專利名稱：用于研磨難熔金屬和難熔金屬合金的系統(tǒng)和方法
技術領域：
本專利申請一般涉及研磨金屬，并且更具體地涉及用于研磨難熔金屬和難熔金屬合金的系統(tǒng)和方法。
背景技術：
外科縫合針通常采用研磨系統(tǒng)制成，該研磨系統(tǒng)具有能夠?qū)⑨樑髁系倪h端研磨成尖頭的磨料顆粒。常規(guī)的外科縫合針一般由非難熔金屬制成的針坯料加工成形。非難熔金屬的例子包括不銹鋼合金，例如，300系列不銹鋼以及420、420F和455不銹鋼。近來，為了提高外科針的強度，已采用難熔金屬合金代替非難熔的金屬。一種優(yōu)選的難熔金屬合金為鎢錸合金。遺憾的是，足以研磨非難熔金屬的常規(guī)研磨系統(tǒng)并不能很好地研磨難熔金屬合金。這需要連續(xù)地更換磨輪，增加了所生產(chǎn)的最終產(chǎn)品的成本和可變性并且減慢了制造過程。良好研磨系統(tǒng)的一種期望特性包括提供一種具有長研磨壽命的磨輪，通?？捎糜谘心ブ辽?0，000根針。然而，當常規(guī)的研磨系統(tǒng)施用于由諸如鎢錸合金的難熔金屬合金制成的針時，據(jù)觀察磨輪的壽命極其短暫(例如，500-8，000根針)。磨輪失效可能是由于研磨材料的“膠粘”和/或“封頂”，被研磨的材料涂覆磨料顆粒，從而削弱了磨料顆粒切割工件的能力。已發(fā)現(xiàn)在研磨過程中添加潤滑劑減少了 “膠粘”和/或“封頂”，這延長了研磨系統(tǒng)的壽命。然而，該方法引入了新的失效模式，通常稱為磨料分解或磨料脫離，導致磨輪壽命減少并且是研磨金屬時的主要問題。用于將磨料顆粒粘結到磨具(例如，磨輪)的粘結材料的厚度通常為磨料顆粒的平均尺寸的約50%。本領域的 技術人員通常認為，粘結材料層的厚度增加超過磨料顆粒尺寸的50%將減少磨輪的壽命，原因是磨料顆粒間用以容納針的磨蝕部分的可用空間較少。因此，本領域的技術人員已避免將粘結材料層的厚度增加超過磨料顆粒的平均尺寸的50%。雖然有上述進展，但是仍需要改善的系統(tǒng)、裝置和方法以用于更經(jīng)濟且有效地研磨金屬物體，例如，由難熔金屬和難熔金屬合金制成的外科針。

發(fā)明內(nèi)容
在一個實施例中，用于有利地研磨由難熔金屬合金制成的外科針的磨具包括具有表面的基底、上覆表面的粘結材料層、以及嵌入粘結材料層內(nèi)的多個磨料顆粒，其中磨料顆粒尺寸相似，并且粘結材料層的厚度為尺寸相似的磨料顆粒的尺寸的約65%。如本文所用，術語“尺寸相似”意指嵌入粘結材料層內(nèi)的基本上所有的或所有的磨料顆粒具有基本上相同的尺寸。在一個實施例中，磨料顆粒的尺寸優(yōu)選使用用于測量顆粒尺寸的歐洲磨料生產(chǎn)商聯(lián)合會(FEPA)和/或美國國家標準協(xié)會(ANSI)建立的國際篩分指南而確定。在一個實施例中，可使用陰影圖，然后取得根據(jù)由每個顆粒形成的陰影所確定的每個單獨顆粒的最長尺寸而測得磨料顆粒的尺寸。磨料顆粒優(yōu)選按尺寸進行分組，使得在磨具上使用的所有顆粒具有相同的尺寸或基本上相同的尺寸。在一個實施例中，基底有利地由諸如不銹鋼的金屬制成。基底可以是具有外邊緣的磨輪，該外邊緣包括表面。在一個實施例中，外邊緣優(yōu)選具有V形溝槽，該V形溝槽能夠容納外科針坯料的末端以便將針坯料研磨成尖頭。在一個實施例中，磨料顆粒可具有落在約20至44微米范圍內(nèi)的尺寸，然而，在任何單個磨具上使用的所有磨料顆粒為基本上相同的尺寸。例如，在一個實施例中，磨料顆粒具有約44微米的相似尺寸。在一個實施例中，所有的磨料顆粒尺寸相似并且具有約20微米的尺寸。在一個實施例中，第一磨具具有約44微米尺寸的尺寸相似的磨料顆粒，而第二磨具具有約20微米尺寸的尺寸相似的磨料顆粒。磨料顆粒可以是ABN600磨料顆粒,諸如由伊利諾斯州惠靈的英格斯公司(Engis Corporation of Wheeling, (Illinois))出售的那些，或由愛爾蘭克萊爾郡的元素六公司(Element Six Ltd., County Clare, (Ireland))出售的那些。粘結材料層有利地為電鍍到磨具基底表面上的鎳合金，并且磨料顆粒嵌入鎳合金層中使得其從鎳合金層突出。在一個實施例中，用于研磨由難熔金屬合金制成的外科針的可旋轉(zhuǎn)磨輪優(yōu)選包括具有研磨表面的可旋轉(zhuǎn)輪、上覆研磨表面的鎳粘結層以及嵌入鎳粘結層內(nèi)的多個磨料顆粒。有利地，磨料顆粒尺寸相似，并且鎳粘結層的厚度為尺寸相似的磨料顆粒的尺寸的約65%。研磨表面可具有圍繞可旋轉(zhuǎn)輪的外邊緣延伸的V形溝槽。外科針可由鎢錸合金制成。鎳粘結層優(yōu)選包含鎳合金，并且磨料顆?？删哂袃?yōu)選落在約20至44微米范圍內(nèi)的尺寸，并且在任何磨具上的所有磨料顆粒具有大約相同的尺寸(例如，所有磨料顆粒具有44微米的厚度)。在一個實施例中，磨輪優(yōu)選包括與可旋轉(zhuǎn)輪連接以用于以每分鐘約10，000表面英尺旋轉(zhuǎn)研磨表面的旋轉(zhuǎn)元件。該磨輪有利地具有能夠在研磨表面和與研磨表面鄰接的外科針的末端之間的界面處分配諸如Azolla ZS46油的潤滑劑的潤滑器。

在一個實施例中，用于研磨由難熔金屬合金制成的外科針的系統(tǒng)優(yōu)選具有包括研磨表面的可旋轉(zhuǎn)輪、上覆研磨表面的粘結材料層、以及嵌入粘結材料層內(nèi)的多個磨料顆粒，其中磨料顆粒尺寸相似，并且粘結材料層的厚度為尺寸相似的磨料顆粒的尺寸的約65%。該系統(tǒng)優(yōu)選包括能夠?qū)櫥瑒┦┯玫窖心ケ砻娴臐櫥b置和與可旋轉(zhuǎn)輪連接以用于旋轉(zhuǎn)研磨表面的旋轉(zhuǎn)元件。在一個實施例中，磨料顆粒包括ABN600磨料顆粒，其具有落在約20至44微米范圍內(nèi)的平均尺寸，并且粘結材料層包括鎳合金。在一個實施例中，鎳合金粘結材料層被電鍍到研磨表面上，并且磨料顆粒從粘結材料層突出。硬度是磨料的關鍵物理特性。ABN600磨料顆粒是稱為立方氮化硼磨料的一類磨料顆粒中的一種。ABN600磨料顆粒是具有良好熱穩(wěn)定性的黑色塊狀高強度磨料顆粒。ABN600磨料顆粒優(yōu)選用于燒結型和電鍍型金屬結合劑中，其中磨料顆粒上的沖擊負載較高，并且也用于需要具有相對負前角的堅固塊狀顆粒的某些其它應用中。ABN600磨料顆粒在使用期間保持了鋒利的切口，同時表現(xiàn)出高硬度、耐磨性、強度和耐熱和耐化學分解性。在一個實施例中，潤滑裝置能夠?qū)櫥瑒┏橛谘心ケ砻婧屯饪漆樀倪h端之間的界面導引。該潤滑劑可以是Azolla ZS46油。在一個實施例中，旋轉(zhuǎn)元件能夠以每分鐘約10，000表面英尺旋轉(zhuǎn)可旋轉(zhuǎn)輪的研磨表面。
在一個優(yōu)選的實施例中，磨輪具有尺寸相似的ABN600磨料顆粒，該磨料顆粒由鎳合金粘結層固定到磨輪的研磨表面，其中粘結層的厚度為尺寸相似的磨料顆粒的尺寸的約65%。在研磨操作期間，研磨表面以每分鐘10，000表面英尺旋轉(zhuǎn)，并且鎢錸針坯料的遠端與研磨表面鄰接以在該遠端處形成尖頭。將潤滑劑朝介于研磨表面和針坯料的遠端之間的界面導引。在一個實施例中,研磨系統(tǒng)包括具有相應磨輪的兩個或更多個研磨工位,所述相應磨輪具有在前面段落中所述的結構。在第一研磨工位處，第一磨輪具有約44微米尺寸的尺寸相似的磨料顆粒，并且粘結材料層的厚度為28.6微米或為磨料顆粒的厚度的65%。在第二研磨工位處，第二磨輪具有約20微米尺寸的尺寸相似的磨料顆粒，并且粘結材料層的厚度為13.0微米或為磨料顆粒的厚度的65%。以下將更詳細地描述本發(fā)明的這些和其它優(yōu)選實施例。


圖1為示出了當常規(guī)的磨輪用于研磨由難熔金屬合金制成的外科針時所獲得結果的圖表。圖2A示出了磨輪的研磨表面上的磨料顆粒。圖2B示出了一些磨料顆粒從粘結材料層脫離后的圖2A的磨輪。

圖3示出了常規(guī)磨輪的表面的截面圖，該常規(guī)磨輪包括具有平均尺寸的磨料顆粒和厚度為磨料顆粒的平均尺寸的50%的粘結材料層。圖4A-4C示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例制備磨輪的方法，其中粘結材料層的厚度為尺寸相似的磨料顆粒的平均尺寸的約65%。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例用于將粘結材料層電鍍在磨輪的研磨表面上的系統(tǒng)。圖6A-6C示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例制備磨輪的方法。圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例用于研磨外科針的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括具有磨料顆粒的第一研磨工位，其中所述磨料顆粒具有第一平均尺寸，以及具有磨料顆粒的第二研磨工位，其中所述磨料顆粒具有第二平均尺寸。圖8A-8C示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例在外科針的遠端處制備尖頭的方法。圖9為比較在失效前不同研磨系統(tǒng)可研磨的針數(shù)量的圖表。
具體實施例方式常規(guī)的磨輪對研磨不銹鋼針是有效的，然而，已發(fā)現(xiàn)當研磨由諸如鎢錸合金的難熔金屬合金制成的外科針時它們就沒那么有效。參見圖1，當使用具有CBN磨料顆粒的磨輪或磨帶研磨難熔金屬合金，其中粘結材料層的厚度為磨料顆粒的平均尺寸的50%，并且在研磨過程中使用少量潤滑劑或不使用潤滑劑時，磨輪或磨具通常在研磨10，000根針之前失效。對具有CBN磨料顆粒的磨輪間歇地使用潤滑劑將使失效前磨輪的壽命從500針增加至4，000針。在許多情況下，磨輪的失效可能是由于磨輪上的磨料顆粒的“膠粘”和/或“封頂”。使用具有CBN磨料顆粒的磨帶將使磨具的壽命增加至約5，000針。使用具有金剛石磨料顆粒的磨輪將使磨輪的壽命增加至約8，000針。
在一些情況下，潤滑劑用于減少“膠粘”和/或“封頂”的發(fā)生，從而延長磨輪的壽命。如本文所用，施加潤滑劑意指施加足夠量的潤滑劑，該足夠的量僅低于將使工件的研磨端轉(zhuǎn)向的量或流量。當磨輪具有ABN300、BZN或ABN600磨料顆粒并且粘結材料層的厚度為磨料顆粒的尺寸的50%時，已發(fā)現(xiàn)使用潤滑劑可使磨輪的壽命延長至約10，000-38，000針之間。如圖1中所示，當使用潤滑劑時，具有ABN600磨料顆粒的磨輪帶來最好的結果并使磨輪壽命增加至約38，000針。然而，這將磨輪失效模式的可能原因轉(zhuǎn)變成磨料脫離。圖2A和2B示出了在進行研磨過程之前和之后的磨輪表面。在圖2A和2B中所示的橫向維度為約1,000微米。圖2A示出了在研磨操作開始之前的磨料顆粒，其中磨料顆粒通過粘結材料層粘結到磨輪的外表面。圖2B示出了一些磨料顆粒從粘結材料層脫離后的磨輪，導致了稱為“磨料脫離”的失效事件。隨著存在的磨料顆粒越少，磨輪對于研磨鄰接研磨表面的金屬針坯料的有效性就越低。圖3示出了現(xiàn)有技術的研磨系統(tǒng)20，其包括研磨坯料22，諸如磨輪坯料，該研磨坯料具有外表面24。使用粘結材料層28將多個磨料顆粒26固定到研磨坯料22的外表面24?？墒褂秒婂兗夹g將粘結材料層28電鍍到外表面24上。多個磨料顆粒26尺寸相似并具有指定為S1的平均尺寸，并且粘結材料層28的厚度T1為磨料顆粒26的平均尺寸S1的約 50%o參見圖4A-4C，在一個實施例中，一種制備用于研磨由諸如鎢錸合金的難熔金屬合金制成的外科針的研磨系統(tǒng)120的方法有利地包括研磨坯料122 (諸如，磨輪坯料)，該研磨坯料具有能夠使磨料顆粒與之粘結的外表面124。在一個實施例中，磨輪坯料122的外表面124限定了磨輪坯料122的研磨表面。磨料坯料122可由諸如不銹鋼的金屬制成。參見圖4B，在一個實施例中，多個磨料顆粒126優(yōu)選設置在研磨坯料122的外表面124上。在一個實施例中，磨料顆粒126可以是施用在研磨坯料122的外表面124上的漿液混合物。磨料顆粒126優(yōu)選尺寸相似并且具有指定為S2的平均尺寸。在一個實施例中，尺寸相似的磨料顆粒的平均尺寸落在約20至44微米的范圍內(nèi)，并且更優(yōu)選為約44微米。在一個實施例中，第一磨輪具 有平均尺寸為約44微米的尺寸相似的磨料顆粒，其中所有磨料顆粒的尺寸相同(即，44微米)，第二磨輪具有尺寸相似的磨料顆粒，其平均尺寸小于第一磨輪上的磨料顆粒的平均尺寸，例如，所有磨料顆粒具有約20微米的尺寸。在一個實施例中，磨料顆粒126為ABN600磨料顆粒,例如由伊利諾斯州惠靈的英格斯公司(Engis Corporationof Wheeling, (Illinois))或由愛爾蘭克萊爾郡的元素六公司(Element Six Ltd.CountyClare, (Ireland))出售的。參見圖4C，在一個實施例中，粘結材料層128形成在磨輪坯料122的外表面124上以將磨料顆粒126粘結到磨輪坯料的外表面。粘結材料層128有利地具有厚度T2,該厚度為磨料顆粒126的平均尺寸S2的約65%。相對于磨料顆粒尺寸的65%的粘結材料層厚度大于相對于常規(guī)磨輪(圖3)上的磨料顆粒尺寸的50%的粘結材料層厚度約30%。在一個實施例中，尺寸相似的磨料顆粒126具有44微米的平均尺寸，并且粘結材料層具有約28.6微米的厚度，其為磨料顆粒的尺寸的65%。在一個實施例中，尺寸相似的磨料顆粒具有約20微米的尺寸，并且粘結材料層具有約13.0微米的厚度，其為磨料顆粒的尺寸的65%。在一個實施例中，諸如通過使用電鍍技術，將粘結材料層電鍍到坯料的外表面上。在一個實施例中，粘結材料層128優(yōu)選為鎳合金材料。
常規(guī)的磨輪使用的粘結材料層厚度不超過嵌入其中的磨料顆粒的平均尺寸的50%?，F(xiàn)有技術阻礙了磨輪的制造和使用，其中粘結材料層的厚度大于磨料顆粒的尺寸的50%，因為磨料顆粒所暴露的表面積較少。本發(fā)明的申請者們發(fā)現(xiàn)，當粘結材料層128的厚度從磨料顆粒尺寸的50%增加至磨料顆粒尺寸的65%時,尤其是當使用ABN600磨料顆粒和潤滑劑時發(fā)生了意外的結果。這一意外的結果就是磨輪的壽命大大增加，使得磨輪能夠在磨輪或磨具失效前研磨更多的由難熔金屬合金制成的外科針。參見圖5,在一個實施例中,通過將還料122置于裝有電鍍液142 (諸如,硫酸鎳溶液)的電鍍槽140中，而將粘結材料層電鍍到圖4A-4C中所述的磨輪坯料122上?？杀皇褂玫暮线m電鍍系統(tǒng)在授予Yamaguchi的美國專利N0.7，731，832中有所公開，其公開內(nèi)容以引用的方式并入本文。電鍍槽140優(yōu)選包括由諸如電動馬達的驅(qū)動源146旋轉(zhuǎn)驅(qū)動的攪拌元件144。將可由鎳制成的金屬棒148部分地浸入電鍍液142中。將磨輪坯料122，諸如具有外表面124的不銹鋼磨輪坯料浸入電鍍液142中。在將磨輪坯料122放置到電鍍槽140中之前，除了外表面124之外，磨輪坯料的選擇部分涂覆有防止鎳電鍍到磨輪坯料122上的遮蓋材料。電鍍系統(tǒng)還優(yōu)選包括用于在金屬棒148和磨輪122之間施加直流電壓的施壓器150。施壓器150優(yōu)選包括直流電壓源152和開/關開關154。在一個實施例中，將多個磨料顆粒(在圖4A-4C中以標號126指示)施用在磨輪122的外表面124上。磨料顆粒有利地尺寸相似。在一個實施例中，磨料顆粒為具有約44微米的相似尺寸的ABN600磨料顆粒。在一個實施例中，磨料顆粒為具有約20微米的相似尺寸的ABN600磨料顆粒。優(yōu)選地將其上施加有磨料顆粒126的磨輪坯料122浸入電鍍液142中。關閉開關154，使得金屬棒148上的鎳可電鍍到磨輪122的外表面124上。因此，磨料顆粒通過鎳粘結層粘結到磨輪122的外表面124。參見圖6A-6C，在一個實施例中，通過提供能夠結合在一起的第一坯料半成品122A和第二坯料半成品122 B而形成磨輪120。第一坯料半成品122A有利地包括內(nèi)表面160A、外表面162A以及在外表面162A和內(nèi)表面160A之間向下傾斜的外邊緣表面124A。第二坯料半成品122B有利地包括內(nèi)表面160B、外表面162B以及在外表面162B和內(nèi)表面160B之間向下傾斜的外邊緣表面124B。在一個實施例中，圖4B和4C中示出的磨料顆粒126沉積在相應的第一坯料半成品和第二坯料半成品122A，122B的傾斜外邊緣124A, 124B上。第一坯料半成品和第二坯料半成品的選擇表面(諸如，外表面162A，162B)可覆蓋有遮蓋材料以防止粘結材料層與之附接。圖6B示出了在兩個坯料半成品被組裝在一起之前的第一坯料半成品和第二坯料半成品122A，122B。在一個實施例中，相應的內(nèi)表面160A，160B彼此相對。第一坯料半成品和第二坯料半成品122A，122B優(yōu)選為圓形，使得傾斜的外邊緣124A，124B共同限定了圍繞第一坯料半成品和第二坯料半成品122A，122B的外周邊延伸的環(huán)形表面。參見圖6C，相對的內(nèi)表面160A，160B可彼此鄰接并且固定在一起，以形成具有圍繞磨輪的外周邊延伸的V形或溝槽式研磨表面170的磨輪120。在一個實施例中，外科針坯料的遠端可與V形或溝槽式研磨表面170鄰接，以研磨外科針的遠端。在一個實施例中，V形或溝槽式研磨表面優(yōu)選具有的形狀與具有遠側尖端的外科針(諸如，本專利申請的圖8C中所示的外科針)的期望輪廓和/或形狀匹配。
參見圖7，在一個實施例中，研磨系統(tǒng)200包括用于研磨多個針坯料174的載體條172，所述多個針坯料具有尾部178呈約90°彎曲的近端176以及能夠鄰接旋轉(zhuǎn)磨輪的研磨表面的遠端180。載體條172有利地由諸如金屬或聚合物的柔性材料制成。在一個實施例中，載體條172具有在共同轉(zhuǎn)讓的美國專利N0.5，539，973中所公開的一個或多個結構，其公開內(nèi)容以引用的方式并入本文。載體條172優(yōu)選能夠容納針坯料174。該載體條有利地包括將針坯料174保持在載體條上的安裝插片182，并使得針坯料174可圍繞其相應的縱向軸線旋轉(zhuǎn)。在一個實施例中，通過將線軸插入每個插片182，然后切割該線以形成不同的針坯料，由此切割針坯料174并將其插入安裝插片182中。插片182可卷曲以將針還料174保持就位。參見圖7，在一個實施例中，用于為外科針研磨尖頭的研磨系統(tǒng)200優(yōu)選包括第一研磨工位202A和第二研磨工位202B。第一研磨工位202A優(yōu)選包括能夠在外科針坯料174的近端176處旋轉(zhuǎn)尾部178的針坯料旋轉(zhuǎn)裝置204。在一個實施例中，針坯料旋轉(zhuǎn)裝置204有利地包括與針坯料旋轉(zhuǎn)裝置204連接的可旋轉(zhuǎn)盤206和安裝在可旋轉(zhuǎn)盤206上的銷208，該銷與尾部178接合以用于在載體條172內(nèi)圍繞其縱向軸線旋轉(zhuǎn)針坯料174。第一研磨工位202A有利地包括具有研磨表面170A的第一磨輪120A，該研磨表面由具有軸222A的馬達220A旋轉(zhuǎn)。該磨料研磨表面170A有利地包括ABN600磨料顆粒，這些磨料顆粒尺寸相似并且具有使用測量粒徑的FEPA/ANSI標準所測定的約44微米的平均尺寸。磨料顆粒由鍍鎳粘結層粘結到研磨表面170A，該鍍鎳粘結層的厚度為44微米磨料顆粒的尺寸的65%。第一研磨工位202A還有利地包括能夠在針坯料174的遠端180和第一磨輪120A的研磨表面170A之間施加潤滑劑的潤滑器230A。在一個實施例中，施加足夠體積或量的潤滑劑，所述體積或量僅低于將使針的遠端從研磨表面轉(zhuǎn)向離開的體積或量。在一個實施例中，潤滑劑優(yōu)選為高性能、耐磨損、熱穩(wěn)定的潤滑油，諸如由新澤西州林登的TotalLubricants USA公司(Total Lubricants USA, Inc., Linden, New Jersey)出售的商品名為Azolla ZS46的潤滑劑。在一個實施例中，馬達220A 旋轉(zhuǎn)磨輪120A，并且針坯料174的遠端180鄰接磨料研磨表面170A以在遠端180處形成尖頭。針坯料在與研磨表面170A鄰接時優(yōu)選圍繞其縱向軸線旋轉(zhuǎn)。同時，潤滑器230A將潤滑劑分配到介于研磨表面170A和針坯料174的遠端180之間的界面上。在一個實施例中，磨輪120A有利地包括V形研磨表面170A，該V形研磨表面包括通過粘結層粘結到研磨表面的磨料顆粒。在一個實施例中，在第一研磨工位202A處的磨料顆粒優(yōu)選具有約44微米的尺寸。粘結材料層優(yōu)選具有接近磨料顆粒的尺寸的65%的厚度。在一個實施例中，研磨系統(tǒng)200優(yōu)選包括第二研磨工位202B，該第二研磨工位具有能夠在外科針坯料174的近端176處旋轉(zhuǎn)尾部178的第二針坯料旋轉(zhuǎn)裝置204B。在一個實施例中，第二針坯料旋轉(zhuǎn)裝置204B包括與第二針坯料旋轉(zhuǎn)裝置204B連接的第二可旋轉(zhuǎn)盤206B和安裝在第二可旋轉(zhuǎn)盤206B上的第二銷208B，該第二銷與尾部178接合以在載體條172內(nèi)圍繞其縱向軸線旋轉(zhuǎn)針坯料174。第二研磨工位202B有利地包括第二磨輪120B，該第二磨輪具有由具有第二軸222B的第二馬達220B旋轉(zhuǎn)的研磨表面170B。磨料研磨表面170B有利地包括通過鍍鎳粘結層粘結到研磨表面170B的平均尺寸為約20微米的ABN600磨料顆粒，該鍍鎳粘結層的厚度為20微米磨料顆粒的尺寸的約65%。第二研磨工位202B還有利地包括能夠在針坯料174的遠端180和第二磨輪160B的研磨表面170B之間施加潤滑劑的第二潤滑器230B。在一個實施例中，第二馬達220B旋轉(zhuǎn)第二磨輪160B，并且針坯料174的遠端180鄰接磨料研磨表面170B以在遠端180處形成尖頭。針坯料優(yōu)選在研磨期間圍繞其縱向軸線旋轉(zhuǎn)。同時，將潤滑劑噴灑到介于研磨表面和針坯料174的遠端180之間的界面上。在一個實施例中，磨輪170B有利地包括V形周邊邊緣170，該V形周邊邊緣包括通過粘結層粘結到磨輪120的磨料顆粒。在第二研磨工位202B處的磨料顆粒優(yōu)選具有約20微米的尺寸。粘結材料層優(yōu)選具有接近磨料顆粒的尺寸的65%的厚度。在一個實施例中，外科針坯料174和可旋轉(zhuǎn)的磨輪120A，120B優(yōu)選在研磨期間相對于彼此移動。當針坯料180通過旋轉(zhuǎn)裝置204A，204B圍繞其縱向軸線旋轉(zhuǎn)時，相應磨輪120A, 120B上的研磨表面170A，170B研磨針坯料174的遠端180。針坯料174的遠端180在第一研磨工位202A處研磨之后，針坯料載體172朝第二研磨工位202B的下游推進。第二研磨工位202B與第一研磨工位202A大致相似，不同的是第二磨輪120B上的磨料顆粒的尺寸。在一個實施例中，第二磨輪120B優(yōu)選具有直徑平均尺寸為約20微米的磨料顆粒。第二磨輪120B上的粘結材料層的厚度優(yōu)選為第二磨輪160B上的磨料顆粒的平均尺寸的約65%，其為約12.4微米。在圖7的實施例中，示出了兩個研磨工位202A和202B。然而，在其它實施例中，可具有更少或更多的研磨工位。例如，在一個實施例中，第一研磨工位可具有磨料顆粒的平均尺寸為約44微米的磨輪，第二研磨工位可具有磨料顆粒的平均尺寸為約36微米的磨輪，以及第三研磨工位可具有磨料顆粒的平均尺寸為約20微米的磨輪。在另一個實施例中，第一研磨工位可具有平均尺寸為約44微米的磨料顆粒、第二研磨工位可具有平均尺寸為約36微米的磨料顆粒，以及第三研磨工位可具有平均尺寸為約20微米的磨料顆粒。在每個工位處的粘結材料層的厚度優(yōu)選為與之相關聯(lián)的磨料顆粒尺寸的65%。

研磨工位上的磨料顆粒優(yōu)選移除外科針坯料遠端處的材料，以在其遠端處形成尖頭。在一個實施例中，第一研磨工位中用于研磨的磨料顆粒通常將較為粗糙，而在第二或后續(xù)研磨工位中的磨料顆粒較為精細。在一個實施例中，針坯料在載體條中可保持固定構型，并且磨輪120A，120B可繞針坯料174的遠端沿軌道移動以形成尖頭。如本文所用，術語“尖頭”被定義為指從最大尺寸逐漸減少為遠側最小尺寸的外科針或針坯料的遠端，其中該遠側端可具有從穿刺點到用于制備外科針或針坯料的線材的原始直徑范圍內(nèi)的多種半徑。參見圖8A，在一個實施例中，將一軸線材切割成多個針坯料174，這些針坯料具有位于與針坯料的縱向軸線基本上垂直的平面內(nèi)的遠端180。參見圖SB，遠端180優(yōu)選與第一研磨工位202A的旋轉(zhuǎn)磨輪120A鄰接(圖7)。參見圖8C，針坯料的遠端180有利地與第二研磨工位202B的第二旋轉(zhuǎn)磨輪120B鄰接(圖7)。在一個實施例中，在第一研磨工位202A和第二研磨工位202B處(圖7)研磨之后，針坯料174的遠端180將具有圖8C中所示的構型。在一個實施例中，溝槽式研磨表面170(圖6C)有利地具有與圖8C中所示的針坯料174的遠端180的最終研磨形狀匹配的形狀和/或輪廓。圖9示出了當使用具有不同磨料顆粒的磨輪和磨具時所獲得的結果。該圖表的第一列示出了磨輪上使用的研磨材料的類型，第二列示出了相對于磨輪上的磨料顆粒的平均尺寸的粘結材料層厚度，第三列指明在研磨過程中是否使用潤滑劑，第四列示出了在磨輪失效前可為多少針坯料研磨合適的尖頭。如本文所用，結合有關是否在研磨過程中使用了潤滑方式的描述，術語“是，間歇噴霧”意指使用間歇的潤滑噴霧冷卻磨輪的研磨表面，并且術語“是”意指以足夠量的潤滑劑浸沒磨具的研磨表面和針的遠端，所述足夠量僅低于將使針轉(zhuǎn)向遠離磨輪的研磨表面的潤滑劑的量。磨輪失效可能是由于多種原因造成的，包括磨料的“膠粘”和/或“封頂”以及磨料脫離。如圖9所示，當通常用于研磨不銹鋼針的常規(guī)磨輪使用在由諸如鎢錸合金的難熔金屬合金制成的針上時，該磨輪的壽命是短暫的。例如，當磨輪和磨帶使用諸如CBN和金剛石的磨料顆粒時，磨輪和磨帶將在研磨8，000根針之前失效。當在研磨期間間歇地使用潤滑劑時，具有CBN磨料顆粒的磨輪在失效前的壽命可從500根針延長至4，000根針。結合具有ABN300、BZN或ABN600磨料顆粒的磨輪使用潤滑劑以研磨由鎢錸合金制成的外科針將使磨輪的壽命延長至約12，000至38，000根針。然而，當將粘結材料層的厚度從磨料顆粒的平均尺寸的50%增加至65%時獲得了意料不到的重要結果。如圖表中所示，當使用具有ABN600磨料顆粒的磨輪和厚度為相對于磨料顆粒尺寸的50%的粘結材料層研磨鎢錸針時，使用潤滑劑將在失效前研磨38，000根針。當使用具有ABN600磨料顆粒的磨輪和厚度為相對于磨料顆粒尺寸的65%的粘結材料層研磨鎢錸針時，使用潤滑劑將在失效前研磨73，000根針。因此，將粘結材料層的厚度從相對于嵌入其中的磨料顆粒尺寸的50%增加至65%將使磨輪在失效前的壽命從38，000根針增加至73，000根針。在一個實施例中，在研磨過程中使用的研磨潤滑劑為AzollaZS46潤滑油。磨料顆粒優(yōu)選為ABN600磨料顆 粒，使用厚度為磨料顆粒的平均尺寸的65%的鍍鎳粘結材料將其電鍍到不銹鋼磨輪坯料上。磨輪優(yōu)選以每分鐘約10，000表面英尺旋轉(zhuǎn)以用于研磨外科針。雖然上述涉及本發(fā)明的實施例，但是在不脫離本發(fā)明的基本范圍的情況下可設計本發(fā)明的其它和更多實施例，這僅受下述權利要求范圍的限制。例如，本發(fā)明設想本文所述的任何實施例中所示或以引用方式并入本文的任何特征可與本文所述的任何其它實施例中所示或以引用方式并入本文的任何特征結合，并且仍然落在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種用于研磨由難熔金屬合金制成的外科針的磨具，包括: 具有表面的基底； 上覆所述表面的粘結材料層； 嵌入所述粘結材料層內(nèi)以從所述表面突出的多個磨料顆粒，其中所述磨料顆粒尺寸相似，并且所述粘結材料層的厚度為所述尺寸相似的磨料顆粒的尺寸的約65%。
2.根據(jù)權利要求1所述的可旋轉(zhuǎn)磨輪，其中所述基底包括具有外邊緣的磨輪，所述外邊緣包括所述表面。
3.根據(jù)權利要求1所述的可旋轉(zhuǎn)磨輪，其中所述基底包含金屬。
4.根據(jù)權利要求2所述的可旋轉(zhuǎn)磨輪，其中所述外邊緣包括能夠容納外科針坯料的末端的溝槽。
5.根據(jù)權利要求1所述的可旋轉(zhuǎn)磨輪，其中所述尺寸相似的磨料顆粒具有在約20至44微米之間的平均尺寸。
6.根據(jù)權利要求5所述的可旋轉(zhuǎn)磨輪，其中所述尺寸相似的磨料顆粒具有約44微米的尺寸。
7.根據(jù)權利要求5所述的可旋轉(zhuǎn)磨輪，其中所述尺寸相似的磨料顆粒具有約20微米的尺寸。
8.根據(jù)權利要求1所述的可旋轉(zhuǎn)磨輪，其中所述磨料顆粒包括ABN600磨料顆粒。
9.根據(jù)權利要求1所述的可旋轉(zhuǎn)磨輪，其中所述粘結材料層包含電鍍到所述表面上的鎳合金。
10.一種用于研磨由難熔金屬合金制成的外科針的可旋轉(zhuǎn)磨輪，包括: 具有研磨表面的可旋轉(zhuǎn)輪； 上覆所述研磨表面的鎳粘結層； 嵌入所述鎳粘結層內(nèi)的多個磨料顆粒，其中所述磨料顆粒尺寸相似，并且所述鎳粘結層的厚度為所述尺寸相似的磨料顆粒的約65%。
11.根據(jù)權利要求10所述的可旋轉(zhuǎn)磨輪，其中所述外科針包含鎢錸合金。
12.根據(jù)權利要求10所述的可旋轉(zhuǎn)磨輪，其中所述鎳粘結層包含鎳合金。
13.根據(jù)權利要求10所述的可旋轉(zhuǎn)磨輪，其中所述磨料顆粒具有約20至44微米的尺寸。
14.根據(jù)權利要求10所述的可旋轉(zhuǎn)磨輪，還包括與所述可旋轉(zhuǎn)輪連接以用于以每分鐘約10，000表面英尺旋轉(zhuǎn)所述研磨表面的旋轉(zhuǎn)元件。
15.根據(jù)權利要求10所述的可旋轉(zhuǎn)磨輪，還包括能夠在所述研磨表面和與所述研磨表面鄰接的所述外科針的末端之間的界面處分配潤滑劑的潤滑器。
16.根據(jù)權利要求10所述的可旋轉(zhuǎn)磨輪，其中所述研磨表面包括圍繞所述可旋轉(zhuǎn)輪的外邊緣延伸的溝槽。
17.一種用于研磨由難熔金屬合金制成的外科針的系統(tǒng)，包括: 具有研磨表面的可旋轉(zhuǎn)輪、上覆所述研磨表面的粘結材料層、以及嵌入所述粘結材料層內(nèi)的多個磨料顆粒，其中所述磨料顆粒尺寸相似，并且所述粘結材料層的厚度為所述尺寸相似的磨料顆粒的約65% ； 能夠?qū)櫥瑒┦┯玫剿鲅心ケ砻娴臐櫥b置；以及與所述可旋轉(zhuǎn)輪連接以用于旋轉(zhuǎn)所述研磨表面的旋轉(zhuǎn)元件。
18.根據(jù)權利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述磨料顆粒包括具有約20至44微米平均尺寸的ABN600磨料顆粒，并且所述粘結材料層包含鎳合金。
19.根據(jù)權利要求18所述的系統(tǒng)，其中將所述鎳合金粘結材料層電鍍到所述研磨表面上，并且所述磨料顆粒從所述粘結材料層突出。
20.根據(jù)權利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述潤滑裝置能夠?qū)⑺鰸櫥瑒┏橛谒鲅心ケ砻婧退鐾饪漆樀倪h端之間的界面導引。
21.根據(jù)權利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述潤滑劑為AzollaZS46潤滑油。
22.根據(jù)權利要求17所述的系統(tǒng)，其中所述旋轉(zhuǎn)元件能夠以每分鐘約10，000表面英尺旋轉(zhuǎn)所述可旋轉(zhuǎn)輪的 所述研磨表面。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于研磨由諸如鎢錸合金的難熔金屬合金制成的外科針(174)的系統(tǒng)(200)，所述系統(tǒng)包括具有研磨表面(170A,170B)的可旋轉(zhuǎn)磨輪(120A,120B)；上覆所述研磨表面(170A,170B)的粘結材料層(128)，例如鎳粘結材料層；以及嵌入所述粘結材料層(128)內(nèi)的多個磨料顆粒(126)，例如ABN600磨料顆粒。所述磨料顆粒(126)尺寸相似，并且所述粘結材料層(128)的厚度為所述尺寸相似的磨料顆粒(126)的尺寸的約65%。所述系統(tǒng)包括能夠?qū)櫥瑒┦┯玫浇橛谒鲅心ケ砻?170A,170B)和針坯料(174)的遠端(180)之間的界面的潤滑裝置(230A,230B)和與所述可旋轉(zhuǎn)輪(120A,120B)連接以用于旋轉(zhuǎn)所述研磨表面(170A,170B)的旋轉(zhuǎn)元件(220A,220B,222A,222B)。
文檔編號B24D3/06GK103249527SQ201180058521
公開日2013年8月14日 申請日期2011年12月2日 優(yōu)先權日2010年12月5日
發(fā)明者M.L.哈米頓 申請人:伊西康公司