KR0158869B1 - 연마재 입자와 그를 위한 유리화 결합으로 구성된 연삭숫돌 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]

연마재 입자 및 유리화된 결합재로 구성되는 회전 숫돌

[발명의 상세한 설명]

본 발명은 유리화 결합된 회전 숫돌(grinding wheel)에 관한 것이며, 특히 프릿(frit)으로 결합된 회전 숫돌에 관한 것이다.

최근 연마재 분야에서의 가장 뚜렷한 발전은 다른 연마재와는 다른 특성을 갖는 새로운 형태의 비용융된 또는 소결된 연마재를 개발했다는 것이다. 이러한 새로운 연마재의 독특한 특성은 주로 연마재의 미세구조로 인한 결과인데, 이러한 미세구조는 물질의 제조에 사용되는 가공 기술로 인한 결과이다. 이런 형태의 한가지 연마재가 미합중국 특허 제4,623,364호에 기술되어 있다. 그 생성물은 기본적으로, 0.4 미크론 이하의 결정 크기를 갖고 일반적으로 동축(equiaxed)인 다수의 알파 알루미나의 미소결정으로 구성된, 적어도 18 GPa의 경도를 갖고 매우 조밀한 소결된 알루미늄 함유 연마재이다. 이러한 초미세 결정질 알루미나는 물, 미세하게 분쇄된, 즉 미세결정질 수화된 알루미나, 및 미네랄 산으로부터의 수성 졸을 형성함으로써 제조되는데, 이 때 졸은 또한 다양한 양의 지르코니아 또는 스피넬 형성 마그네시아를 포함할 수 있다. 졸에는 졸을 고온에서 구울 경우 종결정(seeds) 또는 핵생성제로 작용할 미크론 이하 크기의 알파 알루미나 입자를 유효량 첨가시킨다. 졸은 시트로 주조되거나 압출되며, 건조되고 과립화된다. 그 다음, 초록색 과립은 약 1400℃에서 구워진다.

또 다른 소결된 알루미늄 함유 연마재는 미합중국 특허 제4,314,827호에 기술되어 있는데, 이 방법은 미크론 이하 크기의 알파 알루미나 종결정 물질을 졸에 첨가시키지 않는다는 점에서 차이가 있다. 그러나, 여기서의 조성물도 역시 지르코니아, 하프니아(hafnia) 또는 이들의 혼합물, 또는 알루미나 및 코발트, 니켈, 아연 또는 마그네슘의 산화물로부터 형성되는 스피넬과 같은 기타의 물질을 포함할 수 있다. 이러한 방법으로 제조된 연마재 입자는 5-15 미크론의 지름을 갖는 해같이 반짝이는 불꽃모양의 알파 알루미나 결정 또는 셀 형태의 알파 알루미나를 포함하며, 전술한 연마재보다 밀도가 좀 더 낮고, 단지 약 15 GPa의 경도를 갖는다.

미합중국 특허 제4,744,802호는 또한 알파 산화제이철 또는 알파 알루미나 입자에 의해 종결정화된 종결정화 졸겔 소결된 알루미늄 함유 연마재를 기술한다. 그 생성물은 알파 알루미나 모노수화물 입자의 졸을 제조하고, 이러한 졸을 겔화시키고, 이러한 겔을 건조시켜 고형화하고, 소성된 겔을 소결함으로써 제조된다.

물론 소결된 보오크사이트 및 소결된 알루미나-지르코니아를 기재로 한 연마재와 같이 수년간 상업적으로 이용되어 왔던 다른 소결된 연마재도 있다.

소결된 알루미늄 함유 연마재는 우수한 연마재로서의 특성을 갖지만, 두가지 뚜렷한 영역에서 기대에 미치지 못한다. 한가지 영역은 연마재가, 보다 흔히 사용되는 유리화된 결합재들, 즉 약 1220℃ 이상에서 구워지고 숙성된 결합재들에 의해 결합된 숫돌로 건조 연마시키는 것에 관한 것이다. 미합중국 특허 제4,543,107호에 기술된 바와 같이, 건조 연마에서 상기 유리화된 결합재들로 결합된 소결된 알루미늄 함유 연마재를 사용하려는 시도는 완전히 성공적이지는 못했다. 이는 소위 수지성의(resinoid) 또는 유기 중합체 결합재로 결합된 연마재 생성물에 대하여 발생하는 것과 완전히 반대되는 것으로, 이들 결합재는 160℃ 내지 225℃에서 숙성한다. 소결된 알루미늄 함유 연마재가 코우팅된 연마재 생성물에 사용되었을 때에도 이는 동일하다. 유기 결합된 회전 숫돌은 미합중국 특허 제4,741,743호에 예시된다. 특허 제4,623,364호의 종결정화된 졸겔형 연마재는 공용융된 알루미나-지르코니아 연마재와 함께, 페놀-포름알데히드형 결합재로 결합된다. 공용융된 알루미나-지르코니아와 결합된 종결정화된 졸겔 소결된 알루미늄 함유 연마재의 독특한 특성은 상승 효과를 일으키며, 종결정화된 졸겔 소결된 알루미늄 함유 연마재만을 또는 공용융된 알루미나-지르코니아만을 포함하는 숫돌보다 상당히 우수한 G-비율 또는 연마 특성을 갖는 절단(cut-off) 숫돌을 생성하게 된다. 두가지의 연마 조건하에서, 소결된 알루미늄 함유 연마재만을 포함하는 숫돌은 이제까지 우수하다고 여겨왔던 공용융된 알루미나-지르코니아 연마재를 포함하는 숫돌보다 우수했으며, 일례로 전자는 후자보다 G-비율에 있어서 100% 더 우수하였다.

보다 일반적으로 사용되는 유리화된 결합재내에서 소결된 알루미늄 함유 연마재로 건조 연마시키는데 있어서의 매우 열등한 성능상의 문제점은 미합중국 특허 제4,543,107호에 의해 제기되었다. 발명자는 만일 결합재의 점도 및/또는 숙성 온도가 적절하게 조절된다면, 소결된 알루미늄 함유 연마재의 우수한 특성이 얻어진다는 것을 발견했다. 이는 통상적인 결합재에 대해서는 구움 온도(결합재의 숙성 온도)를 1100℃ 이하로 낮추고, 또는 더 높은 점도의 결합재에 대해서는 1220℃ 이하로 낮춤으로써 수행되었다.

미합중국 특허 제4,543,107호는 흔히 사용되는 유리화된 결합재로 결합된 소결된 알루미늄 함유 연마재와 관련된 열등한 건조 연마 특성들의 문제를 해결하였지만, 이는 소결된 알루미늄 함유 연마재의 고유 장점이 관찰되지 않는 다른 중요한 영역, 즉 습윤 연마라 불리는 매우 중요한 연마 공정에 대해서는 해결한 것이 없었다. 이런 형태의 공정에서, 소재 및 회전 숫돌은 냉각제에 잠기게 되는데, 냉각제는 필수적으로 모두 물일 수 있지만 소량의 살균제, 소포제 등을 포함할 수 있으며, 또는 수용성 오일 5-10%를 포함하는 물 또는 모든 오일 냉각제를 포함할 수 있다. 본 발명과 이에 대한 논의는 물을 기재로 한 냉각제에만 관련된다. 주어진 유리화 결합된 숫돌이 건조 연마로부터 물연마로 될 경우, 어떤 형태의 연마에서는 연마 특성 또는 G-비율에 약간의 감소가 경험된다는 사실은 잘 공지되어 있다. 그러나, 이러한 감소는 유리화된 결합된 소결된 알루미늄 함유 연마재 숫돌의 경우 90%만큼 감소되어 훨씬 더 심각하다. 특히 앞서 언급된 종결정화된 졸겔 기술에 따라 제조된 연마재로 만들어진 숫돌의 경우, G-비율에 있어서의 감소는, 모든 내부이송(infeeds)에 대한 G-비율을 평균할 경우 약 30%의 감소를 보이는 종래의 용융된 알루미나와 비교할 때, 상기 연마재의 거의 모든 고유 우수성이 손실될 정도이다.

당분야에 또한 잘 알려져 있는 바와 같이, 주어진 유리화 결합된 회전 숫돌 습윤 연마를 사용하면 항상 연마특성의 감소 및 전력 소비와 같은 연마 공정의 다른 측면에 있어서 저하되는 결과가 얻어지는 것은 아니며, 몇몇 습윤 연마 작동에서의 냉각제는 실제로 건조 연마시 얻어지는 것 이상으로 연마 특성을 증가시킬 수 있다. 통상적인 유리화된 결합재로 결합된 소결된 알루미늄 함유 연마재의 경우, 냉각제로 인한 결과로서의 연마 성능의 증가는 발생되지 않거나 최소화된다. 즉 일반적으로 사용되는 유리화된 결합재 및 소결된 알루미늄 함유 연마재의 결합물을 물에 노출시키면 그 특정의 연마재 형태의 우수한 성질의 주요부가 파괴된다. 이것이 본 발명이 관여하는 바로 그 현상이다.

본 발명과 관련된 것은 미합중국 특허 제1,338,598호 및 제1,918,312호이다. 이들은 프릿으로 연마 입자를 결합시켜 회전 숫돌을 형성하는 것을 일러준다. 두 특허에서 연마 입자는 용융된 알루미나 형태이다. 프릿은 공지된 물질이며, 전술한 특허에 의해 증명되는 바와 같이 여러해 동안 예를 들어 금속 및 보석류를 코우팅하고 연마재들을 결합시키기 위한 에나멜로서 사용되어 왔다. 프릿이란 몇가지 미네랄, 산화물 및 기타 무기 화합물을 철저히 배합한 다음, 그 혼합물을 적어도 그것이 녹기에 충분한 온도까지 가열하고, 유리를 냉각시키고, 분쇄함으로써 형성되는 물질에 대한 일반적 용어이다. 물질들의 수많은 조합 및 그 양의 면에서 거의 무한한 수의 가능한 프릿이 있다. 프릿을 형성하는데 사용되는 보다 더 일반적인 몇가지 물질은 다음과 같다: 장석, 붕사, 석영, 소오다회, 광명단(red lead), 산화아연, 백악, 삼산화안티몬, 이산화티탄, 나트륨 실리코플루오라이드, 플린트, 빙정석 및 붕산. 몇가지의 이들 물질을 분말로서 함께 배합하고, 구워서 혼합물을 용융시키고 나서, 용융된 혼합물을 냉각시킨다. 냉각된 유리는 매우 미세한 상태로 분쇄된다. 이 최종 분말이 회전 숫돌을 형성하기 위해 연마재 입자를 결합시키는데 사용되는 것이다.

본 발명은, 결합매체, 즉 결합재로서 이용되기 전에 예비구움 처리된 유리질 결합재 조성용으로 프릿을 사용함으로써, 유리화 결합된 소결된 알루미늄 함유 연마재 숫돌이 물을 기재로 하는 냉각제와 함께 사용되었을 때 결과되는 연마 특성의 공지된 심각한 저하가 근본적으로 제거되거나 상당히 감소될 수 있다는 것을 발견한 것에 있다.

여기에 사용되는 용어 프릿이란 보통의 유리화된 결합 물질을 균질의 유리를 형성하기 위해 요구되는 시간 동안 1100℃ 내지 1800℃에서 예비구움 처리할 경우 얻어지는 생성물을 의미한다. 프릿을 형성하기 위해 요구되는 온도와 시간은 그것의 조성에 따라 다르다.

일부의 프릿은 비교적 낮은 융점을 가지므로, 상기 프릿이 회전숫돌의 결합재로서 사용될 경우 초록 숫돌은 비교적 낮은 온도, 예컨대 900℃ 근처에서 구워지며, 이는 1220℃ 이상에서 구워질 필요가 있는 보다 통상적인 유리화된 결합재들과 비교된다. 높은 구움 온도는 유리화 결합된 숫돌의 건조 연마 특성에 심각한 해를 준다는 것이 밝혀졌다. 이런 특별한 문제는 낮은 온도에서 구워지는 유리화된 결합재를 사용함으로써 해결되기는 했으나, 이러한 해결책은 물을 기재로 하는 냉각제와 함께 사용될 경우의 숫돌의 연마 특성에는 효과가 없다(미합중국 특허 제4,543,107호 참고). 본 발명은 프릿 결합재의 비교적 낮은 구움 온도가 소결된 알루미늄 함유 연마재의 우수한 건조 연마 특성을 유지하고, 또한 이들 우수한 특성을 물을 기재로 하는 냉각제로 습윤 연마하는 경우에까지 확장시키기 때문에, 공지 기술에 비해 커다란 진보를 이룬 것이다. 이러한 진보의 중요성은 유리화된 숫돌로 행해지는 연마의 상당량이 물을 기재로 하는 냉각제로 행해진다는 것을 감안할 때, 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

소결된 보오크사이트, 미합중국 특허 제4,623,364호에 개시된 종결정화된 졸겔 연마재, 및 미합중국 특허 제4,314,827호에 기술된 졸겔 연마재와 같이 현재 알려진 소위 소결된 알루미늄 함유 연마재가 몇 개 있다. 종결정화된 졸-겔 공정은 매우 미세한 결정도의 소결된 알루미늄 함유 연마재를 생성한다. 이는 특히, 전자 특허의 종결정화된 졸겔 공정에 대해서도 마찬가지이다. 본 발명이 소결된 알루미늄 함유 연마재로 습윤 연마하는데 있어서 향상된 성과를 갖는 회전 숫돌을 제공하게 되는 정확한 이유는 완전히 이해되지는 않는다. 그러나, 이는 아마도 프릿 결합재 내에 화학적으로 결합된 물을 발산시키거나 또는 연마재의 구움 온도 이하의 온도에서 용융되어 상기 연마재와 반응하는 물질이 부재한다는 사실과 관련될 수 있다. 소결된 알루미늄 함유 연마재의 증가된 표면 반응성이 ⑴ 600℃ 이상에서 구워질 경우 유리화된 결합내에서 보통 발견되는 점토로부터 배출되는 화학적으로 결합된 물, 또는 ⑵ 수화된 붕소 화합물로부터 화학적으로 결합된 물, 또는 ⑶ 580℃ 이상에서 용융된 B₂O₃에 의한 공격을 연마재가 더욱 받기 쉽게 만든다는 것은 이론화되어 있다.

본 발명은 모든 연마재가 소결된 알루미늄 함유 형태인 유리화 결합된 숫돌에 대하여 가장 뚜렷한 효과를 갖지만, 본 발명은 또한 회전숫돌이 소결된 알루미늄 함유 연마재를 10중량% 정도 함유하고 다른 유형의 제2의 연마재를 90중량% 이하만큼 함유할 경우에도 효과적이다. 바꾸어 말하면, 본 발명은 소결된 알루미늄 함유 연마재 10 내지 100중량% 및 제2의 연마재 0 내지 90중량%의 혼합물을 포함한다. 몇가지 연마 작용에 있어서, 제2의 연마재의 첨가는 고가의 소결된 알루미늄 함유 연마재의 양을 감소시킴으로써 회전 숫돌의 비용을 감소시키기 위한 것이다. 또 다른 적용에 있어서, 소결된 알루미늄 함유 연마재와 제2의 연마재의 혼합물은 상승 효과를 갖는다. 그러나, 어떤 경우이든 소결된 알루미늄 함유 연마재의 상당량이 습윤 연마를 위한 유리화된 숫돌에서 이용된다면, 연마재는 본 발명에 따라 프릿과 결합되어야 한다. 상기 제2의 연마재의 예는 용융된 알루미나, 공용융된 알루미나-지르코니아, 탄화규소, 탄화붕소(boron carbide), 석류석, 금강사, 플린트, 입방 질화붕소, 다이아몬드 또는 이들 혼합물을 포함한다.

가장 간단하고 바람직한 실시예에서, 본 발명은 소결된 알루미늄 함유 연마재만의 조합 또는 프릿과 완전하게 결합된 다른 연마재와의 혼합 형태이다. 그러나, 몇가지 연마 공정에 대해서, 결합재가 오직 프릿만이 아닌 다른 것도 함유할 때 유리한 특성을 갖는 숫돌이 얻어질 수 있다. 결합재는 적어도 40%의 프릿 및 구워지지 않은 점토이거나 구워지지 않은 유리화 결합 성분들의 조합인 나머지 성분의 조합으로 구성될 수 있다. 충전재와 연마 보조재는 수지 결합된 회전 숫돌에서 더 광범위하게 사용되지만, 이들 물질은 몇가지 연마 적용에 있어서 유리한 성질을 부여하기 위해 유리화 결합된 숫돌에 포함될 수 있다. 결합재 배합의 일부를 이룰 경우 멀라이트, 남정석, 빙정석, 하석 섬장석 및 유사 미네랄과 같은 연마 보조재 또는 충전재, 또는 이들의 혼합물 1 내지 40중량%가 향상된 결과를 형성할 수 있다.

본 발명에 사용하기 위한 바람직한 소결된 연마재는 미합중국 특허 제4,623,364호의 종결정화된 졸겔 기술 및 미합중국 특허 제4,314,827호의 종결정화되지 않은 졸겔 기술에 의해 제조되는 조밀하고 미세한 미소결정질의 알파 알루미나 연마재이고, 가장 바람직한 것은 전자의 특허에서의 조밀하고 미세한 결정질의 알파 알루미나 종결정 겔 연마재이다. 알루미나 외에도 전자의 특허의 연마재는, 비록 그것의 첨가가 요구되어지지는 않는다 하더라도, 실리카, 크로미아, 마그네시아, 지르코니아, 하프니아 또는 이들의 혼합물과 같은 입자 성장 저해제의 유효량을 또한 선택적으로 포함할 수 있으며, 알루미나외에 후자의 특허의 연마재는 ⑴ 지르코니아, 하프니아 또는 지르코니아 및 하프니아의 조합물 적어도 10%, 또는 ⑵ 알루미나 및 코발트, 니켈, 아연 또는 마그네슘으로부터 선택된 금속의 적어도 하나의 산화물로부터 유도된 스피넬 적어도 1%, 또는 ⑶ 지르코니아, 하프니아, 또는 지르코니아 및 하프니아의 조합 1-45%, 및 스피넬 적어도 1%를 포함해야 한다. 이러한 연마재는 실질적으로 칼슘이온 및 알칼리 금속 이온이 없다. 또한 본 발명은 광범위한 연마 등급, 즉 연마재 입자, 결합재 및 기공의 부피 백분율에 적용가능하다. 숫돌은 32% 내지 54%의 연마재 입자, 2% 내지 20%의 결합재, 및 15% 내지 55%의 기공으로 구성될 수 있다.

다음은 바람직한 실시예이다.

[실시예 Ⅰ]

지름 12.7㎝(5인치), 두께 1.27㎝(0.5인치) 및 1.25인치의 구멍을 갖는 일련의 유리화 결합된 숫돌을 통상적인 혼합, 냉각 성형 및 구움 방법에 의해 제조하였다. 숫돌 A는 상업적으로 구입가능한 프릿되지 않은 유리화 결합재로 결합된 상업적인, 용융된 알루미나 연마재를 포함하였다. 이 숫돌은 메사추세츠 우스터(Worcester)의 노튼 캄파니(Norton Company)에 의해 상업적으로 판매되며 32A54-J8VBE로 지정된 것이다. 생성물을 상업적인 구움회로에서 구웠다. 숫돌 B는 노튼 캄파니로부터 구입가능한 또 다른 생성물이지만, 이 숫돌은 미합중국 특허 제4,263,364호에 기술된 형태의 종결정화된 졸겔 소결된 알루미늄 함유 연마재를 포함하였다. 연마재는 프릿되지 않은 유리화 결합재로 결합되며, 또 다른 상업적 구움회로에서 구워지고, SG54-JVS로 명명되었다. 숫돌 C는 숫돌 B에서와 동일한 소결된 알루미늄 함유 연마재를 포함하지만, 결합재는 펜실베니아주 피츠버그시의 오.헴멜(O.Hommel) 캄파니로부터 구입된 충분히 또는 완전하게 프릿화된 유리화된 결합 조성물이다. 분말화된 프릿은 -325 매쉬(미합중국 표준 체 시리즈)의 입자크기를 가졌으며, 이 프릿에 대한 오.홈멜의 명명은 3GF259A이었다. 중량%로 프릿은 실리카 63%, 알루미나 12%, 산화칼슘 1.2%, 산화나트륨 6.3%, 산화칼륨 7.5% 및 산화붕소 10%로 구성된다. 초록색 숫돌을 900℃에서 구워서 결합을 숙성시켰는데, 구움회로는 실온에서 25℃/시간으로 900℃까지 온도를 증가시켰고, 8시간 동안 900℃에서 침지시키고, 자유 속도로 실온까지 냉각시켰다.

모든 세가지 숫돌은 연마재 48부피%를 포함하였지만, 숫돌 A와 B는 프릿되지 않은 유리화 결합재를 7.2부피% 포함하였고, 숫돌 C에서의 결합재의 양은 9.1부피%까지 증가되었는데, 이는 공극도에 있어서의 대응하는 감소를 일으켰다. 본 발명의 숫돌 C에서 결합재의 양을 증가시키는 이유는 숫돌 C의 경도를 숫돌 A 및 B의 경도와 대략 동일하게 만들기 위함이다. 프릿화된 결합재는 통상적인 프릿되지 않은 결합재보다 더 온화하게, 즉 더 약하게 작용하는 경향이 있어서, 동일량의 결합재는 연마 결과를 다르게 만들 수 있다.

숫돌 C용의 혼합물은 하기 물질들을 지시한 양만큼 차례로 호바트(Hobart) 믹서에 첨가하고, 철저히 혼합함으로써 제조되었다.

이렇게 제조된 혼합물의 373.4g 분량을, 조립했을 때 지름 13.97㎝(5.5인치), 두께 1.27㎝(0.5인치) 및 3.175㎝(1.25인치)의 구멍을 갖는 공동을 형성하는 기동 및 상판, 바닥판을 포함하는 원통형 강철 금형에 놓았다. 숫돌을 실온에서 일정 크기로 압축시키고, 앞서 언급한 구움 회로에 의해 구웠다. 구운 다음, 모든 숫돌은 0.635㎝(0.25인치) 두께로 잘라졌으며, White and Bagley E55 냉각제 2.5% 및 나머지의 물로 이루어진 물을 기재로 한 냉각제를 사용하여 40.64㎝(16인치) 길이의 4340 강철 블록에서 플런지(plunge) 연마 시험하였다. 플런지는 총 100밀(mils)에 대해 0.5 및 1밀 하부이송(downfeed)이었다. 제거되는 물질 및 숫돌마모는 총 제거된 물질을 총 숫돌마모로 나눔으로써 연마 비율을 계산하는데 사용되었다. 소비된 전력은 또한 제거된 금속의 인치³(in³)당 소비된 마력으로 결정되었다. 연마 결과는 표 1에 나타낸다.

연마 특성, 즉 G-비율, 소결된 알루미늄 함유 연마재를 포함하는 숫돌로 습윤 연마시키는 것에 대한 효과는, 숫돌 B의 보다 통상적인 프릿되지 않은 결합재가 숫돌 C의 프릿으로 치환되는 직접적인 영향을 보인다. 본 발명의 숫돌 C는 0.5밀 내부이송에서 B보다 약 300% 더 큰 G-비율을 가졌으며, 1.0밀 내부이송에서 C는 B보다 186% 더 좋았다. 본 발명의 숫돌 C를 프릿되지 않은 유리화 결합재로 결합된 표준 용융된 알루미나를 포함하는 숫돌 A와 비교할 때, 숫돌 C의 프릿이 어떻게 각각 0.5 및 1.0밀 하부이송에서 숫돌 A보다 945% 및 290% 더 높은 연마 비율을 보이는, 종결정화된 졸겔 소결된 알루미늄 함유 연마재의 탁월한 우수성을 나타내는지 쉽게 이해될 수 있다. 본 발명의 숫돌이 숫돌 A와 비교하여 1in 의 금속을 제거시키는데 15-25%의 더 적은 전력을 소비한다는 것을 주목해야 한다.

[실시예 Ⅱ]

미합중국 특허 제4,314,327호에 기술된 형태의 소결된 알루미늄 함유 연마재를 프릿으로 결합시키고, 52100 강철로 플런지 연마 시험하였다. 이런 연마재를 포함하는 숫돌은 숫돌 D로 정하였다. 동일 등급이지만 실시예 Ⅰ의 소결된 알루미늄 함유 연마재를 포함하는 E로 지정된 숫돌을 숫돌 D의 측면을 따라 시험하였다. 숫돌 D와 E가 하기 조성물의 연마재-결합재 혼합물로부터 만들어지고, 여러 물질들이 차례대로 믹서에 첨가된다는 점을 제외하고, 숫돌들은 실시예 Ⅰ에서 기술한 것과 동일한 방법으로 제조되었다.

이렇게 제조한 혼합물을 2.223㎝(0.875인치)의 구멍을 갖고 지름 12.7㎝(5인치), 두께 1.588㎝(0.625인치)로 측정되는 숫돌내로 성형하였다. 숫돌은 숫돌 C에 대해 실시예 Ⅰ에서 제시한 것과 동일한 구움 회로에서 구워졌다. 최종 숫돌은 연마재 40부피%, 결합재 11.5부피% 및 공극 48.5부피%로 구성된다. 마무리한 후, 각각의 숫돌에 대하여 서로 다른 일정한 힘을 사용하여 원통형 플런지 오.디이(O.D) 연마 시험하였다. 결과는 G-비율 및 각각의 힘 수준에 대한 전력 및 그 평균을 나타내는 표 Ⅱ에 나타낸다. 시험은 물 95% 및 Cincinnati Milacron Cimperial 20 오일 5%로 이루어지는 수용성 오일 냉각제 내에서 행해졌으며, 숫돌 속도는 8650 표면적 ft/min이고 작업 속도는 150 ft/min이었고, 숫돌은 0.003㎝(0.001인치) 직경의 드레스 깊이 및 0.013㎝(0.005인치)/회전인 납을 사용하여 일점 다이아몬드로 조정되었다.

실시예 Ⅰ은 이러한 특정의 소결된 알루미늄 함유 연마재를 프릿으로 결합시킴으로써 연마 특성이 굉장히 향상된 것을 보여준다. 미합중국 특허 제4,623,364호에 따른 프릿 결합된 소결된 알루미늄 함유 연마재와 숫돌 E를 비교할 뿐 아니라 미합중국 특허 제4,314,327호에 따른 프릿 결합된 소결된 알루미늄 함유 연마재와 숫돌 D를 비교한 표 Ⅱ의 데이타는 프릿으로 결합되었을 때 제2유형의 소결된 알루미늄 함유 연마재에 대하여 동일한 효과를 보인다.

[실시예 Ⅲ]

본 발명의 결합은 완전히 프릿으로 구성될 필요는 없다. 몇가지 경우에 있어서, 프릿의 양을 감소시키고 프릿되지 않은 결합 물질을 첨가하는 것이 유리할 수 있다. 이는 다음의 표 Ⅲ에서의 데이타에 따른 플런지 연마 52100 강철의 경우가 될 것 같다. 세개의 숫돌이 미합중국 특허 제4,623,364호의 소결된 알루미늄 함유 연마재를 이용하여 제조되었다. 모든 숫돌은 연마재를 48부피% 포함하였다. F로 지정된 숫돌은 메사추세츠, 우스터의 노오튼 컴퍼니에 의해 사용된 결합재 VS로서 지정된 통상적인 상업적 유리화 결합재로 결합되었다. 숫돌 G에서 연마재는 실시예 Ⅰ의 숫돌 C 및 실시예 Ⅱ의 숫돌 D 및 E에서 사용되었던 것과 동일한 프릿으로 결합되며, 전체 결합재는 프릿이었다. 한편, 숫돌 H에서의 결합재는 프릿 71중량%와 켄터키 보올 점토 29중량%로 이루어졌다. 프릿은 오하이오 클리브랜드의 페로 코오포레이션(the Ferro Coporation)에 의해 제조된 프릿이었다. 프릿된 결합재는 프릿되지 않은 결합재보다 연마에 있어 본질적으로 더 부드럽게 작용하므로, 상기한 바와 같이 숫돌 F의 구워진 부피% 함량은 굽기 전에 결합 조성물을 재배합함으로써 하향 조정되었다. 따라서, 구워진 부피% 기준으로, 숫돌 F는 연마재 48%, 결합재 9.1% 및 공극 42.9%이었으며, 숫돌 G와 H는 연마재 48%, 결합재 11.5% 및 공극 40.5%이었다. 이는 동일한 경도의 숫돌을 생산하였다.

실시예 Ⅱ에서와 동일한 크기의 숫돌은 아래 조성을 갖는 혼합물(다양한 물질들이 열거된 순서대로 믹서에 첨가된다)로부터 실시예 Ⅰ에서와 동일한 방법으로 제조되었다.

초록 숫돌 G와 H를 900℃에서 구워서 결합재를 숙성시켰으며, 초록 숫돌 F는 그것이 공지의 상업적인 결합재를 포함하기 때문에 상업적인 구움 회로에서 구워졌다. 그 다음, 마무리된 숫돌은 실시예 Ⅱ에서 기술된 것과 동일한 연마 시험을 받도록 하였으며, 다음의 결과를 얻었다.

단지 71%의 프릿을 포함하는 숫돌 H는 이러한 특정의 연마 공정에 있어서, 모두 프릿 결합된 숫돌 G보다 훨씬 더 높은 연마 특성, 즉 G-비율을 가졌다. 두개의 숫돌은 표준의 프릿되지 않은 결합재로 결합된 숫돌 F보다 우수하였다.

[실시예 Ⅳ]

보다 상업적인 유리화 결합재로 결합된 숫돌과 비교하여 프릿 결합된 소결된 알루미늄 함유 연마 숫돌이 습윤 연마에 있어서 놀라운 향상을 보인다는 것은, 소결된 알루미늄 함유 연마재가 소결된 알루미늄 함유 연마재가 아닌 제2연마재와 혼합되었을 경우에도 계속해서 자명하다.

2.223㎝(0.875인치)의 구멍을 갖고 12.7㎝(5인치)의 직경 및 1.588㎝(0.627인치)의 두께로 측정되는 유리화 결합된 숫돌을 통상적인 방법으로 제조하였다. I로 지정된 한 세트의 숫돌들을 오.홈멜 프릿 3GF259A로 결합시켜, 900℃에서 구워서 결합재를 숙성시켰고, J로 식별되는 다른 세트의 숫돌들은 HA4로 지정된 메사추세츠, 우스터의 노오튼 컴퍼니에 의해 사용되는 통상적인 결합재로 결합되었으며, 이들 숫돌 또한 900℃에서 구워졌다. 숫돌들은 연마재가 다이아몬드이거나 입방 질화붕소 CBN(cubic boron nitride)인 경우 많은 연마공정에 대하여 광범위하게 사용되는 곧은 림 형태의 숫돌이었다. 숫돌의 림 또는 연마부분은 다음의 혼합 조성물로부터 제조되었으며, 이는 지시된 바와 같은 최종 부피% 조성으로 결과되었다.

숫돌의 중심은 다음의 혼합 조성과 최종 부피 조성을 가졌다.

* 메사추세츠, 우스터의 노오튼 컴퍼니에 의해 판매되는 150 조립자의 38 ALUNDUM

** 메사추세츠, 우스터의 노오튼 컴퍼니가 판매하는 150 조립화 탄화규소

*** 메틸 셀룰로스 2.28중량%, 글리세린 9.78중량% 및 물 87.94중량%

마무리된 숫돌은 10:1의 물 대 오일의 비율로 물 및 수용성 오일로 구성되는 냉각제를 사용하여 52100 강철 연마 시험하였다. 결과는 다음과 같았다.\

소결된 알루미늄 함유 연마재 약 20%를 숫돌로부터 제거시키고, CBN을 넣었을 때 조차도, 프릿 결합의 효과는 굉장하다. 약 100 lb/in의 힘에서 통상적인 결합 HA4를 포함하는 숫돌 J보다 프릿 결합된 숫돌 I는 84% 더 높은 G-비율을 가졌으며, 약 159 및 176 lb/in의 힘에서 숫돌 J보다 숫돌 I의 G-비율이 95% 더 높았다.

Claims (9)

1. 연마재 입자 및 연마제 입자에 대한 유리화된 결합재로 구성되는 회전 숫돌로서, 상기 연마재 입자는 다결정질 소결된 알루미늄 함유 연마재 10 내지 100중량% 및 상기 소결된 알루미늄 함유 연마재가 아닌 다른 유형의 제2연마재 0 내지 90중량%로 구성되고, 상기 유리화된 결합재는 40 내지 100중량%의 프릿을 포함하는 회전 숫돌.
2. 연마재 입자 및 연마재 입자에 대한 유리화된 결합재로 구성되는 회전 숫돌로서, 상기 연마재 입자는 종결정화된 알루미늄 함유 졸을 소결함으로써 형성되는 소결된 알루미늄 함유 연마재 10-100중량% 및 상기 소결된 알루미늄 함유 연마재가 아닌 다른 유형의 제2연마재 0-90중량%로 구성되며, 상기 유리화된 결합재는 40-100중량%의 프릿을 포함하고, 각각의 소결된 종결정화된 졸겔 알루미늄 함유 연마재 입자는 실질적으로 등축이면서 약 0.4 미크론 이하의 크기를 갖는 알파 알루미나의 미소결정으로 구성되는 회전 숫돌.
3. 제2항에 있어서, 상기 소결된 알루미늄 함유 연마재는 실리카, 크로미아, 마그네시아, 지르코니아, 하프니아 또는 이의 혼합물인 입자 성장 저해제를 포함하는 회전 숫돌.
4. 연마재 입자 및 연마재 입자에 대한 유리화된 결합재로 구성되는 회전 숫돌로서, 상기 연마재 입자는 소결된 알루미늄 함유 연마재 10-100중량% 및 상기 소결된 알루미늄 함유 연마재가 아닌 다른 유형의 제2연마재 0-90중량%로 구성되며, 상기 유리화된 결합재는 40-100중량%의 프릿을 포함하고, 상기 소결된 알루미늄 함유 연마재는 칼슘이온 및 알칼리금속 이온이 실질적으로 없으며 균질의 미소결정질 구조를 가지고, 상기에서 균질의 미소결정질 구조는 알파 알루미나로 구성된, 지배적인 연속 알루미나 상(phase)내에서 개질 성분으로 이루어지는 미소결정의 제2상으로 구성되며, 상기 개질 성분은 상기 소결된 알루미늄 함유 연마재의 구워진 고형물의 부피%로 (ⅰ) 10% 이상의 지르코니아, 하프니아, 또는 지르코니아 및 하프니아의 조합물, (ⅱ) 1% 이상의 알루미나 및 코발트, 니켈, 아연 또는 마그네슘으로부터 선택된 금속의 하나 이상의 산화물로부터 유도된 스피넬, 또는 (ⅲ) 1-45%의 지르코니아, 하프니아, 또는 지르코니아 및 하프니아의 조합물 및 1% 이상의 상기 스피넬인 회전 숫돌.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2연마재는 용융된 알루미나, 공용융된 알루미나-지르코니아, 탄화규소, 탄화붕소, 석류석, 금강사, 플린트, 입방 질화붕소, 다이아몬드 또는 이들의 혼합물인 회전 숫돌.
6. 제5항에 있어서, 상기 제2연마재는 용융된 알루미나인 회전 숫돌.
7. 제5항에 있어서, 상기 제2연마재는 입방 질화붕소인 회전 숫돌.
8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 연마재 입자는 32 내지 54부피% 양으로 존재하고, 상기 결합재는 2 내지 20부피% 양으로 존재하며, 상기 회전 숫돌은 15 내지 55부피%의 기공을 포함하는 회전 숫돌.
9. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유리화된 결합재는 멀라이트, 남정석, 하석 섬장석 또는 이들의 혼합물인 충전재 1 내지 40중량%를 포함하는 회전 숫돌.