專利名稱：帶有一體化安裝板的盤式磨輪的制作方法
技術領域：
本發明涉及磨輪，具體來說，涉及具有一體化安裝板以便于安裝到表面打磨機面板的盤研磨輪。
背景技術：
砂輪(即磨輪)廣泛用于傳統的打磨機和手持角磨機上。當砂輪在這些機器上使用時，砂輪固定在其中心處并以高速轉動，同時砂輪壓靠在加工件(即，工件)上。磨輪的打磨面通過磨輪的磨削顆粒的聯合切削作用磨削掉工件的表面。
磨輪既用于粗打磨也用于精密打磨操作。粗打磨用來實現快速的切削量而不特別顧及表面光潔度和燃燒灼熱。粗打磨的實例包括從坯段中快速除去雜質、焊縫準備和切斷鋼材。精密打磨涉及到控制要除去的切削量以達到要求的尺寸公差和/或表面光潔度。精密打磨的實例包括磨去精確量的材料、磨鋒利、成形以及諸如拋光和和順(即，平滑焊珠)那樣的通常表面光潔度的加工。使用傳統的表面打磨機或角磨機，其具有定向成相對于工件的角度達到約為6度的平表面，其中，磨輪的大致平表面施加到工件上，這樣的傳統面磨輪或表面磨輪既可用于粗打磨也可用于精密打磨。傳統面磨輪或表面磨輪通常是這樣進行制造，通過模制磨粒和粘結劑混合物來形成剛性單塊的粘結起來的砂輪，其中可帶有或不帶有纖維加強。合適的粘結砂粒的實例包括氧化鋁、碳化硅和氧化鋁氧化鋯顆粒，它們放置在環氧樹脂的粘結基體中。粘結砂粒的其它實例包括金剛石、CBN、氧化鋁，或碳化硅顆粒，它們置于玻璃狀或金屬狀的粘結劑中。ANSI (美國國家標準學會)指定的各種輪的形狀一般地可用于面或表面的打磨操作。這些磨輪類型包括圓柱形輪(類型2)、磨盤(具有平的環形打磨面的磨輪)、直杯形磨輪(類型6)、錐形杯磨輪(類型11)、盤磨輪(類型12)，以及中心凹陷的磨輪(類型27和 28)。許多諸如類型6的直杯形磨輪和其它具有凹陷中心的磨輪那樣的這些傳統的面磨輪或表面磨輪，只要簡單地利用穿過磨輪中心孔并將磨輪擰緊到一個或多個心軸法蘭上的螺紋緊固件，就可方便地安裝到打磨機的心軸/柄軸上。然而，在許多其它的應用中，例如，借助于其結構和/或相對大的尺寸，就可以不破壞打磨面連續性的方式，理想的是將這些磨輪固定到徑向向外離磨輪中心孔的多個位置處。如圖I所示，該種接合方式通常將螺紋的金屬螺母20嵌入到磨盤30的背表面上來實現。螺母與通過打磨機的法蘭或面板24的螺栓22嚙合。該方法有利地提供相當大量的均布接觸點，這甚至可將較大的磨輪可靠地固定到打磨機上(例如，對于直徑為42英寸(107cm)的磨輪，可用高達64個螺母和螺栓的組合20、22)。然而，該方法的缺點在于，如此的磨輪會根據螺栓孔布置圖形各需要放置高達64個螺母，且螺栓孔的圖形會根據磨輪的類型和大小以及根據打磨機制造商而變化。這樣，這些磨盤的制造包括與按照要求孔圖形來嵌入螺母相關的加工步驟，會趨于相當耗時和勞動強度變大。例如，螺母20通常借助于模具填料和壓制操作過程中使用的復雜的固定設備來實現嵌入。在熱固化操作之前取走該固定設備，由于沒有了固定設備提供的支承作用，螺母在磨盤烘烤過程中隨著盤的固化而趨于移動，這在磨盤安裝到打磨機上時會產生對中問題。或者，固定設備可在模制過程中用來支承螺母。固定設備和螺母的螺紋嚙合會使盤和板烘烤成一個單元。一旦烘烤完成，通過擰松螺紋來取出固定設備，以便從烘烤的盤中釋放出固定設備。盡管烘烤帶有附連的固定設備的盤趨于將螺母的任何運動減到最小，但該方法有效地阻止烘烤完成之前再次使用固定設備，這要求使用者手中備有相當數量的固定設備。在已經有的一般磨盤制造操作所需的大量分散的零件中，又添加了該要求，這對于制造要求規格和類型范圍內的盤可能需要上千個零件。 參照圖2，其它安裝方法使用具有鉆孔和攻絲的安裝孔的鋼制安裝板36，該安裝孔構造成接納通過打磨機面板24的螺紋的柱頭螺栓或螺栓。如圖所示，板36連接到盤30的后表面。盡管該方法可滿意地用于某些(例如，小直徑的)磨輪，但與適用于例如直徑達44英寸(112cm)和重量達3001bs (136kg)的大磨輪的金屬板24相關的附加重量和成本趨于被限制。因此，需要有改進的表面打磨磨盤和將磨盤固定到打磨機上的方法。

發明內容
在本發明一個方面中，研磨劑粘結起來的磨輪設有一粘結的磨盤，磨盤包括設置在粘結劑基體內的研磨顆粒和一體地固定到磨盤上的安裝板。該安裝板具有以預定圖形設置在板內的多個非金屬的第一螺紋緊固件部分，安裝板用包括聚合物材料的組合物制造。非金屬的第一螺紋緊固件部分各構造成與沿著打磨機面板設置的多個第二螺紋緊固件部分相應地接合。在本發明的另一個方面，一種制造磨輪的方法包括由包括聚合物材料的組合物形成安裝板，并且沿著所述安裝板以預定圖形設置多個非金屬的第一螺紋的緊固件部分，所述第一螺紋的緊固件部分各構造成與沿著打磨機面板設置的多個第二螺紋緊固件部分相應地接合。該方法還包括形成粘結的磨盤和一體地將板固定到磨盤上。在還有另一方面中，研磨劑粘結起來的磨輪設有一粘結的磨盤，磨盤包括設置在粘結劑基體內的研磨顆粒。用包括聚合物材料的組合物制造的安裝板一體地固定到磨盤上。該安裝板具有多個以預定圖形加工在板內的非金屬的第一螺紋緊固件部分，非金屬的第一螺紋緊固件部分各構造成與沿著打磨機面板設置的多個第二螺紋緊固件部分相應地接合。盤具有的直徑范圍從約5英寸(13cm)至約44英寸(112cm)。安裝板的屈服強度至少為40MPa。多個第一螺紋緊固件部分各具有至少為500磅(2224牛頓)的拉伸強度，磨輪的爆裂強度至少為每分鐘10560表面英尺(每分鐘3219表面米)。在本發明還有另一方面中，粘結研磨劑的磨輪設有一粘結的磨盤，磨盤包括設置在粘結劑基體內的研磨顆粒。安裝板一體地固定到磨盤上，并具有多個以預定圖形設置在板內的第一螺紋緊固件部分。安裝板包括多個在第一緊固件部分之間徑向地和圓周地延伸的細長支承件，安裝板用包括聚合物材料的組合物制造。第一螺紋緊固件部分各構造成與沿著打磨機面板設置的多個第二螺紋緊固件部分相應地接合。


結合附圖閱讀以下本發明各個方面的詳細描述，將會更加容易地明白本發明的上述和其它特征和優點，附圖中圖I是固定到傳統打磨機面板上的現有技術的磨盤一部分的側視截面圖；圖2是固定到傳統打磨機面板一部分上的現有技術的另一磨盤一部分的側視截面圖；圖3是固定到傳統打磨機面板上的本發明實施例一部分的側視截面圖；圖4是沿圖3的線4-4截取的截面圖，本發明安裝板的選項部分用虛線顯示；·圖5是類似于圖4的本發明安裝板的一替代實施例的視圖；以及圖6是沿線6-6截取的截面圖，包括圖5實施例的可選的方面。
具體實施例方式在以下的詳細描述中，參照構成說明書一部分的附圖，其中，借助于圖表來顯示實踐本發明的具體實施例。這些實施例充分詳細地進行描述，以使本技術領域內的技術人員可實施本發明，應該理解到也可采用其它的實施例。還應理解到，可在結構上、程序上以及系統上作出變化，而不脫離本發明的金屬和范圍。因此，以下詳細描述不能看作有限制含義，本發明的范圍由附后的權利要求書及其等價物予以定義。為闡述清晰起見，附圖中所示的相同特征用相同的標號表示，附圖中替代實施例中所示的類似特征用類似的標號表示。如以上參照圖I所討論，金屬螺母20通常模制在磨盤30內，以提供將盤安裝在進行面打磨操作的磨輪的面板24上的固定裝置。該方法顯示對寬的規格范圍的面打磨操作提供結構上可靠的安裝,例如,直徑范圍可從200mm至1067mm (8_42英寸)或以上。然而，如上所述，由于存貨管理和手頭上必須持有大量(往往上千個)分散的部件而增加勞動力的緣故，制造如此相對大范圍磨輪規格的能力趨于使成本提高。因此，需要減少零件的數目，而不損害生產大范圍磨輪規格和結構的能力。盡管也許是違反自覺的，但本發明人業已發現，通過添加特定磨輪或磨盤的零件數量，能夠簡化磨輪的制造，以減少生產輪/盤所需的零件總數量。此外，本發明已經找到如何降低制造過程的勞動力要求。通過有效地將螺紋緊固件部分(例如，螺紋的螺母或螺紋孔)從磨盤移至單一離散的安裝板，該安裝板可在盤烘烤之前或之后固定到磨盤上，由此，本發明的實施例已經達到上述目的。該構造能相對定制地放置緊固件部分，以便相對于盤的模制發生“離線(off-line)”，有助于簡化盤本身其它相對復雜的制造。通過使用安裝板來精確地定位和固定螺紋的緊固件部分，這些實施例消除了與插入銷等相關的復雜性，以將每個緊固件個別地保持就位在輪的模具內，一旦模制完成就將它們取出。現轉到圖3，本發明的一實施例包括一用非金屬材料制成的安裝板40。或者，板40可用諸如鑄鐵或粉末金屬(使用傳統的粉末冶金工藝)那樣的金屬材料制造。板40包括多個以某種圖形設置的緊固件部分20’，所述圖形對應于特定的傳統打磨機面板24的螺栓的圖形。安裝板40可利用諸如交聯環氧樹脂那樣的一個或多個粘結劑42來支承磨盤30’，和/或利用盤30’與突脊或錐形槽43機械接合而形成的機械互鎖來形成如圖所示的燕尾槽型的緊固件。該互鎖也可通過就地模制板40與如下討論的盤30’來形成。因此，這樣，磨盤30’就固定到打磨機的面板24，同時有效地從磨盤30’本身移去緊固件部分20’。此外，用諸如傳統的熱塑性或熱固性材料的聚合物材料來制造板40，可在打磨操作過程中提供板以足夠的機械強度和結構上的特性來支持磨盤30’(將在下面討論)，同時保持相對輕的重量和相對低的成本。為了滿足要求的機械強度和結構上的特性，幾個實施例設有一安裝板，安裝板的直徑至少約為盤直徑的50%至90%。如下文中所討論，板總的橫截面面積范圍在圖4實施例的盤面積的40%至100%內，而在圖5實施例的盤面積的5%至27%范圍內。根據下面表II所述的試驗方法，安裝板的實施例具有至少為40MPa至IOOMPa的屈服強度。根據下面表III所述的試驗方法，螺紋緊固件部分的拉伸強度至少為500磅(2224牛頓)至約1200磅(538牛頓)。本技術領域內的技術人員將會認識到，在操作過程中，由于一般運行的速度相當 高，所以完全的磨輪組件可能經受相當高的離心力，特別在磨輪的周緣處。因此，本文所述的全部的實施例曾經進行試驗，使它們經受爆裂強度試驗，該試驗包括使它們經受的轉動速度至少為最大運行速度的I. 76倍。這些實施例都顯示出至少為每分鐘10560表面英尺(每分鐘3219表面米)或更大的(某些實施例達到每分鐘14000表面英尺以上)爆裂強度，對于最大運行速度，驗證這些實施例的爆裂強度為每分鐘6000表面英尺(每分鐘1829表面米)。基本上任何具有必要的機械強度和結構特性的材料都可用于安裝板40、40’。在某些特定的實施例中，滿意的材料包括那些具有至少為40MPa屈服強度的材料，且緊固件部分20’要具有至少為500磅(2224牛頓)的拉伸強度(例如，使用標準的3/8-11螺栓)。在其它的實施例中，屈服強度需要是100-500MPa，而拉伸強度至少為1200磅。這些要求可用許多種聚合物材料來滿足，包括各種熱塑性的或熱固性的材料，帶有纖維加強或不帶有纖維加強(例如，芳族聚酸胺、碳、玻璃)。可適用于某些應用的熱塑性材料實例包括丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、丙烯酸、聚縮醛(乙縮醛)、聚丙烯酸酯(丙烯酸)、聚丙烯腈(PAN或丙烯腈)、聚酰胺(PA或尼龍)、聚酰胺-酰亞胺(PAI)、聚碳酸酯(PC)，以及聚氯乙烯(PVC)，以及它們的組合。此外，使用具有要求屈服強度和拉伸強度的熱固性材料，能使板40就地與磨盤30’模制，無需在暴露于如下文中討論的與其它傳統方式模制和固化操作相關的熱量和壓力前再次熔化。示范的熱固性材料包括酚醛樹脂和諸如聚碳酸酯和聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)之類的聚酯樹脂，可供選擇地用纖維(玻璃纖維、碳纖維、聚合物纖維和礦物纖維)加強，以及它們的組合物。磨盤30’基本上可用磨輪技術領域內的技術人員熟知和/或將來進行開發的任何研磨劑/粘結劑的組合來制造。此外，盤30’可有利地用任何要求的方式進行制造，例如，利用傳統的模制和焙燒工藝。在一代表性的實例中，盤30’包括38vol. %的研磨劑顆粒(體積百分比)、14vol. %的粘結劑以及48vol. %的孔隙。合適的磨輪材料和制造工藝的其它實例揭示在以下專利中美國專利Nos. 5，658，360,6, 015，338和6，251，149，以及受讓于Saint-Gobain Abrasives, Inc.的美國專利系列No. 10/510，541,本文完全援引它們以供參考。在所示的實施例中，緊固件部分20’包括多個螺紋孔，它們的大小和形狀適于螺紋地嚙合相匹配的緊固件部分22，例如，從如圖所示的機器面板24中延伸出來的螺栓或雙頭螺栓。緊固件部分20’的優點在于可在板加工好之后方便地形成緊固件部分20’，例如，在XY臺上使用傳統的CNC銑床或鉆床，沿著任意要求的圖形進行鉆孔和攻絲。緊固件部分20’也可方便地模制到板40上。或者，緊固件部分可包括嵌入在板40內的螺紋的(非金屬的或在某些實施例中為金屬的)螺母20”，如圖中虛線所示。在還有另一實施例中，緊固件部分可采取嵌入在安裝板內的螺栓或柱頭螺栓的形式，它們有足夠的長度穿過面板24內的孔并與孔接合，和/或它們用螺紋的螺母固定在位置上。如圖所示，這些實施例沿著任何名義上要求的圖形提供緊固件部分20’、20”，無需個別地將緊固件部分20’定位在磨盤30’內。此外，不存在突入到磨盤30’內的固定夾具且不需在模制之后從盤中移去夾具，這簡化了盤30’的制造，同時降低或消除應力集中和/或由此產生裂縫的可能性。現轉到圖4-6，安裝板可以任何多種大小和形狀進行制造，只要它們能將緊固件部分20’、20”保持在要求的部位上。例如，如圖4所示，安裝板40可形成為大體的圓盤，SP，具有如圖所示的圓形橫截面。根據特定的應用，板40可設置有中心孔或沒有中心孔(如虛線46所示)。如上所討論，在特定的實施例中，板40設置有一橫向截面面積，該面積為板所固定的磨盤面積的約50%至100%范圍之內，特別地約為90%至100%范圍之內。安裝板的外直徑至少約為盤直徑的50%至90%。在特別的實施例中，板直徑(Pd)至少為磨盤外直徑和中心孔直徑之和的一半，如方程I所示。方程I :Pd =(盤直徑+孔直徑)/2板一般有足夠厚度，以使螺栓至少有三個螺紋嚙合緊固件部分20’、20”而不接觸磨盤30’。在特定的實施例中，這可通過提供厚度至少為1/2 (O. 5)英寸(I. 27cm)(在某些特定實施例中較佳地為5/8 (O. 625)英寸(I. 6cm))的板來實現，其中5/8-11螺栓至少有1/4 (O. 25)英寸(O. 6cm)延伸入緊固件部分內。如圖5和6所示，在另一替代實施例中，安裝板40’可加工成一系列個別的緊固件部分20’、20”，它們用支承件44的網絡彼此連接，例如，以轂和輻條的結構。在該實施例中，板40’可設置有確定的橫截面面積(即，橫向于其轉動軸線)，該面積是板所固定的磨盤30’面積的約5%至27%范圍之內。該安裝板40’可使用如上所述的粘結劑42固定到磨盤30’。此外，和/或作為替代方式，板40’可使用或不使用粘結劑42方便地在就地與磨盤30’模制，這將在下文中詳細討論。在模制過程中，支承件44的網絡使緊固件部分20’、20”保持要求的相對定位。還有，在該實施例中，可選可選的互鎖部分(支承件44的突脊43(圖6)和/或形成在支承件44之間的間隙43’ )通過在模制過程中用研磨劑/粘結材料接合，或在模制過程中基本上用研磨劑/粘結材料填充，以形成與磨盤30’的機械互鎖，從而將板40’固定到磨盤30’。這樣，磨盤30’可設置有嵌入的緊固件部分20’、20”，無需采用銷子/板來個別地將緊固件部分定位在模具內，而其后這樣的銷子/板必須從磨盤中取出。描述了本發明的各種實施例，現將結合下表I來描述各實施例的制造。如圖所示，通過模制和/或機加工成要求的大小和形狀的板40，40’，形成(50)諸如玻璃加強的聚酯那樣的合適材料。板可供選擇地設置有(51) —個或多個突脊43(例如，橫截面形狀近似于五邊形或某些其它幾何形的橫截面形狀，以將板錨固到磨盤)和/或間隙43’，由此實現如上所述的機械互鎖。緊固件部分20’、20”沿著預定孔圖形放置(52)在板40內。緊固件部分(例如，螺母、螺栓或柱頭螺栓)可模制到板內或機加工到板內，例如，采用鉆孔和攻絲。然后，安裝板可附連(54)到磨盤30’，可選地使用(56)諸如GY6004兩組分環氧樹脂(Vantico AG, Bassel Switzerland)那樣的粘結劑，既可在模制之前也可在模制之后在施加熱量的同時進行涂敷。或者，也可在模制磨盤30’之后，不施加熱量，使用諸如Epoweldl3230 (USA, Belleville, NJ 的 ElementisSpecialties, Inc.)那樣傳統的板自固化環氧樹脂。例如，在某些應用中，通過將板40放置到合適大小和形狀的模具內，并連帶粘結劑/研磨劑混合物一起放置，則安裝板40可就地與磨盤30’一起模制(58)。粘結劑42可選擇在將粘結劑/研磨劑混合物放置到模具內之前涂敷到板40上，以幫助實現板40和磨盤 30’之間的可靠連接。作為另一選項，如果提供步驟51，則突脊43可用來有效地形成(60)機械互鎖或“鍵”來幫助將板40、40’固定到盤30’，如圖3所示。然后，可用加熱來固化板和盤的結合(62)。表I
權利要求
1.粘結研磨劑的磨輪，包括 粘結的磨盤，磨盤包括設置在粘結劑基體內的研磨顆粒；以及安裝板，其中所述安裝板用形成在所述粘結的磨盤和所述安裝板之間的模制的機械互鎖機械地捕捉到所述磨盤上。
2.如權利要求I所述的磨輪，其特征在于，所述安裝板包括由研磨/粘結材料接合的互鎖部分以形成所述機械互鎖。
3.如權利要求I所述的磨輪，其特征在于，所述安裝板包括基本以研磨/粘結材料填充的互鎖部分以形成所述機械互鎖。
4.如權利要求2或3所述的磨輪，其特征在于，所述機械互鎖包括燕尾型接頭。
5.如權利要求I所述的磨輪，其特征在于，所述機械互鎖包括形成在所述安裝板上的至少一個突脊，并且所述粘結的磨盤機械地接合突脊以將所述安裝板固定到所述粘結的磨盤。
6.如權利要求I所述的磨輪，其特征在于，所述機械互鎖包括至少一個形成在所述安裝板上的錐形槽，并且所述粘結的磨盤機械地接合所述錐形槽以將所述安裝板固定到所述粘結的磨盤。
7.如權利要求I所述的磨輪，其特征在于，所述安裝板就地與所述粘結的磨盤一起模制。
8.如權利要求I所述的磨輪，其特征在于，還包括將所述安裝板粘附到所述粘結的磨盤上的粘合劑。
9.制造磨輪的方法,所述方法包括 形成包括第一互鎖部分的安裝板；以及 將粘結的磨盤模制到所述安裝板上，其中所述安裝板用形成在所述粘結的磨盤和所述安裝板之間的模制的機械互鎖機械地捕捉到所述磨盤上。
10.如權利要求9所述的方法，其特征在于，所述第一互鎖部包括突脊、錐形槽或其組口 ο
11.如權利要求9所述的方法，其特征在于，所述機械互鎖將所述安裝板固定到所述粘結的磨盤上。
12.如權利要求9所述的方法，其特征在于，在形成所述粘結的磨盤之前將粘合劑涂到所述安裝盤。
全文摘要
本發明公開了一種粘結研磨劑的磨輪，包括粘結的磨盤，磨盤包括設置在粘結劑基體內的研磨顆粒；以及安裝板，其中安裝板用形成在粘結的磨盤和安裝板之間的模制的機械互鎖機械地捕捉到磨盤上。此外，本發明還公開了一種制造磨輪的方法，該方法包括形成包括第一互鎖部分的安裝板；以及將粘結的磨盤模制到安裝板上，其中安裝板用形成在粘結的磨盤和安裝板之間的模制的機械互鎖機械地捕捉到磨盤上。
文檔編號B24D7/16GK102935620SQ20121044505
公開日2013年2月20日 申請日期2007年11月27日 優先權日2006年12月15日
發明者M·J·蘭勃格, A·R·保爾丁 申請人:圣戈本磨料股份有限公司, 圣戈本磨料公司