用于磨削工具的支架体以及用于制造支架体的方法与流程

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于磨削工具的支架体以及一种磨削工具，该磨削工具包括这种支架体和具有磨料、尤其是超级磨料的磨削衬片，该磨削衬片设置在支架体的优选周侧的支架面上，优选其中，磨削衬片由连续的磨削环或各个磨削部段构成。本发明还涉及一种根据权利要求11的前序部分所述的用于制造支架体的方法以及一种用于制造具有这种支架体的磨削工具的方法。

背景技术：

用于磨削工具的支架体应当尽可能稳定、轻质和减振地构造，尤其是在所谓的无心磨削工具(centerless-schleifwerkzeug)中。

由现有技术已知，由苯酚模塑料通过热压和硬化制造支架体。接着合成树脂、填料和超级磨料的混合物被热压到所述支架体上或者陶瓷的超级磨料衬片被粘接到支架体上。这样制造的支架体是轻质的并且在磨削过程中减振，从而与例如在磨削使用中具有铝支架的衬片的情况相比，衬片的磨损降低并且经磨削的构件的表面质量得到改善，这表现为较小的粗糙度、较小的崩裂以及刮水痕迹消失。

然而所述支架体的缺点是，在制造支架体时产生相对大的不受控制的废品，并且在尺寸方面仅能制造有限种类的支架体。此外，在磨削使用中出现形成裂纹。最大的工作最高速度被限制到大约63m/s。

由us2,069,116公开一种具有支架体的磨削工具，该支架体由纤维层材料的层构成。磨削工具在此与支架体一起在具有确定尺寸的压力机中制造，其中，层材料的各个层必须依次被放入到压力机中。所述制造方法非常耗时。此外，借助压力机仅能够制造具有确定尺寸的磨削工具，从而不可能制造具有不同尺寸的磨削工具。

此外由现有技术已知，由碳纤维增强塑料制造支架体。这种材料能够实现更轻的且同时形状稳定的支架体。然而，这与非常昂贵的生产和非常高的制造成本相关联。

技术实现要素：

本发明的任务在于，至少部分地消除现有技术的缺点并且给出一种与此相对改进的并且更轻的支架体以及一种具有这样的支架体的磨削工具。另一个任务在于，提供一种用于制造支架体或者具有支架体的磨削工具的方法，其中，该方法的特征尤其是在于，能够以灵活的方式制造具有不同尺寸的支架体或者磨削工具，更确切地说在短时间内并且以合理的生产成本制造。

所述任务通过独立权利要求1、10、11和16的特征来解决。

所述支架体基本上由无磨料的复合材料制成，该复合材料由多个彼此相叠设置的天然纤维材料的层组成，这些层通过塑料、优选酚醛树脂相互连接。

与本发明相关联地，磨料被理解成用于实现材料剥蚀的硬质材料颗粒。在此区分天然颗粒材料(火石、石英、刚玉、金刚砂、石榴石、天然金刚石)和合成颗粒材料(刚玉、碳化硅、氧化铬、立方氮化硼、金刚石)。

本领域技术人员理解超级磨料是金刚石和立方氮化硼。

如果在材料中没有磨料或超级磨料，则它们在本发明的意义上构造成无磨料的。

由多个彼此相叠设置的天然纤维材料的层组成的无磨料的复合材料(这些层通过塑料、优选酚醛树脂相互连接，其中，天然纤维材料是棉织物或纸)在用于机械和设备制造的电绝缘和热绝缘构件的技术领域中在棉织物的情况下已知为棉硬质织物并且在纸的情况下已知为硬纸。

与由现有技术已知的由苯酚模塑料制成的支架体相比，根据本发明的支架体具有高大致30％的弯曲断裂应力、大致三倍大的拉断伸长度和高的弹性，并且大约轻15％。较高的使用速度是可能的，例如125m/s或更高。

此外，在制造支架体或具有这种支架体的磨削工具时不会出现废品或产生明显减少的废品。

如果在支架体上压紧有用于制造磨削环的磨削衬片混合物，那么为此在压紧时需要更小的压力。磨削工具明显更容易成形，因为支架体在热压之后没有膨胀。没有凸缘的压制也更简单，由此随后在切削时得到节省潜力。

复合材料的使用也能够实现制造在较大尺寸范围内的支架体。因此，可以容易地制造例如高达1050mm直径和100mm高度的支架体。

此外，所述复合材料具有的优点是，它可以用硬质合金(或硬金属)更容易地切削。相比于此，通常必须使用昂贵的具有pcd切削刃的工具来加工在现有技术中所使用的材料。此外，复合材料可以很好地与其它材料(例如cfk、gfk、ai或钢)例如通过粘接或螺纹连接组合。

有利地，在本发明中所使用的复合材料是热固性的，即在其硬化之后不再能变形。

由于支架体包括优选圆柱形的或空心圆柱形的第一本体和至少另一个优选圆柱形的或空心圆柱形的本体，其中，各本体相互连接、优选粘接，能够以灵活的方式构造具有复杂形状的轻质支架体，如其在现有技术中只能用碳纤维增强塑料实现的那样，但在明显更短的时间内和以明显更低的成本实现。

根据有利的实施方式，所述天然纤维材料是棉织物或纸。

在其物理性能方面已被证明有利的是，所述复合材料具有1.0至2.0g/cm³、优选1.4g/cm³的密度(例如根据测试标准iso1183测量)和/或1.5至7.5％、优选2.4％或5.2％的吸水性(例如根据测试标准iso62测量)。

在热性能方面已被证明有利的是，复合材料具有20至40×10^-6k^-1、优选30×10^-6k^-1的线膨胀系数(例如根据测试标准din51045测量)和/或0.1至0.3w/mk、优选0.2w/mk的热导率(例如根据测试标准din52612测量)。

所述应用温度可以连续地或短时间地为110℃或180℃。

在机械性能方面提出，所述复合材料在23℃下具有200至400n/mm²、优选300n/mm²或320n/mm²的抗压强度(例如根据测试标准iso604测量)和/或在23℃下具有50至150n/mm²、优选100n/mm²或135n/mm²的抗弯强度(例如根据测试标准iso178测量)和/或6000至8000n/mm²、优选7000n/mm²的弹性模量(例如根据测试标准iso178测量)和/或50至150n/mm²、优选80n/mm²或120n/mm²的抗拉强度(例如根据测试标准iso527测量)和/或1500至3500n、优选1900n或3000n的分裂力(例如根据测试标准din53463测量)。

在电性能方面，所述复合材料可以具有漏电强度cti100(例如根据测试标准iec112测量)、和/或1.5kv/3mm或10kv/3mm的(垂直)电击穿强度(例如根据测试标准iec243-1测量)和/或1.0kv/25mm或10kv/25mm的(平行)电击穿强度(例如根据测试标准iec243-1测量)。

根据本发明的一种优选的实施方式，所述支架体具有至少一个与用于磨削衬片的支架面分开的侧面，在该侧面上面状地设置有天然纤维材料的层。

此外提出，所述支架体包括中央的耦联区域，以用于连接到旋转驱动装置上，该耦联区域优选具有中心孔，所述旋转驱动装置用于使支架体或利用该支架体构成的磨削工具围绕延伸穿过该耦联区域的旋转轴线旋转，和/或支架体基本上旋转对称地构造。

已被证明有利的是，所述第一本体和所述至少一个另外的本体是圆柱形的或空心圆柱形的本体，所述本体在侧面上相互连接，优选其中，各本体的对称轴线基本上一致。可以这种方式实现的支架体或磨削工具特别好地例如适合于磨削凸轮轴。

此外，已被证明有利的是，所述支架体具有适配器，用于将支架体或者利用该支架体构成的磨削工具连接到旋转驱动装置上，该旋转驱动装置与所述本体中的至少一个本体连接、优选粘接，优选其中，所述适配器基本上由金属制成和/或基本上构造成空心圆柱形的。

就此而言提出，所述支架体具有中心孔，并且所述适配器至少部分地设置在该中心孔中，优选其中，适配器仅在中心孔的部分长度上延伸，特别优选其中，中心孔具有漏斗形的导入开口。漏斗形的导入开口使得对支架体的夹紧变得容易。

还要求保护一种磨削工具，该磨削工具包括根据本发明的支架体和具有磨料、尤其是超级磨料的磨削衬片，该磨削衬片设置在支架体的优选周侧的支架面上，优选其中，该磨削衬片由连续的磨削环或各个磨削部段构成。

此外，要求保护一种用于制造用于磨削工具的支架体的方法，其中，支架体包括用于具有磨料、尤其是超级磨料的磨削衬片的优选周侧的支架面并且基本上由无磨料的复合材料制成，该复合材料由天然纤维材料的多个彼此相叠设置的层组成，这些层通过塑料、优选酚醛树脂相互连接，优选其中，所述天然纤维材料是棉织物或纸，其中，在第一方法步骤中提供以板形式的无磨料的复合材料，并且在第二方法步骤中将优选圆柱形的或空心圆柱形的本体优选通过水射流切割或借助带锯(或带锯机)以预先确定的尺寸从板中分离出来。

根据一种有利的设计方案，在第二方法步骤的过程中将至少一个另外的优选圆柱形的或空心圆柱形的本体以预先确定的尺寸从板中分离出来并且将其与所述第一本体优选通过粘接连接。

就此而言提出，所述第一本体和所述至少一个另外的本体是圆柱形的或空心圆柱形的本体，将这些本体在侧面上相互连接，优选其中，各本体的对称轴线基本上彼此一致。

已被证明有利的是，在第三方法步骤中将所述一个或多个本体优选通过切削加工和/或平衡和/或通过安装中心孔进行再加工。

已被证明有利的是，所述本体中的至少一个本体在接着第二方法步骤或第三方法步骤之后的另一个方法步骤中与适配器连接，该适配器用于将支架体或利用该支架体构成的磨削工具优选通过粘接连接到旋转驱动装置上，优选其中，适配器基本上由金属制成和/或基本上构造成空心圆柱形的。

此外，要求保护一种用于制造磨削工具的方法，该磨削工具包括支架体，该支架体包括用于具有磨料、尤其是超级磨料的磨削衬片的优选周侧的支架面并且基本上由无磨料的复合材料制成，该复合材料由天然纤维材料的多个彼此相叠设置的层组成，这些层通过塑料、优选酚醛树脂相互连接，优选其中，所述天然纤维材料是棉织物或纸，并且该磨削工具包括具有磨料、尤其是超级磨料的磨削衬片，该磨削衬片设置在支架体的优选周侧的支架面上，优选其中，磨削衬片由连续的磨削环或各个磨削部段构成，其中，首先提供优选借助用于制造支架体的方法制造的支架体，并且接着将具有磨料、优选超级磨料的磨削衬片优选通过压紧和/或粘接设置在支架体的优选周侧的支架面上，优选其中，磨削衬片由连续的磨削环或各个磨削部段构成。

附图说明

下面借助附图说明参照附图详细阐述本发明的其它细节和优点。其中：

图1a)以示意性的侧视图示出支架体，

图1b)以沿剖切面24的示意性横截面视图示出根据图1a的支架体，

图2以示意性的侧视图示出根据第一种优选的实施方式的磨削工具，

图3a)以侧视图示出根据第二种优选的实施方式的磨削工具的照片，

图3b)示出在根据第二种优选的实施方式的磨削工具中使用的复合材料的横截面的显微镜照片，

图4a)、4b)示出侧面(图4a))和横截面的另一种优选使用的复合材料的显微镜照片，

图5以示意图借助流程图示出用于制造支架体或磨削工具的方法，以及

图6a)、6b)以示意性示出的透视图(部分图a))和示意性示出的横截面视图(部分图b))示出另一个磨削工具。

具体实施方式

图1a)和图1b)示出用于磨削工具2的支架体1(也参见图2)，该支架体基本上旋转对称地构造并且包括用于具有磨料4、优选超级磨料的磨削衬片5的周侧的支架面3。

支架体1基本上由无磨料的复合材料6制成，该复合材料由多个彼此相叠设置的天然纤维材料的层7组成，这些层通过塑料8相互连接。这在图1b)的放大的部分中示意性地示出。所述塑料8可以是硬化的合成树脂、优选酚醛树脂。

直接相邻的层7可以彼此具有非常小的间距并且甚至至少局部地接触。这些层7基本上平行于侧面定向。

关于复合材料6，两种实施例被证明是特别有利的：

在第一种实施例中，所述天然纤维材料是棉织物。在这种情况下，复合材料6具有1.4g/cm³的密度和2.4％的吸水性。此外，复合材料6具有30×10^-6k^-1的线膨胀系数和0.2w/mk的热导率。并且最后，复合材料6在23℃下具有320n/mm²的抗压强度、在23℃下100n/mm²的抗弯强度、7000n/mm²的弹性模量、80n/mm²的抗拉强度和3000n的分裂力。

在第二种实施例中，所述天然纤维材料是纸。在这种情况下，复合材料6具有1.4g/cm³的密度和5.2％的吸水性。此外，复合材料6具有30×10^-6k^-1的线膨胀系数和0.2w/mk的热导率。并且最后，复合材料6具有在23℃下300n/mm²的抗压强度、在23℃下135n/mm²的抗弯强度、7000n/mm²的弹性模量、120n/mm²的抗拉强度和1900n的分裂力。

支架体1具有两个相对置的、与用于磨削衬片5的支架面3分开的侧面9，在所述侧面上分别面状地设置有天然纤维材料的层7(也参见图3a))。

支架体1包括中央的耦联区域10，以用于连接到旋转驱动装置上，该耦联区域具有中心孔11，所述旋转驱动装置用于使支架体1或利用该支架体构成的磨削工具2围绕延伸穿过该耦联区域10的旋转轴线12旋转。旋转轴线12延伸穿过中心孔11的中心25并且基本上垂直于侧面9定向。

支架体1的尺寸能够通过其直径17、其厚度18以及中心孔11的直径19来表征。

在图2中示出的磨削工具2包括支架体1和具有磨料4、尤其是超级磨料的磨削衬片5，该磨削衬片设置在支架体1的周侧的支架面3上。所述磨料4以放大的部分示意性地示出。磨料4嵌入到粘合剂、例如陶瓷粘合剂中。

磨削衬片5可以由连续的磨削环构成或如这在磨削工具2的下部区域中示出的那样由各个磨削部段13构成。

在图3a)中可见的磨削工具2中，支架体1具有与用于磨削衬片5的支架面3分开的侧面9，在该侧面9上面状地设置有以棉织物形式的天然纤维材料的层7。这尤其是从放大的视图中得出，其中可看出由基本上垂直交叉的织物纱线构成的织物结构，该织物纱线具有纬纱和经纱26。

为了改善磨削工具2的旋转特性，支架体1可以具有平衡孔22和/或阶梯部23。

图3b)示出在根据第二种优选的实施方式的磨削工具2中使用的复合材料的横截面的显微镜照片。可以很好地看出棉织物的在旋转轴线12的方向上彼此相叠设置的层7，这些层由各个棉纤维26构成。

图4a)和4b)示出另一种优选使用的复合材料的显微镜照片，更确切地说是侧面(图4a))和横截面(图4b))。在这种情况下，所述天然纤维材料是纸。在图4a)中可看出各个纸纤维27，这些纸纤维在层7的内部随机地定向。在图4b)中可看出由彼此相叠设置的层7构成的结构。

借助在图5中示出的流程图说明用于制造支架体的方法和用于制造磨削工具的方法的特别优选的实施方式。

在用于制造支架体1的方法14中，在第一方法步骤15中提供以板形式的无磨料的复合材料6，该复合材料由天然纤维材料的多个彼此相叠设置的层7组成，这些层通过塑料8、优选酚醛树脂相互连接。

在第二方法步骤16中，将本体优选通过水射流切割或借助带锯机以预先确定的尺寸17、18、19(参见图1a)和1b))从板中分离出来。在图1中示出的支架体1的情况中，所述本体为圆片坯料。

在第三方法步骤20中，将所述本体优选通过切削加工和/或平衡进行再加工。

所述方法14能够扩展为用于制造磨削工具2的方法21，其方式为在另一个方法步骤28中将具有磨料4、优选超级磨料的磨削衬片5优选通过压紧和/或粘接设置在支架体1的优选周侧的支架面3上，优选其中，所述磨削衬片5由连续的磨削环或各个磨削部段13构成。

第三方法步骤20可选地也可以在将磨削衬片5设置在支架体1的支架面3上之后才实施。

图6a)和图6b)示出具有支架体1的磨削工具2，该支架体由五个空心圆柱形的本体29、30、31、32、33构成，其中，所述本体29、30、31、32、33在侧面9上相互粘接。本体29、30、31、32、33的对称轴线12基本上一致。根据支架体1的形状，也可以使用其它数量的圆柱形的或空心圆柱形的本体29、30、31、32、33。

所述支架体1具有适配器34，该适配器用于将支架体1或利用该支架体构成的磨削工具2连接到旋转驱动装置上，该旋转驱动装置与本体32和33粘接。尤其是根据磨削工具2的待实现的刚度，适配器34也能够与多于两个本体或仅与这些本体中的一个本体29、30、31、32、33连接。

所述适配器34可以基本上由金属制成并且如在所示情况下那样基本上构造成空心圆柱形的。

所述适配器34可以如在所示情况下那样具有用于容纳固定机构的孔37，适配器34可以通过这些固定机构与机器主轴连接。

所述支架体1具有中心孔11。适配器34设置在中心孔11中，其中，适配器34仅在中心孔11的部分长度35上延伸。中心孔11具有漏斗形的导入开口36。

在本体29和31上分别在周侧设置有磨削衬片5。

为了制造支架体1，提出在第一方法步骤15中提供具有厚度18的板并且在第二方法步骤16中将三个圆柱形的或空心圆柱形的本体30、32和33优选通过水射流切割或借助带锯机以预先确定的尺寸17、18、19从板中分离出来。

此外，在第一方法步骤15的过程中提供具有不同厚度18的另一个板并且在第二方法步骤16的过程中将两个圆柱形的或空心圆柱形的本体29和31优选通过水射流切割或借助带锯机以预先确定的尺寸17、18、19从板中分离出来。

在第二方法步骤16的过程中在将本体29、30、31、32、33从板中分离出来之后将它们在侧面9上相互连接，其中，这些本体29、30、31、32、33的对称轴线12基本上彼此一致。

在第三方法步骤20中将本体29、30、31、32、33通过切削加工进行再加工，尤其是为了设置具有预先确定的尺寸的中心孔11。

在另一个方法步骤中将本体32、33与适配器34连接。