TWI503213B - 用於製造外部刀片切削輪的方法和夾具組合體 - Google Patents

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TWI503213B
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Yuhito Doi
Harukazu Maegawa
Takehisa Minowa
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Shinetsu Chemical Co
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Description

用於製造外部刀片切削輪的方法和夾具組合體
本發明有關一用於製造切削稀土族燒結磁鐵用之外部刀片切削輪的方法及夾具組合體。
用於切削稀土族永久磁鐵之外部刀片切削輪被揭示於日本專利第JP-A 9-174441、JP-A 10-175171、及JP-A 10-175172號中，如包括一具有外周邊之膠結碳化物基座，鑽石磨粒係以酚樹脂等結合至該外周邊。既然鑽石磨粒被結合至該膠結碳化物基座，該基座已較先前技藝合金工具鋼及高速鋼基座改善機械強度，導致較高之機器加工準確性。亦藉由使用膠結碳化物基座來減少該刀片之厚度，機器加工之良率可被改善，且該機器加工速率被加速。當這些使用膠結碳化物基座之切削輪顯示比先前技藝外部刀片切削輪更佳之切削性能時，市場提出一增加之需求，以減少切削輪之成本。其想要的是具有一壓倒該先前技藝外部刀片切削輪之新穎的高性能切削輪。
雖然各種切削技術包括外部刀片，內部刀片及線鋸切削技術係於機器加工稀土族永久磁鐵或燒結磁鐵中施行，該外部刀片切削技術係最廣泛地被使用。由於包括不貴之切削輪機器、在使用膠結碳化物刀片時之可接受的切削容差、高準確性、相當高之機器加工速率、及大規模製造之很多優點，該外部刀片切削技術被廣泛地使用於稀土族燒結磁鐵之切削中。
傳統用於外部切削之切削輪使用由鋼合金材料、諸如合金工具鋼(例如JIS中之SKD等級)及高速鋼所製成之基座。然而，日本專利第JP-A 9-174441、JP-A 10-175171及JP-A 10-175172號(該等發明人包括與本發明相同之發明人)揭示使用膠結碳化物之基座的切削輪。在鈷或鎳金屬之結合混合料中藉由燒結以膠結碳化鎢(WC)磨粒所製成的膠結碳化物，係具有高達450至700GPa之楊氏係數的高硬度材料，且其格外比具有大約200GPa之楊氏係數的鋼合金材料較強固。
高楊氏係數暗指一刀片在切削力(或切削阻抗)之下的變形量減少。這依序暗指在相同切削力之下，該刀片之撓曲係減少，且甚至當該刀片之厚度係減少時，在該刀片之相同撓曲下，切削之相同準確性係可能的。雖然該刀片之每單位面積所施加的切削力大體上保持恆定的，施加至該刀片之整個切削力藉由該厚度減少而變得較小。於該多數機器加工製程中，在此一磁鐵部件藉由包括多數切削輪之切刀組件同時被機器加工成多數零件，施加至該切刀組件之總切削力係減少。這允許切削輪之數目在相同功率之馬達的情況下增加，或用於該相同數目之切削輪的切削力將被減少，導致該馬達功率之節省。如果該馬達功率相對該切削力具有一邊限，該切削輪組合體之推進可被加速，以縮短該切削時間。
高硬度膠結碳化物基座之使用大幅地改善外部刀片切削之生產力。然而，該市場在稀土族燒結磁鐵上強加一總是增加之需求，使製造商進入朝向成本減少之激烈競爭。對於稀土族燒結磁鐵材料之有效利用率，該切削容差越小，則該材料利用率良率變得越高。該機器加工速率越高，則被改善之生產力越多。將為想要的是具有一提供高硬度及高準確性之外部刀片切削輪，儘管刀片的厚度相對該目前膠結碳化物基座切削輪減少。
引用清單
專利文件1：日本專利第JP-A H09-174441號
專利文件2：日本專利第JP-A H10-175171號
專利文件3：日本專利第JP-A H10-175172號
專利文件4：日本專利第JP-A 2005-193358號
專利文件5：日本專利第JP-A H07-207254號
專利文件6：日本專利第JP 2942989號
專利文件7：日本專利第JP-A 2005-219169號
專利文件8：世界專利第WO 96/23630號
本申請人提出一以酚或類似樹脂將鑽石磨粒固定地結合至環狀膠結碳化物基座之外周邊的技術、及一以具有足夠之楊氏係數的金屬黏合劑將鑽石或CSN磨粒固定地結合至環狀膠結碳化物基座之外周邊的技術(參見JP-A 2009-172751、EP 2075029、US 2009165768、KR 20090073019、CN 101537603、或SG 153773)。
該外部刀片切削輪包括二零組件，一基座及一刀片。既然負責用於該大多數外部刀片切削輪之基座被高硬度膠結碳化物基座所替換，該外部刀片切削輪係在機械強度被改善，且亦於機器加工之準確性被改善，勝過使用合金工具鋼及高速鋼之基座的先前技藝外部刀片切削輪。另外，既然該黏合劑被具有適當楊氏係數之金屬所替換，該整個外部刀片切削輪係在機械強度有所改善。如與使用酚樹脂或聚醯亞胺樹脂當作該硏磨黏合劑的樹脂結合型之先前技藝外部刀片切削輪比較，該結果之切削輪獲得三項性能改善，即機器加工的準確性之改善、藉由薄化該刀片而在材料良率中之改善、及機器加工成本由於該機器加工速率之加速而減少。
雖然包括膠結碳化物之基座及藉由金屬結合劑所結合之磨粒的刀片之外部刀片切削輪顯示比該等先前技藝外部刀片切削輪更好之機器加工性能，其想要的是減少該切削輪之製造成本。如與該先前技藝熟知之技術比較，以金屬結合劑將磨粒黏合至膠結碳化物基座之技術及塑造藉由金屬結合劑所結合之磨粒的刀片區段(或硏磨層)之形狀的技術兩者，招來製造時間之延長及製造良率之降低，且最後招來製造成本之增加。該如此製成之切削輪係比該等先前技藝外部刀片切削輪昂貴的。如與具有樹脂結合磨粒刀片之先前技藝外部刀片切削輪比較，雖然包括膠結碳化物基座及金屬結合劑磨粒刀片之外部刀片切削輪於機器加工中顯示較高之性能，該刀片可能具有較高之成本。該外部刀片切削輪本身之成本必需在滿足稀土族燒結磁鐵之製造成本減少的需求之前被減少。
本發明之一目的係提供一用於在低成本下製造外部刀片切削輪之方法及夾具組合體。使用該方法及夾具組合體，具有較佳之成本性能的外部刀片切削輪係在高成本性能下製成。
會同包括環狀盤片形基座及形成在該基座的外周邊上之刀片區段的外部刀片切削輪之製造，該等發明人已發現藉由在該基座之外周邊附近建立一磁場來獲得較佳之結果，且致使該磁場可作用於預先塗附以磁性材料之磨粒上，以磁化該塗層，藉此將該磨粒吸引至該基座之外周邊，及於該狀態中電鍍，藉此將該磨粒結合至該基座外周邊。
更特別是，該硏磨層(變成一刀片區段)之附接至該基座係藉由控制所使用之永久磁鐵片的剩磁、尺寸、磁化方向、及位置造成更緊密。包括具有選定高度或選定分佈的磨粒之硏磨層的外部刀片切削輪可視特別之應用而定被輕易地製成。
如於該序文中所陳述者，用於切削稀土族燒結磁鐵之該技藝中之最外部刀片切削輪係具有以酚樹脂等結合之鑽石磨粒的樹脂結合鑽石切削輪。為了改善該良率及減少機器加工稀土族燒結磁鐵的成本之目的，其係想要減少該周邊刀片區段之厚度及加速該切削速率。
為努力滿足這些需求，日本專利第JP-A 2009-172751號將焦點放在用於將磨粒黏合至膠結碳化物基座之外周邊的結合劑。藉由增加該結合劑之楊氏係數，構成該外部刀片切削輪之基座及硏磨層兩者係在硬度上有所增加。由於這些零組件之協同作用效果，該外部刀片切削輪係在機械強度有所增加而勝過該先前技藝。
相對於稀土族燒結磁鐵之機器加工，此一高性能外部刀片切削輪之出現已改良機器加工良率及減少機器加工成本。然而，當先前技藝之熟知技術、諸如以金屬結合劑將磨粒黏合至一基座之技術及校準藉由金屬結合劑所結合之磨粒的刀片區段(或硏磨層)之高度或厚度的技術被使用時，該外部刀片切削輪依序係很難以製造或縱使可能製造係以很低良率製成。
以金屬結合劑將磨粒黏合至一基座之技術包括譬如將磨粒沈積在一基座上及電鍍以供黏合；將金屬青銅及磨粒放置在一基座上與加熱它們供銅焊；和將磨粒及粉末狀金屬結合劑之粉末混合物壓力模製至基座之外周邊。這些技術是否可適用，係視磨粒所黏合之部份的形狀、尺寸及材料而定。譬如，當磨粒如於本發明中被結合至環狀盤片形基座之外周邊時，該電鍍或銅焊技術係很難以保持磨粒與該基座緊密接觸直至該等磨粒被結合，因為該基座外周邊具有一有限之表面積。將磨粒及粉末狀金屬結合劑之粉末混合物壓力模製至基座之外周邊的技術係亦難以製造外部刀片切削輪，因為該基座會於模製時被應變所偏向。
視某些製造條件而定，縱使切削輪被製成，該刀片區段之形狀及尺寸可能大於想要者。這造成一校準該刀片區段之需要。既然比傳統樹脂具有較高機械強度之金屬結合劑被使用，調整該刀片區段之尺寸的操作係很困難的。於樹脂結合劑之案例中，縱使包含鑽石磨粒(其係難以硏磨)，僅只硏磨該樹脂可能造成磨粒輕易地脫落，因為該樹脂具有一低機械強度。其結果是，具有高尺寸準確性之外部刀片切削輪係以相當簡單之方式製成。對比之下，於具有充分將磨粒緊緊地保留達一段長時期以確保高準確性的切削之機械強度的金屬結合劑之案例中，相同之機械強度妨礙硏磨。其結果是，其係很難以調整該硏磨層之大小。
於該磨粒被該金屬結合劑所結合之後，既然該等磨粒被嵌入在該金屬結合劑中，該硏磨層不會發展出該自銳化作用，當稀土族燒結磁鐵係藉此切削時，該自銳化作用才會發展出。這造成該硏磨層之機器加工更困難。
據此，當該硏磨層被機器加工以校準其大小及形狀時，譬如，該硏磨層之厚度、該硏磨層由該側表面之軸向突出範圍、及該硏磨層由該基座之基座周邊的徑向突出範圍，有需要一較長機器加工時間之風險，直至一高準確性之校準被完成或諸如機器加工中所使用之硏磨輪的硏磨工具係很快耗盡。
該機器加工時間可藉由增加該硏磨速率或切削之深度被縮短。然而，在此等較嚴格的機器加工條件之下，該硏磨層或基座可能產生紋裂或破碎、或大體上一點一點地削去。這些缺陷可能減少製造之良率。
在該等情況之下，當磨粒係以將藉由電鍍技術所沈積之金屬結合劑黏合至該基座的外周邊時，該等發明人集中焦點於所使用之夾具。扮演如該外部刀片切削輪之重要角色的刀片區段係藉由將磨粒黏合至該基座之外周邊所形成。當磨粒係以待藉由電鍍技術沈積之金屬結合劑結合時，數個方式可被採取。此等方式包括一具有散佈於電鍍液體中之磨粒的合成物電鍍槽之使用、金屬及磨粒之共沈積在該基座上、及在以導電黏著劑結合的磨粒上之電鍍。於另一選擇方式中，該基座被夾在夾具構件之間，以界定一對應於該硏磨層之狹窄的空間，該空間係以磨粒充填，以致該等磨粒係藉由該等磨粒、夾具構件及基座之中所發展出之摩擦力保留在該空間中，且電鍍被施行。藉由越過該基座用該習知機構(日本專利第JP-A H07-207254號)產生一磁場、或藉由在夾具構件中製成永久磁鐵片與在該等夾具構件之間夾住該基座供磁化該基座，在藉由電鍍或濺鍍法以磁性材料(例如鎳)預先塗附之磨粒係磁性地吸引至該基座的外周邊部份之後，其係亦可能施行電鍍。於進一步之方式中，塗以延展性金屬、諸如僅只塗以鎳或銅或與粉末狀金屬混合之磨粒被設置環繞著該基座之外周邊部份，該外周邊部份被放置於一模子中，在此施加壓力，以將該磨粒黏合至該基座。
關於該前文，那些避免導電黏著劑之方式係較佳用於稀土族燒結磁鐵之機器加工，因為該刀片區段包括磨粒及金屬結合劑。在這些方式之中，在藉由電鍍或濺鍍法以磁性材料(例如鎳)預先塗附之磨粒被磁性地吸引至該基座的外周邊部份之後施行電鍍的方式係最有效的，因為於該電鍍期間沒有磨粒脫落，且該金屬結合劑可被沈積，以便將磨粒黏合至該基座，而不用施加額外之應力至該膠結碳化物基座。
為在磁場之下將預先塗以磁性材料之磨粒吸引至該基座，使用電磁鐵以越過該基座產生用於磁化該等磨粒的磁場、隨後藉由電鍍以將該等磨粒黏合至該基座之技術係有效的，如於日本專利第JP-A H07-207254號中所揭示者。然而，如果該等磨粒所黏合之基座部份具有一小體積或係由諸如膠結碳化物之低飽和磁化材料所製成，其係難以僅只越過該基座之外周邊部份產生一磁場。其結果是，磨粒可能被吸引在該想要的位置之外側，或不能引起一令人滿意之吸力。
此外，該電磁鐵需要導體及一電源，以用於電傳導。如果該製造製程涉及與導電液體接觸，如於電鍍之案例中，該等夾具構件及其他零組件必須藉由一合適之機構被電絕緣。然後該等夾具構件變得難以處理，且該製造製程變得無效率。
該等發明人已發現外部刀片切削輪能藉由下述製成：使用易於控制諸如大小及形狀之參數的永久磁鐵片在該想要位址產生該想要方向及強度之磁場、並將該等永久磁鐵片安裝在夾具構件上、將該基座夾在該等夾具構件之間以在其間界定一空間、將預先塗以磁性材料之磨粒放置於該空間中、藉由該磁性吸力將它們吸引至該基座、電鍍以沈積一用於將磨粒黏合至該基座之金屬結合劑；於該結果之外部刀片切削輪中，金屬結合劑之數量被最佳化，且該硏磨層或刀片區段被控制至盡可能地接近該想要之大小；及該刀片區段之形成係在良率中被改善，且校準該刀片區段之大小的操作係減輕。換句話說，具有高尺寸準確性之高性能外部刀片切削輪能在低成本下被製成。
據此，本發明提供一用於製造外部刀片切削輪及在其中所使用之夾具組合體的方法。
於一態樣中，本發明提供一用於製造外部刀片切削輪之方法，該切削輪包括一呈膠結碳化物的環狀薄盤片之形式而具有外周邊及側表面的基座、及一形成在該基座的外周邊上之刀片區段，該方法包括以下步驟：將每一個具有至少0.3T之剩磁的至少二永久磁鐵片設置在該基座的側表面上，且朝向該基座外周邊之內側或在一坐落朝向該基座外周邊之內側的空間內，及由該基座的側表面延伸20毫米，以在該基座外周邊及在由該基座外周邊延伸10毫米之空間內產生至少8kA/m之磁場；提供塗以磁性材料之鑽石及/或立方晶氮化硼(CBN)磨粒，使得該磁場可作用於該鑽石及/或CBN磨粒上，藉由該合成之吸力造成該等磨粒被吸引及鎖固至該基座外周邊附近；及以被吸引至其上之該等磨粒電鍍或無電電鍍在該基座外周邊上，藉此該等磨粒係黏合至該基座外周邊，以形成該刀片區段。
呈環狀薄盤片之形式的基座典型具有80至200毫米之外徑、0.1至1.0毫米之厚度、30至80毫米之內徑、450至700GPa之楊氏係數、及至少40kA/m(0.05T)之飽和磁化。
塗以磁性材料之鑽石及/或CBN磨粒較佳地係具有至少0.6之磁化率χ。
於一較佳具體實施例中，一或多個永久磁鐵片係連續地或等距離地設置在該基座的任一側表面或兩側表面上，且與該盤片形式基座同中心。
於另一態樣中，本發明提供一供使用於製造外部刀片切削輪之夾具組合體，該切削輪包括一呈膠結碳化物的環狀薄盤片之形式而具有外周邊的基座、及一形成在該基座的外周邊上之刀片區段，該夾具組合體包括至少一對夾具構件，每一個夾具構件包括絕緣材料之蓋子，該蓋子之外徑比該基座之外徑較大，且至少一永久磁鐵片鎖固至該蓋子，設置在該基座之外周邊的內部及具有至少0.3T之剩磁，其中當該基座被固持在該等夾具構件之間時，該等夾具構件中之磁鐵片在該基座外周邊及在由該基座外周邊延伸10毫米之空間內產生至少8kA/m之磁場，該磁場作用以吸引及鎖固塗以磁性材料之鑽石及/或CBN磨粒在該基座之該外周邊附近，以使它們預備好供電鍍或無電電鍍。
該夾具組合體可另包括一設置在該蓋子之中心的電鍍用陰極。該夾具組合體可另包括一用於支撐複數對夾具構件之支撐軸桿。
本發明之有利功效
使用該製造方法及夾具組合體，高性能外部刀片切削輪可在高良率及在低成本下製成。
參考圖1，於本發明之一具體實施例中，該外部刀片切削輪被說明為包括一呈環狀薄盤片形式之基座10及一設置在該基座10的外周邊上之刀片區段20。該刀片區段20包括以金屬結合劑黏合之磨粒，該等磨粒包括鑽石磨粒、CBN磨粒、或其混合物。
該基座10係呈環狀薄盤片之形式，換言之，為一具有中心孔12之油炸圈餅形薄板或圓形薄板。該基座較佳地係具有界定一外周邊之80至200毫米的外徑、更佳地係100至180毫米，界定該孔12之30至80毫米的內徑、更佳地係40至70毫米，及0.1至1.0毫米之厚度、更佳地係0.2至0.8毫米。
應注意的是該盤片具有一中心孔及一外周邊(周邊表面)、及側表面，如圖1所示。如此，“徑向”及“軸向”等詞係相對該盤片之中心使用，且如此，該厚度係側表面間之軸向尺寸，及該高度或長度係一徑向尺寸，這些尺寸可適用於該基座及該刀片區段兩者。
具有0.1至1.0毫米之厚度及高達200毫米之外徑的基座或盤片係較佳的，因為此尺寸之基座能被製備達一可接受之準確性，且在高尺寸準確性下遍及一段長時期被一致地使用於切削稀土族燒結磁鐵塊。如果該厚度係少於0.1毫米，該基座可能被與其直徑無關地大幅偏向，且該基座之製備達一可接受之準確性係困難的。超過1.0毫米之厚度可導致一較大之機器加工容差。由於製造及加工膠結碳化物之現行技術的限制，該外徑係少於或等於200毫米。該孔之直徑較佳地係於30至80毫米之範圍中，以致切削輪可被安裝在切削機之軸桿上。
製成該基座的膠結碳化物之範例包括以下那些者，其中在週期表的IVB、VB、及VIB族中之金屬的粉末碳化物、諸如WC、TiC、MoC、NbC、TaC及Cr3 C2 係藉由燒結在鐵、鈷、鎳、鉬、銅、鉛、錫或其合金之結合混合料中膠結。在這些之中，典型之WC-Co、WC-Ti、C-Co、及WC-TiC-TaC-Co系統較佳地係被使用於形成一具有450至700GPa的楊氏係數(彈性模數)之基座。那些具有足以電鍍之電導或能以鈀觸媒等被給與此一電導的膠結碳化物係亦較佳的。當膠結碳化物係以鈀觸媒等給與一電導時，諸如使用於ABS樹脂之金屬化的導電處理劑之熟知媒介可被採用。
相對於該基座之磁性性質，該基座較佳地係具有一較高的飽和磁化，因為磨粒係藉由磁性吸引力鎖固至該基座。縱使該飽和磁化係低的，預先塗以磁性材料之磨粒可藉由控制磁鐵片之位置及該磁場之強度被磁性地吸引至該基座。在這種情況下，該基座可具有至少40kA/m(0.05T)之飽和磁化。
該基座之飽和磁化係藉由自給定厚度之基座切削5毫米平方的樣本、及藉由震動樣本磁力計(VSM)測量該樣本在攝氏24-25度之磁化曲線(4πI-H)所決定。在該第一象限中之最大磁化值係該飽和磁化。
用於增強至具有藉由金屬結合劑所黏合的磨粒之刀片區段的結合強度之目的，該基座可在其外周邊區域被C形或R形切角。甚至當該基座及該硏磨層間之邊界係於刀片厚度調整期間錯誤地過度機器加工，該金屬結合劑由於此切角被保留在該邊界，藉此防止該刀片區段分離。切角之角度及數量可按照該基座之厚度與磨粒之平均微粒大小被決定，因為該可加工區域視該基座之厚度而定。
該刀片區段具有藉由金屬結合劑所黏合的磨粒。在此中所使用之磨粒係鑽石磨粒、CBN磨粒、或其混合物，而該等磨粒應已被塗以磁性材料。待塗以磁性材料的磨粒之大小及硬度係按照該意欲之應用所決定。譬如，鑽石磨粒(包括天然鑽石或工業合成鑽石)或立方晶氮化硼(CBN)磨粒可被單獨地使用，或鑽石磨粒及CBN磨粒之混合物可被使用。視工作而定，選自單晶及多晶體磨粒之磨粒可被單獨或混合地使用，藉此磨粒之微細裂縫可被調整。
磨粒之大小視磨粒所黏合之基座的厚度而定。磨粒較佳地係具有10至500微米之平均微粒大小。如果該平均微粒大小係少於10微米，在磨粒之間可能留下較小的間隙，於該切削操作期間允許像變滑及充填之問題發生，且失去該切削能力。如果該平均微粒大小係超過500微米，在此會發生譬如磁鐵片切削因此可能具有粗糙表面之問題。考慮該切削能力、壽命與類似者等，在該範圍內之特定大小的磨粒可被單獨或混合地使用。
塗附該等磨粒之磁性材料可被選擇，以致該等被塗附之磨粒可具有較佳地係至少0.6、更佳地係至少1.0之磁化率χ，以確保該等磨粒在短時間內被磁性地吸引至具有低飽和磁化的膠結碳化物之基座，且於藉由電鍍技術之黏合期間不會脫落。明確地是，該磁性材料係選自鎳、鐵、及鈷之至少一種金屬、二或更多這些金屬之合金、或這些金屬之至少一種與磷及錳之一或兩者的合金。藉由任何熟知之技術，諸如濺鍍、電鍍及無電電鍍，該金屬被施加至形成一具有該磨粒直徑的較佳地係0.5至100%、更佳地係2至50%厚度之塗層。
既然被塗附磨粒之磁化率視該磁性材料塗層之磁化率及厚度而定，磁性材料之型式必需按照磨粒之大小被選擇，以便承接該需要之吸力。然而，甚至在具有高磷含量及低磁化率的無電電鍍鎳-磷電鍍之塗層的案例中，譬如，該磁化率可藉由熱處理被增加至某種程度。具有不同磁化率之諸層的多層塗層係亦可能的，譬如一具有低磁化率之層係與一具有高磁化率之層重疊。然後被塗附磨粒之磁化率可視特別之狀況而定於一適當範圍中調整。
具有較佳地係至少0.6、更佳地係至少1.0之磁化率χ的被塗附磨粒確保該等磨粒係藉由一磁場所迅速地磁化，該磁場係環繞該基座的外周邊所產生，如將稍後敘述者，且因此遍及一藉由圖3中之基座1及永久磁鐵安裝式夾具構件50所界定的空間64，該等磨粒大體上同樣地被磁性地吸引至該基座之外周邊。如果該磁化率χ係少於0.6，有一風險，即磨粒未能被完全地吸引在該空間內、或磨粒可能於電鍍期間脫落，且因此，硏磨層(或刀片區段)未能形成、或包含空隙之硏磨層可能被形成及因此具有低機械強度。
應注意的是磨粒之磁化率χ被測量如下。於具有8毫米之外徑、6毫米之內徑、大約5毫米之高度的樹脂容器中，磨粒係薄薄地及均勻地分佈，以便形成一或二層。具有大約攝氏50度的熔點之石蠟薄膜被安置在該磨粒層上。該容器被放置一烘爐上，在此其在攝氏60度被加熱。具有熔化的石蠟之容器被以一蓋子關閉及冷卻。使用VSM，如此製備之樣本的最初磁化曲線(4πI-H)係在攝氏24-25度之溫度測量。一微分磁化率係由該最初磁化曲線在該反曲點之斜率所決定，而給與磨粒之磁化率χ。顯著地是，該磁場係使用該鎳標準樣本被校正，且磨粒之密度係叩擊鬆密度(tapped bulk density)。
該磁性材料較佳地係被塗附達至少2.5微米之厚度，其甚至在藉由電鍍塗附之案例中確保該整個磨粒被完全地塗附。在此磨粒具有當作該較佳範圍之最大值的500微米之平均微粒大小，譬如，該塗層厚度可為該微粒大小之至少0.5%。當該外部刀片切削輪被使用於切削操作時，此一塗層提供一足以防止磨粒掉落之磨粒保持力。既然塗層磁性材料之類型被適當地選擇，該等被塗附之磨粒係在該磁場之下於該電鍍步驟期間被吸引至該基座之外周邊，而不會脫落。
如果磁性塗層之厚度係超過磨粒之平均微粒大小的100%，磨粒之體積分數變得較大，導致低切削能力，譬如，當磨粒具有當作該較佳範圍之最小值的10微米之平均微粒大小時，該磨粒之體積分數於切削操作中不會有效地起作用。應注意的是用於黏合磨粒之金屬結合劑係一待稍後敘述之電鍍金屬。
該外部刀片切削輪大致上係經過製備一基座、將磨粒黏合至該基座(或形成一硏磨層或刀片區段)、校準該刀片區段之大小、及修整該刀片區段以暴露磨粒面的步驟所製成。該刀片區段係根據本發明藉由將每一個具有至少0.3T之剩磁的至少二永久磁鐵片設置在該基座的側表面上，且朝向該基座外周邊之內側或在一坐落朝向該基座外周邊之內側的空間內，及由該基座的側表面軸向地延伸最多20毫米之距離，以在該基座外周邊及在由該基座外周邊延伸最多10毫米之距離的空間內產生至少8kA/m之磁場，提供預先塗以磁性材料之鑽石及/或CBN磨粒，使得該磁場可作用於該鑽石及/或CBN磨粒上，造成該等磨粒藉由該合成之吸力被吸引及鎖固至該基座外周邊附近，並以被吸引至其上之該等磨粒電鍍或無電電鍍在該基座外周邊上，藉此該等磨粒係黏合至該基座外周邊，以形成該刀片區段。
一夾具組合體被使用於形成該刀片區段。該夾具組合體包括一對夾具構件，每一個夾具構件包括絕緣材料之蓋子，該蓋子之外徑比該基座之外徑較大，且至少一永久磁鐵片鎖固至該蓋子與設置在該基座之外周邊的內部。當電鍍時，該基座被固持於該等夾具構件之間。
圖2說明包括一對夾具構件50、50之示範夾具組合體。該夾具構件50包括絕緣材料之蓋子52及設置在該蓋子中之一或多個永久磁鐵片54。該基座1被固持於該等夾具構件50、50之間。該等永久磁鐵片54、54較佳地係被嵌入在該等蓋子52、52中，雖然它們可被設置，以便抵靠著該基座1。
安裝於該夾具組合體中之永久磁鐵片應具有一足夠將磨粒吸引至該基座之磁力，同時一金屬結合劑被沈積，以藉由電鍍技術黏合該磨粒。
永久磁鐵片之需要的磁通量視該基座外周邊及該等永久磁鐵片間之距離、塗附該等磨粒的磁性材料之磁化及磁化率而定。該等永久磁鐵片典型具有至少0.3T之剩磁(或殘餘之磁通量密度)及至少0.2MA/m之保磁力、較佳地係至少0.6T之剩磁及至少0.8MA/m之保磁力、及更佳地係至少1.0T之剩磁及至少1.0MA/m之保磁力。
具有較大剩磁之永久磁鐵係更方便用於局部地吸引磨粒，因為具有較大斜度之磁場能被產生。由於該電鍍溶液之攪拌及該基座與夾具組合體在該電鍍步驟期間之振動，具有至少0.3T之剩磁的永久磁鐵被使用，以便防止磨粒由於震動而運動離開該基座。
具有較大保磁力之永久磁鐵確保該等磨粒在一段長時間內被磁性地吸引至該基座，甚至當暴露至一熱電鍍溶液時，且允許用於該夾具組合體之輕易製備，因為一較大自由度被提供給所使用之磁鐵片的位置、形狀及大小。具有較大保磁力之永久磁鐵可在那些具有該想要之剩磁的永久磁鐵之中被選擇。
永久磁鐵可被塗以合適之材料，該材料係考慮其與電鍍液體之電位接觸而被選擇，以便使該電鍍液體中之塗附材料的瀝濾出及該電鍍液體中之金屬組分被該塗附材料之替換減至最小，藉此改善該磁鐵之耐腐蝕性。於一具體實施例中，其中金屬結合劑係由鎳電鍍溶液所沈積，永久磁鐵可被塗附以諸如銅、錫或鎳之金屬或環氧基樹脂或丙烯酸樹脂。
安裝於該夾具組合體中之永久磁鐵片的形狀、大小及數目視該膠結碳化物基座之大小、及該磁場之想要位置、方向與強度而定。譬如，當其係想要將磨粒均勻地黏合至該基座之外周邊時，對應於該基座之外徑的環狀磁鐵片或拱形磁鐵片、或一側面上之數毫米的長方形磁鐵片係連續(無間隙)地沿著該基座之周邊設置。為著減少磁鐵片的 成本之目的，磁性片之數目可被減少，且於此案例中，複數磁鐵片可被等距離地間隔設置。於一些具體實施例中，視磁鐵片之剩磁而定，磁鐵片間之間隔係增加，以致在某些區域中之塗以磁性材料的磨粒被吸引，而在其他區域中不被吸引，且其結果是，在某些區域中之磨粒被黏合，且在其他區域中不被黏合，並形成長方形之刀片區段。
當永久磁鐵片被如上面所述設置時，磨粒可藉由改變永久磁鐵片之磁化方向的組合於一特別之方向中、譬如該基座之徑向或軸向方向中被導向及黏合。譬如，當其係想要將磨粒導向於該基座之徑向方向中時，永久磁鐵片係如圖4(A)所示設置，以致N及N磁極係相對的或S及S磁極係相對的，使該基座介入在其間，亦即，該基座的相反側面上之永久磁鐵片的磁化方向係與該基座之軸向方向直接相反；或如圖4(D)所示，以致該基座的相反側面上之永久磁鐵片的磁化方向係完全相同及平行於該基座之徑向方向。於這些配置中，磁通量之線係由該基座發散或會聚至該基座，如圖5(A)或5(D)所示，且該等磁性材料塗附之磨粒沿著磁通量之線被吸引至該基座。
當其係想要將磨粒導向於該基座之軸向方向中時，永久磁鐵片係如圖4(B)所示設置，以致N及S磁極係相對的，使該基座介入在其間，亦即，該基座的相反側面上之永久磁鐵片的磁化方向係與該基座之軸向方向完全相同；或如圖4(C)所示，以致該基座的相反側面上之永久磁鐵片的磁化方向係相反的及平行於該基座之徑向方向。 於這些配置中，磁通量之線係平行於該基座之周邊表面，如圖5(B)與5(C)所示，且該等磁性材料塗附之磨粒沿著磁通量之線被吸引至該基座。
於一具體實施例中，其中永久磁鐵片係與該夾具構件之中心同心地設置及等距離地隔開，可發生有一組合，在此相反側面上之磁鐵片係相對於該基座對稱的，及發生有一組合，在此一側面上之磁鐵片係與另一側面上之空間對齊。這些組合被包括在該等前面之組合中，且假如想要，此一組合可被使用於一特別之應用。
如上面所討論，藉由選擇被安裝至該等夾具構件之永久磁鐵片的位置與磁化方向之組合，各種磁場可環繞著該基座之外周邊被產生，而該基座被夾在該等夾具構件之間。藉由重複一設置永久磁鐵片及分析磁場之測試，適當之組合被決定，以便在該基座之外周邊及在由該外周邊延伸最多10毫米之距離的一空間內產生至少8kA/m、較佳地係至少40kA/m之磁場。如果磁場之強度係少於8kA/m，吸引該等磁性材料塗附磨粒之磁力係短的，且如果電鍍係在此狀態中施行，磨粒可能於該電鍍期間移動，導致一刀片區段包含很多空隙或具有以樹枝狀圖案黏合之磨粒。於任一案例中，該刀片區段具有大於想要之大小者。其結果是，該刀片區段可於校準及修整步驟期間被切成薄片或分開，或該等校準及修整步驟花費較長之時間，且該製造成本係增加。
永久磁鐵之位置較佳地係較接近至該基座之磨粒被吸 引部份。簡短陳述之，該位置較佳地係在該基座之側表面上，且朝向該基座外周邊之內部或在一坐落朝向該基座外周邊之內側的空間內，並由該基座之側表面延伸最多20毫米、更佳地係最多10毫米之距離。藉由在該範圍內之特定位置設置具有至少0.3T之剩磁的至少二永久磁鐵片，以致所有或部份磁鐵片可落在該範圍(每夾具構件至少一個)中，至少8kA/m之磁場能在該基座外周邊及在由該基座外周邊延伸最多10毫米之距離的一空間內被產生。與該基座是否由具有高飽和磁化及能夠造成一磁力之諸如合金工具鋼或高速鋼的材料、或一具有低飽和磁化及較不能夠磁力感應之諸如膠結碳化物的材料所製成無關，具有越過該基座外周邊所感應之磁通量的磁場能在該基座外周邊產生，如藉由圖5中之磁場分析上的磁通量之線所示。當該等磁性材料塗附磨粒被帶入該磁場中時，該塗層被磁化，且其結果是，該等磨粒被吸引及保留至該基座之外周邊。
如果磁鐵之位置係在該範圍之外，譬如，該位置係朝向該基座之外周邊外側及接近該基座之外周邊，例如朝向該基座之外周邊外側在0.5毫米之間距，在該基座之外周邊附近所產生的磁場具有一高強度，但傾向於包括一區域，在此該磁場之斜度係相反，且接著磨粒舉止像由該基座漂浮運動，且傾向於脫落。如果磁鐵之位置係朝向該基座之外周邊內部及由該基座之外周邊隔開一段超過20毫米之距離，則在該基座外周邊及在由該基座外周邊延伸最多10毫米之距離的一空間內所產生之磁場可具有少於8kA/m之強度，提供一短的磁力以磁性地吸引該等磨粒。於此一案例中，該磁場強度可藉由加大磁鐵之大小而被增加，其係較不實用，因為用於安裝該磁鐵需要較大尺寸之夾具組合體。
該等夾具構件具有對應於該基座之形狀的形狀。該等夾具構件為此一尺寸，使得當該基座被夾在該等夾具構件之間時，該永久磁鐵係相對該基座位在該想要位置。於一範例中，其中該基座具有125毫米之外徑及0.3毫米之厚度，且永久磁鐵片之尺寸被設計為2.5毫米(L)乘以2毫米(W)乘以1.5毫米(t)，具有至少125毫米之外徑及大約10毫米的厚度之盤片被使用作為該夾具構件。
明確地是，該夾具構件之外徑係等於或超過(OD+2H)，其中OD係該基座之外徑，且H係該硏磨層之高度，以便確保該硏磨層之某一高度(或徑向突出範圍)。該夾具構件之厚度隨著其材料而變化，及以提供足以防止該構件被突然之溫度改變(當進入該熱電鍍溶液等及由該熱電鍍溶液等移去時)而偏向之強度被決定。該夾具構件之將與磨粒接觸的周邊部份可為比該保持部份較薄，以致該硏磨層可於該基座之厚度方向中具有一軸向突出範圍(於圖1中之T3)。另一選擇係，該夾具構件遍及其直徑可具有一相等厚度，而具有一等於該軸向突出範圍之厚度的遮罩帶係附接至該保持部份。
該等夾具構件之材料較佳地係一絕緣材料，其係不會藉由電鍍沈積，因為該基座被夾住於該等夾具構件之間的夾具組合體被浸入一電鍍溶液中，金屬結合劑係由該電鍍溶液沈積在該基座上。更想要地是，該夾具構件材料具有耐化學性、高達大約攝氏90度之耐熱性、及能夠在進入該熱電鍍溶液等及由該熱電鍍溶液等移去時抵抗突然之溫度改變而維持尺寸恆定之耐熱衝擊性。再者，該夾具構件材料將想要地係具有充分之尺寸穩定性，以當浸入該熱電鍍溶液時，防止該夾具構件係由於模製及工作期間所累積之內部應力而偏向，而在該夾具構件及該基座之間產生一間隙的可能性。當然，該夾具構件材料必需為可加工的，以致其可在任何想要之位置及高準確性地被加工，以形成用於承納永久磁鐵片之溝槽，而沒有裂縫或破裂。
可在此中被使用的夾具構件材料之範例包括工程塑膠，諸如聚縮醛樹脂或聚甲醛(POM)、聚醚醚酮(PEEK)、聚苯硫醚(PPS)、聚丙烯酸酯樹脂(PAR)、聚碸(PSF)及聚醚碸(PES)、及諸如氧化鋁之陶瓷。對於這些，POM係較佳的，因為其具有耐化學性、尺寸穩定性及可加工性之良好輪廓，且係在市場上能以合理之價格買到的。
夾具構件係藉由使用一如上述之材料、考慮機械強度決定包括厚度之尺寸、及加工至形成一溝槽所製備，該溝槽用於承納永久磁鐵片及選擇性地承納一電源電極，該電源電極係當進行電鍍時需要的。一對如此製備之夾具構件被組裝及與一基座組合成一體之組合體。於組裝時，用於導電至該基座供能夠施行電鍍之電極可被用來將該等夾具構件及該基座緊固在一起。這建立電連接及機械緊固兩者，且造成該整個結構小巧的。當然，對於更有效率之製造，複數夾具組合體如圖2所示被結合以便能夠在複數基座上同時電鍍係較佳的。
參考圖2，亦具有基座夾具之作用的電鍍陰極56、56被安裝在蓋子52、52之中心。該等陰極56、56係與用於支撐及鎖固一對夾具構件50、50之導電支撐軸桿58接觸，以致電力係由軸桿58傳導至陰極56、56。於圖2中，二對夾具構件50、50被安裝在支撐軸桿58上及使用接頭60及端帽62隔開一預定距離。圖2所示該夾具組合體係意欲用於電鍍。於無電電鍍之案例中，該等陰極係不需要的，且代替之，非導電基座夾具可被使用，且該支撐軸桿不必需為導電的。
既然該基座被夾在一對夾具構件之間以藉由該等夾具構件及該基座之外周邊界定一空間，合適數量之磁性材料塗附磨粒在一天平等中被稱重，且被供給，以致該等磨粒被吸引及固持在該空間中。如圖3所示，基座1被夾在一對夾具構件50、50之間，以致夾具構件50、50超出基座1之延伸部份52a、52a或蓋子52、52與基座1之外周邊界定一空間64。在空間64內，磨粒被磁性地吸引及固持在適當位置中。
被吸引及固持在該空間中之磨粒的數量視該基座之外徑及厚度、磨粒之大小、待形成之刀片區段的高度及厚度而定。應注意的是固持磨粒及電鍍之程序較佳地係重複幾次，以便在遍及該基座之圓周的任何位置提供每單位體積相等群體之磨粒，且藉由電鍍法堅牢地黏合磨粒。
該刀片區段較佳地係包含10至80%積百分比、及更佳地係15至75%體積百分比的分數之磨粒。少於10體積百分比意指促成切削之磨粒的較少分數，反之超過80體積百分比之磨粒可能於該切削操作期間增加不想要之負載。任一狀況於該切削操作期間會增加阻抗，且如此該切削速率必需被減少。視特別之應用而定，磨粒之體積分數係藉由混合一異於磨粒之合適成分所控制。
如圖1C所示，該刀片區段20包括一對夾子支腳22a、22b及一本體(20)，該對夾子支腳於軸向方向中在其間夾住該基座10之外周邊部份，該本體由該基座10之外周邊徑向地朝外突出。(此分段係為了方便敘述，因為該等支腳與本體係一體的，以形成該刀片區段)。該刀片區段20之厚度T2較佳地係大於該基座10之厚度T1。該空間64較佳地係以此方式界定(雖然如此未在圖3中顯示)。
更明確地是，在其間夾住該基座10之外周邊部份的刀片區段20之夾子支腳22a、22b的每一個較佳地係具有0.1至10毫米之長度H1、及更佳地係0.5至5毫米。該等支腳22a、22b之每一個較佳地係具有至少5微米(=0.005毫米)的厚度T3、更佳地係5至2,000微米、且甚至更佳地係10至1,000微米。然後支腳22a、22b之總厚度較佳地係至少0.01毫米、更佳地係0.01至4毫米、且甚至更佳地係0.02至2毫米。該刀片區段20係比該基座10更厚達此總厚度。如果夾子支腳22a、22b之長度H1係少於0.1毫米，它們用於防止該基座之周邊部份被削成碎片或破碎仍然係有效的，但用於強化該基座較無效，且有時候無法防止該基座由於該切削阻抗而變形。如果該長度H1超過10毫米，該基座之強化係在支出之犧牲下造成。如果夾子支腳之厚度T3係少於5微米，此等薄支腳不能強化該基座之機械強度或有效地排出該切屑淤渣。
如圖6A至6D所示，該等夾子支腳22a、22b可包括一金屬結合劑24及磨粒26(圖6A)，包括金屬結合劑24(圖6B)，或包括一由覆蓋該基座10的金屬結合劑24所組成之下層及一包括金屬結合劑24及磨粒26之上覆層(圖6C)。該金屬結合劑可被進一步沈積，以便覆蓋圖6C之整個結構，以形成如圖6D所示結構，導致具有較高強度之刀片區段。
於圖6B至6D之具體實施例中，夾子支腳22a、22b之連續至該基座的部份係僅只由該金屬結合劑所形成。在此中，當該基座被遮罩時，電鍍首先被進行，但那些將形成夾子支腳之部份被暴露。此後，該基座係與該等夾具構件組裝，且該空間64係以磨粒充填。於此狀態中，電鍍被施行。在磨粒被電沈積之後，該基座1係以遮罩構件(典型為圖2所示蓋子52、52)遮罩，並再次施行電鍍，該等遮罩構件具有此一使得該電沈積部份被暴露之外徑。然後一包括該金屬結合劑之層係如圖6D所示形成為該刀片區段之最外層。
刀片區段20徑向地朝外突出超過該基座10之周邊的本體具有一高度或徑向突出範圍(圖1C中之H2)，其較佳地係0.1至10毫米，且更佳地係0.3至8毫米，視待黏合磨粒之大小而定。如果該本體高度H2係少於0.1毫米，該刀片區段可在短時內藉由該切削操作期間之衝擊及磨損被耗盡，導致切削輪具有短壽命。如果該本體高度H2超過10毫米，該刀片區段可能變得易於變形，雖然視該刀片厚度(圖1C中之T2)而定，導致被切削之磁鐵片具有波浪狀切削表面，且因此使尺寸準確性惡化。刀片區段20之本體基本上由金屬結合劑24及磨粒26所組成。
該金屬結合劑係一電鍍金屬，較佳地係選自鎳、鐵、鈷、銅、及錫之至少一金屬、其一合金、或此一金屬與磷及錳之一或兩者的合金。藉由電鍍，該金屬係沈積在該基座上，同時黏合磨粒與該基座。
藉由電鍍沈積該金屬結合劑之方法大致上被分類為二種，即一電鍍方法及一無電電鍍方法。在此中，易於控制留在該金屬結合劑中之內部應力及需要低生產成本的電鍍方法、或確保在該電鍍溶液可貫穿之處使該金屬結合劑相當均勻沈積的無電電鍍方法的其中之一，可視特別之應用而定被單獨或組合地使用。
在單一金屬電鍍的情況、諸如銅或鎳電鍍，在一氨基磺酸鎳電鍍槽中之電鍍典型可被施行，以便藉由在適當範圍中選擇該有效成分或氨基磺酸鎳之濃度、電鍍期間之電流密度、及該電鍍槽之溫度，及加入諸如鄰甲苯磺酰亞胺或對甲苯磺酰胺之有機添加劑、或諸如鋅、硫或錳之元素控制該電鍍薄膜中之應力。
此外，於諸如鎳-鐵合金、鎳-錳合金、鎳-磷合金、鎳-鈷合金、或鎳-錫合金之合金電鍍中，該電鍍薄膜中之應力可藉由在適當範圍中選擇該合金中之鐵、錳、磷、鈷或錫的含量、該電鍍槽之溫度、及其他參數而被控制。於合金電鍍之案例中，有機添加劑之加入當然可被有效地用於應力控制。
電鍍可使用熟知之電鍍槽藉由任何熟知之技術及一般用於該電鍍槽之普通電鍍條件所進行，該電鍍槽用於沈積上列單一金屬或合金。
較佳電鍍槽之範例包括含有250至600g/L之氨基磺酸鎳、50至200g/L之硫酸鎳、5至70g/L之氯化鎳、20至40g/L之硼酸、及一適當數量之鄰甲苯磺酰亞胺的氨基磺酸瓦特鎳電鍍槽；及一含有30至150g/L之焦磷酸銅、100至450g/L焦磷酸鉀、1至20mL/L之25%氨水、及5至20g/L之硝酸鉀的焦磷酸銅電鍍槽。示範之無電電鍍溶液係含有10至50g/L硫酸鎳、10至50g/L次磷酸鈉、10至30g/L之醋酸鈉、5至30g/L之檸檬酸鈉、及適當數量之硫尿的鎳-磷合金無電電鍍溶液。
上面之方法有利於鑽石磨粒、CBN磨粒或鑽石及CBN磨粒的混合物在接近該等最後尺寸之尺寸中以高準確性附接至該基座的周邊、同時強化該薄基座之機械強度兩者。
在使用本發明之外部刀片切削輪時，各種工件可藉此被切削。典型之工件包括R-Co稀土族燒結磁鐵及R-Fe-B稀土族燒結磁鐵，其中R係包含Y之稀土族元素的至少一種。這些磁鐵被製備如下。
R-Co稀土族燒結磁鐵包括RCo5 、及R2 Co17 系統。對於這些系統，該R2 Co17 磁鐵具有一包括20-28% R、5-30%鐵、3-10%銅、1-5%鋯、及鈷之餘額的成份(以重量百分比)。它們係藉由以此一比率稱重來源材料、熔化它們、鑄造該熔體、及將該合金細微地粉碎成1-20微米之平均微粒大小所製備，而產生R2 Co17 磁鐵粉末。該粉末接著於一磁場中壓製及在攝氏1,100-1,250度下燒結達0.5-5小時之久，隨後在一低於該燒結溫度達攝氏0-50度之溫度溶液處理達0.5-5小時之久，且在攝氏700-950度保持熟化處理達某一時間及隨後冷卻。
R-Fe-B稀土族燒結磁鐵具有一包括5-40% R、50-90%鐵、及0.2-8%硼之成份(以重量百分比)。一添加劑元素或諸元素可被加至其上，用於改善磁性性質及耐腐蝕性，該等添加劑元素係選自碳、鋁、矽、鈦、釩、鉻、錳、鈷、鎳、銅、鋅、鎵、鋯、鈮、鉬、銀、錫、鉿、鉭、鎢等。添加劑元素之數量對於鈷係高達30%重量百分比，及對於其他元素高達8%重量百分比。該等磁鐵係藉由以此一比率稱重來源材料、熔化它們、鑄造該熔體、及將該合金細微地粉碎成1-20微米之平均微粒大小所製備，而產生R-Fe-B磁鐵粉末。該粉末接著於一磁場中壓製及在攝氏1,000-1,200度下燒結達0.5-5小時之久，隨後在攝氏400-1,000度保持熟化處理達某一時間及隨後冷卻。
範例
本發明之範例係經由說明且未經由限制被給與如下。
範例1
包括90 wt% WC及10 wt%鈷之膠結碳化物被機器加工成一具有125毫米之外徑、40毫米之內徑、及600GPa之楊氏係數與127kA/m(0.16T)之飽和磁化的環狀薄盤片。
該基座被以膠帶遮罩，以致僅只由該外周邊朝內延伸1.0毫米之任一表面的圓周區域被暴露。該基座在攝氏40度被浸入一市售鹼性水溶液達10分鐘之久供除脂、以水清洗、及在攝氏50度浸入焦磷酸鈉之30-80g/L的水溶液，在此電解係在2-8 A/dm2 之電流密度下施行。
該膠結碳化物基座係在去離子水中超音波清洗，並在攝氏50度浸入氨基磺酸瓦特鎳電鍍槽，在此電力係在5-20 A/dm2 之電流密度傳導，用於電鍍一下層。該遮罩帶被剝除，並以水清洗該基座。
一對具有128毫米之外徑及10毫米之厚度的POM夾具構件係設有環狀溝槽，該溝槽具有123毫米之外徑、119毫米的內徑及1.5毫米之深度。於每一溝槽中，2.5毫米(L)乘以2毫米(W)乘以1.5毫米(t)之75塊永久磁鐵片(信越稀土族磁鐵N39UH、Br 1.25T)被等距離地設置，以便如圖4A所示提供相反之磁化方向，在那上面回填該等溝槽。該基座被夾在該等夾具構件之間。在此點，該等磁鐵片被設置在該基座之側表面上，且由該基座之外周邊朝內隔開1毫米。在由該基座之外周邊延伸10毫米的空間中所產生之磁場被分析，以具有至少8kA/m(0.01T)之強度。
鑽石磨粒係事先以NiP電鍍，以便具有1.0之磁化率χ及130微米之平均微粒大小。0.4g之以NiP電鍍的鑽石磨粒被供給至該等夾具構件及該基座間之空間及磁性地吸引在該空間中，以便均勻地分佈遍及該圓周。
具有磁性地吸引之磨粒的夾具組合體在攝氏50度被浸入氨基磺酸瓦特鎳電鍍槽中，在此電力係在5-20 A/dm2 之電流密度傳導，用於電鍍。該組合體被以水清洗。
再次，0.4g之電鍍鑽石磨粒被磁性地吸引在該空間中，在那上面同樣地施行電鍍，隨後用水清洗。
該夾具組合體接著被交換至另一夾具組合體，由此暴露該被電鍍之刀片區段。該組合體係在攝氏50度浸入氨基磺酸瓦特鎳電鍍槽中，在此電力係在5-20 A/dm2 之電流密度傳導，用於整體電鍍該刀片區段。這隨後被以水清洗。
在此獲有一外部刀片切削輪，其中該基座係設在具有該刀片區段(硏磨層)之周邊上，如圖6D所示。其係藉由一表面磨床所硏磨，以致該硏磨層由該膠結碳化物基座之任一側表面突出50微米(T3)、及修整，而獲得一具有0.4毫米之厚度(T2)的磨粒電鍍外部刀片切削輪。
圖7係該刀片區段之顯微照片。
範例2
包括90 wt% WC及10 wt%鈷之膠結碳化物被機器加工成一具有125毫米之外徑、40毫米之內徑、及0.3毫米之厚度的環狀薄盤片，其作為一基座。其具有600GPa之楊氏係數與127kA/m(0.16T)之飽和磁化。
該基座被以膠帶遮罩，以致僅只由該外周邊朝內延伸1.5毫米之任一表面的圓周區域被暴露。該基座在攝氏40度被浸入一市售鹼性水溶液達10分鐘之久供除脂、以水清洗、及在攝氏50度浸入焦磷酸鈉之30-80g/L的水溶液，在此電解係在2-8 A/dm2 之電流密度下施行。
該膠結碳化物基座係在去離子水中超音波清洗，並在攝氏50度浸入氨基磺酸瓦特鎳電鍍槽，在此電力係在5-20 A/dm2 之電流密度傳導，用於電鍍一下層。該遮罩帶被剝除，並以水清洗該基座。
一對具有128毫米之外徑及10毫米之厚度的POM夾具構件係設有環狀溝槽，該溝槽具有122毫米之外徑、118毫米的內徑及1.5毫米之深度。於每一溝槽中，1.8毫米(L)乘以2毫米(W)乘以1.5毫米(t)之105塊永久磁鐵片(信越稀土族磁鐵N32Z、Br 1.14T)被等距離地設置，以便如圖4B所示提供完全相同之磁化方向，在那上面回填該等溝槽。該基座被夾在該等夾具構件之間。在此點，該等磁鐵片被設置在該基座之側表面上，且由該基座之外周邊朝內隔開1.5毫米。在由該基座之外周邊延伸10毫米的空間中所產生之磁場被分析，以具有至少16kA/m(0.02T)之強度。
0.4g之具有1.0之磁化率χ及130微米的平均微粒大小之以NiP電鍍的鑽石磨粒被供給至該等夾具構件及該基座間之空間及磁性地吸引在該空間中，以便均勻地分佈遍及該圓周。
具有磁性地吸引之磨粒的夾具組合體在攝氏50度被浸入氨基磺酸瓦特鎳電鍍槽中，在此電力係在5-20 A/dm2 之電流密度傳導，用於電鍍。在水清洗之後，該基座被移去。
在此獲有一外部刀片切削輪，其中該基座係設在具有該刀片區段(硏磨層)之周邊上。其係藉由一表面磨床所硏磨，以致該硏磨層由該膠結碳化物基座之任一側表面突出50微米、及修整，而獲得一具有0.4毫米之厚度(T2)的磨粒電鍍外部刀片切削輪。
範例3
包括90 wt% WC及10 wt%鈷之膠結碳化物被機器加工成一具有125毫米之外徑、40毫米之內徑、及0.3毫米之厚度的環狀薄盤片，其作為一基座。其具有600GPa之楊氏係數與127kA/m(0.16T)之飽和磁化。
該基座被以膠帶遮罩，以致僅只由該外周邊朝內延伸1.0毫米之任一表面的圓周區域被暴露。該基座在攝氏40度被浸入一市售鹼性水溶液達10分鐘之久供除脂、以水清洗、及在攝氏50度浸入焦磷酸鈉之30-80g/L的水溶液，在此電解係在2-8 A/dm2 之電流密度下施行。
該膠結碳化物基座係在去離子水中超音波清洗，並在攝氏50度浸入氨基磺酸瓦特鎳電鍍槽，在此電力係在5-20 A/dm2 之電流密度傳導，用於電鍍一下層。該遮罩帶被剝除，並以水清洗該基座。
一對具有128毫米之外徑及10毫米之厚度的POM夾具構件係設有環狀溝槽，該溝槽具有123毫米之外徑、119毫米的內徑及1.5毫米之深度。於每一溝槽中，2.5毫米(L)乘以2毫米(W)乘以1.5毫米(t)之75塊永久磁鐵片(信越稀土族磁鐵N39UH、Br 1.25T)被等距離地設置，以便如圖4C所示提供磁化方向，在那上面回填該等溝槽。該基座被夾在該等夾具構件之間。在此點，該等磁鐵片被設置在該基座之側表面上，且由該基座之外周邊朝內隔開1毫米。在由該基座之外周邊延伸10毫米的空間中所產生之磁場被分析，以具有至少16kA/m(0.02T)之強度。
0.4g之具有1.0之磁化率χ及130微米的平均微粒大小之以NiP電鍍的鑽石磨粒被供給至該等夾具構件及該基座間之空間及磁性地吸引在該空間中，以便均勻地分佈遍及該圓周。
具有磁性地吸引之磨粒的夾具組合體在攝氏40度被浸入焦磷酸銅電鍍槽中，在此電力係在1-20 A/dm2 之電流密度傳導，用於電鍍。在水清洗之後，該基座被從該夾具組合體移去。
在此獲有一外部刀片切削輪，其中該基座係設在具有該刀片區段(硏磨層)之周邊上。其係藉由一表面磨床所硏磨，以致該硏磨層由該膠結碳化物基座之任一側表面突出50微米、及修整，而獲得一具有0.4毫米之厚度(T2)的磨粒電鍍外部刀片切削輪。
範例4
包括95 wt% WC及5 wt%鈷之膠結碳化物被機器加工成一具有125毫米之外徑、40毫米之內徑、及0.3毫米之厚度的環狀薄盤片，其作為一基座。其具有580GPa之楊氏係數與40kA/m(0.05T)之飽和磁化。
該基座被以膠帶遮罩，以致僅只由該外周邊朝內延伸1.0毫米之任一表面的圓周區域被暴露。該基座在攝氏40度被浸入一市售鹼性水溶液達10分鐘之久供除脂、以水清洗、及在攝氏50度浸入焦磷酸鈉之30-80g/L的水溶液，在此電解係在2-8 A/dm2 之電流密度下施行。
該膠結碳化物基座係在去離子水中超音波清洗，並在攝氏50度浸入氨基磺酸瓦特鎳電鍍槽，在此電力係在5-20 A/dm2 之電流密度傳導，用於電鍍一下層。該遮罩帶被剝除，並以水清洗該基座。
一對具有128毫米之外徑及25毫米之厚度的POM夾具構件係設有環狀溝槽，該溝槽具有125毫米之外徑、120毫米的內徑及6毫米之深度。於每一溝槽中，具有125毫米之外徑、12.2毫米之外部拱形長度、120毫米之內徑、11.7毫米之內部拱形長度、及3.0毫米之厚度的32塊拱形永久磁鐵片(信越稀土族磁鐵N39UH、Br 1.25T)被連續地設置，以便如圖4D所示提供磁化方向，在那上面回填該等溝槽。該基座被夾在該等夾具構件之間。在此點，該等磁鐵片被由該基座之外周邊軸向地隔開19毫米。在由該基座之外周邊延伸10毫米的空間中所產生之磁場被分析，以具有至少8kA/m(0.01T)之強度。
0.2g之具有1.0之磁化率χ及130微米的平均微粒大小之以NiP電鍍的鑽石磨粒被供給至該等夾具構件及該基座間之空間及磁性地吸引在該空間中，以便均勻地分佈遍及該圓周。
具有磁性地吸引之磨粒的夾具組合體在攝氏80度被浸入鎳-磷合金無電電鍍槽中。在該電鍍之後以水清洗。再次，具有1.0之磁化率χ及130微米的平均微粒大小之0.2g以NiP電鍍的鑽石磨粒被磁性地吸引在該空間中，以便均勻地分佈遍及該圓周，且同樣地施行鎳-磷合金之無電電鍍。在電鍍及水清洗之後，該基座被從該夾具組合體移去。
在此獲有一外部刀片切削輪，其中該基座係設在具有該刀片區段(硏磨層)之周邊上。其係藉由一表面磨床所硏磨，以致該硏磨層由該膠結碳化物基座之任一側表面突出50微米、及修整，而獲得一具有0.4毫米之厚度(T2)的磨粒電鍍外部刀片切削輪。
範例1至4之所有該等切削輪係適合用於切削稀土族燒結磁鐵部件。
比較範例1
包括90 wt% WC及10 wt%鈷之膠結碳化物被機器加工成一具有125毫米之外徑、40毫米之內徑、及0.3毫米之厚度的環狀薄盤片，其作為一基座。
該基座被以膠帶遮罩，以致僅只由該外周邊朝內延伸1.5毫米之任一表面的圓周區域被暴露。該基座在攝氏40度被浸入一市售鹼性水溶液達10分鐘之久供除脂、以水清洗、及在攝氏50度浸入焦磷酸鈉之30-80g/L的水溶液，在此電解係在2-8 A/dm2 之電流密度下施行。
該膠結碳化物基座係在去離子水中超音波清洗，並在攝氏50度浸入氨基磺酸瓦特鎳電鍍槽，在此電力係在5-20 A/dm2 之電流密度傳導，用於電鍍一下層。
該基座被附接至一電源夾具，以致該鎳下層被暴露及安裝於一設有通道之夾具中，在此通道形成一刀片區段。該通道被以具有130微米之平均微粒大小的電鍍鎳之鑽石磨粒充填。被水平地固持之夾具係適當地浸入氨基磺酸瓦特鎳電鍍槽，在此電力係在1-10 A/dm2 之電流密度傳導供電鍍。
該夾具隨同該基座被取出該電鍍槽。該基座被轉回，且再次安裝於一設有通道之夾具中，在此通道形成一刀片區段，隨後藉由1-10 A/dm2 的範圍中之電傳導施行類似的電鍍。
已附接該電源夾具之磨粒電鍍膠結碳化物基座在攝氏50度被浸入氨基磺酸瓦特鎳電鍍槽中，在此電力係在5-20 A/dm2 之電流密度傳導，用於電鍍全部該電鍍區段，隨後以水清洗。
該結果之外部刀片切削輪係藉由一表面磨床所硏磨，以致該硏磨層由該膠結碳化物基座之任一側表面突出50微米、及修整，而獲得一具有0.4毫米之厚度(T2)的磨粒電鍍外部刀片切削輪。
比較範例2
包括90 wt% WC及10 wt%鈷之膠結碳化物被機器加工成一具有125毫米之外徑、40毫米之內徑、及0.4毫米之厚度的環狀薄盤片，其作為一基座。該基座被放置於一模子中，且該外周邊孔腔被以一混合物充填，該混合物具有當作樹脂結合劑之75%體積百分比的粉末狀酚樹脂、及具有130微米之平均微粒大小的25%體積百分比之鑽石磨粒。該混合物係繞著該基座壓力模製及在攝氏180度於該模子中加熱達2小時供硬化。在冷卻之後，該基座被取出該模子。
該結果之外部刀片切削輪係藉由一表面磨床所硏磨，以致該硏磨層由該膠結碳化物基座之任一側表面突出50微米、及修整，而獲得一具有0.5毫米之厚度(T2)的磨粒電鍍外部刀片切削輪。
表1報告範例1至4及比較範例1中所製成之外部刀片切削輪的製造良率。
當電鍍係在一基座上施行以形成一被電鍍的切削輪時，該“電鍍良率”百分比係可接受的電鍍切削輪之數目(於諸範例中之10個切削輪及於比較範例中之5個切削輪)除以被電鍍基座之總數，直至獲得該等可接受之電鍍切削輪。當一硏磨層被硏磨及修整成一拋光輪時，該“加工良率”百分比係可接受的已加工切削輪之數目(於諸範例中之10個切削輪及於比較範例中之5個切削輪)除以可接受的已電鍍切削輪之數目，該切削輪已被硏磨及修整。該“總良率”係該電鍍良率乘以該加工良率，且代表該整個良率，直至獲得可接受之切削輪(於諸範例中之10個切削輪及於比較範例中之5個切削輪)。
如由表1所看見，在某一範圍中不同的範例之良率被改善勝過比較範例。
表2報告緊接在範例1至4及比較範例1(於諸範例1-4中之10個切削輪及於比較範例1中之5個切削輪)中的製造之後(緊接在磨粒的黏合之後)，該切削輪之刀片區段的厚度(毫米)及徑向突出範圍(毫米)。
應注意的是一刀片區段之厚度、軸向突出範圍、及徑向突出範圍的每一個係藉由在每環狀刀片區段45度之間隔測量8個值，且計算一平均值所決定。刀片區段之厚度(圖1中之T2)係藉由夾緊該刀片區段以市售具有5毫米之直徑的探針之測微計所測量。刀片區段之徑向突出範圍(圖1中之H2)係藉由在市售非接觸式座標測量機之平台上水平地放置該刀片區段、以在該孔之中心為原點設定工作坐標、及測量該事先測量的基座之外周邊與設置環繞該基座外周邊之刀片區段的外周邊間之距離所決定。
如由表2所看見，諸範例中所製成之切削輪的刀片區段具有接近該想要尺寸之厚度，如與比較範例1比較，且該刀片區段之厚度及徑向突出範圍大體上已經減少變化。
當在範例1至4及比較範例1中所製成之刀片區段係在厚度及徑向突出範圍中配準時，表3報告所花費之平均加工時間(於範例1至4中之10個切削輪及於比較範例1中之5個切削輪)。
如由表3所看見，範例1至4減少該總加工時間達低於比較範例1中所花費之總加工時間的1/2，雖然該加工時間於某一範圍中不同。
圖8係一圖解，說明切削準確性相對切削速率。一切削測試被施行。多數切削輪組件係藉由在1.5毫米之間距配置來自範例1至4與比較範例1及2之每一個的二外部刀片切削輪所製成。當該組件係在5,400rpm及30毫米/分之切削速率操作時，由40毫米寬×130毫米長×20毫米高之Nd-Fe-B稀土族燒結磁鐵部件，切出40毫米寬×20毫米高×1.5毫米厚之50塊磁鐵片。
此後，該切削速率係在10至35毫米/分之範圍中改變，且在每一速率切出5塊磁鐵片。對於每一磁鐵片，其厚度在五點(該中心及四角落)被測微計所測量。在每磁鐵片的這些五點測量之中，最大值及最小值間之差值係一切削準確性(微米)。五塊磁鐵片之切削準確性的平均值被計算及繪製在該圖解中。
於比較範例1及2中，當該切削速率增加時，該切削準確性逐漸地增加。於範例1至4中，該切削準確性係低於50微米，雖然具有微小之變化，表示該尺寸變化甚至在高速切削時被減至最小。
如由這些與表3結合之資料變得明顯，包括膠結碳化物之基座與金屬黏合磨粒之刀片區段的高性能外部刀片切削輪可在高良率中製成。此外，直至該切削輪被加工至該想要尺寸所花費之時間係顯著地減少。
1．．．基座
10．．．基座
12．．．中心孔
20．．．刀片區段
22a．．．夾子支腳
22b．．．夾子支腳
24．．．金屬結合劑
26．．．磨粒
50．．．夾具構件
52．．．蓋子
52a．．．延伸部份
54．．．磁鐵片
56．．．陰極
58．．．軸桿
60．．．接頭
62．．．端帽
64．．．空間
圖1概要地說明本發明的一具體實施例中之外部刀片切削輪，圖1A係一平面圖，圖1B係一取自沿著圖1A中之剖線B-B的橫截面視圖，且圖1C係圖1B中之圓C的放大橫截面視圖。
圖2係本發明的一具體實施例中所使用之夾具組合體的透視圖。
圖3係該夾具組合體的一周邊部份之放大橫截面視圖。
圖4說明被安裝於該夾具組合體中之永久磁鐵片的磁化方向。
圖5係當該基座被夾在夾具構件之間時，環繞著該基座之外周邊所產生的磁場之模擬影像，該磁場係藉由磁通量之線所描述，M1顯示夾住該基座的永久磁鐵片之磁化方向係軸向地相反，如於圖4A中，M2顯示夾住該基座的永久磁鐵片之磁化方向係軸向地完全相同，如於圖4B中，M3顯示夾住該基座的永久磁鐵片之磁化方向係徑向地相反，如於圖4C中，及M4顯示夾住該基座的永久磁鐵片之磁化方向係徑向地完全相同，如於圖4D中。
圖6A至6D係於不同具體實施例中形成在一基座上之刀片區段的橫截面視圖。
圖7係範例1中之外部刀片切削輪的刀片區段之顯微照片。
圖8係一圖解，顯示用於範例1至4與比較範例1及2之切削準確性相對切削速率。
10．．．基座
12．．．中心孔
20．．．刀片區段
22a．．．夾子支腳
22b．．．夾子支腳

Claims (8)

  1. 一種用於製造外部刀片切削輪的方法，該切削輪包括一呈膠結碳化物的環狀薄盤片之形式而具有外周邊及側表面的基座、及一形成在該基座的外周邊上之刀片區段，該方法包括以下步驟：將每一個具有至少0.3T之剩磁的至少二永久磁鐵片設置在該基座的側表面上，且朝向該基座外周邊之內側或在一坐落朝向該基座外周邊之內側的空間內，及由該基座的側表面延伸20毫米，以在該基座外周邊及在由該基座外周邊延伸10毫米之空間內產生至少8kA/m之磁場；提供塗以磁性材料之鑽石及/或立方晶氮化硼(CBN)磨粒，使得該磁場可作用於該鑽石及/或CBN磨粒上，藉由該合成之吸力造成該等磨粒被吸引及鎖固至該基座外周邊附近；及以被吸引至其上之該等磨粒電鍍或無電電鍍在該基座外周邊上，藉此該等磨粒係黏合至該基座外周邊，以形成該刀片區段。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之用於製造外部刀片切削輪的方法，其中呈環狀薄盤片之形式的基座具有80至200毫米之外徑、0.1至1.0毫米之厚度、30至80毫米之內徑、450至700GPa之楊氏(Young)係數、及至少40kA/m(0.05T)之飽和磁化。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之用於製造外部刀片切削輪的方法，其中塗以磁性材料之鑽石及/或CBN磨粒具 有至少0.6之磁化率χ。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之用於製造外部刀片切削輪的方法，其中一或多個永久磁鐵片係連續地或等距離地設置在該基座的任一側表面或兩側表面上，且與該盤片形式基座同中心。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之用於製造外部刀片切削輪的方法，其中該方法另外包括將該基座夾置在一對夾具構件之間的步驟，且該等夾具構件和該基座的該外周邊形成一空間，藉此該等磨粒被磁性的該吸力吸引並被牢牢地固持在接近該基座外周邊的該空間內。
  6. 一種供使用於製造外部刀片切削輪之夾具組合體，該切削輪包括一呈膠結碳化物的環狀薄盤片之形式而具有外周邊的基座、及一形成在該基座的外周邊上之刀片區段，該夾具組合體包括至少一對夾具構件，每一個夾具構件包括絕緣材料之蓋子，該蓋子之外徑比該基座之外徑較大，且至少一永久磁鐵片鎖固至該蓋子，設置在該基座之外周邊的內部及具有至少0.3T之剩磁，其中當該基座被固持在該等夾具構件之間時，該等夾具構件中之磁鐵片在該基座外周邊及在由該基座外周邊延伸10毫米之空間內產生至少8kA/m之磁場，該磁場作用以吸引及鎖固塗以磁性材料之鑽石及/或CBN磨粒該基座之在該外周邊附近，以使它們預備好供電鍍或無電電鍍。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之供使用於製造外部刀 片切削輪之夾具組合體，另包括一設置在該蓋子之中心的電鍍用陰極。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之供使用於製造外部刀片切削輪之夾具組合體，另包括一用於支撐複數對夾具構件之支撐軸桿。
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