固结磨具制造技术

公开了一种固结磨具，其包含：1)磨粒掺合物，该掺合物包含：i)由第一粘结材料保持的丝形溶胶-凝胶氧化铝磨粒的团聚体，所述丝形溶胶-凝胶氧化铝磨粒的长度-横截面宽度的长宽比至少为2∶1；ii)团聚的粗磨粒，其包含许多通过第二粘结材料保持三维形状的磨粒，所述磨粒的长度-横截面宽度的长宽比为1.0；2)结合剂；和3)35-80体积%的孔隙率。

【技术实现步骤摘要】
固结磨具本申请是2006年8月26日提交的PCT/US2006/033438 (国家申请号为200680044108. 4)、专利技术名称为“一种固结模具和制造固结模具的方法”的专利国际申请的分案申请。
技术介绍
在许多磨削操作中，磨削工具的孔隙，尤其是具有可渗透性或互连性的孔隙，提高了磨削操作的效率和被磨削工件的质量。具体而言，已经发现互连孔隙的体积百分率或流体可渗透性是决定磨具的磨削性能的重要因素。在磨削过程中，互连孔隙有利于砂轮中磨削废料(磨屑)的清除和冷却流体的通过。另外，互连孔隙允许润滑剂之类的磨削流体到达运动的磨粒与工件表面之间。这些特征对于在深切和现代精密工艺(例如缓进给磨削)中达到高效磨削特别重要，因为在一个深磨削行程中，要在不牺牲工件尺寸精度的前提下除去大量材料。 这种极具开放性和可渗透性结构的磨具的例子包括利用长形或纤维状磨粒的磨具。美国专利第5738696和5738697号披露了采用长宽比(aspect radio)至少约为5:1的细长形或纤维状磨粒的固结磨具(bonded abrasive)的制造方法。这种采用丝形磨粒的磨具的一个例子是目前可以购自美国马萨诸塞州伍斯特市圣戈班磨料磨具公司(Saint-Gobain Abrasives, Worcester, MA)的商标为 ALTOS 的磨具。ALT0S 磨具采用平均长宽比约为7. 5:1的烧结溶胶一凝胶氧化铝陶瓷颗粒(马萨诸塞州伍斯特市圣戈班公司)，如Norton'* TG2或TGX磨料(以下称“TG2”)，其为丝形磨粒。ALT0S 磨具是具有高孔隙率和高渗透性的磨具，其具有高的金属去除速率、改进的保形性和较长的砂轮寿命，并能极大地降低导致冶金损伤的风险。基于纤维一纤维堆积理论，ALTOS 磨具采用仅含丝形磨粒，如TG2颗粒的磨粒，以便获得最大的结构开放性(例如，参见美国专利第5738696和5738697号，其全文内容通过参考结合于本文)。一般认为，将TG2颗粒与显著量的其他非丝形颗粒，如球形颗粒掺合起来，要么会降低其结构开放性，要么会损害金属工件的表面精整度。尽管TG2颗粒非常耐用，但对于某些应用来说，其脆性不够；而且相对于多数块形或球形颗粒，TG2颗粒的制造成本更高。因此，需要开发一种脆性更好、成本效率更高的磨具，其性能特征类似于采用丝形磨粒的磨具如ALT0S 磨具的性能。
技术实现思路
现在已经发现，与用100%的丝形溶胶一凝胶氧化铝磨粒或团聚的粗磨粒制造的磨具相比，用丝形溶胶一凝胶氧化铝磨粒或其团聚体与团聚的粗磨粒的掺合物制造的固结磨具可具有改进的性能。例如，申请人发现，采用TG2或TG2团聚体与团聚的氧化铝磨粒的粗磨粒的固结磨具具有高孔性和可渗透性的结构，在许多磨削应用中表现出优异的性能，而且不会损害表面精整质量。基于此发现，本专利技术披露了一种磨具和这种磨具的制造方法，所述磨具包含丝形溶胶一凝胶氧化铝磨粒或其团聚体与团聚的粗磨粒的掺合物。本专利技术还披露了一种磨具和这种磨具的制造方法，所述磨具包含丝形溶胶一凝胶氧化铝磨粒的团聚体。在一种实施方式中，本专利技术涉及一种固结磨具，其包含磨粒掺合物、粘结组分和至少约35体积％孔隙率。所述磨粒掺合物包含丝形溶胶一凝胶氧化铝磨粒或其团聚体与团聚的粗磨粒。所述丝形溶胶一凝胶氧化铝磨粒的长度一横截面宽度一长宽比之比大于约I.O。团聚的粗磨粒包含许多磨粒，它们借助粘结材料保持三维形状。在另一种实施方式中，本专利技术涉及一种固结磨具，其包含团聚体、粘结组分和至少约35体积％孔隙，所述团聚体包含丝形溶胶一凝胶氧化铝磨粒、非丝形磨粒和粘结材料。所述非丝形磨粒和丝形溶胶一凝胶磨粒借助粘结材料保持三维形状。本专利技术还包含制造固结磨具的方法。在所述方法中，形成磨粒掺合物，所述掺合物 包含上述丝形溶胶一凝胶氧化铝磨粒或其团聚体和团聚的粗磨粒。然后将磨粒掺合物与粘结组分合并。将所述磨粒与粘结组分的合并掺合物模塑为成形的复合物，该复合物包含至少约35体积％的孔隙率。对由磨粒与粘结组分的掺合物形成的所述成形复合物进行加热，形成所述固结磨具。本专利技术可实现所需性能，而不会损害所得产品的表面精整质量或结构开放性。采用丝形溶胶一凝胶氧化铝磨粒或其团聚体与团聚的粗磨粒的掺合物形成的磨具可在同一结构中形成纤维一纤维网状结构，并同时形成非纤维的网状结构，如伪球面一球面的网状结构。本专利技术的磨具如砂轮具有对流体的流动具有高透过性的多孔结构，还具有出色的磨削性能和高金属去除速率。通过调整磨粒掺合物含量，可以根据磨削应用来调节本专利技术磨具的性能，以使脆性或韧性达到最大，或者平衡这两种性能。本专利技术磨具的高渗透性同高金属去除速率结合起来是特别有利的，它可最大程度减少磨削区产生的热量，因而使砂轮寿命更长，并降低了造成冶金损伤的风险。附图说明无具体实施例方式通过下面对本专利技术优选实施方式的更具体的描述，本专利技术的上述及其他目标、特征和优点将变得显而易见。本专利技术的固结磨具具有极为开放的可渗透结构，该结构中具有互连的孔隙。所述固结磨具具有至少约35体积％，优选约35体积％至约80体积％的孔隙率(基于磨具体积)。在优选实施方式中，总孔隙中至少约30体积％是互连的孔隙。因此，本专利技术的固结磨具具有高互连的孔隙率，特别适用于深切和现代精密工艺，如缓进给磨削。本文中，术语“互连的孔隙”是指磨具中由粘结的磨粒的颗粒之间的空隙组成的孔隙，这些空隙对流体流动是开放的。互连孔隙的存在一般可通过测定磨具对空气流或水在受控条件下的可渗透性加以证实，如美国专利第5738696和5738697号中所披露的测试方法那样，其全文内容通过参考结合于本文。本文中，所用术语“丝形”磨粒是指丝形陶瓷磨粒，沿其长度方向具有大致一致的横截面，其中长度大于横截面的最大尺寸。最大横截面尺寸可高达约2毫米,优选小于约I毫米，更优选小于约0. 5毫米。丝形磨粒可以是直的、弯曲的或扭曲的，这样长度是沿粒体而不必是沿直线测量的。较佳的是，用于本专利技术的丝形磨粒是弯曲的或扭曲的。用于本专利技术的丝形磨粒的长宽比大于1.0，优选至少2:1，最优选至少约4:1，例如至少约7:1，在约5:1和约25:1之间的范围内。本文中，术语“长宽比”或“长度一横截面宽度一长宽比”是指沿主尺寸或较长尺寸方向的长度与颗粒沿垂直于主尺寸方向的任意尺寸的最大伸展幅度之比。如果横截面不是圆形的，例如呈多边形，就利用垂直于长度方向的最长尺寸确定长宽比。本文中，术语“团聚的粗磨粒”或“团聚的磨粒”是指包含磨粒和粘结材料的三维粗粒，所述粗粒具有至少35体积％的孔隙率。除非写明丝形颗粒构成粗粒中的全部或部分的颗粒，团聚的粗磨粒由长宽比为约I. 0的块形或球形磨粒组成。团聚的粗磨粒的例子可参见美国专利第6679758B2号所述的团聚体。本专利技术的固结磨具由包含为松散形式或团聚形式的丝形磨粒与团聚的粗磨粒的颗粒掺合物制成，团聚的粗磨粒包含长宽比为约I. 0的 块形或球形磨粒。或者，本专利技术的磨具由包含长宽比为约1.0的块形或球形磨粒的团聚的丝形磨粒的粗磨粒制成。这些磨具中的每一种均可在颗粒掺合物中任选包含一种或多种呈松散形式的次级磨粒。在一种实施方式中，所述掺合物包含丝形溶胶一凝胶氧化铝磨粒和团聚的粗磨粒。在这些实施方式中，所述掺合物包含约5 — 90重量％本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种固结磨具，其包含：1)磨粒掺合物，该掺合物包含：i)由第一粘结材料保持的丝形溶胶？凝胶氧化铝磨粒的团聚体，所述丝形溶胶？凝胶氧化铝磨粒的长度？横截面宽度的长宽比至少为2∶1；ii)团聚的粗磨粒，其包含许多通过第二粘结材料保持三维形状的磨粒，所述磨粒的长度？横截面宽度的长宽比为1.0；2)结合剂；和3)35？80体积%的孔隙率。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：X·奥哈克，M·吉瓦纳瑟姆，R·克劳斯，吴勉学，
申请(专利权)人：圣戈本磨料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：