用於在線輥壓磨削的磨削體的製作方法
2023-05-21 22:47:01
專利名稱：用於在線輥壓磨削的磨削體的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種在線輥壓磨削裝置的磨削體，它安裝在輥壓機械上使用。
通常，在進行在線輥壓磨削時，將多個在線輥壓磨削裝置20面向待磨削的輥子21設置，如
圖16所示，每個在線輥壓磨削裝置20均具有一磨削體22，它可以沿輥子21的軸線方向往復移動，並繞軸線方向轉動，磨削體22壓靠旋轉的輥子21的表面，從而對輥子21的表面磨削。磨削裝置20的軸心20a與輥子21的軸線21a設置在同一高度，或其高度與軸線21a上下錯開某一距離(偏移高度H)。另外，磨削裝置20的軸心20a設置為沿水平方向與垂直於輥子21軸線21a的直線20b成一傾斜角度α(例如0.5°)。該傾斜角α稱為砂輪的壓角。
已知該磨削裝置20對輥子21的磨削存在下列問題由於輥壓時輥子21的磨損或由於上下輥子21和21之間的間隙調整，而導致所設置的偏移高度H和砂輪壓角α發生改變。因此，砂輪會不均勻地與輥子21的表面發生接觸，從而形成螺旋痕跡，劣化輥子的表面。結果輥子變得無法使用。此外，輥子21表面粗糙度的增加，以及由於輥子表面和磨削體22之間的間隙增加而引起的輥子21振動，造成了磨削體22的振動，從而在待磨削的輥子21表面上形成如圖17所示的具有條紋圖案的表面振動痕跡23。為防止表面振動痕跡23或螺旋痕跡的形成，以下提出了一些旋轉磨削體的專利申請，它們是①未經審查的日本專利申請公開號6-47654(以下稱為現有技術I)，②未經審查的日本專利申請公開號9-1463(以下稱為現有技術II)，③未經審查的日本實用新型公開號62-95867(以下稱為現有技術III)。
在圖18至19所示的現有技術I中，通過將薄尺寸砂輪32固連在柔性薄尺寸圓形基板31上，其中央部可旋轉地支承，而形成低剛度的磨削體22，以及在磨削過程中通過因壓靠輥子21而使磨削體的薄尺寸圓形基板31的局部翹曲來進行減振，從而防止表面振動痕跡的形成。圖20示出的僅僅是砂輪32的外邊緣接觸輥子21的狀態，以使得薄尺寸的圓形基板31翹曲，使得砂輪的整個寬度與輥子21接觸。圖21示出的僅僅是砂輪32的內邊緣與輥子21接觸的狀態。
現有技術II著眼於這樣一個事實，如圖21所示，當現有技術I中的磨削體於薄尺寸砂輪32的周邊部接觸輥子21時，僅僅是薄尺寸圓形基板31的翹曲不足以解決不均勻接觸的問題。基於此，如圖22所示，在現有技術II中，是將杯形砂輪42固定在圓形基板41上，它具有一由圓形基板41的周邊部分限定的內槽43，該基板在表面一側彎曲，由此形成一磨削體。現有技術II利用槽43試圖來解決僅是杯形砂輪42的外邊緣或內邊緣與輥子表面接觸的問題，從而防止形成螺旋痕跡。
在現有技術III中，如圖26至27所示，為試圖防止表面振動痕跡的形成，將具有底板的杯形砂輪52由螺母55固定到圓形基板51上，該底板夾在橡膠板53和54之間(圖26)；或者是將杯形砂輪52的底板用螺母55固定到圓形基板51上，其橡膠板53夾在兩者之間(圖27)，從而由橡膠板53(54)使輥子21減震。
對於現有技術I的磨削體，假定表面振動痕跡23是由於在在線磨削中輥子21的振動所產生的。作為一個解決辦法，將圓形基板變薄，從而給磨削體賦予較低的剛性。然而，由於強調了柔性，而使磨粒層和支承部的減薄(統稱為砂輪)，剛性下降，並產生下列一些問題。
(1)在磨削過程中，磨削體22產生的振動包括和輥子21的振動相關聯的諧振，以及和彼此接觸的砂輪和輥子21間接合處蠕動(stick-slips)相關聯的自激振動。由於用於砂輪的支承件，即圓形基板具有較低的動態剛度，會發生自激振動。自激振動導致表面振動痕跡23的形成。
(2)由於砂輪的支承件是柔性的尺寸較薄的圓形基板，隨著輥子設置的改變，在較高的磨削力作用下，輥子和砂輪之間易於發生不均勻接觸，因此，振蕩速度和磨削力受到制約，使磨削效率下降。
(3)如果固連到薄尺寸圓形基板上的磨粒層的厚度不同，砂輪的剛度也發生變化。圖13是顯示砂輪厚度和剛度關係的曲線。如圖中的點劃線所示，砂輪厚度減小時，砂輪剛度快速下降。因而，隨著砂輪剛度的改變，磨削精度下降。
為保持砂輪的剛度，可只將磨粒層加厚至一預定的厚度，因而砂輪的壽命縮短。
(4)當以預定的壓力將支承在柔性薄尺寸圓形基板上的砂輪壓靠在輥子上時，會產生局部翹曲，砂輪翹曲部位的應力增加。這樣，擠壓力限制在所施加的應力低於砂輪的允許應力的水平上。結果限制了磨削效率。圖14是顯示砂輪壓靠力和砂輪應力之間的關係的曲線。如圖中的點劃線所示，當壓力在50kgf或以上時，所施加的應力大於砂輪的允許應力。
(5)為降低迴轉可移動部分的重量，需要將磨粒層變得較薄。由於這樣限制了磨粒層的厚度，因而砂輪的壽命變短。
對於現有技術II，由於開有溝槽的圓形基板41的特殊變形，解決了砂輪和輥子不均勻接觸的問題。然而，在現有技術I中，與自激振動相伴而產生的表面振動痕跡的問題尚未解決。
根據現有技術III，由於橡膠板的作用，表面振動痕跡的問題有了很大程度地減輕，但不夠徹底。原因是所插入的橡膠板53，54暴露在外面，使異物的滲入和橡膠的老化，不能體現出充分的阻尼效果。
本發明旨在解決上述問題。本發明的目的在於提供一種磨削體，它用於在線輥壓磨削，可以有效地防止螺旋痕跡和表面振動痕跡的形成，以提高磨削效率和磨削精度，並延長砂輪的壽命。
為實現上述目的，本發明的一個方面是，用於在線輥壓磨削的磨削體包括一種以杯形靠近圓形支承基板周邊邊緣安裝在其表面部上的砂輪，其中圓形支承基板的周邊邊緣部的表面一側具有一雙層結構，它包括一向內邊緣突出的扁平環形部，從而形成一向內開口的橫向溝槽狀間隙；所述砂輪安裝在所述扁平環形部上；以及一阻尼材料填裝在所述橫向溝槽狀間隙內。
根據本發明的這一個方面，解決了在輥壓磨削時砂輪和輥子之間不均勻接觸的問題和在輥子表面上形成螺旋痕跡的問題，可增加磨削體的振蕩速度，不限制磨削力，提高磨削效率。砂輪產生的振動能量大部分由填充在所述溝槽中的阻尼材料所吸收，並傳遞到圓形支承基板。結果明顯地降低了與彼此接觸的砂輪和輥子接觸部位的蠕動相關的磨削體的自激振動以及解決了因自激振動而在輥子表面上形成表面振動痕跡的問題。
最好，將填裝有阻尼材料的橫向槽狀間隙的開口由防水接合填充劑密封。這一密封方法可防止異物滲入，保護阻尼材料，防止磨削體劣化。
本發明的另一方面是提供一用於在線輥壓磨削的磨削體，它包括一以杯形靠近圓形支承基板周邊邊緣安裝在其表面部分上的砂輪，其中圓形支承基板的周邊邊緣部的表面一側具有一雙層結構，它包括一向內邊緣突出的扁平環形部，從而形成一向內開口的橫向溝槽狀間隙；構成所述雙層結構的其中一層扁平環形部的板厚c和另一層的板厚b的關係是b＜c，橫向溝槽狀間隙位於所述兩層之間；所述砂輪安裝在厚度為c的扁平環形部位上；一阻尼材料填裝在所述橫向溝槽狀間隙內。
根據本發明的這一方面，在磨削過程中，扁平的具有較大厚度的環形部分，可極小地發生形變，砂輪中不會發生過應力(包括配合面)。因此，砂輪擠壓力的增加會使磨削效率增加。進一步說，即使砂輪的厚度發生變化，即使是砂輪厚度改變，砂輪的剛度變化也極小，從而可保持磨削精度。此外，可加厚磨粒層，從而延長砂輪的壽命直至更換。
最好，將填裝有阻尼材料的橫向槽狀間隙的開口由防水縫隙填料密封。這一密封方法可防止異物滲入，保護阻尼材料，防止磨削體劣化。
通過下面參照附圖所作的詳細描述，會對本發明有更全面的理解。附圖只是示意性的，它們不構成對本發明的限制。其中圖1是根據本發明第一實施例的磨削體的垂直剖視圖；圖2是沿圖1的II-II線所取的視圖；圖3是圖1的局部放大圖；圖4是表示僅僅是杯形砂輪的外部和輥子接觸狀態的剖視圖；圖5是表示僅僅是杯形砂輪的內部和輥子接觸狀態的剖視圖；圖6a和圖6b是將本發明和現有技術的振動波形比較的曲線；圖7a和圖7b是本發明和現有技術的砂輪動態剛度(柔順性)比較曲線；圖8a和8b是本發明和現有技術的表面振動痕跡的狀態比較曲線；圖9是根據本發明的第二實施例的磨削體的垂直剖視圖；圖10是圖9的局部放大圖；圖11是解釋性示圖，示出了根據本發明的第二實施例的圓形支承基板的翹曲狀態；圖12是解釋性示圖，示出了根據現有技術的圓形支承基板的翹曲狀態；圖13是表示本發明和現有技術I的砂輪的厚度和剛度關係的曲線；圖14是表示本發明和現有技術I的砂輪的擠壓力和應力的關係的曲線；
圖15a和圖15b是表示本發明和現有技術I的砂輪的擠壓力和磨削效率之間關係的曲線；圖16是表示在線輥壓磨削狀態的立體圖；圖17是輥子的側視圖；圖18是傳統的磨削體的側視圖；圖19是傳統的磨削體的正視圖；圖20示出了傳統的磨削體的操作狀態；圖21示出了傳統的磨削體的另一操作狀態；圖22是另一傳統的磨削體的側視圖；圖23是所述另一傳統的磨削體的正視圖；圖24示出了所述另一傳統的磨削體的操作狀態；圖25示出了所述另一傳統的磨削體的另一操作狀態；圖26是又一個傳統磨削體的水平剖視圖；圖27是一改進的傳統磨削體的水平剖視圖。
下面參照附圖通過實施例對本發明用於在線輥壓磨削的磨削體進行描述，但它們不應理解成限制本發明。[第一實施例]結構組成在圖1至圖3中，參考標號12表示一在線磨削裝置20磨削體，它具有由支承軸10旋轉支承的中央部和邊緣部以及軸承11。磨削體12包括一由金屬製成的圓形支承基板13，如SUS，它為雙層結構，由水平突出部13b和扁平環形部13c構成，水平突出部13b自短管部13a外突，扁平環形部13c自水平突出部13b的外邊緣部向上並朝著中心側延伸，使之和水平突出部13b面對，同時限定一開口朝向中心側的橫向溝槽14；阻尼材料15，它充填所述溝槽14；整體式杯形砂輪16，它固定在扁平環形部13c的表面上。參考標號17表示縫隙填料，如防水的矽材料，當阻尼材料不防水時，用於將溝槽14的開口密封。阻尼材料15是減震橡膠元件，如採用含砂材料或阻尼器。
作用和效果如圖4所示，當僅僅是磨削體12的杯形砂輪16的外端和輥子21的一表面接觸並壓靠在其上時，圓形支承基板13的溝槽14下方的水平突出部13b向外並向下翹曲。這樣杯形砂輪16的整個寬度接觸輥子21的表面。在此狀態下，磨削體12旋轉。
如圖5所示，當僅僅是磨削體12的杯形砂輪16的內端和輥子21的所述表面接觸並壓靠在其上時，圓形支承基板13的溝槽14的上方的扁平環形部13c向內並向下翹曲。這樣杯形砂輪16的整個寬度接觸輥子21的所述表面。在此狀態下，磨削體12旋轉。
由於具有這些作用，解決了輥子21的表面和砂輪16接觸不均勻的問題，從而解決了輥子表面上形成螺旋痕跡的問題，增加了磨削體的振蕩速度，不會制約磨削力，增加了磨削效率。
在這種狀態下，杯形砂輪16上產生的振動能量大部分被充填在溝槽14的阻尼材料15所吸收，並傳遞至圓形支承基板13。結果明顯地降低了在彼此相接觸的杯形砂輪16和輥子21的接觸部與蠕動相關聯的磨銷體的自激振蕩，並解決了因自激振動而在輥子21的表面上形成表面振動痕跡的問題。
圖6a和6b示出了撞擊試驗的結果，用於對下列兩種情況下同一結構的磨削體的振動波形進行比較，(a)溝槽14中設有本發明的阻尼材料15；(b)和現有技術一樣，提供相同的結構，而沒有阻尼材料15。附圖中，橫軸表示所經歷的時間，以秒為單位，縱軸表示相對於0參考線的振幅。沒有阻尼材料15(b)時，在外力的作用下振幅持續恆定，有阻尼材料15(a)時，很明顯，振幅快速衰減。
圖7a和7b示出了撞擊試驗的結果，用於對下列兩種情況下，對每一頻率，圓形支承基板13(磨削體)的單位載荷(柔順性)下所產生位移，即動態穩定度的比較。(a)採用阻尼材料15；(b)不採用阻尼材料15。附圖中，縱軸表示圓形支承基板的位移，單位是μm/kgf，兩種情況下的位移比為(b)/(a)＝100/1，橫軸表示振動頻率，單位為Hz。在沒有阻尼材料15時，在最大諧振頻率處，所出現的位移約為230μm/kgf。有阻尼材料15時，在最大諧振頻率處出現的位移約為1.6μm/kgf。因此，在阻尼材料15的作用下，圓形支承基板的動態穩定度增加，圓形支承基板的位移顯著地減小到情況(b)下所獲得的值的1/100，因而可以獲得阻尼效果。
另外，設置在阻尼材料15上的溝槽14的開口由縫隙填料17密封。這種密封方法可防止異物的滲入，保護阻尼材料15，從而防止磨削體的劣化。
圖8a和圖8b示出了在下列兩種在線磨削條件下對表面振動痕跡的狀況的考查結果，(a)採用阻尼材料15時(b)不採用阻尼材料15時。圖中，橫軸代表輥子的圓周速度(m/min)，縱軸代表砂輪的擠壓線壓力(kgf/min)。在實驗時，在600m/min，900m/min，1200m/min和1500m/min的輥子圓周速度下，將砂輪的擠壓線壓力從0.5kgf/mm改變到3kgf/mm，步長為0.5kgf/mm，從而進行固定時間間隔的在線磨削操作。利用下列標準對表面振動痕跡的狀態進行目視評定。
無表面振動痕跡發生＝「滿意」，用○表示。
有不顯著的表面振動痕跡發生＝「允許」，用△表示。
有顯著的表面振動痕跡發生＝「較差」，用●表示。
圖8a和8b的結果表明，利用本發明的結構，加上阻尼材料15，可解決現有技術中有表面振動痕跡形成的問題。[第二實施例]該實施例和前一實施例相同，只是圓形支承基板13的結構局部改變，使得水平突出部13b的板厚b和扁平環形部分13c的板厚c滿足關係b＜c。其中和第一實施例相同的部件用相同的標號表示，故省去對它們的詳細描述。
在圖9至圖10中，圓形支承基板13的板厚尺寸這樣設置，扁平環形部分13c的板厚c大於水平突出部分13b的板厚b，即b＜c。除了具有這種結構外，杯形砂輪16的厚度做得比原來大，例如可增加到20至30mm。磨削體的其它結構特徵幾乎和第一實施例相同，故省去對它們的解釋。
作用和效果固連到扁平環形部13c上的砂輪16的表面對輥子21的表面進行磨削，同時接觸輥子21並旋轉。在磨削過程中，砂輪壓靠輥子的力將會向圓形支承基板13上施加一翹曲，變形力。正如上面所指出的那樣，水平突出部13b的板厚b和扁平環形部13c的板厚c設置成b＜c的關係。板厚較大的扁平環形部13c變形極小，而只有板厚較小的水平突出部13b發生翹曲和變形。
圖11示出了由FEM分析所發現的情況。當外力作用在砂輪16的磨削表面上時(圖中的上表面)，圓形支承基板13由實線所表示的一狀態翹曲和變形，到點劃線所表示的狀態。可以看出，在位置B處的形變是主要的，而在位置C處沒有局部變形。因此砂輪16沒有過應力出現(包括其匹配表面)。相比之下，在圖12所示的現有技術I中，在圓形基板31和砂輪32的邊界線A處有過應力出現，這會對砂輪32造成損壞。
圖15a示出了對於本發明(實線)和現有技術I(點劃線)，單位時間內磨削功率相對於砂輪壓靠力的測量實驗結果。圖15b是圖15a中現有技術I的放大的視圖(點劃線)。在該實驗中進行磨削操作時，採用Ni粒輥子和CBN砂輪，輥子圓周速度為600m/min，磨削裝置的振蕩速度為30m/s至80m/s。在砂輪壓靠力大小不同的多個點處對單位時間的磨削量進行測量。在相同的條件下，對圖中點劃線所表示的現有技術I進行實驗，砂輪壓靠力限制在40kgf以下的範圍內。類似地，也在砂輪壓靠力大小不同的多個點處對單位時間的磨削量進行測量。
根據本發明，如圖14的實線所示，即使砂輪壓靠力很大，砂輪的應力仍處於砂輪的允許應力範圍內(圖中虛線所示)。因此，通過增加砂輪壓靠力，可以提高磨削效率，如圖15a的實線所示。另外，在圖11中位置B處的變形是主要的，位置C處沒有局部變形。因此，如圖13的實線所示，即使砂輪的厚度改變，其剛度變化也極小，因而可以保持磨削精度。另外，由於在位置C處沒有局部變形，可以使磨粒層厚度加大，從而延長砂輪16的壽命直至更換。
上面對本發明進行了描述，顯而易見，可在許多方面對本發明進行改變，這些修改不應視作偏離本發明的精神和範圍，對本領域熟練技術人員顯而易見的所有這些修改都包含在所附權利要求所界定的範圍內。
權利要求
1.一種用於在線輥壓磨削的磨削體，它包括以杯形靠近圓形支承基板周邊邊緣安裝在其表面部上的砂輪，其中圓形支承基板的周邊邊緣部的表面一側具有一雙層結構，它包括一向內邊緣突出的扁平環形部，從而形成一向內開口的橫向溝槽狀間隙；所述砂輪安裝在所述扁平環形部上；以及一阻尼材料填裝在所述橫向溝槽狀間隙內。
2.如權利要求1所述的用於在線輥壓磨削的磨削體，其中，填裝有阻尼材料的橫向溝槽狀間隙的開口由一種防水縫隙填料密封。
3.一種用於在線輥壓磨削的磨削體，包括以杯形靠近圓形支承基板周邊邊緣安裝在其表面部分上的砂輪，其中圓形支承基板的周邊邊緣部的表面一側具有一雙層結構，它包括一向內邊緣突出的扁平環形部，從而形成一向內開口的橫向溝槽狀間隙；構成所述雙層結構的其中一層扁平環形部的板厚c和另一層的板厚b的關係是b＜c，橫向溝槽狀間隙位於所述兩層之間；所述砂輪安裝在厚度為c的扁平環形部位上；一阻尼材料填裝在所述橫向溝槽狀間隙內。
4.如權利要求3所述的用在線輥壓磨削的磨削體，其中，裝填有阻尼材料的橫向溝槽狀間隙的開口由一種防水縫隙填料密封。
全文摘要
一種用於在線輥壓磨削的磨削體,它包括以杯形靠近圓形支承基板周邊邊緣安裝在其表面部上的砂輪,其中:圓形支承基板的周邊邊緣部的表面一側具有一雙層結構,它包括一向內邊緣突出的扁平環形部,從而形成一向內開口的橫向溝槽狀間隙;所述砂輪安裝在所述扁平環形部上;以及一阻尼材料填裝在所述橫向溝槽狀間隙內。這種磨削體能有效地防止螺旋痕跡和表面振動痕跡的形成,提高磨削效率和精度,並延長砂輪的壽命。
文檔編號B24D7/00GK1249967SQ9911199
公開日2000年4月12日 申請日期1999年8月5日 優先權日1998年8月5日
發明者林寬治, 鈴木真, 片桐浩之 申請人:三菱重工業株式會社, 川崎制鐵株式會社, 諾利塔克股份有限公司