CN112959229A - 一种应用于铸管内壁打磨的金刚石磨轮 - Google Patents

Abstract

本发明属于超硬磨料工具技术领域，尤其公开了一种应用于铸管内壁打磨的金刚石磨轮。本发明通过在磨轮基体的轮面钎焊金刚石作为打磨面，出露高，易排屑，磨削效率高。相比于现有技术中的树脂砂轮，综合磨削效率可提高20％以上，且磨削过程基本不挥发粉尘与异味，大幅改善作业环境。该磨轮基体的轮面采用设计的新型结构，匹配内壁打磨设备运动工况，持续磨削，达到稳定、长寿命的效果，可比传统树脂砂轮节约耗材成本达20％以上，具有显著的经济效率。本发明提供的该金刚石磨轮通过结构设计，使其整体重量与同工况用市售树脂砂轮相当，可以与现有打磨机直接匹配使用，大大降低了现有设备的操作难度与复杂程度，易于操作与维护。

Description

一种应用于铸管内壁打磨的金刚石磨轮

技术领域

本发明属于超硬磨料工具技术领域，具体来讲，涉及一种应用于铸管内壁打磨的金刚石磨轮。

背景技术

铸管一般指球墨铸铁管，它具有铁的本质、钢的性能，防腐性能优异、延展性能好，密封效果好，安装简易、主要用于市政、工矿企业给水、输气、输油等。一般情况下铸管在铸造后，内壁不平整，且存在铸造残余或残渣，需要打磨清除至内壁光滑，才可以进行喷涂或者涂覆操作。

目前打磨内壁多采用专用的内壁打磨机，即一根长主轴，末端安装砂轮深入铸管内壁均匀打磨，目前所用砂轮多为树脂结合剂刚玉砂轮，通常尺寸为760 mm、厚200mm。长期应用下来，树脂砂轮打磨铸管内壁存在以下的问题：1) 打磨效率低；由于铸管内壁残留有大有小，树脂砂轮打磨时难以一次性打磨完毕，需要二次打磨甚至多次打磨才可以将内壁打磨到位，平均打磨时长达3h左右。2)打磨工艺要求高；打磨时，树脂砂轮会不断消耗，砂轮外径不断变小，则内壁打磨机需要不断调整打磨位置，操作要求高。3)打磨环境差；由于树脂砂轮的消耗，打磨环境充满了树脂挥发的烟尘、废刚玉砂粒等，气味大，粉尘大，且造成打磨下的铁屑回收麻烦。

因此，有必要研发一种新型的铸管内壁打磨工具，以克服现有铸管内壁打磨砂轮所存在的问题。

发明内容

为解决现有铸管内壁打磨用树脂结合剂刚玉砂轮打磨时存在的打磨效率低、磨削工艺复杂、粉尘大、废屑回收困难等问题，本发明创造性地采用特定结构的钢基体表面钎焊人造金刚石制备的磨轮，以对铸管内壁进行打磨。本发明提供的该新型的金刚石磨轮的重量与市售的树脂砂轮接近，特定尺寸的弧形外圆表面焊接人造金刚石，排屑空间大，磨削稳定，金刚石磨轮自身尺寸基本不变化，设备工艺简单易操作。

为了达到上述发明目的，本发明采用了如下的技术方案：

一种应用于铸管内壁打磨的金刚石磨轮，其包括轮状的磨轮基体，所述磨轮基体的中心具有安装内孔，所述安装内孔的周围均匀分布有若干减重孔；所述磨轮基体的轮面上钎焊有金刚石，所述金刚石在所述轮面上的布料区域通过曲线间隔带分隔开形成金刚石带；所述金刚石的抗压强度不低于400N、冷冲击破碎率不低于85％、粒度为18目～40目；所述轮面由磨削圆弧段和位于所述磨削圆弧段两侧的连接圆弧段组成；其中，所述磨削圆弧段的最高点与最低点的高度差h的取值范围为0.5mm～2.5mm，所述连接圆弧段的圆角尺寸范围为 r5～r18，所述轮面的宽度为80mm～200mm。

进一步地，所述金刚石的粒度为25目～35目；所述磨削圆弧段在所述磨轮基体的外径方向上的最高点与最低点的高度差h的取值范围为0.7mm～1.5mm，所述连接圆弧段的圆角尺寸范围为r8～r12。

进一步地，所述磨轮基体的质量为同尺寸市售树脂砂轮的质量的0.9～1.4倍。

进一步地，所述磨轮基体的质量为同尺寸市售树脂砂轮的质量的1～1.25倍。

进一步地，所述磨轮基体的材质为钢。

进一步地，所述磨轮基体的材料选自碳素结构钢或工具钢。

进一步地，所述磨轮基体在所述减重孔至所述安装内孔间的部分的厚度不低于所述轮面的宽度的30％。

进一步地，所述金刚石带的宽度为10mm～30mm。

进一步地，所述金刚石带的宽度为15mm～22mm。

本发明通过在磨轮基体的轮面钎焊金刚石作为打磨面，出露高，易排屑，磨削效率高，相比于现有技术中的树脂砂轮，综合磨削效率可以提高20％以上，且磨轮磨削过程基本不挥发粉尘与异味，有效减少现场工况粉尘，改善了作业环境，并且提高了磨削的碎屑回收率。该磨轮基体的轮面采用新型设计的结构，匹配内壁打磨设备运动工况，持续磨削，达到稳定、长寿命的效果，可比传统树脂砂轮节约耗材成本达20％以上，具有显著的经济效率。本发明提供的该金刚石磨轮通过结构设计，对磨轮基体进行减重，使其整体重量与同工况用市售树脂砂轮相当，可以与现有打磨机直接匹配使用；磨削过程中磨轮自身磨损小，其外径尺寸基本不变化，也大大降低了现有设备的操作难度与复杂程度，易于操作与维护。

附图说明

通过结合附图进行的以下描述，本发明的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中：

图1是根据本发明的金刚石磨轮的剖面图；

图2是根据本发明的金刚石磨轮的侧视图；

图3是根据本发明的金刚石磨轮的打磨面的平铺示意图。

具体实施方式

以下，将参照附图来详细描述本发明的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，并且本发明不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。在附图中，为了清楚起见，可以夸大元件的形状和尺寸，并且相同的标号将始终被用于表示相同或相似的元件。

需要说明的是，在本申请中，术语“上”、“下”、“顶”、“底”、“竖直”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本发明及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明基于现有技术中铸管内壁打磨用树脂砂轮所存在的诸多问题，研究了一种新型的金刚石磨轮，该金刚石磨轮通过对结构的设计，使得其能够匹配现有打磨机并且大幅提高磨削效率且降低耗材成本。

具体参阅图1～图3，本发明提供的该应用于铸管内壁打磨的金刚石磨轮包括轮状的磨轮基体1，该磨轮基体1的中心具有安装内孔11，当应用该金刚石磨轮时，即通过该安装内孔11套设于打磨机上。

磨轮基体1的轮面上钎焊有金刚石2，金刚石2的选择控制其抗压强度不低于400N、冷冲击破碎率不低于85％，金刚石2的粒度为18目～40目，优选为 25目～35目。在重负载磨削要求下，金刚石2的抗压强度必须非常高，且具有一定抗冲击性，因此，对金刚石2的物理性能有较高的要求。同样工况下，大颗粒的金刚石2带来大的材料去除量，而且受打磨铸管内壁表面质量要求、制备成本约束，18目～40目是可选择的粒度范围，优化选择25目～35目作为最优区间。

金刚石2在轮面上的布料区域通过曲线间隔带3分隔开形成金刚石带2a。金刚石带2a的宽度设置为10mm～30mm，优选为15mm～22mm。由于金刚石磨轮的外圆弧面(即钎焊有金刚石2的轮面处)厚度较大，为保证较好的排屑，并且焊料在磨轮基体1表面不流淌，通过一定的间隔隔离开金刚石2的布料区域形成金刚石带2a来实现。对于金刚石带2a的尺寸控制，将其宽度控制为10 mm～30mm即可；若过大，会导致焊料易流淌，排屑亦不畅；而过小，则导致金刚石2的总量降低，影响磨削效率。

本发明提供的专用于铸管内壁打磨的金刚石磨轮，其相比其他领域内的一般金刚石磨轮的关键区别在于作为打磨面的轮面结构的设计。在本发明的金刚石磨轮中，磨轮基体1的轮面整体呈弧形外圆表面，具体来讲，该轮面是由磨削圆弧段和位于磨削圆弧段两侧的连接圆弧段组成的。其中，磨削圆弧段在磨轮基体1的外径方向(即图1所示角度下的磨轮基体1的高度，和图2所示角度下的磨轮基体1的宽度)上的最高点与最低点的高度差h的取值范围为0.5 mm～2.5mm，优选为0.7mm～1.5mm；轮面的宽度T控制为80mm～200mm；连接圆弧段的圆角尺寸范围为r5～r18，优选为r8～r12。

如此，即可通过轮面的宽度T和磨削圆弧段的高度差h并利用下式1确定该磨削圆弧段的半径R：

磨削圆弧段的半径R或高度差h、及轮面的宽度T和连接圆弧角的圆角尺寸三个参数即确定了该呈弧形的轮面的具体弧度等参数，从而能够确定该金刚石磨轮中磨轮基体1的准确外形形状。

理想工况下，该金刚石磨轮在使用旋转时，外圆面磨削铸管内壁，实际上金刚石磨轮安装在打磨机的长轴上，轴的长度一般可达9m以上，金刚石磨轮在轴的末端存在一定的倾角，打磨时可能存在一定的倾斜，金刚石磨轮的外圆若为竖直平面，则有可能是仅连接圆弧段处与铸管内壁接触，其余部分难以接触至铸管内壁的表面。因此，为使金刚石磨轮的外圆表面与铸管内壁更好地接触，金刚石磨轮的外圆面(即磨削圆弧段)制备成浅圆弧形状，则更有利于增加与铸管内壁表面接触面积，提高磨削效率。

此外重要的是，该金刚石磨轮的外圆表面为圆弧状，在与铸管内壁磨削时圆弧的最顶端(即磨削圆弧段的最高点)是最先磨损的，这在实际试验过程中也得到验证，当圆弧面顶点区域内金刚石2磨损磨平后，低于顶点区域位置的金刚石2仍然存在，仍然可以继续进行打磨，这样磨轮的寿命与稳定性均可以得到保证。

为保证同一时间磨轮与内壁接触面积相对稳定且足够大，磨削圆弧段的顶点与最低点的高度差h不可过大，一般大于一颗金刚石3的粒径、而小于三颗金刚石3的粒径即可。根据金刚石2的粒径范围，该高度差h选择0.5mm～2.5mm 之间即可行，优选0.7mm～1.5mm范围。

金刚石磨轮的厚度根据打磨要求控制在80mm～200mm范围内即可，也就是说，控制轮面的宽度在此范围内。需要进一步指出的是，金刚石磨轮的安装可以采取厚度较薄的金刚石磨轮进行合并拼装，这样可以更大限度地降低金刚石磨轮的重量，更利于装配。

安装内孔1的周围均匀分布有若干减重孔12。该磨轮基体1是以钢为材质的钢基体，如可以是碳素结构钢或工具钢等，优选为45钢。由于钢密度远大于现有技术中的树脂结合剂与刚玉磨料，因此，同规格下金刚石磨轮会比树脂砂轮重得多，为保证磨轮有效匹配现有的内壁打磨机，需要对钢基体进行减重，减重孔12的设置对该磨轮基体1进行了有效减重。

减重孔12的形状可以是圆形、水滴形等多种形状，或类似于汽车轮毂状的孔设计也可。

进一步地，还可通过对该磨轮基体1进行减薄的方式来达到减重目的。一般而言，可将磨轮基体1在减重孔12至安装内孔11间的部分进行减薄，减薄至其的厚度不低于轮面的宽度的30％即可。

如此，即通过对磨轮基体1的结构进行调整，控制其质量为同尺寸市售树脂砂轮的质量的0.9～1.4倍，优选为1～1.25倍，以使该金刚石磨轮能够良好匹配现有的内壁打磨机。

本发明提供的上述金刚石磨轮中，一般利用BNi₂合金焊料在磨轮基体1的轮面上钎焊金刚石4，钎焊工艺一般控制为：于真空钎焊炉内进行钎焊，控制最高钎焊温度为1030℃下保温22min，且加热过程中控制真空度不低于0.08Pa。

以下将通过具体的实施例来体现本发明提供的上述应用于铸管内壁打磨的金刚石磨轮，当然，本发明所保护的金刚石磨轮并不限于下述实施例所述，下述实施例仅是其具体示例。

实施例1

在本实施例中，该金刚石磨轮中磨轮基体的外径为590mm，安装内孔的直径为305mm，该金刚石磨轮的厚度(即轮面的宽度)为100mm，磨削圆弧段的半径R为626mm，磨削圆弧段的高度差h为2mm，连接圆弧段的圆角尺寸为r10。

钎焊的金刚石采用粒度为25/35目的江阴聚鑫金刚石工具厂提供的SMD45 品级人造金刚石，其抗压强度不低于400N、冷冲击破碎率不低于85％。

通过六段曲线间隔条作为曲线分割段，将金刚石在磨轮基体的轮面上的布料区域分隔开形成七条金刚石带，除最外侧两条金刚石带，中间每条金刚石带的宽度为18mm。

本实施例提供的该金刚石磨轮，其中金刚石是以BNi₂合金作为焊料，在真空钎焊炉中，控制最高钎焊温度为1030℃并保温22min，并控制加热过程中真空度不低于0.08Pa，从而将金刚石钎焊至磨轮表面上的。

将本实施例提供的该金刚石磨轮应用至打磨铸管内壁中，其可与市售现有打磨机直接配合使用，相较同工况的市售树脂砂轮，其综合磨削效率提高了 32％，且磨削过程中其自身尺寸基本不变化，不产生挥发粉尘，较传统树脂砂轮节约耗材成本达25％以上。

实施例2

在本实施例中，该金刚石磨轮中磨轮基体的外径为280mm，安装内孔的直径为75mm，该金刚石磨轮的厚度(即轮面的宽度)为150mm，磨削圆弧段的半径R为2813mm，磨削圆弧段的高度差h为1mm，连接圆弧段的圆角尺寸为 r8。

钎焊的金刚石采用粒度为30/35目的黄河旋风的HSD90品级人造金刚石，其抗压强度不低于400N、冷冲击破碎率不低于85％。

通过九段曲线间隔条作为曲线分割段，将金刚石在磨轮基体的轮面上的布料区域分隔开形成十条金刚石带，除最外侧两条金刚石带，中间每条金刚石带的宽度为18mm。

本实施例提供的该金刚石磨轮，其中金刚石是以BNi₂合金作为焊料，在真空钎焊炉中，控制最高钎焊温度为1030℃下并保温22min，并控制加热过程中真空度不低于0.08Pa，从而将金刚石钎焊至磨轮表面上的。

将本实施例提供的该金刚石磨轮应用至打磨铸管内壁中，其可与市售现有打磨机直接配合使用，相较同工况的市售树脂砂轮，其综合磨削效率提高了 20％，且磨削过程中其自身尺寸基本不变化，不产生挥发粉尘，较传统树脂砂轮节约耗材成本达20％以上。

虽然已经参照特定实施例示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解：在不脱离由权利要求及其等同物限定的本发明的精神和范围的情况下，可在此进行形式和细节上的各种变化。

Claims (9)

1.一种应用于铸管内壁打磨的金刚石磨轮，其特征在于，包括轮状的磨轮基体，所述磨轮基体的中心具有安装内孔，所述安装内孔的周围均匀分布有若干减重孔；所述磨轮基体的轮面上钎焊有金刚石，所述金刚石在所述轮面上的布料区域通过曲线间隔带分隔开形成金刚石带；所述金刚石的抗压强度不低于400N、冷冲击破碎率不低于85％、粒度为18目～40目；所述轮面由磨削圆弧段和位于所述磨削圆弧段两侧的连接圆弧段组成；其中，所述磨削圆弧段的最高点与最低点的高度差h的取值范围为0.5mm～2.5mm，所述连接圆弧段的圆角尺寸范围为r5～r18，所述轮面的宽度为80mm～200mm。

2.根据权利要求1所述的金刚石磨轮，其特征在于，所述金刚石的粒度为25目～35目；所述磨削圆弧段在所述磨轮基体的外径方向上的最高点与最低点的高度差h的取值范围为0.7mm～1.5mm，所述连接圆弧段的圆角尺寸范围为r8～r12。

3.根据权利要求1或2所述的金刚石磨轮，其特征在于，所述磨轮基体的质量为同尺寸市售树脂砂轮的质量的0.9～1.4倍。

4.根据权利要求3所述的金刚石磨轮，其特征在于，所述磨轮基体的质量为同尺寸市售树脂砂轮的质量的1～1.25倍。

5.根据权利要求3所述的金刚石磨轮，其特征在于，所述磨轮基体的材质为钢。

6.根据权利要求5所述的金刚石磨轮，其特征在于，所述磨轮基体的材料选自碳素结构钢或工具钢。

7.根据权利要求3所述的金刚石磨轮，其特征在于，所述磨轮基体在所述减重孔至所述安装内孔间的部分的厚度不低于所述轮面的宽度的30％。

8.根据权利要求1或2所述的金刚石磨轮，其特征在于，所述金刚石带的宽度为10mm～30mm。

9.根据权利要求8所述的金刚石磨轮，其特征在于，所述金刚石带的宽度为15mm～22mm。

Images