TW496816B - Abrasive wheels with workpiece vision feature - Google Patents
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Description
A7 -—— ---?L__ 五、發明説明(1 ) 本申請案係請求2000年12月9曰提出的美國臨時申請案 60/254,478號之優點。 本發明有關研磨或磨光輪領域,特定言之,本發明有關 利於在研磨時觀察工件之研磨輪。 研磨(磨光)輪係廣泛使用於習知的研磨機及手持式斜角 研磨機’當研磨輪使用於這些研磨機時,係固持住研磨輪 的中心並以較高速度旋轉同時壓抵住工件。研磨輪的研磨 表面係藉由研磨輪之研磨顆粒的集體切割作用來磨耗工件 的表面。 研磨輪係使用於粗磨及精磨操作中,粗磨係用於達成快 速原料移除而不特別考慮到表面光製及燒焦,粗磨範例包 括從鋼胚快速移除雜質、製備熔接縫及切除鋼。精磨係有 關控制所移除的原料量以達成理想的尺寸公差及/或表面光 製’精磨範例包括移除精確的材料量、磨利、定型及一般 表面光製操作諸如拋光及調合(亦即整平熔接圓緣)。 習知的面研磨輪或表面研磨輪可使用於粗磨及精磨,其 | 中利用習知的表面研磨機或斜角研磨機以平面性的面與工 件呈最高約達6度角定向將大致平面性的研磨輪面施加至工 件。一項表面研磨操作的範例係爲研磨雙金屬引擎體的燃 火艙板(fire deck),譬如揭露於美國專利5,951,378號。習知 的面研磨或表面研磨輪時常由一研磨顆粒及黏結混合物選 擇是否加入纖維強化物模製而成,藉以形成一剛性單體性 黏結的研磨輪。一種適當的黏結研磨物範例係包括一樹脂 黏結基體中的氧化鋁顆粒,黏結研磨物的其他範例包括: -4- ——---- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 496816 A7 B7 五、發明説明(2 玻璃化或金屬黏結之鑽石、CBN、氧化鋁、或碳化碎顆粒 。面或表面研磨操作中常用譬如ANSI(美國國家標準協會) 所4曰足的各種輪形,這些輪類型係包括:直線形(ansi
Type 1)、圓柱輪(Type 2)、凹形(Type 5及7)、直線及喇 叭杯(Type 10及11)、碟及盤輪(Type 12及13)、浮雕及/ 或凹形輪(Type 20至26)、及中心凹輪(Type 27、27A、 28),面或表面研磨亦適用諸如ansi Type 29輪等上述輪的 變化方式。 習知面或表面研磨輪的相關缺點在於:操作者無法在實 際操作時看見研磨中的工件表面;操作者只可看見不受輪 所覆蓋的材料。製程中若不重覆檢視工件,時常難以進行 精確的操作以更接近所需結果的近似値,因爲無法重覆精 確地施用諸如斜角研磨機等手持式工具,所以對於小心的 工作而言,重覆檢視並不是良好的選擇。 具有穿1的輪在中高速旋轉時將會因爲人體眼睛視網膜 的影像暫留而變成半透明狀;亦即"視覺暫留"效應。若轉 動輪及其背景及/或前景之間具有缺/或顏色的對比,則 可進-步増強經由-穿孔狀旋轉輪所看見之影像。爲了在 輪旋轉時增加"窗口"的寬度或看穿觀察的效果,通常將穿 孔設計爲彼此鋪覆。採用此作用的研磨砂輪譬如顯示於美 國專利 6,159,089 ’ 6,077,156 ; 6,062,965 及6,007,415 號,各 案以引用方式完整併入本文中。 因爲.單體性樹脂/顆粒複合輪若破裂及/或突入大開孔中 預期將會產生災害性的後果,此"窗口 "至今只限使用於多
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496816 A7 ____B7 五、發明説明(3 ) ~^ 組件金屬體部的切割刀片及/或撓性砂輪。 因此,需要一種改良的表面研磨工具及/或方法。 根據本發明心一項實施例,提供一種用於沿著軸線操作 性旋轉以從工件移除材料之研磨輪,此研磨輪包括一安装 開孔、一含有研磨顆粒的基體、及可在操作性旋轉時界定 想像性圓柱之一周邊。此研磨輪包括軸向延伸通過基體之 至少一個空隙,所以在操作性旋轉時空隙界定一想像性窗 口,了纟^由此想像性窗口觀察工件。此研磨輪亦大致爲單 體性,並回應於20牛頓的軸向施加負載在軸向方向中具有 約1至5公厘的撓性。 本發明的另一態樣係包括一種製造研磨輪之方法,此研 磨輪沿其軸線操作性旋轉以從工件移除材料。此方法包括 提供一含有研磨顆粒的基體,並將基體形成一輪。此方法 亦包括形成軸向通過基體之至少一個空隙,所以在操作性 旋轉期間,空隙界定一想像性窗口,可經由此想像性窗口 觀察工件。此研磨輪形成爲一單體並定出尺寸、定型且回 應於20牛頓的軸向施加負載在軸向方向中形成約1至5公厘 的撓性。 本發明的另一態樣中,提供一研磨輪藉以操作性旋轉從 一工件移除材料,此研磨輪包括一安裝開孔、一含有研磨 顆粒的基體、及可在操作性旋轉時界定想像性圓柱之一周 邊。複數個空隙係軸向延伸貫穿基體,所以在操作性旋轉 時,空隙將界定一想像性窗口,可經由此想像性窗口觀察 工件。複數個空隙係包括至少一個觀察孔以及從想像性圓 -6 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) A7
柱邊界往内徑向延伸之至少 爲單體性。 —個未受阻的缺口。此輪大致 可由本發明各態樣的〃 〇下列評細描述並參照圖式更清楚地 瞭解本發明的上述及其他功能。
圖1爲本發明之一定刑H < 土周邊研磨輪的仰視(研磨面側)圖; 圖2爲圖1的線2-2之側視圖; 圖3至9類似圖1顯不根據本發明之一種研磨輪的各替代 性實施例’其中以虛線顯示選擇性通孔; 圖10類似圖2,但處於倒置定向並具有放大的尺寸; 圖1 1至1 4爲顯示習知技藝的各種輪相較於本發明之性能 的曲線圖及直條圖; 圖1 5及1 6分別爲本發明的一項替代性實施例之平面圖及 側視圖; 圖1 7及1 8分別爲本發明的另一項實施例之平面圖及側視 圖; 圖1 9至2 1爲本發明的其他實施例之側視圖; 圖2 2至2 5類似圖1顯示本發明的其他實施例;及 圖2 6爲本發明的各項實施例之測試結果相較於習知技藝 的輪之圖示。 參照上述各圖,下文詳細描述本發明的圖示實施例,爲 了清楚表示,圖中的類似功能具有類似的編號,且圖中替 代性實施例的類似功能應標示類似的編號。 本文”輪”係指一種單體性(定義如下)物件,其適於安裝 在一可旋轉式心軸或軸心上並且不限於純粹圓形或圓柱形 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) Α4规格(210 X 297公釐)
AT B7 五、發明説明(5 ) ’亦包括能夠配合使用於表面研磨機或斜角研磨機之物件。 ”缺口”與”槽”可互相通用並指一種在至少一方向中完全 延伸貫穿一物體並受到物體材料不完全地圍繞之凹痕或凹 邵,其中並包含圓形一輪的外邊緣失去一扇形部(定義如下 )或一部份、或似乎已移動一,,開孔”直到一部份開孔延伸超 過此邊緣所獲得之構造。 同樣地’ ”孔”包括在至少一方向中完全延伸貫穿一物體 並文到物體的材料所完全圍繞之一凹痕、凹部或開孔,而 不論其具有何種特定形狀或幾何結構。 ”缺口 ”、”槽”及/或”孔”在本文中均指”空隙”。 ’’單體性”及/或”單體”係指譬如模製(譬如鑄造)形成單一 整體單元的一物體,單體性研磨輪的範例包括未強化及經 強化黏結的研磨輪。典型強化物的範例係包括形成研磨輪 的一分離層之譬如玻璃或碳等纖維或一支撑板,亦即以黏 結與研磨材料在現場模製此層。或者,強化物可能包括與 黏結及研磨材料大致均質性混合之纖維或其他材料。本文f, 單to性及”早體”特別排除了包括可移除式緊固至一支撑板 的一層砂紙之習知砂碟片,亦排除了具有硬焊或電鍍在輪 外緣上的一層研磨顆粒之金屬輪。 本文”研磨”係指任何研磨或光製操作,其中處理一工件 表面以移除材料或改變粗糙度。 ’’扇形部”代表圓形中介於圓周與一弦之間之一部份。 軸向或”轴向方向”係指與一輪的旋轉軸線大致平行之 一方向,同樣地,”橫向”、"橫向方向,,或"橫向平面,,係指 -8 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 496816 A7 B7 五、發明説明I6 ~~ 與軸向方向大致正交之一方向或平面。 M邊界”包括一輪旋轉所形成之想像性圓柱或輪的徑向最 外邊緣及/或表面,一輪的邊界係包括位於其中的任何缺口 或槽。 一輪的”周邊”係包括一輪的所有外表面,其中包括邊界 、研磨面及相對(譬如非研磨)面。 簡言之,如圖所示,本發明包括一單體性研磨輪,其具 有一不規則(亦即缺口狀)周邊形及/或延伸貫穿之一系列的 孔,藉此得以觀察一個正進行通常與面或表面研磨操作相 關的習知表面光製、琢磨、及/或調合操作之工件的表面。 如圖所示,譬如圖i至4中,研磨輪(110、31〇、41〇)各包括 沿著原本圓形的輪周邊呈相隔關係配置之一或多個缺口 i 12 、312、412,這些輪亦可能包括觀察孔,譬如圖3中以虛線 顯示的孔322。或者,如圖22至24,所顯示的輪可能具有 孔而無任何周邊缺口。參照圖丨及2 2,可使用與中心呈等 距的三個缺口 112或孔2222,但亦可能採用許多其他組合, 缺口及/或孔可能構成多種不同形狀,並可能呈圓弧狀(譬 如截角狀)以免使用尖銳或狹窄的角並降低任何散播裂痕的 趨勢。可能選擇缺口及/或孔的位置藉以保持輪的平衡,可 能藉由從缺口邊緣移除材料讓輪呈現動態平衡。 由於上述”視覺暫留”效應,缺口及/或孔在沿著軸線116 、316、416中高速旋轉時可使得輪變成半透明狀。因此, 當輪譬如在箭頭114、314、414所示方向中沿其軸線旋轉時 ,一個人或機器(亦即研磨機操作員或機器視覺系統)能夠 -9- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公董)
裝 訂 f
AT ___ __B7 五、發明説明(7 ) 監測受研磨的工件表面之狀況,而不需從表面移除研磨輪 。可推論此等缺口及/或孔亦可能有利地改良空氣流並減少 接觸的摩擦.面積,藉此相較於使用習知技藝的周邊研磨輪 可保持遠爲更低溫的工件表面。 諸如上述’521號公告所揭露,在習知砂碟片(亦即其中使 用緊固至一大致剛性支撑部之一大致圓形砂紙層)中已經提 供缺口及/或觀察孔,但其尚且使用於單體性黏結的研磨輪 中。由於研磨操作時在輪中心附近產生之較集中的應力, 推論出若提供延伸通過此等輪的開孔將會產生不可接受的 輪強度損失。但已發現藉由適當的輪設計,可能將觀察開 孔(亦即孔)放置在這些輪的平坦研磨表面上。 並且,經由試驗證明不必擔心習知技藝的以下問題,亦 即周邊的缺口可能卡住工件表面的突部或可能產生應力集 中而最終使此輪失效。如下文參照圖1 〇所詳細描述,由於 較咼的旋轉速度並連同選擇性使缺口呈斜角狀及/或提高缺 口 112及或孔322、622等的尾邊緣120,似乎即足以防止突 部進入一以習知旋轉速度轉動之輪的缺口。 使用及發展本發明期間所作的觀察指出:可在旋轉的研 磨表面與工件表面或受研磨材料之間生成空氣紊流以產生 冷卻效果’藉以部份地增大研磨操作的效率及性能。亦可 能藉由間歇狀切割產生一項優點,使得在切割間隔之間僅 經過少量時間,在一種吾人改良的研磨輪之各次旋轉期間 發生數次”休息時間’’,亦判定出缺口配置於沿著輪邊界的 等距相隔位置將可達成最佳結果,使得此輪具有在數値上 -10· 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 496816 A7 B7 五、發明説明(8 ) 平均的平衡。 參照圖式’現在詳細描述本發明的研磨輪。除了缺口及/ 或孔之外’在上述Type卜2、5、7、10至13、20至26、 27、27A、28及29中,輪可製成工業標準有機或無機性黏 結研磨輪。如參照圖i 5至i 9所顯示及描述,輪亦可能製成 Type 27及Type 28輪的複合物(下文稱爲,,複合Type 2 7 / 2 8 "輪)’這些輪亦可設有或不設有習知的纖維或支撑 板強化物並具有習知的直徑。有機性黏結材料的範例包括 樹脂、橡膠、蟲膠或其他類似的黏結劑。無機性黏結材料 包括黏土、玻璃、熔塊、瓷、矽酸鈉、氣氧化鎂或金屬。 可旎使用諸如模製等習知的研磨輪製造技術,根據本發明 修改之習知研磨輪的特定範例詳述如下。 本發明的輪的一種典型構造係顯示於圖i及2中,圖ι爲 仰視圖,亦即觀看輪的平坦研磨面的圖式,如圖所示,輪 110包括三個缺口 112及一習知的中央安裝孔i丨i。 缺口可能構成任何尺寸大小及形狀並具有任何合理的數 量,譬如,圖1至5、8及9顯示多種三缺口式輪,圖6及7顯 示四缺口式實施例,圖8c顯示五缺口式輪,亦可能使用一 單缺口式輪(從一邊緣移除一平衡扇形部)(未圖示)。 現在參照圖3,缺口312可能不對稱以對於輪31〇提供_ 大致階狀或扇貝狀周邊。如圖所示,缺口312包括一前導邊 緣318,前導邊緣318在^大處以一相對於切線319較陡的角 度沒(亦即大致正交)從一最外輪半徑[最大往内徑向延伸, 導邊緣318係逐漸變成一具有初始半徑^、之尾邊緣32〇,初 -11 - A7 B7
496816 五、發明説明 始半徑Γ最小逐漸變成(亦即以較小且減小的切角最外半徑 Γ最大,尾邊緣320的此漸變式半徑可有利地傾向於降低輪卡 在工件的尖銳邊緣上等的可能性。亦可將尾逢緣升高脱離 研磨面的平面而合併使用此漸變式半徑,如下文參照圖1〇 所描述。 參照圖4顯示不對稱缺口的一種變化方式,此實施例中, 輪410具有缺口 412,缺口 412對於輪提供一大致鋸齒狀周 邊。類似輪3 10的方式,輪410的尾邊緣420較佳以小於9〇度 的角’延伸。 圖5包括對稱缺口 5 12,及512,,之兩種額外的變化方式(圖& 及5b)、以及具有不對稱缺口 512,”的另一實施例(圖5c)。 圖6至9顯示具有失去或移除輪的扇形部所形成的缺口(分 別爲 612、712、812、812,、812”及912)之輪(6 10、710、8 10 、810f、810’’及910)的其他實施例,這些扇形部可能爲直線 (612及812)、彎曲狀(812’)或鋸齒狀(812,,及912),其可能 從一個扇形部往上;較佳雖爲三或四個,亦可採用五個(見 8 10”)或更多個。 此外,沿著缺口的尾邊緣之研磨面的邊緣可能具有介於 輪與受研磨材料之間的截角狀邊緣部(本文亦稱爲,翼梢,) 626、726、826及926。這些翼梢可能以類似圖1〇的升高尾 邊緣之方式來增加輪與受研磨材料之間的空氣流並降低外 緣接觸之衝擊,翼梢可進一步包括位於輪邊緣上之刻意形 成的葉片,葉片可用於沿著砂輪圓周引導或傳送空氣並可 配合使用位於斜角研磨機周圍之一空氣圍堵”裙部"藉以在 -12- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)
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AT ___ B7 五、發明説明(10~) ^ - 單一方向而非所有方向射入灰塵,可奘 X. ^ ,, j瑕设一灰塵或切屑收 集裝置以收留大部份的灰塵或切屑。 觀察 如上述,輪中的缺口或槽(112、312、412 )係有利地使 得一使用者能夠在使用研磨機時經由轉動的輪看見受研磨 的工件,因此,能夠在製程當中看見及監測研磨作用將是 非常有用的。亦如上述,大部份的研磨輪並無法在研磨時 進行觀察,習知的表面或斜角研磨機的構造一般無法經由 一旋轉的輪外部進行觀察,且本發明的輪已經過發展可克 服此缺點。若以習知的不透明輪進行研磨,操作者必須進 仃一系列的測試研磨,各次均移除工具以觀察結果,並在 工作將近完成時必須愈來愈頻繁地暫停以作檢視。工作完 成程序係爲一種連續性近似程序,亦可能過度進行研磨程 序。利用本發明,操作者將工具一次施用至工件即可進行 一研磨操作,且幾乎無過度研磨的危險。 若這些缺口及/或孔出現在輪中卻不會讓突起物體纏住缺 口並對於研磨程序造成災害性擾亂將可能是驚人的作用。 本發明的輪較佳呈現黑色,藉以讓看穿一旋轉輪並依賴 視覺暫留以看見後方工件之人員增強視覺對比,此黑色比 白色產生更少的妨礙,白色容易導致在看穿白色或其他顏 色輪之工件表面時變得灰暗。因此,若位於一部位的所移 除扇形部與位於輪的另一部份中之一缺口相重疊,可從輪 邊緣正上方看到輪後方的工件,所以輪的整個工作部份在 使用時均變得,,灰暗”。 -13-
本紙張尺度咖中國國家標準(CNS^i"格(210X 297么CiT 496816 A 7 _____B7 五、發明説明(11 ) 更氣冷卻 預期可能在一種根據本發明製成且常爲4 5吋/115公厘斜 角研磨機中一般以8〇〇〇至11〇〇〇轉每分旋轉之轉動輪周圍的 半切線方向出現一可偵測到的空氣流。斜面狀缺口似乎在 研磨表面上產生顯著的空氣紊流,並且切屑容易在徑向往 外排出。 ,現參照圖1〇,缺口 112(及/或下述的觀察孔)可能如圖示 爲斜面狀’下文爲方便起見係針對缺口,但已知下文亦完 全適用於本文描述的任何觀察孔。如圖所示,以箭頭丨4顯 示輪110的較佳旋轉方向,研磨面朝下。一缺口 112的前導 邊緣118(相對於軸向方向)傾斜以與研磨面的最靠近(亦即 相鄰)#份形成一銳角,同時尾邊緣i2〇傾斜以與研磨面的 相鄭邵份形成一鈍角(圖l〇b的尾表面120,顯示另一斜面形 狀,藉以進一步盡量降低輪卡住突部之危險)。 即使缺口本身不具有實際斜面,一般在輪高速旋轉時將 精由支撑板中的開孔動作產生顯著且有效的空氣紊流,故 容易有利地冷卻此工件。 可如圖示令缺口 112呈斜面狀以增加此效果,因爲容易如 前頭1030所示將空氣送至工件表面(圖10a),此空氣流可幫 助冷卻工件、將灰塵/切屑吹離研磨部位、及從工作區域移 除剥落的研磨顆粒,可藉由升高尾邊緣12〇,以如圖l〇b形成 一2氣勺來進一步增加此效果。當空氣抵達受研磨表面時 ’可说亦有顯著的空氣壓縮,空氣亦可能作爲一種軸承在 旋轉輪與靜態工件之間以類似空氣軸承的方式驅迫本身, -14- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X297公釐)
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此情形中,可能在工件表面上產生资流以寶助移除切屑。 即使觀察到幾乎不可能在缺口的尾邊緣上卡住_突起物 體或產生類似情形(部份係因爲使用時(10,000 rpm)約每2微 和即出現#斤白勺缺口),目1 〇所示的構造亦容易堂十於所掃過 的物體提供-緩和斜坡而非驟角以f助盡量降低危險(擘如 當工具減慢時)。 除了上文描述之外,可以各種替代性實施例來實施本發 明的研磨輪,譬如上文所簡單描述,任何上述的輪均可對 於缺口或槽(112、312、412..··)添加或合併具有圖3、6及7 等圖中虛線顯示之一或多個觀察孔322、622、722等。此外 ,本發明可能包括不使用任何周邊缺口之觀察孔,譬如圖 22至24的輪2210、23 10及2410並譬如揭露於上述的臨時申 請案Γ478號申請案)及名爲,,具有用於觀察研磨表面的觀察 孔之偏移式撓性研磨輪”的日本專利申請u-15937l號中。 這些觀察孔可能具有大致任意構造,包括圓形(亦即如圖3 、9及2 2所示)或非圓形(亦即圖2 3及2 4的卵形孔2322及 2422)。現在更詳細地參照圖2 3及2 4,在使用卵形或橢圓 形孔的情形中,孔可能定向在任何理想的方向中。譬如圖 23所示,孔2322的縱軸線(在橫向平面中)可能在徑向方向 中延伸。或者,如圖2 4所示,縱軸線可能與徑向方向呈偏 移角r配置,圖示範例中,角r約爲4 5度,測試顯示出: 相較於設有與槽狀孔縱向尺寸相等直徑的圓孔之類似的輪 ,設有橢圓孔之輪係具有顯著增加的強度。並且,具有4 5 度Γ用定向的槽狀孔將進一步增強輪的強度,如下列範例 •15- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公董) 496816 A7 _____ B7 五、發明説明(13 ) 所祥細描述。 此外,任何上述的觀察孔322、622等可能如上述圖2及1〇 及圖6、7及8a虛線般地呈斜面狀。亦如上述,觀察孔具有 與上述缺口大致類似的操作,所以使用者在研磨操作時能 夠貫穿觀察一工件。 孔322、622等的位置及數量較佳係經過選擇使輪保持平 衡,雖然可能提供單一的觀察孔及輪形狀以維持其旋轉性 平衡’一般較佳沿著輪的旋轉軸線設置呈相隔關係配置之 複數個孔,藉以提供所需要的輪平衡。可能依據輪的直徑 及孔尺寸使用任何數量的孔,譬如,具有6忖最外部直徑的 輪可能包括三至六個孔,但較大直徑的輪(亦即9至2 0叶的 輪)可能包括10至20或更多個孔。可從輪邊界移除材料使 4于輪呈現動態平衡。特定示範性實施例中,觀察孔可能形 成於輪旋轉所界定之想像性圓柱的至少6 〇 %半徑以及距離 輪邊界至少約2公厘之間的一區域内。 本發明雖然可實施爲大致任何類型或構造之研磨輪,其 較佳以一種在通常爲無機性樹脂基體的黏結基體中包含研 磨顆粒之所謂”薄輪’’方式實行’ ”薄輪’’係指(在轴向方向中 )具有厚度t的輪,厚度t小於或等於想像性圓柱半徑的約 1 8%(亦即,t<或丨8%r)。薄輪譬如包括依據輪的(最外 部)直徑具有約1 /8吋到約1 /4至1 /2吋厚度t之輪,此等薄 輪的範例係包括上述的Type 2 7、27A、2 8、2 9、及複合 Type 27/28輪。譬如,在ANSI標準B7.1-2000中界定了 Type 27、27A、28 及 29輪。如上述,複合 Type 2 7 / 2 8 輪 •16- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐) 496816 A7 ______B7 五、發明説明(14 ) 類似Type 2 7及28而具有如圖16、18、19所示略爲彎曲的 軸向剖面,並詳細描述如下。 如上述,可能使用及/或修改熟悉研磨輪製造技藝者所瞭 解之各種製造技術以產生本發明的實施例,可能使用的示 範性技術係揭露於頒予提姆(Timm)的美國專利5,895,3 17號 及頒予亞柏拉漢森(Abrahams on)的美國專利5,876,4 70號, 此兩案以引用方式%全併入本文中。現在參照圖1 5至2 1詳 細描述部份的示範性製造技術,爲簡單起見,參照具有三 個觀察孔之複合Type 27/28輪的製造來顯示及描述大部份 的這些技術,熟悉此技藝者應瞭解可能修改這些技術,包 括模子的尺寸及形狀及/或模子混合物的内容物,以製造如本 文所述具有任何數量的缺口及/或孔之上述任何的輪類型。 參圖13及16 ’可说將一支撑板28放置在一適當尺寸及 形狀的模子中形成所需要的孔1522(圖15)及/或缺口 1512( 如圖1 5的虛線所顯示),藉以製造一複合Type 2 7 / 2 8輪 1510。支撑板28可能包括與板整合之一中央槪螯3〇,或可 能爲相緊固之一分離的構件(如圖所示,支撑板2 8及強化層 3 6 (圖1 8 )以習知方式略爲弓起,或者,這些組件可能大致 呈平面狀,譬如用於製造Type 27、2 7A及/或Type 28輪時 )。板2 8的孔與放置在模子中的插頭(未圖示)呈可收納式接 合,插頭的尺寸及形狀係形成所需要的孔,模子隨後充填 有所需要的研磨及黏結混合物以形成研磨層2 9。可利用重 力進給技術達成此模子充填步驟,或者可使用譬如射出成 型等其他技術,然後可能施加熱量及/或壓力,隨後從模子 -17- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 496816 A7 ______ B7 五、發明説明(15 ) 移除輪並與插頭分離以顯現出一個具有所需要的孔1522及/ 或缺口 15 12之輪。然後可能完成譬如將輪予以動態平衡等 之其他習知步驟。 現在參照圖1 7及1 8,使用一種類似技術來製造玻璃強化 輪,如圖所示,在現場將一玻璃布3 6放在模子中,此布較 佳具有一周邊尺寸及形狀以匹配模子(包括任何缺口 1712( 圖17),在所需要的孔1722位置將插頭放在模子中(圖17)) 。如同上文參照圖1 5及1 6的描述來完成後續步驟,可在一 或多個空隙孔上切割布層以利不受阻地貫穿觀察。依需要 ’布層(玻璃層或類似的布強化物)可能連續延伸過一或多 個空隙(譬如如圖示延伸過孔1722)以提供結構性強化,同 時亦讓使用者能夠藉由較開放的編織而看穿此層。 參照圖1 9,可能在輪固化前或固化後將一個具有一速度 鎖定裝置的習知支撑墊3 2施加至支撑板或強化層,藉以修 改上述製造方式。 另一替代方式中,如圖20及21所示,可能藉由一嵌設玻 璃布或類似的強化層3 6 ’來施行一模製中心或轂3 4 c>可能 以包括模製及/或機械组裝操作等任何習知的方式製造此總 成。可能如上述藉由放入一模子中、然後***研磨/黏結混 合物並施加熱量及壓力等,在現場模製轂/玻璃總成,藉以 形成具有一整體轂34及一強化研磨層29,之一個輪2110。 輪2110雖然圖示爲一習知的直線輪,其可能另製成一種具 有如圖1 6、1 8、1 9所示略爲彎曲橫向剖面之複合Type 27/28 輪。 -18- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 496816
雖然本發明的實施例顯示爲設有強化層^3 6,,亦可使 用/、他的層3 6、J 6 ’。譬如,-層3 6、3 6,可能配置於内部 ’另-層配置於輪的一外表面上。若使用一玻璃纖維布層 3 6 3 6此(未塗覆)布可能具有約160至320克每平方公尺 (克/平方公尺)的重量(習知稱爲葛瑞格重量(griege
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Weight))。譬如,若使用一層布時,具有約1/1 6至1/4吋( 約2至6公厘)厚度的輪,可使用具有一中等(23〇至25〇克/平 万公尺)至重(320至500克/平方公尺)的葛瑞格重量(gdege weight)。若使用兩或更多層36、36,時,其中一或兩層可 能爲輕重量(約160克/平方公尺)。 曰 下列π範性範例預定顯示本發明的特定態樣,亦瞭解不 應將這些範例視爲限制性。 範例1
k 此範例中,比較兩輪的研磨性能,第一輪(B)係爲具有 11.4公分(4.5忖)直徑並具有依典型習知技藝方式使用的一 個中央安裝開孔之一種習知技藝的輪。第二輪(A)與(B )輪 相同但根據本發明從周邊移除直線扇形部加以修改以提供 如圖8 a所示的一輪,此輪由黏結在一酚醛樹脂内之5 〇磨粒 溶合氧化銘研磨顆粒以及一整體性玻璃纖維布強化層所製 成。 藉由使用軸向進給模式讓工件出現於輪面而非一邊緣之 一種小隈(Okuma) ID/OD研磨機來評鑑這些輪。 所使用的工件係爲具有12.7公分(5吋)外徑與114公分 (4.5吋)内徑之圓柱形式的1018可鍛鋼,將端表面提供予研 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(2l^x 297公董) ' ------- A7 B7 五、發明説明(17 磨輪’研磨輪以10,00〇轉每分(rpm)操作並使用0.5公厘/分 鐘的進給速率’工件約以1 2轉每分旋轉,不使用冷卻劑, 且根據本發明的實施例中工件係位於設有觀察缺口之輪部 份^心,在_試前與測試後將輪予以秤重。 爲了决足參考點’帶動工件使其與輪相接觸直到軸向 力抵達0.22公斤(丨磅)爲止,然後從此參考點繼續研磨直到 ^向力抵達1.98公斤(9磅)爲止,此値係對應於輪的有效壽 命終點。因此,將參考點與終點之間的研磨時間視爲輪的 有效哥命。 /㈣示於圖11至Η中’從圖U可看出快速升高至視爲 、·.;’’.·,碲去向力,因爲在此點大部份研磨粒已經移除或磨 耗所以,乎不發生金屬移除,對於具有修改的三角形之輪 八則顯著較晚發生’此輪Α可持續其他輪的兩倍之久,因爲 已經移除更多的研磨表面,所以並不符合直覺。 圖12中’將各輪所吸取的功率繪成_項時間的函數,盆 中,與圖U相同的型式’輪A在輪實際研磨的全程中吸 取退局較小的功率,因此輪“要較少力量並吸取更少功
中,對於料㈣著時間之轉係 觀察到最低的係數。 仗輪A 圖Μ係比較隨時間經過所切割的金屬量, A可切割輪3大約兩倍的材料。 不出輪 切割得至少與習 程序同時而非在 因此’根據本發明之示範性輪預期能夠 知技藝的輪一樣良好,並提供能夠在研磨 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(21〇X297公釐) -20- A7 發明説明 研磨停止時觀察受研磨區域之優點,即使提供觀察缺口來 降低研磨表面的量仍能獲得上述作用。並且,此優點可改 良在研磨輪邊緣正上方之工件表面的觀察,同時以更低的 功率吸取來切割更多的金屬並持續更長的一段時間,這並 不符合直覺且極爲有利。 範例2 大致如圖22、23、24所示方式製造Type 2 7輪的範例, 亦即其中分別具有圓孔、徑向橢圓孔。橢圓孔在橫向平面 中具有約2 : 1的長寬比(長度對於寬度),亦即,橢圓孔的 縱向尺寸大約係爲橫向平面中正交之尺寸的兩倍。圖2 2的 輪呈現約爲習知對照用的無孔輪之8 0 %的推出強度,圖2 3 的輪呈現約爲對照輪之8 7 %的推出強度,圖2 4中具有歪斜 足向孔的輪係呈現對照輪之9 5 %的更大推出強度。利用對 於側向力應力的最大中心負載之習知的ANSI測試規範來量 測推出強度,其譬如描述於以引用方式完整併入本文之美 國專利5,913,994號中。簡言之,此推出強度測試係包括在 一種將輪安裝在一習知中心凸緣上並由一環支撑住輪之習 知的環疊式強度測試(ring 〇n ring strength test)中。利用習 知的測試機將一軸向負載以0.05吋/分鐘的負載速率施加至 凸緣’從零負載開始施加負載至輪直到災害性輪失效(譬如 輪產生斷裂)爲止。 範例3 額外的測試樣本係製成大致如圖1、3、2 2、2 5所示(形 成想像性圓柱)具有5吋(1 2 · 7公分)直徑之複合Type 2 7 / 2 8 -21 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210X 297公釐)
裝 訂
496816 A7 B7 五、發明説明(19^' 輪,譬如圖18所示,各輪亦包括一玻璃纖維布層36其具有 約230至250克/平方公尺之間的未塗覆葛瑞格重量(griege weight)。九種輪變化方式(變化方式i至9)係設有1 / 8吋(3 公厘)厚度及一個7/8叶(2.2公分)的中心孔,對於這些輪變 化方式測試撓性及爆裂強度,這些測試的結果顯示於圖2 6 及下列的表I。 這些範例中,輪變化方式1大致製成圖2 2所示方式,其 中具有與輪邊界相距不小於約3 / 8吋(0.9公分)之三個等距 相隔且爲3 /4吋(1.9公分)直徑的孔2222。輪變化方式2大 致類似於輪變化方式1,但具有約3 / 8吋(0.9公分)的孔。 輪變化方式3大致類似於輪變化方式1,但具有六個等距相 隔的孔2222。輪變化方式4大致類似於輪變化方式1,但如 圖1所示具有槽112而非孔,這些槽112從邊界在徑向往内延 伸約7/8吋(2.2公分)並具有約3/8吋(0.95公分)的寬度。輪 變化方式5大致類似於輪變化方式4,但具有約3 /4忖(丨· 9 公分)寬之槽112。輪變化方式6大致類似於輪變化方式5, 但具有六個等距相隔的槽112。輪變化方式7大致類似於輪 變化方式1 (包括三個孔),但具有如圖3所示的缺口 3 12所提 供之一扇貝狀邊界。輪變化方式8爲一種習知先前技藝的輪 並大致類似於輪變化方式1但不具有孔2222。輪變化方式9 大致類似於輪變化方式2,但如上述’ 478號申請案所描述般 地具有沿著圖2 5所示的分離同心環分佈之八個孔。對於各 變化方式製造三個輪並進行測試。 依上述’478號申請案所描述的方式量測各輪的撓性,其 -22- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4规格(210 X 297公釐) 496816 A7 B7 五、發明説明(2。 ) 中將研磨輪安裝在一個具有15公厘半徑的凸緣上,並在距 離處於靜態的研磨輪中心4 7公厘處以一探針(具有一 5公厘 半徑的接觸梢部)施加一 2 0牛頓的軸向負載時藉由軸向方向 呈現之彈性變形(以公厘爲單位)來決定撓性(同樣在距離輪 中心4 7公厘之徑向位置處量測變形)。藉由輪重量除以輪材 料密度(2.54克/立方公分)而求出各輪的體積,下表I中顯示 各項輪變化方式之體積及撓性。 -23- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 496816 A7 B7 五、發明説明(21 ) 表I偏向 重量 (克) 平均 重量 標準差 輪的 體積 標準差 偏向 [測量値] 標準差 1 86 90.9 89.7 88.9 2.6 35.0 1.0 2.67 0.4 2 91.1 88.9 93.3 91.1 2.2 35.9 0.9 3.67 0.3 3 79.6 79.9 78.5 79.3 0.7 31.2 0.3 4.50 0.7 4 82.1 84.8 81.2 82.7 1.9 32.6 0.7 3.50 0.7 5 84.5 87.5 88 86.7 1.9 34.1 0.7 2.94 0.5 6 68.5 64 66.3 66.3 2.3 26.1 0.9 5.94 0.8 7 77.4 79.4 79.4 78.7 1.2 31.0 0.5 4.11 0.3 8 97.4 91.6 93.7 94.2 2.9 37.1 1‘2 3.22 0.2 9 88 89.3 89.7 89 0.9 35.0 0.3 3.78 0.6 -24- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 496816 A7 ___ B7___ 五、發明説明(22 ) 這些測試結果顯示出,本發明的實施例可能具有有利的 尺寸及形狀,使得身爲輪總體積百分比之孔及/或缺口(亦 即空隙)的合併體積保持在約2 5 %以下、更佳在約3至2 0 % 範圍内(爲方便起見,本文可將此體積或體積%分別稱爲空 隙體積或空隙體積%)。 除了變化方式6以外之各項輪變化方式均呈現出約2 5 %以 下之空隙體積%,輪變化方式6呈現出約25至3 4%的空隙 體積%。藉由從各輪總體積減去變化方式1至7及9的各輪體 積、再除以各輪的總體積、然後乘以1 Q0,即可求出空隙體 積%。各輪的總體積係爲無任何空隙之輪的體積,亦即各 輪旋轉時界定之想像性圓柱的體積。爲方便起見,使用習 知的輪變化方式8 (無任何空隙的變化方式)的體積作爲空隙 體積計算中之總容積。 保持低於約25%的空隙體積%將可有利地幫助輪的撓性 保持在約5公厘或更小,以利面研磨操作。如上述測試結果 所顯示,本發明的特定實施例呈現約丨至5公厘的撓性,其 他實施例則呈現約2至5公厘的撓性。 亦將各項輪變化方式的兩個輪賦予增加的轉速(rpm)直 到輪失效爲止以進行爆裂測試,這些測試結果顯示於圖26 中。 有利情形中’此測試顯示,所有的輪變化方式均呈現至 少約2U000轉每分的爆裂速度、或約27 5〇〇表面呎/分鐘的 "SFPM”(140表面公尺/秒(SMPS)),以下式(1)及(2)提供 SFPM及 SMPS : •25- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 496816 A7 B7
五、發明説明 (1) SFPM=0.262 X輪的直徑忖數又r p瓜 (2) SMPS = SFPM/196.85 此態樣可有利地允許製成5忖直徑複合Type 2 7/2 8輪之 本發明的實施例係能夠在通常爲16〇〇〇轉每分最大速度之 手持式研磨機上操作。 這些測試結果亦顯示(譬如,變化方式3相較於變化方式4 及7),可能有利地將至少部份的空隙體積配置於較靠近輪 周邊處,其譬如爲利用至少部份缺口或槽所提供之空隙體 積。亦可藉由將任何孔定位在徑向位置的上述範圍内(亦即 6 0 %的想像性圓柱半徑與至少距離輪邊界約2公厘之間的一 區域内)來達成此作用。 上文描述主要預定用於示範功能,雖然已經對於一項示 範性實施例顯示及描述本發明,熟悉此技藝者應瞭解可作 出上述與其他各種形式及細節上的變化、省略及添加,而 不脱離本發明之精神與範圍。 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) -26-
Claims (1)
- 496816 A B c D 々、申請專利範圍 1 . 一種研磨輪,其沿著軸線操作性旋轉以從一工件移除材 料,該研磨輪包含: ^ 一安裝開孔·, 一含有研磨顆粒之基體; 一周邊,其在該操作性旋轉期間界定一想像性圓柱; 至少一空隙,其軸向延伸通過該基體,其中在該操作 性旋轉期間’該空隙係界定一想像性窗口,可經由該想 像性窗口來觀察該工件; 該輪大致爲單體性;及 該輪回應於一 20牛頓的軸向施加負載在軸向方向中具 有約1至5公厘之撓性。 2·如申請專利範圍第1項之研磨輪,其中該撓性係爲大約2 至5公厘的範圍。 3 ·如申請專利範圍第1項之研磨輪,其進一步包含小於該 想像性圓柱的約2 5 %體積之空隙體積。 4 ·如申請專利範圍第3項之研磨輪,其中該空隙體積係爲 大約3至2 0 %的範圍。 5 ·如申請專利範圍第1項之研磨輪,其中該空隙係包含從 該想像性圓柱的周邊往内徑向延伸之至少一個未受阻的 缺口。 6 .如申請專利範圍第5項之研磨輪,其中該空隙係包含至 少一個觀察孔。 7 ·如申請專利範圍第6項之研磨輪,其中該觀察孔係配置 於藉由該想像性圓柱的至少約60%半徑以及距離該輪邊 -27- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 496816 A B c D 々、申請專利範圍 ' 界至少大約2公厘所界定之一區域内。 8. ·如申請專利範圍第.丨項之研磨輪,其包含一轂,該轂係 整體配置於該含有顆粒的基體内。 9 ·如申請專利範圍第1項之研磨輪,其中該含有顇粒的某 體爲一有機性黏結材料。 10·如申請專利範圍第9項之研磨輪,其中該含有顆粒的基 體爲一無機性黏結材料。 1 1 ·如申請專利範圍第丨項之研磨輪,其中該含有顆粒的基 體進一步包含一整體性強化物。 1 2 ·如申請專利範圍第i i項之研磨輪,其中該強化物包含散 佈於該含有顆粒的基體内之一纖維材料。 1 3 .如申請專利範圍第1 1項之研磨輪,其中該纖維材料包含 一布層 〇 1 4 .如申请專利範圍第丨3項之研磨輪,其中該纖維材料包含 複數個布層。 1 5 ·如申請專利範圍第丨3項之研磨輪,其進一步包含一轂, 該轂緊固至該布層。 1 6 .如申請專利範圍第1 3項之研磨輪,其中該布層係延伸過 該空隙。 17·如申請專利範圍第13項之研磨輪,其中該布層包含一層 具有約160至500克每平方公尺葛瑞格重量(griege weight)之玻璃纖維。 1 8 ·如申請專利範圍第n項之研磨輪,其中該強化物包含一 支撑板。 -28- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4规格(210 X 297公釐)19·如申請專利範圍第5項之研磨輪,其中該缺口爲對稱狀。 .·如申請專利範圍第1 9項之研磨輪,其中該缺口爲U形。 1 •如申請專利範圍第19項之研磨輪,其中該缺口爲半圓形。 2 2 ·如申請專利範圍第5項之研磨輪,其中該缺口爲不對稱 狀。 23·如申請專利範圍第22項之研磨輪,其中該缺口包含一尾 邊緣’該尾邊緣相對於該想像性圓柱的最接近切線之配 置係呈現比該缺口的一前導邊緣更小的一角度。 2 4.如申請專利範圍第1項之研磨輪,其中該空隙相對於該 軸向方向具有斜面。 25.如申請專利範圍第24項之研磨輪,其中該空隙的一前導 邊緣相對於該含有研磨顆粒的基體之一支承表面的一相 鄰部份呈現一銳角配置。 26·如申請專利範圍第24項之研磨輪,其中該缺口的一尾邊 緣係相對於該支承表面的一相鄰部呈現一鈍角配置。 27·如申請專利範圍第5項之研磨輪,其中該缺口包含該想 像性圓柱的一扇形部。 2 8 .如申請專利範圍第2 7項之研磨輪,其中該扇形部除了該 想像性圓柱以外係沿著其一邊緣大致呈彎曲狀。 2 9.如申請專利範圍第27項之研磨輪,其中該扇形部沿著其 一邊緣大致呈直線狀。 3 0 .如申請專利範圍第2 9項之研磨輪,其中該扇形部的一邊 緣係由該想像性圓柱的一弦所界定。 3 1 ·如申請專利範圍第5項之研磨輪,唭進一步包含沿著該 -29- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)496816 A B c D 六、申請專利範圍 想像性圓柱的邊緣以相隔關係配置之複數個缺口。 3 2 ..如申請專利範圍第1項之研磨輪,其中該含有研磨顆粒 的基體係包含一平坦的研磨面。 3 3 ·如申請專利範圍第1項之研磨輪,其中該空隙包本延伸 貫穿之至少一個觀察孔。 3 4 .如申請專利範圍第3 3項之研磨輪,其中該孔具有圓形的 橫向剖面。 3 5 .如申請專利範圍第3 3項之研磨輪,其中該孔相對於該轴 向方向具有斜面。 3 6·如申請專利範圍第33項之研磨輪,其進一步包含沿著該 輪呈相隔關係配置之複數個孔。 3 7 ·如申請專利範圍第3 3項之研磨輪,其中該孔係配置於藉 由該想像性圓柱的至少約6 0 %半徑以及距離該輪邊界至 少大約2公厘所界定之一區域内。 38. 如申請專利範圍第33項之研磨輪,其中該孔具有橢圓形 的橫向剖面,其中該孔具有一縱軸線。 39. 如申請專利範園第38項之研磨輪,其中該縱軸線沿著該 輪半fe而延伸。 40·如申請專利範圍第38項之研磨輪,其中該縱軸線相對於 該輪的半徑呈歪斜狀配置。 4 1 .如申請專利範圍第4 〇項之研磨輪,其中該縱軸線相對於 該輪的半徑呈約4 5度角配置。 4 2 ·如申請專利範圍第1項之研磨輪,其製成選自包括下列 各物之群組之一輪:Type 27、Type 27A、Type 28、複 -30- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(2l〇x297公爱) 496816 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 合 Type 27/28及 Type 29輪。 43 .如申請專利範圍第1項之研磨輪,其具有至少約27,500 表面呎每分(140表面公尺每秒)的爆裂速度。 4 4 . 一種製造研磨輪之方法,該研磨輪沿其軸線操作性旋轉 以從一工件移除材料,該方法包含: a. 提供一含有研磨顆粒的基體; b. 將該基體形成一輪; c. 形成軸向通過該基體之至少一個空隙,其中在該操 作性旋轉期間,該空隙界定一想像性窗口,可經由該想 像性窗口觀察該工件; d. 將該輪形成一單體;及 e. 將該輪定出尺寸、定型並成形而回應於20牛頓的軸 向施加負載在該軸向方向中具有約1至5公厘的撓性。 45. —種研磨輪,其操作性旋轉以從一工件移除材料,該研 磨輪包含: 一安裝開孔; / 一含有研磨顆粒之基體; 一周邊,其在該操作性旋轉期間界定一想像性圓柱; 複數個空隙,其軸向延伸通過該基體,其中在該操作 性旋轉期間,該等空隙界定一想像性窗口,可經由該想 像性窗口來觀察該工件; 該等複數個空隙係包括至少一個觀察孔,且至少一個 未受阻的缺口係從該想像性圓柱的周邊呈徑向往内延伸 ;及 該輪大致爲單體性。 -31 - 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐) 496816 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 46. 如申請專利範圍第45項之研磨輪,其中該輪回應於一 .20牛頓的軸向施加負載在該軸向方向中具有约1至$公 厘之撓性。 A 47. 如申請專利範圍第45項之研磨輪,其中該撓性爲大約2 至5公厘的範圍。 48. 如申請專利範圍第45項之研磨輪,其進一步包含小於該 想像性圓柱的約2 5 %體積之一空隙體積。 4 9 ·如申叫專利範圍第4 8項之研磨輪,其中該空隙體積係爲 大約3至2 0 %的範圍。 50.如申請專利範圍第丨項之研磨輪,其中該想像性圓拄在 該軸向方向具有小於或等於其約18%半徑之一厚度。 -32- 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS) A4規格(210 X 297公釐)
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