CN105473283A - 整形辊子 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种整形辊子10，其具有载体1、独立式盖环2、夹紧螺钉4以及位于载体1中心的接收孔5，盖环2包含陶瓷、金属或树脂粘合的金刚砂和/或金刚石棒，用于修整金刚石砂轮和CBN砂轮以及具有由钢玉石或碳化硅制成的研磨剂的传统砂轮，夹紧螺钉4用于将盖环2固定在载体1和联接环6之间，其中盖环2具有至少三个凹部3。

Description

整形辊子

技术领域

本发明涉及一种新颖的路径受控的整形辊子和用于其制造的方法以及使用它来修整(dress)陶瓷、胶木(Bakelite)、金属或树脂粘合的金刚石砂轮和CBN砂轮以及传统砂轮，传统砂轮具有由钢玉石或碳化硅制成的研磨剂。

背景技术

为了将轮廓研磨成工具表面，使用了砂轮，其在其研磨表面上具有几何限定的轮廓。这些轮廓最初必须通过修整成新的砂轮而被包含进来，然后在研磨期间由于发生砂轮磨损而不时重新加工。砂轮的磨损可能导致不容许的轮廓偏差和不令人满意的研磨性能，其中研磨力、工具表面的温度和/或表面粗糙度落到公差之外。

金刚石整形辊子已经证明其对于路径受控的传统砂轮的修整的价值，该辊子在其周向表面上承载一层金刚石，传统砂轮具有由钢玉石或碳化硅制成的研磨剂。这种金刚石层可能由结合电流沉淀的镍的金刚石砂砾或多晶金刚石集料组成，多晶金刚石集料通过电流沉淀或化学沉淀的镍沉淀物或通过应用于烧结工艺中的烧结金属而保持在整形辊子的周向表面上。

在某些情况下，在周向砂轮表面中必须包含非常小的凹入半径，从而在工件上实现非常小的转角半径，例如0.1mm或0.2mm。为此，整形辊子在其最大直径处被研磨，从而产生具有相对应直径的凸起半径。由于精细边缘的修整而发生的整形辊子上的磨损自然是较高的。当磨损超过轮廓公差时，整形辊子必须重新研磨或甚至更换。

EP0116668B1公开了一种整形辊子，其通过垂直于修整辊子的旋转轴线的多层金刚石涂层以及在旋转轴线方向上的单层金刚石涂层而解决了金刚石整形辊子的磨损问题。金刚石涂层形成了垂直于旋转轴线的轮廓，其自身是在恒定的修整条件下产生的，并因而在轮廓没有落到公差之外的条件下允许更大量的磨损。精细的轮廓可凭借已知的整形辊子，通过选择更精细的砂砾来实现。

修整由砂轮的仿形和锐化组成。仿形需要使砂轮的轮廓返回期望的形状和公差。锐化的发生是为了恢复砂轮的研磨能力，即使研磨力、发热和在工件背面上产生的表面粗糙度在期望的限制范围内。

从EP1312446B1已经知晓用于修整金刚石砂轮的具有金刚砂涂层的整形辊子。这种整形辊子具有封闭的盖环。当前已经证实，已知的整形辊子不能长久满足对于轮廓精度和对于修整砂轮的实际的表面粗糙度日益增长的需求。

良好的砂轮的轮廓精度对于修整操作的结果是很关键的。在修整之前，修整轮廓通过程序来预先确定。修整的作用是在预定的时间窗内严格地遵循预定的轮廓。

在修整之后的砂轮的实际的高表面粗糙度对于研磨操作的结果是很关键的。通过修整增加的砂轮的实际表面粗糙度造成了改善的砂轮的研磨作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种路径受控的整形辊子，其在砂轮上产生了更好的轮廓精度和更大的实际表面粗糙度，其中整形辊子的磨损是如此轻微，使得在金刚石砂轮上可以极大的轮廓精度修整甚至很长的轮廓行程。

本发明的另一目的在于提供一种经济且环保的用于制造路径受控的整形辊子的方法。

这个目的通过权利要求1,12和16的特征来完成。优选的实施例显现于从属权利要求。

根据本发明的目的优选通过一种整形辊子来实现，其具有载体、独立式盖环，夹紧环以及位于载体中心的接收孔，盖环具有陶瓷、金属或树脂粘合的金刚砂，用于修整陶瓷、胶木、金属或树脂粘合的金刚石砂轮和CBN砂轮以及传统砂轮，传统砂轮具有由钢玉石或碳化硅制成的研磨剂，夹紧螺钉将盖环固定在载体和联接环之间，其中盖环具有至少3个凹部，并且盖环的覆盖宽度优选≤金刚石粒径和/或棒的宽度。

根据本发明的用于路径受控修整的旋转式整形辊子提供了长的使用寿命，并造就了具有实际高表面粗糙度的高性能的砂轮，这种旋转式整形辊子具有独立且不连续的树脂盖，其由天然金刚石、天然针状金刚石以及CVD形式的人造金刚石制成。在CVD(化学汽相淀积)中，几微米厚的金刚石层在真空室中沉积于衬底，例如，硬质合金工具上。起始材料通常是甲烷和氢气的气体混合物，其中前者用作碳源。整形辊子适合于修整所有粘合的砂轮和研磨元件以及所有金刚石或CBN砂轮和CBN磨盘。类似于金刚石，可从氮化硼的六角形变更利用高压-高温合成制造出立方氮化硼(CBN)。CBN不会完全达到金刚石的硬度，但在高温下例如阻碍氧化。

根据本发明的整形辊子提供了长的使用寿命，并造成了具有实际高表面粗糙度的高性能的砂轮，这种整形辊子在具有不连续切口的独立式金刚石盖中具有大的金刚石粒径。由于独立式金刚石盖，所以在一个修整循环中可以修整大量的各种复杂的轮廓。由于不连续的切口，在砂轮上可产生实际高的表面粗糙度和轮廓精度。根据本发明的整形辊子产生了改善的且更均匀的工件品质，并因而提高了工艺的可靠度。

具有大碳化物尺寸和封闭盖子的路径受控的整形辊子由于覆盖宽度而产生了高的覆盖比，其导致实际低的表面粗糙度和因而更封闭的砂轮形貌。

凹部实现了整形辊子和砂轮之间的减压作用。高压造成砂轮上的形状缺陷和轮廓失真。凹部有利于整形辊子的盖的单独的金刚砂穿透到砂轮中。

本发明的一个优选实施例是具有盖环的整形辊子，盖环具有3至12个凹部。通过修整，在砂轮上实现了实际高的表面粗糙度。实际高的表面粗糙度造成了改善的砂轮的研磨作用。

本发明的一个特别优选的实施例是一种具有盖环的整形辊子，盖环具有4至6，且最优选5个凹部。凭借整形辊子的盖环上的若干个所述凹部，在砂轮上实现了增加的实际表面粗糙度。

本发明的一个优选实施例是一种整形辊子，其中盖环具有10mm至20mm的覆盖高度，以及4mm至6mm的有用覆盖高度。在砂轮上通过所示的盖环的覆盖高度而实现了改善的轮廓精度。

本发明的一个优选实施例是一种整形辊子，其中盖环具有0.4mm至2.0mm的覆盖宽度，并且覆盖宽度≤金刚石粒径和/或金刚石棒尺寸。通过所示的盖环的覆盖宽度实现了较好的工件的轮廓精度以及圆度。

本发明的一个优选实施例是一种整形辊子，其中凹部的宽度是1mm至10mm。整形辊子中的凹部实现了在修整操作期间整形辊子金刚石更好地穿透到砂轮粘接材料中，并因而实现了修整力的减少。凭借整形辊子的凹部的所示宽度，在减少修整力和增加实际的表面粗糙度方面获得了良好的结果。

本发明的一个优选实施例是一种整形辊子，其中凹部的深度对应于有用覆盖深度。凭借整形辊子的凹部的所示深度，在减少修整力和增加砂轮上的实际表面粗糙度方面获得了良好的结果。

本发明的一个优选实施例是一种整形辊子，其中整形辊子的直径是80mm至250mm。凭借所示的直径，整形辊子在增加整形辊子的轮廓精度以及使用寿命方面是非常有效的。

本发明的一个优选实施例是一种整形辊子，其中接收孔的直径是8mm至120mm。这个用于接收孔的范围已经证明对于整形辊子更好的运转精度以及更容易的组装是非常有效的。

本发明的一个优选实施例是一种整形辊子，其中盖环至少由一个层组成，其中在各个层中，相近尺寸的单独的金刚砂或金刚石棒根据预定的型式设置在与整形辊子的旋转轴线相垂直的平面中。在多层整形辊子的情况下，一个层中的金刚砂位于其它层的金刚砂之间，并且部分地突入到其它层中，使得整形辊子的周向表面几何形状实际上随着磨损进程保持恒定不变。本发明的这个实施例已经证明是非常有效的，尤其盖环。

本发明的另一目的是一种用于制造根据本发明的整形辊子的方法，其中

-利用粘合剂层将金刚砂根据预定的型式设定在底座上，以制造层，

-添加粘接粉末，

-该层进行冷压缩并烧结，从而形成盖，且

-在盖上切出凹部。

凭借根据本发明方法所制造的整形辊子，覆盖宽度≤金刚石粒径和/或金刚石棒宽度。所制造的具有金刚砂的盖环进行研磨。

本发明的另一目的是一种用于制造根据本发明的整形辊子的方法，其中

-利用粘合剂层将金刚砂根据预定的型式设定在底座上，以制造层，其中凹部成形于盖中，

-添加粘接粉末，且

-该层进行冷压缩并烧结，从而形成盖，

凭借根据本发明方法所制造的整形辊子，覆盖宽度≤金刚石粒径和/或金刚石棒宽度。所制造的具有金刚砂的盖环进行研磨。

本发明的一个优选实施例是一种用于制造根据本发明的整形辊子的方法，其中期望的层在层有相对位移和/或旋转的条件下堆叠起来，并且层组进行冷压缩和烧结，从而形成盖。

本发明的一个优选实施例是一种用于制造根据本发明的整形辊子的方法，其中制造的整形辊子后续进行研磨和精修。

根据本发明用于制造整形辊子的方法可概括如下：

-对两部分式底座本体进行粗车，

-制造金刚石盖环，

-将金刚石盖环安装在底座本体中，

-对完整的金刚石修整系统(DDS)整形辊子进行精修、平衡、抛光并切削至轮廓精度和运转精度。

对于根据本发明的整形辊子，存在独立式金刚石盖环，其覆盖宽度≤所使用的金刚石粒径和/或金刚石棒宽度，其中粒径经过选择，使得在盖环的边缘上形成了天然的半径，该半径是自己产生的，并且对应于砂轮上最小的预定的凹入半径。

作为用于根据本发明的整形辊子的粘接材料，优选使用具有高钨含量的电粘接材料或烧结材料。粒径≤1.5mm，并且在进给方向上的金刚石盖环的可用高度优选在5mm至10mm之间。

本发明的另一目的在于，用于修整金刚石和CBN砂轮的整形辊子用于陶瓷、胶木、金属或树脂粘合材料以及具有由钢玉石或碳化硅制成的研磨剂的传统的砂轮。

附图说明

以下将参照附图详细地解释本发明。它们描绘了：

图1是整形辊子的正面的平面图；

图2是整形辊子的背面的平面图；

图3是根据图1和图2的具有一个凹部的盖的放大的细节Y；

图4是穿过整形辊子的横截面图；

图5是根据图4的横截面的放大的细节Z；

图6是利用没有凹部的现有技术的整形辊子DDS，同根据本发明的切有凹部的整形辊子DDS相比的修整之后的工件实际表面粗糙度的图示；

图7是利用没有凹部的现有技术的整形辊子DDS，同根据本发明的切有凹部的整形辊子DDS相比的修整之后的工件表面粗糙度的图示；

图8是利用没有凹部的现有技术的整形辊子DDS，同根据本发明的切有凹部的整形辊子DDS相比的修整之后的工件粗糙度的图示。

具体实施方式

图1描绘了整形辊子10的正面的平面图，其用于修整陶瓷、胶木或树脂和/或金属粘接的金刚石和CBN砂轮(未显示)以及具有由钢玉石或碳化硅制成的研磨剂的传统的砂轮。整形辊子10是金刚石修整系统(DDS)的一个示例。整形辊子10可实现陶瓷粘接的金刚石和氮化硼砂轮的高精度修整。整形辊子10包括一层金刚石烧结盖2，其被夹紧在两部分式钢底座中，两部分式钢底座由载体1和夹紧环6组成。盖2由单独的金刚砂制成，其实际上具有相同的尺寸。金刚砂位于穿过整形辊子10的公共中心的射线中。金刚石粘接在基质中，基质由合适的粘结材料制成，例如具有高钨含量的电粘接材料或烧结材料。图1中的盖环2具有五个凹部3。图1描绘了接收孔5和夹紧螺钉4。

图2描绘了整形辊子10的背面的平面图。夹紧环6的内边缘6A和外边缘6B是可见的。

图3描绘了根据图1和图2的具有一个凹部3的盖2的放大的细节Y。凹部3具有5mm的宽度和5mm的深度以及5mm的覆盖高度。凹部3可在成形操作期间切割出来或并入进来。

图4描绘了穿过整形辊子10的横截面，并且图5描绘了在夹紧环6和盖环2的区域中的根据图4的横截面的放大的细节Z。可以很容易识别的是，载体1和夹紧环6通过夹紧螺钉4而保持在一起。载体1和夹紧环6通常由不锈钢制成。夹紧环6以内边缘6A的精密配合插入到载体1中。盖环2设定在载体1上。盖环2夹紧在载体1和夹紧环6之间。夹紧环6的外边缘6B与载体1的外边缘6B是齐平的。盖环2的可用高度是5mm。

示例

图6是陶瓷CBN(立方晶体氮化硼)砂轮在修整之后的实际表面粗糙度的图示。在研磨工艺中，几何形状的同心度以及最佳的砂轮实际表面粗糙度的恢复起到重要的作用。图中显示了经过修整的砂轮的实际表面粗糙度R_ts[μm]。为此，砂轮利用根据本发明的整形辊子(DDSCUT)进行修整，并且第二砂轮利用现有技术的整形辊子(DDS)进行修整。已经证实的是，凭借根据本发明的整形辊子，在砂轮上实现了3.5μm的实际表面粗糙度深度。对于现有技术的整形辊子，在修整的砂轮上只实现了1.8μm的实际表面粗糙度。利用根据本发明的整形辊子所修整的砂轮的实际表面粗糙度比标准修整辊子更大。这意味着更高性能的砂轮形貌。这个结果是令人惊奇且意外的。

图7是在修整之后的砂轮的表面粗糙度的图示。在研磨工艺中，期望的工件表面粗糙度的恢复起到重要的作用。图中显示了研磨的工件的表面粗糙度R_a[μm]。为此，砂轮利用根据本发明的整形辊子(DDSCUT)和现有技术的整形辊子(DDS)进行修整。已经证实的是：通过根据本发明DDSCUT的整形辊子的修整，在工件中获得了比0.22μm的现有技术的整形辊子DDS略高的0.23μm的表面粗糙度。

利用根据本发明DDSCUT的整形辊子，在400个工件中获得比0.32μm的现有技术整形辊子DDS略低的0.25μm的表面粗糙度。表面粗糙度的确略高于现有技术的整形辊子DDS；然而，利用现有技术的整形辊子，只有400工件可能研磨出预定的表面粗糙度。因此，400个工件利用现有技术的整形辊子DDS只可获得一个修整循环。

利用根据本发明DDSCUT的整形辊子，在600工件中获得0.26μm的表面粗糙度，并且在800工件中获得0.25μm。表面粗糙度在800个工件上实际是恒定的。根据本发明(DDSCUT)的整形辊子的性能是两倍。在研磨的工件的表面粗糙度上获得了基本更好的恒定性。这个结果是令人惊奇且意外的。

图8是在砂轮修整之后的工件圆度的图示。在研磨过程中，圆度是精度的测量方法，由此获得理想的圆化形状(圆形形状)。这样就有更好的圆度轮廓；从而发生较少的形状偏差。在研磨工艺中，最佳的工件圆度起到重要的作用。图中描绘了工件的圆度[μm]。为此，砂轮利用根据本发明的整形辊子(DDSCUT)和现有技术的整形辊子(DDS)进行修整。已经证实的是：

利用根据本发明DDSCUT的整形辊子，在研磨的工件中获得比2.8μm的现有技术整形辊子DDS略低的1.25μm的圆度。

利用根据本发明DDSCUT的整形辊子，获得比2.7μm的现有技术整形辊子DDS略低的1.3μm的圆度。圆度误差高于现有技术的整形辊子。利用现有技术的整形辊子DDS，只有400个工件得以期望的精度进行研磨。利用根据本发明DDSCUT的整形辊子，在600个工件中获得1.3μm的圆度，并且在800个工件中获得1.2μm的圆度。该圆度在800个研磨的工件上实际是恒定不变的。根据本发明(DDSCUT)的整形辊子的性能是两倍。在研磨的工件的圆度上获得了基本更好的恒定性。该圆度结果证实了根据本发明(DDSCUT)的整形辊子，可在整个修整循环上获得恒定的圆度值。利用现有技术的整形辊子DDS修整的砂轮必须在400个工件之后进行再次修整，因为表面粗糙度以及圆度都落在工件公差之外。这个结果是令人惊奇且意外的。

标号列表：

10整形辊子

1载体

2盖环/盖/金刚石烧结盖

3凹部

4夹紧螺钉

5接收孔

6夹紧环

6A夹紧环的内边缘

6B夹紧环的外边缘

Y根据图1和图2的放大部分/放大的细节Y

Z根据图4的放大部分/放大的细节Z。

Claims (15)

1.一种整形辊子(10)，其具有

-载体(1)，

-独立式盖环(2)，其包含陶瓷、金属或树脂粘合的金刚砂和/或金刚石棒，以用于修整砂轮，

-夹紧螺钉(4)，其将所述盖环(2)夹紧在所述载体(1)和夹紧环(6)之间，和

-位于所述载体(1)中心的接收孔(5)，

其中所述盖环(2)具有至少3个凹部(3)。

2.根据权利要求1所述的整形辊子(10)，其特征在于，所述盖环(2)具有3至12个凹部(3)。

3.根据权利要求1或2所述的整形辊子(10)，其特征在于，所述盖环(2)具有4至6个凹部(3)。

4.根据权利要求1至3中的任一权利要求所述的整形辊子(10)，其特征在于，所述盖环(2)具有10mm至20mm的覆盖高度以及4mm至6mm的有用覆盖高度。

5.根据权利要求1至4中的任一权利要求所述的整形辊子(10)，其特征在于，所述盖环(2)具有0.4mm至2.0mm的覆盖宽度，并且所述覆盖宽度≤金刚石粒径和/或金刚石棒尺寸。

6.根据权利要求1至5中的任一权利要求所述的整形辊子(10)，其特征在于，所述凹部(3)的宽度是1mm至10mm。

7.根据权利要求1至6中的任一权利要求所述的整形辊子(10)，其特征在于，所述凹部(3)的深度对应于所述有用覆盖高度。

8.根据权利要求1至7中的任一权利要求所述的整形辊子(10)，其特征在于，所述整形辊子(10)的直径为80mm至250mm。

9.根据权利要求1至8中的任一权利要求所述的整形辊子(10)，其特征在于，所述接收孔(5)的直径为8mm至120mm。

10.根据权利要求1至9中的任一权利要求所述的整形辊子(10)，其特征在于，所述盖环(2)由至少一个层组成，其中在各个层中，相近尺寸的单独的金刚砂根据预定的型式设置在与所述整形辊子(10)的旋转轴线相垂直的平面中，并且在所述整形辊子具有不止一个层的情况下，一个层的金刚砂位于其它层的金刚砂之间的间隙中，并且部分地延伸到其它层中，使得所述整形辊子(10)的周向表面几何形状随着磨损进程而实际上保持恒定不变。

11.一种方法用于制造根据权利要求1至10中的任一权利要求所述的整形辊子(10)，其中

-利用粘合剂层将金刚砂根据预定的型式设定在底座上，以制造层，

-添加粘接粉末，

-所述层进行冷压缩并烧结，从而形成所述盖(2)，且

-从所述盖(2)上切出所述凹部(3)。

12.一种方法用于制造根据权利要求1至10中的任一权利要求所述的整形辊子(10)，其中

-利用粘合剂层将金刚砂根据预定的型式设定在底座上，以制造层，其中所述凹部(3)成形于所述盖(2)中，

-添加粘接粉末，且

-所述层进行冷压缩并烧结，从而形成所述盖(2)。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，期望的层在所述层有相对位移和/或旋转条件下堆叠起来，并且所述层组进行冷压缩和烧结，从而形成所述盖(2)。

14.根据权利要求11至13中的任一权利要求所述的用于制造整形辊子(10)的方法，其特征在于，所制造的整形辊子(10)后续进行研磨和精修。

15.使用根据权利要求1至10中的任一权利要求所述的整形辊子(10)来修整陶瓷、胶木、金属或树脂粘合的金刚石砂轮和CBN砂轮以及具有由钢玉石或碳化硅制成的研磨剂的砂轮。