CN103170922A - 一种锯片及多重锯切稀土磁体的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种锯片及多重锯切稀土磁体的方法。多刃片组件包含安装在旋转轴上的间隔开的多个锯片，该多刃片组件用来通过旋转其多个锯片将稀土磁块锯切成多个片。所述锯片包括呈薄环状盘形式的芯部和在所述芯部的外周缘边沿上的周缘切割部分。所述切割部分由包含磨料、树脂粘合剂和润滑剂的组合物制成。

Description

一种锯片及多重锯切稀土磁体的方法
技术领域
本申请主要涉及一种将磁块体锯切成多个片的方法。更具体地，本发明涉及一种用于将稀土磁块体锯切成多个片的锯片。
背景技术
用来制造稀土磁体的商业产品的系统包括单部件系统和多部件系统，在单部件系统中，在加压成型阶段生产出与产品形状基本相同的部件；在多部件系统中，一旦成型出大的块体，就通过机加工将它分为多个部件。单部件系统包括加压成型、烧结或热处理、以及精加工步骤。成型的部件、烧结或热处理的部件以及精加工的部件(或产品)的形状和尺寸基本相同。在进行正常的烧结的情况下，得到近净形的烧结部件，并且精加工步骤的负荷相对较低。然而，当希望制造小尺寸的部件或在磁化方向上具有减小厚度的部件时，加压成型和烧结的顺序难以形成正常形状的烧结部件，导致制造成品率的降低，在最坏的情况下，不能成型这样的部件。
相比之下，多部件系统消除了上述问题，并且允许以高生产率和高通用性进行加压成型和烧结或热处理步骤。它现在成为稀土磁体制造的主流。在多部件系统中，成型的块体和烧结或热处理的块体的形状和尺寸基本相同，但随后的精加工步骤需要切割或锯切。对于成品部件的制造而言关键的是，如何按最有效和浪费最少的方式对块体进行锯切。
用来切割稀土磁块体的工具包括两种类型：金刚石砂轮内径(ID)刃片，其具有粘结到薄环状盘的内周缘的金刚石砂粒；和金刚石砂轮外径(OD)刃片，其具有粘结到作为芯部的薄盘的外周缘的金刚石砂粒。当今使用OD刃片的锯切技术成为主流，特别是从生产率方面考虑。使用ID刃片的锯切技术的生产率较低，这归因于单刃片切割模式。在OD刃片的情况下，多重切割是可能的。图1示出一种例示性的多刃片组件1，该多刃片组件1包括多个锯片11，这些锯片11与间隔体12交替地同轴安装在转动轴(未示出)上，每个刃片11包括呈薄环状盘形式的芯部11b、和在芯部11b的外周缘边沿上的切割部分或磨粒层11a。这种多刃片组件1能够多重锯切，就是说，将块体一次切割成多个部件。
对于OD磨削刃片的制造，金刚石晶粒一般由三种典型的粘结系统粘结，包括：使用树脂粘合剂的树脂粘结、使用金属粘合剂的金属粘结，以及电镀。这些磨削刃片常常用在稀土磁块体的锯切中。
当使用锯切磨削刃片来将一定尺寸的稀土磁块体机加工成多个部件时，锯片的切割部分(轴向)宽度的关系与工件(磁块体)的材料成品率重要相关。重要的是，通过使用具有最小宽度的切割部分、以高精度机加工以使机加工余量最小化并减少碎屑、以及增加可得到的部件数量，而使材料成品率和生产率得以最大化。
从材料成品率的观点出发，为了形成具有最小宽度的切割部分(或较薄切割部分)，砂轮芯部必须是薄的。在图1中所示的OD刃片11的情况下，从材料成本和机械强度的观点出发，其芯部11b通常由钢材料制成。在这些钢材料中，根据JIS标准分类为SK、SKS、SKD、SKT、及SKH的合金工具钢常常用在商业实践中。然而，在由薄OD刃片锯切硬材料诸如稀土磁体的尝试中，现有技术的合金工具钢的芯部的机械强度不足，并且在锯切操作期间变形或弯曲，失去尺寸精度。
解决该问题的一种方案是用于稀土磁体合金的切割轮，该切割轮包括硬质合金的芯部，采用粘结系统诸如树脂粘结、金属粘结或电镀将高硬度磨粒诸如金刚石和CBN粘结于该芯部，如在JP-A H10-175172中描述的那样。将硬质合金用作芯部材料减轻了在机加工期间由应力导致的翘曲变形，保证以高精度锯切稀土磁体。然而，如果在磁体的锯切期间，在切割部分与磁体之间施加高的摩擦阻力，则无望得到高精度的机加工。特别是，如果在切割部分的侧表面(对研磨操作无直接贡献)和磁体之间发生了显著的摩擦，研磨阻力将会增大。因此，即使采用硬质合金的芯部，也可引起碎屑和/或弯曲，不利地影响机加工状态。
一个解决上述问题的方法是向研磨流体或冷却剂添加润滑剂如脂肪酸。然而，由于锯片与工件或稀土磁体之间的间隙极窄，因此在锯片与磁体之间难以有效的提供冷却剂。
引用文件清单：
专利文献1：JP-A H10-175172
发明内容
本发明的目的是提供一种树脂粘结的砂轮形式的锯片，该锯片被用来将稀土磁块体多重锯切成多个片，即使在该锯片比常规的刃片更薄的情况下，它也降低锯片和磁块体之间的锯切阻力并确保以高精度和高速度锯切。本发明的另外一个目的是提供一种将稀土磁块体锯切成多个片的方法。
本发明涉及一种多刃片组件，该多刃片组件包括多个锯片，这些锯片在沿轴向间隔开的位置同轴地安装在转动轴上。通过旋转所述多个锯片，使用多刃片组件将稀土磁块体锯切成多个片。每个所述锯片具有呈薄盘或薄环状盘形式的芯部和在芯部的外周缘边沿上的周缘切割部分。本发明人开发了一种树脂粘结的砂轮形式的锯片，其具有由组合物制成的切割部分，该组合物包括用于在锯切过程中减小切割部分和磁块体之间摩擦的成分或润滑剂。与现有技术相比，即使采用更薄的刃片，当磁块体被锯片所锯切时，锯切操作经历减小的切割阻力，并且获得了同等的成品率和精度。
本发明总的涉及一种多刃片组件，该多刃片组件包括多个锯片，这些锯片在沿轴向间隔开的位置同轴地安装在转动轴上，通过旋转多个锯片将其用于将稀土磁块体锯切成多个片。一方面，本发明提供一种锯片，所述锯片包括呈薄盘或薄环状盘形式的芯部和在芯部的外周缘边沿上的周缘切割部分，所述切割部分由组合物制成，该组合物包括磨料、树脂粘合剂以及用于减小在锯切操作中切割部分和磁块体之间摩擦的润滑剂。
在一个优选实施方案中，润滑剂选自氮化硼、碳、二硫化钼、二硫化钨、氟化石墨和聚四氟乙烯以及它们的混合物。还优选地，所述润滑剂为粒料形式，具有1-200μm的颗粒尺寸。
典型地，该切割部分由组合物制成，该组合物包含作为磨料的10-40重量％的金刚石和/或CBN；20-60重量％的基体，该基体选自具有1-100μm颗粒尺寸的SiC，具有1-100μm颗粒尺寸的SiO2，具有1-100μm颗粒尺寸的Al2O3，具有0.1-50μm颗粒尺寸的WC，具有1-200μm颗粒尺寸的Fe、Ni和Cu及其混合物；作为粘合剂的10-50重量％的热固性树脂；1-50重量％的润滑剂。
另一方面，本发明提供一种将稀土磁块体锯切成多个片的方法，该方法包括提供多刃片组件，以及旋转该多个锯片的步骤，所述多刃片组件包含在沿轴向间隔开的位置同轴地安装在转动轴上的多个如前述定义的锯片。
在又一方面，本发明提供一种锯片，该锯片用于多刃片组件中，该组件包括在沿轴向间隔开的位置同轴地安装在转动轴上的多个锯片，所述多刃片组件通过旋转多个锯片来将稀土磁块体锯切成多个片，
所述锯片包括呈薄盘或薄环状盘形式的芯部和在所述芯部的外周缘边沿上的周缘切割部分，所述切割部分由组合物制成，所述组合物包含磨料、树脂粘合剂和用来降低在锯切操作过程中所述切割部分和所述磁块之间摩擦的润滑剂。
本发明的有益效果
将该树脂粘结的砂轮形式的锯片用于将稀土磁块体多重切割成多个片。与现有技术相比，所述锯片降低了切割阻力，改善了锯切精度，并且即使在锯片比常规锯片更薄时仍确保以高精度和高速度锯切。该锯片在工业中具有重大价值。
附图说明
图1为本发明的一个实施方案中的多刃片组件；图1a是透视图；图1b是横截面图。
图2为锯片周边部分的放大的横截面图。
具体实施方式
术语“轴向”指的是旋转轴的轴向；“径向”指的是组件中的圆形刃片的径向。在该意义上讲，切割部分的宽度对应于轴向尺寸。
多刃片组件通过在沿轴向间隔开的位置同轴地将多个锯片安装在转动轴上而构成(如图1所示)。该多刃片组件通过转动多个锯片而工作，由此同时将稀土磁块体锯切成多个片。在图2中显示了依照本发明的呈树脂粘结的砂轮形式的锯片23，其包括呈薄盘或薄环状盘形式的芯部21和在芯部21的外周缘边沿上的周缘切割部分22。切割部分22由组合物制成，该组合物包括磨料24、树脂粘合剂以及用于在锯切过程中减小切割部分和工件(或磁块体)之间摩擦的润滑剂。
此处使用的润滑剂的例子包括氮化硼、碳(包括石墨和无定形碳)、二硫化钼、二硫化钨、氟化石墨和聚四氟乙烯(PTFE)，它们可单独使用或以两者或更多种的混合物使用。尽管常规的锯切操作难以通过提供用于润滑的冷却剂的供应来降低切割部件侧表面与工件之间的摩擦，但是在切割部分中包含润滑剂有效地降低切割部件侧表面与工件之间的摩擦，从而防止在锯切操作过程中切割边缘轴向跑偏。这允许切割部分仅仅在径向上传递磨削力并且确保高精度的锯切操作，即使对于使用具有低抗弯强度的薄芯部的锯片。
如果使用较少量的润滑剂，那么减少所述侧表面上的摩擦的效果降低。使用的较大量润滑剂存在这样的问题，由于所述润滑剂缺乏结构基体的强度，因此不仅降低了所述锯片的切割部分的强度，也降低了磨削表面的摩擦力，导致降低的研磨速度。优选以制成切割部分的组合物的1-50重量％的量使用润滑剂。就每一种物质的优选量而言(基于组合物的重量百分比)，氮化硼为1-40重量％，碳(包括石墨和无定形碳)为1-40重量％，二硫化钼为1-40重量％，二硫化钨为5-50重量％，氟化石墨为5-40重量％，以及PTFE为5-40重量％。更优选地，氮化硼为5-30重量％，碳(包括石墨和无定形碳)为5-30重量％，二硫化钼为5-30重量％，二硫化钨为10-40重量％，氟化石墨为10-30重量％，以及PTFE为10-30重量％。当使用两种或更多种润滑剂的混合物时，总量应优选为1-50重量％，更优选为5-40重量％。
典型地，通常可以粒料的形式获得润滑剂。由于所述切割部分的宽度为0.2mm-2mm，因此超过0.2mm(200μm)的颗粒尺寸是不合适的。太细的颗粒具有增加的体积，有损于切割部分的强度。润滑剂优选具有1-200μm的颗粒尺寸，更优选10-150μm。
除了润滑剂外，制成切割部分的组合物包含磨粒、树脂粘合剂和结构基体。基体的优选实例包括具有1-100μm颗粒尺寸的SiC，具有1-100μm颗粒尺寸的SiO2，具有1-100μm颗粒尺寸的Al2O3，具有0.1-50μm颗粒尺寸的WC，具有1-200μm颗粒尺寸的Fe、Ni和Cu，它们可以单独使用或以两种或更多种的混合物而使用。基体的作用是增强切割部分的强度，防止在锯切操作过程中切割部分在垂直于锯片的进给方向的方向上发生变形，防止在锯切过程中切割边缘轴向跑偏，允许锯片仅在径向上传递其磨削力，并且确保高精度的锯切过程，即使对于使用具有低抗弯强度的薄芯部的锯片。可以粒料的形式获得所述基体。太细的颗粒具有增加的体积，不能对切割部分提供强度。如果颗粒尺寸过大，在切割部分的每一宽度上只存在一个颗粒，也导致降低的强度。因此，基体优选具有在上述范围内的颗粒尺寸。更优选地，SiC的颗粒尺寸为2-50μm，SiO2为2-50μm，Al2O3为2-50μm，WC为1-30μm，Fe、Ni和Cu为10-150μm。
优选以组合物的20-60重量％，更优选25-50重量％的量使用所述基体。超出该范围，更小量的基体可能是不太有效的，而更大量的基体可能损害切割部分的强度。
所述磨粒可以为任何众所周知的磨粒，优选金刚石和CBN。所述磨粒优选具有10-200μm，更优选50-200μm的颗粒尺寸。超过200μm的颗粒尺寸可超出切割部分的宽度，而较小的颗粒尺寸可干扰研磨效率、锯切速度和生产率。优选以组合物的20-60重量％，更优选为20-40％的量使用所述磨粒。超出这个范围，更小量的磨粒可能导致较低的研磨速率，而更多量的磨粒可能损害切割部分的强度。
粘合剂具有将金刚石或CBN、润滑剂和基体高强度地粘合在一起使得可形成虽薄但具有高刚度的切割部分的作用。优选热固性树脂作为粘合剂。特别地，优选酚醛树脂，甲醛树脂和脲醛树脂。最优选通过苯酚和甲醛的缩合得到的苯酚甲醛树脂，因为它们具有优异的热阻性和防水性，并且能紧密地粘合磨料和基体。由三聚氰胺和甲醛制得的三聚氰胺-甲醛树脂也是有利的。优选以组合物的10-50重量％的量使用粘合剂。超出这个范围，更小量的粘合剂可能在粘合其他成分方面是弱的，而更大量的粘合剂意味着更少量的其他成分，导致强度、研磨速度降低以及润滑的不足。
支撑切割部分的芯部优选由硬质合金制成。可以采用在专利文献1中描述的任何硬质合金。
此处打算锯切的工件指的是稀土磁块体。作为工件的稀土磁体不特别限定。合适的稀土磁体包括烧结的R-Fe-B体系的稀土磁块体，其中R是包含钇的稀土元素的至少一种。
合适的R-Fe-B体系烧结磁体是这样的磁体：出于改善磁体性质和耐腐蚀性的目的，其以重量百分比计包含5-40％的R、50-90％的Fe、0.2-8％的B以及任选的一种或多种选自C、Al、Si、Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Zr、Nb、Mo、Ag、Sn、Hf、Ta以及W的添加元素。添加的添加元素的量是常规的，例如，至多30重量％的Co和至多8重量％的其他元素。所述添加元素若是以过量添加，则会不利地影响磁性质。
例如，可通过如下方式制备合适的R-Fe-B体系烧结稀土磁体：称量源金属材料、熔化、铸造成合金锭，将合金精细分为平均颗粒尺寸为1-20μm的颗粒，即烧结的R-Fe-B磁体粉末，然后在磁场中将所述粉末压实，在1000-1200℃下烧结0.5-5小时，然后在400-1000℃下进行热处理。
当通过锯片的多刃片组件将稀土磁块体锯切成多个片时，可以采用任何已知的工序。
实施例
为了进一步说明本发明，下面给出实施例和比较例，尽管本发明不限于此。
实施例1
通过如下方式制备OD刃片：提供硬质合金(由WC90wt％/Co10wt％构成)的环状盘芯部，该环状盘芯部具有120mm的外径、40mm的内径以及0.3mm的厚度；并且将组合物热压在芯部的外周缘边沿以形成树脂粘结的磨轮部分或切割部分。所述组合物包括10wt％的颗粒尺寸为5-30μm的石墨作为润滑剂，40wt％的#800SiC(GC粉末)作为基体，25wt％的苯酚甲醛树脂作为粘合剂，25wt％的具有150μm的平均颗粒尺寸的合成金刚石晶粒。随后的精加工完成了OD刃片(或锯切磨削刃片)。切割部分从芯部的每侧轴向延伸0.05mm，即，切割部分的宽度为0.4mm(在所述芯部的厚度方向上)。切割部分的径向延伸或长度为2.5mm，即，所述刃片具有125mm的外径。
使用OD刃片，对工件即烧结的Nd-Fe-B磁块体进行锯切试验。通过将41个OD刃片以2.1mm的轴向间隔同轴地安装在轴上，在其间插入间隔体，构成如图1所示的多刃片组件。间隔体各自具有85mm的外径、40mm的内径以及2.1mm的厚。对多刃片组件进行设计，使得将磁块体切割成具有2.0mm厚度的磁条。
使用由交替地安装在轴上的41个OD刃片和40个间隔体构成的多刃片组件对烧结的Nd-Fe-B磁块体进行锯切。烧结的Nd-Fe-B磁块体具有101mm的长度、30mm的宽度以及17mm的高度，通过竖向双盘抛光工具将该磁块体在全部六个表面上以±0.05mm的精度进行了抛光。通过多刃片组件，将磁块体在纵向上分成2.0mm厚的多个磁条。具体地说，将一个磁块体切割成40个磁条。
从进料喷嘴以30升/分钟供给研磨液或冷却剂，以7,000rpm(46米/秒的圆周速度)旋转OD刃片，并且以20mm/min的速率进给多刃片组件，同时进行锯切操作。
在使用如上述构成的OD刃片切割磁条之后，由测微计测量这些这些机加工表面之间在中心处的厚度。如果测得的厚度在2.0±0.05mm的切割尺寸公差内，则将磁条评定为“合格”。如果测得的厚度在该公差外，则通过调整间隔体的厚度来修整该多刃片组件，使得测得的厚度可落在公差内。如果间隔体调整对相同OD刃片重复多于两次，则判断这些OD刃片已经失去稳定性，并且由新的OD刃片替换。在这些条件下，切割了1,000个磁块体。在表1中给出锯切状态的评价结果。
比较例1
通过与在实施例1中相同的工序锯切烧结的稀土磁块体，不同之处在于改变了切割部分组合物。这样，锯切了1,000个磁块体，评价了其锯切状态。评价结果也在表1中给出。
在比较例1中的所述切割部分的组合物包括45wt％的#800SiC(GC粉末)作为基体，30wt％的苯酚甲醛树脂作为粘合剂，25wt％的具有150μm的平均颗粒尺寸的合成金刚石晶粒。
表1
Figure BSA00000860462300081
A：间隔体调整次数
B：OD刃片更换次数
如从表1看到的那样，本发明的多重切割方法在长时期内对于产品维持一致的尺寸精度(尽管具有减小的刃片厚度)，并且在减少间隔体调整次数和OD刃片更换次数的方面是成功的。因而，获得了生产率的提高。
实施例2-10以及比较例2
通过如下方式制成OD刃片：提供硬质合金(由WC90wt％/Co10wt％构成)的环状盘芯部，该环状盘芯部具有95mm的外径、40mm的内径以及0.3mm的厚度，并且通过将表2所示的组合物热压在芯部的外周缘边沿上，以形成切割部分。切割部分从芯部的每侧轴向延伸0.025mm，即，切割部分具有0.35mm的宽度(在芯部的厚度方向上)。切割部分的径向延伸或长度为2.5mm，即，所述刃片具有100mm的外径。
使用OD刃片，对工件即烧结的Nd-Fe-B磁块体进行锯切试验。通过将38个OD刃片以1.05mm的轴向间隔同轴地安装在轴上，在其间插入间隔体，而构成如图1所示的多刃片组件。每个间隔体具有70mm外径、40mm内径以及1.05mm厚度。对多刃片组件进行设计，使得将磁块体切割成具有1.0mm厚度的磁条。
相对于烧结的Nd-Fe-B磁块体设置由交替地安装在轴上的38个OD刃片和37个间隔体构成的多刃片组件，使得刃片组的最低端低于磁块体的下表面2mm。烧结的Nd-Fe-B磁块体具有50mm的长度、30mm的宽度以及12mm的高度，通过竖向双盘抛光工具将该磁块体在全部六个表面上以±0.05mm的精度进行了抛光。通过多刃片组件，将磁块体在纵向上分成1.0mm厚的多个磁条。具体地，将一个磁块体切割成37个磁条。
从进料喷嘴以30升/分钟供给研磨液或冷却剂，以7,000rpm(37米/秒的圆周速度)旋转OD刃片，并且以20mm/min的速率进给多刃片组件的同时进行锯切操作。
使用实施例2-10以及比较例2的各自OD刃片锯切1000个磁块体。用测微计测量这些磁条在机加工表面之间在中心处的厚度。假设切割尺寸公差为1.0±0.075mm，计算所测量厚度的加工能力指数(Cpk)。在表2中显示了结果。
表2
从表2可以看出，包含润滑剂的锯片确保了高精度的锯切加工，即使当它们薄至0.35mm。切割磁条的数量也增加了。

Claims (5)

1.与一种多刃片组件相关，该组件包括在沿轴向间隔开的位置同轴地安装在转动轴上的多个锯片，所述多刃片组件通过旋转多个锯片来将稀土磁块体锯切成多介片，
所述锯片包括呈薄盘或薄环状盘形式的芯部和在所述芯部的外周缘边沿上的周缘切割部分，所述切割部分由组合物制成，所述组合物包含磨料、树脂粘合剂和用来降低在锯切操作过程中所述切割部分和所述磁块之间的摩擦的润滑剂。
2.根据权利要求1所述的锯片，其中所述润滑剂选自氮化硼、碳、二硫化钼、二硫化钨、氟化石墨和聚四氟乙烯及它们的混合物。
3.根据权利要求1所述的锯片，其中所述润滑剂为粒料形式，具有1-200μm的颗粒尺寸。
4.根据权利要求1所述的锯片，其中所述切割部分由组合物构成，该组合物包括：
10-40重量％的金刚石和/或CBN作为所述磨料，
20-60重量％的基体，该基体选自具有1-100μm颗粒尺寸的SiC，具有1-100μm颗粒尺寸的SiO2，具有1-100μm颗粒尺寸的Al2O3，具有0.1-50μm颗粒尺寸的WC，具有1-200μm颗粒尺寸的Fe、Ni和Cu，以及它们的混合物，
10-50重量％的热固性树脂作为粘合剂，和
1-50重量％的润滑剂。
5.一种将稀土磁块体锯切成多个片的方法，包括以下步骤：提供包含在沿轴向间隔开的位置处同轴地安装在转动轴上的多个锯片的多刃片组件，每个锯片如权利要求1所述；以及旋转所述多个锯片。
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