用于制造外刀切削轮的方法和夹具组件 【技术领域】
本发明涉及一种用于制造切削稀土烧结磁体的外刀切削轮的方法和夹具组件。背景技术 用于切削稀土永磁体的外刀切削轮已在 JP-A 9-174441、 JP-A 10-175171 以及 JP-A 10-175172 中公开， 其包括具有一外周面的硬质合金基体， 用酚醛树脂或类似物将金 刚石研磨颗粒结合到外周面上。因为金刚石颗粒被结合到硬质合金基体上， 该基体相对于 现有技术的合金工具钢和高速钢基体提高了其机械强度， 使得加工的精度更高。而且通过 利用硬质合金基体减小刀片的厚度， 加工产率可以提高并且加工速度加快。虽然这些使用 了硬质合金基体的切削轮比现有技术中的外刀切削轮表现了较好的切削性能， 然而市场提 出的一个日益增长的需求是要降低切削轮的成本。期望的是， 能够提供一种优于现有技术 外刀切削轮的、 新的高性能切削轮。
虽然包括外刀、 内刀和线锯切削技术的多种切削技术被应用到稀土永磁体或烧结 磁体的加工中， 但外刀切削的技术应用是最为广泛的。由于它的多种优点， 包括价格低廉 的切削轮机械， 在利用硬质合金刀片情况下可接受的切削公差， 高精度， 相对较高的加工速 度， 和较大的加工范围， 外刀切削技术广泛应用于稀土烧结磁体的切削中。
传统的用于外切削的切削轮使用合金钢材料制成的基体， 例如合金工具钢 ( 例如 JIS 中的 SKD 级 ) 和高速钢。然而， JP-A 9-174441、 JP-A 10-175171 和 JP-A10-175172( 发 明者包括本发明的发明者 ) 公开了使用硬质合金基体的切削轮。通过烧结在钴或镍金属的 粘结基体中粘结碳化钨 (WC) 粉末而形成的硬质合金是具有高达 450 至 700GPa 杨氏模量的 高硬度材料， 与具有 200GPa 杨氏模量的合金钢材料相比， 格外坚硬。
高的杨氏模量意味着在切削力 ( 或切削阻力 ) 下的切削刀片变形量降低。 这样， 也 就意味着在相同的切削力下， 刀片的偏差 (deflection) 降低， 而且在相同的偏差下， 甚至 在刀片厚度减小的情况下有可能具有同样的切削精度。 虽然加在每单位面积刀片上的切削 力基本保持不变， 施加到刀片上的总切削力由于厚度降低而减小。 在多种加工工序中， 磁体 块被具有多个切削轮的切刀组件同时加工成多块， 施加在切刀组件上的总切削力降低。这 使相同动力的电机能带动的切削轮的数量增加， 或用在相同切削轮数目的切削力降低， 从 而节省了电机动力。如果电机动力相对于切削力而言有裕量， 则切削轮组件的推进可被加 快， 以缩短切削时间。
高硬度硬质合金基体的使用， 相当大地提高了外刀切削的生产率。 然而， 市场对稀 土烧结磁体的需求日益增加， 制造商们卷入了旨在降低成本的激烈竞争。为有效利用稀土 烧结磁体材料， 切削公差越小， 材料利用率就会越高。 加工速度越快， 生产率就提高的越多。 尽管它相对于现 期望的是提供这样的外刀切削轮 ： 该外刀切削轮能提供高硬度和高精度， 有硬质合金基体切削轮而言厚度降低。
引用列表
专利文献 1 ： 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 ： WO 96/23630发明内容 申请人曾提出过一种用酚醛树脂或类似树脂将金刚石研磨颗粒牢固地结合到环 形硬质合金基体的外周面上的技术， 和一种用具有适当杨氏模量的金属结合剂将金刚石或 CBN 研磨颗粒牢固地结合到环形硬质合金基体的外周面上的技术 ( 见 JP-A 2009-172751， EP2075092， US 2009165768， KR20090073019， CN101537603， 或 SG153773)。
外刀切削轮具有两个组件， 一基体和一刀片。因为占外刀切削轮的大部分的基体 被替换为高硬度硬质合金基体， 外刀切削轮相对现有技术中使用合金工具钢或高速钢基体 的外刀切削轮提高了机械强度， 并增进了加工精度。 另外， 因为粘合剂被替换为具有适当杨 氏模量的金属， 外刀切削轮整体的机械强度也得到提高。与现有技术中利用酚醛树脂或聚 酰亚胺树脂作为磨料粘合剂的树脂结合型外刀切削轮相比， 所得到的轮的三种性能得到改 善： 提高了加工精度， 由于减薄刀片而提高了材料产率， 以及因为加工速度提高而降低了加 工成本。
虽然具有一硬质合金基体和由金属结合剂将研磨颗粒结合形成的刀片的外刀切 削轮比现有技术中的外刀切削轮表现出更好的加工性能， 但仍然希望能降低切削轮的制造 成本。利用金属结合剂将研磨颗粒结合到硬质合金基体的技术、 和对由金属结合剂结合的 研磨颗粒构成刀片部分 ( 或研磨层 ) 进行成形 (shaping) 的技术， 这两种技术与现有技术 中公知的技术相比， 制造时间更长、 制造产率降低， 并最终造成制造成本的提高。如此制造 的轮相对于现有技术中的外刀切削轮是昂贵的。 虽然具有硬质合金基体和由金属结合的研 磨颗粒的刀片的外刀切削轮与现有技术中具有由树脂粘合的研磨颗粒的刀片的外刀切削 轮相比， 表现出加工方面的较高性能， 但刀片的成本更高。 在降低稀土烧结磁体的制造成本 的需求被满足之前， 必须先降低外刀切削轮自身的成本。
本发明的一个目的是提供一种用于以较低成本制造外刀切削轮的方法和夹具组 件。利用该方法和夹具组件， 具有较好性价比的外刀切削轮以高性价比制造出来。
在具有环形碟状基体和形成在基体外圆周的刀片部分的外刀切削轮的制造中， 发 明人发现， 通过在靠近基体外圆周的位置中产生磁场， 能够获得好的效果， 并且这样磁场作 用在预涂有磁性材料的研磨颗粒上以对涂层进行磁化， 因此将研磨颗粒吸引至基体的外圆 周， 并且此时进行电镀从而将研磨颗粒结合到基体的外周面上。
更具体地说， 通过控制剩磁、 尺寸、 磁化方向和所使用的永磁体的位置， 使得研磨 层 ( 其形成刀片部分 ) 与基体的连接变得更为致密。包括了具有选定高度或选定分布的研 磨颗粒的研磨层的外刀切削轮可以根据具体应用而容易地制造。
如序言中所述， 现有技术中用于切削稀土烧结磁体的大多数外刀切削轮， 是具有
用酚醛树脂或类似物粘合的金刚石研磨颗粒的树脂粘合金刚石切削轮。 为达到提高产率和 降低加工稀土烧结磁体成本的目的， 希望降低外圆周刀片部分的厚度和加快切削速度。
在满足这些需要的努力中， JP-A 2009-172751 将重点放在用来将研磨颗粒粘结到 硬质合金基体外周面上的粘合剂上。通过提高粘合剂的杨氏模量， 构成外刀切削轮的基体 和研磨层二者都提高了硬度。因为这些组成部分的相互促进效应， 外刀切削轮的机械强度 相对于现有技术得到提高。
关于加工稀土烧结磁体， 这种高性能外刀切削轮的出现， 已实现了加工产率的提 高和加工成本的降低。然而， 在使用现有技术中公知的技术 ( 例如利用金属结合剂将研磨 颗粒结合到基体的技术， 和修整由金属结合剂结合研磨颗粒形成的刀片部分 ( 或研磨层 ) 的高度和厚度的技术 ) 时， 外刀切削轮却很难制造， 或即使可以制造， 制造产率也很低。
利用金属结合剂将研磨颗粒结合到基体的技术包括 ： 例如， 将研磨颗粒沉积到基 体上并电镀以结合 ； 将金属钎焊剂和研磨颗粒放置到基体上并加热它们以焊接 ； 和将研磨 颗粒和粉末状金属结合剂组成的粉末混合物压铸到基体的外周面上。 这些技术是否可行取 决于粘合颗粒粘合的部分的形状、 尺寸和材料。 例如， 当研磨颗粒要被结合到如本发明中的 环形碟状基体的外周面时， 电镀或焊接技术在研磨颗粒被结合之前很难使研磨颗粒与基体 保持紧密接触， 因为基体的外周面具有有限的表面面积。将研磨颗粒和粉末状金属结合剂 组成的粉末混合物压铸到基体的外周面上的技术， 也很难制造出外刀切削轮， 因为基体在 压铸的压力下会发生变形。
即使制造出切削轮， 由于某些制造条件， 刀片部分的形状和尺寸也会比所希望的 要大。这导致需要修正刀片部分。因为使用了比常规的树脂粘合剂具有更高机械强度的金 属结合剂， 调节刀片部分尺寸的操作是非常困难的。 在树脂粘合剂的情况下， 即使包含有金 刚石研磨颗粒 ( 其难以被磨削 )， 但因为树脂具有低机械强度， 简单地磨削树脂就会导致研 磨颗粒轻易脱落。结果， 可以以相对简单的方式制造出具有高尺寸精度的外刀切削轮。相 反， 在使用金属结合剂的情况下， 为确保切削的高精度， 金属结合剂具有足够将研磨颗粒紧 密保持较长时间的机械强度， ， 同样的机械强度却不利于磨削。结果， 很难调节研磨层的尺 寸。
因为研磨颗粒在被金属结合剂结合之后立刻嵌入到金属结合剂中， 研磨层不会形 成自磨作用， 而是另外地在随后切削稀土烧结磁体时出现。这使研磨层的加工更加困难。
因此， 当加工研磨层以修正其尺寸和形状 ( 例如研磨层的厚度， 研磨层从侧表面 轴向伸出的量， 和研磨层从基体周面径向伸出的量 ) 时， 存在的不利情况在于 ： 完成高精度 修正所需时间较长， 或加工中使用的磨削工具 ( 例如磨削轮 ) 损耗过快。
加工时间可通过增加磨削速度或切削深度来缩短。然而在这样困难的加工条件 下， 研磨层或基体可能会出现裂纹或破碎， 或直接被切掉。这些缺陷将降低制造产率。
在这种情况下， 发明人着力研究研磨颗粒被将由电镀技术沉积的金属结合剂结合 到基体外周面时所用的夹具。刀片部分扮演了重要角色， 这是因为外刀切削轮是通过将研 磨颗粒结合到基体的外周面而形成的。 研磨颗粒被将由电镀技术沉积的金属结合剂结合时 可采用多种方法。这些方法包括使用将研磨颗粒分布在电镀液中的复合电镀槽， 金属和研 磨颗粒同时沉积在基体上， 并电镀上通过导电粘合剂粘合的研磨颗粒。在一种可选择的方 法中， 基体被夹入到夹具部件之间以形成相应于研磨层的狭窄空间， 该空间被研磨颗粒填满， 通过在颗粒、 夹具部件和基体之间产生的有效的摩擦力使研磨颗粒保持在其中， 并且进 行电镀。 也有可能在通过利用公知手段 (JP-AH07-207254) 在基体周围制造磁场 ； 或通过在 夹具部件内建造永磁体片、 将基体夹入到夹具部件之间以磁化基体， 而把通过电镀或喷涂 而预先涂有磁性材料 ( 例如镍 ) 的研磨颗粒磁吸引到基体的外周面上之后， 执行电镀。在 另一种方法中， 将涂覆有易延展金属 ( 如镍或铜 ) 的研磨颗粒单独地或与粉末状金属混合 地配置在基体外周面部分周围， 其将放置在一模具中， 其内施加压力以将研磨颗粒结合到 基体。
前述中， 避免导电粘合剂的那些方法更适于粘土烧结磁体的加工， 因为刀片部分 由研磨颗粒和金属结合剂组成。在这些方法中， 在通过电镀或喷涂而预先涂有磁性材料 ( 例如镍 ) 的研磨颗粒被磁吸引到基体的外周面上之后执行电镀的方法是最为有效的， 因 为在电镀过程中没有研磨颗粒脱落， 并且金属结合剂可沉积以将研磨颗粒粘结在基体上， 而不必对硬质合金基体施加额外的压力。
为 了 在 磁 场 下 将 预 先 涂 覆 有 磁 性 材 料 的 研 磨 颗 粒 吸 附 到 基 体 上， 如 JP-AH07-207254 所公开的， 利用电磁铁产生一穿过基体的磁场以磁化研磨颗粒， 然后电镀 以将研磨颗粒结合到基体上的技术是有效的。然而， 如果结合有颗粒的基体部分具有较小 的体积， 或由如硬质合金那样的低饱和磁化材料制成， 就难以产生出仅穿过基体外周面部 分的磁场。结果， 研磨颗粒可能被吸引到所需位置之外， 或者不能产生足够的吸引力。 另外， 电磁铁需要导体和提供导电的电源。如果制造工序包括如在电镀中那样与 导电液接触， 则夹具部件和其它组成元件必须以合适手段设置为电绝缘。这样夹具部件变 得难以操作， 而制造过程效率变低。
发明人已经发现， 外刀切削轮可以通过以下方式制造， 利用永磁体片作为在所需 位置产生所需方向和强度的磁场的装置， 该永磁体片易于控制尺寸和形状这样的参数， 将 该永磁体片安装在夹具部件上， 将基体夹入到各夹具部件之间以在其中形成一空间， 将预 先涂覆有磁性材料的研磨颗粒放置到该空间中， 通过磁吸引力将它们吸引到基体， 进行电 镀以沉积金属结合剂从而将研磨颗粒结合到基体 ； 这样得到的外刀切削轮， 金属结合剂的 用量最优化， 且研磨层或刀片部分被控制到尽可能接近所需尺寸 ； 并且刀片部分的形成产 率得以提高， 而修正刀片部分尺寸的操作得以精简。 也就是说， 能以低成本制造具有高尺寸 精度的高性能外刀切削轮。
相应地， 本发明提供一种用于制造外刀切削轮的方法和其中所使用的夹具组件。
一方面， 本发明提供一种用于制造外刀切削轮的方法， 该外刀切削轮包括具有外 周面和侧表面的呈环形薄碟片形式的硬质合金基体， 以及形成在基体外周面的刀片部分， 所述方法包括以下步骤 ：
将至少两块具有至少 0.3T 剩磁的永磁体片分别设置在基体的侧表面上并在基体 外周面以内的位置、 或设置在基体外周面以内并从基体侧表面延伸 20mm 的空间内， 以在基 体外周面处以及从基体外周面延伸 10mm 的空间内产生至少 8kA/m 的磁场，
提供涂覆有磁性材料的金刚石和 / 或 CBN 研磨颗粒， 使得所述磁场能够作用于金 刚石和 / 或 CBN 研磨颗粒， 导致研磨颗粒由于所产生的吸引力而被吸引并固定在基体外周 面附近， 以及
向带有吸引到其上的研磨颗粒的基体外周面实施电镀 (electroplating) 或无电
涂镀 (electroless plating)， 使得研磨颗粒被结合到基体外周面上以形成刀片部分。
典型地， 环形薄碟片形式的基体的外径为 80 到 200mm， 厚度为 0.1 到 1.0mm， 内径 为 30 到 80mm， 杨氏模量为 450 到 700GPa， 饱和磁化强度 (saturation magnetization) 为 至少 40kA/m(0.05T)。
涂 覆 有 磁 性 材 料 的 金 刚 石 和 / 或 CBN 研 磨 颗 粒 优 选 具 有 至 少 0.6 的 磁 化 率 (magnetic susceptibility)χ。
在一种优选的实施方式中， 一个或多个永磁体片连续地或等距地设置在基体的一 个或两个侧表面上， 并与碟状基体同心。
另一方面， 本发明提供一种用于制造外刀切削轮的夹具组件， 该外刀切削轮包括 呈环形薄碟片形式的具有外周面的硬质合金基体， 和形成在基体外周面的刀片部分，
夹具组件包括至少一对夹具部件， 每个夹具部件均包括 ： 绝缘材料制成的盖， 盖的 外径大于基体的外径 ； 以及至少一个固定在盖上的永磁体片， 永磁体片设置在基体外周面 向内的位置上并具有至少 0.3T 的剩磁， 其中
当基体被保持在各夹具部件之间时， 各夹具部件中的永磁体片在基体外周面处以 及从基体外周面延伸 10mm 的空间内形成至少 8kA/m 的磁场， 所述磁场的作用是将涂覆有磁 性材料的金刚石和 / 或 CBN 研磨颗粒吸引并固定到基体外周面附近， 以使它们 50、 50 好进 行电镀或无电涂镀。 夹具组件可进一步包括设置在盖的中心的用于电镀的阴极。 夹具组件可进一步包 括一用于支撑多对夹具部件的支撑轴。
有益效果
利用所述制造方法和夹具组件， 能够以高产率和低成本制造高性能外刀切削轮。
附图说明 图 1 示意性地示出本发明一实施方式中的外刀切削轮， 图 1A 是一平面图， 图 1B 是 沿图 1A 中 B-B 方向的剖视图， 而图 1C 是图 1B 的圆圈 C 部分的放大的剖面图。
图 2 是本发明一实施方式中所用的夹具组件的立体图。
图 3 是夹具组件外围部分的放大剖视图。
图 4 示出安装在夹具组件中的永磁体片的磁化方向。
图 5 是当基体被夹入各夹具部件之间时环绕基体外围产生的磁场的模拟图， 磁场 由磁通线表示， M1 表示夹着基体的永磁体片的磁化方向是如图 4A 所示的沿轴向相反的方 向， M2 表示夹着基体的永磁体片的磁化方向是如图 4B 所示的沿轴向相同的方向， M3 表示夹 着基体的永磁体片的磁化方向是如图 4C 所示的沿径向相反的方向， 而 M4 表示夹着基体的 永磁体片的磁化方向是如图 4D 所示的沿径向相同。
图 6A 到 6D 是不同实施方式中形成在基体上的刀片部分的剖视图。
图 7 是实例 1 中的外刀切削轮的刀片部分的显微照片。
图 8 是表示实例 1-4 和对比例 1 和 2 中切削精度相对于切削速度的曲线图。
具体实施方式
参看图 1， 本发明一种实施方式中的外刀切削轮被示出， 其包括一以环形薄碟片形式形成的基体 10， 和一设置在基体 10 的外周面的刀片部分 20。刀片部分 20 包括由金属结 合剂结合的研磨颗粒， 研磨颗粒包括金刚石颗粒， CBN 颗粒或它们的混合物。
基体 10 呈环形薄碟片的形式， 换言之， 呈圈饼形薄板或具有一中心孔 12 的圆形薄 板的形式。优选地， 基体外径为 80 到 200mm， 更优选地为 100 到 180mm， 以形成外周面， 内径 为 30 到 80mm， 更优选地为 40 到 70mm， 以形成孔 12， 而厚度为 0.1 到 1.0mm， 更优选地为 0.2 到 0.8mm。
如图 1 所示， 可以注意到， 碟具有中心孔和外周面 ( 圆周的表面 ) 以及侧表面。在 此， 术语 “径向” 和 “轴向” 是相对于碟的中心使用的， 因此， 厚度是侧表面之间的轴向尺寸， 而高度或长度是径向尺寸， 这些都应用于基体和刀片部分二者。
厚度为 0.1 到 1.0mm 和外径达到 200mm 的基体或碟是较佳的， 因为具有上述尺寸 的基体， 能得到可以接受的精度， 并且能够在长时间内连续使用， 以高尺寸精度切削稀土烧 结磁体块。 如果厚度低于 0.1mm， 无论直径如何， 基体都将出现较大偏差， 并且基体的制备难 以得到可以接受的精度。超过 1.0mm 的厚度会带来较大的加工公差。由于当前硬质合金制 造和加工技术的限制， 外径应小于或等于 200mm。孔的直径优选地在 30 到 80mm 的范围内， 这样切削轮可安装在切削机的轴上。 制造基体的硬质合金的实例有元素周期表中 IVB 族、 VB 族和 VIB 族金属的碳化物 粉末， 例如 WC、 TiC、 MoC、 NbC、 TaC 和 Cr3C2 通过烧结而被结合在 Fe、 Co、 Ni、 Mo、 Cu、 Pb、 Sn 或 它们的合金的结合剂基质中。这些当中， 典型的 WC-Co、 WC-Ti、 C-Co 和 WC-TiC-TaC-Co 系统 优选地用以形成具有 450 到 700GPa 杨氐模量 ( 弹性模量 ) 的基体。还有， 那些具有足够用 于电镀的导电性的、 或具有钯催化剂或类似物那样的导电性的硬质合金是较佳的。当硬质 合金具有钯催化剂或类似物那样的导电性时， 可以使用在 ABS 树脂镀金属时使用的导电处 理介质那样的公知介质。
关于基体的磁性， 基体优选为具有较高饱和磁化强度， 因为研磨颗粒是通过磁性 吸引而被固定到基体上的。即使饱和磁化强度低， 通过调节磁体片的位置和磁场的强度， 预涂覆有磁化材料的研磨颗粒也可以被磁吸引到基体上。在这个意义上， 基体应具有至少 40kA/m(0.05T) 的饱和磁化强度。
基体的饱和磁化强度通过以下方式测定 ： 从给定厚度的基体上切下一块 5 毫米见 方的样本， 并且在 24-25℃下通过振动样品磁强计 (VSM) 测量样品的磁化曲线 (4πI-H)。 第 一象限中的磁化强度的最高值就是饱和磁化强度。
基体在其外圆周区域上可被 C 式或 R 式倒角， 以提高对具有由金属结合剂结合的 研磨颗粒的刀片部分的结合强度。即使基体和研磨层之间的边界在调节刀片厚度过程中 被错误地过加工， 由于这样倒角， 金属结合剂仍被保持在边界， 这样就防止了刀片部分的脱 离。倒角的角度和量值根据基体的厚度和研磨颗粒的平均粒度来确定， 因为可使用区域取 决于基体的厚度。
刀片部分具有由金属结合剂结合的研磨颗粒。这里使用的研磨颗粒是金刚石颗 粒、 CBN 颗粒或其混合物， 其中研磨颗粒应涂覆有磁性材料。要被涂覆磁性材料的研磨颗 粒的尺寸和硬度根据所需用途而决定。例如， 金刚石颗粒 ( 包括天然金刚石和工业人造 金刚石 ) 或立方氮化硼 (CBN) 颗粒可被单独使用， 或使用金刚石颗粒和 CBN 颗粒的混合 物。 根据操作， 从单晶或多晶颗粒中选择出的研磨颗粒可以单独或混合使用， 颗粒的微破裂
(micro-fracture) 可以被调节。
研磨颗粒的尺寸取决于研磨颗粒所粘结到的基体的厚度。优选地研磨颗粒具有 10 到 500μm 的平均粒度。如果平均粒度小于 10μm， 研磨颗粒之间会留下小间隙， 在切削 操作中会发生像上釉和加载 (loading) 那样的问题， 并失去切削能力。如果平均粒度大于 500μm， 将出现一些问题， 例如， 切削出的磁体条可能具有粗糙的表面。 考虑到切削能力、 寿 命和类似原因， 这个范围内的特定尺寸的研磨颗粒可以单独使用或混合使用。
研磨颗粒上所涂覆的磁性材料可被选择成使得被涂覆的研磨颗粒可以具有优选 为至少 0.6、 更优选为至少 1.0 的磁化率 χ， 以保证研磨颗粒在短时间内被磁吸引到具有低 饱和磁化强度的硬质合金基体上， 并且不会在通过电镀技术而结合的过程中脱落。 特定地， 这些磁性材料是从 Ni、 Fe 和 Co 中选择的至少一种金属， 以及这些金属中的两个或更多个的 合金， 或这些金属中的至少一种与 P 和 Mn 中的一个或两个的合金。通过任何公知技术， 例 如喷涂， 电镀或无电涂镀， 这些金属用来形成厚度为颗粒直径的 0.5％到 100％、 优选为 2 到 50％的涂层。
因为被涂覆的研磨颗粒的磁化率取决于所涂覆的磁性材料的磁化率和厚度， 磁性 材料的类型必须根据研磨颗粒的尺寸来选择， 以接受必需的吸引力。 然而， 即使电镀有无电 镍 - 磷的涂层具有例如高磷含量和低磁化率， 磁化率也可通过例如热处理而稍有增加。而 且， 具有不同磁化率的层的多层涂层也是可行的， 例如， 一具有低磁化率的层上被盖上具有 高磁化率的层。 因而， 所涂覆的研磨颗粒的磁化率可以根据特定条件在适当的范围内调节。
经涂覆的研磨颗粒具有优选为至少 0.6、 更优选为至少 1.0 的磁化率 χ， 以确保磁 性颗粒被环绕基体外周面形成的磁场快速磁化， 如后面将要描述的样， 因此， 研磨颗粒穿过 图 3 中的基体 1 和设置有永磁体的夹具部件 50 所定义的空间 64， 被基本上平均地吸引到基 体的外周面上。 如果磁化率 χ 低于 0.6， 就会有研磨颗粒可能不会全部被吸引到空间内、 或 研磨颗粒可能在电镀过程中脱落的风险， 随之， 研磨层 ( 或刀片部分 ) 可能无法形成， 或者 所形成的研磨层具有空隙， 并从而降低了机械强度。
可以注意到， 研磨颗粒的磁化率 χ 以如下方式进行测量。在具有 8mm 外径、 6mm 内径和 5mm 高度的树脂容器中， 研磨颗粒薄薄地、 均匀地分布形成一层或两层。一熔点约为 50℃的石蜡薄膜被设置在研磨层上。 容器被放入以 60℃加热的烤炉。 具有熔化石蜡的容器 以盖子盖住并冷却。利用一 VSM， 在 24-25℃的温度下， 测量这样制备的样品的初始磁化曲 线 (4πI-H)。一微分磁化率由初始磁化曲线在拐点处的斜率决定， 给出研磨颗粒的磁化率 χ。可以注意到， 磁场利用标准镍样品校准， 并且研磨颗粒的密度是分流的 (tapped) 容积 密度。
磁性材料优选地涂覆有至少 2.5μm 的厚度， 其确保即使通过电镀涂覆， 所有研磨 颗粒也能完全被涂覆。 例如， 研磨颗粒的平均料度为优选范围中的最大值 500μm， 则涂覆厚 度至少为粒度的 0.5％。这样的涂层提供给颗粒足以防止颗粒在外刀切削轮进行切削操作 中脱落的保持力。现在涂覆磁性材料的类型已被适当地选出， 经涂覆的研磨颗粒在电镀步 骤中在磁场作用下被吸引到基体外周面， 而不会脱落。
如果磁性涂层的厚度大于研磨颗粒平均粒度的 100％， 例如当研磨颗粒的平均粒 度为优选范围的最小值 10μm 时， 研磨颗粒不能在切削操作中有效作用的体积比率会变 大， 导致较低的切削能力。 可注意到用于结合研磨颗粒的金属结合剂是电镀金属， 这将在后面进一步描述。
外刀切削轮通常通过以下步骤制造 ： 制备一基体， 将研磨颗粒结合到基体 ( 或形 成一研磨层或刀片部分 )， 修正刀片部分的尺寸， 和抛光刀片部分以露出研磨颗粒面。根据 本发明， 刀片部分通过以下方式形成， 将至少两块具有至少 0.3T 剩磁的永磁体， 分别设置 在基体的侧表面和基体外周面以内或从基体外周面向内、 并从基体侧表面轴向延伸 20mm 的空间内， 以在基体外周面和从基体外周面至多延伸 10mm 的空间内产生至少 8kA/m 的磁 场， 提供预涂覆有磁性材料的金刚石和 / 或 CBN 研磨颗粒， 这样所述磁场能够作用于金刚石 和 / 或 CBN 研磨颗粒， 导致研磨颗粒由于所产生的吸引力而被吸引并固定在基体外周面附 近， 以及向带有吸引到其上的研磨颗粒的基体外周面实施电镀或无电涂镀， 从而研磨颗粒 被结合到基体外周面上以形成刀片部分。
一夹具组件被用以形成刀片部分。该夹具组件包括至少一对夹具部件， 每个夹具 部件均包括 ： 绝缘材料制成的盖， 盖具有比基体大的外径 ； 以及至少一个固定在盖上的永 磁体片， 永磁体片从基体外周面朝内设置。当电镀时， 基体被保持在各夹具部件之间。
图 2 示出一例示性夹具组件， 它包括一对夹具部件 50、 50。夹具部件 50 包括一由 绝缘材料制成的盖 52， 并且一个或多个永磁体片 54 设置在盖上。 基体 1 被保持在夹具部件 50、 50 之间。虽然永磁体片 54、 54 可以设置成抵靠基体 1， 但优选地永磁体片 54、 54 设置成 嵌入到盖 52、 52 中。 当金属结合剂通过电镀技术被沉积以结合研磨颗粒时， 安装在夹具组件中的永磁 体片应具有足够将研磨颗粒吸引到基体上的磁力。
永磁体片的所需的磁通量取决于基体外周面和永磁体片之间的距离、 研磨颗粒所 涂覆的磁性材料的磁化强度和磁化率。永磁体片典型地具有至少 0.3T 的剩磁 ( 或剩余磁 通密度 ) 和至少 0.2MA/m 的抗磁力， 优选为至少 0.6T 的剩磁和至少 0.8MA/m 的抗磁力， 更 优选为至少 1.0T 的剩磁和至少 1.0MA/m 的抗磁力。
具有更大剩磁的永磁体更适合于局部地吸引研磨颗粒， 因为可以产生具有更大梯 度的磁场。具有至少 0.3 剩磁的永磁体， 被应用于防止在电镀步骤中由于电镀液的搅动和 基体与夹具组件的摆动造成的振动使研磨颗粒从基体上脱落。
具有更大抗磁力的永磁体能确保研磨颗粒能长时间地磁吸附到基体上， 甚至当放 入热电解液中也能如此， 并使夹具组件的制备工作简单化， 因为所用的磁体片具有位置、 形 状、 尺寸上更大的自由度。一具有更大抗磁力的永磁体可以从那些具有所需剩磁的永磁体 中选择。
永磁体可涂覆以适当的材料， 该材料的选择要考虑其可能与电镀液的接触， 以使 电镀液中涂覆材料的滤出、 和电镀液中由涂覆材料置换的金属种类最小化， 从而提高了磁 体的抗侵蚀能力。在金属结合剂从镍电镀液沉积的实施方式中， 永磁体可涂覆有如 Cu、 Sn 或 Ni 这样的金属， 或环氧树脂或丙烯酸树脂。
设置在夹具组件上的永磁体片的形状、 尺寸和数量取决于硬质合金基体的尺寸和 磁场的预期位置、 方向和强度。例如， 当需要将研磨颗粒均匀地结合到基体外周面时， 对应 于基体外径的环形或弓形磁体片、 或者一边具有数毫米的矩形磁体片沿基体侧面连续 ( 无 间隙 ) 地设置。磁体片的数目可减少以降低磁体片的成本， 并且在这种情况下， 一系列磁体 片可等距地间隔设置。在一些实施方式中， 根据磁体片的剩磁， 磁体片之间的间隔增加， 以
使在一定区域内涂覆有磁性材料的研磨颗粒被吸引， 而另一区域的不被吸引， 结果， 在一定 区域的研磨颗粒被结合， 而在其它区域不被结合， 形成矩形的刀片段。
当永磁体片被如上所述地设置时， 研磨颗粒可通过永磁体片的磁化方向的组合， 从而以特定方向被定位和结合， 所述特定方向例如是基体的径向和轴向。 例如， 当想要将研 磨颗粒设置在基体的径向时， 永磁体片如图 4(1) 所示的布置， 以使 N 极和 N 极相对或 S 极 和 S 极相对， 基体插入到其间， 这样， 在基体相对两侧的永磁体片的磁化方向在基体的轴向 上直接相对 ； 或如图 4(4) 所示， 以使在基体相对两侧的永磁体片的磁化方向相同， 且平行 于基体的径向。 如图 5(1) 或图 5(4) 所示， 在这些排列中， 磁通线从基体发散或会聚于基体， 而涂覆有磁性材料的研磨颗粒沿着磁通线被吸引到基体。
当想要沿基体轴向设置研磨颗粒时， 永磁体片如图 4(2) 所示的布置， 以使 N 极和 S 极相对， 基体插入其间， 这样， 在基体相对两侧的永磁体片的磁化方向在基体的轴向上相 同； 或如图 4(3) 所示， 以使在基体相对两侧的永磁体片的磁化方向相对， 且平行于基体的 径向。如图 5(2) 和图 5(3) 所示， 在这些排列中， 磁通线平行于基体的周面， 而涂覆有磁性 材料的研磨颗粒沿着磁通线被吸引到基体。
在一个实施方式中， 永磁体片与夹具部件的中心同心地布置， 并等距分隔， 这可形 成在相对两侧的磁体片相对于基体对称的组合， 和一侧的磁体片与另一侧的空间对准的组 合。这些组合包括在前述的组合中， 而这样的组合可在需要时用于特殊用途。 如上所讨论的那样， 通过选择之间夹有基体的各夹具上的永磁体片位置和磁化方 向的组合， 可围绕基体外周面形成多种磁场。通过重复进行分布永磁体片和分析磁场的试 验， 可确定适当的组合， 以在基体外周面和从外周面延伸至多 10mm 距离的空间内产生至少 8kA/m、 优选为至少 40kA/m 的磁场。如果磁场强度小于 8kA/m， 用以吸引涂覆有磁性材料的 研磨颗粒的磁力就会不足， 而且如果电镀在这种情况下进行， 研磨颗粒会在电镀过程中移 动， 导致刀片部分包括许多空隙或具有以树枝状结合的研磨颗粒。 在任一种情况中， 刀片部 分具有比所需尺寸更大的尺寸。导致刀片部分会在修正和修饰过程中破裂或分离， 或者导 致修正和修饰过程耗费时间过多， 从而提高制造成本。
优选地， 永磁体的位置更接近基体上研磨颗粒要被吸引到的部分。 简言之， 该位置 优选地是基体的侧表面上和基体外周面以内， 或设置在基体外周面以内并从基体侧表面延 伸出至多 20mm 的距离、 更优选至多 10mm 距离的空间中。通过在所述范围内的特定位置上 设置至少两个具有至少 0.3T 剩磁的永磁体片， 使得全部或部分磁体片 ( 至少每个夹具部件 上一个 ) 可落入到所述范围内， 这样可在基体外周面上和从基体外周面延伸至多 10mm 的距 离的空间内， 产生至少 8kA/m 的磁场。不管基体是否由具有高饱和磁化强度和能够像合金 工具钢和高速钢那样引发磁力的材料制成， 或由低饱和磁化强度和像硬质合金那样较难引 发磁场的材料制成， 都可在基体外周面产生具有穿过基体外周面产生的、 如图 5 磁场分析 中磁通线所示的磁通量的磁场。 当涂覆有磁性材料的研磨颗粒被带入磁场， 涂覆层被磁化， 导致研磨颗粒被吸引并保持在基体外周面上。
如果磁体的位置在上述范围之外， 例如， 该位置在基体的外周面的外部并靠近该 外周面， 例如在基体外周面向外 0.5mm 的间隔上， 靠近基体外周面产生的磁场具有高强度， 但倾向于包括一个磁场梯度被反转的区域， 于是研磨颗粒表现出好像在基体上漂浮移动， 然后趋向于脱落。如果磁体位置在基体外周面之内并与基体外周面的距离超过 20mm， 基体
外周面处和从基体外周面延伸至多 10mm 距离的空间内产生的磁场的强度会低于 8kA/m， 提 供磁吸引研磨颗粒的力较小。 在这种情况下， 可通过增大磁体的尺寸来提高磁场强度， 但这 并不实用， 因为需要较大尺寸的夹具组件来安装磁体。
各夹具部件具有与基体的形状相应的形状。夹具部件具有这样的尺寸 ： 当基体被 夹入到各夹具部件之间时， 永磁体位于相对于基体的所需位置。在一个实例中， 基体具有 125mm 的外径和 0.3mm 的厚度， 而永磁体片尺寸是 2.5mm(L)×2mm(W)×1.5mm(t)， 具有至少 125mm 外径和大约 10mm 厚度的碟被用作为夹具部件。
具体地说， 夹具部件的外径等于或大于 (OD+2H)， 其中 OD 是基体的外径而 H 是研 磨层的高度， 以确保研磨层具有一定高度 ( 或径向伸出长度 )。夹具部件的厚度根据它的 材料而改变， 并被确定以提供足够的强度， 该强度能够防止部件由于在进入或离开热电镀 液及其类似物时产生的急剧温度变化而变形。 将与研磨颗粒接触的夹具部件的外围部分可 以比其余部分更薄， 以使研磨层可以在基体厚度方向上具有轴向伸出长度 ( 图 1 中的 T3)。 可选择地， 夹具部件可以在其整个直径上具有同样的厚度， 而具有与轴向伸出长度相同厚 度的遮盖带被附接到其余部分上。
夹具部件的材料优选为是不会被电镀所沉积的绝缘材料， 因为夹具组件 ( 在它的 夹具部件中夹有基体 ) 要被浸入到电镀液中， 在其中金属结合剂沉积在基体上。更优选的 是， 夹具部件的材料具有耐化学腐蚀性， 90℃以上的耐热性， 和能够在经历进入和离开热电 镀液时产生的急剧温度变化时， 保持尺寸不变的耐热冲击性。 此外， 夹具部件材料应优选地 具有足够的尺寸稳定性， 以克服当浸入热电镀液时， 夹具部件由于在模制和作业过程中积 累的内应力而变形、 在夹具部件和基体之间产生间隙的可能性。 当然， 夹具部件的材料必须 是可加工的， 以使其可以在任何所需位置加工， 并具有高精度以形成用于容纳永磁体片的 沟槽， 而不会出现裂缝或缝隙。
这里可用的夹具部件的材料的实例包括如聚缩醛树脂、 聚氧化甲烯 (POM)、 聚醚醚 酮 (PEEK)、 聚苯硫醚 (PPS)、 多芳基化合物树脂 (PAR)、 聚砜 (PSF) 和聚醚砜 (PES) 的工程塑 料， 和如氧化铝那样的陶瓷。它们当中， POM 是优选的， 因为它具有良好的耐化学腐蚀性、 外 形尺寸稳定性和易加工性， 并具有商业上可行的合理价格。
夹具部件通过使用以上提到的材料而被制备， 根据机械强度来决定包括厚度的尺 寸， 并加工以形成用于容纳永磁体片的沟槽， 以及可选择的当执行电镀时所需的供电电极。 这样配置的一对夹具部件与基体组合并结合成一整体组件。在组装时， 用于向基体供电以 执行电镀的电极可被用于将夹具部件和基体固定在一起。 这样同时建立了电连接和机械固 定二者并使整体结构紧凑。当然， 对于更有效的制造而言， 更为优选的是， 具有多个夹具组 件如图 2 那样结合， 以能够同时电镀多个基体。
参照图 2， 同样可固定基体的电镀阴极 56、 56 安装在盖 52、 52 的中心。阴极 56、 56 与支撑并固定一对夹具部件 50、 50 的导电支撑轴 58 接触， 以使电流从轴 58 导入电极 56、 56。在图 2 中， 两对夹具部件 50、 50 通过接头 60 和端盖 62 固定在支撑轴 58 上并相隔预定 距离。图 2 中所示的夹具组件是为电镀而设计的。在无电涂镀的情况下， 阴极就不需要了， 作为替换， 可以使用非传导性的基体固定器， 而且支撑轴也不必是传导性的。
现在基体已被夹入到一对夹具部件之间， 以用各夹具部件和基体外周面限定出一 个空间， 涂覆有磁性材料的研磨颗粒由一天平或类似物称出合适量， 并被提供以使研磨颗粒被吸引并固定在所述空间内。如图 3 所示， 基体 1 被夹入在一对夹具部件 50、 50 之间， 以 使夹具部件 50、 50 的延长部分 52a， 52a 或超出基体 1 的盖 52、 52， 与基体 1 的外周面限定出 空间 64。在空间 64 中， 研磨颗粒被磁吸引并保持在适当的位置上。
被吸引并保持在空间内的研磨颗粒的量， 取决于基体的外径和厚度、 研磨颗粒的 尺寸、 将形成的刀片部分的高度和厚度。 可注意到， 保持研磨颗粒和电镀的步骤优选被重复 数次， 以在基体周围任何位置提供相同的每单元体积研磨颗粒数量， 并通过电镀方法将研 磨颗粒紧密结合。
优选地刀片部分具有 10-80％体积量的研磨颗粒， 更优选地为 15-75％体积量。低 于 10％体积量意味着用于切削的研磨颗粒的量太少， 而高于 80％的研磨颗粒可能在切削 操作中增加不必要的载荷。任一情形都增加了切削过程中的阻力， 而这样切削速度必然降 低。根据具体应用， 研磨颗粒的体积量可通过混合研磨颗粒之外的适当成分来控制。
如图 1C 所示， 刀片部分 20 包括一对在其中以轴向方向夹有基体 10 的外圆周部分 的夹腿 22a、 22b， 和从基体 10 的外周面径向向外伸出的主体 20。 ( 这种区分是为便于描述， 因为腿和主体一体形成刀片部分。) 优选地， 刀片部分 20 的厚度 T2 比基体 10 的厚度 T1 大。优选地， 空间 64 是以此方式限定出来的 ( 虽然图 3 中并未示出这些 )。
更具体地说， 将基体 10 的外周面部分夹入其中的刀片部分 20 的夹腿 22a、 22b， 优选地均具有 0.1-10mm 的长度 H1， 更优选地为 0.5-5mm。腿 22a、 22b 优选地均具有至少 5μm( ＝ 0.005mm) 的厚度 T3， 更优选为 5-2000μm， 甚至更优选地为 10-1000μm。然后腿 22a、 22b 的总厚度优选地为至少 0.01mm， 更优选为 0.01-4mm， 甚至更优选 0.02-2mm。刀片 部分 20 总厚度比基体 10 更厚。如果夹腿 22a、 22b 的长度 H1 小于 0.1mm， 它们仍能有效地 防止基体周面部分碎裂或破裂， 但加固基体的有效性减小， 并且有时不能防止基体由于切 削阻力而变形。如果长度 H1 超过 10mm， 基体的加固是通过牺牲成本来得到的。如果夹腿的 厚度 T3 小于 5μm， 这样薄的腿可能不能有效提高基体的机械强度， 或不能有效地排出碎屑 泥。
如图 6A 到 6D 所示， 夹腿 22a、 22b 可由金属结合剂 24 和研磨颗粒 26 组成 ( 图 6A)， 由金属结合剂 24 组成 ( 图 6B)， 或包括由覆盖基体 10 的金属结合剂 24 组成的下层， 和由 金属结合剂 24 和研磨颗粒 26 组成的上层 ( 图 6C)。金属结合剂可进一步沉积以覆盖图 6C 中的整个结构， 从而形成如图 6D 所示的结构， 导致刀片部分具有更高强度。
在图 6B 到 6D 的实施方式中， 靠近基体的夹腿部分 22a、 22b 由金属结合剂单独形 成。在这里， 电镀首先在基体被遮盖时进行， 但是形成夹腿的那些部分被暴露出来。然后， 基体与夹具部件组合， 而空间 64 被研磨颗粒填满。在这个状态中执行电镀。在研磨颗粒被 电沉积以后， 基体 1 被遮盖部件 ( 典型地为图 2 中所示的盖 52、 52) 所遮盖， 遮盖部分具有 使电沉积部分露出的外径， 并且再一次进行电镀。然后由金属结合剂组成的层形成为如图 6D 所示的刀片部分的最外层。
径向向外伸出基体 10 的周面的刀片部分 20 的主体， 具有优选为 0.1-10mm 的， 更 优选地为 0.3-8mm 的高度或径向伸出长度 ( 图 1C 中的 H2)， 取决于要结合的研磨颗粒的尺 寸。如果主体高度 H2 小于 0.1mm， 刀片部分将由于在切削操作过程中的碰撞或磨损而在短 时间内耗尽， 导致切削轮的寿命短。 如果主体高度 H2 超过 10mm， 刀片部分将变得易变形， 尽 管取决于刀片厚度 ( 图 1C 中的 T2)， 导致切削的磁体片具有波浪状的切削面， 并因此降低了尺寸精度。刀片部分 20 的主体基本上由金属结合剂 24 和研磨颗粒 26 组成。
金属结合剂是电镀金属， 优选地是选自 Ni、 Fe、 Co、 Cu 和 Sn， 它们的合金中的至少 一种金属， 或这种金属与 P 和 Mn 中的一种或两种金属的合金。通过电镀， 金属被沉积在基 体上并同时将研磨颗粒结合到基体上。
通过电镀来沉积金属结合剂的方法通常分为两种 ： 电镀方法和无电涂镀方法。在 此， 无论是易于控制残留在金属结合剂中的内应力的、 低生产成本的电镀方法， 还是在电镀 液可以穿透的地方能保证相对平均的金属结合剂沉积的无电涂镀方法， 都可以根据具体应 用单独使用或组合使用。
在如铜或镍电镀的单一金属电镀中， 典型地， 在镍氨基磺酸盐电镀池中的电镀 可实现， 以通过选择活性成分或镍氨基磺酸盐的浓度， 电镀过程中的电流密度， 和适当范 围内的电镀池温度， 和增加如 o- 苯磺酰胺 (o-benzenesulfonimide) 或 p- 甲苯磺酰胺 (p-toluenesulfonamide) 的有机添加剂或例如 Zn、 S 或 Mn 的元素， 来控制电镀膜中的应力。
此外， 如 Ni-Fe 合金、 Ni-Mn 合金、 Ni-P 合金、 Ni-Co 合金或 Ni-Sn 合金的合金电镀 中， 电镀膜中的应力可通过选择合金中 Fe、 Mn、 P、 Co 或 Sn 的含量、 电镀池的温度、 和适当范 围内的其它参数来控制。在合金电镀的情况下， 添加有机添加剂当然可以有效控制应力。
电镀可通过任何公知技术进行， 利用公知的电镀池以沉积以上所列出的单一金属 或合金， 并且通常在电镀池中使用的普通电镀条件。
较佳的电镀池的实例包括氨基磺酸盐瓦特镍 (sulfamate Watts nickel) 电镀池， 其包括 250 至 600g/L 的氨基磺酸镍， 50 至 200g/L 的硫酸镍， 5 至 70g/L 的氯化镍， 20 至 40g/L 的硼酸， 和适量的 o- 苯磺酰胺 ； 和包括焦磷酸铜电镀池， 其包括 30 至 150g/L 的焦磷 酸铜， 100 至 450g/L 的焦磷酸钾， 1 至 20mL/L 的 25％氨水和 5 至 20g/L 的硝酸钾。一典型 的无电涂镀液是镍 - 磷合金无电涂镀液， 其包括 10 至 50g/L 的硫酸镍， 10 至 50g/L 的次磷 酸钠， 10 至 30g/L 的醋酸钠， 5 至 30g/L 的柠檬酸钠和适量的硫脲。
上述方法有利于金刚石颗粒、 CBN 颗粒或金刚石和 CBN 颗粒的混合物与基体外周 面的粘结， 其具有接近于最终尺寸的尺寸， 具有高精度， 并同时增强了较薄基体的机械强 度。
在本发明的外刀切削轮的使用中， 可以切削多种工件。典型的工件包括 R-Co 稀土 烧结磁体和 R-Fe-B 稀土烧结磁体， 其中 R 是包括 Y 的至少一种稀土元素。这些磁体按如下 方式制备。
R-Co 稀土烧结磁体包括 RCo5 和 R2Co17 系统。其中， R2Co17 磁体具有 20-28％的 R， 5-30％的 Fe， 3-10％的 Cu， 1-5％的 Zr， 其余为 Co 的组分 ( 重量百分比 )。它们通过以下步 骤来制备 ： 以这种比率称取原材料， 熔化它们， 铸造熔化物， 精细地将合金粉碎为 1-20μm 粒度， 形成 R2Co17 磁体粉末。然后将粉末在磁场中压实， 并以 1100-1250℃烧结 0.5-5 小时， 接着以比烧结温度低 0-50℃的温度进行 0.5-5 小时的固溶处理， 和在 700-950℃下保持一 定时间的时效处理并随后冷却。
R-Fe-B 稀土烧结磁体具有 5-40％的 R， 50-90％的 Fe， 和 0.2-8％的 B 的组分 ( 重 量百分比 )。 一种或多种添加元素可被添加至其中以提高其磁性和耐腐蚀性， 该添加元素从 C、 Al、 Si、 Ti、 V、 Cr、 Mn、 Co、 Ni、 Cu、 Zn、 Ga、 Zr、 Nb、 Mo、 Ag、 Sn、 Hf、 Ta、 W 等中选择。该添加 元素为 Co 时其数量达到重量的 30％， 为其它元素时达到重量的 8％。该磁体通过以下步骤来制备 ： 以这种比率称取原材料， 熔化它们， 铸造熔化物， 精细地将合金粉碎为 1-20μm 的 平均粒度， 形成 R-Fe-B 磁体粉末。 然后粉末在磁场中压实， 并以 1000-1200℃烧结 0.5-5 小 时， 接着在 400-1000℃下保持一定时间的时效处理并随后冷却。
实例
以下给出本发明的实例， 其仅用于例示， 而不作为对本发明的限制。
实例 1
由 90wt％的 WC 和 10wt％的 Co 组成的硬质合金， 被加工成外径为 125mm、 内径为 40mm、 厚度 (T1) 为 0.3mm 的环形薄碟片， 其作为基体。 它的杨氏模量为 600GPa、 磁饱和强度 为 127kA/m(0.16T)。
基体被粘性带遮盖， 使得只有从外周面任一面向内延伸 1.0mm 的一片圆周区域被 暴露出来。基体在 40℃温度下浸入商业上可行的碱水溶液中 10 分钟以去脂， 以水清洗， 并 2 在 50℃温度下浸入 30-80g/L 的焦磷酸钠水溶液中， 其中电解在 2-8A/dm 的电流密度下进 行。
硬质合金基体在去离子水中被超声波洗涤， 并在 50℃温度下浸入到氨基磺酸盐瓦 2 特镍电镀池， 在其中导入电流密度为 5-20A/dm 的电流以电镀下层。遮盖带被剥离， 并且用 水洗涤基体。 提 供 一 对 外 径 为 128mm 和 厚 度 为 10mm 的 POM 夹 具 部 件， 其具有环形沟 槽， 环 形 沟 槽 的 外 径 为 123mm、 内 径 为 119mm 和 深 度 为 1.5mm。 在 每 个 沟 槽 中， 2.5mm(L)×2mm(W)×1.5mm(t) 的 75 永磁体片 (Shin-Etsu 稀土磁体 N39UH， Br 1.25T) 等 距分布， 以提供如图 4A 所示的相反的磁化方向， 随后沟槽被填满。基体被夹入在各夹具部 件之间。此时， 磁体片分布在基体侧表面上， 并从基体外周面向内间隔 1mm。在从外周面延 伸 10mm 的空间内产生的磁场， 被分析为具有至少 8kA/m(0.01T) 的强度。
金刚石颗粒先以 NiP 电镀以具有 1.0 的磁化率 χ 和 130μm 的平均粒度。NiP 电 镀的金刚石颗粒， 0.4g， 被提供并被磁吸引到夹具部件和基体之间的空间内， 以在圆周内平 均分布。
磁性吸附有研磨颗粒的夹具组件在 50℃温度下浸入到氨基磺酸盐瓦特镍电镀池， 在其中导入电流密度为 5-20A/dm2 的电流用以电镀。用水洗涤夹具组件。
又一次， 0.4g 电镀的研磨颗粒被磁吸引到空间内， 电镀类似地进行， 然后进行水 洗。
夹具组件然后被更换为另一个夹具组件， 其中电镀的刀片部分被暴露出。组件在 50℃温度下浸入到氨基磺酸盐瓦特镍电镀池， 在其中导入电流密度为 5-20A/dm2 的电流以 电镀整个刀片部分。然后进行水洗。
这样获得了如图 6D 所示的在基体周面上具有刀片部分 ( 研磨层 ) 的外刀切削轮。 它被一表面打磨机打磨， 以使研磨层从硬质合金基体的任一侧表面伸出 50μm(T3)， 然后整 修， 获得具有 0.4mm 厚度 (T2) 的电镀有研磨颗粒的外刀切削轮。
图 7 是刀片部分的显微照片。
实例 2
由 90wt ％的 WC 和 10wt ％的 Co 组成的硬质合金， 被加工成外径为 125mm、 内径 为 40mm， 和厚度为 0.3mm 的环形薄碟片， 其用作基体。它具有 600GPa 的杨氏模量、 127kA/
m(0.16T) 的饱和磁化强度。
基体被粘性带遮盖， 使得只有从外周面任一面向内延伸 1.5mm 的一片圆周区域被 暴露出来。基体在 40℃温度下浸入商业上可行的碱水溶液中 10 分钟以去脂， 以水清洗， 并 2 在 50℃温度下浸入 30-80g/L 的焦磷酸钠水溶液中， 其中电解在 2-8A/dm 的电流密度下进 行。
硬质合金基体在去离子水中被超声波洗涤， 并在 50℃温度下浸入到氨基磺酸盐瓦 2 特镍电镀池， 在其中导入电流密度为 5-20A/dm 的电流以电镀下层。遮盖带被剥离， 并且用 水洗涤基体。
提 供 一 对 外 径 为 128mm 和 厚 度 为 10mm 的 POM 夹 具 部 件， 其具有环形沟 槽， 环 形 沟 槽 的 外 径 为 122mm、 内 径 为 118mm 和 深 度 为 1.5mm。 在 每 个 沟 槽 中， 1.8mm(L)×2mm(W)×1.5mm(t) 的 105 永磁体片 (Shin-Etsu 稀土磁体 N32Z， Br 1.14T) 等 距分布， 以提供如图 4B 所示的相同的磁化方向， 随后沟槽被填满。基体被夹入在各夹具部 件之间。此时， 磁体片分布在基体侧表面上， 并从基体外周面向内间隔 1.5mm。在从外周面 延伸 10mm 的空间内产生的磁场， 被分析为具有至少 16kA/m(0.02T) 的强度。
0.4g 的具有 1.0 的磁化率 χ 和 130μm 的平均粒度的、 以 NiP 电镀的金刚石颗粒 被提供并被磁吸引到夹具部件和基体之间的空间内， 以在圆周内平均分布。 磁性吸附有研磨颗粒的夹具组件在 50℃温度下浸入到氨基磺酸盐瓦特镍电镀池， 在其中导入电流密度为 5-20A/dm2 的电流用以电镀。水洗后， 取出基体。
这样获得了在基体周面上具有刀片部分 ( 研磨层 ) 的外刀切削轮。它被一表面 打磨机打磨， 以使研磨层从硬质合金基体的任一侧表面伸出 50μm， 然后整修， 获得具有 0.4mm 厚度 (T2) 的电镀有研磨颗粒的外刀切削轮。
实例 3
由 90wt ％的 WC 和 10wt ％的 Co 组成的硬质合金， 被加工成外径为 125mm、 内径 为 40mm， 和厚度为 0.3mm 的环形薄碟片， 其用作基体。它具有 600GPa 的杨氏模量、 127kA/ m(0.16T) 的饱和磁化强度。
基体被粘性带遮盖， 使得只有从外周面任一面向内延伸 1.0mm 的一片圆周区域被 暴露出来。基体在 40℃温度下浸入商业上可行的碱水溶液中 10 分钟以去脂， 以水清洗， 并 2 在 50℃温度下浸入 30-80g/L 的焦磷酸钠水溶液中， 其中电解在 2-8A/dm 的电流密度下进 行。
硬质合金基体在去离子水中被超声波洗涤， 并在 50℃温度下浸入到氨基磺酸盐瓦 2 特镍电镀池， 在其中导入电流密度为 5-20A/dm 的电流以电镀下层。遮盖带被剥离， 并且用 水洗涤基体。
提 供 一 对 外 径 为 128mm 和 厚 度 为 10mm 的 POM 夹 具 部 件， 其具有环形沟 槽， 环 形 沟 槽 的 外 径 为 123mm、 内 径 为 119mm 和 深 度 为 1.5mm。 在 每 个 沟 槽 中， 2.5mm(L)×2mm(W)×1.5mm(t) 的 75 永磁体片 (Shin-Etsu 稀土磁体 N39UH， Br 1.25T) 等 距分布， 以提供如图 4C 所示的磁化方向， 随后沟槽被填满。基体被夹入在各夹具部件之间。 此时， 磁体片分布在基体侧表面上， 并从基体外周面向内间隔 1mm。 在从外周面延伸 10mm 的 空间内产生的磁场， 被分析为具有至少 16kA/m(0.02T) 的强度。
0.4g 具有 1.0 的磁化率 χ 和 130μm 的平均粒度的、 以 NiP 电镀的金刚石颗粒被
提供并被磁吸引到夹具部件和基体之间的空间内， 以在圆周内平均分布。
磁性吸附有研磨颗粒的夹具组件在 40℃温度下浸入到焦磷酸铜电镀池， 在其中导 2 入电流密度为 1-20A/dm 的电流用以电镀。水洗后， 基体从夹具组件中取出。
这样获得了在基体周面上具有刀片部分 ( 研磨层 ) 的外刀切削轮。它被一表面 打磨机打磨， 以使研磨层从硬质合金基体的任一侧表面伸出 50μm， 然后整修， 获得具有 0.4mm 厚度 (T2) 的电镀有研磨颗粒的外刀切削轮。
实例 4
由 95wt ％的 WC 和 5wt ％的 Co 组成的硬质合金， 被加工成外径为 125mm、 内径 为 40mm， 和厚度为 0.3mm 的环形薄碟片， 其用作基体。它具有 580GPa 的杨氏模量、 40kA/ m(0.05T) 的饱和磁化强度。
基体被粘性带遮盖， 使得只有从外周面任一面向内延伸 1.0mm 的一片圆周区域被 暴露出来。基体在 40℃温度下浸入商业上可行的碱水溶液中 10 分钟以去脂， 以水清洗， 并 2 在 50℃温度下浸入 30-80g/L 的焦磷酸钠水溶液中， 其中电解在 2-8A/dm 的电流密度下进 行。
硬质合金基体在去离子水中被超声波洗涤， 并在 50℃温度下浸入到氨基磺酸盐瓦 2 特镍电镀池， 在其中导入电流密度为 5-20A/dm 的电流以电镀下层。遮盖带被剥离， 并且用 水洗涤基体。
提供一对外径为 128mm 和厚度为 25mm 的 POM 夹具部件， 其具有环形沟槽， 环形沟 槽的外径为 125mm、 内径为 120mm 和深度为 6mm。在每个沟槽中， 外径为 125mm， 外弧长为 12.2mm， 内径为 120mm， 内弧长为 11.7mm 和厚度为 3.0mm 的 32 个弧形永磁体片 (Shin-Etsu 稀土磁体 N39UH， Br 1.25T) 等距分布， 以提供如图 4D 所示的磁化方向， 随后沟槽被填满。 基体被夹入在各夹具部件之间。此时， 磁体片与基体外周面轴向间隔 19mm。在从外周面延 伸 10mm 的空间内产生的磁场， 被分析为具有至少 8kA/m(0.01T) 的强度。
0.2g 的具有 1.0 的磁化率 χ 和 130μm 的平均粒度的、 以 NiP 电镀的金刚石颗粒 被提供并被磁吸引到夹具部件和基体之间的空间内， 以在圆周内平均分布。
磁性吸附有研磨颗粒的夹具组件在 80℃温度下浸入到镍 - 磷合金无电涂镀池， 电 镀之后进行水洗， 然后， 0.2g 的具有 1.0 的磁化率 χ 和 130μm 的平均粒度的、 以 NiP 电镀 的金刚石颗粒被磁吸引到空间内， 以在圆周内平均分布， 类似地进行镍 - 磷合金无电涂镀。 电镀和水洗后， 基体从夹具组件中取出。
这样获得了在基体周面上具有刀片部分 ( 研磨层 ) 的外刀切削轮。它被一表面 打磨机打磨， 以使研磨层从硬质合金基体的任一侧表面伸出 50μm， 然后整修， 获得具有 0.4mm 厚度 (T2) 的电镀有研磨颗粒的外刀切削轮。
实例 1-4 的所有切削轮都适用于切削稀土烧结磁体块。
对比例 1
由 90wt％的 WC 和 10wt％的 Co 组成的硬质合金， 被加工成外径为 125mm、 内径为 40mm 和厚度为 0.3mm 的环形薄碟片， 其用作基体。
基体被粘性带遮盖， 使得只有从外周面任一面向内延伸 1.5mm 的一片圆周区域被 暴露出来。基体在 40℃温度下浸入商业上可行的碱水溶液中 10 分钟以去脂， 以水清洗， 并 2 在 50℃温度下浸入 30-80g/L 的焦磷酸钠水溶液中， 其中电解在 2-8A/dm 的电流密度下进行。 硬质合金基体在去离子水中被超声波洗涤， 并在 50℃温度下浸入到氨基磺酸盐瓦 2 特镍电镀池， 在其中导入电流密度为 5-20A/dm 的电流以电镀下层。
基体连接到供电夹具以使镍的下层暴露出， 并被固定在具有刀片部分将被形成在 其中的沟槽的夹具中。沟槽被具有 130μm 的平均粒度的、 以 Ni 电镀的金刚石颗粒填满。 被水平地保持的夹具适当浸入到氨基磺酸盐瓦特镍电镀池， 在其中导入电流密度为 1-10A/ 2 dm 的电流用以电镀。
夹具和基体一起从池中取出。 基体被返回并再次固定在具有刀片部分将被形成在 其中的沟槽的夹具中， 然后类似地采用 1-10A/dm2 范围内的电流进行电镀。
连接有供电夹具、 电镀有研磨颗粒的硬质合金基体在 50℃温度下浸入到氨基磺酸 盐瓦特镍电镀池， 在其中导入电流密度为 5-20A/dm2 的电流用以电镀整个已电镀部分。然 后水洗。
得到的外刀切削轮被一表面打磨机打磨， 以使研磨层从硬质合金基体的任一侧表 面伸出 50μm， 然后整修， 获得具有 0.4mm 厚度 (T2) 的电镀有研磨颗粒的外刀切削轮。
对比例 2
由 90wt％的 WC 和 10wt％的 Co 组成的硬质合金， 被加工成外径为 125mm、 内径为 40mm 和厚度为 0.4mm 的环形薄碟片， 其用作基体。基体被放入一模具中， 而外周面的腔被 75％体积的作为树脂粘合剂的酚醛树脂粉末和 25％体积的具有 130μm 平均粒度的金刚石 颗粒所填充。混合物被压铸到基体周围， 并在模具内以 180℃温度下加热 2 小时以硬化。冷 却以后， 基体从模具中取出。
得到的外刀切削轮被一表面打磨机打磨， 以使研磨层从硬质合金基体的任一侧表 面伸出 50μm， 然后整修， 获得具有 0.5mm 厚度 (T2) 的电镀有研磨颗粒的外刀切削轮。
表 1 示出了实例 1-4 和对比例 1 中制造的外刀切削轮的制造产率。
当在基体上进行电镀以形成电镀切削轮时， 以百分比表示的 “电镀产率” 是用可接 受的电镀切削轮的数量 ( 实例中是 10 个轮， 对比例中是 5 个轮 ) 除以在获得了可接受的 电镀切削轮数量后被电镀的基体的总数量而得到的。当研磨层被打磨并被修整成成品轮 (finish wheel) 时， 以百分比表示的 “加工产率” 是用可接受的加工出的切削轮的数量 ( 实 例中是 10 个轮， 对比例中是 5 个轮 ) 除以可接受的经打磨和修整的已电镀切削轮的总数量 而得到的。 “总产率” 是电镀产率乘以加工产率， 表示了在获得了可接受的切削轮数量 ( 实 例中是 10 个轮， 对比例中是 5 个轮 ) 后的总产率。
表1
从表 1 中看出， 在一定范围内变化的实例中的产率超过对比例。
表 2 示出在实例 1-4 和对比例 1( 实例 1-4 中是 10 个轮， 对比例 1 中是 5 个轮 ) 的加工之后 ( 研磨颗粒结合以后 ) 立即得到的切削轮的刀片部分的厚度 (mm) 和径向伸出 长度 (mm)。
可注意到刀片部分的厚度， 轴向伸出长度， 和径向伸出长度， 均由每个环形刀片部 分间隔 45°处测量出的 8 个值并计算平均值决定的。刀片部分的厚度 ( 图 1 中的 T2) 由以 商业上可利用的、 具有 5mm 外径探头的千分尺夹持刀片部分而测定出来的。刀片部分的径 向伸出长度 ( 图 1 中的 H2) 由以下的方法确定出， 将刀片部分水平放置在商业上可利用的 无接触坐标测量机上， 设置原点为孔的中心的工作坐标， 测量出之前测量出的基体外周面， 和围绕基体外周面设置的刀片部分的外周面之间的距离。
表2
( 单位 ： mm)
( 单位 ： mm)从表 2 中看出， 在实例中制造的切削轮的刀片部分， 与对比例 1 相比， 厚度接近所 需的尺寸， 而刀片部分的厚度和径向伸出长度的变化大大地减少。
表 3 示出当在实例 1-4 和对比例 1 中制造的刀片部分在进行厚度和径向伸出长度 上的校正时， 所花费的平均加工时间。
表3
从表 3 中看出， 虽然加工时间在一定范围内变化， 但实例 1-4 将总时间减少到对比 例 1 所花费的总时间的 1/2 以下。
图 8 是示出了切削精度相对于切削速度的曲线图。执行一个切削实验。一个多轮 组件由分别在实例 1-4 和对比例 1 和 2 中以间隔 1.5mm 设置的两个外刀切削轮来构造。当 组件以 5400rpm 和 30mm/min 的切削速度运行时， 从 40mm 宽 ×130mm 长 ×20mm 高的 Nd-Fe-B
稀土烧结磁体决中， 可切出 50 个 40mm 宽 ×20mm 高 ×1.5mm 厚的磁体片。其后， 切削速度 在 10-35mm/min 的范围内变化， 在每一速度中切出 5 块磁体片。对于每块磁体片， 它的在中 心和四角处的五个点的厚度由千分尺测出。 每块磁体片的这五个测量值的最大值和最小值 之间的差值就是切削精度 (μm)。 五个磁体片的切削精度的平均值在曲线图中计算和绘出。
在对比例 1 和 2 中， 切削精度随着切削速度的增加逐步增加。在实例 1-4 中， 虽 然具有较小的变化， 但切削精度低于 50μm， 这表示即使在高速切削中尺寸变化也能被最小 化。
结合表 3 的数据明显看出， 由硬质合金基体和金属结合的研磨颗粒的刀片部分组 成的高性能外刀切削轮， 可以被高产率地制造。 另外， 将轮加工到所需尺寸所花费的时间大 为降低。