CN1103269C

CN1103269C - 磨削切割工具以及用该工具进行切削的方法

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Publication number: CN1103269C
Application number: CN97193031A
Authority: CN
Inventors: M·R·斯基姆; S－T·巴尔吉安
Original assignee: Norton Co
Current assignee: Saint Gobain Abrasives Inc
Priority date: 1996-03-15
Filing date: 1997-02-27
Publication date: 2003-03-19
Anticipated expiration: 2017-02-27
Also published as: US6935940B2; EP0886552B1; AU1976697A; EP0886552A1; DE69700910T2; CA2243694C; KR100329309B1; US6817936B1; WO1997033714A1; TW486415B; AR006241A1; ES2143300T3; CN1213332A; JP3417570B2; KR19990087801A; AU715593B2; BR9708062A; ZA972006B; US20050048879A1; ATE187374T1

Abstract

一种切削方法，包括如下步骤：a)使基底表面沿一预定的旋转方向转动，b)使至少一个齿的最高切削高度在一接触点上与一工件(W)接触，c)对所述工具施加一指向所述接触点的恒定的力；其中，所述恒定的力足以切削工件(W)，磨粒与基底表面之间的钎焊结合强度足以抗剥离，磨粒的预定耐磨性是这样的，即在承受所述恒定力的情况下能使所述第一最高切削高度断裂，齿的耐磨性是这样的，即齿的构成第一最高切削高度相关的那一部分能以与第一最高切削高度的断裂相同的速率磨损，所述齿具有一定的硬度，该硬度是大约5至8.5莫氏硬度或38 Ra至42 Ra，所述磨粒具有相对强度指数，该相对强度指数是借助用于确定锯片金刚石相对强度的FEPA标准进行测量，所述磨粒的相对强度指数至少是1分钟。因此，可以基本同时地将第一最高切削高度的磨粒从粘结物上去除，以及将齿的与第一最高切削高度相关的那一部分去除，以及从而将第二最高切削高度的磨粒暴露于工件。

Description

磨削切割工具以及用该工具进行切削的方法

装有锯片、取芯钻头和切割砂轮等用于建筑行业的超硬磨削切割工具通常是分成金属基质粘结型的(MB)或金属单层型的(SL)。SL切割工具具有借助最少的粘结材料粘结在一光滑金属基底上的一单层磨削颗粒(磨粒)，磨粒基本上暴露在工具的切削表面上。当切削表面被用来切割工件时，实质上只有磨粒与工件接触。由于工具载荷的绝大部分是由磨粒所承担，磨粒的每一切削点上的载荷非常大。这种状态可产生高穿透速率和高切割速率。然而，由于SL工具只有一单层磨粒，所以一旦磨粒层在工作过程中磨钝了，该工具就不再能进行有效切削。

MB工具可通过增加切削表面上的磨粒层的数量来延长工具的寿命。典型的MB工具是这样制作的：先制成若干含有磨料的金属基质片块，然后将这些片块附连到一钢质基底上。由于磨粒是分散遍布于所有的片块，所以当最表层的磨粒磨钝并被除去之后，MB切削工具的表面仍可保持有效。因此，MB工具的使用寿命通常比SL工具长。然而，由于磨粒是嵌在金属基质内的，所以金属基质和磨粒均暴露于工具的外周表面。当用MB工具切削工件时，磨粒和金属基质同时与工件接触，因而降低了施加在每一磨粒切削点上的载荷(与SL工具相比)，并导致较低的穿透速率和较低的切割速率。

在这一技术领域已知有某些具有齿的金属单层工具。在一种工具中，在一取芯钻头的边缘上设置了矩形的齿，并在齿上粘结了一单层金属磨粒。在使用时，由齿上的最表层磨粒对工件进行切削。然而，当切割例如砖石砌块之类的硬表面时，尺寸大、密度高和韧性低的最表层磨粒将迅速地变钝，工具的穿透速率也将迅速地降为零。

在另一种工具中，是在一磨轮的切削表面上设置有角度的齿，并对齿电镀一单层金属磨粒。在使用时，由齿的最表层磨粒切削工件。然而，由于电镀结合的机械强度低，磨粒容易从齿上剥离。因此，这种工具的有效性仅限于最表层磨粒的有效性。

因此，本发明的目的在于，提供一种既具有SL工具的高穿透速率特性又具有MB工具的较长使用寿命特性的切割工具。

根据本发明，提供的一种磨削工具，包括：一基底表面，其上伸出有多个齿，各齿有一表面和一预定的耐磨性；以及一包括超级磨削颗粒的层，其中，包括磨削颗粒的采用钎焊的方法结合于每个齿的表面的至少一部分，从而形成了多个平行于所述基底表面的切削高度，各磨粒具有预定的耐磨性，齿的耐磨性和磨粒的耐磨性是预定的，当在一最优的载荷下使某一给定的切削高度与一工件(W)接触时，给定切削高度的磨粒磨损并断裂，其速率大致等于与该切削高度相关的齿部分的磨损速率，所述齿具有一定的硬度，该硬度是大约5至8.5莫氏硬度或38Ra至42Ra，所述磨粒具有相对强度指数，该相对强度指数是借助用于确定锯片金刚石相对强度的FEPA标准进行测量，所述磨粒的相对强度指数至少是1分钟。

根据本发明，还提供了一种切削方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：a)使基底表面沿一预定的旋转方向转动，b)使至少一个齿的最高切削高度在一接触点上与一工件(W)接触，c)对所述工具施加一指向所述接触点的恒定的力；其中，所述恒定的力足以切削工件(W)，磨粒与基底表面之间的钎焊接结合强度足以抗剥离，磨粒的预定耐磨性是这样的，即在承受所述恒定力的情况下能使所述第一最高切削高度断裂，齿的耐磨性是这样的，即齿的与第一最高切削高度相关的那一部分能以与第一最高切削高度的断裂相同的速率磨损，所述齿具有一定的硬度，该硬度是大约5至8.5莫氏硬度或38Ra至42Ra，所述磨粒具有相对强度指数，该相对强度指数是借助用于确定锯片金刚石相对强度的FEPA标准进行测量，所述磨粒的相对强度指数至少是1分钟。从而可以基本同时地将第一最高切削高度的磨粒从粘结物上去除，以及将齿的与第一最高切削高度相关的那一部分去除，以及从而将第二最高切削高度的磨粒暴露于工件(W)。

附图简要说明

图1示出了一传统的SL工具的平的表面；

图2将一传统的SL取芯钻头的穿透速率与时间的关系和本发明的一实施例的同一关系作了比较；

图3示出了本发明的一个实施例，其中的齿具有梯形的形状；

图4和图5分别以侧视图和顶视图示出了图3之实施例在使用过程中形状的变化；

图6示出了本发明的一个实施例，其中的齿具有三角形的形状；

图7示出了本发明的一个实施例，其中的每一个齿均包括从基部起延伸至不同高度的多个凸起；

图8和图9示出了本发明的齿的两个较佳实施例；

图10、11和12示出了本发明的实施例，其中的基底分别是磨轮、取芯钻头和锯片。

对本发明的详细描述

为说明本发明，将一个齿的“切削表面”看作是结合于该齿的各磨粒。一个齿的某一特定“切削高度”是指结合在该齿上的、至基底表面具有相同距离的所有的磨粒。类似地，一个工具的某一特定“切削高度”是指结合在该工具上的、至基底表面具有相同距离的所有磨粒。“最高”的切削高度是指距离基底表面最远的切削高度。与一特定切削高度相“关联”的一个齿的一部分是指离开基底表面的距离与该特定切削高度相等的齿的薄片部分。具有“大约相同数量磨粒”的多个切削高度是指其磨粒数量为这些切削高度之平均磨粒数量的大约80％至120％的那些切削高度。一个齿上的磨粒的“密集度”是相对于球体的理论上的六角形紧密堆积来确定的。

业已发现，在a)一个切削工具的表面用能形成多个切削高度的多个齿成形、b)结合于齿表面的各磨粒具有可因断裂而不是因变钝而失效的预定耐磨性、c)磨粒与齿之间的结合强度足以抗剥离、以及d)齿的耐磨性是预定为与磨粒的耐磨性相匹配(因而齿的磨损速率与磨粒的磨损和断裂速率大致相同)的情况下，最终所获得的工具可具有已有技术达不到的优点。特别是，与传统的平边缘型SL工具和具有齿的SL工具相比，本发明的工具具有较长的使用寿命和较高的穿透速率。

本发明的工具之所以具有较长的使用寿命是因为，在切削过程中它能够在每个齿的前导边缘上连续地提供新的、锋利的磨料。例如，参见图3，当工具以其基底表面8与工件表面相平行地切割工件时，切削表面的有角度(即非平行)的表面4相对于工件表面产生一个类似的有角度的取向。由于切削表面的这一部分向着工件表面倾斜，所以只有第一最高切削高度的磨粒与工件接触，因而成为前导边缘。随着第一最高切削高度的磨粒对工件进行切削，它们在明显变钝之前就断裂而脱落了。同时，构成第一最高切削高度的齿的部分是用其磨损速率与第一最高切削高度的磨粒的磨损速度大致相同的材料制成，因而可以暴露出第二最高切削高度的磨粒3。随着围绕着齿的每一相继较低的次高切削高度的磨粒变成前导边缘，进行切削，逐渐变钝并脱落，以及当与那一切削高度相关的齿的一部分同时磨损时，这一过程就重复进行而使那一切削高度之下的新的切削高度暴露出来。因此，可以相信，本发明是第一种能在使用过程中提供新切削高度的磨粒的SL工具。

而且，由于在任何时间都是只有切削表面上的一部分磨粒与工件接触，所以每个磨粒上的载荷比具有相同数量磨粒的传统的平边缘型SL工具的要高得多，因而有较高的穿透速率。

将本发明的穿透速率曲线(相对于时间)与一传统(或称“连续边缘型”)的SL取芯钻头作比较，可以更好地理解本发明的优点。如图1所示，在一传统的连续边缘型SL工具中，基底表面SS大致是平滑的，粘结于其上的磨粒G在每个切削周期中与工件W接触。由图2中的区域1a表示的这一工具的初始穿透速率是比较高的，因为磨粒形状的不规则性只产生很少的初始接触点。很快，这些初始接触点就变钝了，于是工具上的几乎所有磨粒都与工件接触。然而，由于同时有太多的磨粒与工件接触，每个磨粒上的较小载荷将限制切削速率。随着磨粒变钝，它们的切削效率下降，穿透速率也下降(区域1b)。最后，磨粒变钝至抛光点(区域1C)，工具的效用就消耗殆尽了。

在本发明的SL工具的一个实施例中，以图3所示的梯形齿的设计为例，开始时只有齿2的第一最高切削高度上的磨粒1接触工件W。由于这些磨粒是尖锐的，它们与工件的接触将产生一很高的穿透速率，如图2中的区域3a所示。随着切削的进行，这些磨粒变钝，穿透速率略有下降。然而，在它们显著地变钝之前，它们会断裂并脱落，这样就可以暴露出构成最高切割高度的齿的部分。当齿的这个部分由于工件的磨削作用而被去除时，在齿的斜部4和齿的四个侧面(例如侧面5)上的第二最高切削高度3上的磨粒就暴露于工件。由于第二最高切削高度的磨粒还是锋利的，它们切削起来非常有效。然而，在这个切削高度上有更多的磨粒以及有基底的一部分与工件接触，因而将工具的载荷分布在一个比较大的面积上。因此，每个磨粒上的载荷就有所下降，由图2中的区域3b表示的穿透速率也略有下降。随着前导边缘进一步向齿的下方移进，每个接触磨粒上的载荷会因为与工件接触的齿的面积以及与工件接触的磨粒数量的增加而减小。结果，穿透速率进一步下降(区域3C)。当前导边缘到达粘结在齿7右侧的磨粒6的位置时，齿的横截面积和与工件接触的磨粒数量将不再增大。因此，每个磨粒上的载荷将稳定下来，穿透速率将到达一稳定状态(区域3d)。这个稳定状态一直持续到前导边缘到达齿的底部。

由于稳定状态的切削工况是比较理想的，所以在各较佳的实施例中，各个切削高度中至少大约50％(更好是至少大约75％)具有相同数量的磨粒。在某些实施例中，这种稳定状态区域存在于每一个齿内。在某些实施例中，在齿的至少靠近最低部的50％内出现一稳定状态的区域(即，各个相继的切削高度具有数量大致相同的磨粒)。

图4和图5分别是从齿的侧面和从工件的角度观看的视图，显示了齿和各切割高度在使用过程中的状态变化，其中，图5b-5d的阴影区域表示齿的与工件接触的部分。图4a和5a对应于区域3a；图4b和5b对应于区域3b，等等。

这个梯形齿的实施例是较佳的，其原因有二。首先，齿的斜面4使得与工件初始接触的磨粒限制为第一最高切削高度的那些磨粒，并将后继的接触限制于在所述面上的各较低切削高度上仅与最少的磨粒和最小的齿面积相接触。这种状态将提供一个非常高的初始切削速率(图2的区域3a-3c)，这对于在工件上产生初始切削是很重要的。其次，在最低的切削高度上，齿侧面5和7的正常设置可以确保与工件接触的磨粒数量和基底面积在经历一定的工作时间后保持恒定。这种工况可以产生一具有较高穿透速率的长时间的稳定状态(图2中的区域3d)，其中，工作磨粒在明显变钝之前就被新颗粒所替换。这对于需要长时间可靠工作的作业是很重要的。

在具有梯形齿的较佳实施例中，每个齿的切削表面的至少靠近最上部的10％包括一相对于基底表面成大约5度至60度的斜面。更佳的是，每个齿的靠近最下部的50％具有一平行于基底表面而保持恒定的横截面积。

虽然图3的齿的梯形形状可以提供特定的优点，但是齿也可以是其它任何形状的，只要能随着与工件接触的磨粒在变钝之前断裂并脱落而逐渐向工件提供新的磨粒即可。例如，也可以考虑将图6的三角形齿作为本发明的一个实施例。在该实施例中，该切削工具包括一基底表面16和从该表面伸出的一系列三角形齿12。在这种情况下，只有在最高切削高度13上的磨粒(粘结于每个齿12的顶部)与工件W接触而形成前导边缘。随着这些磨粒被磨掉，新的磨粒14(在第二最高切削高度上)变成前导边缘。在其各初始阶段，这种齿的穿透性能类似于图3所示的梯形齿的性能(图2中的区域3a-3c)，但是该三角形齿的接触面积变大的速度比梯形齿(给定相等的底边长度L和磨粒载荷)来得慢，因而有较高的初始穿透速率。然而，在三角形齿的寿命的后期，与工件接触的齿的面积不断变大，与工件接触的磨粒数量也增多。因此，不能达到一种稳定的状态，穿透速率下降得很快。虽然在图6中所有的磨粒都粘结在齿上，但基底表面16也可以有焊在其上的磨粒。

如图7所示，在另一些实施例中，每个齿均包括一系列阶梯状的凸起，它们从基底表面的基部伸出至不同的高度。在该实施例中，粘结于最高凸起23顶部的磨粒22构成了最高的切削高度，它们在作业开始时与工件27均匀地接触，随着这些磨粒22的磨损，粘结于较低凸起25的磨粒24变成切削表面的前导边缘。该过程一直重复至凸起27上的磨粒26变成前导边缘。因此，可以将磨粒22、24和26一起看成是构成了一相对于基底表面成角度设置的单个切削表面。类似地，若干薄的、紧密间隔的、相继减短的齿(如图7A所示)的作用大致等同于图7所示的情况。

图7所示之齿的另一特征在于，磨粒只施加在每个齿的被选定的面上。在该实施例中，在面23上的磨粒22构成了与工件20接触的前导边缘。齿的垂直面28-31上没有粘结任何磨粒。在作业过程中，该工具抵着一工件自左向右地移动(如箭头A所示)，以产生一负倾斜角。

可以预料，在某些应用场合，尖锐斜面的前导边缘上的磨粒易发生切削不足现象。切削不足现象是发生在与工件接触的尖锐磨粒因切屑已将下层的粘结破坏而被过早去除之时。因此，在某些实施例中，将工具设计成至少有一个以大约5至35度的角度向下朝着基底表面8倾斜的切削表面4，并且该工具是沿着一负前倾面的方向(如箭头B所示)移过工件W。在这些条件下，第二最高切削高度的磨粒3充分地接近第一最高切削高度的磨粒1，因而可以实际保护粘结在第一最高切削高度的磨粒1的完整性不受切屑影响，从而防止磨粒1发生切削不足。用于防止切削不足现象的较佳角度似乎与磨粒尺度无关，但是会随磨粒密集度的不同而变化。当磨粒的密集度是大约100％时，保护所需的角度是在大约26至大约32度之间。当磨粒的密集度是大约50％时，保护所需的角度是在大约14至大约17度之间。当磨粒的密集度是大约25％时，保护所需的角度是在大约9至大约11度之间。当磨粒的密集度是大约12％时，保护所需的角度是在大约5至大约7度之间。换言之，保护角度应该不超过大约1度每3个磨粒密集度百分点这样的大小。

在另一些实施例中，齿的形状如图8所示。该齿65包括：一个在其一侧以大约45度上升的有角度部分62、一个平的顶部63、以及一个在背侧的下降部分64。使该齿沿箭头C的方向移过工件，就可以提供希望的负的前倾面工况。

在另一些实施例中，齿具有如图9所示的构形。该齿与基底表面(U)的交汇处以及其最上端(E)处是钝圆的。该齿还具有若干个径向槽(G)。钝圆的边缘可保护最上层的磨粒免于发生切削不足，而径向槽则为在最上层磨粒断裂和脱落时将充当前导边缘的磨粒的附加高度提供了空间。

由于传统的SL磨削轮在使用过程中会升温至大约80℃至大约100℃之间，并经受显著的热膨胀，所以在磨削轮的外周上经常设计有膨胀间隙或“齿隙”。例如，在一个典型的直径12英寸的磨削轮上，这些齿隙有大约1/16英寸宽，1/4英寸深，其间隔是大约2英寸，通常占有不超过5％的圆形外周表面，有时在其底部和侧面还粘结有磨粒。然而，这些齿隙完全不同于本发明的齿之间的间隔，因为在一传统的SL磨轮的长平面上有太多的磨粒，它们只在一个切削高度上有效，在那一切削高度上作用于每个磨粒的较低的载荷只会使那一切削度上的磨粒变钝但不会断裂。

在几个较佳实施例中，本发明的切削表面通常包括一斜面，它至少包括各切削高度的30％，最好是75％至100％。虽然并不是必需的，但最好是该斜面包括各切削高度的靠近最上部的10％。还有较佳的是，该斜面至少包括齿的靠近最高切削高度的50％，最好是包括75％。

本发明的齿是典型地间隔的，它们的基部长度L(如图3所示)至少构成了基底表面的大约10％，较佳的是构成了大约30％至60％之间。当基部占基底的比例小于10％时，齿的机械强度较弱，易于弯折和断裂。

通常用来构成齿的材料包括：纤维加强的塑料、钢、以及其它结构强度在20RC和70RC之间的合适材料。然而，在各较佳实施例中，磨粒和齿是特别设计成能以几乎相同的速率磨损。任何材料的耐磨性都取决于其硬度和断裂韧性，增大这两个因素之一就可以提高材料的耐磨性。就本发明的层而言，耐磨性通常取决于磨粒的耐磨性。在例如金刚石或立方氮化硼之类磨粒的情况下，材料的硬度不会有很大变化，因此磨粒的断裂韧性通常就是可以变化的特征。磨粒的断裂韧性的一个常用度量是其相对强度指数，由用于度量锯片金刚石的相对强度的FEPA标准来度量。通常，相对强度指数至少为1分钟的磨粒是较理想的。如果本发明的齿是由非金属材料制成，则材料的硬度或断裂韧性是可以改变的，以便与耐磨损速率相匹配。当本发明的齿是由例如钢之类的金属制成时，断裂韧性已经很高了，因而可以对金属的硬度加以改变以达到相匹配的耐磨损速率。在一个特别好的实施例中，齿是由硬度为38Ra至42Ra的金属(最好是钢)制成，而磨粒(最好是金刚石)的相对强度指数至少是1分钟。本发明的取芯钻头工具的齿的硬度是38-42Ra(例如低碳钢)，已从使用中看到，它可以有效地切削范围很广的建筑材料，包括固化的混凝土、混凝土块和致密的石灰石块。

通过暴露各较低的次高切削高度而有效地补充磨粒的过程还取决于工件的可侵蚀性。如果齿太软或太硬，工具的效率很容易就会显著降低50％或更多。硬度为大约50Ra的齿在切削石灰石时是无效的，因为石灰石不能很快地磨掉较硬的钢材而足以暴露出在较低次高切削高度上的尖锐的新磨粒。因此，当工件很硬并且是非磨蚀性的时，齿的硬度最好是大约28Ra。相反，硬度为大约28Ra的齿在钻削混凝土块时是无效的，因为混凝土块将会使较软的齿很快磨损，从而去除了尚尖锐的磨粒。因此，在工件较软并且是可磨蚀性的情况下，齿的硬度最好是大约64Rc。当齿太硬或太软时，与硬度在38Ra至42Ra之间的齿相比，其寿命要短50％。

由于磨粒接触点的总面积决定了与工件接触点上的正应力，因而切削速率、诸如齿厚之类的因素、磨粒尺寸、磨粒密集度和韧性等也都是重要因素。

本发明可以采用具有正确尺寸、密集度和韧性的任何磨粒，只要其是由于断裂而不是变钝而失效。通常，磨料的颗粒尺寸小于1000um，较佳的是在100um至600um之间，通常的密集度小于75％。在各较佳实施例中，采用了例如金刚石磨粒、立方氮化硼和次氧化硼之类的超级磨料，其颗粒尺寸与传统的SL磨削轮相同。当采用金刚石时，颗粒尺寸通常为大约100至1000um，密集度是大约50％。当采用立方氮化硼时，颗粒尺寸通常为大约100至500um，密集度是大约50％。通常，当需切削的材料非常硬(即，努氏(Knoop)硬度超过700Rc)时，可选择一种相对强度指数至少是1分钟(借助用来度量锯片金刚石的相对强度的FEPA标准来度量)的坚韧、牢固的磨料。在某些场合，其它传统的磨料，例如加晶种的溶胶凝胶氧化铝(seeded sol gel alumina)和碳化硅也是比较理想的。

在一较佳实施例中，每个齿具有一梯形构造，其顶边长度是大约1.5mm，其底边长度是大约6.5mm，其宽度是大约2mm，其高度是大约2.8mm，并且具有一倾斜角为45度的斜面。金刚石的FEPA规格名称是501，利用度量锯片金刚石的相对强度的FEPA标准来度量，其相对强度指数是大约1.38分钟(3300个循环)。金刚石的密集度是大约50％，或大约0.03g/cm²，并用青铜-钛焊剂焊结到由硬度大约为38-42Ra的钢材制成的齿上。

可以相信，在本发明中可以采用传统的SL工具中所用的钎焊料(braze)。典型的钎焊料包括例如Ni-Cr合金之类的镍合金，以及例如青铜-钛焊料之类的活性钎焊料。钎焊料必须能提供这样一种化学结合：当一上层切削高度的磨粒在磨削过程中被去除时，所述的结合强度足以抵抗下层切削高度的磨粒被同时剥离。在某些情况下，在磨料颗粒上可以涂覆例如钛或钨之类的金属，以便更好地结合于钎焊料。

本发明的SL工具可以有利地用于切削努氏(Knoop)硬度至少为500、一般要用嵌有金刚石的工具才能切削的任何工件，特别是例如玻璃、砖瓦、混凝土和具有硬质弥散体的复合物。特别是，在工件是从应用于建筑行业的例如石灰硅砖(lime-silica)之类的砖块、水泥块、例如固化混凝土之类的混凝土块所组成的组中选择的情况下，本发明的工具是很理想的。本发明的工具可以用来切削例如氧化铝、碳化硅和氮化硅之类的陶瓷耐火材料。还可以用来切削塑料或复合材料之类的较软的材料。

在很多涉及本发明之工具的手工钻削场合，工件表面和工具切削表面之间的接触可承受一不超过大约30至40磅的载荷。

本发明可以用于典型的SL结构，包括磨削轮、取芯钻头和平的锯片。因此，参见图10，图中的一磨削轮包括：

i)一圆盘71，它具有一基底表面72和从该基底表面伸出的多个齿73，以及

ii)一单层的磨粒76，它化学地结合于每个齿的周边，从而在每个齿上形成一个切削表面。

在应用于磨削轮时，圆盘通常是由钢制成，且其直径是大约4至大约40英寸；对于一10英寸的轮片而言，齿最好是梯形的，其总数是大约20至90个，其高度是大约0.02至0.20英寸，其宽度是大约0.02至1.2英寸，其厚度是大约0.02至0.12英寸；磨料典型的是尺寸在500um左右的金刚石，较佳的是大约430至540um之间，其相对强度指数至少为1分钟，密集度是大约0.01至0.08g/cm²；工件通常是混凝土或砖石砌块的；而且齿是以负的前倾面沿工件移动。

参见图11，其中的磨削取芯钻头包括：

i)一圆筒81，它有多个自其伸出的齿83；

ii)一单层的磨粒85，它化学地结合于每一个齿，从而在每个齿上形成一个切削表面86。

在应用于取芯钻头时，圆筒通常是由钢材制成，且其直径是大约1至大约6英寸；其上的各凸齿最好是梯形的，其总数是大约10至60个，其高度是大约0.05至0.3英寸，其宽度是大约0.1至0.5英寸，其厚度是大约0.04至0.12英寸；磨料通常是尺寸范围在500μm左右的金刚石，较佳的是大约430至540μm之间，其相对强度指数至少为1分钟，密集度是大约0.01至0.08g/cm²；工件通常是砖石砌块或混凝土；齿是以负倾斜角沿工件移动。

本发明的SL取芯钻头完全不同于如上讨论的、已有技术的、具有覆盖了磨料的齿的钢质孔锯片，因为这些孔锯片通常采用更大、更弱、密集度更大(通常是100％)的磨料，并且用于以很高的载荷切削例如木材或塑料之类很软的材料。在这种孔锯片的通常使用中，这种工具的前导边缘上的磨粒在磨削过程中不会断裂和脱落，只会变钝。由于磨粒尺寸、韧性和磨粒密集度阻碍了前导边缘处的磨粒补充，这种传统的孔锯片决没有本发明的那些优点。

参见图12，其提供的磨削锯片包括：

i)一锯片91，它具有一直线的基底表面92和从该直线基底表面伸出的多个齿93，以及

ii)一单层的磨粒95，它化学地结合于每一个齿，从而在每个齿上形成一个切削表面。

在应用于锯片时，锯片通常是由钢材制成，且其长度是大约3至大约9英寸；其上的各凸齿最好是梯形的，其总数是大约10至100个，其高度是大约0.05至0.25英寸，其宽度是大约0.05至0.12英寸，其厚度是大约0.05至0.15英寸；磨料通常是尺寸范围是300至600μm的金刚石，较佳的是大约300至500μm之间，其相对强度指数至少为1分钟，密集度是大约0.01至0.08g/cm²；工件通常是轻质混凝土或渣制砖块；齿是以负倾斜角沿工件移动。

对比实例I

该试验对具有平边缘的孔锯的工作性能进行了考核。选择了两个直径为2.5英寸的具有平边缘的孔锯作为初始基底。在边缘上涂敷青铜-钛钎焊料，再覆盖大约1000mg的金刚石磨料，以产生大约100％的磨料密集度，是用传统的真空炉烧结法使钎焊料熔化的。

这样制成的工具之一包含35/40 SDA 100+金刚石磨料。以1500rpm的转速、30-40磅的载荷进行了手工钻削。在金刚石被磨钝和切削速率降到约2cm/min以下之前，该工具在重质混凝土块(“HCB”)内只钻了约20个两英寸的孔。

对比实例II

这一试验对具有传统MB片块的孔锯的工作性能进行了考核。将三个含有金刚石的MB片块固定在基本类似于比较实例I的取芯钻头上。

在基本上类似于比较实例1的条件下对这些工具进行了试验，它们能以平均5.3cm/min的速度钻入HCB内平均400cm。

对比实例III

这一试验对一传统的孔锯的作业性能进行了考核，该孔锯具有大致矩形的齿，在那些齿上以大约100％的密集度粘结了韧性低、尺寸大的磨粒。

在基本上类似于比较实例1的条件下对这些工具进行了试验，它们在切削速度降到2cm/min以下之前，平均只钻进3cm。

实例I

在该实施例中，本发明的取芯钻头是用66mm直径的引出钻头(outlet bit)制成，它具有2mm的壁厚，并由硬度为38-42Ra的1020钢制成。切削表面的构形大致类似于图9所示。

钻头的顶部是这样构造的，即：在钢基底的前导边缘上车削出1mm的半径，随后再围绕外周铣出等距离间隔的9个0.050英寸宽的狭槽。这样的加工将产生9个0.402英寸宽、0.200英寸高的齿。然后在每个齿的表面上磨削出等距离间隔的两个径向槽(0.0625英寸宽，0.0625英寸深)。接着，在所述齿上涂敷一层0.035英寸的青铜-钛焊料，再在焊料表面上涂敷一层35/40 SDA100+金刚石(大约450mg)，将这样获得的组件放到一真空炉内，进行传统的焊料烧结。

按该实例制成的钻头可用来手工钻削重质混凝土HCB块。在钻入了大约120-140英寸之后，齿表面上的金刚石被磨损掉了。然而，由于有处在齿的各槽内以及齿的外周面上的金刚石，该钻头继续以一可接收的速率(大约5cm/min)进行切削。在最上层金刚石磨损掉之后，这样的钻头可以向混凝土内再钻进60-80英寸。这样，总的钻削深度就是大约180-220英寸，或490-560cm。

实例II

在该实施例中，本发明的工具是用66mm直径的引出钻头(outlet bit)制成，它具有2mm的壁厚，并由硬度为38-42Ra的1020钢制成。切削表面的构形大致类似于图8所示。

在每个齿的轮廓上涂敷了基本上由0.5克35/40目SDA 100+的金刚石和青铜-钛钎焊料构成的一单层磨粒。

用这些钻头在HCB块内钻孔。初始的穿透速率是大约3-4英寸每分钟。虽然轮廓前导边缘上的金刚石在只钻了几个孔之后就磨掉了，但这些钻头还是能在混凝土块内继续钻4米以上。在每个钻头钻了80个孔后暂停试验时，钻头还能以大约1.5-2英寸(3.8-5cm)每分钟的可以接收的速度钻孔。在整个试验过程中，钻削功率在大约350瓦至550瓦之间变化，而比能是在大约0.30至0.75J/mm³之间变化。当试验恢复时，发现平均寿命是钻194个孔或大约988cm。平均速度是6.7cm/sec，平均功率是大约414W。当穿透速率降到2.5cm/min以下或者钻头损坏时，停止了钻孔。因此，具有所述齿的工具可产生优良的结果。

实例III

该试验是对一具有相反取向的齿的孔锯的工作性能进行了考核。在这种情况下，齿的构造类似于实例II，只是取向角相反，使得齿的下降部分成为前导边缘，从而产生了正的前倾面。在基本类似于实例I的条件下对这些工具进行了试验。在只钻进了5cm之后，齿就损耗得只剩下齿高的20％。(对比之下，在实例II中，这一损耗程度要在钻进了400cm后才达到。)在穿透速率降到低于2.5cm/min之前，该工具钻进了396cm，其平均穿透速率是5.4cm/min。由此可见，齿的取向为负倾斜角的工具可产生优良的结果。以上各试验的结果汇总在表I内。

表I试验钻进距离(cm) 速度(cm/min)对比实例I 100 -对比实例II 400 5.3对比实例III 003 -实例I 490-560 5实例II 988 6.7实例III 396 5.4

Claims

1.一种磨削工具，包括：一基底表面(8，16，72，92)，其上伸出有多个齿(73，83，93)，各齿有一表面和一预定的耐磨性；以及一包括超级磨削颗粒(76，85，95)的层，

其特征在于，包括磨削颗粒(76，85，95)的层采用钎焊的方法结合于每个齿(73，83，93)的表面的至少一部分，从而形成了多个平行于所述基底表面(8，16，72，92)的切削高度，各磨粒具有预定的耐磨性，齿的耐磨性和磨粒的耐磨性是预定的，当在一最优的载荷下使某一给定的切削高度与一工件(W)接触时，给定切削高度的磨粒磨损并断裂，其速率大致等于与该切削高度相关的齿(73，83，93)部分的磨损速率，所述齿具有一定的硬度，该硬度是大约5至8.5莫氏硬度或38Ra至42Ra，所述磨粒具有相对强度指数，该相对强度指数是借助用于确定锯片金刚石相对强度的FEPA标准进行测量，所述磨粒的相对强度指数至少是1分钟。

2.如权利要求1所述的工具，其特征在于，所述工具是从锯片、取芯钻头和磨轮所构成的组中选择的。

3.如权利要求1所述的工具，其特征在于，

a)每个齿具有一特性表面；

b)每个齿上的每个切削高度是取向为能使每个切削高度的一部分与齿的其它切削高度的至少一部分重叠；以及

c)每个齿的多个切削高度中有一个初始的最高切削高度(1，13)和与之连续的各次高切削高度(3，14)。

4.如权利要求3所述的工具，其特征在于，所述基底表面具有一预定的运动方向(A)，所述多个齿包括沿所述预定的运动方向(A)上具有相继的各较低次高切削高度的连续凸起(23，25，27)，从而相应于所述预定运动方向(A)产生一个具有负倾斜角的切削面(22，24，26)。

5.如权利要求3所述的工具，其特征在于，所述基底表面(8)具有一预定的运动方向(B)，每个齿的至少一部分具有一相应于所述预定运动方向(B)以负的角倾斜的面(4)，磨粒(1，3)的至少一部分粘结于所述以负倾斜角倾斜的面(4)。

6.如权利要求5所述的工具，其特征在于，粘结于以负倾斜角倾斜的面(4)的各磨粒(1，3)呈现这样一种密集度，即，倾斜角的度数不超过以百分数计的磨粒密集度的1/3。

7.如权利要求3所述的工具，其特征在于，它包括各相继的切削高度(3，14)，这些相继的切削高度包括多个切削高度的至少50％，各相继切削高度(3，14)中的每一个切削高度包含大约相同数量的磨粒。

8.如权利要求3所述的工具，其特征在于，每个齿(73，83，93)的一部分构成了至少包括齿(73，83，93)的各切削高度的50％的各相继切削高度(3，14)，各相继切削高度(3，14)中的每一个切削高度包含大约相同数量的磨粒。

9.如权利要求8所述的工具，其特征在于，每个齿(73，83，93)的构成具有大致相同数量的磨粒的各相继切削高度(3，14)的那一部分具有恒定的横截面。

10.如权利要求8所述的工具，其特征在于，每个齿(73，83，93)的构成具有大致相同数量的磨粒的各相继切削高度(3，14)的那一部分具有一最高横截面和一最低横截面，最高横截面小于最低横截面。

11.如权利要求8所述的工具，其特征在于，大致具有相同数量磨粒的各相继切削高度(3，14)至少包括每个齿(73，83，93)的各切削高度的靠近最低部的50％。

12.如权利要求11所述的工具，其特征在于，所述基底表面(8)具有一预定的运动方向(B)，每个齿的至少最高的10％具有一相应于该预定运动方向(B)以一负倾斜角倾斜的面(4)，各磨粒(1，3)的至少一部分粘结于具有负倾斜角的面(4)，从而产生一个梯形的切削面。

13.如权利要求3所述的工具，其特征在于，所述磨粒的密集度小于75％。

14.一种切削方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

a)使基底表面(8，16，72，92)沿一预定的旋转方向转动，

b)使至少一个齿(73，83，93)的最高切削高度在一接触点上与一工件(W)接触，

c)对所述工具施加一指向所述接触点的恒定的力；

其特征在于，所述恒定的力足以切削工件(W)，磨粒与基底表面之间的钎焊结合强度足以抗剥离，磨粒的预定耐磨性是这样的，即在承受所述恒定力的情况下能使所述第一最高切削高度断裂，齿(73，83，93)的耐磨性是这样的，即齿(73，83，93)的构成第一最高切削高度(1，13)的那一部分能以与第一最高切削高度(1，13)的断裂相同的速率磨损，所述齿具有一定的硬度，该硬度是大约5至8.5莫氏硬度或38Ra至42Ra，所述磨粒具有相对强度指数，该相对强度指数是借助用于确定锯片金刚石相对强度的FEPA标准进行测量，所述磨粒的相对强度指数至少是1分钟。

从而可以基本同时地将第一最高切削高度(1，13)的磨粒(1，3)从粘结物上去除，以及将齿(73，83，93)的与第一最高切削高度(1，13)相关的那一部分去除，以及

从而将第二最高切削高度的磨粒暴露于工件(W)。

15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，每个齿(73，83，93)的至少一部分具有一相应于所述预定移动方向以负倾斜角倾斜的面，磨粒的至少一部分粘结于所述以负倾斜角倾斜的面。

16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，在磨削时，所述工件(W)会产生研磨碎屑，结合于以负倾斜角倾斜的面的各磨粒呈现这样一种密集度，即，倾斜角的度数不超过以百分数计的磨粒密集度的1/3，从而可以保护最高切削高度的磨粒不会因磨屑而发生切削不足。

17.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述磨粒尺寸是在大约100μm至600μm之间。

18.如权利要求14所述的方法，其特征在于，所述工件是莫氏硬度至少是7，努氏硬度至少是700的砌块。