專利名稱:砂輪修整工具的制作方法
本發(fā)明涉及一種在基體上載有一層金剛石層的砂輪修整工具，其中金剛石由金屬粘結(jié)，這類修整工具可涉及圓柱形的或異型的修整輥，也可涉及圓片或修整塊。
修整可理解為用機(jī)械方法對(duì)旋轉(zhuǎn)著的砂輪進(jìn)行修形，修整時(shí)修整工具以保持砂輪工作面正常同心回轉(zhuǎn)的方法靠在或靠向砂輪工作面并使使砂輪有目的地從動(dòng)。此外以相應(yīng)的方法可以在砂輪工作面上形成一定的外形。
修整的另一個(gè)原因是要產(chǎn)生一定的有效粗糙深度。砂輪在磨削工件時(shí)常會(huì)在工件表面上形成一定的粗糙度。該粗糙度的等級(jí)取決于砂輪修整操作進(jìn)行的方法。一方面，各種運(yùn)動(dòng)學(xué)的修整條件對(duì)粗糙深度有所影響，例如修整工具在砂輪的軸向上對(duì)砂輪表面的進(jìn)給速度。另一方面，金剛石顆粒大小和修整工具上的金剛石顆粒排列密度也顯著影響砂輪的有效粗糙深度。
修整工具的一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但可多方面使用的形式是在平板上有規(guī)則或無(wú)規(guī)則地布有金剛石，即所謂金剛石層。金剛石層與基體粘結(jié)在一起，基體可以固定在磨削機(jī)械上或者固定在為修整面設(shè)置的裝置上。修整工具的這樣一種實(shí)施形式稱作修整塊。
金剛石覆層以其棱邊切向靠向砂輪，并且位于棱區(qū)內(nèi)向外曝露于砂輪的金剛石顆粒使砂輪產(chǎn)生從動(dòng)。
已知的修整塊中，金剛石顆粒在平板上相互有一定距離。此時(shí)金剛石顆?？梢詥螌拥夭加谝粋€(gè)平面上。金剛石顆粒的通常粒度在0.5mm和1mm之間。在使用轉(zhuǎn)小金剛石顆粒的情況下，也可以使金剛石顆粒多層重疊。
在修整磨料顆粒通常由剛玉或碳化硅組成的砂輪時(shí)，修整工具的金剛石顆粒磨損較小。但是金剛石顆粒必須用包圍它的金屬粘合材料來(lái)固定，借此金剛石顆粒足以抵抗砂輪的剝離作用。因此，金剛石顆粒嵌入其中的粘結(jié)劑金屬也必須具有相當(dāng)高的耐磨性。典型的粘結(jié)劑金屬是以碳化鎢和/或鎢為基的合金。使用低耐磨粘合材料，如鈷、鎳或青銅時(shí)，這些金屬磨損較快，致使嵌入這些金屬中的金剛石顆粒能很快從粘合劑中脫落出來(lái)。但是，如果修整工具磨損太快，就難以使修整操作按準(zhǔn)確尺寸進(jìn)行，因?yàn)樵谝杂柘冉o定的橫向進(jìn)給值進(jìn)行修整操作的過程中，修整工具的尺寸會(huì)發(fā)生變化。此外，修整的經(jīng)濟(jì)效益不能令人滿意，因?yàn)樾拚ぞ吆芸炀陀脡?，而需要?jīng)常更換新工具。
修整工具中的金剛石顆粒由于強(qiáng)烈磨損砂輪也承受高熱。因此對(duì)這樣的修整工具選擇具有高熱穩(wěn)定性的金剛石顆粒。使用鎢基或碳化鎢基金金粘結(jié)劑的缺點(diǎn)是，制造這種粘結(jié)劑需要高于900℃范圍的較高燒結(jié)溫度，以致在燒結(jié)中欲嵌入的金剛石顆粒或多或少受熱損壞。類似的方法，如金屬粉末燒結(jié)，是與液態(tài)金屬浸漬相結(jié)合的那種同樣普通燒結(jié)。
不用較高溫度的制造方法在于使用可電沉積的金屬，例如鈷、鎳、青銅或銅。但是這些金屬的耐磨性不很高。
一些新的研究表明，當(dāng)金剛石顆粒在金剛石層中稠密排列時(shí)，可電沉積的粘結(jié)材料耐磨性很小的缺點(diǎn)影響不大。但是此時(shí)呈現(xiàn)金剛石顆粒之間所剩余的金屬骨架，具有較弱的橫截面。因而不能最好地粘牢金剛石顆粒。因?yàn)楫?dāng)在金屬粘結(jié)劑中剛石顆粒僅為金屬所包圍時(shí)，則在包圍金屬和金剛石顆粒之間不會(huì)有足夠的粘著結(jié)合。這既適用于前面提到的燒結(jié)金屬粘結(jié)劑或浸漬合金粘結(jié)劑，也適用于可電沉積的金屬。為了彌補(bǔ)上述缺點(diǎn)，本發(fā)明規(guī)定，人為地將金屬石顆粒表面糙化，使其表面積與天然表面積相比至少擴(kuò)大兩倍，金剛石顆粒以這樣一種密度排列，即大多數(shù)金剛石顆粒與鄰仍金剛石顆粒相接觸。通過這種人工形成的表面狀態(tài)能使金剛石顆粒尤其在可電沉積金屬中緊密固定。因?yàn)榻饘倌軌蜻M(jìn)入尤其經(jīng)切割的顆粒表面上附加的孔隙中。當(dāng)表面具有許多相當(dāng)窄的、金屬能以根狀滲入其中的凹穴，粘結(jié)劑金屬與金剛石表面的機(jī)械結(jié)合就具有高的粘著強(qiáng)度時(shí)，尤能反映出表面形態(tài)的獨(dú)特。這尤其可以借助下述措施來(lái)達(dá)到，即用金屬腐蝕金剛石顆粒使之具有孔狀凹穴。
通過對(duì)本發(fā)明的描述，將具有擴(kuò)大了表面積和特殊表面形態(tài)的金剛石顆粒極緊密排列與在一種作為粘結(jié)包圍介質(zhì)的電沉積金屬中的特殊表面形狀相結(jié)合，就可以制得高效率的修整工具。
金剛石層的厚度影響修整操作的精確度。因此，金剛石層厚度不大于約1mm的修整塊是特別合適的。對(duì)此適宜的金剛石顆粒粘度，舉例來(lái)說如D711。
較小的金剛石顆粒，例如D501、D301或D181允許用于顆粒排列盡可能密而大部分相鄰金剛石顆粒相互接觸的多層金剛石面。
本發(fā)明所述修整工具的另一種方案是，為了提高金剛石顆粒排列密度，使用不同顆粒度的金剛石顆?；旌衔铮鏒711與D501，或與D181，或與D46或者由多種這些粒度所組成的混合物。
下面是描述三個(gè)不同種類修整塊的實(shí)施例A、B及C。
其中實(shí)施方式A符合已知的性能。實(shí)施例B示明具有0.8克拉高金剛石含量，但沒有實(shí)施例C那樣的人工擴(kuò)大的表面，實(shí)施例C具有同實(shí)施B一樣的金剛石含量，還具有本發(fā)明所述的擴(kuò)大了的表面積。
所有情況下都涉及具有10mm×15mm覆層表面積和10mm長(zhǎng)的工作棱長(zhǎng)以及單層金剛石顆粒覆層的修整塊。
在修整直徑D＝500mm及寬度b＝33mm的金剛砂砂輪，并修整到直徑為300mm時(shí)，獲得試驗(yàn)結(jié)果。修整試驗(yàn)進(jìn)行到修整塊15mm厚的磨削層磨損到10mm。下表列出砂輪修整后的磨損體積。
實(shí)施例 A B C金剛石粒度 D711 D711 D711經(jīng)擴(kuò)大表面積所金剛石種類 原樣 原樣形成特殊形態(tài)金剛石含量 0.45克拉 0.8克拉 0.8克拉金剛石層中的 電鍍鎳粘燒結(jié)金屬 電鍍鎳粘結(jié)劑金屬粘結(jié)劑 結(jié)劑磨損的砂輪6.5dm314.0dm321.1dm3體積1克拉金剛 14dm3/克拉 17.5dm3/克拉 26.4dm3/克拉石的砂輪磨損量下面用附圖來(lái)闡述本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1在砂輪上處于工作位置的修整塊。
圖2修整塊的放大俯視圖。
圖3修整塊的放大側(cè)視圖。
圖4金剛石顆粒的100倍放大圖。
圖5金剛石顆粒表面的局部斷面1000倍左右放大圖。
圖6多層排列的金剛石顆粒。
圖7具有不同粒度金剛石顆粒的金剛石層。
圖8在金剛石層上有一磨損保護(hù)層的修整塊以及圖9具有多層磨損保護(hù)層的修整塊。
圖10經(jīng)短時(shí)間使用后的修整塊。
圖1至3描繪出用于砂輪2的、以及整塊方式形成的修整工具1。該工具具有一個(gè)柄3，該柄上載有一層金剛石層4。金剛石層4由相同粒度的金剛石顆粒5組成，金剛石顆粒以這樣的方式排列，即它們與位于其旁邊的金剛石顆粒5直接接觸。為了固定金剛石顆粒，電鍍一種由鎳或鈷組成的粘結(jié)金屬6。
單個(gè)的金剛石顆粒5，其中的一粒金剛石顆粒約放大100倍示于圖4，主要在熱作用下借助與金屬腐蝕進(jìn)行人工表面糙化。因此，以立方八面體形式形成的單個(gè)金剛石顆粒表面上具有大量的孔隙7，這些孔隙以帶有相應(yīng)于圖5所示凹割的凹陷形式而形成。借此使在粘結(jié)劑中固定金剛石顆粒有效表面積至少比天然表面積擴(kuò)大兩倍，并且在電鍍時(shí)金屬以根狀進(jìn)入單個(gè)孔隙中，大大改善粘著力。因此就有可能使用電鍍粘結(jié)劑將單個(gè)金剛石顆粒高度密集排列并提高修整工具的效率。這不僅適用于塊狀修整工具，而且也同樣適用于輥狀或圓片狀的修整工具。
本發(fā)明不局限于將金剛石排列成一層。其實(shí)，圖6示出眾多金剛石在無(wú)層次結(jié)構(gòu)中排列的可能性，在這種結(jié)構(gòu)中單個(gè)金剛石或金剛石顆粒與其上下左右相鄰的顆粒相接觸。
進(jìn)一步增加金剛石用量可使用相應(yīng)圖7所示不同顆粒度的金剛石顆粒，其中的小粒金剛石位于較大金剛石之間的空隙中。
所述實(shí)施方式中的金剛石涉及特別適合本發(fā)明工具的合成金剛石。但并不排斥使用天然金剛石。
本發(fā)明的發(fā)展規(guī)定，在金剛石層4上設(shè)置磨損防護(hù)層10，該防護(hù)層的厚度以0.1～1mm較佳并且由金剛石組成，金剛石固定在一種電沉積金屬，如鈷或鎳中，并且最好也通過腐蝕來(lái)擴(kuò)大磨損防護(hù)層10中的金剛石顆粒表面積。
硬質(zhì)材料防護(hù)層的被覆在其他應(yīng)用領(lǐng)域是已知的。在那些領(lǐng)域中防護(hù)層是按粉末冶金方法制造的。從而被不足之處所牽制，即為了在外部防護(hù)區(qū)獲得均勻?qū)雍?，?yīng)有一個(gè)較大防護(hù)層厚度，而0.8mm厚度業(yè)已引起粉末冶金方面的麻煩。附帶的缺點(diǎn)是，在用粉末冶金法制造時(shí)，金剛石密度在工藝技術(shù)上不能達(dá)到大的上限制，至今在實(shí)踐中不能實(shí)施高于60或2.6克拉/立方厘米的密度。通過應(yīng)用電沉積，例如沉積鈷或鎳之類的金屬能避免粉末冶金方法的這些缺點(diǎn)。一種這樣的沉積可以精確限定側(cè)面保護(hù)層的厚度，以致可以使用例如0.2～1mm的層厚。此時(shí)，尤其是對(duì)側(cè)面保護(hù)層有可能顯著提高金剛石密度，而且可以將密度提高到150～200，即6.6～0.8克拉/立方厘米。因此合成金剛石能象天然金剛石一樣使用，但此時(shí)如果金剛石特別借助浸蝕使其表面積最好比天然金剛石至少擴(kuò)大兩倍，則一般說來(lái)，金剛石顆粒在電沉積層中的結(jié)合會(huì)得以顯著改善，這是用單純粉末冶金法制造的粘結(jié)劑所不能產(chǎn)的顯著優(yōu)點(diǎn)。獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)是，特別小的粒度能得以應(yīng)用，這些小粒度僅約為一般顆粒的一半。因此，保證了事先經(jīng)表面處理過的金剛石在電沉積粘結(jié)劑中極其牽固地固著，從而提高了昂貴的金剛石材料的利用度。
如果磨損保護(hù)層10被覆在金剛石層的前后兩側(cè)以及附帶也被覆在另外兩側(cè)，則能防止金剛石層5、6在任何方向上移動(dòng)。
圖9和圖10中描述了一種具有金剛石顆粒5的修整塊，金剛石顆粒排列成一層。這些金剛石顆粒經(jīng)人工表面糙化并用電沉積法固定在金屬6中。為了保護(hù)金剛石顆粒5，被覆了兩層保護(hù)層10和12，其厚度相當(dāng)于金剛石層4、5的厚度。金剛石5的粒度約為750μm。因此，與此相應(yīng)，保護(hù)層10和12也是堅(jiān)固的。然而保護(hù)層由很微小的金剛石顆粒組成，例如由粒度為70μm的顆粒組成。
借助附加保護(hù)層10和12防止了工作金剛石5的粘結(jié)從側(cè)面“脫離”。由此而產(chǎn)生的優(yōu)點(diǎn)是，可以更加充分地利用修整工具上的所有單粒金剛石5，因?yàn)榻饎偸柚鷥蓚?cè)的保護(hù)層可以較長(zhǎng)時(shí)間地固定住。這發(fā)生在相應(yīng)于圖10的保護(hù)層局部消耗，即一種狀態(tài)之后，此時(shí)單個(gè)金剛石5沿相應(yīng)于箭頭所示的橫向進(jìn)給方向向外突出，但是由于保護(hù)層10和12而防止了橫向斷裂。
因此借助保護(hù)層10和12改善排列在中間的金剛石的固著，借助金剛石的人工表面糙化及其在金剛石顆粒相互直接接觸排列時(shí)的電沉積粘結(jié)，金剛石的粘著總要比可資比較的已知排列有所改善。
權(quán)利要求
1.砂輪修整工具，它在基體上有一層金剛石層，其中金剛石保持在金屬粘結(jié)劑中，其特征是，金剛石顆粒(5)經(jīng)人工表面糙化，與天然表面積相比其表面積至少擴(kuò)大兩倍，而且金剛石顆粒(5)以這樣一種密度排列，即其中多數(shù)金剛石顆粒與鄰近顆粒相互接觸。
2.權(quán)利要求
1所述的修整工具，其特征在于，金剛石顆粒(5)經(jīng)用金屬浸蝕而具有孔狀凹穴(7)。
3.權(quán)利要求
1所述的修整工具，其特征在于，金屬粘結(jié)劑(6)由一種電沉積金屬組成。
4.權(quán)利要求
3所述的修整工具，其特征在于，粘結(jié)金屬(6)由鎳或鈷或者它們的一種合金組成。
5.權(quán)利要求
1所述的修整工具，其特征在于，金剛石顆粒(5)排列在一個(gè)單獨(dú)平層上。
6.權(quán)利要求
1所述的修整工具，其特征在于，金剛石顆粒(5)直接重疊排列，并且一層金剛石顆粒嵌接在另一層顆粒中，與上下左右鄰近顆粒直接接觸。
7.權(quán)利要求
1所述的修整工具，其特征在于，金剛石顆粒(5)的粒度不等。
8.權(quán)利要求
1所述的修整工具，其特征在于，金剛石顆粒(5)是合成金剛石。
9.權(quán)利要求
1所述的修整工具，其特征在于，工具(1)構(gòu)成修整塊。
10.權(quán)利要求
1所述的修整工具，其特征在于，金剛石層(4)覆有一層厚度為0.1～1mm的磨損保護(hù)層(10、11、12)，在該保護(hù)層中金剛石顆粒固定于一種電沉積金屬，如鈷或鎳中。
11.權(quán)利要求
10所述的修整工具，其特征在于，磨損保護(hù)層(10、11)中的金剛石顆粒表面積經(jīng)腐蝕而擴(kuò)大。
12.權(quán)利要求
10所述的修整工具，其特征在于，磨損保護(hù)層中有5～10克粒/立方厘米的金剛石濃度。
13.權(quán)利要求
10所述的修整工具，其特征在于，磨損保護(hù)層(10、11)置于金剛石層(4)的前后兩側(cè)。
14.權(quán)利要求
10所述的修整工具，其特征在于，磨損保護(hù)層(10、11)置于金剛石層(4)的四側(cè)。
15.權(quán)利要求
10所述的修整工具，其特征在于，金剛石層(4)由經(jīng)表面糙化的、尺寸為500～1000μm的大致相同粒度的金剛石顆粒組成，金剛石顆粒排列成一層，而保護(hù)層(10、11)的厚度均大致等于位于中間的金剛石層并由尺寸最大為100μm的金剛石顆粒構(gòu)成。
專利摘要
砂輪修整工具，基體上有一層金剛石層，保持在金屬結(jié)合劑中，其特征是，金剛石顆粒(5)經(jīng)人工表面糙化，與天然表面積相比其表積至少擴(kuò)大兩倍，而且金剛石顆粒(5)以這樣一種密度排列，即其中多數(shù)金剛石顆粒與鄰近顆粒相互接觸。
文檔編號(hào)B24B53/12GK87105212SQ87105212
公開日1988年3月30日 申請(qǐng)日期1987年7月30日
發(fā)明者迪特里克·伯斯 申請(qǐng)人:厄恩斯特·溫特和索恩有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan