专利名称:砂轮修整工具的制作方法本发明涉及一种在基体上载有一层金刚石层的砂轮修整工具，其中金刚石由金属粘结，这类修整工具可涉及圆柱形的或异型的修整辊，也可涉及圆片或修整块。修整可理解为用机械方法对旋转着的砂轮进行修形，修整时修整工具以保持砂轮工作面正常同心回转的方法靠在或靠向砂轮工作面并使使砂轮有目的地从动。此外以相应的方法可以在砂轮工作面上形成一定的外形。修整的另一个原因是要产生一定的有效粗糙深度。砂轮在磨削工件时常会在工件表面上形成一定的粗糙度。该粗糙度的等级取决于砂轮修整操作进行的方法。一方面，各种运动学的修整条件对粗糙深度有所影响，例如修整工具在砂轮的轴向上对砂轮表面的进给速度。另一方面，金刚石颗粒大小和修整工具上的金刚石颗粒排列密度也显著影响砂轮的有效粗糙深度。修整工具的一种结构简单，但可多方面使用的形式是在平板上有规则或无规则地布有金刚石，即所谓金刚石层。金刚石层与基体粘结在一起，基体可以固定在磨削机械上或者固定在为修整面设置的装置上。修整工具的这样一种实施形式称作修整块。金刚石覆层以其棱边切向靠向砂轮，并且位于棱区内向外曝露于砂轮的金刚石颗粒使砂轮产生从动。已知的修整块中，金刚石颗粒在平板上相互有一定距离。此时金刚石颗粒可以单层地布于一个平面上。金刚石颗粒的通常粒度在0.5mm和1mm之间。在使用转小金刚石颗粒的情况下，也可以使金刚石颗粒多层重叠。在修整磨料颗粒通常由刚玉或碳化硅组成的砂轮时，修整工具的金刚石颗粒磨损较小。但是金刚石颗粒必须用包围它的金属粘合材料来固定，借此金刚石颗粒足以抵抗砂轮的剥离作用。因此，金刚石颗粒嵌入其中的粘结剂金属也必须具有相当高的耐磨性。典型的粘结剂金属是以碳化钨和/或钨为基的合金。使用低耐磨粘合材料，如钴、镍或青铜时，这些金属磨损较快，致使嵌入这些金属中的金刚石颗粒能很快从粘合剂中脱落出来。但是，如果修整工具磨损太快，就难以使修整操作按准确尺寸进行，因为在以予先给定的横向进给值进行修整操作的过程中，修整工具的尺寸会发生变化。此外，修整的经济效益不能令人满意，因为修整工具很快就用坏，而需要经常更换新工具。修整工具中的金刚石颗粒由于强烈磨损砂轮也承受高热。因此对这样的修整工具选择具有高热稳定性的金刚石颗粒。使用钨基或碳化钨基金金粘结剂的缺点是，制造这种粘结剂需要高于900℃范围的较高烧结温度，以致在烧结中欲嵌入的金刚石颗粒或多或少受热损坏。类似的方法，如金属粉末烧结，是与液态金属浸渍相结合的那种同样普通烧结。不用较高温度的制造方法在于使用可电沉积的金属，例如钴、镍、青铜或铜。但是这些金属的耐磨性不很高。一些新的研究表明，当金刚石颗粒在金刚石层中稠密排列时，可电沉积的粘结材料耐磨性很小的缺点影响不大。但是此时呈现金刚石颗粒之间所剩余的金属骨架，具有较弱的横截面。因而不能最好地粘牢金刚石颗粒。因为当在金属粘结剂中刚石颗粒仅为金属所包围时，则在包围金属和金刚石颗粒之间不会有足够的粘着结合。这既适用于前面提到的烧结金属粘结剂或浸渍合金粘结剂，也适用于可电沉积的金属。为了弥补上述缺点，本发明规定，人为地将金属石颗粒表面糙化，使其表面积与天然表面积相比至少扩大两倍，金刚石颗粒以这样一种密度排列，即大多数金刚石颗粒与邻仍金刚石颗粒相接触。通过这种人工形成的表面状态能使金刚石颗粒尤其在可电沉积金属中紧密固定。因为金属能够进入尤其经切割的颗粒表面上附加的孔隙中。当表面具有许多相当窄的、金属能以根状渗入其中的凹穴，粘结剂金属与金刚石表面的机械结合就具有高的粘着强度时，尤能反映出表面形态的独特。这尤其可以借助下述措施来达到，即用金属腐蝕金刚石颗粒使之具有孔状凹穴。
通过对本发明的描述，将具有扩大了表面积和特殊表面形态的金刚石颗粒极紧密排列与在一种作为粘结包围介质的电沉积金属中的特殊表面形状相结合，就可以制得高效率的修整工具。
金刚石层的厚度影响修整操作的精确度。因此，金刚石层厚度不大于约1mm的修整块是特别合适的。对此适宜的金刚石颗粒粘度，举例来说如D711。
较小的金刚石颗粒，例如D501、D301或D181允许用于颗粒排列尽可能密而大部分相邻金刚石颗粒相互接触的多层金刚石面。
本发明所述修整工具的另一种方案是，为了提高金刚石颗粒排列密度，使用不同颗粒度的金刚石颗粒混合物，例如D711与D501，或与D181，或与D46或者由多种这些粒度所组成的混合物。
下面是描述三个不同种类修整块的实施例A、B及C。
其中实施方式A符合已知的性能。实施例B示明具有0.8克拉高金刚石含量，但没有实施例C那样的人工扩大的表面，实施例C具有同实施B一样的金刚石含量，还具有本发明所述的扩大了的表面积。
所有情况下都涉及具有10mm×15mm覆层表面积和10mm长的工作棱长以及单层金刚石颗粒覆层的修整块。
在修整直径D＝500mm及宽度b＝33mm的金刚砂砂轮，并修整到直径为300mm时，获得试验结果。修整试验进行到修整块15mm厚的磨削层磨损到10mm。下表列出砂轮修整后的磨损体积。
实施例 A B C金刚石粒度 D711 D711 D711经扩大表面积所金刚石种类 原样 原样形成特殊形态金刚石含量 0.45克拉 0.8克拉 0.8克拉金刚石层中的 电镀镍粘烧结金属 电镀镍粘结剂金属粘结剂 结剂磨损的砂轮6.5dm314.0dm321.1dm3体积1克拉金刚 14dm3/克拉 17.5dm3/克拉 26.4dm3/克拉石的砂轮磨损量下面用附图来阐述本发明的实施例。
图1在砂轮上处于工作位置的修整块。
图2修整块的放大俯视图。
图3修整块的放大侧视图。
图4金刚石颗粒的100倍放大图。
图5金刚石颗粒表面的局部断面1000倍左右放大图。
图6多层排列的金刚石颗粒。
图7具有不同粒度金刚石颗粒的金刚石层。
图8在金刚石层上有一磨损保护层的修整块以及图9具有多层磨损保护层的修整块。
图10经短时间使用后的修整块。
图1至3描绘出用于砂轮2的、以及整块方式形成的修整工具1。该工具具有一个柄3，该柄上载有一层金刚石层4。金刚石层4由相同粒度的金刚石颗粒5组成，金刚石颗粒以这样的方式排列，即它们与位于其旁边的金刚石颗粒5直接接触。为了固定金刚石颗粒，电镀一种由镍或钴组成的粘结金属6。
单个的金刚石颗粒5，其中的一粒金刚石颗粒约放大100倍示于图4，主要在热作用下借助与金属腐蝕进行人工表面糙化。因此，以立方八面体形式形成的单个金刚石颗粒表面上具有大量的孔隙7，这些孔隙以带有相应于图5所示凹割的凹陷形式而形成。借此使在粘结剂中固定金刚石颗粒有效表面积至少比天然表面积扩大两倍，并且在电镀时金属以根状进入单个孔隙中，大大改善粘着力。因此就有可能使用电镀粘结剂将单个金刚石颗粒高度密集排列并提高修整工具的效率。这不仅适用于块状修整工具，而且也同样适用于辊状或圆片状的修整工具。
本发明不局限于将金刚石排列成一层。其实，图6示出众多金刚石在无层次结构中排列的可能性，在这种结构中单个金刚石或金刚石颗粒与其上下左右相邻的颗粒相接触。
进一步增加金刚石用量可使用相应图7所示不同颗粒度的金刚石颗粒，其中的小粒金刚石位于较大金刚石之间的空隙中。
所述实施方式中的金刚石涉及特别适合本发明工具的合成金刚石。但并不排斥使用天然金刚石。
本发明的发展规定，在金刚石层4上设置磨损防护层10，该防护层的厚度以0.1～1mm较佳并且由金刚石组成，金刚石固定在一种电沉积金属，如钴或镍中，并且最好也通过腐蝕来扩大磨损防护层10中的金刚石颗粒表面积。
硬质材料防护层的被覆在其他应用领域是已知的。在那些领域中防护层是按粉末冶金方法制造的。从而被不足之处所牵制，即为了在外部防护区获得均匀层厚，应有一个较大防护层厚度，而0.8mm厚度业已引起粉末冶金方面的麻烦。附带的缺点是，在用粉末冶金法制造时，金刚石密度在工艺技术上不能达到大的上限制，至今在实践中不能实施高于60或2.6克拉/立方厘米的密度。通过应用电沉积，例如沉积钴或镍之类的金属能避免粉末冶金方法的这些缺点。一种这样的沉积可以精确限定侧面保护层的厚度，以致可以使用例如0.2～1mm的层厚。此时，尤其是对侧面保护层有可能显著提高金刚石密度，而且可以将密度提高到150～200，即6.6～0.8克拉/立方厘米。因此合成金刚石能象天然金刚石一样使用，但此时如果金刚石特别借助浸蝕使其表面积最好比天然金刚石至少扩大两倍，则一般说来，金刚石颗粒在电沉积层中的结合会得以显著改善，这是用单纯粉末冶金法制造的粘结剂所不能产的显著优点。独特的优点是，特别小的粒度能得以应用，这些小粒度仅约为一般颗粒的一半。因此，保证了事先经表面处理过的金刚石在电沉积粘结剂中极其牵固地固着，从而提高了昂贵的金刚石材料的利用度。
如果磨损保护层10被覆在金刚石层的前后两侧以及附带也被覆在另外两侧，则能防止金刚石层5、6在任何方向上移动。
图9和图10中描述了一种具有金刚石颗粒5的修整块，金刚石颗粒排列成一层。这些金刚石颗粒经人工表面糙化并用电沉积法固定在金属6中。为了保护金刚石颗粒5，被覆了两层保护层10和12，其厚度相当于金刚石层4、5的厚度。金刚石5的粒度约为750μm。因此，与此相应，保护层10和12也是坚固的。然而保护层由很微小的金刚石颗粒组成，例如由粒度为70μm的颗粒组成。
借助附加保护层10和12防止了工作金刚石5的粘结从侧面“脱离”。由此而产生的优点是，可以更加充分地利用修整工具上的所有单粒金刚石5，因为金刚石借助两侧的保护层可以较长时间地固定住。这发生在相应于图10的保护层局部消耗，即一种状态之后，此时单个金刚石5沿相应于箭头所示的横向进给方向向外突出，但是由于保护层10和12而防止了横向断裂。
因此借助保护层10和12改善排列在中间的金刚石的固着，借助金刚石的人工表面糙化及其在金刚石颗粒相互直接接触排列时的电沉积粘结，金刚石的粘着总要比可资比较的已知排列有所改善。


砂轮修整工具，基体上有一层金刚石层，保持在金属结合剂中，其特征是，金刚石颗粒(5)经人工表面糙化，与天然表面积相比其表积至少扩大两倍，而且金刚石颗粒(5)以这样一种密度排列，即其中多数金刚石颗粒与邻近颗粒相互接触。