[发明专利]固结磨具

说明书

本申请是2006年8月26日提交的PCT/US2006/033438（国家申请号为200680044108.4）、发明名称为“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。 

背景技术

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^TM的磨具。 

ALTOS^TM磨具采用平均长宽比约为7.5:1的烧结溶胶－凝胶氧化铝陶瓷颗粒(马萨诸塞州伍斯特市圣戈班公司)，如 TG2或TGX磨料(以下称“TG2”)，其为丝形磨粒。ALTOS^TM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[例如，参见诺顿公司技术服务简报(Norton Company Technical Service Bulletin)，2002年6月，“ALTOS高性能氧化铝陶瓷砂轮”(ALTOS High Performance Ceramic Aluminum Oxide Grinding Wheels)]。基于纤维－纤维堆积理论，ALTOS^TM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ALTOS^TM磨具的性能。 

发明内容

现在已经发现，与用100％的丝形溶胶－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－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，本发明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－凝胶氧化铝磨粒或其团聚体与团聚的粗磨粒的掺合物。本发明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－凝胶氧化铝磨粒的团聚体。 

在一种实施方式中，本发明涉及一种固结磨具，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－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－凝胶氧化铝磨粒的长度－横截面宽度－长宽比之比大于约1.0。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，本发明涉及一种固结磨具，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－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－凝胶磨粒借助粘结材料保持三维形状。 

本发明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－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。