專利名稱：電淀積鉆石輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適宜切割復(fù)合材料的電淀積鉆石輪，更具體地說，涉及一種適宜切割以金屬絲、玻璃纖維、碳纖維作為增強(qiáng)材料以例如熱塑性材料、橡膠材料或樹脂材料作為熱軟化性材料的復(fù)合材料的電淀積鉆石輪。
目前，切割象橡膠、合成樹脂或熱塑性材料之類的熱軟化性材料都采用刀具(所謂切削器具)。
然而，用刀具切割以金屬絲、玻璃纖維或碳纖維作為增強(qiáng)材料以例如熱塑性材料、各種橡膠或合成樹脂作為熱軟化性材料的復(fù)合材料時，有種種缺點(diǎn)。
就是說，切割熱軟化性材料和金屬、碳纖維、玻璃纖維等增強(qiáng)材料組成的復(fù)合材料時，刀片在切割的過程中緊靠在增強(qiáng)材料的部分，使刀具的刀片部嚴(yán)重?fù)p壞，從而大大縮短了刀具的使用壽命，需要經(jīng)常研磨刀片部分，很不實(shí)用。
鑒于上述原因，由于鉆石輪可以有效地切割硬質(zhì)的增強(qiáng)材料，因而有人嘗試用鉆石輪來切割復(fù)合材料。然而，用現(xiàn)行的鉆石輪切割含熱軟化性材料的復(fù)合材料卻有這樣的缺點(diǎn)待切割工件的熱軟化性材料因例如鉆石輪與工件之間在切割過程中產(chǎn)生的摩擦熱而軟化或熔化，淀積在作為刀片的鉆石磨料顆粒的外周邊，將鉆石層覆蓋住，從而使切割無法進(jìn)行。
就是說，切割熱軟化性樹脂構(gòu)成的復(fù)合材料時，若采用象鉆石輪之類輪的外周邊淀積有起切割作用的鉆石磨料顆粒的刀具，則在高轉(zhuǎn)速下在鉆石輪與熱軟化性材料之間往往會產(chǎn)生摩擦熱，從而使待切割的熱軟化性材料熔化，淀積在鉆石磨料顆粒上，使這些顆粒再也發(fā)揮不了切割作用。
綜上所述，到目前為止，現(xiàn)有技術(shù)中仍然還沒有一個可以有效地切割由熱軟化性材料和增強(qiáng)材料組成的復(fù)合材料的適用切割工具。
本發(fā)明的目的是提供一種能有效地切割熱軟化性材料和增強(qiáng)材料組成的復(fù)合材料的電淀積鉆石輪。
本發(fā)明提供的供切割熱軟化性材料和增強(qiáng)材料制成的復(fù)合材料的電淀積鉆石輪由下列各部分組成盤形基板，中心開有裝配孔，沿徑向距中心裝配孔預(yù)定距離開有多個冷卻孔，各冷卻孔彼此間的間距預(yù)定，盤形基板的外周邊電淀積著許多鉆石磨料顆粒，盤形基板的正反兩面形成波紋形的多個紋脊和紋谷，波紋的外周邊電淀積著許多鉆石磨料顆粒，形成刀刃，刀刃呈波紋形，與基板一致。刀刃制成波紋形可以抑制溫度因切割過程中鉆石輪與待切割工件摩擦而引起的升高，從而避免工件熱軟化，使切割得以順利進(jìn)行。
在此情況下，紋脊和紋谷在盤形基板正反兩面交替形成。這樣做可以減少外周邊上鉆石磨料顆粒部分與待切割工件之間的接觸，防止工件熱軟化，并防止熱軟化材料淀積在鉆石磨料顆粒上。同時，波紋形基板由于切割結(jié)束時空轉(zhuǎn)著，因而還起到冷卻作用。
采用的鉆石磨料顆粒的粒度以30目至80目的范圍為宜，最好在40目至60目的范圍。這是因?yàn)?，若粒度小?0目，鉆石磨料顆粒的直徑增大，從而使應(yīng)形成的刀刃的數(shù)量不足，而若鉆石磨料顆粒的直徑大，則切割過程中因切割力引起的作用到磨料顆粒上的力(即所謂的阻力)比電鍍層保持磨料顆粒所需要的保持力增加的幅度大，從而帶來鉆石磨料顆粒脫落的缺點(diǎn)，盡管這些顆粒作為刀刃的性能合乎要求。鉆石磨料顆粒的這種脫落現(xiàn)象，在切割切割對象為熱軟化材料和增強(qiáng)材料制成的復(fù)合材料的增強(qiáng)材料時，尤其顯著。這樣大大縮短了產(chǎn)品的使用壽命，很不實(shí)用。
此外，若粒度超過80目，則鉆石磨料顆粒的直徑減小，從而使磨料顆粒的數(shù)量過大，而且從電淀積電鍍部分的鉆石磨料顆粒凸出不足，不能用作刀刃。另外，由于鉆石磨料顆粒從電鍍層突出的幅度小，因而使作為待切割工件的復(fù)合材料在切割過程中與電鍍部分接觸，從而產(chǎn)生熱量而使溫度急劇升高，使熱軟化性材料熔化而淀積在鉆石磨料顆粒上，使鉆石磨料顆粒失去其切割性能。
鉆石磨料顆粒在電鍍層的埋置比最好在60％至80％的范圍。若埋置比小于60％，則雖然切割性能令人滿意，但鉆石磨料顆粒只要切割作用力稍微增加就會脫落(阻力隨著鉆石刀刃的磨損而增加)。這種現(xiàn)象隨著埋置比的減小而更加顯著。因此，埋置比小于60％不實(shí)用，因?yàn)槭褂脡勖s短了。另一方面，若埋置比超過80％，則鉆石顆粒從電鍍層凸起的幅度減小，從而使作為待切割工件的復(fù)合材料不可能與電鍍層接觸，也不可能在切割過程中使切屑排出，從而產(chǎn)生熱量使切割無法進(jìn)行。這種現(xiàn)象隨著埋置比的變大而愈加顯著，因而是不恰當(dāng)?shù)摹?br> 此外，基板波紋中紋脊的高度最好朝外周邊的方向逐步增大，紋脊的寬度最好朝基板中心的方向減小。這樣的結(jié)構(gòu)可以減少基板在切割過程中與作為待切割工件的復(fù)合材料接觸的機(jī)會，通過使基板取波紋的形狀而進(jìn)一步縮短切割的行程，而且抑制因基板與待切割的工件接觸而產(chǎn)生的摩擦熱。
此外，紋脊和紋谷沿轉(zhuǎn)動相反的方向徑向形成時，從中心孔至外周邊可形成一股氣流，起空氣冷卻的作用，同時使切屑的排出令人滿意。
另外，通過擴(kuò)大位于基板外周邊的波紋一面上的紋脊與波紋另一面的紋脊形成的厚度，可以使鉆石輪電淀積有鉆石磨料顆粒的部分變得非常寬，從而確保切割的寬度，而且減少了基板朝內(nèi)(中心)的波紋部分(紋脊部分)與作為工件的復(fù)合材料的接觸。此外，若基板由熱膨脹系數(shù)小的金屬制成，則基板的熱變形減少了，而且可以使其始終處于在使用過程中與待切割的工件少接觸的狀態(tài)。
綜上所述，按照本發(fā)明，可以避免待切割的工件因溫度升高軟化或熔化而淀積在鉆石層上，從而抑制溫度的升高。
就是說，由于作為刀刃的鉆石磨料顆粒形成由紋脊和紋谷組成的波紋形，因而可以減小鉆石層與待切割工件接觸的長度。此外，由于紋脊和紋谷連續(xù)與刀刃的鉆石磨料顆粒形成的波紋形是在基板的正反兩面形成的，因而切屑在切割過程中可令人滿意地排出。另外，由于鉆石輪是在高轉(zhuǎn)速下使用的，因而基板兩表面上的波紋形在切割過程中起了冷卻作用抑制溫度的上升。另一方面，盡管基板與待切割的工件免不了會接觸，但本發(fā)明基板的波紋比起現(xiàn)行的產(chǎn)品來是大大地減少了，因而可以減小溫度的升高。就是說，鉆石輪若與待切割的工件的接觸面積大，就會與待切割的工件接觸而產(chǎn)生熱量，從而使待切割的工件熱軟化或熔化而淀積在鉆石磨料顆粒上使切割不可能進(jìn)行。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)能大幅減小與待切割工件的接觸面積，能抑制熱量的產(chǎn)生。
圖1是鉆石輪的正視圖。
圖2是沿圖1中的箭頭A-A看去的視圖。
圖3是沿圖1中的B-B線截取的剖視圖。
圖4是圖3中C-C部分的放大視圖。
圖5是圖3中D-D部分的放大視圖。
圖6是基板與鉆石磨料顆粒連接狀態(tài)的放大剖視圖。
圖7是鉆石磨料顆粒淀積狀態(tài)的片段放大剖視圖。
圖8是說明切割狀態(tài)的片段視圖。
圖9是說明切割狀態(tài)的片段視圖。
圖10是鉆石輪另一個實(shí)施例的正視圖。
圖11是沿圖10中的箭頭E-E看去的視圖。
圖12是沿圖10中的箭頭F-F截取的剖視圖。
圖13是圖12中G-G部分的放大視圖。
圖14是圖12中H-H部分的放大視圖。
現(xiàn)在參看


本發(fā)明的一個最佳實(shí)施例。下面說明的各組成部分和配置方式等并不是對本發(fā)明的限制，在不脫離本發(fā)明范圍的前提下是可以作種種修改或更改的。
圖1至圖9示出的是本發(fā)明的一個最佳實(shí)施例，圖10至圖14則為本發(fā)明的另一個實(shí)施例。圖1是本發(fā)明鉆石輪的正視圖，圖2是沿圖1中的箭頭A-A看去的視圖，圖3是沿圖1中的箭頭B-B截取的剖視圖，圖4是圖3中C-C部分的放大視圖，圖5是圖3中D-D部分的放大視圖，圖6是基板與鉆石磨料顆粒連接狀態(tài)的放大剖視圖，圖7是鉆石磨料顆粒淀積狀態(tài)的片段放大剖視圖，圖8是說明切割狀態(tài)的片段視圖，圖9是說明切割狀態(tài)的片段視圖。
本實(shí)施例中的電淀積鉆石輪10用來切割熱軟化性材料61和增強(qiáng)材料62制成的復(fù)合材料60。熱軟化性材料61受熱時軟化，這里是指由熱軟化性物質(zhì)制成的材料的總稱，包括一般諸如熱塑性彈性體、纖維增強(qiáng)熱塑性塑料、GRTP(玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性塑料)、CRTP(碳纖維增強(qiáng)熱塑性塑料)、天然橡膠和熱塑性樹脂之類的熱塑性塑料。
增強(qiáng)材料62是諸如鋼材、鋼絲、碳纖維、增強(qiáng)玻璃纖維、礦物質(zhì)(包括石料)等之類的材料的總稱。
復(fù)合材料60的例子有汽車輪胎、橡膠履帶和高壓橡皮軟管以及其它含各種增強(qiáng)材料62的復(fù)合材料60。
本實(shí)施例的鉆石輪10包括作為主要組成部分的圓盤20和鉆石磨料30以及固定圓形基板20和鉆石磨料顆粒30的電鍍層40。本實(shí)施例中的圓形基板20為熱膨脹系數(shù)低的金屬板，例如，Ni 30-50％-Fe合金，尤其是采用因瓦或Fe-36％合金。如圖1中所示，圓形基板20的中心開有裝配孔21供裝配到帶動鉆石輪10轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動設(shè)備(圖中未示出)用，圓形襯底上徑向距裝配孔21預(yù)定距離開有多個冷卻孔22，各冷卻孔之間的間距預(yù)定。這里假設(shè)襯底20的直徑為4英寸。
圓形襯底20的正反兩面形成有多個紋脊23和多個紋谷24組成的波紋，各紋脊的橫截面呈弧形，各紋谷則是個平面。在本實(shí)施例中，紋脊和紋谷是在圓形基板20正反兩面交替而有規(guī)則地配置形成，但也可以構(gòu)制得使各紋脊24和紋谷23連續(xù)而無規(guī)則地排列，即，使各紋脊23沿圓周方向的寬度增加，再使紋脊23的高度朝外周邊的方向逐漸增加。此外，紋脊23的寬度朝襯底20中心的方向減小。本實(shí)施例中紋脊23的起點(diǎn)開設(shè)在距裝配孔21較近距離的位置，這從圖1中看出。這種布局與稍后圖10中所示實(shí)施例不同。
紋脊23和紋谷24沿鉆石輪10轉(zhuǎn)動相反的方向徑向彎曲成旋渦狀形成。
此外，如圖2中所示，位于基板20外周邊的波紋一個表面上的紋脊23和波紋另一表面上的紋脊23共同形成的厚度W成了基板20最大的厚度。
另外，鉆石磨料顆粒30電淀積在圓形基板20的外周邊。就是說，紋脊和紋谷以波紋的形式在圓形基板20的正反兩面形成，鉆石磨料顆粒30電淀積在波紋的外周邊上形成刀刃，而刀刃形成的波紋形與襯底20合而為一。
鉆石磨料顆粒30由于是用電鍍法電淀積上去的，因而如圖6中所示通過電鍍層40作為其一個層面固定下來。鉆石磨料顆粒的粒度以30目至80目的范圍內(nèi)為宜，最好在40目至60目的范圍。
談到粒度問題，在切割復(fù)合材料60時可以從兩個方面講。一方面是熱軟化性材料61因摩擦而發(fā)熱，另一方面是需要切割硬質(zhì)的材料，因?yàn)椴牧现泻鰪?qiáng)材料62。因此，從切割增強(qiáng)材料62考慮優(yōu)先選用粒度較小的鉆石磨料顆粒30，但這樣做卻帶來了一個缺點(diǎn)，即隨著摩擦力的增加，熱軟化性材料62將顆粒覆蓋住從而使其喪失切割能力，所以從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，上述粒度范圍也是值得推薦的。
另一方面，由于鉆石磨料顆粒30固定到襯底20上使其成為刀刃是采用電淀積法的，因而鉆石磨料顆粒30可以按預(yù)定的凸出量從電鍍層40突起，而且可作為切割待切割工件的復(fù)合材料60的刀刃。如圖7中所示，凸出量用“凸出量＝Y(jié)-X”表示。這樣就可以減少與待切割工件(復(fù)合材料60)的接觸部分，并減少研磨(切割)過程中的發(fā)熱量。
鉆石磨料顆粒30在電鍍層40的埋置比，如圖7中所示，用X/Y×100表示，這里取60％～80％。埋置比若小于60％，則雖然切割性能令人滿意，但鉆石磨料顆粒30只要切割作用力稍微增加就會掉下來(阻力隨著鉆石刀刃的磨損而增加)。這種現(xiàn)象隨著埋置比的減小而引人注目。因此，埋置比小于60％縮短使用壽命，因而不實(shí)用。
另一方面，若埋置比超過80％，則鉆石磨料顆粒30從電鍍層40突起的凸出量減小，使待切割的工件(復(fù)合材料60)與電鍍層40接觸或使切屑在切割過程中排不出去，從而使發(fā)熱量增加，使切割無法進(jìn)行下去。這種現(xiàn)象隨著埋置比的增大而變得顯著，很不恰當(dāng)。
就是說，切割熱軟化性材料61和增強(qiáng)材料62制成的復(fù)合材料60時，鉆石磨料顆粒層可以象現(xiàn)有技術(shù)一樣輕易地切割增強(qiáng)材料62。然而，切割熱軟化性材料61的情況下，由于鉆石輪高速轉(zhuǎn)動切割工件，鉆石輪與作為待切割工件的熱軟化性材料61之間會產(chǎn)生摩擦熱，這個熱量使熱軟化性材料61軟化或熔化，并使材料淀積在鉆石磨料顆粒上將鉆石磨料顆粒的整個表面覆蓋住，從而使鉆石磨料顆粒喪失切割(研磨)性能。于是，摩擦熱進(jìn)一步產(chǎn)生，使切割無法進(jìn)行下去。
然而，如圖8和圖9中所示，鉆石磨料顆粒30和作為待切割工件的復(fù)合材料60只在波紋紋脊23進(jìn)行著研磨(切割)的部分接觸。此外，由于基板是由熱膨脹系數(shù)小的金屬構(gòu)成的，因而熱變形減少了，而且在使用過程中保持與待切割工件接觸幅度減少的狀態(tài)。另外，各紋谷部分成了冷卻風(fēng)的通道，防止熱量在鉆石輪10與作為待切割工件的復(fù)合材料60之間產(chǎn)生，同時各紋谷部分還構(gòu)成切屑的排出通道，從而使切割得以順利進(jìn)行。
圖10是另一實(shí)施例鉆石輪的正視圖，圖11是從圖10中的箭頭E-E看去的視圖，圖12是沿圖10中的箭頭F-F截取的剖視圖，圖13是圖12中G-G部分的放大視圖，圖14是圖12中H-H部分的放大視圖。
在圖10至圖14所示的實(shí)施例中，基本結(jié)構(gòu)與前一個實(shí)施例一樣，只是波紋是在襯底20半徑大約二分之一的位置開始的。此外，構(gòu)成波紋的紋脊23和紋谷24的數(shù)目增加了。另外，冷卻孔22的數(shù)目也增加了。在本實(shí)施例中，基板20的直徑取12英寸。其它結(jié)構(gòu)與前一個實(shí)施例的一樣。
各組成部分的編號說明10鉆石輪20圓形基板21裝配孔22冷卻孔23紋脊24紋谷30鉆石磨料顆粒40電鍍層60復(fù)合材料61熱軟化性材料62增強(qiáng)材料
權(quán)利要求
1.一種用以切割熱軟化性材料和增強(qiáng)材料組成的復(fù)合材料的鉆石輪，包括圓形基板，中心開有一個裝配孔，在與中心裝配孔相距預(yù)定距離的徑向上開有多個冷卻孔，各冷卻孔彼此間的間距預(yù)定；鉆石磨料顆粒，電淀積在圓形基板的外周邊；其中在圓盤的正反兩面形成有呈波紋形的多個紋脊和紋谷，波紋的外周邊電淀積有無數(shù)鉆石磨料顆粒形成切割刀刃，各刀刃呈波紋形與基板合而為一形成。
2.如權(quán)利要求1所述的電淀積鉆石輪，其特征在于，各紋脊和紋谷在圓形基板正反兩面交替形成。
3.如權(quán)利要求1所述的電淀積鉆石輪，其特征在于，鉆石磨料顆粒的粒度在30目至80目的范圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1所述的電淀積鉆石輪，其特征在于，鉆石磨料顆粒的粒度在40目至60目的范圍內(nèi)。
5.如權(quán)利要求2或3所述的電淀積鉆石輪，其特征在于，鉆石磨料顆粒的埋置比從60％至80％。
6.如權(quán)利要求1所述的電淀積鉆石輪，其特征在于，紋脊的高度朝外周邊的方向逐漸增加。
7.如權(quán)利要求1所述的電淀積鉆石輪，其特征在于，各紋脊和紋谷沿轉(zhuǎn)動相反的方向徑向形成。
8.如權(quán)利要求1所述的電淀積鉆石輪，其特征在于，由位于基板外周邊的波紋的一個表面上的紋脊和波紋另一表面上的紋脊形成的鉆石輪寬度是最大的寬度。
9.如權(quán)利要求1所述的電淀積鉆石輪，其特征在于，基板由熱膨脹系數(shù)小的金屬制成。
全文摘要
一種鉆石輪,其圓形基板的中心開有一個裝配孔,沿徑向距中心裝配孔預(yù)定的距離開有多個冷卻孔,各冷卻孔彼此之間的間距預(yù)定,圓形基板的外周邊電淀積著許多鉆石磨料顆粒,其中圓盤正反兩面上形成有呈波紋形的多個紋脊和紋谷,波紋的外周邊電淀積著多個鉆石磨料顆粒形成切割刀刃,刀刃則呈波紋形與襯底合而為一。這種鉆石輪適宜切割熱軟化性材料和增強(qiáng)材料組成的復(fù)合材料。
文檔編號B24D5/00GK1186011SQ97102540
公開日1998年7月1日 申請日期1997年2月19日 優(yōu)先權(quán)日1996年12月27日
發(fā)明者針生修一 申請人:三京鉆石工業(yè)株式會社