钎焊的金刚石修整工具的制作方法

专利名称：钎焊的金刚石修整工具的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于修整磨削或切削工具的研磨部分的工具。尤其，它涉及具有用钎焊的金属组合物固定于金属刀柄的金刚石磨粒的修整工具。
背景技术：
修整涉及经常用于制造新的或修整用过的研磨工具、即磨削或切削工具的磨耗操作。这些工具通常具有结构支持核心和由结合成分保持于核心的许多单独的磨粒的研磨部分。磨轮是该工具的一普通例子。作为最新生产出的工具，这些工具通常显示出稍许几何形状的不规则性，尤其在表面，这形成了该工具的工作切削刃。并且，随着使用它们，研磨工具通常变钝。变钝大多是由于被反复与工件撞击的磨损的磨粒的结合成分抑制而造成的。也是由于随着磨粒之间的空间被磨料碎屑填充失去了所露出的切削刃而引起。
修整操作通常包括研磨工具的机械成形，其中将修整刀片保持依靠着或施加于切削刃和产生工具的受控磨损。修整从研磨部分的高点去除多余材料。这样制造商通常在研磨工具制造的较后步骤中进行修整，以将切削刃成形为所需外形。修整还涉及使工具尺寸准确地与设计公差技术要求相一致。例如，可以按以下方式在磨轮上进行修整当磨轮回轮工作时磨轮的切削刃将正确地运行工作。修整还将使用过的工具变锐和恢复到自由切削状态。通过磨去在消耗外部磨粒之后不能被腐蚀以露出下方磨粒的结合材料、以及括去在主磨削加工期间聚集在磨粒之间的工件碎屑和结合成分残留物进行此项工作。
传统的修整工具的研磨部分通常包含有规则地或随机地定位的、通常处于平面布置的金刚石磨粒。将研磨部分结合于允许将该工具固定于适合执行修整工作的机器的基部。将研磨部分施加于基部，以致能够将修整工具的切削刃相对于要被修整工具切向设置。由位于修整工具的顶部的和朝外暴露于研磨工具的金刚石磨粒执行受控的磨削。
在修整加工期间修整工具的磨损特性对于研磨工具的制造商是有很大关系的。如果修整工具迅速磨损，必须对它频繁地调换。修整工具使用昂贵的材料，例如金刚石。按照很高的质量和尺寸精度的标准制造它们。因此，修整工具的制造通常是复杂的和花费劳力的，以及修整工具是较贵的。所以，重要的是研磨工具的制造商具有提供较长使用寿命的可耐用的修整工具。
因为被修整的工具的研磨部分通常比金刚石较软，所以修整工具的金刚石微粒的磨损较少。主要的磨损是由于将金刚石结合于修整工具的基部的结合材料的变质而引起的。关于变质的主要原因是在修整期间由于结合材料与工件接触而结合材料自身被磨损。在工作期间埋置金刚石磨粒的结合材料的质量减少，直至保留用于保持那些磨粒的不充分数量的材料。通常使用金属结合材料围绕作为抵抗磨轮的磨料作用的措施的修整工具的金刚石磨粒。较佳地，选择其中埋置金刚石微粒的金属结合成份，以提供相当高的磨损阻力。
传统上用包括金属元素、金属化合物和它们的合金的组合物进行金刚石磨粒对修整工具的金属结合。有时通过钎焊加工形成金属结合成份。广义地概括地说，这加工包括对诸成分的细粒的很好分散的混合物加热，到达它们熔化和围绕磨粒流动的温度。然后使该工具冷却，以致融化的成份固化、埋置磨粒和将它们粘结于该工具的金属基底。另一金属结合技术包括加压金刚石磨粒和金属粉末混合物，以形成预成形的形状的结实的磨料单元。加热处理结实的磨料单元引起烧结，也就是使金属粉末混合物致密，而不会液化整个混合物，以致金刚石磨粒成为被烧结的金属结合。这有时称为粉末冶金结合技术。
金刚石磨粒从修整工具过早分离的另一重要因素是金属结合的强度。较弱的结合与较强的结合比较在工作状态下将较快地失效和释放金刚石磨粒，以及这较弱结合的工具将会加速磨损。
金刚石通常并不很好地结合于对于钎焊结合组合物是合乎需要的许多金属和金属合金。已研制了许多技术以增加结合强度，这些技术需要在起始结合成份中包含例如钛、铬或锆的反应金属成分。该反应金属成分的特征在于它能与金刚石磨粒直接反应，以与该磨粒形成强有力的化学结合。这些所谓的“反应金属”结合组合物具有不反应和反应成分。通常不反应成分构成了结合组合物的大部分。不反应成分熔合，以形成对基底粘结的强有力的和耐久的结合。反应成分被化学结合坚韧地附连于超级磨料和与不反应合金粘结。例如，授予Wiand的美国专利号4,936,326揭示了制造金刚石切削和研磨工具的方法，该方法包括使硬质合金成形物质与钎接合金和临时结合剂混合、将该混合物施加于一工具基体、在该混合物包复的工具上施加金刚石磨粒和加热这混合材料，以初步形成包复在金刚石上的硬质合金。因此，硬质合金包复的金刚石是钎接到工具上的。所揭示的钎接合金是镍、银、金或铜基的。制造耐用的修整工具的一特别重要方面是埋置金刚石磨粒的金属结合成分具有与金属基底的适当的界面，以提供强有力的结合。基底的几何形状是一重要因素。PCT公开号WO00/6340(2000年2月10日)的图4示出了旋转修整工具的边缘结构，其中四个磨料设置在一堆中，以形成从该工具的金属核心突出的单个磨粒宽度切削刃。将该边缘形成至等于磨粒宽度的一宽度，以致该边缘的一窄的圆周区域与结合材料接触，除了磨粘间结合材料的结构之外没有侧向支持。例如美国专利号4,805,536的图2和3的其它修整工具结构包括修整工具基底的金属支持结构。该支持结构提供用于粘结于基底的金属结合的更大区域，这样在金属结合物和基底之间将提供更强的连接。
工业可应用性希望具有带更大耐磨阻力的修整工具，以致能够降低修整工具调换的频率。并且更加希望提供比传统工具能够更简单地和更省力地制造的修整工具。

发明内容
因此，本发明现在提供用于修整研磨工具的修整刀片，该刀片包括(i)板条形金属刀柄，该刀柄形成平基底和平行于该基底的平顶部，并且具有从刀柄的一端纵向突出的延伸部分；(ii)超级磨粒(superabrasive grains)；和(iii)可操作地将超级磨粒化学结合于延伸部分的钎焊金属组合物，其中钎焊金属组合物是热致密的物质，该物质包括钎焊金属成分和活性金属成分，以及其中超级磨料均匀地分布在钎焊金属组合物中和处于与各相邻磨粒相互接触的单层之中。
还提供了用于修整研磨工具的修整刀片，该刀片包括(i)板条形金属刀柄该刀柄形成平基底和平行于基底的平顶部，并且具有从刀柄的一端纵向突出的金属延伸部分；(ii)包括超级磨粒和可操作地将超级磨粒结合于延伸部分的钎焊金属组合物的研磨部分，其中延伸部分是具有与基底平齐的一侧和形成平面的相对侧的平直片材，其中超级磨粒均匀地分布在钎焊金属组合物中、并靠近该平面定位和处于一层之中，以致各磨粒与各相邻的磨粒侧向接触。
还提供用于修整研磨工具的修整刀片，该刀片包括(i)板条形金属刀柄，该刀柄形成平基底和平行于基底的平顶部，并且具有从刀柄的一端纵向突出的金属延伸部分；(ii)包括超级磨粒和可操作地将超级磨粒结合于延伸部分的钎焊金属组合物的研磨部分，其中超级磨粒均匀地分布在钎焊金属组合物中和处于与各相邻磨粒接触的单层中和其中延伸部分包括相互平行的和垂直于刀柄的基底的多个细长平壁，以在相继的诸壁之间形成诸细长的小通道，以及其中超级磨粒和钎焊金属组合物被设置在诸小通道中。
本发明还涉及关于制备修整工具的方法，该方法包括a)提供板条形状的金属刀柄，该刀柄形成平基底和平行于基底的平顶部，并且具有从刀柄的一端纵向突出的延伸部分；b)对延伸部分施加包括钎焊金属成分和活性金属成分的一层钎焊金属组合物；c)对超级磨粒加压成为糊状物，以形成各与相邻磨粒侧向接触的一层超级磨粒，用于得到工具前体；以及d)对工具前体加热使钎焊金属组合物熔化和在钎焊金属组合物的诸成分和超级磨粒之间产生结合。


图1A是按照本发明的修整刀片的一基础实施例的刀柄和延伸部分的立体图。
图1B是利用图1A的刀柄和延伸部分形成的修整刀片的立体图。
图2A是按照本发明的修整刀片的一较佳实施例的刀柄和延伸部分的立体图。
图2B是利用图2A的刀柄和延伸部分形成的修整刀片的立体图。
图3A是按照本发明的修整刀片的另一较佳实施例的刀柄和延伸部分的立体图。
图3B是利用图3A的刀柄和延伸部分形成的修整刀片的立体图。
图4A是按照本发明的修整刀片的另一较佳实施例的刀柄和延伸部分的立体图。
图4B是利用图4A的刀柄和延伸部分形成的修整刀片的立体图。
图5A是按照本发明的修整刀片的另一较佳实施例的刀柄和延伸部分的立体图。
图5B是利用图5A的刀柄和延伸部分形成的修整刀片的立体图。
具体实施例方式
本发明的新颖的修整工具包括具有延伸部分的金属刀柄，延伸部分被形成为适合于在工作期间支持和保持研磨部分的刀片形状。在研磨部分中的工作磨料是单个的微粒形状、在本文中称为“磨粒”的超级磨料材料。用于钎焊金属组合物的结合将超级磨粒固定于刀片。工具的工作段的横剖面如以下所述被优化，以提供适当的横向刚度。
参照附图能够较好地理解该新颖的修整工具的结构，诸附图的相同部分具有相同的标号。如图1A所示，修整工具10具有板条形本体12，该本体带有刀柄13和从该刀柄的一端纵向延伸的延伸部分14。该揭示采用传统表示方法，即由图1A中标注L、W和H的箭头表示的相对于修整工具的方向分别是纵向的(或长度)、横向的(或宽度)和高度的方向。所示的工具具有平顶部15和平行于顶部的平基底17。刀柄的主要用途是提供一把手，适合于接纳该刀柄的修整机器(未示出)通过该把手能够夹住该工具。虽然所示工具的刀柄为矩形棱柱形状，但是也可以使用其它形状。例如，刀柄可以具有平行四边形、截头锥形或其它横剖面。
如所示的延伸部分是工具本体的一整体部分。该结构是较佳的和能够从一件原材料通过机加工刀柄和延伸部分形成。或者，延伸部分可以形成为单独的一件和通过适当的传统方法连接于刀柄。延伸部分应该刚性地固定于刀柄，以及因为在工作期间该工具将受到较高的应力，所以对于分开的刀柄-延伸部分型式的工具推荐采用例如夹持和螺栓固定的坚牢的机械紧固技术。
修整工具通常具有约30-50毫米的长度和约10-20毫米的宽度。刀柄的高度通常约2-3毫米。降低延伸部分的高度，以提供用于钎焊金属组成物8的空间(图1B)。所示的延伸部分14是从刀柄的一端纵向延伸的和与基底17平齐的一平直片材。如以上所述，延伸部分应该足够坚强，以便在工作期间一体地和刚性地保持。重要的是该刀片具有充分的刚度，即在修整工具的顶部(即离开刀柄最远的延伸部分的切削边缘)处的超级磨粒相对于被修整的工件尺寸稳定。这允许将该顶部准确放置成依靠着所伴随的工件进行受控的磨削。如果高度太小，延伸部分可能变形或断裂。较佳地，延伸部分的高度约为刀柄高度的10-25％。延伸部分横向延伸到整个宽度。在其它实施例中，延伸部分可以具有较窄的宽度。
如图1B所示，研磨部分4包括许多超级磨粒2。钎焊金属组合物8将磨粒结合于延伸部分的表面19。本发明的新颖特征是超级磨粒较佳地被放置成它们与相邻磨粒侧向接触和处于单个磨粒厚度之中。在单层配置中，较佳地选择超级磨粒具有基本相同的磨粒尺寸。
一磨粒高度结构的价值是随着修整工具磨损始终对所修整的工具呈现一磨粒高度的超级磨料表面。这提供了几何形状的精度和极长的修整工具的使用寿命(被磨去的修整工具超级磨料的每一单位体积的被去除的工作范围的体积)。
通常依据过滤磨粒通过已知孔尺寸、即筛子孔尺寸的筛子对磨粒分类。这样由对应于那些筛子的孔尺寸的特征尺寸辨别磨粒，磨粒通过这些孔和这些孔保持磨粒。单层研磨部分的厚度较佳地小于所使用的超级磨粒的两倍特征尺寸。研磨部分的实际厚度会与任何特定的超级磨粒的实际直径有稍许不同，这是因为诸单个磨粒尺寸与特征直径有稍许变化以及还因为埋置磨粒的钎焊金属组合物所附加的厚度。
在另一较佳实施例(图2A和2B)中，延伸部分24还包括位于延伸部分的诸相对侧上的一对侧板21A、21B。侧板突起在延伸部分的内部的平表面29的高度之上，与该表面结合，形成一通道23。侧板提供较高的刀片刚度，用于精确切削和增强的支持和对其钎焊金属组合物能够结合的表面。这样，超级磨粒2能够更牢固地结合于延伸部分和较好地阻止与被修整的工件的撞击所可能产生的移动。如图所示，侧板21A、21B的高度低于刀柄13的高度。还考虑了其它结构。例如，对于延伸部分的全长侧板高度可以一致地等于刀柄的全高，或者侧板可以具有随离开刀柄的纵向距离变化的高度轮廓。这用于提供具有较长的可用的使用寿命的修整工具。
可选地，延伸部分可以附加地包括位于远离刀柄的延伸部分的端部的端板25。该端板通常在延伸部分的整个宽度上横向延伸。如果存在，端板的高度应使端板的顶部26升高到延伸部分的平表面29之上方。端板的高度可以与刀柄的平顶部15一样高。从而可以理解诸侧板、端板和刀柄形成其中保持钎焊金属组合物和超级磨粒的盘。该盘还能够便于修整工具的制造，如以下更详细叙述的那样。如果端板延伸到居于最外部的超级磨粒22和被修整的工件之间的高度，那么修整工具的最初使用将包含磨削端板到达充分暴露磨粒22的程度。
在另一较佳实施例(图3A和3B)中，新颖的修整工具包括从刀柄13纵向延伸的多个细长平壁31。这些壁相互平行和较佳地与工具本体的侧面平行。这们还较佳地在垂直于刀柄的基底的平面内取向。诸相邻的成对的壁形成了诸纵向小通道33。由钎焊金属组合物结合于延伸部分的诸壁的超级磨粒2位于诸小通道内。
延伸部分的壁能够延伸到刀柄的整个高度，如图3A和3B所示。也可以使用较低的壁高度。可以使用适当尺寸的超级磨粒，以提供在如上所述的小通道内的研磨部分。本发明的单层磨料较佳地特征在于基本相同特征直径的超级磨粒和高度低于两倍超级特征直径的诸壁。在一特别较佳的实施例中，在单列序列中设置超级磨粒，以形成诸纵向排、例如包括磨粒35A-35D的排35(图3A)。较佳地诸壁31相等地横向分开和相继壁之间的距离应该小于两倍超级磨粒直径。这便于制造修整工具，以致磨粒在排中对齐。因为与其它结构比较刀片磨损是很少的，所以排对齐的较佳的。因此，显著地延长了工具使用寿命。壁还提供了用于钎焊金属组合物8结合的极好的表面，从而将磨粒固定在小通道内。
图4A和4B示出了按照本发明的单层超级磨削的修整工具的另一较佳实施例。在该实施例中，延伸部分14还包括从刀柄13纵向延伸的和横向越过延伸部分的宽度的平直片材45。平直片材45的一侧接触各平壁，从而形成用于纵向小通道33的底板。较佳地平直片材45的相对侧47与修整工具的平基底17平齐。平直片材45增加了刀片的横向稳定性和用于由钎焊金属组合物8将磨粒2结合于延伸部分的较大表面积。因此该实施例提供了比图3B所示的较强和更刚性的刀片结构。平直片材45的支持功能还使带有单列、单层磨粒工具的制造更容易。因为平直片材45在横向和纵向复盖刀片的一侧，所以磨粒仅仅在远离刀柄的刀片的切削端和各小通道的顶侧暴露。与所谓“双侧的”刀片结构(图3B)比较，图4B所示的刀片是“单侧的”。
图5A和5B示出了结合有图3B和图4B的实施例的有利特征的新颖修整工具的一较佳实施例。该延伸部分包括从刀柄13纵向延伸的多个平直片材55。这些板交替地在壁31的顶侧和底侧处与诸相邻的成对的壁连接，以形成直角的弯弯曲曲的横剖面56(即如从纵向观察整刀片所看到的那样)。较佳地壁延伸到刀柄的全高和平直片材与顶部和底部交替地平齐。从而所示的实施例是“双侧的”刀片结构。双侧的刀片有利地提供能够使用刀片的任一侧修整磨削工具，这样扩展了相对于工具固定刀片的选择。例如，能够用双侧的刀片同时修整两只磨轮。并且，如果在刀片的一侧上研磨部分变钝，那么可以使刀片反向，以对被修整的工件施加反面的锐利的一侧。在活性钎接和金刚石磨粒之间的化学结合在单层金刚石磨粒中产生足够的机械强度，以使这些优越性成为可行。
应该由工具强力金属形成刀柄和延伸部分。用于机床设备的坚韧的金属成分的表示法在该领域是众所周知的。代表性的成分包括铁、钼、钨和与金属和其它元素的合金，例如钢、钨/铜等。
术语“超级磨料”意味着具有用于磨削其它硬物质的极高硬度的材料。金刚石、立方氮化硼和任何比例的它们的混合物被认为是超级磨料。金刚石、天然的或合成的、是较佳的超级磨料。在本发明中以特定形式使用超级磨料。本文中使用的术语“微粒”不局限于指示任何特定形状或尺寸。通常，超级磨粒有不规则的形状，但是，能够使用预定形状的磨粒、例如金刚石片或薄膜。
选择超级磨粒的尺寸，用于与修整工具的设计一致。工具被精巧地制作，以具有适合于修整预定类型的工件的预定切削半径和切削刃尺寸。应该理解本发明的修整工具主要用于形成切削表面、锐化、从其清除碎屑和修整另一磨削工具。因此，对于超级磨粒较佳地是具有约0.1微米到约5毫米的范围内的特征尺寸。在任一某磨削工具应用中能够采用较窄的磨粒尺寸范围。通常商业上的超级磨粒的磨粒尺寸在从约0.0018英寸(0.045毫米)到约0.046英寸(1.17毫米)的范围内。有时称为“微磨料”的微粒尺寸的某些超级磨粒可以在约0.1微米到约60微米的范围内。
新颖的修整工具包括可操作地将超级磨粒结合于延伸部分的钎焊金属组合物。术语“钎焊金属组合物”意味钎焊过程中加热结合成分之后实现的致密的金属结合，以将超级磨粒固定在金属基体内和固定于修整工具的金属延伸部分。钎焊过程包含加热混合粉末的结合组合物、以及可选用的液体粘合剂、到达升高的钎焊温度，在该温度固体成分的主要部分液化和形成围绕超级磨粒流动的液体溶液。冷却之后钎焊金属组合物固定超级磨粒和成为被固着于金属延伸部分。在美国专利号5,832,360中详细叙述了对于本发明为较佳的钎焊加工使用成分，该专利的全部内容在此供参考。
钎焊金属组合物较佳地包括钎焊金属成分和活性金属成分。活性金属成分在不氧化的烧结状态下与磨粒可以起反应，形成硬质合金或氮化物，从而牢固地将磨粒结合在金属基体中。活性金属成分较佳地包括金属例如钛、锆、铬和铪、以及它们的氢化物、以及它们的合金和组合物。钛、或它的氢化物是较佳的。
钛在以与超级磨料可起反应的形式中已被证明增加了在磨料和钎焊金属组合物之间的结合强度。钛可以按元素或化合物的形式添加到诸成分的混合物中。元素的钛与氧起反应，形成二氧化钛，从而趋于成为在钎焊过程不能用于与金刚石起反应。因此，当存在氧时添加元素钛是不大适合的。如果以化合物的形式添加钛，在钎焊步骤期间该化合物应该能够分解，以允许钛与超级磨料起反应。较佳地以二氢化钛TiH2将钛添加于材料混合物，二氢化钛一直到约400-600℃是稳定的。在约400-600℃以上，在惰性气氛中或在真空下，二氢化钛分解为钛和氢。
与活性金属成分混合使用的钎焊金属组合物较佳地包括从下列组中选择的金属铜、镍、银、锡、锆、硅和铁。更较佳地钎焊金属组合物包括铜和锡。在某些情况下将银添加到包括铜和锡的混合物可能是有利的，以有利于钎焊金属组合物从金属延伸部分的剥离能力。
在本发明中用于形成钎焊金属组合物的较佳的结合材料包括铜、锡和二氢化钛粉末，可选择地添加银粉末。较佳地用于本发明的钎焊金属组合物包括重量约百分之50-90的铜、重量约百分之5-35的锡和重量约百分之5-15的钛或二氢化钛活性金属成分。更较佳地钎焊金属组合物包括重量约百分之50-80的铜、重量约百分之15-25的锡和重量约百分之5-15的钛或二氢化钛。最佳地，钎焊金属组合物包括重量约百分之70的铜、重量约百分之21的锡和重量约百分之9的钛或二氢化钛。
新颖修整工具的钎焊金属组合物可选地还包括除了在此定义为超级磨料的材料之外的一硬成分的许多微粒。可选的硬成分对研磨工具提供更大的耐磨阻力。也就是说，硬成分的存在延长了金属结合的使用寿命，以致金属结合在修整加工消耗磨粒之前趋于不损坏。在修整磨料磨削工具期间受到磨损力的修整工具中需要硬成分材料的较大浓度。硬成分是含金属的碳化物或硼化物或较佳地具有至少1000努氏硬度以及在施加500克载荷之下测量时较佳地约1000-3000努氏硬度的陶瓷材料。较佳地硬成分包括碳化钨、硼化钛、碳化硅、氧化铝、硼化铬、碳化铬、以及它们的混合物。
较佳地，硬成分材料的微粒有不规则的形状和硬成分在由钎焊金属组合物形成的基体中保持它的微粒特性。也就是说，在钎焊过程发生以从它的组成成分形成钎焊金属组合物之后，硬成分微粒保持为分布在基体中的特殊的微粒实体。因此，重要的是应该从在钎焊温度或该温度之下不熔化的材料选择硬成分。
当使用硬成分时，钎焊金属组合物较佳地是重量约百分之50-83的硬成分、重量约百分之15-30的钎焊金属成分、以及重量约百分之2-40的活性金属成分，更较佳地，重量约百分之55-78的硬成分、重量约百分之20-35的钎焊金属成分、以及重量约百分之2-10的活性金属成分，以及最佳地重量约百分之60-75的硬成分、重量约百分之20-30的钎焊金属成分、以及重量约百分之2-5的活性金属成分。
还应该理解钎焊金属组合物还能够包括少量的附加的非短效的成分，例如润滑剂(例如蜡)或辅助磨料或填充剂或少量的在该领域中已知的其它结合材料。通常，这些附加成分可以达到钎焊金属组合物重量的约百分之5。
较佳地，以粉末状供应钎焊金属组合物的诸成分。粉末的颗粒尺寸不是关键性的；但是比约325美国标准筛网(44微米微粒尺寸)较小的粉末是较佳的。通过混合诸成分、例如、通过翻滚直至诸成分分布成均匀的浓度，制备关于钎焊金属组合物的前体混合物。当使用铜和锡作为钎焊金属成分时，可以有利的是以粉末状的青铜合金的形式代替诸单独成分供应它们。可以将粉末状混合物直接施加于金属延伸部分。但是，较佳地，干粉末成分与低粘度的、临时液体结合剂混合形成粘性的胶粘糊状物。在糊状物形式中钎焊金属组合物的诸成分可以精确地被分布和施加。在美国专利号5,832,360中揭示了关于形成和施加可操作地钎焊金属组合物详细过程，该专利的全部揭示内容结合在此供参考。
在制造新颖修整工具中，提供了具有从刀柄的一端纵向突出的延伸部分的板条形金属刀柄。诸钎焊金属组合物粉末、例如碳化钨、钴和二氢化钛粉末，以形成粉末状混合物。将所选尺寸的超级磨粒放置在延伸部分上。对于单层磨料型修整工具，能够手工地将诸单个磨粒放置在适当位置。能够通过拾取和放置装置由机械手放置磨粒。在另一制造材料中，能够对延伸部分的平表面均匀地施加挥发性的粘合剂涂层。将磨粒滴落在粘合剂上和通过倾斜带有暂时粘于延伸部分表面的单层磨粒的刀片去除多余磨粒。可选用地，可以将磨粒布置在一几何形状或其它图形中和能够被分开以致相邻的磨粒不相互接触或被分开以致它们具有一共同的边界。对于处于适当位置中的磨粒，可以围绕磨粒充填粉末混合物。在另一考虑的技术中，将粉末状混合物与临时液体结合物混合，以形成一糊状物。将该糊状物充填在延伸部分的小通道内。然后将诸微粒充填入糊状物内，以及例如通过擦抹去除多余的糊状物。
然后将如此组装的修整工具前体进行钎焊，以将磨粒永久地连附于延伸部分。在所选状态下仔细地进行钎焊，以避免活性金属成分和金刚石的氧化。当二氢化钛用作为活性金属成分时，温度上升到允许二氢化钛热分解，以便形成包含牢固地将金刚石结合进入钎焊金属组合物的金属相中的氧化钛相的组合物。通常在真空或者压力为0.01微米至1微米水银柱高度和温度为约800℃至约1200℃的不氧化的气氛下进行钎焊步骤。在一附加的可选步骤中，被钎焊的组合物可以被渗透成分真空渗透，以使研磨工具完全致密和基本上消除全部孔隙。虽然为此目的可以使用许多材料，但是铜是较佳的。
例子现在通过它的某些代表性实施例说明本发明，其中如果不指出、所有部分、比例和百分率都以重量计算。原来不是以SI单位得到的重量和测量值的全部单位都转化到SI单位。
例子1该例子叙述了具有示为图2A和2B所示形式的单个凹槽的工具。通过在尺寸为2毫米×12.5毫米×38毫米的钢杆中首先机加工10毫米正方形、1毫米深的铣削的凹槽制造该工具。用体积为百分之15的有机的水基结合物(Vitta公司)和体积为百分之70的粉末状钎焊成分组成的钎焊糊状物充填该凹槽。钎焊成分由重量百分之70的铜、重量百分之21的锡和重量百分之9的二氢化钛TiH2组成。然后通过移动钎焊糊状物用20/25网SDA100+金刚石(DeBeers)充填该凹槽。通过揩抹去除多余的钎焊糊状物，然后在室温下、在空气中干燥所产生的工具。然后在真空炉内、在88℃、0.01-1微米水银柱压力下加热该工具0.5小时，然后在室温下冷却。通过磨平磨料的暴露表面和去除工具前面处多余的钢完成该工具。
例子2在修整K级80粗砂5SG磨轮中试验例子1中所制备的工具。将它的性能与通过传统方法制造的一商业上可得到的修整工具比较，传统方式将金刚石放在模子中的粉末状金属基体中和加压和烧结或热压该组合物得到致密的压制品。在粉末状金属加工操作中固有的压紧运动经常导致金刚石从它们的平面移出。利用了商业上可得到的刀片的两个例子。在表1中示出比较试验的结果。在全部例子中运行速率是11英寸/分。“磨损比率”是工具的单位长度所去除的轮体积的比率。
表1

1Cincinnati CM336表1的这些数据表明尽管对于每次运行加倍了切削深度(0.002英寸与0.001英寸比较)、但是例子1的工具的磨损比率超过了具有相同金刚石尺寸的商业上可得到的修整刀片的磨损比率的三倍。在其它试验中，例子1的新颖刀片比用烧结的粉末状金属基体结合制造的比较设计的两个不同的、商业上的金刚石修整工具也显示了约2至5倍的较好的磨损比率。
例子3该例子叙述具有图5B所示形式的修整工具的制备和试验。
用图5A所示的类型的结构制备工具预制件，但是，在该例子中该工具具有被钎焊进入在钢预制件内机加工的诸小通道中的9排磨料(5个小通道暴露在一表面上，4个暴露在另一表面上)。用包含体积百分之15的有机水基结合(Vitta公司)和体积百分之70的粉末状钎焊成分的钎焊糊状物填充诸小通道。钎焊粉末由重量百分之70的铜、重量百分之21的锡和重量百分之9的二氢化钛组成。然后通过移动钎焊糊状物用20/25网SDA100+金刚石(Debeers)填充这些小通道。通过揩抹去除多余的钎焊糊状物，以及然后在室温下、在空气中干燥该工具。然后在真空炉内、在0.01至1微米水银柱高度的压力、温度880℃下对该工具加热0.5小时，然后冷却到室温。通过磨削顶和底表面以打开诸小通道的底板和顶板。
试验该工具用于对用在燃料注射器制造中的无心磨床的调节轮加工轮廓。它显示了两倍于商业上的烧结粉末金属结合的金刚石刀片的使用寿命。
例子4通过例子1中所述的相同过程制造工具。在这情况下、在钎焊和加热步骤之后，通过磨削去除杆金属形成的一侧刀片的凹槽的底部以暴露金刚石的底侧。这造成极薄(1.0毫米)、很坚固的刀片，该刀片成功地用于对玻璃结合的铝磨轮横向加工轮廓。通过粉末冶金技术形成的这样薄尺寸的刀片通常缺乏足够的强度以承受横向轮廓加工。
虽然在以上揭示内容中选择了本发明的特定形式，用于以关于叙述本发明的这些形式的目的的专用术语对相关领域的普通熟练人员充分地和广泛地进行了说明，但是应该理解产生基本相同的或优越的效果的许多替代和修改都被认为是在以下权利要求书的范围和原理之内。
权利要求
1.一种用于修整诸研磨工具的修整刀片，该刀片包括(i)一板条形金属刀柄，该刀柄形成一平基底和平行于基底的一平顶部，并且具有从刀柄的一端纵向突出的金属延伸部分；(ii)诸超级磨粒；和(iii)可操作地将超级磨粒化学结合于延伸部分的一钎焊金属组合物，其中钎焊金属组合物是一热致密的物质，该物质包括一钎焊金属成分和一活性金属成分，并且其中，诸超级微粒均匀地分布在钎焊金属组合物中并处于与各相邻磨粒接触的一单层中。
2.如权利要求1所述的修整刀片，其特征在于从包括金刚石微粒、立方氮化硼微粒及其混合物的组群中选择诸超级磨粒。
3.如权利要求2所述的修整刀片，其特征在于诸超级磨粒是金刚石磨粒。
4.如权利要求1所述的修整刀片，其特征在于从包括钛、锆、铬、铪、及其氢化物、以及它们的合金和组合物的组群中选择活性金属成分。
5.如权利要求4所述的修整刀片，其特征在于活性金属成分是钛或其氢化物。
6.如权利要求1所述的修整刀片，其特征在于钎焊金属成分包括从由铜、银、锡、锆、硅和铁组成的组群中选择的金属。
7.如权利要求1所述的修整刀片，其特征在于钎焊金属成分包括铜和锡。
8.如权利要求5所述的修整刀片，其特征在于钎焊金属成分包括铜和锡。
9.如权利要求5所述的修整刀片，其特征在于钎焊金属组合物包括重量约百分之50-90的铜、重量约百分之5-35的锡和重量约百分之5-15的钛或其氢化物。
10.如权利要求9所述的修整刀片，其特征在于钎焊金属组合物包括重量约百分之50-80的铜、重量约百分之15-25的锡和重量约百分之5-15的钛或其氢化物。
11.如权利要求1所述的修整刀片，其特征在于钎焊金属组合物包括重量约百分之70的铜、重量约百分之21的锡和重量约百分之9的钛或其氢化物。
12.一种用于修整诸研磨工具的修整刀片，该刀片包括(i)一板条形金属刀柄，该刀柄形成一平基底和平行于该基底的一平顶部，并且具有从刀柄的一端纵向突出的一金属延伸部分；(ii)以及包括诸超级磨粒和可操作地将诸超级磨粒结合于延伸部分的一钎焊金属组合物的一研磨部分，其中延伸部分是具有与基底平齐的一侧和形成一平表面的相反侧的一平直片材，并且其中诸超级磨粒均匀地分布在钎焊金属组合物中，并靠近该平表面定位和处于单层内，以致各磨粒与各相邻磨粒侧向接触。
13.如权利要求12所述的修整刀片，其特征在于诸超级磨粒是具有一特征直径的、大致相同的尺寸，并且诸超级磨粒和钎焊金属组合物形成具有一厚度的磨料层，该厚度小于两倍的特征直径。
14.如权利要求12所述的修整刀片，其特征在于刀片还包括一对侧板，各侧板位于延伸部分的诸相对的横向侧，以形成在它们之间的、适合于包含诸超级磨粒和钎焊金属组合物的一单通道。
15.如权利要求14所述的修整刀片，其特征在于诸侧板具有从刀柄的基底延伸到顶部的、沿着它们的全长的一高度。
16.如权利要求14所述的修整刀片，其特征在于诸侧板具有从刀柄的基底延伸到顶部之下的、沿着它们的长度的一部分的一高度。
17.如权利要求16所述的修整刀片，其特征在于延伸部分还包括位于纵向远离刀柄的、延伸部分的一末端处的一端板，以致端板、诸侧板和刀柄形成在它们之间的、适合于包含诸超级磨粒和钎焊金属组合物的单个盘。
18.一种用于修整诸研磨工具的修整刀片，该刀片包括(i)一板条形金属刀柄，该刀柄形成一平基底和平行于基底的一平顶部，并且具有从刀柄的一端纵向突出的一金属延伸部分；(ii)包括诸超级磨粒和可操作地将诸超级磨粒结合于延伸部分的一钎焊金属组合物的一研磨部分，其中诸超级磨料均匀地分布在钎焊金属组合物中并处于与各相邻磨粒接触的一单层内，并且其中延伸部分包括互相平行并垂直于刀柄的基底的多个细长平壁，以在诸相继壁之间形成诸细长的小通道，并且其中诸超级磨粒和钎焊金属组合物位于诸小通道内。
19.如权利要求18所述的修整刀片，其特征在于诸超级磨粒具有由一特征直径限定的、大致相同的尺寸，并且诸壁具有比两倍特征直径短的一高度。
20.如权利要求19所述的修整刀片，其特征在于该诸壁横向分开比两倍特征直径短的一距离，并且各小通道内的诸超级磨粒在从刀柄纵向延伸的一单排内对齐。
21.如权利要求18所述的修整刀片，其特征在于延伸部分还包括具有与基底平齐的一侧的一平直片材，并且其中诸壁从平直片材的相对侧延伸。
22.如权利要求18所述的修整刀片，其特征在于延伸部分还包括从刀柄纵向延伸的多个平直片材，诸平直片材交替地与顶部和基底对齐并且在诸对壁之间延伸，以形成一直角的弯弯曲曲的横剖面，从而包围交替地在与刀柄的基底和顶部平齐的诸平面处的横向相继的小通道的诸超级磨粒和钎焊金属组合物。
23.如权利要求1所述的修整刀片，其特征在于钎焊金属组合物还包括除金刚石之外、具有至少约1000努氏的洛氏C硬度的一硬成分的许多微粒。
24.如权利要求23所述的修整刀片，其特征在于硬成分是从由碳化钨、硼化钛、碳化硅、氧化铝、硼化铬、碳化铬及其组合物组成的组群中选择的一化合物。
25.如权利要求1所述的修整刀片，其特征在于钎焊金属组合物还包括可操作地消除钎焊金属组合物的全部空隙的一浸渗剂。
26.如权利要求1所述的修整刀片，其特征在于延伸部分是具有与基底平齐的一侧和形成一平表面的相对侧的一平直片材，并且其中诸超级磨粒位于平表面附近，并且其中钎焊金属组合物包括重量约百分之50-90的铜、重量约百分之5-35的锡和重量约百分之5-15的钛或其氢化物。
27.如权利要求26所述的修整刀片，其特征在于延伸部分还包括一对侧板，各侧板位于延伸部分的诸相对横向侧处，以形成在它们之间的、适合于容纳诸超级磨粒和钎焊金属组合物的一单通道，并且其中钎焊金属组合物包括重量约百分之50-90的铜、重量约百分之5-35的锡和重量约百分之5-15的钛及其氢化物。
28.如权利要求1所述的修整刀片，其特征在于延伸部分包括相互平行并垂直于刀柄的基底的多个平壁，以形成在相继的诸壁之间的诸细长的小通道，其中诸超级磨粒和钎焊金属组合物位于小通道内，并且其中钎焊金属组合物包括重量约百分之50-90的铜、重量约百分之5-35的锡和重量约百分之5-15的钛或其氢化物。
29.一种关于制备用于修整诸研磨工具的一修整刀片的方法，该方法包括a)提供一板条形金属刀柄，该刀柄形成一平基底和平行于该基底的一平顶部，并且具有从刀柄的一端纵向突出的延伸部分；b)对延伸部分施加包括一钎焊金属成分和一活性金属成分的一层钎焊金属组合物；c)将诸超级磨粒压入该糊状物内，以形成相互在侧向接触的诸超级磨粒的一单层，以得到一刀片前体；d)对刀片前体加热，以液化钎焊金属组合物和在钎焊金属组合物的诸成分和超级磨粒之间产生一结合。
30.如权利要求29的方法，其特征在于延伸部分包括具有与基底平齐的一侧和形成一平表面的相对侧的一平直片材。
31.如权利要求30的方法，其特征在于延伸部分还包括一对侧板，各侧板位于延伸部分的诸相对横向侧处，以形成在它们之间的、适合于包含诸超级磨粒和钎焊金属组合物的一单通道。
32.如权利要求31的方法，其特征在于延伸部分还包括位于纵向远离刀柄的刀片的一末端处的一端板，以致端板、诸侧板和刀柄形成在它们之间的、适合于容纳诸超级磨粒和钎焊金属组合物的单个盘。
33.如权利要求29的方法，其特征在于延伸部分包括相互平行并垂直于刀柄的基底的多个平壁，以形成在诸相继的壁之间的诸细长小通道，并且其中诸超级磨粒和钎焊金属组合物位于小通道内。
34.如权利要求33的方法，其特征在于延伸部分还包括具有与基底平齐的一侧的一平直片材和其中诸壁从平直片材的相对侧延伸。
35.如权利要求33的方法，其特征在于延伸部分还包括从刀柄纵向突出的多个平直片材，诸该板交替地与顶部和基底平齐并在诸对壁之间延伸，以形成一直角的弯弯曲曲的横剖面，从而包围交替地在与刀柄的基底和顶部平齐的诸平面处的诸横向相继的诸小通道的诸超级磨粒和钎焊金属组合物。
全文摘要
用于精加工和修整新的和用过的磨料磨削和切削工具的修整刀片具有带延伸部分的板条形刀柄，延伸部分从刀柄纵向突出。超级磨料设置在延伸部分的表面上和被钎焊金属组合物保持在适当位置中。通过对钎焊金属成分和活性金属成分的粉末状混合物进行钎焊形成该组合物。提供了诸特殊的延伸部分结构，这些结构允许在单层布置中对齐超级磨粒，用于工具的精确修整和简单的制造。该新颖的修整工具显示了极好的耐磨特性。
文档编号B24D18/00GK1953843SQ200580015811
公开日2007年4月25日 申请日期2005年4月25日 优先权日2004年5月18日
发明者R·M·安德鲁斯, S-T·布利简, E·G·小吉尔里, R·L·欧文, M·R·斯基姆 申请人:圣戈本磨料股份有限公司