砂轮(即，磨轮)广泛应用在传统的磨床和手持角砂轮机中。当在这些机器 上使用时，轮子支承在其中心，并在压靠住加工件(即，工件)的同时以相对 较高速度旋转。砂轮的磨削表面通过砂轮磨料颗粒的联合切削作用磨损工件的 表面。
砂轮可使用在粗磨削和精磨削两种操作中。粗磨削用来实现快速切削，而不 必特别关注表面光洁度和烧灼。粗磨削的实例包括将钢坯的杂质快速切除，焊 缝的准备以及切断钢材。精磨削注重切削量的控制以实现要求的尺寸公差和/ 或表面光洁度。精磨削的实例包括材料的精确切削量、磨尖、成形，以及诸如 打磨和协调(即，磨去焊珠)的一般表面修整操作。
在传统的平面砂轮或表面砂轮中，砂轮的大体平坦面通常作用在工件上，使 用一传统的表面砂轮机或角砂轮机，使平坦面定向成与工件约成6°夹角，该传 统的面砂轮即可使用在粗磨削和精磨削中。表面磨削操作的实例是一诸如美国 专利No.5,951,378中公开的双金属发动机组的燃烧覆层的磨光。传统的平面砂 轮或表面砂轮通常由磨料微粒和粘结剂(带有或不带有纤维加固)混合物模制 而成，以形成一刚性的、单片的、磨料粘结的砂轮。一合适的粘结的磨料的实 例包括在树脂粘合基体中的氧化铝颗粒。粘结的磨料的其它实例包括在玻璃状 或金属键中的金刚石、CBN、氧化铝或碳化硅砂颗粒。由ANSI(美国国家标 准组织)指定的各种轮形通常在平面或表面磨削操作中使用。这些轮类型包括 直形轮(ANSI类型1)，圆柱形轮(类型2)，槽式轮(类型5和7)，直形 和扩口杯形轮(类型10和11)，盘和碟形轮(类型12和13)，凸纹和/或下 凹砂轮(类型20至26)以及中心沉陷砂轮(类型27，27A和28)。诸如ANSI 类型29砂轮的上述砂轮的变化形式也适合于平面磨削或表面磨削。
与传统的平面磨削或表面磨削相关的一缺点，就是在实际操作过程中，操作 者不能看见正在磨削的工件的表面；操作者只能看见未被砂轮盖住的材料。在 处理过程中，如不对工件重复地检查以不断地接近到达所要求的邻近结果，通 常难于完成精确的操作。诸如角砂轮机之类的手持工具不能精确地重新施加于 上，这样，重复地检查对细致的工作不是好的选择。
由于在人类眼睛内的视网膜上有图像暂留性，所以当具有穿孔的砂轮以中至 高的速度旋转时，其变得半透明；即“视觉暂留”起作用。如果在转动的砂轮 和其背景和/或前景之间有光和/或颜色差异，那么通过一穿孔的转动的砂轮所 见的图像进一步增强。为了当砂轮旋转时，增加“窗口”的宽度或清晰的观察 效果，穿孔通常设计成彼此重叠。例如，利用这种现象的砂轮可见美国专利 No.6,159,089；6,077,156；6,062,965和6,007,415，本文在此援引所有这些内容 以供参考。
由于推测到单体的树脂/磨料合成的砂轮的破裂和/或突出物陷入到大的孔 中而导致灾难性的后果，所以目前为止这种“窗口”的使用已限制在多部件的 金属本体的切割刀片和/或柔性的砂轮中。
因此，需要有一种用于表面磨削的改进的工具和/或方法。

按照本发明的一实施例，提供一砂轮，该砂轮绕其轴线操作性地旋转以从工 件上磨去材料。该砂轮包括一安装小孔、一包含磨料颗粒的基体、以及在操作 性地旋转过程中形成一名义的圆柱形的周缘。砂轮包括至少一个沿轴向延伸通 过基体的空位，这样，在操作性地旋转过程中，空位形成通过其可看见工件的 名义的窗口。砂轮基本上是单体的，还包括一小于名义圆柱形的体积的25％的 空位体积。
本发明的另一方面包括制造一砂轮的方法，该砂轮绕其轴线操作性地旋转以 从工件上磨去材料。该方法包括提供一包含磨料颗粒的基体，并将基体形成到 砂轮中。该方法还包括形成至少一个沿轴向延伸穿过基体的空位，这样，在操 作性地旋转过程中，空位形成通过其可看见工件的名义的窗口。该砂轮形成为 一单体，并定尺寸、成形和形成响应于施加的20牛顿的轴向载荷，具有沿轴 线方向的约1-5毫米范围的柔韧性。
在本发明的还有一方面，提供一操作性地旋转以从工件上磨去材料的砂轮。 该砂轮包括一安装小孔、一包含磨料颗粒的基体、以及在操作性地旋转过程中 形成一名义的圆柱形的周缘。多个空位沿轴向延伸穿过基体，这样，在操作性 地旋转过程中，空位形成通过其可看见工件的名义的窗口。诸空位包括至少一 个观察孔，以及至少一个从名义圆柱形的边缘向内沿径向地延伸的无阻挡的缺 口。该砂轮基本上是单体的。
附图说明
结合附图，阅读本发明下面的各方面的详细描述，将会更容易地明白本发明 上述的和其它的特征和优点。
图1是本发明的成形外缘砂轮的仰视(砂轮面侧)平面图；
图2是沿图1的2-2截取的立面侧视图；
图3-9是根据本发明的各种变化实施例的砂轮的、类似于图1的视图，其 中以虚线表示可供选择的通孔；
图10是类似于图2的视图，但处于倒置的方向和放大的比例；
图11-14是曲线图和条形统计图，示出与本发明比较的现有技术的各种砂 轮的期望性能；
图15和16分别是本发明另一实施例的平面图和侧视立面图；
图17和18分别是本发明又一实施例的平面图和侧视立面图；
图19-21是本发明的其它实施例的侧视立面图；
图22-25是本发明的其它实施例的砂轮的、类似于图1的视图；以及
图26是与现有技术的砂轮相比较的本发明各实施例的试验结果的曲线图。

参照附图中列出的诸图，下面将详细描述本发明的示例性的实施例。为了清 晰起见，附图中所示的相同的部件将用相同的标号表示，且附图中变化的实施 例中示出的类似的部件也用类似的标号表示。
如这里所采用的，术语“砂轮”指一单体的物件，其适于安装在一旋转的心 轴和主轴上。这里并不限制于纯粹的圆形或圆柱形。它包括能够与面砂轮机或 角砂轮机一起使用的物件。
术语“缺口”和“狭槽”互换地指下陷或凹进，它们其至少沿一个方向完全 地延伸通过一物体，而且被该物体的材料不完全地包围。它们包括这样的结构， 其中，一砂轮的圆形外边缘失去一段(下面定义)或部分，或者看来是(想象 地)通过移动一“小孔”直到小孔的一部分延伸超过边缘来获得。
同样地，“孔”包括一下陷、凹进或小孔，不考虑其特殊的形状或几何特性， 其至少沿一个方向完全地延伸通过一物体，而且被该物体的材料完全地包围。
“缺口”、“狭槽”和/或“孔”合起来在这里称之为“空位”。
“单体的”和/或“单体”指形成为一单一的一体单元的物体，诸如通过模 制(例如浇铸)。单体的砂轮的实例包括非强化粘结和强化粘结磨料的砂轮。 典型的强化型的实例包括诸如玻璃或碳之类的纤维，或一支承板，其形成砂轮 的一离散层，即，就在所述的层上用粘结剂和磨料模制而成。或者，强化型可 包括纤维或其它材料，其与粘结剂和磨料基本上均匀地混合在一起。如本文中 所采用的，“单体的”和“单体”具体地来说，不包括传统的、包含一可拆卸 地固定在背垫板上的砂纸的砂纸盘，也不包括具有铜焊或电镀在轮缘上的磨料 粒层的金属砂轮。
这里所采用的“磨削”是指任何的研磨或修整操作，其中，对工件的表面进 行处理，以除去材料或改变表面粗糙度。
“弓形段”是指位于周缘和弦之间的圆的一部分。
“轴向”或“轴线方向”指基本上平行于砂轮转动轴线的方向。同样地“横 向”、“横向方向”或“横向平面”是指基本上正交于轴线方向的方向或平面。
术语“边缘”包括砂轮转动形成的轮或名义上的圆柱的径向最外边缘和/或 表面。砂轮的边缘包括设置在其上的任何的缺口或狭槽。
术语砂轮的“周缘”包括砂轮的所有外表面，其包括边缘、磨削面、以及相 对(例如，非磨削)的面。
简要地来说，如图所示，本发明包括一单体的磨料磨削砂轮，其具有一不规 则(即，有缺口的)的周缘形和/或一系列延伸通过其的孔，以允许操作者观察 以传统方式正在进行表面磨整、打磨和/或通常与表面磨削操作相关联的焊接混 合操作的工件的表面。如图所示，例如，在图1-4中，砂轮(110，310和410) 各包括一个或多个缺口112、312和412，它们关于砂轮的本应为圆形的周边以 隔开的关系设置。这些轮还可包括诸如图3中虚线所示的孔322之类的观察孔。 或者，砂轮可设置有诸孔而无任何周缘的缺口(如图22-24所示)。参照图1 和22，可采用离中心等距离的三个缺口112或孔2222，但许多其它的组合也 是可能的。缺口和/或孔可以许多不同的形状来构造，并可倒圆(例如，斜切) 以避免采用锋利的或窄的角，且减少裂缝扩展的任何趋势。缺口和/或孔位置的 选择，应保持轮的平衡。通过从缺口边缘移去材料便可动态地平衡砂轮。
当轮绕其轴线116，316和416，以中至高的速度旋转时，由于上述的“视 觉暂留”效应，缺口和/或孔允许轮变得半透明。因此，当轮绕其轴线，诸如沿 箭头114、314和414所示的方向旋转时，个人或机器(即，砂轮机的操作者 或机器的观察系统)将能监察正在磨削的工件的表面情况，而不需从表面上移 开砂轮。可以觉察到的是，缺口和/或孔还可有利地起到改善空气流动并减小接 触的摩擦面积的作用，以使工件的表面比起使用现有技术的圆周砂轮明显地 冷。
缺口和/或观察孔已设置在传统的砂纸盘上，即，使用固定到基本上刚性背 衬上的大致圆形的砂纸的砂纸盘，例如，公开在上述的′521的专利公报上。然 而，它们没有被使用在单体的、粘结磨料的砂轮中。由于在磨削操作中，在轮 中心附近产生的相对高的应力集中，可以觉察到，提供延伸通过这样砂轮的小 孔，会产生不可接受的砂轮强度损失。然而，业已发现，采用合适的砂轮设计， 有可能在这些轮的平的磨削表面上布置观察小孔(即，孔)。
此外，现有技术存在的各种担心，即，在周缘上的缺口可夹能会住工件表面 上的突出物，或可能会产生最终导致砂轮失效的应力集中，上述担心在试运行 中显示未有发现。如在下文中将会参照图10详细讨论的，相对高的转速连同 可供选择的倾斜的缺口和/或缺口112的突起的拖尾边缘120，和/或孔322，622 等，显现出足以防止突出物进入在传统转动速度下旋转的轮的诸缺口内。
在本发明的使用和研制过程中，经观察表明，通过在旋转的磨料表面和磨削 工作表面或材料之间形成空气湍流而产生冷却效应，可实现磨削操作的效率和 性能的部分提高。还可从间歇的切割获得好处——允许在切削的间隔之间有一 小的时间间隔量。在我们改进的砂轮的每个转动过程中，发生好几次“休息时 间”。现已确定，最好的结果是通过围绕轮的边缘等距离间隔的位置上设置诸 缺口而得到的，这样，砂轮名义上达到均匀的平衡。
参照诸附图，下面将更详细地介绍本发明的砂轮。除了缺口和/或孔，砂轮 可按工业标准制成有机或无机粘结磨料砂轮，如上述类型1、2、5、7、10-13、 20-26、27、27A、28和29。砂轮也可制造成诸如参照图15-19所示和所述 的类型27和类型28的混合型砂轮(下文中称之为“混合型27/28”)。这些 砂轮也可采用或不采用传统的纤维或支承板强化来制造，且制成传统的直径。 有机粘结剂材料的实例包括树脂、橡胶、虫胶或其它类似的粘结剂。无机粘结 剂材料包括粘土、玻璃、搪瓷用玻璃料、瓷料、硅酸钠、高菱镁或金属。传统 的砂轮制造工艺可被采用，例如，模制。下文将更详细地讨论根据本发明修改 的传统砂轮制造工艺的具体实例。
本发明砂轮的典型构造示于图1和2。图1是一仰视图，即，在砂轮的平的 磨削面上观看的视图。如图所示，砂轮110包括三个缺口112和一传统的中心 安装孔111。
诸缺口可以各种尺寸和形状以及合理的数量来构成。例如，各种三缺口的砂 轮示于图1-5、8和9。四缺口的实施例示于图6和7，及一五缺口的型式示 于图8c。一个一缺口砂轮(从边缘移去一平衡弓形段)也可采用(未示出)。
现转向图3，缺口312可以是非对称地提供带有大致呈阶梯的或缺口状的周 界。如图所示，缺口312包括一前导边缘318，它从砂轮的最外半径rmax沿径 向向内地延伸，相对于rmax处的切线319成一相当陡的夹角α(即大致为垂直)。 前导边缘318圆顺到具有初始半径rmin的拖尾边缘320，初始半径rmin逐渐地圆 顺到最外半径rmax(即，以相当小的渐减的切向角β)。这种渐减的拖尾边缘 320的半径有利地趋向减少砂轮卡在工件的尖锐的边缘等突出物上的可能性。 这种渐减的半径还可结合将拖尾边缘从磨削面的平面突出来一起使用，下面参 照图10加以讨论。
转向图4，图中示出一非对称缺口的变体。在该实施例中，轮410设置有缺 口412，它们提供砂轮大致锯齿形的周缘。以与轮310类似的方式，轮410的 拖尾边缘420较佳地以小于90度夹角β′延伸。
图5包括两个另外的对称缺口512′和512″的变体(图5a和5b)，以及另一 个具有非对称缺口512″′的实施例(图5c)。
图6-9还示出具有缺口(分别为612，712，812，812′，812″和912)的轮 (610，710，810，810′，810″和910)的实施例，诸缺口形成为轮上的失去的 或移去的弓形段。这些弓形段可以是直线的(612和812)、弯曲形的(812′) 或锯齿形的(812″和912)。可以是从一个段以上；而三个或四个是较佳的， 且五个(见810″)或更多个是可行的。
此外，磨削面的边缘沿缺口的拖尾边缘可设置有在626，726，826和926 处的斜切边缘部分(本文也称之为“翼尖”)。这些翼尖可增加在轮和被磨削 的材料之间的空气流动，并且以类似于图10的突起的拖尾边缘的方式减小边 缘接触的冲击。翼尖还可包括故意地形成在轮边缘上的叶片，其可用来引导或 导向围绕砂轮周边的空气。它们可结合一围绕角砂轮机外罩的围堵空气的“裙 罩”一起使用，这样，尘埃只沿一个方向飞射而不会四面八方地飞扬。可安装 一尘埃或金属屑收集装置，以便保持住大部分的尘埃或金属屑。
观察
如上所述，在砂轮内的缺口或狭槽(112，312，412...)有利地能使用户在 他/她使用砂轮机时，透过旋转的砂轮看到被磨削的工件。在这点上，在其进展 过程中，能够看到和监视磨削动作是非常有用的。也如上面所讨论的，大部分 磨削轮不允许在磨削过程观看。传统表面砂轮机或角砂轮机的结构一般不允许 通过旋转的砂轮的外部分观看，而本发明的砂轮已研制克服了该缺点。如果使 用传统的不透明的砂轮进行磨削时，操作者必须作一系列试验性的磨削，每次 需移开工具观察结果，而且，邻近工作结束时，这种检查的停顿必须越来越频 繁。工作完成的过程是一种连续的迫近，而且存在这样的可能性，即，磨削过 程进行得太过头。使用本发明，操作者可应用一次将工具施加于工件进行磨削 操作，且不会有磨削过头的风险。
令人惊奇的是，砂轮中存在的这些缺口和/或孔不会使(有人会预料)突出 的东西纠缠在缺口中，以致造成磨削过程的灾难性的破坏。
本发明的砂轮最好是深颜色，以便对通过旋转的砂轮观看的操作者提高视觉 的对比度，并借助于视觉暂留而看到后面的工件。这种颜色不要甚于白色的炫 目，从通过白色或其它淡色的砂轮看到工件的表面，颜色趋于发灰。其结果， 如果在一个地方移去的段重叠在砂轮的另一部分上的缺口，则在砂轮下的工件 可一直观看到砂轮的边缘，这样，在使用过程中，砂轮的全部工作部分“发灰”。
空气冷却
可以预料的是，在一典型的4.5英寸/115毫米的角砂轮机中，在每分钟8000 -11000转的转动下，根据本发明制造的旋转的砂轮的周围可觉察到沿大致切 向出现的空气流。倾斜的缺口在磨削的表面产生显著的空气湍流，且金属屑趋 于径向向外地排出。
现转向图10，缺口112(和/或下文中讨论的观察孔)可以是如图所示的倾 斜形。为了方便起见，下面的讨论将具体地参照缺口，但应该理解到的是，该 讨论也完全地适用于本文中所讨论的任何观察孔。砂轮110的较佳的转动方向 如箭头14所示，如图中所示磨料的磨削面朝下。缺口112的前导边缘118是 倾斜的(相对于轴线方向)，以相对于磨料磨削面的最靠近(邻接)部分形成 一锐角，而拖尾边缘120这样倾斜：相对于磨削面的邻接部分形成一钝角。(图 10b中的拖尾表面120′示出另一倾斜形状，它可被用来进一步减小砂轮抓到突 出物的风险)。
即使缺口本身没有实际的倾斜，当砂轮在高速下旋转时，通常也总存在由背 垫板上的小孔的运动产生的大体显著的和有用的空气湍流，它有利地用来冷却 工件。
这种效应可通过如图所示的倾斜的缺口112而得到加强，因为空气趋于如箭 头1030(图10a)所示被携带到工件的表面。该流动的空气可有助于冷却工件， 从磨削现场所吹走尘埃/金属屑，以及从工作区域移去碎断下的磨料颗粒。通过 使拖尾边缘120′升起，以形成如图10b所示的一空气戽斗，这种效应可得到进 一步的提高。当空气到达被磨削的表面时，有足够的空气被压缩，该空气也可 起作一种支承，以类似于一种空气承载的方式，迫使其本身介于旋转的砂轮和 静止的工件之间。在这种情形中，可在工件表面产生有助于移去金属屑的湍流。
即使我们看到在缺口的拖尾边缘等处没有夹住突出物的可能性(部分因为在 使用(10,000转/分钟)中，大约每2毫秒即出现一新的缺口)，通过提供使 物体能轻轻擦过的缓和的坡度，而不是突兀的角，图10所示的结构也趋于帮 助最大程度地减小风险(如当工具减速时)。
除了上述特点之外，本发明的砂轮可以各种变化实施例的形式来实践。例如， 如以上简明扼要地所述，除了缺口或狭缝(112、312、412...)之外或与之结 合，所述砂轮的任何一种均可设置有一个或多个如图3、6和7等中虚线所示 的观察孔322、622、722等。或者，如上述参考的临时专利申请(′478申请) 和日本专利申请No.11-159371(题为“带有观察磨削表面的观察孔的偏置式的 柔性砂轮(Offset Flexible Grinding Wheel with Viewing Hole for Observation of Grinding Surface)”)中所公开的，本发明可包括诸观察孔，而不使用诸如图 22-24中的砂轮2210、2310和2410的任何周向的缺口。这些观察孔基本上可 以是任何形状，包括圆形(即，如图3、9和22所示)或非圆形(即，图23 和24中的椭圆形孔2322和2422)。现更详细地参照图23和24，在使用椭圆 形孔或长形孔的情形中，诸孔可以任何要求的方向来定向。例如，如图23所 示，可这样设置孔2322，使其纵轴(在横截面中)沿径向方向延伸。或者，如 图24所示，纵轴可相对于径向方向偏离一夹角γ设置。在所示的实例中，角γ 大约为45度。试验表明，采用长形孔制造的砂轮，相对于采用直径与狭长孔 的纵向尺寸相等的圆形孔的类似砂轮，其强度有显著的提高。此外，狭长孔定 向在45度夹角γ还进一步提高轮的强度，在下面的实例中将予以详细讨论。
此外，任何一种上述的观察孔322、622等可上面参照图2和10所过，以及 如图6、7和8a中虚线所示地倾斜。还如上面所述，观察孔的操作基本上类似 于上述的缺口的操作，以使使用者能在操作过程中透过孔看到工件。
最好选择诸孔322、622等的数量和位置时保持砂轮的平衡。尽管提供单一 的观察孔和成形的砂轮也有可能保持其转动的平衡，但通常较佳地提供绕砂轮 的转动轴线成间隔关系地设置的多个孔来提供所要求的轮的平衡。可使用任何 数量的孔，视砂轮的直径和孔的大小而定。例如，具有外直径为6英寸的砂轮 可包括三个至六个孔，而较大直径的轮(即，9至20英寸的轮)可包括10至 20个或更多个孔。通过在轮的边缘上除去材料，轮可得到动态的平衡。在特别 示范的实施例中，观察孔可形成在这样的一区域内，即，在由轮的转动形成的 名义的圆柱形的半径的至少60％和离轮的边缘至少约2毫米之间的区域内。
尽管本发明可本质上以任何型式或结构的砂轮来实施，但理想地实施为通常 称之为“薄型砂轮”，它包括包含在通常为一有机树脂基体的粘结基体内的磨 料颗粒。如这里所采用的，术语“薄型砂轮”是指其厚度t(沿轴线方向)小 于或等于名义圆柱形的半径r的约18％的砂轮(即，t＜或＝18％r)。例如，薄 型砂轮包括厚度t从大约1/8英寸至约1/4至1/2英寸的范围的砂轮，根据(最 外)的轮的直径决定。这种薄型砂轮的实例包括上述的类型27、27A、28、29 和混合型27/28的砂轮。例如，类型27、27A、28、29的砂轮定义在ANSI Std. B7.1-2000中。如上所述，混合型27/28砂轮类似于类型27和28，且具有如图 16、18和19所示的略呈弯曲形的轴向截面，这将在下文中加以详细描述。
如上所述，本技术领域内技术人员所熟知的各种砂轮制造工艺均可用来和/ 或修改来形成本发明的实施例。可采用的示范性的工艺公开在授予Timm的美 国专利No.5,895,317，以及授予Abrahamson的美国专利No.5,876,470中，本文 援引其全文以供参考。现将参照图15-21介绍一些示范的制造工艺。为简明 起见，大部分这些工艺根据具有三个观察孔的混合型27/28砂轮的制造来加以 图示和描述。然而，本技术领域内的技术人员应该清楚的是，这些工艺可进行 修改，包括模具的大小和形状，和/或模制混合物的成分，以便生产出具有上述 任何数量缺口和/或孔的上述任何类型的砂轮。
转向图15和16，混合型27/28的砂轮1510可这样进行制造：将支承板28 放入到合适尺寸和形状的模具内，以形成所要求的孔1522(图15)和/或缺口 1512(如图15虚线所示)。支承板28可包括一与板一体的中心轴衬30，或可 以是固定在其上的一分离的元件。(如图所示，支承板28和强化层36(图18) 以已知方式略呈弓形。或者，这些部件可基本上是平面的，诸如用于制造类型 27、27A和/或类型28的砂轮。)支承板28的孔可接纳地接合到放置在模具内 的塞子上(未示出)。塞子的大小和形状以利形成所要求的孔。然后，用所要 求的磨料和粘结剂混合物填充模具以形成磨料层29。该模具填充步骤可采用重 力馈送工艺来完成，或者，也可使用诸如注塑模制的其它工艺。然后，施加热 量和/或压力。然后从模具中取出轮子并从塞子内脱出而呈现具有所要求的孔 1522和/或缺口1512的砂轮。然后可完成诸如轮的动态平衡的传统的诸步骤。
现转向图17和18，使用一类似的工艺来制造玻璃纤维强化砂轮。如图所示， 一玻璃纤维布36就地放置在模具内。该布最好设置有匹配模具的尺寸和形状 的周缘尺寸和形状(包括任何的缺口1712(图17))。塞子放置在模具内的 所要求的孔1722的位置上(图17)。如参照图15和16所述完成其后的诸步 骤。在一个或多个空位的孔中的布层可以切割去以便不阻挡通过其间观察。另 有可选择的做法是，布层(玻璃纤维层或类似的纤维加强层)可跨越一个或多 个空位(例如，跨越图示的孔1722)连续地延伸，以便提供结构上的加强，而 同时由于其相当松开的编织同时也允许使用者通过布层观察。
转向图19，上述制造方法的任何一种可进行修改，即，在固化轮子的前或 后将一带有速度锁定装置的传统的背衬垫32施加到支承板或加强层上。
作为另一种变化，可预制带有一嵌入的玻璃纤维布或类似的加强层的模制中 心或毂34(如图20和21所示)。这种组件可以任何已知的方式进行制造，其 中，包括模制和/或机械装配操作。然后，毂/玻璃组件可放入模具中进行模制， 其后放入磨料/粘合剂的混合物，并如上所述地施加热量和压力等，来模制到位， 以形成具有一体的毂34和加强磨料层29′的砂轮2110。尽管轮2110示为一传 统的平直的盘轮，但它也可变化地制造成具有如图16、18和19所示的略呈弯 曲形横截面的混合型27/28砂轮。
尽管本发明的实施例示为由一加强层36、36′制成，但也可使用多层的附加 层36、36′。例如，一层36、36′可设置在内部，而另一层设置在砂轮的外表面。 在使用玻璃纤维布层36、36′的情形中，该(未涂覆的)布具有每平方米约160 至320克(克/平方米)范围内的重量(传统上称之为原坯重量)。例如，在 使用一层布的情形中，对于具有厚度范围约为1/16-1/4英寸(约为2-6毫米) 的砂轮，可使用具有中等的(230-250克/平方米)至重磅的(320-500克 /平方米)的原坯重量的布。在使用两层或多层36、36′的情形中，一层或两层 均为轻的重量(约为160克/平方米)。
下面所示的诸实例目的在于显示本发明的某些方面。应该理解的是，这些实 例不应被认为是限制性的实例。
实例1
在该实例中，两个砂轮的磨削特性进行比较。第一砂轮(B)是一现有技术 的砂轮，其具有11.4厘米(4.5英寸)的直径，且带有一以典型的现有技术方 式使用的中心安装小孔。第二砂轮(A)与砂轮(B)相同，但根据本发明进行 修改，即，从周缘上移去直弓形段，以提供如图8a所示的砂轮。该砂轮由50 粒度的熔化后的氧化铝磨料颗粒粘合在石碳酸树脂内，并与一体的玻璃纤维布 加强层一起加工制成。
两轮采用一Okuma ID/OD砂轮机来进行评价，它们用轴向馈送模式以使工 件呈现在砂轮面上而不是边缘上。
采用的工件是呈圆柱形的1018低碳钢，其外直径为12.7厘米(5英寸)， 内直径为11.4厘米(4.5英寸)。端表面呈现在砂轮上。砂轮以10,000转/分 钟操作，并采用0.5毫米/分钟的进给速度。工件大约以12转/分钟的速度转 动。不采用冷却剂，工件对中在砂轮的这样的部分，即，本发明实施例中布置 观察缺口的位置。在试验前和后轮均进行称重。
为了确定参照点，使工件与砂轮接触，直到轴向力达到0.22千克(1磅)。 然后，从该参照点开始连续地磨削，直到轴向力达到1.98千克(9磅)，该力 对应于砂轮的有效寿命的结束。因此，参照点和结束点之间的磨削时间被认为 是砂轮的有效寿命。
试验结果用曲线表示在图11-14中。从图11可见，产生迅速上升到9磅的 法向力，该力被认为是结束点，因为在这一点上，已几乎没有金属被磨削去， 因大部分的磨料砂砾已经磨去或磨损掉，而对于经修改过的三角形的砂轮A， 大大地朝后才达到该点。该轮寿命持续大约其它砂轮的两倍。这是违反直觉的， 因为更多的磨削表面已被磨去。
在图12中，各个砂轮的功率作为时间的函数绘出。这表明与图11相同型式 的砂轮A，其耗费的功率在砂轮在实际磨削的整个时间段内显著地减小。因此， 砂轮A需要小的力和耗费低的功率。
在图13中，绘出各个轮的摩擦系数随时间变化的曲线。可以看到轮A具有 最低的摩擦系数。
图14比较两轮对于时间的金属切削量。图中示出轮A的切削量大约是轮B 的两倍。
根据本发明示范的砂轮可望至少与现有技术的砂轮相同地进行切削，而却提 供这样的好处，即能在磨削正在进行之中而不是在两个磨削之间观察正在磨削 的区域。即使在提供观察缺口而使磨削表面量减少的情形下，也可达到这种效 果。此外，这样的优点改进对直至砂轮边缘的工件表面的观察，同时在一较长 的时间段内切削更多的金属，且耗费较低的功率。这既违反直觉的又是具有高 度优点。
实例2
类型27轮的实例的制造基本上如图22、23和24所示，即，分别是圆形孔， 径向长形孔和倾斜的长形孔。长形孔在横截平面内形成约为2∶1的长宽比(长 度与宽度的比值)，即，在横截平面内，长形孔的纵向尺寸大约是其横向尺寸 的两倍。图22的砂轮显示的推出(push-out)强度约为无观察孔的传统的控制 轮的80％，而图23的砂轮显示的推出强度约为无观察孔的传统的控制轮的87 ％。图24的带有倾斜定向孔的砂轮显示有约为无观察孔的传统的控制轮的95 ％的更大的推出强度。推出强度是采用惯用的ANSI试验技术条件进行测量的， 该技术条件是针对侧向应力的最大中心载荷的，诸如美国专利No.5,913,994中 所描述的，本文援引该专利全文以供参考。概括地说，推出强度试验包括一传 统的环套环的强度试验，其中，砂轮安装在一传统的中心法兰上，而砂轮的边 缘被一环支承。使用一传统的试验机，以0.05英寸/分钟的加载速率将一轴向 载荷施加到法兰上。从零载荷开始对砂轮的法兰施加载荷，直到砂轮达到灾难 性的破坏(例如，砂轮破裂)。
实例3
另外的试样制造成基本上如图1、3、22和25所示的混合型27/28砂轮(形 成名义的圆柱形)，其直径为5英寸(12.7厘米)。每个砂轮还包括一如图18 所示的玻璃纤维布层36，具有约为230-250克/平方米范围内未涂覆的原坯 重量。九个变化的砂轮(变型1-9)制造成1/8英寸(3毫米)的厚度和7/8 英寸(2.2厘米)的中心孔。对这些砂轮的变型测试其柔韧性和爆裂强度。这 些试验结果示于图26和下面的表I中。
在这些实例中，砂轮变型1基本上如图22制造，其有三个直径约为3/4英 寸(1.9厘米)的等距离间隔的孔2222，孔延伸靠近不超过离砂轮边缘约3/8 英寸(0.9厘米)。砂轮变型2基本上类似于砂轮变型1，其孔约为3/8英寸(0.9 厘米)。砂轮变型3基本上类似于砂轮变型1，而具有六个等距离间隔的孔2222。 砂轮变型4基本上类似于砂轮变型1，而具有诸狭槽112以代替诸孔(如图1 所示)。这些从边缘向内径向延伸约7/8英寸(2.2厘米)的狭槽112具有约为 3/8英寸(0.95厘米)的宽度。砂轮变型5基本上类似于砂轮变型4，而具有宽 度约为3/4英寸(1.9厘米)的狭槽112。砂轮变型6基本上类似于砂轮变型5， 而具有六个等距离间隔的狭槽112。砂轮变型7基本上类似于砂轮变型1(包 括三个孔)，而具有如图3所示的由缺口312提供的扇贝形的边缘。砂轮变型 8是一传统的现有技术砂轮，基本上类似于砂轮变型1但无孔2222。砂轮变型 9基本上类似于砂轮变型2，而具有沿如图25所示的离散偏心的环隔开的8个 孔，其在上述的′478申请中已有描述。制造和侧视各个变型1-9的三个砂轮。
各轮的柔韧性按上述的′478申请所述进行测试，将砂轮安装在半径为15毫 米的一法兰上，当一探针(具有5毫米半径的接触端头)在离砂轮中心47毫 米处对处于静止状态的砂轮施加20牛顿的载荷时，在沿轴向方向显现弹性变 形(以毫米计)时确定其柔韧性。(变形同样地在离砂轮中心47毫米的径向 位置处测量。)各砂轮的体积可通过其重量除以砂轮材料的密度(2.54克/立方 厘米)而求得。各砂轮变型1-9的体积和柔韧性示于下面的表I。
表I  挠度


这些试验结果表明，本发明的实施例有利地形成这样的尺寸和形状：孔和/ 或缺口(即，空位)的组合体积占砂轮总体积的百分比，约保持在25％以下， 较佳地保持在约3-20％的范围内。(为方便起见，该体积或体积百分比在下 文中分别称之为空位体积或空位体积百分比。)
各个测试的砂轮变型，除了变型6，均显现一约为25％以下的空位体积百分 比。砂轮变型6显现的空位体积百分比在25至34％的范围内。空位体积百分 比是这样求得：从各砂轮的总体积中减去各砂轮变型1-7和9的体积，然后， 所得结果除以各砂轮的总体积，再乘以100。各砂轮的总体积是指没有任何空 位的砂轮的体积，即，由各砂轮在转动过程中形成的名义的圆柱形的体积。为 了方便起见，传统砂轮变型8(无任何空位的变型)的体积在空位体积计算中 用作为总体积。
有利地将空位体积百分比保持在大约25％以下，有助于保持砂轮的柔韧性 在大约5毫米或更小，以便于面的磨削操作。本发明的特殊实施例显现出大约 1-5毫米范围内的柔韧性，如上述试验结果指出的，其它的实施例显现出大约 2-5毫米范围内的柔韧性。
各砂轮变型中的两个砂轮还进行爆裂试验，使它们经受持续增加的转速(转 /分钟)，直到砂轮破坏。这些试验结果示于图26中。
较佳地，该试验表明，所有的砂轮变型显现出至少约为21,000转/分钟的 爆裂速度，或每分钟约27,500表面英尺“sfpm”(每秒140表面米“SMPS”)。 SFPM和SMPS由下列方程(1)和(2)给出：
(1)SFPM＝0.262×砂轮直径(英寸)×每分钟的转数
(2)SMPS＝SFPM/196.85
该方面有利地使本发明的实施例制造成5英寸直径的混合型27/28的砂轮， 以便用于手持砂轮机的操作，手持砂轮机通常在16,000转/分钟的最大速度 下操作。
这些试验结果还表明(例如，变型3与变型4和7比较)，使至少有些空位 体积设置在相对靠近砂轮的周缘的做法是有利的，例如，设置至少某些缺口或 狭缝。这也可通过在上述的径向位置的前述范围内(即，在名义圆柱形半径的 60％和离砂轮的边缘至少约2毫米之间的一区域内)，布置任何类型的孔来实 现。
以上的描述目的主要在于说明，尽管本发明已参照其示范的实施例进行图示 和描述，但本技术领域内的技术人员应该理解到，在不脱离本发明的精神和范 围的前提下，在本发明的形式上和细节上可作出上述的和各种其它的变化，忽 略和添加。
相关申请
本申请要求对2000年12月9日提出的系列号为60/254,478的美国临时专 利申请优先权。