CN102862129B - 硬质合金基部外部刀刃切割轮以及制造方法 - Google Patents

硬质合金基部外部刀刃切割轮以及制造方法 Download PDF

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Abstract

这里提供了一种外部刀刃切割轮,该外部刀刃切割轮包括硬质合金的环形薄盘基部以及在该基部的外周上的、金属或合金结合的磨料颗粒的刀刃部分。磨料颗粒是具有45-310μm的平均颗粒尺寸和至少150的TI的金刚石和/或cBN颗粒。刀刃部分包括交叠部分,该交叠部分有0.001mm至0.1×T2max?mm的厚度公差(T3max-T3min)。刀刃部分有0.001至0.01×ODmax?mm的圆度(ODmax/2-ODmin/2)。

Description

硬质合金基部外部刀刃切割轮以及制造方法
技术领域
本发明涉及一种硬质合金基部外径刀刃切割轮(砂轮),该外径刀刃切割轮适合锯切稀土烧结磁体块,本发明还涉及一种用于制备该外径刀刃切割轮的方法。
背景技术
本领域中已知的是包括硬质合金基部的OD(外径)刀刃切割轮,该硬质合金基部有外周,金刚石和/或cBN磨粒颗粒通过酚醛树脂或金属镀而结合到该外周上。使用这种切割轮的锯切加工工艺由于很多优点而被认为在工业中非常有利,这些优点包括切割工具的低价格、相对较小的切割公差、切割件的良好尺寸精度以及相对较高的机械加工速度。因为切割轮最适合用于稀土磁体块(或永磁体块)(该稀土磁体块或永磁体块较硬和较脆)的锯切,因此它们在本领域中广泛使用。
引用文献列表:
专利文献1:JP-AH09-174441
专利文献2:JP-AH10-175171
专利文献3:JP-AH10-175172
专利文献4:JP-A2005-193358
专利文献5:JP-AH07-207254
专利文献6:JP2942989
专利文献7:JP-A2005-219169
专利文献8:WO96/23630
专利文献9:JP-A2009-172751
(US20090165768、EP2075092)
专利文献10:JP-A2010-260124
(US20100275522、EP2260963)
本发明人在专利文献9和10中提出了:一种外部刀刃切割轮,该外部刀刃切割轮包括环形盘基部和布置在该基部的外周上的刀刃部分,该刀刃部分包括磁性材料涂覆的金刚石和/或cBN磨料颗粒,该磨料颗粒通过电镀或无电镀而结合在基部上,该轮能够在高精度和减小尺寸公差的情况下将磁体块切割成零件;以及一种用于制造该外部刀刃切割轮的方法。
这种OD刀刃切割轮适用于高精度的切割操作,这部分是因为具有通过酚醛树脂而结合在基部上的金刚石和/或cBN磨料颗粒的刀刃部分具有较高硬度。已经发现,当磨料颗粒的选择与刀刃部分选择的尺寸公差更少兼容时,刀刃部分必须进行打磨,以便使得它的切割刃重新成形,以便非常精确地保持切割件或稀土烧结磁体零件的尺寸公差。
当刀刃部分不再保持切割操作的高精度时,可以观察到磨料颗粒脱落、磨料颗粒断裂从而形成低于保持颗粒的基体(结合部)表面的空穴、和/或磨料颗粒在它们的尖端处变平从而与保持颗粒的基体表面共同延伸。可以认为,磨料颗粒的脱落和断裂是由在切割时的碰撞引起的,因为磨料颗粒重重地撞上工件从而磨去工件。磨料颗粒在它们的尖端处变平从而与保持颗粒的基体表面共同延伸不仅是由在切割时的碰撞引起的,还由局部产生的高热量引起(从而使得颗粒磨损或消耗)。当工件是包含在高温下有高反应性的金属元素的稀土烧结磁体时,这种现象也适用于金刚石磨料颗粒。在加工时产生的热量使得在工件中的金属元素和颗粒(金刚石)之间产生化学反应,因此颗粒被磨损或消耗。
在切割操作过程中,冷却剂通常供给进行切割的部位,用于冷却该部位。因此迄今为止并不认为切割热量对磨料颗粒的磨损有较大影响,特别是金刚石颗粒。
对于刀刃部分的、沿厚度方向超过基部凸出的交叠(overlay)部分,当该交叠部分的厚度有较大尺寸公差时(也就是在刀刃部分的整个周边上的交叠部分的厚度的最大值和最小值之间有较大差异时),且当刀刃部分的外周有较低圆度时,工件切割出的切屑不能平滑排出,并阻塞在切割槽中,从而改变轮的通路、引起工件振动(具有较大的撞击噪音),并向切割部位提供不连续或不充分的冷却剂供给,从而导致切割缺陷。当产生这种现象时,切割件的尺寸变得不精确,或者切割表面有显著的刮痕。由于这些外观缺陷,生产率降低。
当刀刃部分损坏或变钝时,需要进行打磨步骤,即通过磨削工具来磨去颗粒保持基体直到露出新颗粒,这样,它们可以有助于切割操作。不过,OD刀刃切割轮的刀刃部分的打磨降低了生产效率,因为切割处理被中断。还有,刀刃部分的刮削降低了切割轮的使用寿命。因此,优选是在可能的情况下避免打磨。
发明内容
本发明的目的是提供:一种硬质合金基部外径刀刃切割轮,它能够在不需要打磨的情况下使用很长时间,并适合高尺寸精度地将工件(通常为稀土烧结磁体块)切割成零件;以及一种用于制备该硬质合金基部外径刀刃切割轮的方法。
本发明涉及一种外部刀刃切割轮,该外部刀刃切割轮包括成环形薄盘形式的基部和在该盘的外周上的刀刃部分,该刀刃部分包括磨料颗粒和金属或合金结合部,该金属或合金结合部通过电镀或无电镀而沉积在基部的外周上,用于使得磨料颗粒结合在一起和结合在基部上。本发明人已经发现,当具有45至310μm的平均颗粒尺寸和至少150的韧性指数TI的金刚石和/或cBN磨料颗粒用作磨料颗粒,且刀刃部分形成为满足特定几何形状和构形条件时,将获得更好的结果。即使当使用具有耐热性和耐冲击性且韧性指数TI为至少150的磨料颗粒时,外部刀刃切割轮也能够长时间地继续进行切割操作,同时保持较高切割精度,因为磨料颗粒在切割操作过程中(其中,外部刀刃切割轮受到严重冲击)折断、脱落或热消耗的危险很小。
在一个方面,本发明提供了一种外部刀刃切割轮,该外部刀刃切割轮包括:基部,该基部成硬质合金的环形薄盘的形式,具有450至700GPa的杨氏模量,具有确定外周的80至200mm外径、30至80mm的内径和0.1至1.0mm的厚度;以及刀刃部分,该刀刃部分布置在基部的外周上,并有比该基部更大的厚度,刀刃部分包括磨料颗粒和金属或合金结合部,该金属或合金结合部通过电镀或无电镀而沉积在基部的外周上,用于使得磨料颗粒结合在一起和结合在基部上。磨料颗粒是具有45至310μm的平均颗粒尺寸和至少150的韧性指数TI的金刚石和/或cBN磨料颗粒。刀刃部分包括交叠部分,各交叠部分超过基部的厚度向外凸出,刀刃部分的交叠部分的厚度满足在范围(1)中的公差[(T3max-T3min)mm]:
0.001≤T3max-T3min≤0.1×T2max(1)
其中,T3max和T3min是刀刃部分的整个周边上的交叠部分的厚度的最大值和最小值,T2max是刀刃部分的整个周边上的刀刃部分厚度的最大值。刀刃部分满足在范围(2)中的圆度[(ODmax/2-ODmin/2)mm]:
0.001≤ODmax/2-ODmin/2≤0.01×ODmax(2)
其中,ODmax和ODmin是刀刃部分的外径的最大值和最小值。
在优选实施例中,刀刃部分还包括熔点直到350℃的金属或合金结合剂。当金属或合金结合部通过镀而沉积在基部的外周上,以便使得磨料颗粒结合在一起和结合在基部上之后,金属或合金结合剂渗透至磨料颗粒之间以及磨料颗粒和基部之间。
在另一优选实施例中,刀刃部分还包括熔点直到350℃的热塑性树脂或者固化温度直到350℃的热固性树脂。当金属或合金结合部通过镀而沉积在基部的外周上,以便使得磨料颗粒结合在一起和结合在基部上之后,热塑性树脂渗透至磨料颗粒之间以及磨料颗粒和基部之间,或者液体热固性树脂合成物渗透至磨料颗粒之间以及磨料颗粒和基部之间并固化。
在另一方面,本发明提供了一种用于制造外部刀刃切割轮的方法,该方法包括以下步骤:提供基部,该基部成硬质合金的环形薄盘的形式,具有450至700GPa的杨氏模量,具有确定外周的80至200mm外径、30至80mm的内径和0.1至1.0mm的厚度;提供磨料颗粒;以及将金属或合金电镀或无电镀至基部外周上,用于将磨料颗粒结合在一起和结合在基部上,以便将磨料颗粒牢固固定在基部外周上,从而形成厚度比基部更大的刀刃部分。该方法还包括以下步骤:使用具有45至310μm的平均颗粒尺寸和至少150的韧性指数TI的金刚石和/或cBN磨料颗粒作为磨料颗粒;以及使刀刃部分成形,以使得刀刃部分包括交叠部分,各交叠部分超过基部的厚度向外凸出,刀刃部分的交叠部分的厚度具有在范围(1)中的公差[(T3max-T3min)mm]:
0.001≤T3max-T3min≤0.1×T2max(1)
其中,T3max和T3min是刀刃部分的整个周边上的交叠部分的厚度的最大值和最小值,T2max是刀刃部分的整个周边上的刀刃部分厚度的最大值;且刀刃部分有在范围(2)中的圆度[(ODmax/2-ODmin/2)mm]:
0.001≤ODmax/2-ODmin/2≤0.01×ODmax(2)
其中,ODmax和ODmin是刀刃部分的外径的最大值和最小值。
该方法还包括以下步骤:在将金属或合金镀至基部的外周上,以便将磨料颗粒结合在一起和结合在基部上之后,使得熔点直到350℃的金属或合金结合剂渗透至磨料颗粒之间以及磨料颗粒和基部之间的任何空隙中,以便形成刀刃部分。
该方法还包括以下步骤:在将金属或合金镀至基部的外周上,以便将磨料颗粒结合在一起和结合在基部上之后,使得熔点直到350℃的热塑性树脂渗透至磨料颗粒之间以及磨料颗粒和基部之间的任何空隙中,以便形成刀刃部分,或者使得固化温度直到350℃的液态热固性树脂渗透至磨料颗粒之间以及磨料颗粒和基部之间的任何空隙中并固化,以便形成刀刃部分。
发明的有利效果
当使用硬质合金基部外径刀刃切割轮时,能够高尺寸精度地将物品(通常为稀土烧结磁体块)切割成零件。因为切割轮能够在不需要打磨的情况下长时间地用于将物品切割成高精度尺寸的零件,因此能够基本省略额外步骤(否则需要该额外步骤来保持高精度的切割操作)。在极端情况下,检查切割零件的尺寸的步骤也可以简化。具有高尺寸精度的稀土磁体零件以较低成本获得。
附图说明
图1示意表示了在本发明一个实施例中的外部刀刃切割轮,图1A是平面图,图1B是沿图1A中的线B-B的剖视图,而图1C是图1B中的圆C(刀刃部分)的放大图。
图2是在方法中使用的一个示例夹具的分解透视图。
图3是图2中夹住基部的保持器的外部部分的放大剖视图。
图4A至4D是在基部上形成的刀刃部分的不同实施例的剖视图。
图5示意表示了怎样利用合金容器和小球来测量韧性指数。
图6示意表示了怎样测量刀刃部分的交叠部分的厚度公差,图6A是测量系统的示意图,而图6B是具有与刀刃部分接触的探针的比较器的视图。
图7示意表示了怎样测量刀刃部分的圆度,图7A是刀刃部分的示例投影图像,而图7B表示了利用该图像来计算圆度。
图8是表示切割精度与零件数目的视图,该零件将使用实例1至4和对比实例1、2的外部刀刃切割轮而由稀土烧结磁体块切割而成。
具体实施方式
参考图1,在本发明一个实施例中的外部刀刃切割轮表示为包括:基部10,该基部10成由硬质合金制造的环形薄盘的形式;以及刀刃部分20,该刀刃部分20布置在基部10的外周上。刀刃部分20包括磨料颗粒,该磨料颗粒通过电镀或非电镀而由金属或金属合金结合部进行结合。
基部10成环形薄盘的形式,也就是具有中心孔12的面包圈形薄板,它的外径为80至200mm,优选是100至180mm,从而确定了外周,它的内径为30至80mm,优选是40至70mm,从而确定了孔12,且它的厚度为0.1至1.0mm,优选是0.2至0.8mm。
应当知道,盘有中心孔和外周,如图1中所示。因此,术语“径向”和“轴向”将相对于盘的中心使用,因此,厚度是轴向方向,长度(或高度)是径向方向。同样,术语“内部”和“外部”有时也相对于盘的中心或切割轮的旋转轴来使用。
基部的厚度在0.1至1.0mm的范围内,且外径在不超过200mm的范围内,因为这种尺寸的基部能够以非常高的精度制造,并保证在很长时间中以高尺寸精度对工件(通常为稀土烧结磁体块)进行一致的切断机械加工。小于0.1mm的厚度将可能导致明显的翘曲(而不管外径如何),并很难非常精确地制造基部。超过1.0mm的厚度表示切割公差增大。考虑到能够由制造和处理硬质合金的现有技术进行制造的尺寸,外径达到200mm。孔的直径设置在30至80mm的范围内,以便装配在切断机械加工工具的轴上。
构成基部的硬质合金的实例包括这样的硬质合金,其中,在周期表的族4、5和6中的粉末金属碳化物,例如WC、TiC、MoC、NbC、TaC和Cr3C2通过烧结而接合在Fe、Co、Ni、Mo、Cu、Pb、Sn或它们的金属合金的结合剂基体中。其中,优选是典型的WC-Co、WC-Ti、C-Co和WC-TiC-TaC-Co系统。它们应当有450至700GPa的杨氏模量。还有,优选是这样的硬质合金,它们有易于电镀的导电性,或者它们能够通过钯催化剂等而具有这样的导电性。为了通过钯催化剂等而使得硬质合金具有导电性,可以采用公知试剂,例如在ABS树脂的金属化中使用的金属化试剂。
优选是,基部的外周可以进行斜切(斜角或圆角),以便提高在基部和刀刃部分之间的结合强度,该刀刃部分通过由金属结合部结合磨料颗粒而形成于基部上。基部周边的斜切的优点在于,即使当刀刃在为了刀刃厚度调节目的而进行的磨削过程中错误地过度磨削超过在基部和磨料层之间的边界时,金属结合部将离开该边界,以便防止刀刃部分分离。斜切的角度和量可以根据基部的厚度和磨料颗粒的平均颗粒尺寸来确定,因为可用于斜切的范围取决于基部的厚度。
对于基部的磁特性,优选是有更大的饱和磁化,用于通过磁吸引力而将磨料颗粒保持在基部上。不过,即使当基部有较低饱和磁化时,磁性材料涂覆磨料颗粒能够通过控制永磁体的位置和磁场强度而朝着基部磁吸引。因此,饱和磁化为至少40kA/m(0.05T)的基部能够令人满意。
基部的饱和磁化这样确定,即通过从具有给定厚度的基部上切出5mm2的试样,并在24-25℃的温度下通过振动试样磁强计(VSM)来测量试样的磁化曲线(4πI-H)。在第一象限中的磁化值上限作为饱和磁化。
在刀刃部分中使用的磨料颗粒是金刚石颗粒和/或立方体氮化硼(cBN)颗粒。根据切割操作条件,优选是具有45至310μm平均颗粒尺寸的磨料颗粒用于刀刃部分中。这里使用的“平均颗粒尺寸”是指由利用激光衍射和散射的颗粒尺寸分配测量系统来测量的50%直径或中间直径。当平均颗粒尺寸小于45μm时,可能在磨料颗粒之间留下更小空隙,从而可能引起例如在切割操作过程中产生抛光和加载以及失去切割能力的问题。当平均颗粒尺寸大于310μm时,可能引起例如切割的磁体零件具有粗糙表面的问题。考虑到切割效率和使用寿命,在该范围内的特定尺寸磨料颗粒可以单独使用,或者用作不同尺寸颗粒的混合物。
在刀刃部分中使用的磨料颗粒应当有至少150的韧性指数TI。在一个试验中,稀土烧结磁体块通过外部刀刃切割轮而切割成零件,在该外部刀刃切割轮中,刀刃部分通过结合金刚石和cBN磨料颗粒(具有45至310μm的平均颗粒尺寸和不同TI值)而形成。然后确定由此切割的磁体零件的尺寸和公差。已经发现,使用TI值为至少150的磨料颗粒的这些切割轮能够在很长时间中保持高切割精度。TI值被认为是用于实际评估磨料颗粒在伴随热产生时的抗冲击持久性的指数。
韧性指数TI通过脆性测试来确定,即,将一个金属球和预定重量的磨料颗粒布置在柱形合金容器中,密封该容器,在预定频率和室温(例如15-25℃)下摇动该容器横过特定冲程,并确定直到磨料颗粒磨至低于某种水平(达到初始重量的50%,该初始重量即磨料颗粒在测试之前的总重量)而经过的磨制时间(sec)。
具体地说,可以采用依照ANSI(AmericanNationalStandardsInstitute)B74.23-2002的方法。如图5中所示,例如,合金容器71确定了由侧壁(该侧壁的直径为12.70±0.02mm,高度为19.10±0.01mm)、一端平表面(该平表面的直径为12.70±0.02mm)和另一端半球形表面(该半球形表面的半径为7.14mm,深度为3.84±0.06mm)界定的空间。该容器充装有一个铬合金钢球72(该铬合金钢球72的直径为7.94±0.02mm,重量为2.040±0.005g)以及通过预定网筛而筛选的预定重量磨料颗粒26。容器关闭,并以8.1±1.5mm的冲程、2400±3循环/min的频率以及在室温下进行摇动。
制成容器侧壁的合金是合成物X100CrMoV51(AISITypeA2)的合金或者具有58至60的RockwellC(Rc)硬度的合金。制成平表面和半球形表面的合金是合成物X100Cr6(AISI52100)的合金或者具有58至60的RockwellC(Rc)硬度的合金。
对于要测试的磨料颗粒的试样,根据金刚石或cBN磨料颗粒的标准颗粒尺寸而采用了在表1中列出了预定筛网和试样量,它覆盖了从45μm至310μm的范围,这对应于磨料颗粒的平均颗粒尺寸。例如,参考具有80/100标准颗粒尺寸(US筛网尺寸)的金刚石磨料颗粒(对应于FEPA(FederationofEuropeanProducersofAbrasives)磨料粒尺寸牌号D/B181)。磨料颗粒首先使用孔径为197μm的上部筛网(在表1中的筛网A)和孔径为151μm的下部筛网(在表1中的筛网B)来筛选。然后,将保持在上部和下部筛网之间的6g这种磨料颗粒置于合金容器中,摇动该合金容器。磨削的磨料颗粒通过孔径为127μm的破碎后筛网(表1中的筛网C)进行筛选。直到尺寸过小磨料颗粒的重量为初始磨料颗粒总重量(即6g)的50%(即3g)时花费的磨削时间(秒)记录为韧性指数(TI)。由表1可知,要进行测试的筛网和磨料颗粒重量根据磨料颗粒的尺寸而变化。
表1
至少150的TI值表示磨料颗粒更少脆性以及很少被拔出或磨损,因此在磨料颗粒和金属结合部之间以及在磨料颗粒和金属、合金或树脂(该金属、合金或树脂渗透至在磨料颗粒之间以及在磨料颗粒和基部之间的空隙中)之间保持磨损差(磨耗率)。这样,能够在很长时间中保持高精度地锯切,直到磨料颗粒减小至太小尺寸,以至于不能保持该高精度锯切。另一方面,小于150的TI值表示磨料颗粒较脆和容易被拔出和磨损,从而不能实现在磨料颗粒和金属结合部之间的相互作用,且不能高精度地锯切。
金刚石用作磨料颗粒。金刚石可以通过将石墨转变成金刚石的溶度差方法(使用金属例如Fe、Ni、Co、Mn或Cr或者它们的合金作为溶剂,在金刚石稳定的压力和温度下将石墨保持在共存的金属或合金和催化剂中)或者通过温度梯度方法(包括将碳源布置在更热部分处,用作生长核的微小金刚石晶种布置在更冷部分处,通过金属溶剂而使得在碳源和晶种之间的温度梯度保持在特定范围内,施加高温和高压,用于使得金刚石在晶种上生长)来制造。
立方氮化硼(cBN)也用作磨料颗粒。cBN可以通过使用碱金属(例如Li)、周期表中的族2的元素(例如Mg或Ca)或者它们的氮化物或硼化物的溶液作为催化剂而将六边形氮化硼(hBN)转变成cBN的方法、或者包括将hBN布置于高强度砧台中以及施加高温和高压以便将hBN转变成cBN的方法来制造。
在这样制造的磨料颗粒中,包含在反应器单元或溶剂中的氮作为杂质被夹带。用于减小氮含量的有效方式是将具有比氮更高亲和性的吸收剂金属(例如Al、Ti或Zr)添加至溶剂中。不过,在这种情况下需要仔细控制,因为这些添加剂能够将碳化物引入金刚石中,或者抑制晶体生长,从而对耐冲击性和耐热性产生不利影响。优选是,在高压下的温度差方法用于制造具有更少杂质的晶体。
根据制造方法和条件,这样制造的磨料颗粒的颗粒形状变化,并有产生不同硬度或耐磨性的多种晶向。
例如,对于金刚石,如在Hertz压碎测试中所发现的,[111]面比[100]和[110]面更易于破裂和裂开。对于耐磨性,[110]面更易于磨损,且[111]面更耐磨损。这样,通过合适调节溶剂金属、温度和压力,将有效制造具有特定方位的相对大量生长面的磨料颗粒(用于特殊目的),或者有效地将磨料颗粒保持或结合在基体上,以使得它们的相关面可以接合而有效地用于切割操作。
在优选实施例中,磨料颗粒涂敷有磁性材料,以使得涂覆的磨料颗粒可以磁性吸引向硬质合金的基部。而且,将金属例如Fe、Co或Cr溅射至磨料颗粒表面上大约1μm厚度将有效提高随后涂覆的磁性材料的结合强度。
磁性材料通常为从Ni、Fe和Co中选择的至少一个金属、两个或更多这些金属的合金、或者一个这样的金属合金与从P和Mn中选择的至少一种金属的合金。磨料颗粒通过公知技术来涂敷有磁性材料,例如溅射、电镀或无电镀,直到涂层厚度达到磨料颗粒的直径的0.5%至100%,优选是2%至80%。
磁性材料涂层的厚度应当落在合适范围内,因为涂层厚度能够在形成刀刃部分的过程中影响在磨料颗粒之间产生的空隙的尺寸。涂层的最小厚度优选是至少1.5μm,该最小厚度是整个磨料颗粒能够通过镀而涂覆的厚度,更优选是至少2.5μm。例如,对于具有310μm(310μm是优选平均颗粒尺寸范围的最大值)的平均颗粒尺寸的磨料颗粒,涂层厚度可以是至少1.5μm,只要它为平均颗粒尺寸的至少0.5%。涂层的最大厚度优选是直到45μm。例如,对于具有45μm(45μm是优选平均颗粒尺寸范围的最小值)的平均颗粒尺寸,涂层厚度可以直到平均颗粒尺寸的100%,因为否则在切割操作过程中并不有效起作用的磨料颗粒百分率增加,或者防止磨料颗粒自磨尖的磨料颗粒百分率增加,从而降低机械加工的能力。在这种情况下,涂层厚度可以直到45μm,只要它达到平均颗粒尺寸的100%。
只要磁性材料的涂层具有在该范围内的厚度,它就提供保持力,从而能够在外部刀刃切割轮用于切割操作时减少磨料颗粒的脱落。只要选择合适类型的磁性材料用作涂层,磨料颗粒就在镀的步骤中被吸引和保持在基部的外周处或附近,而不会脱落。
金属结合部是通过镀而沉积的金属或合金。这里使用的金属结合部是从包含Ni、Fe、Co、Cu和Sn的组中选择的至少一种金属和包含至少两种前述金属的合金、或者包含至少一种前述金属或合金以及磷(P)和锰(Mn)中的一种或两种的合金。金属或合金通过镀来沉积,以便在磨料颗粒之间以及在磨料颗粒和基部之间形成相互连接。
通过镀沉积金属结合部的方法通常分成两种:电镀方法和无电镀方法。在本发明的实施中,可以单独或组合地使用电镀方法(该电镀方法容易控制残留在金属结合部中的内部应力和成本较低)和无电(或化学)镀方法(该无电镀或化学镀方法保证金属结合部相对均匀地沉积,只要镀溶液渗透至该处),以使得刀刃部分可以包含合适范围的(后面将介绍)、在磨料颗粒之间的空隙。
在镀膜之间的应力可以通过合适方式来控制。例如,在单金属电镀(例如镀铜或镍,通常镀氨基磺酸镍)中,应力可以通过将有效组分或氨基磺酸镍浓度、在镀过程中的电流密度和镀池温度选择为合适范围内以及添加有机添加剂(例如o-苯磺酰胺或p-甲苯磺酸盐)或元素例如Zn、S或Mn而进行控制。另外,在合金镀(例如Ni-Fe合金、Ni-Mn合金、Ni-P合金、Ni-Co合金或Ni-Sn合金)中,应力可以通过将合金中的Fe、Mn、P、Co或Sn含量、镀池的温度以及其它参数选择为合适范围内而进行控制。当为合金镀时,当然添加有机添加剂也有效用于应力控制。
镀可以通过选择用于沉积单金属或合金的任意一种公知镀池和利用该池的普通镀条件而以标准方式来进行。
优选电镀池的实例包括氨基磺酸Watts镍电镀池和焦磷酸铜电镀池,该氨基磺酸Watts镍电镀池包含250至600g/L的氨基磺酸镍、50至200g/L的硫酸镍、5至70g/L的氯化镍、20至40g/L的硼酸以及一定量的o-苯磺酰胺,该焦磷酸铜电镀池包含30-150g/L的焦磷酸铜、100至450g/L的焦磷酸钾、1至20mL/L的25%氨水以及5至20g/L的硝酸钾。典型的无电镀池是镍-磷合金无电镀池,该镍-磷合金无电镀池包含10至50g/L的硫酸镍、10至50g/L的次磷酸钠、10至30g/L的醋酸钠、5至30g/L的柠檬酸钠以及一定量的硫脲。
当刀刃部分通过使得磨料颗粒由磁吸引力保持在基部上而形成时,永磁体必须布置在基部的外周附近,以便产生磁场。例如,两个或更多具有至少0.3T剩磁(或剩余磁通量密度)的永磁体布置在基部的侧表面上并位于该基部的外周内侧,或者在布置于基部外周的内侧且与该基部的侧表面间隔开的距离不超过20mm的空间内,从而在从基部的外周伸出10mm或更少距离的空间内产生至少8kA/m的磁场。磁场作用在预先涂敷有磁性材料的金刚石和/或cBN磨料颗粒上,以便产生磁吸引力。通过这样的磁吸引力,磨料颗粒磁吸引和牢固保持在基部的外周上或在基部的外周附近。在牢固保持磨料颗粒的情况下,在基部外周上进行金属或合金的电镀或无电镀,从而将磨料颗粒结合在基部外周上。
在该处理中使用的夹具包括一对保持器,各保持器包括:绝缘材料的盖,该盖有比基部的外径更大的外径;以及永磁体,该永磁体在基部外周的内侧布置在盖上和牢固固定在盖上。可以在基部保持于保持器之间时进行镀。
参考图2和3,图中表示了在镀处理中使用的一个示例夹具。该夹具包括一对保持器50、50,各保持器50、50包括绝缘材料的盖52和安装在该盖52上的永磁体54。基部1夹在保持器50和50之间。永磁体54优选是埋入盖52中。也可选择,永磁体54安装在盖52上,以使得磁体54可以在装配时抵靠基部1。
内置于夹具中的永磁体应当有足以在沉积金属结合部的镀处理过程中使得磨料颗粒保持吸引向基部的磁力,以便结合磨料颗粒。尽管所需磁力取决于在基部外周和磁体之间的距离以及在磨料颗粒上涂覆的磁性材料的磁化,但是由具有至少0.3T的剩磁和至少0.2MA/m的矫顽力的永磁体可以获得合适的磁力。
永磁体具有的剩磁越大,由此产生的磁场具有的梯度越大。因此,当希望局部吸引磨料颗粒时,具有更大剩磁值的永磁体将很有利。在该方面,优选是使用具有至少0.3T剩磁的永磁体,用于在镀处理过程中防止磨料颗粒由于镀溶液的搅拌和由于基部保持夹具的摇动而振动而与基部分开。
当矫顽力越大时,磁体即使在暴露于高温镀溶液中时也长时间地提供将磨料颗粒吸引向基部的更强磁吸引力。这样,对于使用的磁体的位置、形状和尺寸的选择自由度增加,从而有利于夹具的制造。从满足所需剩磁的这些磁体中选择具有更大矫顽力的磁体。
考虑到磁体可能与镀溶液接触,永磁体优选是进行涂覆,以使得磁体可以更耐腐蚀。涂层材料选择为这样的条件,以使得涂层材料在镀溶液中的溶解最小以及对于镀溶液中的金属物质的替换最少。在金属结合部从镀镍池中沉积的实施例中,用于磁体的优选涂层材料是金属例如Cu、Sn或Ni或者树脂例如环氧树脂或丙烯酸树脂。
内置于夹具中的永磁体的形状、尺寸和数目取决于硬质合金基部的尺寸以及合适磁场的位置、方向和强度。例如,当希望使得磨料颗粒均匀结合在基部外周上时,与基部的外径相等的磁体环可以沿基部的外周布置,或者与基部的外径相等的弧形磁体段或具有几毫米长的侧边的长方体磁体段可以沿基部的外周连续和紧邻地布置。为了降低磁体成本,磁体段可以间隔开,以便减少磁体段的数目。
不过根据使用的磁体段的剩磁,在磁体段之间的间距可以增加。通过使得磁体段间隔开,涂覆有磁性材料的磨料颗粒分成受吸引的一组颗粒以及不受吸引的另一组颗粒。这时,磨料颗粒交替地结合在一些区域,但是并不结合在基部外周的其它区域。从而形成由间隔开的段构成的刀刃部分。
对于在基部外周附近产生的磁场,通过改变安装在夹住基部的两个保持器上的永磁体的位置和磁化方向的组合,能够产生各种磁场。通过重复磁场分析和试验,确定磁体的结构,以便在从基部的外周伸出10mm或更小距离的空间内产生至少8kA/m的磁场。当磁场的强度小于8kA/m时,用于吸引涂覆有磁性材料的磨料颗粒的磁力不足,且当在这种状态下进行镀时,磨料颗粒可能在镀处理过程中运动离开,因此形成具有很多空隙的刀刃部分,或者磨料颗粒以树枝状方式来结合,从而形成尺寸大于合适尺寸的刀刃部分。因此,打磨可能使得刀刃部分分开或者花费更长时间。这些问题可能增加制造成本。
优选是,永磁体布置成更靠近这样的部分,即磨料颗粒将吸引向该部分。通常,永磁体布置在基部的侧表面上并在基部的外周内侧,或者布置在位于基部外周的内部并从基部的侧表面伸出不超过20mm距离的空间内,优选是在位于基部外周的内部并从基部的侧表面伸出不超过10mm距离的空间内。至少两个具有至少0.3T剩磁的永磁体(通常每个保持器至少一个磁体)布置在空间内的特定位置处,以使得磁体整个或局部位于该空间内,从而能够在从基部的外周伸出不超过10mm距离的空间内产生具有至少8kA/m强度的磁场。这时,尽管基部由具有较低饱和磁化和几乎不可能引起磁力的材料来制造,例如硬质合金,但是也能够在基部的外周附近产生具有合适磁力的磁场。当涂覆有磁性材料的磨料颗粒供给磁场中时,将涂层磁化,因此,磨料颗粒吸引和保持在基部的外周上或在基部的外周附近。
对于磁体相对于基部外周的位置,当磁体并不布置在上述空间中时,特别是当磁体布置在基部外周的外部时(不过靠近该基部外周,例如在基部外周外0.5mm距离),在基部外周附近的磁场强度较高,但是可能存在磁场梯度反向的区域。这样,磨料颗粒将表现为从基部向上的特性并脱落。当磁体的位置在基部外周的内部,但是在离基部外周的距离超过20mm处时,在从基部的外周伸出不超过10mm距离的空间中的磁场将有小于8kA/m的强度,并有磁吸引磨料颗粒的磁力不足的危险。在这种情况下,磁场强度可以通过增大磁体的尺寸而增加。不过,较大尺寸的磁体并不实际,因为内置磁体的夹具也变得较大。
夹具(保持器)的形状与基部的形状一致。夹具(保持器)的尺寸为这样,当基部夹在保持器之间时,在保持器中的永磁体可以在相对于基部合适的位置处。例如对于具有125mm外径和0.26mm厚度的基部以及一组2.5mm长乘以2mm宽乘以1.5mm厚的永磁体段,将具有至少125mm外径和大约20mm厚的盘用作保持器。
具体地说,夹具或保持器的外径选择为等于或大于基部的外径加上刀刃部分的高度乘2,以便保证刀刃部分的高度或径向凸出(图1C中的H2),且夹具或保持器的厚度选择为提供足够强度,以防止由于突然温度变化(通过进入和离开热镀池而引起)而翘曲。与磨料颗粒接触的保持器的外部部分的厚度可以与其余部分相比减小,以便形成刀刃部分的交叠部分(图1C中的T3乘以H1),该交叠部分沿厚度方向超过基部凸出。当希望增加夹具的尺寸精度和降低加工成本时,外部部分的厚度可以等于其余部分的厚度(当厚度等于交叠部分的遮蔽带或垫片附接在该其余部分上时)。
制造夹具或保持器的材料优选是绝缘材料,镀层不会沉积在该绝缘材料上,因为具有夹在保持器之间的基部的整个夹具浸没在热镀池中,用于使得金属结合部沉积在基部上。更优选是,该绝缘材料应当有耐化学药剂性、耐热性(直到大约90℃)和耐热冲击性(即使当在进入和离开镀池时受到重复的快速热循环时也足以保持尺寸恒定)。还优选是,绝缘材料应当有足够的尺寸稳定性,以便防止保持器由于(在模制和加工过程中积累的)内部应力而翘曲,从而在浸没至热镀池内时在保持器和基部之间产生间隙。当然,绝缘材料应当有这样的可加工性,以使得用于在任意位置处接收永磁体的槽可以非常精确地机械加工,而没有裂缝或碎屑。
具体地说,保持器可以由工程塑料(例如PPS、PEEK、POM、PAR、PSF和PES)和陶瓷(例如氧化铝)来制造。保持器这样制备,即通过选择合适材料,考虑到机械强度来确定厚度和其它尺寸,模制该材料至该尺寸,以及机械加工用于接收永磁体的槽和用于接收电源电极(当进行电镀时该电源电极为必须)的凹口。在使用时,将这样制备的一对这种保持器进行装配,以便将基部夹在它们之间。当保持器与用于向基部供电的电极装配在一起以便能够电镀时,该装配过程提供电源和机械紧固件,并整个形成紧凑的组件。当然,优选是多个夹具如图2中所示进行连接,以使得同时可以镀多个基部,因为制造处理变得更高效。
具体地说,如图2中所示,用于电镀和用作基部保持件的阴极56装配在盖52的中心凹口中。夹具这样装配,即通过使得一对保持器50与基部1组合,将导电支承轴58插入保持器和基部的孔中,并将它们紧固在一起。在装配状态中,阴极56与轴58接触,从而能够从轴58向阴极56供电。在图2中,各自包括一对保持器50、50的两个夹具利用垫片60和端帽62而以合适间距安装在轴58上。应当知道,图2中所示的夹具将用于电镀。当为无电镀时,阴极不需要,实际上可以使用不导电的保持件,且支承轴并不必须导电。
当使用夹具时,镀将进行如下。通过将基部1夹在内置有永磁体的保持器50、50之间来装配夹具。在该状态中,如图3中所示,空间64由保持器50、50的盖52、52的周边部分52a、52a(超过基部向外伸出)和基部1的外周来确定。合适量的、预先涂敷有磁性材料的磨料颗粒用天平来称重,并供给该空间64中,在该空间64中,磨料颗粒受到磁吸引并被保持。应当知道,当硬质合金基部的外周进行斜切时,空间64设置成使得磨料颗粒可以进入斜切部分和夹具保持器之间。当在该区域中没有足够的磨料颗粒时,由镀形成的刀刃部分可以保持浮动在该区域中。
保持在空间中的磨料颗粒的量取决于基部的外径和厚度、磨料颗粒的尺寸以及要形成的刀刃部分的合适高度和宽度。还优选是,保持磨料颗粒和进行镀的处理重复多次,以使得每单位容积的磨料颗粒量可以在基部外周上的任意位置处都相等,且磨料颗粒可以通过镀技术而牢固结合。
这样,将形成刀刃部分。刀刃部分优选是包含的磨料颗粒的容积百分率为10至80%容积,更优选是30至75%容积。小于10%容积的百分率意味着更少的磨料颗粒用于切割,从而导致在切割操作过程中增加阻力。超过80%容积的百分率意味着在切割操作过程中切割刃的变形量减小,从而在切割表面上留下切割标记,并使得切割零件的尺寸精度和外观变差。由于这些原因,切割速度必须降低。因此,优选是通过改变涂覆在磨料颗粒上的磁性材料的厚度以改变颗粒尺寸,从而将磨料颗粒的容积百分率调节成用于特殊用途。
如图1C中所示,刀刃部分20包括:一对交叠部分(或夹持腿)22a、22b,该对交叠部分(或夹持腿)22a、22b沿轴向方向将基部10的外缘夹持在它们之间;以及本体20,该本体20超过基部10的外缘(外周)径向向外延伸。应当知道,这样分开是为了方便说明,因为夹持腿和本体成一体地形成刀刃部分。刀刃部分20的厚度(图1C中的T2)大于基部10的厚度(图1C中的T1)。为了形成这样设计的刀刃部分,空间64优选是如图3中所示来设置。
更具体地说,刀刃部分20的夹持腿22a、22b(该夹持腿22a、22b将基部10的外缘夹持在它们之间)各自优选是有0.1至10mm的长度H1,更优选是0.5至5mm。各腿22a、22b优选是有至少5μm(=0.005mm)的厚度T3,更优选是5至2000μm,甚至更优选是10至1000μm。这样,夹持腿22a、22b的总厚度优选是至少0.01mm,更优选是0.01至4mm,甚至更优选是0.02至2mm。刀刃部分20的总厚度比基部10更厚。当夹持腿22a、22b的长度H1小于0.1mm时,它们仍然有效防止硬质合金基部的边缘破碎或破裂,但是增强基部的效果很小,有时不能防止基部由于切割阻力而变形。当长度H1超过10mm时,使基部增强很贵。当夹持腿的厚度T3小于5μm时,这样薄的腿可能无法增强基部的机械强度或有效排出金属屑泥。
如图4A至4D中所示,夹持腿22a、22b可以包括金属结合部24和磨料颗粒26(图4A)、包括金属结合部24(图4B)、或者包括底部层(该底部层包括覆盖基部10的金属结合部24)和交叠层(该交叠层包括金属结合部24和磨料颗粒26)(图4C)。应当知道,通过将金属结合部沉积在图4C的结构上以便包围整个外表面,刀刃部分的强度可以进一步增加,如图4D中所示。
在图4B至4D所示的实施例中,与基部10接触的夹持腿内部部分只由金属结合部24形成。因此,基部被遮蔽成使得只有要形成夹持腿的基部部分暴露,且在未遮蔽的基部部分上进行镀。随后可以将基部装入夹具中,使得空间64装有磨料颗粒26,以及进行镀。在磨料颗粒电镀之后,基部10可以通过具有更小外径的另一对保持器50、50来遮蔽,以使得电镀部分暴露,并再次进行镀,从而形成包括金属结合部24的层,作为刀刃部分的最外侧层,如图4D中所示。
再参考图1C,刀刃部分20的、超过基部10的周边径向向外伸出的本体具有长度H2,该长度H2优选是0.1至10mm,更优选是0.3至8mm,尽管可以随着结合于其中的磨料颗粒的尺寸而变化。当本体长度H2小于0.1mm时,刀刃部分可能在切割操作过程中通过碰撞和磨损而在很短时间内消耗掉,这表示了具有较短使用寿命的切割轮。当本体长度H2超过10mm时,刀刃部分可能易于变形,尽管取决于刀刃厚度(图1C中的T2),从而形成具有波形切割表面的切割磁体零件,并因此使得尺寸精度变差。
通过镀方法,磨料颗粒(该磨料颗粒可以是金刚石磨料颗粒和/或cBN磨料颗粒)结合在一起和结合在基部的外周上,以便形成尺寸近似于最终形状的刀刃部分。
在具有刀刃部分(该刀刃部分通过使得磨料颗粒由电镀或无电镀来结合在基部上而形成)的外部刀刃切割轮中,因为使用的磨料颗粒具有特定颗粒尺寸,因此磨料颗粒在结合时只在磨料颗粒之间以及磨料颗粒和基部之间局部接触,以便留下空隙,该空隙并不通过镀而完全掩埋。因此,刀刃部分即使在镀之后还包含空隙,即与刀刃部分表面连通的孔。
即使存在这样的空隙,只要在切割操作过程中施加在外部刀刃切割轮上的负载较低,就能够高精度地切割,因为刀刃部分并不由于在切割过程中施加的力而承受较大变形。不过,当在负载高到使得硬质合金基部变形的情况下进行切割时,刀刃边缘可能局部变形或脱落。用于防止刀刃边缘变形或脱落的有效方法是增强刀刃边缘的强度。不过,刀刃部分还应当有足够弹性,以便允许刀刃部分弯曲,从而使得切割表面段能够平滑合并。
在还一优选实施例中,熔点直到350℃的金属和/或合金结合剂渗透至在刀刃部分中的磨料颗粒之间以及在磨料颗粒和基部之间的空隙内。在还一优选实施例中,熔点直到350℃(优选是直到300℃,更优选是直到250℃)的热塑性树脂渗透至该空隙中,或者固化温度直到350℃(优选是直到300℃,更优选是直到250℃)的液态热固性树脂合成物渗透至该空隙中并在该空隙中固化。因此,在本实施例中外部刀刃切割轮的特征在于:在整个刀刃部分中从表面至内部,金属、合金或树脂存在于磨料颗粒之间以及在磨料颗粒和基部之间。
合适的结合剂或渗透剂包括:金属,例如Sn和Pb;以及合金,例如Sn-Ag-Cu合金、Sn-Ag合金、Sn-Cu合金、Sn-Zn合金以及Sn-Pb合金,它们可以单独使用,或者用作包含前述中的至少两个的混合物。
金属或合金可以渗透至刀刃部分中,例如通过将金属或合金加工成直径为0.1至2.0mm(优选是0.8至1.5mm)的线、颗粒或者厚度为0.05至1.5mm的薄膜环(该薄膜环的形状和尺寸与刀刃部分相同),将该线、颗粒或环置于刀刃部分上,在加热器例如热板上或在炉中加热该刀刃部分至温度高于熔点,保持该温度,用于使得熔化的金属或合金渗透至刀刃部分中,然后缓慢冷却至室温。也可选择,渗透这样进行,即通过将外部刀刃切割轮布置于下半模具中,且在刀刃部分附近有间隙,使得一定重量的金属或合金装入该下半模具,使得上半模具与该下半模具配合,加热配合的模具,同时横过模具施加特定压力,用于使得熔化的金属或合金渗透至刀刃部分中。然后,模具冷却,再释放压力,且该轮从模具中取出。在加热之后的冷却步骤应当缓慢,以避免任何残余应力。
在金属或合金置于刀刃部分上之前,用于将金属或合金保持在刀刃部分上或者用于提高刀刃部分的可润湿性的试剂(例如市场上可购得的、包含氯或氟的焊剂)可以施加在刀刃部分上。
当使用具有相对良好可润湿性的低熔点金属或合金时,渗透可以这样进行,即通过将基部夹在不锈钢、铁或铜的金属部件之间,使得金属部件通电,使得金属部件产生热量,从而加热基部和刀刃部分,以及使得加热的刀刃部分与熔化的低熔点金属接触。
合适的渗透树脂包括热塑性树脂和热固性树脂,通常为丙烯酸树脂、环氧树脂、酚醛树脂、聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂以及前述树脂的变性树脂,它们可以单独或混合使用。
热塑性树脂或热固性树脂可以渗透至刀刃部分中,例如通过将热塑性树脂加工成直径为0.1至2.0mm(优选是0.8至1.5mm)的线、颗粒或者厚度为0.05至1.5mm的薄膜环(该薄膜环的形状和尺寸与刀刃部分相同),将该线、颗粒或环置于刀刃部分上,在加热器例如热板上或在炉中加热该刀刃部分至温度高于熔点,保持该温度,用于使得熔化的树脂渗透至刀刃部分中,然后缓慢冷却至室温。热固性树脂可以这样渗透,即通过使得树脂与有机溶剂、固化剂等混合,以便形成液体热固性树脂合成物,该该合成物浇铸在刀刃部分上,使得该合成物渗透至刀刃部分中,加热至固化温度或高于该固化温度,从而进行固化,然后缓慢冷却至室温。也可选择,渗透这样进行,即通过将外部刀刃切割轮布置于下半模具中,其在刀刃部分附近有间隙,使得一定重量的树脂或树脂合成物装入该下半模具,使得上半模具与该下半模具配合,加热配合的模具,同时横过模具施加特定压力,用于使得树脂或树脂合成物渗透至刀刃部分中。然后,冷却模具,再释放压力,且轮从模具中取出。在加热之后的冷却步骤应当缓慢,以避免任何残余应力。
当使用具有相对良好可润湿性的树脂时,渗透可以这样进行,即通过将基部夹在不锈钢、铁或铜的金属部件之间,使得金属部件通电,使得金属部件产生热量,从而加热基部和刀刃部分,以及使得加热的刀刃部分与熔化的树脂或液体树脂合成物接触。
优选是,要渗透至刀刃部分中的金属、合金或树脂应当有以下物理特性。熔点优选是不高于350℃。当为树脂时,熔点不高于350℃,优选是不高于300℃,用于防止硬质合金基部扭曲而使得尺寸精度变差或改变机械强度,并防止刀刃部分由于在硬质合金基部和刀刃部分之间的明显热膨胀差异而变形或产生应力。通常,使用熔点不高于250℃的树脂。当为热固性树脂时,熔化温度优选是至少10℃,因为它足够使得热固性树脂合成物在室温下有足够流动性以便渗透。
金属、合金或树脂可以有一定硬度,该硬度并不高到以至于在切割操作过程中当磨料颗粒磨损、断裂或脱落时防止磨料颗粒自磨尖(新磨料颗粒出现的现象,有助于切割操作),且该硬度低于用于结合磨料颗粒的金属结合部和该磨料颗粒上涂敷的磁性材料的硬度。还优选是,金属、合金或树脂即使当暴露于在机械加工处理过程中使用的机械加工流体或冷却剂中时也不会产生强度变化或腐蚀。
在形成的刀刃部分中,磨料颗粒、覆盖磨料颗粒的磁性材料、金属结合部以及渗透至空隙中的金属、合金或树脂将合适地散开。
如上所述,刀刃部分包括交叠部分,各交叠部分超过基部的厚度轴向向外凸出。刀刃部分形成为保证刀刃部分的交叠部分的厚度(图1C中的T3)具有在范围(1)中的公差[(T3max-T3min)mm]:
0.001≤T3max-T3min≤0.1×T2max(1)
其中,T3max和T3min是刀刃部分的整个周边上的交叠部分的厚度(图1C中的T3)的最大值和最小值,T2max是刀刃部分的整个周边上的刀刃部分厚度(图1C中的T2)的最大值。刀刃部分超过基部的厚度轴向凸出的距离等于在基部侧面的夹持腿(图4中的24)的厚度,并在图1C中表示为厚度T3。因为该厚度在基部的前侧和后侧,因此刀刃部分形成为在各侧都满足公差范围。
刀刃部分还形成为保证刀刃部分具有在范围(2)中的圆度[(ODmax/2-ODmin/2)mm]:
0.001≤ODmax/2-ODmin/2≤0.01×ODmax(2)
其中,ODmax和ODmin是刀刃部分的外径的最大值和最小值。
由于刀刃部分形成为满足上述尺寸范围,因此切割轮能够长时间地用于将磁体块切割成零件,同时使得零件保持在可接受的尺寸公差内或较高精度。刀刃部分可以通常通过由基于氧化铝、碳化硅或金刚石的磨轮进行磨削或通过放电机械加工而进行调整,以便满足尺寸范围。
在调整步骤中,刀刃部分可以在边缘处进行斜切(斜角或倒圆)至至少C0.1或R0.1的程度,不过取决于刀刃部分的厚度,因为这样斜切将有效降低在切割表面上的切割标记或者有效减少磁体零件的碎屑。当刀刃部分进行斜切时,刀刃部分的交叠部分的厚度公差和刀刃部分的圆度(除了斜切部分之外)满足这里确定的尺寸范围就足够了。
为了使得切割操作的精度保持较高,优选是公差和圆度控制在尽可能狭窄的范围。因为使用具有较高韧性指数TI的磨料颗粒,因此刀刃部分自身具有很高的耐久性,从而表明刀刃部分自身很难进行调整,且用于调整的成本较高。为了降低调整成本和最终降低外部刀刃切割轮的价格,必须采取措施来减少调整步骤。
当磁体块通过外部刀刃切割轮(在该外部刀刃切割轮中,使用韧性指数TI为至少150的磨料颗粒)来锯切成零件时,刀刃部分的交叠部分的厚度具有直到(0.1×T2max)mm的公差,且刀刃部分具有直到(0.01×ODmax)mm的圆度,由此切成的磁体零件的尺寸公差能够长时间地保持在较高切割精度。即使当使用具有较高耐久性、很难调整以及韧性指数TI通常为至少150的磨料颗粒时,刀刃部分的调整(该调整使得能够高精度地切割)也能够比现有技术更方便地进行。这样,外部刀刃切割轮本身的制造成本能够降低。
当交叠部分的厚度具有超过(0.1×T2max)mm的公差时,刀刃部分相对于基部为明显波纹形。当刀刃部分具有超过(0.01×ODmax)mm的圆度时,刀刃部分与工件不连续地接触,这在切割操作过程中在高速旋转的情况下引起较大振动,从而使得工件产生碎屑,在极端情况下使得工件破碎。另一方面,当交叠部分的厚度具有小于0.001mm的公差时,或者当刀刃部分具有小于0.001mm的圆度时,磨料颗粒更少暴露,从而导致降低切割效率,且在刀刃部分和工件之间的间隙减小,从而使得冷却剂向切割部位的供给不足,并因此使得冷却不充分,使得切割精度变差。这些缺陷根据切割条件以及刀刃部分的径向凸出(或高度)和轴向凸出(或厚度)而变化,且在最差情况下将在刀刃部分和工件之间产生咬合。将公差和圆度降低至低于所需水平不仅增加了外部刀刃切割轮的加工成本,还降低了零件的尺寸精度,并在切割操作过程中引起故障。由于上述原因,交叠部分的厚度优选是具有至少0.001mm和直到(0.1×T2max)mm的公差,更优选是至少0.005mm和直到(0.05×T2max)mm。还有,刀刃部分优选是具有至少0.001mm和直到(0.01×ODmax)mm的圆度,更优选是至少0.005mm和直到(0.005×ODmax)mm。
刀刃部分的交叠部分的厚度可以进行测量,例如如图6的示意图所示。如图6A所示,外径比刀刃部分20的外径更小的夹具82置于可旋转平台81上。外部刀刃切割轮2置于该夹具82上。刀刃部分20的交叠部分的厚度将利用基部10的侧表面的高度作为参考而由比较器83来测量。图6中所示的刀刃部分20对应于图4C中所示的实施例的刀刃部分20,包括金属结合部24和磨料颗粒26。如图6B中所示,当比较器83的探针保持与刀刃部分20的表面接触时,该表面由比较器进行扫描。然后,在刀刃部分20的表面上的波纹测量为构形或高度数据。尽管希望夹具具有更高的平直度,但是通过从测量值中减去预先测量的平直度的补偿技术,能够避免平直度的影响。在较薄基部的情况下,测量过程必须仔细控制,以使得由比较器在测量过程中施加的负载不可以太高,因为否则外部刀刃将在基部或刀刃部分由比较器推动时偏转,从而引起明显的高度变化。
刀刃部分的圆度可以通过例如以下过程来进行测量。外径比刀刃部分20的外径更小的夹具置于玻璃台板上。外部刀刃切割轮置于该夹具上。光从玻璃台板下面照射,以便投射图像,如图7A中所示。由该图像,在刀刃部分的阴影的外径上的位置作为坐标数据。由这些坐标,如图7B的示意图所示,根据JISB-0621的最小区域中心(MZC)方法,计算当界定图像(该图像通过连接测量点而画出)的两个同心圆的半径差最小时在刀刃部分20的外径的最大(ODmax)的1/2和最小(ODmin)的1/2之间的差。分析亮和暗信息数据以便测量的这种非接触测量仪器非常有用,因为即使包括不规则部分时,也能够测量暴露的磨料颗粒。
当使用本发明的外部刀刃切割轮时,可以用它切割多种工件。典型工件包括R-Co稀土烧结磁体和R-Fe-B稀土烧结磁体,其中,R是至少一种稀土元素,包括钇。这些磁体制备如下。
R-Co稀土烧结磁体包括RCo5和R2Co17系统。其中,R2Co17磁体有这样的组分(%重量),它包括20-28%的R、5-30%的Fe、3-10%的Cu、1-5%的Zr和其余的Co。它们这样制备,即通过以这样的配方称重源材料,熔化它们,浇铸熔融物,并使得合金精细地粉碎至1-20μm的平均颗粒尺寸,从而产生R2Co17磁体粉末。然后,该粉末在磁场中压紧,并在1100-1250℃下烧结0.5-5小时。烧结体在比烧结温度低0-50℃的温度下溶解(solution)处理0.5-5小时,并保持在700-950℃特定时间以进行老化处理,随后冷却。
R-Fe-B稀土烧结磁体具有这样的组分(%重量),它包括5-40%的R、50-90%的Fe和0.2-8%的B。添加剂元素可以加入,用于提高磁特性和耐腐蚀性,该添加剂元素从C、Al、Si、Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Zr、Nb、Mo、Ag、Sn、Hf、Ta、W等中选择。添加剂元素的量为对于Co直到30%重量,对于其它元素直到8%重量。磁体这样制备,即通过以这样的配方称重源材料,熔化它们,浇铸熔融物,并使得合金精细地粉碎至1-20μm的平均颗粒尺寸,从而产生R-Fe-B磁体粉末。然后,该粉末在磁场中压紧,并在1000-1200℃下烧结0.5-5小时,然后保持在400-1000℃特定时间以进行老化处理,并随后冷却。
实例
下面的实例给出为示例说明,而不是限制。
实例1
包括90wt%的WC和10wt%的Co的硬质合金机械加工成环形薄盘,该环形薄盘具有125mm的外径、40mm的内径和0.3mm的厚度,它用作基部。该基部有600GPa的杨氏模量和127kA/m(0.16T)的饱和磁化。
硬质合金基部夹在聚苯硫醚(PPS)树脂盘之间,该聚苯硫醚(PPS)树脂盘的外径为123mm,厚度为10mm,这样,只有从外周向内延伸1.0mm的、各基部表面的周边区域暴露。基部在40℃下浸入市场上可购得的碱溶液中10分钟,用于脱脂,用水洗涤,并在50℃下浸入30-80g/L的焦磷酸钠水溶液中,其中,在2-8A/dm2的电流密度下进行电解。基部在去离子水中进行超声波洗涤,并在50℃下浸入氨基磺酸Watts镀镍池中,其中,底涂层在5-20A/dm2的电流密度下进行电镀。然后,基部用水洗涤。
具有130mm的外径和10mm的厚度的PPS盘在一个侧表面上进行机械加工,以便形成具有123mm的外径、119mm的内径和1.5mm的深度的槽。75个2.5mm长乘以2mm宽乘以1.5mm厚的永磁体段(Shin-EtsuRareEarthMagnetsCo.,Ltd.的N39UH,Br=1.25T)等间距地布置在盘的槽内,且这些段的厚度方向与槽的深度方向对齐。槽充满环氧树脂,以便将磁体段牢固固定在槽中,从而完成内置有磁体的保持器。基部夹在一对这样的保持器之间,以便构成夹具,且保持器的磁体侧朝向内侧。在夹住状态中,磁体沿基部表面从基部外周向内间隔开1mm距离。磁体在基部外周附近产生磁场,分析该磁场以在从基部外周伸出10mm距离的空间内具有至少8kA/m(0.01T)的强度。
具有103μm的平均颗粒尺寸(标准颗粒尺寸140/170)且TI为500的金刚石磨料颗粒预先进行镀NiP,以便形成涂覆的金刚石磨料颗粒。在由保持器和基部确定的凹口中供给0.4g的涂覆金刚石磨料颗粒,因此,磨料颗粒磁吸引和均匀分布在整个基部外周上。具有吸于其上的磨料颗粒的夹具在50℃下浸入氨基磺酸Watts镀镍池中,其中,在5-20A/dm2的电流密度下进行电镀。取出夹具并用水洗涤。重复进行磁吸引0.4g的涂覆金刚石磨料颗粒、电镀和水洗涤的步骤。
夹具的保持器由PPS树脂盘保持器代替,该PPS树脂盘保持器具有123mm的外径和10mm的厚度。基部夹在保持器之间,以使得磨料颗粒层(刀刃部分)的侧表面暴露。夹具在50℃下浸入氨基磺酸Watts镀镍池中,其中,在5-20A/dm2的电流密度下进行导电,以便使得交叠部分沉积在整个刀刃部分上。取出夹具并用水洗涤。然后拆卸基部并干燥,从而获得外部刀刃切割轮。
该轮利用表面磨削机来进行磨削,以便调节刀刃部分的交叠部分或刀刃部分的厚度,从而使得刀刃部分在各表面上超过硬质合金基部凸出50μm的距离(T3)。外径通过线放电机械加工(线EDM)来调节。轮进行打磨,从而形成包括刀刃部分的硬质合金基部外部刀刃切割轮,该刀刃部分具有0.05mm的交叠部分设计厚度、0.43mm的T2max、0.02mm的交叠部分厚度公差、C0.1的斜切、127mm的设计外径、127.3mm的ODmax以及0.6mm的圆度。
实例2
包括90wt%的WC和10wt%的Co的硬质合金机械加工成环形薄盘,该环形薄盘具有125mm的外径、40mm的内径和0.3mm的厚度,它用作基部。
硬质合金基部夹在PPS树脂盘之间,该PPS树脂盘的外径为123mm,厚度为10mm,这样,只有从外周向内延伸1.0mm的、各基部表面的周边区域暴露。基部在40℃下浸入市场上可购得的碱溶液中10分钟,用于脱脂,用水洗涤,并在50℃下浸入30-80g/L的焦磷酸钠水溶液中,其中,在2-8A/dm2的电流密度下进行电解。基部在去离子水中进行超声波洗涤,并在50℃下浸入氨基磺酸Watts镀镍池中,其中,底涂层在5-20A/dm2的电流密度下进行电镀。然后,基部用水洗涤。
具有130mm的外径和10mm的厚度的陶瓷盘在一个侧表面上进行机械加工,以便形成具有123mm的外径、119mm的内径和1.5mm的深度的槽。75个2.5mm长乘以2mm宽乘以1.5mm厚的永磁体段(Shin-EtsuRareEarthMagnetsCo.,Ltd.的N39UH,Br=1.25T)等间距地布置在盘的槽内,且这些段的厚度方向与槽的深度方向对齐。槽充满环氧树脂,以便将磁体段牢固固定在槽中,从而完成内置有磁体的保持器。基部夹在一对这样的保持器之间,以便构成夹具,且保持器的磁体侧朝向内侧。在夹住状态中,磁体沿基部表面从基部外周向内间隔开1mm距离。磁体在基部外周附近产生磁场,分析该磁场以在从基部外周伸出10mm距离的空间内具有至少8kA/m(0.01T)的强度。
具有103μm的平均颗粒尺寸(标准颗粒尺寸140/170)且TI为1000的金刚石磨料颗粒预先进行镀NiP,以便形成涂覆的金刚石磨料颗粒。在由保持器和基部确定的凹口中供给0.4g的涂覆金刚石磨料颗粒,因此,磨料颗粒磁吸引和均匀分布在整个基部外周上。具有吸于其上的磨料颗粒的夹具在50℃下浸入氨基磺酸Watts镀镍池中,其中,在5-20A/dm2的电流密度下进行电镀。取出夹具并用水洗涤。重复进行磁吸引0.4g的涂覆金刚石磨料颗粒、电镀和水洗涤的步骤。
夹具的保持器由PPS树脂盘保持器代替,该PPS树脂盘保持器具有123mm的外径和10mm的厚度。基部夹在保持器之间,以使得磨料颗粒层的侧表面暴露。夹具在50℃下浸入氨基磺酸Watts镀镍池中,其中,在5-20A/dm2的电流密度下进行导电,以便使得交叠部分沉积在整个刀刃部分上。取出夹具并用水洗涤,然后拆卸基部并干燥,从而获得外部刀刃切割轮。
1.0mm直径的电线由Sn-3Ag-0.5Cu合金来制造(m.p.220℃)。电线的环置于外部刀刃切割轮的刀刃部分的侧表面上,将该外部刀刃切割轮置于炉中。炉加热至200℃,且在确认内部温度达到200℃之后,进一步加热至250℃,保持在250℃下大约5分钟,然后关闭。轮能够在炉中冷却。
轮利用表面磨削机来进行磨削,以便调节刀刃部分的交叠部分或刀刃部分的厚度,从而使得刀刃部分在各表面上超过硬质合金基部凸出50μm的距离(T3)。外径通过线放电机械加工(线EDM)来调节。将轮进行打磨,从而形成包括刀刃部分的硬质合金基部外部刀刃切割轮,该刀刃部分具有0.05mm的交叠部分设计厚度、0.41mm的T2max、0.018mm的交叠部分厚度公差、C0.2的斜切、127mm的设计外径、127.1mm的ODmax以及0.7mm的圆度。
实例3
包括90wt%的WC和10wt%的Co的硬质合金机械加工成环形薄盘,该环形薄盘具有125mm的外径、40mm的内径和0.3mm的厚度,它用作基部。
硬质合金基部夹在PPS树脂盘之间,该PPS树脂盘的外径为123mm,厚度为10mm,这样,只有从外周向内延伸1.0mm的、各基部表面的周边区域暴露。基部在40℃下浸入市场上可购得的碱溶液中10分钟,用于脱脂,用水洗涤,并在50℃下浸入30-80g/L的焦磷酸钠水溶液中,其中,在2-8A/dm2的电流密度下进行电解。基部在去离子水中进行超声波洗涤,并在50℃下浸入氨基磺酸Watts镀镍池中,其中,底涂层在5-20A/dm2的电流密度下进行电镀。然后,基部用水洗涤。
具有86μm的平均颗粒尺寸(标准颗粒尺寸170/200)且TI为160的cBN磨料颗粒预先进行镀NiP,以便形成涂覆的cBN磨料颗粒。在基部夹在夹具的保持器之间之后(如实例1中),0.4g的涂覆cBN磨料颗粒供给由保持器和基部确定的凹口中,因此,磨料颗粒磁吸引和均匀分布在整个基部外周上。具有吸于其上的磨料颗粒的夹具在50℃下浸入氨基磺酸Watts镀镍池中,其中,在5-20A/dm2的电流密度下进行电镀。取出夹具并用水洗涤。重复进行磁吸引0.4g的涂覆cBN磨料颗粒、电镀和水洗涤的步骤。
夹具的保持器由PPS树脂盘保持器代替,该PPS树脂盘保持器具有123mm的外径和10mm的厚度。基部夹在保持器之间,以使得磨料颗粒层的侧表面暴露。夹具在50℃下浸入氨基磺酸Watts镀镍池中,其中,在5-20A/dm2的电流密度下进行导电,以便使得交叠部分沉积在整个刀刃部分上。取出夹具并用水洗涤。然后拆卸基部并干燥,从而获得外部刀刃切割轮。
通过将双酚A缩水甘油醚和双氰胺作为主要树脂形成组分溶解在有机溶剂中而获得的液体环氧树脂合成物涂覆在外部刀刃切割轮的刀刃部分的侧表面上,并保持3分钟。轮在180℃下置于炉中,它保持在该炉中大约120分钟。炉进行关闭,因此轮能够在炉中冷却。
该轮利用表面磨削机来进行磨削,以便调节刀刃部分的交叠部分或刀刃部分的厚度,从而使得刀刃部分在各表面上超过硬质合金基部凸出50μm的距离(T3)。外径通过线放电机械加工(线EDM)来调节。将轮进行打磨,从而形成包括刀刃部分的硬质合金基部外部刀刃切割轮,该刀刃部分具有0.05mm的交叠部分设计厚度、0.405mm的T2max、0.01mm的交叠部分厚度公差、C0.1的斜切、127mm的设计外径、127.05mm的ODmax以及0.4mm的圆度。
实例4
包括95wt%的WC和5wt%的Co的硬质合金机械加工成环形薄盘,该环形薄盘具有125mm的外径、40mm的内径和0.3mm的厚度,它用作基部。该基部有580GPa的杨氏模量和40kA/m(0.05T)的饱和磁化。
硬质合金基部夹在PPS树脂盘之间,该PPS树脂盘的外径为123mm,厚度为10mm,这样,只有从外周向内延伸1.0mm的、各基部表面的周边区域暴露。基部在40℃下浸入市场上可购得的碱溶液中10分钟,用于脱脂,用水洗涤,并在50℃下浸入30-80g/L的焦磷酸钠水溶液中,其中,在2-8A/dm2的电流密度下进行电解。基部在去离子水中进行超声波洗涤,并在50℃下浸入氨基磺酸Watts镀镍池中,其中,底涂层在5-20A/dm2的电流密度下进行电镀。然后,基部用水洗涤。
具有86μm的平均颗粒尺寸(标准颗粒尺寸170/200)且TI为250的金刚石磨料颗粒预先进行镀NiP,以便形成涂覆的金刚石磨料颗粒。在基部夹在夹具的保持器之间之后(如实例1中),0.3g的涂覆金刚石磨料颗粒供给由保持器和基部确定的凹口中,因此,磨料颗粒磁吸引和均匀分布在整个基部外周上。具有吸于其上的磨料颗粒的夹具在80℃下浸入无电镍磷合金镀池中,在该池中进行无电镀。取出夹具并用水洗涤。重复进行磁吸引0.3g的涂覆金刚石磨料颗粒、无电镀和水洗涤的步骤两次。轮从夹具上拆卸并干燥。
1.0mm直径的电线由Sn-3Ag-0.5Cu合金来制造(m.p.220℃)。电线的环置于外部刀刃切割轮的刀刃部分的侧表面上,该外部刀刃切割轮置于炉中。炉加热至200℃,且在确认内部温度达到200℃之后,进一步加热至250℃,保持在250℃下大约5分钟,然后关闭。轮能够在炉中冷却。
该轮利用表面磨削机来进行磨削,以便调节刀刃部分的交叠部分或刀刃部分的厚度,从而使得刀刃部分在各表面上超过硬质合金基部凸出50μm的距离(T3)。外径通过线放电机械加工(线EDM)来调节。将轮进行打磨,从而形成包括刀刃部分的硬质合金基部外部刀刃切割轮,该刀刃部分具有0.05mm的交叠部分设计厚度、0.398mm的T2max、0.02mm的交叠部分厚度公差、C0.1的斜切、127mm的设计外径、127.1mm的ODmax以及0.5mm的圆度。
对比实例1
包括90wt%的WC和10wt%的Co的硬质合金机械加工成环形薄盘,该环形薄盘具有125mm的外径、40mm的内径和0.3mm的厚度,将它用作基部。
硬质合金基部夹在PPS树脂盘之间,该PPS树脂盘的外径为123mm,厚度为10mm,这样,只有从外周向内延伸1.0mm的、各基部表面的周边区域暴露。基部在40℃下浸入市场上可购得的碱溶液中10分钟,用于脱脂,用水洗涤,并在50℃下浸入30-80g/L的焦磷酸钠水溶液中,其中,在2-8A/dm2的电流密度下进行电解。基部在去离子水中进行超声波洗涤,并在50℃下浸入氨基磺酸Watts镀镍池中,其中,底涂层在5-20A/dm2的电流密度下进行电镀。然后,基部用水洗涤。
具有103μm的平均颗粒尺寸(标准颗粒尺寸140/170)且TI为200的金刚石磨料颗粒预先进行镀NiP,以便形成涂覆的金刚石磨料颗粒。在基部夹在夹具的保持器之间之后(如实例1中),0.4g的涂覆金刚石磨料颗粒供给由保持器和基部确定的凹口中,因此,磨料颗粒磁吸引和均匀分布在整个基部外周上。具有吸于其上的磨料颗粒的夹具在50℃下浸入氨基磺酸Watts镀镍池中,其中,在5-20A/dm2的电流密度下进行电镀。取出夹具并用水洗涤。重复进行磁吸引0.4g的涂覆金刚石磨料颗粒、电镀和水洗涤的步骤。
夹具的保持器由PPS树脂盘保持器代替,该PPS树脂盘保持器具有123mm的外径和10mm的厚度。基部夹在保持器之间,以使得磨料颗粒层的侧表面暴露。夹具在50℃下浸入氨基磺酸Watts镀镍池中,其中,在5-20A/dm2的电流密度下进行导电,以便使得交叠部分沉积在整个刀刃部分上。取出夹具并用水洗涤。然后拆卸基部并干燥,从而获得外部刀刃切割轮。
1.0mm直径的线由Sn-3Ag-0.5Cu合金来制造(m.p.220℃)。线环置于外部刀刃切割轮的刀刃部分的侧表面上,该外部刀刃切割轮置于炉中。炉加热至200℃,且在确认内部温度达到200℃之后,进一步加热至250℃,保持在250℃下大约5分钟,然后关闭。轮能够在炉中冷却。
该轮利用表面磨削机来进行磨削,以便调节刀刃部分的交叠部分或刀刃部分的厚度,从而使得刀刃部分在各表面上超过硬质合金基部凸出50μm的距离(T3)。外径通过线放电机械加工(线EDM)来调节。将轮进行打磨,从而形成包括刀刃部分的硬质合金基部外部刀刃切割轮,该刀刃部分具有0.05mm的交叠部分设计厚度、0.41mm的T2max、0.044mm的交叠部分厚度公差、127mm的设计外径、127.1mm的ODmax以及1.29mm的圆度。
对比实例2
包括90wt%的WC和10wt%的Co的硬质合金机械加工成环形薄盘,该环形薄盘具有125mm的外径、40mm的内径和0.3mm的厚度,它用作基部。
硬质合金基部夹在PPS盘之间,该PPS盘的外径为123mm,厚度为10mm,这样,只有从外周向内延伸1.0mm的、各基部表面的周边区域暴露。基部在40℃下浸入市场上可购得的碱溶液中10分钟,用于脱脂,用水洗涤,并在50℃下浸入30-80g/L的焦磷酸钠水溶液中,其中,在2-8A/dm2的电流密度下进行电解。基部在去离子水中进行超声波洗涤,并在50℃下浸入氨基磺酸Watts镀镍池中,其中,底涂层在5-20A/dm2的电流密度下进行电镀。然后,基部用水洗涤。
具有103μm的平均颗粒尺寸(标准颗粒尺寸140/170)且TI为140的cBN磨料颗粒预先进行镀NiP,以便形成涂覆的cBN磨料颗粒。在基部夹在夹具的保持器之间之后(如实例1中),0.4g的涂覆cBN磨料颗粒供给由保持器和基部确定的凹口中,因此,磨料颗粒磁吸引和均匀分布在整个基部外周上。具有吸于其上的磨料颗粒的夹具在50℃下浸入氨基磺酸Watts镀镍池中,其中,在5-20A/dm2的电流密度下进行电镀。取出夹具并用水洗涤。重复进行磁吸引0.4g的涂覆cBN磨料颗粒、电镀和水洗涤的步骤。
夹具的保持器由PPS树脂盘保持器代替,该PPS树脂盘保持器具有123mm的外径和10mm的厚度。基部夹在保持器之间,以使得磨料颗粒层的侧表面暴露。夹具在50℃下浸入氨基磺酸Watts镀镍池中,其中,在5-20A/dm2的电流密度下进行导电,以便使得镀层沉积在整个刀刃部分上。取出夹具并用水洗涤。然后拆卸基部并干燥,从而获得外部刀刃切割轮。
1.0mm直径的线由Sn-3Ag-0.5Cu合金来制造(m.p.220℃)。线环置于外部刀刃切割轮的刀刃部分的侧表面上,该外部刀刃切割轮置于炉中。炉加热至200℃,且在确认内部温度达到200℃之后,进一步加热至250℃,保持在250℃下大约5分钟,然后关闭。轮能够在炉中冷却。
该轮利用表面磨削机来进行磨削,以便调节刀刃部分的交叠部分或刀刃部分的厚度,从而使得刀刃部分在各表面上超过硬质合金基部凸出50μm的距离(T3)。外径通过线放电机械加工(线EDM)来调节。轮进行打磨,从而形成包括刀刃部分的硬质合金基部外部刀刃切割轮,该刀刃部分具有0.05mm的交叠部分设计厚度、0.42mm的T2max、0.048mm的交叠部分厚度公差、127mm的设计外径、127.2mm的ODmax以及1.32mm的圆度。
稀土烧结磁体块利用硬质合金基部外部刀刃切割轮来锯切成磁体零件。磁体零件的锯切精度在图8的曲线图中表示。
通过提供实例1至4以及对比实例1和2的外部刀刃切割轮来评价锯切精度,各实例有两个轮,总共12个轮。多轮组件这样构成,即通过将12个切割轮布置成间距1.0mm,将旋转轴插入在基部中的孔内,以及将它们固定在一起。通过在4500rpm下和以35mm/min的进给速度操作该多轮组件,40mm宽乘以120mm长乘以20mm高的Nd-Fe-B稀土烧结磁体块锯切成40mm宽乘以1.0mm长(=厚度(t))乘以20mm高的磁体零件。重复该锯切操作,直到对于相同实例的一对切割轮,切割磁体零件的数目总计达到2005。当然,选择在相同实例的一对切割轮之间切割的磁体零件来进行检查。每个尺寸测量循环包括从#1至#100的零件,从而表示总共20个循环。抽取每个循环的前5个零件(即,第一循环的#1至#5,第二循环的#101至#105,以此类推,以及最后循环的#2001至#2005)。应当知道,在测试中,当切割精度超过50μm时表示不可接受的精度,相应的轮只能再次打磨。
对于各循环中的5个零件,各零件的厚度(t)由千分尺在中心和四个拐角(总共5个点)处测量。在这5个点中的最大值和最小值之间的差是切割精度(μm)。计算5个零件的切割精度的平均值。每个尺寸测量循环的该平均值描绘在图8的曲线图中。
在对比实例1和2中,切割精度在7个尺寸测量循环之后变差(从#601切割磁体零件以下),需要重新打磨以便恢复可接受的切割精度。在实例1至4中,不需要打磨,尽管有一些变化,直到第20循环(直到#2005切割磁体零件),且在很长时间中保持令人满意的切割精度(没有下降)。
已经证明,本发明的外部刀刃切割轮能够在很长时间中高尺寸精度地机械加工工件,该工件通常为稀土烧结磁体块。

Claims (4)

1.一种外部刀刃切割轮,包括:基部,该基部成硬质合金的环形薄盘的形式,该硬质合金具有450GPa至700GPa的杨氏模量,该基部具有确定外周的80mm至200mm的外径、30mm至80mm的内径和0.1mm至1.0mm的厚度;以及刀刃部分,该刀刃部分布置在该基部的外周上,并有比该基部更大的厚度,该刀刃部分包括磨料颗粒和金属或合金结合部,该金属或合金结合部通过电镀或无电镀而沉积在基部的外周上,用于使得磨料颗粒结合在一起且结合在基部上;其中
所述磨料颗粒是具有45μm至310μm的平均颗粒尺寸和至少150的韧性指数TI的金刚石和/或cBN磨料颗粒;
所述刀刃部分包括交叠部分,各交叠部分超过所述基部的厚度向外凸出,所述刀刃部分的交叠部分的厚度具有在范围(1)中的公差[(T3max-T3min)mm]:
0.001≤T3max-T3min≤0.1×T2max(1)
其中,T3max和T3min是刀刃部分的整个周边上交叠部分厚度的最大值和最小值,T2max是刀刃部分的整个周边上的刀刃部分厚度的最大值;以及
所述刀刃部分具有在范围(2)中的圆度[(ODmax/2-ODmin/2)mm]:
0.001≤ODmax/2-ODmin/2≤0.01×ODmax(2)
其中,ODmax和ODmin是刀刃部分的外径的最大值和最小值,其中:所述刀刃部分还包括熔点直到350℃的金属或合金结合剂;以及
当金属或合金结合部通过电镀沉积在基部的外周上,以便使得磨料颗粒结合在一起且结合在基部上之后,金属或合金结合剂渗透至磨料颗粒之间以及磨料颗粒和基部之间。
2.一种外部刀刃切割轮,包括:基部,该基部成硬质合金的环形薄盘的形式,该硬质合金具有450GPa至700GPa的杨氏模量,该基部具有确定外周的80mm至200mm的外径、30mm至80mm的内径和0.1mm至1.0mm的厚度;以及刀刃部分,该刀刃部分布置在该基部的外周上,并有比该基部更大的厚度,该刀刃部分包括磨料颗粒和金属或合金结合部,该金属或合金结合部通过电镀或无电镀而沉积在基部的外周上,用于使得磨料颗粒结合在一起且结合在基部上;其中
所述磨料颗粒是具有45μm至310μm的平均颗粒尺寸和至少150的韧性指数TI的金刚石和/或cBN磨料颗粒;
所述刀刃部分包括交叠部分,各交叠部分超过所述基部的厚度向外凸出,所述刀刃部分的交叠部分的厚度具有在范围(1)中的公差[(T3max-T3min)mm]:
0.001≤T3max-T3min≤0.1×T2max(1)
其中,T3max和T3min是刀刃部分的整个周边上交叠部分厚度的最大值和最小值,T2max是刀刃部分的整个周边上的刀刃部分厚度的最大值;以及
所述刀刃部分具有在范围(2)中的圆度[(ODmax/2-ODmin/2)mm]:
0.001≤ODmax/2-ODmin/2≤0.01×ODmax(2)
其中,ODmax和ODmin是刀刃部分的外径的最大值和最小值,,其中:所述刀刃部分还包括熔点直到350℃的热塑性树脂或者固化温度直到350℃的热固性树脂;
当金属或合金结合部通过镀而沉积在基部的外周上,以便使得磨料颗粒结合在一起且结合在基部上之后,热塑性树脂渗透至磨料颗粒之间以及磨料颗粒和基部之间,或者液态热固性树脂合成物渗透至磨料颗粒之间以及磨料颗粒和基部之间并固化。
3.一种用于制造外部刀刃切割轮的方法,包括以下步骤:
提供基部,该基部成硬质合金的环形薄盘的形式,该硬质合金具有450GPa至700GPa的杨氏模量,该基部具有确定外周的80mm至200mm的外径、30mm至80mm的内径和0.1至1.0mm的厚度;
提供磨料颗粒;以及
将金属或合金电镀或无电镀至基部外周上,用于将磨料颗粒结合在一起且结合在基部上,以便将磨料颗粒牢固固定在基部外周上,从而形成厚度比基部更大的刀刃部分;
所述方法还包括以下步骤:
使用具有45μm至310μm的平均颗粒尺寸和至少150的韧性指数TI的金刚石和/或cBN磨料颗粒作为所述磨料颗粒;以及
使所述刀刃部分成形,以使得所述刀刃部分包括交叠部分,各交叠部分超过基部的厚度向外凸出,所述刀刃部分的交叠部分的厚度具有在范围(1)中的公差[(T3max-T3min)mm]:
0.001≤T3max-T3min≤0.1×T2max(1)
其中,T3max和T3min是刀刃部分的整个周边上交叠部分厚度的最大值和最小值,T2max是刀刃部分的整个周边上的刀刃部分厚度的最大值;且所述刀刃部分有在范围(2)中的圆度[(ODmax/2-ODmin/2)mm]:
0.001≤ODmax/2-ODmin/2≤0.01×ODmax(2)
其中,ODmax和ODmin是刀刃部分的外径的最大值和最小值,所述的方法还包括以下步骤:在将金属或合金镀至基部的外周上,以便将磨料颗粒结合在一起和结合在基部上之后,使得熔点直到350℃的金属或合金结合剂渗透至磨料颗粒之间的任何空隙中以及磨料颗粒和基部之间的任何空隙中,以便形成刀刃部分。
4.一种用于制造外部刀刃切割轮的方法,包括以下步骤:
提供基部,该基部成硬质合金的环形薄盘的形式,该硬质合金具有450GPa至700GPa的杨氏模量,该基部具有确定外周的80mm至200mm的外径、30mm至80mm的内径和0.1至1.0mm的厚度;
提供磨料颗粒;以及
将金属或合金电镀或无电镀至基部外周上,用于将磨料颗粒结合在一起且结合在基部上,以便将磨料颗粒牢固固定在基部外周上,从而形成厚度比基部更大的刀刃部分;
所述方法还包括以下步骤:
使用具有45μm至310μm的平均颗粒尺寸和至少150的韧性指数TI的金刚石和/或cBN磨料颗粒作为所述磨料颗粒;以及
使所述刀刃部分成形,以使得所述刀刃部分包括交叠部分,各交叠部分超过基部的厚度向外凸出,所述刀刃部分的交叠部分的厚度具有在范围(1)中的公差[(T3max-T3min)mm]:
0.001≤T3max-T3min≤0.1×T2max(1)
其中,T3max和T3min是刀刃部分的整个周边上交叠部分厚度的最大值和最小值,T2max是刀刃部分的整个周边上的刀刃部分厚度的最大值;且所述刀刃部分有在范围(2)中的圆度[(ODmax/2-ODmin/2)mm]:
0.001≤ODmax/2-ODmin/2≤0.01×ODmax(2)
其中,ODmax和ODmin是刀刃部分的外径的最大值和最小值,且其中:
所述的方法还包括以下步骤:在将金属或合金镀至基部的外周上,以便将磨料颗粒结合在一起且结合在基部上之后,使得熔点直到350℃的热塑性树脂渗透至磨料颗粒之间的任何空隙中以及磨料颗粒和基部之间的任何空隙中,以便形成刀刃部分,或者使得固化温度直到350℃的液态热固性树脂渗透至磨料颗粒之间的任何空隙中以及磨料颗粒和基部之间的任何空隙中并固化,以便形成该刀刃部分。
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