TWI325796B - Grinding wheel for roll grinding application and method of roll grinding thereof - Google Patents

Description

1325796 九、發明說明： 【發明=所屬之技術領域】 本發明係關於用於含鐵輥碾製應用的磨輪及再碾製輥至 所欲幾何品質的方法，本發明亦關於包括立方晶氣化職 為黏結系統中主要磨粒的磨輪。 【先前技術】 滾碾為用來產生在如鋼、鋁、銅及紙業的工業中的不同 厚度的條、板或片之形成方法，輥被製做為具特定幾何公 差及表面完整性規格的不同形狀（輪廓）以符合滾碾應用的 品丧輥典型上由鐵、鋼、硬質合金、花崗石、或其複合 物製u在滾礙細作中，親進行顯著的磨損及表面品質的 改變及因而需要定期由機工或碾製（亦即"滾碾，，）再成形使 滾輥回到所需要幾何公差並使表面沒有進料線、跳刀痕跡 及表面不規則性如輥表面的劃痕及/或熱降解。輥以來回橫 過輥表面的磨輪於專屬滾碾機器（離機）上碾製或是裝設於 具接於碾碎機中輥座的滾碾裝置（聯機）的帶軋製機。 ^•兩種方法的挑戰為恢復輥為其正確輪廓外型並具最小 材料移除及不具可見的進刀痕跡、可見的跳刀痕跡或表面 不規則性。進料線或進刀痕跡為輪子前緣在輥表面對應於 輥每轉磨輪前進距離的刻印。跳刀痕跡對應於因為輪子停 止誤差或因為在模製系統的多重來源（如磨輪不平衡、轉軸 軸承、機器結構、機器進料軸、馬達驅動器、液壓及電力 脈衝）而產生的振動而定期在輥周圍發生的磨輪-操作接觸 線。在輥中進刀痕跡及跳刀痕跡皆為不欲的，因此它們會 98046.doc 1325796 影響輥使用的耐久性及產生不欲的表面品質於磨光產品， 滾輥.。輥ϋ表面不規則性伴隨著碾製後輥工作表面的劃痕 及/或熱降解。劃痕係由自輪釋出的鬆弛磨粒或以隨機方式 刮輥表面碾製削屑物質所弓丨起。依據應用一般使用輥的目 視檢查以接文或拒絕輥有劃痕。輥表面的熱降解係由在碾 製方法中額外的熱所引起，此產生在或接近碾製表面的輥 材料中微結構的變化及/或有時產生輥裂痕。使用渦電流及 超音波檢視方法偵測碾製後輥的熱降解。 對離線滾碾方法典型為’裝設碾製機器使得磨輪旋轉轴 平行於工作輥旋轉軸及與旋轉輥表面接觸的旋轉輪沿輥轴 來回橫過以產生所欲幾何。滾«器可購自數家供應設備 至滾礙工業的廠商，包括P〇mini(米蘭，義大利）、Waldrich

Siegen(德國）、Herkules(德目）、及其他廠商。離線;衰礦所 使用的磨輪形狀典型上為型以輪子，其中輪子外徑面執行 碾製。 在滾碾工業中以具習知磨粒如氧化鋁、碳化矽、或其混 /、真充物及次要磨粒於有機黏結樹脂磨輪系統（如 型式樹知或酚系樹脂基質）的磨輪碾製鐵及鋼輥材 料為令見η務。在該工業中已知使用金剛石做為以酚系樹 ㈣結基質製造的磨輪中的主要磨粒以礙製由硬質合金、 lb尚石或非鐵輥材料製造的輥材料。無機㈣或玻璃或陶 :i冑粒輪未成功用於滚礙應用，與有機黏結樹脂輪子 目車乂’因為與後者相較，前者具低衝擊阻抗及低跳刀阻抗， 痕碾應用中已知有機樹脂黏結輪運轉較佳，此係因為與 98046.doc 1325796 具較高E-模數（18 GPa-200 GPa)的無機陶瓷燒結黏結輪子 相較·’其C低E-模數（1 GPa-12 GPa)。伴隨此陶瓷燒結黏結 習知輪系統的另一個問題為其易碎本質會使得在碾製方法 期間輪邊緣破壞，產生在工作輥的劃痕及表面不規則性。 美國專利申請案第20030194954A1號揭示基本上由習知 磨粒如氧化鋁磨粒或碳化矽磨粒及其混合物與所選擇黏合 劑及填充物物質於酚系樹脂黏結系統附聚所組成的輥磨輪 以提供較shellac樹脂黏結系統為經改良磨輪壽命。在該實 例中，在碾製19個輥後得到2.093的累積磨耗比〇，其表示 shellac樹脂黏結輪所觀察到G值的孓3倍改良。磨耗比〇表示 1斤移除輥材料體積與所磨損輪體積的比值值愈高，輪子 可〒愈長。然而，即使使用這些經改良的磨輪，在磨輪輥 磨輪磨損速率仍為相當大的，在礙製循環期間使用連續軸 輪磨扣補償（WWC)以符合輥的幾何錐形體公差（ττ) ^在該 技藝中，錐形體公差打對應於輥中自輥的-端至另一端2 可允許尺寸變pwwc係由以輪的軸橫貫的函數連續移動 =:二:進入輥表面而完成，中wwc的要求決定複 雜機械控制及對碾製循環的增加複雜性之需求。 使用具先前技藝習知磨粒的磨輪存在第二個缺點。在滚 輪進行快速的輪磨損，此需要多重續正碌製 I使妹廓及錐㈣皆在所欲公差内的，其典型上少於 •職。廷些額外礙製程產生昂貴親材料的移除， 用工作輥壽命的減少。典型上在先 TT/WWCIS m A 〇 又在 τ’ 比值

乾圍自0.5至5(其中Trwwc以—致單位表示W 98046.doc 符合具=磨粒的輥規格。TTfiwwc的較高比值為特別希 望的以最大化有用較壽命及磨輪壽命，及由此改善滚娘方 法的效率。 橋正碼&的第二個缺點為增加的循環時間因而減少方 法=產率。生產時間的損失亦因為有機樹脂黏結磨輪的加 、扣裒所化成的經常性輪子更換而發生。使用習知磨粒輪 要面對的第四個缺點為典型有用輪徑於磨輪壽命期間自 = 6-24吁（914-61G mm)減少’其補償造成礙製主軸頭的大懸 #作用。懸臂仙的持續增加造成碾製系統的持續變化剛 度’引起在滾礙方法的不一致。 數種先前技藝參考，亦即歐洲專利文件EP034446I0及 EP0573035及美國|利第5,569,〇6()號及美國專利第 6,220’949號’揭示一種聯機滾碾方法，日本專利文件 JP062266G6A揭示-種離線滾礙裝置及操作，其中使用平面 盤面輪(杯狀輪)型式_6A2碾製輥。在此種型式的碾製系統 之磨輪軸垂直於工作輥軸，使得輪的軸側面（工作面）以與外 部周圍輥表面摩擦滑動接觸的固定力量壓之。在此設計， 輪主軸些微傾斜使得與卫作報表面的接觸發生於輪的前緣 面’在此方法的磨輪以工作輥的矩之協助被動地驅動，或 是由模製主軸馬達主動驅動。 在另一個先前技藝參考中，歐洲專利文件EP 0344610揭 不一種用於具整體黏結的兩個磨粒環狀環組件的聯機滚碾 的杯狀輪，其中該輪包括氧化銘、碳化石夕、CBN或金剛石 磨粒於兩個不_結系、统中，#每一個磨孝立組件的有機或 98046.doc 1325796 無機黏結“。陶曼燒結黏結磨粒層（具較高Ε·模數19.7 GPa-69GPa)為.内層環組件；及外層環組件係以有機樹脂連 接系統（較低E-模數μ』奶）製造以避免輪子的破碎及裂 痕。當磨輪磨損速率與不同黏結系統的兩個組件不相同，< 輪廓誤差、跳刀及劃痕常在碾製該輥時發生。 美國專利第5,569，_及6,22〇,949號揭示一種具不同彈性 輪本體設計的杯狀紛系樹脂黏結CBN輪以吸收當碼製工作 輥^在輥礙碎機座誘發的激烈振動。於此處使用彈性輪本 體設計，在礙製方法期間在輪面及親表面間的接觸力典型 上控制於固定大小(30_50 kgf/mm磨輪面寬度)以達到沿該 工作輪面的均勻接觸。 此型式的彈性輪設計亦應用於曰本專利文件 JP〇6226606A所揭示的離機碾製方法。使用杯面磨輪裝置的 以固定輪曲換或固定輪負載之碟製表示材料移除速率係依 據輪的銳利性及被碾製的輥材料之型式而定。因為在碾碎 機操作中工作輥的磨損並不總是為均句&，當工作親磨損 為大的時（超過0.010 mm)此為非常挑戰性的因為在杯輪面 及輥表面間的不均勻接觸發展。此產生不均勻的輪磨損， 影響輪沿其工作面的切割能力或尖銳性，引起在工作輥沿 其軸長度的不均句物料移除及產生在方法的輪靡誤差㈣ 刀。 使用杯面CBN磨輪的穩定碾製方法接著由在大量磨損量 在該輥發展前經常性地碾製該輥及修正表面不規則性而為 可能。使用此種方法，想像得到可增加比值TT/wwc超過 98046.doc . in. 丄:525796 ι〇與用於離機碾製方法的習知磨粒型以輪相較。然而，杯 面輪α又。f $限制因子為當沿輥軸碾製不同形狀(如凸形冠 面凹形冠面及連續規律輪廓）的輥時在維持比值TT/W wc 大於10存在顯著的挑戰及困難。 離機及聯機滾碾方法提供兩種不同方法以再弄平工作輥 及以他們不同的動力裝置及碾製方法決策支持輥。用於離 機方法的碾製物件係在輪子有用壽命期間用於碾製單一工 作輥材料規格’或更常是多個工作輥材料規格如鐵、高速 鋼-HSS、向鉻合金鋼等。另一方面，聯機輪在整個輪壽命 期間僅碾製單―工作輥材料規格。故，用於製造杯面平面 盤輪（型式6Α2)設計的磨輪物件規格及輪製造方法無法轉 為製造型式1磨輪因為它們的應用方法顯著不同。 士先別所述，不具跳刀痕跡及進刀痕跡的礙製在犧磨機 為非¥重要的。日本專利；1>11()7532揭示—種裝置以礙製親 且無跳刀痕跡。在此裝置中，裝設於礙製主軸頭及親座的 振動感知器在碾製方法期間連續監測振動位準及調整磨輪 及輥說轉速度使得其不會超過極限跳刀振動位準，然而， 此方法需要磨輪的旋轉速度及報的旋轉速度間的速度比保 持固定’其增加在碾製良好品質輥的複雜性。 存在經&良及，經簡化滚儀方法之需求以使料一輪規格 碾衣不同輪廓形狀及鐵材料規格的工作輥使得比值 y/ww>c大於10。最大化丁丁/wwc確保在昂貴輥材料的顯 著成本命省’亦⑥求具經?文良磨輪壽命的磨輪以改良親品 貝由此減少在輥工廠及帶軋製機的總消耗成本。 98046.doc 1325796 【發明内容】 本奎袜#關於解決一或更多上述問題，本發明具體實施 例包括經改良磨輪及經簡化碾製方法以碾製廣範圍的含鐵 輥材料（如鐵及鋼合金）及用於熱及冷的帶軋製機的輥形 狀。在一具體實施例，磨輪係包括立方晶氮化硼（CBN)於黏 結系統中’其具延長的磨輪壽命，使得TT/WWC比值顯著 大於10及輥顯現無任何實質上目視進刀痕跡及跳刀痕跡。 在另一具體實施例中’施用CBN磨輪的方法使得少於〇.2 mm的最小礙製量自經磨損輥直徑移除以達到經機工親的 所欲幾何及目視規格。在本發明另一具體實施例中，施用 CBN磨輪以無跳刀及進刀痕跡地碾輥之方法允許變化磨輪 速度及/或輥速度且無需監測振動位準，及無需維持固定速 度比。 在一具體實施例中，本發明關於碾製硬度大於65 SHC(蕭 氏硬度C以硬度計測量）及具最小直徑至少1〇吋及長度至少 2呎的含鐵輥之方法。在此具體實施例中，該方法可包括步 驟：a)裝設磨輪於機械轉軸上及設定磨輪旋轉轴及報旋轉 軸之間的角度使得軸彼此平行或是具少於25度的傾斜；b) 將旋轉磨輪與旋轉輥表面接觸及將輪橫過輥的軸長度使得 比值TT/WWC大於10;及〇礙製該輕表面使得實質上沒有可 目視進刀痕跡及跳刀痕跡。 本發明關於碾製硬度大於65 在另一具體實施例中 輥之方法，其包括以 合成金剛石、立方晶

SHC(簫氏硬度C以硬度計測量）的含鐵 基本上由超磨粒材料（由天然金剛石、 98046.doc -12- 1325796 氮化硼、或具努普硬度大於3000 KHN的其他材料選出）及具 努普硬度不於3〇00 ΚΗΝ的第二磨粒於無機陶瓷燒結黏結 或在樹脂黏結系統中所組成的磨輪礙製輥的步驟，及其中 對輕上表面粗糙度小於1.25 mm Ra，礦製由維持比值 TT/WWC大於10進行。 在本發明一個具體實施例中，主要超磨粒材料為15至50 體積％的立方晶氮化硼（CBN)於陶瓷燒結黏結或在樹脂黏 結糸統。 在一個具體實施例令，本發明亦關於碾製輥且無可見跳 刀及進刀痕跡之方法，其中磨輪旋轉速度及輥旋轉速度中 的至少一個在幅度於1至40%變化，具週期1至30秒。 【實施方式】 為簡化及說明目的，本發明原則由主要參考其具體實施 例敘述之。此外，在下列敘述中，說明數種特定細節以徹 底了解本發明。然而，對熟知本技藝者明顯可知可進行本 發明而不限制於這些特定細節。在其他實例中，未詳細敘 述熟知方法及結構以避免不必要地模糊本發明。 亦必須注意當用於此處及所附請求項，單數型式"a"、 ”二、及"the”包括複數除非内文清楚地另外指*。除非另 外疋義’用於此處的所有技術及科學名稱具由熟知本技藝 者共同了解的相同意義。雖然類似或相當於此處所揭示方 法的任何方法可用於本發明具體實施例的實施或測試現 在敘述料方法。所有刊物及參考資料皆以引用方式併入 本文但别文不表示本發明的發明日不早於先前發明的揭 98046.doc 13 1325796 示日。 此處所€用方法意欲用於預防用途及解決現有情況的治 療用途。當用於此處，名稱"約"表示其所使用數字的數值 加或減ίο%。所以，約50%表示在45_50%的範圍。為使能更 70全了解此處所敘述本發明’下列詳細敘述被說明。 在本發明一個具體實施例中，滾碾應用的經改良磨輪包 括無機黏結磨輪，如陶瓷燒結或陶瓷黏結系統，其卡超磨 粒材料，如立方晶氮化硼，被用做主要磨粒材料。 陶瓷燒結黏結系統：用於本發明某些具體實施例的陶瓷 燒結黏結系統之實例包括特徵在於在該技藝中已知的經改 良機械強度之鍵結，以用於習知熔融氧化鋁或MCA(亦稱為 經溶結溶膠α-氧化鋁）磨姓粗砂（如揭示於美國專利第 5,203,886 ; 5,401，284 ; 5,863,308 ;及 5,536,283號，其被併 入本文做為參考）。 在本發明一個具體實施例中，該陶瓷燒結黏結系統基本 上由無機材料組成，其包括但不限於黏土、高嶺土、矽酸 納、氧化鋁、碳酸鋰、五水硼砂、十水硼砂或硼酸、及蘇 打灰、打火石、矽灰石、長石、磷酸鈉、磷酸鈣、及已用 於無機陶瓷燒結黏結製造的各種其他材料。 在另一具體實施例中，打火石與原玻璃黏結材料合併使 用或是取代該原材料。在第二具體實施例中，合併的前述 黏結材料包括下列氧化物：Si〇2、Ai2〇3、Na2〇、P2〇5、Li20、 KaO及BjO3。在另一具體實施例中，它們包括鹼土氧化物， 如 Ca〇、Mg〇及 Ba〇，與 ZnO、Zr02、F、CoO、Mn02、Ti02、 98046.doc -14 - ^25796

Fe2〇3、Βιζ〇3 ’及/或其組合物。在另一具體實施例中，黏 結系統―包运硼矽酸鹼玻璃。 在本發明一個具體實施例中，該黏結系統藉由維持氧化 物的正確比值包括亞磷氧化物、氧化硼、氧化矽鹼、鹼 氧化物、鹼土氧化物、矽酸鋁、矽酸錯、水合矽酸鹽、鋁 馱鹽、氧化物、氮化物、氧氮化物、碳化物、氧碳化物及 或其組合物及/或衍生物的最適含量以進行高強度、韌度（如 抗裂痕傳播）、低溫度黏結。 在另一具體實施例中，該黏結系統包括至少兩個具CBN 晶粒的無定形玻璃相以產生黏結鹼的更大機械強度❶在本 發明另一具體實施例中，超磨粒輪包括約1〇_4〇體積％的無 機材料如玻璃粉如硼矽玻璃、長石及其他玻璃組合物。 合適玻璃黏結組合物可自Ferro. c〇rp 〇f Cleveland 〇hi〇 及其他公司購得。 超磨粒成分：超磨粒材料可選自在該技藝中已知的任何 合適超磨粒材料。超磨粒材料為具努普硬度至少約3〇〇〇 kg/mm，杈佳為至少約42〇〇 kg/mm2的材料。此種材料包括 合成或天然金鋼石、立方晶氮化硼（CBN),及其混合物。選 擇性地，超磨粒材料可被提供為具塗佈如鎳、銅、鈦，或 可沉積於超磨粒晶體的任何抗磨損或傳導金屬。經塗佈超 磨粒CBN材料可購自許多來源如Diam〇nd inn〇vati〇ns，inc， of Worthington，〇H ’ 商標名為 Borazon CBN ; Element Six 商標名為ABN，及Showa Denko商標名為SBN。 在一個具體實施例中’超磨粒材料為單晶質或微結晶 98046.doc 1325796 CBN粒子，或该兩種CBN型式或不同韌度（參考如國際專利 申明索公告號碼W0 〇3/〇43784八1)的任何組合。在本發明一 個具體實施例中，超磨粒材料包括粗砂尺寸範圍自約6〇/8〇 篩孔尺寸至約400/500篩孔尺寸的CBNe在另一具體實施例 中’超磨粒材料包括粗砂尺寸範圍自約8〇/1〇〇篩孔尺寸至 約22-3 6微米尺寸（相當於約7〇〇/8〇〇篩孔尺寸）的CBN或金 鋼石。 在本發明一個具體實施例中，超磨粒材料具磨損度指數 為至少3 0。在第二具體實施例中，超磨粒材料具磨損度指 數為至少45。在第三具體實施例中，超磨粒材料具磨損度 指數為至少65。該磨損度指數為韌度的一種度量及用於決 疋在礙製期間粗砂的耐斷裂性。所提供的該磨損度指數值 為磨損度測試後保留在篩網上的粗砂百分率。此步驟包括 高頻率、低負載衝擊測試及係由超磨粒粗砂的製造商所使 用以測量粗砂韌度》較大的值顯示較大的韌度。 在本發明一個具體實施例中，磨輪包括約1〇至約6〇體積 %的超磨粒材料。在第二具體實施例中，主要超磨粒材料 為約20至約40體積％範圍的立方晶氮化硼（cbn)於陶瓷燒 結黏結或在樹脂黏結系統。 可用做本發明超磨粒成分的材料實例為包括，但不限

於，購自 Diamond Innovations，Inc. of Worthington，Ohio, USA 的 BORAZON® CBN型式 I 1000、400、500、及 55〇 等級。 孔隙成分：本發明某些具體實施例的磨輪組合物包含自 約10至約70體積％的孔隙度。在一個具體實施例中，自約 98046.doc -16- 1325796 15至約60體積％，在另一個具體實施例中，自約2〇至約5〇 體相* Θ孔.隙度。 孔隙度係由材料的自然緊密度所提供的自然間隔及由習 知細孔誘發介質（包括，但不限於，中空玻璃珠、磨碎核桃 砂、塑膠材料或有機化合物的珠粒、發泡玻璃粒子及氧化 紹空心球、加長晶粒、纖維 '及其組合物）所形成= 其他成分：在本發明一個具體實施例中，使用第二磨粒 晶粒以提供約〇. 1至約4〇體積。/。，及在第二具體實施例中， 多至約3 5體積％ «所使用第二磨粒可包括，但不限於，氧 化鋁、碳化矽、長石及石榴石晶粒，及/或其混合物。 在製造包含這些黏結的磨輪時，可加入少量的有機黏合 劑於該粉末黏結成份、粉或粗，作為塑磨或加工助劑。這 些黏合劑可包括糊精及其他形式的膠水、液體成分，如水 或乙二醇、黏度或pH調節劑及混合助劑。黏合劑的使用改 良磨輪均勻性及預燒或生壓輪及燒製輪的結構品質。因為 大部分（若非全部）黏合劑在燃燒期間燒盡，它們不會成為精 製黏結或磨粒工具的一部份。 製造超磨粒輪體的方法：製造玻璃黏結輪的方法在該技 藝中為已知。在本發明一個具體實施例中，破璃黏結cbn 磨粒層以冷壓及燒結方法或以熱壓燒結方法以具或不具陶 瓷基層製造。 在冷壓方法的一個具體實施例中，玻璃黏結輪混合物於 塑模中冷壓為輪的形狀，及經模製產品接著在窒 燃燒以完全燒結該玻璃》 3 98046.doc 1325796 在熱壓方法的一個具體實施例，玻璃黏結輪混合物置於 塑模友·向辱受壓及溫度以產生經燒結輪。在一個實例中， 用於模製的壓力機負載範圍自約25噸至約15〇噸。依據玻璃 粉化性、磨粒層幾何及輪中所欲硬度而定，燒結條件範圍 自約600°C至約110〇t。陶瓷燒結黏結CBN磨粒層可為黏結 至或黏著於輪體中心的連續緣或分段緣產品。 輪中心材料可為金屬（實例包括鋁合金及鋼）或非金屬（實 例包括陶瓷、有機黏結樹脂黏結或複合物材料），該活動或 工作玻璃黏結CBN磨粒層緣或部份以環氧黏著劑接著或黏 者於此。令心材料的選擇受可用於碾製機器主軸的最大輪 重ΐ、最大操作輪速、無跳刀地碾製的最大輪韌度及輪平 '舒要长以符&最低σσ質等級G·丨依據ansi法規Μ 19之影 響。 所使用金屬材料典型上為中碳合金剛或紹合金。工金屬 中〜體使仵徑向及軸向偏擺少於〇.㈣別25顏”及 適當地清潔本體以使陶土燒結CBN磨粒層黏結或黏結至本 體。 山非金屬輪本體材料具有機樹脂黏結或包括氧化铭及/或 石反化石夕磨粒的無機玻璃黏結，其以聚合物材料處理的孔以 对受在令心的水或礙製冷卻劑吸收。該非金屬中心材料可 以與有機樹脂點結磨輪或無機玻璃點結磨輪相同的方式製 造，除了它們未用做為磨輪表面。 =朗黏結CBN磨粒層以環氧黏著劑接於非金屬中心， 及接者磨光該輪為該應用的正確幾何及尺寸。在一實例 98046.doc •18- 1325796 冠面）、圓筒或錐形體釋放輪、及其類似物。這些結構可經 由配聿成5模製磨粒部份為具表1所示尺寸的所欲形狀.而 達到： 表1-滾碾應用的示例CBN磨輪構造 輪直徑，D 400 mm-1000 mm 輪寬，W 6 mm-200 mm CBN層厚度，T 3 mm-25 mm 基層厚度，X 0 mm-25 mm A 0.002 mm-1 mm B 0.1 W-0.9 W C 0.005 mm-3 mm D 0.005 mm-10 mm 在本發明一個具體實施例中，磨輪CBN磨粒元件可具如 在圖3所說明於無機陶瓷燒結黏結或有機樹脂黏結系統中 具不同超磨粒組合物於磨粒層的多區段輪之結構。多區段 輪之使用以在輪中的多區段111、112、113說明，及/或變化 區段寬度之使用。區段寬度可自2%多至40%的總輪寬度（W) 變化。 在其他具體實施例為最大化模製性能，輪結構的組合（如 在圖2A-2F所說明）可與具變化及最適變數如不同篩孔尺寸 的超磨粒組合物，或磨損度指數的多區段輪合併。 於篩孔尺寸及磨粒濃度的變化會影響不同輪子區段的相 對彈性模數。而，在一些應用令，變化篩孔尺寸CBN及濃 度於輪子外部區段及不同區段寬度之使用可被最適化及/ 或平衡以達到以跳刀 '進刀痕跡及/或碾製複雜輪廓的能力 98046.doc -20- 1325796 為觀點之最適性能。在本發明一個具體實施例中，包括較 高CBN或石剛石濃度的磨輪之使用提供改良的表面磨光及 增加的壽命’雖然其更易於產生跳刀痕跡。 本發明磨輪之應用：在本發明一個具體實施例中，CBN 磨輪用於碾製變化輥輪廓幾何的輥，如冠面輥輪廓或沿輥 軸的變化幅度及週期的連續規律輪廓，於CNc驅動碾製機 器使得比值TT/WWC大於1〇。 應注意使用CBN輪的本發明方法及原則亦可應用於非無 機陶瓷燒結黏結的黏結系統’如樹脂黏結CBN輪，以達到 在礙製輥的類似結果。 在另-具體實施例中，具與先前技藝磨輪相同的輪規格 及輪幾何的陶竟燒結CBN輪被用於碾製具隨機變化輪廓幾 何的不同工作_料（例如鐵輥、高鉻合金鋼輥、鍛咖輥 及鑄HSS親材料）且不必類似於先前技#的對照磨輪地因報 材料變化或輥輪廓幾何變化而配準該輪。 ' ^ -It ,,, -ru ^ tf-j _l_ ^ ,其 j 型上大於610咖長，具直徑至少25〇mm。該工作觀可各; 形狀，如直圓筒、冠面㈣、及沿該輥軸的其他複雜^ 輪廓。它們典型上被礙製為需要公差，如少於QQ25_ 輪廓形狀公差、少於15太半直 B r- 不未母mm長度的錐形體公差、 0.006 mm的圓度誤差、及且 ' /、 a少於1.25 μηι的表面磨光要j

Ra，不具可見的跳刀痕跡、推π，宙时± 進刀痕跡、輥材料的熱降解， 及其他表面不規則性如在輕本工仏4丨 在輥表面的劃痕及熱裂痕。在第- 具體實施例中，表面磨朵R ,丨、狄c 曲愿先D於5 _。在第三具體實❹ 98046.doc •21- 1325796 幾何及尺寸公差如比值TT/W WC大於1 〇。 超磨釭#料.，如CBN，的極高耐磨性確保所移除物料量 非常接近理論（施用）物料移除。所以在本發明一個具體實施 例，設定使用CBN磨輪的滾碾物料移除量以最小化輥物料 才貝失，並同時達到輥輪廓公差。此可由基於輥的初始磨損 數據及在輥中徑向偏擺設定要被移除輥物料而達到。 在一個具體實施例中，該滾礙方法被設定以利用最高可 能磨輪速度而不會在粗糙及磨光程期間引起負面的輪不平 衡，例如對直徑多至30”的CBN輪自18 „^至6〇 m/s的磨輪 速度。在使用直徑範圍自3〇"至4〇”的CBN輪的另一具體實 施例中，基於在滾碾機器的機器設計及安全限制磨輪速度 限制於45 m/s。在使用具直徑大於3〇”的CBN輪的滾碾機器 的另一具體實施例中，碾製速度可設定於大於45 m/s。可 選擇工作（輥）速度使得最大化移動速度。在磨光程該磨輪速 度及移動速度可被降低以達到無進刀痕跡及跳刀痕跡的輥 表面，及仍符合表面粗链度要求。 在一個具體實施例中，使用超磨粒輪的滚碾之工作速度 係在18m/min至20〇m/min的範圍。在包含CBN於無機陶瓷 燒結黏結系統的磨輪的另—具體實施例中，對碾製冷淬鐵 至咼速鋼輥的輥材料組合，以磨耗比（G)觀點的輪性能範圍 自35至1200〇此係與使用氧化鋁的先前技藝輪的〇 5至2 〇93 之典型磨耗比（G)相較。滾碾方法可使用具快速越過輥的多 重程（橫向磨輪）或具使用低移動速度的大深度刻痕的單一 程（緩進蠕動碾製）完成，循環時間的實質減少可由使用緩進 98046.doc -24· 蠕動碾製方法於滾碾而得到。 在滚《作的_個具體實施例中，最少量的物料自工作 輥移除以使該輥自磨損情況成為正確輪廓幾何，且在輥直 徑移除的物料少於約〇.2 _(加輥磨損），與使用氧化鋁於 有機樹月曰黏結的先前技藝輪大於〇 25咖(加輥磨損)的移除 相較。較佳為，物料移除少於約〇lrnm，少於約〇 賴、 及甚：更佳為，少於約〇 〇25咖。此表示在以新輥置換前 於熱帶軋製機的至少20%的有用輥利用增加。 在本發明另—具體實施例中，表面品質的增加可由藉由 在礙製方法期間連續控制磨輪旋轉頻率幅度及週期，及/或 由控制工作親旋轉頻率幅度及週期消除跳刀痕跡及/或進 刀痕跡而達到。 在本發明另—具體實施例中，利用本發明陶兗燒結⑽ 輪=滾礙操作可以最少或沒有輪廓誤差補償及錐形體誤差 補侦而進订。在需要補償的情況下，施用輪磨誤差補償及 錐形體補償以僅修正在機器的親誤差對準或在機器系統的 皿度變化或因為其他親誤差如當裝設於機器時的轴向及徑 向偏擺。 實例：此處提供實例以說明本發明但不欲限制本發明範 圍，在:些實例中，本發明的無機點結陶宪燒結cbn的一 個具體貫施例的碳製性能盘田# # 衣改此與用於滾碾製造廠的商業可提供 及代表的本技藝習知磨鈕r备 (氧i化紹或氧化铭及碳化石夕的混 合物作為主要磨粒）磨輪相較。 測試輪資料：在實你M乃7 ’對照輪C 1為具32"直徑X 4"寬 98046.doc •25- 1325796 X 12”孔的形式1A1輪。應注意習知磨粒滚碾輪典型上具24·' 的最少可"f直徑。 此實例的輪具尺寸30" Dx3.4” Wxl2” H，具1/8··厚可用 CBN層，黏結至鋁中心的鏈段CBN磨粒層設計。此實例的 輪係使用 Diamond Innovations, Inc. of Worthington, OH所 訂定配方製造的三種商用陶瓷燒結CBN以用於評估。 CBN-1 : Borazon CBN型式-I，低濃度，中等黏結硬度， CBN-2 · Borazon CBN型式-I ,南濃度，南黏結硬度’ CBN-3 : Borazon CBN型式-I，高濃度，高黏結硬度。 在該實例的陶瓷燒結CBN輪係以旋轉金剛石盤配準，使 得在下列條件下徑向偏擺少於0.002 mm(在某些操作，少於 0.00 1 mm): 裝置：1/2 HP旋轉動力修整器 輪型式：1A1金屬結合金剛石輪 金岡1J 石型式· Diamond Innovations, Inc. of Worthington, OH的 MBS-950 輪尺寸：6.0n(OD)x0.1”（W) 輪速度：大於18 m/s 修整器速度比：0.5單向 前端 /旋轉：〇·127 mm/rev 進料 /程：0.002 mm/pass 配準後，陶瓷燒結CBN輪以45 m/s的輪速動態平衡於碾製 軸上及不平衡幅度少於0.5 μιη(較佳為少於0.3 μηι)。 對照輪C-1依據在該工業的一般實務以單點金剛石工具 配準。對照輪亦與測試中本發明陶瓷燒結CBN輪相同程度 98046.doc -26- 1325796 地平衡。 實例ι-τ鐵輥的碾製性能：在此實例中，輥碾製比較測試 在100HP Waldrich Siegen CNC輥碾製機器進行，其中磨輪 旋轉軸實質上平行於輥旋轉軸，使得角度少於約25度。鐵 輥的尺寸為760Dxl850L，mm。於碾製期間施用5 V %濃度 的合成水溶性冷卻劑。在此評估中習知輪及陶瓷燒結CBN 輪的冷卻劑流速及壓力條件相同。硬化鐵輥具0.23 mm的徑 向磨損量，其必須在碾製操作中修正使得錐形體公差小於 0.025 mm及輪廟公差小於0.025 mm °對照習知輪及陶宪燒 結CBN輪的碾製條件對輪速度、移動速度、工作速度及切 割深度每程為幾乎相當的。碾製結果示於下表2。 表2 碾製參數 對照輪C-1 陶瓷燒結CBN輪CBN-1、 CBN-2、CBN-3 親材料 硬化輥70 SHC 硬化輥70 SHC TT/WWC mm 0.5-5 >2000 碾製工作輥# 4 4 碾製結果： 於直徑移除平均材料，mm 0.4 0.2 最大礙製功率，kW/mm 0.45 0.29 冠面輪廓及錐形體品質 規格内 規格内 跳刀及進刀痕跡 規格内 規格内 目見劃痕 規格内 規格内 表面粗糖度，Ra 規格内 規格内 熱降解 規格内 規格内 磨耗比，G 輪 C-l=2_62 CBN-1=100 CBN-2=400 CBN-3=>2000 98046.doc -27- 1325796 如在表中所示，對在此實例的磨輪，CBN-l、CBN-2及 CBN-3'^iT非常高的磨耗比G，範圍自先前技藝的對照.輪 C-1的38倍至381倍。CBN磨輪的TT/WWC比值亦為400倍大 於對照輪的ττ/wwc比值以碾製該輥至規格。 亦如所示，CBN輪的最大碾製功率每單位輪寬為3 5%低於 對照輪。該結果亦顯示與先前技藝的對照輪相較使用CBN 輪需要50%較少的材料移除以修正輥至所欲幾何。此減少 的材料移除增加鐵輥的有用使用壽命50% ;輥碾碎機的顯 著成本節省。 實例2-鍛HSS輥的碾製性能：在此實例中，使用與實例1 相同的輥以碾製且沿輥軸的複雜多樣式輪廓的鍛HSS輥。 在於相同碾製機器碾製硬化鐵輥後輪未配準及以相同條 件持續。HSS工作報具0.030 mm的初始徑向磨耗及必須被 碾製使得錐形體及輪廓形狀公差小於0.025 mm。對照習知 輪及陶瓷燒結CBN輪以輪速度、工作速度、移動速度及切 割深度的觀點之碾製條件為相當的。所使用HSS輥的尺寸 為 760.5Dxl850L，mm。 碾製條件及結果示於下表3。 98046.doc 28- 1325796 表3 一—~ ----- 碾叙參數 對照輪C-1 陶瓷燒結CBN輪 CBN-l、CBN_2、CBN-3 輥材料 鍛HSS，80 SHC 鍛HSS，80 SHC TT/WWC 0.5-5 >2000 碾製工作輥# 4 4 碾製結果： 於直徑移除平均材料，mm 0.35 0.2 最大碾製功率，kW/mm 0.5 0.35 輪廓及錐形體品質 規格内 規格内 目見跳刀及進刀痕跡 規格内 規格内 目見劃痕 ^規格内 規格内 表面粗糙度，Ra 規格内 規格内 熱降解 規格内 規格内 磨耗比，G 輪 C-l=1.27 CBN-1=35 CBN-2=200 CBN-3=1000 ------ 在儀製HSS輥時，CBN-1、CBN-2及CBN-3輪的磨耗比G. 範圍自具有機樹脂黏結習知磨粒的對照輪C_ 1的27倍至787 倍。CBN磨輪的ΤΤ/WWC比值至少400倍大於斜照輪的 TT/WWC比值以碾製該輥至規格内β所有三種cbn輪的最 大碾製功率每單位碾寬為30%低於對照輪C-1。亦顯示陶究 燒結CBN輪需要較少的材料移除以磨光該磨耗工作链至最 後所欲幾何。HSS輥壽命因而更延伸至少35°/。產生轉儀碎機 及輥工廠的顯著輥成本節省。 由此，多重輥材料可以本發明的無機陶瓷燒結黏結CBN 輪有效地碾製，在此實例提供輪壽命較使用含習知磨粒做 98046.doc -29- 1325796 4 t要磨粒材料的有機樹脂黏結輪的先前技藝經驗延長超 過二數:壹:、€。- 實例3-陶瓷燒結CBN輪的跳刀抑制方法：在此實例中， 在儀製方法期間陶瓷燒結黏結CBN輪的輪旋轉速度變化對 抑制跳刀的影響被證實。因為與先前技藝有機樹脂黏結輪 (E-模數介於1 -1 〇 GPa)相較無機陶瓷燒結黏結CBN系統典 型上具高E-模數（10-200 GPa)且本發明CBN輪的磨耗速度 為相當低的，因為在碾製期間自身激發振動的機械諧波在 輥中可以在該機械系統的分別諧波頻率的跳刀痕機而容易 地觀察。 如在圖5 A-5C所說明，申請人已令人驚訝地發現可由分散 諧波振幅於較寬頻譜，而非集中於特定頻率，而避免可辨 別的跳刀痕機。 在-個實例中，裝設壓電式加速計於礙製機器軸轴承室 及在礙製方法期間產生的震動被監控。圖从顯示在M2 — 的輪速度下，振動速度振幅比當以本發明陶瓷燒結CBN輪 碾製工作輥時所測量的頻率。振動振幅集中於扇4、彻4 及5Η)3循環每分鐘n速度幅度於侧循環每分鐘最大 為 0.002 ips 。 在圖5B，磨輪勒rpm幅度在5秒期間波動㈣。可看見名 動速度些微減少及分散於較寬頻率而非集中。 在圖5C ’軸rpm在20%幅度及在5秒期間波動。可看見指 動速度幅度進一步減少為少於〇 ’及分散於較宽海 率範圍且沒有任何個別諧波。 I% 98046.doc •30- 1325796 在本發明方法的一個具體實施例中，此軸速變化技術與 陶瓷燒ϋ結CBN輪一起使用以抑制跳刀。在碾製方法.期 間此處的軸速振動技術以1 -40%之間的速度變化幅度及自1 至3 0秒的期間施用。該速度變化可在磨輪旋轉速度、工作 輥速度、或是二者。在一個實例中，該技術已於5秒期間在 +/-20%幅度的輪旋轉頻率（轉/分鐘）變化施用》 在另一具體實施例中，跳刀抑制係由獨立地或同時與磨 輪速度變化一起地變化工作輥速度而得到。在第三具體實 施例中，跳刀抑制令人驚訝地由使用主軸轉速變化技術與 先前技藝習知磨輪，亦即主要使用習知磨粒的輪而得到。 表4為使用本發明磨輪的一個具體實施例，CBN-2，於典 型製造環境碾製廣範圍輥材料（8鐵輥、4鍛HSS輥及4鑄HSS 親）所得到的結果總結。 表4 碾製結果 對照輪C-1 陶瓷燒結CBN輪 CBN-2 於直徑移除平均材料，mm 0.35 0.2 最大礙製功率，kW/mm 0.5 0.35 輪廓及錐形體品質 規格内 規格内 跳刀及進刀痕跡 規格内 規格内 劃痕 規格内 規格内 表面粗糙度，Ra 規格内 規格内 熱降解 規格内 規格内 平均磨耗比，G 1.27 200 表4結果證實在此實例中CBN輪以一種較先前技藝對照 輪為顯著更有效的方式碾製廣範圍的輥材料之性能。結果 98046.doc •31 -

Claims (1)

1325796 第093140342號專利申請案 中文申睛專利範圍替換本(99年2月） 十、申請專利範圍·· 補充 --—-

1.種以旋轉磨輪礙製具旋轉輕表面的含鐵親之方法，該 含鐵輥具硬度大於65就及最小直徑至少25 4公分（财） 及長度至少0·61公尺（2呎），該方法包括： a) 裝設磨輪於機械轉軸上及設定磨輪旋轉轴及輥旋轉 轴之間的角度少於約25度； b) 將該旋轉磨輪與旋轉輥表面接觸及將該磨輪橫過袖 向輥長度，並保持轴向錐形體公差（ττ)與徑向輪磨損補償 (WWC)比值大於1〇;及 c)礙製該報表面至表面粗縫度Ra少於5 μπ1並留下實質 上沒有進刀痕跡、跳刀痕跡及表面不規則性的輥表面。 2·根據請求項！的方法’其中該報係碟製為少於3㈣的表面 粗糙度Ra。 3. 根據請求項i的方法，其中該含鐵報表面實質上無該親材 料的熱降解。 4. 根據請求項丨的方法，其中該ττ至wwc 5. 根據請求们的方法，其中該磨輪包括由具努普(Kn〇〇p) 硬度大於3000 ΚΗΝ的超磨粒材料組成的層其係由天然 金剛石、合成金剛石、立方晶氮化硼、及其混合物所組 成族群選出，具或不具努普硬度小於3000 ΚΗΝ的第二磨 粒於黏結系統。 6. 根據請求項5的方法，其中該超磨料材料包含立方晶氮化 硼，且在該磨輪黏結系統的立方晶氮化硼量係在1〇至6〇 體積％的範圍。 98046-990212.doc 99⑴ΐϊ 7.根據請求項5的方、土 L.'' . ---— 法’ /、中該黏結系統為：a)包括黏土、 :石、石灰、硼砂、蘇打、玻璃粉、熔製材料及其組合 的至少其中—個的陶瓷燒結黏結；及b)包括酚系樹脂、 %氣樹脂、聚酿亞胺樹脂、及其混合物的至少其中一個 的樹月曰黏結系統中的一個。 8·根據請求項1的方法，其中該磨輪係自每秒18公尺至每秒 6〇公尺旋轉。 9 ·根據請求項1的方汰，甘士 # + 击/、中該方法進一步包括在一個程戋 多程自該含鐵輥移除物料的步驟。 < 相據》月求項1的方法，其中該礦製係在至少的G比值執 行。 U·根據4求項1的方法，其巾該磨輪料具實質上平行於觀 旋轉軸的旋轉軸。 12.根據晴求項i的方法，其中該含鐵輥具選自：凸形冠面、 凹形冠面、連續規律輪廓，及沿輥軸的多樣形狀的其中 一個的表面幾何之實質旋轉，碾製以形成少於0.05 mm的 輪廟公差。 13·根據凊求項!的方法，其中該磨輪係具至少5〇 的 移動速率。 14.根據請求項1的方法，其中該磨輪係自該最小磨損輥直徑 移除少於約0.2]11111的物料碼製量。 根據唄求項1的方法，其中該磨輪係具或不具輪廓或錐形 體誤差修正路經地逹到含鐵輥之碾製。 16.根據請求項1的方法，其中碾製進-步包括保持該磨輪旋 98046-990212.doc 1325796 ——一 —------ 99.年% 1日#正 轉速度及該報旋轉速 +/ 1 5 άΟ〇/ ίΛ θ ^ 中的至父一個或二者在幅度為 +/-1至40%的1變化 G且週期1至30秒。 Π.根據請求項16的方法， +/-20%的幅度變化，且週期頻率（轉每分鐘）係在 18.根據請求項1的方法，其中該輥 一 *具直徑至少45公分（is 吋）及長度至少0.61公尺（2呎）。 、 98046-990212.doc