[發明專利]一種超高速磨削用變厚度結構砂輪

有效

• 申請號: 201310082673.1
• 申請日: 2013-03-14
• 公開（公告）號: CN103203691A
• 公開（公告）日: 2013-07-17
• 發明（設計）人: 傅玉燦;楊路;徐九華;蘇宏華;田霖;趙家延
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: B24D5/00
• 分類號: B24D5/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 王斌

技術領域：

本發明涉及超高速磨削領域，具體涉及一種超高速磨削用變厚度結構砂輪。

背景技術：

超高速磨削是機械加工領域中先進制造技術的重要組成部分，是通過提高砂輪線速度（即磨削速度）來達到提高金屬磨除率和工件加工質量的工藝方法，應用高效率、高精度、高自動化、高柔性的磨削設備，能最大限度地提高工件加工效率，加工精度和加工表面質量。隨著能源、汽車、航空航天等高端產業對零件的加工精度與效率越來越高的要求，國際上許多發達國家均把超高速磨削工藝與裝備的研究作為機械制造領域的重要課題列入研究范圍。

超高速磨削工藝可以通過提高主軸轉速或者增大砂輪直徑來實現。目前，在超高速磨削工藝研究中，超高頻電主軸已被廣泛使用，適合安裝砂輪的超高頻磨削用電主軸轉速可達每分鐘4～6萬轉。現今實驗室常用的高速超高速砂輪結構大多是基體中心帶有法蘭盤安裝通孔的結構，且砂輪直徑和厚度尺寸較大，選用材料多為鋼類密度較大材料，導致砂輪笨重，不宜安裝于高精密、高轉速的電主軸上，且隨著主軸轉速的提高，基體由于自身質量產生的離心力將成轉速平方的關系增高，故而其中心通孔會在離心應力的作用下膨脹，導致法蘭與砂輪基體配合間隙增大，定位精度極大降低，砂輪基體易膨脹變形，從而使得磨削精度降低，不利于超高速磨削機理的研究；另一方面，對于超高速磨削，主軸轉速極高，在砂輪周邊會形成氣障，砂輪表面與空氣之間由于摩擦作用產生大量熱量，消耗一部分主軸功率，而目前常用的砂輪結構，其輪轂和輪緣之間都是由幾部分平面組成，相比較之下，該部分用曲面代替平面，砂輪表面會獲得更好的空氣流動特性，減少氣障效應的影響，同時可最大程度的實現整個砂輪基體應力均布，近似等強度。目前已有部分研究者通過仿真優化軟件對砂輪結構進行優化仿真分析，但其一般路線都是通過先給定幾個定點坐標位置然后進行仿真優化，最后得到帶有曲面的超高速砂輪結構，由于曲面幾何關系或者表達式不確定，對加工該超高速砂輪結構困難很大，至今仍未見有相關報道提到按此種路線加工出超高速砂輪結構用于超高速磨削機理研究。

發明內容：

發明目的：

本發明的目的在于提供一種適合超高速磨削用變厚度結構砂輪，從而可對難加工材料進行超高速磨削機理研究。

技術方案：

為了達到上述目的，本發明采取了以下技術方案：

一種超高速磨削用變厚度結構砂輪，包括砂輪基體、結合劑層和磨料層，所述的砂輪基體包括輪轂、輪緣以及連接所述輪轂和輪緣的中間段，所述的結合劑層和磨料層位于所述的輪緣的外圓表面，其特征在于：所述的中間段為旋轉曲面，該旋轉曲面對應母線為指數函數曲線，滿足幾何方程：

h(r)=0.025e-n(r0.12)k]]>

其中，0.027m≤r≤0.104m，n和k為常數,且0＜n＜10，0＜k＜10。

作為本發明的進一步優化，其中n=2.3,k=0.9。

在所述中間段的兩端與所述輪轂和輪緣的連接處通過倒圓過渡連接。

所述輪轂部分圓柱臺階沿軸線前后兩端對稱設計，后端外圓柱面與高速電主軸連接端內孔零間隙配合，與后端端面同為定位面；前端外圓柱面用于測量砂輪圓跳動。

所述輪轂前端內部設計有六個平衡孔，在每個平衡孔內均安裝有一個平衡螺釘。

所述砂輪基體中心無法蘭盤安裝通孔，在靠近中心直徑為24mm的圓上沿周向間隔60°均布六個直徑7mm的通孔，通過六個高強度M6螺釘將其安裝到高速電主軸上。

所述砂輪基體采用TC4鈦合金材料，輪緣表面布有Ag-Cu-Ti釬料作為結合劑，并且在其表面有序排布單層CBN超硬磨料。通過高頻感應釬焊工藝實現磨料與砂輪基體高強度連接，磨削速度可以達到600m/s。

有益效果：