專利名稱：用于滾花加工工件的方法和裝置、用該工件模塑制品的方法和所制成的產(chǎn)品的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于滾花加工工件的方法和裝置、一種用滾花加工成的工件模塑成的生產(chǎn)工具以及用該工具制成磨料制品的方法和裝置。
背景技術：
本發(fā)明用于制作一磨料制品，該磨料制品為在一基材上設有一結構磨料層。該磨料層包括精密的磨粒和粘合劑，三維磨料復合體模塑到基材上。
結構磨料為一種磨料制品，其中基材的主表面上具有包括分散在粘合劑中的許多磨粒的磨料復合體。粘合劑起到分散磨粒的介質作用，并且也可將復合體粘到基材上。復合體具有預定的三維形狀，例如錐形。在一種形式下，給定組合物形狀的尺寸可以制成基本上均勻的，并且可分散成預定的排列。預定的排列可以是直線形的或者可以是矩陣形的。
這種結構磨料制品可由一種大致如下的方法制備。含有粘合劑前體和許多磨粒的混合物的漿料施加到生產(chǎn)工具上，該工具具有與磨料復合體最終形狀成相反形狀的模腔。使基材與生產(chǎn)工具的露出表面接觸，這樣漿料濕潤基材的第一主表面以形成中間制品。然后，在中間制品脫離生產(chǎn)工具的露出表面以形成結構磨料制品前粘合劑至少部分固化、硬化或膠化。然后從生產(chǎn)工具上卸下磨料制品并且充分硬化(如果它在先前的步驟中沒有完全硬化)。另外，漿料可施加到基材的第一主表面上，然后生產(chǎn)工具可與基材的第一主表面接觸。復合體的精密特性可產(chǎn)生具有高度一致性的磨料制品。這種一致性還可使其性能極佳。
結構磨料、用于制造這種結構磨料的方法和裝置在1992年10月6日授權的美國專利5,152,917“結構磨料制品”(Pieper等)中有所描述，本文參考了其整篇文獻。在Pieper等的一個實施例中啟示了一種磨料制品，包括粘合到基材上的具有精密造型磨料復合體的磨料制品，其中該復合體包括磨粒和粘合劑。在其它的一些篇章中Pieper等還啟示了一種基本上根據(jù)前述的的制造該結構磨料制品的方法。Pieper等啟示了生產(chǎn)工具可以是帶、片、涂輥、安裝在涂輥上的套筒、或模具，并且較佳工具是涂輥。Pieper等人在一些例子中啟示了通過將熱塑性樹脂模壓到金屬工具上可由原型工具復制出塑料生產(chǎn)工具。這種金屬工具可通過將多個加工成所需構形的金屬部件通過金剛石車削、蝕刻、銑削、組裝成一束而制成，或者由其它機械裝置或者通過電鑄加工而成。
結構磨料和制造其的方法和裝置的其它例子揭示在1995年7月25日授予Spurgeon等的美國專利5,435,816“制造磨料制品的方法”中，本文中參考了其整篇文獻。Spurgeon等的一個實施例中啟示了一種制造磨料制品的方法，該制品包括根據(jù)大致如上所述的方法粘合到基層上精密間隔和定向的磨料復合體。除了其它的工序之外，Spurgeon等人還啟示了一種可根據(jù)如下工序制成的熱塑生產(chǎn)工具。首先提供一種母模工具。該母模工具較佳地由金屬制成，如鎳。該母模工具可由任一種傳統(tǒng)工藝制成，如蝕刻、銑削、滾花、電鑄、金剛石車削、激光加工等。該母模工具在其表面上具有用于生產(chǎn)工具的反圖案。可以用母模工具對熱塑材料進行模壓以形成圖案。在熱塑材料處于可流動狀態(tài)時可進行模壓。在模壓之后，熱塑材料可冷卻。Spurgeon等還啟示了生產(chǎn)工具可由熱固性樹脂或輻射硬化樹脂制成。而Spurgeon等還大致上提及了可用滾花加工母模工具，但他們沒有具體描述、圖示或提出滾花加工母模工具的具體方法。
已知有兩種滾花加工的方法。滾花加工一般由第一滾花加工法來進行，稱為輥滾花或成形滾花。成形滾花通過將工作表面上具有圖案的滾花輪壓在工件上而進行的。滾花輪具有與要賦予工件的圖案相反的圖案。滾花工具工作表面用足夠力壓在工件上以使工件外表面冷成形或加壓成與滾花輪圖案一致的圖形。稱為切削滾花的第二滾花加工法通過使?jié)L花輪相對工件定向而進行，這樣滾花輪通過除去金屬屑而在工件上切割圖案。兩種傳統(tǒng)的滾花加工法都是傳印菱形底的圖案，其中菱形都排列在與圓柱形工件縱軸線垂直的方向上。也已經(jīng)采用傳統(tǒng)的滾花加工法來傳印正方形底圖案，其中正方形各邊與工件縱軸線成45°。與菱形圖案一樣，正方形圖案也排列在與圓柱形工件縱軸線垂直的方向上。這些加工方法一般都用來將一非滑移圖案傳印到工具手柄、機械控制圓形把手或類似物件上。
現(xiàn)參照

圖1-10描述一種已知的傳統(tǒng)切割滾花裝置和方法。如圖1-2所示，滾花工具10用于將一種圖案滾壓到工件30的圓柱形外表面34上。第一滾花輪12和第二滾花輪14都安裝到滾花輪支架16上。如圖3所示的，工具支架16包括一對各自具有第一段20和第二段22的安裝柱。有頭螺釘18插過滾花輪的中心孔并且固定到安裝柱22的第二段上。第一滾花輪12和第二滾花輪14分別繞軸26和軸28自由旋轉。滾花輪支架16具有中心對稱平面24。安裝柱第一段20平行于平面24。安裝柱第二段22與中心平面24成一角度。此角度使第一滾花輪12的轉動軸線26相對中心平面24成角度(a)。角度(a)為垂直于頁面且包含軸線26的平面與垂直于頁面的中心平面24之間的角度。第二滾花輪14的轉動軸線28方向為相對中心平面24成角度(b)。角度(b)為垂直于頁面且包含軸線28的平面和垂直于頁面的中心平面24之間的角度。同樣如圖6所示，安裝柱第二段的方向使第一滾花輪的軸線26向工件30傾斜角度(f1)。角度(f1)為工件表面與第一滾花輪接觸點處相切的第一平面和垂直于頁且包含軸線26的第二平面之間的角度。同樣，第二滾花輪的軸線28如圖8中可見向工件30傾斜角度(f2)。角度(f2)為工件表面與第二滾花輪接觸點處相切的第一平面和垂直于頁和包含軸線28的第二平面之間的角度。
滾花輪12較詳細地示出在圖9和10中。滾花輪12在其外工作表面上有多個齒44。各齒44包括齒脊48、齒凹50和側表面52。滾花輪12還包括主相對表面42(僅顯示一面)。在齒44的側表面52匯合主表面42處形成有一邊緣46。齒44具有齒脊夾角θ。第二滾花輪14的齒44具有與第一滾花輪12相同的構形。
一種典型的滾花工具10為可從美國賓夕法尼亞Bath市的Eagle Rock技術有限公司購得的ZeusTM牌切割滾花工具209號。如圖3所示，此滾花工具10一般具有第一和第二滾花輪12、14，其中齒44的方向平行于各輪軸線26、28。因此，齒具有在輪與工件接觸點測得的夾角(c)，它是角度(a)和(b)的和，并且其中心在中心平面24上。角度(a)和(b)一般各為30°，所以角度(c)為60°。在此結構下，滾花工具10將形成一菱形底滾花圖案，四邊形菱形底具有60°和120°對角。此滾花工具10還構成為可使各安裝柱繞其各自第一段20的縱軸線轉動。此轉動調節(jié)量可根據(jù)工件30的直徑校正。此調節(jié)量將可根據(jù)具體工件來定出角度(a)、(b)、(f1)和(f2)以滾花切割各種尺寸的工件。
已知的切割工具10操作示出在圖1和2中。安裝柱樞轉以根據(jù)工件直徑適當校準而調節(jié)角度(a)、(b)、(f1)和(f2)。工件30可由一種傳統(tǒng)的車床驅動裝置沿方向A轉動。工具10向工件30移動直至在齒44和工件30之間獲得所需的配合。工件30在方向A的轉動可使?jié)L花輪沿相反方向轉動。工具10如本技術領域中所已知的那樣安裝在一適當?shù)墓ぞ唑寗友b置中，并且橫在與工件30縱軸線36平行的方向B上。于是，滾花加工從工件34的第一端32開始，并沿方向B連續(xù)向第二端(未示)進行。因為，齒夾角(c)的二等分線和切割工具10的中心平面24都平行于工件的縱軸線36，所以菱形底滾花圖案排列在垂直于工件30的縱軸線36的方向上。
如上所述，已知滾花工具10能夠在工件上傳印四方形底滾花圖案。這可通過將滾花工具排列成如圖4所示的那樣進行。圖4的滾花工具與圖3所示不同處，僅在于其中的滾花輪12′和14′分別代替了輪12和14。在第一滾花輪12′中，齒44的方向離開輪軸線26為第一齒傾角(d)。在第二滾花輪14′中，齒44離開輪軸線28為第二齒傾角(e)。已知，角度(d)和(e)相對軸線26、28的方向為如圖所示背離中心平面24，或者都朝著中心平面24。因此，由各滾花輪上的齒所形成的夾角(c)等于角度(a)和(d)之和加上角度(b)和(e)之和。采用如上所述的可購得的工具，角度(a)和(b)各自都為30°，角度(d)和(e)各自為15°。這輪12′和14′的齒各自離開中心平面24成45°角。這構成90°夾角(c)，其二等分線平行于中心平面24。圖4的工具10的操作如以上結合圖3工具所述的相同。
由圖4工具傳印的圖案可以是一正方形底圖案，它排列在垂直于工件30的縱軸線36的方向上。此圖案示出在圖13中。滾花圖案將包括從工件表面向外延伸的錐形60。錐形60具有峰尖62、側邊64和側表面66。各錐形的底由基邊68構成。是90°角(c)使基邊68構成一正方形。并且由于角度(c)以平面24為中心，錐形圖案排列成與工件30的縱軸線36垂直。注意地觀察可以看到，相鄰錐形60的峰62a、62b都排列在垂直于工件30的縱軸線36的一直線上。
雖然剛述及的可購得的滾花工具聲稱是切割滾花工具，但本發(fā)明人仔細地觀察，意外地發(fā)現(xiàn)第二切割輪14不能夠通過除去金屬屑來代替冷成形在工件中切成圖案。因而，已知裝置和方法并不能象本文所描述的在滾花加工方法中兩個滾花輪通過去除碎屑來切割金屬那樣起到一確實的切割滾花工具的作用。已知滾花方法的實際操作情況將結合圖5-8來描述。
圖5和6描述了第一滾花輪12相對工件30的方向。為圖示清楚，未示出工具10的其余部分。如圖11中可見，在齒44的脊48和工件表面之間形成有間隙角α。如圖3可見，工件30在方向A的轉動可使第一滾花輪12在運動方向M1上轉動。工件轉動A可分解成兩個向量1)輪運動M1和2)相對工件表面的切向運動T1。切向運動T1平行于工件縱軸線36，并且處于使得齒44先是邊46與工件配合，而形成切割滾花?？梢钥吹竭\動T1的切向向量與sin(a)相等。當角(a)近似零時，切向向量T1近似零，因而滾花齒的切割邊46相對工件表面的運動也近似零。
如圖5所示，工件和第一輪12的相對運動為工件先由各相關的齒44的前邊46配合。圖11是表示這一配合狀態(tài)的局部放大示意圖。此相對運動由箭頭C表示。這是齒側表面52與主表面42相交處的邊46，它起到將材料從工件表面34去除的切割邊作用。傾角β在切割邊46的移動方向上傾斜。這稱為“負傾角”并且不象正傾角那樣有效，其中傾角在離開切割邊移動的方向上傾斜。圖3，5，6和11示出了實際上起到切割滾花作用的第一切割滾花輪12的作用。角度(a)的值足夠大，這樣切向運動T1足以產(chǎn)生切割滾花。
圖7和8示出了第二滾花輪14相對工件30的方向。為清楚起見，工具10的其余部分未示出。如圖12中可見，在齒44的脊48和工件表面之間形成有間隙角α。如圖3所示，工件30在方向A上的轉動可使第二滾花輪14在運動方向M2上轉動。工件轉動A可分解成兩個向量1)輪運動M2；和2)相對工件表面的切向運動T2。切向運動T2平行于工件的縱軸線36，并且在此方向上齒44的邊46不是第一個與工件接觸的部分?？梢姡\動T2的切向向量等于sin(b)。當角度(b)近似零時，切向向量T1近似零。
如圖7可見，工件和第二輪14的相對運動為工件先與齒脊48接觸而不是先與邊46接觸。圖12是表示此接觸的局部放大示意圖。相對運動由箭頭C表示。齒側表面52與主表面42相交處的邊46實際上在相對運動方向之后拖動。因此，工件先由離開邊46的脊48接觸。這可使第二滾花輪14加壓或成形而并非從工件30上切割和去除材料。
因而，可見需要一種確實切割滾花工件的滾花裝置和方法。還需要一種滾花裝置和方法，其中滾花圖案本身在垂直于工件縱軸線的方向不對齊。另外，也需要提供一種工件，它可用于低成本地制作任何所需長度的不間斷生產(chǎn)工具。還需要提供一種具有正傾角的切割滾花輪。
發(fā)明的概述根據(jù)本發(fā)明的一個方面提出了一種滾花加工工件的方法，這樣滾花圖案不是排列在垂直于工件縱軸的方向上。該方法包括以下步驟a)將第一組溝紋傳印到工件上，其中第一組溝紋具有相對垂直于工件縱軸線的參照平面的第一溝紋螺旋角；以及b)將第二組溝紋傳印到該工件上，其中第二組溝紋具有相對所述參照平面的第二溝紋螺旋角，第二組溝紋與第一組溝紋相交，從而將一滾花圖案傳印到工件外表面上，通過該方法傳印的圖案在工件圓周上連續(xù)而不間斷的，并且第一和第二組溝紋螺旋角基本上不同量的。
上述方法可以在工件外表面上形成多個錐形(在其它圖案中)，各錐形包括由第一溝紋構成的第一相對側表面和由第二溝紋構成的第二相對側表面。在一個實施例中，所述錐形是平頭錐形。此方法既包括切割滾花也包括成形滾花。
本發(fā)明另一方面提出了一種通過上述方法成形的滾花加工工件。
本發(fā)明再一個方面提出了一種采用上述方法制成的工件模塑成模塑制品的方法。該模塑成模塑制品的方法包括a)將一種可模塑材料施加到工件外表面上；b)當可模塑材料與工件接觸時，對可模塑材料施加足夠的力而將工件外表面上的圖案的反圖案傳印到與工件接觸的可模塑材料第一表面上；以及c)將可模塑材料從工件上除去。
上述方法可用于制作任何所需長度的模塑制品，其中傳印到模塑制品上的滾花圖案的反圖案在模塑制品長度上是連續(xù)而不間斷的。此方法包括附加步驟d)在步驟a)至c)同時使工件轉動至少一轉，從而模塑長度大于工件圓周的制品，其中傳印到模塑制品上的圖案在其長度上是連續(xù)而不間斷的。
本發(fā)明的再一個方面提出了一種根據(jù)上述方法制成的模塑制品。
本發(fā)明的又一個方面提出了一種滾花加工工件，其中滾花圖案不在與圓柱形工件縱軸垂直的方向上。滾花工件包括具有縱軸線和一圓柱形外表面的圓柱體，所述外表面上具有滾花圖案；其中所述滾花圖案包括第一組溝紋，所述第一組溝紋具有相對垂直于所述工件縱軸線的參照平面的第一溝紋螺旋角；第二組溝紋，所述第二組溝紋具有相對所述參照平面的第二溝紋螺旋角，所述第二組溝紋與所述第一組溝紋相交；以及所述滾花圖案繞所述工件圓周是連續(xù)而不間斷的，所述第一和第二溝紋螺旋角基本上是不同量的。
在一個實施例中，第一和第二溝紋相交在所述工件所述外表面上構成多個錐形，各錐形包括由第一溝紋構成的第一相對側表面和由第二溝紋構成的第二相對側表面。在一個實施例中，所述錐形可是平頭錐形。
還提出了一種采用上述滾花工件模塑成模塑制品的方法，該方法包括a)將一種可模塑材料施加到滾花工件的外表面上；b)當可模塑材料與滾花工件接觸時，對可模塑材料施加足夠的力而將滾花工件外表面上的圖案的反圖案傳印到與滾花工件接觸的可模塑材料第一表面上；以及c)將可模塑材料從滾花工件上除去。
上述方法可用于制作任何所需長度的模塑制品，其中傳印到模塑制品上的滾花圖案在模塑制品長度上是連續(xù)而不間斷的。此方法進一步包括如下步驟d)在步驟a)至c)同時使工件轉動至少一轉，從而模塑長度大于滾花工件圓周的制品，其中傳印到模塑制品上的圖案在其長度上是連續(xù)而不間斷的。這也提供了根據(jù)上述方法制作的模塑制品。
本發(fā)明的其他方面還提出了一種切割滾花加工工件的方法。該方法包括以下步驟a)使工件繞其縱軸線在第一轉動方向轉動，b)使工件與第一滾花輪接觸，其中第一滾花輪包括在滾花輪工件表面上的多個齒，各個齒包括在其第一端上的切割邊，第一滾花輪構形成使工件與齒的切割邊接觸；c)將第一滾花輪在平行于工件縱軸線的方向上來回移動，從而在工件上構成第一組溝紋；
d)使第一滾花輪從工件上脫離；e)使工件在與第一轉動方向相反的第二轉動方向上轉動；f)使工件與第二滾花輪接觸，第二滾花輪包括在滾花輪工作表面上的多個齒，各個齒包括在其第一端上的切割邊，第二滾花輪構形成使工件與齒的切割邊接觸；以及g)將第二滾花輪在平行于工件縱軸線的方向來回移動，從而在工件中形成第二組溝紋，第二組溝紋與第一組溝紋相交，從而將圖案傳印到工件外表面上，其中工件圓周上的圖案是連續(xù)而不間斷的。
本發(fā)明又提出了根據(jù)上述方法制成的工件，用上述方法制成的滾花加工工件模塑成模塑制品的方法。
本發(fā)明還有一個方面提出了用于采用本文所述的模塑制品制作結構磨料制品的方法和裝置，以及這種磨料制品。
附圖的簡述以下結合附圖介紹本發(fā)明，其中幾個圖中相同的結構由相同標號示出，并且其中圖1是用于滾花加工工件的已知裝置和方法的局部示意端視圖；圖2是圖1裝置的頂視圖；圖3是沿圖1中的線3-3所截得的已知滾花工具和二個滾花輪的正視圖；圖4是與圖3類似的圖，示出了已知滾花輪的另一實施例；圖5是第一已知滾花輪以一已知方式接觸工件的視圖，為清楚起見拆除了支架；圖6是沿圖5輪在方向6上的視圖；圖7是第二已知滾花輪以一已知方式接觸工件的視圖，為清楚起見拆除了支架；圖8是沿圖7中滾花輪方向8所截得的視圖；圖9是已知滾花輪的平面圖；圖10是圖9中輪沿線10-10的局部橫截面圖；圖11是以一已知方式使用時第一已知輪接觸工件的放大視圖；圖12是以一已知方式使用時第二已知輪接觸工件的放大視圖；圖13是用已知滾花工具以一已知方式傳印到工件上的圖案平面圖；圖14是根據(jù)本發(fā)明的滾花工具的正視圖；圖15是根據(jù)本發(fā)明的用于滾花加工件的裝置和方法的一個步驟的局部示意端視圖；
圖16是圖15的裝置和工件的頂視圖；圖17是與圖15類似的視圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的方法的第二個步驟；圖18是圖17裝置和工件的頂視圖；圖19是通過本發(fā)明的裝置和方法傳印到工件上的圖案平面圖；圖20是圖19中工件沿線20-20的局部橫截面圖；圖21是根據(jù)本發(fā)明的滾花輪的局部橫截面圖；圖22是圖21中的滾花輪接觸工件的放大視圖；圖23是用于制成本發(fā)明生產(chǎn)工具的裝置和方法的局部示意圖；圖24是圖23的生產(chǎn)工具的平面圖；圖25是用本發(fā)明生產(chǎn)工具制取磨料制品的裝置和方法的局部示意圖；圖26是與圖25類似的視圖，示出了裝置和方法的另一種實施例；圖27是根據(jù)本發(fā)明制得的研磨制品的平面圖；以及圖28是圖27中的研磨制品沿線28-28的橫截面圖。
本發(fā)明的詳細描述本發(fā)明提供了一種用于滾花加工工件的新穎方法和裝置。所制成的工件可用于制造一種改進的生產(chǎn)工具，以用于制造結構研磨制品。當然，本文所述的方法和裝置可用于其它目的的滾花加工工件，并且可用于由并非為本文所述的生產(chǎn)工具的工件來制取制品滾花方法和裝置參見圖14，可見根據(jù)本發(fā)明較佳實施例的滾花工具10。滾花工具10用于將圖案滾花加工到工件30的圓柱形外表面34上。第一滾花輪12′和第二滾花輪14都安裝在滾花輪支架16上。工具支架16包括一對安裝支柱，它們各自具有第一段20和第二段22。帶帽螺釘18插入滾花輪的中心孔并且固定到安裝支柱22的第二段。第一輪12’和第二輪14分別繞軸線26和28自由轉動。滾花輪支架16具有一中心對稱平面24。第一安裝支柱段20平行于該平面24。第二安裝支柱段22與中心平面24成一角度。此結構使第一滾花輪12′的轉動軸線26相對中心平面24成角度(a)。角度(a)為一形成在垂直于頁面并含有軸線26的平面與垂直于頁面的中心平面24之間的角度。第二滾花輪14的轉動軸線28相對中心平面24成角度(b)。角度(b)為垂直于頁面且含有軸線28的平面與垂直于頁面的中心平面24之間的角度。如圖3，6和8所示的已有技術的工具一樣，安裝支柱的第二段的方向使第一滾花輪的軸線26向工件30傾斜成角度(f1)并且使第二滾花輪的軸線28向工件30傾斜成角度(f2)。滾花工具10構形使各安裝支柱繞其各自第一段20的縱軸線轉動。這一轉動調節(jié)量可根據(jù)工件30的直徑校正。此調節(jié)量將使角度(a)、(b)、(f1)和(f2)向特定的工件定向以適應切割滾花各種尺寸的工件。
如圖9和10所示，各滾花輪沿其外工作表面有多個齒44。齒44包括齒脊48、齒谷50和側表面52。各滾花輪還包括主相對表面42(僅示出一個)。在齒44的側表面52與主表面42交匯處，形成邊46。齒具有脊夾角θ。
一種較佳的工具支架16為從美國賓夕法尼亞Bath市的Eagle Rock技術有限公司購得的ZeusTM牌切割滾花工具第209號。角度(a)和(b)一般各自為30°，所形成的角度(c)為60°。如上所述，此滾花工具10一般以已知方式配置第一和第二滾花輪，其中齒44都平行于各自的輪軸線26、28，或者各輪上的齒都等量地偏離軸線26、28。因此，當工具10以已知方式提供時，齒具有中心在中心平面24上的夾角(c)。此結構可在工件縱軸線36垂直的方向上如上所述地排列滾花圖案。在某些情況下，此結構適用于本發(fā)明。
另外，如圖14所示的，本發(fā)明提供了一種滾花工具10，其中第一滾花輪12′和第二滾花輪14都具有不同傾角(d)和(e)的齒圖案。例如，圖示的輪12′具有相對輪軸線26的第一輪齒傾角(d)，圖示的輪14上具有與輪軸線28對齊的齒，這樣使第二輪齒傾角(e)為0°。于是，在齒之間所形成的夾角(c)是角度(a)和角度(d)加上角度(b)之和。這使角度(c)的二等分線與中心平面24不平行而成角度(g)(圖示的，以與中心平面24平行的平面24′為基準)?？梢?，角度(g)等于角度(d)的二分之一。偏離角(g)使?jié)L花圖案不在與工件縱軸36垂直的方向上，而是相對垂直縱軸36的方向成螺旋角(h)，下文中將詳細描述。
在一種較佳的結構中，第一輪角度和第二輪角度(a)和(b)各自為30°，第一輪齒傾角(d)為30°，第二輪齒傾角(e)為0°。這可提供一切割齒夾角(c)90°，而它將正方形底面滾花圖案傳印到工件上。此結構也可提供一偏離中心平面24的15°夾角(g)。這可將滾花圖案上的螺旋角(h)傳印到工件30上，最好見圖19?？梢缘弥X夾角(c)的偏離角(g)可與工件上的錐形螺旋角(h)相等。然而，本發(fā)明人觀察得知，工件上的螺旋角(h)大致與齒偏離角(g)相等，而一般略小于齒偏角(g)。可以相信，非零的角(f1)和(f2)的作用產(chǎn)生了角度(g)和(h)之間的小差值。
其它一些結構也是可能的。輪軸線角度(a)和(b)可以是任何所需的、足夠大的角度以保持上述的切割滾花，并且可以與另一個相等或不等。任一個、兩個或沒有一個滾花輪可以具有齒傾角(d)，(e)。為了在滾花圖案上提供非零螺旋角(h)，必需對齒夾角(c)提供略偏角(g)。這可通過適當選擇軸線角(a)和(b)與所要求的齒傾偏角(d)和(e)的組合來實現(xiàn)。如果角度(a)和(b)是相同的，那么輪12和14上的齒傾角必須不同。如果齒傾角相等，必須提供不同的輪角(a)和(b)。如果提供不同的輪角(a)和(b)，輪齒傾角(d)和(e)可以是相同的，或者不同，只要它們不使輪角(a)和(b)的差變負就可。同樣，將可認識到，通過具有定中心在平面24上且沒有偏角(g)的滾花齒夾角(c)的整個工具10相對工件30的縱軸線36轉動可向滾花圖案提供螺旋角(h)。
對于正方形底滾花圖案而言，必須選擇輪角(a)和(b)、齒傾角(d)和(e)以提供90°的齒夾角(c)。對于任何所需夾角的菱形底滾花圖案而言可通過選擇輪角度和齒傾角來提供非90°的角度(c)。例如，如上所述的，60°的夾角(c)將傳印滾花圖案，其中菱形底具有對角60°和120°對角。
本發(fā)明中可采用的其它可購得的工具支架包括(但不限于)由美國德克薩斯州East bernard市Dorian Tool國際公司購得的CNC-107-100工具。
根據(jù)本發(fā)明的滾花加工工件的較佳方法示出在圖15-18中。如圖15所示，切割工具10首先僅具有第一滾花輪12′，而沒有第二滾花輪。工件30繞其縱軸線36在方向A轉動。工具10然后移向工件30直至在滾花輪和工件之間獲得所需的接觸。工件在方向A的轉動使第一滾花輪作相反方向轉動。如圖16所示，工具10在平行于工件的軸36的方向B上，從第一端32處開始來回移動。第一輪12′上的齒44然后在工件外表面34中形成第一螺旋溝紋圖案。滾花齒的切割邊46與工件的接觸示出在圖11中。如結合3所介紹的，工件30的轉動在方向M1上驅動滾花輪，具有相對工件表面的切向運動向量T1，而使?jié)L花齒44的邊46先接觸工件30。這可使輪12′在按圖15和16所述的那樣使用時切割滾花。對于較小的間隙角α和傾角β而言，切割在工件中的第一組溝紋的溝紋角大致等于滾花齒的脊夾角θ。工件中的螺旋溝紋將具有與切割輪齒谷50對應的第一脊38。溝紋還具有與第一輪齒脊48對應的第一谷40。第一溝紋的螺旋角基本上等于第一輪角(a)和齒傾角(d)之和。第一溝紋螺旋角G1示于圖16中，當從與工件縱軸36垂直的參照系R為逆時針轉時測得為正的角度G1。螺旋角G1的值和本文所涉及的所有螺旋角定義如下。先測得螺距為螺旋在一次旋轉中前進的距離。然后把螺旋角定義為由π的反正切乘以螺旋直徑除以螺距。圖中所示的螺旋角已經(jīng)略作簡化，并且標示出來。在一較佳實施例中，工具支架16構形成具有30°的第一輪角(a)和30°的第一輪齒傾角(d)，這樣第一溝紋將具有基本上等于60°的螺旋角G1。間隙角α、以及工件30和使邊46切割接觸的第一滾花輪12′之間的相對運動方向主要由轉動方向A決定，而并非由方向B的較小橫向來回移動速度決定。因此，也可以使工具10從工件30的第二端到第一端32的方向上作橫向來回移動，以切割滾花第一螺旋溝紋圖案。
在形成第一溝紋之后，移去第一輪12′，并且如圖17所示地將第二輪14安裝到支架16上。工件30現(xiàn)在與第一輪12′中出現(xiàn)的方向或相反的方向A′上轉動。工具10然后移向工件30直到在第二滾花輪14和工件之間獲得所需的接觸。工件在方向A′上的轉動使第二滾花輪在相反方向上轉動。如圖18所示，工具10在平行于工件的軸36的方向B上作橫向來回移動，這從第一端32處開始。然后第二輪14的齒44在工件外表面34上形成第二螺旋溝紋圖案。這些溝紋與第一溝紋交叉。在圖11中可見滾花齒的切割邊46與工件的接觸。再參見圖3所述使用傳統(tǒng)方式時的輪14，可見切向運動T2使輪形成滾花而并非形成使用傳統(tǒng)方式時的切割滾花。然而，當工件在根據(jù)本發(fā)明方向A′上轉動時，工件的轉動動可使第二輪在與如圖3所示的已知方式中方向相反的方向M2上轉動。這一相反的輪運動向量M2具有相對工件表面且平行于處于導致使齒邊46先接觸工件方向的縱軸36的切向向量T2，從而使輪14當根據(jù)本發(fā)明使用時進行切割滾花。這可使第一和第二滾花輪兩者都進行切割滾花。如上所述，對于較小的間隙角α和傾角β而言，在工件中切成的溝紋的角度大致等于滾花齒的脊夾角。工件中的第二螺旋溝紋將具有與切割輪齒谷50對應的第二脊38′。第二溝紋也具有與第一輪齒脊48對應的第二谷40′。第二溝紋的螺旋角基本上等于第二輪角(b)和第二輪齒傾角(e)之和。在圖18中，當從參照系R順時針轉時測得第二溝紋螺旋角G2為正。在一個較佳實施例中，工具支架16構形成具有30°的第二輪角(b)和0°的第二輪齒傾角(e)。然后第二溝紋將垂直于第一溝紋，而在工件30上構成正方形基底的滾花圖案。當使用第一切割輪時，間隙角α以及工件30和使邊46切割接觸的第二滾花輪14之間的相對運動的方向主要由轉動方向A’決定，而不是由方向B的較小橫向來回移動速率決定。因此，可以將工具10從工件30的第二端到向第一端32的方向上作橫向來回移動，以切割滾花第二螺旋溝紋圖案。
采用上述裝置和方法進行確實切割滾花的能力與成形滾花相比具有以下優(yōu)點。切割滾花可將滾花圖案傳印在比適用成形滾花的更硬的工件上，使得工件30可采用更硬的、更耐腐蝕的材料。另外，通過工具支架將比采用成形滾花施加更小的力到工件上就可進行切割滾花，這使得制造簡單，并且可減小工具支架和工件的磨損和變形。切割滾花也不會象成形滾花那樣增加工件30的外徑。而且，切割滾花可比成形滾花在工件中產(chǎn)生較好構成的溝紋，而能夠較好地控制錐形60的尺寸和構形。同樣，切割滾花能夠方便地形成除了已描述的V形溝紋之外的其他溝紋幾何形狀，而成形滾花不適用于制取需要通過對工件中的大量材料加壓或冷成形溝紋幾何形狀。
可選擇工件的轉動速率、滾花工具的前進速率和切割深度來制取所需的產(chǎn)品。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)以下參數(shù)是有用的，但本發(fā)明并不由此而受到限制工件轉速為50至100轉/分鐘；工件每次旋轉的工具進程為0.13-0.25毫米(0.005-0.010英寸)；以及滾花溝紋深度為0.25-0.91毫米(0.010-0.036英寸)。采用滾花工具可以在一次走刀內獲得溝紋的整個所需深度，或者進行增加深度的多次走刀直到獲得所需的溝紋深。而且，要求第一和第二溝紋具有相同深度，這通過上述方法可方便地獲得，其中一次使用一個滾花輪。如本技術領域中眾所周知的那樣，在向工件引入適當?shù)臐櫥瑒?冷卻液的情況下可較佳地進行滾花。
由上述方法和裝置所制成的滾花圖案示出在圖19中。該滾花圖案包括多個從工件60上突出的錐形60。錐形各自包括峰62、從峰伸出的側邊64、基邊68、以及由側邊和基邊為界的側表面66。當切割工具10構形成具有齒夾角(c)、且其二等線與中心平面24不平行而成角度(g)時，這可傳印與圖19中所示的滾花圖案上的角度(g)大致相等的螺旋角(h)。即，螺旋角(h)斜角的(不是0°或90°)，這與先前排列在處于與工件縱軸線垂直方向的工件圓周上。這在圖20中示出了錐形60的橫截面。第一組溝紋具有與具有溝紋邊66b的第二組溝紋相交的溝紋邊66a。兩組溝紋的相交從而構成錐形60。各錐形具有由相鄰的第一溝紋構成的一對相對側邊66a和由相鄰第二溝紋構成的一對相對的側邊66b?？梢?，由滾花齒40切割的溝紋具有的角θ大致上與用于較小間隙角α和傾角β的滾花齒脊夾角θ相等。然后，錐形峰將具有夾角φ，它與角θ相等。在一較佳實施例中，滾花輪齒角θ為90°，從而錐形峰夾角φ為90°。可采用非90°的齒角來傳印非90°的錐形峰夾角φ。
本文中所示出的滾花圖案具有匯聚在點62處的錐形峰。這發(fā)生在當切割輪齒44的整個齒深都與工件接觸時，使工件的整個范圍都與邊46接觸，即從脊48至谷50。根據(jù)本發(fā)明也可得到其它圖案。例如，平頭錐形、即錐形具有平頂而并非是尖峰62，這可通過使?jié)L花齒44僅部分深度接觸而制成。通過使齒44接觸部分深度，邊46不會接觸到齒谷50的整個范圍。這可使工件30的部分外表面34保留其原來的未滾花狀態(tài)，從而產(chǎn)生平頂錐形60。采用在齒44之間具有平或彎曲齒谷50、或者在48處為邊脊之外的平的或其它構形的齒44也可獲得平頂錐形。
具有非零螺旋角(h)的滾花圖案也可根據(jù)本發(fā)明采用成形滾花加工來獲得。在這種結構中，滾花工具10和滾花輪12、14構成邊46沒有足夠大的相對工件30的切向運動向量T1或T2。因而，除了用齒邊46切割外，滾花圖案由齒脊48壓印或成形。為了成形或壓印具有螺旋角(h)的滾花圖案，可如文所述的選擇角度(a)、(b)、(d)和(e)，這樣齒夾角(c)的二等分線不與中心平面24平行，從而產(chǎn)生偏離角(g)。
根據(jù)本發(fā)明的滾花輪12的另一實施例示于圖21中。在此實施例中，滾花輪的主表面42在54處沉割。所示的凹陷54為繞輪12的圓周延伸的彎曲表面。凹陷可產(chǎn)生如圖22所示的改進傾角β。凹陷54可代之以平坦的或任何其它構形以產(chǎn)生零或正傾角。凹陷54較佳地沿一個方向延伸到脊48處，并且從脊48向內伸得足夠深以改進邊46和主表面42的切割特性，并且最好至少向內伸到齒谷50。零或正傾角β與上述相對于已知切割輪的負傾角相比可產(chǎn)生更有效的切割，并且也可減少工件毛刺。
雖然本文所示的滾花輪44在48處形成脊、并在50處形成谷，但本發(fā)明也可采用其它有利構形的滾花輪。例如，除了在采用直線或直邊的脊48和谷50之外，也可代之以用包括平表面、圓表面或其它構形的脊48或谷50。同樣，除了平面外，齒側表面52可以是彎曲的或其它構形的。這些其它齒形較好地適用于切割滾花，而并非是成形滾花，但某些構形在一些情況下可用于成形滾花。
模塑制品在圖23中示出了采用工件或主工具30制造模塑制品、如生產(chǎn)工具的較佳方法。生產(chǎn)工具82通過在工位100向主工具30的滾花外表面34擠壓一種可模塑的材料、較佳地為熱塑性材料而制成。熱塑材料在壓輥102處被壓在表面34上。生產(chǎn)工具82然后從主工具30剝離并且繞到卷筒106上。在此方式中，可獲得任何所需長度的生產(chǎn)工具82。模塑表面86將具有在主工具30滾花加工外表面34上圖案的反圖案。當傳印到主工具30外表面34上的圖案是最終所制得的結構磨料制品(或其它所需制品)的正圖案時，模塑表面86上的圖案將是最終制品圖案的反圖案。如圖24所示，生產(chǎn)工具模塑表面86包括多個錐形凹溝紋88，它們都是主工具30上的錐形60的反形。錐形凹溝紋包括底頂90、側邊92、側表面94和上邊96。當主工具30具有帶螺旋角(h)的滾花圖案時，在模塑制品中的錐形凹溝紋圖案將具有相對于相等數(shù)量制品的縱軸線的角度(h)，并且與主工具上的角度(h)方向相反。后表面84是較平坦和光滑的。生產(chǎn)工具82可以是所需的最終制成品，在此情況下，主工具30的外表面34上的圖案將是生產(chǎn)工具82上所需最終圖案的負圖案或反圖案。
可用于構成生產(chǎn)工具82的熱塑材料包括聚酯、聚碳酸酯、聚(醚砜)、聚乙烯、聚丙烯、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚氨基甲酸酯、聚酰胺、聚氯乙烯、聚烯烴、聚苯乙烯或其組合物。熱塑材料可包括添加劑、如增塑劑、自由基清除劑或穩(wěn)定劑、熱穩(wěn)定劑、抗氧化劑、紫外線輻射吸收劑、干燥劑、涂料、顏料和其它加工助劑。這些材料基本上較佳地透過紫外線和可見光。
因為工件、主工具30繞其圓周具有連續(xù)的、不間斷的滾花圖案，所以可以低成本地模塑成在方向D的任何所需長度的生產(chǎn)工具，而不在模塑圖案上產(chǎn)生接縫或間斷。這可便于生產(chǎn)任何長度的、具有不間斷結構磨料復合體圖案的結構磨料制品。這種結構磨料制品與其它的由于生產(chǎn)工具中的接縫而在圖案中有接縫或間斷的結構磨料制品相比，脫殼或剝層的可能性很小。
生產(chǎn)工具82也可由通過采用滾花主工具30對可模塑材料壓花而制成。這可在所需的力和溫度下進行以將具有反滾花圖案的生產(chǎn)工具的模塑表面86傳印到工件上。這一工藝可用單層或多層生產(chǎn)工具82。例如，在多層生產(chǎn)工具中，模塑表面86可包括適用于模塑成所需圖案的材料，而后表面84可包括一種適宜的牢固或耐久材料以適應生產(chǎn)工具82使用時所遇到的情況。
生產(chǎn)工具82也可由硬化熱固性樹脂制成。由熱固性材料制成的生產(chǎn)工具可根據(jù)以下程序制成。一種未硬化的熱固性樹脂施加到主工具30上。當未硬化的樹脂在主工具表面上時，可通過加熱而硬化或聚合，這樣它將固定以具有主工具表面圖案的反形狀。然后，從主工具表面去除硬化的熱固性樹脂。生產(chǎn)工具可由硬化的輻射固化樹脂制成，諸如，丙烯酸化的氨基甲酸酯低聚物。輻射固化的生產(chǎn)工具以與由熱固性樹脂制得的生產(chǎn)工具的相同方式制成，所不同的是通過輻射、例如紫外線輻射來固化。
雖然本文所述的本發(fā)明方法和裝置特別適用于制造結構磨料，但本發(fā)明并不由此而受到限制。例如，所述的本發(fā)明的滾花方法和裝置可用于其本身即為最終制品的工件30，而不是用于后續(xù)加工的主工具。另外，當工件是主工具時，其用途不限于在后續(xù)加工中用于制造生產(chǎn)工具。即，由滾花工件模塑成的模塑制品其本身可是最終制成品。而且，滾花工件30可用作制成磨料或其它制品的輪轉凹版印刷的涂布器。
制造結構磨料制品的方法制作磨料涂層的第一步是制備磨料漿。磨料漿通過任何合適的混合技術將粘合劑前體、磨粒和任選的添加劑混合在一起?；旌霞夹g例如包括低剪切和高剪切混合，而高剪切混合是較佳的。也可將超聲波能與混合步驟一起使用以降低磨料漿的粘性。一般地，磨粒都是逐漸加入粘合劑前體中。通過在混合步驟中抽真空而使磨料漿中的氣泡量最少。在一些情況下，根據(jù)需要，較佳的是將磨料漿加熱到一定溫度以降低其粘性。例如，磨料漿可加熱到約30℃至70℃。然而，磨料漿的溫度應選擇成不會對其所施于的基材產(chǎn)生有害的影響。重要的是，磨料漿具有可很好涂布的流變性，并且其中磨粒和其它填充物不會沉淀。
制作本發(fā)明的磨料涂層可有兩種主要方法。第一種方法大體上會產(chǎn)生一種具有精密形狀的磨料復合體。為了獲得精密形狀，粘合劑前體至少是部分固化或膠化，而磨料漿存在于生產(chǎn)工具的腔室中。第二種方法大體上會產(chǎn)生一種具有非精密形狀的磨料復合體。在第二種方法中，磨料漿涂布在生產(chǎn)工具的腔內以產(chǎn)生磨料復合體。然而，磨料漿在粘合劑前體硬化或固化之前從生產(chǎn)工具上去除。接著，粘合劑前體硬化或固化。由于粘合劑前體未硬化，而在生產(chǎn)工具的腔室中可發(fā)生磨料漿流動和使磨料復合體變形。
就這兩種方法而言，如果采用熱固性粘合劑前體，根據(jù)粘合劑前體的化學性能，能源可以是熱能或輻射能。就這兩種方法而言，如果采用熱塑性粘合劑前體，熱塑性材料冷卻，這樣它可固化并且形成磨料復合體。
圖25示意地示出了用于制作磨料制品的方法和裝置110。一種由上述工藝制成的生產(chǎn)工具82呈帶狀，它具有模塑表面86、后表面84和兩端。具有第一主表面113和第二主表面114的基材112離開一未卷繞工位115。同時，生產(chǎn)工具82離開未卷繞工位116。生產(chǎn)工具82的模塑或接觸表面86在涂布工位118處用磨粒和粘合劑前體混合物涂布。在涂布步驟之前，該混合物可加熱以降低其粘性。涂布工位118可包括任何一種傳統(tǒng)的涂覆裝置，如刮刀涂布裝置、下落口模式涂布裝置、簾流涂覆裝置、真空口模式涂布裝置或擠塑口模式涂布裝置。在對生產(chǎn)工具82模塑表面86進行涂布之后，基材112和生產(chǎn)工具82匯集在一起，這樣混合物濕潤基材112的第一主表面113。在圖25中，混合物通過接觸壓輥120施壓而與基材112接觸，它也使生產(chǎn)工具/混合物/背層壓靠在一支撐鼓122上。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)用壓輥施加45磅的力是有利的，但可根據(jù)本技術領域中眾所周知的幾個因素來選擇實際的力。接著，由輻射源124透射過生產(chǎn)工具82的背面84足夠劑量的能源、較佳的為輻射能，并透射入混合物內以使粘合劑前體至少部分硬化，從而形成成形的可加工的結構126。生產(chǎn)工具82然后從成形的可加工的結構126上分離。生產(chǎn)工具82從成形的可加工的結構126上分離發(fā)生在輥127處。適用于生產(chǎn)工具82的材料的例子包括聚碳酸酯、聚酯、聚丙烯和聚乙烯。在一些由熱塑性材料制成的生產(chǎn)工具中，用于制作磨料制品的操作條件應設定成不會發(fā)生過熱。如果產(chǎn)生過熱，這會使熱塑性工具變形或熔化。某些情況下，紫外光可產(chǎn)生熱量。輥127可以是足夠尺寸和溫度的冷卻輥以冷卻所需的生產(chǎn)工具。生產(chǎn)工具的接觸表面或模塑表面86可含有剝離涂層，以使磨料制品更容易從生產(chǎn)工具上脫離。這種剝離涂層的例子包括硅樹脂和合氟的化合物。成形的可加工的結構126和生產(chǎn)工具82之間的角度γ在傳過輥127之后最好馬上變陡，例如超過30°，以促成成形的可加工的結構126從生產(chǎn)工具82上徹底分離。
生產(chǎn)工具82再繞在卷筒128上，這樣可再利用。成形的可加工的結構126繞在卷筒130上。如果粘合劑前體還沒有充分硬化，然后通過暴露在附加的能源、如熱源或另一輻射源中可充分地硬化，以形成涂布的磨料制品。另外，不需要另外使用的能源也可充分硬化，導致最終形成涂布的磨料制品。如本文所采用的，“充分硬化”一詞以及類似用語都意味著粘合劑前體充分硬化，這樣所制成的產(chǎn)品將起到磨料制品、例如涂布磨料制品的作用。
當磨料制品制成之后，在轉變之前它能折曲和/或濕潤。在使用之前，磨料制品可轉變成任何所需的形式，如錐形、環(huán)形帶、片、盤等。
圖26示出了用于制備一種磨料制品的另一種方法的裝置140、在此裝置中，生產(chǎn)工具82是具有接觸或模塑表面86和背面84的環(huán)狀帶。具有第一主表面143和第二主表面141的基材142離開退繞工位145。生產(chǎn)工具的模塑表面86在涂布工位146處由磨粒和粘合劑前體混合物涂布?；旌衔锿ㄟ^接觸壓輥48壓在基材142的第一表面143上，接觸壓輥148它也使生產(chǎn)工具/混合物/背層壓靠在支撐鼓150上，這樣混合物濕潤基材142的第一主表面143。生產(chǎn)工具82經(jīng)過三個轉動卷筒152、154和156。然后，能源(較佳地為輻射源)透射過生產(chǎn)工具82的背面84，并透射入混合物內以使粘合劑前體至少部分硬化，這兒可以有一種輻射源158。也可以有第二輻射源160。這些能源可以是同類型的或者是不同類型的。在粘合劑前體至少部分硬化后，從生產(chǎn)工具82上分離成形的可加工的結構162，并且繞在卷筒164上。生產(chǎn)工具82從成形的可加工的結構162上分離發(fā)生在輥165處。成形的可加工的結構162和生產(chǎn)工具82之間的角度γ在傳過輥165之后最好馬上變陡，例如超過30°以促成成形的可加工的結構126從生產(chǎn)工具82上徹底分離。多個輥中的一個、例如輥152可以是足夠尺寸和溫度的冷卻輥以冷卻所需的生產(chǎn)工具82。如果粘合劑前體還沒有充分硬化，則通過暴露在附加的能源、如熱源或另一輻射源中可充分地硬化，以形成涂布的磨料制品。此外，不需要另外使用能源也可充分硬化導致最終形成涂布的磨料制品。
當磨料制品制成之后，在轉變之前它能折曲和/或濕潤。在使用之前，磨料制品可轉變成任何所需的形式，如錐形、環(huán)形帶、片、盤等。
在另一實施例中，生產(chǎn)工具接觸表面和背部的前表面之間經(jīng)常需要完全充滿磨粒和粘合劑前體的混合物。同樣在另一實施例中，可能將漿料施于基材112上并且使?jié){料與生產(chǎn)工具接觸，而不是將漿料涂布在生產(chǎn)工具內并使?jié){料與基材接觸。
在此實施例的一種較佳方法中，輻射能透射過生產(chǎn)工具82并直接進入混合物。較佳的是，制成生產(chǎn)工具82的材料不會吸收大量的輻射能或不會被輻射能所降解。例如，如果采用電子束能，較佳的是生產(chǎn)工具不用纖維素材料制成，因為電子將會降解纖維素。如果采用紫外線輻射或可見光輻射，生產(chǎn)工具的材料應當分別透射足夠的紫外光或可見光輻射而產(chǎn)生所需的硬化程度。另外，復合體粘合其上的基材112可使輻射能透射其中。當輻射透射過工具時，可采用會吸收輻射能的基材，因為輻射能不需要透射過基材。
生產(chǎn)工具82應在足以避免由輻射源降解的速度下操作。具有較高的抗輻射源降解的生產(chǎn)工具可在較低速度下操作；具有較低抗輻射源降解的生產(chǎn)工具可在較高速度下操作?？傊?，生產(chǎn)工具的適當速度取決于制成生產(chǎn)工具的材料。復合體磨料粘合其上的基材應在與生產(chǎn)工具相同的速度下操作。速度連同其它參數(shù)。例如溫度和張力一起應選擇成不會對基材或生產(chǎn)工具產(chǎn)生有害影響。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)基材速度在15至76米/分(50至250英尺/分)之間是有利的，然而在本發(fā)明范圍內也可采用其它速度。
根據(jù)上述方法制取磨料制品200的較佳實施例示于圖27和28中。磨料制品200包括具有第一主表面113和第二主表面114的基材112。結構磨料復合體212粘合到基材112的第一主表面113上。復合體212包括分散在粘合劑214中的磨粒213。表面215構成如上所述的復合體212的精密形狀。如圖28所示的，復合體212可在其基部處緊貼在另一復合體上。復合體212的構形將基本上與工件30上錐形60的構形相符，并且將基本是生產(chǎn)工具82上錐形凹溝紋88的反形。當主工具30上的滾花圖案具有螺旋角(h)時，磨料制品將具有排列在圖案中的磨料復合體，并具有相對磨料制品縱軸線的角度(h)。這可提供避免由于被磨料制品200研磨而對表面產(chǎn)生“劃痕”的功能。當磨料復合體212排列成較嚴重地研磨沿著復合體圖案中的復合體212峰線的表面時會發(fā)生劃痕。對于有足夠大的角度(h)而言，可避免由于被磨料制品200研磨而在表面上產(chǎn)生劃痕。
能源當磨料漿包括熱固性粘合劑前體時，粘合劑前體被硬化或聚合。這些聚合一般在暴露于一種能源時發(fā)生。能源包括熱能和輻射能。能源的量取決于幾個因素，如粘合劑前體的化學性能、磨料漿的尺寸、磨粒的數(shù)量、類型和任選的添加劑數(shù)量和種類。對于熱能而言，溫度可從約30℃變化到150℃，一般在40至120℃之間。時間可從約5分鐘變化到24小時以上。輻射能源包括電子束、紫外線或可見光。電子束輻射、也稱作電離輻射可用于能源級約為0.1至10毫拉德，較佳地為在約1至10毫拉德的能量級。紫外線輻射屬于非粒子輻射，其波長范圍約為200至400毫微米，較佳的是在250至400毫微米范圍內。較佳地采用300至600瓦特/英寸的紫外線。可見光輻射屬于非粒子輻射，波長范圍約為400至800毫微米，較佳地在400至550毫微米范圍內。其它能源包括紅外線和微波。
基材適用于本文所述的磨料制品200的基材112的材料包括聚合物薄膜、紙、織物、金屬薄膜、硫化纖維、無紡織物基材、前述材料的組合物、以及前述材料經(jīng)處理后的變形體。較佳地如本技術領域中所知的最好是聚合物薄膜或者是處理后的聚合物薄膜以改善磨料涂層的粘性。
磨料涂層適用于根據(jù)本發(fā)明方法制作磨料制品的磨料涂層包括多個精密形狀的磨料復合體200，其中磨料復合體包括多個分散在粘合劑214中的磨粒213。該粘合劑可將磨料復合體結合到基材第一主表面上。磨料復合體較佳地具有可察覺的精密形狀。較佳的是，磨粒在采用涂布磨料制品之前不會伸出成形平面。由于涂布磨料制品用于研磨表面，使復合體遭破壞而顯露出未使用過的磨粒。
本文所用的“精密成形的復合體”為通過使磨粒和可固化粘合劑的可流動混合物固化而成形的復合體，而該混合物既壓在基材上又充滿生產(chǎn)工具表面上的空腔。這種精密成形的磨料復合體因而具有與空腔精密相同的形狀。多個這種復合體可提供三維的形狀，它從基材表面以非任選的圖案向外伸出，即生產(chǎn)工具圖案的反圖案。各復合體由邊界所限定，邊界的基礎部分與精密成形的復合體粘合其上的基材面接。邊界的其余部分由復合體在其中硬化的生產(chǎn)工具表面上的空腔所限定。復合體整個外表面在其成形過程中或是受到基材或是受到空腔的約束。磨料復合體可由包括多個分散在未硬化的未膠化粘合劑(稱為粘合劑前體中的磨粒的漿料形成。當固化或膠化時，復合體固化成、即固定成預定的形狀和預定的排列。
磨粒與粘合劑的重量比大致約為1∶1至4∶1，較佳地為2∶1至3∶1。這一比例根據(jù)磨粒的大小和所采用的粘合劑種類而變化。
磨粒磨料涂層的磨粒213一般具有約從0.1至1500微米范圍內的顆粒尺寸，較佳地約在0.1至400微米之間，更好在0.1至100微米之間。顆粒尺寸的分布窄可經(jīng)常提供一種在被擦傷的工件上產(chǎn)生精加工層面的磨料制品。這種磨粒的例子包括熔融氧化鋁(它包括褐色氧化鋁、熱處理氧化鋁和白氧化鋁)、陶瓷氧化鋁、碳化硅(包括綠、白和黑的碳化硅)、氧化鉻、氧化鋯鋁、金剛石、氧化鐵、二氧化鈰、立方晶系氮化硼、碳化硼、柘榴石和其組合物。適宜的熱處理氧化鋁的例子中的、P-240級氧化鋁可從德國Gusler市H.C.Starck有限公司購得。
“磨?！币辉~也包含著單個磨粒都結合在一起以形成磨料團的含意。磨料團在本技術領域中是已知的并且在美國專利4,311,489(Kressner)，4,652,275(Bloecher等)和4,799,939(Bloecher等)中有所揭示。
在磨粒上也可以有一表面涂層。表面涂層可具有許多種不同的功能。在一些情況下，表面涂層可增加對粘合劑的粘性，改變磨粒等的磨損特性。表面涂層包含偶聯(lián)劑、鹵化鹽、氧化金屬，(包括二氧化硅)、難熔的氮化金屬、難熔的碳化金屬等。
在磨料復合體中也可以有稀釋顆粒。這些稀釋顆粒的尺寸可與磨粒具有相同的數(shù)量級。這種稀釋等顆粒包括石膏、大理石、石灰石、燧石、二氧化硅、玻璃泡、玻璃珠、硅酸鋁等。
粘合劑磨粒都分散在有機粘合劑214中以形成磨料復合體涂層。該粘合劑必須能夠提供一種介質，使磨?？煞植加谄渲?。粘合劑較佳地能夠較快固化或膠化，這樣可快速地制造磨料制品。一些粘合劑膠化得較快，但需要較長時間完全固化。膠化可使復合體的形狀一直保持至固化開始。快速固化或快速膠化的粘合劑可形成具有高稠度的磨料復合體的涂布磨料制品。有機粘合劑可以是熱塑粘合劑，而較佳的是一種熱固性粘合劑。粘合劑可由粘合劑前體構成。在磨料涂層的制造過程中，熱固性粘合劑前體暴露于能源，該能源有助于引發(fā)聚合或固化過程。能源包括熱能和輻射能，輻射能可包括電子束、紫外線和可見光。在此聚合過程后，粘合劑前體轉變成固化的粘合劑。另外對于熱塑性粘合劑前體而言，在磨料制品的制造過程中，熱塑性粘合劑前體冷卻到導致粘合劑前體固化的程度。當粘合劑前體固化時，形成磨料復合體。
在磨料復合體中的粘合劑一般也有助于將磨料復合體粘合到基材的第一主表面上。然而，在某些情況下，在基材表面和復合體之間有附加粘合層。此附加粘合層可從本文所述的各種結合劑中選得，或者可選有任何一種其它的粘合劑。
主要有兩類熱固性樹脂，即冷凝固化和加成聚合樹脂。較佳的粘合劑前體都是加成聚合樹脂，因為它們很易通過暴露于輻射能時固化。加成聚合樹脂可以通過陽離子機理或自由機理而聚合。根據(jù)所采用的能源和粘合劑前體的化學性能，通常固化劑、引發(fā)劑或催化劑有助于引發(fā)聚合。
典型的粘合劑前體包括酚醛樹脂、脲醛樹脂、三聚氰按-甲醛樹脂、丙烯酸化聚氨酯鹽、丙烯酸化環(huán)氧樹脂、烯化不飽和化合物、具有側位不飽和羰基的氨基塑料衍生物、具有至少一個丙烯酸側基的異氰脲酸酯衍生物、具有至少一個丙烯酸側基的異氰酸酯衍生物、乙烯醚、環(huán)氧樹脂和其混合物和組合物。丙烯酸酯一詞包含丙烯酸酯和甲基丙烯酸酯。
由于其熱性能、易于獲得、價格低和易于處理，酚醛樹脂廣泛地用于磨料制品粘合劑。有兩種類形的酚醛樹脂，即可溶酚醛樹脂和線型酚醛樹脂。可溶甲階酚醛樹脂(可溶可熔酸醛樹脂)的甲醛對酚醛克分子比小于1∶1，較佳地為1.5∶1至3∶1。線型酚醛樹脂(可溶可熔酸醛樹脂)的甲醛至酚的克分子比至少為1∶1。可購得的酚醛樹脂包括Occidental chemicals公司的“Durez”和“Varcum”牌、Monsanto的“Resinox”牌、Ashland Chemical公司的“Aerofene”牌和AshlandChemical公司的“Arotap”牌酚醛樹脂。
丙烯酸化聚氨酯是末端帶有羥基的，NCO擴展的聚酯或聚醚的二丙烯酸酯，其商品的例子有Morton Thiokol Chemical的UVITHANE 782，RadcureSpecialties的CMD6600，CMD8400和CMD8805。
丙烯酸化環(huán)氧化物是環(huán)氧樹脂的二丙烯酸酯，例如雙酚A環(huán)氧樹脂的二丙烯酸酯。其商品例有Radeure Specialties的CMD3500，CMD3600和CMD3700。
含有烯鍵的不飽和樹脂包括含碳、氫、氧，以及任選的氮、鹵素原子的單體化合物和聚合物。氧或氮原子或這兩種原子通常存在于醚、酯、氨基甲酸酯、酰胺和脲基中。含烯鍵的不飽和化合物宜用分子量小于約4000的，它們宜為由含有脂族單羥基或脂族多羥基的化合物與不飽和羧酸、如丙烯酸、甲基丙烯酸、衣康酸、巴豆酸、異巴豆酸、馬來酸等反應生成的酯。丙烯酸酯樹脂的代表性例子有甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、苯乙烯、二乙烯基苯、乙烯基甲苯、二丙烯酸乙二醇酯、甲基丙烯酸乙二醇酯、二丙烯酸己二醇酯、二丙烯酸三甘醇酯、三丙烯酸三羥甲基丙酯、三丙烯酸甘油酯、三丙烯酸季戊四醇酯、甲基丙烯酸季戊四醇酯、四丙烯酸季戊四醇酯。其它含烯鍵的不飽和樹脂包括羧酸的單烯丙基、多烯丙基和多甲代烯丙基的酯類和酰胺類，例如鄰苯二甲酸二烯丙酯、己二酸二烯丙酯和N，N-二烯丙基己二酰二胺。含氮的其它化合物還有三(2-丙烯酰氧乙基)異氰脲酸酯、1，3，5-三(2-甲基丙烯酰氧乙基)-s-三嗪、丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N-甲基丙烯酰胺、N，N-二甲基丙烯酰胺、N-乙烯基吡咯烷酮和N-乙烯基哌啶酮。
氨基塑料樹脂的每個分子或低聚物具有至少一個側鏈α，β-不飽和羰基。這些材料的例子包括丙烯酸酯、甲基丙烯酸酯或丙烯酰胺類型的基團。這類材料的例子有N-(羥甲基)丙烯酰胺、N，N′-(氧聯(lián)亞甲基)二丙烯酰胺、鄰和對丙烯酰胺基甲基化酚、丙烯酰胺基甲基化可溶可熔酚醛樹脂以及它們的組合物。這些材料在現(xiàn)有技術領域內是已知的并在美國專利4,903,440(Larson等)和5,236,472(Kirk)中還有進一步敘述。
具有至少一個側鏈丙烯酸酯基的異氰脲酸酯衍生物和具有至少一個側鏈丙烯酸酯基的異氰酸酯衍生物在美國專利4,652,274(Beottcher等人)中有進一步敘述，這里列出供參考。一種宜采用的異氰脲酸酯材料是三(羥乙基)異氰脲酸酯的三丙烯酸酯。
環(huán)氧樹脂具有環(huán)氧乙烷，藉開環(huán)作用而聚合。這種環(huán)氧化物樹脂包括單體環(huán)氧樹脂和低聚環(huán)氧樹脂。某些宜采用的環(huán)氧樹脂的例子有2，2-雙〔4-(2，3-環(huán)氧丙氧基)苯基丙烷〕(雙酚A的二縮水甘油醚)和Shell Chemical Co.的商品名“Epon 828”、“Epon1004”和“Epon1001F””，Dow Chemical Co.的商品名“DER-331”、“DER-332”和“DER-334”。其它適用的環(huán)氧樹脂還有酚醛清漆的縮水甘油醚(如Dow Chemical Co.的商品名“DEN-431”和“DEN-428”)。
本發(fā)明的環(huán)氧樹脂可通過加入一種合適的陽離子固化劑藉陽離子機理進行聚合。陽離子固化劑產(chǎn)生酸源引發(fā)環(huán)氧樹脂的聚合。這些陽離子固化劑可包括一種具有鎓陽離子和含鹵素的金屬或準金屬配合陰離子的鹽。其它陽離子固化劑包括一種具有有機金屬配合陽離子和含鹵素的金屬或準金屬配合陰離子的鹽，這些固化劑在現(xiàn)有技術領域內是已知的，并在美國專利4,751,138(Tumey等)(這里列出供參考)(第6欄第65行至第9欄第45行)中有進一步的敘述。另一個在現(xiàn)有技術領域內是已知的例子是有機金屬鹽和鎓鹽，在美國專利4,985,340(Palazzotto)(這里列出供參考)(第4欄第65行至第14欄第50行)和歐洲專利申請306,161(Brown-Wensley等)及306,162(Palazzotto等人)中均有敘述。其它在現(xiàn)有技術領域內已知的陽離子固化劑包括有機金屬配合物的離子鹽，其中的金屬選自周期表IVB、VB、VIB、VIIB和VIIIB族，在歐洲專利申請109,851(Palazzotto等)中有敘述。
就自由基可固化樹脂而言，在有些情況下，較好的是磨料漿還含有一種自由基固化劑。但若采用電子束能源時，則固化劑并不總是需要的，因為電子束本身會產(chǎn)生自由基。
自由基熱引發(fā)劑的例子包括過氧化物，例如過氧化苯甲酰、偶氮化合物、二苯酮類和醌類。對紫外線或可見光能源，這種固化劑有時稱為光引發(fā)劑。在受紫外光作用時能產(chǎn)生自由基源的引發(fā)劑，包括(但不限于)有機過氧化物、偶氮化合物、醌類、二苯酮類、亞硝基化合物、丙烯?；u化物、腙類、巰基化合物、吡喃鎓化合物、三丙烯酰咪唑類、聯(lián)咪唑類、氯烷基三嗪、苯偶姻醚類、苯偶?？s酮類、噻噸酮類、乙酰苯衍生物以及它們的混合物。用于紫外線輻射的較好的光引發(fā)劑是2，2-二甲氧基-1，2-二苯基-1，2-二苯基-1-乙烯酮。關于在現(xiàn)有技術領域內已知的受可見光作用能產(chǎn)生自由基源的引發(fā)劑的例子可參見美國專利4,735,632(Oxman等)，用于可見光的較好的光引發(fā)劑是Ciba Geigy Corp.的商品名“Irgacure 369”。
添加劑用于制取磨料涂層的磨料漿還可含有一些任選的添加劑，例如填料(包括研磨助劑)、纖維、潤滑劑、潤濕劑、觸變性物質、表面活性劑、顏料、染料、抗靜電劑、偶聯(lián)劑、防粘劑、增塑劑、懸浮劑、及其混合物等。這些物質的用量以達到所需性能為宜。采用這些物質可能影響研磨料復合體的耐腐蝕性。有時是有意地加入某種添加劑使磨料復合體更易受腐蝕，以除去已變鈍的磨粒，從而使新的磨粒露出。
填料這個術語還包括那些在磨料工業(yè)中稱為研磨助劑的物質。研磨助劑被定義為一種顆粒物質，其加入對于研磨的化學與物理過程有顯著的影響而改善研磨性能。研磨助劑化學類別的例子包括蠟、有機鹵化物、鹵化物鹽、金屬及其合金。有機鹵化物在研磨過程中一般會分解，釋放出氫鹵酸或氣態(tài)鹵化物。這類物質的例子有氯化蠟，如四氯萘、五氯萘和聚氯乙烯。鹵化物鹽如氯化鈉、鉀冰晶石、鈉冰晶石、銨冰晶石、四氟硼酸鉀、四氟硼酸鈉、氟化硅、氯化鉀、氯化鎂。金屬的例子有錫、鉛、鉍、鈷、銻、鎘、鐵、鈦。其它各種研磨助劑有硫、有機硫化物、石墨和金屬硫化物。
抗靜電劑例子有石墨、炭黑、氧化釩、濕潤劑等，在美國專利5,061,294(Harmer等)、5,137,542(Buchanan等人)和5,203,884(Buchanan等)中有敘述，這里列出供參考。
偶聯(lián)劑具有可在粘合劑前體與填料顆?；蚰チＶg產(chǎn)生偶合橋，這些偶合劑的加入可明顯地減少用于形成磨料復合體漿料的涂層粘性。其例子有硅烷、鈦酸鹽和鋯鋁酸鹽。適宜的硅烷偶聯(lián)劑的一個例子為從Union Carbide購得的牌號“A-174”的3-甲基丙烯酰氧基丙基-三甲氧基硅烷。磨料漿中偶聯(lián)劑的適宜含量為約0.01-3(重量)％。
作為懸浮劑的一個例子是一種比表面積小于150平方米/克的無定形硅石顆粒，它可以商品名“OX-50”購自DeGussa Corp.。
也可在本發(fā)明的范圍內制作磨料復合體顆粒。大致上，該方法包括以下步驟a)將磨料漿涂布在生產(chǎn)工具的空腔內；b)將磨料漿處于暴露狀態(tài)以固化粘合劑前體，形成粘合劑和形成磨料復合體；c)將磨料復合體從生產(chǎn)工具上去除；以及d)將磨料復合體轉變成復合體顆粒。這些磨料復合體顆?？捎糜谡澈夏チ?、涂布磨料和無紡織磨料。這種方法更詳細地描述在PCT WO95/01241中，可參考其整篇文獻。
以下將結合詳細例子進一步描述本發(fā)明的操作。這些例子可進一步說明各種具體而較佳的實施例和技術。然而，應當理解，在本發(fā)明范圍中還可作出多種變化和改進。
例1滾花工藝一種直徑八英寸、28英寸長、1026號低碳鋼工件先電鍍一薄層白鎳以防止生銹和改善對電鍍銅的粘性。接著在白鎳上電鍍一層硬度為240努氏硬度的0.050英寸硬銅。電鍍工件的一端安裝在四爪夾具中，并且其另一端以中心支撐在配置有低壓泵和水基冷卻劑的Clausing工程機床的尾座中。工件外表面被光滑切削，留下0.030英寸的硬銅。
提供一種型號209的Zeus切割滾花工具，它具有由高速鋼(“HSS”)制成的第一滾花輪12′。第一滾花輪具有30°左齒傾角，每英寸36個齒(“TPI”)，并且齒在齒脊處具有90°夾角。該工具也可具有HSS制成的第二滾花輪14。第二滾花輪具有0°齒傾角，36TPI，在齒脊處具有90°夾角。通過將輪子安裝支柱設定成200毫米(7.9英寸)工件O.D.位置來調節(jié)兩個滾花輪的方向。輪軸線各自相對工具中心平面24近似成30°。切割滾花工具然后安裝在機床的十字移動臺上。工具的高度調節(jié)成兩個滾花輪將同時接觸工件。然后移去頂輪12′。冷卻液流入第二輪14處以沖洗掉成形的碎屑。
1)第二輪14與工件接觸。機床使工件在方向A′以80rpm轉動，并且工具在方向B上的進給速度為從右向左0.010英寸/轉。調節(jié)第一輪14的切割深度使之為全滾花的75％左右。
2)然后拆除第二輪14，并且再裝上第一輪12′。機床使工件在方向A以與上述相同的參數(shù)轉動，工具方向B為從右向左。
3)拆除第一輪12′，并且再裝上第二輪14。這第三個步驟是第一步驟的重復，只是工具調節(jié)成可提供全滾花深度。
4)拆除第二輪14，并且再裝上第一輪12′。此第四步是第二步的重復，只是工具調節(jié)成提供全滾花深度。
5)拆除第一輪12′，并且再裝上第二輪14。此第五步是第三步的重復，為全滾花深度。
從平行于錐形基底一條邊的方向測得，所產(chǎn)生的滾花工件表面復有每英寸36.7正方形底錐形的滾花圖案，平均高度為0.0099英寸。對應于滾花輪的圓形齒谷，錐形頂部也是圓的。錐形圖案的峰相對垂直于工件縱軸線平面的螺旋角為11.5°。工件涂布一層無電鎳保護層以防止生銹并且改善在使用前聚合物的脫離特性。
生產(chǎn)工具工件可用于通過如圖23所示工藝制作生產(chǎn)工具。首先工件安裝在30處。工件或主工具保持在60℃(140°F)，輥102在21℃(70°F)。214℃(417°F)的Escorene聚丙烯3445擠出到主工具上。以3.6米/分(11.8fpm)的速度收集0.022英寸厚的無縫薄膜。薄膜表面具有非間斷的錐形凹溝紋圖案，滾花工件表面上具有這些圖案的反圖案。
磨料制品采用圖25所示的工藝制備磨料制品。將生產(chǎn)工具作為部件82安裝，并且凹溝紋在側86上?；?12是X重的聚棉。在前側113上受到橡膠乳/酚醛樹脂處理(基于固化樹脂為85分/15分)。
通過將下列表中的成分用一高剪切混合機混合，直至所有團塊固體已經(jīng)分散，從而制備輻射固化的前體。

接著，通過將重量百分比為41.5的上述前體與從美國馬里蘭州Baltimore市U.S.Electrofused Minierals公司購得的重量百分比為58.5的180BT-R級在一高剪切混合機中混合20分鐘而制得輻射固化的磨料漿。
采用刮刀睡涂布裝置將磨料漿涂布在生產(chǎn)工具的凹溝紋118中，并且具有51微米(2哩)間隙。輻射源是兩個可見光燈，各自為600瓦/英寸。該工藝在15米/分(50英尺/分)下進行。磨料制品從圖25所示的裝置上拆除，并且在115℃(240°F)條件下加熱12小時以充分固化膠乳/酚醛背處理層。
結構磨料通過335厘米(132英寸)循環(huán)帶轉變成7.6厘米(3英寸)并且在背立研磨機上的304不銹鋼測試件上進行測試。在測試件研磨表面上沒有發(fā)現(xiàn)劃痕或溝紋圖案。
例2滾花工藝一種直徑八英寸、28英寸長鋼工件表面上先電鍍0.060英寸的軟銅層。工件的一端安裝在四爪夾具中并且其另一端以中心支撐在配置有低壓泵和水基冷卻劑的Lodge和Shipley工程機床的尾座中。工件外表面被光滑切削，留下0.015英寸的軟銅。
Dorian CNC-107-100-3M滾花工具上配置有兩個鈷鉻切割滾花輪，50TPI，齒脊夾角為90°。各輪的齒傾角為0°。滾花工具的安裝柱方向使第一輪12相對工件中心平面24的角度(a)為43°，第二輪14角度為-47°，于是齒夾角的偏離(g)為2°。滾花工具安裝在機床的十字移動臺上。檢查工具柄以確定其垂直于工件。拆除第二輪14。冷卻液流到輪處以洗去其成形時的碎屑。
1)機床沿方向A以66rpm運行，工具進給速度在方向B從左向右為0.010英寸/轉。第一輪12的切割深度調節(jié)成達到整個深度。滾花輪產(chǎn)生1.5英寸長的碎屑。
2)拆除第一輪12，并且將第二輪14再裝上。機床在方向A′以66rpm運行，工具在方向B從左向右的進給速度為0.010英寸/轉。切割深度調節(jié)成達到整個深度。觀察工件表明在第一組溝紋中有毛刺和變形。
3)從第二位置上拆除輪并且再安裝于第一位置。在第一組溝紋下部制作第三清潔通道，深度與始初切割相同。滾花輪沿軌道運行良好。檢查顯示從第一組溝紋上去除毛刺和畸變而留下邊緣鋒利而構成良好的錐形。僅略有一些不連續(xù)的毛刺留在第二組溝紋上。
所制成的工件在平行于錐形底面的一條邊的方向上測得有每英寸有50個正方形底面的錐形陣列，其平均高度為0.0094英寸。尖鋒相對垂直于工件縱軸線的平面螺旋角為1.1°。工件涂有一層無電鎳保護層，以防止生銹并且可改善在使用前聚合物的脫離特性。
生產(chǎn)工具通過如圖23所示的工藝工件可用于制作生產(chǎn)工具。首先工件安裝在30處。工件或主工具保持在60℃(140°F)，輥102在21℃(70°F)。
214℃(417°F)的Escorene聚丙烯3445擠出到主工具上。以3.6米/分(11.8fpm)的速度收集0.022英寸厚的無縫薄膜。薄膜表面具有非間斷的錐形凹溝紋圖案，滾花工件表面上具有這些圖案的反圖案。
磨料制品采用圖26所示的工藝制備磨料制品。生產(chǎn)工具循環(huán)帶由超聲波焊接來制備。將帶作為一部件82安裝，并且凹溝紋在側86上。基材142是J重的人造絲。在前側143上受到膠孔/酚醛樹脂處理層(基于固化樹脂為85分/15分)。制成如例1所述的磨料制品，所不同的是磨料漿采用從美國馬薩諸塞州Newton市H.C.Stark公司購得的P-320F7TX制成。
磨料漿采用刮刀睡涂布裝置涂布在生產(chǎn)工具的凹溝紋146中，并且具有76微米(3哩)間隙。輻射源是一個可見光燈，其為600瓦/英寸。該工藝在15米/分(50英尺/分)下進行，磨料制品從圖26所示的裝置上拆除，并且在115℃(240°F)條件下加熱12小時，以充分固化膠乳/酚醛背處理層。
結構磨料通過335厘米(132英寸)循環(huán)帶轉變成7.6厘米(3英寸)并且在一背立研磨機上的304不銹鋼測試件上進行測試。具有0.020英寸間隔的波紋或劃痕圖案傳印到測試工件表面。此樣品的螺旋角不足以防止結構磨料上的錐形頂端對測試件的劃割。
例2滾花工藝一種直徑八英寸、28英寸長、1026號低碳鋼輥安裝在四爪夾具中，并且其另一端以中心支撐在配置有低壓泵和水基冷卻劑的Lodge和Shipley工程機床的尾座中。提供一種型號為209的Zeus切割滾花工具，它具有由高速鋼(“HSS”)制成的第一滾花輪12′。第一滾花輪12′具有30°左齒傾角，25TPI，并且齒在齒脊處具有90°夾角。該工具也可具有HSS制成的第二滾花輪14。第二滾花輪具有0°齒傾角，25TPI，在齒脊處具有90°夾角。將輪子安裝支柱調節(jié)到200毫米(7.9英寸)工件O.D.位置。在安裝切割滾花工具并調節(jié)其高度之后，拆除第一切割輪12′。冷卻液流到輪上以洗去其成形時產(chǎn)生的碎屑。
1)機床沿方向A′以77rpm運行，工具進給速度從右向左為0.010英寸/轉。調節(jié)第二輪14的切割深度使之為全滾花的75％左右。
2)然后拆除第二輪14，并且再裝上第一輪12′。機床在方向A以與步驟1相同的狀態(tài)運行，工具前進狀態(tài)也與步驟1相同。
3)拆除第一輪12′，并且再裝上第二輪14。這第三個步驟是第一步驟的重復，所不同的是滾花輪調節(jié)成可提供全滾花深度。
4)拆除第二輪14，并且再裝上第一輪12′。這第四步是第二步的重復，所不同的是滾花輪調節(jié)成提供全滾花深度。
5)拆除第一輪12′，并且再裝上第二輪14。此第五步是第三步的重復，為全滾花深度。
所形成的滾花工件表面具有尖形的、良好成形的正方形底錐形，其平均高度為0.0141英寸。該錐形峰具有相對垂直于工件縱軸線的平面的11.5°螺旋角。該工件涂布一層無電鎳保護層，以防止生銹并改善使用前聚合物的脫離特性。
生產(chǎn)工具和磨料制品滾花工件用于通過例1所描述的工藝生產(chǎn)0.024英寸厚的生產(chǎn)工具。采用圖25所示的工藝該生產(chǎn)工具可用于制作涂布料?；?12是X重的聚纖維，并且受到與例1膠乳酚醛樹脂處理相同的處理。磨料漿由40.20％輻射固化前體和59.80％從美國馬里蘭州Baltimore市U.S.Electrofused Minerals公司購得的150BT-R配成。
磨料漿采用刮刀涂覆裝置涂布在生產(chǎn)工具的凹溝紋118中，并且具有51微米(2哩)間隙。輻射源是兩個可見光燈，各自為600瓦/英寸。該工藝在30米/分(100英尺/分)下進行。磨料制品從圖25所示的裝置上拆除，并且在115℃(240°F)條件下加熱12小時，以充分固化膠乳/酚醛背處理層。
涂布磨料通過335厘米(132英寸)循環(huán)帶轉變成7.6厘米(3英寸)并且磨料粒子在背立研磨機上的304不銹鋼測試件上進行測試。在測試件研磨表面上沒有發(fā)現(xiàn)劃痕或溝紋圖案。
已經(jīng)根據(jù)幾個實施例對本發(fā)明進行了描述。前述詳細描述和例子僅便于清楚地理解本發(fā)明，而不會對本發(fā)明形成限制。對本技術領域中的普通技術人員而言，只要不脫離本發(fā)明的范圍還可作出許多變化。因而，本發(fā)明的范圍應不限于本文所述的細節(jié)和結構，而應由權利要求書所述的結構和其結構等同物來決定。
權利要求
1.一種滾花加工工件的方法，該工件具有一縱軸線，所述方法包括以下步驟a)將第一組溝紋傳印到一工件上，其中第一組溝紋具有相對與工件縱軸線正交的參照平面的第一溝紋螺旋角；b)將第二組溝紋傳印到該工件上，其中第二組溝紋具有相對所述參照平面的第二溝紋螺旋角，第二組溝紋與第一組溝紋相交，從而將一滾花圖案傳印到工件外表面上，其中圖案在工件圓周上連續(xù)而不間斷的，并且其中第一和第二組溝紋螺旋角基本上是不同量的。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一和第二螺旋角之和大致為90°。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于，第一螺旋角大致為60°，第二螺旋角大致為30°。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，第一和第二溝紋螺旋角之差至少為5°。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，第一和第二溝紋各自包括第一溝紋表面、第二溝紋表面和溝紋底，其中第一和第二溝紋表面各自從工件外表面伸到溝紋底。
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于，溝紋底是形成在第一和第二溝紋表面交界處的一條線。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，第一和第二溝紋相交在工件外表面上構成多個錐形，各所述錐形包括由第一溝紋構成的第一相對側表面和由第二溝紋構成的第二相對側表面。
8.如權利要求7所述的方法，其特征在于，所述錐形是平頭錐形。
9.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟a)包括成形滾花第一組溝紋，以及步驟b)包括成形滾花第二組溝紋。
10.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟a)包括切割滾花第一組溝紋，以及步驟b)包括切割滾花第二組溝紋。
11.如權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟a)和b)中一種包括切割滾花，而另一種包括成形滾花。
12.如權利要求1-11中任一項所述的方法制作成的滾花工件。
13.一種用根據(jù)權利要求1-11中任一項所制成的滾花工件模塑成模塑制品的方法，所述方法包括a)將一種可模塑材料施加到工件外表面上；b)當可模塑材料與工件接觸時，對可模塑材料施加足夠的力從而將工件外表面上圖案的反圖案傳印到與工件接觸的可模塑材料第一表面上；以及c)將可模塑材料從工件上除去。
14.如權利要求13所述的模塑一種制品的方法，其特征在于，還包括d)在步驟a)至c)進行的同時使工件至少轉動一周，從而模塑長度大于工件圓周的制品，其中傳印到模塑制品上的圖案在其長度上是連續(xù)而不間斷的。
15.一種根據(jù)權利要求13-14中任一項所述的方法制成的模塑制品。
16.一種具有滾花加工的圓柱形外表面的滾花工件，所述滾花工件包括具有縱軸線和圓柱形外表面的圓柱體，所述外表面上具有滾花圖案；其中所述滾花圖案包括第一組溝紋，所述第一組溝紋具有相對與所述工件的所述縱軸正交的參照平面的第一溝紋螺旋角；第二組溝紋，所述第二組溝紋具有相對所述參照平面的第二溝紋螺旋角，所述第二組溝紋與所述第一組溝紋相交；以及所述滾花圖案繞所述工件圓周是連續(xù)而不間斷的，所述第一和第二溝紋螺旋角基本上是不同量的。
17.如權利要求16所述的滾花工件，其特征在于，所述第一和第二螺旋角之和大致為90°。
18.如權利要求17所述的滾花工件，其特征在于，所述第一螺旋角大致為60°，而所述第二螺旋角大致為30°。
19.如權利要求16所述的滾花工件，其特征在于，所述第一和第二溝紋螺旋角之差至少為5°。
20.如權利要求16所述的滾花工件，其特征在于，所述第一和第二組溝紋各自包括第一溝紋表面、第二溝紋表面和溝紋底，其中所述第一和第二溝紋表面各自從所述工件的所述外表面伸向所述溝紋底。
21.如權利要求20所述的滾花工件，其特征在于，所述溝紋底包括形成在所述第一和第二溝紋表面交界處的一條線。
22.如權利要求21所述的滾花工件，其特征在于，第一和第二溝紋相交在工件外表面上構成多個錐形，各個所述錐形包括由第一溝紋構成的第一相對側表面和由第二溝紋構成的第二相對側表面。
23.如權利要求22所述的方法，其特征在于，所述錐形是平頭錐形。
24.一種采用權利要求16-23中任一項所述滾花工件模塑成模塑工件的方法，包括以下步驟a)將一種可模塑材料施加到滾花工件的外表面上；b)當可模塑材料與滾花工件接觸時，對可模塑材料施加足夠的力而將滾花工件外表面上圖案的反圖案傳印到與主工具接觸的可模塑材料的第一表面上；以及c)將可模塑材料從滾花工件上除去。
25.如權利要求24所述的模塑制品的方法，還包括d)在步驟a)至c)進行的同時使?jié)L花工件至少轉動一周，從而模塑長度大于滾花工件圓周的制品，其中傳印到模塑制品上的圖案在其長度上是連續(xù)而不間斷的。
26.一種根據(jù)權利要求24-25中任一項所述的方法制成的模塑制品。
27.一種切割滾花加工工件的方法，包括以下步驟a)使工件沿其縱軸線在第一轉動方向轉動，b)使工件與第一滾花輪接觸，其中第一滾花輪包括在滾花輪工作表面上的多個齒，各個齒包括在其第一端上的切割邊，第一滾花輪構形成使工件與齒的切割邊接觸；c)將第一滾花輪在平行于工件縱軸線的方向上來回移動，從而在工件上構成第一組溝紋；d)使第一滾花輪從工件上脫離；e)使工件在與第一轉動方向相反的第二轉動方向上轉動；f)使工件與第二滾花輪接觸，其中第二滾花輪包括在滾花輪工作表面上的多個齒，各個齒包括在其第一端上的切割邊，第二滾花輪構遽成使工件與齒的切割邊接觸；以及g)將第二滾花輪在平行于工件縱軸線的方向來回移動，從而在工件中形成第二組溝紋，第二組溝紋與第一組溝紋相交，從而將一圖案傳印到工件外表面上，其中工件圓周上的圖案是連續(xù)而不間斷的。
28.如權利要求27所述的方法，其特征在于，第一和第二切割輪排列成使第二組溝紋與第一組溝紋以90°相交。
29.如權利要求28所述的方法，其特征在于，第一和第二組溝紋各自包括第一溝紋表面、第二溝紋表面和一溝紋底，其中第一和第二溝紋表面各自從工件外表面伸到溝紋底。
30.如權利要求29所述的方法，其特征在于，溝紋底是形成于第一和第二溝紋表面交界處的一條線。
31.如權利要求30所述的方法，其特征在于，第一和第二溝紋的相交在工件外表面上形成多個錐形，各個所述錐形包括由第一溝紋構成的第一相對側表面和由第二溝紋構成的第二相對側表面。
32.如權利要求27所述的方法，其特征在于，第一組溝紋具有相對與工件的縱軸線正交的參照平面的第一螺旋角，第二組溝紋具有相對參照平面的第二螺旋角。
33.如權利要求32所述的方法，其特征在于，第一和第二溝紋螺旋角基本上是不同量的。
34.如權利要求33所述的方法，其特征在于，第一和第二溝紋螺旋角基本是相同量的并且相對參照平面方向相反。
35.一種如權利要求27-34中任一項所述方法制成的工件。
36.一種采用權利要求27-34中任一項所述滾花工件模塑成模塑制品的方法，包括以下步驟a)將一種可模塑材料施加到工件外表面上；b)當可模塑材料與工件接觸時，對可模塑材料施加足夠的力而將工件外表面上圖案的反圖案傳印到與工件接觸的可模塑材料第一表面上；以及c)將可模塑材料從工件上除去。
37.如權利要求34所述的模塑制品的方法，進一步包括d)在步驟a)至c)進行的同時使工件至少轉動一周，從而模塑長度大于工件圓周的制品，其中傳印到模塑制品上的圖案在其長度上是連續(xù)而不間斷的。
全文摘要
一種用于滾花加工工件的方法和裝置,其中滾花圖案相對圓柱形工件縱軸具有傾斜的螺旋角。還揭示了一種采用滾花工件模塑成模塑制品的方法而將滾花圖案的反圖案傳印到模塑制品上,這樣制成的模塑制品,以及一種采用該模塑制品形成結構磨料制品的方法和這樣制成的磨料制品。
文檔編號B24D11/00GK1200689SQ95197973
公開日1998年12月2日 申請日期1995年10月5日 優(yōu)先權日1995年10月5日
發(fā)明者蒂莫西·L·胡普曼, 斯坦利·B·柯林斯, 詹姆斯·A·塞維圖斯 申請人:美國3M公司