一种改进的工具及其制造方法

专利名称：一种改进的工具及其制造方法
技术领域：
本发明涉及工具，更具体地说，本发明涉及具有改进的加工表面的一种工具如一种锯片，这种工具具有较长的使用寿命及较高的操作性能。
背景技术：
对切削操作的效率能够产生影响的因素有多个，例如切削工具的寿命、操作者的疲劳程度及切削过程中的偏差。这些因素对如何快速且容易地生产部件产生了限制。
切削工具的磨损是由于切削工具和工件之间的重复接触而造成的，所述磨损与产品的寿命直接相关联。工件和切削工具之间的接触也产生了摩擦，并由此生热而对工具的使用寿命产生负面影响。例如，当锯片切过工件时，锯片的侧面与在工件内切制出的槽的侧面相接触。常用锯片的侧面具有较粗糙的加工表面。这样，当锯片的摩擦表面与所述槽的摩擦表面相接触时，会产生较大程度的摩擦而使工件和锯片迅速变热。而过热则可损坏锯片和/或工件。
操作者的偏劳程度也可降低生产率。切削工具和工件之间的摩擦阻力通常可增大操作者的偏劳度。如上所述，当锯片的侧面与工件相接触时，两个粗糙表面之间会产生摩擦。这种摩擦作用被直接传输至操作者，而切削阻力则需要操作者施加更大的力来切削部件。
为使锯片和工件之间的接触最小，常用锯片是这样形成的，即切削宽度(通常是指锯的设置参数)从片部开始或称为锯片基体开始稍微增大。所述切削宽度是由直锯片切削端的宽度决定的，或者是由在非直锯片中由横向偏置齿形成的总体宽度决定的。切削宽度的增大就在锯片和工件的切制部分之间提供了间隙。所述间隙的大小将依照锯片的大小和类型而变化。而锯片和工件切制部分之间的间隙的增大则有助于减小锯片和工件之间的接触，但锯片的任何横向运动均会导致工具与工件相接触。
常用锯片的另一个问题实际上是由所述间隙产生的，在锯齿宽度和片部或称为盘部之间引入所述间隙是为了减小上述的摩擦接触。当锯片从工件中切过时，锯齿和片部之间的间隙会使锯片产生摇摆。这样会使锯片的方向产生偏差而进行不精确的切削。但是，大部分锯片的生产者认为由于降低操作者的疲劳度和延长工具的寿命是极为重要的，因此，上述缺陷在常用锯片中是可接受的。
因此，目前存在这样一种需要即需要一种改进的锯片及制造该锯片的方法，这种锯片可降低工具的磨损、操作者的疲劳度及不精确的切削。

发明内容
本发明涉及一种改进的锯片，该锯片包括一个片部和锯齿，该片部具有两个相反侧，所述的两个相反侧限定了锯片宽度。所述片部和/或锯齿的侧表面具有较高精度的加工表面而提供了一个低摩擦表面(即该表面具有较低的摩擦系数)。优选的情况为该加工表面的精度小于约10Ra。片部还包括多个切削缘，所述切削缘是在所述片部的周围形成的。
在一个实施例中，所述锯片为直锯片，片部的宽度基本等于切削端的宽度。在另一个实施例中，锯片包括径向布置在每个切削端后面的一个抗反冲部，其中，抗反冲部的侧表面和/或径向外接触表面被加工得具有一个低摩擦表面。
本发明还涉及一种锯片的制造方法，该锯片具有高精度的加工表面。该方法涉及布置一个高速离心加工装置，该加工装置具有一个外容器和至少一个内容器。多个锯片被安装在内容器中，每个锯片与一个相邻的锯片相互间隔。一种摩擦加工介质被添加到所述内容器中。然后，使内容器相对于外容器以较高的速度进行转动。高速转动会使摩擦介质对片部的表面进行加工。然后，将加工过的锯片从内容器中除去。
所选择的摩擦加工介质优选比锯片材料硬且比切削端材料软。
结合附图中所示的内容，并通过对优选实施例的详细描述则可进一步明确本发明的上述及其他特征和优点。应认识到，在不脱离本发明的情况下可在各个方面中对发明内容进行变更。因此，附图及描述内容实质上是解释性的而非限定性的。


为对本发明进行显示，附图中显示了一种优选的形式，但是，应认识到本发明并不仅限于图示的精确布置和手段。
图1A显示了具有偏置齿的一个常用锯片的部分剖视图；图1B显示了具有切削端的一个常用锯片的部分剖视图；图1C所示为图1A中的常用锯片表面的一个放大详示图；图2A显示了具有根据本发明制作的带有偏置齿的一个切削锯片的部分剖视图；图2B显示了具有根据本发明制作的带有切削端的一个切削锯片的部分剖视图；图2C所示为根据本发明而制作的图2A中锯片表面的放大详示图；图3所示为一个透视图，图中显示了根据本发明制作锯片上的加工表面所用的高速离心加工装置的一个实施例；
图4所示为图3中的高速离心加工装置的一个部分透视图，该图中显示了安装在外容器中的内容器；图5所示为高速加工装置的一部分的剖视图；图6所示为其中安装有锯片的一个内容器的实施例的剖视图；图7所示为根据本发明制作的锯片的平面视图。
具体实施例方式
为对本发明进行显示的目的，在附图中显示了本发明的一个或多个优选实施例；但是，应认识到，本发明并不仅限于图中所示的精确布置和手段。
图1A显示了常用锯片的一个部分剖视图。如上所示，常用锯片包括一个宽度为W的切削端，该宽度W限定了将在工件和片部中形成的切口之间产生的间隔或间隙。切削端宽度W是由偏置齿(如图1A所示，该偏置齿称作弹性配置)的总体宽度确定的，或是由直切削端T(如图1B所示，该直切削端被称作型铁配置)的实际宽度确定的。在图1C中显示了锯片侧面的一个放大详示图，图中显示了在锯片的片部上形成的通常被刷制过的钢面F。被刷制过的钢面通常非常粗糙。
现在参考图2和图7，图中显示了根据本发明的一个锯片10。应认识到本发明可适用于手工锯、钢锯和圆形锯片等。锯片10包括有一个切削端宽度12，该切削端宽度12是由非直锯片(如图2A所示)上的横向偏置齿14、14’的总体宽度确定的，或由直锯片(如图2B所示)上的切削端15的实际宽度确定的。在下文中可进一步明确根据本发明制作的锯片中的切削端宽度12不必大于片部18的宽度16。
图2C所示为锯片10的片部18的一个放大示意图。该放大示意图显示了在本发明的片部18上形成的平滑表面。特别地，片部18的侧表面具有精度小于10Ra的一个高精度抛光或加工表面。在一个实施例中，片部18具有一个精度约为6Ra或更小的加工表面。更优选的加工表面的精度处于约2Ra和4Ra之间。这样的加工表面会使锯片10的片部18与工件相接触时具有较低的摩擦系数。因此。平滑的表面起到润滑剂的作用而使片部18实质上沿着工件的切削表面进行无阻力滑动。相反，常用锯片的加工表面的精度在约45Ra-50Ra之间。
通过在锯片10上布置这种低摩擦表面，锯片10的切削端宽度12就不必显著宽于片部18的宽度16，即切削端宽度12可与片部18的宽度16基本相等。由于该低摩擦加工表面的原因，片部18的侧面可用作为导引件而有助于引导或导引锯片10，从而以直线方式导引切削齿14或切削端15。这样就可更精确地进行切削。相反，常用锯片上的切削端的宽度必须显著大于锯片体的宽度，这样，片部在使用中就不会弯曲。平滑的加工表面还解决了工件的膨胀问题。在切削木材或塑料时，材料存在膨胀的趋势(即切削侧面相对运动)。这样就可能将锯片卡滞在工件中。现有技术中的锯片是通过将锯片的片部形成得比锯齿薄以阻止所述侧面与工件相接触来解决这种问题的。但是，本发明的平滑表面消除了对工件产生膨胀的任何顾虑，这是由于所述低摩擦表面起到润滑表面的作用从而可允许锯片自由地切过工件。
本发明的另一个益处在于它具有减小直锯片中的切削端15的宽度的能力。许多工业上应用的金属切制锯片制作有昂贵的切削端，例如，硬质合金切削端。如上所述，由于现在的片部18可具有与切削端宽度12基本相同的片部宽度16，因此，可将切削端15的宽度实际形成得小于常用锯片上的切削端的宽度。与常用锯片相比，切削端15宽度的减小可明显节省材料(例如，使用的硬质合金较少)。
在上述实施例对锯片的整个加工侧表面进行描述的同时，应认识到只在可能与被切削的材料相接触的片部部分上布置高精度的加工表面。例如，在一个实施例中，只在锯齿的侧面上具有高精度的加工面。
现在已确定可利用美国专利US5,140,783、US5,507,685和US5,848,929所披露的工艺而在锯片10上形成加工表面。这些处理工艺与在加工过程中对锯片10进行支撑的一个新颖的固定物结合使用。图3显示了加工所述锯片所用的一种装置的一个实施例。所示的实施例只是用于解释的目的。本领域的技术人员可借鉴本申请所提供的教导及上述参考实施例中所披露的内容而使用其他装置来加工锯片。装置30包括一个外容器32和一个或多个内容器34(如图4和图5所示)。内容器34可拆卸性地安装在外容器32中。每个内容器34用于容纳锯片10，锯片10则受到本发明工艺的处理。
如图3和图5所示，内容器34被安装在一个驱动系统36上，该驱动系统36包括一个马达38和一个传动箱或称为齿轮箱40。在图5所示的驱动系统36的变体中，齿轮箱40包括多个齿轮或滑轮。但是，在本发明中可利用任何常用的驱动系统。
驱动系统36被用于使内容器34围绕外容器32的内圆周转动(当外容器为图3所示的圆筒时，内容器围绕外容器的中心轴线进行转动)。就如在美国专利US5,355,638中更详细描述的那样，即每个内容器34被安装到驱动系统36上，这样，在内容器34被驱动而围绕外容器32的内表面转动的同时，内容器34还可围绕其自身的轴线进行转动。
一个控制器42如一个信号处理器、电子式控制器或数字式控制器或其他类型的马达控制器可被用于控制马达的转速和转向和/或控制齿轮箱的结合、换档或分离。控制器对于本领域的技术人员来说是公知的，因此，不必对其作进一步的描述。
在美国专利US5,140,783、US5,507,685和US5,848,929中提供了内容器34是如何相对于外容器32而被驱动的详细内容，这些专利的全部内容在本申请中均作为参考而被结合使用。在与本申请同时申请的、且标题为“高速离心处理器(High Speed Centrifugal Processor)”(律师卷号US9436-15)的未审查申请中披露了本发明可利用的其他驱动系统。该美国申请的全部内容在此也作为参考而被结合使用。
图6显示了将锯片10安装在内容器34中的一种布置形式的例子。一根中心杆44布置在内容器的内部。锯片10安装在杆44上且以隔片46相互间隔。隔片46的高度必须足够允许加工介质穿过锯片的侧面之间并作用在锯片的侧面上。一个螺帽或类似的紧固件48被附加在杆44的端部上。所述杆最好可固定性地附加在内容器34上。内容器34的壁应与锯片的顶端相间隔以阻止对顶端造成任何损坏。在另一个实施例中，可将一系列支撑件布置在内容器之内以取代延伸过锯片中心孔的杆，在每个支撑件上布置有磁铁。锯片将由磁铁保持在支撑件上。
为阻止对锯片顶端15造成损坏，本发明考虑选择利用磨料，该磨料的硬度比片部18硬而比顶端15软。这样就只存在锯片10的片部18的选择工作。
上述处理工艺产生的额外的益处有助于延长锯片的寿命。例如，该处理工艺使锯片表面能够抵抗锈蚀。这种益处的产生是由于高速的加工处理产生了无吸附表面而阻止了锈蚀的发生。这样，在本发明中就减小了或完全消除了为保护锯片而对其施加防锈层或油漆的需要。
由于片部18有助于导引锯片和切削端，因此，本发明的锯片10可提供更高的精度和平顺的切削。片部18的平顺表面起到一个润滑表面的作用，从而减小了在锯片10和工件之间产生的摩擦。这样就降低了对能量的需要，同时可提供更有效的切削动作。所述平顺表面还降低了在常用锯片与工件相接触时产生的噪音。
如上所述，本发明可允许所述顶部或齿部与片部18具有基本相同的宽度。减小顶部15的宽度是实现上述这种结果的一种方式，还可考虑将片部18加宽而使其与顶部15或齿部14具有基本相同的厚度。片部18越宽，则比常用的相应部件具有更高的结构稳定性。所增大的结构稳定性还可允许在不必进行热处理的情况下形成锯片10。因此，这样就可以较低的成本制造锯片。另外，锯片越厚，则对使操作者感到疲劳的振动的阻力越大。
通过测试还可确定锯片的抛光精度降低和/或消除了片部中的脆性。在通常的热处理过程中，在钢片部中形成有微小的碎片。这些碎片最终会通过碎裂而成为片部失效的因缘。在本发明中应用的高速精密抛光处理对金属的表面施加了一个普遍的压力，就如同对部件进行喷丸硬化一样。这样就产生了一个结构不同的片部。在这种片部中不能利用常用的喷丸硬化，这是因为常用的喷丸硬化会对齿部造成损坏且使表面特征产生不均匀的变化(即不平坦性)。本发明的精密加工过程可提高在原来的锯片中不能发现的材料性能特征。
利用一种独立的组织对根据本发明制作的锯片进行测试，且与未处理的常用片部相比较。从相同的距离处射击一种22铅径的子弹。该子弹可穿透未处理的常用片部。但这种子弹不能完全穿过按照上述方式处理的锯片。这样就显示出该加工过程降低了片部中的脆性，从而产生了一种结构不同的片部，这种片部不易于碎裂。
另外，近期的测试还显示出在锯片上利用本发明产生了一种具有降低的残余应力的片部。在由初始材料形成锯片的过程中，在金属中，特别是在齿部上或齿部的周围会产生应力。片部中的残余应力会使片部过早变形而导致碎片的产生，最终导致片部失效。所进行的测试已显示出片部的处理对金属表面产生了一个普遍的压力，这样就显著减小了片部中的残余应力。从而就产生了一种根本不同的产品，这种产品更平坦且更难于产生翘曲和碎裂。
此外，在测试和检测时可注意到本发明使产品的表面杂质减少。在切削材料的过程中，表面杂质是很不利的，这是因为这些杂质提供了酸附着区而使材料退化。在制造过程中，切制工具在许多情况下会置于酸性洗液中。另外，在利用切制工具的过程中，被切制的材料会产生酸和/或材料暴露至某些周围环境中也会产生酸。例如，在切制过程中，木浆产生酸是很常见的。表面杂质为酸提供了附着位置，从而会对其下面的材料造成损坏。
根据本发明的切制工具上的加工表面显著减少了表面杂质。因此，该工具可明显阻止酸的损坏。这种效果在锯片中特别是在由碳化钨制造的片部中更加重要。酸倾向于将钴从碳化钨中吸释出来，从而显著消弱所述片部。本发明提供的锯片更坚硬且更不易受到酸的损坏而退化。上述处理工艺并不仅限于受到酸损坏的材料。上述处理工艺还可应用到受到氧化或锈蚀例如受到氯或水的作用而退化的材料上。通过使表面杂质最小化，本发明阻止这些杂质分布在产品的表面上且阻止其吞噬下面的材料。
本发明的另一个特征是在片部的抗反冲部50上进行抛光处理。抗反冲部50周向布置在每个齿14的后部或后面。抗反冲部在本领域中是公知的。这些部分通常是在径向上比齿短的金属凸起，所述金属凸起被用于导引锯片切削并限制下一个切削端在材料中切入得太深。由于这些抗反冲部与材料相接触，因此，它们就受到摩擦作用。在现有的设计中，抗反冲部和材料之间的接触被认为不重要而被完全忽略。这样，在这种类型的锯片中就会产生过度的摩擦。在本发明的设计中，对抗反冲部的高精度抛光进一步降低了摩擦并使抗反冲部对随后的齿起到进一步导引的作用。这样就会产生非常直的切口。在抗反冲部的侧表面上会产生高精度的加工表面。除了对抗反冲部的侧表面进行加工之外，也可按照上述方式对抗反冲部的径向外边缘进行表面处理，这是因为锯片的该部分贴靠在材料上。上述加工表面的所需值同样适用于抗反冲部。
如上所述，可认识到本发明中的锯片可只在抗反冲部上及在与整个片部相对的切削端的附近区域中制作有高精度的加工表面。
上述内容涉及一种锯片的实施例，也可考虑到本发明可被用至其他锯型切削工具，如钢锯、手工锯、带锯等。此外，高速加工处理对其它类型的切削工具如钻头及承受残余应力和酸破坏的其他材料如碳化钨工具头也有益处。另外，上述发明内容中应用的固定物用于将多个锯片保持在高速的离心加工件中，可利用类似的固定物来保持工具如钻头。图8显示了用于保持多个被加工部的一个例子。还应认识到所述部件可被安装得面向内，从而利用离心力则有助于将部件保持在固定物上。图9显示了这样的一个实施例。
图6、8、9所示实施例显示了固定在内容器上的一个固定物，还应考虑到在操作过程中固定物可围绕所述容器自由运动。目前已发现将被加工的产品附加到可在容器内自由浮动的一个固定物上可对产品进行辅助加工。更具体地说，参考图10，图中显示了本发明的一个实施例，其中，保持被加工工具所用的固定物可在容器内自由滚翻。由于固定物比加工介质具有更大的惯性阻力(即，固定物的相对速度比介质的相对速度小)，所述介质不仅通过喷流到工具中而与工具相接触(模拟喷丸硬化的效果)，且将沿着工具的不同表面进行滑动(模拟抛光或拍打的效果)。因此，本发明中应用的加工工具比常用的加工工具具有显著良好加工效果。
本发明可应用于不同的材料上，如金属、塑料和陶瓷。此外，本发明可适用线性轴和轴承/轴衬等。在这种实施例中，与常用的加工操作相比，本发明中的加工处理可提供一种更硬且更平顺的表面。
可通过不同的方式来控制上述处理工艺来实现不同的加工效果。例如，可对加工装置的运行速度、介质的类型和大小及搅动速率进行控制以确定所述惯性速度，即在加工过程中对产品施加多少能量。这样有助于确定将在产品上产生的冷塑性变形。
与常用的锯片设计和实际制造相反，上述益处明显是无法预料到的。
虽然结合示例性实施例而对本发明进行了描述和显示，但应认识到在不脱离本发明的实质和范围的情况下，本领域的技术人员可对上述实施例进行不同的变化、省略和添加。
权利要求
1.一种改进的锯片，该锯片包括一个片部，该片部具有两个相反侧，所述的两个相反侧限定了片部的宽度，所述片部具有较高精度的加工表面，该加工表面的精度小于或等于约10Ra；在片部上形成的一个切削缘，该切削缘具有一个切削端宽度。
2.根据权利要求1所述的一种改进的锯片，其中所述锯片为直锯片，片部的宽度与切削端的宽度基本相等。
3.根据权利要求1所述的一种改进的锯片，其中锯片还包括周向布置在每个切削端后面的一个抗反冲部，抗反冲部的侧表面加工有一个低摩擦表面。
4.根据权利要求1所述的一种改进的锯片，其中高精度表面的加工精度在约2Ra和6Ra之间。
5.根据权利要求1所述的一种改进的锯片，其中高精度表面的加工精度在约2Ra和4Ra之间。
6.根据权利要求1所述的一种改进的锯片，其中高精度表面的加工精度约为6Ra或更小。
7.具有高精度加工表面的一种锯片的制造方法，该方法包括如下步骤提供一个高速离心加工装置，该加工装置具有一个外容器和至少一个内容器；将多个锯片布置在内容器中，每个锯片与相邻的锯片相互间隔；将一种摩擦加工介质添加到所述内容器中；使内容器相对于外容器以较高的速度进行转动，高速转动会将摩擦介质对片部的表面进行加工；将加工过的片部从内容器中除去。
8.根据权利要求7所述的锯片制造方法，其中在添加摩擦介质的步骤之前，该方法包括选择摩擦加工介质的步骤，该摩擦加工介质比锯片材料硬。
9.根据权利要求8所述的锯片制造方法，其中所述摩擦加工介质比切削端材料软。
10.根据权利要求7所述的锯片制造方法，其中放置锯片的步骤涉及布置一根中心杆，且将锯片布置在该中心杆上；并在相邻的锯片之间插入隔片。
11.根据权利要求10所述的锯片制造方法，其中在添加摩擦加工介质的步骤之前，该方法包括选择摩擦加工介质的步骤，该摩擦加工介质比锯片材料硬。
12.根据权利要求11所述的锯片制造方法，其中所述摩擦加工介质比切削端材料软。
13.一种改进的锯片，该锯片包括一个片部，该片部具有两个相反侧，所述的两个相反侧限定了片部的宽度；在所述片部上形成的多个齿，所述齿具有相反的侧面，在所述齿上形成有具有一个宽度的切削端，所述齿的侧面具有一个高精度加工表面，该加工表面的精度小于或等于约10Ra。
14.根据权利要求13所述的一种改进的锯片，其中所述锯片为直锯片，片部的宽度与切削端的宽度基本相等。
15.根据权利要求13所述的一种改进的锯片，其中锯片还包括周向布置在每个切削端后面的一个抗反冲部，抗反冲部的至少一部分具有一个高精度的低摩擦加工表面。
16.根据权利要求13所述的一种改进的锯片，其中高精度表面的加工精度在约2Ra和6Ra之间。
17.根据权利要求13所述的一种改进的锯片，其中高精度表面的加工精度在约2Ra和4Ra之间。
18.根据权利要求13所述的一种改进的锯片，其中高精度表面的加工精度约为6Ra或更小。
19.降低工具表面中的残余应力所用的一种工艺，包括如下步骤提供一个高速离心加工装置，该加工装置具有一个外容器和至少一个内容器；布置一个固定物以保持多个工具；将多个工具放置到固定物上；将固定物放置到内容器中；将摩擦加工介质置于内容器中；使内容器相对于外容器以较高的速度进行转动，高速转动会使摩擦介质与工具的表面重复接触以对工具的表面进行均匀加工；将所述工具从内容器中除去。
20.根据权利要求19所述的工艺，其中在转动过程中，所述固定物在内容器中是可运动的。
全文摘要
本申请所披露的一种改进的锯片包括对片部进行高精度加工以提供一个低摩擦表面。加工表面的精度优选低于约10Ra。该低摩擦表面可允许切削端比片部薄。本申请还披露了一种具有高精度加工表面的锯片的制造方法。该方法涉及提供一个高速离心加工装置，该装置具有一个外容器和至少一个内容器。多个锯片被安装到内容器中，每个锯片与相邻的锯片相间隔。一种摩擦加工介质被添加到内容器中。然后，使内容器以较高的速度相对于外容器进行转动。该高速转动使摩擦介质对片部的表面进行加工。然后将加工过的锯片从内容器中除去。
文档编号B23D61/02GK1558816SQ02818815
公开日2004年12月29日 申请日期2002年2月5日 优先权日2001年9月27日
发明者史蒂文·E·霍夫曼, 史蒂文 E 霍夫曼 申请人:麦克罗耐特科技集团有限公司