CN1124472A - 在加工件上形成光滑表面的方法 - Google Patents

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CN1124472A
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迈克尔·V·马西
理查德·M·奥尔森
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3M Co
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Minnesota Mining and Manufacturing Co
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Abstract

一种精加工工件的工艺，该工艺包括步骤：(a)把在其一主要表面上具有精确成型磨料组合物的结构式磨料制品与一其表面有最初Ra值的划痕构成的工件表面接触，亦即使所述具有磨料组合物的表面与所述工件表面接触；(b)所述工件或所述结构式磨料制品中的至少一个相对于另一个在第一磨削方向运动，而同时，所述工件或所述结构式磨料制品中的至少一个相对于另一个在不平行于所述第一磨削方向的第二磨削方向运动，使得所述第二磨削方向与所述第一磨削方向交叉，而所述具有组合物的表面与所述工件表面保持接触，从而降低所述最初Ra值。一般来讲，工件表面的初始划痕构形的最初Ra小于120微米时效果是较好的，小于90微米更好，小于20微米最好。

Description

在加工件上形成光滑表面的方法
1.发明领域
本发明涉及一种用磨料制品对加工件表面进行精加工的方法。这类精加工对多种工业应用中如印刷、发动机零部件制造、机床、涂覆工具和切割工具等等的表面来讲是很重要的。
2.已有技术的说明
许多技术需要工件有精加工的表面，以使利用该工件的设备能够进行正常的工作。诸如轴颈、曲轴销、曲轴及凸轮轴等的发动机零件以及手术刀和印刷辊筒等等都需要精加工表面。精加工表面使切削精确、运行无振动、表面与表面的摩擦低以及零件寿命长。这种表面可以是平的或基本上是平的，也可是具有简单曲率即圆形、抛物形的、双曲线的或椭圆形的横截面，也可以是具有复杂曲率的如螺旋桨表面，或者这种表面有角形的边缘，比加工件可以有立体、棱锥形、刀刃等等的形状。人们已研制出了种种能把磨料对准表面的形状，使表面变得光滑的机器。已有技术的磨削设备和磨料成分公开在朗格的3,710,514号美国专利、韦伯的4,963,164号美国专利、苏朱基等人的4,984,394号美国专利、斯皮里托等人的5,040,337号美国专利、摩根的5,093,180号美国专利以及赖斯托科等人的5,131,926美国专利。在约翰逊的5,042,204号美国专利中，揭示了一种具有先进摆动头的精加工机床，摆动头用一种能产生连续一致的精密加工而不会磨损磨削工具无需重新排列磨削工具的磨削膜片材料。这些专利总的涉及用在超精加工旋转曲柄销、曲轴、凸轮轴或用在精加工切削刀具、航空发动机叶片、印刷辊筒等以在其上提供光整表面的装置和磨料。
用于精加工的两种常用类型的磨料制品包括粘结磨料和涂覆磨料。粘结磨料通过把磨料粒子结合在一起而形成，一般是通过模制工艺形成刚性磨料制品的。涂覆磨料用一种或一种以上的粘结剂把磨料粒子粘于基体之上。用在精加工工序的涂覆磨料一般是以环带、带或以盒形式提供的磨料卷带。市场上供应的精加工制品的例子包括“IMPERIAL”精密加工膜片(以下称IMFF)和“IMPERIAL”金刚石研磨膜片(以下简称IDLF)，这两种膜片均可从明尼苏达州圣保罗的3M公司购得。
结构式磨料制品已发展成为应用较广的磨料制品。皮珀等人的5,152,917号美国专利揭示了一种含有精确成形的磨料组合物的结构式磨料制品。这些磨料组合物包括许多磨粒和一种粘结剂。马西的5,107,626号美国专利揭示了一种用结构式磨料制品把一种构形加到工件表面的方法。
已有技术的精加工方法包含用一系列磨料制品磨削表面。最初，磨料制品用的是大尺寸的磨粒粒子，接下来磨料制品用的是小尺寸的磨料粒子。为了逐渐降低表面精加工的划痕的大小以达到所需要的标准，系列制品中磨料粒子的尺寸的这种降低通常是必须的。不同的初始划痕的大小需要用不同次数的磨料粒子尺寸的递减。对20微米左右大小的初始划痕，需要多达七个其磨料粒子尺寸递减的不同磨料制品才能加工成精加工表面。因此人们希望发展一种不用系列磨料制品而同样能得到光滑表面的较为简单的精加工方法。
                     发明概要
本发明提供一种精制或精加工工件的工艺。
本发明的工艺包括步骤：
(a)把一至少在其一个主要表面上具有精确成形的磨料组合物的结构式磨料制品与一工件表面相接触，所述工件表面是一个其上具有初始Ra值的划痕构形的表面，从而使得所述具有组合物的表面与所述工件表面接触；
(b)至少使所述工件或所述结构式磨料制品中的一个相对于另一个在第一磨削方向运动，而同时至少所述工件或所述结构式磨料制品中的一个相对于另一个在不平行于所述第一磨削方向的第二磨削方向运动，使得所述第二磨削方向与所述第一磨削方向交叉，而所述具有组合物的表面与所述工件表面之间保持接触，从而降低所述初始Ra值。
工件一般是圆柱形的，但也可以是其它形状的，比如棱镜形、叶形轮、板状、球形抛物面、锥体、截头锥体等等。一般来讲，工件表面的特点在于表面有初始Ra值的划痕构形，Ra小于20微米左右是比较好的，小于10微米左右更好，小于5微米左右最好。
结构式磨料制品包括一基体，在该基体上结合有至少一种磨料组合物，比较好的是一个阵列的磨料组合物。各磨料组合物包含许多形成精确确定形状的磨料粒子。附图简述
图1和2是用在本发明工艺的结构式磨料制品的截面图。
图3和4是用在本发明工艺的结构式磨料制品的扫描电子显微镜明片。图3是20倍照片，图4是100倍照片。
图5是结构式磨料制品在工件表面上进行精加工的一种设备的示意图。
图6和7是用本发明方法所获得的粗糙度图形的示意图。
对本发明来讲，术语Ra是表面粗糙度或表面光洁度的国际参数。Ra是偏离平均线的粗糙轮廓算术平均偏差。
Ra值越大，表面光洁度越差。
本发明提供在工件表面获得精加工光洁度的工艺，该工艺包括使用结构式磨料制品。
在此所用的短语“结构式磨料制品”意思是一种磨料制品，其中许多精确成型的、各含分布在粘结剂中的磨粒的磨料组合物非任意排列地布置在基体上。
在此所用的短语“精确成形的磨料组合物”意思是具有一定形状的磨料组合物，该形状是通过固化磨粒和可固化的粘结剂前体的混合物而形成的，混合物填充在制造工具的空腔中。因此，精确成形的磨料组合物具有与形成组合物的制造工具的空腔相同的形状。许多布置在基体上的这种精确成形的磨料组合物形成一种构形，这种构形一般与制造工具空腔形成的构形相反。各精确成形的磨料组合物有一个组合物边界，该边界的底部与精确成形的磨料组合物粘结于其上的基体的交界面相对应，该边界的其余部分由组合物在其中固化的制造工具的空腔壁确定。
在此所用的短语“第一磨削方向”意思是在把槽赋予工件表面的运行中，精确成形的磨料组合物移动的方向，在马西的5,107,626，号美国专利中对此有所描述，该专利号援引在此作为参考。对通常绕轴旋轴的工件如圆柱或叶形轮来讲，主要磨削方向一般是：当工件绕轴旋转时，工件曲表面上一给定点移动的路径，或者，如果工件固定不动，则主磨削方向是假如工件在绕轴旋转时，工件曲表面一给定点行将移动的路径。对上下移动的工件来讲，主要磨削方向是：当工件上下移动时，工件表面一给定点移动的路径，或者，工件不动则主磨削方向是假如工件上下运动时，工件表面一给定点行将移动的路径。除以上描述的圆柱形等情况之外，其他不同的工件结构、不同的结构式磨料制品结构，也在本发明的范围之内。
在此所用的短语“第二磨削方向”意思是当精确成型的磨料组合物交叉穿越已给予工件表面的槽时，组合物移动的方向。
工件可以是任何固体材料。工件材料包括如碳钢、工具钢、铬、不锈钢、黄铜、铝、高镍合金和钛的金属和金属合金、玻璃、有机热固聚合物、有机热塑聚合物、橡胶、有涂层的表面、陶瓷、木以及如大理石、石、花岗石等等的无机材料，但不限于此。工件可以是滚筒、平板或诸如此类的形式。行将被精加工的表面可以是比较平的或具有一定轮廓的。此类工件的例子包括镜片、轴颈、曲轴、凸轮轴、曲柄销、涂覆辊、印刷辊等等。圆柱工件的直径范围一般从小至1厘米到5米及5米以上，长度可达10米及10米以上。视用途而异，滚筒或平板可以是实心的，或是空心的。当考虑到滚筒或平板的重量或考虑到要用液体经过空腔以加热或冷却滚筒或平板时，则空心滚筒或平板是很有用的。
参阅图1，涂覆磨料制品10包括基体12，在基体12的一主要表面上有许多精确成形的磨料组合物14。磨料组合物包括许多分散在粘结剂18中的磨料16。在这个特定实施例中，粘结剂18还把精确成形的磨料组合物14粘结到基体12上。精确成形的磨料组合物14具有可识别的精确形状。涂覆磨料制品10在使用之前其磨粒16最好不要突出于精确形状的平面之外。当涂覆磨料制品10用来精加工或超精加工表面时，精确成形的磨料组合物，尤其是组合物的前端会磨损，使没有磨损的磨粒暴露而与工件接触。
图2是以通常称作有序轮廓排列的精确成形的磨料组合物构形的示意图。这种构形的周期性用距离“a′”表示，构形的高峰值用距离“b′”表示，低峰值用距离“c′”表示。在图2中，精确成形的磨料组合物的平面边界用编号23表示。图2示出一系列凹面21和齿刃形面22。
图3是具有一个阵列的棱锥形状的磨料制品顶视方向的20倍放大扫描电子显微镜照片。
图4是具有一个阵列的棱锥形状的磨料制品侧视方向的100倍放大扫描电子显微镜照片。这些磨料制品揭示在马西的5,107,626号美国专利、皮珀等人的5,152,917号美国专利以及斯珀吉翁在1993年1月14日申请的编号为08/004,929的美国专利申请，所有这些专利及专利申请援引在此作为参考。
适于在本发明方法中有用的涂覆磨料制品基体的材料包括聚合膜片、纸、布、金属膜片、硫化纤维、非织基材以及上述任何组合物在内的任何挠性薄片和上述材料经处理过的型式。基体最好包括聚合膜片，如聚酯、聚丙烯、聚乙烯、聚氯乙烯等等的膜片。膜片最好涂有诸如聚乙烯-丙烯酸共聚物(polyethylene-acrylic acidcopolymers)、氮杂环丙烷的打底的材料，以促使磨料组合物粘附在基体上。基体是紫外线辐射或其它辐射源可穿透的。基体也可是紫外线不能穿透的。如果基体是紫外线不可穿透的，可用紫外线辐射以斯珀吉翁在1993年1月14日申请的编号为08/004,929美国专利申请中揭示的方式固化磨料组合物的粘结剂。为了强度、支承或尺寸上的稳定性，基体可层压在另外的基材上，且可在结构式磨料制品形成之前或之后进行层压。
精确成形的磨料组合物可由含有许多分布在未固化或未胶凝的粘结剂中的磨粒的稀浆所形成。在固化或胶凝后，精确成形的磨料组合物就成形，即以由制造工具空腔的形状及位置确定的形状和阵列固定下来。
用来制备混合物、然后用以固化而成结构式磨料制品的磨粒尺寸范围一般在0.1至500微米左右，最好是0.5至50微米左右。适于精确成形的磨料组合物的磨粒例子包括比较硬的磨粒材料。这些材料的例子包括熔氧化铝、热处理过的氧化铝、陶瓷氧化铝、碳化硅、绿碳化硅、氧化铝锆土(alumina-zirconia)、二氧化铈、氧化铁、金刚砂、金刚石、立方氮化硼及它们的混合物。
粘结剂是能提供磨粒分布在其中的媒质。适于在本发明有用的精确成形磨料组合物的粘结剂例子包括酚醛粘结剂、具有侧接α，β-不饱合羰基(pendentα，β-unsaturated carbonyl groups)的氨基塑料粘结剂、尿烷粘结剂、环氧树脂粘结剂、丙烯酸酯化的(acrylated)粘结剂、丙烯酸异氰脲酸酯(acrylateisocyanurate)粘结剂、脲甲醛(urea formaldehyde)粘结剂、异氰脲酸酯粘结剂、丙烯酸酯化的尿烷(acrylated urethane)粘结剂、丙烯酸酯化的环氧树脂粘结剂、(动物)胶及它们的混合物。粘结剂还可包括热塑粘结剂或一种或一种以上的热塑粘结剂与在前面所列举的粘结剂的混合物。
根据所采用的粘结剂，固化或胶凝一般可用诸如热、红外辐射、电子束辐射、紫外线辐射、γ辐射、X射线或可见辐射的能源来促进。
粘结剂最好是可辐射固化的。可辐射固化的粘结剂是一种在辐射能影响下会产生化学反应，从而导致在整个粘结剂材料中至少部分固化的粘结剂。这些粘结剂通常通过游离基机理(free radicalmechanism)聚合。通过游离基聚合机理固化并可用于本发明方法中用以制备磨料制品的粘结剂包括丙烯酸酯化的尿烷、丙烯酸酯化的环氧树脂、具有侧接α，β-不饱合羰基的氨基塑料衍生物、烯键不饱合化合物(ethylenically unsaturated compounds)，具有侧接丙烯酸基的异氰酸盐衍生物(isocyanate derivatives having pendent acrylategroups)以及其它具有侧接α，β-不饱合基的树脂。
如果粘结剂用紫外线辐射或可见光线固化，通常使用光引发剂以引发游离基聚合作用。适于此目的光引发剂例子包括有机过氧化物、偶氮化合物、醌类、二苯酮、亚硝基化合物、丙烯卤化物(acrylhalides)、腙类、巯基化合物、吡喃鎓化合物、三丙烯酰亚胺唑(tri-acrylimide azoles)、双咪唑(bisimidazoles)、氯烷基(烃基)三嗪(chloralkyltriazines)、苯偶姻醚(benzoin ethers)、苯偶酰酮缩醇(benzil ketals)、噻吨酮以及乙酰苯衍生物。如果粘结剂被可见辐射固化，较佳光引发剂是2-苄基-2-N、N-二甲氨基-1-(4-吗啉代苯基(morpholinophenyl))-1-丁酮。这些适于用可见辐射引发聚合的光引发剂例子在奥克斯曼等人的4,735,632号美国专利有所描述，该专利援引在此作为参考。
磨粒与粘结剂的重量比范围一般在1∶6左右至6∶1左右，比较好的是2至3份左右重量的磨粒用于1份重量的粘结剂。这个比率随磨料粒子的尺寸和粘结剂性能而变化。
精确成型的磨料组合物在磨粒和粘结剂之外还可包含其它选用的附加材料。这些附加的材料包括连接剂、湿润剂、抗静电剂、染料、颜料、增塑剂、填充物、脱模剂、助磨剂以及它们的混合物。
精确成型的磨料组合物一般以规则的几何形状成形，组合物以规则分布或阵列排列在基体上。总的说来，所利用的形状将以一定的周期重复。精确成形的磨料组合物可以单行或列的阵列排列在基体上，或比较好的是，精确成形的磨料组合物以两或两以上的行或列排列在基体上。磨料组合物的较佳形状是具有矩形或三角形底面的棱锥形、圆锥形等等。形状可用一种合适的成形工具成形，或可在结构式磨料制品使用过程中磨损后成形。这些棱锥体或圆锥体的较佳高度范围为50至350微米左右(2至14密耳(mils))左右。
结构式磨料制品可以是带状、盘状、片状或其尺寸可与工件接触的软带。精确成形的磨料组合物可设置在基体的一个或两个主要表面。对于环带状结构式磨料制品，带子一般安装在接触轮和导轮上。接触轮在精加工过程期间为结构式磨料制品提供支承装置。对于盘状结构式磨料制品，用机械紧固器或粘合剂把盘固定于支承垫片上。对于带状结构式磨料制品(即有两端的结构式磨料制品带)，结构式磨料制品没有用过的部分一般从支承辊子展开或绕出，而用过以后的或磨损的部分则绕到卷带辊子上。带、支承辊子和卷带辊子可以装在一盒内。支承辊子一般在盒内被摩擦力所抵住，使之不能随意旋转，从而保持能提供一致的进给和轨道的张力。可用已知的技术来精确控制带子进给速度以使表面的精加工达到最佳化。例如，可用一变速直流卷带电动机驱动卷带辊子。有了这样的驱动装置，结构式磨料制品可以0.1～60厘米/分钟左右的速度，最好是5～30厘米/分钟左右的速度连续通过由磨料制品和工件表面合并形成的接触界面。结构式磨料制品也可固定不动，然后根据需要周期性地转位。在此所用的术语“转位”是指使机器或固定在机床的工件运动，以便在一定的空间间隔重复专门的操作。用支承辊子或支承块使结构式磨料制品靠压于工件。支承块可以是压板、辊子、顶针座或任何在结构式磨料制品和工件之间的接触界面提供所需压力的其它装置。可用液压流体、空气压力、弹簧、电驱动元件等等来维持压力。如果需要的话，可用已知技术来精确控制由支承块产生的结构式磨料制品在工件表面的接触力。
工件可以在此称作第一磨削方向的方向相对于结构式磨料制品运动。
或者，结构式磨料制品以第一磨削方向相对于工件运动。工件和结构式磨料制品也可同时运动，只要它们在第一磨削方向有相对运动就可以。为了理解短语“第一磨削方向”是指什么，提供关于第一磨削方向运动的例子如下：
    工件     运动方向   结构式磨料制品     运动方向
圆柱件1 圆柱件绕轴旋转 环带或带子3 环带或带不动
圆柱件1 圆柱件不动 环带或带子3 环带或带在支承件4上被驱动
叶形件1 叶形件绕轴旋转 环带或带子3 环带或带不动
叶形件1 叶形件不动 环带或带子3 环带或带在支承件4上被驱动
棱镜2 棱镜上下移动 环带或带子3 环带或带不动
棱镜2 棱镜不动 环带或带子3 环带或带在支承件4上被驱动
矩形棒材2 棒材上下移动 环带或带子3 环带或带不动
矩形棒材2 棒材不动 环带或带子3 环带或带在支承件4上被驱动
1工件轴从第一底面延伸到第二底面，且与两个底面垂直。置结构式磨料制品的精确成形的磨料组合物与圆柱件和叶形件的曲表面接触，而不与其底面接触，这些底面处在平行的平面中并与轴垂直。
2精确成形的磨料组合物与平行四边形的棱镜面接触。精确成形的磨料组合物与矩形棒材的矩行面接触。
3环带或带安装在接触轮和导轮上。
4支承可以是轮、块或压板。
结构式磨料制品或工件也以不平行于第一磨削方向的方向运动，使得在第一磨削方向形成的划痕被交叉。交叉方向称为第二磨削方向。第二磨削方向可以，但不一定与在第一磨削方向形成的划痕垂直，只需第二磨削方向在结构式磨料制品和工件的接触界面具有适度的垂直运动分量就可以。在第二磨削方向的运动不完全垂直于在第一磨削方向形成的划痕情况下，短语“可测垂直分量”指在垂直方向具有有效的运动量。通过工件或结构式磨料制品在第二磨削方向的运动，结构式磨料制品的精确成型的磨料组合物受力与工件的已有划痕构形交叉，结果，已有的划痕构形的Ra迅速降低。在第二磨削方向的运动量可仅有一个垂直分量，或也可有一个垂直于第一磨削方向的分量和一个平行于第一磨削方向的分量。第二磨削方向的运动一般是以固定摆幅摆动的形式，以便磨料制品加工出交叉的划痕构形。通常这种交叉划痕构形的Ra值比无摆动加工出的划痕构形的Ra小。较低的Ra意味着具有比较光滑的工件表面。
评价本发明方法精加工的工件表面时，最有用的指标是Ra(粗糙平均值)。Ra是磨削工业用于粗糙度的通用的量度指标。Ra定义为偏离平均线的粗糙轮廓算术平均偏差值。Ra用轮廓曲线仪探针测量，探针有作为尖端的金刚石，它通常以微英寸或微米表示。总的说来，Ra越小，精加工表面越光滑。通用的轮廓曲线仪包括以“Surtronic”、“Surfcom”和“Perthometer”商标出售的那些仪器。
磨削应用中通常用液体冷却剂或润滑剂。冷却剂一般有助于带走磨削接触界面产生的热量和工件切屑或碎屑。一般用在磨削操作的冷却剂，作为例子，包括水、含防锈剂的水、含溶性油的水、合成水溶性润滑剂以及诸如矿物油、密封油和亚麻油的有机油。本技术领域的技术人员都知道，通常是根据磨料制品、工件材料、需要的精加工结构以及工艺过程方面的限制来选择合适的冷却剂的。
现在描述本发明工艺的实际操作。图5是用来根据本发明工艺获得光滑表面光洁度的一类机床的立体示意图。在图5中，结构式磨料制品呈带子51的形状，它是从带子供应卷盘52供给过来的。用导辊53调节带子51的张力。带子的路径由驱动辊54和夹送辊55来导向。第一磨削方向用箭头D1表示。通过使支承块或压板56朝着工件57的表面的方向紧抵带子51的背侧来提供带子51对工件57的压力，一直到达到所需的接触界面压力。带子51和工件57之间的接触界面的形状由支承块56的接触表面的形状所决定。支承块56使带子51的精确成形的磨料组合物抵靠在工件57上。在带子51和工件57之间的接触界面，用与支承块56背面接触的由空气驱动的气缸58给带子51施加负载。带子51可在带子51和工件57之间的接触界面垂直地、水平地摆动，或在带子51和工件57之间的接触界面平面内以任何固定角度摆动。第二磨削方向用箭头D2表示。用过的带子在卷带轴59上回收。驱动辊54由直流电机60驱动。在另一个实施例中，磨料带可改换成环带，并以那种方法使用。
带状结构式磨料制品以约0.01至1厘米/稍的速度范围进给或转位，比较好的是约0.05至0.5厘米/秒的范围，以及再快点。由于采用新的、锐利的、精确成形的磨料组合物，通常是结构式磨料制品转位越快，表面精加工将越粗糙。
在又一个实施例中，结构式磨料制品可以是盘状的。盘状磨料制品可用机械式紧固器或化学连接固定于支承垫片。对精加工镜片来讲，盘状结构式磨料制品固定于支承块，镜片绕轴旋轴。盘状结构式磨料制品可以这样一种方式转动，即使得第一磨削方向呈圆形或椭圆形。此外，盘将在与形成于第一磨削方向的槽相交的第二磨削方向运动。这种精加工机床的例子可参见Coburn，(Muskogee，OK)的火箭型(Rocket Model)PP-1机器。
由于施加了足够的压力，所以，结构式磨料制品从工件的表面磨削或去除掉一控制量材料以提供精加工的表面。要仔细控制磨削接触界面的压力大小。如果施加很大的压力，例如高达700左右千帕(约每平方英寸100磅)，则磨削速度将较大、工件的表面精加工将较粗糙，而且，结构式磨料制品将会很快会磨损。同样，如果施加的压力较小，例如小于50千帕(小于每平方英寸5磅)，则磨削速度将较低，工件表面精加工将较光滑，而且，结构式磨料的磨损将较慢。所采用的具体的压力的大小主要取决于具体的磨削应用、工件的性质及所需要的结果。压力一般在3至300千帕左右。
在本发明方法的一个实施例中，结构式磨料制品是与工件表面如圆柱形的曲表面相接触的。结构式磨料制品在第一磨削方向沿工件表面移动，而磨料制品的背侧在其上经过的压板或支承块则左右(横向)移动。或者，也可以使工件而不是压板或支承块左右移动。
在根据本发明工艺磨削之前，工件表面可以有一个比较粗糙、平的、成形的或任意的轮廓。在本发明的工艺过程结束后，工件的表面会有比磨削之前光滑得多的表面光洁度。这种很光滑的精加工用一个数值(单位)表示，这个数值是Ra，它是用轮廓曲线仪扫描轮廓而测得。
用本发明的方法可以获得比用已有技术涂覆磨料制品及已有技术的涂覆磨料精加工方法所可能获得的更光滑或更精致光洁度的工件表面。此外，本发明只要用比已有技术为少的精加工次数就可达到精致的光洁度。本发明方法总的工件的整个表面提供可预计的稳定或一致的光洁度。本方法用在磨料制品的工件之间接触界面连续通过的磨料带来实施将是较好的。
在工件表面提供最佳光洁度的可变参数包括0至60厘米/每分钟范围的带或环带速度、0至400牛顿范围的界面接触力、磨料制品或工件频率为0至1650周/每分钟的摆动、0.01至15厘米左右的摆幅以及在结构式磨料制品和工件之间的接触界面选用的冷却剂和/或润滑剂。这些参数根据磨料制品类型、工件品种和形状以及所需的光洁度来选择。典型的参数请参见由K.L.维尔克、S.E.阿蒙桑及R.C.洛肯编写的、明尼苏达州圣保罗的3M公司出版的《工业磨削分册》“涂覆磨料超精加工：金属辊筒可预计、可重复的表面构形”，在此援引作为参考。
                   例子
下列非限制性的例子将进一步说明本发明。例子中的所有份数、百分比、比率等等除另有说明外都是按重量计算。下列缩写和商标用在整个例子说明中。TATHEIC    三-(羟乙基)异氰脲酸酯的三丙烯酸盐(tri-
       acrylate of tri-(hydroxy ethly)isocyanurate)TMPAT      三甲基醇丙烷三丙烯酸盐(trimethylol
       propane triacrylate)PH1        2，2-二甲氧-2-苯基苯乙酮(2，2-dimethoxy-2-
       phenylacetophenone)，由Ciba Geigy以商标名
       称“Irgacure 651”大批供应PH2        2-苄基-2-N，N-二甲氨基-1-(4-吗啉代苯基)-1
       丁酮(2-benzyl-2-N，N-dimethylamino-1-(4-
       morpholinophenyl)-1-butanone)，由Ciba
       Geigy的商标名称“Irgacure 651”大批供应ASF        非晶形硅石填充物(amorphous silica filler)，
       2.6-2.8克/立方厘米密度，36-38平方米/克表
       面积，由Degussa以商标名称“OX-50”大批供
       应CA         硅烷连接剂，3-甲基丙烯酰基丙氧-三甲氧硅烷
       (3-methacryloxypropyl-trimethoxysilane)。由
       Union Carbide以商标名称“A-17411”大批供
       应WAO        白氧化铝
                 例子1
用皮珀等人的5,152,917号美国专利所公开的方法制造磨料制品。粘结剂前体由50份TATHEIC、50份TMPTA和2份PH1组成。磨料稀浆由29份前述的粘结剂前体、1份ASF、1份CA和69份粒子平均大小为40微米的WAO组成。磨料稀浆涂在一其主表面有许多棱锥形腔的制造工具上，磨料稀浆填充在工具的空腔中。棱锥的底面相互紧靠。棱锥的底面是两条边为约430微米长而另一条边为约500微米长的三角形。两个相邻精确成形的磨料组合物的两条短边间的角度为约551。棱锥形的高度为约180微米。其次，用辊子把由聚酯膜片制成的130微米厚的基材压在制造工具上，则磨料稀浆润湿聚酯膜片的前表面。聚酯膜片的前表面含乙烯丙烯酸(ethyleneacrylic acid)打底涂料。然后，紫外线光穿过聚酯膜片照到未固化粘结剂前体上，紫外线光的剂量为120瓦特/厘米，其光源是H灯泡(Aetek系统)，以4.87米/分钟的速率连续两次照射。该紫外线光使磨料稀浆变成磨料组合物。接下来，聚酯膜片/磨料组合物结构脱离制造工具而形成磨料制品。
                      例子2
该例子磨料制品除下列变化之外以与例子1所用的相同的方式制造而成。稀浆涂在有三角形槽构形的制造工具上，使制品的横截面显示出连续沿磨料带长度设置的等边或等腰三角形。光引发剂为1份PH2。磨料制品通过由一次性地在剂量为240瓦特/厘米、速率为15.2米/分钟的V灯泡融合系统之上经过的聚丙烯工具而制成。磨料稀浆填充在工具的槽形凹口中。工具内槽的底面宽为360微米左右，其高度为180微米左右。
                比较或对照例子A
比较例子A的磨料制品是一种40微米氧化铝精密磨削膜片磨料制品，由明尼苏达州圣保罗的3M公司以商标名称“IMPERIAL”(以下称“IMFF”)在市场上供应。
                   比较例子B
比较例子B的磨料制品是一种30微米氧化铝珠状膜片的磨料制品，由明尼苏达州圣保罗的3M公司以商标名称“IMPERIAL”在市场上供应。
                   测试过程1
涂覆磨料制品变换成10厘米宽的卷料，在一个04150-P型的GEM超精加工机床上进行测试。所用工件为7.6厘米直径的1018不锈钢实心辊子。磨料制品交叉工件的移动速度为15.5厘米/分钟，而支承卷盘的未用过磨料制品的进给速度为5厘米/分钟。磨料制品的保压时间是总的精加工时间。在磨料制品背后的支承辊或压板由橡胶形成，并有63回跳(肖氏)A硬度，而磨料制品在工件上的面压力是0.051帕(Pa)。该压板以最大摆幅的30％摆幅摆动。用水作冷却剂。在每次测试之前，用60微米的IMFF剂伤钢工件以获得一致的最初表面粗糙度。用一个轮廓曲线仪获得表面粗糙度和轮廓，该轮廓曲线以商标名称Perthometer在市场上供应，并有一个跟踪表面形状、计算相应Ra和产生工件表面轨迹的笔尖头。Ra值的单位是微粒(Mm)。
                     测试过程2
测试过程2的方法除磨料制品不转位之外与测试过程1的方法相同。为延续的测试过程中，磨料制品固定不动，而不用未使用过的磨料制品来精加工工件。但是新的工件均用未使用过的磨料带。
在表1中，用的是测试过程1，在30秒总的保压时间，磨料制品以5厘米/分钟进给。
在表2中，用的是测试过程1，在60秒总的保压时间，磨料制品以5厘米/分钟进给。
                                 表1
                        测试过程1，保压30秒钟。
例子编号     摆动  Ra的最初值  Ra的最终值
比较例子A     否     0.33     0.46
比较例子A     是     0.33     0.15
比较例子B     否     0.33     0.51
比较例子B     是     0.25     0.15
 1     否     0.36     0.30
 1     是     0.30     0.25
 2     否     0.36     0.51
 2     是     0.33     0.15
                                   表2
                         测试过程1，保压时间60秒钟
例子编号    摆动  Ra的最初值  Ra的最终值
比较例子A     否     0.33     0.56
比较例子A     是     0.36     0.23
比较例子B     否     0.28     0.51
比较例子B     是     0.33     0.13
 1     否     0.28     0.46
 1     是     0.30     0.36
 2     否     0.30     0.51
 2     是     0.36     0.15
表1和2中的数据表明本发明的工艺对降低被磨削工件的Ra是有效的。
                       例子3
磨料制品除稀浆含粒子平均大小为12微米的69份WAO之外，是用与例子1所用的方法相同的方法制成的。制造工具有棱锥形空腔，各空腔的深度约为180微米。
                     比较例子C
比较例子C的磨料制品是12微米氧化铝精密磨削膜片磨料制品，由明尼苏达州圣保罗的3M公司以商标名称“IMPERIAL”(以下称为“IMFF”)在市场上供应。
                     比较例子D
比较例子D的磨料制品是12微米氧化铝研磨膜片磨料制品，由明尼苏达州圣保罗的3M公司以商标名称“IMPERIAL”(以下简称为“ILF”)在市场上供应。
                   测试过程3
测试过程3的方法除用100微米IMFF划伤不锈钢工件以获得一致的最初表面粗糙度之外，与测试过程1的方法相同。
                  测试过程4
测试过程4的方法除用100微米IMFF划伤不锈钢工件以获得一致的表面粗糙度，以及磨料制品精加工时间为120秒之外，其余与测试过程2的方法相同。
为了产生表3和4中的数据，最初的表面粗糙度是由100微米IMFF造成的，约1微米左右。
在表3中，测试过程3用来比较由结构式磨料制品提供的表面粗糙度和由已有技术的磨料制品提供的表面粗糙度。
在表4中，测试过程4用来比较磨料制品的使用寿命，磨料制品使用数次而不提供新的磨料制品。
图6和7示出了用结构式磨料制品达到的有很大改善的表面粗糙度(降低的Ra)。图6对用测试过程1，时间延续为20秒，在例子3中所获得的粗糙度和在比较例子D中所获得的粗糙度之间进行了比较。图7对用测试过程1，时间延续为45秒，在例子3中所获得的粗糙度和在比较例子D所获得的粗糙度之间进行了比较。图6和7表明在所有的加工例子中都比比较例子的工件更快地达到精加工状态而且得到了Ra值较低的较好的整体表面粗糙度的工件表面。
                              表3
                           Ra值(微米)
    时间(秒)        例子3     比较例子C
    20     0.15±0.03     0.70±0.06
    30     0.15±0.03     0.65±0.04
    45     0.10±0.01     0.58±0.04
    60     0.13±0.03     0.60±0.07
    120     0.08±0.02     0.48±0.05
                                表4
                            Ra值(微米)
磨削工件次数        例子3      比较例子C
 1     0.10±0.01     0.68±0.08
 2     0.13±0.02     0.78±0.06
 3     0.13±0.04     0.75±0.08
 4     0.15±0.04     0.80±0.04
 5     0.15±0.04     0.83±0.09
表3中的数据表明，即使两个例子用相同尺寸的磨粒，结构式磨料制品能够把表面粗糙度Ra降低到只有由比较例子C的磨料制品所形成的粗糙度的五分之一。
表4中的数据表明结构式磨料制品在使用了五次(磨削工件5次)之后所形成的表面粗糙度仅增加0.05微米(0.15减0.10)，而比较例子C的磨料制品在使用五次之后所形成的表面粗糙度增加约0.15微米(0.83减0.68)。很显然，除了磨削次数可以减少之外，结构式磨料制品可重复使用，从而，节省了生产成本。
用结构式磨料及摆动精加工工艺与用已有技术的磨料相比，前者能使工件表面粗糙度降低到一较低的Ra值。
说明书、例子和数据主要是为了理解本发明而提供的。由于在不脱离本发明基本精神和适当范围的情况下，还可以用许许多多类似的方法来实施本发明，所以本发明的权利保护范围应如下面所附权利要求所述。

Claims (15)

1.一种精加工工件表面的工艺步骤，它包括：
(a)把一至少在其一个主要表面上具有精确成形磨料组合物的结构式磨料制品与一其表面有最初Ra值的划痕构形的工件接触，使所述具有精确成形的磨料组合物的表面与所述工件表面接触；
(b)所述工件或所述结构式磨料制品中的至少一个相对于另一个在第一磨削方向运动，与此同时，所述工件或所述结构式磨料制品中的至少一个相对于另一个在不平行于所述第一磨削方向的第二磨削方向运动，使得所述第二磨削方向与所述第一磨削方向交叉，而所述具有组合物的表面与所述工件表面保持接触，从而降低所述最初的Ra值。
2.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述工件有一个旋转轴，通过所述工件绕所述旋转轴的旋转来实现在所述第一磨削方向的运动。
3.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述精确成形的的磨料组合物是棱锥形的。
4.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述结构式磨料制品呈环带状。
5.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述结构式磨料制品呈具有两端的带状。
6.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述结构式磨料制品是固定不动的。
7.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述工件是固定不动的。
8.如权利要求5所述的工艺，其特征在于，所述带被转位。
9.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述接触压力小于700千帕(kPa)。
10.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述不平行的运动有一个约为0.01至15厘米的幅度。
11.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述工件包括圆柱体制品。
12.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述非平行的运动有一个每分钟约为1至100摆动的频率。
13.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，结构式磨料制品包括圆锥体或棱锥体形状的磨料组合物，所述圆锥体或棱锥体的高度约为50至350微米。
14.如权利要求13所述的工艺，其特征在于，所述工件呈叶轮形。
15.如权利要求1所述的工艺，其特征在于，所述最初的Ra值小于20微米左右，并最后降低到一个小于2微米左右的值。
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