PL207106B1

PL207106B1 - Narzędzia ścierne ze spoiwem

Info

Publication number: PL207106B1
Application number: PL372652A
Authority: PL
Inventors: Eric Bright; Mianxue Wu
Original assignee: Saint Gobain Abrasives Inc
Priority date: 2002-04-11
Filing date: 2003-03-21
Publication date: 2010-11-30
Also published as: KR100575023B1; EP2767364A2; TW200406279A; EP1492645A1; US20030194947A1; EP2767364A3; CA2479713C; CZ305225B6; ES2244349B2; AR039107A1; JP5274131B2; WO2003086704A1; HUP0500181A2; DE10392532T5; US6679758B2; JP2009034817A; CH697786B1; ZA200407415B; GB2405410A; RU2004133326A

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem niniejszego wynalazku są narzędzia ścierne ze spoiwem.

Narzędzia szlifierskie wytwarza się w szeregu stopni twardości albo struktur wyznaczonych względną zawartością procentową objętościowo ziarna ściernego, spoiwa i porowatości wewnątrz kompozytowej osnowy ziarna ściernego. W wielu operacjach szlifowania porowatość narzędzia szlifierskiego, a zwłaszcza porowatość o przepuszczalnej naturze albo o wzajemnie łączących się porach, polepsza skuteczność operacji szlifowania i jakość szlifowanego elementu. Środki porotwórcze, takie jak pęcherzykowy tlenek glinowy i naftalen, można dodawać do kompozytowych mieszanin ściernych w celu umożliwienia formowania ciśnieniowego i obchodzenia się z porowatym, nieutwardzonym wyrobem ściernym i uzyskania porowatości o odpowiedniej procentowej objętościowo w wyrobie końcowym.

Porowatość naturalna wynikająca z upakowania ziaren ściernych i cząstek spoiwa w czasie formowania ciśnieniowego jest niewystarczająca dla uzyskania pewnego charakteru porowatości, który jest pożądany w niektórych operacjach szlifowania. W celu uzyskania wysokich procentowych zawartości porowatości dodawano środki porotwórcze, przy czym jednak otwartych kanalików albo porowatości o wzajemnie łączących się porach nie można uzyskać ze znanymi w technice środkami porotwórczymi (na przykład wydrążone ceramiczne albo szklane kuleczki). Niektóre środki porotwórcze muszą być wypalone z osnowy ściernej (na przykład skorupy orzecha włoskiego i naftalen), powodując różne trudności produkcyjne. Ponadto gęstości środków porotwórczych, materiałów spoiwa i ziaren ś ciernych róż nią się znacznie powodując czę sto rozwarstwienie mieszaniny ś ciernej w czasie manipulacji i formowania, a stąd utratę jednorodności w trójwymiarowej strukturze wykończonego wyrobu ściernego.

Ustalono, że zawartość procentowa objętościowo porowatości o wzajemnie łączących się porach albo przepuszczalność płynu jest bardziej znaczącym wyznacznikiem skuteczności szlifowania przez wyrób ścierny niż zwykła porowatość w procentach objętościowo. Z amerykańskiego opisu patentowego nr US A-5738696 dla Wu jest znany sposób wytwarzania materiałów ściernych ze spoiwem, w którym stosuje się wydłużone ziarno ścierne, które ma współczynnik kształtu co najmniej 5:1. Tarcze ścierne ze spoiwem mają przepuszczalną strukturę zawierającą 55-80% objętościowo porowatości o wzajemnie łączących się porach. Porowatość o wzajemnie łączących się porach umożliwia usuwanie odpadów ze szlifowania (opiłków) i przechodzenie płynu chłodzącego wewnątrz tarczy w czasie szlifowania. Istnienie porowatości o wzajemnie łączących się porach potwierdza się drogą pomiaru przepuszczalności tarczy dla przepływu powietrza w regulowanych warunkach. Włókienkowych ziaren ściernych nie poddaje się aglomeracji ani nie powleka w inny sposób za pomocą spoiwa przed wykonywaniem tarczy. Z amerykańskiego opisu patentowego nr US A-5738697 dla Wu są znane tarcze szlifierskie o wysokiej przepuszczalności, które mają znaczną porowatość o wzajemnie łączących się porach (40-80% objętościowo). Te tarcze wytwarza się z osnowy z cząstek włóknistych, które mają współczynnik kształtu co najmniej 5:1. Cząstki włókniste mogą być ziarnem ściernym opartym na spiekanym zolowo-żelowym tlenku glinowym albo zwykłymi, niewłóknistymi ziarnami ściernymi zmieszanymi z różnymi włóknistymi materiałami wypełniającymi, takimi jak włókno ceramiczne, włókno poliestrowe i włókno szklane oraz maty i aglomeraty wytworzone za pomocą cząstek włóknistych. Włókienkowych ziaren ściernych nie poddaje się aglomeracji, ani nie powleka w inny sposób za pomocą spoiwa przed montowaniem tarczy.

Włókno ścierne poddawano aglomeracji w różnych celach, przy czym wśród nich głównym celem jest umożliwienie stosowania cząstek o mniejszej wielkości (żwirku) w celu uzyskania tej samej skuteczności szlifowania jak w przypadku żwirku ściernego o większej wielkości. W wielu okolicznościach ziarno ścierne poddawano aglomeracji za pomocą materiałów wiążących w celu uzyskania mniej porowatej struktury i gęściejszego narzędzia szlifierskiego, które ma silniej związane ziarna ścierne. Podano, że poddane aglomeracji ziarna ścierne zwiększają skuteczność szlifowania drogą mechanizmów całkowicie niezwiązanych z wielkością albo charakterem porowatości wyrobu ściernego.

Z amerykańskiego opisu patentowego nr US A-2194472 dla Jacksona są znane powlekane narzędzia ścierne wytwarzane z aglomeratami wielu stosunkowo drobnych ziaren ściernych i którymkolwiek ze spoiw normalnie stosowanych w narzędziach ściernych powlekanych albo ze spoiwem. Do przyklejania aglomeratów do podkładu z powlekanych materiałów ściernych stosuje się spoiwa organiczne. Aglomeraty nadają powlekanym materiałom ściernym wytworzonym ze stosunkowo drobnym ziarnem powierzchnię licową z otwartą powłoką. Powlekane materiały ścierne wytworzone

PL 207 106 B1 z aglomeratami zamiast z indywidualnymi ziarnami ściernymi charakteryzują się tym, ż e są stosunkowo szybkotnące, mają długi okres użytkowania i nadają się do uzyskiwania jakości wykończenia o drobnej powierzchni w obrabianym elemencie.

Z amerykańskiego opisu patentowego nr US A-2216728 dla Bennera są znane agregaty ziarno ścierne/spoiwo, wytwarzane z wszelkiego rodzaju spoiwa. Celem agregatów jest uzyskanie bardzo gęstych struktur tarcz w celu zatrzymania ziarna diamentowego albo CBN w czasie operacji szlifowania. Jeżeli agregaty wytwarza się z porowatą strukturą, to ma to na celu umożliwienie przepływu materiałów wiążących między agregatami do porów agregatów i pełnego zagęszczenia struktury w czasie wypalania. Agregaty umożliwiają stosowania miału ziarna ściernego, które w przeciwnym razie byłoby utracone w czasie produkcji.

Z amerykań skiego opisu patentowego nr US A-3048482 dla Hursta są znane kształ towe mikrosegmenty ścierne i organiczne materiały wiążące w kształcie ostrosłupów albo innych kształtach stożkowych. Kształtowe mikrosegmenty ścierne przyklejają się do włóknistego podkładu i stosuje się je do wytwarzania powlekanych materiałów ściernych i do wykładania powierzchni cienkich tarcz szlifierskich. Wynalazek charakteryzuje się dłuższym okresem użytkowania przy skrawaniu, regulowaną elastycznością narzędzia, wysoką wytrzymałością i bezpieczeństwem szybkości, działaniem sprężystym i bardzo skutecznym działaniem tnącym w porównaniu z narzędziami wytwarzanymi bez mikrosegmentów opartych na poddanym aglomeracji ziarnie ściernym.

Z amerykańskiego opisu patentowego nr US A-3982359 dla Eibela jest znane tworzenie agregatów ze spoiwa żywicowego i ziarna ściernego, które mają twardość większą niż twardość spoiwa żywicowego stosowanego do wiązania agregatów wewnątrz narzędzia szlifierskiego. Większe szybkości szlifowania i dłuższy okres użytkowania osiąga się w tarczach ze spoiwem kauczukowym zawierającym agregaty.

Z amerykań skiego opisu patentowego nr US A-4355489 dla Heyera jest znany wyrób ś cierny (tarcza, krążek, pas, arkusz, blok, itp.) wytwarzany z osnowy z falistych włókien elementarnych związanych ze sobą w punktach fizycznej styczności i aglomeratów ściernych, które mają objętość pustek około 10-97%. Aglomeraty można wytwarzać ze spoiwami ceramicznymi albo żywicowymi i z każdym ziarnem ściernym.

Z amerykańskiego opisu patentowego nr US A-4364746 dla Bitzera są znane narzędzia ścierne zawierające różne aglomeraty ścierne o różnych wytrzymałościach. Aglomeraty wytwarza się z ziarna ściernego i spoiw żywicowych i mogą one zawierać inne materiały, takie jak pocięte włókna, w celu zwiększenia wytrzymałości albo twardości.

Z amerykań skiego opisu patentowego nr US A-4393021 dla Eisenberga et al. jest znany sposób wytwarzania aglomeratów ściernych z ziarna ściernego i spoiwa żywicowego stosując tkaninę siatkową i wałkując pastę z ziarna i spoiwa przez tkaninę wytwarzając ślimakopodobne produkty wytłaczania. Produkty wytłaczania utwardza się drogą ogrzewania, a następnie kruszy z utworzeniem aglomeratów.

Z ameryka ń skiego opisu patentowego nr US A-4799939 dla Bloechera są znane eroduj ą ce aglomeraty ziarna ściernego, wydrążonych bryłek i spoiwa organicznego oraz zastosowanie tych aglomeratów w powlekanych materiałach ściernych i materiałach ściernych ze spoiwem. W przypadku wyrobów ściernych zawierających aglomeraty zastrzega się większe usuwanie materiału, dłuższy okres użytkowania i użyteczność w warunkach szlifowania na mokro. Największy wymiar aglomeratów wynosi korzystnie 150-3000 mikronów. W celu wytworzenia aglomeratów wydrążone bryłki, ziarno, spoiwo i wodę miesza się w postaci zawiesiny, zawiesinę zestala się drogą ogrzewania albo promieniowania z usuwaniem wody, a stałą mieszaninę kruszy się w kruszarce szczękowej albo walcowej i przesiewa.

Z amerykań skiego opisu patentowego nr US A-5129189 dla Wetshcera są znane narzę dzia ścierne, które mają osnowę opartą na spoiwie żywicowym, zawierającą konglomeraty ziarna ściernego i ż ywicy oraz materiału wypełniającego, takiego jak kriolit.

Z amerykań skiego opisu patentowego nr US A-5651729 dla Benguerela jest znana tarcza szlifierska, która ma rdzeń i wieniec ścierny wytworzony ze spoiwa żywicowego i pokruszonych aglomeratów ziarna ściernego diamentowego albo CBN ze spoiwem metalicznym albo ceramicznym. Do ustalonych zalet tarcz wytworzonych z aglomeratów należą przestrzenie o dużym luzie pomiędzy okruchami, wysoka odporność na zużycie ścierne, cechy charakterystyczne związane z samoostrzeniem, wysoka wytrzymałość mechaniczna tarczy i zdolność do bezpośredniego wiązania wieńca ściernego

PL 207 106 B1 z rdzeniem tarczy. W jednym z rozwiązań stosowane wieńce szlifierskie ze spoiwem, z materiałem ściernym diamentowym albo z CBM kruszy się do wielkości 0,2 do 3 mm z utworzeniem aglomeratów.

Z amerykań skiego opisu patentowego nr US A-4311489 dla Kressnera są znane aglomeraty drobnego ziarna ściernego (< 200 mikronów) i kriolitu, ewentualnie ze spoiwem krzemianowym, oraz ich zastosowanie przy wytwarzaniu powlekanych narzędzi ściernych.

Z amerykańskiego opisu patentowego nr US A-4541842 dla Rostokera są znane powlekane materiały ścierne i tarcze ścierne, wykonane z agregatami ziarna ściernego i pianki utworzonymi z mieszaniny ceramicznych materiałów wiążących z innymi surowcami, takimi jak sadza węglowa albo węglany, odpowiednimi do spieniania w czasie wypalania agregatów. W oparciu o procentową zawartość objętościowo pastylki agregatów zawierają większą ilość procentowo spoiwa niż ziarno. Pastylki stosowane do wytwarzania tarcz ściernych spieka się w temperaturze 900°C (do gęstości 70 funtów/stopa sześcienna, 1,134 g/cm³), a spoiwo ceramiczne stosowane do wytwarzania tarczy wypala się w temperaturze 880°C. Tarcze wytworzone z 16% objętościowo pastylek pracowały przy szlifowaniu ze skutecznością podobną do skuteczności tarcz wykonanych z 46% objętościowo ziarna ściernego. Pastylki mają otwarte komórki wewnątrz osnowy opartej na spoiwie ceramicznym, ze stosunkowo mniejszymi ziarnami ściernymi zebranymi w skupiska na obwodzie otwartych komórek. Wymienia się tu także piec obrotowy do wypalania poddanych wstępnej aglomeracji, wilgotnych aglomeratów w celu późniejszego spieniania i spiekania z utworzeniem pastylek.

Z amerykańskiego opisu patentowego nr US 5975988 dla Christiansona są znane powlekane wyroby ścierne zawierające podkład i warstwę ścierną ze spoiwem organicznym, przy czym materiał ścierny ma postać kształtowych aglomeratów w kształcie ściętego czterobocznego ostrosłupa albo sześcianu. Aglomeraty wytwarza się z superściernych ziaren związanych w nieorganicznym spoiwie, które ma współczynnik rozszerzalności cieplnej taki sam albo w zasadzie taki sam jak współczynnik rozszerzalności cieplnej ziarna ściernego.

Ze zgłoszenia patentowego nr WO 00/51788 dla Stoetzela et al. są znane wyroby ścierne, które mają podkład, spoiwo organiczne zawierające zdyspergowane w nim twarde cząstki nieorganiczne oraz aglomeraty cząstek ściernych związane z podkładem. Cząstki ścierne w aglomeratach i twarde cząstki nieorganiczne w spoiwie organicznym mają w zasadzie tę samą wielkość. Aglomeraty mogą być ukształtowane losowo albo dokładnie i wytwarza się je ze spoiwem organicznym. Twarde nieorganiczne cząstki mogą być którymikolwiek z szeregu cząstek ziarna ściernego.

Z amerykańskiego opisu patentowego nr US 6086467 dla Imai et al. są znane tarcze szlifierskie, które zawierają ziarno ścierne i skupiska ziarna wypełniającego, które mają wielkość mniejszą niż ziarno ścierne. Stosować można spoiwo ceramiczne, a ziarno wypełniające może być tlenkiem chromu. Wielkość skupisk ziarna stanowi 1/3 albo więcej wielkości ziarna ściernego. Zalety polegają na regulowanej erozji wiązania i zatrzymaniu ziarna ściernego przy zastosowaniach szlifierskich o niskiej sile, w których stosuje się ziarno superścierne, przy czym ziarno superścierne musi być rozrzedzone w celu zminimalizowania sił szlifowania. Skupiska ziarna wypełniającego mogą być tworzone za pomocą wosku. Nie opisuje się tu żadnego spiekania skupisk.

Ze zgłoszenia patentowego nr WO 01/04227 dla Adefrisa et al. jest znany wyrób ścierny, który zawiera sztywny podkład i ceramiczne kompozyty ścierne wytworzone z cząstek ściernych w porowatej ceramicznej osnowie. Kompozyty utrzymuje się z podkładem z metaliczną powłoką, taką jak metal nałożony elektrolitycznie.

W żadnym z tych opracowań według stanu techniki nie sugeruje się wytwarzania wyrobów ściernych z zastosowaniem porowatego, poddanego aglomeracji ziarna i cząstek spoiwa do regulacji zawartości procentowej i charakteru porowatości oraz do utrzymywania w wyrobach ściernych ze spoiwem porowatości w postaci przepuszczalnej porowatości o wzajemnie łączących się porach. Brak jest sugestii co do stosowania metody kalcynatora obrotowego do wytwarzania różnych aglomeratów ziarna ściernego do stosowania w wyrobach ściernych. Narzędzia według wynalazku zapewniają nowe struktury z poddanych aglomeracji mieszanin istniejących połączeń ziarna ściernego i spoiwa i są one ultranowoczesne przy umożliwianiu regulowanej projektowania i wytwarzania szerokiej gamy struktur wyrobów ściernych, które mają korzystne cechy charakterystyczne bimodalnej porowatości o wzajemnie łączących się porach. Taka bimodalna porowatość o wzajemnie łączących się porach zwiększa osiągi robocze narzędzi ściernych, zwłaszcza w obszarze o dużej styczności, operacjach szlifowania dokładnego, takich jak szlifowanie powierzchni z postępującym zasilaniem, szlifowanie wewnętrznych średnic i procesy szlifowania warsztatowego.

PL 207 106 B1

Przedmiotem wynalazku jest narzędzie ścierne ze spoiwem, które ma strukturę przepuszczalną, dla przepływu płynu.

zawierające spoiwo i spiekane aglomeraty zawierające mnogość ziaren ściernych trzymanych przez materiał wiążący, przy czym:

a) narzędzie zawiera około 5-75% objętościowo spiekanych aglomeratów, gdzie co najmniej 50% wagowo spiekanych aglomeratów ma trójwymiarowy kształt;

b) materiał wiążący ma temperaturę topnienia w zakresie od 500 do 1400°C; i

c) narzędzie posiada około 35-80% objętościowo całkowitej porowatości, przy czym porowatość obejmuje co najmniej 30% objętościowo porowatości o wzajemnie łączących się porach.

Korzystnie, spoiwo jest spoiwem ceramicznym.

Korzystnie, materiał wiążący zawiera materiał wybrany z grupy obejmującej w zasadzie materiały ceramiczne, materiały zeszklone, kompozycje spoiwa ceramicznego i ich kombinacje.

Korzystnie, temperatura topnienia materiału wiążącego wynosi od około 800 do 1300°C.

Korzystnie, materiał wiążący jest kompozycją spoiwa ceramicznego, zawierającą zeszkloną tlenkową kompozycję 71% wagowo SiO2 i B2O3, 14% wagowo AI2O3, mniej niż 0,5% wagowo tlenków metali ziem alkalicznych i 13% wagowo tlenków metali alkalicznych.

Korzystnie, materiał wiążący jest materiałem ceramicznym wybranym spośród krzemionki, metali alkalicznych, metali ziem alkalicznych, mieszanych krzemianów metali alkalicznych i ziem alkalicznych, glinokrzemianów, krzemianów cyrkonowych, uwodnionych krzemianów, tlenków glinu, tlenków, azotków, tlenoazotków, węglików, tlenowęglików i ich kombinacji i pochodnych.

Korzystnie, spiekane aglomeraty mają średni wymiar wielkości od dwóch do dwudziestu razy większy niż średnia wielkość ziarna ściernego.

Korzystnie, spiekane aglomeraty mają średnią wielkości średnicy w zakresie od 200 do 3000 mikrometrów.

Korzystnie, ziarna ścierne są ziarnami mikrościernymi, i spiekane aglomeraty mają średnią średnicę w zakresie od 5 do 180 mikrometrów.

Korzystnie, narzędzie zawiera od 35 do 52% objętościowo spiekanych aglomeratów, od 3 do 13% objętościowo spoiwa ceramicznego i od 35 do 70% objętościowo porowatości.

Korzystnie, spoiwo wybiera się z grupy obejmującej spoiwa organiczne i spoiwa metaliczne.

Korzystnie, narzędzie zawiera ponadto co najmniej jeden składnik wybrany z grupy obejmującej wtórne ziarno ścierne, materiały wypełniające, pomocnicze środki szlifierskie, środki porotwórcze i ich kombinacje.

Przedmiotem wynalazku jest również narzędzie ścierne ze spoiwem ceramicznym, które ma strukturę przepuszczalną dla przepływu płynu, zawierające spiekane aglomeraty zawierające mnogość ziaren ściernych trzymanych przez materiał wiążący o lepkości A w temperaturze topnienia materiału wiążącego i spoiwo ceramiczne o lepkości B w temperaturze topnienia materiału wiążącego, przy czym:

a) narzędzie zawiera od około 5 do 75% objętościowo spiekanych aglomeratów i około 35-80% porowatości, przy czym porowatość obejmuje co najmniej 30% objętościowo porowatości o wzajemnie łączących się porach; i

b) lepkość B jest co najmniej 33% niższa niż lepkość A.

Korzystnie, lepkość A wynosi od 345 do 55300 puazów w temperaturze 1180°C.

Korzystnie, lepkość B wynosi od 30 do 37000 puazów w temperaturze 1180°C.

Korzystnie, co najmniej 50% wagowo spiekanych aglomeratów wewnątrz narzędzia ma trójwymiarowy kształt.

Wynalazek dotyczy również narzędzia ściernego ze spoiwem ceramicznym, które ma strukturę przepuszczalną dla przepływu płynu, i zawiera mnogość ziaren ściernych trzymanych przez materiał wiążący o temperaturze topnienia A i spoiwo ceramiczne o temperaturze topnienia B, przy czym:

a) narzędzie zawiera od około 5 do 60% objętościowo spiekanych aglomeratów i około 35-80% porowatości, przy czym porowatość obejmuje co najmniej 30% objętościowo porowatości o wzajemnie łączących się porach; i

b) temperatura topnienia B jest co najmniej 150°C niższa niż temperatura topnienia A.

Fig. 1 przedstawia schematycznie rysunek pieca obrotowego do prowadzenia procesu wytwarzania aglomeratów ziarna ściernego.

Fig. 2 przedstawia mikrofotografię przekroju tarczy ściernej, wytworzonej z poddanym aglomeracji ziarnem (jaśniejsze obszary fotografii), która ma porowatość wewnątrz aglomeratów (mniejsze

PL 207 106 B1 ciemniejsze obszary na fotografiach) i porowatość pomiędzy aglomeratami, o wzajemnie łączących się porach (ciemniejsze obszary na fotografii).

Fig. 3 przedstawia mikrofotografię przekroju porównawczej tarczy ściernej według stanu techniki, wykazującą brak poddanego aglomeracji ziarna i brak dużej porowatości o wzajemnie łączących się porach w strukturze tarczy.

Aglomeraty ziarna ściernego są trójwymiarowymi strukturami albo granulkami, zawierającymi spiekane porowate kompozyty ziarna ściernego i materiału wiążącego. Aglomeraty mają gęstość w stanie luźnego upakowania (LPD) < 1,6 g/cm³, średni wymiar około 2 do 20 razy większy niż średnia wielkość żwirku ściernego i porowatość około 30 do 88% objętościowo. Aglomeraty ziarna ściernego mają korzystnie minimalną wartość wytrzymałości na kruszenie 0,2 MPa.

Ziarno ścierne może zawierać jedno albo więcej ziaren ściernych znanych ze stosowania w narzędziach ściernych, takich jak ziarna oparte na tlenku glinowym, włącznie z topionym tlenkiem glinowym, spiekanym i zolowo-żelowym spiekanym tlenkiem glinowym, spiekanym boksytem, itp., węglik krzemu, tlenek glinowy-tlenek cyrkonu, tlenoazotek glinowy, tlenek ceru, podtlenek boru, granat, krzemień, diament, włącznie z diamentem naturalnym i syntetycznym, regularny azotek boru (CBN) i ich połączenia. Stosować można każdą wielkość albo kształt ziarna ściernego. Ziarno może zawierać wydłużone, spiekane, zolowo-żelowe ziarna tlenku glinowego o wysokim współczynniku kształtu, typu ziarna znanego z amerykańskiego opisu patentowego nr US 5129919.

Wielkości ziarna odpowiednie do stosowania w wynalazku wynoszą od wielkości regularnych żwirków ściernych (na przykład większych niż 60 i do 7000 mikronów) do żwirków mikrościernych (na przykład o wielkości od 0,5 do 60 mikronów) oraz mieszaniny tych wielkości. Dla danej operacji szlifowania ściernego może okazać się pożądane poddawanie aglomeracji ziarna ściernego o wielkości żwirku mniejszej niż wielkość żwirku ziarna ściernego (nie poddanego aglomeracji), wybierana normalnie do tej operacji szlifowania ściernego. Na przykład poddany aglomeracji materiał ścierny o wielkości żwirku 80 można zastąpić materiałem ściernym o wielkości żwirku 54, poddany aglomeracji materiał ścierny o wielkości żwirku 100 - przez materiał ścierny o wielkości żwirku 60, a poddany aglomeracji materiał ścierny o wielkości żwirku 120 - przez materiał ścierny o wielkości żwirku 80.

Korzystna wielkość spiekanych aglomeratów dla typowych ziaren ściernych ma średnią średnicę od około 200 do 3000, korzystnie od 350 do 2000, a zwłaszcza od 425 do 1000 mikrometrów. W przypadku ziarna mikrościernego korzystna wielkość spiekanych aglomeratów ma średnią średnicę od 5 do 180, korzystnie od 20 do 150, a zwłaszcza od 70 do 120 mikronów.

Zawartość ziarna ściernego wynosi od około 10 do 65% objętościowo, korzystnie od 35 do 55% objętościowo, a zwłaszcza od 48 do 52% objętościowo aglomeratu.

Materiały wiążące użyteczne przy wytwarzaniu aglomeratów obejmują korzystnie materiały ceramiczne i materiały zeszklone, korzystnie w rodzaju materiałów stosowanych jako układy wiążące dla narzędzi ściernych ze spoiwem ceramicznym. Te ceramiczne materiały wiążące mogą być wstępnie wypalonym szkłem zmielonym na proszek (fryta) albo mieszaniną różnych surowców, takich jak glinka, skaleń, wapno, boraks i soda, albo połączeniem stopionych i surowych materiałów. Takie materiały topią się i tworzą ciekłą fazę szklistą w temperaturach wynoszących od około 500° do 1400°C i zwilżają powierzchnię ziarna ściernego tworząc po ochłodzeniu centra wiązania, a zatem utrzymując ziarno ścierne wewnątrz struktury kompozytowej. Przykłady odpowiednich materiałów wiążących do stosowania w aglomeratach są podane niżej w tabeli 2. Korzystne materiały wiążące charakteryzują się lepkością od około 345 do 55300 centypuazów w temperaturze 1180°C oraz temperaturą topnienia od około 800° do 1300°C.

W korzystnym rozwiązaniu materiał wiążący jest kompozycją ze spoiwem ceramicznym, zawierającą wypaloną kompozycję tlenkową 71% wagowo SiO2 i B2O3, 14% wagowo AI2O3, mniej niż 0,5% wagowo tlenków metali ziem alkalicznych i 13% wagowo tlenków metali alkalicznych.

Materiał wiążący może być także materiałem ceramicznym, włącznie, lecz nie tylko, z krzemionką, krzemianami metali alkalicznych, ziem alkalicznych, mieszanymi krzemianami metali alkalicznych i ziem alkalicznych, glinokrzemianami, krzemianami cyrkonu, uwodnionymi krzemianami, glinianami, tlenkami, azotkami, tlenoazotkami, węglikami, tlenowęglikami i ich połączeniami i pochodnymi. Materiały ceramiczne na ogół różnią się od materiałów szklistych albo zeszklonych tym, że materiały ceramiczne zawierają struktury krystaliczne, przy czym niektóre fazy szkliste mogą występować w połączeniu ze strukturami krystalicznymi, zwłaszcza w materiałach ceramicznych w nierafinowanym stanie. Stosować tu można materiały ceramiczne w stanie surowym, takie jak glinki, cementy i minerały.

PL 207 106 B1

Przykłady specyficznych ceramicznych materiałów odpowiednich tu do stosowania obejmują, lecz nie tylko, krzemionkę, krzemiany sodowe, mulit i inne glinokrzemiany, tlenek cyrkonu-mulit, glinian magnezowy, krzemian magnezowy, krzemiany cyrkonu, skaleń i inne glinokrzemiany metali alkalicznych, spinele, glinian wapniowy i inne gliniany metali alkalicznych, tlenek cyrkonu, tlenek cyrkonu stabilizowany itrem, tlenek magnezowy, tlenek wapniowy, tlenek ceru, tlenek tytanu albo inne dodatki ziem rzadkich, talk, tlenek żelaza, tlenek glinowy, bohemit, tlenek boru, tlenek ceru, tlenoazotek glinowy, azotek boru, azotek krzemu, grafit i połączenia tych materiałów ceramicznych.

Materiał wiążący stosuje się w sproszkowanej postaci i można go dodawać do ciekłego nośnika w celu zapewnienia jednolitej, jednorodnej mieszaniny materia łu wiążącego z ziarnem ściernym w czasie wytwarzania aglomeratów.

Dyspersję organicznych spoiw dodaje się korzystnie do sproszkowanych składników materiału wiążącego jako środki wspomagające formowanie albo przetwarzanie. Te spoiwa mogą zawierać dekstryny, skrobię, klej oparty na proteinach zwierzęcych i inne rodzaje kleju, składnik ciekły, taki jak woda, rozpuszczalnik, modyfikatory lepkości albo pH oraz środki wspomagające mieszanie. Stosowanie spoiw organicznych polepsza jednorodność aglomeratów, a zwłaszcza jednorodność dyspersji materiału wiążącego na ziarnie, i strukturalną jakość wstępnie wypalonych albo wilgotnych aglomeratów, jak również jakość wypalonego narzędzia zawierającego aglomeraty. Ponieważ spoiwa wypalają się w czasie wypalania aglomeratów, to nie stają się one częścią wykończonego aglomeratu ani wykończonego narzędzia ściernego.

W celu polepszenia przyczepnoś ci materiałów wiążących do ziarna ściernego, jak jest to konieczne w celu polepszenia jakości mieszaniny, do mieszaniny można dodawać nieorganiczny promotor przyczepności. Przy wytwarzaniu aglomeratów nieorganiczny promotor przyczepności można stosować ze spoiwem albo bez spoiwa organicznego. Chociaż w aglomeratach korzystne są materiały wiążące topiące się w wysokich temperaturach, to materiał wiążący może zawierać także inne spoiwa nieorganiczne, spoiwa organiczne, materiały oparte na spoiwach organicznych, materiały oparte na spoiwach metalicznych i ich połączenia. Korzystne są materiały wiążące stosowane w przemyśle narzędzi ściernych jako spoiwa dla materiałów ściernych ze spoiwem organicznym, powlekanych materiałów ściernych, materiałów ściernych ze spoiwem metalicznym.

Zawartość materiału wiążącego wynosi od około 0,5 do 15% objętościowo, korzystnie od 1 do 10% objętościowo, a zwłaszcza od 2 do 8% objętościowo aglomeratów.

Korzystny % objętościowo porowatości wewnątrz aglomeratu jest tak wysoki, jak jest to technicznie możliwe w granicach mechanicznej wytrzymałości aglomeratu, wymaganych do wytwarzania narzędzia ściernego i do szlifowania za jego pomocą. Porowatość może wynosić od 30 do 88% objętościowo, korzystnie od 40 do 80% objętościowo, a zwłaszcza 50-75% objętościowo. Część (na przykład do 75% objętościowo) porowatości w aglomeratach występuje korzystnie w postaci porowatości o wzajemnie łączących się porach albo porowatoś ci przepuszczalnej dla przepł ywu pł ynów, włącznie z cieczami (na przykł ad chł odziwo szlifierskie i opiłki) i powietrzem.

Gęstość aglomeratów można wyrażać na szereg sposobów. Gęstość nasypową aglomeratów można wyrażać jako LPD. Gęstość względną aglomeratów można wyrażać jako procent początkowej gęstości względnej albo jako stosunek gęstości względnej aglomeratów do składników stosowanych do wytwarzania aglomeratów biorąc pod uwagę objętość porowatości o wzajemnie łączących się porach w aglomeratach.

Początkową średnią gęstość względną, wyrażoną w procentach, można obliczyć drogą dzielenia LPD (p) przez teoretyczną gęstość aglomeratów (p_o) przyjmując porowatość zerową. Gęstość teoretyczną można obliczać zgodnie z wolumetryczną regułą mieszanin z procentów wagowo i ciężaru właściwego materiału wiążącego oraz ziarna ściernego zawartego w aglomeratach. W przypadku spiekanych aglomeratów maksymalna procentowa gęstość względna wynosi 50% objętościowo, przy czym korzystniejsza jest maksymalna procentowa gęstość względna 30% objętościowo.

Gęstość względną można mierzyć techniką wypierania objętości płynu, tak aby objąć nią porowatość o wzajemnie łączących się porach i wyłączyć porowatość opartą na komórkach zamkniętych. Gęstość względna jest stosunkiem objętości spiekanych aglomeratów, zmierzonej drogą wypierania płynu, do objętości materiałów stosowanych do wytwarzania spiekanych aglomeratów. Objętość materiałów stosowanych do wytwarzania aglomeratów jest miarą pozornej objętości opartej na ilościach i gęstościach upakowania ziarna ściernego i materiału spoiwa stosowanych do wytwarzania aglomeratów. W przypadku spiekanych aglomeratów maksymalna gęstość względna spiekanych aglomeratów wynosi korzystnie 0,7, przy czym jeszcze korzystniej maksymalna gęstość względna wynosi 0,5.

PL 207 106 B1

Aglomeraty można wytwarzać różnymi technikami w licznych wielkościach i kształtach. Te techniki można stosować w stadium początkowym (wilgotnym) przed, w czasie albo po wypaleniu mieszaniny ziarna i materiału wiążącego. Etap ogrzewania mieszaniny w celu spowodowania stopienia się i płynięcia materiału wiążącego, a zatem przywierania materiału wiążącego do ziarna i utrwalenia ziarna w poddanej aglomeracji postaci, określa się jako wypalanie, prażenie albo spiekanie. Do wytwarzania aglomeratów ściernych można stosować każdy znany w technice sposób aglomeracji mieszanin cząstek.

W pierwszym rozwiązaniu sposobu wytwarzania aglomeratów początkową mieszaninę ziarna i materiał u wiążącego poddaje się aglomeracji przed wypalaniem mieszaniny w celu utworzenia stosunkowo słabej struktury mechanicznej nazywanej aglomeratem surowym albo aglomeratem wstępnie wypalonym.

W celu realizacji pierwszego rozwią zania ziarno ś cierne i materiał y wiążące moż na poddawa ć aglomeracji w stanie wilgotnym szeregiem różnych technik, na przykład w pastylkarce panwiowej, a następnie doprowadza ć do obrotowego urzą dzenia kalcynacyjnego w celu spiekania. Surowe aglomeraty można umieszczać na tacy albo wieszakach i wypalać w piecu, bez bębnowania, w procesie ciągłym albo okresowym.

Ziarno ścierne można przesyłać do złoża fluidyzacyjnego, a następnie zwilżać cieczą zawierającą materiał wiążący w celu związania materiału wiążącego z ziarnem, przesiewać do wielkości aglomeratu, a następnie wypalać w piecu albo urządzeniu kalcynacyjnym.

Pastylkowanie panwiowe można prowadzić drogą dodawania ziarna do miski mieszalnika i odmierzania składnika cieczowego zawierającego materiał wiążący (na przykład wodę albo spoiwo organiczne i wodę) na ziarno, z mieszaniem, w celu poddania ich ze sobą aglomeracji. Cieczową dyspersję materiału wiążącego, ewentualnie ze spoiwem organicznym, można rozpylać na ziarno, a następnie powleczone ziarno można mieszać z utworzeniem aglomeratów.

Do wytłaczania pasty z ziarna i materiału wiążącego do wielkości i kształtek, które suszy się z utworzeniem aglomeratów, moż na stosować niskociś nieniowe urządzenie do wytł aczania. Pastę można wytwarzać z materiałów wiążących i ziarna za pomocą roztworu spoiwa organicznego i wytłaczać w wydłużone cząstki za pomocą urządzenia i sposobem znanym z amerykańskiego opisu patentowego nr US A-4393021.

W procesie granulacji na sucho arkusz albo blok wykonany z ziarna ściernego pogrążonego w dyspersji albo paście materiału wiążącego można suszyć, a następnie stosować ubijarkę walcową do połamania kompozytu ziarna i materiału wiążącego.

W innym sposobie wytwarzania aglomeratów surowych albo wstępnie wypalonych mieszaninę materiału wiążącego i ziarna można wprowadzać do urządzenia formującego i formować mieszaninę z utworzeniem dok ł adnych kształ tów i wielkoś ci, na przykł ad w sposób znany z amerykań skiego opisu patentowego nr US 6217413 B1.

W drugim rozwiązaniu sposobu wytwarzania aglomeratów prostą mieszaninę ziarna i materiału wiążącego (ewentualnie ze spoiwem organicznym) doprowadza się do obrotowego urządzenia kalcynacyjnego w rodzaju urządzenia przedstawionego na fig. 1. Mieszaninę poddaje się bębnowaniu z określoną liczbą obrotów na minutę, wraz z określonym nachyleniem i doprowadzaniem ciepła. Aglomeraty tworzą się w miarę jak mieszanina materiału wiążącego ogrzewa się, topi, płynie i przywiera do ziarna. Etapy wypalania i aglomeracji prowadzi się jednocześnie z regulowanymi szybkościami i objętościami zasilania i stosowaniem ciepła. Szybkość doprowadzania nastawia się na ogół w taki sposób, aby uzyskać wydajność przepływu stanowiącą z grubsza 8-12% objętościowo rury (to jest części piecowej) obrotowego urządzenia kalcynacyjnego. Wystawienie na działanie maksymalnej temperatury wewnątrz urządzenie wybiera się w taki sposób, aby utrzymywać lepkość materiałów wiążących w ciekł ym stanie co najmniej okoł o 1000 puaza. W ten sposób unika się nadmiernego przepł ywu materiału wiążącego na powierzchnię rury i utraty materiału wiążącego z powierzchni ziarna ściernego.

Do prowadzenia procesu aglomeracji w celu aglomeracji i wypalania aglomeratów w pojedynczym etapie procesu można stosować obrotowe urządzenie kalcynacyjne typu urządzenia przedstawionego na fig. 1. Jak przedstawiono na fig. 1, lej zasypowy (10) zawierający mieszaninę zasilającą (11) materiałów wiążących i ziarna ściernego wprowadza się do środka (12) do odmierzania mieszaniny do pustej rury grzejnej (13). Rura (13) jest nachylona pod kątem (14) w przybliżeniu 0,5-5,0 stopni, tak że podawany materiał (11) może być doprowadzany grawitacyjnie przez pustą rurę (13). Jednocześnie pusta rura (13) obraca się w kierunku strzałki (a) z regulowanym stopniem szybkości powodując bębnowanie podawanego materiału (11) i ogrzanej mieszaniny (18) w miarę jak przechodzą one wzdłuż pustej rury.

PL 207 106 B1

Część pustej rury (13) ogrzewa się. W jednym z rozwiązań część grzejna może zawierać trzy strefy grzejne (15, 16, 17), które mają wymiar długościowy (dl) 60 cali (152 mm) na długości (d2) 120 cali (305 mm) pustej rury (13). Strefy grzejne umożliwiają operatorowi regulowanie temperatury przetwarzania i jej zmianę, jak jest to konieczne do spiekania aglomeratów. W innych modelach urządzenia pusta rura może zawierać tylko jedną albo dwie strefy grzejne albo może zawierać więcej niż trzy strefy grzejne. Chociaż nie przedstawiono tego na fig. 1, to urządzenie jest wyposażone w urządzenie grzejne oraz w urządzenie mechaniczne, elektroniczne, do regulacji temperatury i czujnikowe pracujące w celu prowadzenia procesu obróbki cieplnej. Jak widać w widoku w przekroju poprzecznym pustej rury (13), podawany materiał przekształca się w ogrzaną mieszaninę (18) wewnątrz rury, a następnie opuszcza on rurę i gromadzi się go w postaci granulek aglomeratu (19). Ścianka pustej rury ma wymiar średnicy wewnętrznej (d3), który może wynosić od 5,5 do 30 cali (14-76 mm), a średnica (d4) może wynosić od 6 do 36 cali (15-91 mm) w zależności od modelu i rodzaju materiału stosowanego do konstrukcji pustej rury (na przykład żaroodpornego stopu metali, cegły ogniotrwałej, węgliku krzemu, mulitu).

Kąt nachylenia rury może zmieniać się od 0,5 do 5,0 stopni, a rura może obracać się z szybkością od 0,5 do 10 obrotów na minutę. Szybkość podawania w przypadku kalcynatora obrotowego na małą skalę może wynosić od około 5 do 10 kg/godz, natomiast szybkość podawania na skalę przemysłową może wynosić od około 227 do 910 kg/godz. Kalcynator obrotowy można ogrzewać do temperatury spiekania od 800° do 1400°C, a podawany materiał można ogrzewać z szybkością do 200°C/min, w miarę jak podawany materiał wchodzi do ogrzanej strefy. Chłodzenie ma miejsce w ostatniej części rury w miarę jak podawany materiał przesuwa się od strefy ogrzanej do strefy nieogrzanej. Produkt chłodzi się na przykład za pomocą wodnego układu chłodzącego do temperatury pokojowej, a następnie odbiera.

Odpowiednie obrotowe urządzenia kalcynacyjne można otrzymać w Harper International, Buffalo, Nowy Jork, albo w Alstom Power, Inc., Applied Test Systems, Inc., i u innych producentów wyposażenia. Urządzenie może być ewentualnie wyposażone w urządzenia elektroniczne, do automatycznej kontroli w czasie obróbki, i urządzenia detekcyjne, w układ chłodzący, różne konstrukcje urządzenia do podawania i ewentualnie w inne urządzenia.

Gdy aglomerację ziarna ściernego prowadzi się z materiałami wiążącymi z utwardzaniem niskotemperaturowym (na przykład od około 145 do około 500°C), to można stosować alternatywne rozwiązanie tego obrotowego urządzenia piecowego. Alternatywne rozwiązanie, suszarka obrotowa, jest przewidziane do doprowadzania ogrzanego powietrza do wyładowczego końca rury w celu ogrzania mieszaniny ziarna ściernego, utwardzenia materiału wiążącego, związania go z ziarnem, a przez to aglomeracji ziarna ściernego w miarę jak jest ono odbierane z urządzenia. Stosowane tu określenie obrotowy piec kalcynacyjny obejmuje takie obrotowe urządzenia suszące.

W trzecim rozwiązaniu wytwarzania aglomeratów mieszaninę ziarna ściernego, materiałów wiążących i układu spoiw organicznych doprowadza się do pieca bez wstępnej aglomeracji i ogrzewa. Mieszaninę ogrzewa się do temperatury dostatecznie wysokiej dla spowodowania topienia się materiału wiążącego, jego płynięcia i przywierania do ziarna, a następnie chłodzenia z utworzeniem kompozytu, który kruszy się i przesiewa otrzymując spiekane aglomeraty.

W czwartym rozwiązaniu aglomeratów nie spieka się przed wytwarzaniem narzędzia ściernego, a raczej surowe aglomeraty formuje się z materiałem wiążącym tworząc korpus narzędzia, który wypala się z utworzeniem narzędzia ściernego. W korzystnym sposobie prowadzenia tego procesu do aglomeracji ziarna w stanie wilgotnym stosuje się ceramiczny materiał wiążący o wysokiej lepkości (gdy topi się tworząc ciecz). Wilgotne aglomeraty suszy się w piecu i miesza korzystnie z drugą kompozycją ze spoiwem ceramicznym i formuje w postać surowego narzędzia ściernego. To surowe narzędzie wypala się w temperaturze, która jest odpowiednia do topienia, lecz unika się płynięcia ceramicznego materiału wiążącego o wysokiej lepkości. Temperaturę wypalania wybiera się w taki sposób, aby była ona wystarczająco wysoka do stopienia kompozycji materiałów wiążących do postaci szklistej. W ten sposób ma miejsce aglomeracja ziarna i powoduje się płynięcie kompozycji wiążącej, wiązanie aglomeratów i utworzenie narzędzia. Dla prowadzenia tego procesu nie jest istotne wybieranie materiałów o różnej lepkości i materiałów o różnych temperaturach topienia i topnienia. W tej technice wytwarzania narzędzi ściernych z aglomeratów w stanie wilgotnym można stosować i inne połączenia materiałów wiążących i materiałów spoiw znanych w technice.

Narzędzia ścierne ze spoiwem według wynalazku obejmują ścierne narzędzia szlifierskie, tarcze w postaci segmentów, krążki, osełki, kamienie i inne monolityczne albo w postaci segmentów,

PL 207 106 B1 ukształtowane kompozyty ścierne. Narzędzia ścierne według wynalazku zawierają od około 5 do 75% objętościowo, korzystnie od 10 do 60% objętościowo, a zwłaszcza od 20 do 52% objętościowo aglomeratów ziarna ściernego. Razem z aglomeratami ziarna ściernego i spoiwem te narzędzia zawierają od około 35 do 80% objętościowo porowatości, przy czym ta porowatość obejmuje co najmniej 30% objętościowo porowatości o wzajemnie łączących się porach, a zwłaszcza od 55 do 80% objętościowo porowatości, przy czym ta porowatość obejmuje co najmniej 50% objętościowo wzajemnie łączących się porów. Narzędzia ścierne ze spoiwem ceramicznym mogą zawierać od 35 do 52% spiekanych aglomeratów, od 3 do 13% objętościowo spoiwa ceramicznego i od 35 do 70% objętościowo porowatości.

Wielkość porowatości o wzajemnie łączących się porach określa się drogą pomiaru przepuszczalności płynu przez narzędzie sposobem znanym z amerykańskiego opisu patentowego nr US A-5738696. Stosowane tu określenie Q/P oznacza przepuszczalność płynu przez narzędzie ścierne, gdzie Q oznacza szybkość przepływu wyrażoną w cm³ strumienia powietrza, a P oznacza różnicę ciśnień. Określenie Q/P oznacza różnicę ciśnień zmierzoną pomiędzy strukturą narzędzia ściernego i atmosferą przy danej szybkości przepływu płynu (na przykład powietrza). Ta przepuszczalność względna Q/P jest proporcjonalna do iloczynu objętości porów i kwadratu wielkości porów, przy czym korzystne są większe wielkości porów. Geometria porów i wielkość ziarna ściernego są innymi czynnikami wpływającymi na Q/P, przy czym większa wielkość żwirku daje wyższą przepuszczalność względną.

Narzędzia ścierne według wynalazku charakteryzują się wyższymi wartościami przepuszczalności płynów niż porównywalne narzędzia według stanu techniki. Stosowane tu określenie porównywalne narzędzia według stanu techniki oznacza te narzędzia wytworzone z tym samym ziarnem ściernym i materiałami wiążącymi, o tej samej zawartości procentowej objętościowo porowatości i spoiwa jak według wynalazku. Narzędzia ścierne według wynalazku mają na ogół wartości przepuszczalności płynów od około 30 do 100% wyższe niż wartości porównywalnych narzędzi ściernych według stanu techniki. Narzędzia ścierne charakteryzują się korzystnie wartościami przepuszczalności płynów co najmniej o 10% wyższymi, a zwłaszcza co najmniej 30% wyższymi niż wartości dla porównywalnych narzędzi według stanu techniki.

Dokładne parametry względnej przepuszczalności płynów dla szczególnych wielkości i kształtów aglomeratów, rodzajów spoiwa i poziomów porowatości mogą być określone przez praktyka drogą zastosowania prawa D'Arcy'ego do danych doświadczalnych dla danego rodzaju narzędzia ściernego.

Porowatość narzędzia ściernego wynika z otwartych przestrzeni na skutek gęstości w naturalnym stanie upakowania składników narzędzia, a zwłaszcza aglomeratów ściernych, i ewentualnie dodawania konwencjonalnych środków porotwórczych. Do odpowiednich środków porotwórczych należą, lecz nie tylko, wydrążone kuleczki szklane, zmielone skorupy orzecha włoskiego, wydrążone kuleczki albo perełki z tworzyw sztucznych albo związków organicznych, cząstki szkła piankowego, pęcherzykowy mulit i pęcherzykowy tlenek glinowy oraz ich połączenia. Narzędzia można wytwarzać ze środkami porotwórczymi dla porowatości o komórkach zamkniętych, takimi jak perełki naftalenu albo inne granulki organiczne, które wypalają się w czasie wypalania narzędzia pozostawiając puste przestrzenie wewnątrz osnowy narzędzia, albo można je wytwarzać z wydrążonymi środkami porotwórczymi o komórkach zamkniętych (takimi jak na przykład wydrążone kuleczki szklane). Korzystne narzędzia ścierne według wynalazku albo nie zawierają dodanych środków porotwórczych albo zawierają pomniejsze ilości dodanych środków porotwórczych skutecznych przy otrzymywaniu narzędzia ściernego z porowatością, w której zawartość co najmniej 30% objętościowo stanowi porowatość o wzajemnie łączących się porach.

Narzędzia ścierne ze spoiwem według wynalazku mają strukturę porowatą. W tej strukturze średnia średnica spiekanych aglomeratów nie jest większa niż średnia wielkość porowatości o wzajemnie łączących się porach, gdy mierzy się ją w punkcie maksymalnego otwarcia.

Wykończone narzędzia zawierają dodane wtórne ziarna ścierne, wypełniacze, środki wspomagające szlifowanie i środki porotwórcze oraz połączenia tych materiałów. Całkowita zawartość procentowa objętościowo ziarna ściernego w narzędziach (ziarno poddane i niepodane aglomeracji) może wynosić od około 34 do około 56% objętościowo, korzystnie od około 36 do około 54% objętościowo. a zwłaszcza od około 36 do około 46% objętościowo narzędzia. Narzędzia ścierne ze spoiwem mają korzystnie gęstość mniejszą niż 2,2 g/cm³.

Gdy ziarno ścierne stosuje się w połączeniu z aglomeratami ściernymi, to aglomeraty stanowią korzystnie od około 5 do około 100% objętościowo całego ściernego ziarna narzędzia, a zwłaszcza od

PL 207 106 B1 około 30 do około 70% objętościowo całego materiału ściernego w narzędziu. Gdy stosuje się takie wtórne ziarna ścierne, to te ziarna ścierne stanowią korzystnie od około 0,1 do około 95% objętościowo całego ziarna ściernego w narzędziu, a zwłaszcza od około 30 do około 70% objętościowo. Do odpowiednich wtórnych ziaren ściernych należą, lecz nie tylko, różne tlenki glinowe, zolowo-żelowe tlenki glinowe, spiekany boksyt, węglik krzemu, tlenek glinowy-tlenek cyrkonu, tlenoazotek glinu, tlenek ceru, podtlenek boru, regularny azotek boru, diament, kwarc i ziarna granatu oraz ich połączenia.

Narzędzia ścierne według niniejszego wynalazku wiąże się korzystnie za pomocą spoiwa ceramicznego, przy czym do stosowania można tu wybierać wszelkie z różnych spoiw znanych w technice wytwarzania narzędzi ściernych. Przykłady odpowiednich spoiw można znaleźć w amerykańskich opisach patentowych nr US 4543107, 4898597, 5203886, 5401284, 5536283, 5095665, 5863308 i 5094672, które są tu włączone tytuł em referencji.

Po wypaleniu te kompozycje spoiw ceramicznych zawierają korzystnie, lecz nie są ograniczone do połączenia następujących tlenków: SiO2, AI2O3, Na2O, Li2O i B2O3, przy czym obecne mogą być także i inne tlenki, takie jak K2O, ZnO, ZrO2 i tlenki ziem alkalicznych, takie jak CaO, MgO i BaO. Tam, gdzie jest pożądana barwa wiązania, można wprowadzić tlenek kobaltu (CoO) i inne źródła barwy. W spoiwie mogą być zawarte inne tlenki, takie jak Fe2O3, TiO2 i P2O5, oraz inne związki występujące jako zanieczyszczenia w surowcach. Oprócz surowych (albo niewypalonych) materiałów wiążących albo zamiast surowych materiałów wiążących można stosować także i fryty. Do surowców do spoiw może należeć glinka, kaolin, tlenek glinowy, węglan litowy, pięciowodny boraks albo kwas borowy, soda amoniakalna, kwarc i wolastonit oraz inne takie materiały wiążące, które są znane w technice. Spoiwo ceramiczne może być materiałem szklistym albo materiałem ceramicznym z obszarami albo bez obszarów bezpostaciowych.

Do sproszkowanych składników wiążących, topionych albo surowych, można dodawać spoiwa organiczne jako środki wspomagające formowanie albo przetwarzanie. Do tych spoiw mogą należeć dekstryny, skrobia, klej oparty na proteinach zwierzęcych i inne rodzaje kleju, składnik ciekły, taki jak woda, modyfikatory lepkości i pH i środki wspomagające mieszanie. Stosowanie spoiw polepsza jednorodność tarczy i jakość strukturalną wstępnie wypalonej albo surowej, prasowanej tarczy albo tarczy wypalonej. Ponieważ spoiwa wypalają się w czasie wypalania, to nie stają się one częścią narzędzia ściernego wykończonego albo ze spoiwem.

W celu polepszenia przyczepnoś ci spoiw szklanych do aglomeratów ziarna ś ciernego, jak jest to konieczne w czasie procesów mieszania i formowania, do mieszaniny można dodawać nieorganiczny promotor przyczepności. Przy wytwarzaniu aglomeratów nieorganiczny promotor przyczepności można stosować ze spoiwem organicznym albo bez niego.

W przypadku niektórych aglomeratów narzędzie ścierne moż na wytwarzać bez dodanego materiału wiążącego pod warunkiem, że narzędzie zawiera dostateczną ilość materiału spoiwa w celu zapewnienia odpowiednich właściwości związanych z wytrzymałością mechaniczną w narzędziu ściernym w czasie wytwarzania narzędzia i stosowania narzędzia w operacjach szlifowania. Narzędzie ścierne można konstruować na przykład z co najmniej 70% objętościowo aglomeratów, które mają zawartość materiału wiążącego co najmniej 5% objętościowo aglomeratu.

Gęstość i twardość narzędzi ściernych określa się drogą wyboru aglomeratów, rodzaju spoiwa i innych składników narzędzia, wielkości porowatości, razem z wielkością i rodzajem formy i wybranego sposobu prasowania.

Tarcze ścierne można formować i prasować za pomocą każdego środka znanego w technice, włącznie z technikami prasowania na gorąco, ciepło i na zimno, przy czym przy wyborze ciśnienia formowania przy wytwarzaniu surowych tarcz należy unikać kruszenia nadmiernej ilości aglomeratów ziarna ściernego (na przykład więcej niż 50% wagowo aglomeratów) i utrzymywać trójwymiarową strukturę aglomeratów. Odpowiednie maksymalnie przyłożone ciśnienie przy wytwarzaniu tarcz zależy od kształtu, wielkości, grubości i składnika spoiwowego tarczy ściernej oraz od temperatury formowania. W zwykłych procesach wytwarzania maksymalne ciśnienie może wynosić od około 3100 do 20000 funtów/cal kwadratowy (218 do 1406 kg/cm kwadratowy). Formowanie i prasowanie prowadzi się korzystnie pod ciśnieniem od około 775 do 1550 kg/cm², a zwłaszcza od 465 do 1085 kg/cm².

PL 207 106 B1

Aglomeraty mają wystarczającą wytrzymałość mechaniczną, aby znosić etapy formowania i prasowania prowadzone w typowych przemysłowych procesach produkcyjnych przy wytwarzaniu narzędzi ściernych.

Tarcze ścierne można wypalać sposobami znanymi specjalistom w tej dziedzinie. Warunki wypalania są wyznaczone głównie rzeczywistym stosowanym spoiwem i materiałami ściernymi oraz rodzajem materiału wiążącego zawartego w aglomeracie ziarna ściernego. W zależności od składu chemicznego wybranego spoiwa spoiwo ceramiczne można wypalać w temperaturze od 600° do 1250°C, a zwłaszcza od 850° do 1200°C, zapewniając właściwości mechaniczne konieczne do szlifowania metali, ceramiki i innych materiałów. Korpus ze spoiwem ceramicznym można dalej nasycać także po wypaleniu w konwencjonalny sposób środkiem wspomagającym szlifowanie, takim jak siarka, albo za pomocą nośnika, takiego jak żywica epoksydowa, wprowadzając do porów tarczy środek wspomagający szlifowanie.

Wybór odpowiedniego spoiwa ceramicznego będzie zależeć od tego, który sposób aglomeracji stosuje się, oraz czy musi być zachowana temperatura topnienia albo topienia albo różnica lepkości pomiędzy spoiwem i materiałem wiążącym aglomeratu.

Przy wytwarzaniu tarczy szlifierskiej ze spoiwem ceramicznym albo innego narzędzia ściernego z aglomeratów ściernych wybrać można jedną z kilku ogólnych technik. W technice pierwszej ze stosunkowo wysoką temperaturą wypalania (na przykład topienia w temperaturze powyżej około 1000°C) w celu poddania ziarna aglomeracji stosuje się ceramiczny materiał wiążący. Następnie w drugiej, niższej temperaturze wypalania (to jest topienie w temperaturze od około 650° do 975°C) sproszkowaną kompozycję spoiwa ceramicznego miesza się z aglomeratami ziarna i formuje w postać narzędzia ściernego. Narzędzie w surowym etapie wypala się w niższej temperaturze wypalania drugiego materiału spoiwowego tworząc wykończone narzędzie ścierne. W korzystnym rozwiązaniu spoiwo ceramiczne ma temperaturę wypalania spoiwa co najmniej o 150°C niższą niż temperatura topnienia albo topienia materiału wiążącego.

W drugiej technice różnice lepkości pomiędzy stopionymi albo topionymi szkłami w ich ciekłym stanie wykorzystuje się stosując tę samą temperaturę wypalania do wytwarzania aglomeratu i wypalania tarczy ściernej. W pierwszym etapie wypalania do aglomeracji ziarna stosuje się ceramiczny materiał wiążący o wysokiej lepkości. Następnie wypalone aglomeraty miesza się z drugą kompozycją spoiwa ceramicznego o niższej lepkości i formuje w postać surowego narzędzia ściernego. Uformowane narzędzie można wypalać w przybliżeniu w tej samej temperaturze co i temperatura pierwszego etapu wypalania stosowana do wytwarzania aglomeratów, ponieważ, gdy znajduje się w gorącym ciekłym stanie, to materiał wiążący nie będzie zbyt cienki i nie będzie spływać z ziarna. Stąd będzie zachowana początkowa trójwymiarowa konfiguracja aglomeratu.

W korzystnym rozwiązaniu tej techniki lepkość spoiwa ceramicznego w temperaturze topnienia materiału wiążącego jest co najmniej o 33% niższa niż lepkość materiału wiążącego w jego temperaturze topnienia. Zatem, gdy lepkość materiału wiążącego wynosi około 345 do 55300 puazów w temperaturze 1180°C, to korzystne spoiwo ceramiczne charakteryzuje się lepkością od około 30 do 37000 puazów w temperaturze 1180°C.

W trzeciej technice do aglomeracji ziarna stosuje się materiał wiążący o pośredniej temperaturze wypalania (na przykład około 850-975°C), przy czym aglomerację prowadzi się w temperaturze wyższej niż temperatura topienia albo topnienia materiału wiążącego (na przykład 1000-1200°C). Aglomeraty miesza się z tym samym materiałem wiążącym, który stosuje się jako kompozycję ceramicznego spoiwa i mieszaninę formuje w postać surowego narzędzia ściernego. Surowe narzędzie wypala się w niższej temperaturze (na przykład około 850-975°C) niż temperatura stosowana do topienia materiału wiążącego w celu aglomeracji ziarna. Niższa temperatura jest skuteczna przy wiązaniu ze sobą aglomeratów. W tym sposobie zachowuje się trójwymiarową strukturę aglomeratów, ponieważ pierwsza warstwa materiału wiążącego nie płynie w temperaturze wypalania narzędzia ściernego.

W czwartej technice jako materiał wiążący i spoiwo do tarczy stosuje się tę samą kompozycję, a aglomerację prowadzi się i tarczę wytwarza w tej samej temperaturze. Teoretycznie jest możliwe, że ponieważ materiał wiążący został stopiony z utworzeniem szkła przywartego do ziarna ściernego w czasie aglomeracji, to właściwości materiałów wiążących zostały zmienione. Zatem stopiony materiał wiążący w spiekanych aglomeratach płynie w wyższej temperaturze niż niestopiony materiał wiążący, a aglomeraty zachowują swój kształt w czasie wypalania tarczy. W korzystnym rozwiązaniu kompozycja stosowana dla materiału wiążącego i spoiwa zawiera trochę surowców i nie składa się z topionej kompozycji szklanej.

PL 207 106 B1

W piątej technice wytwarzania narzędzi ściernych z ceramicznym spoiwem narzędzie wytwarza się bez dodanego materiału wiążącego. Aglomeraty pakuje się do formy narzędzia, prasuje i wypala w temperaturze wynoszącej od około 500° do 1400°C z utworzeniem narzędzia. Materiały wiążące stosowane do wytwarzania aglomeratów zawierają kompozycję spoiwa ceramicznego, a materiał wiążący występuje w aglomeracie w ilości wystarczającej (na przykład od około 5 do 15% objętościowo aglomeratu) do związania ze sobą aglomeratów w wykończonym narzędziu ściernym ze spoiwem ceramicznym.

Aglomeraty można wiązać za pomocą wszystkich znanych rodzajów spoiw, takich jak spoiwa organiczne albo żywicowe, znane w dziedzinie wytwarzania narzędzi ściernych ze spoiwem. Zawartość procentowa objętościowo aglomeratów odpowiednich do stosowania w narzędziach ściernych ze spoiwem ceramicznym jest także zadowalająca w przypadku narzędzi ze spoiwem metalicznym albo organicznym. Narzędzia ze spoiwem organicznym albo metalicznym mają zwykle większe zawartości procentowe objętościowo spoiwa i niższe zawartości procentowe objętościowo porowatości niż narzędzia ze spoiwem ceramicznym, natomiast zawartość ziarna ściernego może być wyższa. Narzędzia ze spoiwem organicznym i metalicznym można mieszać, formować i utwardzać albo spiekać zgodnie z róż nymi sposobami przetwarzania i z róż nymi proporcjami takich skł adników jak ziarno albo aglomerat ścierny, spoiwo i porowatość, co jest znane w tej dziedzinie. Aglomeraty można stosować w narzędziach ze spoiwem metalicznym w pojedynczej warstwie, jak również w warstwie wielokrotnej, strukturach trójwymiarowych, narzędziach monolitycznych i narzędziach ściernych z osnową w postaci segmentów, tak jak jest to znane w tej dziedzinie.

Narzędzia ścierne według wynalazku obejmują tarcze ścierne, krążki, osełki i kamienie oraz pałeczki i są one szczególnie skuteczne w zastosowaniach szlifierskich, w których istnieje duże pole powierzchni styczności pomiędzy narzędziem ściernym i obrabianym elementem. Takie zastosowania albo operacje szlifowania obejmują, lecz nie tylko, szlifowanie powierzchni z postępującym podawaniem i inne dokładne szlifowanie powierzchni, operacje porowatego szlifowania warsztatowego, operacje szlifowania średnic wewnętrznych i drobne szlifowanie powierzchni ceramiki i innych kruchych obrabianych elementów.

Operacje szlifowania drobnego albo polerowania, w których stosuje się ziarno ścierne o wielkości mikronowej albo submikronowej, będą odnosić korzyść ze stosowania narzędzi według wynalazku. W stosunku do konwencjonalnych narzę dzi i układów superwykończających albo polerujących narzędzia według wynalazku wytworzone z takimi aglomeratami ściernymi o drobnym żwirku będą powodować erozję przy mniejszych siłach szlifowania z mniejszym uszkodzeniem albo bez uszkodzenia powierzchni obrabianego elementu w czasie operacji wykończania dokładnego (na przykład dając wykończenia lustrzane na składnikach szklanych i ceramicznych). Okres czasu użytkowania narzędzia pozostaje zadowalający dzięki poddanym aglomeracji strukturom, a zwłaszcza narzędzi jednowarstwowych, lecz także w narzędziach z trójwymiarową osnową i narzędziach półpłynnych.

Przy szlifowaniu dokładnie ukształtowanych profili kruchość aglomeratów przyczynia się do krótszych cykli wyrównywania powierzchni. Dzięki porowatości narzędzi o wzajemnie łączących się porach doprowadzanie chłodziwa i usuwanie okruchów zwiększa się, co daje w wyniku operacje chłodniejszego szlifowania, mniejsze uszkodzenie termiczne obrabianego elementu i mniejsze zużycie ścierne maszyny szlifierskiej. Ponieważ ziarna ścierne o mniejszej wielkości żwirku, w postaci poddanej aglomeracji dają skuteczność szlifowania ziarna o większej wielkości żwirku, lecz pozostawiają gładsze wykończenie powierzchni, to jakość oszlifowanej części elementu często znacznie polepsza się.

P r z y k ł a d 1

Szereg próbek poddanego aglomeracji ziarna ściernego przygotowano w obrotowym urządzeniu kalcynacyjnym (model z wypalaniem elektrycznym # HOU-5D34-RT-28, maksymalna temperatura 1200°C, moc wejściowa 30 KW, wyposażony w żaroodporną rurę stalową o długości 72 (183 cm) i średnicy wewnętrznej 5,5 (14 cm), produkowany przez Harper International, Buffalo, Nowy Jork). Żaroodporną rurę metalową zastąpiono rurą z węglika krzemu o tych samych wymiarach, a samo urządzenie zmodyfikowano w taki sposób, aby pracowało w maksymalnej temperaturze 1550°C. Proces aglomeracji prowadzono w warunkach atmosferycznych, w temperaturze gorącej strefy nastawionej na 1180°C, z szybkością obracania się rury urządzenia 9 obrotów na minutę, kątem nachylenia rury 2,5 do 3 stopni i szybkością podawania materiał u 6-10 kg/godz. Stosowane urzą dzenie było w zasadzie identyczne z urządzeniem przedstawionym na fig. 1. Wydajność użytecznych, swobodnie płynących granulek (określonych jako -12 mesh do odbieralnika sita) wynosiła od 60 do 90% całkowitego ciężaru podawanego materiału przed kalcynacją.

PL 207 106 B1

Próbki aglomeratu wytwarzano z prostej mieszaniny ziarna ściernego, materiału wiążącego i mieszanin wodnych przedstawionych w tabeli 1-1. Kompozycje materiału wiążącego z ceramicznym spoiwem, stosowane do przygotowywania próbek, są zestawione w tabeli 1-2. Próbki przygotowywano z trzech rodzajów ziarna ściernego: topiony tlenek glinowy 38A, topiony tlenek glinowy 32A i spiekane ziarno Norton SG oparte na zolowo-żelowym tlenku glinowym alfa, otrzymane z Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc., Worcester, MA, USA, o wielkościach żwirku podanych w tabeli 1-1. Po aglomeracji w obrotowym urządzeniu kalcynacyjnym poddane aglomeracji ziarno ścierne przesiewano i badano na gęstość w stanie luźnego upakowania (LPD), rozkład wielkości i wytrzymałość aglomeratu. Te wyniki są przedstawione w tabeli 1-1.

PL 207 106 B1

	3,7+0,2	Γ—1 o + 1 r- o	1—1 o +1 LO o	1	1 1
	O en	28,4	36, 7	t—t ro	27, 6
	-25/+30	-40/+45	-45/+50	-120/+140	-18/+20
	603	423	355	120	973
	1,33	1, 03	1, 20	1, 38	1,03
	14,04	3, 13	tn o r—1	3, 15	r~- co co
	10,0	O CM	0 '01	O <M	6,0
er. o	o 2 u s d u	§ 1 g s R	° A S	§ 1 g A g A o' A o o ° n A ° ^c	° AS Υΐ θ h o 2 5
\| wiążący A	5 żwirek 60 32A woda materiał wiążący E	6 żwirek 90 32A woda materiał wiążący C	7 żwirek 90 SG woda materiał wiążący A	8 żwirek 120 SG woda materiał wiążący E	9 żwirek 60 SG woda materiał wiążący C

objaśnienia do tabeli:

* % objętoś ciowy materiału wiążącego jest zawartością procentową materiału stałego wewnątrz granulki to jest materiału wiążącego i ziarna) po wypaleniu i nie obejmuje % objętościowo porowatości.

PL 207 106 B1 % objętościowo materiału wiążącego w wypalonych aglomeratach obliczano stosując średnią LOI (strata przy prażeniu) surowców materiałów wiążących.

Spiekane aglomeraty przesiewano za pomocą standardowych sit amerykańskich zamontowanych na wibracyjnym urządzeniu przesiewającym (Ro-Tap, model RX-29, W.S. Tyler Inc. Mentor, OH). Gęstość sita w mesh wynosiła od 18 do 140, jako odpowiednia dla różnych próbek. Gęstość w stanie luźnego upakowania spiekanych aglomeratów (LPD) mierzono zgodnie ze sposobem postępowania według amerykańskiej normy państwowej dla gęstości nasypowej ziarna ściernego.

Początkową średnią gęstość względną, wyrażoną w procentach, obliczano drogą dzielenia LPD (ρ) przez gęstość teoretyczną aglomeratów (p_o) przyjmując porowatość zerową. Gęstość teoretyczną obliczano zgodnie z wolumetryczną regułą mieszanin z procentów wagowo i ciężaru właściwego materiału wiążącego i ziarna ściernego zawartego w aglomeratach.

Wytrzymałość aglomeratów mierzono drogą próby prasowania. Próby prasowania prowadzono stosując smarowaną matrycę stalową o średnicy jednego cala (2,54 cm) na uniwersalnej maszynie do badań Instron® (model MTS 1125, 20000 funtów (9072 kg)) z 5-gramową próbką aglomeratu. Próbkę aglomeratu wsypywano do matrycy i nieznacznie wyrównywano poziom drogą opukiwania zewnętrznej strony matrycy. Następnie wsuwano górny stempel i opuszczano wodzik aż do zaobserwowania na rejestratorze pewnej siły (położenie początkowe). Ciśnienie przy stałej szybkości wzrostu (2 mm/min) przykładano do próbki aż do maksymalnego ciśnienia 180 MPa. Objętość próbki aglomeratu (LPD próbki po sprasowaniu), obserwowaną jako przemieszczenie wodzika (odkształcenie), zapisywano jako gęstość względną w funkcji logarytmu przyłożonego ciśnienia. Następnie przesiewano pozostały materiał w celu ustalenia procentu pokruszonej frakcji. W celu ustalenia wykresu zależności pomiędzy logarytmem przyłożonego ciśnienia i procentem pokruszonej frakcji mierzono różne ciśnienia. Wyniki są przedstawione w tabeli 1-1 jako logarytm ciśnienia w punkcie, w którym pokruszona frakcja równa się 50% wagowo próbki aglomeratu. Pokruszona frakcja jest stosunkiem ciężaru pokruszonych cząstek przechodzących przez najmniejsze sito do początkowego ciężaru próbki.

Te aglomeraty miały LPD, rozkład wielkości i wytrzymałość na formowanie oraz cechy charakterystyczne związane z zachowaniem wielkości granulek odpowiednie do stosowania w przemysłowej produkcji ściernych tarcz szlifierskich. Wykończone spiekane aglomeraty miały trójwymiarowe kształty zmieniające się wśród kształtu trójkątnego, sferycznego, sześciennego, prostokątnego i innych kształtów geometrycznych. Aglomeraty składały się z szeregu indywidualnych żwirków ściernych (na przykład od 2 do 20 żwirków) związanych ze sobą szklanym materiałem wiążącym w punktach styczności żwirków.

Wielkość granulki aglomeratu zwiększała się ze wzrostem ilości materiału wiążącego w granulce aglomeratu w granicach od 3 do 20% wagowo materiału wiążącego.

Odpowiednią wytrzymałość na prasowanie obserwowano w przypadku wszystkich próbek 1-9, co wskazuje, że szklany materiał wiążący dojrzał i płynął tworząc skuteczne wiązanie pomiędzy ziarnami ściernymi wewnątrz aglomeratu. Aglomeraty wytworzone z 10% wagowo materiału wiążącego miały znacznie wyższą wytrzymałość na prasowanie niż aglomeraty wytworzone z 2 albo 6% wagowo materiału wiążącego.

Niższe wartości LPD były wskaźnikiem wyższego stopnia aglomeracji. LPD aglomeratów zmniejszała się ze wzrastającym % wagowo materiału wiążącego i ze zmniejszającą się wielkością żwirku ściernego. Stosunkowo duże różnice od 2 do 6% wagowo materiału wiążącego, w porównaniu ze stosunkowo małymi różnicami od 6 do 10% wagowo materiału wiążącego, wskazują, że % wagowo materiału wiążącego mniejszy niż 2% wagowo może okazać się nieodpowiedni do tworzenia aglomeratów. Przy wyższych zawartościach procentowych wagowo, powyżej około 6% wagowo, dodatek większej ilości materiału wiążącego może nie być korzystny przy wytwarzaniu znacznie większych albo mocniejszych aglomeratów.

Jak sugerują wyniki wielkości granulek aglomeratów, próbki materiału wiążącego C, które miały najniższą lepkość stopionego szkła w temperaturze aglomeracji, miały wśród trzech materiałów wiążących najniższą LPD. Rodzaj materiału ściernego nie miał znaczącego wpływu na LPD.

PL 207 106 B1

P r z y k ł a d 2

Dodatkowe próbki aglomeratów wytwarzano stosując różne inne rozwiązania przetwarzania i podawane materiały.

Szereg aglomeratów (próbki nr 10-13) wytwarzano w różnych temperaturach spiekania, wynoszących od 1100° do 1250°C, stosując obrotowe urządzenie kalcynacyjne (model #HOU-6D60-RTA-28, wy18

PL 207 106 B1 posażony w rurę mulitową o długości 120 cali (305 cm), średnicy wewnętrznej 5,75 cali (15,6 cm), grubości 3/8 cala (0,95 cm), która ma ogrzewaną długość 60 cali (152 cm) z trzema strefami regulacji temperatury. Urządzenie było produkowane przez Harper International, Buffalo, Nowy Jork). Do odmierzania mieszaniny ziarna ściernego i materiału wiążącego do rury grzejnej obrotowego urządzenia kalcynacyjnego stosowano urządzenie zasilające Brabender z nastawną regulacyjną szybkością zasilania objętościowego. Proces aglomeracji prowadzono w warunkach atmosferycznych, z szybkością obracania rury urządzenia 4 obroty na minutę, kątem nachylenie rury 2,5 stopnia i szybkością podawania 8 kg/godz. Stosowane urządzenie było w zasadzie identyczne z urządzeniem pokazanym na fig. 1. Wybór temperatury i innych zmiennych stosowanych do wytwarzania tych aglomeratów jest przedstawiony w tabeli 2-1.

Wszystkie próbki zawierały w mieszaninie, w stosunku do % wagowo, 89,86% ziarna ściernego (ziarno oparte na tlenku glinowym 38A o wielkości żwirku 60, otrzymane z Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc.), 10,16% mieszaniny spoiw (6,3% wagowo ciekłego spoiwa proteinowego AR30, 1,0% Carbowax® 3350 PEG i 2,86% materiału wiążącego A). Ta mieszanina dawała 4,77% objętościowo materiału wiążącego i 95,23% objętościowo ziarna w granulce spiekanych aglomeratów. Obliczona teoretyczna gęstość granulek aglomeratu (przyjmując brak porowatości) wynosiła 3,852 g/cm³.

Przed wprowadzeniem mieszaniny do urządzenia zasilającego wytwarzano aglomeraty w etapie surowym drogą symulowanego wytłaczania. W celu przygotowania wytłoczonych aglomeratów ciekłe spoiwo proteinowe ogrzewano w celu rozpuszczenia Carbowax® 3350 PEG, a następnie mieszając dodawano powoli materiał wiążący. Ziarna ścierne dodawano do mieszarki z intensywnym ścinaniem (o średnicy 44 cale (112 cm)), a następnie przygotowywaną mieszaninę materiał wiążący-spoiwo dodawano powoli do ziarna w mieszarce. To połączenie mieszano w ciągu 3 minut, a następnie przesiewano je na mokro przez sito skrzynkowe o gęstości 12 mesh (wielkość amerykańskiego sita standardowego) na tace w warstwie o maksymalnej głębokości jednego cala (2,5 cm) tworząc wilgotne, surowe (niewypalone) wytłoczone aglomeraty. Warstwę wysuszonych aglomeratów suszono w piecu w temperaturze 90°C w ciągu 24 godzin. Po wysuszeniu aglomeraty przesiewano ponownie stosując sito skrzynkowe o gęstości od 12 do 16 mesh (wielkość amerykańskiego sita standardowego).

W czasie kalcynacji obrotowej obserwowano, że aglomeraty wytworzone w stanie surowym wydawały się odłamywać po ogrzaniu, a następnie ponownie tworzyć, gdy po bębnowaniu opuszczały one wyjściowy koniec ogrzanej części rury obrotowego kalcynatora. Większy rozmiar poddanych aglomeracji granulek wytworzonych w surowym stanie, względem wielkości poddanych aglomeracji granulek po wypalaniu, była łatwo widoczna po wizualnym zbadaniu próbek.

Po wypaleniu obserwowano, że wielkości cząstek poddanych aglomeracji były wystarczająco jednorodne dla celów przemysłowych, z rozkładem wielkości wynoszącym od 500 do 1200 mikronów. Pomiary rozkładu wielkości są przedstawione niżej w tabeli 2-2. Wydajność, wielkość, wytrzymałość na kruszenie i LPD były akceptowalne dla celów przemysłowych przy wytwarzaniu tarcz ściernych.

PL 207 106 B1 t—I I

CN cc

I-1 ω

X) rt

Η

P ε g u ε · „ 4£ 7	^p/^u	P o	O T-1	o r-1
Średnia wielkość aglomeratów, um	cd co P	CM m CD	CM CO CD	τ—1 Ύ CD
·. P '0 0Ί 'OT + O \ p OT CD OT ΓΊ Ρ Φ OT 1 £ Ti > - 5 o\o	OT \ OT	o CM cd Y	O O r· co	O CM P CO
Ciśnienie przy 50% pokruszonej frakcji, MPa	OT \ OT	rd + cn rd	P -+ P	P +1 00
<*> £ υ % \ S οι ε Q 7 OTl ¹ P	OT OT	o CM P	O CM P	P CM P
Średnia wielkość, μπι	OT \ OT	O P CD	O P r—	P r CD
Wydajność, %, -12 mesh	£ OT \ OT	O P Γ· <Ti	o CM CO σ>	O CD CD σι
OT OT d OT σ p S r> OT OT O φ P ° α ω ε 'ri φ £λ H OT	o O (-1 rd	O P rd ϊ—ί	o o CM rd	o P CM i—i
Nr próbki	O rd	r—1 rd	CM P	CO P

ρ φ

μ

Ρ

W m

P u

•H

P

P ot ϊ*ι

N

OT

OT l—I

TJ o

σ' φ

r<

o

-U o

X) o

OT

M

O

P

OT ot >ι o '—I OT Ρ

OT

Μ

O

Ρ

OT i—1

OT σ» φ

Jq

O

Cn

Φ

OT

O

-Η

OT

P

W

OT

P

OT

Φ

OT

Ή e

o &

P

OT

Λ

OT

Φ 'ΓΊ

OT

N

OT

P

OT

PL 207 106 B1

T a b e l a 2-2

Rozkład wielkości cząstek wypalonych aglomeratów

Sito#, ASTM-E	Sito #, ISO 565, μιτι	% wagowo na sicie
Nr próbki		10	11	12	13
-35	-500	41,05	17,49	11,57	14,31
35	500	22,69	17,86	14,56	17,69
30	600	18,30	24,34	21,27	26,01
25	725	12,57	21,53	24,89	23,06
20	850	3,43	13,25	16,17	12,43
18	1000	1,80	4,58	10,09	5,97
16	1180	0,16	0,95	1,44	0,54

P r z y k ł a d 3

Aglomeraty (próbki nr 14-23) przygotowywano w sposób opisany w przykładzie 2 z tym wyjątkiem, że utrzymywano stałą temperaturę na poziomie 1000°C i stosowano obrotowe urządzenie kalcynacyjne, model %KOU-8D48-RTA-20, wyposażone w rurę z topionego kwarcu o długości 108 cali (274 cm), średnicy wewnętrznej 8 cali (20 cm), która ma długość ogrzewania 48 cali (122 cm) z trzema strefami regulacji temperatury. Urządzenie było produkowane przez Harper International, Buffalo, Nowy Jork. Badano różne sposoby przygotowania wstępnie wypalonej mieszaniny ziarna i materiału wiążącego, a proces aglomeracji prowadzono w warunkach atmosferycznych z szybkością obracania się rury urządzenia od 3 do 4 obrotów na minutę, kątem nachylenia rury 2,5 stopnia i szybkością zasilania od 8 do 10 kg/godz. Stosowane urządzenie było w zasadzie identyczne z urządzeniem przedstawionym na fig. 1.

Wszystkie próbki zawierały 30 funtów (13,6 kg) ziarna ściernego (to samo ziarno, które stosowano w przykładzie 2 z tym wyjątkiem, że próbka 16 zawierała 25 funtów (11,3 kg) ziarna opartego na zolowo-żelowym tlenku glinowym Norton SG® o wielkości żwirku 70, otrzymanego z Saint-Gobain Ceramics and Plastics, Inc.) i 0,9 funta (0,41 kg) materiału wiążącego A (co daje ,89% objętościowo materiału wiążącego w spiekanym aglomeracie). Przed dodaniem do ziarna materiał wiążący dyspergowano w różnych układach spoiw. W przypadku niektórych próbek stosowano układ spoiw z przykładu 2 (spoiwo 2), natomiast inne próbki wytwarzano stosując ciekłe spoiwo proteinowe AR30 (spoiwo 3) w ilościach procentowych wagowo podanych niżej w tabeli 3. Próbkę 20 stosowano do wytwarzania aglomeratów w surowej, niewypalonej postaci sposobem symulowanego wytłaczania z przykładu 2.

Badane zmienne i wyniki prób są zebrane niżej w tabeli 3.

T a b e l a 3

Obróbki spoiw z stanie surowym

Nr próbki	Obróbka mieszaniny	Spoiwo, % wagowo (jako % ciężaru ziarna)	Wydajność, %, sito -12 mesh	LPD, g/cm³
14	Spoiwo 3	2,0	100	1,45
15	Spoiwo 3	1,0	100	1,48
16	Spoiwo 3, ziarno SG	4,0	92	1,38
17	Spoiwo 3	4,0	98	1,44
18	Spoiwo 2	6,3	90	1,35
19	Spoiwo 3	8,0	93	1,30
20	Spoiwo 2, symulowane wytłaczanie	6,3	100	1,37
21	Spoiwo 3	3,0	100	1,40
22	Spoiwo 3	6,0	94	1,44
23	Spoiwo 2	4,0	97	1,54

Te wyniki potwierdzają że aglomeracja w stanie surowym, nie jest konieczna dla uzyskania akceptowalnej jakości i wydajności spiekanych, poddanych aglomeracji granulek (porównaj próbki 18 i 20).

Ponieważ % wagowo spoiwa 3 stosowanego w początkowej mieszaninie wzrastał od 1 do 8%, to LPD

PL 207 106 B1 wykazywała skłonność do umiarkowanego spadku, co wskazuje, że stosowanie spoiwa ma korzystny, lecz nieistotny wpływ na proces aglomeracji. Stąd, raczej nieoczekiwanie, nie wydawało się konieczne wstępne tworzenie pożądanego kształtu albo wielkości granulek aglomeratu przed spiekaniem ich w obrotowym kalcynatorze. Tę samą LPD osiągano tylko drogą doprowadzania wilgotnej mieszaniny składników aglomeratu do obrotowego kalcynatora i bębnowania mieszaniny, gdy przechodzi ona przez ogrzaną część urządzenia.

P r z y k ł a d 4

Aglomeraty (próbki nr 24-29) przygotowywano w sposób opisany w przykładzie 2 z tym wyjątkiem, że temperaturę utrzymywano na stałym poziomie 1200°C, i badano różne sposoby przygotowywania wstępnie wypalonej mieszaniny ziarna i materiału wiążącego. Wszystkie próbki (z wyjątkiem próbek 28-29) zawierały mieszaninę 300 funtów (136,4 kg) ziarna ściernego (to samo ziarno jak w przykł adzie 2: tlenek glinowy 38A o wielkoś ci ż wirku 60) i 9,0 funtów (4,1 kg) materiał u wiążącego A (co daje 4,89% objętościowo materiału wiążącego w spiekanym aglomeracie).

Próbka 28 (ten sam skład jak w przykładzie 2) zawierała 44,9 funta (20,4 kg) ziarna i 1,43 funta (0,6 kg) materiału wiążącego A. Materiał wiążący łączono z ciekłą mieszaniną spoiw (37,8% wagowo (3,1 funta) spoiwa

AR30 w wodzie) i 4,98 funta tego połączenia dodawano do ziarna. Lepkość ciekłego połączenia wynosiła 784 CP w temperaturze 22°C (wiskozymetr LVF Brookfielda).

Próbka 29 (ten sam skład jak w przykładzie 2) zawierała 28,6 funta (13 kg) ziarna i 0,92 funta (0,4 kg) materiału wiążącego A (co daje 4,89% objętościowo materiału wiążącego w spiekanym aglomeracie). Materiał wiążący łączono z ciekłą mieszaniną spoiw (54,7% wagowo (0,48 funta) żywicy Duramax® B1052 i 30,1% wagowo (1,456 funta) żywicy Duramax B1051 w wodzie) i to połączenie dodawano do ziarna ściernego. Żywice Duramax otrzymywano z Rohm and Haas, Filadelfia, PA.

Proces aglomeracji prowadzono w warunkach atmosferycznych z szybkością obracania się rury urządzenia 4 obroty na minutę, kątem nachylenia rury 2,5 stopnia i szybkością zasilania od 8 do 12 kg/godz. Stosowane urządzenie było w zasadzie identyczne z urządzeniem przedstawionym na fig. 1.

Próbkę 28 poddawano przed kalcynacją wstępnej aglomeracji w urządzeniu fluidyzacyjnym produkowanym przez Niro, Inc., Columbia, Maryland (model MP-2/3 Multi-Processor™, wyposażony w stoż ek o wielkości MP-1 (o średnicy 3 stopy (0,9 metra) na jego największej szerokoś ci). Następujące parametry procesu wybierano w przypadku pracy próbek w procesie fluidyzacyjnym:

temperatura powietrza wlotowego 64-70°C, strumień powietrza wlotowego 100-300 metrów sześciennych/godz., szybkość przepływu cieczy granulacyjnej 440 g/min, głębokość złoża (początkowy ładunek 3-4 kg) około 10 cm, ciśnienie powietrza 1 bar dwie zewnętrzne dysze do mieszania cieczy, o otworze 800 mikronów.

Ziarno ścierne ładowano na dno urządzenia i powietrze kierowano przez fluidyzacyjny dyfuzor płytowy do góry w kierunku ziarna. Jednocześnie ciekłą mieszaninę materiału wiążącego i spoiwa pompowano do zewnętrznej dyszy mieszającej, a następnie rozpylano z dysz przez dyfuzor płytowy do ziarna, powlekając w ten sposób poszczególne żwirki ścierne. W czasie suszenia materiału wiążącego i mieszaniny spoiw formowano aglomeraty w stanie surowym.

Próbkę 29 poddawano przed kalcynacją wstępnej aglomeracji w niskociśnieniowym procesie wytłaczania stosując granulator Benchtop Granulator™ wykonany przez LCI Corporation, Charlotte, Płn. Karolina (wyposażony w perforowany kosz, który ma otworki o średnicy 0,5 mm). Mieszaninę ziarna, materiału wiążącego i spoiwa doprowadzano ręcznie do perforowanego kosza (sita wytłaczarki), przeciskano przez sito drogą obracania łopatek i odbierano w odbieralniku sita. Przetłoczone wstępne aglomeraty suszono w piecu w temperaturze 90°C w ciągu 24 godzin i wykorzystywano jako materiał podawany do obrotowego procesu kalcynacji.

Badane parametry i wyniki prób są zebrane niżej i w tabelach 4-1 i 4-2. Te próby potwierdzają, że wyniki przedstawione w przykładzie 3 obserwuje się także w wyższej temperaturze wypalania (1200° względem 1000°C). Te próby ilustrują także, że niskociśnieniowe wytłaczanie i fluidyzacyjną wstępną aglomerację można stosować do wytwarzania poddanych aglomeracji granulek, przy czym jednak do wytwarzania aglomeratów nie jest konieczny etap aglomeracji przed kalcynacją obrotową.

PL 207 106 B1

T a b e l a 4-1

Cechy charakterystyczne aglomeratów

Nr próbki	Obróbka mieszaniny	Spoiwo, % wagowo, w stosunku do ziarna w % wagowo	Wydajność, %, sito -12 mesh	Średnia wielkość, μm	LPD, g/cm³
24	Spoiwo 3	1,0	71,25	576	1,30
25	Spoiwo 3	4,0	95,01	575	1,30
26	Spoiwo 3	8,0	82,63	568	1,32
27	Spoiwo 2	7,2	95,51	595	1,35
28	Spoiwo 3	7,2	90,39	n/a	n/a
29	Żywica Duramax	7,2	76,17	600	1,27

T a b e l a 4-2

Rozkład wielkości cząstek aglomeratów

Sito#, ASTM-E	Sito#, ISO565 μιτι	% wagowo na sicie
Nr próbki		24	25	26	27	28	29
-40	-425	17,16	11,80	11,50	11,50	n/a	11,10
40	425	11,90	13,50	14,00	12,50	n/a	12,20
35	500	17,30	20,70	22,70	19,60	n/a	18,90
30	600	20,10	25,20	26,30	23,80	n/a	23,70
25	725	17,60	19,00	17,20	18,40	n/a	19,20
20	850	10,80	8,10	6,40	9,30	n/a	10,30
18	1000	3,90	1,70	1,60	3,20	n/a	3,60
16	1180	0,80	0,10	0,30	1,60	n/a	1,10

P r z y k ł a d 5

Dodatkowe aglomeraty (próbki nr 30-37) przygotowywano w sposób opisany w przykładzie 3 z tym wyjątkiem, że spiekanie prowadzono w temperaturze 1180°C, badano różne rodzaje ziaren ściernych i 30 funtów (13,6 kg) ziarna ściernego mieszano z 1,91 funta (0,9 kg) materiału wiążącego A (co daje 8,94% objętościowo materiału wiążącego w granulkach spiekanego aglomeratu). Spoiwo 3 przykładu 3 porównywano z wodą jako spoiwem przy aglomeracji w stanie surowym. W próbkach 30-34 jako spoiwo stosowano 0,9 funta (0,4 kg) wody. W próbkach 35-37 stosowano 0,72 funta (0,3 kg) spoiwa 3. Badane parametry zebrano niżej w tabeli 5.

Proces aglomeracji prowadzono w warunkach atmosferycznych, z szybkością obracania się rury urządzenia 8,5-9,5 obrotu na minutę, kątem nachylenia rury 2,5 stopnia i szybkością zasilania 5-8 kg/godz. Stosowane urządzenie było w zasadzie identyczne z urządzeniem przedstawionym na fig. 1.

Po aglomeracji próbki poddanego aglomeracji ziarna ściernego przesiewano i badano na gęstość w stanie luźnego upakowania (LPD), rozkład wielkości i wytrzymałość aglomeratu, a wyniki przedstawiono w tabeli 5.

PL 207 106 B1

T a b e l a 5

Nr próbki	Ziarno ścierne	Spoiwo	Spoiwo, % wagowo w stosunku do % wagowo ziarna	Średnia wielkość, μίΤΙ	LPD, g/cm³	Ciśnienie przy 50% pokruszonej frakcji, MPa
30	Żwirek 60, tlenek glinowy 57A	Woda	3,0	479	1,39	1,2±0,1
31	Żwirek 60, tlenek glinowy 55A	Woda	3,0	574	1,27	2,3±0,1
32	Żwirek 80, tlenek glinowy SG	Woda	3,0	344	1, 18	0,4±0,1
33	Żwirek 70, zolowo-żelowy tlenek glinowy Targa®	Woda	3,0	852	1,54	17 ±1,0
34	70/30 % wagowo tlenku glinowego żwirek 60 38A/żwirek Norton SG,	Woda	3,0	464	1,31	1,1±0,1
35	Tlenek glinowy żwirek 60 38A	Spoiwo 3	2,4	n/a	n/a	n/a
36	Tlenek glinowy żwirek 60 Norton SG®	Spoiwo 3	2,4	n/a	n/a	n/a
37	60/25/15 % wagowo żwirek 60 38A/żwirek 120 Norton SG/żwirek 320 57A	Spoiwo 3	2,4	n/a	n/a	n/a

Te wyniki wskazują ponownie na przydatność wody jako czasowego spoiwa dla aglomeratów w obrotowym procesie kalcynacji. Ponadto mieszaniny różnych rodzajów ziarna, wielkości ziarna albo jednego i drugiego można powlekać w temperaturze 1180°C w kalcynatorze obrotowym. Znaczny wzrost wytrzymałości na kruszenie obserwowano wtedy, gdy w aglomeratach (próbka 33) stosowano wydłużone ziarno ścierne o wysokim współczynniku kształtu (to jest > 4:1).

P r z y k ł a d 6

Inny szereg aglomeratów (próbki nr 38-45) przygotowywano w sposób opisany w przykładzie 3 z tym wyjątkiem, że stosowano różne temperatury spiekania i badano różne rodzaje mieszanek żwirku ziarna ściernego o różnej wielkości i różnych materiałów wiążących. W niektórych mieszaninach podawanego materiału jako organiczny poro-twórczy materiał wypełniający stosowano skorupy orzechów włoskich (skorupy orzechów włoskich otrzymywano z Composition Materials Co., Inc., Fairfield, Connecticut, o wielkości 40/40 według sita amerykańskiego). Badane parametry zebrano niżej w tabeli 6. Wszystkie próbki zawierały mieszaninę 30 funtów (13,6 kg) ziarna ściernego i 2,5% wagowo spoiwa 3 w stosunku do ciężaru ziarna, z różnymi ilościami materiałów wiążących, jak podano w tabeli 6.

Proces aglomeracji prowadzono w warunkach atmosferycznych z szybkością obracania się rury urządzenia 8,5-9,5 obrotu na minutę, kątem nachylenia rury 2,5 stopnia i szybkością zasilania 5-8 kg/godz. Stosowane urządzenie było w zasadzie identyczne z urządzeniem przedstawionym na fig. 1.

Po aglomeracji próbki poddanego aglomeracji ziarna ściernego przesiewano i badano na gęstość w stanie luźnego upakowania (LPD), średnią wielkość i wytrzymałość aglomeratu na kruszenie (patrz tabela 6). Właściwości wszystkich aglomeratów były akceptowalne do stosowania przy wytwarzaniu ściernych tarcz szlifierskich. Te dane wydają się wskazywać, że stosowanie organicznych środków porotwórczych, to jest skorup orzechów włoskich, nie miało znaczącego wpływu na charakterystyczne cechy aglomeratów.

PL 207 106 B1

T a b e l a 6

Nr próbki	Ziarno ścierne, %wagowo mieszaniny, wielkość żwirku, rodzaj ziarna	Materia wiążący	Wypalony materiał wiążący^a, % objętościowo	Wypalony środek porotwórczy, % obję toś ciowo	LPD, g/cm³	Ciśnienie przy 50% pokruszonej frakcji, MPa
38	90/10 % wagowo, tlenek glinowy 38A żwirek 60/zolowożelowy tlenek glinowy Targa® żwirek 70	F	5,18	0	1,14	11,5±0,5
39		C	7,88	2	1,00	10,5±0,5
40	90/10 % wagowo, tlenek glinowy 38A żwirek 80/zolowożelowy tlenek glinowy Targa® żwirek 70	F	5,18	2	1,02	10,5±0,5
41		C	7,88	0	0,92	n/a
42	50/50 % wagowo, tlenek glinowy 38A żwirek 60/tlenek glinowy 32A żwirek 60	F	5,18	2	1,16	11,5±0,5
43		C	7,88	0	1,06	n/a
44	50/50 % objętościowo, tlenek glinowy 38A żwirek 80/tlenek glinowy 32A żwirek 60	F	5,18	0	1,08	8,5±0,5
45		C	7,88	2	1,07	11,5±0,5

a. % objętościowo odnosi się całej zawartości substancji stałych (ziarna, materiału wiążącego i środka porotwórczego) i nie obejmuje porowatości aglomeratu.

P r z y k ł a d 7

Próbki odpowiednio aglomeratu 10-13 i 24-27, przygotowane według przykładu 2 i 4, stosowano do wytwarzania tarcz szlifierskich (wielkość po wykończeniu: 20 x 1 x 8 cali) (50,8 x 2,54 x 20,3 cm). Te tarcze badano w operacji szlifowania z postępującym zasilaniem w porównaniu z tarczami porównawczymi wytworzonymi bez aglomeratów, lecz zawierającymi porotwórczy materiał wypełniający.

Przy wytwarzaniu tarcz ściernych aglomeraty dodawano do mieszarki razem z ciekłym spoiwem i sproszkowaną kompozycją spoiw ceramicznych, odpowiadającą materiałowi wiążącemu C z tabeli 1-2. Następnie tarcze formowano, suszono, wypalano do maksymalnej temperatury 900°C, sortowano, wykończano, ważono i kontrolowano zgodnie ze znanymi w tej dziedzinie przemysłowymi technikami wytwarzania tarcz szlifierskich.

Skład tarcz (obejmujący % objętościowo ziarna, spoiwa i porowatości w wypalonych tarczach), gęstość i właściwości wytrzymałościowe tarcz są podane w tabeli 7-1. Tarcze komponowano do modułu sprężystości odpowiadającego standardowemu stopniowi twardości tarczy od stopnia D do E w skali stopni twardości Norton Company. We wstępnych próbach ustalono, że tarcze skomponowane z poddanego aglomeracji ziarna ze strukturą w % objętościowo (to jest % objętościowo ziarna, spoiwa i porów, ogółem do 100%) identyczną ze strukturą tarczy porównawczej wytworzonej bez poddanego aglomeracji ziarna miały w rzeczywistości znacznie niższą gęstość, niższy moduł sprężystości i były miększe niż tarcza porównawcza. Zatem gęstość i moduł sprężystości, bardziej niż obliczone % objętościowo struktury, wybierano jako krytyczne wskaźniki twardości tarcz wytworzonych z poddanym aglomeracji ziarnem i badano w tych badaniach szlifowania.

PL 207 106 B1

T a b e l a 7-1

Cechy charakterystyczne tarcz ściernych

Tarcza (próbki aglomeratu przykład 2,5)	Skład tarczy, % objętościowo	Względna przepuszczalność powietrza^b	Gęstość po wypaleniu, g/ cm³	Moduł sprężystości, d/cm²x10¹⁰
Aglomerat³	Spoiwo^d	Porowatość
(10)	37,50	5,70	56,80	81,8	1,62	10,7
(11)	37,50	5,70	56,80	84,1	1,61	10,6
(12)	37,50	5,70	56,80	87,8	1,60	11,1
(12)	37,50	5,70	54,10	89,5	1,60	10,2
(13)	37,50	5,70	54,10	79,2	1,61	11,4
(27)	37,50	8,40	54,10	90,3	1,66	13,9
(26)	37,50	8,40	54,10	90,6	1,65	14,8
(26)	37,50	8,40	54,10	80,1	1,65	15,4
(25)	37,50	8,40	54,10	n/a	1,66	15,6
(24)	37,50	8,40	54,10	n/a	1,69	17,6
Próbki porównawcze^c ziarno niepoddane aglomeracji	Ziarno, % objętościowo	Spoiwo, % objętościowo	Porowatość % objętościowo
38A60-D25VCF2	37,50^a	4,70	57,80	75,8	1,60	9,20
38A60-D25VCF2	37,50^a	4,70	57,80	75,8	1,59	9,60
38A60-E25VCF2	37,50^a	5,70	56,80	59,6	1,67	19,80
38A60-D28VCF2	36,00^a	4,70	59,30	n/a	1,64	15,50

a) Przy 37,50% objętościowo ziarna ściernego tarcze porównawcze zawierały większy % objętościowo ziarna ściernego (to jest o 1-3% objętościowo więcej) niż tarcze doświadczalne wytworzone z 37,50% objętościowo poddanego aglomeracji ziarna, materiału wiążącego i porowatości wewnątrz aglomeratów.

b) Przepuszczalność płynu (powietrza) mierzono metodami badań znanymi z amerykańskich opisów patentowych nr US 5737696 i 5738697, przeniesionych na Norton Company. Względne wartości przepuszczalności powietrza wyraża się w jednostkach cm³/sekunda/cale wody.

c) Próbki tarcz porównawczych były produktami przemysłowymi otrzymanymi z Saint-Gobain Abrasives, Inc., Worcester, MA, i wprowadzonymi do handlu pod oznaczeniami tarcz wskazanymi w tabeli 7-1.

d) Wartości % objętościowo spoiwa w tarczach doświadczalnych nie obejmują % objętościowo szklanego materiału wiążącego stosowanego na ziarnach przy wytwarzaniu aglomeratów. % objętościowo spoiwa oznacza tylko materiały dodane przy wytwarzaniu tarcz szlifierskich.

Tarcze badano w operacji szlifowania z postępującym zasilaniem w porównaniu z porównawczymi tarczami przemysłowymi zalecanymi do stosowania w operacjach szlifowania z postępującym zasilaniem (tarcze porównawcze są przedstawione w tabelach 7-1 i 7-2). Tarcze porównawcze miały te same rozmiary, porównywalne stopnie twardości i były skądinąd odpowiednimi tarczami porównawczymi dla tarcz doświadczalnych w badaniach szlifowania z postępującym zasilaniem, lecz były wytwarzane bez aglomeratów.

Warunki szlifowania:

Maszyna: Hauni-Blohm Profimat 410,

Tryb: szlifowanie rowków z postępującym podawaniem.

Głębokość cięcia: 0,125 cala (0,318 cm).

Szybkość tarczy: 5500 stóp powierzchniowych na minutę (28 m/sek),

Szybkość stolika: zmiany przyrostów 2,5 cal/min (6,4 cm/min) od 5-17,5 cala/min (12,7-44,4 cm/min) albo do zaobserwowanego defektu (przypalenie obrabianego elementu albo defekt maszyny albo tarczy),

Chłodziwo: Master Chemical Trim E210 200 przy 10% stężeniu z odmineralizowaną wodą studzienną, 95 galonów/min (360 l/min),

Materiał obrabianego elementu: stal AISI 4340, twardość 48-50 Rc,

Tryb wyrównywania powierzchni: diament obrotowy, nieciągły.

Kompensacja wyrównywania powierzchni: 40 mikrocali/obrót (1 mikrometr/obrót).

Całkowita promieniowa kompensacja wyrównywania powierzchni: 0,02 cal/obrót (0,5 mm/obrót).

Stosunek szybkości: +0,8.

W tych przebiegach szlifowania szybkość stolika zwiększano aż do zaobserwowania defektu. Defekt odnotowywano jako przypalenie obrabianego elementu albo nadmierne zużycie ścierne, jak

PL 207 106 B1 wskazano na podstawie danych mocy, pomiarów zużycia ściernego tarczy (WWR), pomiarów wykończenia powierzchni i wizualnej kontroli szlifowanej powierzchni. Notowano szybkość usuwania materiału (maksymalna MRR), przy której występował defekt.

Jak przedstawiono w tabeli 7-2, te próby szlifowania wykazały, że tarcze doświadczalne zawierające aglomeraty były konsekwentnie zdolne do osiągnięcia wyższych maksymalnych szybkości usuwania materiału niż tarcze porównawcze. Tarcze doświadczalne wykazywały także akceptowalne wartości innych, mniej krytycznych parametrów szlifowania, obserwowanych w operacjach z postępującym zasilaniem (to jest przy WWR, moc i wykończenie powierzchni przy maksymalnej MRR)

PL 207 106 B1

P r z y k ł a d 8

Próbkę poddanego aglomeracji ziarna ściernego (60) przygotowano w obrotowym urządzeniu kalcynacyjnym z rurą z węgliku krzemu, opisanym w przykładzie 1 i przedstawionym na fig. 1. Proces aglomeracji prowadzono w warunkach atmosferycznych, w temperaturze 1350°C, z szybkością obracania rury urządzenia 9 obrotów na minutę, kątem nachylenia rury 3 stopnie i szybkością zasilania 6-10 kg/godz.

Próbkę aglomeratu wytwarzano z mieszaniny ziarna ściernego opartego na tlenku glinowym 38A, o wielkoś ci ż wirku 60 (to samo ziarno, które stosowano w przykł adach 1 i 6), 5,0% wagowo materiału wiążącego F (w stosunku do ciężaru ziarna ściernego) i 2,5% wagowo spoiwa 3 w wodzie (mieszanina 50/50% wagowo w stosunku do ciężaru ziarna ściernego).

Po aglomeracji w obrotowym urządzeniu kalcynacyjnym poddane aglomeracji ziarno ścierne przesiewano i badano na gęstość w stanie luźnego upakowania (LPD) i inne atrybuty opisanymi wyżej sposobami. Wydajność użytecznych, swobodnie płynących aglomeratów (określonych jako wielkość od -12 mesh do odbieralnika sita) wynosiła 72,6% podawanego materiału przed spiekaniem. LPD aglomeratu wynosiła 1,11 g/cm³, natomiast gęstość względna wynosiła 28,9%. Te spiekane aglomeraty stosowano do wytwarzania tarcz szlifierskich o wielkości końcowej 16,25 x 0,75 x 5,00 cali (41,3 x 2,4 x 12,8 cm).

Przy wytwarzaniu tarcz ściernych aglomeraty dodawano do mieszarki razem ze sproszkowaną kompozycją spoiwa ceramicznego (odpowiadającą materiałowi wiążącemu C z tabeli 1-2) i ciekłym spoiwem 3 do wytwarzania mieszaniny. Następnie z tej mieszaniny tarcze formowano, suszono, wypalano do maksymalnej temperatury 900°C, sortowano, wykończano, ważono i kontrolowano zgodnie ze znanymi w tej dziedzinie technikami wytwarzania przemysłowych tarcz szlifierskich. Tarcze wytwarzano w taki sposób, aby odpowiadały one pod względem wartości modułu sprężystości porównywalnym tarczom, które mają stopień twardości tarczy standardowej w zakresie stopnia twardości E w skali Norton Company.

Cechy charakterystyczne wypalonych tarcz ściernych i porównawczej tarczy przemysłowej, otrzymane z Saint-Gobain Abrasives, Inc., Worcester, MA, są przedstawione niżej w tabeli 8-1.

T a b e l a 8-1 Tarcze ścierne

Próbka tarczy ściernej	Skład tarczy	Przepuszczalność powietrza^b	Gęstość po wypaleniu, g/cm³	Moduł sprężystości, d/cm²x10¹⁰
Aglomerat % obj.	Spoiwo % obj.	Porowatość % obj.
Doświadczalna 8-4	37,50	9, 88	52, 62	90,4	1,66	17,5
8-11	37,5	9,88	52,62	87,4	1,66	17,5
8-17	37,5	9, 88	52,62	88,3	1,66	17,5
Porównawcza	Ziarno, % obj.	Spoiwo % obj.	Porowatość % obj.
38A605-D28VCF2	37,50	5,73	56,77	43,5	1, 65	17,3

a) Przy 37,50% objętościowo składnika ziarna ściernego porównawcze próbki tarcz zawierały ziarno ścierne o większym udziale procentowym objętościowo (to jest około 1-3% objętościowo więcej) niż tarcze doświadczalne według wynalazku zawierające mieszaninę 37,50% objętościowo poddanego aglomeracji ziarna, materiału wiążącego i porowatości wewnątrz aglomeratów.

b) Przepuszczalność płynu (powietrza) mierzono metodami badawczymi znanymi z amerykańskich opisów patentowych nr US 5738696 i 5738697, przeniesionych na Norton Company. Względne wartości przepuszczalności powietrza wyraża się w jednostkach cm³/sekunda/cale wody.

c) Wartości % objętościowo spoiwa nie obejmują % objętościowo materiału wiążącego stosowanego na ziarnie przy wytwarzaniu aglomeratów. % objętościowo spoiwa przedstawia tylko materiały dodane przy wytwarzaniu tarcz szlifierskich.

Ścierne tarcze szlifierskie przedstawione w tabeli 8-1 badano w próbie szlifowania z postępującym zasilaniem.

Parametry próby szlifowania z postępującym zasilaniem nastawiano uzyskując następujące warunki szlifowania.

Warunki szlifowania:

Maszyna: Hauni-Blohm Profimat 410,

Tryb: szlifowanie rowków z postępującym podawaniem.

PL 207 106 B1

Głębokość cięcia: 0,125 cala (0,318 cm).

Szybkość tarczy: 5500 stóp powierzchniowych na minutę (28 m/sek),

Szybkość stolika: zmienne wzrosty 2,5 cala/min (6,4 cm/min) od 5-15 cali/min (12,7-38,1 cm/min) albo do zaobserwowania defektu (przypalenie obrabianego elementu albo defekt maszyny lub tarczy),

Chłodziwo: Master Chemical Trim E210 200 przy 10% stężeniu z odmineralizowaną wodą studzienną, 95 galony/min (360 l/min),

Materiał obrabianego elementu: stal AISI 4340, twardość Rc 48-50,

Tryb wyrównywania powierzchni: diament obrotowy, nieciągły.

Kompensacja wyrównywania powierzchni: 40 mikrocali/obrót (1 mikrometr/obrót),

Całkowita promieniowa kompensacja wyrównywania powierzchni: 0,02 cala.

Stosunek szybkości: +0,8.

W tych przebiegach szlifowania szybkość stolika zwiększano aż do zaobserwowania defektu. Defekt odnotowywano jako przypalenie obrabianego elementu albo nadmierne zużycie ścierne tarczy, jak wynika z danych mocy, pomiarów zużycia ściernego tarczy (WWR) i wizualnej kontroli szlifowanej powierzchni. Odnotowywano szybkość usuwania materiału (MRR) (to jest maksymalną MRR przed defektem) przy której wystąpił defekt. Wykonywano także pomiary wykończenia powierzchni.

Jak przedstawiono niżej w tabeli 8-2, te próby szlifowania wykazały, że tarcze doświadczalne zawierające aglomeraty były konsekwentnie zdolne do osiągania wyższych szybkości usuwania materiału przed przypaleniem obrabianego elementu. Maksymalna MRR dla tarczy porównawczej występowała przy szybkości stolika tylko 12,5 cala/min (5,29 mm/sek), natomiast maksymalna MRR dla tarczy doświadczalnej występowała przy szybkości stolika 15 cali/min (6,35 mm/sek).

Tarcze doświadczalne wykazywały także porównywalne i przemysłowo akceptowalne wartości innych parametrów szlifowania obserwowanych przy najwyższej MRR osiąganej przez tarcze porównawcze w tej operacji z postępującym zasilaniem (to jest moc i wykończenie powierzchni przy szybkości stolika 5,29 mm/sek).

T a b e l a 8-2 Wyniki prób szlifowania

Próbka tarczy	Szybkość stolika, mm/s	MRR, Mm³/s, mm	Moc, W/mm	Średnia szorstkość, μιτι	Obserwacje jakości obrabianego elementu
1	2	3	4	5	6
Doświadczalna
8-4	3,18	10,00	403,1	0,80
	3,18	10,00	411,0	0,80
	4,23	13,44	516,7	0,89
	4,23	13,44	516,7	1,04
	5,29	16,77	614,5	0,93
	5,29	16,77	638,0	0,99
maksymalna	6,35	19,89	712,5	0,88	Nieznaczne przypalenie na wyjściu
8-11	3,18	10,00	403,1	0,90
	3,18	10,11	395,5	0,86
	4,23	14,30	516,7	1,00
	4,23	14,09	508,8	0,93
	5,29	16,77	634,1	0,86
	5,29	16,67	634,1	0,91
maksymalna	6,35	19,89	724,3	0,97	Nieznaczne przypalenie na wyjściu
8-17	3,18	10,00	411,0	0,99

PL 207 106 B1 cd. tabeli 8-2

1	2	3	4	5	6
	3,18	10,11	407,2	0,85
	4,23	13,33	528,4	0,94
	4,23	13,33	520,5	0,97
	5,29	16,67	630,3	0,89
	5,29	16,56	638,0	0,97
maksymalna	6,35	20,00	716,3	0,99	nieznaczne przypalenie na wyjściu
porównawcza	2,12	6,77	273,9	0,77
	3,18	9,89	391,3	0,79
	3,18	10,00	395,5	0,95
	3,18	10,00	399,3	0,93
	4,23	13,33	508,8	0,88
	4,23	13,44	516,7	0,79
	5,29	16,67	598,9	0,91	poważne przypalenie na wyjściu
	5,29	16,77	618,6	0,83
maksymalna	5,29	16,77	614,5	0,89

P r z y k ł a d 9

Tarcze ścierne wytworzone z próbką aglomeratu 35 z przykładu 5 badano w procesie szlifowania z postępującym podawaniem suchej powierzchni, typowym dla procesów stosowanych w warsztatowych operacjach szlifowania. Porównawczą przemysłową tarczę ścierną porównywano w tej próbie z tarczami według wynalazku.

Tarcze ścierne zawierające aglomeraty wytwarzano sposobem z przykładu 8 i wypalano w maksymalnej temperaturze 900°C, przy czym jednak wielkość tarcz wynosiła 7 x 0,5 x 1,25 cala (17,8 x 1,3 x 3,2 cm).

Wypalone tarcze zawierały 40% aglomeratów, 11-12% spoiwa ceramicznego i 47,9-49% porowatości w stosunku do % objętościowo. Warunki wypalania tarcz według wynalazku i właściwości wypalonych tarcz ściernych i tarcz porównawczych są przedstawione w tabeli 9-1.

PL 207 106 B1 φ

c

Μ

Φ •Η ϋ

'C0

Φ

Ν υ

Μ ω

Η

π3

I-1 φ

Χ3

Moduł sprężystości, GPa		CM Γ- CM	co o m	Γ- CM CM		co CM
m £ Φ ο Οι σ> S α ο -μ Ρ β φ φ φ Ή Ο φ Οι >1 5		LTi CO tH	1-1 τ—1	O 00 T—1		<37 Γ' l—1
Przepuszczalność powietrza¹⁵		O i—1	i—’i τ—1 CO	τ—1 co lO		Γ- ΙΟ co
Skład tarczy	Porowatość, , % objętościowo	07 co śT	07 o *7	07 co	Porowatość, % objętościowo	ιο r—1 LO
o 2 o %. Ά u ° 0 'φ S o •H 4_) O Φ Oi to W p O o\o	r—1 l—1 [—i	r—1 OJ rH	rH x—(	Spoiwo, % objętościowo	LO CO
Aglomerat, % objętościowo	o o Ό*	o o	o o	Ziarno, % objętościowo	O o Ί¹
Tarcza (stopień twardości H)	Doświadczalna, aglomerat z Przykładu 5, nr próbki	1 35-1 \|	CM 1 LD CO	\| 35-3	ItJ Φ N Φ o N Ś Φ Φ p β Φ 5 EM '0 μ o Ol	1 o ^w s g

Φ* 2 rtf 2 Ρ -Η ΟΝΟ 4J tO '« β Η Ο Φ Φ Ρ u β (ΰ ο >ι S Μ 5 Ο α μ c Φ μ -Ρ (Τ' cy □

Ό -Η ο ο β στ «—f ·Ν Φ rtf Ν ·π £ ⁵Ό β CΉ b ο

'Φ Η Ο Φ Ό -Η

0) +J

-Η

Ρ ·Ν φ Ό Ή ·Ρ μ β c α. ν φ φ*

Φ γΜ Ν I 5 ϋ 07 Υ

CP ·Ν Φ -η β β φ μ θ 'Φ -ρ τί (7

Οι Φ β >·, φ 5 φ <Χ ο φ (τ> β φ φ υ Ό <tf ο -Ν Ό β -Η Ρ Μ Φ φ -Η _ρ Μ Φ φ e (7

Φ Φ ρΗ -Ρ Ρ 5 Ν Φ Φ Ρ

Φ η Ό φ Ρ 'φ

Ο Φ -Ρ 5 Φ· -Η ’Γ7 Ο XI Οι Ο Φ

Φ' ο

T? ’^Ηβ φ

2Χ >1 e 'ώ (7 φ

Φ β έ Φ φ .ρ ΡΡ φ , £ ο -γ~ β 19 μ 5

Φ Ό Ή Ο φ Ρΐ φ 5 Φ Ο μ -η φ φ -Η 'Φ

Ο 'Φ -η -Φ 'Φ Η Φ ο ο X? 'Φ 2_) 5

Ο μ 'Ο -Ρ φ ο\ο Ρ Φ s ο Φ

φ)

Οι

X) φ ο

Οι

Ρ Ν Ο Φ 'φ -Η d ο g ο C X Ο β Φ ™

Ο Ρ -Η Ν ⁰ Ν ο\ο 5 φ (τ φ μ μ οΟΦΦΝΟ,ο'ρς •Η Φ¹

Ο Φ -η Ν Ν •Η ντ <ω φ ρ φ γ- U C ο μ ρ φ σι 'φ > ρ φ φ* ρ νο ο >ι Φ -Η β Φ0Ο4-) >ι Ν ΤΟ 5 5 Ν <Ό μ Ν μρΦφμΓ-φμ PONSHiinga

Ρ φ

Ή ρ φ μ φ -Η Ρ -Η <—I Ν Φ

PL 207 106 B1

Procenty objętościowo ziarna ściernego i szklanego materiału wiążącego aglomeratów stosowanych w tarczach doświadczalnych są przedstawione w tabeli 9-2.

T a b e la 9-2

Skład tarczy nastawiony na składniki aglomeratu

Nr próbki, Przykład 5, aglomerat	Aglomerat, % obj.	Materiał wiążący w aglomeracie, % obj.	Materiał wiążą- cy w tarczy, % obj.	Spoiwo (+ materiał wiążą- cy) w tarczy, % obj.	Porowatość w tarczy, % obj.
Doświadczalna
35-1	40,0	8,92	36,4	14,7	48,9
35-2	40,0	8,92	36,4	15,7	47,9
35-3	40,0	4,67	38,1	13,0	48,9
Porównawcza³	-	-	40,0	8,5	51,5

a) Przy zawartości ziarna ściernego 40,0% objętościowo tarcze porównawcze zawierały więcej % objętościowo ziarna ściernego (to jest 1-3% objętościowo więcej) niż tarcze doświadczalne wytworzone z 40,0% objętościowo ziarna poddanego aglomeracji, materiałem wiążącym i porowatością wewnątrz aglomeratów.

Warunki szlifowania:

Maszyna: Brown & Sharpe Surface Grinder, T ryb: szlifowanie powierzchni na sucho, Zasilanie poprzeczne: 0,508 mm.

Szybkość tarczy: 3500 obrotów na minutę, 6500 sfpm.

Szybkość stolika: 50 fpm (15240 mm/min).

Chłodziwo: brak.

Materiał obrabianego elementu: stal D3, twardość Rc 60, długość 203,2 mm x szerokość 47,8 mm.

Tryb wyrównywania powierzchni: diament z pojedynczym ostrzem.

Kompensacja wyrównywania powierzchni: 0,025,

Prowadzenie wyrównywania powierzchni: 254 mm/min.

W tych przebiegach szlifowania zasilanie współbieżne zwiększano aż do zaobserwowania defektu. W warsztatowych operacjach szlifowania powierzchni, takich jak operacje szlifowania z postępującym zasilaniem, najbardziej znaczącym parametrem skuteczności jest zdolność tarczy szlifierskiej do maksymalnej szybkości usuwania materiału (MRR). Stąd dla każdej tarczy szlifierskiej notowano maksymalną MRR, przy której występował defekt szlifowania, a defekt notowano drogą wizualnych obserwacji przypalenia obrabianego elementu, nadmiaru mocy albo nadmiernej szybkości zużycia ściernego (WWR). Wykonywano także pomiary wykończenia powierzchni.

Jak przedstawiono niżej w tabelach 9-3 i 9-4, ta próba szlifowania wykazała, że tarcze doświadczalne zawierające aglomeraty osiągały konsekwentnie wyższe maksymalne szybkości usuwania materiału przed zniszczeniem tarczy na skutek zużycia ściernego. Co więcej, wyższe MRR osiągano przy niższej mocy, zachowując jednocześnie porównywalne wartości szorstkości powierzchni.

T a b e l a 9-3 Wyniki prób szlifowania

Próbka tarczy	Całkowity posuw wgłębny, mm	MRR, mm³/s, mm	Stosunek G, MRR/WRR	Energia właściwa, W.s/mm³	Wykończenie powierzchni, Ra ^cal)
1	2	3	4	5	6
Doświadczalna
35-1	0,102	19,0	9,00	81,9	25
0,152	21,0	7,51	79,6	20
0,203	26,1	7,95	64,5	24
0,254	34,2	7,62	55,7	22
0,305	42,9	6,85	44,4	29
0,356	50,3	6,89	42,9	19

PL 207 106 B1 cd. tabeli 9-3

1	2	3	4	5	6
	0,406	51,0	6,39	41,4	30
0,457	64,5	6,86	36,1	21
0,559	69,4	5,75	35,9	28
0,660	89,4	6,19	30,0	24
35-2	0,102	17,1	12,82	86,6	23
0,203	28,1	9,24	62,8	26
0,305	41,9	7,90	51,1	28
0,406	56,8	6,95	40,2	32
0,508	64,8	5,73	38,1	30
0,610	83,5	5,61	35,1	33
35-3	0,102	12,3	7,13	137,5	12
0,203	26,5	8,09	67,9	12
0,305	41,3	7,68	47,7	16
0,406	54,2	6,54	41,6	16
0,508	67,1	5,84	34,7	23
Porównawcza
38A60-H12VBE	0,102	16,5	9,48	98,6	11
0,203	27,4	8,55	60,9	15
0,305	41,9	6,80	46,6	17
0,406	51,9	5,92	39,7	18
0,508	52,9	4,02	43,8	25

T a b e l a 9-4

Wyniki prób szlifowania - pomiary zużycia ściernego tarczy^a

Próbka tarczy	Całkowita głębokość posuwu, mm	A, milical	B, milical	C, milical	D, milical	Obszar, mm²	Zużycie ścierne lica tarczy, %
Doświadczalna
35-1	0,102	0,0033	0,0038	0,1115	0,1424	0,2932	53 i 90
	0,660	0,0151	0,0148	0,2026	0,2283	2,0768
35-2	0,102	0,0027	0,0029	0,0879	0,1149	0,0020	4290
	0,610	0,0146	0,0149	0,2161	0,2248	2,0982
35-3	0,102	0,0031	0,0028	0,1083	0,1434	0,2378	53 i 89
	0,508	0,0119	0,0117	0,1835	0,2402	1,6110
Porównawcza
38A60-H12VBE	0,102	0,0035	0,0033	0,1117	0,1053	0,2382	43 i 96
	0,508	0,0119	0,0115	0,2701	1,8350	1,8350

a) Zużycie ścierne tarczy mierzono zmodyfikowaną metodą (próba zachowania narożnika), znaną z amerykańskiego opisu patentowego nr US 5401284, przeniesionego na Norton Company. W przypadku danych z tej tabeli wartości A i D mierzono na obwodzie tarczy, wzdłuż licowej powierzchni szlifowania tarczy, natomiast wartości B i C mierzono w równoodległych punktach, w pobliżu środka licowej szlifierskiej powierzchni tarczy. W miarę postępu szlifowania względna stałość wartości A i D, w porównaniu z wartościami B i C, jest wskaźnikiem odporności tarczy na zużycie ścierne. Obszar jest ilością materiału usuniętego z tarczy. Zużycie ścierne licowej powierzchni tarczy odzwierciedla szerokość zużycia ściernego tarczy w środku licowej szlifierskiej powierzchni tarczy, blisko punktów, w których mierzy się wartości B i C.

PL 207 106 B1

P r z y k ł a d 10

W próbie szlifowania średnicy wewnętrznej (ID) badano tarcze ścierne wytworzone z aglomeratami ziarna ściernego.

Aglomeraty (próbka 61) przygotowano w sposób opisany w przykładzie 2 z tym wyjątkiem, że temperaturę utrzymywano na stałym poziomie 1170°C (próbka 61). Ponadto stosowano obrotowe urządzenie kalcynacyjne, model #KOU-8D48-RTA-20, wyposażone w rurę z węglika krzemu o długości 108 cali (274 cm) i średnicy wewnętrznej 8 cali (20 cm), która ma długość ogrzewania 48 cali (122 cm) z trzema strefami regulacji temperatury. To urządzenie było produkowane przez Harper International, Buffalo, Nowy Jork. Proces aglomeracji prowadzono w warunkach atmosferycznych, z szybkością obracania się rury urządzenia 6 obrotów na minutę, kątem nachylenia rury 2,5-3,0 stopnie i szybkością zasilania 8-10 kg/godz. Stosowane urządzenie było w zasadzie identyczne z urządzeniem przedstawionym na fig. 1.

Próbkę aglomeratu 61 wytwarzano z 30 funtami (13,63 kg) ziarna ściernego (ziarno tlenku glinowego 32A o wielkości żwirku 120, otrzymanego z Saint-Gobain Ceramics and Plastics, Inc.) i 1,91 funta (0,87 kg) materiału wiążącego A (co daje 6,36% wagowo materiału wiążącego w spiekanym aglomeracie). Przed dodaniem do ziarna materiał wiążący dyspergowano w wodzie (0,9 funta, 0,41 kg). Aglomeraty miały średnią wielkość 260 mikronów i gęstość w stanie luźnego upakowania (LPD) 1,13 g/cm³.

W tej próbie porównawczą, przemysłową tarczę ścierną porównywano z tarczami według wynalazku. Tarcza porównawcza miała te same wymiary wielkości i była wytwarzana z tym samym ziarnem ściernym, lecz bez aglomeratów. Tarczę porównawczą oznakowano jako 32A120 > LVFL i otrzymywano ją z Saint-Gobain Abrasives, Inc., Worcester, MA.

Przy wytwarzaniu doświadczalnej tarczy ściernej aglomeraty dodawano do mieszarki razem ze sproszkowaną kompozycją spoiwa ceramicznego i ciekłym spoiwem 3 do wytwarzania mieszaniny. Następnie z tej mieszaniny formowano tarcze, suszono, wypalano do maksymalnej temperatury 900°C, sortowano, wykończano, ważono i kontrolowano zgodnie ze znanymi w tej dziedzinie technikami wytwarzania przemysłowych tarcz ściernych.

Tarcze ścierne były tarczami typu 1A, które miały końcową wielkość 1,8 x 1,0 x 0,63 cala (4,57 x 2,54 x 1,60 cm). Skład i cechy charakterystyczne tarcz porównawczych są zebrane niżej w tabeli 10-1.

T a b e l a 10-1 Tarcze ścierne

Próbka	Skład tarczy, % objętościowo	Stopień twardości tarczy	Gęstość po wypaleniu, g/cm³	Moduł sprężystości, GPa
Aglomerat	Spoiwo	Porowatość
Tarcza doświadczalna
32A120	48	10,26	41,74	L	2,08	42,1
Tarcza porów_nawcza ^a,b	Ziarno, % objętościowo	Spoiwo, % objętości owo	Porowatość % objętościowo
32A120-LVFL	52	8,11	39,89	L	2,23	50,9

a) Przy zawartości 52% objętościowo składnika ziarna ściernego porównawcze próbki tarcz zawierały większy procent objętościowo ziarna niż tarcze według wynalazku zawierające 48% objętościowo mieszaniny poddanego aglomeracji ziarna z materiałem wiążącym. Po odjęciu procenta materiału wiążącego tarcza doświadczalna zawiera tylko 43,4% objętościowo ziarna, to jest o 8,6% objętościowo mniej ziarna niż porównawcza tarcza standardowa o tym samym stopniu twardości.

b) Wielkość żwirku ziarna ściernego 120 odpowiada 142 mikronom.

c) Wartości % objętościowo spoiwa nie obejmują % objętościowo materiału wiążącego stosowanego na ziarnach przy wytwarzaniu aglomeratów. % objętościowo spoiwa przedstawia tylko materiały dodane przy wytwarzaniu tarcz szlifierskich.

Ścierne tarcze szlifierskie przedstawione w tabeli 10-1 badano w próbie szlifowania średnicy wewnętrznej (ID). Parametry próby szlifowania ID nastawiano w taki sposób, aby osiągnąć następujące warunki:

Warunki szlifowania:

Maszyna: Okuma ID Grinder,

Tryb: współbieżne, wgłębne szlifowanie na mokro ID,

Szybkość tarczy: 18000 obrotów na minutę.

Szybkość robocza: 600 obrotów na minutę.

Chłodziwo: Master Chemical Trim E210, 5% w odmineralizowanej wodzie studziennej.

PL 207 106 B1

Materiał obrabianego elementu: stal 52100, twardość Rc 60, pierścienie: 2,225 x 0,50 cala (5,65 x 1,28 cm).

Tryb wyrównywania powierzchni: obrotowy diament z pojedynczym ostrzem.

Stosunek wyrównywania powierzchni: 0,650,

Prowadzenie wyrównywania powierzchni: 0,304 mm/obrót.

W tych próbach trzy nastawienia szlifowania prowadzono przy stałych szybkościach posuwu wgłębnego, a przy każdym nastawieniu prowadzono pięć szlifów. W przypadku każdej próby szybkość posuwu wgłębnego nastawiano na nominalną szybkość usuwania materiału. W operacjach szlifowania średnic wewnętrznych najbardziej znaczącymi parametrami szlifowania są stosunek G (MRR/ /szybkość zużycia ściernego (WWR)), energia właściwa wymagana do szlifowania przy nastawionej szybkości posuwa wgłębnego i uzyskane wykończenie powierzchni. Dane w poniższej tabeli są podane dla każdego zestawu szybkości posuwu wgłębnego, a dane wykończenia powierzchni przedstawiają wartości po piątym szlifie każdego zestawu.

Jak przedstawiono niżej w tabeli 10-2, te próby szlifowania wskazywały, że skuteczność tarczy doświadczalnej zawierającej aglomeraty była porównywalna albo lepsza niż skuteczność tarczy porównawczej pod względem stosunku G (MRR/szybkość zużycia ściernego tarczy (WWR)), energii właściwej szlifowania i wykończenia powierzchni. Te wyniki są nieoczekiwane mając na uwadze znacznie niższy procent objętościowo ziarna ściernego w tarczy doświadczalnej. W normalnych strukturach tarcz % objętościowo ziarna ściernego jest najbardziej znaczącą zmienną przy określaniu stosunku G. Przy braku innych zmiennych wyższa zawartość ziarna daje w wyniku proporcjonalnie wyższy stosunek G. Zmniejszenie procentu objętościowo ziarna wymagane dla tego samego albo lepszego stosunku G oznacza znaczne ulepszenie techniczne narzędzia ściernego.

T a b e l a 10-2 Wyniki próby szlifowania

Próbka tarczy	Szybkość promieniowego posuwu wgłębnego, mm/min	MRR, mm³/s, mm	Stosunek G^aWWR/MRR	Energia właściwa szlifowania, J/mm³	Wykończenie powierzchni, Ra
Porównawcza
32A120	1,10	3,25	50,5	52,1	0,72
LVFL	1,83	5,45	59,4	49,4	0,84
	2,54	7,66	42,5	49,1	1,19
Doświadczalna
32A120	1,10	3,25	65,8 (78,8)	52,1	0,82
	1,83	5,45	55,0 (65,9)	48,3	1,02
	2,54	7,66	42,9 (51,4)	45,9	1,18

a. Stosunek G podany w nawiasach dla tarczy doświadczalnej jest wartością nastawioną dla mniejszego procentu objętościowo ziarna ściernego w tarczy doświadczalnej. Mówiąc inaczej procent objętościowo ziarna w tarczach doświadczalnych stanowi tylko 83,46% objętościowo ziarna w tarczach porównawczych. Zatem wartości stosunku G dla tarcz doświadczalnych, podane w nawiasach, zostały znormalizowane do % objętościowo ziarna w tarczach doświadczalnych w celu uzyskania miary skuteczności w oparciu o całkowite zużycie ziarna ściernego.

P r z y k ł a d 11

Poddane aglomeracji ziarno stosowano do wytwarzania dużych tarcz ściernych w celu potwierdzenia wykonalności wytwarzania takich tarcz bez stosowania dodatkowych środków porotwórczych i stosowania takich tarcz przy szlifowaniu z postępującym zasilaniem.

Poddane aglomeracji ziarno ścierne (próbka 62) przygotowano w obrotowym urządzeniu kalcynacyjnym z rurą z węgliku krzemu, opisanym w przykładzie 1 i przedstawionym na fig. 1. Proces aglomeracji prowadzono w warunkach atmosferycznych, w temperaturze 1350°C, z szybkością obracania rury urządzenia 9 obrotów na minutę, kątem nachylenia rury 3 stopnie i szybkością zasilania 6-10 kg/godz.

Próbkę ziarna aglomeratu 62 wytwarzano z 50/50 mieszaniny ziarna ściernego opartego na tlenku glinowym 32A i 38A, obydwa o wielkości żwirku 60 (takie samo ziarno jak stosowane w przykładach 1 i 6), 5,0% wagowo materiału wiążącego E (w stosunku do ciężaru ziarna ściernego) i 2,5% wagowo spoiwa 3 (50/50 wagowo mieszanina w wodzie w stosunku do ciężaru ziarna ściernego).

Po aglomeracji w obrotowym urządzeniu kalcynacyjnym próbki poddanego aglomeracji ziarna ściernego przesiewano i badano na gęstość w stanie luźnego upakowania (LPD) i inne atrybuty metodami opisanymi wyżej. Wydajność użytecznych, swobodnie płynących granulek (określonych jako -12 mesh

PL 207 106 B1 do odbieralnika sita) wynosiła 74,1% całkowitego ciężaru podawanego materiału przed kalcynacją. LPD aglomeratu wynosiła 1,14 g/cm³, a gęstość względna wynosiła 30,0%.

Te spiekane aglomeraty stosowano do wytwarzania stosunkowo dużych (na przykład o średnicy 20 cali (50,8 cm) tarcz szlifierskich z postępującym zasilaniem. Porównawcze tarcze o tej wielkości wytwarza się normalnie z pęcherzykowym tlenkiem glinowym albo innymi środkami porotwórczymi stałymi albo o komórkach zamkniętych jako środkami pomocniczymi do usztywniania struktury i zapobiegania zniekształceniom tarczy przed opadaniem w czasie wypalania, gdy topi się i płynie spoiwo ceramiczne. Pęcherzykowy tlenek glinowy jest szczególnie skuteczny przy zapobieganiu opadaniu, lecz jest niepożądany pod względem skuteczności szlifowania ponieważ wytwarza porowatość o komórkach zamkniętych.

Przy wytwarzaniu doświadczalnych tarcz ściernych aglomeraty dodawano do mieszarki razem ze sproszkowaną kompozycją spoiwa ceramicznego (odpowiadającą materiałowi wiążącemu C z tabeli 2) i ciekłym spoiwem 3 do wytwarzania mieszaniny. Z tej mieszaniny formowano następnie tarcze, suszono, wypalano do maksymalnej temperatury 900°C, sortowano, wykończano, ważono i kontrolowano zgodnie ze znanymi w tej dziedzinie technikami wytwarzania przemysłowych tarcz szlifierskich. Następnie wypalone tarcze wykończano do wielkości 20 x 1 x 8 cali (50,8 x 2,5 X 20,3 cm). W czasie wypalania tarcz obserwowano umiarkowany, lecz przemysłowo akceptowalny stopień opadnięcia tarcz doświadczalnych.

Tarcze oznaczano w taki sposób, aby odpowiadały one pod względem składu procentowego objętościowo i gęstości porównywalnym tarczom przemysłowym, które mają standardowy stopień twardości tarczy od stopnia C do D w skali stopni twardości Norton Company.

Cechy charakterystyczne wykończonych doświadczalnych i porównawczych ściernych tarcz szlifierskich są przedstawione niżej w tabeli 11-1. Chociaż składy procentowe i gęstości tarcz przewidywałyby tarcze, które mają równoważne wartości twardości tarcz, to w rzeczywistości moduł sprężystości potwierdzał, że tarcze doświadczalne miały miększy stopień twardości niż tarcze porównawcze. Wartości przepuszczalności powietrza wskazywały, że porowatość tarczy doświadczalnej, w przeciwieństwie do porowatości tarczy porównawczej, jest porowatością o otwartej przepuszczalności, umożliwiając swobodny przepływ chłodziwa w tarczy i łatwe usuwanie okruchów szlifierskich ze szlifierskiej, licowej powierzchni tarczy.

T a b e l a 11-1 Tarcze ścierne

Próbka tarczy	Skład tarczy	Względna przepuszczalność powietrza^b	Gęstość po wypaleniu, g/cm³	Moduł sprężystości, d/cm²x10¹⁰
Aglomerat, % obj.	Spoiwo, % obj.	Porowatość, % obj.
Doświadczalna, aglomerat 62	36,00	7,03	56,97	74,9	1,52	10,24
Porównawcza	Ziarno, % obj.	Spoiwo, % obj.	Porowatość, % obj.
32A605-D28VCF2	36,00	5,50	58,50	46,2	1,52	14,01

a) Przy 36,0% objętościowo składnika ziarna ściernego próbki tarcz porównawczych zawierały więcej procentów objętościowo ziarna (to jest o około 1-2% objętościowo więcej) niż tarcze według wynalazku zawierające mieszaninę 36,0% objętościowo połączenia poddanego aglomeracji ziarna i materiału wiążącego.

b) Przepuszczalność płynu (powietrza) mierzono metodami badawczymi znanymi z amerykańskich opisów patentowych nr US 5738696 i 5738697, przeniesionych na Norton Company.

₃

Wartości względnej przepuszczalności powietrza wyraża się w jednostkach cm³/sek/cale wody.

Tarcze badano w operacji szlifowania z postępującym zasilaniem, opisanej w przykładzie 7, razem z porównawczą tarczą szlifierską z postępującym zasilaniem, przedstawioną w tabeli 11-2. Tarcza porównawcza była standardowym produktem przemysłowym dostępnym z Saint-Gobain Abrasives, Inc., Worcester, MA. Miała ona te same rozmiary wielkości i była skądinąd porównywalna z tarczami doś wiadczalnymi, lecz został a wytworzona z wypeł niaczem opartym na pę cherzykowym tlenku glinowym, bez żadnych aglomeratów ziarna ściernego.

PL 207 106 B1

T a b e l a 11-2 Wyniki prób szlifowania

Próbka tarczy	Szybkość stolika, mm/s	MRR, minVs, mm	Energia właściwa J/mm³
Porównawcza	2,1	6,7	56,6
	3,2	10,0	47,0
	5,3	16,5	39,2
Doświadczalna	2,1	6,7	55,7
	3,2	10,0	46,5
	5,3	16,7	40,0

Te wyniki wskazują na wykonalność wytwarzania i stosowania tarczy szlifierskiej z postępującym zasilaniem, o zbadanych wymiarach, bez stosowania materiału wypełniającego dającego pory zamknięte, takiego jak pęcherzykowy tlenek glinowy.

P r z y k ł a d 12

Rozkład wielkości aglomeratu porównywano przed i po formowaniu ściernych tarcz szlifierskich według wynalazku w celu zbadania integralności i wytrzymałości aglomeratów w procesach wytwarzania tarcz ściernych. Rozkład wielkości aglomeratów porównywano następnie z rozkładem wielkości ziarna ściernego stosowanego do wytwarzania aglomeratów w celu potwierdzenia, że aglomeraty po formowaniu tarcz szlifierskich wciąż składają się z wielu ziaren ściernych.

Aglomeraty (próbki nr 63, 64, 65) przygotowywano w sposób opisany w przykładzie 2 z tym wyjątkiem, że temperaturę utrzymywano na stałym poziomie 1200°C (w przypadku próbek 63 i 64) albo 1300°C (próbka 65). Ponadto stosowano obrotowe urządzenie kalcynacyjne (model BertlettSnowTM) , produkowane przez Alstom Power, Naperville, IL, wyposażone w rurę z zastrzeżonego wysokotemperaturowego stopu metalowego, o długości 120 cali (305 cm), średnicy wewnętrznej 6,5 cala (16,5 cm), która ma długość ogrzewania 72 cale (183 cm) z czterema regulowanymi strefami temperatury. Proces aglomeracji prowadzono w warunkach atmosferycznych, z szybkością obracania rury urządzenia 9 obrotów na minutę, kątem nachylenia rury 2,5 stopnia, i szybkością zasilania 10-14 kg/godz. Stosowane urządzenie było w zasadzie identyczne z urządzeniem przedstawionym na fig. 1.

Próbki aglomeratów 63, 64 i 65 wytwarzano z ziarnami ściernymi, otrzymanymi z Saint-Gobain Ceramics and Plastics, Inc., i różnymi materiałami wiążącymi, jak przedstawiono niżej w tabeli 12-1.

T a b e l a 12-1 Składy aglomeratów

Nr próbki	Ziarno ścierne % wagowo mieszaniny	Materiał wiążący	% wagowo materiału wiążącego
63	70/30% wagowo, tlenek glinowy 86A, żwirek 46/zolowo-żelowy tlenek glinowy Norton SG®, żwirek 46	C	4,5
64	50/50% wagowo, tlenek glinowy 38A, żwirek 46/zolowo-żelowy tlenek glinowy Norton SG®, żwirek 46	C	4,5
65	Tlenek glinowy 55A, żwirek 46	A	4,5

Tarcze doświadczalne mieszano i formowano do wielkości i kształtu, opisanych w przykładzie 10, stosując sproszkowaną kompozycję spoiwa ceramicznego i ciekłe spoiwo 3. Kompozycja spoiwa stosowana do tarcz zawierających aglomeraty 63 i 54 odpowiadała materiałowi wiążącemu C, a w przypadku tarcz zawierających aglomerat 65 odpowiadała materiałowi wiążącemu E, przedstawionemu w tabeli 2. % objętościowo aglomeratów, spoiwa i porowatości są przedstawione niżej w tabeli 12-2.

Po formowaniu tarcz pod ciśnieniem w celu otrzymania surowej tarczy i przed wypalaniem tych uformowanych tarcz materiały wiążące tarcz wymywano pod bieżącą wodą ze struktury surowych tarcz, odzyskując aglomeraty i ziarno ścierne. Wielkość odzyskanych aglomeratów i ziarna określano drogą przesiewania ich przez szereg amerykańskich sit o gęstościach mesh, mierząc frakcję wagową z każdego sita. Wyniki dla tarcz wytworzonych według trzech różnych specyfikacji są przedstawione niżej w tabeli 12-2.

PL 207 106 B1

Dane z tabeli 12-2 wskazują na podstawie średnich rozmiarów spiekanych aglomeratów (przed i po przetwarzaniu), że po formowaniu z utworzeniem tarczy szlifierskiej w spiekanych aglomeratach zostało zatrzymane wiele ziaren ściernych. Chociaż początkowa wielkość aglomeratów została zmniejszona o mniejszy procent (na przykład spadek od 998 do 824 μm albo o 17 procent w przypadku próbki 12-1), to większość aglomeratów zachowała swoją wielkość początkową.

PL 207 106 B1

Rozkład frakcji wagowych po przesiewaniu każdej próbki jest podany w tabelach 12-2a, 12-2b i 12-2c odpowiednio poniżej próbek 12-1, 12-2 i 12-3.

T a b e l a 12-2a:

Rozkłady wielkości cząstek dla próbki 12-1

Sito #, ASTM-E	Sito # ISO 565	% wagowo na sicie
Wielkość otworka, ąm	Początkowy rozkład wielkości żwirku	Początkowy rozkład wielkości aglomeratu	Rozkład wielkości aglomeratu po formowaniu
70	212	0
60	250	5
50	300	28
45	355	53		5,7
40	425	14		2,9
35	500		1,1	6,0
30	600	0	3,4	11,1
25	725		8,7	15,8
20	850		18,2	21,2
18	1000		29,0	20,9
16	1180		37,9	16,5
-10/+12	1700		0,9	0

Dane w tabeli 12-2a wskazują, że największe pojedyncze ziarna w rozkładzie wielkości początkowej próbki żwirku mają wielkość 425 ąm. Początkowy rozkład wielkości aglomeratu wskazuje, że wszystkie aglomeraty są większe niż 425 ąm. Po formowaniu i przemywaniu wszystkie zatrzymane, sprasowane aglomeraty są większe niż 300 ąm, a 91,4% wagowo aglomeratów jest większe niż największe pojedyncze ziarno (425 ąm), co potwierdza zatrzymanie wielu ziaren w spiekanych aglomeratach po formowaniu tarczy szlifierskiej .

T a b e l a 12-12b

Rozkłady wielkości cząstek dla próbki 12-2

Sito #, ASTM-E	Sito #, ISO 565	% wagowo na sicie
Wielkość otworka, ąm	Początkowy rozkład wielkości żwirku	Początkowy rozkład wielkości aglomeratu	Rozkład wielkości aglomeratu po formowaniu
70	212	0
60	250	5
50	300	28		0
45	355	53	0	6,3
40	425	14	0,2	2,3
35	500		1,0	6,2
30	600	0	5,4	14,1
25	725		15,1	21,9
20	850		28,3	25,8
18	1000		31,2	17,3
16	1180		18,8	6,0
-10/+12	1700		0	0

PL 207 106 B1

Dane z tabeli 12-2b wskazują, że największe pojedyncze ziarna w rozkładzie wielkości początkowej próbki żwirku mają wielkość 425 μm Początkowy rozkład wielkości aglomeratów wskazuje że 99,8% wagowo aglomeratów jest większe niż 425 um. Po formowaniu i przemywaniu wszystkie zatrzymane, sprasowane aglomeraty są większe niż 300 um, a 91,4% wagowo aglomeratów jest większe niż największe pojedyncze ziarno (425 um), potwierdzając zatrzymanie wielu ziaren po formowaniu.

T a b e la 12-12c:

Rozkłady wielkości cząstek dla próbki 12-3

Sito #, ASTM-E	Sito #, ISO 565	% wagowo na sicie
Wielkość otworka, um	% Początkowy rozkład wielkości żwirku	Początkowy rozkład wielkości aglomeratu	Rozkład wielkości aglomeratu po formowaniu
70	212	0
60	250	5
50	300	28		0
45	355	53	0	7,2
40	425	14	2,5	2,9
35	500		1,3	5,1
30	600	0	2,7	8,5
25	725		5,8	11, 8
20	850		12,3	17,2
18	1000		24,3	21,5
16	1180		49,1	25,8
-10/+12	1700		1,9	0

Dane z tabeli 12-2c wskazują, największe że pojedyncze ziarna w rozkładzie wielkości początkowej próbki żwirku mają wielkość 425 um. Początkowy rozkład wielkości aglomeratów wskazuje że 97,5% wagowo aglomeratów jest większe niż 425 um. Po formowaniu i przemywaniu wszystkie zatrzymane, sprasowane aglomeraty są większe niż 300 um, a 89,9% wagowo aglomeratów jest większe niż największe pojedyncze ziarno (425 um), potwierdzając zatrzymanie wielu ziaren po formowaniu.

Te wyniki wskazują, że aglomeraty wytworzone tym sposobem mają wystarczającą wytrzymałość, aby znieść przemysłowe operacje formowania i manipulowania tarczami ściernymi. Ziarna ścierne występujące w formowanych tarczach zachowują trójwymiarową strukturę charakterystyczną dla początkowych aglomeratów ziarna ściernego. Większy udział procentowy (to jest co najmniej 85% wagowo) aglomeratów zatrzymuje wiele ziaren ściernych utrzymywanych w trójwymiarowym kształcie, w przybliżeniu o tej samej wielkości jak początkowa wielkość spiekanych aglomeratów po manipulacji i formowaniu.

P r z y k ł a d 13

Struktury ściernych tarcz szlifierskich wytwarzane z aglomeratami porównywano pod skaningowym mikroskopem elektronowym ze strukturami porównawczych tarcz szlifierskich. Tarcze porównawcze wytwarzano bez aglomeratów, lecz zawierały one to samo ziarno ścierne i materiały wiążące z tymi samymi procentowymi zawartościami objętościowo ziarna, spoiwa i porowatości jak tarcze szlifierskie według wynalazku.

Aglomeraty (próbka nr 66) przygotowywano w sposób opisany w przykładzie 10 z tym wyjątkiem, że temperaturę utrzymywano na stałym poziomie 1150°C.

Próbkę aglomeratu 66 wytwarzano z 150 funtami (68,04 kg) ziarna ściernego (ziarno oparte na tlenku glinowym 32A, wielkość żwirku 80), otrzymanego z Saint-Gobain Ceramics and Plastics, Inc.) i 10,23 funta (4,64 kg) materiału wiążącego C (co daje 6,82% wagowo materiału wiążącego w spiekanym aglomeracie). Przed dodaniem do ziarna materiał wiążący dyspergowano w spoiwie 3 (3,75 funta, 1,701 kg).

PL 207 106 B1

Tarcze doświadczalne wytwarzano z próbki aglomeratu 66 w sposób opisany w przykładzie 10. Dla porównania wybierano porównawcze tarcze przemysłowe, oznakowane jako 32A80L8VFL, otrzymane z Saint-Gobain Abrasives, Inc.

Zdjęcie przekroju każdej tarczy wykonywano przy powiększeniu 40x. Te zdjęcia są przedstawione na fig. 2 (tarcza doświadczalna z aglomeratami) i fig. 3 (tarcza porównawcza bez aglomeratów). Widać, że aglomeraty i pory są ukształtowane nieregularnie i przypadkowo i mają różne wielkości. Tarcza porównawcza ma strukturę o wiele bardziej uporządkowaną i regularną. W tarczach wytworzonych z aglomeratami można obserwować dwa rodzaje porów: pory wewnątrz aglomeratów i większe pory pomiędzy aglomeratami, pojawiające się jako różne kanaliki pomiędzy aglomeratami. Na podstawie badań przepuszczalności tarcz doświadczalnych ustalono, że pory pomiędzy aglomeratami łączą się wzajemnie i nadają całej tarczy przepuszczalność dla płynów. Stąd ścierne tarcze szlifierskie według wynalazku wykazują porowatość, która obejmuje główną wielkość porowatości o wzajemnie łączących się porach (to jest co najmniej 30% objętościowo porowatości o wzajemnie łączących się porach), a zwłaszcza dwumodalny rozkład porowatości. Ścierne tarcze szlifierskie według wynalazku charakteryzują się o wiele bardziej otwartą strukturą kompozytową niż konwencjonalne tarcze szlifierskie.

Jak widać z fig. 2 i 3, maksymalny rozmiar porów pomiędzy aglomeratami jest około 2-20 razy większy niż maksymalny rozmiar porów wewnątrz aglomeratów. Dokładny stosunek wielkości porów zależy od składu tarcz. Stosunek 2-20 stosuje się do tarcz wytworzonych z około 8-10% objętościowo spoiwa i średnią wielkością ziarna ściernego około 260 mikronów. Na ogół w przypadku tarcz ściernych według wynalazku w miarę wzrostu od tego zakresu procentowej objętościowo zawartości spoiwa pory wewnątrz aglomeratów stają się mniejsze, natomiast pory pomiędzy aglomeratami zachowują z grubsza swój maksymalny rozmiar równoważny maksymalnemu rozmiarowi ziarna ściernego stosowanego w aglomeratach. Gdy zawartość procentowa objętościowo spoiwa maleje od tego zakresu, to pory wewnątrz aglomeratów stają się stosunkowo większe, natomiast pory pomiędzy aglomeratami zachowują z grubsza maksymalny rozmiar równoważny maksymalnemu rozmiarowi ziarna ściernego stosowanego w aglomeratach.

W dalszych mikroskopowych badaniach tarcz wytworzonych z aglomeratami, a zwłaszcza z aglomeratami zawierającymi co najmniej 6% wagowo materiału wiążącego, zaobserwowano, że zwiększanie procentowej zawartości wagowo dodanego materiału spoiwowego daje w wyniku strukturę tarczy, która ma o wiele mniejsze pory wewnątrz aglomeratów. Na przykład przy wyższej procentowej zawartości wagowo materiału wiążącego i wyższej procentowej zawartości objętościowo spoiwa stosunek wielkości może być około 20-200 razy większy w przypadku porów pomiędzy aglomeratami niż w przypadku porów wewnątrz aglomeratów. Uważa się, że materiał spoiwowy dodany do aglomeratów jest wciągany do międzywęzłowego obszaru aglomeratów w czasie mieszania, formowania i termicznego przetwarzania tarcz, zawężając przez to albo zamykając część porowatości wewnątrz porów i powodując ewentualnie utratę dwumodalnego rozkładu porów.

P r z y k ł a d 14

Spiekane aglomeraty przygotowywano w piecu okresowym z materiałów przedstawionych w tabeli 14-1. Ziarno ścierne było ziarnem opartym na tlenku glinowym 38A o wielkości żwirku 100 (0,173 mm), otrzymanym z Saint-Gobain Ceramics & Plastics, In c, Worcester, MA.

T a b e l a 14-1

Skład spiekanych aglomeratów

Materiały	% wagowo wstępnie wypalonej mieszaniny	% wagowo aglomeratów
Materiał wiążący A	2,85	3,0
Spoiwo	1,46	0,0
Cząstki skorup orzecha włoskiego	4,34	0,0
Ziarno ścierne 38A	91,35	97,0
ogółem	100,00	100,00

W pierwszym etapie tworzenia cząstek aglomeratu ziarno ścierne i cząstki skorupy orzecha włoskiego mieszano w mieszarce Hobart® (model laboratoryjny N-50). Następnie tę mieszaninę zwilżano skuteczną ilością organicznego ciekłego spoiwa (mieszanina 40% wagowo ciekłego kleju zwiePL 207 106 B1 rzęcego, 30% wagowo sproszkowanego kwasu maleinowego i 30% wagowo wody) w celu związania proszku materiału wiążącego z ziarnem. Po zwilżeniu tych cząstek dodawano i mieszano proszkową mieszaninę zawierającą składniki materiału wiążącego (kompozycja spoiwa ceramicznego, która ma po wypaleniu skład przedstawiony wyżej jako materiał wiążący A). Materiał wiążący przywarty do zwilżonych cząstek i tej mieszaniny rozprowadzano następnie luźno na ceramicznym podłożu do wypalania.

Mieszaninę wypalano w temperaturze 1230°C w ciągu czterech godzin w piecu elektrycznym, a nastę pnie, po wypaleniu, spiekane aglomeraty otrzymywano z wypalonej mieszaniny drogą kruszenia mieszaniny w moździerzu za pomocą tłuczka. Spiekane aglomeraty przesiewano do trzech wielkości za pomocą amerykańskich standardowych sit do badań, zamontowanych na wibracyjnym urządzeniu przesiewającym (Ro-Tap, model RX-29, W.S. Tyler Inc. Mentor, OH). Gęstość w stanie luźnego upakowania (LPD) spiekanych aglomeratów mierzono drogą amerykańskiej państwowej procedury dla gęstości nasypowej ziaren ściernych.

Po procesie przesiewania spiekane aglomeraty miały trójwymiarowe kształty (zmieniające się wśród kształtu trójkątnego, sześciennego, prostokątnego i różnych innych kształtów geometrycznych) i miały wielkość i LPD przedstawione w tabeli 14-2.

T a b e l a 14-2 Przesiane spiekane aglomeraty

Próbka spiekanego aglomeratu	Wielkość żwirku	Przybliżona wielkość w ττ (FEPA)	LPD, g/cT³
14-1	-40/+50 mesh (300-425 μιτι)	1,12 (46)	0,300-0,425
14-2	-50/+60 (250-300 μτ)	1,33 (54-60)	0,250-0,300
14-33	-30/+40 (425-600 μτ)	0,94 (36)	0,425-0,600

Dodatkowe aglomeraty wytwarzano drogą nieznacznych zmian tego procesu, przy czym zmiany obejmowały, jak następuje. Przygotowaną mieszaninę przesiewano na wilgotno przez sita skrzynkowe (8 do 12 mesh) na tace. Następnie przesiany materiał suszono na powietrzu albo w piecu. Materiał ładowano do ceramicznych podkładek, po czym ceramiczne podkładki zawierające materiał wypalano w okresowych albo tunelowych piecach w warunkach wypalania wynoszących od 1225° do 1280°C w ciągu czasu wynoszącego od 30 do 360 minut. Wypalony materiał usuwano z ceramicznych podkł adów i poddawano przetwarzaniu w kruszarce walcowej w celu poł amania materiału w aglomeraty.

Pokruszony materiał przesiewano do pożądanego zakresu wielkości stosując urządzenie Ro-Tap.

Tarcze ścierne

Wykończone tarcze miały wielkość 3,0 x 0,525 x 1,25 cala (7,6 x 1,34 x 3,2 cm). Skład tarcz (% objętościowo wypalonych tarcz), gęstość, przepuszczalność powietrza, stopień twardości i właściwości modułu sprężystości tarcz są przedstawione w tabeli 14-3.

PL 207 106 B1

Spoiwo stosowane do próbek tarcz 1, 2 i 3 według wynalazku było ceramicznym materiałem spoiwowym, które miało po wypaleniu skład molowy materiału wiążącego B z powyższej tabeli 2. Spoiwo stosowane w próbce tarczy porównawczej miało po wypaleniu skład molowy materiału wiążącego B z tabeli 2.

PL 207 106 B1

Spiekane aglomeraty i mieszaninę spoiw próbek 1, 2 i 3 mieszano na sucho w mieszarce Hobarta, napełniano nimi formy, prasowano na zimno i wypalano w maksymalnej temperaturze 735°C w ciągu 4 godzin z utworzeniem tarczy szlifierskiej.

Próbki tarcz porównawczych wytwarzano drogą mieszania ceramicznych składników spoiwowych z ziarnem ściernym w mieszarce Hobarta. Ziarno ścierne stosowane w próbce porównawczej było ziarnem opartym na tlenku glinowym 38A o wielkości żwirku 100 (125 gm), otrzymanym z Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc., Worcester, MA. Po zmieszaniu mieszaninę formowano, prasowano i wypalano w temperaturze 1230°C w ciągu 4 godzin z utworzeniem tarczy szlifierskiej.

Próba szlifowania 14-A

Tarcze według wynalazku i tarcze porównawcze badano w próbie szlifowania średnicy wewnętrznej, z postępującym zasilaniem, w następujących warunkach:

Warunki szlifowania:

Maszyna: Heald CF, OD/ID Grinder,

Tryb: szlifowanie średnicy wewnętrznej (ID) z postępującym zasilaniem.

Szybkość tarczy: 6319 obrotów na minutę, 4968 stóp powierzchniowych na minutę (25 m/sek),

Szybkość robocza: 20 obrotów na minutę.

Tryb szlifowania: współbieżne szlifowanie wgłębne średnicy wewnętrznej,

Szybkość posuwu wgłębnego: 0,025 cala (0,64 mm)/0,050 cala (1,27 mm) względem średnicy.

Chłodziwo: Trim E210, 5% stosunek z odmineralizowaną wodą studzienną, 9 galonów/min (34 l/min),

Materiał obrabianego elementu: stal 52100, średnica wewnętrzna 4 cale (10,2 cm) x 0, 250 cala (1 cm), twardość Rc-62,O,

Obrotowe wyrównywanie powierzchni: Ax1440, kompensacja 0,0005 cala, prowadzenie 0,005 cala, 2600 obrotów na minutę.

W tych przebiegach szlifowania mierzono maksymalne szybkości usuwania materiału (MRR) przy początkowym przypaleniu obrabianego elementu (albo początkowym defekcie tarczy) i obserwowano wyniki. Wyniki tych prób szlifowania są przedstawione w tabeli 14-4.

T a b e l a 14-4 Wyniki prób szlifowania

Próbka	MRR, mm³/s, mm	Stosunek G, MRR/WWR	Energia właściwa, W. s /mm³	Podatność na szlifowanie, mm³/W. s
Tarcza porównawcza	1288	81,0	40	2,03
	2482	40,4	67	0,60
	4544	24,3	113	0,22
Maksymalna MRR	5662	2,9	123	0,02
14-1	1247	90,9	42	2,16
	2534	85,5	69	1,24
	4870	37,3	110	0,34
Maksymalna MRR	6680	5,7	145	0,04
Tarcza 14-2	2554	113,7	69	1,65
	4921	76,1	131	0,58
	8061	34,1	208	0,16
Maksymalna MRR	11116	10,9	265	0,04
Tarcza 14-3	2483	122,3	78	1,57
	5111	79,4	132	0,60
	8534	34,5	265	0,13
Maksymalna MRR	11545	10,0	340	0,03

PL 207 106 B1

Wyniki wskazują, że tarcze szlifierskie wytworzone według wynalazku były lepsze pod względem MRR niż najbliższe porównawcze tarcze szlifierskie, a wyższa skuteczność nie powodowała nadmiernego zużycia mocy (energia właściwa W. s/mm³) albo uszkodzenia powierzchni obrabianego elementu. Tarcze doświadczalne wykazywały także lepszy stosunek G i wskaźnik podatności na szlifowanie. Co więcej, wielkość żwirku ziarna stosowanego w spiekanych aglomeratach tarcz według wynalazku była mniejsza niż wielkość żwirku ziarna stosowanego w tarczy porównawczej. Ponieważ wszystkie pozostałe zmienne są jednakowe, to mniejsza wielkość żwirku daje niższy stosunek G i wskaźnik podatności na szlifowanie. Zatem wyższa skuteczność tarcz według wynalazku jest znacząca i nieoczekiwana.

Próba szlifowania 14-B

Drugi szereg przebiegów szlifowania prowadzono z tą samą grupą próbek tarcz w następujących warunkach szlifowania powierzchni stosując jako obrabiane narzędzie stal 4340.

Warunki szlifowania:

Maszyna: Brown & Sharp Micr-a-size Grinder,

Tryb: szlifowanie powierzchni z postępującym zasilaniem.

Szybkość tarczy: 6000 obrotów na minutę.

Szybkość stolika: 0,

Zasilanie współbieżne: 1270 mm.

Posuw wgłębny: 1270 mm.

Chłodziwo: Trim VHPE 210, stosunek 1:1 z odmineralizowaną wodą studzienną, 9 galonów/min (34 l/min),

Materiał obrabianego elementu: stal 4340, twardość 51Rc, długość 95,4 mm, szerokość 203,2 mm.

Wyrównywanie powierzchni: narzędzie diamentowe z pojedynczym ostrzem, kompensacja 0,025 mm, szybkość 254 mm/min.

T a b e l a 14-5

Wyniki prób szlifowania (średnia z wielu serii)

Próbka (seria)	MRR, mm³/s, mm	Stosunek G, MRR/WWR	Energia właściwa, W.s/mm³	Podatność na szlifowanie, mm³/W.s
Tarcza porównawcza 14-C1
1	3032	_*	49,46	_*
2	4500	54,1	41,3	1311
3	7597	10,5	72,53	0,144
Tarcza 14-1
1	3045	32,7	51,61	0,635
2	4510	23,2	82,50	0,281
3	7597	33,4	32,00	1045
Tarcza 14-2
1	2987	160,8	57,86	2780
2	4548	163,9	40,53	4043
3	7597	83,4	30,34	2750
Tarcza 14-3
1	3052	27,4	52,34	0,523
2	4577	164,9	53,73	3069
3	7742	10,7	56,11	0,190

* stosunek G i podatność na szlifowanie nie mogły być w tej serii zmierzone.

PL 207 106 B1

Wyniki wskazują, że tarcze szlifierskie wytworzone według wynalazku były lepsze pod względeT stosunku G i wskaźnika podatności na szlifowanie w porównaniu z najbliższyTi porównawczyTi tarczaTi szlifierskiTi, a lepsza skuteczność nie powodowała nadTiernego ciągnięcia Tocy albo uszkodzenia powierzchni obrabianego eleTentu.

P r z y k ł a d 15

Dodatkowe tarcze ścierne wytwarzano ze spiekanych agloTeratów przygotowanych sposobeT według przykładu 14 z tyT wyjątkieT, że w próbkach spiekanych agloTeratów stosowano różne rodzaje ziarna ściernego i Tateriałów wiążących. Składy agloTeratów i tarcz ściernych są przedstawione w tabeli 15-1. W tarczach według wynalazku Tateriały ceraTicznego spoiwa wybierano w taki sposób, aby Tiały one teTperaturę topnienia co najTniej o 150°C wyższą niż teTperatura topnienia Tateriałów wiążących w agloTeratach stosowanych do wytwarzania tarcz.

Wszystkie spiekane agloTeraty zawierały 3% wagowo Tateriału wiążącego i 97% wagowo ziarna i przesiewano je do wielkości cząstek -20/+45 Tesh (wielkość aTerykańskiego sita standardowego) (355 do 850 ąT).

Wykończone tarcze Tiały wielkość 7,0 x 0,50 x 1,25 cala (17,8 x 1,27 x 3,2 cT). Skład tarcz (% objętościowo w tarczach po wypaleniu), gęstość i właściwości wytrzyTałościowe tarcz są przedstawione w tabeli 15-1.

Spoiwo do tarcz doświadczalnych Tiało skład Tolowy Tateriału wiążącego B z tabeli 2, a tarcze wytworzone z tyT spoiweT wypalano w teTperaturze 735°C w ciągu 4 godzin. Tarcze porównawcze wytwarzano z ceraTicznyT spoiweT, które Tiało skład Tolowy Tateriału wiążącego C z tabeli 2 i wypalano je w teTperaturze 900°C w ciągu 8 godzin. Tarcze porównawcze wytwarzane bez spiekanych agloTeratów zawierały 40% objętościowo ziarna ściernego i 10,46% objętościowo (stopień twardości H) albo 6,41% objętościowo (stopień twardości F) ceraTicznego spoiwa.

PL 207 106 B1

Tabela 15-1 Aglomeraty i tarcze ścierne

-H U , o t θ □ -Pm Ό Ιβ <μ^Λ 0 >1 £ 2 ·ν o Q> \ Ρ Ό a ιη	co CM	Γ0 r- CM	CO σι CM	σι o CM		co t—1 cn	T—1 CM CM	9 '££
0 - a □ -Η „ '0 C £ 'W Φ η 0 ι^-1 ·χ^ Α 5 σι «a Φ- >1 U 2	r- sr co cH	lO cn co rH	O m OD r—1	o cn r- 1—1		co x—ł co <—i	LO ł—1 Γ' T—1	CM CM CO 1—1
Względna przepuszcza1η ość powietrza¹³	Ά 'T CO	cn cn	cn cn CM	m co <3*		co co 1-1	1-1 in cn	0 co 1—1
Porowatość, % objętościowo	o σι	r- CT) AT¹	r- σ>	co cn LD		r- σ> M*	CO cn 10	Γ- Ol
0 =*o S -rd o ⁰ 5 ^K[n -5 ° 0 ω £ o	cn o «-1	CO O r-ł	cn · o X—1	CO		m 0 rd	co	cn 0
Aglomerat, % objętościowo	o	O ST	o •C¹	o		0 0	0 0	O O
Aglomerat, ziarno, wielkość żwirku, materiał wiążący	A hH < ^H U < 2 -N CM σχ ⁰⁰ 2 £ Y -N ·*	X O rM © CO rO X -H ri <0 -* P £ S Φ Φ .s O P -P £ Η -H UJ u < 2 £ Y •N ·*	W 2 >, v t U c φ φ ttf ° 5 2 * ΑηΪ J £ 2 £ Y g -N ⁵	O O rM ^Q01 CO (0 H u C p SJ, o ω φ .S +J p 4-) C, P -H C 5 O 2 £ ’g Z -N *	(0 □ P o fO Oł -H <D N C P ·Γ*Ί CD (0 -H N O Ό 'co o cd	rn θ w ^lor* -X 0 2 -P -H H 2 O z ’^N	co c § 2 ϋ·Η Ź *	O *> ω c A
Próbka tarczy ściernej, (stopień twardości)	Γ—1 1 tri LT) c. τ—i	CM ιΩ Τί 1—1	ΓΌ tn H rH	in Tt rd	<3 <D <x> N ° Ή Π s u · Ό nj O ·π ό c c rł P 2 P 0 0-t <0 ρ Ή 0 ^Na	T—1 u — 1 rd LD — i—1	CM O — 1 a .0 -— t—1	cn O — 1 a iT) — r~d

PL 207 106 B1

Właściwości tych tarcz, a zwłaszcza wartości przepuszczalności w ramach stopnia twardości pojedynczej tarczy wykazują wyższy stopień porowatości o wzajemnie łączących się porach w strukturach tarcz doświadczalnych wytworzonych z poddanego aglomeracji ziarna ściernego niż w tarczach

PL 207 106 B1 porównawczych wytworzonych z tym samym procentem objętościowo porowatości i stopniem twardości z tym samym ziarnem i materiałami wiążącymi.

Zaobserwowano strukturalną różnicę różnych stopni twardości tarcz, z różnymi rodzajami ziarna i spoiwa i w przypadku różnych procentów objętościowo składników tarcz ściernych.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Narzędzie ścierne ze spoiwem, które ma strukturę przepuszczalną dla przepływu płynu, zawierające spoiwo i spiekane aglomeraty zawierające mnogość ziaren ściernych trzymanych przez materiał wiążący, znamienne tym, że:

a) narzędzie zawiera około 5-75% objętościowo spiekanych aglomeratów, gdzie co najmniej 50% wagowo spiekanych aglomeratów ma trójwymiarowy kształt;

b) materiał wiążący ma temperaturę topnienia w zakresie od 500 do 1400°C; i

c) narzędzie posiada około 35-80% objętościowo całkowitej porowatości, przy czym porowatość obejmuje co najmniej 30% objętościowo porowatości o wzajemnie łączących się porach.
2. Narzędzie według zastrz. 1, znamienne tym, że spoiwo jest spoiwem ceramicznym.
3. Narzędzie według zastrz. 1, znamienne tym, że materiał wiążący zawiera materiał wybrany z grupy obejmującej w zasadzie materiały ceramiczne, materiały zeszklone, kompozycje spoiwa ceramicznego i ich kombinacje.
4. Narzędzie według zastrz. 3, znamienne tym, że temperatura topnienia materiału wiążącego wynosi od około 800 do 1300°C.
5. Narzędzie według zastrz. 3, znamienne tym, że materiał wiążący jest kompozycją spoiwa ceramicznego, zawierającą zeszkloną tlenkową kompozycję 71% wagowo SiO2 i B2O3, 14% wagowo AI2O3, mniej niż 0,5% wagowo tlenków metali ziem alkalicznych i 13% wagowo tlenków metali alkalicznych.
6. Narzędzie według zastrz. 1, znamienne tym, że materiał wiążący jest materiałem ceramicznym wybranym spośród krzemionki, metali alkalicznych, metali ziem alkalicznych, mieszanych krzemianów metali alkalicznych i ziem alkalicznych, glinokrzemianów, krzemianów cyrkonowych, uwodnionych krzemianów, tlenków glinu, tlenków, azotków, tlenoazotków, węglików, tlenowęglików i ich kombinacji i pochodnych.
7. Narzędzie według zastrz. 1, znamienne tym, że spiekane aglomeraty mają średni wymiar wielkości od dwóch do dwudziestu razy większy niż średnia wielkość ziarna ściernego.
8. Narzędzie według zastrz. 7, znamienne tym, że spiekane aglomeraty mają średnią wielkości średnicy w zakresie od 200 do 3000 mikrometrów.
9. Narzędzie według zastrz. 7, znamienne tym, że ziarna ścierne są ziarnami mikrościernymi, i spiekane aglomeraty mają średnią średnicę w zakresie od 5 do 180 mikrometrów.
10. Narzędzie według zastrz. 1, znamienne tym, że zawiera od 35 do 52% objętościowo spiekanych aglomeratów, od 3 do 13% objętościowo spoiwa ceramicznego i od 35 do 70% objętościowo porowatości.
11. Narzędzie według zastrz. 1, znamienne tym, że spoiwo wybiera się z grupy obejmującej spoiwa organiczne i spoiwa metaliczne.
12. Narzędzie według zastrz. 1, znamienne tym, że narzędzie zawiera ponadto co najmniej jeden składnik wybrany z grupy obejmującej wtórne ziarno ścierne, materiały wypełniające, pomocnicze środki szlifierskie, środki porotwórcze i ich kombinacje.
13. Narzędzie ścierne ze spoiwem ceramicznym, które ma strukturę przepuszczalną dla przepływu płynu, zawierające spiekane aglomeraty zawierające mnogość ziaren ściernych trzymanych przez materiał wiążący o lepkości A w temperaturze topnienia materiału wiążącego i spoiwo ceramiczne o lepkości B w temperaturze topnienia materiału wiążącego, znamienne tym, że:

a) narzędzie zawiera od około 5 do 75% objętościowo spiekanych aglomeratów i około 35-80% porowatości, przy czym porowatość obejmuje co najmniej 30% objętościowo porowatości o wzajemnie łączących się porach; i

b) lepkość B jest co najmniej 33% niższa niż lepkość A.

PL 207 106 B1
14. Narzędzie według zastrz. 13, znamienne tym, że lepkość A wynosi od 345 do 55300 puazów w teTperaturze 1180°C.
15. Narzędzie według zastrz. 13, znamienne tym, że lepkość B wynosi od 30 do 37000 puazów w teTperaturze 1180°C.
16. Narzędzie według zastrz. 13, znamienne tym, że co najTniej 50% wagowo spiekanych agloTeratów wewnątrz narzędzia Ta trójwyTiarowy kształt.
17. Narzędzie według zastrz. 13, znamienne tym, że Tateriał wiążący zawiera Tateriał wybrany z grupy obejTującej w zasadzie Tateriały ceraTiczne, Tateriały zeszklone, koTpozycje spoiwa ceraTicznego i ich koTbinacje.
18. Narzędzie według zastrz. 13, znamienne tym, że teTperatura topnienia Tateriału wiążącego wynosi od 800 do 1300°C
19. Narzędzie ścierne ze spoiweT ceraTicznyT, które Ta strukturę przepuszczalną dla przepływu płynu, i zawiera Tnogość ziaren ściernych trzyTanych przez Tateriał wiążący o teTperaturze topnienia A i spoiwo ceraTiczne o teTperaturze topnienia B, znamienne tym, że:

a) narzędzie zawiera od około 5 do 60% objętościowo spiekanych agloTeratów i około 35-80% porowatości, przy czyT porowatość obejTuje co najTniej 30% objętościowo porowatości o wzajeTnie łączących się porach; i b) teTperatura topnienia B jest co najTniej 150°C