研磨工具及在工件中对复杂形状进行精加工的方法
技术领域
[0001] 以下内容是针对研磨工具及使用此类研磨工具在工件中对复杂形状进行精加工的方法，并且更具体地是使用具有特殊形状的粘结的研磨工具用于在工件中对复杂形状进行精加工。
背景技术
[0002] 在精加工行业，可以使用不同的方法对工件进行精加工。然而，在具体的对工件进行精加工以使其具有复杂形状的背景下，可供使用的选择很少的，因为此类精加工操作要求准确的表面轮廓以及严格的尺寸公差。某些优选的途径是
铣削或者拉削，其中使用刃片在工件中切削复杂的形状。然而，拉削可以是一种昂贵的操作，由于高的工具加工的成本、昂贵的机器、准备成本、工具加工的再研磨成本、以及缓慢的材料去除速率。铣削过程通常是非常缓慢的，尤其是在对难以机加工的材料（如镍
合金）进行机加工时。
[0003] 然而，在形成
涡轮盘中的保留槽缝（这些槽缝被用于围绕盘的外周来保持或者夹持涡轮
叶片）的背景下，拉削是遍及绝大多数的工业的优选的方法。在航空工业中现有的惯例是通过使用一个拉床在该盘中机加工出多个槽缝，这种拉床是一种线性切削机器，它连续地驱动多个更大的刀具穿过该盘槽缝，其中这些最终的刀具具有一种所希望的精加工后的槽缝的复杂形状（即，一种凹腔的形状）。授予Yadzik,Jr.等人的美国
专利号5,430,936中展示了拉削。
[0004] 授予Kuehne等人的美国专利号5,330,326中展示了用于生产仿形（profiled）部件的另一种方法。该方法涉及在一个夹紧的
位置中使用至少一个仿形的研磨
砂轮对一个坯件进行预成型并且进行精加工研磨。在该预成型步骤的过程中使该坯件相对于该至少一个仿形的研磨砂轮平移并且转动，从而大致地给予该坯件一种希望的外形。然而，Kuehne方法可以用于外表面，而不是内表面，并且因此对于产生内槽缝是不可适用的。
[0005] 在美国专利号6,883,234和美国专利号7,708,619中披露了在工件中生产复杂的形状的其他方法。在授予Subramanian等人的美国专利号7,708,619中，这些方法利用了借助垂直于部件表面来操作的大直径的轮来进行研磨，从而在该工件内最初形成槽缝。使用一个
单层的经电
镀的工具来将槽缝精加工至所希望的轮廓。
[0006] 存在开发新的方法以便在工件内形成复杂的形状并且限制与常规方法相关联的缺点的需要。
发明内容
[0007] 根据一个第一方面，一种研磨工具包括一个粘结的
磨料本体，该粘结的磨料本体具有在一种粘结材料中包含的磨料颗粒，其中该粘结的磨料本体包括一种复杂的形状，该形状具有至少约0.3的成形深度（FD），其中该成形深度是由方程[(Rl-Rs)/Rl]来描述的。值得注意的是，Rs是在沿着该粘结的磨料本体的纵向轴线的一个点处的最小半径（Rs）并且Rl是在沿着该粘结的磨料本体的纵向轴线的一个点处的最大半径（Rl）。
[0008] 根据另一个方面，一种对工件进行精加工的方法包括使一个粘结的研磨工具相对于一个工件而转动以便在该工件中对一个凹腔形状的开口进行精加工。该粘结的研磨工具包括一个粘结的磨料本体，该粘结的磨料本体具有在一种粘结材料中包含的磨料颗粒，并且其中精加工包括形成一个表面，该表面限定了凹腔形状的开口，该开口具有不大于约2微米的表面粗糙度（Ra)。
[0009] 在又另一个方面，一种操作研磨工具的方法包括使用一种磨头式（mounted point）研磨工具在一个工件中对一个凹腔形状的开口进行精加工，该研磨工具包括在一种粘结材料中包含的磨料颗粒。该本体具有一种复杂的形状，该形状具有至少约0.3的成形深度（FD），其中该成形深度是由方程[(Rl-Rs)/Rl]来描述的，并且Rs是沿着该本体的纵向轴线的一个点处的最小半径（Rs）而Rl是沿着该本体的纵向轴线的一个点处的最大半径（Rl）。值得注意的是，Rs是不大于约10mm。该方法进一步包括沿着该本体的成形长度对该磨头式研磨工具进行切入式修整。
[0010] 另一个方面包括对工件进行精加工的方法，该方法包括提供一个工件，该工件具有在该工件的表面内粗糙地形成的一个凹腔形开口；并且使用一种磨头式研磨工具来对该凹腔形开口进行精加工，该研磨工具包括在一个玻璃状粘结剂内包含的磨料颗粒。在精加工的过程中，在该磨头式研磨工具和限定该凹腔形开口的工件表面的界面处提供了一种
水溶性冷却剂材料。
附图说明
[0011] 通过参见附图可以更好地理解本披露，并且使其许多特征和优点对于本领域的普通技术人员变得清楚。
[0012] 图1包括一个槽缝形成过程的示意性图示；
[0013] 图2(a)和图2(b)包括可以通过槽缝形成过程而产生的槽缝的示意性图示；
[0014] 图3A包括使用了根据一个实施方案的粘结的研磨工具进行精加工操作的一个图解；
[0015] 图3B包括在一个工件中具有一个复杂形状的精加工出的开口的图解，其中该精加工出的开口是使用根据一个实施方案的粘结的研磨工具来形成的；
[0016] 图4包括根据一个实施方案的具有一个复杂形状的粘结的研磨工具的截面图解；
[0017] 图5包括根据一个实施方案的在具有一个复杂形状的粘结的研磨工具上进行修整操作的一个图解；
[0018] 图6A至图6B包括根据一个实施方案进行精加工操作的过程中测量的性能参数的曲线图。
[0019] 在不同的图中使用相同的参考符号表示相似的或相同的事项。
具体实施方式
[0020] 以下是针对研磨工具，并且更具体地是适用于对在工件内具有复杂形状的表面进行精加工的粘结的研磨工具。应理解，粘结的磨料与其他磨料（例如涂覆的磨料，等）是分开的并且不同的类别，其中粘结的磨料具有三维形状，这种三维形状包括遍及一个三维体积分散的磨料颗粒，这些磨料被包含在粘结材料的三维体积之内。此外，粘结的磨料本体可以包括一定量的孔隙率，该孔隙率可以有助于切屑的形成以及暴露新的磨料颗粒。切屑的形成、磨料颗粒的暴露、以及修整是与粘结的磨料相关联的某些属性，并且它们将粘结的磨料与其他类别的磨料（如涂覆的磨料或者单层经
电镀的工具）区分开。
[0021] 如在此使用的，术语“复杂的形状”是指一种形状（例如，一个工件内一个开口的形状）或者一个部件（例如，一个粘结的磨料本体）的形状，该形状具有一个限定了凹腔形状的轮廓。一个凹腔形状不允许一个
配对成形体在垂直于三个轴（即，x、y或z）之一的方向上被去除。一个“凹腔形状”可以是一种轮廓，该轮廓是向内凹进或者指向的，它在内轴向位置处比在外轴向位置（即，一个入口）处更宽。凹腔形状的一个例子是一个燕尾槽、一个楔石的形状，以及类似形状。
[0022]
涡轮机部件，如喷气
发动机、
转子、
压缩机的叶片组件，典型地在该涡轮盘中使用了凹腔形的槽缝。这种凹腔形状可以用来将多个涡轮叶片保持或者夹持在多个涡轮盘的外围的附近。将多个部件夹紧在一个机器
工作台上的机械滑动件、T形槽缝也使用了此类凹腔形状的槽缝。
[0023] 对于在工件中形成一个复杂形状的方法，可以进行一种初始槽缝形成过程，它在工件内形成一个开口。该开口或者槽缝不一定具有最终的轮廓（即，复杂的形状）。该槽缝形成过程可以去除大部分材料，从而在使用一种粘结的磨料工具的复杂形状的精加工过程中使有待去除材料的量最小化。
[0024] 图1包括一个槽缝形成过程10的图解。如图所示，该槽缝形成过程可以使用一个粘结的研磨工具12（它相对于该工件14以一个特定方式来定向），由此在工件14中形成一个或多个槽缝16。在一个具体的实施方案中，本发明的槽缝形成过程可以使用相对于工件14定向的一个粘结的研磨工具12来进行一个缓慢给进的研磨过程来完成。这种缓慢给进研磨可以按在约30m/s与约150m/s之间的范围的一个研磨速度来进行。
[0025] 图2(a)和图2(b)包括可以通过槽缝形成过程而产生的槽缝的示意性图示。具体地讲，图2(a)和2(b)包括工件18A和18B，它们可以分别通过本发明的槽缝形成过程10来形成。在一个实施方案中，槽缝16具有遍及槽缝16的这些深度的一个单一直径，如图2(a)中所示。在另一个实施方案中，槽缝16具有在不同的深度处的至少两个不同的直径，如图2(b)中所示。
[0026] 槽缝形成过程可以使用一种特别
指定的切削
能量。例如，该指定的切削能量可以3 3 3 3
是等于或小于约10Hp/英寸 分钟（约27J/mm），如在约0.5Hp/英寸 分钟（约1.4J/mm）与
3 3 3 3
约10Hp/英寸 分钟（约27J/mm）之间或者在约1Hp/英寸 分钟（约2.7J/mm）与约10Hp/
3 3
英寸 分钟（约27J/mm）之间。
[0027] 在另一个实施方案中，该槽缝形成过程可以按一个特定的材料去除率（MRR），如在3 3 3 3
约0.25英寸 /分钟英寸（约2.7mm/sec/mm）与约60英寸 /分钟英寸（约650mm/sec/mm）
3 3
之间的范围内，以约10Hp/英寸 分钟（约27J/mm）的最大指定的切削能量来进行。美国专利号7,708,619提出了槽缝形成过程的进一步的细节，它们可以与在此披露的精加工方法结合使用，该专利号的传授内容通过引用结合在此。
[0028] 槽缝形成过程以及因此本文中这些实施方案的精加工方法可以在某些类型的材料（包括难以研磨的材料）上完成。本发明的工件可以是金属的，并且特别是金属合金，如
钛、铬镍
铁合金（例如，IN-718）、
钢-铬-镍合金（例如，100Cr6）、
碳钢（AISI 4340和AISI1018）以及它们的组合。根据一个实施方案，这种工件可以具有的硬度值为等于或小于约
65Rc，如在约4Rc与约65Rc之间（或者84至111Rb硬度）。这与
现有技术的机加工方法形成对照，现有技术的机加工方法典型地可以仅用于更软的材料，即，具有约32Rc的最大硬度值的那些材料。在一个实施方案中，用于本发明的金属工件具有在约32Rc与约65Rc之间或者在约36Rc与约65Rc之间的硬度值。
[0029] 在这种槽缝形成过程中，可以使用一种粘结的研磨工具，如研磨轮以及切割轮。用于在该槽缝形成过程中使用的粘结的研磨工具，可以包括至少约3体积%（在一个工具体积的
基础上）的细丝溶胶凝胶α-
氧化
铝磨料颗粒，任选地包括次级磨料颗粒或其团聚体。用于制造粘结的研磨工具的适当方法披露在美国专利号5,129,919、5,738,696、5,738,697、6,074,278、和6,679,758B，以及于2005年9月28日提交的美国专利
申请序号11/240,809中，它们的传授内容通过引用结合在此。用于在槽缝形成过程中使用的粘结的研磨工具的具体的细节在美国专利号7,708,619中提供，其传授内容通过引用结合在此。
[0030] 现在提及槽缝形成过程之后的操作，可以进行一个精加工过程来将该槽缝的轮廓改变成一种复杂的形状（例如一个凹腔形状）。用于进行槽缝形成和精加工过程的工具可以是高效研磨机器（包括多轴机加工中心）的一部分。通过一个多轴机加工中心，槽缝形成和复杂形状的精加工过程两者可以在同一台机器上进行。适合的研磨机器包括例如从美国密西根州春湖市坎贝尔研磨公司（Campbell Grinding Company,Spring Lake,Mich.）可获得的Campbell950H水平轴线研磨机床，以及从德国的德国保宁磨床公司（Blohm Maschinenbau GmbH），可获得的Blohm Mont.408的三轴的CNC缓慢给进研磨机。
[0031] 图3A包括使用了根据一个实施方案的粘结的研磨工具进行精加工操作的一个图解。具体地讲，图3A展示了通过使用处于一个磨头式工具的形式的粘结的研磨工具301在工件14的槽缝16内形成一个复杂形状的精加工操作。该粘结的研磨工具301可以具有一种复杂的形状，这种复杂的形状适合用于在工件14中生产一个相应的复杂形状。这就是说，粘结的磨料本体303可以具有与有待赋予给工件14的一个复杂形状相反的形状。
[0032] 根据此处的实施方案，粘结的研磨工具301可以具有一个粘结的磨料本体303，该粘结的磨料本体包括在一种粘结材料基体内包含的磨料颗粒。这就是说，粘结的研磨工具结合了遍及一个粘结材料的三维基体来分散的磨料颗粒。根据一个实施方案，这些磨料颗粒可以包括超级磨料材料。例如，适合的超级磨料材料可以包括：
立方氮化硼、金刚石、以及它们的一种组合。在某些情况下，粘结的磨料本体303可以包括主要由金刚石组成的磨料颗粒。然而，在其他工具中，粘结的磨料本体303可以包括主要由立方氮化硼组成的磨料颗粒。
[0033] 粘结的研磨工具可以形成为使得它具有结合了磨料颗粒的一个磨料本体，这些磨料颗粒具有不大于约150微米的平均砂砾尺寸。在某些实施方案中，这些磨料颗粒可以具有的平均砂砾尺寸为不大于约125微米，如不大于约100微米，或甚至不大于95微米。在具体的例子中，这些磨料颗粒具有的平均砂砾尺寸为在约10微米与150微米之间、如在约20微米与120微米之间、或者甚至在约20微米与100微米之间的范围内。
[0034] 关于在该粘结的磨料本体303内的粘结材料，适合的材料可以包括：有机材料、无机材料、以及它们的一种组合。例如，适合的有机材料可以包括：
聚合物类，如
树脂类、
环氧树脂类、以及类似物。
[0035] 一些适合的
无机粘结剂材料可以包括：金属、金属合金、陶瓷材料、以及它们的一种组合。例如，一些适合的金属可以包括：过渡金属元素以及包含过渡金属元素的金属合金。在其他实施方案中，该粘结剂材料可以是一种陶瓷材料，该陶瓷材料可以包括多晶的和/或玻璃质的材料。适合的陶瓷粘结材料可以包括：氧化物类，包括例如SiO2、Al2O3、B2O3、MgO、CaO、Li2O、K2O、Na2O以及类似物。
[0036] 此外，应理解该该粘结材料可以是一种混合材料。例如，该粘结材料可以包括有机和无机组分的一种组合。一些适合的混合粘结剂材料可以包括金属和有机粘结剂材料。
[0037] 根据至少一个实施方案，该粘结的研磨工具301可以包括一种
复合材料，该复合材料包括：粘结剂材料、磨料颗粒、以及一些孔隙率。例如，粘结的研磨工具301可以具有该粘结的磨料本体的总体积的至少约3vol%的磨料颗粒（例如，超级磨料颗粒）。在其他例子中，粘结的研磨工具301可以包括至少约6vol%、至少约10vol%、至少约15vol%、至少约20vol%、或者甚至至少约25vol%的磨料颗粒。特定粘结的研磨工具301可以形成为包括在约2vol%与约60vol%之间、如在约4vol%与约60vol%之间、或者甚至在约6vol%与约
54vol%之间的超级磨料颗粒。
[0038] 粘结的研磨工具301可以形成为具有该粘结的磨料本体的整个体积的至少约3vol%的粘结剂材料（例如，
玻璃化的粘结剂或者金属粘结剂材料）。在其他例子中，粘结的研磨工具301可以包括至少约6vol%、至少约10vol%、至少约15vol%、至少约20vol%、或者甚至至少约25vol%的粘结剂材料。特定粘结的研磨工具301可以包括在约2vol%与约
60vol%之间、如在约4vol%与约60vol%之间、或者甚至在约6vol%与约54vol%之间的粘结剂材料。
[0039] 粘结的研磨工具301可以形成为具有一定含量的孔隙率，并且具体地是不大于约该粘结的磨料本体的整个体积的约60vol%的一个量值。例如，粘结的磨料本体301可以具有不大于约55vol%、如不大于约50vol%、不大于约45vol%、不大于约40vol%、不大于约35vol%、或者甚至不大于约30vol%的孔隙率。特定粘结的研磨工具301可以具有一定含量的孔隙率，如在约0.5vol%与约60vol%之间、如在约1vol%与约60vol%之间、在约1vol%与约54vol%之间、在约2vol%与约50vol%之间、在约2vol%与约40vol%之间、或者甚至在约2vol%与约30vol%之间的孔隙率。
[0040] 在精加工的过程中，一种粘结的研磨工具301可以置于与工件14相
接触中、并且更具体地置于先前在工件14内形成的槽缝16之内。根据一个实施方案，粘结的研磨工具301可以按一个显著高的速度来转动以便对槽缝16的表面321和323进行精加工和重新构造轮廓以便在工件14内形成一种复杂的形状（例如，参见图3B的351）。例如，该粘结的研磨工具可以按至少约10,000rpm的速度来转动。在其他例子中，该工具可以按更大的速度来转动，如至少约20,000rpm、至少约30,000rpm、至少约40,000rpm、或者甚至更大。然而，在某些例子中，该粘结的研磨工具301相对于该工件14以在约10,000rpm与125,000rpm之间、如在约10,000rpm与110,000rpm之间、或者甚至在约10,000rpm与约100,000rpm之间的范围内的速度来转动。
[0041] 在精加工过程中，该粘结的研磨工具301可以沿着相对于该工件14的一条轴线来移动以协助将表面321精加工成一个适合的、复杂的形状。例如，在某些例子中，粘结的研磨工具301可循着一条往复运动的路径或者完成一个盒式循环（box cycle）。例如，在往复运动的路径的第一趟中，该粘结的研磨工具300可以相对于工件14沿着一条路径308移动。粘结的研磨工具300沿着路径308的运动有助于表面321的全部厚度的精加工。根据往复运动的路径的一种类型，在沿着路径308完成该第一趟之后，该粘结的研磨工具301可以沿着轴线375侧向移位并且在一个第二趟中沿着路径309移动。根据这个特定往复运动的路径，在第二趟的过程中，该粘结的研磨工具301的表面可以接触槽缝16的与表面321相对的表面323，由此对由表面323限定的槽缝16的部分进行精加工。在粘结的研磨工具301沿着工件的全部厚度行进穿过槽缝16之后，该工具可以然后再次沿着轴线375侧向移位并且返回到路径308以便沿着表面321的另一条（即，第三）趟。应该理解，对于一个设计数目的转向，该粘结的研磨工具301可以往复运动并且沿着路径308和309移动，直至这些表面321和323令人满意地进行了精加工。还将进一步认识到，尽管这些路径308和309被展示为线性的，但是某些过程也可以使用曲线的路径或者使用一个弧形的方向。
[0042] 根据一个替代的实施方案，该往复运动的路径可以如此进行而使得该槽缝的一个表面在另一个表面被精加工之前就被精加工。例如，对于多条顺序的路径（即，沿着路径308来回），粘结的研磨工具301可以沿着一个第一表面321移动，直至第一表面321被精加工为具有一个适合的复杂形状。在精加工第一表面321之后，该粘结的研磨工具可以沿着轴线375侧向移位以便接触槽缝16的与第一表面323相对的第二表面323。粘结的研磨工具301可以然后再次进行多次顺序的趟沿着槽缝16的厚度（即，沿着路径309来回）沿着第二表面323移动，直到对第二表面323进行了精加工。
[0043] 根据一个实施方案，该精加工过程可以在每趟时从槽缝的表面去除一个特殊量的材料。例如，在精加工过程中，对于每趟粘结的研磨工具301穿过槽缝16，粘结的研磨工具301可以从表面321去除材料至不大于100微米的一个深度。在其他实施方案中，该精加工操作可以如此进行而使得对于每趟粘结的研磨工具301穿过槽缝16，该材料被去除至不大于约75微米的一个深度，如不大于约65微米、如不大于约50微米、或者甚至更小。在多个具体的例子中，粘结的研磨工具301的每趟可以去除材料至在1微米与约100微米之间、如在约1微米与约75微米之间、或者甚至在约10微米与约65微米之间的范围内的一个深度。
[0044] 此外，在精加工的过程中，该粘结的研磨工具的给进速率（它是在同一表面处在多个顺序的趟之间粘结的研磨工具沿着轴线375的侧向移动的测量）可以是至少约30ipm[762mm/min]。在其他实施方案中，该给进速率可以更大，例如至少约50ipm[1270mm/min]、至少约75ipm[1905mm/min]、至少约100ipm[2540mm/min]、或者甚至至少约125ipm[3175mm/min]。某些精加工方法使用了在约30ipm[762mm/min]与约
300ipm[7620mm/min]之间、如在约50ipm[1270mm/min]与约250ipm[6350mm/min]之间的范围内的，或者甚至在约50ipm[1270mm/min]与约200ipm[5080mm/min]之间的范围内的一个给进速率。
[0045] 在工件中形成凹腔形状的精加工操作可以在特定材料去除率下进行。例如，在精3 3
加工操作的过程中该材料去除率可以为至少约0.01英寸 /分钟/英寸[0.11mm/sec/mm]。
3 3
在其他例子中，精加工过程可以按至少约0.05英寸 /分钟/英寸[0.54mm/sec/mm]、如至
3 3 3 3
少约0.08英寸 /分钟/英寸[0.86mm/sec/mm]、至少约0.1英寸 /分钟/英寸[1.1mm/
3 3 3
sec/mm]、至少约0.3英寸 /分钟/英寸[3.2mm/sec/mm]、至少约1英寸 /分钟/英寸
3 3 3 3
[11mm/sec/mm]、至少约1.5英寸 /分钟/英寸[16mm/sec/mm]、或者甚至至少约2英寸 /
3
分钟/英寸[22mm/sec/mm]的材料去除率来进行。
[0046] 对于某些精加工操作，该材料去除率可以是不大于约1.5英寸3/分钟/英寸3 3
[16mm/sec/mm]。然而，某些精加工过程可以具有的材料去除率为不大于约1英寸 /分钟
3 3 3
/英寸[11mm/sec/mm]、不大于约0.8英寸 /分钟/英寸[8.6mm/sec/mm]、或者甚至不大
3 3
于约0.3英寸 /分钟/英寸[3.2mm/sec/mm]。
[0047] 在具体的例子中，该精加工过程可以如此进行而使得材料去除率可以处于约0.013 3 3 3
英寸 /分钟/英寸[0.11mm/sec/mm]与约2英寸 /分钟/英寸[22mm/sec/mm]之间、如
3 3 3 3
约0.03英寸 /分钟/英寸[0.32mm/sec/mm]与约1.5英寸 /分钟/英寸[16mm/sec/mm]之间的范围内。
[0048] 根据此处的实施方案的精加工操作可以进一步按一个特定的精加工功率来进行。例如，以在约30ipm[762mm/min]与约300ipm[7620mm/min]之间的范围内的磨头式工具的给进速率，在精加工操作的过程中所使用的精加工功率可以是不大于约5Hp[3.75kW]。根据某些其他实施方案，在精加工的过程中，该精加工功率可以是不大于约4Hp[3.0kW]，如不大于约3.8Hp[2.83kW]、不大于约3.6Hp[2.68kW]、不大于约3.4Hp[2.54kW]、不大于约
3.2Hp[2.39kW]、或者甚至不大于约3Hp[2.25kW]。此精加工功率可以按在约30ipm[762mm/min]与约300ipm[7620mm/min]之间的范围内的给进速率来使用。
[0049] 还将认识到，该精加工操作与其他材料去除操作的不同之处在与，在该精加工操作完成时，该工件的表面可以具有特定特征。例如，转向图3B，根据一个实施方案展示了具有一个精加工后的凹腔形开口351的工件的一部分的截面图示。如所展示的，工件14可以具有一个在其中形成的并且由表面326和327限定的凹腔形开口351，该开口具有实质上类似于粘结的研磨工具301的轮廓。根据一个实施方案，这种精加工过程包括形成一个具有不大于约2微米的表面粗糙度（Ra）的表面326。在其他例子中，表面粗糙度（Ra）可以更小，如不大于约1.8微米，如不大于约1.5微米。在具体的例子中，表面粗糙度（Ra）可以在约0.1微米与约2微米之间的范围内。精加工的表面的表面粗糙度可以使用一台轮廓仪（如MarSurfUD 120/LD 120模式的轮廓仪，通常从
马尔联邦公司（Mahr-Federal Corporation）可获得，并且使用MarSurfXCR
软件进行操作）来测量。
[0050] 在精加工操作完成时，限定了凹腔形开口351的这些表面326和327基本上没有烧损（burn）。烧损可以作为这些表面326或327变色或者具有一种残余物或者在蚀刻之后具有一个带白的外观的部分的证据、它们指示了在精加工操作的过程中对这些表面有热损害。根据此处的实施方案进行的精加工过程能够产生显示出很少到没有烧损的最终表面。
[0051] 根据此处的实施方案进行的精加工操作可以使用在粘结的研磨工具301和槽16的表面321和323的界面处提供的一种冷却剂。如在美国专利号6,669,118中说明的，冷却剂可以在一个集束喷射流中提供。在其他实施方案中，冷却剂可以通过溢出该界面区域来提供。此处这些实施方案的粘结的磨料本体可以有助于使用一种溶于水的冷却剂，该溶于水的冷却剂可以是因为环境的原因超过某些其他冷却剂（例如，不溶于水的冷却剂）而优选的。其他适合的冷却剂可以包括使用半合成的和/或合成的冷却剂。然而，将认识到，为了某些操作，可以使用基于油的冷却剂。
[0052] 图4包括根据一个实施方案的研磨工具的截面图示。具体地讲，该研磨工具可以是一个磨头式研磨工具，该工具被配置为以高速转动用于如在此说明的表面精加工。值得注意地，该研磨工具包括一个粘结的磨料本体，该粘结的磨料本体结合了遍布一个体积而分散的并且被包含在如在此说明的粘结材料的体积内的磨料颗粒。更具体地讲，如图4中所展示的，该粘结的磨料本体可以具有一个复杂形状，该复杂形状被配置为在一个工件中精加工出复杂的形状（例如，凹腔形状）。
[0053] 根据一个实施方案，该粘结的磨料本体401可以具有一条纵向轴线450，该纵向轴线沿着本体401的长度（即，该本体的最长的维度）在上表面404与下表面403之间延伸。另外，一条侧向轴线451可以垂直于纵向轴线450来延伸并且限定了本体401的宽度。根据一个实施方案，该粘结的磨料本体401的复杂形状可以由一个第一径向凸缘410来限定，该第一径向凸缘从该粘结的磨料本体在一个第一轴向位置处延伸。例如，该第一径向凸缘
410可以沿着侧向轴线451侧向延伸并且围绕着本体401环圆周地延伸。凸缘410可以具有一个第一表面411，该第一表面从该本体401以相对于该侧向轴线451的一个第一
角度径向延伸。如所展示的，第一表面411和侧向轴线451的交叉点可以限定一个锐角461。同样地，凸缘410可以进一步由一个第二表面412来限定，该第二表面从粘结的磨料本体410径向延伸。第二表面412可以与第一表面411相邻并且甚至邻接。表面412可以限定在侧向轴线451与表面412之间的一个锐角462。
[0054] 此外，该粘结的磨料本体401可以如此形成而使得它包括一个第二径向凸缘413，该第二径向凸缘可以不同于该第一径向凸缘410。实际上，如图4中所展示的，径向凸缘413可以与径向凸缘410沿着纵向轴线450以一个第二轴向位置来间隔开，该第二轴向位置不同于径向凸缘410的轴向位置。根据一个实施方案，径向凸缘413可以由表面414和415来限定，这些表面可以从该粘结的磨料本体径向并且环圆周地延伸以便限定凸缘413。
[0055] 在某些例子中，粘结的磨料本体401的截面形状可以被描述为一个单凸缘的形状、双凸缘的形状、三凸缘的形状、以及类似形状。此类形状可以结合一个或多个径向凸缘，这些径向凸缘从该本体延伸以限定一个凹腔的形状。在其他例子中，它可以被描述为一个凹腔形状的本体，这样使得它具有适合于将一个凹腔的形状精加工并且形成到一个工件中的尺寸。
[0056] 根据一个实施方案，粘结的磨料本体401的复杂的形状可以由一个成形深度（FD）来描述。该成形深度可以是由方程[(Rl-Rs)/Rl]来描述的，其中Rs是在该粘结的磨料本体401在沿着纵向轴线450的一个点的最小半径（Rs）（即，尺寸406的一半）并且Rl是该粘结的磨料本体401在沿着纵向轴线450的一个点处的最大半径（Rl）（即，尺寸408的一半）。
[0057] 在一个实施方案中，粘结的磨料本体401具有至少约0.3的成形深度（FD）。在其他实施方案中，该粘结的磨料本体401可以具有的成形深度（FD）为至少约0.4、至少约0.5、至少约0.6、至少约0.7、或者更大。某些实施方案可以使用一个粘结的磨料本体401，该粘结的磨料本体具有的成形深度（FD）是在约0.3与约0.95之间、如在约0.4与约0.9之间、如在约0.5与约0.9之间的范围内。
[0058] 该粘结的磨料本体401还可以通过一个成形比率（FR）来描述，该成形比率由方程[Fl/Fw]来描述。尺寸Fl是作为沿着粘结的磨料本体401的纵向轴线450的一个方向的周边外形表面尺寸测量的一个成形长度。具体地讲，该成形长度可以说明粘结的磨料本体401在点A和点B（在图4上展示的）之间的外形长度，从而限定了在材料去除精加工过程中有效地接合的外形部分。尺寸Fw是成形宽度，它实际上限定了粘结的磨料本体在顶表面404与底表面403之间沿着纵向轴线450的一条直线的长度。
[0059] 根据一个实施方案，粘结的磨料本体401可以具有的成形比率[Fl/Fw]为至少约1.1。在其他例子中，粘结的磨料本体401可以具有的成形比率为至少约1.2、如至少约1.3、至少约1.4、至少约1.5、或者甚至至少约1.7。具体实施方案可以使用一种粘结的磨料本体，该粘结的磨料本体具有的成形比率是在约1.1与约3.0之间、如在约1.2与约2.8之间、如在约1.2与约2.5之间、如在约1.3与约2.2之间、或者甚至在约1.3与约2.0之间的范围内。
[0060] 粘结的磨料本体401的某些尺寸方面可以进一步通过一个外伸比率（overhang ratio）来描述。粘结的磨料本体401的外伸比率可以由方程[OL/Dm]来描述，其中Dm在沿着粘结的磨料本体的纵向轴线450的一个点处的最小直径406，并且OL是在粘结的磨料本体401的底表面403与沿着粘结的磨料本体的纵向轴线的、限定了最小直径406的点之间的长度407。
[0061] 根据一些实施方案，粘结的磨料本体401可以具有的外伸比率（OR）为至少约1.3。在还其他的实例中，该粘结的磨料本体401可以被形成为使得它具有的外伸比率为至少约
1.4、如至少约1.5、或者甚至至少约1.6。粘结的磨料本体401的外伸比率可以是在约1.3与约2.5之间、如在约1.3与约2.2之间的范围内。
[0062] 除了在此说明的特征之外，这些粘结的研磨工具可以与精加工处理一起在原位进行修整。修整在本领域中被理解为一种对粘结的磨料本体进行锐化和整形的方法，并且典型地是在粘结的磨料物品上进行的一种操作并且不是一种适合于同其他磨料物品（包括例如，单层的研磨工具（例如，电镀的磨料本体））一起使用的操作。
[0063] 图5包括根据一个实施方案的修整操作的一个截面图示。具体地讲，图5包括一个粘结的研磨工具400的一个部分的截面视图，该粘结的研磨工具400包括一个粘结的磨料本体，该粘结的磨料本体具有包含在一个粘结材料基体内的磨料颗粒。根据此处的实施方案的粘结的研磨工具可以在精加工操作的过程中进行修整以便维持该粘结的磨料本体的轮廓，这有助于该精加工操作的改进的
精度以及超过其他常规磨头式研磨工具的改进的工具寿命。
[0064] 在一次修整操作的过程中，一个修整材料501（它可以包括一个显著尖锐的材料）可以被置于同粘结的磨料本体401的外形边缘相接触。粘结的磨料本体401可以相对于该修整材料501进行转动以便使该粘结的磨料本体的外形边缘变尖锐并且重新构造外形。可替代地，在修整的过程中，修整材料501可以相对于该粘结的磨料本体401进行转动。或者在另一个替代实施方案中，该粘结的磨料本体401和修整材料501可以同时转动，并且可以根据修整的类型在同一方向或者在相反的方向上转动。
[0065] 具体地讲，图5展示了一个切入式修整（plunge dressing）操作，其中该修整材料501被置于与磨料本体401的成形长度完全相接触。切入式修整作为一个机制可以提供超过其他操作的一个显著的优点，以保持该粘结的磨料本体401具有一个特定的轮廓，该轮廓适合用于将该工件的表面精加工成一种复杂的形状以及紧的尺寸公差。值得注意的是，为了进行一次切入式修整操作，该修整材料501的表面显著地具有与磨料本体401的成形长度同样复杂的轮廓用于磨料401的适当的重新构造轮廓。这就是说，修整材料501的形状可以被确定为具有一个互补的复杂的形状，这样使得修整材料501可以在修整的过程中沿着成形长度的整个外围与粘结的磨料本体401相接合。在该精加工操作的过程中，对粘结的磨料本体401进行修整的能
力可以有助于更长的工具寿命以及这些精加工表面（包括多个尺寸以及表面的几何形状（例如，Ra））的改进的一致性。
[0066] 尽管图5展示了一个切入式修整操作，但是其他修整操作（包括例如一个横切式修整（traverse dressing）操作）可以与本发明的实施方案的这些粘结的磨料物品使用。横切式修整可以包括使一个修整材料与该粘结的磨料相接触，特别是与该粘结的磨料本体的外形的一个部分相接触。值得注意的是，横切式修整不同于切入式修整的地方在于在任何一个时间仅对该成形长度的一个部分进行修整，因为该修整材料对于补充该粘结的磨料本体的复杂形状来说不是必需给定的一个复杂形状（如在切入式修整的情况下）。相反，横切式修整操作使用了一种修整材料，该材料沿着该粘结的磨料本体的成形长度的复杂形状来移动或者横越，直至全部的成形长度被修整。横切式修整可以与精加工操作一起在原位完成。
[0067] 实例
[0068] 将具有的尺寸为2.85×2.00×1.50英寸的Inconel 718工件放置于从黑尔德研磨机（Heald Grinders）公司可得的一台
修改的Cinternal ID/OD两轴CNC磨床中。
[0069] 在该工件上使用一个来自圣戈班公司的、具有如图4中所展示的一个复杂形状的、玻璃化的cBN磨头式工具（B120-2-B5-VCF10）进行精加工操作。该粘结的磨料本体具有的成形深度（FD）为0.8、成形比率（FR）1.5、以及外伸比率为1.57。该工具具有的成形宽度为大约4.1cm、伸出长度（OL）为1.19cm、最小直径为0.762cm、并且最大直径为3.76cm。
[0070] 进行精加工过程以便模拟一个2英寸厚的、具有60个槽缝的转子的精加工直到完成（等效于从一个2英寸的工件中去除1.2英寸的材料）。在精加工的过程中，每趟切削的深度为0.0005英寸，这样使得以40,000rpm的轮转速在一个槽缝的各个侧面上的切削的总深度为0.010英寸。值得注意的是，40,000rpm的轮转速在该粘结的研磨工具上产生了一系列的表面速度的，该表面速度的范围是从最大直径处的16,755sfpm的极大值到最小直径处的3,140sfpm。以50ipm和100ipm的工作速度来进行两个精加工操作，并且对于这些工作速度的每一个，使用了两个的单独的工件。对于每一个测试，从这些工件中去除了1.2英寸的材料，而无需修整。
[0071] 在该第一测试工件中，40趟或者0.020英寸深度的材料从工件的一个末端被去除（等效于完成一个槽缝）。在第二工件上，0.400英寸的材料从每个末端被去除。最终，该第一工件被再次使用，并且从一个第二末端去除了0.400英寸的材料。在精加工之后，这些工件被送于对这些精加工的表面的磨损进行分析。基于该分析，存在有限的烧损的证据（即，在这些表面上的白色的材料层）以及这些精加工的表面是处于商业规格之内的证据。
[0072] 在精加工的过程中，使用一个
喷嘴在粘结的研磨工具与工件表面的界面上提供一种油冷却剂（Master Chemical OM-300），该喷嘴被设计为横跨该成形体以100psi按29.2gpm的流动速率为来规定多个喷射流的目标。
[0073] 在以下表1中列出的条件下对粘结的磨料本体进行修整。对该粘结的磨料本体修整两次，一次在100ipm测试开始时并且再一次是在50ipm测试开始时。
[0074] 表1：修整条件
[0075]磨头转速（rpm）：40,000
修整辊转速（rpm）：3,650
每次磨头旋转的给进（μin）：3.75
给进速率（ipm）：0.15
速度比率范围（最大/最小）1.83-.27
[0076] 图6A和图6B的曲线图中展示了某些性能参数。图6A包括关于这些精加工操作的，精加工功率（Hp）对于槽缝长度（即，精加工的槽缝长度的英寸数）的曲线图。具体地讲，曲线601代表功率相对于在50ipm进行的精加工操作的槽缝长度，并且曲线603代表了功率相对于精加工操作100ipm的槽缝长度。如记录的，对于50ipm下的材料去除过程，该精加工功率没有超过2.2Hp，并且对于100ipm下的材料去除，该精加工功率没有超过2.2Hp。这些结果证实了对许多槽缝必要的显著有限的精加工功率。
[0077] 图6B包括对于不同长度的完成的槽缝而言，精加工功率（Hp）相对于与50和100ipm相对应的特定材料去除率的曲线图。如由图6B证实的，对于高达0.5英寸3/分钟/英寸的特定材料去除率，该精加工功率为小于2.8Hp。这些结果证实了对于以商业上可接受的材料去除率来精加工该表面的必要的、显著有限的功率。
[0078] 该研磨工具和使用在此的实施方案的研磨工具对工件进行精加工的方法代表了与现有技术的一种偏离。具体地讲，现有技术的关于精加工此类工件和材料（具体地在材料中形成凹腔的形状达到紧的尺寸公差）的机构并没有使用在此说明的这些工具或者机构。具体地讲，在此的实施方案的这些研磨工具使用了多种特征的一种组合，这些特征包括例如在粘结材料的基体中体积上分散的磨料颗粒，由成形深度、外伸比率、以及成形比率所描述的复杂的形状。此外，在此的实施方案的粘结的研磨工具是以一种特定方式来使用的以便协助具有多种特征的精加工操作，这些特征以前尚未得到利用。具体地讲，这些粘结的研磨工具能够在特定条件下将工件精加工成复杂的凹腔形状，这些特定条件包括工具的位置上的转速、给进速率、材料去除率、精加工功率、等等。此外，在此使用与所说明的方法结合的研磨工具有助于一种新的工艺，它用于将工件精加工至紧的尺寸公差而同时维持该工具的形状，由此有助于形成的形状和表面的准确度并且延长了该工具的可使用的寿命，由此改进该操作的效率。
