置条件可适当放宽，经过反复实验，在3倍及3倍以内的磨削加工接触线长范围内，有大于0个出水口，就可起到比现有技术产品表现明显好转的冷却和排屑效果，同样出水口最多一般不超过30为好。 

另外由于本实用新型设置了足够多的出水口，还有效减少了磨环材料，降低了砂轮成本。 

对于所述磨环的磨面为非平面的情况，所述出水口为磨面（非平面磨面）上不参与磨削的“非实体加工区”，除“非实体加工区”以外的磨面（非平面磨面）剩余部位则为参与磨削的“实体加工区”，所述“实体加工区”于不同轴向位置上的圆周总线长对应于被加工件同位置的加工余量，其对应关系为正比例关系，从而形成磨面（非平面磨面）的等形磨耗结构。 

即所述磨环中的实体加工区（指磨削时接触被加工件的部分），将根据砂轮在加工过程需要完成的加工量，在砂轮轴向不同位置上分配对应实体加工区的圆周总线长，即工件加工余量大的部位，其对应的实体加工区圆周总线长则大，工件加工余量小的部位，其对应的实体加工区圆周总线长则小，两者之间构成正比例关系，从而形成砂轮的等形磨耗结构，以此来解决或缓解异形砂轮失形问题。 

当被加工件对形状要求不是很高、范围较宽时，根据砂轮在加工过程需要完成的加工量，在砂轮轴向不同位置上分配对应实体加工区的圆周总线长，两者之间构成的比例关系可适当放宽。 

所述出水口（即非实体加工区）原则上可设置为任何形状，如可设置为规矩的几何形状，或设为由直线、弧线、曲线等线段构成的非规矩几何形状。对于被加工件的弧形加工面，所述出水口（即非实体加工区）的形状可以采用易于加工的圆形或椭圆形。 

在出水口（即非实体加工区）的轴向宽度大于被加工件加工面厚度情况 下，实体加工区构成具有微距间断式磨削或半间断式磨削结构，半间断式磨削结构具有更小的跳动，更有利于较高崩边要求的加工。 

在出水口（即非实体加工区）的轴向宽度小于被加工件加工面厚度的情况下，实体加工区构成连续式磨削结构，消除跳动带来的崩边，可满足崩边要求极高的加工工况。 

本实用新型砂轮于外冷式磨床和内冷式磨床上均可使用：于内冷式磨床使用，所述进水口开设于基体轴心处中心轴位的轴孔上；于外冷式磨床使用，所述进水口开设于基体上，所述基体上的进水口为对外的敞口，砂轮安装就位后，敞口对着外冷式磨床冷却管的喷水位置。 

为便于进水口和水流通道的加工制造，需进一步优化基体结构，所述一种优化结构包括两块基板，所述磨环夹持固结于基板之间，所述基板之间还形成起水流通道作用的储水区，进水口开设于一块基板上。 

进一步可将其中一块基板设为与另一块基板安装的压板，所述中心轴位设于另一块基板上，为方便进水口与外冷式磨床冷却管连通，所述进水口为开设于所述压板上的环口。 

所述环口可自然形成，做法是将压板设计为环板，环板的内环直径大于基板的中心轴位，环口形成在压板的内环与基板的中心轴位之间。 

对于两个砂轮或多个砂轮同轴并列使用的情况，特别是针对用于外冷式磨床的砂轮，可以采取将砂轮之间的水流通道相互导通的方式，保证冷却液向各个砂轮的供给。 

本实用新型的技术方案也适合“干磨”加工，不过此时的干磨冷却水为“空气”，所述进水口、水流通道和出水口即容屑口则对应为进气口、气流通道和出气口。 

本实用新型的优点： 

1、本实用新型高效切削砂轮是在内冷却砂轮结构的基础上将容屑口的数量设置为足够多，使磨削加工区域内产生的粉屑能快速排出，使被加工表面的表面粗糙度以及砂轮锋利度的性能大幅度提高，确保砂轮更能够适用于快速、高速加工，提高生产效率。 

2、本实用新型还可以真正实现磨削过程中的全程冷却，该砂轮如运用于外冷式磨床，则不用增加任何成本就能达到内冷式磨床的加工性能，避免投入更多资金购买昂贵的内冷式加工设备，经济效益非常明显。 

3、本实用新型针对异形砂轮采用了等形磨耗结构，在结构上促进砂轮抗变形能力，使砂轮失形、失效因素大大降低，提高砂轮的寿命。 

（四）附图说明：

图1为本实用新型一种实施方式的立体结构示意图。 

图2为图1实施方式的主视图。 

图3为图2的内部结构示意图。 

图4（a）为图1、图2、图3中，出水口于磨环的磨面（非平面磨面）上分布情况示意图，出水口的轴向宽度大于被加工件的厚度。 

图4（b）为图1、图2、图3中，出水口于磨环的磨面（非平面磨面）上分布情况示意图，出水口的轴向宽度小于被加工件的厚度。 

图5为被加工件的加工尺寸图。 

图号标识：1基体；1-1、基板；1-2、压板；2、磨环、2-1、出水口；2-2、实体加工区；3、进水口；4、支撑柱；5、储水区；6、螺钉；7、中心轴位；8、被加工件。 

（五）具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型的技术方案作进一步说明： 

本实用新型内冷式快排屑砂轮由基体1和磨环2构成，其中基体1由基板1-1和压板1-2组装而成。 

所述基板1-1为圆板，基板1-1轴心处为中心轴位7，所述压板1-2为环板，压板1-2的外环直径与基板1-1圆周直径相同，压板1-2的内环直径大于基板1-1中心轴位7的外径；基板1-1和压板1-2之间用圆周均布的中空支撑柱4隔空，对应于各支撑柱4位置，用螺钉6将基板1-1和压板1-2轴向紧固，与此同时基板1-1和压板1-2的圆周外缘内端面将磨环2夹持固结（常用胶水粘接），如图1、图2、图3所示。 

所述磨环2的磨面上向内镂空开设有均布的圆形或椭圆形出水口2-1（贯通磨环2），所述出水口2-1的作用为冷却、容屑和排屑，出水口2-1的数量根据是主要起排屑作用还是要兼顾实现内冷却作用而确定： 

1、主要起排屑作用。 

则在所述磨面上任意设定的圆周长度范围内，所述出水口2-1的数量为大于0个而小于30个，所述圆周长度为1倍～3倍磨环2与被加工件8磨削时的接触线长。 

2、兼顾实现内冷却作用。 

在所述磨环2与被加工件8磨削时的接触线长范围内，所述出水口2-1的数量为大于0个而小于30个。 

冷却水的进水口3为压板1-2与基板1-1中心轴位7之间的环口，基板1-1和压板1-2之间的空腔为冷却水的储水区5，出水口2-1与储水区5相通，如图1、图2、图3所示。 

本实用新型适合在外冷式磨床上使用，外冷式磨床的冷却管对准砂轮的环口，加工时，砂轮磨削工件，冷却水从环口进入并在储水区5内保存，由于离心力作用，储水区5内的冷却水通过出水口2-1甩入磨削区，实现对被加工件的内冷却；磨削时产生的粉屑进入出水口2-1内暂时储存，储存有粉屑的出水口2-1在转离磨削区后，在离心力和冷却水的共同作用下，粉屑被排出。 

粉屑能够及时快速排出砂轮，可使磨料颗粒能够较好保持出露的高度，有利于提高磨料颗粒的刻取磨削能力，达到提高锋利度的作用；同时，由于粉屑的快速排出，有利于冷却水发挥作用，大大降低了磨料颗粒的切削热及由于粉屑存在的摩擦热，改善了磨料颗粒的工作条件，有利于磨料颗粒的强度保持，提高砂轮的寿命；摩擦热的降低，还将有利于提高被加工件的表面质量。 

以加工圆弧边为例，所述磨环2的磨面为弧形（非平面磨面），弧面上圆形或椭圆形的出水口2-1为磨面（非平面磨面）的非实体加工区，磨面（非平面磨面）的剩余部分为与被加工件8接触的实体加工区2-2，并且所述实体加工区2-2与不同轴向位置上的圆周总线长对应于被加工工件同位置的加工余量，其对应关系为正比例关系，从而形成磨面（非平面磨面）的等形磨耗结构，如图1、图2、图4所示。 

如图5所示，被加工件8的材料厚度5mm，圆弧拱高1.5mm，加工余量最少的部位（厚度方向的中间部位）余量为1mm，加工量最大的部位（左右两个端面）余量为2.5mm，则被加工件8沿轴向的加工余量与对应的实体加工区2-2的圆周总线长的正比例关系为：最小余量：最大余量=1:2.5。 

如图4（a）所示，当出水口2-1（非实体加工区）的轴向宽度大于被加工件8加工面的厚度时，构成具有微距间断式磨削或半间断式磨削结构，半间断式磨削结构具有更小的跳动，更有利于较高崩边要求的加工；在崩边要求极高的情况下，可以选择出水口2-1（非实体加工区）的轴向宽度小于被加工件8加工面的厚度，构成连续式磨削结构，消除跳动带来的崩边，如图4（b）所示。 

特殊情况：当磨面（非平面磨面）为复杂异形面时，可将复杂的异形面拆分为若干段而做成若干个砂轮，可视为多个砂轮叠加。 

本实用新型的技术方案特别适用于加工脆硬金属或非金属材料的砂轮上应用，所述砂轮的磨环2用超硬磨料制成，磨环2的实体加工区2-2可为一次性成型方式或各种拼合成型方式构成。 

对于双体砂轮和多层体砂轮（比如将多个砂轮同轴叠加在一使用，在粗磨之后可以方便转换到细磨），可以采取将各砂轮之间的水流通道相互导通的方式使其连通，保证冷却液向各个砂轮的供给。 

上述实施例，仅为对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本实用新型并非限定于此。显然，本实用新型的工作原理，也同样可以在内冷式磨床上使用。凡在本实用新型的公开的范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (14)

1.高效切削砂轮，包括基体（1）和设于基体（1）上的磨环（2），所述磨环（2）的磨面上开设有贯通磨环（2）的出水口（2-1），所述各出水口（2-1）连通基体（1）内对应开设的水流通道，所述各水流通道汇合于进水口（3），其特征在于：在所述磨面上任意设定的圆弧长度范围内，所述出水口（2-1）的数量为大于0个，所述任意设定的圆弧长度为1倍～3倍磨环（2）与被加工件（8）磨削时的接触线长。 

2.根据权利要求1所述的高效切削砂轮，其特征在于：所述任意设定的圆弧长度为1倍磨环（2）与被加工件（8）磨削时的接触线长。 

3.根据权利要求1或2所述的高效切削砂轮，其特征在于：所述出水口（2-1）的数量小于或等于30个。 

4.根据权利要求1或2所述的高效切削砂轮，其特征在于：所述磨环（2）的磨面为非平面，所述出水口（2-1）为磨面上不参与磨削的非实体加工区，磨面的剩余部位则为参与磨削的实体加工区（2-2），所述实体加工区（2-2）于不同轴向位置上的圆周总线长对应于被加工件（8）同位置的加工余量，其对应关系为正比例关系。 

5.根据权利要求4所述的高效切削砂轮，其特征在于：所述出水口（2-1）为几何形状。 

6.根据权利要求5所述的高效切削砂轮，其特征在于：所述出水口（2-1）为圆形或椭圆形。 

7.根据权利要求4所述的高效切削砂轮，其特征在于：所述出水口（2-1）的轴向宽度大于被加工件（8）加工面的厚度。 

8.根据权利要求4所述的高效切削砂轮，其特征在于：或所述出水口（2-1）的轴向宽度小于被加工件（8）加工面的厚度。 

9.根据权利要求1或2所述的高效切削砂轮，其特征在于：所述进水口（3）开设于基体（1）轴心处中心轴位（7）的轴孔上或开设于基体（1）上，所述基体（1）上的进水口（3）为对外的敞口。 

10.根据权利要求9所述的高效切削砂轮，其特征在于：所述基体（1）包括两块基板（1-1），所述磨环（2）夹持固结于基板（1-1）之间，基板 （1-1）之间还形成起水流通道作用的储水区（5），所述进水口（3）开设于一块基板（1-1）上。 

11.根据权利要求10所述的高效切削砂轮，其特征在于：将其中一块基板（1-1）设为与另一块基板（1-1）安装的压板（1-2），所述中心轴位（7）设于另一块基板（1-1）上，所述进水口（3）为开设于所述压板（1-2）上的环口。 

12.根据权利要求11所述的高效切削砂轮，其特征在于：所述压板（1-2）为环板，压板（1-2）的内环直径大于基板（1-1）的中心轴位（7），所述环口形成在压板（1-2）的内环与基板（1-1）的中心轴位（7）之间。 

13.根据权利要求9所述的高效切削砂轮，其特征在于：两个或两个以上砂轮同轴并列使用时，所述各基体（1）之间的水流通道相互导通。 

14.根据权利要求1或2所述的高效切削砂轮，其特征在于：所述磨环（2）用超硬磨料制成，磨环（2）的实体加工区（2-2）为一次性成型方式或拼合成型方式构成。 

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