高渗透性磨轮的制造方法技术

一种粘接磨料制品的有效制造方法包括使用长度截面宽度比至少为５∶１的细长磨粒来制造能让流体高度渗透通过的磨料制品。提供了一种测量渗透性的方法。该磨料制品可用来进行软研磨和深度磨削操作。这种可渗透的磨料制品为在研磨操作中让流体通过磨料制品和从工件中清除磨屑提供了开放的孔隙和通道。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
专利技术的背景本专利技术涉及使用细长磨粒制造磨料制品的方法，来获得适用于高性能研磨用途的高渗透性的磨料制品。所述磨料制品具有前所未有的互相连通的孔隙度、开放度(openness)和研磨性能。孔隙，尤其是在磨具中相互连接的孔隙在两个方面起着关键的作用。孔隙为研磨流体(如冷却剂)提供通道来散发在研磨过程产生的热量，使得研磨环境保持恒冷，以及为润滑剂提供通道，以便降低运动的磨粒和工件表面之间的摩擦力和提高磨削与摩损之比。该流体和润滑剂使金属损耗(如烧毁)减至最小程度并使磨具的寿命延长至最长。这在沿一个深的研磨通道除去大量物料而不影响工件尺寸精度的高效率深磨削和现代精确加工工艺(如蠕动进料研磨)中尤为重要。现已发现，研磨性能并不能根据以磨具的体积百分数表示的孔隙度预测。决定磨具性能的却是以对流体(空气，冷却剂。润滑剂等)的渗透性为量度的磨轮的结构开放度(即孔的互通性)。磨具有了渗透性也便于清除从被研磨物体上磨去的物料(如金属碎片和碎屑)。当被研磨的工件材料是“难以磨削加工”的柔软材料或粘性材料(如铝或某些合金)并产生长的金属屑时，必须清除这些碎屑。如果磨轮没有渗透性，磨轮的研磨表面容易发生堵塞，就难于进行研磨操作。为了使磨具满足孔隙度要求，近年来采取了一系列的方法。Carman等的美国专利NO.A-5,221,294公开了用一步法制得的磨轮。它的体积孔隙度为5-65％。在该方法中通过在固化过程烧掉有机成孔物质来产生网状的磨料结构。Gotoh等的日本专利No.A-91-161293公开了具有大体积孔隙的磨料制品，各个孔隙的直径是方该制品中所用磨粒的平均直径的1-10倍。所述孔隙是使用固化过程中烧去的材料形成的。Satoh等的日本专利No.A-91-281174公开了具有大体积孔隙的磨料制品，各个孔隙的直径是该制品中所用磨粒平均直径的至少10倍。在固化过程中烧去有机成孔材料，来获得50％体积的孔隙度。Gary等的美国专利No.A-5,037,452公开了一种用于表示形成多孔磨轮所需的结构强度的参数。Sheldon等的美国专利No.A-5,203,886公开了用于制造高孔隙度玻璃化粘结磨轮的有机孔隙形成剂(如胡桃壳)和闭孔孔隙形成剂(如多孔氧化铝)的混合物。一种“天然的或残留的孔隙度”(计算值约28-53％)被描述为磨轮总孔隙度的一部分。Rue等的美国专利No.A-5,244,477公开了丝状磨粒。这些磨粒用来与孔隙形成剂一起制造含0-73体积％孔隙的磨料制品。Nelson的美国专利A-3,273,984报导了含有机的或树脂粘结剂和至少30％体积磨粒的磨料制品，该制品最多具有68％体积的孔隙度。Wu的美国专利No.A-5,429,648公开了含有有机孔隙形成剂的玻璃化磨料，烧去孔隙形成剂就形成具有35-65体积％孔隙度的磨料制品。这些和其它类似的方法可分为下面的两大类别。但没有一类能真正满足高渗透性磨具的要求。第一类是燃烧法。通过在磨轮原料的混合阶段加入有机成孔介质(如胡桃壳)形成孔隙结构。在烧成磨具的生坯时这些介质发生热分解，从而在固化的磨具中留下空隙或孔隙。这种方法的缺点包括在孔隙形成剂的储存过程中吸收水分；混合效果重复性差并且混合物会发生分离，这部分是由于水分，部分是由于磨粒和孔隙形成剂的密度差异造成的；由于生坯从模具中取出后孔隙形成剂随时间的应变释放，使得压制生坯厚度增大，即“回弹”，导致磨具的尺寸难以控制；如果加热速率不足够慢，或者玻璃化粘结剂的软化点不足够高，烧成磨料制品中孔隙形成剂就不能完全燃烧或发生“核化”或“黑化”；当孔隙形成剂热分解时，产生气体中的排放物和气味常对环境产生不利影响。第二类是闭孔或气泡法。通过在磨具中加入多孔氧化铝之类的物料产生孔隙度，而不是采取烧掉有机成孔物质的办法。但是，由这些气泡产生的孔隙是在磨具的内部，而且是封闭的。因此，这种孔隙结构不能渗透冷却剂和润滑剂。而且其孔隙尺寸一般没有大到足以清除金属屑的程度。为了克服这些缺点并保持和最大限度地提高孔隙形成法的各种优点，本专利技术利用长度与直径之比，即长径比(L/D)至少为5∶1的细长或纤维状磨粒填充度差特性，来提高磨轮的渗透性和孔隙度。可以选用纤维状填料或与纤维状磨粒组合使用。当细长的磨粒用于磨料制品组合物时，在烧成或固化后就能产生高孔隙度、高渗透性和高研磨性能的磨具，而没有煅烧法和孔隙形成法的缺点。专利技术的概述本专利技术是一种磨料制品的制造方法。该磨料制品含有约55-80％体积的相互连接孔度隙和研磨有效量的磨粒和粘结剂；该方法包括如下步骤a)把包含长度对截面宽度之比至少为5∶1的细长磨粒与玻璃化粘结剂的混合物混和，形成磨料混合物；b)在模具中压制该磨料混合物，形成磨料制品生坯；c)在能有效地固化磨料制品生坯从而形成磨料制品的条件下于600-1200℃烧成磨料制品生坯。烧成步骤所用的时间至少是在相同条件下烧成不含细长磨粒的相同磨料制品生坯所需时间的一半。该磨料制品的空气渗透性(以毫升空气/秒/英寸水为单位)至少为磨粒截面宽度的0.44倍。本专利技术包括一种磨料制品的制造方法。该磨料制品含有约40-55％体积的相互连接孔隙度和研磨有效量的磨粒和粘结剂；该方法包括如下步骤a)把包含长度截面宽度比至少为5∶1的细长磨粒与玻璃化粘结剂的混合物混和，形成磨料混合物；b)在模具中压制该磨料混合物，形成磨料制品生坯；c)在能有效地固化磨料制品生坯和形成磨料制品的条件下于600-1200℃烧成磨料制品生坯。烧成步骤所用的时间至少是在相同条件下烧成不含细长磨粒的相同磨料制品生坯所需时间的一半。该磨料制品的空气渗透性(以毫升空气/秒/英寸水为单位)至少为磨粒截面宽度的0.22倍。固化后，用这种方法制得的磨料制品相对磨料制品生坯的尺寸差别小于3％体积，而且在压制后磨料制品生坯基本上没有回弹。专利技术的详细描述本专利技术的磨料制品包含研磨操作所需的有效量的磨粒和粘结剂，以及任选的填料、润滑剂或其它组分。该磨料制品最好包含能获得的最大可渗透孔隙度，同时又能保持足够大的结构强度以承受研磨力。磨料制品包括磨具，如磨轮、磨石和磨片以及用于研磨工件的其它形式的粘结磨粒。磨料制品可包含约40-80体积％，较好45-75体积％，最好50-70％体积的相互连接孔隙度。相互连接的孔隙是磨料制品的中由粘结磨料颗粒之间的空隙构成且能流过流体的孔隙。其余的体积(20-60％)是磨粒和粘结剂，磨粒与粘结剂的体积比约为20∶1-1∶1(磨粒/粘结剂)。这些量对研磨是有效的，对于较大的磨轮以及对于含有机粘结剂而非玻璃化粘结剂的配方，需要更高量的粘结剂和磨粒。在一个优选的实施方式中，磨料制品由玻璃化的粘结剂制成，并包含15-40％磨粒和3-15％粘结剂。为了显示观察到的磨轮寿命、研磨性能和工件表面质量的明显改进，本专利技术磨料制品必须至少具有一定的渗透能力(capacity)，以让流体自由流过磨料制品。本文中所用的磨具的渗透性是Q/P，其中Q指以空气流动的毫升数表示的流速，P指压力差。Q/P是在给定的流体(如空气)流速下，磨具结构和大气之间测得的压力差。该相对渗透性Q/P与孔隙体积和孔隙尺寸平方的乘积成比例。较大的孔隙尺寸是较好的。孔隙的几何形状和磨粒的尺寸即粒度是影响Q/P的其它因素，较大的粒度形成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磨料制品的制造方法，该磨料制品包含约５５－８０％体积的相互连接孔隙度和研磨有效量的磨粒和粘结剂；该方法包括如下步骤： ａ）把包含长度对截面宽度之比至少为５∶１的细长磨粒与玻璃化粘结剂的混合物混和，形成磨料混合物； ｂ）在模具中压制该磨料混合物，形成磨料制品生坯； ｃ）在能有效地固化磨料制品生坯和形成磨料制品的条件下于６００－１３００℃烧成磨料制品生坯。烧成步骤所用的时间至少是在相同条件下烧成不含细长磨粒的相同磨料制品生坯所需时间的一半，该磨料制品的空气渗透性（以毫升空气／秒／英寸水为单位）至少为磨粒截面宽度的０．４４倍。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：吴勉学，
申请(专利权)人：诺顿公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]