CN107000168A - 粘结磨料制品和制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了用于制造粘结磨料制品例如玻璃化粘结磨削轮的方法。制备了包含磨料颗粒、粘结剂介质和γ‑吡喃酮造孔材料诸如乙基麦芽酚的可粘结磨料组合物。由该组合物形成前体磨料结构。从前体磨料结构中移除γ‑吡喃酮造孔材料以提供被进一步处理以提供粘结磨料制品的多孔前体磨料结构。在一些实施方案中，粘结剂介质包括玻璃状粘结材料，并且粘结磨料制品为多孔玻璃化粘结磨削轮。

Description

粘结磨料制品和制造方法
背景技术
本公开涉及粘结磨料制品诸如磨削轮等等。更具体地，其涉及制备粘结磨料制品的方法，包括在所得的粘结磨料制品中形成孔。
可用于研磨机加工和其它操作的粘结磨料制品在结构上为三维的并且通常包括通过粘结剂粘结在一起的磨料颗粒的成型块。此类成型块可为例如圆柱体或轮的形式，诸如磨削轮、切割轮等。用于制造粘结磨料制品的粘结体系的主要类型为：玻璃化的、树脂状的和金属的。在使用玻璃化粘结磨料制品的情况下，诸如玻璃化磨削轮，使用玻璃状粘结剂介质或体系将磨料颗粒粘结在一起。这些粘结通常在700℃至1500℃之间的温度下玻璃化。树脂状粘结磨料利用有机粘结剂体系(例如酚醛树脂粘结剂体系)将磨料颗粒粘结在一起以形成成型块。金属粘结磨料制品通常利用烧结的或镀覆的金属来粘结磨料颗粒。玻璃化粘结磨料制品与树脂状粘结磨料制品的不同之处在于，它们使用玻璃状相来粘结磨粒并且从而在基本上更高的温度下处理。玻璃化粘结磨料制品在使用中可耐受较高的温度，并且通常比树脂状粘结轮更具刚性且更易碎。玻璃化粘结磨料制品非常适合精密机加工。
已发现，粘结磨料制品诸如玻璃化粘结磨削轮的切割特性可得益于包括或形成孔。包含或表现出孔隙率的粘结磨料制品具有开放结构(互连或互连通的孔隙率)，其可提供用于高度材料移除的薄片间隙，并且可在减小摩擦的同时将更多冷却剂传送到接触区域中。在磨粒之间不存在足够的孔隙率和间距的情况下，粘结磨料制品可变得载有薄片并且正如所预期的停止切割。而且，孔隙率可有利于自磨锐属性，从而使粘结磨料制品能够脱落地使用或磨损磨料颗粒以暴露新的切割刃或新生的磨料颗粒。
当在压力下包装或模制磨料颗粒和粘结剂介质时，最小程度的孔隙率可自然地发生。然而，这种天然孔隙率通常对于许多玻璃化粘结磨料制品最终用途应用是不够的。同样地，玻璃状粘结磨料组合物或混合物包括造孔组分或添加剂。造孔组分或添加剂可为非临时的(即，存在于磨料组合物中并且存在于最终粘结磨料制品中的组分)、临时的(即，存在于磨料组合物中但不存在于最终粘结磨料制品中的组分)以及它们的组合。典型的非临时造孔组分包括中空玻璃球和中空陶瓷球。典型的临时造孔组分包括软木、磨碎的胡桃壳、木材颗粒和聚合材料。作为玻璃化磨料粘结制品制造工艺的一部分，这些临时的造孔组分从磨料基体中烧尽。
虽然磨碎的壳、木材颗粒等等为活的临时造孔材料，但倾向于在供应上具有波动，并且由于材料不升华而倾向于引起炉的明火方面的问题。许多聚合物材料本质上是弹性的，并且经历回弹，这反过来可使得难以预测或精确地控制焙烧后所得的玻璃化粘结磨料制品的几何形状。萘是另一种众所周知的临时造孔材料，其不存在这些相同的回弹问题。而更众所周知为传统樟脑球的主要成分的萘的物理和材料性质非常适合玻璃化磨料粘结制品的制造方法。萘可容易地被成形以产生期望大小的孔，不与常规的玻璃状粘结材料或磨料砂粒反应，并且在预期压力或压制条件下表现出很小的体积变化或没有体积变化。此外，萘在玻璃化粘结工艺的温度(和压力)下容易升华，并且因此从所得的粘结磨料制品中干净地移除。然而，萘被视为对人类和动物可能是致癌的，并且不适宜使用。此外，各种政府机构已经制定(或正在考虑制定)严格的萘暴露极限，该暴露极限可有效地使得其不可用于大量生产玻璃化粘结磨料制品。
鉴于上述，需要制造粘结磨料制品诸如玻璃化粘结磨料制品的方法，其中由环境友好材料引起的孔隙率以其他方式表现出萘的过程控制属性。
发明内容
本公开的一些方面涉及用于制造粘结磨料制品例如玻璃化粘结磨削轮的方法。制备了包含磨料颗粒、粘结剂介质和γ-吡喃酮造孔材料的可粘结磨料组合物。前体磨料结构由组合物形成。从前体磨料结构中移除γ-吡喃酮造孔材料以提供被进一步处理以提供粘结磨料制品的多孔前体磨料结构。在一些实施方案中，粘结剂介质包括玻璃状粘结材料，其中多孔前体磨料结构经受升高的温度(例如，至少700℃)以实现玻璃化粘结。在其它实施方案中，乙基麦芽酚被提供为造孔材料，并且通过升华和/蒸发从前体结构中移除。
附图说明
图1为用于根据本公开原理制造粘结磨料制品的方法的流程图；
图2呈现了其中使用萘作为造孔材料制造的玻璃化粘结磨料制品和没有使用造孔材料制造的玻璃化粘结磨料制品的根据本公开原理的粘结磨料制品的照片和光学显微照片图像的比较；并且
图3-图5为示出根据本公开方法制造的粘结磨料制品和使用常规方法制造的粘结磨料制品的性能特性的比较的图。
具体实施方式
本公开的多个方面涉及制造粘结磨料制品的方法、在制造过程期间生成的前体磨料结构以及所得的粘结磨料制品。一般来讲，本公开的制造方法需要将造孔材料掺入到可粘结磨料组合物中、使可粘结磨料组合物形成(例如，压制)为所需的形状以便获得前体磨料结构(例如，“生坯”体)、处理前体磨料结构以移除(例如，升华)造孔材料以便获得多孔前体磨料结构，以及处理多孔前体磨料结构以实现粘结磨料制品的形成。与将前体磨料结构转变为粘结磨料制品相关联的处理步骤可被调整适于所采用的特定粘结剂。无论如何，本公开的技术使得能够在前体磨料结构的处理期间在很小的或没有体积变化的情况下温和地、受控地、环境友好地在所得的粘结磨料制品中引起孔隙率。本公开的技术特别可用于制造玻璃化粘结磨料制品，但也适用于其它磨料制品粘结形式诸如树脂状的和金属的。因此，虽然下面讨论玻璃状粘结示例，但本公开决不局限于玻璃化粘结磨料制品。此外，本公开的粘结磨料制品可呈现各种形式，并且在一些实施方案中适用于金属和其它材料诸如磨削轮、切割轮、磨刀石、磨石等等的机加工和精加工。
图1为示出了本公开的用于制造粘结磨料制品的技术的流程图。在20处，例如通过将以下所述的组分或成分混合在一起来制备可粘结磨料组合物。一般来讲，本公开的可粘结磨料组合物包含磨料颗粒、粘结介质或粘结剂介质以及造孔材料。磨料颗粒和粘结剂介质的特定类型和数量对于本公开来说不是关键的，只要它们分别拥有用于最终粘结磨料制品的预期最终用途的期望的磨料性质和粘结性质。本公开的多个方面在于选择造孔材料。因此，首先在下面讨论本公开的造孔材料，之后是磨料颗粒、粘结剂介质和其它任选的可粘结磨料组合物成分的示例性标识。
在一些实施方案中，造孔材料是为结晶固体形式的γ-吡喃酮。γ-吡喃酮是具有含有五个碳原子、一个具有两个双键的氧原子和附接到对位中的碳原子的第二氧原子的环的杂环化合物。已经惊人地发现，至少一些γ-吡喃酮材料，例如乙基麦芽酚，基本上复制了萘的与玻璃化粘结磨料制品的制造有关的期望性能特征，但是是环境友好的。例如，乙基麦芽酚既不被怀疑为特别有毒的，也不受制于与萘相同的严格暴露极限。事实上，它在全世界用作食品添加剂，以提供新鲜出炉的味道和气味。本公开也设想了其它γ-吡喃酮，诸如甲基麦芽酚。
作为参考点，本公开的造孔材料(例如，乙基麦芽酚)表现出或满足至少以下性质：首先，造孔材料是环境友好的。萘不满足这个标准。第二，造孔材料不与所选择的磨料颗粒、粘结介质或与可粘结磨料组合物一起采用的其它成分发生反应。第三，造孔材料能够引起或产生特定大小的孔。第四，造孔材料在前体磨料结构形成步骤(例如，压制)期间表现出很小的体积变化或没有体积变化。造孔材料干净地升华或烧尽，并且不留下任何残余。最后，造孔材料具有很小的水溶性或没有水溶性。
已经惊人地发现，乙基麦芽酚满足这些标准中的每个标准。乙基麦芽酚为表现出与萘非常相似的许多物理和材料性质的可以各种尺寸购得的结晶有机固体。乙基麦芽酚在压制条件下塑性变形(例如，不存储弹性能)、微溶于水，并且在低温(例如约140℃)下干净地升华。另外已经惊人地发现，乙基麦芽酚可与现有的玻璃化粘结磨料制品制造工艺一起用作萘的直接或“即可式”替代物。预期本公开所设想的其它γ-吡喃酮同样适合。
返回到图1，可粘结磨料组合物的磨料颗粒组分(步骤20)可呈现本领域普通技术人员已知以及以其它方式适于粘结磨料制品的各种形式。例如，磨料颗粒可为或包括由硬质材料(例如，至少约7的莫氏硬度)形成的磨粒。磨料颗粒可包括不同类型的磨料微粒材料的组合。磨料颗粒可包括磨料附聚物、非附聚磨料颗粒以及它们的组合。在一些实施方案中，磨料颗粒可包括或由无机材料制成，该无机材料为诸如碳化物、氧化物、氮化物、硼化物以及它们的组合。在一些实施方案中，磨料颗粒可为或包括超硬磨料颗粒材料，诸如金刚石或立方氮化硼。在一些实施方案中，磨料颗粒可包括或包含陶瓷颗粒，其由例如α氧化铝、镁铝尖晶石和使用溶胶-凝胶前体α氧化铝颗粒制备的稀土六方晶型铝酸盐的微晶组成。可用的磨料颗粒的其它非限制性示例包括但不限于熔融氧化铝、经处理的氧化铝、白色熔融氧化铝、陶瓷氧化铝材料，诸如以商品名3M CERAMIC ABRASIVE GRAIN购自明尼苏达州圣保罗的3M公司(3M Company of St.Paul,MN)的那些、黑碳化硅、绿碳化硅、二硼化钛、碳化硼、碳化钨、碳化钛、石榴石、熔融氧化铝氧化锆、溶胶-凝胶衍生的磨料颗粒、氧化铁、氧化铬、二氧化铈、氧化锆、二氧化钛、硅酸盐、氧化锡、二氧化硅(诸如石英、玻璃珠、玻璃泡和玻璃纤维)、硅酸盐(诸如滑石、粘土(例如蒙脱土)、长石、云母、硅酸钙、偏硅酸钙、铝硅酸钠、硅酸钠)、燧石和金刚砂。磨料颗粒可为或包括压碎的微粒和/或成形颗粒(例如，陶瓷成形磨料颗粒)。磨料颗粒可为经涂覆的(例如涂覆有偶联剂)。
如上所述，可粘结磨料组合物的粘结介质呈现本领域普通技术人员已知的和以其它方式适于粘结磨料制品的各种形式。粘结剂材料通常包括玻璃质无机材料(例如，如在玻璃化粘结磨料制品的情况下)、金属或有机树脂(例如，如在树脂粘结磨料制品的情况下)。
在一些实施方案中，本公开的技术在玻璃化粘结处理中是有利的，其中粘结介质包括玻璃状(也称为玻璃化)粘结材料或粘结相。玻璃状粘结材料用来将磨料颗粒保留在组合物中或制品中。将磨料颗粒粘结在一起的玻璃状粘结相可具有任何合适的组合物。
本领域中也称为“玻璃化粘结”、“玻璃状粘结”、“陶瓷粘结”或“玻璃粘结”的玻璃状粘结相可由玻璃状粘结前体组合物生产，该组合物包含一种或多种原材料的混合物或组合，当加热到高温时该一种或多种原材料熔化和/或熔融以形成一体的玻璃状基体相。
原材料没有特别限制。用于形成玻璃状粘结相的典型原材料可选自金属氧化物(包括准金属氧化物)、非金属氧化物、非金属化合物、硅酸盐和天然存在的与合成的材料，以及一种或多种这些原材料的组合。
金属氧化物玻璃状粘结剂可例如选自氧化硅、氧化镁、氧化钙、氧化钡、氧化锂、氧化钠、氧化钾、氧化铁、氧化钛、氧化锰、氧化锌，以及可表征为颜料的金属氧化物，诸如氧化钴、氧化铬、或氧化铁以及它们的组合。
非金属氧化物可例如选自氧化硼、磷氧化物以及它们的组合。非金属化合物的合适的示例包含硼酸。
硅酸盐可例如选自硅酸铝、硼硅酸盐、硅酸钙、硅酸镁、硅酸钠、硅酸锂以及它们的组合。
矿物质可例如选自粘土、长石、高岭土、硅灰石、硼砂、石英、苏打灰、石灰石、白云石、白垩以及它们的组合。
在制造玻璃化粘结磨料制品期间，粉末形式的玻璃状粘结剂可与通常为有机粘结剂的临时粘结剂混合。玻璃化粘结剂还可来自玻璃料，例如来自约1％至100％的任何地方的玻璃料，但通常是20％至100％的玻璃料。玻璃料为在其用于玻璃状粘结前体组合物之前已被预焙烧用于形成粘结磨料制品的玻璃状粘结相的组合物。如本文所用，术语“玻璃料”是通过以下步骤形成的材料的通用术语：充分共混包含一种或多种玻璃料形成组分的混合物，之后将混合物加热(也称为预焙烧)到至少足以使其熔化的高温；冷却玻璃并且使其粉碎。用于玻璃料粘结剂的常见材料的一些示例包含长石、硼砂、石英、苏打灰、氧化锌、白垩、三氧化锑、二氧化钛、氟硅酸钠、燧石、冰晶石、硼酸以及它们的组合。这些材料通常作为粉末混合在一起，焙烧以熔融该混合物，并且然后冷却熔融混合物。经冷却的混合物被压碎并筛分至非常细的粉末，以便随后用作第一粘结剂。这些玻璃料粘结成熟的温度取决于其化学性质，但该温度可在约600℃至约1800℃之间的任何范围内。
玻璃状粘结材料或组合物(与本公开的可粘结磨料组合物一起使用)的合适的范围的非限制性示例可规定如下：基于玻璃状粘结材料的总重量，25重量％至90重量％，任选35重量％至85重量％的SiO2；基于玻璃状粘结材料的总重量，0重量％至40重量％，任选0重量％至30重量％的B2O3；基于玻璃状粘结材料的总重量，0重量％至40重量％，任选5重量％至30重量％的Al2O3；基于玻璃状粘结材料的总重量，0重量％至5重量％，任选0重量％至3重量％的Fe2O3；基于玻璃状粘结材料的总重量，0重量％至5重量％，任选0重量％至3重量％的TiO2；基于玻璃状粘结材料的总重量，0重量％至20重量％，任选0重量％至10重量％的CaO；基于玻璃状粘结剂的总重量，0重量％至20重量％，任选1重量％至10重量％的MgO；基于玻璃状粘结材料的总重量，0重量％至20重量％，任选0重量％至10重量％的K2O；基于玻璃状粘结材料的总重量，0重量％至25重量％，任选0重量％至15重量％的Na2O；基于玻璃状粘结材料的总重量，0重量％至20重量％，任选0重量％至12重量％的Li2O；基于玻璃化粘结材料的总重量，0重量％至10重量％，任选0重量％至3重量％的ZnO；基于玻璃状粘结材料的总重量，0重量％至10重量％，任选0重量％至3重量％的BaO；以及基于玻璃状粘结材料的总重量，0重量％至5重量％，任选0重量％至3重量％的金属氧化物(例如CoO、Cr2O3或其它颜料)。可用于本公开的方法和系统的玻璃状粘结剂的其它具体的非限制性示例包含，基于重量，47.61％的SiO2、16.65％的Al2O3、0.38％的Fe2O3、0.35％的TiO2、1.58％的CaO、0.10％的MgO3、9.63％的Na2O、2.86％的K2O、1.77％的Li2O、19.03％的B2O3、0.02％的MnO2和0.22％的P2O5；以及63％的SiO2、12％的Al2O3、1.2％的CaO、6.3％的Na2O、7.5％的K2O和10％的B2O3。基于摩尔比，可用于本公开的玻璃状粘结剂的另外的其它非限制性示例包含3.77％的SiO2、0/58％的Al2O3、0.01％的Fe2O3、0.03％的TiO2、0.21％的CaO、0.25％的MgO、0.47％的Na2O和0.07％的K2O。
在一些实施方案中，粘结介质的玻璃状粘结剂形式可包括本领域已知的各种添加剂，以帮助制造磨料制品和/或改善此类制品的性能。根据本公开还可使用的此类常规添加剂包括但不限于润滑剂、填料、临时粘结剂和处理助剂。有机粘结剂优选地用作临时粘结剂。典型的临时粘结剂包含糊精、尿素树脂(包含脲醛树脂)、多糖、聚乙二醇、聚丙烯酸酯以及任何其它类型的胶等。这些粘结剂还可包含液体组分，诸如水或聚乙二醇、粘度或pH调节剂或混合助剂。临时粘结剂的使用可改善预焙烧或压制生坯体以及焙烧制品的均匀性和结构质量。因为临时粘结剂在焙烧期间被烧尽，所以它们不变成最终或成品粘结磨料制品的一部分。
虽然本公开的多个方面对于玻璃化粘结磨料制品的制造是非常有用的，但也可设想其它粘结形式。因此，可粘结磨料组合物的粘结介质可替代地可包括金属粘结剂(例如锡、铜、铝、镍等)或本领域已知的可用于树脂粘结磨料制品的有机树脂。
无论确切形式如何，将所选择的成分在20处混合以制备可粘结磨料组合物。混合过程可采用本领域中常规和已知的设备。在22处，可粘结磨料组合物被形成为期望的形状，以便获得前体磨料结构(例如，生坯结构)。形成可例如通过在压制或不压制的情况下模制来完成。典型的形成压力可在宽范围内变化，并且可选自0kg/cm3至400kg/cm3范围的压力，这取决于可粘结磨料组合物的构成和所得前体磨料结构的所需特性。本公开的前体磨料结构包含为至少一种γ-吡喃酮(例如乙基麦芽酚)形式的造孔材料；在其它实施方案中，本公开的前体磨料结构包含玻璃状粘结介质和γ-吡喃酮(例如乙基麦芽酚)造孔材料；在其它实施方案中，本公开的前体磨料结构包含玻璃状粘结介质和γ-吡喃酮(例如乙基麦芽酚)造孔材料，并且不包含萘。
在24处，将造孔材料从前体磨料结构中移除，以便获得多孔前体磨料结构。完成造孔材料的移除所必需的处理可取决于造孔材料组合物和其它性质，并且在一些实施方案中要求使前体磨料结构经受热(例如，高于室温的温度)达足以实现造孔材料的升华的停留时间。例如，在其中造孔材料为或包括乙基麦芽酚的一些实施方案中，已经惊人地发现，乙基麦芽酚在例如至少140℃左右或者175℃左右的温度下在约0.5小时至10小时左右的停留时间将完全地和干净地从前体磨料结构中升华/蒸发，(应当理解，移除的完全性取决于乙基麦芽酚的量、制品的厚度、温度、停留时间等)。在相关实施方案中，可通过使前体磨料结构在各种阶段经受增加的加热条件来移除造孔材料。例如，在第一段时间可使前体磨料结构经受70℃-140℃范围内的温度下的加热条件，并且随后在第二个时间段经受另外升高的温度(例如，大约140℃-175℃)。也可设想适于实现造孔材料从前体磨料结构中完全升华的其它温度和/或停留时间条件。无论如何，在移除造孔材料之后，开口或孔保留在结构中。
在26处，处理多孔前体磨料结构以实现粘结磨料制品的形成。适于实现完全粘结(bonding)或粘结(binding)的工艺参数根据具体粘结形式来选择。例如，使用玻璃化粘结磨料制品，在高温下加热或“焙烧”多孔前体磨料结构。玻璃状粘结相通常在焙烧步骤产生，焙烧步骤通常在约700℃至约1500℃的温度范围内，任选地在约750℃至约1350℃的范围内，任选地在约800℃至约1300℃的范围内。在一些实施方案中，也可在约1000℃或更低，或约1100℃至约1200℃的温度下获得良好的结果。玻璃状粘结相形成的实际温度取决于例如具体粘结剂化学性质。玻璃状粘结剂组合物的焙烧通常通过在长效的时间段(例如，约10小时-130小时)将温度从室温升高至最高温度、保持在最高温度(例如，达约1小时-20小时)并且然后在延长的时间段(例如，约10小时-140小时)将焙烧制品冷却到室温来完成。应当理解，为焙烧步骤选择的温度以及玻璃状粘结介质的组合物必须选择为不对可粘结磨料组合物或最终粘结磨料制品中包含的磨料颗粒的物理性质和/或组成有不利影响。如本领域的普通技术人员已知的金属粘结介质或有机树脂粘结介质可采用不同的处理条件。
与上述说明一致，尽管图1的技术反映了造孔材料的移除(步骤24)和步骤26处的为不同操作的后续处理，但在其它实施方案中，“步骤”可组合。即，前体磨料结构在足以实现玻璃化粘结的延长的时间段内经受升高的温度；在前体磨料结构经历该加热或焙烧过程的初始阶段时，造孔材料(例如，乙基麦芽酚)从结构中升华。
所得的粘结磨料制品可呈现各种形式并且可表现出各种性质。例如，粘结磨料制品可为磨削轮、切割轮、磨刀石、磨石等等。在一些非限制性示例中，磨料颗粒在粘结磨料制品中的量可宽泛地变化，并且可在例如10％至80％，任选地25％至65％范围。磨料颗粒可在粘结磨料制品中均匀地或非均匀地分布。粘结介质的量也可宽泛地变化，并且可在例如1体积％至60体积％，任选地2.5体积％至40体积％范围。在一些实施方案中，粘结磨料制品具有至少1.20g/cm3，任选地至少1.30g/cm3的密度，任选地在1.35g/cm3至2.65g/cm3范围内的密度。粘结磨料制品可具有任何可用的孔隙率范围；在一些实施方案中，粘结磨料制品具有约5体积％至约80体积％，任选地约20体积％至约70体积％的孔隙率。粘结磨料制品的具体设计不受限制，并且可选自“整体”设计和“分区”设计(诸如分段和分层设计)。两种设计均可包括增强材料(例如，增强轮式粘结磨料制品的中心镗孔)，诸如胶或其它热固性树脂，例如选自环氧树脂、缩聚物和酚醛树脂的树脂。
实施例和比较例
本公开的对象和优点通过下面的非限制性实施例和比较例进一步示出。这些实施例中所提到的具体材料及其量以及其它条件和细节，不应被理解为是对本公开的不当限制。
除非另有说明，否则在实施例及本说明书的其余部分中的所有份数、百分比、比率等均为按重量计。除非另行指出，否则所有试剂均得自或购自精细化学品供应商诸如密苏里州圣路易斯的西格玛奥德里奇公司(Sigma-Aldrich Company,St.Louis MO)，或者可通过已知的方法合成。在实施例的表中，“NA”意指不适用。
下面的缩写用于描述实施例：
℃: 摄氏度
Fx： 在磨削期间在x方向上的力
Fz： 在磨削期间在z方向上的力
g/cm3 克/立方厘米
GPa： 吉帕斯卡
hmom 薄片厚度
kN： 千牛顿
kPa： 千帕斯卡
kW： 千瓦
m/s： 米每秒
mil： 10-3英寸
mm： 毫米
mm/min： 毫米/分钟
mm3/mm/sec： 立方毫米每毫米每秒
μm： 微米
MPa： 兆帕斯卡
N： 牛顿
psi： 磅/平方英寸
Q-prime： 具体材料移除率
Ra： 表面粗糙度的绝对值的算术平均值
速比： 磨削轮速度对工件速度的比
实施例中所使用的材料和试剂的缩写如下：
糊精：得自奥地利的阿格拉纳斯塔克股份有限公司(Agrana Starke GmbH,Austria)
乙基麦 3-羟基-2-乙基-4-吡喃酮，得自纽约州新罗谢尔的帕彻姆精细&专用化
芽酚：学品公司(Parchem Fine&Specialty Chemicals,New Rochelle,NewYork)。
F54：白刚玉，以商品名“ALODUR WSK F54”得自奥地利的太巴客磨料有限公司(Treibacher Schiefmittel,AG,Austria)
F60：白刚玉，以商品名“ALODUR WSK F60”得自奥地利的太巴客磨料有限公司(Treibacher Schiefmittel,AG,Austria)。
F70：白刚玉，以商品名“ALODUR WSK F70”得自奥地利的太巴客磨料有限公司(Treibacher Schiefmittel,AG,Austria)。
TBR：包含UFR和任选地蜡组分的临时粘结剂树脂。
UFR：脲-醛树脂，以商品名“DURITE 3029c”得自俄亥俄州哥伦布迈图专用化学品公司(Momentive Specialty Chemicals,Inc.,Columbus,Ohio)。
V601：玻璃料共混物。
V904：玻璃料共混物。
实施例1
根据本公开的原理制备玻璃化粘结磨料棒，其包括作为造孔材料的乙基麦芽酚。更具体地，通过均匀地分散以下组分来制备实施例1的玻璃化粘结磨料棒：1)磨料颗粒(氧化铝矿物质F54、F60和F70)；2)粘结剂介质(V601(玻璃状粘结介质)、糊精(固体临时粘结剂添加剂)和TBR(液体临时粘结剂添加剂))；以及3)根据表1中列出的配方的γ-吡喃酮造孔材料(乙基麦芽酚)，使用空气驱动混合器在21℃下分散5分钟以提供可粘结磨料组合物。30分钟后，将可粘结磨料组合物铺展到12mm×15mm×120mm的模头中，并压制以提供前体磨料结构(或“生坯棒”)。测量实施例1的前体磨料结构的密度为2.005g/cm3。将前体磨料结构从模头中移除、转移到烘箱(耐火材料sager)中，并经受表2中所列的热循环，以便使乙基麦芽酚造孔材料升华/蒸发，从而得到多孔前体磨料结构。将另外熔融的氧化铝砂粒放置在烘箱内用于最终的焙烧操作，以防止粘结剂流动并熔合到烘箱。根据表3中列出的条件，使多孔前体磨料结构经受第二次玻璃状粘结热循环，从而得到粘结磨料结构(玻璃化粘结棒)。允许玻璃化粘结棒冷却至21℃。
比较例A
根据实施例1中通常描述的过程来制备玻璃化粘结磨料棒，不同的是，按照表1中列出的配方，用萘取代乙基麦芽酚作为造孔材料。比较例A的前体磨料结构的密度为2.010g/cm3。
比较例B
根据实施例1中通常描述的过程来制备玻璃化粘结磨料棒，不同的是，按照表1中列出的配方，不包括造孔材料。比较例B的前体磨料结构的密度为2.090g/cm3。
表1
表2
表3
获得实施例1、比较例A和比较例B的样品的照片和光学显微照片，并复制在图2处。如图所示，乙基麦芽酚生成与当使用萘时观察到的几乎相同的孔结构。此外，使用与实施例1和比较例A相同的通用制造方法实现了这些高度相似的结果。惊人地发现，在多孔玻璃化粘结磨料制品的制造中，乙基麦芽酚可用作萘的“即可式”替代物。从与在没有任何另外的造孔材料的情况下制成的样品(即比较例B)的比较可以看出，孔形成材料对于引起额外的孔隙率可为重要的。
实施例2
按照表1中的配方，如实施例1中通常所述的制备玻璃状磨料组合物(可粘结磨料组合物)。将组合物转移到具有127mm镗孔的400mm直径×25mm宽的轮模具，并且压制以提供具有2.12g/cm3的密度的前体磨料结构(或“生坯体”)。使前体磨料结构经受孔形成物烧尽和玻璃状粘结热循环，以提供磨削轮形式的粘结磨料制品。
实施例3
按照表1中的配方，如实施例2中通常所述的制备玻璃化粘结砂轮形式的粘结磨料制品，其中轮模具尺寸为195mm直径×200mm宽×90mm镗孔。实施例3的前体磨料结构(或“生坯轮”)具有2.15g/cm3的密度。
比较例C
按照表1中的配方，如实施例2中通常所述的制备玻璃化粘结磨削轮形式的粘结磨料制品，不同的是，用等体积的萘取代乙基麦芽酚。比较例3的前体磨料结构(或“生坯轮”)具有2.12g/cm3的密度。
比较例D
按照表1中的配方，如实施例3中通常所述的制备玻璃化粘结磨削轮形式的粘结磨料制品，不同的是，用等体积的萘取代乙基麦芽酚。比较例D的前体磨料结构(或“生坯轮”)具有2.15g/cm3的密度。
根据以下测试方法测量实施例2和实施例3以及比较例C和比较例D的玻璃化磨料粘结制品/轮的物理特性。结果在表4中列出。
孔隙率：计算值
表面硬度：使用得自加利福尼亚州萨克拉曼多的磨料工程公司(AbrasiveEngineering Corp.,Sacramento,California)的Grade-O-Meter来测量
动态杨氏模量 使用得自比利时勒芬的J.W.莱门斯公众有限公司(J.W.
(Edyn)：Lemmens,N.V.,Leuven,Belgium)的GrindoSonic来测量
表4
缓进料磨削测试
在以下条件下，使用得自德国的保宁琼格股份有限公司(Blohm Jung,GmbH,Germany)的型号“PROFITMAT MT480”的磨削机来评估实施例2和比较例C。结果在表5-表8和图3-图5中列出。
工件：250mm×18mm×65mm耐低温硬化钢，洛氏硬度60HRc，类型“K720”，得自奥地利卡普芬贝格的Edelstahl股份有限公司&两合公司(Edelstahl GmbH&CoKG,Kapfenberg,Austria)。
冷却剂：3％至5％乳液(V/V)的油或合成润滑剂(例如可购自嘉实多股份有限公司(Castrol Ltd.)或嘉实多集团(Castrol Group)的Castrol Syntilo 81E或CastrolSyntilo CR4，或可购自公司的D81
磨削条件：
修整：
类型 CVD，0.8mm×0.8mm
每条路径的横向进料 20μm
重叠 2
表5
表6
表7
表8
本公开的制造粘结磨料制品的方法提供优于先前技术的显著改善。使用常规制造条件，使用γ-吡喃酮造孔材料(例如，乙基麦芽酚)容易地在所得粘结磨料制品中生成所需的孔隙率，并且不产生环境处理问题。本公开的γ-吡喃酮造孔材料，如果有的话，那么对所得粘结磨料制品的设计几何形状具有最小的的负面影响。
虽然已经参考优选实施方案描述了本公开，但是本领域技术人员将认识到，在不脱离本公开的实质和范围的情况下，可以在形式和细节上进行改变。

Claims (17)

1.一种用于制造粘结磨料制品的方法，所述方法包括：
制备包含磨料颗粒、粘结剂介质和γ-吡喃酮造孔材料的可粘结磨料组合物；
由所述可粘结磨料组合物形成前体磨料结构；
从所述前体磨料结构中移除所述γ-吡喃酮造孔材料以提供多孔前体磨料结构；以及
处理所述多孔前体磨料结构以提供粘结磨料制品。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述γ-吡喃酮造孔材料包括乙基麦芽酚。
3.根据权利要求1所述的方法，其中形成前体磨料结构的所述步骤包括模制所述可粘结磨料组合物。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述粘结剂介质包括玻璃状粘结材料。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述粘结剂介质进一步包括水基临时粘结剂。
6.根据权利要求1所述的方法，其中移除所述γ-吡喃酮造孔材料的所述步骤包括加热所述前体磨料结构。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述γ-吡喃酮造孔材料升华和/或蒸发作为移除所述γ-吡喃酮造孔材料的所述步骤的一部分。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述可粘结磨料组合物的特征在于不存在萘。
9.根据权利要求1所述的方法，其中处理所述多孔前体磨料结构的所述步骤包括加热所述多孔前体磨料结构。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述粘结介质为玻璃状粘结介质，并且另外，其中处理所述多孔前体磨料结构的所述步骤包括使所述多孔前体磨料结构经受不小于700℃的温度。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述粘结磨料制品为玻璃化粘结磨削轮。
12.一种在形成粘结磨料制品中使用的可粘结磨料组合物，所述可粘结磨料组合物包含：
磨料颗粒；
粘结剂介质；和
γ-吡喃酮造孔材料。
13.根据权利要求12所述的可粘结磨料组合物，其中所述γ-吡喃酮造孔材料包括乙基麦芽酚。
14.根据权利要求13所述的可粘结磨料组合物，特征在于不存在萘。
15.一种在形成粘结磨料制品中使用的前体磨料结构，所述前体磨料结构包含：
磨料颗粒；
粘结剂介质；和
γ-吡喃酮造孔材料。
16.根据权利要求15所述的前体磨料结构，其中所述γ-吡喃酮造孔材料包括乙基麦芽酚。
17.根据权利要求16所述的前体磨料结构，特征在于不存在萘。
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