1.本发明属于超硬磨具的技术领域，尤其涉及一种三维针雕结构的超硬砂轮其成型方法。
背景技术：2.伴随汽车行业的发展，超硬砂轮也迅速发展，同时其性能优势得到广泛的认可，相比传统普磨砂轮的性价比也得到用户的青睐。超硬砂轮向着多片组合式的台阶结构，如变速箱轴加工。大厚度复杂型面结构，如曲轴法兰端砂轮。此类砂轮传统采用普磨砂轮，如今少部分制造商配套进口cbn磨床已经实现了超硬砂轮应用。cbn砂轮受机床在线修整和整形条件的限制，因此机床配套不足的条件下，无法得到应用。与此同时，cbn砂轮无论在制造过程还是在使用过程，若为陶瓷cbn砂轮因其硬度大，导致修整难度大，效率低。若为树脂砂轮，修整工具容易磨损，修整形貌不易保证。若为电镀砂轮，则无法修整。因此无论从制造上还是应用上，一种制造成本低、适用性强、应用范围广、型面成型便捷的超硬砂轮将是必然的趋势。
技术实现要素：3.针对砂轮型面不易修正或不能修整的技术问题，本发明提出一种三维针雕结构的超硬砂轮其成型方法，实现了砂轮工作面成型便捷的目的。
4.为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
5.一种三维针雕结构的超硬砂轮，包括砂轮基体和设置砂轮基体外侧的磨削层，所述磨削层由若干个径向设置的针型磨头组件构成，针型磨头组件包括磨头杆和设置于磨头杆端部的磨头。
6.所述砂轮基体上设有磨头杆安装孔，磨头杆的一端固定在磨头杆安装孔中，磨头杆与磨头安装孔为过盈配合，可根据需要调整磨头的高度。
7.所述磨头杆所用材料为钢材、硬质合金或其它强度较高的复合材料，磨头杆承受砂轮转动过程中的剪切力，并且安装在磨头安装孔中不能出现松动，因此对强度要求高。
8.所述磨头由陶瓷结合剂、树脂结合剂、电镀金属结合剂或金属粉结合剂制成，磨头的制备方法与常规cbn砂轮相同。在磨削层中所使用的磨头可以由相同材料制成；也可以采用上述不同粘合剂制成的磨头进行组合，在一个砂轮上组装出不同材质的磨削工作面。
9.所述磨头的横截面的面积大于磨头杆的横截面的面积，防止干涉；磨头杆与磨头为固定连接；优选的，磨头与磨头杆之间为烧结或粘接。
10.所述磨头的横截面为任意形状；优选的，磨头为棱柱状，磨头的横截面为圆形或正多边形，保证磨头在磨削的过程中磨削面始终保持不变。
11.所述磨头杆的横截面为圆形或正多边形；优选的，磨头杆为棱柱状，磨头杆的横截面为圆形或正多边形，一方面便于加工，另外方便在砂轮基体上密集排布。
12.所述磨头和磨头杆为圆柱形。
13.所述磨削层截面呈平面状、呈阶梯状、v型、u型、连续圆弧曲线。平面状为不经过成型模压的初始形状；阶梯状为多段不同直径的平台面；v型为外口大内口小的连续过渡的结构一个多或多个槽；u型为u字形，直槽底部有圆角结构；连续圆弧曲线为一段或多段曲线与曲线和直线与曲线的组合曲线。
14.一种三维针雕结构的超硬砂轮的成型方法，所述成型方法为预制方法或现制方法；
15.现制方法：将针型磨头组件安插在砂轮基体中构成磨削层，此时磨削层的工作面为平面，然后采用标准件对磨削层进行按压或滚压成型，制备出与标准件匹配的工作面；
16.预制方法：以现有砂轮为参考，直接将针型磨头组件安装在砂轮基体上，将磨削层预制成与现有砂轮同工作面的预制件，然后利用预制件对工件进行加工。
17.进一步的，上述三维针雕结构的超硬砂轮的成型方法，在制备的过程中，可以采用相同长度的针型磨头组件，先将针型磨头组件安插在砂轮基体中构成磨削层，然后采用标准件通过对磨头杆的按压实现对磨削层进行整理，磨削层的型面受标准件控制，可制备出不同的形状。也可以采用不同长度的针型磨头组件或通过调整针型磨头组件在磨头杆安装孔中插入深度直接在砂轮基体上拼装出需要的形状。
18.本发明的有益效果：本发明不需要采用修整滚轮修整，也不需要改造设备额外增加驱动装备，制备工艺简单，而且制造成本相对较低，制造效率高和整形效率较高。本发明所采用砂轮基体与常规cbn砂轮相同，因此所制备砂轮可以适应各种条件的磨床应用。本发明所制备三维针雕结构的超硬砂轮通过标准件的按压能够得到所需的型面，因此能够适应各种复杂型面的加工，无需工件和砂轮专用，节省了修整滚轮和修整器，降低了修整成本。另外，本发明所制备的砂轮在使用的过程中仍能够快速修改型面形状。当磨削层为电镀材料时，可根据需要修整形貌，解决了电镀砂轮无法修整的问题；磨削层为陶瓷材料或树脂材料时，修整工艺没有减材的过程，因此不存在，修正效率低、修整形貌不易保证的问题。最后，当三维针雕结构的超硬砂轮表面出现部分磨损时，可以将对磨损区域的针型磨头组件进行更换，有效提高了砂轮的使用效率。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1为三维针雕结构的超硬砂轮结构图。
21.图2为磨头结构的局部放大图。
22.图3为阶梯状三维针雕超硬砂轮整形示意图。
23.图4为s型曲面三维针雕超硬砂轮整形示意图。
24.图5为阶梯v型面三维针雕超硬砂轮整形示意图。
25.图中：1、磨削层；2、砂轮基体；3、磨头；4、磨头杆；5、磨头杆安装孔；6、标准件ⅰ；7、阶梯状三维针雕超硬砂轮；8、标准件ⅱ；9、s型曲面三维针雕超硬砂轮；10、标准件ⅲ；11、阶梯v型面三维针雕超硬砂轮。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.实施例1
28.一种三维针雕结构的超硬砂轮，如图1和2所示，包括砂轮基体2和设置砂轮基体2外侧的磨削层1，所述砂轮基体2为cbn砂轮基体，所述磨削层1为砂轮的主要工作层，能够进行磨削、抛光、研磨。所述磨削层1由若干个针型磨头组件构成，以针型磨头组件为最小结构单元，在砂轮基体2上有规律的分布，形成不同的砂轮型面。针型磨头组件包括磨头杆4和设置于磨头杆4端部的磨头3，磨头3为主要的磨削材料，直接与加工面相接触；磨头杆4起到固定作用，同时可以通过调整磨头杆4的高度，拼装出不同型面的磨削层1。
29.实施例2
30.一种三维针雕结构的超硬砂轮，如图1和2所示，所述砂轮基体2上设有磨头杆安装孔5，磨头杆4的一端固定在磨头杆安装孔5中，磨头杆4与磨头杆安装孔5为过盈配合，可根据需要调整磨头3的高度。所述磨头杆4所用材料为钢材，磨头杆4承受砂轮转动过程中的剪切力，并且安装在磨头杆安装孔5中不能出现松动。所述磨头由陶瓷结合剂、树脂结合剂、电镀金属结合剂或金属粉结合剂其中任意一种制成，磨头的制备方法与常规cbn砂轮磨削层的制备方法相同。所述磨头3横截面的面积大于磨头杆4的横截面的面积，能够防止干涉的发生；磨头杆4与磨头3为固定连接；优选的，磨头3与磨头杆4之间为烧结或粘接。
31.其它结构同实施例1。
32.实施例3
33.一种三维针雕结构的超硬砂轮，如图1和2所示，所述磨头3的横截面为任意形状；优选的，磨头3为柱状。优选的，磨头3的横截面为圆形或正多边形，能够保证磨头在磨削的过程中磨削面始终保持不变。所述磨头杆4的横截面为圆形或正多边形；优选的，磨头杆4为棱柱状，磨头杆4的横截面为圆形或正多边形，一方面便于加工，另一方面，针型磨头组件能够在砂轮基体2上密集排布。磨头3与磨头杆4的截面形状可以相同也可以不同。优选的，磨头3与磨头杆4的形状相同。
34.优选的，所述磨头3和磨头杆4为圆柱形，圆形利于工程制作，有利于装配体配合有效防止棱角干涉导致的磨头活动受阻。
35.其它结构同实施例2。
36.实施例4
37.一种三维针雕结构的超硬砂轮的成型方法，其特征在于，所述成型方法为预制方法或现制方法；
38.现制方法：将针型磨头组件安插在砂轮基体2中构成磨削层1，此时磨削层的工作面为平面，然后采用标准件对磨削层1进行按压或滚压成型，制备出与标准件匹配的工作面；这种方法可以在施工现场现制现用，根据标准件可制备出各种复杂的工作面；
39.预制方法：以现有砂轮为参考，直接将针型磨头组件安装在砂轮基体2上，将磨削层1预制成与现有砂轮同工作面的预制件，然后利用预制件对工件进行加工，该方法一次成
型，直接拼装出工作面。
40.实施例5
41.一种三维针雕结构的超硬砂轮，如图1、2、3所示，砂轮规格(直径)d350
×
(厚度)35t
×
(内孔)d127。针型磨头组件中磨头杆4材质为硬质合金，规格为(直径)d0.5
×
(总长)20，其中磨头3规格为(直径)d0.5
×
(长度)10，磨头杆4(直径)d0.4
×
(长度)10。所述磨头3为电镀cbn磨头，磨头3外径尺寸为磨头杆4直径为磨头杆安装孔5为磨头杆4与磨头杆安装孔5为过盈配合。砂轮基体2的轴向截面共有针型磨头组件40个，圆周方向和轴向采用交错排布。砂轮基体2材质为42crmo，硬度hrc40，粗糙度ra0.8μm。
42.上述三维针雕结构的超硬砂轮的成型方法，在使用的过程中，根据磨削对象台阶轴的特征为阶梯型面，尺寸长度为20mm，分为三段，长度分别为8mm、10mm、2mm。先将磨头杆4全部安装在磨头杆安装孔5中，采用三段长度10mm、10mm、4mm的标准件ⅰ6，以中心10mm为基准整形(如图3所示)，制得阶梯状三维针雕超硬砂轮7。
43.测试：采用上述制备的三维针雕结构的电镀cbn砂轮和传统电镀cbn砂轮，磨削材质为gcr15的台阶轴工件，线速度均为80m/s，进刀速度为50mm/min，走刀速度为100mm/min，磨削余量0.1mm。
44.测试结果如表1所示，磨削后，三维针雕结构的电镀cbn砂轮加工节拍与传统电镀cbn砂轮一致，工件粗糙度、圆柱度、圆度尺寸和加工节拍均满足工艺要求。两种砂轮加工到4000件，圆柱度为0.0048mm，临近0.005mm标准值，达到砂轮寿命。而利用标准模型轴对三维针雕结构的超硬砂轮再次整形，继续进行磨削工艺，所制备工件的圆柱度为0.003，经过多次整形砂轮使用寿命为5500件。
45.表1
[0046][0047]
经过对比得出，三维针雕结构的电镀cbn砂轮，制造时无需采用高精度机床制造型面，采用标准件模压，不仅能保证上机整形消除安装误差，而且整形简易方便。同时加工效果和使用性能与比较传统电镀超硬砂轮一致。相比较传统电镀超硬砂轮当精度不足时，还可以再次调整型面修复精度。传统电镀超硬砂轮则无法调整而报废。鉴于此特点，三维针雕结构的超硬砂轮的使用寿命优于传统电镀超硬砂轮。
[0048]
实施例6
[0049]
一种三维针雕结构的超硬砂轮，如图1、2、4所示，砂轮规格(直径)d300
×
(厚度)40t
×
(内孔)d127。针型磨头组件中磨头杆4材质为40cr，规格为(直径)d0.2
×
(总长)15，其中磨头3规格为(直径)d0.2
×
(长度)5，磨头杆4(直径)d0.18
×
(长度)10。所选磨头3为陶瓷cbn磨头，磨头3外径尺寸为磨头杆4直径为磨头杆安装孔5为磨头杆4与磨头杆安装孔5为过盈配合。砂轮基体2的轴向截面共有针型磨头组件200个，砂轮基体2材质为42crmo，硬度hrc40，粗糙度ra0.8μm。
[0050]
上述三维针雕结构的超硬砂轮的成型方法，根据磨削对象摆线轮的s型曲面特征，在使用的过程中，采用标准件ⅱ8成型曲线按压(如图4)，制得s型曲面三维针雕超硬砂轮9。
[0051]
测试：采用上述制备的三维针雕结构的超硬砂轮和传统陶瓷cbn砂轮，磨削材质为20crmnti的摆线轮工件，线速度均为60m/s，进刀速度为0.2rev/r，磨削余量0.08mm。
[0052]
测试结果如表2所示，三维针雕结构的陶瓷cbn砂轮与传统陶瓷cbn砂轮采用相同的配方，因此磨削后，三维针雕结构的超硬砂轮加工节拍与传统电镀砂轮一致，工件粗糙度、圆柱度、圆度尺寸和加工节拍均一致且满足工艺要求。
[0053]
表2
[0054][0055]
经过对比得出，三维针雕结构的陶瓷cbn砂轮，制造时无需制作滚轮，无需采用高精度机床制造型面，用户使用时用标准工件轴模压，不仅能保证上机整形消除安装误差，而且整形简易方便。由于三维针雕结构的陶瓷cbn砂轮的砂轮配方与传统陶瓷cbn砂轮配方一直。因此加工效果和使用性能与比较传统陶瓷cbn砂轮一致。
[0056]
实施例7
[0057]
一种三维针雕结构的超硬砂轮，如图1、2、5所示，砂轮规格(直径)d200
×
(厚度)20t
×
(内孔)d31.75。针型磨头组件中磨头杆4材质为40cr，规格为(直径)d0.2
×
(总长)20，其中磨头3规格为(直径)d0.2
×
(长度)5，磨头杆4(直径)d0.18
×
(长度)15。所选磨头3为树脂金刚石磨头，磨头3外径尺寸为磨头杆4直径为磨头杆安装孔5为磨头杆4与磨头杆安装孔5为过盈配合。砂轮基体2的轴向截面共有针型磨头组件100个，砂轮基体2材质为42crmo，硬度hrc40，粗糙度ra0.8μm。
[0058]
上述三维针雕结构的超硬砂轮的成型方法，根据磨削对象轴的特征，型面为阶梯v型面，在使用的过程中，采用标准件ⅲ10成型曲线按压(如图5)，制得阶梯v型面三维针雕超硬砂轮11。
[0059]
测试：采用上述制备的三维针雕结构的树脂金刚石砂轮和传统树脂金刚石砂轮，
磨削材质为yg8的轴外圆，线速度均为60m/s，进刀速度为20mm/min，磨削余量0.01mm。传统树脂金刚石砂轮采用滚轮修整困难，一般采用普通砂轮修整，但其无法修整复杂型面。因此砂轮树脂砂轮较少，一般采用分段磨削。
[0060]
测试结果如表3所示，三维针雕结构的树脂金刚石砂轮与传统树脂金刚石砂轮采用相同的配方，因此磨削后，三维针雕结构的超硬砂轮加工节拍与传统电镀砂轮一致，工件粗糙度、圆柱度、圆度尺寸和加工节拍均一致且满足工艺要求。
[0061]
表3
[0062][0063]
经过对比得出，三维针雕树脂金刚石砂轮，无需滚轮修整，无需采用高精度机床制造型面，使用标准件模压，不仅能保证上机整形消除安装误差，而且降低了难度，实现了树脂金刚石砂轮复杂型面成型和加工。由于三维针雕结构的树脂金刚石砂轮的砂轮配方与传统树脂金刚石砂轮配方一致，因此加工效果和使用性能与比较传统陶瓷cbn砂轮一致。
[0064]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：1.一种三维针雕结构的超硬砂轮，包括砂轮基体(2)和设置在砂轮基体(2)外侧的磨削层(1)，其特征在于，所述磨削层(1)由若干个针型磨头组件构成，针型磨头组件包括磨头杆(4)，磨头杆(4)的一端与砂轮基体(2)可调连接，磨头杆(4)的另一端设有磨头(3)。2.根据权利要求1所述的三维针雕结构的超硬砂轮，其特征在于，所述砂轮基体(2)上设有磨头杆安装孔(5)，磨头杆(4)的一端安装在磨头杆安装孔(5)中。3.根据权利要求2所述的三维针雕结构的超硬砂轮，其特征在于，所述磨头杆(4)所用材料为钢材或硬质合金。4.根据权利要求3所述的三维针雕结构的超硬砂轮，其特征在于，所述磨头(3)由陶瓷结合剂、树脂结合剂、电镀结合剂或金属结合剂制成。5.根据权利要求4所述的三维针雕结构的超硬砂轮，其特征在于，所述磨头(3)的横截面的面积不小于磨头杆(4)的横截面的面积，磨头杆(4)与磨头(3)固定连接。6.根据权利要求5所述的三维针雕结构的超硬砂轮，其特征在于，所述磨头(3)的横截面为圆形或正多边形。7.根据权利要求5所述的三维针雕结构的超硬砂轮，其特征在于，所述磨头杆(4)的横截面为圆形或正多边形。8.根据权利要求1-5任意一项所述的三维针雕结构的超硬砂轮，其特征在于，所述磨头(3)和磨头杆(4)为圆柱形。9.根据权利要求1-7任意一项所述的三维针雕结构的超硬砂轮，其特征在于，所述磨削层(1)工作面为平面、阶梯面、v型面、u型面或连续圆弧曲面。10.一种如权利要求1-7任意一项所述的三维针雕结构的超硬砂轮的成型方法，其特征在于，所述成型方法为预制方法或现制方法；现制方法：将针型磨头组件安插在砂轮基体(2)中构成磨削层(1)，此时磨削层的工作面为平面，然后采用标准件对磨削层(1)进行按压或滚压成型，制备出与标准件匹配的工作面；预制方法：以现有砂轮为参考，直接将针型磨头组件安装在砂轮基体(2)上，将磨削层(1)预制成与现有砂轮同工作面的预制件，然后利用预制件对工件进行加工。
技术总结本发明提出了一种三维针雕结构的超硬砂轮及其成型方法，用以解决砂轮型面不易修正或不能修整的技术问题。包括砂轮基体和设置砂轮基体外侧的磨削层，其特征在于，所述磨削层由若干个针型磨头组件构成，针型磨头组件包括磨头杆，磨头杆的一端与砂轮基体连接，磨头杆的另一端设有磨头，还公开了砂轮的成型方法。本发明不需要采用修整滚轮修整，也不需要改造设备额外增加驱动装备，制备工艺简单，而且制造成本相对较低，制造效率高和整形效率较高。制造效率高和整形效率较高。制造效率高和整形效率较高。
技术研发人员：孙鹏辉 李学仁 穆龙阁 杨威 李学文
受保护的技术使用者：郑州磨料磨具磨削研究所有限公司
技术研发日：2022.05.20
技术公布日：2022/7/5
