一种加工凸轮轴的超高速陶瓷CBN砂轮用碳纤维基体结构及砂轮制造技术

本实用新型专利技术公开了一种加工凸轮轴的超高速陶瓷CBN砂轮用碳纤维基体结构及砂轮，基体包括钛合金中心孔定位芯，和碳纤维基体外环。本实用新型专利技术解决了在新型电主轴凸轮磨床加工凸轮过程中，原有钢基体陶瓷CBN砂轮线速度提高后主轴负载大以及动不平衡量超标的问题。高后主轴负载大以及动不平衡量超标的问题。高后主轴负载大以及动不平衡量超标的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种加工凸轮轴的超高速陶瓷CBN砂轮用碳纤维基体结构及砂轮


[0001]本技术属于磨削加工用砂轮
，具体涉及到一种加工凸轮轴的超高速陶瓷CBN砂轮用碳纤维基体结构。

技术介绍

[0002]凸轮轴是发动机的重要工作部件，直接涉及到汽车的行驶安全及性能，所以凸轮轴的有很高的加工要求。当前凸轮轴的加工主要采用勇克、肖特、丰田工机等进口磨床加工，使用钢基体的陶瓷CBN砂轮，线速度80
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120m/s，其中达到100m/s被认为是高速。国产磨床如杰克、海捷等因为主轴刚性等原因，一直属于二线品牌，用于粗磨加工。近几年丰田工机、NTC等磨床厂家推出了线速度160m/s的超高速电主轴磨床，但是由于电主轴磨床较难配置自动平衡装置，导致砂轮在加工工程中动不平衡量较大，从而影响砂轮使用。现有技术公开了将碳纤维基体嵌设于钢材基体内并钢材基体的外圆表面电镀有金刚砂的技术方案，使得砂轮的质量减轻，改善了砂轮表面的光洁性，减少了颤动痕迹，延长了砂轮的使用寿命。但是对于陶瓷CBN砂轮，与镀金刚石砂轮不同，砂轮使用时的动态性能不仅仅与重量有关，还要考虑磨料层与基体的界面性能。

技术实现思路

[0003]本技术的目的在于，提供一种加工凸轮轴的超高速陶瓷CBN砂轮用碳纤维基体结构，在保证砂轮基体精度的情况下，产生的动不平衡量小，更能适用于160m/s的电主轴磨床，同时降低了国产磨床的主轴刚性要求，从而提高国产磨床性能。
[0004]为实现上述目的，本技术所采用的技术方案是：
[0005]一种加工凸轮轴的超高速陶瓷CBN砂轮用碳纤维基体结构，包括钛合金中心孔定位芯和碳纤维基体外环；碳纤维基体外环位于钛合金中心孔定位芯外侧。
[0006]一种加工凸轮轴的超高速陶瓷CBN砂轮，包括基体以及磨料层；基体包括钛合金中心孔定位芯和碳纤维基体外环；碳纤维基体外环位于钛合金中心孔定位芯外侧。
[0007]优选的，加工凸轮轴的超高速陶瓷CBN砂轮用碳纤维基体结构由钛合金中心孔定位芯、粘结层、碳纤维基体外环组成，粘结层位于钛合金中心孔定位芯和碳纤维基体外环之间。
[0008]本技术中，碳纤维基体外环为环状碳纤维板，可由3K碳纤维板常规制备；钛合金中心孔定位芯为带有定位孔的环状钛合金片。优选的，钛合金中心孔定位芯的外径为70～180mm。可以在取得最佳动态性能的基础上，适用于所有磨床。
[0009]本技术中，加工凸轮轴的超高速陶瓷CBN砂轮用碳纤维基体结构的制备方法为常规方法，比如基体外环内圆与中心孔定位芯外圆使用市售高温树脂胶进行固定拼接，形成钛合金中心孔定位芯/粘结层/碳纤维基体外环的结构，其中碳纤维基体外环具有低膨胀系数、高疲劳强度等特点，尤其适合作为超高速陶瓷CBN砂轮的基体材质，钛合金中心孔
定位芯具有易加工、加工精度高、不生锈的特点；本技术首次将钛合金中心孔定位芯和碳纤维基体外环内外结合，满足凸轮轴加工过程中对砂轮内孔和定位孔的高精度要求，更解决了在基体直径较大，厚度较薄的情况下，金属机加工容易产生应力，导致基体变形，精度降低的问题。
[0010]本技术中，加工凸轮轴的超高速陶瓷CBN砂轮由加工凸轮轴的超高速陶瓷CBN砂轮用碳纤维基体结构外侧粘接磨料层得到，具体为现有技术。
[0011]本技术的技术方案与现有技术对比，具有以下优点：
[0012]1. 采用钛合金材质的中心孔定位芯以及碳纤维材质的基体外环，产生的动不平衡量小，更能适用于160m/s的超高速电主轴磨床，同时降低了国产磨床的主轴刚性要求，从而提高国产磨床性能。
[0013]2. 相比原有的一体钢材质基体结构，钛合金材质的中心孔定位芯长时间使用不易生锈，不伤害主轴精度。
[0014]3. 相比原有的一体钢材质基体结构，碳纤维材质的基体外环，机加工过程中不会产生应力，不变形，精度更高。
附图说明
[0015]图1为加工凸轮轴的超高速陶瓷CBN砂轮用碳纤维基体结构的示意图；
[0016]图2为加工凸轮轴的超高速陶瓷CBN砂轮的示意图；
[0017]其中：钛合金中心孔定位芯1、中心孔11、定位孔12、粘结层13、碳纤维基体外环2、现有CBN磨料层3。
具体实施方式
[0018]本技术的位置关系为加工凸轮轴的超高速陶瓷CBN砂轮水平放置时的位置。本技术涉及的钛合金、碳纤维板、高温树脂胶都为现有市售产品，CBN磨料层为现有产品，符合砂轮应用要求。具体加工操作方法以及测试方法都为本领域常规方法。本技术的创造性在于提供新的结构，即以碳纤维基体外环位于钛合金中心孔定位芯外侧并互相粘接，构成新的基体，用于加工凸轮轴的超高速陶瓷CBN砂轮，显著提升了现有不锈钢基体CBN砂轮的动态性能。
实施例
[0019]如图1所示，一种加工凸轮轴的超高速陶瓷CBN砂轮用碳纤维基体结构，由钛合金中心孔定位芯1、粘结层13和碳纤维基体外环2构成，基体外环内圆与中心孔定位芯外圆使用高温树脂胶进行固定拼接。中心孔定位芯中，中心孔11以及定位孔12都为现有结构，与现有钢基体一致。钛合金中心孔定位芯的外径为120mm。
[0020]如图2，将现有CBN磨料层3粘接在上述加工凸轮轴的超高速陶瓷CBN砂轮用碳纤维基体结构外侧面，得到陶瓷CBN砂轮。
[0021]对比例
[0022]在实施例基础上，将碳纤维与钛合金位置调换，即碳纤维中心孔定位芯、钛合金基体外环，通过尺寸调整，使得其重量与实施例基体的重量接近；将现有CBN磨料层粘接在该
基体结构外侧面，得到对比砂轮。
[0023]用于丰田工机电主轴磨床，使用线速度160m/s，实施例砂轮可持续使用，但是原有的一体钢基体结构制备的砂轮，需要持续跟踪工件品质，品质下降后需要人工在线调整动平衡。砂轮参数如下表所示：
[0024][0025]表中，现有一体钢基体结构为现有工业化应用的砂轮，基体全为钢，其余与本技术一致。对比砂轮无法满足超高速电主轴磨床的超高精度要求，而且用于160m/s超高速电主轴磨床的陶瓷CBN砂轮，内孔除了要达到H6的精度，还要进行内孔磨，这些碳纤维都无法实现，所以，对比砂轮安装后一开机就出现动不平衡迅速增加，机床报警，无法使用。如果以纯碳纤维板作为基体，则得到的一体碳纤维基体砂轮，更不能用于160m/s的超高速电主轴磨床，无需实验验证。
[0026]陶瓷CBN砂轮的常规制备方法为，先以氮化硼磨料、陶瓷结合剂、辅料为原料混合烧结制备磨料层，再将磨料层粘接到基体上，此为现有常识。这与电镀或者化学镀砂轮不同，尤其体现在磨料层与基体的界面结构以及砂轮整体构成方面，因此，本专利技术对现有技术进行创造性改进，以碳纤维为外、钛合金为内组成基体，碳纤维与磨料层粘接构成砂轮，与现有技术不同，加工实验发现，该结构具有优异的动态性能，砂轮动不平衡量大幅度减少。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种加工凸轮轴的超高速陶瓷CBN砂轮用碳纤维基体结构，其特征在于，包括钛合金中心孔定位芯和碳纤维基体外环；碳纤维基体外环位于钛合金中心孔定位芯外侧。2.根据权利要求1所述加工凸轮轴的超高速陶瓷CBN砂轮用碳纤维基体结构，其特征在于，加工凸轮轴的超高速陶瓷CBN砂轮用碳纤维基体结构由钛合金中心孔定位芯、粘结层、碳纤维基体外环组成，粘结层位于钛合金中心孔定位芯和碳纤维基体外环之间。3.根据权利要求1所述加工凸轮轴的超高速陶瓷CBN砂轮用碳纤维基体结构，其特征在于，碳纤维基体外环为环状碳纤维板；钛合金中心孔定位芯为带有定位孔的环状钛合金片。4.根据权利要求1所述加工凸轮轴的超高速陶瓷CBN砂轮用碳纤维基...

【专利技术属性】
技术研发人员：李伟超，王清涛，
申请(专利权)人：江苏赛扬精工科技有限责任公司，
类型：新型
国别省市：