CN1248828C - 切削一磁铁件的方法 - Google Patents

Abstract

一种切削刀片包括一基板和基板外周面上超磨粒形成的切削刃，当用该刀片切削稀土磁铁件时，向一切削部分以2千克/厘米²-15千克/厘米²压力排出冷却液。如果基板由超硬金属制成时，伸出比例B/A为30-50，超硬金属杨氏模量为45,000千克力/毫米²-70,000千克力/毫米²。如果基板由高速钢制成时，但出比例B/A为20-50，高速钢杨氏模量为20,000千克力/毫米²-25,000千克力/毫米²。

Description

切削一磁铁件的方法

技术领域

本发明涉及一种切削一磁铁件的方法，具体地涉及一种藉由一切削刀片切削一稀土磁铁件的方法，其中该切削刀片包括一基板和由置于基板外圆周上的超磨粒所形成的一切削刃。

背景技术

为了用一涂有金刚石磨料的切削刀片高精度地切削具有高切削阻力的稀土磁铁件，切削速度必须较低并且切削刀片必须具有一较高的圆周速度。然而即使在这些条件下，由切削操作所产生的热量仍会增加一切削部分的温度。当温度达到某一点时，金刚石磨粒会遇到诸如碳化、脱落以及反常磨损的问题，而变得不能切削。为了避免这些问题，从一喷嘴向正在切削部分输出冷却液以使此切削部分冷却。为了向切削部分输送足够的冷却液，基板厚度要小于切削刀片的厚度，这样在基板和在磁铁件上由切削刀片切削成的一槽之间形成一间隙或间隔。

然而，当切削刀片的圆周速度超过1200米/分钟时，在切削刀片的周围产生一股很强的空气伴生流。所以，当冷却液输出压力较低时，冷却液会被伴生空气流排斥，而不可能向所需的部分输送足够量的冷却液。因而，切削部分被加热到一很高温度，使切削刀片发生不均匀磨损或切削，并造成切削刀片的使用寿命缩短并且降低切削精度。

另一方面，当冷却液排出到高速旋转的切削刀片上时，如果排出压力太高时，切削刀片会变形。如果切削刀片的厚度减小到1.0毫米或更小以提高生产量，或者如果被切削的工件高度不小于20毫米而需要切削刀片伸出长度较大时，切削刀片变得特别易变形。而且，由于切削刀片的基板和工件中切出的槽之间形成间隙，基板两侧没有被支撑从而易于变形。此外，由于冷却液是藉由一泵排出的，所以冷却液是以脉动形式输出的，而会使切削部分和切削刀片振动。因此，所获得的产品不具有良好的表面精度。

日本专利公开号平3-294179中揭示了一种使金刚石磨石转动并同时输送冷却液而磨削一种难以切削材料的现有技术。根据此现有技术，冷却液是在如50千克/厘米²-70千克/厘米²的高压下输送的，以使研削石周围的空气壁破裂而到达被研削石表面。然而，在如此高压下，磨石将变形或切削部分将振动，而使切削精度下降。

发明内容

所以本发明的一个基本目的是提供一种切削一磁铁件的方法，该方法能够延长切削刀片的寿命并且提高切削精度。

根据本发明的一个方面，提供了一种用切削刀片切削一稀土磁铁件的切削磁性件方法，所述切削刀片包括一基板和由置于基板外圆周面上的超磨粒所形成的切削刃，其中：  当切削稀土磁铁件时，向一切削部分以2千克/厘米²-15千克/厘米²排出压力排出冷却液。

根据本发明，将冷却液排出压力设定为2千克/厘米²-15千克/厘米²，它可以击破转动的切削刀片周围的伴生空气流，从而将足够的冷却液输送到所需的部位。所以，切削部分可以冷却，可防止切削刀片的磨损和不均匀切削，延长切削刀片的使用寿命。另外，不同于冷却液在高压下排出的情况。由于切削刀片不易变形，可以减小通过切削磁性工件所获得产品的尺寸不一致性、平行度(parallelism)、表面起伏度等缺陷，而提高切削精度。

根据本发明，较佳地，冷却液排出压力为3千克/厘米²-7千克/厘米²。在此情况下，由于可向切削部分输送适量的冷却液，故可以在增加切削刀片使用寿命和提高切削精度方面获得更显著的效果。

如果基板由超硬金属制成时，较佳地，切削刃的伸出长度B与刀片厚度A的比例、即伸出比例B/A为30-50。最好，超硬金属的杨氏模量为45,000千克力/毫米²-70,000千克力/毫米²。

如果所述基板由高速钢制成时，较佳地切削刃伸出长度B与刀片厚度A的比例、即伸出比例B/A为20-50。最好，高速钢的杨氏模量为20,000千克力/毫米²-25,000千克力/毫米²。

从下文参照附图对实施例所作的描述中，可以更清楚地了解本发明的上述及其它目的、特点、特征和优点。

附图说明

图1是一种立体图，图中示出了应用本发明的一工件切削装置的主要部分；

图2A是一截面图，示出了一切削刀片体，图2B是示出了间隙的原理图；

图3A是一原理图，示出了设置在切削刀片附近的一冷却液排出装置，图3B是一原理前视图，示出了冷却液排出装置；

图4是一根据本发明的实验结果的表格；

图5是一曲线图，示出了根据图4的实验结果的冷却液输出压力和切削阻力之间的关系；

图6是一曲线图，示出了根据图4的实验结果的冷却液输出压力和切削精度之间的关系；

图7是一表格，示出了根据本发明的另一实验结果；

图8是一曲线图，示出了根据图7的实验结果的冷却液输出压力和切削阻力之间的关系；

图9是一曲线表，示出了根据图7的实验结果的冷却液输出压力和切削精度之间的关系；

图10A示出了采用由超硬金属制成的基板所进行的一实验结果的尺寸不均匀性，图10B示出了采用由高速钢制成的基板所进行的一实验结果的尺寸不均匀性；

图11是一曲线图，示出了当基板是由超硬金属制成时，突出比例和切削精度之间的关系；

图12是一曲线图，示出了当基板是由高速钢制成时，突出比例和切割精度之间的关系；

图13是一立体图，示出了应用本发明的另一工件切削装置的主要部分；以及

图14是一原理性的侧视图，示出了设置在切削刀片附件的冷却液排出装置。

具体实施方式

以下，将参照附图对本发明的多个实施例进行描述。

当采用一如图1所示的工件切削装置10切削一工件52(将在下文中描述)时可应用本发明。

工件切削装置10是一种Z向进给切削装置，并且包括一机架12。该机架12的上表面上有一具有大致的U形横截面的立柱14。该立柱14具有一前表面，该表面上形成有相互平行且在垂向延伸的一对导轨16a、16b。导轨16a、16b引导一在垂向(沿Z轴)可滑动的滑块18。滑块18的后表面设有一具有一垂向螺纹孔的滑块支撑部20。螺杆22通过滑块支撑部20的螺纹孔。螺杆22由设置在立柱14上的一升降马达24驱动转动。所以，升降马达24可控制螺杆24的转动，从而藉由滑块支撑部20而使滑块18垂向移动。当切削时，下文将叙述的一切削刀片体28将在箭头C(向下方向)方向上进给。

滑块18前表面具有支撑部26a、26b，这两支撑部位于相同高度上并且相互隔开一段预定距离。支撑部26a、26b可转动支撑安装有切削刀片体28的一转动轴30。转动轴30一端部安装有一由皮带34所驱动的皮带轮32。通过采用一图中未示了电动机而使皮带34运行，转动轴30和切削刀片体28在例如由箭头D所示的方向上转动。在此应当注意，支撑部26b在滑块18所设的一对导轨36a、36b上滑动，并且可拆卸地安装到滑块18的前表面上。

如图2A所示，切削刀片体28包括多个切削刀片38和置于各对切削刀片38之间环形隔离件40。切削刀片38包括呈环形盘的基板38a。基板38a外圆周上设有超磨粒制成的一切削刃38b。如图2A所示，刀片的厚度A是基板38a的厚度，而刀片伸出长度B是从隔离件40的外圆周到切削刃38b外圆周的伸出部分的长度。

另外，如图2B所示，为了充分地将冷却液60(下文将描述)输送到切削刃38b上，将刀片厚度A制得比切削刃38b薄，这样在基板38a和工件52中切出的槽52a之间形成一间隙E。该间隙E较佳地应当为刀片厚度A的5/100-20/100，因为如果间隙E不大于刀片厚度A的5/100时，不能足够地输送冷却液60，而如果不小于20/100时，工件52中的切削槽52a会变得太宽，而会将太多的工件52浪费为切削边料，使得产量降低。

基板38a较佳地由超硬金属制成，如杨氏模量为45,000千克力/毫米²-700,000千克力/毫米²的碳化钨。满足上述条件的材料会减少刀片偏转，而可以使切削刀片所需的余量变窄，以对工件52进行更精细的切削。如果杨氏模量小于45,000千克力/毫米²时，在切削过程中即使是超硬金属也会由于阻力而弯曲或产生波纹。因此，基板38a不能制得太薄，而失去了采用超硬金属的优点。另一方面，如果杨氏模量大于70,000千克力/毫米²时，虽然不存在弯曲或波纹的问题，但金属更硬并更脆，而在使用时易发生故障，故存在安全问题。因此，超硬金属的杨氏模量值被限制在45,000千克力/毫米²-70,000千克力/毫米²之间。

另外，基板38a可由杨氏模量20,000千克力/毫米²-25,000千克力/毫米²的高速钢制成。在此杨氏模量范围内，高速钢的刚度高，能够在高速下长时间地切割具有较高切削阻力的材料，如稀土磁铁。

另外，基板38a可由一种烧结的金刚石合金制成，该合金是通过烧结金刚石或cBN(立方系氮化硼)等与日本专利公开号平8-109431以及平8-109,432中所揭示的超硬金属而制成的。该烧结金刚石合金的杨氏模量与超硬金属类似。

用于切削刃38b的超磨粒可以是天然或人造金刚石粉末、cBN(立方系氮化硼)粉末、或者是天然或人造金刚石粉末与cBN粉末的混合物。CBN硬度仅次于金刚石的下一个最硬材料，并且比金刚石具有更好的热稳定性且与钢材的反应性非常慢。可以肯定，如果部分或全部金刚石粉末由cBN粉末代替时，切削刃38b表现出的性能与全部由金刚石粉末构成的性能相同。

参见图1，机架12上表面设有一刚好位于切削刀片体28下方的工件放置部分42。工件放置部分42包括一例如由不锈钢制成的台架46。该台架包括一大致V形截面的凹部44，并且斜面48a、48b分别装有用碳制成的配置板50a、50b。因而，配置板50a、50b都放置成V形。当进行切削操作时，多个工件52放置在配置板50a、50b上，并且由一种自由选定的装置固定。根据此实施例，总共可安装8个工件52，即，各配置板50a、50b安装有四个工件52。

工件52是稀土类磁铁件，如美国专利4,770,723和4,792,368所揭示的Nd-Fe-B烧结磁铁，并且例如具有一弧形表面。包括较硬的基本相(Nd₂Fe₁₄B)和刚性的颗粒边界相(Nd富相)的稀土磁铁件是一种具有高切削阻力的材料。

另外，一冷却液排出装置54设置在滑块18上面对切削刀片体28的一个表面上。如图3A和3B所示，冷却液排出装置54包括连接到一冷却液输送管道56上的一罐58。该罐58装有来自冷却液输送管道56的冷却液60。细条状的排出口62形成在罐58的宽度方向上，从中冷却液60向一切削部分63排出。由于冷却液排出装置54设置在滑块18中，冷却液排出装置54可与切削刀片38一起垂向运动。

以下，简要地对具有上述结构的工件切削装置10的操作情况进行描述。

首先，各配置板50a、50b置有工件52。工件52然后由自由选定的装置固定。随后，按压一图中未示出的启动按钮，当切削刀片38开始转动并且向工件52下降时，以一定恒定的速度切削工件52。在工件52的切削过程中，冷却液排出装置54将冷却液60向切削部63排出。当完全对工件52的切削并且切削刀片38的切削刃38b到达配置板50a、50时，自动停止切削刀具38转动，然后切削刀片38上升而离开工件52。

下文中，将叙述采用上述工件切削装置10切削一如稀土磁铁件的工件52的实验。

切削是在表格1所概括的条件下进行的。

                  表格1

切削装置	盘形刀片型切削装置切削刀片驱动马达：11千瓦双端支撑的转动轴
		切削方式	Z方向进给切削(由图3A中箭头C表示)
切削刀片	切削刃：树脂粘结的金刚石磨石磨粒：金刚石(人造)磨粒直径：200微米-250微米粘结剂：树脂(苯酚，无气孔)金刚石比例：100(25体积百分比)基板：高速钢尺寸：切削刀片外径：150毫米切削刃厚度：0.6毫米基板厚度：0.5毫米基板内径：60毫米隔离件外径：90毫米厚度：2.1毫米内径：60毫米

	一个刀片体中安装九把刀片
		切削刀片圆周速度	3000转/分(2070米/分)
切削速度	3毫米/分
		冷却液	排出压力低压：3千克/厘米2   排出量20升/分中压：10千克/厘米2  排出量15升/分高压：30千克/厘米2  排出量15升/分极低压(推定)：1千克/厘米2  排出量5升/分冷却液温度：24℃冷却液类型：化学溶液型，稀释浓度：2％
工件	稀土磁铁(R-Fe-B磁铁)VCM用材切削高度：25毫米切削厚度：2毫米每次走刀切削2个工件(放置成V字形)
		切削循环量	50次走刀

如表格1所示，该实验采用切削刃38b，该切削刃包括，由树脂(苯酚，无气孔)所粘结的金刚石(人造)制成的磨粒，金刚石比例为100(体积百分比为25)。基板38a由高速钢制成。切削刃38b厚度为0.6毫米，刀片厚度A为0.5毫米，并且基板38a各侧上有0.05毫米的间隔。

切削刀片38的转速为3000转/分，切削速度为3毫米/分。冷却液60例如是用2％的水(重量百分比)稀释Castrol工业公司制造的JP-0497备制而成。该工件是Neomax44H，即一种由Sumitomo特种金属有限公司制造的稀土磁铁。

采用由高速钢制成的基板38a进行该实验，产生的结果示出在图4中，图表分别示出在图5、6中。

“尺寸不一致性”如下定义。具体地，在5个预定点对通过切削工件52所获得的产品测量厚度，并且计算一个平均值。各个切削的产品都要进行此操作。然后，最大平均值和最小平均值之间的差值即为“尺寸不一致性”。

如下确定“平行度”。具体地，在5个预定点对通过切削工件52所获得的产品测量厚度，并且计算最大测量值和最小测量值之间的差值。各个切削产品都要进行此操作。然后，计算各个产品所获得的这些差值的平均值即为“平行度”。

如下确定“表面起伏度”。具体地，对通过切削工件52所获得的产品测量表面高度。更详细地是沿着产品的X轴线测量最高的表面高度和最低的表面高度，计算两个高度的差值。同样地，沿着产品的Y轴线测量最高表面高度和最低表面高度，计算两个高度的差值。然后，将沿X轴线的差值和沿Y轴线的差值加在一起并除以2。对各个产品都进行此操作，并且计算所获得值的平均值即为“表面起伏度”。

当切削精度变得较高时，尺寸不一致度、平行度和表面起伏度变小。

如果冷却液60的排出压力小于2千克/厘米²，不可能将足够的冷却液60输送到切削部分63上，而使切削阻力Fx、Fz如图5所示的快速增加，导致切削刀片38的磨削烧伤和磨损。另外，如图6所示的，尺寸不均匀性、平行度和表面起伏度快速增加，造成切削精度下降。

另一方面，如果冷却液60的排出压力超过15千克/厘米²，切削刀片38承受到冷却液60排出所产生的强大压力，并且由于排出的冷却液60脉动，而使切削刀片38振动。因此，切削刀片38弯曲。此外，可以假定强大的排出压力会超过切削刀片38中的恢复力。所以，如图6所示，尺寸不均匀性、平行度和表面起伏度增加，造成切削精度下降。因此，必须有大量的加工步骤，而对生产效率产生不利影响。

所以，冷却液60的排出压力较佳地设置在2千克/厘米²-15千克/厘米²。在此范围内，可以击破转动的切削刀片38周围所产生的伴随空气流，而可以将冷却液60充分地输送到切削部63上，从而防止切削刀片38磨损，并且避免不均匀切削，而增加切削刀片38的使用寿命。另外，由冷却液60高排出压力所产生的切削刀片38变形很不易发生，从而提高切削精度。

另外，如果冷却液60的输出压力在3千克/厘米²-7千克/厘米²之内，冷却液60的输送量是最佳的，并且切削阻力Fx、Fz、尺寸不均匀性、平行度和表面起伏度可保持在如图5和6所示的一较低程度，可提供更显著的效果。

接着，采用由超硬金属制成的基板38a进行实验。其它条件与表格1所述相同。该实验产生的结果分别示出在图7中以及图8、9的曲线中。

在此情况下，从图8和9中可以理解，冷却液60的排出压力较佳地应在2千克/厘米²-15千克/厘米²内，其理由与用高速钢制成的基板38a一样。在此范围内，可以获得与采用高速钢作为基板38a所获得的效果相同。

另外，在此情况下，如果冷却液60排出压力在3千克/厘米²-7千克/厘米²之内，切削阻力Fx、Fz、尺寸不均匀性、平行度和表面起伏度保持在较低水平，而提供更显著的效果。

应当注意，图4和7之间的切削精度(尺寸不均匀性、平行度和表面起伏度)的比较表明由超硬金属制成的基板38a比由高速钢制成的基板38a切削精度整体上有所提高。这或许是因为超硬金属比高速钢更不易变形。

进行另一个实验：具体地，改变伸出比例B/A、即切削刃38b的伸出长度B与刀片厚度A的比例，并且在不同的排出压力下测量尺寸不均匀性。实验条件与表格1所述相同。伸出比例B/A是仅改变刀片厚度A而改变的，同时保持切削刃38b的伸出长度不变。此实验是对两类基板38a进行的，即一类是由超硬金属制成的，另一类由高速钢制成。

图10A所示结果和图11所示的曲线是以超硬金属制成的基板38a中的尺寸不均匀性而得到的。相同地，图10B所示的结果和图12所示的曲线是以高速钢制成的基板38a中的尺寸不均匀性而得到的。

首先，从图11和图12中，可以了解如果冷却液60的排出压力在2千克/厘米²-15千克/厘米²之内，尺寸不均匀性减小。尤其是，如果冷却液60的排出压力在3千克/厘米²-7千克/厘米²之内，可排出适量的冷却液60，从而可以进一步减小尺寸不均匀性。

另外，参见图11，其中描述的是基板38a由超硬金属制成。在此情况下，如果伸出比例B/A小于30，即使改变冷却液60的排出压力并且切削余量变得较大，尺寸不均匀性的差值较小，这是由于切削刀片38本身刚度高。另一方面，如果伸出比例B/A超过50，尺寸不均匀值本身变大。这两种情况都是无效的。所以，伸出比例B/A较佳地在30-50中。在此范围内，尺寸不均匀性更有效地被减小并且可以提高切削精度。

接着，参见图12，其中描述了由高速钢制成基板38a的情况。在此情况下，如果伸出比例B/A小于20，即使改变冷却液60的排出压力并且切削余量变大，尺寸不均匀性差也较小。另一方面，如果伸出比例B/A超过50，尺寸不均匀性值本身变大。这两种情况都是无效的。所以，在此情况下，伸出比例B/A较佳地在20-50中。在此范围内，尺寸不均匀性可更有效地减小，并且提高切削精度。应当注意，高速钢杨氏模量小于超硬金属，并且更易弯曲，所以对冷却液60的排出压力更敏感。因而，如果高速钢用于基板38a时，即使切削刃38b的伸出长度B较小，也可以获得将冷却液60的排出压力限制在所确定范围内的效果。因此，在此情况下伸出比例B/A的最下限为“20”，可以具有比超硬金属中更小的比例B/A。

另外，除改变伸出比例B/A之外，甚至改变刀具厚度A，也可获得与图11和12所示类似的结果。

本发明不仅可应用于如上所述的Z向进给工件切削装置，而且可应用于X向进给工件切削装置，即工件52如图13所示是水平移动的。

工件切削装置10a包括滑动地安装到导轨64上的一X向滑块66。该X向滑块66表面上安装有一夹具座68，该夹具座表面上装有粘贴板70。各粘贴板70例如通过粘结剂固定多个工件52。然后，X向滑块66在箭头G(在X轴线上)所示方向上滑动。使工件52恒速地相对在箭头H所示方向上转动的切削刀片72移动，工件52可被切成预定厚度。当切削工件52时，冷却液60是由设置在切削刀片72附近的一冷却液排出装置74输送到一切削部分82上(将在下文中描述)。

如图14所示的，冷却液排出装置74包括一连接到冷却液输送管道76上的罐78。该罐78装有来自冷却液输送管道76的冷却液60。冷却液60从形成在罐78末端的一排出口80排出到切削部82上。罐78可根据切削刀片72的尺寸而倾斜。

如果本发明应用到工件切削装置10a上时，可以获得与工件切削装置10中所获得的相同效果，而可增加切削刀片72的使用寿命并提高切削精度。

虽然已经对本发明进行了详细地描述并且示出在图中，但显然这些描述和附图仅示出了本发明的一个例子，并且不应当视为本发明的限制。本发明的实质精神和范围仅由所附权利要求书来确定。

Claims (6)

1.一种用切削刀片切削一稀土磁铁件的一磁性件的切削方法，所述切削刀片包括一基板和由置于基板外圆周面上的超磨粒所形成的切削刃，其中：

当切削稀土磁铁件时，向一切削部分以2千克/厘米²-15千克/厘米²排出压力排出冷却液。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述冷却液的排出压力为3千克/厘米²-7千克/厘米²。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当所述基板由超硬金属制成，切削刃伸出长度B与刀片厚度A的比例、即伸出比例B/A为30-50。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述超硬金属的杨氏模量为45,000千克力/毫米²-70,000千克力/毫米²。

5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，当所述基板由高速钢制成，切削刃伸出长度B与刀片厚度A的比例、即伸出比例B/A为20-50。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述高速钢的杨氏模量为20,000千克力/毫米²-25,000千克力/毫米²。

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