CN102066055A

CN102066055A - 自粘结的泡沫磨料物品以及使用此类物品的机加工

Info

Publication number: CN102066055A
Application number: CN2009801221225A
Authority: CN
Inventors: M·吉瓦纳撒姆
Original assignee: Saint Gobain Abrasifs SA; Saint Gobain Abrasives Inc
Current assignee: Saint Gobain Abrasifs SA; Saint Gobain Abrasives Inc
Priority date: 2008-06-13
Filing date: 2009-06-12
Publication date: 2011-05-18
Anticipated expiration: 2029-06-12
Also published as: JP2011524260A; CA2728253A1; EP2310168A4; EP2310168A2; MX2010013669A; US8696409B2; US8357028B2; MX341113B; WO2009152471A3; US20130109279A1; CA2728253C; US20090311946A1; CN102066055B; WO2009152471A2; WO2009152471A8

Abstract

在此提供了一种自粘结的泡沫磨料物品以及使用这样一种物品进行机加工的方法。该机加工方法包括提供一种具有工作表面的工件、并且通过使一种磨料相对该工作表面移动来从该工作表面上去除材料，其中该磨料包括一个泡沫磨料本体，该本体由多个磨料颗粒以及至少约66vol％的孔隙性组成。

Description

自粘结的泡沫磨料物品以及使用此类物品的机加工

技术领域

以下内容涉及用于机加工的磨料物品并且更具体地涉及泡沫物品在机加工过程中的用途。

背景技术

用于机加工应用的磨料典型地包括粘结的磨料物品以及涂覆的磨料物品。涂覆的磨料物品通常包括一种分层的物品，该物品包括一个背衬和一个磨料涂层以将磨料颗粒固定在背衬上，其最常见的例子是砂纸。粘结的研磨工具由处于轮状、盘状、段状、镶嵌针状、磨石状以及其他工具形状(它们可以被安装在一个机加工装置上，例如一个磨床或抛光装置)的形式的硬的、并且典型是整体的、三维的磨料复合材料组成。此类粘结的研磨工具通常具有三个相，包括磨料颗粒、粘结剂材料、以及孔隙性。

已经显示在粘结的磨料结构内某些量值的孔隙性可以改善机加工效率并且保护被机加工的工件免于热或机械的损伤。然而，制造限制以及机械特性的要求(例如，强度)限制了孔隙性的百分比，它进一步取决于砂砾的尺寸、附聚的磨料颗粒的存在、以及粘结剂材料的类型。

制造技术包括在粘结的磨料的形成中使用成孔物，如玻璃泡、有机物、以及类似物，因为由磨料颗粒的规则填装所产生的自然孔隙性一般不足以实现高的孔隙性。然而，此类成孔物趋向于形成闭合的孔而不是适合用于改善机加工效率的开放的孔隙性。实际上，过度的闭合孔隙性的产生可能增大了为了有效的材料去除所必须的机加工的力并且增加了对工件的热损伤。此外，使用某些成孔物可能要求一个减法(subtractive)过程，其中这些成孔物是成型过程中磨料物品的“烧尽物”，这引起了其他制造障碍。

发明内容

根据一个实施方案，一种机加工方法包括提供一种具有工作表面的工件，并且通过使一种磨料相对该工作表面移动来从该工作表面上去除材料，其中该磨料包括一个泡沫磨料本体，该本体由多个磨料颗粒以及至少约66vol％的孔隙性组成。该孔隙性可以是在75vol％与95vol％之间的范围内，或者更特别是在约77vol％与约90vol％之间的范围内。在某些实施方案中，该孔隙性为至少约75vol％、至少约80vol％、或至少85vol％。另外，这些孔可以具有至少约1微米的平均尺寸，并且在尺寸上在约10微米与约2000微米之间的大范围上变化。在某些例子中，该自粘结的泡沫磨料本体可以具有大的孔分数PF_x(代表在该泡沫磨料物品内具有的平均直径大于“x”微米的孔的分数)意义上的特征。在具体的实例中，该自粘结的泡沫磨料物品具有的PF₃₀₀在约15％与约50％之间的范围内。在一种这样的情况下，该PF₃₀₀为至少约20％、或至少约25％、或甚至至少约30％。在其他示例性的物品中，该自粘结的泡沫磨料本体具有的PF₄₅₀(即，具有的平均大小大于450微米的孔的分数)在约5％与约30％之间的范围内。在更特别的例子中，PF₄₅₀为至少约10％，如至少约12％、或甚至至少约15％。在一种具体的构型中，该泡沫磨料物品具有的PF₇₅₀在约1％与约10％之间的范围内。在某些其他的实施方案中，PF₇₅₀是不大于约8％、不大于约5％、或甚至不大于约2％。

这些磨料颗粒可以选自下组的材料，该组的构成为：氧化物类、硼化物类、氮化物类、碳化物类、以及它们的任何组合。在某些其他的情况下，这些磨料颗粒是氧化铝和碳化硅，并且在一些情况下该泡沫磨料本体可以必要地由氧化铝或碳化硅组成。

该自粘结的泡沫磨料本体可以具有不大于约60mm的厚度。此外，该自粘结的泡沫磨料本体可以具有在约0.3g/cm³与1.35g/cm³之间的范围内的密度，例如该密度为不大于约1.2g/cm³、或不大于约1.0g/cm³。该磨料本体还可以对其孔隙性体积而言是强的，使得例如该自粘结泡沫的磨料本体的破裂模量(MOR)是在约1MPa与约20MPa之间的范围内。例如，在某些构型中，该MOR为至少约5MPa、或至少约8MPa。

根据另一个实施方案，一种使用自粘结的磨料泡沫材料来抛光工件的方法包括：提供一种具有工作表面的工件、并且通过使一种泡沫物品相对该工作表面移动来从该工作表面上去除材料。该泡沫物品包括一个自粘结的磨料本体，该本体包含：彼此粘结从而形成了一种刚性结构的磨料颗粒以及至少约70vol％的孔隙性，从而形成了遍及该结构的一个互连通道的网络，该孔隙性包括多个孔，这些孔具有在10微米与约2000微米之间的平均大小、以及至少约15％的平均直径大于300微米(PF₃₀₀)的孔的孔分数。

附图说明

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。

图1展示了根据一个实施方案的泡沫磨料的一部分的放大图像。

图2展示了根据一个实施方案的泡沫磨料的一部分的放大图像。

图3展示了根据一个实施方案的泡沫磨料的一部分的放大图像。

图4展示了功率对比从一种常规粘结磨料以及根据一个实施方案的泡沫磨料上去除的累积材料的曲线图。

图5展示了法向力对比从一种常规粘结磨料以及根据一个实施方案的泡沫磨料上去除的累积材料的曲线图。

图6展示了切线力对比从一种常规粘结磨料以及根据一个实施方案的泡沫磨料上去除的累积材料的曲线图。

图7展示了平均表面粗糙度对比从一种常规粘结磨料以及根据一个实施方案的泡沫磨料上去除的累积材料的曲线图。

图8展示了均方根的表面粗糙度对比从一种常规粘结磨料以及根据一个实施方案的泡沫磨料上去除的累积材料的曲线图。

图9展示了平均波纹性(waviness)对比从一种常规粘结磨料以及根据一个实施方案的泡沫磨料上去除的累积材料的曲线图。

图10展示了总波纹性对比从一种常规粘结磨料以及根据一个实施方案的泡沫磨料上去除的累积材料的曲线图。

图11展示了弹性模量(EMOD)对比一种常规粘结磨料以及根据一个实施方案的泡沫磨料的体积百分比孔隙性的曲线图。

图12展示了喷砂侵入度(SBP)对比一种常规粘结磨料以及根据一个实施方案的泡沫磨料的体积百分比孔隙性的曲线图。

图13展示了根据一个实施方案的研磨工具的透视图。

图14展示了根据一个实施方案的研磨工具的截面视图。

图15展示了根据一个实施方案的研磨工具的截面视图。

图16展示了根据一个实施方案的研磨工具的透视图。

图17展示了根据一个实施方案的研磨工具的透视图。

图18展示了根据一个实施方案的包括研磨机的一个研磨工具的截面视图。

具体实施方式

以下披露内容是针对一种适合于机加工应用的磨料物品。根据一个实施方案，一种泡沫磨料物品是通过一种特殊的方法形成，使得最终的磨料物品是包括彼此粘结的磨料颗粒的一种自粘结的泡沫物品而无需使用在常规的粘结磨料中常用的粘结剂材料(例如，一种玻璃质粘结剂材料)。

更确切地说，该泡沫磨料物品是通过一种特殊的方法未使用成孔物或陶瓷浆料在其上形成的一种在下面的网状结构(例如，海绵)而形成的。该物品的形成可以通过制备一种在浆料中含磨料颗粒、至少一种胶凝剂、以及至少一种成孔剂的混合物而开始。将该混合物在大于该胶凝剂的胶凝温度的温度下进行混合，使得避免了胶凝作用直到得到一种泡沫为止。发泡在该混合物中引入了大量的气泡，这将在后面在最终的泡沫磨料中形成孔隙性。发泡之后，将该混合物成型并冷却以形成一种部分固化的胶凝的泡沫本体。胶凝之后，将该混合物干燥并烧制使得获得一种泡沫磨料。典型地，该烧制过程包括在超过1000℃并且在约1400℃至约2300℃之间的范围内的温度下对这些磨料颗粒进行烧结以使它们彼此粘结。如此形成的泡沫磨料可以形成为各种各样的形状，包括适用于机加工应用的那些，如一种研磨或抛光砂轮。

根据一个具体的实施方案，向该混合物中加入一种稳定剂。该稳定剂对于特定的剪切速度是敏感的，使得在减小混合速度时，该混合物的粘度可以增大一个数量级，从而形成一种稳定的泡沫混合物，它接着冷却从而形成一种胶凝的泡沫本体。然后将该胶凝的泡沫本体进行热处理以形成最终的泡沫磨料物品。这样一个过程有助于形成大的、厚的泡沫磨料物品并且在公开文件WO 2006/018537中进行了描述，其披露内容通过引用以其全文结合在此。

根据一个实施方案，该泡沫磨料物品可以包括具有合适硬度以便有助于机加工操作(如研磨和抛光)、并且能够通过热处理形成一种自粘结结构的磨料颗粒。根据一个具体的实施方案，这些磨料颗粒可以包括陶瓷，如氧化物类、硼化物类、氮化物类、碳化物类、以及它们的任何组合。在一个更具体的实施方案，这些磨料颗粒可以氧化物类和氮化物类，并且更特别地包括氧化铝和碳化硅。在某些实施方案中，该泡沫物品的磨料颗粒全部是碳化硅颗粒。而且，在其他实施方案中，这些磨料颗粒必要地由氧化铝颗粒组成。

在此描述的泡沫磨料物品可以形成为使得它们是特别坚牢的，具有适合用于机加工以及抛光应用中的厚度。因此，在一个实施方案中，该泡沫磨料物品的本体具有的厚度是在约60mm与约200mm之间的范围内。在某些其他的实施方案中，该泡沫磨料本体的厚度为至少约70mm，如至少约80mm、至少约100mm、或甚至至少约125mm。

根据一个实施方案，该泡沫磨料是一种高度多孔的结构，并且因此具有特别低的密度。实际上，在此描述的这些泡沫磨料物品具有高的孔隙程度，它们中的大部分是开放的孔隙性，限定了遍布该结构的互连通道网络。照这样，根据一个实施方案，该泡沫磨料具有的密度在大约0.3g/cc³与大约1.35g/cc³之间的范围内。在某些其他的实施方案中，该泡沫磨料具有的密度不大于1.2g/cc³、不大于约1.0g/cc³、或甚至不大于约0.75g/cc³。

一种自粘结的泡沫磨料物品的实例是通过形成一种氧化铝粉末的混合物而制造的，该氧化铝粉末使用了粒度分布在0.1微米至200微米范围内的、并且以大约65wt％存在于混合物中的99％纯的氧化铝颗粒。该混合物进一步包括0.6wt％的聚丙烯酸铵作为一种分散剂、2.4wt％的明胶作为一种胶凝剂、以及0.1％的一种稳定剂，如作为苍耳烷的胶质提供的苍耳烷或来自SKW Biosystems的Satiaxane^(TM)。作为Rhodoviol 4/125由Rhodia PMC出售的PVA是该发泡剂并在以2.2wt％的量存在于该混合物中。该混合物还可以以1.0wt％的最小量包括一种增塑剂，并且该混合物的其余物是水。

这样一种混合物的形成是通过将三种分开形成的混合物A、B和C进行合并而形成的。混合物A包括磨料颗粒与水的一种浆料。混合物B包含该胶凝剂、稳定剂、以及水，将它在超过该胶凝剂的胶凝温度的一个温度下连续混合。混合物C在水中包含该发泡剂。将混合物A和C加入混合物B中而将混合物B加热并搅拌直到获得一种泡沫混合物。将该泡沫混合物成型(例如通过倒入一个模具中)并冷却从而形成一种胶凝的泡沫本体，并且随后进行干燥和烧制从而形成图1-3的扫描电子显微镜照片中展示的如此形成的产品。

图1-3提供了一种泡沫磨料物品的多个部分的放大图像，值得注意地展示了该泡沫磨料物品的孔的尺寸和形状。所展示的这些实施方案具有至少约1微米的平均孔大小以及在约10微米与2000微米之间的孔大小。不同孔大小的组合有助于每单位体积更大数目的孔隙，从而有助于这些孔的改善的填装效率、以及因此一种高度多孔的物品。

如图1-3中进一步展示，该泡沫磨料物品的孔隙性包括具有基本上球形的单独可鉴别的孔，它们一般互相接触从而形成一种互连的孔网络。例如，更详细地参见图3，孔301和302具有基本上球形的轮廓以及轮廓分明的修圆的侧面305，显示这些孔是由发泡过程中形成的气泡所形成并且总体上维持了这些气泡的球状形状。

进一步参照该泡沫磨料物品的孔隙性，多个实施方案已经具有大的孔分数PFx(代表在该泡沫磨料物品内具有的平均直径大于“x”微米的孔的分数)意义上的特征。根据一个实施方案，该泡沫磨料物品具有的PF₃₀₀在约15％与约50％之间的范围内。在某些其他的实施方案中，PF₃₀₀为至少约20％、至少约25％、或甚至至少约30％。

根据另一个实施方案，该泡沫磨料物品具有的PF₄₅₀在约5％与约30％之间的范围内。在某些其他的实施方案中，PF₄₅₀为至少约10％，如至少约12％、或甚至至少约15％。

根据又一个实施方案，该泡沫磨料物品具有的PF₇₅₀在约1％与约10％之间的范围内。在其他的多个实施方案中，PF7₅₀₀是不大于约8％、不大于约5％、或甚至不大于约2％。

如以上指出的，该泡沫磨料物品的多个实施方案具有一定范围的孔大小，该范围允许每单位体积更大的孔百分比，而同时维持了该泡沫磨料的结果整体性、以及因此在最终物品内更大的总孔隙性。照这样，根据一个实施方案，该泡沫磨料物品具有至少约66vol％的孔隙性。更具体地说，该孔隙性可以是在约68vol％与约95vol％之间的范围内，如在约75vol％与95vol％之间，或者甚至在约77vol％与约90vol％之间的范围内。在某些实施方案中，该孔隙性为至少约70vol％、至少约75vol％、至少约80vol％、或甚至至少85vol％。

尽管该泡沫磨料物品具有一个大的孔体积，但是值得注意的是该物品具有足够用于机加工应用中的机械性能。例如，在一个实施方案中，该磨料本体具有的破裂模量(MOR)是在大约1Mpa与大约20MPa之间的范围内。在其他多个实施方案中，该MOR为至少约3MPa、至少约5MPa、或甚至至少约8Mpa。

现在参见图4-10，提供了不同的曲线图，表明了一种常规粘结磨料物品与在此描述的泡沫磨料物品相比较的机加工性能和参数。为了产生图4-10中展示的曲线图而进行的机加工试验是在一种金属工件上完成的。这种测试是使用一个内径机加工试验完成，该试验以约1mm³/s/mm的材料去除速率进行。该常规的粘结磨料物品(CE1)是一种Saint-Gobain粘结磨轮，含有具有等级L的溶胶凝胶氧化铝颗粒以及M1玻璃质的玻璃粘结剂。该自粘结的泡沫磨料物品(E1))包括相同的溶胶凝胶氧化铝颗粒。下面的表1详述了常规的粘结磨料(CE1)与该自粘结的泡沫磨料物品相比较的组成以及某些特征。

表1

	CE1(标准)	E1(A1.泡沫)
			Vol％磨料	44％	25％
Vol％粘结剂	13％	0％
			Vol％孔隙性	43％	75％
平均颗粒大小(μm)	130	1-20
			密度(g/cc)	2.05	1.0

图4展示了单位功率对比常规粘结磨料物品对比在此描述的泡沫磨料物品从工件上去除的累积材料。这些曲线显示了CE1和E1的摩擦操作情况，其中更高的单位功率要求是不希望的。曲线401与CE1相关联，而曲线403与E1相关联。如图4中展示的，为了从工件上去除相同体积的材料所要求的功率的量对于CE1是显著更高的，曲线401。正如应该清楚的，与E1相关联的摩擦损失显著低于CE1，从而产生了更有效的材料去除、更小的热量累积以及相应的对磨料物品和工件的热损伤。

图5和6展示了法向力对比从工件上去除的累积材料的一个曲线、以及切线力对比从工件上去除的累积材料的一个曲线，分别是对于CE1和E1。力对比所去除的累积材料的这些曲线显示了CE1和E1的摩擦操作情况，注意更高的力的要求是不想要的。在图5中，曲线501与CE1相关联，而曲线503与E1相关联。在图6中，曲线601与CE1相关联，而曲线603与E1相关联。如所展示的，对于图5和6两者，为了去除相同体积的材料所要求的施加给CE1的力的量实质性地高于E1的。如图5和6中展示的，与E1相关联的用于有效研磨所要求的力显著低于CE1，从而产生了更有效的材料去除、更小的热量累积以及相应的对磨料物品和工件的热损伤。

图7和8展示了平均表面粗糙度(R_a)对比所去除的累积材料，以及均方根的表面粗糙度(R_z)对比所去除的累积材料的曲线，分别是对于CE1和E1。表面粗糙度对比所去除的累积材料的这些曲线显示了CE1和E1的抛光效力，其中在被机加工的工件中更大的表面粗糙度是较不适合的。在图7中，曲线701与CE1相关联，而曲线703与E1相关联。在图8中，曲线801与CE1相关联，而曲线803与E1相关联。如图7和8两者中展示的，CE1证明了此表面粗糙度的增大，这样在更大的抛光作用下，工件的表面变得更粗糙。通过对比，E1表明了基本恒定的平均表面粗糙度，以及实际上随着去除材料的增加而产生的的均方根表面粗糙度的减小。正如在图7和8中应该清楚的，与E1相关联的表面粗糙度的变化显著低于CE1，从而产生了随着所去除材料变化而变化的优越的表面光洁度。

图9和10展示了工作表面的平均波纹性(W_a)对比所去除的累积材料、以及总波纹性(W_t)对比所去除的累积材料的曲线，分别是对于CE1和E1。平均波纹性对比所去除的累积材料的这些曲线显示了CE1和E1的抛光效力，其中更大的波纹性是不希望的。在图9中，曲线901与CE1相关联，而曲线903与E1相关联。在图10中，曲线1001与CE1相关联，而曲线1003与E1相关联。如所展示的，与E1相比，对于相同体积的去除材料，CE1在工件的波纹性上具有更大的增大。关于随着材料去除的变化而变化的对工件的尺寸控制，图9和10展示，对于有效的材料去除，E1优于CE1并且同时维持了更光滑的表面。

图11和12进一步表明了本发明的实施方案与常规的粘结磨料之间的差异。值得注意地，图11和12表明了泡沫磨料物品超越常规粘结磨料产品的改善的刚度以及硬度，这就高度多孔的结构而言是相当出乎意料的。

图11展示了对于CE1和E1的弹性模量(EMOD)对比百分比孔隙性的两个曲线。曲线1101与常规的粘结磨料(CE1)相关联，而曲线1103与泡沫磨料(E1)相关联。如所展示的，与CE1相比，E1对于给定的孔隙性具有更大的刚度并且因此以改善的孔隙性具有更大的刚度，这对于研磨应用是令人希望的。例如，CE1在30GPa的EMOD值下具有50％的孔隙性，而E1在相同的EMOD值(30GPa)下可以具有70％的孔隙性。因此E1能够通过高度多孔且互连的孔隙性提供更大的切屑去除能力同时提供更大或至少相当的刚度。

图12展示了对于CE1和E1的喷砂侵入度(SBP)对比百分比孔隙性的两个曲线。总体上，该喷砂侵入度试验在磨料行业中是进行来测量一种磨料产品的硬度、或者另外地这些产品的耐磨性。如CE1所展示的，随着一种常规粘结磨料产品的孔隙性的增大，其硬度减小并且耐磨性增大。通过比较，E1表明了对于显著更大的孔隙性，其耐磨性实质性地小于CE1。此外，E1的耐磨性随着孔隙性的增大不与CE1增大得同样快，从而表明了在更大范围的孔隙性以及更高范围的孔隙性上改善的耐磨性。因此E1能够通过高度多孔且互连的孔隙性提供更大的切屑去除能力同时提供更大的耐磨性。

图13-16展示了多种研磨工具，它们具有根据这里的这些实施方案的一种泡沫磨料结构。值得注意地，本发明的研磨工具可以成型为磨轮、或者更广义地可旋转的结构的形式，具有一个开口或“轴孔”延伸穿过该研磨工具的中心部分以便与一个用来连接至研磨机上的卡盘或夹具接合。正如将理解并且将进一步展示的，这些研磨工具可以处于盘、锥体、杯体、以及类似物的形式。在这些不同的构型中，该工具的外部轮廓(位于垂直于该延伸穿过轴孔的中心轴而延伸的一个截面平面内)总体上是环形的。在某些研磨工具结构中，该泡沫磨料结构在该平面内的本体可以是泡沫研磨材料的一种连续结构，该连续结构延伸穿过该中心轴周围的圆周。而且，在特殊的实施方案中，该工具可以具有一种不连续的结构，例如，该工具可以具有一种分段的结构，其中多个泡沫磨料区段以一种总体环形的图案粘结在一个基底上。

因此，参见图13，根据一个实施方案展示了一种研磨工具的透视图。如所展示的，研磨工具1300包括一个成型为盘的形式的泡沫磨料本体1301。该研磨工具1300进一步包括一个延伸穿过该磨料本体1301的中心的开口1303，该开口限定了一个可旋转的轴，使得该磨料本体可以在研磨应用的过程中旋转。该开口1303还被配置为与一个卡盘接合，使得磨料本体1301可以连接至一个研磨机上。在此类情况下，该卡盘可以包括一个夹具或其他组件，它通过延伸穿过开口1303并且在开口1303的双侧上接合磨料本体1301而抓握该磨料本体，从而将该磨料本体固定至该研磨机上。

如图14和15的截面图中进一步展示的，该磨料本体可以具有其他形状，如杯体1400、锥体1500、或类似物。在此类实施方案中，该磨料本体可以进一个包括限定一个凹陷的多个凸缘。如在其他多个实施方案中，该磨料本体包括一个开口，该开口延伸穿过该本体并且限定了一个旋转轴以便与一个卡盘或夹具接合。垂直于该旋转轴的截面平面x-x′包含一个总体上环形的外部圆周。

图16包括根据一个实施方案的研磨工具的透视图。如所展示的，研磨工具1600包括一个泡沫磨料本体1601。此外，根据一个实施方案，该磨料物品具有长度、宽度以及厚度的尺度，其中长度＜宽度≤厚度。在一个具体的实施方案中，磨料本体1601具有的第一纵横比(定义为长度与厚度之比)为不小于约2∶1，如不小于约3∶1、5∶1，或甚至不小于约10∶1。该磨料本体可以进一步具有一个第二纵横比，定义为长度与宽度之比。在这样的某些实施方案中，该第二纵横比可以是不小于约2∶1、不小于约3∶1、4∶1，或甚至不小于约5∶1。在某些实施方案中，该第二纵横比是不大于约10∶1。

参考实际的尺寸，在某些实施方案中，磨料本体1601的长度(l)是不大于约25cm，如不大于约20cm、并且更特别地是在6cm与约20cm之间的范围内。在某些实施方案中，磨料本体1601的宽度(w)是不大于约10cm，如不大于约8cm、并且特别地是在约2cm与约6cm之间的范围内。关于此类研磨工具的厚度(t)，根据某些实施方案，该厚度是不大于约5cm，如不大于约4cm、并且特别地是在约0.5cm与约3cm之间的范围内。

如图16中进一步展示的，该磨料本体1601可以具有一种立方形的形状(矩形棱柱)使得在某些实施方案中，磨料本体1601具有由厚度(t)和宽度(w)的尺寸所限定的一个矩形截面轮廓。而且，在其他多个实施方案中，磨料本体1601可以具有一个正方形的截面轮廓。

而且，如图17中所展示的，研磨工具1700可以具有一种圆柱形的形状，使得磨料本体1701可以具有一种环形截面形状。另外，如所展示的，研磨工具1700包括一个末端部分1703，它被配置用于与一个研磨机的夹具或卡具接合从而将研磨工具1700连接至研磨机上。根据一个具体实施方案，研磨工具1700包括一个末端部分1703，它具有与磨料本体1701的尺寸不相同的尺寸以便与一个研磨机的卡盘或夹具适当地连接。如在图17中所展示的，末端部分1703具有比磨料本体1701的尺寸更大的尺寸而且，在一种替代实施方案中，末端部分1703可以具有比磨料本体1701的尺寸更小的尺寸。

进一步将理解的是在此描述的这些研磨工具可以包括在此描述的一个或多个实施方案的一项或多项特征。例如，可以形成具有图16和17的组合的几何形状的一种研磨工具，使得该研磨工具具有一个有着矩形形状的部分以及一个有着圆柱形形状的部分。

参见图18，提供了一种研磨机的截面图。该研磨机1800包括：一个壳体1801，该壳体具有一个包含在壳体1801内的电动机1803；以及在一端连接到电动机1803上的一个臂1805。在臂1805的与连接到电动机1803的这一端相反的一端，臂1805连接至一个卡盘1807上，该卡具被配置来接合并连接到根据在此这些实施方案的一个泡沫研磨工具1809上。

如图18中进一步展示的并且根据一个实施方案，该卡盘1807可以包括两个板，它们被设计来与研磨工具1809的主表面相反地接合并且将研磨工具1809连接到臂1805上。如进一步所展示的，卡盘1807可以包括一个螺栓1811，它被配置来延伸穿过研磨工具1809内的一个开口(例如，轴孔)，从而在这些板上提供一个压缩力并且将研磨工具1809固定在卡具1807内。然而，将理解的是，可以利用其他卡盘。

在操作过程中，可以操作电动机1803来旋转臂1805。鉴于以上所展示并且描述的部件的连接，臂1805的旋转有助于研磨工具1809的旋转，当一个工件与该旋转中的研磨工具1809接触时这有助于一个研磨或抛光过程。将理解的是图18展示了一种研磨机，它结合了一种磨轮研磨工具，然而，对于在此描述的其他此类形状和构型的研磨工具，可以使用其他合适的卡盘。

在此已经披露了使用一种高度多孔的泡沫磨料物品来机加工一种工件的方法，它们代表脱离了现有技术。传统地，鉴于这样大的孔隙性体积将不会提供磨料应用所必须的机械耐久性，则认为具有这样高的孔隙性的陶瓷、尤其是自粘结的磨料在它们应用于过滤器和催化剂支撑材料时是受到限制的。此外，尽管已经给出建议自粘结的陶瓷、并且更具体地是通过浇注一种陶瓷浆料所形成的网状陶瓷可能适合用于机加工应用，但是已经将这些物品的孔隙性限制到小于65vol％，(例如参见U.S.5,221,294)，因为更大孔隙性的结构将缺乏有助于机加工过程的必要耐久性。

然而，已经发现根据在此的多个实施方案的自粘结泡沫磨料物品具有超过65vol％的孔隙性并且不仅适合于机加工应用、而且提供了特殊的性能。不希望受限于任何具体理论，本发明的诸位发明人注意到该泡沫磨料物品具有与常规结构实质性不同的孔隙性。具体而言，在该泡沫磨料物品内的孔隙的大小在最小与最大的孔隙之间是在至少一个数量级(如果不是两个数量级的话)的等级上变化。此外，这些孔隙的形状是轮廓分明的，为基本上球形的(即，气泡状的)并且具有光滑的、呈曲线的表面。气泡状孔隙的性质、结合大小的变化允许每单位体积的孔隙的紧密装填、以及因此在总体结构中的更高孔隙性。此外，这些孔隙的紧密装填的性质与常规材料相比允许了这些结构内更大百分比的互连孔隙性。此类特征的组合允许产生一种自粘结的泡沫磨料物品，它是出乎意料地强的并且耐机械断裂的，该物品特别适合用于机加工、并且特别是抛光应用中。尽管已经开发并布置此类自粘结泡沫磨料材料用于工业应用如耐火应用中，但是现有技术并没有将此类材料用于磨料应用中。考虑到具有增大孔隙性的常规磨料产品的差的性能(如在例如U.S.5,221,294中报道的)，这并不奇怪。因此，出乎意料地发现根据这里的多个实施方案的高度多孔的、自粘结的泡沫磨料不仅具有有效的磨料特性、而且具有此类显著的性能。

以上披露的主题应被认为是解说性的、而非限制性的，并且所附权利要求是旨在覆盖落在本发明的真正范围内的所有此类变体、改进以及其他实施方案。因此，在法律所允许的最大程度上，本发明的范围应由对以下权利要求和它们的等效物可容许的最宽解释来确定，并且不应受以上的详细的说明的约束或限制。

Claims

1.一种机加工方法，包括：

提供具有一个工作表面的一种工件；并且

通过使一种磨料相对该工作表面移动来从该工作表面上去除材料，其中该磨料包括一个自粘结泡沫磨料本体，该本体包括多个磨料颗粒以及至少约66vol％的孔隙性。

2.如权利要求1所述的方法，其中该孔隙性为至少约70vol％。

3.如权利要求1或2中任一项所述的方法，其中该孔隙性是在约75vol％与约95vol％之间的范围内。

4.如权利要求1、2、或3中任一项所述的方法，其中该自粘结的泡沫磨料本体包括多个孔，这些孔具有的平均尺寸为至少约1微米。

5.如权利要求4所述的方法，其中该自粘结的泡沫磨料本体包括的具有的平均直径大于300微米的孔的分数(PF₃₀₀)为至少约15％。

6.如权利要求4所述的方法，其中该自粘结的泡沫磨料本体包括的具有的平均直径大于450微米的孔的分数(PF₄₅₀)为至少约5％。

7.如权利要求4所述的方法，其中该自粘结的泡沫磨料本体包括的具有的平均直径大于750微米的孔的分数(PF₇₅₀)为至少约10％。

8.一种研磨工具，包括：

一种自粘结的泡沫磨料本体，该本体具有多个磨料颗粒以及至少约66vol％的孔隙性，其中该磨料本体被配置用于与一种研磨机的卡具接合。

9.如权利要求8所述的研磨工具，其中该磨料本体的连接部分包括一个开口，该开口延伸穿过该磨料本体的一个中心并且限定了该磨料本体的一个旋转轴，该开口被配置用于与一种研磨机的卡具接合。

10.如权利要求8或9中任一项所述的研磨工具，其中该磨料本体具有一种延伸的形状，该形状由一个长度、宽度以及厚度限定。

11.如权利要求10所述的研磨工具，其中该长度＜该宽度≤该厚度并且该磨料本体具有一个至少约2∶1的第一纵横比，该第一纵横比定义为长度与厚度之比。

12.一种研磨工具，包括：

一种自粘结的泡沫磨料本体，该本体具有多个磨料颗粒以及至少约66vol％的孔隙性；以及

一个开口，该开口延伸穿过该磨料本体的一个中心并且限定了该磨料本体的一个旋转轴，该开口被配置用于与一种研磨机的卡具接合。

13.如权利要求12所述的研磨工具，其中该孔隙性为至少约70vol％。

14.如权利要求12或13中任一项所述的研磨工具，其中该孔隙性包括具有基本上球形形状的单独可鉴别的孔，它们实质性地接触邻近的孔，从而形成一种互连的孔网络。

15.如权利要求12、13、或14中任一项所述的研磨工具，其中该自粘结的泡沫磨料本体包括多个孔，这些孔具有的平均尺寸为至少约1微米。