砂轮 发明的背景
1．发明的领域
本发明涉及砂轮，尤其涉及一种模制的具有一构造的(textured)磨削面以便于在粗糙的磨削或者修整操作中使用的砂轮。
2．背景信息
砂轮技术被高度发展，它包括适于使特定的磨削操作以及/或者应用达到最优化的多种构造以及轮制造工艺。一种要考虑的特定操作称之为修整(conditioning)。修整通常是在进一步的处理之前先从钢锭、钢坯、钢条及钢板上去除表面缺陷。缺陷类型包括龟裂、皱纹、氧化皮(scale)、疤痕、裂痕、粘结的氧化皮痂以及过烧钢。修整操作通常被称之为“粗糙的磨削”操作，并利用介于轮与工件之间的相对较大的接触压力进行。典型地，最适用于这些修整操作的、一般被称之为修整轮的砂轮由相对重型的研磨粒子制成，例如尺寸相对较大(通常对应于工业标准“磨料粒度”的4至46)的氧化铝、氧化铝氧化锆、碳化硅、或者其组合物。此外，用于这些砂轮的粒子相对坚硬或者耐用以提供对上述相对较大的磨削压力的抗力。该粒子通常被保持在有机粘接剂的三维基质中，诸如那些由例如树脂状或者酚醛树脂粘结材料所提供地。传统的修整轮的例子有可从Norton Company of Worcester Massachusetts买到的“BZZ修整轮”。
如上所述，使用在修整轮中的磨料的耐用性起到抵抗与修整操作相关的相对较高的压力的作用。此外，由相对较大的磨料粒度所提供的粗糙的磨削面能有效地缩小介于砂轮与工件之间的接触表面积，以提供两者之间每单元接触面积的相对较高的压力。这样，在磨料暴露的切割边缘与工件之间施加的接触压力相对较高以便于粗糙磨削或者修整操作，同时使不需要的过量轮压的作用、诸如不均匀的砂轮磨损或者砂轮断裂最小，这将在下文中作介绍。
和大多数其它类型的砂轮一样，修整轮通常通过热压或者冷压模制操作进行制造。然而，不利之处在于这种制造方法生产的砂轮在从模具中出来时具有大致光滑的圆周磨削面，其中仅暴露出相对较少(如果有的话)的磨料的切割边缘。因此，在修整应用场合中，当该光滑表面与一工件相接触时，由此所提供的增大的接触面积将减小每单元面积的接触压力。为了补偿这种状况，通常需要附加的轮压来提供砂轮与工件之间的足够的接触压力，以便炭化或者断开磨削面的粘结并暴露出磨料的切割边缘。然而，不利之处在于该增大的轮压会产生不均匀的粘结摩擦，这可能导致砂轮断裂或者在操作期间引起振动的失圆和失衡。
为了克服这些缺点，大多数传统的修整轮经受一种一般被称之为“整修”的附加的模制后(post-mold)处理。整修通常包括在砂轮旋转期间向砂轮的光滑面施加诸如破碎整修、喷丸饰面(shot facing)或者锥形切割器之类的锋利的工具，以便从该光滑面去除粘结材料的外层。这起到暴露出由研磨粒子所限定的相对的层(course)构造以便于修整操作的作用。一旦暴露出研磨粒子，砂轮将以一种传统方式在紧接着的磨削操作中磨损，于是连续地在粘结基质中暴露出新从研磨粒子。
虽然该整修操作可起到改善上述由模制工艺所产生的问题，但是它仍具有缺点。尤其，该附加操作会增加制造成本，还会延长制造该砂轮所需的时间或者交货(lead)时间的长度。
因此，需要一种改进型砂轮来克服已有技术中的不足。
发明概述
根据本发明的一实施例，一种模制的砂轮包括粘结的研磨粒子、一基本弯曲的外周表面、以及沿着该外周表面以一种预定型式相间隔设置(space)以限定一构造的磨削面的许多表面不平整部分。
根据本发明的第二方面，一种插入件适于连同一具有由至少一曲面所限定的一模腔的砂轮模具一起使用。该插入件包括其大小与形状用于与砂轮模具的至少一曲面以重叠且同心的关系进行设置的至少一衬垫。该至少一衬垫具有许多设置于其中的间断部分，并适于与一砂轮在现场(in-situ)可选择地在砂轮模具中进行模制，并从该砂轮去除，其中许多间断部分在砂轮的一外周表面内限定许多表面不平整部分。
在本发明的第三方面中，一种形成一砂轮的方法包括下列步骤：模制砂轮以形成一基本弯曲的外周表面；以及沿着基本弯曲的外周表面以一种预定型式相间隔设置许多表面不平整部分以限定一构造的磨削面。
在本发明的第四方面中，一种砂轮包括通过提供具有许多设置于其中的凹槽的至少一衬垫、环绕着外周表面在现场进行模制，并在模制之后将至少一衬垫从该外周表面去除而设置在其外周表面上的许多凸起。
通过参阅下文中结合附图所进行的对本发明各个方面的详细介绍，将会更容易地对本发明的上述及其它特点和优越性一目了然。
附图简介
图1是本发明的一种砂轮的立体图；
图2是沿着图1中的线2-2剖切的剖视图；
图3是用于制造图1所示砂轮的一种元件的立体图；以及
图4是图1所示砂轮在其制造工序中的某一步的立体图，其中局部以假想线示出。
较佳实施例的详述
简而言之，如图1所示，一种适用于相对粗糙的磨削操作的模制、粘结的研磨砂轮10具有许多沿着其外周表面以预定型式相间隔设置、并自该外周表面大致垂直或者径向延伸的表面不平整部分，诸如凸起20，以便限定一构造磨削面18。凸起20与砂轮整体模制而成，并通过在砂轮的模制期间在一砂轮中设置一具有许多间断部分、诸如孔眼24的环形插入件22来形成的，其中该插入件在现场环绕着砂轮的外周表面进行模制。在模制之后将该插入件从外周表面去除，以露出由孔眼24所限定的凸起20。
为明确起见，在整篇描述中，在本文中所采用的与所描述的一部件相关的术语“轴向”是指与其圆形尺寸的轴线大致平行的方向。在本文中所采用的与所描述的一部件相关的术语“垂直”是指与位于该部件与一曲面的一交点处的该曲面的切线大致垂直的方向。
现在请详细地参阅附图，如图1所示，本发明的砂轮10是常用的、基本呈圆盘形结构、具有一基本圆柱形内表面或者孔腔12、平面型侧表面14和16(图2)以及一大致圆柱形外表面或者磨削面18。该砂轮的尺寸、包括分别由a和b所示的内表面12和外表面18的直径、以及由t(图2)所示的砂轮的厚度是以传统方式、部分地根据使用该砂轮10的特定磨削场合来预定的。该砂轮可由一种常用的粘结研磨材料、例如上述类型的材料所制成。
在一较佳实施例中，砂轮10是通常如上所述的一种“修整轮”。外表面18的直径较佳地落在大约14英寸(in)至36英寸、或者大约35厘米(cm)至91厘米的范围之中。厚度t较佳地落在大约1.5英寸至6英寸、或者大约3厘米至15厘米的范围之中。砂轮10还较佳地包括其磨料粒度落在4至46的范围之中、或者其平均直径落在.25英寸(.65厘米)至.02英寸(.05厘米)的范围之中的研磨粒子。该磨料较佳地被保持在热压或者冷压酚醛树脂或者树脂粘结剂之中。
如图1和图2所示，外表面18设有一系列表面不平整部分，诸如如图所示的自该外表面垂直或者径向向外延伸的凸起20。凸起20环绕着外表面18以相互之间预定的间距设置，并起到提供具有如图所示的相对粗糙或者“疙瘩”构造的外表面的作用。
现在请参阅图3，提供了一模具衬垫、插入件或者环形物22以便于凸起20的模制。模具箍圈衬垫22包括一具有预定直径d和宽度w的基本圆柱形薄板(web)，该薄板的标称尺寸限定砂轮10的外表面18，这将在下文中描述。该衬垫较佳地设有至少一条轴向延伸的划线或者割痕23，如假想线所示，以便于插入件从砂轮10去除，这也将在下文中描述。诸如开孔或者孔眼24之类的间断部分以预定间距设置于整个衬垫22。这些孔眼起到以一种方式限定凸起20的作用，这种方式将在下文中详细描述。衬垫22适于以一种重叠且同心的方式与一常用的砂轮模具(图中未示出)的腔室的一最外圆柱表面相互滑动装配(interfit)。在这种方式中，衬垫22用作为在此所模制的一砂轮10的包含整体凸起20的外表面18的一模板，这将在下文中根据本发明的操作与制造进行更详细地描述。
由于在普遍采用的用于制造砂轮的热压模制操作期间所产生的热量和压力的缘故，因此衬垫22较佳地由一种能够抵抗变形的材料制成。另外，该材料较佳地相对柔性以便于从砂轮10去除，这将在下文中描述。在一较佳实施例中，衬垫因此由一种相对轻质的量具钢或者铝、或者一种诸如硬厚纸板或者碎木胶合板之类的纸制品所制成。
在另一实施例(图中未示出)中，衬垫可包括由一种诸如耐热聚合物之类的适当的材料所制成的一可充气的气带(bladder)。这种气带可包括设置在如上所述的模腔的基本圆柱形表面上的许多独立的可充气部分。于是它可在模制期间被充气以限定砂轮的构造的模具面18，并接着被放气以便于以下文将描述的方式从模具中取出砂轮。
已完整地描述了本发明的一较佳实施例，下面将介绍其制造及操作。
如上所述，衬垫22以与一常用砂轮模具(图中未示出)的腔室的最外圆柱形表面同心且重叠取向的方式进行设置。然后，以一种基本常用的方式模制一砂轮10。简而言之，将诸如上述研磨粒子与酚醛树脂混合物之类的砂轮混合物沉积到模具中，接着进行热压或者冷压。可提供一种压后(post)烘焙操作，在该操作中将砂轮在特定的升高的固化温度中保持一段预定的时间。在这些模制操作期间，砂轮混合物将进入并充满衬垫22的开孔24，以便有效地形成具有沿其外周表面在现场进行模制的衬垫22的一砂轮10。
一旦模制过程完成，较佳地将砂轮10和衬垫22从模具中取出作为一单个砂轮/衬垫组件26，其中衬垫22与砂轮以同心、重叠关系设置，如图4中的假想线部分中局部所示。同样如图所示，当这样设置时，砂轮10与衬垫22配合以提供具有大致光滑的圆柱形外表面28的组件26，该外表面起到便于砂轮/衬垫组件26从模具中取出而不会有害地损坏砂轮或者模具的作用。在此方面，圆柱形外表面28可简单地通过将砂轮/衬垫组件26沿一轴向方向滑出模具来取出该砂轮/衬垫组件。
本技术领域中的熟练人员将意识到具有由模腔的一壁面所完整地限定的一不平整或者构造的圆周磨削面的一模制砂轮通常无法简单地通过轴向移动从该模具中取出。相反地，磨削面中的不平整部分、诸如上述类型的凸起将啮合位于模腔之中相应的凹槽，因此妨碍了这种相对于模具的轴向移动。这样，砂轮将无法在不损坏模具以及/或者砂轮的情况下从模具中取出。为避免这个问题，可采用一种具有多个独立部分的分段的模具来模制本发明的砂轮而不使用一带孔的衬垫。可采用其它的模具类型。这些模具必须适于取出模具的构造的侧壁而不会扰乱砂轮的磨削面。
一旦从模具中取出，将衬垫22从砂轮10去除。这可通过适当地抓住衬垫最接近的划线或者割痕23，例如在薄片30处，并将衬垫如图4所示的那样从砂轮10的外表面18剥离，并继续剥离直到将该衬垫完全从砂轮去除来完成。
一旦这样去除衬垫，可将砂轮10在磨削操作中使用而不必进行进一步的整修操作。实际上，由表面不平整部分或者凸起20所限定的构造的磨削面起到有效地减小砂轮与工作件之间的接触面积的作用。该减小的接触面积起到增加砂轮与工作件之间的每单位面积的接触压力，以便于炭化或者断开磨削面的粘结，从而暴露出如上所述的磨料的切割边缘的作用。一旦暴露出切割边缘，砂轮将在紧接着的磨削操作期间以一种传统方式磨损，于是如上所述在粘结基质中继续暴露出新的研磨粒子。
在另一实施例中，该衬垫可由一种如上所述的硬厚纸板或者碎木胶合板材料所制成，薄片30可有可无。这种材料较有利地具有柔性，以便于制造及插入到砂轮模具的腔室中，同时当经受典型的压后烘焙操作的升高的温度时，它会变得相对较脆。另外，这种衬垫22可被留在现场，以同心取向环绕着砂轮10，直到该砂轮被用于磨削，到那时，该磨削操作将自己分离衬垫以便将其从砂轮10去除。于是，这种硬厚纸板或者碎木胶合板衬垫可较有利地取消上述衬垫去除步骤，以便进一步缩减本发明的砂轮10的制造成本。
在又一实施例中，可采用上述可充气的气带衬垫以提供构造面。在该实施例中，将衬垫从砂轮去除的步骤可简单地通过使气带放气来得以实现。此外，气带可固定到模具上，当砂轮设置在模具中时可进行放气，以便于从模具中取出砂轮。
因此，衬垫22的使用可使得一砂轮被模制成具有一不平整的外表面，从而取消上述类型必需的紧接着的“整修”操作，同时能够使用大致传统并相对廉价的模具及模制技术。这些操作的消除有利地起到缩减诸如“修整轮”之类的砂轮的制造成本的作用。此外，消除对整修的需要起到大致缩短制造这种砂轮所需的时间或者交货时间长度的作用。该缩短的交货时间可有利地起到缩减砂轮制造商以及砂轮购买者的库存(inventory)成本的作用。该缩短的交货时间还可通过使顾客或者数量特别大的砂轮的订单相对较快得得到满足而使砂轮制造商对客户提供改善的服务。
插入件22的间断部分以及砂轮10的表面不平整部分已于此示出并分别描述为凹槽24或者凸起20。然而，那些本技术领域中的熟练人员应当意识到的是，在不脱离本发明精神与范围的情况下，插入件22的间断部分可包括上述所示及所述类型的、相对于砂轮10的凸起，而且砂轮10的表面不平整部分可包括上述所示及所述类型的、相对于插入件22的凹槽。
此外，那些本技术领域中的熟练人员应当意识到的是，在不脱离本发明精神与范围的情况下，插入件22的间断部分可为任何结构，诸如一系列凹坑、细沟(striation)或者其它凸或者凹结构足以提供具有一大致构造的磨削面的一砂轮。
虽然已根据一种具有一大致圆柱形磨削面的的砂轮描述了本发明，但是在不脱离本发明精神与范围的情况下，本发明可由具有一任何其它的大致曲面的几何形状的磨削面的砂轮来实施，包括大致截头圆锥形(frusto-conical)、圆顶形、碗形、或者其它凹或者凸几何形状，但并不受此限制。
虽然根据修整轮描述了本发明，但是本技术领域中的熟练人员应当明白的是，在不脱离本发明的精神与范围的情况下，任何类型的砂轮可设有这里所罗列的一构造的磨削面。
上述描述主要是用作图示说明之用。虽然已根据一实施例示出并描述了本发明，但是那些本技术领域中的熟练人员应当明白的是，在不脱离本发明精神与范围的情况下，可在其形式与细节中进行上述及各种其它变化、省略以及增加。
因此，在描述了本发明之后，我们要求：