CN103442850A - 用于高速磨削操作的磨料物品 - Google Patents

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CN103442850A CN201280014726XA CN201280014726A CN103442850A CN 103442850 A CN103442850 A CN 103442850A CN 201280014726X A CN201280014726X A CN 201280014726XA CN 201280014726 A CN201280014726 A CN 201280014726A CN 103442850 A CN103442850 A CN 103442850A
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Abstract

一种磨料物品可以包括一个粘结的磨料本体，该本体具有包含在一种粘结剂材料中的、包括微晶氧化铝(MCA)的磨料颗粒。在一个实施例中，该粘结的磨料本体具有至少约0.80的强度比(MOR/MOE)。

Description

用于高速磨削操作的磨料物品
技术领域
以下内容是针对磨料物品，并且具体地是适合用于进行高速磨削操作的粘结的磨料物品。
背景技术
磨削工具一般被形成为具有包含在一种粘结剂材料内的磨料粒子用于材料去除的应用。在这类磨削工具中可以采用超级磨料粒子(例如，金刚石或立方氮化硼(CBN))或加晶种的(或甚至未加晶种的)烧结的溶胶凝胶氧化铝磨料粒子(又被称为α-微晶氧化铝(MCA)磨料粒子)。该粘结剂材料可以是有机材料类，如树脂;或一种无机材料，如玻璃或玻璃化的材料。具体地说，使用玻璃化粘结剂材料并且含有MCA粒子或超级磨料粒子的粘结的磨削工具对磨削是商业上有用的。
某些粘结的磨削工具(特别是利用了玻璃化粘结剂材料的那些)要求高温成形工艺(时常近似于1100℃或更大)，这会对具有MCA的磨料粒子产生不利的影响。事实上，已经认识到，在形成磨削工具必要的这种升高的温度下，该粘结剂材料可以与这些磨料粒子(具体是MCA晶粒)进行反应、并且损害磨料的完整性，从而降低粒子的锐度和性能特性。其结果是，业界已经转向于降低形成该粘结剂材料必要的形成温度，以便抑制成形工艺过程中的这些磨料粒子的高温降解。
例如，为了减小MCA粒子与玻璃化粘结剂之间的反应的量，美国专利号4,543,107披露了一种适合于在低达约900℃的温度下进行烧制的粘结剂组合物。在一种替代的途径中，美国专利号4,898,597披露了包含至少40%的制成玻璃料的材料、适合于在低达约900℃的温度下进行烧制的一种粘结剂组合物。其他利用了能够在低于1000℃的温度下形成的粘结剂材料的此类粘结的磨料物品包括美国专利号5,203,886;美国专利号5,401,284;美国专利号5,536,283;以及美国专利号6,702,867。然而，业界继续要求这类粘结的磨料物品的改进的性能。
以上这些玻璃体粘结剂材料不一定适合于高速磨削操作。典型地，高速磨削操作要求在超过1100℃的烧结温度下形成的玻璃体粘结的磨料物品，这样使得该磨料物品可以经受住在高速磨削操作过程中施加的力。工业上继续要求改进的粘结的磨料物品。
概述
根据一个方面，一种磨料物品包括一个粘结的磨料本体，该磨料本体具有包含在一种粘结剂材料中的、包括微晶氧化铝(MCA)的磨料颗粒，其中该粘结的磨料本体包含至少约0.80的强度比(MOR/MOE)。
在另一个方面中，一种磨料物品包括一个粘结的磨料本体，该本体具有包含在一种粘结剂材料内的、包括微晶氧化铝(MCA)的磨料颗粒，其中该粘结的磨料本体包含对于至少约40GP的MOE而言至少40MPa的MOR。
在又另一个方面中，一种磨料物品包括一个粘结的磨料本体，该本体具有包含在一种粘结剂材料中的、包括微晶氧化铝(MCA)的磨料颗粒，其中该粘结的磨料本体具有至少约0.80的强度比(MOR/MOE)，该粘结的磨料本体能够在至少约60m/s的速度下以至少约0.4in3/min/in(258mm3/mMmm)的材料去除速率来磨削一种包含金属的工件。
另一个方面是针对一种磨料物品，该磨料物品包括一个粘结的磨料本体，该本体具有包含在一种粘结剂材料中的、包括微晶氧化铝(MCA)的磨料颗粒，该粘结剂材料是由不大于约20wt%的氧化硼(B2O3)形成的、具有不大于约3.0wt%的氧化磷(P2O5)，并且其中该粘结的磨料本体具有至少约0.80的强度比(MOR/MOE)。
根据另一个方面，一种磨料物品包括一个粘结的磨料本体，该本体具有包含在一种粘结剂材料内的、包括微晶氧化铝(MCA)的磨料颗粒。该粘结的磨料本体包括对于该粘结的磨料本体的总体积而言不大于约15vol%的粘结剂材料，并且其中该粘结的磨料本体具有至少约0.80的强度比(MOR/MOE)。
在又另一个方面中，一种磨料物品包括一个粘结的磨料本体，该磨料本体具有包含在一种粘结剂材料内的、包括微晶氧化铝(MCA)的磨料颗粒，其中该粘结的磨料本体具有至少约0.80的强度比(MOR/MOE)、并且是在不大于约1000℃的温度下烧结的。
附图简要说明
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包括针对现有技术的粘结的磨料主体和根据在此的实施例的粘结的磨料主体的孔隙率百分数、磨料百分数、以及粘结剂百分数的一个简图。
图2包括对于常规的粘结的磨料物品以及根据在此多个实施例的粘结的磨料物品而言，MOR对比MOE的一个图。
图3包括对于常规的粘结的磨料物品与根据在此的一个实施例的粘结的磨料物品相比较而言材料去除速率对比切削深度的一个图表。
图4包括对于常规的粘结的磨料物品以及根据一个实施例的粘结的磨料物品而言材料去除速率对比切削深度的一个图表。
图5包括对于常规的粘结的磨料物品以及根据在此多个实施例的粘结的磨料物品而言最大功率对比材料去除速率的一个曲线图。
图6包括对于常规的粘结的磨料物品以及根据多个实施例的粘结的磨料物品而言最大功率对比材料去除速率的一个曲线图。
图7包括对于常规的粘结的磨料物品以及根据一个实施例的粘结的磨料物品而言最大功率对比材料去除速率的一个曲线图。
图8包括对于常规的粘结的磨料物品以及根据一个实施例的粘结的磨料物品而言半径变化对比切削深度(Zw)(证明了转角保持因子)的一个曲线图。
图9包括一系列照片，展示了对于常规的粘结的磨料物品以及根据一个实施例的粘结的磨料物品而言的转角保持因子。
图10包括一系列照片，展示了对于常规的粘结的磨料物品对比根据一个实施例的粘结的磨料物品而言的转角保持因子。
图11包括一系列照片，展示了对于常规的粘结的磨料物品对比根据一个实施例的粘结的磨料物品而言的转角保持因子。
在不同的图中使用相同的参考符号指示相似或相同的物件。
详细说明
以下内容是针对粘结的磨料物品，这些粘结的磨料物品可以适合用于对工件进行磨削和成形。值得注意地，在此的实施例的粘结的磨料物品可以将磨料颗粒结合在玻璃体粘结剂材料内。用于使用在此的实施例的粘结的磨料物品的适合的应用包括磨削操作，这些磨削操作包括，例如无心磨削、外圆磨削、曲轴磨削、各种表面磨削操作、轴承和齿轮磨削操作、缓进给磨削、以及各种工具室应用。
根据一个实施例，形成一个实施例的粘结的磨料物品的方法可以通过形成适合的化合物与组分的混合物从而形成一种粘结剂材料来开始。该粘结剂可以由无机材料的化合物(如氧化合物(oxidecompound))形成。例如，一种适合的氧化物材料可以包括氧化硅(SiO2)。根据一个实施例，该粘结剂材料可以由对于该粘结剂材料的总重量而言为不大于约55wt%的氧化硅形成。在其他实施例中，氧化硅的含量可以是更少的，如不大于约54wt%、不大于约53wt%、不大于约52wt%、或甚至不大于约51wt%。然而，在某些实施例中，该粘结剂材料可以由对于该粘结剂材料的总重量而言为至少约45wt%，如至少约46wt%、近似于至少约47wt%、至少约48wt%、或甚至于至少约49wt%的氧化硅形成。将了解的是，氧化硅的量可以在以上指出的任何最小与最大百分比之间的范围内。
该粘结剂材料还可以结合一定含量的氧化铝(Al2O3)。例如，该粘结剂材料可以包括对于该粘结剂材料的总重量而言为至少约12wt%的氧化铝。在其他实施例中，氧化铝的量可以是至少约14wt%、至少约15wt%、或甚至于至少约16wt%。在某些例子中，该粘结剂材料包括的氧化铝的量对于该粘结剂的总重量而言可以为不大于约23wt%、不大于约21wt%、不大于约20wt%、不大于约19wt%、或甚至不大于约18wt%。将了解的是，氧化铝的量可以在以上指出的任何最小与最大百分比之间的范围内。
在某些例子中，该粘结剂材料可以由以重量百分比测量的氧化硅的量与以重量百分比测量的氧化铝的量之间的一个特定比率形成。例如，硅石对氧化铝的比率可以通过把粘结剂材料内的氧化硅的重量百分比除以氧化铝的重量百分比来描述。根据一个实施例，氧化硅对氧化铝的比率可以是不大于约3.2。在其他例子中，粘结剂材料内的氧化硅对氧化铝的比率可以是不大于约3.1、不大于约3.0、或甚至不大于约2.9。然而，在某些例子中，该粘结剂材料可以形成为使得氧化硅的重量百分比对氧化铝的重量百分比的比率是至少约2.2，如至少约2.3、如近似于至少约2.4、至少约2.5、至少约2.6、或甚至于至少约2.7。将了解的是，氧化铝和氧化硅的总量可以在以上指出的任何最小与最大值之间的范围内。
根据一个实施例，该粘结剂材料可以由一定含量的氧化硼(B2O3)形成。例如，该粘结剂材料可以结合对于该粘结剂材料的总重量而言为不大于约20wt%的氧化硼。在其他例子中，氧化硼的量可以是更少的，如不大于约19wt%、不大于约18wt%、不大于约17wt%、或甚至不大于约16wt%。然而，该粘结剂材料可以由对于该粘结剂材料的总重量而言为至少约11wt%，如至少约12wt%、至少约13wt%、或甚至于至少约14wt%的氧化硼形成。将了解的是，氧化硼的量可以在以上指出的任何最小与最大百分比之间的范围
根据一个实施例，该粘结剂材料可以形成为使得该粘结剂材料内的氧化硼的重量百分比和氧化硅的重量百分比的总含量(即，总和)可以是对于该粘结剂材料的总重量而言为不大于约70wt%。在其他例子中，氧化硅和氧化硼的总含量可以是不大于约69wt%，如不大于约68wt%、不大于约67wt%、或甚至不大于约66wt%。根据一个具体实施例，氧化硅和氧化硼的总重量百分比含量可以是对于该粘结剂材料的总重量而言为至少约55wt%，如至少约58wt%、至少约60wt%、至少约62wt%、至少约63wt%、至少约64wt%、或甚至于至少约65wt%。将了解的是，该粘结剂材料内的氧化硅和氧化硼的总重量百分比可以在以上指出的任何最小与最大百分比之间的范围内。
此外，在具体例子中，如以重量百分比测量的，粘结剂材料内的氧化硅的量可以大于氧化硼的量。值得注意地，氧化硅的量可以比氧化硼的量大至少约1.5倍、大至少约1.7倍、大至少约1.8倍、大至少约1.9倍、大至少约2.0倍、或甚至大至少约2.5倍。然而，在一个实施例中，该粘结剂材料包括的氧化硅的量可以为大不大于约5倍，如大不多于约4倍、大不多于约3.8倍、或甚至大不多于约3.5倍。将了解的是，氧化硅的量与氧化硼的量相比的差值可以在以上指出的任何最小与最大值之间的范围内。
根据一个实施例，该粘结剂材料可以由至少一种碱金属氧化合物(R2O)形成，其中R代表选自元素周期表中的第IA族元素的一种金属。例如，该粘结剂材料可以由来自以下化合物组的一种碱金属氧化合物(R2O)形成，该化合物组包括:氧化锂(Li2O)、氧化钠(Na2O)、氧化钾(K2O)、及氧化铯(Cs2O)、以及它们的组合。
根据一个实施例，该粘结剂材料可以由总含量对于该粘结剂材料的总重量而言为不大于约20wt%的碱金属氧化合物形成。对于根据在此的实施例的其他粘结的磨料物品，碱金属氧化合物的总含量可以是不大于约19wt%、不大于约18wt%、不大于约17wt%、不大于约16wt%、或甚至不大于约15wt%。然而，在一个实施例中，粘结剂材料内的碱金属氧化合物的总含量可以是至少约10wt%，如至少约12wt%、至少约13wt%、或甚至于至少约14wt%。将了解的是，该粘结剂材料包括的碱金属氧化合物的总含量可以在以上指出的任何最小与最大百分比之间的范围内。
根据一个具体实施例，该粘结剂材料可以由如以上指出的不大于约3种单独的碱金属氧化合物(R2O)形成。事实上，某些粘结剂材料可以将不大于约2种的碱金属氧化合物结合在该粘结剂材料内。
此外，该粘结剂材料可以形成为使得该粘结剂材料内的任何这些碱金属氧化合物的单独含量不大于碱金属氧化合物的总含量(以重量百分比计)的一半。此外，根据一个具体实施例，氧化钠的量可以大于氧化锂或氧化钾的含量(重量百分比)。在更具体的例子中，以重量百分比测量的氧化钠的总含量可以大于以重量百分比测量的氧化锂和氧化钾的含量的总和。此外，在一个实施例中，氧化锂的量可以大于氧化钾的含量。
根据一个实施例，以重量百分比测量的形成该粘结剂材料的碱金属氧化合物的总量可以小于该粘结剂材料内的氧化硼的量(以重量百分比测量)。事实上，在某些情况下，与该粘结剂材料内的氧化硼的总重量百分比相比，多种碱金属氧化合物的总重量百分比可以是在约0.9至1.5之间的范围内，如在约0.9与1.3之间的范围内、或甚至在约0.9与约1.1之间的范围内。
该粘结剂材料可以由一定量的碱土金属化合物(RO)形成，其中R代表来自元素周期表的第IIA族的元素。例如，该粘结剂材料可以结合碱土金属氧化合物，如氧化钙(CaO)、氧化镁(MgO)、氧化钡(BaO)、或甚至氧化锶(SrO)。根据一个实施例，该粘结剂材料可以包含对于该粘结剂材料的总重量而言为不大于约3.0wt%的碱土金属氧化合物。在再其他的例子中，该粘结剂材料可以包含更少的碱土金属氧化合物，如近似于不大于约2.8wt%、不大于约2.2wt%、不大于约2.0wt%、或不大于约1.8wt%。然而，根据一个实施例，该粘结剂材料包含的一种或多种碱土金属氧化合物的含量对于该粘结剂材料的总重量而言可以为至少约0.5wt%，如至少约0.8wt%、至少约1.0wt%、或甚至于至少约1.4wt%。将了解的是，该粘结剂材料内的碱土金属氧化合物的量可以在以上指出的任何最小与最大百分比之间的范围内。
根据一个实施例，该粘结剂材料可以由不大于约3种的不同碱土金属氧化合物形成。事实上，该粘结剂材料可以包含不大于2种的不同碱土金属氧化合物。在一个具体例子中，该粘结剂材料可以由2种碱土金属氧化合物形成，这些碱土金属氧化合物由氧化钙和氧化镁组成。
在一个实施例中，该粘结剂材料包括的氧化钙的量可以大于氧化镁的量。此外，粘结剂材料内的氧化钙的量可以大于在该粘结剂材料内存在的任何其他碱土金属氧化合物的含量。
该粘结剂材料可以由碱金属氧化合物与碱土金属氧化合物的一种组合来形成，这样使得总含量对于该粘结剂材料的总重量而言为不大于约20wt%。在其他实施例中，该粘结剂材料内的碱金属氧化合物和碱土金属氧化合物的总含量可以是不大于约19wt%，如不大于约18wt%、或甚至不大于约17wt%。然而，在某些实施例中，在该粘结剂材料内存在的碱金属氧化合物和碱土金属化合物的总含量可以为至少约12wt%，如至少约13wt%，如至少约14wt%、至少约15wt%、或甚至于至少约16wt%。将了解的是，该粘结剂材料具有的碱金属氧化合物和碱土金属氧化合物的总含量可以在以上指出的任何最小与最大百分比之间的范围内。
根据一个实施例，该粘结剂材料可以形成为使得在该粘结剂材料内存在的碱金属氧化合物的含量大于碱土金属氧化合物的总含量。在一个具体实施例中，该粘结剂材料可以形成为使得碱金属氧化合物的总含量(以重量百分比计)与碱土金属氧化合物的总重量百分比相比的比率(R2O:RO)是在约5:1与约15:1之间的范围内。在其他实施例中，在该粘结剂材料内存在的碱金属氧化合物的总重量百分比对碱土金属氧化合物的总重量百分比的比率可以是在约6:1与约14:1之间的范围内，如在约7:1与约12:1之间的范围内、或甚至在约8:1与约10:1之间的范围内。
根据一个实施例，该粘结剂材料可以由对于该粘结剂材料总重量而言不大于约3wt%的氧化磷形成。在某些其他例子中，该粘结剂材料可以包含对于该粘结剂材料的总重量而言为不大于约2.5wt%，如不大于约2.0wt%、不大于约1.5wt%、不大于约1.0wt%、不大于约0.8wt%、不大于约0.5wt%、或甚至不大于约0.2wt%的氧化磷。事实上，在某些例子中，该粘结剂材料可以基本上不含有氧化磷。适合含量的氧化磷可以促进如在此所描述的某些特征和磨削性能特性。
根据一个实施例，该粘结剂材料可以由不大于一种的组合物形成，该组合物包含不大于约1wt%的某些氧化合物，这些氧化合物包括例如像MnO2、ZrSiO2、CoAl2O4、以及MgO的氧化合物。事实上，在具体实施例中，该粘结剂材料可以基本上不含有以上认定的氧化合物。
除了置于混合物内的粘结剂材料之外，形成粘结的磨料物品的方法可以进一步包括结合一定类型的磨料颗粒。根据一个实施例，这些磨料颗粒可以包括微晶氧化铝(MCA)。事实上，在某些例子中，这些磨料颗粒可以主要由微晶氧化铝组成。
这些磨料颗粒可以具有不大于约1050微米的平均粒径。在其他实施例中，这些磨料颗粒的平均粒径可以是更小的，如近似于不大于800微米、不大于约600微米、不大于约400微米、不大于约250微米、不大于约225微米、不大于约200微米、不大于约175微米、不大于约150微米、或甚至不大于约100微米。然而，这些磨料颗粒的平均粒径可以是至少约1微米，如至少约5微米、至少约10微米、至少约20微米、至少约30微米、或甚至于至少约50微米、至少约60微米、至少约70微米、或甚至于至少约80微米。将了解的是，这些磨料颗粒的平均粒径可以在以上指出的任何最小与最大值之间的范围内。
进一步提及利用了微晶氧化铝的磨料颗粒，将了解的是微晶氧化铝可以由具有被设定成亚微米大小的平均粒子大小的粒子组成。事实上，微晶氧化铝的平均粒子大小可以是不大于约1微米，如不大于约0.5微米、不大于约0.2微米、不大于约0.1微米、不大于约0.08微米、不大于约0.05微米、或甚至不大于约0.02微米。
此外，这种包括磨料颗粒和粘结剂材料的混合物的形成可以进一步包括添加其他的组分，如填充剂、成孔物、以及适合于形成最终形成的粘结的磨料物品的材料。成孔材料的一些适合的实例可以包括但不限于:空心氧化铝(bubblealumina);空心莫来石(bubblemullite);空心球，包括空心玻璃球、空心陶瓷球、或空心聚合物球;聚合物或塑料材料;有机化合物;纤维材料，包括玻璃、陶瓷、或聚合物的绳股和/或纤维。其他适合的成孔材料可以包括:萘、PDB、贝壳、木材，等等。在再另一个实施例中，填充剂可以包括一种或多种无机材料(包括例如氧化物)，并且具体地可以包括结晶相或非晶相的氧化锆、二氧化硅、二氧化钛、以及它们的组合。
在适合地形成混合物之后，可以使该混合物成形。适合的成形方法可以包括压制操作和/或模制操作以及它们的组合。例如，在一个实施例中，可以通过在一个模具内冷压该混合物以便形成生坯来使该混合物成形。
在适合地形成该生坯之后，可以在一个特定温度下烧结该生坯以便促进形成具有一种玻璃相粘结剂材料的磨料物品。值得注意地，该烧结操作可以在小于约1000℃的烧结温度下进行。在具体实施例中，该烧结温度可以小于约980℃，如小于约950℃、并且特别地是在约800℃与950℃之间的范围内。将会了解的是，对于以上提及的粘结剂组分可以使用特别低的烧结温度，这样避免了过高的温度并且因此限制了该形成过程中这些磨料颗粒的降解。
根据一个具体实施例，粘结的磨料本体包含具有一种玻璃相材料的一种粘结剂材料。在具体例子中，该粘结剂材料可以是一种单相玻璃体材料。
最终形成的粘结的磨料本体可以具有特定含量的粘结剂材料、磨料颗粒、以及孔隙率。值得注意地，粘结的磨料物品的本体可以具有对于该粘结的磨料本体的总体积而言为至少约42vol%的孔隙率。在其他实施例中，孔隙率的量可以是更大的，如对于该粘结的磨料本体的总体积而言为至少约43vol%，如至少约44vol%、至少约45vol%、至少约46vol%、至少约48vol%、或甚至于至少约50vol%。根据一个实施例，该粘结的磨料本体可以具有不大于约70vol%，如不大于约65vol%、不大于约62vol%、不大于约60vol%、不大于约56vol%、不大于约52vol%、或甚至不大于约50vol%的孔隙率。将了解的是，该粘结的磨料本体可以具有在以上指出的任何最小与最大百分比之间的范围内的孔隙率。
根据一个实施例，该粘结的磨料本体可以具有对于该粘结的磨料本体的总体积而言为至少约35vol%的磨料颗粒。在其他实施例中，磨料颗粒的总含量可以是更大的，如至少约37vol%、或甚至于至少约39vol%。根据一个具体实施例，该粘结的磨料本体可以形成为使得它具有对于该粘结的磨料本体的总体积而言为不大于约50vol%的磨料颗粒，如不大于约48vol%、或甚至不大于约46vol%。将了解的是，该粘结的磨料本体内的磨料颗粒的含量可以在以上指出的任何最小与最大百分比之间的范围内。
在具体例子中，该粘结的磨料本体被形成为使得它包含与孔隙率和磨料颗粒的含量相比最小含量(vol%)的粘结剂材料。例如，该粘结的磨料本体可以具有对于该粘结的磨料本体的总体积而言为不大于约15vol%的粘结剂材料。在其他例子中，该粘结的磨料本体可以形成为使得它包含对于该粘结的磨料本体的总体积而言不大于约14vol%、不大于约13vol%、或甚至不大于约12vol%的粘结剂材料。在一个具体例子中，该粘结的磨料本体可以形成为使得它包含对于该粘结的磨料本体的总体积而言为至少约7vol%，如至少约8vol%、近似于至少约9vol%、或甚至于至少约10vol%的粘结剂材料。
图1包括根据一个实施例存在于一种特定的粘结的磨料物品中的多个相的简图。图1包括粘结剂的vol%、磨料颗粒的vol%、以及孔隙率的vol%。阴影区域101代表一种适合于高速磨削应用的常规的粘结的磨料物品，而阴影区103代表根据在此的实施例的一种粘结的磨料物品的相含量，也适合于高速磨削应用。高速磨削应用典型地被认为是以60m/s或更大的操作速度进行的磨削。
值得注意地，这些常规的高速粘结的磨料物品的相含量(即，阴影区域101)与一个实施例的粘结的磨料物品的相含量显著不同。值得注意地，常规的高速粘结的磨料物品典型地具有在大致40vol%与51vol%之间的范围内的最大孔隙率、大致42vol%至50vol%的磨料颗粒含量、以及大致9至20vol%的粘结剂含量。常规的粘结的磨料物品典型地具有50vol%或更小的最大孔隙率含量，因为高速磨削应用要求一种粘结的磨料本体具有足够的强度来应对在高速磨削过程中遇到的过度的力，并且高度多孔粘结的磨料本体之前并不能经受住所述力。
根据一个实施例，一种粘结的磨料物品可以具有比常规的高速粘结的磨料物品显著更大的孔隙率。例如，一个实施例的一种粘结的磨料物品可以具有对于该粘结的磨料本体的总体积而言在约51vol%与约58vol%之间的范围内的孔隙率含量。此外，如在图1中所展示的，一个实施例的粘结的磨料物品可以具有对于该粘结的磨料物品的总体积而言在约40vol%与约42vol%之间的范围内的磨料颗粒含量，和在大约2vol%与约9vol%之间的范围内的特别低的粘结剂含量。
值得注意地，在此的实施例的粘结的磨料本体可以具有不同于常规的粘结的磨料本体的特别特征。具体地，这里这些粘结的磨料物品可以具有特定含量的孔隙率、磨料颗粒和粘结剂，同时展现出特别的机械特征使得它们适合于特定的应用，如高速磨削应用。例如，在一个实施例中，该粘结的磨料本体可以具有一个特定的断裂模量(MOR)，该断裂模量可以对应于一个特定的弹性模量(MOE)。例如，对于至少约40GPa的MOE，该粘结的磨料本体可以具有至少45MPa的MOR。在一个实施例中，对于40GPa的MOE，MOR可以是至少约46MPa，如至少约47MPa、至少约48MPa、至少约49MPa、或甚至于至少约50MPa。然而，对于40GPa的MOE，该粘结的磨料本体可以具有不大于约70MPa，如不大于约65MPa、或不大于约60MPa的MOR。将了解的是，MOR可以在以上给出的任何最小与最大值之间的范围内。
在另一个实施例中，对于具有45GPa的MOE的某些粘结的磨料本体，MOR可以是至少约45MPa。事实上，对于具有45GPa的MOE的某些粘结的磨料本体，MOR可以是至少约46MPa，如至少约47MPa、至少约48MPa、至少约49MPa、或甚至于至少约50MPa。然而，对于45GPa的MOE，MOR可以是不大于约70MPa、不大于约65MPa、或不大于约60MPa。将了解的是，MOR可以在以上给出的任何最小与最大值之间的范围内。
MOR可以在尺寸为4”×1”×0.5”的样品上使用标准的3点弯曲试验来测量，其中在1”×0.5”平面上施加荷载，除了样品尺寸外，总体上是按照ASTMD790。可以记录失效载荷并且使用标准方程计算MOR。可以通过使用GrindoSonic仪器或类似设备、按照磨料磨轮工业中的标准规程对复合物的固有频率进行测量来计算MOE。
在一个实施例中，该粘结的磨料本体可以具有一个强度比，该强度比是MOR除以MOE的度量。在具体例子中，一个具体的粘结的磨料本体的强度比(MOR/MOE)可以是至少约0.8。在其他例子中，该强度比可以是至少约0.9，如至少约1.0、至少约1.05、至少约1.10。然而，该强度比可以是不大于约3.00，如不大于约2.50、不大于约2.00、不大于约1.70、不大于约1.50、不大于约1.40、或不大于约1.30。将了解的是，这些粘结的磨料本体的强度比可以在以上指出的任何最小与最大值之间的范围内。
根据一个实施例，该粘结的磨料本体可以适合在特定的磨削操作中使用。例如，已经发现这里的实施例的粘结的磨料本体适合于要求高速操作的磨削操作中。事实上，这些粘结的磨料本体可以在特别高的速度下使用而不损害工件并且提供适当的或改进的磨削性能。根据一个实施例，该粘结的磨料本体能够在至少约60m/s的速度下磨削一种包含金属的工件。在其他情况下，该粘结的磨料本体的运行速度可以更大，如至少约65m/s、至少约70m/s、或者甚至于至少约80m/s。在某些情况下，该粘结的磨料本体可以能够在不大于约150m/s、例如不大于约125m/s的速度下磨削工件。将了解的是本申请的粘结的磨料本体可以在以上指出的任何最小与最大值之间的范围内的运行速度下磨削工件。
在此关于该粘结的磨料本体的磨削能力可以涉及多种磨削操作，如无心磨削、外圆磨削、曲轴磨削、各种表面磨削操作、轴承和齿轮磨削操作、缓进给磨削、以及各种工具室磨削过程。此外，用于这些磨削操作的适合的工件可以包括无机或有机材料。在具体例子中，该工件可以包括一种金属、金属合金、塑料、或天然材料。在一个实施例中，该工件可以包括一种铁金属、非铁金属、金属合金、金属超级合金、以及它们的组合。在另一个实施例中，该工件可以包括一种有机材料，该有机材料包括，例如一种聚合物材料。在再其他的例子中，该工件可以是一种天然材料，该天然材料包括，例如木材。
在具体情况下，已经注意到该粘结的磨料本体能够在高速运行下并且以特别高的去除速率来磨削工件。例如，在一个实施例中，该粘结的磨料本体可以在至少约0.4英寸3/分钟/英寸(in3/min/in)(258mm3/min/mm)的材料去除速率下进行磨削操作。在其他实施例中，该材料去除速率可以是至少约0.45英寸3/分钟/英寸(290mm3/min/mm)，如至少约0.5英寸3/分钟/英寸(322mm3/min/mm)、至少约0.55英寸3/分钟/英寸(354mm3/min/mm)、或甚至于至少约0.6英寸3/分钟/英寸(387mm3/min/mm)。然而，对于某些粘结的磨料本体，材料去除速率可以是不大于约1.5英寸3/分钟/英寸(967mm3/min/mm)，如不大于约1.2英寸3/分钟/英寸(774mm3/min/mm)、不大于约1.0英寸3/分钟/英寸(645mm3/min/mm)、或甚至不大于约0.9英寸3/分钟/英寸(580mm3/min/mm)。将了解的是，本申请的粘结的磨料本体可以在处于以上指出的任何最小与最大值之间的范围内的材料去除速率下对工件进行磨削。
在某些磨削操作过程中，已经注意到本申请的粘结的磨料本体可以在高速下在特定的切削深度(DOC)或(Zw)下进行磨削。例如，该粘结的磨料本体所达到的切削深度可以是至少约0.003英寸(0.0762毫米)。在其他情况下，该粘结的磨料本体能够在高速磨削操作过程中实现至少约0.004英寸(0.102毫米)的切削深度，如至少约0.0045英寸(0.114毫米)、至少约0.005英寸(0.127毫米)、或甚至于至少约0.006英寸(0.152毫米)。将会了解的是，使用这里的粘结的磨料本体进行的高速磨削操作的切削深度可以是不大于约0.01英寸(0.254毫米)、或不大于约0.009英寸(0.229毫米)。将了解的是，该切削深度可以在以上指出的任何最小与最大值之间的范围
在其他实施例中，已指出该粘结的磨料本体可以在不超过约10Hp(7.5kW)的最大功率下对工件进行磨削，同时利用了以上指出的磨削参数。在其他实施例中，高速磨削操作过程中的最大功率可以是不大于约9Hp(6.8kW)，如不大于约8Hp(6.0kW)、或甚至不大于约7.5Hp(5.6kW)。
根据另一个实施例，在高速磨削操作过程中，已经注意到了这里这些实施例的粘结的磨料物品具有优越的转角保持能力，特别是与常规的高速粘结的磨料物品相比的话。事实上，该粘结的磨料本体可以在至少约1.8的切削深度(Zw)下具有不大于约0.07英寸的转角保持因子，该切削深度对应于0.00255英寸/秒，弧度。值得注意地，如在此所使用的，1.0的切削深度对应于0.00142英寸/秒，弧度，并且1.4的切削深度(Zw)对应于0.00198英寸/秒，弧度。将了解的是，该转角保持因子是在特定切削深度下、对4330V的工件(该工件是NiCrMoV硬化且回火的高强度钢合金)进行5次磨削之后以英寸计的半径变化的度量。在某些其他实施例中，粘结的磨料物品显示出对于至少约1.80的切削深度而言，不大于约0.06英寸，如不大于约0.05英寸、不大于约0.04英寸的转角保持因子。
实例
实例1
图2包括对于根据在此多个实施例的粘结的磨料物品以及常规的粘结的磨料物品而言破裂模量(MOR)对比弹性模量(MOE)的一个曲线图。曲线201代表一系列根据在此的多个实施例形成的粘结的磨料物品的MOR和MOE。这个系列的每个样品被制造为具有在下表1中提供的粘结剂组成(以wt%计)。这些样品具有大致42vol%至大致56vol%的孔隙率范围、在约42vol%与约52vol%之间范围内的磨料颗粒含量范围(即，微晶氧化铝颗粒)、以及在约6vol%与约14vol%之间范围内的粘结剂材料含量范围。每个样品被冷压而形成棒并在大致900℃至1250℃的烧结温度下烧结。
表1
Figure BDA0000386007040000141
曲线203代表适合于高速磨削应用的常规的粘结的磨料物品的MOR与MOE值。这些常规样品代表在圣戈班公司(Saint-GobainCorporation)的VS、VH、以及VBE玻璃体粘结的磨料产品中以K、L和M等级可商购的粘结的磨料物品。这些样品具有大致42vol%至大致56vol%的孔隙率范围、在约42vol%与约2vol%之间范围内的磨料颗粒含量范围(即，微晶氧化铝颗粒)、以及在约6vol%与约14vol%之间范围内的粘结剂材料含量范围。
使用以上描述的试验来完成MOR和MOE测试。每个样品被形成为大致4”×1”×0.5”的大小，并且使用标准的3点弯曲试验来测量MOR，其中在1”×0.5”平面上施加荷载，除了样品尺寸外，总体上是按照ASTMD790的。记录失效荷载并使用标准等式来返回计算MOR。通过使用GrindoSonic仪器来测量这些复合物的固有频率来计算MOE。
如图2中展示的，代表此处的实施例的粘结的磨料物品的这些样品(即，曲线201)展示了对于给定的MOE值而言与代表常规的粘结的磨料物品的这些样品(即，曲线203)相比更高的MOR值。代表此处的实施例的粘结的磨料物品的样品具有大致1.17的强度比(曲线201的直线斜率:MOR/MOE)。代表常规的粘结的磨料物品的这些样品具有大致0.63的强度比(曲线203的直线斜率:MOR/MOE)。图2的数据表明，代表此处的实施例的粘结的磨料物品的这些样品与常规的粘结的磨料物品相比对于特定MOE值而言具有改进的MOR值。
因此，如与常规高速粘结的磨料物品相比对于特定MOE值而言更高的MOR值所证明的，此处的实施例的这些粘结的磨料物品适合于高速磨削操作。此外，由于在代表此处的实施例的粘结的磨料物品的这些样品中，对于特定MOE而言MOR更大，这样的特征有助于对该运行速度而言改进的功率消耗、以及在增大的运行速度下改进的转角保持能力。
实例2
进行进一步的对比磨削研究来将此处的实施例的粘结的磨料物品的高速磨削能力与常规高速磨削粘结的磨料物品进行比较。图3包括对于常规的粘结的磨料物品与根据在此的一个实施例的粘结的磨料物品相比较而言材料去除速率对比切削深度的一个图表。在包括0.003英寸、0.0045英寸和0.006英寸在内的不同切削深度(DOC)处进行三个试验。测试参数包括在下表3中。
表3
Figure BDA0000386007040000151
Figure BDA0000386007040000161
Figure BDA0000386007040000162
曲线301、302和303(301-303)代表根据此处这些实施例形成的粘结的磨料物品的样品。样品301-303各自具有大致52vol%至大致56vol%的孔隙率范围、在约40vol%与约44vol%之间范围内的磨料颗粒含量范围(即，微晶氧化铝颗粒)、以及在约3vol%与约8vol%之间范围内的粘结剂材料含量范围。粘结剂的组成与上表1中提供的相同。
样品305、306和307(305-307)代表适合于高速磨削应用的常规的粘结的磨料物品。这些常规样品305-307是从圣戈班公司作为NQM90J10VH产品可商购的粘结的磨料物品。样品305-307各自具有大致50vo1%至大致52vol%的孔隙率范围、在约42vol%与约44vol%之间范围内的磨料颗粒含量范围(即，微晶氧化铝颗粒)、以及在约6vol%与约10vol%之间范围内的粘结剂材料含量范围。
如图3中展示的，样品301-303能够对于高速磨削操作(即，在60m/s的运行速度下进行)而言在所试验的各个切削深度下获得与常规样品305-307相比显著更大的材料去除速率。在各个试验中，使用样品301-303和305-307进行磨削，直到工件展现出烧毁或样品不能再磨削为止。在每个试验中，样品301-303实现了与常规样品305-307相比显著更大的材料去除速率。并且事实上，在0.0045英寸的切削深度处，样品302的材料去除速率比常规样品306所实现的材料去除速率大出了3倍多。此外，在0.006英寸的切削深度值处，样品303展现的材料去除速率与样品302的材料去除速率差不多、并且大于常规样品307的材料去除速率的10倍。这样的结果显示了根据此处这些实施例形成的粘结的磨料物品超越现有技术的常规的粘结的磨料物品在磨削效力和磨削能力上的显著改进。
实例3
进行进一步的对比磨削研究来将此处的实施例的粘结的磨料物品的高速磨削能力与常规的高速磨削粘结的磨料物品进行比较。图4包括对于常规的粘结的磨料物品以及根据一个实施例的粘结的磨料物品而言材料去除速率对比切削深度的一个图表。在0.003英寸的特定切削深度(DOC)处进行与实例2中展现的相同的试验(见上表3)以测量在工件展现出烧毁之前的阈值材料去除速率。注意，对于这个试验，运行速度是80m/s。
曲线401代表根据在此的多个实施例形成的粘结的磨料物品的一个样品。样品401具有与以上实例3中呈现的样品301-303相似的结构。样品403代表从圣戈班公司作为NQM90J10VH产品可商购的、适合于高速磨削应用的一种常规的粘结的磨料物品。
如图4中展示的，样品401实现了与常规样品403相比显著更大的材料去除速率。并且事实上，在0.003英寸的切削深度处，样品401的材料去除速率比常规样品403所实现的材料去除速率大出了10倍多。这样的结果显示了根据此处这些实施例形成的粘结的磨料物品超越现有技术的常规的粘结的磨料物品在磨削效力和磨削能力上的显著改进。
实例4
进行另一个对比磨削试验来将此处的实施例的粘结的磨料物品以及常规的高速磨削的粘结的磨料物品在高速磨削操作过程中的最大功率消耗进行比较。图5-7包括展示了试验结果的曲线。
图5包括对于常规的粘结的磨料物品以及根据在此多个实施例的粘结的磨料物品而言最大功率对比材料去除速率的一个曲线图。在不同样品上在0.003英寸的切削深度(DOC)和60m/s的运行速度下使用与上表3中提供的相同的参数来进行一个试验。对于这个试验，使用所有的样品501-502和504-506来磨削工件，直到工件展现出烧毁或样品不能再磨削为止。
曲线501和502(501-502)代表根据此处这些实施例形成的粘结的磨料物品的样品。这些样品501-502具有大致52vol%至大致56vol%的孔隙率范围、在约40vol%与约44vol%之间范围内的磨料颗粒含量范围(即，微晶氧化铝颗粒)、以及在约3vol%与约8vol%之间范围内的粘结剂材料含量范围。粘结剂的组成与上表1中提供的相同。
样品504、505和506(504-506)代表适合于高速磨削应用的常规的粘结的磨料物品。这些常规样品504-506是从圣戈班公司作为NQM90J10VH产品可商购的粘结的磨料物品。样品504-506各自具有大致50vo1%至大致52vol%的孔隙率范围、在约42vol%与约44vol%之间范围内的磨料颗粒含量范围(即，微晶氧化铝颗粒)、以及在约6vol%与约10vol%之间范围内的粘结剂材料含量范围。
如图5中展示的，样品501-502对于高速磨削操作(即，在60m/s的运行速度下进行)而言与常规样品504-506相比在0.003英寸的切削深度下获得了显著更大的材料去除速率同时具有差不多的或更小的最大功率消耗。在每个试验中，样品501-502实现了与常规样品504-506相比显著更大的材料去除速率。并且事实上，样品501的最大功率消耗显著小于常规样品504和505的最大功率消耗、并且与常规样品506的最大功率消耗差不多。同样，样品502的最大功率消耗与常规样品504和505的最大功率消耗差不多，同时实现了是常规样品504和505的材料去除速率的几乎2倍的一个材料去除速率。这样的结果显示了根据此处这些实施例形成的粘结的磨料物品超越现有技术的常规的粘结的磨料物品在磨削效力和磨削能力上的显著改进。
图6包括对于常规的粘结的磨料物品以及根据在此多个实施例的粘结的磨料物品而言最大功率对比材料去除速率的一个曲线图。在不同样品上在0.0045英寸的切削深度(DOC)和60m/s的运行速度下使用与上表3中提供的相同的参数来进行该试验。对于这个试验，使用全部样品601-602和604来磨削工件，直到工件展现出烧毁或样品不能再磨削为止。
曲线601和602(601-602)代表根据此处这些实施例形成的粘结的磨料物品的样品。样品601和602具有与以上指出的样品501和502相同的结构。样品604代表一个适合于高速磨削应用的常规的粘结的磨料物品。常规样品604是与以上描述的可商购的粘结的磨料产品504相同的一种粘结的磨料物品。
如图6中展示的，样品601-602与常规样品604相比在0.0045英寸的切削深度下获得了显著更大的材料去除速率同时具有类似的或更小的最大功率消耗。事实上，样品601的最大功率消耗与常规样品604的最大功率消耗差不多，同时样品601的材料去除速率是样品604的材料去除速率的几乎2倍。此外，样品602的最大功率消耗小于常规样品604的最大功率消耗、并且展现了是常规样品604的材料去除速率的2倍的一个材料去除速率。这样的结果显示了根据此处这些实施例形成的粘结的磨料物品超越现有技术的常规的粘结的磨料物品在磨削效力和磨削能力上的显著改进。
图7包括对于常规的粘结的磨料物品以及根据一个实施例的粘结的磨料物品而言最大功率对比材料去除速率的一个曲线图。在不同样品上在0.003英寸的切削深度(DOC)和80m/s的运行速度下使用与上表3中提供的相同的参数来进行一个试验。对于这个试验，使用全部样品701和702-703来磨削工件，直到工件展现出烧毁或样品不能再磨削为止。
曲线701代表根据在此的一个实施例形成的粘结的磨料物品的一个样品。样品701具有与以上指出的样品501相同的结构。样品702-703代表适合于高速磨削应用的常规的粘结的磨料物品。常规样品702-703是与以上描述的可商购的样品504-506相同的粘结的磨料物品。
如图7中展示的，样品701与常规样品702-703相比在0.003英寸的切削深度下获得了显著更大的材料去除速率同时具有适当的最大功率消耗。事实上，样品701的最大功率消耗小于常规样品703的最大功率消耗，同时材料去除速率大出了约5倍。此外，样品701的最大功率消耗略微大于常规样品702的最大功率消耗，但是样品701实现了大于常规样品702的材料去除速率的12倍的一个材料去除速率。这样的结果显示了根据此处这些实施例形成的粘结的磨料物品超越现有技术的常规的粘结的磨料物品在磨削效力和磨削能力上的显著改进。
实例5
进行一个对比磨削试验来将此处这些实施例的粘结的磨料物品与常规的粘结的磨料物品在高速磨削操作过程中的转角保持能力进行比较。图8-11提供了该试验结果的曲线和图。
图8包括对于两个常规的粘结的磨料物品以及根据一个实施例的粘结的磨料物品而言半径变化对比切削深度(Zw)(展示了转角保持因子)的一个曲线图。该转角保持因子是对给定切削深度处的半径变化的一种度量、并且总体上是对该粘结的磨料物品在高速磨削操作的严苛的磨削条件下维持其形状的能力的一种指示。在三个不同的切削深度值(即，1.00、1.40和1.80)处测量每个样品的半径变化，如图8的这些曲线所展示的。试验参数提供在下表4中。
表4
Figure BDA0000386007040000201
Figure BDA0000386007040000211
曲线801代表根据在此的多个实施例形成的粘结的磨料物品的一个样品。样品801具有大致40vol%至大致43vol%的孔隙率范围、在约46vol%与约50vol%之间范围内的磨料颗粒含量范围(即，微晶氧化铝颗粒)、以及在约9vol%与约11vol%之间范围内的粘结剂材料含量范围。样品801的粘结剂的组成与上表1中指出的相同。
样品802和803代表适合于高速磨削应用的常规的粘结的磨料物品。常规样品802和803代表分别作为VS和VH产品可获得的常规的粘结的磨料物品。该VS和VH产品是从圣戈班公司可商购的。
如图8中展示的，样品801具有显著改进的转角保持因子，这是通过特定的切削深度处的半径总变化(英寸)来度量的。具体而言，曲线801展示了对于所有切削深度值都小于0.05英寸的一个转角保持因子(即，半径总变化)。此外，样品801的转角保持因子比其他的高速的常规的粘结的磨料物品(即样品802和803)中的任何一个的转角保持因子都显著更好。事实上，在1.40的切削深度处，样品801展示了比常规样品803小2倍多的转角保持因子，因此具有的半径变化小于样品803的半径变化的一半。此外，在1.80的切削深度处，样品801展示了比常规样品802的转角保持因子小约2倍、并且比常规样品803的转角保持因子小6倍多的一个转角保持因子。这样的结果显示了此处这些实施例的粘结的磨料物品与常规的高速的粘结的磨料物品相比较在转角保持因子、牢固性、以及耐变形性上的显著改进。
图9-11包括一系列图示，提供了根据一个实施例的粘结的磨料物品对比两个常规的高速的粘结的磨料物品的转角保持能力的照片。值得注意地，图9-11提供了此处这些实施例的磨料物品与常规的粘结的磨料物品相比改进的转角保持能力和牢固性的另外证据。
图9包括一系列照片，展示了对于常规的粘结的磨料物品对比根据一个实施例的粘结的磨料物品而言的转角保持因子。样品901是4330V合金钢的工件，该工件用一种从圣戈班公司作为VH粘结的磨料轮可商购的常规的粘结的磨料物品进行磨削。样品902代表被一种从圣戈班公司作为VS粘结的磨料轮可商购的常规的粘结的磨料物品所磨削的工件。样品903代表被根据一个实施例、具有与以上指出的样品501相同的结构的粘结的磨料物品所磨削的工件。对于以上所有的样品，工件的磨削是在表4中提供的条件下进行的。
如图9中绘出的，与样品901和902相比，样品903能够将工件磨削至具有最均一的边缘。这些图片支持之前的试验所证明的磨削数据。
图10包括一系列照片，展示了对于常规的粘结的磨料物品对比根据一个实施例的粘结的磨料物品而言的转角保持因子。样品1001是4330V合金钢的工件，该工件被一种从圣戈班公司作为VH粘结的磨料轮可商购的常规的粘结的磨料物品在下表6中指出的条件下进行磨削。样品1002代表被一种从圣戈班公司作为VS粘结的磨料轮可商购的常规的粘结的磨料物品所磨削的工件。样品1003代表被根据一个实施例、具有与样品501相同的结构的粘结的磨料物品所磨削的工件。对于以上所有的样品，工件的磨削是在表4中提供的条件下进行。
如图10中绘出的，与样品1001和1002相比，样品1003展现了最均一的边缘。事实上，样品1001的转角比样品1003的边缘显著更差，表明该常规的粘结的磨料物品在表4中指出的磨削条件下适当地形成这些边缘的能力有限。同样，样品1002的转角比样品1003的边缘显著更差，表明与用来形成样品1003的粘结的磨料物品相比，该常规的粘结的磨料物品在表4中指出的磨削条件下适当地形成这些边缘的能力有限。图10的这些图片支持在之前的实例中所产生的优越的磨削数据。
图11包括一系列照片，展示了对于常规的粘结的磨料物品对比根据一个实施例的粘结的磨料物品而言的转角保持因子。样品1101是4330V合金钢的工件，该工件被一种从圣戈班公司作为VH粘结的磨料轮可商购的常规的粘结的磨料物品在表4中指出的条件下进行磨削。样品1102代表被一种从圣戈班公司作为VS粘结的磨料轮可商购的常规的粘结的磨料物品所磨削的工件。样品1103代表被根据一个实施例、具有与以上指出的样品501相同的结构的粘结的磨料物品所磨削的工件。对于以上所有的样品，工件的磨削是在表4中提供的条件下进行。
如图11中绘出的，与样品1101和1102相比，样品1103展现了最均一且轮廓分明的边缘。事实上，样品1101的转角比样品1103的边缘显著更差，表明该常规的粘结的磨料物品在表4中指出的磨削条件下适当地形成这些边缘的能力有限。同样，样品1102的转角比样品1103的边缘显著更差，表明该常规的粘结的磨料物品在表4中指出的磨削条件下适当地形成这些边缘的能力有限，特别是当与样品1103的边缘相比时。图11的这些图片支持在之前的实例中所产生的优越的磨削数据。
以上实施例是针对代表了与现有技术的偏离的磨料产品、并且特别是粘结的磨料产品。此处这些实施例的粘结的磨料产品使用了有助于改进磨削性能的多个特征的组合。如在本申请中描述的，在此的实施例的粘结的磨料本体利用了特定量和类型的磨料颗粒、特定量和类型的粘结剂材料，并且具有特定量的孔隙率。除了可以将此类产品有效地形成(尽管在其等级和结构方面超出常规磨料产品的已知范围)这一发现之外，还发现此类产品显示出改进的磨削性能。值得注意地，发现本发明的这些实施例的粘结的磨料与常规的高速磨削轮相比能够在磨削操作过程中在更高速度下运行，尽管具有显著更高的孔隙率。事实上，相当出乎意料的是，此处这些实施例的粘结的磨料本体证实了在超过60m/s的磨轮速度下运行的能力、同时还展示了与现有技术的高速磨削轮相比改进的材料去除速率、改进的转角保持能力、以及适当的表面光洁度。
此外，发现本发明的这些实施例的粘结的磨料与现有技术的常规轮相比能够具有某些机械特征上的显著差异。本发明的这些实施例的粘结的磨料本体已经展现了在MOR与MOE关系上的显著差异，从而促进了不同磨削应用中改进的性能，尽管具有超过常规高速轮的显著更大的孔隙率度。相当出乎意料的是，发现在使用与此处这些实施例的粘结的磨料本体相关联的多个特征的组合时，与具有类似结构和等级的常规高速磨削轮相比，对于给定的MOE可以实现显著更硬(MOR)的粘结的磨料本体。
在上文中，提及的多个具体的实施例以及某些部件的连接是说明性的。应了解，对于被联接或被连接的组件的提及是打算去披露如所了解的在所述组件之间的直接连接或通过一个或多个介入组件的间接连接，以进行在此所讨论的方法。这样，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、以及其他实施例。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。
披露的摘要是遵循专利权法而提供的，并且按以下理解而提交，即，它将不被用于解释或者限制权利要求的范围或含义。另外，在以上详细说明中，不同特征可以被集合在一起或出于精简披露的目的而在单一实施例中描述。本披露不得被解释为反映了一种意图，即，提出权利要求的实施例要求的特征多于在每一项权利要求中清楚引述的特征。相反，如以下的权利要求反映出，发明主题可以是针对少于任何披露的实施例的全部特征。因此，以下权利要求书被结合到详细说明中，其中每一项权利要求独立地界定所分别要求的主题。

Claims (59)

1.一种磨料物品，包括:
一个粘结的磨料本体，该本体具有包含在一种粘结剂材料中的、包括微晶氧化铝(MCA)的磨料颗粒，其中该粘结的磨料本体包括至少约0.80的强度比(MOR/MOE)。
2.一种磨料物品，包括:
一个粘结的磨料本体，该本体具有包含在一种粘结剂材料中的、包括微晶氧化铝(MCA)的磨料颗粒，其中该粘结的磨料本体包含对于至少约40GP的MOE而言至少40MPa的MOR。
3.如权利要求2所述的磨料物品，其中该磨料本体包括至少约0.80的强度比(MOR/MOE)。
4.一种磨料物品，包括:
一个粘结的磨料本体，该本体具有包含在一种粘结剂材料中的、包括微晶氧化铝(MCA)的磨料颗粒，其中该粘结的磨料本体具有至少约0.80的强度比(MOR/MOE)，该粘结的磨料本体能够在至少约60m/s的速度下以至少约0.4in3/min/in(258mm3/min/mm)的材料去除速率来磨削一种包含金属的工件。
5.一种磨料物品，包括:
一个粘结的磨料本体，该本体具有包含在一种粘结剂材料中的、包括微晶氧化铝(MCA)的磨料颗粒，该粘结剂材料由不大于约20wt%的氧化硼(B2O3)形成、具有不大于约3.0wt%的氧化磷(P2O5)，并且其中该粘结的磨料本体具有至少约0.80的强度比(MOR/MOE)。
6.一种磨料物品，包括:
一个粘结的磨料本体，该本体具有包含在一种粘结剂材料中的、包括微晶氧化铝(MCA)的磨料颗粒，其中该粘结的磨料本体包含对于该粘结的磨料本体的总体积而言不大于约15vol%的粘结剂材料，并且其中该粘结的磨料本体具有至少约0.80的强度比(MOR/MOE)。
7.一种磨料物品，包括:
一个粘结的磨料本体，该本体具有包含在一种粘结剂材料中的、包括微晶氧化铝(MCA)的磨料颗粒，其中该粘结的磨料本体具有至少约0.80的强度比(MOR/MOE)并且是在不大于约1000℃的温度下烧结的。
8.如权利要求1至6中任一项所述的磨料物品，其中该粘结的磨料本体是在不大于约1000℃的温度下烧结的。
9.如权利要求1至5以及7中任一项所述的磨料物品，其中该粘结的磨料本体包括占该粘结的磨料本体总体积的不大于约15vol%的粘结剂材料。
10.如权利要求1以及4至7中任一项所述的磨料物品，其中该粘结的磨料本体包括对于至少约40GPa的MOE而言至少约40MPa的MOR。
11.如权利要求1至3以及5至7中任一项所述的磨料物品，其中该粘结的磨料本体能够在至少约60m/s的速度下磨削一种包含金属的工件。
12.如权利要求1至3以及5至7中任一项所述的磨料物品，其中该粘结的磨料本体能够在至少约0.4in3/min/in(258mm3/min/mm)的材料去除速率下磨削一种包含金属的工件。
13.如权利要求1至4、6、以及7中任一项所述的磨料物品，其中该粘结剂材料是由不大于约3.0wt%的氧化磷(P2O5)形成的。
14.如权利要求1至4、6、7、以及13中任一项所述的磨料物品，其中该粘结剂材料是由对于该粘结剂材料的总重量而言不大于约20wt%的氧化硼(B2O3)形成的。
15.如权利要求1以及3至7中任一项所述的磨料物品，其中该强度比(MOR/MOE)是至少约0.90。
16.如权利要求1、3至7、以及15中任一项所述的磨料物品，其中该强度比(MOR/MOE)是至少约1.00。
17.如权利要求1、3至7、15、以及16中任一项所述的磨料物品，其中该强度比(MOR/MOE)是至少约1.05。
18.如权利要求1、3至7、以及15至17中任一项所述的磨料物品，其中该强度比(MOR/MOE)是不大于约3.00。
19.如权利要求2、3、或10所述的磨料物品，其中该粘结的磨料本体包括对于至少约40GPa的MOE而言至少约42MPa的MOR。
20.如权利要求2、3、10、或19所述的磨料物品，其中该粘结的磨料本体包括对于至少约40GPa的MOE而言至少约45MPa的MOR。
21.如权利要求4或11所述的磨料物品，其中该粘结的磨料本体能够在至少约65m/s的速度下磨削一种包含金属的工件。
22.如权利要求4、11、或21所述的磨料物品，其中该粘结的磨料本体能够在至少约70m/s的速度下磨削该工件。
23.如权利要求4、11、21、以及22中任一项所述的磨料物品，其中该粘结的磨料本体能够在至少约80m/s的速度下磨削该工件。
24.如权利要求4或12所述的磨料物品，其中该材料去除速率是至少约0.45in3/min/in(290mm3/min/mm)。
25.如权利要求4、12、或24所述的磨料物品，其中该材料去除速率是至少约0.5in3/min/in(323mm3/min/mm)。
26.如权利要求4、12、24、或25所述的磨料物品，其中该材料去除速率是至少约0.6in3/min/in(387mm3/min/mm)。
27.如权利要求5或13所述的磨料物品，其中该粘结剂材料基本上不含氧化磷(P2O5)。
28.如以上权利要求中任一项所述的磨料物品，其中该粘结的磨料本体包括对于至少约40GPa的MOE而言不大于约70MPa的MOR。
29.如以上权利要求中任一项所述的磨料物品，其中该粘结的磨料本体包括对于至少约45GPa的MOE而言至少约50MPa的MOR。
30.如以上权利要求中任一项所述的磨料物品，其中该粘结剂材料是由对于该粘结剂材料的总重量而言不大于约18wt%的氧化硼(B2O3)形成的。
31.如以上权利要求中任一项所述的磨料物品，其中该粘结的磨料本体能够磨削一种工件，其中在当以至少约0.4in3/min/in(258mm3/min/mm)的材料去除速率来进行磨削操作时该工件没有展现出可见的烧毁证据。
32.如以上权利要求中任一项所述的磨料物品，其中该粘结的磨料本体能够在至少约0.003英寸(0.076mm)的切削深度下磨削一种包含金属的工件。
33.如权利要求32所述的磨料物品，其中该切削深度是至少约0.004英寸(0.101mm)。
34.如权利要求32或33所述的磨料物品，其中该切削深度是至少约0.0045英寸(0.114mm)。
35.如以上权利要求中任一项所述的磨料物品，其中该工件包括选自以下金属组的一种金属，该金属组由以下各项组成:金属、金属合金、塑料、天然材料、以及它们的组合。
36.如以上权利要求中任一项所述的磨料物品，其中该粘结的磨料本体能够在不大于约10Hp的最大功率下磨削一种包含金属的工件。
37.如以上权利要求中任一项所述的磨料物品，其中该粘结的磨料本体包括在1.8的切削深度下不大于约0.07英寸的转角保持因子。
38.如以上权利要求中任一项所述的磨料物品，其中这些磨料颗粒主要由微晶氧化铝组成。
39.如以上权利要求中任一项所述的磨料物品，其中这些磨料颗粒具有不大于约250微米的平均粒径。
40.如以上权利要求中任一项所述的磨料物品，其中该微晶氧化铝包括具有不大于约1微米的平均粒子尺寸的粒子。
41.如以上权利要求中任一项所述的磨料物品，其中该粘结剂材料包含一种单相玻璃体材料。
42.如以上权利要求中任一项所述的磨料物品，其中该粘结的磨料本体包含占该粘结的磨料本体总体积的至少约42vol％的孔隙率。
43.如以上权利要求中任一项所述的磨料物品，其中该粘结的磨料本体包含不大于约70vol％的孔隙率。
44.如以上权利要求中任一项所述的磨料物品，其中该粘结的磨料本体包括占该粘结的磨料本体总体积的至少约35vol％的磨料颗粒。
45.如以上权利要求中任一项所述的磨料物品，其中该粘结剂材料包含的氧化硅(SiO2)重量百分比与氧化铝(Al2O3)重量百分比的比率(SiO2:Al2O3)是不大于约3.2。
46.如以上权利要求中任一项所述的磨料物品，其中该粘结剂材料是由一种碱土金属氧化合物(RO)形成的。
47.如权利要求46所述的磨料物品，其中在该粘结剂材料中存在的碱土金属氧化合物(RO)的总量是不大于约3.0wt%。
48.如以上权利要求中任一项所述的磨料物品，其中该粘结剂材料是由不大于约3种的不同碱土金属氧化合物(RO)形成的，这些碱土金属氧化合物选自下组:氧化钙(CaO)、氧化镁(MgO)、氧化钡(BaO)、氧化锶(SrO)。
49.如以上权利要求中任一项所述的磨料物品，其中该粘结剂材料包含选自以下化合物组的一种碱金属氧化合物(R2O)，该化合物组由以下各项组成:氧化锂(Li2O)、氧化钠(Na2O)、氧化钾(K2O)、和氧化铯(Cs2O)以及它们的组合。
50.＞如权利要求49所述的磨料物品，其中该粘结剂材料是由总量不大于约20wt%的碱金属氧化合物(R2O)形成的。
51.如权利要求49或50所述的磨料物品，其中该粘结剂材料包含不大于约3种的碱金属氧化合物(R2O)。
52.如权利要求49至51中任一项所述的磨料物品，其中在该粘结剂材料内存在的任何碱金属氧化合物的含量(wt%)是不大于碱金属氧化物的总含量(wt%)的一半。
53.如以上权利要求中任一项所述的磨料物品，其中该粘结剂材料是由不大于约55wt%的氧化硅(SiO2)形成的。
54.如以上权利要求中任一项所述的磨料物品，其中该粘结剂材料是由至少约12wt%的氧化铝(A12O3)形成的。
55.如以上权利要求中任一项所述的磨料物品，其中该粘结剂材料是由至少一种碱金属氧化合物(R2O)以及至少一种碱土金属氧化合物(RO)形成的，其中该碱金属氧化合物和该碱土金属氧化合物的总含量是不大于约20wt%。
56.如以上权利要求中任一项所述的磨料物品，其中该粘结剂是由氧化硼(B2O3)和氧化硅(SiO2)形成的，并且其中氧化硼和氧化硅的总含量是不大于约70wt%。
57.如权利要求56所述的磨料物品，其中氧化硅(SiO2)的含量比氧化硼的含量大。
58.如以上权利要求中任一项所述的磨料物品，其中该粘结剂是由一种组合物形成的，该组合物包含不大于约1wt%的选自下组的氧化合物，该组由以下各项组成:MnO2、ZrSiO2、CoAl2O4、以及MgO。
59.如权利要求58所述的磨料物品，其中该粘结剂是由基本上不含有选自下组的氧化合物的一种组合物形成的，该组由以下各项组成:MnO2、ZrSiO2、CoAl2O4、以及MgO。
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