高速砂轮制造技术

一种通过使用廉价的、非超级磨粒的传统磨粒的工具而获得超级磨削性能的方法包括在极高切线接触速度（即至少约１２５米／秒）下操作传统的磨具。这种极高的操作速度可通过分段的磨料砂轮获得，该砂轮具有许多由玻璃状的或树脂粘结的氧化铝等粒子。该磨料段可制成比传统的超级磨料支承段足够大的深度，因而能提供较长的使用寿命和高性能。此外，传统磨料段较容易修整，从而可制成复杂的外形，以磨削形状复杂的工件。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种在高表面操作速度下工作的磨削工具。具体地说，本专利技术涉及一种传统磨料分段砂轮，它能够在高速下工作，从而获得近似于超级磨料砂轮那样的磨削性能。磨削工具、特别是砂轮具有重要的商业用途，诸如切割、成形和抛光工业材料。这些砂轮通常包括通过粘结材料固定在一圆盘结构上的磨粒。通过该砂轮的中心孔接纳一动力驱动轴，使砂轮转动，并使磨削表面与工件接触。当然，磨料是决定磨削工具性能的一个重要因素。现有技术认为至少有两种重要类型的工业用磨料，即“超级磨料”和“传统磨料”。前者是极硬的材料，它们能够磨削最硬的、从而最难以切割的工件。众所周知的超级磨料是金刚石和立方氮化硼(CBN)。传统磨料是那种没有超级磨料硬的磨料，它主要用于各种各样只需较少量磨削的地方。传统磨料砂轮结构以不同于超级磨料砂轮的方式形成。传统磨料砂轮的主要特点是埋入粘结剂的磨粒在单一区域里。即磨削区域从中心孔向外延伸至砂轮周边。与此相反，超级磨粒砂轮通常包括一金属芯子，它从中心孔向外延伸至切割表面。超级磨粒粘附在切割表面的外周上，在金属芯子上粘结着或者是单层，或者是多层，但埋入粘结剂的磨粒形成深度较浅的连续的或分段的轮缘。该轮缘(无论是连续的或分段的)固定在金属芯子上。金属芯子常常构成砂轮所占体积的大部分，从而避免必须用超级磨料从中心孔到周边填满砂轮。事实上，这种芯子通过只在切割边缘上设置磨粒而显著地降低了超级磨料工具的成本。如果所提供的所有工作参数是相同的，那么在给定的磨削用途中超级磨料通常优于传统磨料。即，这些性能参数、如磨削工件的速度；使用寿命、即每单位磨削掉的磨料所磨削的工件的体积；将工具推向工件所需要的力量；以及切割给定硬度工件所必须的动力等、与传统磨料相比通常是超级磨料较好。因此，从理论上说，最好普遍使用超级磨料工具。然而，超级磨料的成本通常比传统磨料高几个数量级。因此，超级磨料工具通常只在难以用传统磨料加工的工件材料上使用，以及要求很高性能的加工时使用。除了高成本，超级磨料轮还具有某些其它不理想的性能。其中较重要的是，由于超级磨料固有的极硬性质而难以修整。这将影响砂轮制造和在多方面的使用。例如，在制造砂轮时，最终组装好的工具必须被“平整”，以使切割表面精确地符合设计公差。在工作时，砂轮必须周期性地修整，以便使变钝的切割表面复原。平整和修整通常是使该砂轮紧抵另一个精确成形的磨料进行的。这种工作是缓慢的和困难的，因为超级磨料的硬度与成形磨料的硬度是相同的。另外，制造具有复杂外形切割表面的超级磨料工具也是非常困难的，因为平整和修整这种外形工具所必须的工具通常难以获得。因此，非常希望能获得一种传统磨料砂轮，它在某些适当的用途中、诸如切割在传统磨料能力的硬度范围内的工件时具有与超级磨料砂轮性能接近的磨削性能。已经发现，通过在非常高速度方式下使用某些传统磨料砂轮可获得所谓的“接近超级磨料的性能”。即，传统磨料段相对工件的切线接触速度应该至少有125米/秒。在这种非常高速度下的工作应力将使许多砂轮、特别是常用的传统磨料砂轮破裂和分解。因此，重要的是，按照本专利技术操作的传统磨料砂轮将用下面详细介绍的方式制造，即使它具有最小的芯子强度和轮缘强度参数。因此，本专利技术提供一种磨削硬材料的方法，它包括提供一种磨削工具，它包括一芯子，其具有至少60MPa-cm3/g的芯子强度参数；一磨料段，它固定在芯子的外周上，其中，该磨料段包括埋入粘结剂里的传统磨粒，并具有至少10MPa-cm3/g的轮缘强度参数；以及一在磨料段和芯子之间的接合剂；以及移动磨料段，使其以至少125m/sec的切线接触速度与所述硬材料接触。还提供一种制造磨削工具的方法，该磨削工具具有包含传统磨料和陶瓷接合剂的磨料段，其中，该磨削工具可在至少125m/s的切线接触速度下与一工件接触。附图说明图1是按照本专利技术的一分段的磨料砂轮的立体图。本专利技术基本上包含了这样一个发现，即具有传统磨粒的磨削工具在极高的切线接触速度下可获得使用超级磨料的工具的磨削性能。这里的术语“切线接触速度”是指与磨削工具和工件之间的磨削动作成切线方向的运动的相对速率。例如，一连续的砂带锯条切割固定的工件时的切线接触速度就是锯条沿切割方向的直线速度。同样的，摆动的锯条切割一不动的物体时的切线接触速度就是锯条沿摆动方向的直线速度，在每个行程的终端中当锯条换向时可观察到锯条速度必然减速至零并立即再加速。对于一种砂轮来说，切线接触速度就是通常在转动砂轮外周上的切割表面的直线速度。切线接触速度考虑到工件相对切割刀的移动。这样，工件表面的纵向送进运动经过固定的位置，转动的砂轮提供切线接触速度。然而，按照本专利技术的极高切线接触速度磨削工具的工具速度的作用与纵向移动零件相比大得不成比例。一般来说，这种纵向移动可以忽略不计。即，在绝大多数情况下，极高转动速度砂轮的切线接触速度(由于转动的缘故)实际上等于砂轮切割表面速度。例如，-30cm直径砂轮以约9，550rev．/min速度转动时的切线接触速度是150m/s。而工件经过该砂轮的纵向送进运动实际上小于1m/s。根据本专利技术，来自传统磨料的超级磨削性能是在约125m/s的切线接触速度情况下获得的。从磨削性能观点看，速度上限是非临界的。一般来说，速度越高可获得越好的磨削性能。然而，当速度增加时，诸如工具的断裂强度和过高的热量产生这些实际考虑将变得重要。按照目前可获得材料形成的结构的极限，切线接触速度较佳的是在约150-200m/s范围内。除了已经指出类型的工具，这种新颖的方法可用于任何类型的磨削工具，诸如扁钻和转动锯条。人工动力通常不能维持这种能提供超群磨削性能的极高切线接触速度。对于大多数具体用途来说，这种工具和/或工件应该由动力驱动，从而在结构上应该足以经受自动操作的应力。因此，可以设想，实施本专利技术的较佳工具应该是由一加强的芯子支承的磨料段。这种工具应该是坚固的、耐用的及在尺寸上是稳定的，以便经受因高速操作产生的、可能有的破坏力。这种芯子应该具有高的芯子强度参数，这对于在非常高的角速度下工作、以获得约125m/s切线接触速度的砂轮来说特别重要。对本专利技术使用的芯子来说，较佳的最低芯子强度参数应该是约60MPa-cm3/g。该芯子强度参数是由芯子材料抗拉强度与芯子材料密度之比限定的。材料的抗拉强度是材料受拉时、在不进一步增加力的情况下使应变增加的最小力。例如，淬硬至约240(布氏硬度标尺)以上的ANSI4140钢具有超过700MPa的抗拉强度。这种钢的密度约是7．8g/cm3。这样，该芯子强度参数约大于90MPa-cm3/g。同样地，某些经热处理至约布氏硬度100以上的铝合金、例如Al2024、Al7178具有约高于300MPa的抗拉强度。这些铝合金具有约2.7g/cm3的低密度，从而具有大于110MPa-cm3/g的芯子强度参数。钛合金也适用。芯子材料还应该是易延展的，在磨削区到达的温度下是热稳定的，能防止与磨削中使用的冷却液和润滑油起化学反应的，以及防止因在磨削区内切割碎片的运动造成的侵蚀而发生的磨损。虽然某些氧化铝和其它陶瓷制品在高于60 MPa-cm3/g时屈服，但通常它们在作为芯子高速磨削时会由于破裂而易碎和在结构上解体。这样，陶瓷制品不适宜作高速磨削工具芯子。而金属、特别是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磨削工件的方法，包括： 提供一磨削工具，它具有： 一芯子，它具有至少６０ＭＰａ－ｃｍ↑［３］／ｇ的芯子强度参数； 一固定在芯子周边上的磨料段，其中，该磨料段包括埋入粘结剂里的传统磨粒，该磨料段还具有至少１０ＭＰａ－ｃｍ↑［３］／ｇ的轮缘强度参数；以及 一将磨料段粘结在芯子上的装置；以及 使磨料段移动，并以至少１２５ｍ／ｓｅｃ的切线接触速度与工具接触。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：M吴，LA卡曼，L阿斯彭斯乔，
申请(专利权)人：诺顿公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]