专利名称：硬质合金基部外部刀刃切割轮以及制造方法
技术领域：
本发明涉及一种硬质合金基部外径刀刃切割轮(砂轮)，该外径刀刃切割轮适合锯切稀土烧结磁体块，本发明还涉及一种用于制备该外径刀刃切割轮的方法。
背景技术：
本领域中已知的是包括硬质合金基部的OD (外径)刀刃切割轮，该硬质合金基部有外周，金刚石和/或cBN磨粒颗粒通过酚醛树脂或金属镀而结合到该外周上。使用这种切割轮的锯切加工工艺由于很多优点而被认为在工业中非常有利，这些优点包括切割工具的低价格、相对较小的切割公差、切割件的良好尺寸精度以及相对较高的机械加工速度。因为切割轮最适合用于稀土磁体块(或永磁体块)(该稀土磁体块或永磁体块较硬和较脆)的锯切，因此它们在本领域中广泛使用。引用文献列表专利文献I JP-A H09-174441专利文献2 JP-A H10-175171专利文献3 JP-A H10-175172专利文献4 JP-A 2005-193358专利文献5 JP-A H07-207254专利文献6 JP 2942989专利文献7 JP-A 2005_219169专利文献8 :W0 96/23630专利文献9 JP-A 2009-172751(US 20090165768、EP 2075092)专利文献10 JP-A 2010-260124(US 20100275522、EP 2260963)本发明人在专利文献9和10中提出了 一种外部刀刃切割轮，该外部刀刃切割轮包括环形盘基部和布置在该基部的外周上的刀刃部分，该刀刃部分包括磁性材料涂覆的金刚石和/或cBN磨料颗粒，该磨料颗粒通过电镀或无电镀而结合在基部上，该轮能够在高精度和减小尺寸公差的情况下将磁体块切割成零件；以及一种用于制造该外部刀刃切割轮的方法。这种OD刀刃切割轮适用于高精度的切割操作，这部分是因为具有通过酚醛树脂而结合在基部上的金刚石和/或cBN磨料颗粒的刀刃部分具有较高硬度。已经发现，当磨料颗粒的选择与刀刃部分选择的尺寸公差更少兼容时，刀刃部分必须进行打磨，以便使得它的切割刃重新成形，以便非常精确地保持切割件或稀土烧结磁体零件的尺寸公差。当刀刃部分不再保持切割操作的高精度时，可以观察到磨料颗粒脱落、磨料颗粒断裂从而形成低于保持颗粒的基体(结合部)表面的空穴、和/或磨料颗粒在它们的尖端处变平从而与保持颗粒的基体表面共同延伸。可以认为，磨料颗粒的脱落和断裂是由在切割时的碰撞引起的，因为磨料颗粒重重地撞上工件从而磨去工件。磨料颗粒在它们的尖端处变平从而与保持颗粒的基体表面共同延伸不仅是由在切割时的碰撞引起的，还由局部产生的高热量引起(从而使得颗粒磨损或消耗)。当工件是包含在高温下有高反应性的金属元素的稀土烧结磁体时，这种现象也适用于金刚石磨料颗粒。在加工时产生的热量使得在工件中的金属元素和颗粒(金刚石)之间产生化学反应，因此颗粒被磨损或消耗。在切割操作过程中，冷却剂通常供给进行切割的部位，用于冷却该部位。因此迄今为止并不认为切割热量对磨料颗粒的磨损有较大影响，特别是金刚石颗粒。对于刀刃部分的、沿厚度方向超过基部凸出的交叠(overlay)部分，当该交叠部分的厚度有较大尺寸公差时(也就是在刀刃部分的整个周边上的交叠部分的厚度的最大值和最小值之间有较大差异时)，且当刀刃部分的外周有较低圆度时，工件切割出的切屑不能平滑排出，并阻塞在切割槽中，从而改变轮的通路、引起工件振动(具有较大的撞击噪音)，并向切割部位提供不连续或不充分的冷却剂供给，从而导致切割缺陷。当产生这种现象时，切割件的尺寸变得不精确，或者切割表面有显著的刮痕。由于这些外观缺陷，生产率降低。
当刀刃部分损坏或变钝时，需要进行打磨步骤，即通过磨削工具来磨去颗粒保持基体直到露出新颗粒，这样，它们可以有助于切割操作。不过，OD刀刃切割轮的刀刃部分的打磨降低了生产效率，因为切割处理被中断。还有，刀刃部分的刮削降低了切割轮的使用寿命。因此，优选是在可能的情况下避免打磨。
发明内容
本发明的目的是提供一种硬质合金基部外径刀刃切割轮，它能够在不需要打磨的情况下使用很长时间，并适合高尺寸精度地将工件(通常为稀土烧结磁体块)切割成零件；以及一种用于制备该硬质合金基部外径刀刃切割轮的方法。本发明涉及一种外部刀刃切割轮，该外部刀刃切割轮包括成环形薄盘形式的基部和在该盘的外周上的刀刃部分，该刀刃部分包括磨料颗粒和金属或合金结合部，该金属或合金结合部通过电镀或无电镀而沉积在基部的外周上，用于使得磨料颗粒结合在一起和结合在基部上。本发明人已经发现，当具有45至310 μ m的平均颗粒尺寸和至少150的韧性指数TI的金刚石和/或cBN磨料颗粒用作磨料颗粒，且刀刃部分形成为满足特定几何形状和构形条件时，将获得更好的结果。即使当使用具有耐热性和耐冲击性且韧性指数TI为至少150的磨料颗粒时，外部刀刃切割轮也能够长时间地继续进行切割操作，同时保持较高切割精度，因为磨料颗粒在切割操作过程中(其中，外部刀刃切割轮受到严重冲击)折断、脱落或热消耗的危险很小。在一个方面，本发明提供了一种外部刀刃切割轮，该外部刀刃切割轮包括基部，该基部成硬质合金的环形薄盘的形式，具有450至700GPa的杨氏模量，具有确定外周的80至200mm外径、30至80mm的内径和O. I至I. Omm的厚度；以及刀刃部分，该刀刃部分布置在基部的外周上，并有比该基部更大的厚度，刀刃部分包括磨料颗粒和金属或合金结合部，该金属或合金结合部通过电镀或无电镀而沉积在基部的外周上，用于使得磨料颗粒结合在一起和结合在基部上。磨料颗粒是具有45至310 μ m的平均颗粒尺寸和至少150的韧性指数TI的金刚石和/或cBN磨料颗粒。刀刃部分包括交叠部分，各交叠部分超过基部的厚度向外凸出，刀刃部分的交叠部分的厚度满足在范围(I)中的公差[(T3max-T3min)rnrn]
O. 001 彡 T3max_T3min 彡 O. I X T2max(I)其中，T3max和T3min是刀刃部分的整个周边上的交叠部分的厚度的最大值和最小值，T2max是刀刃部分的整个周边上的刀刃部分厚度的最大值。刀刃部分满足在范围(2)中的圆度[(0Dmax/2-0Dmin/2)rnrn]O. 001 ^ 0Dmax/2-0Dmin/2 ^ O. OlXODmax(2)其中，ODmax和ODniin是刀刃部分的外径的最大值和最小值。在优选实施例中，刀刃部分还包括熔点直到350°C的金属或合金结合剂。当金属或合金结合部通过镀而沉积在基部的外周上，以便使得磨料颗粒结合在一起和结合在基部上之后，金属或合金结合剂渗透至磨料颗粒之间以及磨料颗粒和基部之间。在另一优选实施例中，刀刃部分还包括熔点直到350°C的热塑性树脂或者固化温度直到350°C的热固性树脂。当金属或合金结合部通过镀而沉积在基部的外周上，以便使得磨料颗粒结合在一起和结合在基部上之后，热塑性树脂渗透至磨料颗粒之间以及磨料颗粒和基部之间，或者液体热固性树脂合成物渗透至磨料颗粒之间以及磨料颗粒和基部之间并固化。在另一方面，本发明提供了一种用于制造外部刀刃切割轮的方法，该方法包括以下步骤提供基部，该基部成硬质合金的环形薄盘的形式，具有450至700GPa的杨氏模量，具有确定外周的80至200mm外径、30至80mm的内径和O. I至I. Omm的厚度；提供磨料颗粒；以及将金属或合金电镀或无电镀至基部外周上，用于将磨料颗粒结合在一起和结合在基部上，以便将磨料颗粒牢固固定在基部外周上，从而形成厚度比基部更大的刀刃部分。该方法还包括以下步骤使用具有45至310 μ m的平均颗粒尺寸和至少150的韧性指数TI的金刚石和/或cBN磨料颗粒作为磨料颗粒；以及使刀刃部分成形，以使得刀刃部分包括交叠部分，各交叠部分超过基部的厚度向外凸出，刀刃部分的交叠部分的厚度具有在范围(I)中的公差[(T3max-T3min)rnrn]O. 001 彡 T3max_T3min 彡 O. I X T2max(I)其中，T3max和T3min是刀刃部分的整个周边上的交叠部分的厚度的最大值和最小值，T2max是刀刃部分的整个周边上的刀刃部分厚度的最大值；且刀刃部分有在范围(2)中的圆度[(0Dmax/2-0Dmin/2)rnrn]O. 001 ^ 0Dmax/2-0Dmin/2 ^ O. OlXODmax (2)其中，ODmax和ODniin是刀刃部分的外径的最大值和最小值。该方法还包括以下步骤在将金属或合金镀至基部的外周上，以便将磨料颗粒结合在一起和结合在基部上之后，使得熔点直到350°C的金属或合金结合剂渗透至磨料颗粒之间以及磨料颗粒和基部之间的任何空隙中，以便形成刀刃部分。该方法还包括以下步骤在将金属或合金镀至基部的外周上，以便将磨料颗粒结合在一起和结合在基部上之后，使得熔点直到350°C的热塑性树脂渗透至磨料颗粒之间以及磨料颗粒和基部之间的任何空隙中，以便形成刀刃部分，或者使得固化温度直到350°C的液态热固性树脂渗透至磨料颗粒之间以及磨料颗粒和基部之间的任何空隙中并固化，以便形成刀刃部分。发明的有利效果当使用硬质合金基部外径刀刃切割轮时，能够高尺寸精度地将物品(通常为稀土烧结磁体块)切割成零件。因为切割轮能够在不需要打磨的情况下长时间地用于将物品切割成高精度尺寸的零件，因此能够基本省略额外步骤(否则需要该额外步骤来保持高精度的切割操作)。在极端情况下，检查切割零件的尺寸的步骤也可以简化。具有高尺寸精度的稀土磁体零件以较低成本获得。
图I示意表示了在本发明一个实施例中的外部刀刃切割轮，图IA是平面图，图IB是沿图IA中的线B-B的剖视图，而图IC是图IB中的圆C (刀刃部分)的放大图。图2是在方法中使用的一个示例夹具的分解透视图。图3是图2中夹住基部的保持器的外部部分的放大剖视图。图4A至4D是在基部上形成的刀刃部分的不同实施例的剖视图。 图5示意表示了怎样利用合金容器和小球来测量韧性指数。图6示意表示了怎样测量刀刃部分的交叠部分的厚度公差，图6A是测量系统的示意图，而图6B是具有与刀刃部分接触的探针的比较器的视图。图7示意表示了怎样测量刀刃部分的圆度，图7A是刀刃部分的示例投影图像，而图7B表示了利用该图像来计算圆度。图8是表示切割精度与零件数目的视图，该零件将使用实例I至4和对比实例I、2的外部刀刃切割轮而由稀土烧结磁体块切割而成。
具体实施例方式参考图1，在本发明一个实施例中的外部刀刃切割轮表示为包括基部10，该基部10成由硬质合金制造的环形薄盘的形式；以及刀刃部分20，该刀刃部分20布置在基部10的外周上。刀刃部分20包括磨料颗粒，该磨料颗粒通过电镀或非电镀而由金属或金属合金结合部进行结合。基部10成环形薄盘的形式，也就是具有中心孔12的面包圈形薄板，它的外径为80至200mm,优选是100至180mm,从而确定了外周，它的内径为30至80mm,优选是40至70mm,从而确定了孔12,且它的厚度为O. I至I. Omm,优选是O. 2至O. 8mm。应当知道，盘有中心孔和外周，如图I中所示。因此，术语“径向”和“轴向”将相对于盘的中心使用，因此，厚度是轴向方向，长度(或高度)是径向方向。同样，术语“内部”和“外部”有时也相对于盘的中心或切割轮的旋转轴来使用。基部的厚度在O. I至I. Omm的范围内，且外径在不超过200mm的范围内，因为这种尺寸的基部能够以非常高的精度制造，并保证在很长时间中以高尺寸精度对工件(通常为稀土烧结磁体块)进行一致的切断机械加工。小于O. Imm的厚度将可能导致明显的翘曲(而不管外径如何)，并很难非常精确地制造基部。超过I. Omm的厚度表示切割公差增大。考虑到能够由制造和处理硬质合金的现有技术进行制造的尺寸，外径达到200mm。孔的直径设置在30至80mm的范围内，以便装配在切断机械加工工具的轴上。构成基部的硬质合金的实例包括这样的硬质合金，其中，在周期表的族4、5和6中的粉末金属碳化物，例如wc、TiC, MoC, NbC, TaC和Cr3C2通过烧结而接合在Fe、Co、Ni、Mo、Cu、Pb、Sn或它们的金属合金的结合剂基体中。其中，优选是典型的WC-Co、WC-Ti、C-Co和WC-TiC-TaC-Co系统。它们应当有450至700GPa的杨氏模量。还有，优选是这样的硬质合金，它们有易于电镀的导电性，或者它们能够通过钯催化剂等而具有这样的导电性。为了通过钯催化剂等而使得硬质合金具有导电性，可以采用公知试剂，例如在ABS树脂的金属化中使用的金属化试剂。优选是，基部的外周可以进行斜切(斜角或圆角)，以便提高在基部和刀刃部分之间的结合强度，该刀刃部分通过由金属结合部结合磨料颗粒而形成于基部上。基部周边的斜切的优点在于，即使当刀刃在为了刀刃厚度调节目的而进行的磨削过程中错误地过度磨削超过在基部和磨料层之间的边界时，金属结合部将离开该边界，以便防止刀刃部分分离。斜切的角度和量可以根据基部的厚度和磨料颗 粒的平均颗粒尺寸来确定，因为可用于斜切的范围取决于基部的厚度。对于基部的磁特性，优选是有更大的饱和磁化，用于通过磁吸引力而将磨料颗粒保持在基部上。不过，即使当基部有较低饱和磁化时，磁性材料涂覆磨料颗粒能够通过控制永磁体的位置和磁场强度而朝着基部磁吸引。因此，饱和磁化为至少40kA/m (O. 05T)的基部能够令人满意。基部的饱和磁化这样确定，即通过从具有给定厚度的基部上切出5mm2的试样,并在24-25°C的温度下通过振动试样磁强计(VSM)来测量试样的磁化曲线(4 π Ι_Η)。在第一象限中的磁化值上限作为饱和磁化。在刀刃部分中使用的磨料颗粒是金刚石颗粒和/或立方体氮化硼(cBN)颗粒。根据切割操作条件，优选是具有45至310 μ m平均颗粒尺寸的磨料颗粒用于刀刃部分中。这里使用的“平均颗粒尺寸”是指由利用激光衍射和散射的颗粒尺寸分配测量系统来测量的50%直径或中间直径。当平均颗粒尺寸小于45 μ m时，可能在磨料颗粒之间留下更小空隙，从而可能引起例如在切割操作过程中产生抛光和加载以及失去切割能力的问题。当平均颗粒尺寸大于310 μ m时，可能引起例如切割的磁体零件具有粗糙表面的问题。考虑到切割效率和使用寿命，在该范围内的特定尺寸磨料颗粒可以单独使用，或者用作不同尺寸颗粒的混合物。在刀刃部分中使用的磨料颗粒应当有至少150的韧性指数TI。在一个试验中，稀土烧结磁体块通过外部刀刃切割轮而切割成零件，在该外部刀刃切割轮中，刀刃部分通过结合金刚石和cBN磨料颗粒(具有45至310 μ m的平均颗粒尺寸和不同TI值)而形成。然后确定由此切割的磁体零件的尺寸和公差。已经发现，使用TI值为至少150的磨料颗粒的这些切割轮能够在很长时间中保持高切割精度。TI值被认为是用于实际评估磨料颗粒在伴随热产生时的抗冲击持久性的指数。韧性指数TI通过脆性测试来确定，即，将一个金属球和预定重量的磨料颗粒布置在柱形合金容器中，密封该容器，在预定频率和室温(例如15_25°C)下摇动该容器横过特定冲程，并确定直到磨料颗粒磨至低于某种水平(达到初始重量的50%，该初始重量即磨料颗粒在测试之前的总重量)而经过的磨制时间(sec)。具体地说，可以米用依照ANSI (American National Standards Institute)B74. 23-2002的方法。如图5中所示，例如，合金容器71确定了由侧壁(该侧壁的直径为
12.70±0. 02mm，高度为19. 10±0. 01mm)、一端平表面(该平表面的直径为12. 70±0. 02mm)和另一端半球形表面(该半球形表面的半径为7. 14mm,深度为3. 84±0. 06mm)界定的空间。该容器充装有一个铬合金钢球72 (该铬合金钢球72的直径为7. 94±0. 02mm，重量为2.040±0.005g)以及通过预定网筛而筛选的预定重量磨料颗粒26。容器关闭，并以
8.1±1. 5mm的冲程、2400±3循环/min的频率以及在室温下进行摇动。制成容器侧壁的合金是合成物X100CrMoV51 (AISI Type A2)的合金或者具有58至60的Rockwell C (Re)硬度的合金。制成平表面和半球形表面的合金是合成物X100Cr6(AISI 52100)的合金或者具有58至60的Rockwell C (Re)硬度的合金。对于要测试的磨料颗粒的试样，根据金刚石或cBN磨料颗粒的标准颗粒尺寸而采用了在表I中列出了预定筛网和试样量，它覆盖了从45μπι至310μπι的范围，这对应于磨料颗粒的平均颗粒尺寸。例如，参考具有80/100标准颗粒尺寸(US筛网尺寸)的金刚石磨料颗粒(对应于 FEPA (Federation of European Producers of Abrasives)磨料粒尺寸牌号D/B181)。磨料颗粒首先使用孔径为197μπι的上部筛网(在表I中的筛网A)和孔径为151 μ m的下部筛网(在表I中的筛网B)来筛选。然后，将保持在上部和下部筛网之间的6g 这种磨料颗粒置于合金容器中，摇动该合金容器。磨削的磨料颗粒通过孔径为127 μ m的破碎后筛网(表I中的筛网C)进行筛选。直到尺寸过小磨料颗粒的重量为初始磨料颗粒总重量(即6g)的50% (即3g)时花费的磨削时间(秒)记录为韧性指数(TI)。由表I可知，要进行测试的筛网和磨料颗粒重量根据磨料颗粒的尺寸而变化。表I
权利要求
1.一种外部刀刃切割轮，包括基部，该基部成硬质合金的环形薄盘的形式，该硬质合金具有450GPa至700GPa的杨氏模量，该基部具有确定外周的80mm至200mm的外径、30mm至80mm的内径和O. Imm至I. Omm的厚度；以及刀刃部分，该刀刃部分布置在该基部的外周上，并有比该基部更大的厚度，该刀刃部分包括磨料颗粒和金属或合金结合部，该金属或合金结合部通过电镀或无电镀而沉积在基部的外周上，用于使得磨料颗粒结合在一起且结合在基部上；其中 所述磨料颗粒是具有45 μ m至310 μ m的平均颗粒尺寸和至少150的韧性指数TI的金刚石和/或cBN磨料颗粒； 所述刀刃部分包括交叠部分，各交叠部分超过所述基部的厚度向外凸出，所述刀刃部分的交叠部分的厚度具有在范围(I)中的公差[(T3max-T3min)rnrn]O. 001^T3fflax-T3fflin^0. lXT2fflax(I) 其中，T3max和T3min是刀刃部分的整个周边上交叠部分厚度的最大值和最小值，T2max是刀刃部分的整个周边上的刀刃部分厚度的最大值；以及 所述刀刃部分具有在范围(2)中的圆度[(ODmax/2-ODmin/2)rnrn]O. 001 ^ ODmax/2-ODmin/2 ( O. OlXODmax (2) 其中，ODmax和ODniin是刀刃部分的外径的最大值和最小值。
2.根据权利要求I所述的切割轮，其中所述刀刃部分还包括熔点直到350°C的金属或合金结合剂； 当金属或合金结合部通过电镀或无电镀而沉积在基部的外周上，以便使得磨料颗粒结合在一起且结合在基部上之后，金属或合金结合剂渗透至磨料颗粒之间以及磨料颗粒和基部之间。
3.根据权利要求I所述的切割轮，其中所述刀刃部分还包括熔点直到350°C的热塑性树脂或者固化温度直到350°C的热固性树脂； 当金属或合金结合部通过镀而沉积在基部的外周上，以便使得磨料颗粒结合在一起且结合在基部上之后，热塑性树脂渗透至磨料颗粒之间以及磨料颗粒和基部之间，或者液态热固性树脂合成物渗透至磨料颗粒之间以及磨料颗粒和基部之间并固化。
4.一种用于制造外部刀刃切割轮的方法，包括以下步骤 提供基部，该基部成硬质合金的环形薄盘的形式，该硬质合金具有450GPa至700GPa的杨氏模量，该基部具有确定外周的80mm至200mm的外径、30mm至80mm的内径和O. I至I. Omm的厚度； 提供磨料颗粒；以及 将金属或合金电镀或无电镀至基部外周上，用于将磨料颗粒结合在一起且结合在基部上，以便将磨料颗粒牢固固定在基部外周上，从而形成厚度比基部更大的刀刃部分； 所述方法还包括以下步骤 使用具有45 μ m至310 μ m的平均颗粒尺寸和至少150的韧性指数TI的金刚石和/或cBN磨料颗粒作为所述磨料颗粒；以及 使所述刀刃部分成形，以使得所述刀刃部分包括交叠部分，各交叠部分超过基部的厚度向外凸出，所述刀刃部分的交叠部分的厚度具有在范围(I)中的公差[(T3max-T3min)rnrn]O.001^T3fflax-T3fflin^0. lXT2fflax (I)其中，T3max和T3min是刀刃部分的整个周边上交叠部分厚度的最大值和最小值，T2max是刀刃部分的整个周边上的刀刃部分厚度的最大值；且所述刀刃部分有在范围(2)中的圆度[(0Dmax/2-0Dmin/2)mrn]O. OOl ^ ODmax/2-ODmin/2 ( O. OlXODmax (2) 其中，ODmax和ODniin是刀刃部分的外径的最大值和最小值。
5.根据权利要求4所述的方法，还包括以下步骤在将金属或合金镀至基部的外周上，以便将磨料颗粒结合在一起和结合在基部上之后，使得熔点直到350°C的金属或合金结合剂渗透至磨料颗粒之间的任何空隙中以及磨料颗粒和基部之间的任何空隙中，以便形成刀刃部分。
6.根据权利要求4所述的方法，还包括以下步骤在将金属或合金镀至基部的外周上，以便将磨料颗粒结合在一起且结合在基部上之后，使得熔点直到350°C的热塑性树脂渗透至磨料颗粒之间的任何空隙中以及磨料颗粒和基部之间的任何空隙中，以便形成刀刃部分，或者使得固化温度直到350°C的液态热固性树脂渗透至磨料颗粒之间的任何空隙中以及磨料颗粒和基部之间的任何空隙中并固化，以便形成该刀刃部分。
全文摘要
这里提供了一种外部刀刃切割轮，该外部刀刃切割轮包括硬质合金的环形薄盘基部以及在该基部的外周上的、金属或合金结合的磨料颗粒的刀刃部分。磨料颗粒是具有45-310μm的平均颗粒尺寸和至少150的TI的金刚石和/或cBN颗粒。刀刃部分包括交叠部分，该交叠部分有0.001mm至0.1×T2max mm的厚度公差(T3max-T3min)。刀刃部分有0.001至0.01×ODmax mm的圆度(ODmax/2-ODmin/2)。
文档编号B24D3/06GK102862129SQ201210229740
公开日2013年1月9日 申请日期2012年7月4日 优先权日2011年7月4日
发明者笠岛匡树, 美浓轮武久, 前川治和, 长崎欣史 申请人:信越化学工业株式会社