CN1042110C - 棱边式珩磨装置 - Google Patents
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Abstract
为解决普通珩磨件与被珩磨内孔表面实际接触面较大，限制珩磨压力的问题，本发明提供一种珩磨压力高，因而提高了珩磨速度和效率的安装在珩磨组件上的珩磨件，它包括具有相对的侧面，端面和棱边面的一个长形体；固定在一侧面上的一层磨料和粘合剂延伸于端面之间并延伸至相邻的一个棱边面，形成一条沿着棱边面的磨料面的接合工件的棱边；以及将珩磨件安装在珩磨组件上的装置，从而使磨料层的棱边和长形体所述邻近棱边面接合被珩磨的工件。
Description
本发明涉及棱边式珩磨装置，这种珩磨装置包括具有相对的侧面、端面和棱边面的一个长形体、固定在一侧面上的一层磨料和粘合剂和将珩磨件安装在珩磨组件上的装置。
目前已研制和广泛应用着具有多种类型珩磨心轴，组件和珩磨件的珩磨装置，典型的已公知的珩磨装置公开于美国专利第2,799,127号，第3,216,155号，第3,225,496号和第4,651,475号中。在上述珩磨装置中珩磨件转动，其磨料表面面对工件材料的表面并与其直接接触。当珩磨件在工件材料的内孔中转动时，珩磨件的表面接触并磨削工件材料的表面，在其转动和压触工件材料表面时将工件材料磨掉。
这些公知的珩磨装置的缺点在于珩磨件与被珩磨内孔表面实际接触面较大，限制了每单位面积上作用的压力。另外，珩磨过程中磨料面转动时产生摩擦热，并随着珩磨压力和/或转速的增加而显著增加。而且当采用普通粘接的磨料时，磨料表面并非总是均匀磨削，要保证珩磨精度往往困难而费时。另外，磨削中产生的废料累积在磨料面，降低了珩磨件的效率。普通的珩磨件不仅较厚，需要更多的磨料，而且产生的磨擦和热量往往使工件表面堵塞，进一步降低了效率。
与本发明更相关的现有珩磨装置之一公开于美国专利第4,651,475号中，其中所公开的珩磨工具具有较厚(0.125")的磨料带，固定于更厚的木质底件上。这种磨料带定位时使其较窄的边棱与被加工材料接触。这种珩磨工具仍会产生大的磨擦和热量，采用较高的珩磨压力和转速时更是如此。
本发明的主要目的是提出一种珩磨装置的结构和操作，该珩磨装置使工件的一个或多个表面接合珩磨件，珩磨件是通过在其上附着一层磨料如超级磨料而形成的，所述珩磨件在工作时只有磨料层的一条棱边接触被珩磨工件。
本发明的另一个目的是提供一种珩磨机的结构，该珩磨机包括一珩磨装置，该珩磨装置只有一层或多层超级磨料的一条棱边来与被珩磨的表面相接触。
本发明的另一个目的是使采用超级珩磨材料的珩磨装置的精确打磨变得较为容易。
本发明的另一个目的是提供一种新颖的珩磨件，这种珩磨件可在多种现有珩磨机上使用而无需对珩磨机作大的改动。
本发明的另一个目的是使现有的珩磨机以更高的珩磨压力进行珩磨。
本发明的另一个目的是提供一种改进的珩磨装置，该珩磨装置制造成本较低，而使用寿命高。
本发明的另一个目的是扩大采用超级磨料的珩磨机的耐磨和调整范围。
本发明涉及一种珩磨装置，特别是一种珩磨件，这种珩磨件具有相对的侧端面和最外部的棱边面，该棱边面延伸至临近侧端面处，所述珩磨件具有一层硬质材料如超级磨料和粘和剂层，该硬质材料层沿一侧面的长度固定，延伸至一个棱边面并顺其延伸。重要的一点在于，与公知的珩磨技术不同，本发明的珩磨件由一种底件构成，底件带有一层薄的超级磨料和粘合剂，固定在一个，有时是多个侧面上。使用时，上述珩磨件安装在一珩磨组件上，使得沿着棱边面一侧的超级磨料层的一棱边而不是一表面接触被珩磨的工件表面。因而本发明珩磨装置的用户能够通过改善磨料的磨损率而提高珩磨的经济效果，同时，可以使用较高的珩磨压力和转速，而且产生的废料较少，减小了由于废料积累在磨料表面和工件上而产生的堵塞。另外，因为只有磨料层的一条棱边接触工件，所以当需要时，比较容易重新修整打磨珩磨件。珩磨工具的上述特征是对珩磨技术的重要改进。
本发明涉及一种棱边式珩磨装置的结构和操作，该装置具有基底部分，在基底件上设置一层或多层超级磨料，使一条棱边或多条棱边而不是磨削层的整个表面接触待珩磨表面。超级磨料及粘合剂层附着在基底材料上，如果是多层结构的话则附着在以前附着于基底材料的层面上，以便增加与待珩磨表面接触的珩磨棱边的厚度。与公知的珩磨装置不同，本发明的珩磨装置能使用户取得改进的珩磨特性和良好的珩磨工具寿命，同时又有良好的耐磨特性，而且其结构较易重新打磨以恢复其珩磨精度。重要的是，在本发明中，附着在装置的一个或多个侧面上的超级磨料，只是其一条棱边或多条棱边与被珩磨件的表面接触。由于本发明提出了一种完全不同的，精度更高的和更高效的珩磨方法，因而对珩磨业具有重要意义。
因为在珩磨件的磨料部分和被加工材料表面之间具有最小的表面接触，因此本发明的优点在于，能提高所使用的珩磨压力，从而提高珩磨速度和效率，而且也减少了废料在磨料表面和工件上的积聚。磨料层狭窄的表面接触也减少了调整，整形或打磨珩磨件所需要的时间。
对照以下附图，阅读下面的详细说明，本专业技术人员将清楚了解本发明的上述和其它的目的和优点。
图1是本发明珩磨件的放大立体图；
图2是本发明珩磨件另一实施例的放大立体图；
图3是本发明珩磨件另一实施例的局部剖开的放大立体图；
图4是具有本发明珩磨件的心轴的断开的端视图，心轴正处于被珩磨的孔中；
图5是具有本发明珩磨件的珩磨心轴组件的立体分解图；
图6是图5所示珩磨心轴组件及工作装配零件的断开的立体图；
图7是具有本发明珩磨件的珩磨组件的另一实施例的立体图；
图8是图7所示的珩磨组件之一部分的侧视图；
图9是图7所示的珩磨组件另一实施例的断开的立体图；
图10是沿图9中10-10线的横剖图；
图11-17是表示本发明珩磨装置其它各实施例的横剖图；
图18所示断开的放大侧视图表示一珩磨件，在其上具有多层磨料。
现参阅附图，图1中件号10表示按照本发明的棱边珩磨件。珩磨件10包括一个金属的或陶瓷的基底件或支承件12，支承件具有侧面14和16，端面18和20以及棱边面22和24。附着于侧面之一(如侧面14)的磨料层26包括磨料如超级磨料的颗粒及粘合剂。超级磨料和粘合剂附着于支承件12的侧面14并在其长度上延伸，直至棱边面22的临近棱边19。能以这种方式附着于支承件的典型磨料是混合有粘合剂的超级磨料，超级磨料由金刚石颗粒或立方形氮化硼颗粒等材料构成。也可以将磨料附着在支承件12的两个相对的表面14和16上，不过通常只要将磨料附着于一个表面，一般是附着于当装在珩磨心轴或类似装置上时在珩磨件10转动方向上所面对的表面上。
作为一个制造步骤或者作为珩磨中磨损的结果，将使珩磨件的与被珩磨的工件表面接合的表面符合于工件表面的直径。这就是说，珩磨件30的棱边表面36(图2)将从图1所示状态变化至倒圆的状态。如图1所示的支承件12的材料将迅速地磨掉，使与工件表面相接触的磨料层26的棱边作珩磨工作。在珩磨一定时间后，也许需要重新打磨磨料层26的棱边以便使磨料棱边保持形状精确。因为磨料层26薄而且支承件材料较易重新修整，所以棱边的修整一般较容易进行。
如图3以放大比例所示，许多相临的支承件52,54和56构成结构50，每一支承件具有附着其上的磨料层58,60和62。如图1所示，在该结构中，磨料层58,60和62延伸至有关支承件52,54和56的棱边面64,66和68。因此，当将结构50装在珩磨组件上以便随其转动时，每一棱边面58,60和62的棱边58A,60A和62A能与被珩磨的工件表面相接合。在结构50中，棱边面64,66和68也会倒圆形成与被珩磨的表面轮廓相符合的表面69，如虚线所示，并使磨料棱边58A,60A和62A分担珩磨工作。这一点，与本发明装置的其它实施例一样，与普通的珩磨组件不同，普通的珩磨组件是由玻态粘合石英砂等磨料制成的，其整个面宽接触被珩磨表面。一般而言，玻璃化的珩磨件呈块状，附着在金属支承件或类似装置上，上述块的暴露表面之一整个与工件表面接合进行珩磨。还设置有珩磨心轴，该心轴具有一超级磨料层，完全地或基本完全地在与工件相接合的表面上延伸，如在图1,2,3所示结构的表面22,36,64,66和68上延伸。对于本发明的结构而言，工件表面被支承件表面22,36,64,66和68接合，但珩磨却是由一个或多个超级磨料层的一条棱边进行的。这一点是本发明结构和普通结构的重要区别，这意味着本发明的使用超级磨料的珩磨件能够承受较高的珩磨压力，因而能够比采用普通较厚的粘合珩磨件进行珩磨时在更快的速率下进行珩磨。另外，重要的一点是，由于只是磨料层的狭窄棱边接合工件表面，故本发明的珩磨件可较容易地修整，恢复其很高的珩磨精度，而普通的珩磨件必须修整其整个表面而不仅是棱边，因而不可能做到上述那一点。人们一直迫切希望的结构是在珩磨件需废弃前可以进行相当大的径向修整。换言之，由于在本发明珩磨件的一个或多个侧面上附着较薄的磨料层，故本发明珩磨件在宽的径向范围内可以使用，来补偿径向调整运动。
图4表示珩磨装置或心轴的另一实施例70，珩磨组件82具有珩磨件83的磨料层71,72，和73的棱边，珩磨件83在珩磨中接触工件74的加工表面75。在图4所示结构中，示出径向可移动的珩磨组件82的一部分，包括与小齿轮87接合并由其带动的齿条88，小齿轮87在中央位于心轴70的轴线上。每个珩磨组件82具有其珩磨件83，由许多相邻支承件77,79和81构成，每个支承件77,79和81的一个表面如图所示具有一个附着其上的超级磨料层71,72和73。珩磨组件82的接合工件的部分的结构可以相似于图3所示的珩磨件50。
珩磨组件82的外面接合工件74的加工面即孔75。支承件77,79和81具有接合孔75的棱边表面76,78和80，在制造或使用过程中上述棱边表面被倒圆以符合工件表面75的形状。另外，各个支承件77,79和81可具有不同的高度以形成交错的结构，使棱边表面76,78和80符合工件表面的形状。珩磨件固定在珩磨组件上的方式可采用同类装置的方式，通常人们希望在组件中在支承件77,79和81的朝前的表面上而不是在其它部位上具有磨料层71,72和73。
图5和6表示本发明的另一种形式的珩磨组件90。组件90可以装配和应用于许多人们熟知的心轴结构上，如美国专利第2,799,127号，第3,225,496号和第4,651,475号所示的那些心轴结构。在这种结构中，组件90包括一支承件92，通常由金属制成，具有锥形表面93和94，能与一楔形件98的相应锥形表面96和97滑动接合。珩磨组件90和楔形件98装在心轴100一侧的一条槽102中，当楔形件98在槽102中在轴向沿一个方向移动时，使珩磨组件90径向向外移动，在压力下进入与被珩磨工件表面接合状态。如图5所示，珩磨组件90的一个侧面104覆盖有一层超级磨料和粘合剂，其方式与图1所示方式相类似。珩磨组件装在图6所示珩磨装置心轴100的槽102中。
图7和8表示另一种珩磨组件结构110，它们适于安装在如美国专利第4,505,076号所示的那种珩磨工具上。重要的一点是，珩磨组件110包括一珩磨件114，珩磨件114具有附着在支承件119的一个表面或两个相对表面112和118上一薄的超级磨料层116。在珩磨组件110的工件接合部分的正常转动过程中，只有磨料层116的一个棱边表面117和相邻棱边111接合被珩磨的工件表面。珩磨组件110可装有单一的珩磨件如图7所示的珩磨件114，或者也可具有许多这样的单一珩磨件，分别装在珩磨组件上，每个珩磨件具有一个或多个如图1和3所示的珩磨件。或者，珩磨件也可装靠在珩磨组件上的一个定位脊上。在各种情况中，珩磨都是由磨料层的棱边进行的，接合工件的支承件材料将磨耗以便符合工件表面轮廓。
图9和10表示在珩磨组件120上安装珩磨件(如珩磨件126)的另一种方式。为了能够在这种珩磨组件上使用薄的棱边式珩磨件，最初可将珩磨件126固定在底板即接合器128上，以便其后装在组件120的支承件130上制成的槽129中。接合器128是由金属材料如钢，镍磷镀金属(nickel phosphorous coated metals)或锌制成的，其尺寸适于装配在槽129中，在支承件130的长度上延伸。将珩磨件固定在这种结构的接合器上的固定装置包括熔化温度范围在大约300°F以上最好在450-550°F之间的焊料，或者也可以用粘接剂如环氧树脂粘接。
图11和12表示本发明珩磨件的另外两个实施例150和160，也是适用于普通珩磨组件的，其中，磨料和粘合剂层156和166施加在支承件154和156上，支承件则与接合器152和162是整体的。这两个实施例与前述珩磨件如图9中所示的那种珩磨件的不同之处在于，前述珩磨件中，具有超级磨料层的支承件126最初是整体地固定在接合器125上，以便其后固定于珩磨组件120，在实施例150和160中，支承件152和162的棱边、端、侧面经机加工形成附着磨料的狭窄的部分154和156。然后再以下面详述的方式将超级磨料和粘合剂层附着在部分154和156上。这样形成的单体式制造起来较为简单廉价。在图11中，支承部分154处于接合基底部分152纵长之一侧的中部，而图12中的超级磨料支承件164的位置则使超级磨料层与接合器162的一个侧面齐平或接近齐平。
图13所示实施例170，在其结构中，超级磨料构件172是一薄的烧结的金属片状件174，然后再固定于支承件178，然后，上述组合件安装在接合器即基底件176的一条槽177中，用粘合剂如环氧树脂等或用焊料固定在位。或者，片状件174也可以固定在如图11或12所示的整体式支承件上。
上述所有磨料层或片状件都是较薄的，其厚度薄于大约100密耳。当使用覆有磨料的片状件或类似物时，将一段段标准片固定在需要尺寸和形状的支承件上，这样有利于珩磨件的大批量生产。
本发明中的支承件所用的典型材料可以是，但又不局发于钢，铁与碳、锰、磷、硫、硅、铬、镍、钼、铜、铌、钛或钨的合金。取决于被珩磨工件的性质和硬度，也可以使用铸铁及铸铁合金，包括钨钛硬质合金的粉末冶金材料，非铁元素或合金如铝、镍、铜、锡、锌、钴、银、金、钛、铂，以及陶瓷材料。上述材料的成本，可加工性和硬度等性质提供了很大的灵活性，使本发明适用于各种珩磨应用。普通粘合磨料件的磨削效率一般是所用磨料及粘合剂和被珩磨工件的性质及硬度的函数。在本发明中，支承件的硬度，以及磨料和粘合剂的特性是影响珩磨特性及珩磨件棱边磨损范围的重要因素。支承结构使用较软的金属会较快磨损，但却更好地适用于珩磨某些材料如较软的工件，而使用较硬的金属作支承材料则会擦伤较软的工件。所选择的磨料类型及粒度同样是重要的。因此在本发明的棱边式珩磨装置的结构中综合考虑所选用的磨料和支承材料的性质就可以提供令人满意的广泛应用范围。控制磨损率也可改变磨料有效性，磨削率和珩磨件寿命。
在图14所示实施例180中，所使用的超级磨料层182夹在两个支承层184和186中。两支承层184和186可在有限程度内延伸以便有助于限制超级磨料层的磨损，也可对超级磨料层提供有限的支承作用，因而减少磨料因崩裂造成的过早损耗。
图15和16表示本发明的其它实施例190和200，其中，珩磨件或珩磨层192和193及202和203是将超级磨料涂层施加于有关的支承件194,195,204和205上形成的，支承件则以前述方式之一固定在接合器196和206上。如图所示，这些支承件安装在接合器196和206上的槽198中或抵靠在脊208上。各支承件的前或后棱边上的磨料层的位置将取决于支承件的用途。上述各实施例都有效地利用了本发明的新颖技术，一般都无需对使用它的现有珩磨机作任何微小的改动。
图17表示本发明的另一实施例210，其中，许多支承部分212和214是与接合基底216整体制成的，每个支承部分具有附着其上的磨料层213和215。
将磨料颗粒固定于支承件的方法是电解或所谓的无电解电镀(electroless plating)，也可合用焊接、硬焊及粘合剂。在支承件或片上镀磨料层的推荐方法包括以下三个步骤：(1)预镀步骤，(2)钉实步骤(3)镀后步骤。对于三步骤的某些或全部可使用电解镀，使用直流电源供应使金属还原的电子。也可使用无电镀敷，用还原化学品如次磷酸钠，二甲胺甲硼烷(dimethylamineborane)或甲醛提供金属还原的电子。
预镀步骤包括在支承件或基底220上镀一金属粘合剂薄层224，如图18所示。该步骤具有促进附着的作用，提供磨料颗粒222的承载面并改变基底220的电化学特性。
在钉实步骤中，磨料222的颗粒借助外部约束装置，或借助重力，或借助电泳抵靠在被镀表面，然后将一薄层适当的金属粘合剂226沉积在准备好的基底表面上透入表面上的磨料颗粒之间。对于大多数应用场合来说，镀层厚度在大约0.1至200微米之间就足以将颗粒固定在基底220上。在该方法的这个步骤中，由于金属离子必须通过磨粒层，所以这个步骤要进行得较慢以避免浓渡极化。该步骤可重复进行以形成需要厚度的磨料层，或设置不同磨料的磨料层。
当洗掉多余的磨料颗粒并除去外部约束装置(如使用了的话)后，可以在较快的速率上进行后镀步骤。用粘合剂228进行后镀直至磨料颗粒被埋没至应用场合所要求的程度为止。该步骤也可用来控制所施加的磨料层的厚度。
在本发明中适用的镀层金属粘合剂包括镍、铬、钴、铁、锡、铜以及合金如磷镍(nickel phosphorous)，黄铜和青铜。镍对于大多数应用场合来说具有最好的镀层特性和强度。
上述所用的薄的超级磨料层比普通的珩磨材料具有重要的优点。本发明中使用磨料层的厚度可介于大约0.4密耳和大约60密耳之间，但最好在大约0.6密耳和20密耳之间，不过也可使用其它厚度的磨料层。取决于支承件的组成和支承材料的硬度性质，珩磨件的总厚度一般介于大约1密耳和大约200密耳之间，但对大多数应用场合来说最好在大约20密耳和120密耳之间。前面已提到，接触被珩磨的材料的狭窄棱边使本发明的珩磨装置具有长的使用寿命并容易进行修整。
上面已详述了新颖的棱边式珩磨件的几个实施例，这些实施例都能完成本发明的目的和优点。参照附图阅读本说明书后，本发明的变化、改进、类型和其它应用，对本专业技术人员来说是显而易见的。所有上述变化，改进，变型和其它应用都并不超出本发明的范围。
Claims (16)
1．一种安装在珩磨组件上的珩磨件，它包括具有相对的侧面，端面和棱边面的一个长形体；固定在一侧面上的一层磨料和粘合剂，以及将珩磨件安装在珩磨组件上的装置，其特征在于：所述一层磨料和粘合剂延伸于端面之间并延伸至相邻的一个棱边面，形成一条沿着棱边面的磨料面的接合工件的棱边，磨料层的棱边和长形体所述邻近棱边面接合被珩磨的工件。
2．如如权利要求1所述的珩磨件，其特征在于：所述磨料包括超级磨料。
3．如权利要求1所述的珩磨件，其特征在于：所述磨料层是由包括金刚石颗粒和粘合剂的超级磨料构成的。
4．如权利要求1所述的珩磨件，其特征在于：所述磨料层是由包括立方氮化硼颗粒和粘合剂的超级磨料构成的。
5．如权利要求1所述的珩磨件，其特征在于：所述长形体是钢制成的。
6．如权利要求1所述的珩磨件，其特征在于：所述长形体是铸铁制成的。
7．如权利要求1所述的珩磨件，其特征在于：所述长形体是粉末冶金生产的合金产品构成的。
8．如权利要求1所述的珩磨件，其特征在于：所述磨料层的厚度在大约0.04密耳和大约60密耳之间。
9．如权利要求1所述的珩磨件，其特征在于：所述磨料层的厚度在大约0.06密耳和大约20密耳之间。
10．如权利要求1所述的珩磨件，其特征在于：所述磨料和粘合剂层包括许多层超级磨料颗粒和粘合剂。
11．如权利要求1所述的珩磨件，其特征在于：所述磨料和粘合剂层是烧结的片状件，以及将片状件固定在长形体侧面上的装置。
12．如权利要求1所述的珩磨件，其特征在于：所述磨料和粘合剂层放在一条金属带上，以及将金属带固定在长形体侧面上的装置。
13．如权利要求1所述的珩磨件，其特征在于：所述磨料和粘合剂层是通过镀敷方法附着于长形体上的。
14．如权利要求1所述的珩磨件，其特征在于：所述粘合剂由下面一组物质中选取：镍，铬，钴，铁，锡，铜，磷镍，硼镍(nickelboron)，黄铜和硼。
15．如权利要求1所述的珩磨件，其特征在于：它还包括许多相邻的长形体，每个长形体有一附着于其一表面上的磨料和粘合剂层，以及将这些长形体面对面抵接起来的装置，从而使每层磨料的棱边及相邻长形体棱边面接合被珩磨的工件表面。
16．如权利要求1所述的珩磨件，其特征在于：一第二长形体附着于前述长形体相对侧面的磨料层上。
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