專利名稱：具有整體芯軸的磨具的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及磨具，更具體的，涉及在片形玻璃邊緣研磨中使用的磨具。使用本發(fā)明的磨輪能提高玻璃質量并縮短過程中的停工時間。
背景技術：
眾所周知，使用含金剛石的磨輪來劃出平板玻璃的邊緣和/或切出邊緣，如用于汽車、建筑、家具和器具工業(yè)，通常是基于安全和裝飾性的原因?，F(xiàn)有技術的磨輪包含置于磨輪周邊的凹穴中的有輪廓的粘合磨料(參見Gomi的美國專利3,830,020和Miller的4,457,113)。在邊緣研磨操作中，粘合磨料體通常需要定期再加工出輪廓，以便制造出恒定高質量的玻璃。為達到最佳經(jīng)濟效果，通常要求盡可能縮短與再加工出輪廓操作相關的停工時間，并在盡可能短的中斷和/或修整條件下將新的經(jīng)過再加工出輪廓的磨輪在線返回。
因此，需要一種用于片形玻璃邊緣研磨的磨具和/或方法，能提供縮短的停工時間和/或提高研磨性能。
發(fā)明概述本發(fā)明一方面包括一種用來使玻璃片邊緣成形的磨具。這種磨具包括一個芯軸和一個磨輪，芯軸和磨輪為整體結構，并有一個共用的旋轉軸。這種磨具還包括在磨輪外緣上延伸的凹穴，其中置有粘合磨料。粘合磨料的尺寸和形狀適合于加工出輪廓，在磨具繞軸旋轉時對玻璃片的邊緣進行成形。這方面的一個變體中，粘合磨料還可以在使用后調整其的尺寸和形狀，用于再加工出輪廓。
另一方面，本發(fā)明包括一種用來成形玻璃片邊緣的方法。該方法包括提供在上一段落中描述的磨具，使磨具繞軸旋轉，并將粘合磨料施加到玻璃片的邊緣。這方面的一個變體中，該方法還包括對粘合磨料再加工輪廓。
又一方面，本發(fā)明包括一種對磨具中粘合磨料加工出輪廓的方法。該方法包括提供在上一段落中描述的磨具，并在粘合磨料外表面中加工出輪廓。這一方面的一個變體中，所述加工包括放電加工操作。
附圖簡述

圖1A是一種現(xiàn)有技術磨輪的示意圖；圖1B是一種現(xiàn)有技術磨輪的示意圖；圖2A是本發(fā)明一個實施方式的磨具的剖面圖。
圖2B是圖2A磨具一部分的放大剖面圖。
圖3A是類似于圖2B的本發(fā)明另一個實施方式的磨具的剖面圖。
圖3B是類似于圖2B和3A的本發(fā)明又一個實施方式的磨具的剖面圖。
發(fā)明詳細描述參見圖2A，本發(fā)明包括一種能用來對工件進行邊緣研磨的磨具，工件如各種用途中的片形玻璃，包括汽車窗、建筑用、家具和器具。本發(fā)明的磨具包括成整體結構的芯軸和磨輪，即芯軸是磨輪的一個整體部分。在一個實施方式中，磨具100通常包括具有主體120的磨輪部分110，主體120有在其外緣上延伸的凹穴125。粘合磨料體130(即置于粘結材料結構中的許多磨粒)位于凹穴125中。磨具100還包括與磨輪部分110結合為整體即與主體120結合為整體的芯軸部分150。芯軸部分150可包括一有螺紋的端部160或用于連接到常規(guī)研磨設備的其他部件(未示出)。
本發(fā)明的磨具能進行改進質量的研磨，尤其在片形玻璃邊緣研磨時減少邊緣碎裂。本發(fā)明的實施方式還提供了經(jīng)濟優(yōu)勢，如縮短再加工出輪廓時的停工時間、降低能耗，和/或減少投資。由下面實施方式的討論，本發(fā)明的這些和其他優(yōu)點將是顯而易見的。
在此所述術語芯軸是指連接到加工設備的軸的器件，在其上安裝一個工具如刀具、磨輪或拋光輪，提供旋轉運動。整體的芯軸指是工具的整體部分的芯軸，即，磨輪和芯軸為整體結構。術語邊緣研磨指一個研磨操作，在此操作中，工件如片形玻璃的邊緣進行研磨，而使工件成形(如劃線和/或斜切)。
參見圖1A-2，圖中顯示了描述現(xiàn)有技術和本發(fā)明的設備和方法。圖1A和1B是常規(guī)磨具50和50’的說明性例子，它們通常包括可安裝(如通過螺釘)在芯軸30和30’上的磨輪20和20’。磨輪20和20’通常包括位于其上的粘合磨料26。還通常包括一個平面的環(huán)形體22，22’，其周邊有徑向朝內如中心面的槽子，提供環(huán)形凹穴24，它們固定住粘合磨料26并對粘合磨料26起支撐結構的作用。粘合磨料26上通常有一個磨出的U形或V形輪廓28，這個形狀在玻璃上再現(xiàn)。這種結構的磨輪由于其輪廓28常被稱作“鉛筆邊緣”磨輪。磨輪20、20’通常通過使用法蘭40，40’安裝在芯軸30、30’上，法蘭用來從中心孔分散操作應力。
如上所述，磨具50，50’通常用來對片形玻璃如用在汽車、家具、建筑和器具中的片形玻璃進行成形。磨輪20，20’要周期性地進行修整，如用氧化鋁研磨棒進行修整，重新露出磨粒并從磨輪表面除去所有撞擊形成的玻璃碎屑。當輪廓28充分磨損，超出公差，或產生邊緣碎裂(當輪廓28受損時常觀察到邊緣碎裂)，就取下磨輪，用例如碳化硅磨輪進行成形研磨，或通過放電加工(EDM)，再加工出輪廓。再加工出輪廓時，通常要從芯軸30，30’上取下磨輪20，20’。
為了進行再加工出輪廓，從芯軸30，30’取下磨輪20，20’的相關操作和停工是并不希望發(fā)生的。而且，將經(jīng)過再加工出輪廓的磨輪與片形玻璃的再次接觸往往導致玻璃發(fā)生起初的邊緣碎裂。盡管這種問題只是短暫的，即隨時間會自行消除，但邊緣碎裂的片形玻璃通常必須棄去，這樣的代價很高。這一問題往往會更明顯，因為一個典型磨輪20，20’在其使用壽命期間平均需要進行再加工出輪廓操作約8-10次，或更多次。
這一問題，尤其是對要求相對高邊緣質量的用途，一種解決方法曾經(jīng)是，在再加工出輪廓后對會成為廢料的平板玻璃再進行一段時間的研磨。這種方法雖然減少廢料，但是會明顯增加停工時間和縮短磨輪的使用壽命。
本發(fā)明一個方面是，認識到上述邊緣碎裂問題可能與芯軸和再安裝的磨輪之間的同心度不完全引起的跳動(例如磨輪不規(guī)則的或偏心的旋轉途徑)有關。雖然不希望受到理論解釋的束縛，但可以認為，磨輪再加工出輪廓后，再安裝到芯軸上，在它們之間會出現(xiàn)輕微的不同心。這樣，磨輪操作時就好象它沒有經(jīng)過適當修整一樣，即磨輪旋轉時伴隨輕微的擺動?？梢哉J為這種“擺動”引起了短暫的邊緣碎裂問題，直到粘合磨料被充分磨損為止。
一種可能的解決方法是，在再加工出輪廓期間，磨輪仍然保留在芯軸上。這種方法雖然在再加工出輪廓后消除了觀察到的短暫的邊緣碎裂問題，但會明顯增加停工時間(在再加工出輪廓期間使研磨設備空轉)，或者需要玻璃研磨操作維持較為多量相當昂貴的芯軸，因此明顯增加投資成本和操作費用。
現(xiàn)參見圖2A，所示為本發(fā)明一個實施方式的磨具。如上所述，磨具100通常包括磨輪部分110(即磨輪裝置)，有主體120，有在其外緣上延伸的凹穴125。粘合磨料130置于凹穴125中。這樣，粘合磨料130功能是作為研磨工具，而凹穴125功能是對粘合磨料體支撐作用。粘合磨料130通常包含具有輪廓的研磨表面128。通常，要求對粘合磨料130的尺寸和形狀能在徑向包括足夠的深度，能適應在承受磨具壽命期間進行最多10次或更多次的再加工出輪廓步驟。輪廓128通常為U、V或籃形，但可以是基本上任何形狀，包括在片形玻璃上能形成斜角形、削邊形、S形、平面形、棱角形等邊緣所需要的形狀。典型的輪廓128可根據(jù)要研磨的玻璃厚度變化，通?？捎蓪挾?W)、深度(D)和曲率半徑(R)來確定，如圖B所示。能提供相對長的壽命和合格的邊緣質量的標準輪廓可按下式定義W＝2√D(2R-D)其中，寬度(W)等于玻璃厚度加0.5mm，最小曲率半徑(R)約等于玻璃厚度除于2。
對許多用途，使用籃形輪廓能獲得較好的表面光潔度，其中W/2＝Rcos(a/2)-(R-D)Tan(a/2)式中，a是夾角(籃的截頭圓錐棱邊間的角度)，通常約50-60°。V-形128’和籃形128”的輪廓分別示于圖3A和3B。
磨具100還包括與磨輪部分110，即與主體120成一整體的芯軸部分150。因此，芯軸部分150的作用是將旋轉運動從研磨設備向磨輪部分提供的部件。芯軸部分150可包括一有螺紋的端部160或連接到研磨設備用的其他裝置。芯軸部分150和磨輪部分110基本上可以由任何材料制成，如鐵合金如工具鋼，但通常由相對輕的材料例如但不限于鋁合金和鎂合金。相對輕的磨具的優(yōu)點是降低使用時的能耗，在驅動軸和其他研磨設備部件時其磨損較小。相對輕的磨具也較為容易安裝到研磨設備上和從研磨設備上拆下。還需要一種磨具，它包括鋁主體，在磨具和研磨設備之間的配合面上有一個硬化鋼插件，這樣就可以提供具有很高耐磨損的芯軸部分150的輕質磨具。
而且，制造這些實施方式的磨具本身相對于現(xiàn)有技術會導致成本節(jié)約。例如，常規(guī)芯軸30，30’和磨輪20，20’的互相嚙合面的制造應達到精確公差，有助于確保安裝好的磨輪與芯軸配合地即同心地)旋轉。通過將芯軸和磨輪以整體方式制造，本發(fā)明的實施方式就消除了上述應達到精確公差的制造步驟，就有可能節(jié)約成本。
由于與本發(fā)明實施方式相關，設計參數(shù)的要求可以較小，因此可達到制造成本的進一步節(jié)約。一個常規(guī)芯軸30，30’經(jīng)常用于如果不是數(shù)百個，也是數(shù)十個磨輪。因此，這樣的芯軸結構笨重，要能承受與其長使用壽命相關的應力和磨損以及開裂。與此相反，本發(fā)明的整體結構決定了在磨料基體消耗完后，芯軸部分150與磨輪110一起廢棄，其使用壽命較短。這樣，可以采用較低成本材料和/或制造方法來制造這些實施方式的磨具，而不會對安全有不利影響?；蛘撸谀ポ啺佳?25中嵌入新的粘合磨料130，就可循環(huán)使用芯軸和磨輪部分(150和110)。
磨具100基本上可以是任何尺寸，取決于要研磨的玻璃的尺寸和形狀。對典型用途，磨具100的磨輪部分110的直徑約為75-250mm。
粘合磨料130可包含基本上任何磨粒材料。常規(guī)磨?？梢允堑幌抻诹６燃s為0.5-500微米，較好約2-300微米，最好約20-200微米的氧化鋁、氧化鈰、氧化硅、碳化硅、氧化鋯-氧化鋁、石榴石、金剛砂。還可以使用超級磨粒，其粒度與常規(guī)磨粒的粒度基本相同。包括但不限于金剛石和立方氮化硅(CBN)。對大多數(shù)玻璃成形的用途，優(yōu)選金剛石超級磨料。邊緣質量往往由金剛石磨粒的粒度決定。提高金剛石磨粒粒度可增加研磨速度并延長磨輪壽命，但以邊緣質量較差為代價。而降低金剛石磨粒粒度會提高邊緣質量，但以降低研磨速度和縮短磨輪壽命為代價。一種用來對汽車玻璃進行鉛筆邊緣化加工的常用超級磨料的粒度分布約在74-88微米范圍(即，包括比U.S.標準篩170目更細，但比U.S標準篩200目更粗的超級磨料)。對進行斜切，常用的超級磨料的粒度分布約在63-74微米范圍(即比U.S標準篩200目更細，但比U.S標準篩230目更粗)。建筑用玻璃通常要求比汽車玻璃更好的光潔度，可以用兩種磨具進行研磨，如用具有粒度在約125-149微米(即比U.S標準篩120目更細，但比U.S.標準篩100目更粗)范圍的超級磨料的粗磨具，隨后用粒度在約44-53微米(即比U.S.標準篩325目更細，但比U.S.標準篩270目更粗)范圍的超級磨料的精細磨具。超級磨料在粘結基體中的濃度可以在寬范圍變化，但對劃線應用，通常在約8-13體積％范圍，對斜切應用，約12-25體積％。提高超級磨料的濃度可延長磨輪壽命，但降低研磨速度。
在制造粘合磨料時常用的基本上任何粘結材料可用于本發(fā)明的磨具。例如，可使用金屬、有機物、樹脂或玻璃質粘結材料(如果需要，與合適的固化劑一起)，金屬粘結材料一般較好。在金屬粘結基體中使用的材料包括但不限于青銅、銅、與鋅合金(黃銅)、鈷、鐵、鎳、銀、鋁、銦、銻、鈦、鎢、鋯，它們的合金，以及它們的混合物。對大多數(shù)玻璃邊緣加工的應用，一般要求添加少量鈷、鐵，和/或鎢的青銅合金。較軟且耐磨損性較低的粘結材料通常用于家具、建筑或器具的玻璃，一般采用相對少量鈷、鐵和/或鎢制成。減少青銅而增多鈷、鐵和/或鎢會增加耐磨損性。汽車玻璃的研磨應用通常采用耐磨損性高的粘結材料，具有相對高含量的鈷、鐵和/或鎢，因此時需要壽命長，以便在完全自動化生產線上盡可能減少更換磨輪，因此縮短成本高的停工時間。
可以用基本上任何的常規(guī)研磨設備來使用本發(fā)明的磨具，如由BYSTRONICMachinen Corporation(Switzerland)，BANDOChemicalIndustries Corporation(Japan)或Glassline Corporation(Perrysburg，Ohio)提供研磨設備。典型的研磨操作中，一般以約2-30m/min速度研磨玻璃。使用工具如氧化鋁研磨棒定期地修整有輪廓的磨料基體，以便保持其研磨速度和磨出的邊緣質量。磨料基體還可以采用常規(guī)工具再加工出輪廓，如用碳化硅磨輪進行成形研磨，或放電加工。
對在此所述的本發(fā)明各方面的變動僅是示例的。應當理解，本領域技術人員能容易地對這些說明性實施方式進行其他的修改。所有這樣的修改和變動都應在權利要求書限定的本發(fā)明范圍和精神之內。
權利要求
1.一種用來成形玻璃片邊緣的磨具，所述磨具包含芯軸；磨輪；所述芯軸和所述磨輪為一整體結構，并有一旋轉軸；在所述磨輪外緣上延伸的凹穴；置于所述凹穴中的粘合磨料；；所述粘合磨料的尺寸和形狀適合于構成輪廓，在所述磨具繞軸旋轉時，使玻璃片的邊緣成形。
2.如權利要求1所述的磨具，其特征在于，所述粘合磨料的尺寸和形狀適合于在使用后再加工出輪廓。
3.如權利要求1所述的磨具，其特征在于，所述芯軸和磨輪由選自鋁合金和鎂合金的材料制成。
4.如權利要求1所述的磨具，其特征在于，所述芯軸和磨輪由鐵合金制成。
5.如權利要求1所述的磨具，其特征在于，所述粘合磨料包含固定在一基體中的超級磨料，所述磨粒選自金剛石和立方氮化硼。
6.如權利要求5所述的磨具，其特征在于，所述超級磨料是金剛石。
7.如權利要求5所述的磨具，其特征在于，所述超級磨料包含粒度分布如下的顆粒大于或等于約2微米，且小于或等于300微米。
8.如權利要求5所述的磨具，其特征在于，所述超級磨料包含粒度分布如下的顆粒大于或等于約20微米，且小于或等于200微米。
9.如權利要求5所述的磨具，其特征在于，所述粘合磨料基材中包含大于或等于約8體積％超級磨料；且小于或等于約25體積％超級磨料。
10.如權利要求5所述的磨具，其特征在于，所述超級磨料分散在金屬粘合基材中。
11.如權利要求10所述的磨具，其特征在于，所述金屬粘合材料是青銅合金。
12.如權利要求10所述的磨具，其特征在于，所述金屬粘合材料包含青銅合金和一種選自鈷、鐵和鎢的材料。
13.如權利要求1所述的磨具，其特征在于，所述粘合磨料包括在其周邊的有輪廓表面。
14.如權利要求13所述的磨具，其特征在于，所述有輪廓表面的形狀為選自U-形、V-形和籃形的形狀。
15.如權利要求1所述的磨具，其特征在于，所述磨輪包含直徑在以下范圍的金剛石大于或等于約75mm；小于或等于約250mm。
16.一種用來成形玻璃片邊緣的磨具，所述磨具包含芯軸；磨輪；所述芯軸和所述磨輪為一整體結構，并有一旋轉軸；在所述磨輪外緣上延伸的支撐部件；置于所述支撐部件中的研磨部件；所述研磨部件的尺寸和形狀適合于構成輪廓，在所述磨具繞軸旋轉時，使玻璃片的邊緣成形。
17.一種用來成形玻璃片邊緣的方法，所述方法包括在研磨設備上安裝一磨具，所述磨具包含芯軸；磨輪；所述芯軸和所述磨輪為一整體結構，并有一旋轉軸；在所述磨輪外緣上延伸的凹穴；置于所述凹穴中的粘合磨料；；所述粘合磨料的尺寸和形狀適合于構成輪廓，在所述磨具繞軸旋轉時，使玻璃片的邊緣成形；使所述磨具繞軸旋轉；將玻璃片的邊緣施加在粘合磨料上。
18.如權利要求17所述的方法，所述方法還包括對粘合磨料進行再加工出輪廓的操作。
19.如權利要求18所述的方法，其特征在于，在所述再加工出輪廓時，磨具保留在研磨設備上。
20.如權利要求18所述的方法，其特征在于，所述再加工出輪廓的操作是成形研磨。
21.如權利要求18所述的方法，其特征在于，所述再形成輪廓的操作是放電加工。
22.一種對磨具的將粘合磨料加工出輪廓的方法，所述方法包括提供一種磨具，所述磨具包括芯軸；磨輪；所述芯軸和所述磨輪為一整體結構，并有一旋轉軸；在所述磨輪外緣上延伸的凹穴；置于所述凹穴中的粘合磨料；所述粘合磨料的尺寸和形狀適合于構成輪廓，在所述磨具繞軸旋轉時，使玻璃片邊緣成形；在粘合磨料體的外表面中加工出輪廓。
23.如權利要求22所述的方法，其特征在于，所述加工是成形研磨。
24.如權利要求22所述的方法，其特征在于，所述加工是放電加工。
全文摘要
提供一種用來成形玻璃邊緣的磨具和方法。所述磨具包括芯軸和與之為整體結構的磨輪，以及一旋轉軸。磨具還包括在所述磨輪外緣上延伸的凹穴，其中置有粘合磨料。粘合磨料的尺寸和形狀適合在使用后再加工出輪廓。本發(fā)明的磨具能提高片形玻璃質量并降低成本。
文檔編號B24D5/16GK1684794SQ03823531
公開日2005年10月19日 申請日期2003年7月14日 優(yōu)先權日2002年8月2日
發(fā)明者J·騰斯托 申請人:圣戈本磨料股份有限公司