[发明专利]一种超高速磨削用砂轮

说明书

一种超高速磨削用砂轮，包括砂轮基体和磨料层，砂轮基体包括碳纤维基体，碳纤维基体由碳纤维增强复合材料经三维织造工艺制备成型，磨料层围绕固定于碳纤维基体的外周面。利用碳纤维基体在径向、环向和轴向方向均具有连续纤维分布，可保障砂轮基体在各个方向具有均衡的力学性能，有效避免在超高的线速度下，因某一方向的力学性能较为薄弱而造成砂轮整体功能失效或者砂轮基体（或整体）受损，为砂轮的安全性和力学性能提供了保障；同时，利用碳纤维增强复合材料所具有质地轻、高阻尼、高比刚度和比强度的特性，可为降低砂轮的重量和工作能耗、减小砂轮振动和膨胀变形等创造条件，使其能够用于超高速精密磨削加工领域。

技术领域

本发明涉及磨削加工领域，具体涉及一种超高速磨削用砂轮。

背景技术

超高速磨削是指砂轮线速度为普通磨削速度5倍以上（通常≥150 m/s）的高速磨削，其具有磨削效率高、加工精度高、延长刀具寿命的优点，在微细加工方面具有不可替代的优势；同时，超高速磨削也可明显改善硬脆材料、航空合金材料、复合材料等难加工材料的加工特性，已然成为工业经济发展的重要加工技术。其中，砂轮基体是实现超高速磨削的重要载体，由于砂轮需要在超高的线速度下工作；因此，对砂轮基体的对抗振动、抗变形、抗失效等材料性能提出了极高的要求。

传统的砂轮基体通常采用金属材料，如铝合金、钢、钛合金等；但金属材料的比强度、比刚度较高，在高离心力和高转速工作条件下，存在抗振性能差、功率消耗高、主轴负荷大、径向变形大等缺陷；同时，巨大的离心力甚至会导致砂轮爆炸，对机床操作者以及机床带来巨大伤害。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种超高速磨削用砂轮，以达到提升砂轮的力学性能和安全性能的目的。

一种实施例中提供一种超高速磨削用砂轮，包括：

砂轮基体，能够可控地绕轴向方向超高速旋转，所述砂轮基体包括碳纤维基体，所述碳纤维基体由碳纤维增强复合材料经三维织造工艺制备成型；以及

磨料层，用于待加工工件接触，所述磨料层围绕固定于所述碳纤维基体的外周面。

一个实施例中，所述碳纤维基体由碳纤维增强复合材料经三维编织工艺、三维机织工艺和三维针织工艺中的任一者制备成型。

一个实施例中，所述碳纤维基体具有动平衡结构，用以调节所述砂轮基体超高速旋转时的动平衡精度。

一个实施例中，所述碳纤维基体具有沿轴向方向相对的两个轴向端面，所述轴向端面为平面结构，以使所述碳纤维基体在轴向端面任意位置的厚度相等；或

所述碳纤维基体具有沿轴向方向相对的两个轴向端面，所述轴向端面为曲面结构或斜面结构，以使所述碳纤维基体的厚度自外周侧朝中心处逐渐增加。

一个实施例中，所述磨料层采用立方氮化硼材料或金刚石材料制成，所述磨料层与碳纤维基体粘结固定和/或过盈固定。

一个实施例中，所述砂轮基体还包括金属基体，用于连接动力主轴，所述碳纤维基体具有沿轴向方向贯通设置的定位通孔，所述金属基体同轴插置于定位通孔内，且所述金属基体与碳纤维基体粘结固定和/或过盈固定。

一个实施例中，所述金属基体采用钛合金材料、高强钢材料和铝合金材料中的任一者制成。

一个实施例中，还包括：

主轴联杆，具有沿轴向方向顺序分布的主轴连接段、法兰限位段、定位凸台段和紧固连接段，所述主轴连接段用于连接动力主轴，所述金属基体具有沿轴向方向贯通设置的圆锥通孔，所述圆锥通孔的锥底端面向法兰限位段设置，所述定位凸台段与圆锥通孔匹配并同轴插置于圆锥通孔内；以及

紧固件，采用外周面为圆柱面的螺母结构，所述紧固件与法兰限位段相对，所述紧固件螺纹旋接紧固连接段，以将所述金属基体限制在法兰限位段与紧固件之间。

一个实施例中，还包括：