TW201341110A - 用於將稀土磁石複鋸的鋸刃與方法 - Google Patents

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Abstract

使用一種包含多個安裝在轉軸上之隔開的鋸刃的複刃組合件以藉由轉動該多個鋸刃將稀土磁石塊鋸成多片。該鋸刃包含薄甜甜圈盤形之核心及在該核心之外圓周之邊緣上的圓周切割部分。該切割部分係由包含磨料、樹脂黏合劑、及潤滑劑之組成物製成。

Description

用於將稀土磁石複鋸的鋸刃與方法
本發明係關於將磁石塊鋸成多片的方法。更特別地，彼係關於一種用於將稀土磁石塊鋸成多片的鋸刃。
製造稀土磁石之商用產品的系統包括一種單一(single part)部分的系統，其中基本上具有與產品相同形狀之部分係在加壓模製階段製造；以及一種複部分(multiple part)系統，其中大塊體一旦被模製，則藉由機器分成多個部分。該單一部分系統包括加壓模製、燒結或熱處理、及完成步驟(finishing step)。模製的部分、燒結或熱處理的部分及完成的部分(或產品)在形狀及尺寸上基本相同。在進行正常燒結的範圍內，獲得接近最終形狀之燒結的部分，使完成步驟之負荷相對低。然而，當想要製造小尺寸部分或在磁化方向上具有小厚度的部分時，加壓模製及燒結的程序難以形成正常形狀之燒結部分，使製造的產率下降，甚至糟的是，不能形成此等部分。
相反地，複部分系統消除上述問題且使加壓模製及燒結或熱處理步驟能高產率且多樣化地進行。彼現在成為稀土磁石製造之主流。在該複部分系統中，模製塊及燒結或熱處理塊在形狀及尺寸上基本是一樣的，但隨後之完成步驟需要進行切割或鋸開。如何以最有效率且最不浪費的方式鋸開該塊，是製造完成的部分(finished parts)的關鍵。
切割稀土磁石塊用的工具包括二種形式-具有黏合至薄甜甜圈形盤之內圓周的鑽石砂礫(diamond grits)的鑽石研磨輪內徑(ID)刃以及具有黏合至作為核心之薄盤外圓周之鑽石砂礫的鑽石研磨輪外徑(OD)刃。現今，使用OD刃之鋸開技術變為主流，特別是鑒於產率方面。因單一刃切割模式，使用1D刃之鋸開技術在產率上是低的。在OD刃之情況中，複切割是可能的。圖1說明例示之複刃組合件1，其包含多個與間隔件12交替地同軸安裝在轉軸(未顯示)上之鋸刃11，每一刃11包含薄甜甜圈盤形之核心11b及在該核心11b之外圓周邊緣上的切割部分或磨料顆粒層11a。此複刃組合件1能進行複鋸，亦即同時將塊體切割成多個部份。
為要製造OD磨刃，鑽石顆粒通常藉由三種典型的黏合系統，包括利用樹脂黏合劑之樹脂黏合、利用金屬黏合劑之金屬黏合及電鍍，被黏合。這些磨刃常用於鋸開稀土磁石塊。
當使用鋸開用磨刃以將某一尺寸之稀土磁石塊機械分成多個部分時，該鋸刃之切割部分(軸向)的寬度關係係至關重要地關聯於工作件(磁石塊)之材料產率。重要的是要藉由使用具有最小寬度之切割部分，高度精確地機械處理以使機械處理容許度最小化並減少碎片，且增加可得之部份的數目而使材料產率及生產力最大化。
就材料產率觀點，為要形成具有最小寬度之切割部分(或較薄的切割部分)，該磨輪核心必須是薄的。在圖1中 所示的OD刃11的情況中，就材料成本及機械強度觀點，其核心11b經常由鋼材製成。在這些鋼材中，依照JIS標準分類為SK、SKS、SKD、SKT、及SKH之合金工具鋼常在商業實施中被使用。然而，當企圖藉由薄OD刃鋸開硬材料(諸如稀土磁石)時，先前技藝之合金工具鋼核心在機械強度上有缺點且在鋸開操作期間變形或弄彎，失去尺寸精確性。
對此問題之一解決方式是與稀土磁石合金同用之切斷(cutoff)輪，其包含利用結合系統諸如樹脂黏合、金屬黏合或電鍍黏合高硬度磨料顆粒(諸如鑽石及CBN)之膠合的碳化物核心，如JP-A H10-175172中所述的。作為核心材料之膠合的碳化物的使用，減輕在機械處理期間因應力所致之彎曲變形，確保稀土磁石被高精確地鋸開。然而，若在該磁石之鋸開期間，在該切割部分與該磁石間的摩擦阻力高，則不預期有高精確之機械處理。特別地，若在該切割部分之側表面(未直接與研磨操作有關)與該磁石間有實質的摩擦，則研磨阻力增強。然後，即使使用該膠合的碳化物核心，仍可能發生碎裂及/或彎曲，而不利地影響機械處理狀態。
對上述問題之一解決方式是添加潤滑劑諸如脂肪酸至研磨流體或冷卻劑中。然而，因為在該鋸刃與該工作件或稀土磁石間的間隔極窄，故難以有效地在該鋸刃與該磁石之間供應該冷卻劑。
引證資料列述
專利文件1：JP-A H10-175172
本發明之目的是要提供一種類似樹脂輪形式的鋸刃，其係用於將稀土磁石塊複鋸成多片，其減少在該鋸刃與該磁石塊間的抗鋸性，且其確保在高精確度及高速度下之鋸開，即使該鋸刃比一般刃薄。另一目的是要提供一種將稀土磁石塊鋸成多片的方法。
本發明係關於一種複刃組合件，其包含多個同軸安裝在轉軸上之軸向隔開位置的鋸刃。該複刃組合件係用於藉由轉動該多個鋸刃將稀土磁石塊鋸成多片。該鋸刃具有薄盤或薄甜甜圈盤形之核心及在該核心之外圓周邊緣上的圓周切割部分。本發明人已發展一種具有切割部分之類似樹脂輪形式的鋸刃，該切割部分係由包含用於在鋸開期間減少在該切割部分與該磁石塊間摩擦的成分或潤滑劑的組成物製成。當該磁石塊藉由該鋸刃鋸開時，該鋸開操作受到低的切割阻力，且與先前技藝相比達到相等之產率及精確性，即使使用較薄之鋸刃。
本發明通常關於一種複刃組合件，其包含多個同軸安裝在轉軸上之軸向隔開位置的鋸刃，其用於藉由轉動該多個鋸刃將稀土磁石塊鋸成多片。一方面，本發明提供該鋸刃，其包含薄盤或薄甜甜圈盤形之核心及在該核心之外圓周邊緣上的圓周切割部分，該切割部分是由包含磨料、樹脂黏合劑、及用於在鋸開操作期間降低在該切割部分與該 磁石塊間摩擦的潤滑劑之組成物製成。
在一較佳具體例中，該潤滑劑係選自氮化硼、碳、二硫化鉬、二硫化鎢、氟化石墨、及聚四氟乙烯、及其混合物。並且較佳地，該潤滑劑是具有在1至200微米範圍內之粒子尺寸的顆粒形。
一般，該切割部分是由包含下列物質之組成物製成：10至40重量%之鑽石及/或CBN作為磨料；20至60重量%之選自下列物質之基質：具有1至100微米之粒子尺寸的SiC、具有1至100微米之粒子尺寸的SiO2、具有1至100微米之粒子尺寸的Al2O3、具有0.1至50微米之粒子尺寸的WC、具有1至200微米之粒子尺寸的Fe、Ni、及Cu、及其混合物；10至50重量%之熱固性樹脂作為黏合劑；及1至50重量%之該潤滑劑。
另一方面，本發明提供一種包含以下步驟之用於將稀土磁石塊鋸成多片的方法：提供複刃組合件，其包含多個以上定義之同軸安裝在轉軸上之軸向隔開位置的鋸刃；及轉動該多個鋸刃。
本發明之有利效果
類似樹脂輪形式之鋸刃係用於將稀土磁石塊複鋸成多片。當與先前技藝比較時，該鋸刃減少切割阻力，改良鋸開精確性，且確保在高精確度及高速度下之鋸開，即使該鋸刃比一般刃薄。該刃在工業上有重大價值。
“軸向”一詞是指轉軸之軸且“輻向”是指在組合件中之環狀刃。切割部分之寬度在此意義上對應於軸向的尺寸。
複刃組合件藉由將多個鋸刃同軸安裝在轉軸上之軸向隔開位置上而構成(如圖1中所示的)。該複刃組合件係藉由轉動該多個刃以因此將稀土磁石塊同時鋸成多片而操作。依照本發明之類似樹脂輪形式的鋸刃23在圖2中顯示為包含薄盤或薄甜甜圈盤形之核心21及在該核心21之外圓周邊緣上的切割部分22。該切割部分22係由包含磨料24、樹脂黏合劑及用於在鋸開操作期間減少在該切割部分與該工作件(或磁石塊)間摩擦的潤滑劑的組成物製成。
在本文中所用的潤滑劑實例包括氮化硼、碳(包括石墨及非結晶碳)、二硫化鉬、二硫化鎢、氟化石墨、及聚四氟乙烯(PTFE)，其可單獨使用或以二種以上之混合物形式被使用。雖然一般鋸開操作難以藉由供應用於潤滑之冷卻劑而減少在該切割部分之側表面與該工作件間的摩擦，在切割部分內之潤滑劑的包括對於減少在該切割部分之側表面與該工作件間的摩擦是有效的，藉此在鋸開操作期間防止切割邊緣之軸偏離(runout)。這使該切割部分能僅在輻向上傳輸其研磨力且確保高精確度鋸開操作，即使利用該等使用具有低偏轉強度之薄核心的鋸刃。
若使用較小量之潤滑劑，則在該側表面上之摩擦減少效果被降低。使用大量的潤滑劑具有之問題是：因為該潤 滑劑缺乏結構基質之強度，故不僅該刃之切割部分的強度降低，研磨表面之摩擦力也降低，導致研磨速率變差。該潤滑劑較佳用量應是佔製造該切割部分之組成物的1至50重量%。至於每一種類之較佳量(以該組成物為基準計之重量%)，氮化硼是1至40重量%，碳(包括石墨及非結晶碳)是1至40重量%，二硫化鉬是1至40重量%，二硫化鎢是5至50重量%，氟化石墨是5至40重量%，且PTFE是5至40重量%。更佳地，氮化硼是5至30重量%，碳(包括石墨及非結晶碳)是5至30重量%，二硫化鉬是5至30重量%，二硫化鎢是10至40重量%，氟化石墨是10至30重量%，且PTFE是10至30重量%。當使用二種以上之潤滑劑的混合物時，總量範圍較佳應是1至50重量%，更佳5至40重量%。
該潤滑劑典型以顆粒形式得到。因為該切割部分具有0.2至2毫米之寬度，超過0.2毫米(200微米)之粒子尺寸是不合適的。太細的粒子體積增加，減損該切割部份的強度。該潤滑劑所具有之粒子尺寸較佳是1至200微米，更佳10至150微米。
除了潤滑劑之外，製造該切割部分之組成物還含有磨料顆粒、樹脂黏合劑及結構基質。該基質之較佳實例包括具有1至100微米之粒子尺寸的SiC、具有1至100微米之粒子尺寸的SiO2、具有1至100微米之粒子尺寸的Al2O3、具有0.1至50微米之粒子尺寸的WC、具有1至200微米之粒子尺寸的Fe、Ni、及Cu，彼可單獨使用或 以二種以上之混合物形式被使用。該基質之作用是要增加該切割部分之強度，防止該切割部分在鋸開操作期間在與該鋸刃之進料方向垂直之方向上變形，防止在鋸開操作期間該切割邊緣之軸偏離，使該鋸刃僅在輻向上傳輸其研磨力，且確保高精確之鋸開操作，即使利用該等使用具有低偏轉強度之薄核心的鋸刃。該基質可得為顆粒形式。太細之粒子體積增加，而不能提供具有強度之切割部分。若該粒子尺寸是大的，則每個切割部分的寬度僅存在一粒子，也導致強度降低。因此，該基質較佳具有在以上範圍內之粒子尺寸。更佳地，SiC具有2至50微米之粒子尺寸，SiO2具有2至50微米之粒子尺寸，Al2O3具有2至50微米之粒子尺寸，WC具有1至30微米之粒子尺寸，且Fe、Ni、及Cu具有10至150微米之粒子尺寸。
該基質之較佳用量應是佔該組成物之20至60重量%，更佳是25至50重量%。在此範圍之外，較小量之該基質可能較不有效，但較大量可能會減損該切割部分之強度。
該磨料顆粒可以是任何習知的磨料，較佳是鑽石及CBN。該磨料顆粒較佳具有10至200微米，更佳50至200微米之粒子尺寸。超過200微米之粒子尺寸可能超過該切割部分之寬度，但較小之粒子尺寸可能干擾研磨效率、鋸開速度及生產力。磨料較佳用量應是佔該組成物之20至60重量%，更佳20至40重量%。在此範圍之外，較小量之磨料可能導致較低之研磨速率，但較大之量可能 會減損該切割部分之強度。
該黏合劑具有將鑽石或CBN、該潤滑劑及該基質結合在一起以具高強度的功能，以致可以形成即使薄也具有高剛性的切割部分。較佳以熱固性樹脂作為黏合劑。尤其，酚樹脂、甲醛樹脂及脲樹脂是更佳的。藉由酚及甲醛之縮合作用所得之酚甲醛樹脂是最佳的，因為彼具有優越之耐熱性及防水性且可牢固地結合該磨料及基質。由三聚氰胺及甲醛所製備之三聚氰胺樹脂也是適合的。該黏合劑較佳用量應是佔該組成物之10至50重量%。在此範圍之外，較小量之黏合劑在結合其他成分方面是弱的，然而較大量之黏合劑則表示其他成分含量較小，導致強度、研磨速率及潤滑作用缺乏。
支持該切割部分用之核心較佳由膠合之碳化物製成。可以使用在專利文件1中所述之任何膠合之碳化物。
在本文中待鋸之工作件是稀土磁石塊。該作為工作件之稀土磁石不受特別限制。適合之稀土磁石包括R-Fe-B系統之燒結的稀土磁石，其中R是包括釔之至少一種稀土元素.
適合之R-Fe-B系統之燒結的稀土磁石是那些含有以下金屬之磁石：5至40重量%之R、50至90重量%之Fe、及0.2至8重量%之B、以及選自以下之一或多種用以改良磁性及抗腐蝕性之附加的元素：C、Al、Si、Ti、V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Zr、Nb、Mo、Ag、Sn、Hf、Ta、及W。所添加之附加元素的量是一般所知 的，例如至高30重量%之Co、及至高8重量%之其他元素。若過量添加，則該附加元素相當不利地影響磁性。
例如可藉由以下步驟製備適合之R-Fe-B系統之燒結的稀土磁石：將金屬材料源秤重，熔化，澆鑄成合金鑄塊，將該合金細分成具有1至20微米平均粒子尺寸的粒子(亦即燒結之R-Fe-B磁石粉末)，在磁場中壓縮該粉末，在1,000至1,200℃燒結該壓縮體0.5至5小時，及在400至1,000℃熱處理。
當該稀土磁石塊藉由鋸刃之複刃組合件鋸成多片時，可以利用任何習知的程序。
以下給予實例及比較用實例以供另外說明本發明，雖然本發明不限於此。
實例1
藉由以下步驟製造OD刃：提供具有外徑120毫米、內徑40毫米及厚度0.3毫米之膠合碳化物(由WC 90重量%/Co 10重量%組成)之甜甜圈形盤核心，將組成物熱加壓至該核心之外圓周邊緣以形成類似樹脂之研磨輪區或切割部分。該組成物含有10重量%之具有5至30微米粒子尺寸之石墨作為潤滑劑，40重量%之#800 SiC(GC粉末)作為基質，25重量%之酚甲醛樹脂作為黏合劑，及25重量%之具有150微米平均粒子尺寸之合成鑽石顆粒。隨後之完成工作完成OD刃(或鋸開用磨刃)。該切割部分由該核心之軸延伸在每一側上是0.05毫米，亦即該切割部分 具有0.4毫米寬度(在該核心之厚度方向上)。切割部分之輻向延伸是2.5毫米，亦即該刃具有125毫米之外徑。
使用該OD刃，對工作件(其為燒結之Nd-Fe-B磁石塊)進行鋸開測試。複刃組合件如圖1中所示，藉由以下方式構成：以2.1毫米軸間隔地共軸安裝41個OD刃在轉軸上且間隔件置於其間。該間隔件各自具有外徑85毫米、內徑40毫米及厚度2.1毫米。設計該複刃組合件以使該磁石塊被切割成具有2.0毫米厚度之磁石條。
使用該由交替安裝在轉軸上之41個OD刃及40個間隔件構成的複刃組合件鋸開該燒結的Nd-Fe-B磁石塊。該燒結的Nd-Fe-B磁石塊長101毫米、寬30毫米及高17毫米且已藉由垂直雙盤拋光工具以±0.05毫米之精確度在全部之六面上拋光。藉由該複刃組合件，該磁石塊在長向上被分割成多個2.0毫米厚之磁石條。明確地，一個磁石塊被切割成40個磁石條。
進行該鋸開操作，同時由進料噴嘴供應30升/分鐘之研磨用流體或冷卻劑，以7,000 rpm轉動該OD刃(46公尺/秒之圓周速度)，且以20毫米/分鐘之速度進料給該複刃組合件。
在磁石條使用如上構成之OD刃被切割之後，彼等在經機械處理之表面間的中心點上的厚度被測量，單位是毫米。若所測量之厚度是在2.0±0.05毫米之切割尺寸公差內，該條評等為“合格”。若所測量之厚度在該公差之外，則藉由調整間隔件之厚度精調該複刃組合件，以致所測量 之厚度可落於該公差內。對該等OD刃而言，若重複該間隔件調整多於2次，則判定這些OD刃已喪失安定性且用新的OD刃置換。在這些狀況下，1000個磁石塊被鋸開。鋸開之狀態的評估結果顯示於表1中。
比較實例1
藉由與實例1中相同之程序鋸開燒結的稀土磁石塊，除了該切割部分的組成被改變。以此方式，1000個磁石塊被鋸開，且鋸開狀態被評估。評估結果也顯示於表1中。
在比較實例1中之切割部分的組成物含有45重量%之#800 SiC(GC粉末)作為該基質，30重量%之酚甲醛樹脂作為黏合劑，及25重量%之具有150微米平均粒子尺寸之合成鑽石顆粒。
如表1所見的，雖然刃厚度減低，本發明之複鋸方法長時間保持產物之一致的尺寸精確度，且成功減少間隔件 調整次數及OD刃置換次數。然後，達成生產力之增加。
實例2至10及比較實例2
藉由以下步驟製造OD刃：提供具有外徑95毫米、內徑40毫米及厚度0.3毫米之膠合碳化物(由WC 90重量%/Co 10重量%組成)之甜甜圈形盤核心，將表2中所示之組成物熱加壓至該核心之外圓周邊緣以形成切割部分。該切割部分由該核心之軸延伸在每一側上是0.025毫米，亦即該切割部分具有0.35毫米寬度(在該核心之厚度方向上)。切割部分之輻向延伸是2.5毫米，亦即該刃具有100毫米之外徑。
使用該OD刃，對工作件(其為燒結之Nd-Fe-B磁石塊)進行鋸開測試。複刃組合件如圖1中所示的藉由以下方式被構成：以1.05毫米軸間隔地共軸安裝38個OD刃在轉軸上且間隔件置於其間。該間隔件各自具有外徑70毫米、內徑40毫米及厚度1.05毫米。設計該複刃組合件以使該磁石塊被切割成具有1.0毫米厚度之磁石條。
該由交替安裝在轉軸上之38個OD刃及37個間隔件構成的複刃組合件相對該燒結的Nd-Fe-B磁石塊被固定，以致該刃之最下端是在該磁石塊之底面以下2毫米處。該燒結的Nd-Fe-B磁石塊長50毫米、寬30毫米、高12毫米且已藉由垂直雙盤拋光工具以±0.05毫米之精確度在全部之六面上拋光。藉由該複刃組合件，該磁石塊在長向上被分割成多個1.0毫米厚磁石條。明確地，一個磁石塊被 切割成37個磁石條。
進行該鋸開操作，同時由進料噴嘴供應30升/分鐘之研磨用流體或冷卻劑，以7,000 rpm轉動該OD刃(37公尺/秒之圓周速度)，且以20毫米/分鐘之速度進料給該複刃組合件。
使用實例2至10及比較實例2之每一OD刃，鋸開1,000個磁石塊。磁石條在經機械處理之表面間的中心點上的厚度被測量，單位是毫米。設定該切割尺寸公差是1.0±0.075毫米，計算所測量之厚度的加工能力指數(Cpk)。結果顯示於表2中。
如表2所見的，包含潤滑劑之鋸刃確保高精確度之鋸開操作，即使彼薄如0.35毫米。切割條數增加。
1‧‧‧複刃組合件
11‧‧‧OD刃
11a‧‧‧切割部分或磨料顆粒層
11b‧‧‧核心
12‧‧‧間隔件
21‧‧‧核心
22‧‧‧切割部分
23‧‧‧鋸刃
24‧‧‧磨料
圖1說明在本發明之一具體例中之複刃組合件，圖1A是透視圖而圖1B是橫剖面視圖。
圖2是該鋸刃圓周部份之放大橫剖面視圖。
1‧‧‧複刃組合件
11‧‧‧OD刃
11a‧‧‧切割部分或磨料顆粒層
11b‧‧‧核心
12‧‧‧間隔件

Claims (5)

  1. 一種複刃組合件，其包含多個同軸安裝在轉軸上之軸向隔開位置上的鋸刃，其用於藉由轉動該多個鋸刃將稀土磁石塊鋸成多片，該鋸刃包含薄盤或薄甜甜圈盤形之核心及在該核心之外圓周之邊緣上的圓周切割部分，該切割部分是由包含磨料、樹脂黏合劑、及用於在鋸開操作期間降低在該切割部分與該磁石塊間摩擦的潤滑劑之組成物製成。
  2. 如申請專利範圍第1項之鋸刃，其中該潤滑劑係選自氮化硼、碳、二硫化鉬、二硫化鎢、氟化石墨、及聚四氟乙烯、及其混合物。
  3. 如申請專利範圍第1項之鋸刃，其中該潤滑劑呈具有在1至200微米範圍內之粒子尺寸的顆粒形式。
  4. 如申請專利範圍第1項之鋸刃，其中該切割部分是由包含下列物質之組成物製成：10至40重量%之鑽石及/或CBN作為磨料，20至60重量%之選自下列物質之基質：具有1至100微米之粒子尺寸的SiC、具有1至100微米之粒子尺寸的SiO2、具有1至100微米之粒子尺寸的Al2O3、具有0.1至50微米之粒子尺寸的WC、具有1至200微米之粒子尺寸的Fe、Ni、及Cu、及其混合物，10至50重量%之熱固性樹脂作為黏合劑，及1至50重量%之潤滑劑。
  5. 一種用於將稀土磁石塊鋸成多片的方法，其包含 提供如申請專利範圍第1項中所述之包含多個同軸安裝在轉軸上之軸向隔開位置上的多個鋸刃的複刃組合件，及轉動該多個鋸刃。
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