CN1684794A - 具有整体芯轴的磨具 - Google Patents

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Abstract

提供一种用来成形玻璃边缘的磨具和方法。所述磨具包括芯轴和与之为整体结构的磨轮，以及一旋转轴。磨具还包括在所述磨轮外缘上延伸的凹穴，其中置有粘合磨料。粘合磨料的尺寸和形状适合在使用后再加工出轮廓。本发明的磨具能提高片形玻璃质量并降低成本。

Description

具有整体芯轴的磨具
发明领域
本发明涉及磨具，更具体的，涉及在片形玻璃边缘研磨中使用的磨具。使用本发明的磨轮能提高玻璃质量并缩短过程中的停工时间。
发明背景
众所周知，使用含金刚石的磨轮来划出平板玻璃的边缘和/或切出边缘，如用于汽车、建筑、家具和器具工业，通常是基于安全和装饰性的原因。现有技术的磨轮包含置于磨轮周边的凹穴中的有轮廓的粘合磨料(参见Gomi的美国专利3,830,020和Miller的4,457,113)。在边缘研磨操作中，粘合磨料体通常需要定期再加工出轮廓，以便制造出恒定高质量的玻璃。为达到最佳经济效果，通常要求尽可能缩短与再加工出轮廓操作相关的停工时间，并在尽可能短的中断和/或修整条件下将新的经过再加工出轮廓的磨轮在线返回。
因此，需要一种用于片形玻璃边缘研磨的磨具和/或方法，能提供缩短的停工时间和/或提高研磨性能。
发明概述
本发明一方面包括一种用来使玻璃片边缘成形的磨具。这种磨具包括一个芯轴和一个磨轮，芯轴和磨轮为整体结构，并有一个共用的旋转轴。这种磨具还包括在磨轮外缘上延伸的凹穴，其中置有粘合磨料。粘合磨料的尺寸和形状适合于加工出轮廓，在磨具绕轴旋转时对玻璃片的边缘进行成形。这方面的一个变体中，粘合磨料还可以在使用后调整其的尺寸和形状，用于再加工出轮廓。
另一方面，本发明包括一种用来成形玻璃片边缘的方法。该方法包括提供在上一段落中描述的磨具，使磨具绕轴旋转，并将粘合磨料施加到玻璃片的边缘。这方面的一个变体中，该方法还包括对粘合磨料再加工轮廓。
又一方面，本发明包括一种对磨具中粘合磨料加工出轮廓的方法。该方法包括提供在上一段落中描述的磨具，并在粘合磨料外表面中加工出轮廓。这一方面的一个变体中，所述加工包括放电加工操作。
附图简述
图1A是一种现有技术磨轮的示意图；
图1B是一种现有技术磨轮的示意图；
图2A是本发明一个实施方式的磨具的剖面图。
图2B是图2A磨具一部分的放大剖面图。
图3A是类似于图2B的本发明另一个实施方式的磨具的剖面图。
图3B是类似于图2B和3A的本发明又一个实施方式的磨具的剖面图。
发明详细描述
参见图2A，本发明包括一种能用来对工件进行边缘研磨的磨具，工件如各种用途中的片形玻璃，包括汽车窗、建筑用、家具和器具。本发明的磨具包括成整体结构的芯轴和磨轮，即芯轴是磨轮的一个整体部分。在一个实施方式中，磨具100通常包括具有主体120的磨轮部分110，主体120有在其外缘上延伸的凹穴125。粘合磨料体130(即置于粘结材料结构中的许多磨粒)位于凹穴125中。磨具100还包括与磨轮部分110结合为整体即与主体120结合为整体的芯轴部分150。芯轴部分150可包括一有螺纹的端部160或用于连接到常规研磨设备的其他部件(未示出)。
本发明的磨具能进行改进质量的研磨，尤其在片形玻璃边缘研磨时减少边缘碎裂。本发明的实施方式还提供了经济优势，如缩短再加工出轮廓时的停工时间、降低能耗，和/或减少投资。由下面实施方式的讨论，本发明的这些和其他优点将是显而易见的。
在此所述术语芯轴是指连接到加工设备的轴的器件，在其上安装一个工具如刀具、磨轮或抛光轮，提供旋转运动。整体的芯轴指是工具的整体部分的芯轴，即，磨轮和芯轴为整体结构。术语边缘研磨指一个研磨操作，在此操作中，工件如片形玻璃的边缘进行研磨，而使工件成形(如划线和/或斜切)。
参见图1A-2，图中显示了描述现有技术和本发明的设备和方法。图1A和1B是常规磨具50和50’的说明性例子，它们通常包括可安装(如通过螺钉)在芯轴30和30’上的磨轮20和20’。磨轮20和20’通常包括位于其上的粘合磨料26。还通常包括一个平面的环形体22，22’，其周边有径向朝内如中心面的槽子，提供环形凹穴24，它们固定住粘合磨料26并对粘合磨料26起支撑结构的作用。粘合磨料26上通常有一个磨出的U形或V形轮廓28，这个形状在玻璃上再现。这种结构的磨轮由于其轮廓28常被称作“铅笔边缘”磨轮。磨轮20、20’通常通过使用法兰40，40’安装在芯轴30、30’上，法兰用来从中心孔分散操作应力。
如上所述，磨具50，50’通常用来对片形玻璃如用在汽车、家具、建筑和器具中的片形玻璃进行成形。磨轮20，20’要周期性地进行修整，如用氧化铝研磨棒进行修整，重新露出磨粒并从磨轮表面除去所有撞击形成的玻璃碎屑。当轮廓28充分磨损，超出公差，或产生边缘碎裂(当轮廓28受损时常观察到边缘碎裂)，就取下磨轮，用例如碳化硅磨轮进行成形研磨，或通过放电加工(EDM)，再加工出轮廓。再加工出轮廓时，通常要从芯轴30，30’上取下磨轮20，20’。
为了进行再加工出轮廓，从芯轴30，30’取下磨轮20，20’的相关操作和停工是并不希望发生的。而且，将经过再加工出轮廓的磨轮与片形玻璃的再次接触往往导致玻璃发生起初的边缘碎裂。尽管这种问题只是短暂的，即随时间会自行消除，但边缘碎裂的片形玻璃通常必须弃去，这样的代价很高。这一问题往往会更明显，因为一个典型磨轮20，20’在其使用寿命期间平均需要进行再加工出轮廓操作约8-10次，或更多次。
这一问题，尤其是对要求相对高边缘质量的用途，一种解决方法曾经是，在再加工出轮廓后对会成为废料的平板玻璃再进行一段时间的研磨。这种方法虽然减少废料，但是会明显增加停工时间和缩短磨轮的使用寿命。
本发明一个方面是，认识到上述边缘碎裂问题可能与芯轴和再安装的磨轮之间的同心度不完全引起的跳动(例如磨轮不规则的或偏心的旋转途径)有关。虽然不希望受到理论解释的束缚，但可以认为，磨轮再加工出轮廓后，再安装到芯轴上，在它们之间会出现轻微的不同心。这样，磨轮操作时就好象它没有经过适当修整一样，即磨轮旋转时伴随轻微的摆动。可以认为这种“摆动”引起了短暂的边缘碎裂问题，直到粘合磨料被充分磨损为止。
一种可能的解决方法是，在再加工出轮廓期间，磨轮仍然保留在芯轴上。这种方法虽然在再加工出轮廓后消除了观察到的短暂的边缘碎裂问题，但会明显增加停工时间(在再加工出轮廓期间使研磨设备空转)，或者需要玻璃研磨操作维持较为多量相当昂贵的芯轴，因此明显增加投资成本和操作费用。
现参见图2A，所示为本发明一个实施方式的磨具。如上所述，磨具100通常包括磨轮部分110(即磨轮装置)，有主体120，有在其外缘上延伸的凹穴125。粘合磨料130置于凹穴125中。这样，粘合磨料130功能是作为研磨工具，而凹穴125功能是对粘合磨料体支撑作用。粘合磨料130通常包含具有轮廓的研磨表面128。通常，要求对粘合磨料130的尺寸和形状能在径向包括足够的深度，能适应在承受磨具寿命期间进行最多10次或更多次的再加工出轮廓步骤。轮廓128通常为U、V或篮形，但可以是基本上任何形状，包括在片形玻璃上能形成斜角形、削边形、S形、平面形、棱角形等边缘所需要的形状。典型的轮廓128可根据要研磨的玻璃厚度变化，通常可由宽度(W)、深度(D)和曲率半径(R)来确定，如图B所示。能提供相对长的寿命和合格的边缘质量的标准轮廓可按下式定义：
W＝2√D(2R-D)
其中，宽度(W)等于玻璃厚度加0.5mm，最小曲率半径(R)约等于玻璃厚度除于2。
对许多用途，使用篮形轮廓能获得较好的表面光洁度，其中
W/2＝Rcos(a/2)-(R-D)Tan(a/2)
式中，a是夹角(篮的截头圆锥棱边间的角度)，通常约50-60°。V-形128’和篮形128”的轮廓分别示于图3A和3B。
磨具100还包括与磨轮部分110，即与主体120成一整体的芯轴部分150。因此，芯轴部分150的作用是将旋转运动从研磨设备向磨轮部分提供的部件。芯轴部分150可包括一有螺纹的端部160或连接到研磨设备用的其他装置。芯轴部分150和磨轮部分110基本上可以由任何材料制成，如铁合金如工具钢，但通常由相对轻的材料例如但不限于铝合金和镁合金。相对轻的磨具的优点是降低使用时的能耗，在驱动轴和其他研磨设备部件时其磨损较小。相对轻的磨具也较为容易安装到研磨设备上和从研磨设备上拆下。还需要一种磨具，它包括铝主体，在磨具和研磨设备之间的配合面上有一个硬化钢插件，这样就可以提供具有很高耐磨损的芯轴部分150的轻质磨具。
而且，制造这些实施方式的磨具本身相对于现有技术会导致成本节约。例如，常规芯轴30，30’和磨轮20，20’的互相啮合面的制造应达到精确公差，有助于确保安装好的磨轮与芯轴配合地即同心地)旋转。通过将芯轴和磨轮以整体方式制造，本发明的实施方式就消除了上述应达到精确公差的制造步骤，就有可能节约成本。
由于与本发明实施方式相关，设计参数的要求可以较小，因此可达到制造成本的进一步节约。一个常规芯轴30，30’经常用于如果不是数百个，也是数十个磨轮。因此，这样的芯轴结构笨重，要能承受与其长使用寿命相关的应力和磨损以及开裂。与此相反，本发明的整体结构决定了在磨料基体消耗完后，芯轴部分150与磨轮110一起废弃，其使用寿命较短。这样，可以采用较低成本材料和/或制造方法来制造这些实施方式的磨具，而不会对安全有不利影响。或者，在磨轮凹穴125中嵌入新的粘合磨料130，就可循环使用芯轴和磨轮部分(150和110)。
磨具100基本上可以是任何尺寸，取决于要研磨的玻璃的尺寸和形状。对典型用途，磨具100的磨轮部分110的直径约为75-250mm。
粘合磨料130可包含基本上任何磨粒材料。常规磨粒可以是但不限于粒度约为0.5-500微米，较好约2-300微米，最好约20-200微米的氧化铝、氧化铈、氧化硅、碳化硅、氧化锆-氧化铝、石榴石、金刚砂。还可以使用超级磨粒，其粒度与常规磨粒的粒度基本相同。包括但不限于金刚石和立方氮化硅(CBN)。对大多数玻璃成形的用途，优选金刚石超级磨料。边缘质量往往由金刚石磨粒的粒度决定。提高金刚石磨粒粒度可增加研磨速度并延长磨轮寿命，但以边缘质量较差为代价。而降低金刚石磨粒粒度会提高边缘质量，但以降低研磨速度和缩短磨轮寿命为代价。一种用来对汽车玻璃进行铅笔边缘化加工的常用超级磨料的粒度分布约在74-88微米范围(即，包括比U.S.标准筛170目更细，但比U.S标准筛200目更粗的超级磨料)。对进行斜切，常用的超级磨料的粒度分布约在63-74微米范围(即比U.S标准筛200目更细，但比U.S标准筛230目更粗)。建筑用玻璃通常要求比汽车玻璃更好的光洁度，可以用两种磨具进行研磨，如用具有粒度在约125-149微米(即比U.S标准筛120目更细，但比U.S.标准筛100目更粗)范围的超级磨料的粗磨具，随后用粒度在约44-53微米(即比U.S.标准筛325目更细，但比U.S.标准筛270目更粗)范围的超级磨料的精细磨具。超级磨料在粘结基体中的浓度可以在宽范围变化，但对划线应用，通常在约8-13体积％范围，对斜切应用，约12-25体积％。提高超级磨料的浓度可延长磨轮寿命，但降低研磨速度。
在制造粘合磨料时常用的基本上任何粘结材料可用于本发明的磨具。例如，可使用金属、有机物、树脂或玻璃质粘结材料(如果需要，与合适的固化剂一起)，金属粘结材料一般较好。在金属粘结基体中使用的材料包括但不限于：青铜、铜、与锌合金(黄铜)、钴、铁、镍、银、铝、铟、锑、钛、钨、锆，它们的合金，以及它们的混合物。对大多数玻璃边缘加工的应用，一般要求添加少量钴、铁，和/或钨的青铜合金。较软且耐磨损性较低的粘结材料通常用于家具、建筑或器具的玻璃，一般采用相对少量钴、铁和/或钨制成。减少青铜而增多钴、铁和/或钨会增加耐磨损性。汽车玻璃的研磨应用通常采用耐磨损性高的粘结材料，具有相对高含量的钴、铁和/或钨，因此时需要寿命长，以便在完全自动化生产线上尽可能减少更换磨轮，因此缩短成本高的停工时间。
可以用基本上任何的常规研磨设备来使用本发明的磨具，如由BYSTRONICMachinen Corporation(Switzerland)，BANDOChemicalIndustries Corporation(Japan)或Glassline Corporation(Perrysburg，Ohio)提供研磨设备。典型的研磨操作中，一般以约2-30m/min速度研磨玻璃。使用工具如氧化铝研磨棒定期地修整有轮廓的磨料基体，以便保持其研磨速度和磨出的边缘质量。磨料基体还可以采用常规工具再加工出轮廓，如用碳化硅磨轮进行成形研磨，或放电加工。
对在此所述的本发明各方面的变动仅是示例的。应当理解，本领域技术人员能容易地对这些说明性实施方式进行其他的修改。所有这样的修改和变动都应在权利要求书限定的本发明范围和精神之内。

Claims (24)

1.一种用来成形玻璃片边缘的磨具，所述磨具包含：
芯轴；
磨轮；
所述芯轴和所述磨轮为一整体结构，并有一旋转轴；
在所述磨轮外缘上延伸的凹穴；
置于所述凹穴中的粘合磨料；；
所述粘合磨料的尺寸和形状适合于构成轮廓，在所述磨具绕轴旋转时，使玻璃片的边缘成形。
2.如权利要求1所述的磨具，其特征在于，所述粘合磨料的尺寸和形状适合于在使用后再加工出轮廓。
3.如权利要求1所述的磨具，其特征在于，所述芯轴和磨轮由选自铝合金和镁合金的材料制成。
4.如权利要求1所述的磨具，其特征在于，所述芯轴和磨轮由铁合金制成。
5.如权利要求1所述的磨具，其特征在于，所述粘合磨料包含固定在一基体中的超级磨料，所述磨粒选自金刚石和立方氮化硼。
6.如权利要求5所述的磨具，其特征在于，所述超级磨料是金刚石。
7.如权利要求5所述的磨具，其特征在于，所述超级磨料包含粒度分布如下的颗粒：
大于或等于约2微米，
且小于或等于300微米。
8.如权利要求5所述的磨具，其特征在于，所述超级磨料包含粒度分布如下的颗粒：
大于或等于约20微米，
且小于或等于200微米。
9.如权利要求5所述的磨具，其特征在于，所述粘合磨料基材中包含：
大于或等于约8体积％超级磨料；
且小于或等于约25体积％超级磨料。
10.如权利要求5所述的磨具，其特征在于，所述超级磨料分散在金属粘合基材中。
11.如权利要求10所述的磨具，其特征在于，所述金属粘合材料是青铜合金。
12.如权利要求10所述的磨具，其特征在于，所述金属粘合材料包含青铜合金和一种选自钴、铁和钨的材料。
13.如权利要求1所述的磨具，其特征在于，所述粘合磨料包括在其周边的有轮廓表面。
14.如权利要求13所述的磨具，其特征在于，所述有轮廓表面的形状为选自U-形、V-形和篮形的形状。
15.如权利要求1所述的磨具，其特征在于，所述磨轮包含直径在以下范围的金刚石：
大于或等于约75mm；
小于或等于约250mm。
16.一种用来成形玻璃片边缘的磨具，所述磨具包含：
芯轴；
磨轮；
所述芯轴和所述磨轮为一整体结构，并有一旋转轴；
在所述磨轮外缘上延伸的支撑部件；
置于所述支撑部件中的研磨部件；
所述研磨部件的尺寸和形状适合于构成轮廓，在所述磨具绕轴旋转时，使玻璃片的边缘成形。
17.一种用来成形玻璃片边缘的方法，所述方法包括：
在研磨设备上安装一磨具，所述磨具包含：
芯轴；
磨轮；
所述芯轴和所述磨轮为一整体结构，并有一旋转轴；
在所述磨轮外缘上延伸的凹穴；
置于所述凹穴中的粘合磨料；；
所述粘合磨料的尺寸和形状适合于构成轮廓，在所述磨具绕轴旋转时，使玻璃片的边缘成形；
使所述磨具绕轴旋转；
将玻璃片的边缘施加在粘合磨料上。
18.如权利要求17所述的方法，所述方法还包括对粘合磨料进行再加工出轮廓的操作。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，在所述再加工出轮廓时，磨具保留在研磨设备上。
20.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述再加工出轮廓的操作是成形研磨。
21.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述再形成轮廓的操作是放电加工。
22.一种对磨具的将粘合磨料加工出轮廓的方法，所述方法包括：
提供一种磨具，所述磨具包括：
芯轴；
磨轮；
所述芯轴和所述磨轮为一整体结构，并有一旋转轴；
在所述磨轮外缘上延伸的凹穴；
置于所述凹穴中的粘合磨料；
所述粘合磨料的尺寸和形状适合于构成轮廓，在所述磨具绕轴旋转时，使玻璃片边缘成形；
在粘合磨料体的外表面中加工出轮廓。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述加工是成形研磨。
24.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述加工是放电加工。
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