制造研磨工具的方法和装置的制作方法

专利名称：制造研磨工具的方法和装置的制作方法
背景技术：
研磨工具可用纤维来强化，以确保高转速下、尤其是在金属的切割、清铲和粗磨作业中的安全操作。设计用于此类作业的研磨工具通称为“薄磨轮”。
在这种研磨工具的传统制造工艺中，将织造玻璃纤维织物盘从织物片上割下，并置于轮模具中，其顶面和底面设置有研磨颗粒和粘结成分的混合物。然后，轮子在模具中受压和固化。在授予Haynes的US-A-4,800,685和授予Oide的US-A-4,401,442中描述了织造玻璃纤维织物强化件通常的制造工艺。虽然这些技术可在轮子直径方向上实现均匀的强化，但需要将轮子从中心安装轮毂连续地覆盖到轮周边，这种制造工艺的特征就是较高的材料浪费(例如最少为22％)和较高的劳力成本。
在一非传统的轮设计中，授予Akita等人的US-A-5,431,596提出用织造玻璃纤维织物来对一层压复合轮进行局部的强化。如授予Lakhani的US-A-3,838,543中所揭示的，使用玻璃纤维的织造粗纱(非捻线纱)可实现更高的轮速。在授予Waizer的US-A-4,259,089和授予Binkley的US-A-4,021,209中使用比玻璃纤维具有更高强度和性能特性的织造纤维来强化轮子，在授予Pichler等人的US-A-4,338,357中使用纤维涂层来改善含织造纤维的轮子。
在现有技术中公知的无纺玻璃纤维强化技术无法产生均匀、有效的强化图案。例如，授予Rector的CA-A-2,108,094中揭示的弯曲的、最好是呈螺旋状或螺环状的玻璃纤维强化路线产生的是只有切向强化而不能承受侧向载荷应力的轮子。该轮子还具有平行于轮子研磨表面的纤维束，这会在研磨作业中造成许多问题(例如倾斜)。授予Kistler等人的DE-1,291,648中揭示的“自行车轮辐”纤维设计以及在授予Seymour等人的US-A-3,262,230中揭示的环形纤维图案会造成与非均匀强化类似的问题，即无法满足突发速度条件，并在轮子研磨表面缺少足够的强化。
例如授予Henmi的US-A-4,989,375、授予Licht等人的US-A-4,657,563、授予Rue等人的US-A-4,253,850、授予Rands的GB-A-2,137,220和授予Ruggeberg的DE-A-1,502,655中所揭示的采用短截纤维强化件无法提供足够的强度来强化薄磨轮，以用于越来越多需要高速研磨的作业。
在现有技术中公知的、可提供足够轮强度的其它无纺纤维强化技术并不很有用，因为它们需要复杂的操作，或是工作量大，或是设备成本高。例如，授予Hurst的US-A-3,121,981中揭示的轮子强化工艺需要这些步骤在一含有研磨颗粒的纤维片材料上涂覆粘结剂、将平行的强化纤维束设置于该粘性表面上、在这些强化纤维上涂覆一层研磨颗粒-有机粘结剂混合物、干燥并将所得到的层叠物切割成轮子形状、以及叠置该层叠物的诸层，使强化纤维沿不同的方向定向，并将该叠置物模塑形成研磨轮。如授予Akita的US-A-4,164,098中所揭示的，在织造玻璃纤维织物强化件从轮毂设置到轮周边的轮子的轮毂附近采用一长、短“花瓣”的花状设计作为辅助强化结构。这些无纺纤维工艺采用了过多而昂贵的工序来进行轮子的强化。
发明概要现在已经发现，以相对较为便宜的设备形成无纺纤维图案的方法可用来产生受均匀强化的薄磨轮。用这种均匀的无纺纤维图案强化的薄磨轮、尤其是突轮毂式磨轮，其在研磨作业中抗轮毂推出故障的能力显著提高。已经开发了一种装置，用来高效地制造这些无纺纤维结构。
附图描述

图1A-1D表示一种使用一耙子和一带设定销的转板，从一或两个纤维卷轴来编织锯齿形图案的无纺纤维阵列的方法。
图2A-2C表示第二种使用位于一圆形平台上的可动销，从一或两个纤维卷轴来编织锯齿形图案的无纺纤维阵列的方法。
图3表示一种使用一位于一带设定销的板上的梭臂，从一或两个纤维卷轴来形成无纺纤维的锯齿形图案的方法。
图4A-4F表示一种从多个连接于可动纤维引导件的纤维卷轴来将无纺纤维阵列编织成交叉格子图案的方法。
图5-6表示一种从多个连接于可动纤维引导件的纤维卷轴来编织交叉格子图案的无纺纤维的装置。
较佳实施例描述可以用任何使纤维定向的方法和装置来织造薄磨轮的无纺纤维强化件，只要按照本发明，该强化件在从轮毂到轮缘的均匀空间结构中具有均匀数量的纤维即可。如本文所使用的，术语“均匀”是指由两条或更多条纤维相交而形成的规则的单元图案，例如，由两个彼此设置成90度角的平行纤维阵列形成的方形单元的交叉格子图案，该图案模仿编织物的外观。为使磨轮安全性和研磨速度达到最大，该方法和装置形成具有以交叉格子形状排列的、基本平行的纤维的强化件，纤维交角约为45到135度，最好约为90度。
这些方法和装置最好是选定成可实现高成本效率、纤维浪费程度达到最低的自动化生产。图1-6中示出了合适方法的例子和一装置设计。在图1-3所示的锯齿形方法中，仅须保持一或两个供给纤维卷轴来进行纤维定向。在图4A-4F中所示的多个不连续纤维方法中，采用多个供给卷轴来向工序供应纤维。
图1A-1D表示纤维的锯齿形排列方法的各步骤。如图所示，纤维卷轴1供给纤维2，纤维前端连接于一锚块3。可使纤维2通过一加热的树脂槽4而在纤维上涂覆一层树脂。纤维2沿圆形可转平台5的切线方向定向，沿可转平台5的周边7设置有多个设定销6。邻近可转平台周边7处设置有一弧形耙8，纤维2在如图1A所示的方法的初始步骤中通过耙8和周边7之间。而后，使耙8沿方向8a朝可转平台5移动，拾起纤维2、抓住设定销6最靠近耙8的部分上的纤维2、并带着纤维2穿过可转平台5，其中耙8或可转平台5竖向地移动，使纤维2钩在其余设定销6上。然后，如图1B所示，将耙8沿方向8b缩回到其原来位置，留下一个平行的、呈锯齿形方向(0度)的纤维9阵列。在将纤维9拉过一加热树脂槽的位置或在其它位置施加一树脂喷雾或涂层以涂覆纤维9阵列。为完成纤维定向，例如，将可转平台从其初始位置5a转到一第二位置5b，如图1B和1C中所示，并再次使耙8在纤维2上方通过固定销6在可转平台5和在其余设定销6以上的部分，从而钩住纤维2并产生一平行的、呈锯齿方向(例如90度)的纤维阵列11，如图1D所示。而后，例如通过加热，辅助性地采用喷涂树脂而对纤维阵列9、11进行涂层以及辅助性地采用压力，从而将纤维阵列粘结于一起。如果强化需要的话，可产生附加的纤维阵列，并将其与原来的纤维阵列9和10粘结于一起。通过一机械装置(例如喷吹空气、用手指或真空提起、倒置等等)将所得到的无纺交叉格子纤维强化盘从设定销6和可转平台5上取下，并将其用作薄磨轮中的强化件。
图2A-2C表示使用锯齿形纤维阵列和位于一支承盘14上方的可动销来形成纤维强化盘的两个备选方法，根据选择用来执行该方法的装置的需要，该支承盘可以转动，也可以不转动。在该方法的一个实施例中，第一套可动销12在或靠近支承盘14的中心点14a处穿过支承盘14的直径而排成一行。第二套可动销13在或靠近中心点14a处并且平行于第一套可动销12而穿过支承盘的直径排成一行。每个可动销12连接于一能朝12a所示方向移动的臂16。每个可动销13连接有一能朝13a所示的相反方向移动的类似的臂(未示出)。将纤维2从供给卷轴1拉过两行可动销12和13之间，其前端固定于一锚块3中。
如图2A所示，臂16可以用来将销12朝纤维2移动，钩住纤维并将纤维2沿半圆朝支承盘14的周边15拉。同时，使可动销13朝与可动销12的方向成180度角的方向移动穿过纤维2，钩住纤维并将纤维2沿半圆朝支承盘14的周边15拉。纤维2、销12和臂16的周边15位置在图2A中用虚线表示。在该步骤中，可用一个或更多个张紧装置10来调节纤维张力。另外，可动销12和13可以依次操作，以在拉纤维时使张力减小到最低程度。在周边15处，将纤维2从可动销12和13上卸下。根据选择用来执行该方法的装置，可使用一第二套销来使一第二纤维阵列定向，并重复这些工艺步骤。或者，使用同一套销，使支承第一个锯齿形平行方向(0度)的纤维阵列的可动销12和13或是支承盘14从原来配置转动45到135度，最好是90度，并重复纤维引，拉步骤，从而在第一纤维阵列的顶部形成一或更多个附加的锯齿形平行方向(例如90度)的纤维阵列。然后，对所得到的无纺交叉格子纤维阵列进行如以上针对图1A-1D所示方法所描述的加工，并用来制造薄磨轮。
在该方法的第二实施例中，使用一个不同类型的装置，可动销12的行的起始位置和移动方向随可动销13的行一起转变，纤维2被沿相反方向移动的销12和13朝周边15推，而不是如图2A所示的朝周边15拉。
在图2A-2C所示的第二个方法中，无纺纤维盘如图2B和2C所示这样制造。将设置成半圆形的第一套可动销12连接于一初始位于支承盘14的周边15处的可动臂17。将来自供给卷轴1的纤维2牵引穿过沿支承盘14的周边15设置成半圆形的第二套可动销13，该纤维的前端连接于一锚块3。使可动臂17朝纤维2移动并穿过纤维2、可动销13和支承盘14而到达周边15，从而将纤维拉入一第一锯齿形平行方向(0度)的纤维阵列，如图2C中所示。然后缩回可动臂17。根据执行该方法所采用的装置，可使用一套备用销以用于下一步骤，或者，转动支承第一纤维阵列的支承盘14，或将可动销12和13与可动臂17一起从约45度转动到135度、最好是90度。重复该纤维拉动步骤，以形成一或更多个附加的锯齿形平行方向(例如90度)的纤维阵列，从而如以上所述那样完成了纤维阵列，因而形成了一适用于制造薄磨轮的无纺交叉格子纤维强化盘。
图3表示第三种形成用于薄磨轮的均匀的无纺纤维强化盘的方法。在该方法中，梭臂18将穿过针头19的纤维2沿锯齿形图案引导穿过一支承盘14，将纤维2钩绕于设置在支承盘14周边15处的各设定销6，从而形成一第一锯齿形平行方向(0度)的纤维阵列。可采用一梭臂18移动引导装置，以限定锯齿形纤维阵列的外围。
支承盘14可以是生产线中传送带的一部分、一可转平台、一磨轮模具的底部或是适于具有强化盘所需要的、形状和尺寸接近磨轮的各种备选结构。根据所采用的装置，或将包括梭臂18、针头19和纤维2的组件相对于第一锯齿维阵列转动约45到135度、最好是90度，或是将支承盘14转动指定的距离，以允许构成一个或更多个附加的锯齿形纤维阵列，并将其粘结而形成最终的交叉格子无纺纤维强化盘。
图1-3所示的方法仅仅是实例，不应限制本发明的范围。本发明的方法可以用其它方式实现，只要该方法所采用的锯齿形纤维阵列中的各种类型的纤维的纤维供给源不多于一个，粘接入一磨轮时可形成特点在于双向强度和抵抗侧向应力能力的一无纺图案，以及使该方法所形成的纤维强化盘具有均匀的纤维数量和均匀的从中心到周边的纤维间隔。同样，本技术领域的技术人员可选择和使用各种不同的设备来生产无纺纤维强化盘和制造包括该强化盘的薄磨轮。
虽然图1-3总的示出了全环纤维阵列的形成，但应予注意，纤维阵列可以定向成包绕小于全环的范围，例如包绕由支承平台所限界的四分之一圈或三分之一圈，然后，可将工件转动例如45度，纤维随后的部分可以定向成包绕第一阵列的一部分。以这种方式，没有纤维设置在强化盘的中心孔上，不需要切出一个中心孔便可制成磨轮，从而使其能安装在一研磨机上。
在执行锯齿形纤维定向方法中，最好将诸纤维阵列粘结于一起。然而，可将一单锯齿形纤维阵列用作一单个的片，在其上面可叠置一个或更多个设置成交叉格子图案的附加纤维阵列，并将其容纳于例如一磨轮模具中，以形成强化盘。这可以通过将一位于传送带上的磨轮模具传送通过一第一和一第二纤维定向工位，在那里第一和第二纤维阵列被置于该模具中。随着传送带上的模具沿生产线移动，可将研磨颗粒和粘结剂的混合物置于纤维阵列的顶部，而后将第三和第四纤维阵列置于该模具中。
在制造一较佳的粘结无纺纤维强化盘中，最好将一种树脂喷涂或用其它方法涂覆在半成品纤维阵列上。未被涂层的纤维由于没有树脂的粘性，所以可被自由地牵拉进入一阵列，既不干扰纤维的移动，而且在加工过程中也不会产生足以拉断纤维的张力。然而，在配备有适当张紧装置和定时机构的设备上，在形成纤维阵列之前，可用一树脂槽来对纤维涂覆树脂。对于任一种涂覆方法，可将树脂加热而使固体树脂熔解或降低液体树脂的粘度，或者，可使树脂溶剂化或用一溶剂或稀释剂稀释该树脂，然后使其蒸发而对纤维实现充分的涂覆。最好选用在室温下基本呈固体的树脂，以便于后面对强化盘进行处理。对纤维进行树脂涂层，是避免在处理过程中纤维受损、改善强化盘对研磨轮构件的粘附性以及在制造研磨轮时固定纤维方向的一种优选措施。
图4A-4F示出了一种形成用于薄研磨轮的、均匀的无纺纤维强化盘的多条不连续纤维方法。如图4A所示，由一纤维阵列夹具21沿平行方向包持的各纤维2均由一纤维引导件20夹住。将纤维2从多个纤维供给卷轴1引出，并可使其通过一加热树脂槽4，以在纤维上涂覆树脂。不象锯齿形纤维方法，在该多条不连续纤维方法中，由于纤维张力要均匀得多并更容易控制，纤维的预涂覆工序更有效，因而树脂槽比其次的喷雾或涂层工序更为优选。
纤维引导件20初始地是在可转平台5的周边7处设置成半圆形，如图4A所示，但能够沿平行的轨道(未示出)在可转平台5上方、从周边7的初始的一半到周边7的相对的另一半前后往复移动。图4B和4C中示出了各纤维引导件20移动至可转平台5中央的情况。如图4D所示，一圆形刀片22的半圆形部分在周边7的初始那一半处切割纤维2，纤维引导件20退回到周边7的初始那一半，在那里，借助一凸轮(未示)向纤维引导件供给新的纤维2。在这一阶段，在可转平台5上有一个平行方向(0度)的非连续纤维23的阵列，其尺寸和形状与所要强化的薄磨轮相同。如图4E所示，非连续纤维23的阵列从初始的0度位置旋转大约45至135度，最好是90度。重复进行利用纤维引导件20来牵拉多根纤维以及切割纤维2的工作，以完成由非连续纤维阵列24构成的交叉格子图案。用上述的锯齿形纤维法对该无纺交叉格子纤维图案进行进一步地加工，以获得一个用于制造薄磨轮的无纺纤维强化型圆盘。
利用多个非连续纤维的方法的好处之一是可以在强化盘内采用多种类型的纤维。例如，可以同时采用玻璃纤维和碳纤维，或采用玻璃粗纱和玻璃丝的组合。只需简单地从该工序中每隔一个去除纤维供给卷轴，就可以使所需纤维的数量减半。
图5示出了用于执行图4A-4F所示方法的设备。该设备包括一安装在一个转动装置26和一个支承装置27上的可转平台25，一包含一系列底部平行槽29的底板28和一具有同步系列顶部平行槽31的顶板30分别安装在用于顶板的可动支承臂32和用于底板的可动支承臂33上，并且位于可转平台25之上隔开一定距离的一个平面上。
操作时，顶板30的支承臂32的移动可导致滑配在顶板30的槽31内的每个纤维引导件20移动，每个槽31的长度限定了相应与之配合的纤维引导件20的行程距离。纤维引导件20的行程可确定沉积在平台25上的纤维2的长度。每个纤维引导件20还滑配在底板28的槽29内，在操作过程中，各槽29将纤维2保持在一个平行阵列中。
图6中详细示出了图5所示设备的纤维引导件20。一螺母37使纤维引导件20抵着底板27固定，因而使纤维引导件20可以在由底板20的滑配槽29限定的路径上移动。纤维引导件的头部38在由顶板30(未示)的滑配槽31限定的路径上移动，以便使由纤维引导件20的弹簧钢爪39夹持的纤维2定位。纤维2由一凸轮40置入夹持爪39。这些构件的移动是同步的，因而图5和6所示的设备可以自动并连续地工作。
如图5所示，一圆形切刀22和一压板35安装在位于可转平台25上方的可动支承结构36上。切刀22和压板35可以在非连续纤维阵列形成之后竖直移动以切断纤维2，并且可以借助有选择地施热来压该交叉格子纤维阵列，以使其粘接于强化盘。可选择的是，支承结构36配有直线或圆周移动的夹头(未示)，以便在切割步骤、附加的牵拉步骤、纤维引导件的退回步骤、粘接步骤、圆盘去除步骤等过程中对纤维加以保持。
切刀22、压板35和支承结构36的运动与可转平台25、纤维引导件20、凸轮40以及设备的其它构件的运动是同步的，以允许进行自动和连续的作业。
在一较佳实施例中，在整个设备中对旋转驱动器、活塞和其它移动部件均采用了气动操作，以便精确地操作。或者，在设备上可以采用与各种驱动机构配合的电动机。作业过程最好是由一个或多个计算机化的过程控制器来操纵。
对某一给定的制造设施或一给定的研磨轮而言，可以根据需要对图5和6所示的设备添加其它构件。例如，在强化层为17.8cm(7英寸)或22.9cm(9英寸)的磨轮中，通常不需要用一圆形夹头将非连续纤维阵列夹持到位以备加工，但这对直径较大的磨轮是较理想的。在一能垂直移动的可转平台上可添加若干个可退回的齿或槽，以便将纤维阵列保持在位，随后在需要时使其退回。
设备的构件可以选用各种不同的形状和设计。例如，图中所示的底板28和顶板30是矩形的，但它们也可以是圆形的或其它不同形状，只要其尺寸有利于设备的改装。希望的是，该设备适于制作用于各种磨轮的各种尺寸的圆盘。因此，在一较佳实施例中，所述设备可以配有互换构件，并且设计成能适应磨轮强化所必须的最大和最小的圆盘要求。出于设备使用寿命的考虑，所述设备最好是由耐用金属构造而成，例如不锈钢，但当利用耐用金属使得设备的构造、成本、维修或使用不理想时，也可以采用其它材料。
这里，可用的纤维包括但不限于玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳族聚酰胺纤维、聚丙烯腈纤维、高密度聚乙烯纤维及类似物、例如碳化硅和氧化铝之类的陶瓷纤维、以及它们的组合。业已发现，一种玻璃纤维和有机聚合物纤维的并合粗纱适用于此。可以采用单股或未捻合的纤维条(粗纱)或者是多股或捻合的纤维条(粗纱)，以及两者的组合。在一较佳实施例中，采用了玻璃纤维粗纱。合适的玻璃纤维材料可以从CertainTeen Corporation、Owens-ComingFiberglass、PPG Corporation或其它供应商处获得。虽然在纤维上是否有树脂涂层并不是主要的，但这样是比较好的，特别是对玻璃纤维而言。
可用的纤维包括但不限于各种规格和等级的材料，包括具有或不具有交联剂的酚醛树脂和/酚醛清漆树脂；环氧树脂；乙酸树脂；尿素树脂；聚乙烯；以及它们的组合和衍生物。合适的树脂是热塑性树脂，这样就使树脂可以在纤维的交叉点上将纤维相互粘接，以便在强化盘的制造过程中定位，随后可以将强化盘相互粘接，以便在制造磨轮时加以处理。合适的树脂可以承受高达180℃的温度而不会降低质量，并且在通常用于制作强化型磨轮的热压工艺之后仍能保持其功用。较理想的是，按重量计，在一纤维上有大约10至60％，最好是25至45％的树脂涂层。
本发明的无纺纤维强化型圆盘可以用来强化各种尺寸和形状的磨轮。根据磨轮的强化强度要求，由强化盘内的纤维交叉点限定的各敞开空间单元较佳的是大约0.1mm至10mm，最好是大约1mm至5mm。将该圆盘最适合于用作强化切割、清铲和粗磨作业的薄磨轮以及其它要求有很高金属磨削率的高速磨削场合。美国专利US-A-4,253,850、US-A-4,338,357、US-A-4,230,461、US-A-4,657,563和US-A-4,800,685中揭示此类普通磨轮，这些专利的内容可援引在此以作参考。这些磨轮通常包括一种或多种磨粒(大约占24-60的体积百分比)，例如熔融的氧化铝、熔融的氧化铝-氧化锆、烧结的氧化铝-氧化锆、烧结的氧化铝(通过溶胶凝胶法或加晶种的溶胶凝胶法)、烧结的铝土和碳化硅；有机或树脂粘合剂，通常是苯酚或环氧树脂粘合剂(大约占30-70的体积百分比)；以及各种填料、间隔材料和加工添加剂，例如冰晶石、蓝晶石、碳化硅、硫化物、硫酸化合物、卤化物、氯化物、氟化物以及它们的化合物。
在组装强化型磨粒时，将一无纺纤维强化盘放到模具的底部，将磨粒、粘合剂和其它磨轮组份加入模具，将一第二无纺纤维强化盘层叠至模具中的平面的顶部，将模具闭合、加压、并可选择地加热，使之在大约130-200℃的温度下硬化，将最终获得的磨轮从模具中取出。熟悉本技术领域的人员可以对该基础工艺加以若干变化以获得不同类型的磨轮，例如在磨轮的各选定区域内可具有不同数量的强化件。
与利用等量织造纤维布来强化的等价磨轮相比，利用本发明的无纺纤维阵列来强化的磨轮具有较高的强度。虽然希望不受任何原理的限制，但应该理解，纤维织物的织造结构在各纤维的交叉点上产生应力，这些纤维会由于在织造过程中对织造布的处理而变得恶化，而在一无纺纤维阵列中没有所述应力。在这些应力的作用下，在较低的负载特别是侧向负载条件下可能会使纤维弱化并使纤维强化作用失效。
实例1该例子说明了利用本发明的方法来强化的薄磨轮的制备情况，并且证明其可以提高对因为横向应力而导致轮毂失效情况的抵抗力。
具有90度交叉格子图案的非连续纤维阵列的强化盘是用由IndustrialPolymers and Chemicals供应的184型材料获得的玻璃纤维粗纱来人工制造的。纤维在一强化盘内的取向主要是用结合图4A-4F所描述的方法来手工完成的。
对控制磨轮而言，各强化盘是从织造玻璃纤维布(从Industrial Polymers andChemicals获得的184型)上切割下来的。
磨轮(类型1，平的，直径7英寸(17.78cm)，厚度1/8英寸(0.32cm))是用72.9wt％的棕色氧化铝磨粒(36粒度)(Washington Mills)、27.1wt.％的有机粘合剂混合物(酚醛清漆树脂)(Oxychem)和填料(硫酸铁和硫化铁)。将一强化盘层叠至一7又1/8英寸(18.1cm)的磨轮模具内，将磨粒和粘合剂混合并添加到模具内，将另一强化盘放到混合物上面。在室温下，以5吨/平方英寸(703.1千克/平方厘米)的压力将这些组份模压10秒钟，随后在高达200℃的温度下固化。将磨轮从模具中取出，用A.N.S.I.测试标准进行失效表面速度的测试；对来自横向应力的最大中心载荷进行测试(在一通用的测试机器上对磨轮边缘施加从零至可损坏磨轮的载荷，在0.05英寸/分钟的加载速率下，测量一环形区域的环强度)；在一碳钢的管状工件上测量G-比率(金属磨削速率/磨轮磨损速率)，有12kg的载荷作用于磨削主轴；并测量磨削过程中汲取的能量。磨轮类型失效表面速度失效中心载荷G-比率汲取的能量m/s kN kW织造控制150 2.7 1.6 3.0本发明的无纺 148 3.6 1.4 3.2织物平均误差 +/-4+/-0.2+/-10％ +/-5％上表显示的结果证明织造的和无纺的纤维强化件具有大致相等的磨削性能，但是后者的磨轮失效中心载荷显著提高(大约25％)。因此，与采用织造纤维强化件的情况相比，在薄磨轮中采用本发明的无纺纤维强化盘可以获得强度较高的磨轮。
权利要求
1．一种利用一均匀的无纺纤维强化盘来织造一薄磨轮的方法，包括如下步骤a)将一纤维的第一部分卷绕到多个支承装置上，以便产生一个具有圆形外周的第一锯齿形平行纤维阵列；b)将该纤维的至少一个附加部分卷绕到多个支承装置上，其相对于第一锯齿形平行纤维阵列所成的角度是大约45度至135度，以便产生至少一个具有圆形外周的附加锯齿形平行纤维阵列，从而形成一个包括一均匀无纺纤维阵列的强化盘；c)将至少一层磨粒以及有机粘合剂组份的混合物添加到至少一个强化盘上，以形成一均匀的层叠件；d)在压力下模制所述均匀的层叠件，从而形成一由无纺纤维强化的薄磨轮；以及e)使所述无纺纤维强化的薄磨轮固化。
2．如权利要求1所述的方法，其特征在于，它还包括如下步骤在卷绕所述纤维的第二部分之前，使第一锯齿形平行纤维阵列的支承装置从一初始位置转动大约90度到达另一个位置，这样就使纤维的第二部分与纤维的第一部分能构成一个均匀的交叉格子图案。
3．如权利要求1所述的方法，其特征在于，它还包括如下步骤在卷绕所述纤维的第二部分之前，使第一锯齿形平行纤维阵列的支承装置从一初始位置转动到45度到达另一个位置。
4．如权利要求3所述的方法，其特征在于，它还包括如下步骤在卷绕所述纤维的第三部分之前，使第一锯齿形平行纤维阵列的支承装置从一初始位置第二次转动90度到达另一个位置。
5．如权利要求4所述的方法，其特征在于，它还包括如下步骤在卷绕所述纤维的第四部分之前，使第一锯齿形平行纤维阵列从一初始位置第三次转动135度到达另一个位置。
6．如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个支承装置是一移动带的各段。
7．如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个支承装置是安装在一圆形平台外周的若干个设定销，所述平台的直径近似等于薄磨轮的直径。
8．如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多个支承装置是以相互错开的方式排成两排的多个可动销，所述多个可动销安装在相应的多个调节臂上，这些调节臂适于使所述多个可动销沿平行方向移动。
9．如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述纤维卷绕在两排可动销之间，每一排可动销能以与另一排相反的方向平行地移动，将纤维牵引至一个具有圆形外周的锯齿形纤维阵列中。
10．如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述可动销是依次驱动的，以控制纤维的张力。
11．如权利要求1所述的方法，其特征在于，它还包括如下步骤在卷绕纤维之前，对纤维涂覆一树脂涂层。
12．如权利要求11所述的方法，其特征在于，它还包括如下步骤对强化盘进行加热，以将纤维的第一部分粘连于纤维的至少一个附加部分，并从内部使强化盘粘接。
13．如权利要求1所述的方法，其特征在于，它还包括如下步骤在卷绕纤维之后，对纤维涂覆一树脂涂层。
14．如权利要求13所述的方法，其特征在于，它还包括如下步骤对强化盘进行加热，以将纤维的第一部分粘连于纤维的至少一个附加部分，并从内部使强化盘粘接。
15．一种利用一无纺纤维强化盘来强化一薄磨轮的方法，包括如下步骤a)将由多个支承装置夹持的第一组平行纤维牵拉通过一具有圆形外周的支承平台，以在具有圆形外周的各平行位置上产生一个非连续纤维的第一阵列，每一纤维均被牵拉足够的距离，以便贯穿在沿支承平台圆形外周的一初始点和一终结点之间；b)在与支承平台的圆形外周相交的各点上对各纤维进行切割，同时令非连续纤维的第一阵列保持在平行位置上；c)将由多个支承装置夹持的第二组平行纤维沿着大致垂直于非连续纤维第一阵列的方向进行牵拉，从而在具有圆形外周的若干个平行位置上产生一非连续纤维的第二阵列，每一纤维均被牵拉足够的距离，以便贯穿在沿支承平台圆形外周的一初始点和一终结点之间；d)在与支承平台的圆形外周相交的各点上对各纤维进行切割，同时令非连续纤维的第二阵列保持在平行位置上；e)将非连续纤维的第一阵列粘附于非连续纤维的第二阵列，以形成一强化盘，该圆盘包括一具有圆形外周的均匀的无纺纤维阵列；f)将所述强化盘从多个支承装置和支承平台上取下；g)将至少一层磨粒以及有机粘合剂组份的混合物添加到至少一个强化盘上，以形成一均匀的层叠件；h)在压力下模制所述均匀的层叠件，从而形成一由无纺纤维强化的薄磨轮；以及i)使所述无纺纤维强化的薄磨轮固化。
16．如权利要求15所述的方法，其特征在于，它还包括如下步骤在牵拉纤维之前，对纤维涂覆一树脂涂层。
17．如权利要求16所述的方法，其特征在于，它还包括如下步骤对各纤维上的树脂涂层进行加热，以将非连续纤维的第一阵列粘附于非连续纤维的第二阵列。
18．如权利要求17所述的方法，其特征在于，它还包括如下步骤对各纤维施加压力，以将非连续纤维的第一阵列粘附于非连续纤维的第二阵列。
19．如权利要求15所述的方法，其特征在于，它还包括如下步骤在牵拉所述第二组纤维之前，使所述支承平台上的非连续纤维的第一阵列从一初始位置转动大约90度到达另一个位置。
20．一种用于制造薄磨轮用无纺纤维强化圆盘的设备，包括a)一具有圆形外周的支承平台，其直径大约等于薄磨轮的直径；b)多个供给卷轴，每个供给卷轴均包含大量纤维；c)在一平行阵列内的多个夹头，所述夹头适于以足够的力夹持一纤维的端部而将纤维从一供给卷轴上抽出，并将该纤维牵拉通过支承平台，而后释放该纤维；d)一用于使夹头在保持平行布置的同时移过支承平台的装置；e)一用于当各夹头移过支承平台时对每一夹头的行程进行控制的装置；f)一用于沿着支承平台的圆形外周上的点来切割每一纤维的装置；g)一用于在支承平台上将一非连续纤维的第一阵列粘附于一非连续纤维的第二阵列以形成一均匀的无纺纤维强化盘的装置；以及h)一用于将无纺纤维强化圆盘从所述设备上取下的装置。
21．如权利要求20所述的设备，其特征在于，它还包括一用于转动支承平台的装置，它使支承平台相对于所述多个夹头从一初始位置转动大约45度至135度到达另一个位置。
22．如权利要求20所述的设备，其特征在于，所述用于当各夹头移过支承平台时对每一夹头的行程进行控制的装置是一个配有一系列平行槽的可动顶板，当牵拉纤维通过支承平台时，所述平行槽可作为使所述多个夹头移过顶板的轨道。
23．如权利要求20所述的设备，其特征在于，所述用于使夹头在保持平行布置的同时移过支承平台的装置是配有一系列平行槽的可动底板，所述平行槽可作为当牵拉纤维通过支承平台时使所述多个夹头在一平行配置中移动的轨道。
24．如权利要求20所述的设备，其特征在于，所述用于沿着支承平台的圆形外周上的点来切割每一纤维的装置是安装在一支承框架上的圆形刀片，该刀片适于沿支承板的转动轴线竖直移动。
25．如权利要求20所述的设备，其特征在于，所述用于将一非连续纤维的第一阵列粘附于一非连续纤维的第二阵列的装置是一压板，该压板的直径约等于支承板的直径，并且是安装在适于沿支承板的转动轴线竖直移动的支承框架上，它能施加足够的压力以将相邻的各纤维通过纤维上的树脂涂层而相互粘接。
26．如权利要求25所述的设备，其特征在于，它还包括一用于对纤维施热的装置。
27．如权利要求20所述的设备，其特征在于，它还包括至少一个箝制夹头，用于在切割过程中暂时固定非连续纤维。
28．如权利要求20所述的设备，其特征在于，它还包括一树脂槽以及一用于将纤维牵拉过该树脂槽而在纤维上形成树脂涂层的装置。
29．如权利要求28所述的设备，其特征在于，它还包括一用于加热所述树脂槽的装置。
30．一种由无纺纤维强化的薄磨轮，具有一中心安装孔和一圆形外周，该磨轮包括磨粒、粘接材料以及至少一个无纺纤维强化盘，该圆盘具有均匀的纤维构造并从磨轮的中心安装孔延伸至圆形外周，相对于一等价的由织造纤维强化的磨轮而言，该磨轮对一中心负载力的承受能力至少提高10％。
全文摘要
本发明提供了一种用于使纤维取向的方法和用于使纤维取向的设备,以便利用均匀的无纺纤维强化盘来制造改进的薄磨轮。与用织造纤维织物强化的磨轮相比,该磨轮更能够防止轮毂被推出的失效情况。
文档编号B24D3/28GK1228728SQ97197572
公开日1999年9月15日 申请日期1997年8月22日 优先权日1996年8月30日
发明者N·阿夫里尔, J·L·塞尔西纳, E·B·凯尔, D·G·伦德, K·M·康利, B·L·塞利克 申请人:诺顿公司