RU2792805C2 - Agglomerate abrasive grain - Google Patents
Agglomerate abrasive grain Download PDFInfo
- Publication number
- RU2792805C2 RU2792805C2 RU2020121583A RU2020121583A RU2792805C2 RU 2792805 C2 RU2792805 C2 RU 2792805C2 RU 2020121583 A RU2020121583 A RU 2020121583A RU 2020121583 A RU2020121583 A RU 2020121583A RU 2792805 C2 RU2792805 C2 RU 2792805C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- abrasive grains
- abrasive grain
- agglomerate
- agglomerate abrasive
- grains
- Prior art date
Links
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY
Настоящее изобретение относится к агломератному абразивному зерну, состоящему из множества отдельных абразивных зерен, которые связаны в неорганической или органической связующей матрице.The present invention relates to an agglomerate abrasive grain consisting of a plurality of individual abrasive grains that are bonded in an inorganic or organic bond matrix.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION
Агломератные абразивные зерна были известны в течение длительного времени в промышленной отрасли абразивов и применяются в шлифовальных кругах, а также в абразивных лентах. Они представляют собой агломераты отдельных абразивных зерен с заданным средним размером зерна, причем абразивные зерна удерживаются вместе посредством связующей матрицы. В качестве связующих веществ могут быть использованы неорганические или органические связующие, при этом в качестве органических связующих часто применяются фенольные смолы, а качестве неорганических связующих применяются остеклованные или керамические материалы.Agglomerate abrasive grains have been known for a long time in the abrasive industry and are used in grinding wheels as well as abrasive belts. They are agglomerates of individual abrasive grains with a predetermined average grain size, the abrasive grains being held together by a bonding matrix. Inorganic or organic binders can be used as binders, while phenolic resins are often used as organic binders, and vitrified or ceramic materials are used as inorganic binders.
Большое преимущество агломератных абразивных зерен состоит в том, что в качестве первичных частиц могут использоваться тонкоизмельченные, отдельные компактные абразивные зерна, из которых затем формируется агломератное абразивное зерно. Агломератное абразивное зерно состоит из множества отдельных зерен, является относительно крупным по сравнению с исходными зернами и проявляет совершенно иной механизм износа в отношении процесса шлифования в сравнении с отдельным зерном со сравнимым размером.A great advantage of agglomerate abrasive grains is that finely divided, individual compact abrasive grains can be used as primary particles, which are then formed into agglomerate abrasive grains. The agglomerate abrasive grain is composed of many individual grains, is relatively coarse compared to the original grains, and exhibits a completely different wear mechanism with respect to the grinding process compared to a single grain of comparable size.
И хотя, в зависимости от условий приложения давления, отдельное зерно в принципе не притупляется или не разрушается во время процесса шлифования, агломератные абразивные зерна могут быть подобраны и могут быть специально использованы таким образом, что отдельные изношенные абразивные зерна выламываются из связующей матрицы и далее используются находящиеся под ними абразивные зерна, так что постоянно образуются новые режущие кромки. Поэтому такие агломератные абразивные зерна имеют длительный срок службы, характеризуются холодным шлифованием и создают рисунок шлифования с однородной, ровной поверхностью.And although, depending on the conditions of application of pressure, the individual grain is in principle not blunted or destroyed during the grinding process, agglomerate abrasive grains can be matched and can be specially used in such a way that individual worn abrasive grains break out of the bond matrix and are further used. the abrasive grains underneath, so that new cutting edges are constantly being formed. Therefore, such agglomerate abrasive grains have a long service life, are characterized by cold grinding and create a grinding pattern with a uniform, even surface.
При станочной обработке поверхностей с помощью абразивов к абразиву предъявляются совершенно разные требования в зависимости от обрабатываемого материала, применяемого способа шлифования и желательного качества поверхности. Поэтому для станочной обработки поверхностей различных материалов, таких как, например, древесина, металл, керамика, натуральный камень или синтетический материал, также требуются различные условия шлифования и абразивы, которые нужно отдельно приспосабливать к соответствующему применению.When machining surfaces with abrasives, the demands on the abrasive are quite different depending on the material to be machined, the grinding method used and the desired surface quality. The machining of surfaces of different materials, such as, for example, wood, metal, ceramics, natural stone or synthetic material, therefore also requires different grinding conditions and abrasives, which must be individually adapted to the respective application.
И хотя при использовании отдельных абразивных зерен можно варьировать только тип абразивного зерна и размер абразивного зерна, применение агломератных абразивных зерен создает многообразные дополнительные возможности для оптимизации агломератного абразивного зерна к соответствующему применению.Although only the type of abrasive grain and the size of the abrasive grain can be varied when using individual abrasive grains, the use of agglomerate abrasive grains creates many additional possibilities for optimizing the agglomerate abrasive grain for the respective application.
В EP 2 174 751 A1 описываются агломераты абразивных зерен, состоящие из тонкоизмельченных первичных абразивных зерен, которые удерживаются вместе связующим на алюмосиликатной основе. Используемое неорганическое связующее полностью отверждается при температурах ниже 450°С, в результате чего образуются агломераты абразивных зерен с чрезвычайно высокими прочностями, каковые агломераты имеют огромные преимущества для ряда применений, в которых труднообрабатываемые материалы шлифуют при высоких давлениях. Вследствие их высокой прочности эти агломераты абразивных зерен менее пригодны для мягких условий шлифования.EP 2 174 751 A1 describes abrasive grain agglomerates consisting of finely divided primary abrasive grains that are held together by an aluminosilicate-based binder. The inorganic binder used is fully cured at temperatures below 450° C., resulting in extremely high strength abrasive grain agglomerates, which agglomerates are of great advantage in a number of applications where difficult-to-machine materials are ground at high pressures. Because of their high strength, these abrasive grain agglomerates are less suitable for mild grinding conditions.
В US 4,799,939 описываются эродируемые агломераты, содержащие отдельные абразивные зерна, которые размещены в эродируемой матрице из связующего и полых тел. Полые тела предпочтительно представляют собой полые сферы и выполняют функцию придания матрице легкой разрушаемости. Полые сферы имеют очень маленький диаметр, так что в матрицу связующего может быть внедрено как можно больше полых сфер. В качестве связующих предпочтительно применяются органические соединения.US 4,799,939 describes eroded agglomerates containing individual abrasive grains that are placed in an eroded matrix of binder and hollow bodies. The hollow bodies are preferably hollow spheres and have the function of making the matrix easily breakable. The hollow spheres have a very small diameter so that as many hollow spheres as possible can be embedded in the binder matrix. Organic compounds are preferably used as binders.
В GB 2 021 626 раскрывается гранулят абразивных зерен, в котором абразивные зерна и порообразующие частицы удерживаются вместе связующим из синтетической смолы. Гранулы имеют размер зерна между 420 мкм и 2000 мкм, причем отдельные абразивные зерна имеют размер зерен менее 250 мкм и добавляются в количестве между 15 и 40 процентами по объему, тогда как порообразующие частицы имеют размер между 44 мкм и 297 мкм и добавляются в количестве между 2 и 75 процентами по объему. Связующее имеет процентное содержание между 10 и 50 процентами по объему. Ввиду того факта, что было показано, что удовлетворительное связывание также достигается уже тогда, когда имеется объем связующего, который значительно меньше, чем объем между твердыми частицами, готовые агрегаты могут иметь сеть из пор, которые соединены друг с другом. Эта открытая пористость может достигать 50% общего объема агрегата.GB 2 021 626 discloses an abrasive grain granulate in which abrasive grains and pore-forming particles are held together by a synthetic resin binder. The granules have a grain size between 420 microns and 2000 microns, with individual abrasive grains having a grain size of less than 250 microns and are added in an amount between 15 and 40 percent by volume, while the pore-forming particles have a size between 44 microns and 297 microns and are added in an amount between 2 and 75 percent by volume. The binder has a percentage between 10 and 50 percent by volume. In view of the fact that it has been shown that satisfactory bonding is also achieved when there is a binder volume that is significantly less than the volume between the solid particles, the finished aggregates can have a network of pores that are connected to each other. This open porosity can reach 50% of the aggregate volume.
Согласно двум упомянутым последними документам получаются относительно мягкие агломераты абразивных зерен, которые хорошо пригодны для мягких условий шлифования, в частности, в случае предпочтительного применения связующих из синтетической смолы.According to the last two documents mentioned, relatively soft agglomerates of abrasive grains are obtained, which are well suited for mild grinding conditions, in particular in the case of the preferred use of synthetic resin binders.
В US 6,679,782 B2 описываются агломераты абразивных зерен для применения в абразивах на связке, которые должны иметь наибольшую возможную открытую пористость с тем, чтобы таким образом влиять на пористость и тем самым на абразивное действие абразива.US 6,679,782 B2 describes agglomerates of abrasive grains for use in bonded abrasives, which should have the largest possible open porosity in order to thus influence the porosity and thereby the abrasive action of the abrasive.
В заявке на патент США 2015-0052824 A1 описываются агломераты абразивных зерен, которые состоят из смеси отдельных абразивных зерен и полых тел, причем полые тела придают агломератным абразивным зернам желательную закрытую пористость.US Patent Application 2015-0052824 A1 describes abrasive grain agglomerates that are composed of a mixture of individual abrasive grains and hollow bodies, the hollow bodies imparting the desired closed porosity to the agglomerate abrasive grains.
Ввиду уже упомянутых различных материалов и условий шлифования, все еще существует большая потребность в специальных агломератных абразивных зернах, которые дополнительно усовершенствованы и оптимизированы для специальных операций шлифования при станочной обработке поверхностей.In view of the different materials and grinding conditions already mentioned, there is still a great need for special agglomerate abrasive grains that are further developed and optimized for special grinding operations in surface machining.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
В поиске решения для достижения этой задачи, в частности, рассматривали влияние пористости и прочности агломератных абразивных зерен на срок их службы и на их поведение в условиях процесса шлифования.In the search for a solution to achieve this goal, in particular, the influence of porosity and strength of agglomerate abrasive grains on their service life and their behavior under the conditions of the grinding process was considered.
Агломератные абразивные зерна согласно изобретению, состоящие из множества отдельных абразивных зерен, связанных вместе связующим, имеют хорошую эффективность шлифования с течением времени (самозатачивание).Agglomerate abrasive grains according to the invention, consisting of many individual abrasive grains bonded together with a binder, have good grinding performance over time (self-sharpening).
Эта задача в итоге решена посредством агломератного абразивного зерна, состоящего из множества отдельных абразивных зерен, которые связаны в неорганической или органической связующей матрице, причем, в расчете на общую массу агломератного абразивного зерна, по меньшей мере 8% по массе абразивных зерен, которые связаны в матрице, являются поликристаллическими алюминий-оксидными абразивными зернами на основе электрокорунда с процентным содержанием более 97% по массе альфа-оксида алюминия. Поликристаллические алюминий-оксидные абразивные зерна, в свою очередь, состоят из множества первичных кристаллов Al2О3 с размером кристалла между 20 мкм и 100 мкм.This objective is ultimately achieved by an agglomerate abrasive grain consisting of a plurality of individual abrasive grains that are bonded in an inorganic or organic bond matrix wherein, based on the total weight of the agglomerate abrasive grain, at least 8% by weight of the abrasive grains are bonded in matrix, are polycrystalline aluminum oxide abrasive grains based on aluminum oxide with a percentage of more than 97% by weight of alpha alumina. Polycrystalline alumina abrasive grains, in turn, consist of many primary crystals of Al 2 O 3 with a crystal size between 20 μm and 100 μm.
При попытках создания агломератного абразивного зерна с определенной закрытой пористостью было неожиданно обнаружено, что особенно положительные результаты могут быть достигнуты, когда соответствующее агломератное абразивное зерно по существу состоит из поликристаллических абразивных зерен, которые, вследствие их получения, уже имеют определенную закрытую макропористость. Поликристаллические абразивные зерна получают плавлением оксида алюминия в электрической дуговой печи согласно EP 2 523 906 B1.When trying to create an agglomerate abrasive grain with a certain closed porosity, it has been surprisingly found that particularly good results can be achieved when the corresponding agglomerate abrasive grain essentially consists of polycrystalline abrasive grains, which, as a result of their preparation, already have a certain closed macroporosity. Polycrystalline abrasive grains are obtained by melting alumina in an electric arc furnace according to EP 2 523 906 B1.
Таким образом, может быть получено агломератное абразивное зерно, включающее множество отдельных абразивных зерен, которые связаны в неорганической или органической связующей матрице, причем, в расчете на общую массу агломератного абразивного зерна, по меньшей мере 8% по массе абразивных зерен являются поликристаллическими алюминий-оксидными абразивными зернами на основе электрокорунда (плавленого глинозема) с процентным содержанием более 97% по массе альфа-оксида алюминия. Поликристаллические алюминий-оксидные абразивные зерна, в свою очередь, состоят из множества первичных кристаллов Al2О3 с размером кристалла между 20 мкм и 100 мкм. Агломератное абразивное зерно имеет закрытую макропористость с объемом пор между 5% по объему и 30% по объему, предпочтительно при этом средний диаметр поры закрытых макропор составляет между 10 мкм и 100 мкм, предпочтительно между 15 мкм и 80 мкм, более предпочтительно между 20 мкм и 70 мкм, и предпочтительно их максимальный диаметр пор составляет в диапазоне приблизительно 120 мкм (то есть, около 120 мкм).Thus, an agglomerate abrasive grain can be produced comprising a plurality of individual abrasive grains that are bonded in an inorganic or organic bond matrix, wherein, based on the total weight of the agglomerate abrasive grain, at least 8% by weight of the abrasive grains are polycrystalline alumina. abrasive grains based on electrocorundum (fused alumina) with a percentage of more than 97% by weight of alpha alumina. Polycrystalline alumina abrasive grains, in turn, are composed of many primary crystals of Al 2 O 3 with a crystal size between 20 μm and 100 μm. The agglomerate abrasive grain has a closed macroporosity with a pore volume between 5% by volume and 30% by volume, preferably with an average pore diameter of closed macropores between 10 µm and 100 µm, preferably between 15 µm and 80 µm, more preferably between 20 µm and 70 µm, and preferably their maximum pore diameter is in the range of about 120 µm ( i.e. , about 120 µm).
В зависимости от количества и типа применяемого связующего, агломератному абразивному зерну может быть придана определенная процентная доля открытой пористости, в дополнение к закрытой пористости. Так, предпочтительный вариант выполнения агломератного абразивного зерна согласно настоящему изобретению предусматривает агломератное абразивное зерно, дополнительно имеющее открытую пористость между 1% по объему и 15% по объему.Depending on the amount and type of binder used, the agglomerate abrasive grain can be given a certain percentage of open porosity in addition to closed porosity. Thus, a preferred embodiment of the agglomerate abrasive grain of the present invention provides for an agglomerate abrasive grain further having an open porosity between 1% by volume and 15% by volume.
Для тех вариантов применения, которые были испытаны в ходе разработки, было найдено, что отношение открытой к закрытой пористости должно преимущественно составлять между 1:1 и 1:10. Это противоречит многим известным агломератным абразивным зернам согласно уровню техники, в случае которых часто добиваются высоких процентных долей открытой пористости, чтобы улучшить связывание агломератного абразивного зерна в абразиве посредством связующего, проникающего в открытые поры. Однако используемое здесь поликристаллическое алюминий-оксидное абразивное зерно имеет неправильную и шероховатую поверхность, так что изначально обеспечивается хорошее фиксирование в связующей матрице абразива. Если открытая пористость агломератного абразивного зерна является слишком высокой, к тому же может существовать такая опасность, в зависимости от типа используемого связующего, что поликристаллические алюминий-оксидные абразивные зерна недостаточно прочно удерживаются в агломератном абразивном зерне. Это является особенно критичным в случае настоящего изобретения, поскольку поликристаллические алюминий-оксидные абразивные зерна, очевидно, обусловливают конкретный механизм износа в агломератном абразивном зерне, при котором отдельные первичные кристаллы, из которых состоит поликристаллическое алюминий-оксидное абразивное зерно, выламываются из абразивного зерна и открываются новые режущие кромки. Этим объясняется поразительно высокое и равномерное удаление материала с низким износом зерна при поверхностной обработке агломератным абразивным зерном согласно изобретению. Чтобы этот механизм мог иметь место, нужно, чтобы само поликристаллическое алюминий-оксидное абразивное зерно было прочно связано в агломератном абразивном зерне.For those applications that were tested during development, it was found that the ratio of open to closed porosity should preferably be between 1:1 and 1:10. This is contrary to many prior art agglomerate abrasive grains which often achieve high open porosity percentages in order to improve the bonding of the agglomerate abrasive grain in the abrasive by the open cell penetrating binder. However, the polycrystalline alumina abrasive grain used here has an irregular and rough surface, so that good fixation in the bond matrix of the abrasive is initially provided. If the open porosity of the agglomerate abrasive grain is too high, there may also be a risk, depending on the type of binder used, that the polycrystalline alumina abrasive grains are not sufficiently held in the agglomerate abrasive grain. This is particularly critical in the present invention because the polycrystalline alumina abrasive grains appear to provide a particular wear mechanism in the agglomerate abrasive grain in which the individual primary crystals that make up the polycrystalline alumina abrasive grain are broken out of the abrasive grain and exposed. new cutting edges. This explains the amazingly high and uniform removal of material with low grain wear when surfaced with the agglomerate abrasive grain of the invention. In order for this mechanism to take place, the polycrystalline alumina abrasive grain itself needs to be firmly bound in the agglomerate abrasive grain.
Поэтому открытая пористость агломератного абразивного зерна согласно изобретению предпочтительно составляет менее 3% по объему, когда связующая матрица основана на органическом связующем, таком как, например, фенольная смола.Therefore, the open porosity of the agglomerate abrasive grain according to the invention is preferably less than 3% by volume when the bond matrix is based on an organic binder such as, for example, phenolic resin.
Напротив, процентная доля открытой пористости легко может быть более высокой при использовании конкретного неорганического связующего, которое содержит алюмосиликат и силикат щелочного металла с молярным отношением Al2О3 к SiО2 от 1:2 до 1:20, образуя исключительно прочные связи в результате образования так называемых геополимеров, причем открытая пористость агломератного абразивного зерна предпочтительно составляет между 5% по объему и 15% по объему.On the contrary, the percentage of open porosity can easily be higher when using a specific inorganic binder that contains aluminosilicate and alkali metal silicate with a molar ratio of Al 2 O 3 to SiO 2 from 1:2 to 1:20, forming exceptionally strong bonds as a result of the formation so-called geopolymers, the open porosity of the agglomerate abrasive grain being preferably between 5% by volume and 15% by volume.
В целом же оказалось выгодным, когда сумма открытой и закрытой пористостей подбирается таким образом, что агломератное абразивное зерно имеет объемную плотность между 0,9 г/см3 и 1,8 г/см3.On the whole, however, it has proved advantageous when the sum of the open and closed porosities is chosen such that the agglomerate abrasive grain has a bulk density between 0.9 g/cm 3 and 1.8 g/cm 3 .
В некоторых вариантах применения было показано, что инициирование самозатачивания затруднительно и происходит только с запозданием или вообще не имеет места. В этих случаях оказалось выгодным, когда в дополнение к поликристаллическим алюминий-оксидным абразивным зернам в связующей матрице дополнительно связаны отдельные монолитные абразивные зерна, причем средний размер зерна (зернистость) отдельных монолитных абразивных зерен предпочтительно лежит между максимальным размером зерна поликристаллических алюминий-оксидных абразивных зерен и минимальным размером кристалла первичных кристаллов, которые присутствуют в поликристаллических абразивных зернах.In some applications it has been shown that initiation of self-sharpening is difficult and occurs only late or does not occur at all. In these cases, it has proved advantageous when, in addition to the polycrystalline alumina abrasive grains, individual monolithic abrasive grains are additionally bonded in the bond matrix, the average grain size (grain size) of the individual monolithic abrasive grains preferably lying between the maximum grain size of the polycrystalline alumina abrasive grains and the minimum crystal size of the primary crystals that are present in polycrystalline abrasive grains.
В конкретном преимущественном варианте осуществления настоящего изобретения отдельные монолитные абразивные зерна, которые дополнительно связаны в связующей матрице, имеют средний диаметр между 20 мкм и 100 мкм, а значит, соответствуют размеру первичных кристаллов в поликристаллических алюминий-оксидных абразивных зернах. Таким образом может быть обеспечена однородная ровная поверхность обрабатываемой заготовки.In a particular advantageous embodiment of the present invention, the individual monolithic abrasive grains, which are further bonded in the bond matrix, have an average diameter between 20 µm and 100 µm, and thus correspond to the size of the primary crystals in the polycrystalline alumina abrasive grains. In this way, a uniform, even surface of the workpiece can be ensured.
Процентное содержание дополнительных отдельных компактных монолитных абразивных зерен предпочтительно составляет между 5% по массе и 60% по массе, предпочтительно между 10% и 60% по массе, а более предпочтительно между 15% и 55% по массе, в расчете на общую массу агломератного абразивного зерна.The percentage of additional individual compact monolithic abrasive grains is preferably between 5% by weight and 60% by weight, preferably between 10% and 60% by weight, and more preferably between 15% and 55% by weight, based on the total weight of the agglomerate abrasive. grains.
Согласно настоящему изобретению, под «отдельными компактными монолитными абразивными зернами» мы подразумеваем однородные зерна, полученные либо в процессе сплавления оксида алюминия и оксида циркония (такие зерна, как циркониевый корунд ZK40), либо в керамическом процессе, или химическим способом, таким как золь-гель-метод (например, такие зерна, как SGK2).According to the present invention, by "individual compact monolithic abrasive grains" we mean homogeneous grains obtained either in the process of fusion of alumina and zirconium oxide (grains such as zirconium corundum ZK40), or in a ceramic process, or by a chemical method, such as sol- gel method (for example, grains such as SGK2).
Закрытая пористость предпочтительно может быть отрегулирована за счет формирования и количества поликристаллических абразивных зерен. Регулирование открытой пористости происходит главным образом посредством количества используемого связующего.Closed porosity can preferably be controlled by the formation and amount of polycrystalline abrasive grains. The regulation of open porosity occurs mainly through the amount of binder used.
Исключительно хорошие результаты шлифования могут быть объяснены прочной связью поликристаллических алюминий-оксидных абразивных зерен в агломератном абразивном зерне. Это делает возможным выламывание первичных кристаллов в поликристаллических алюминий-оксидных абразивных зернах, и новые режущие кромки образуются без выкрашивания поликристаллических алюминий-оксидных абразивных зерен целиком из агломератного абразивного зерна. Возможные недостатки прочной связи, очевидно, компенсируются закрытой макропористостью, которая опять же слегка размягчает агломератное абразивное зерно в целом и которая одновременно способствует механизму самозатачивания, причем поры, которые высвобождаются во время процесса шлифования, могут дополнительно обеспечивать непосредственный контакт смазочно-охлаждающих жидкостей с материалом поверхности, благодаря чему улучшается качество поверхности обработанного материала.The exceptionally good grinding results can be attributed to the strong bonding of the polycrystalline alumina abrasive grains in the agglomerate abrasive grain. This allows the primary crystals in the polycrystalline alumina abrasive grains to break out and new cutting edges are formed without chipping the polycrystalline alumina abrasive grains entirely from the agglomerate abrasive grain. The possible disadvantages of a strong bond are obviously compensated by the closed macroporosity, which again slightly softens the agglomerate abrasive grain as a whole and which simultaneously contributes to the self-sharpening mechanism, the pores that are released during the grinding process can additionally provide direct contact of cutting fluids with the surface material. , thereby improving the surface quality of the processed material.
Предпочтительный вариант выполнения агломератного абразивного зерна согласно настоящему изобретению предусматривает агломератное абразивное зерно, включающее между 20% по массе и 40% по массе связующей матрицы и между 60% по массе и 80% по массе абразивных зерен. Будучи выраженным в процентах по объему, предпочтительный вариант выполнения агломератного абразивного зерна имеет между 20% по объему и 70% по объему связующей матрицы и между 30% по объему и 80% по объему абразивных зерен, при этом объемные процентные доли абразивных зерен включают объемные процентные доли закрытых макропор.A preferred embodiment of the agglomerate abrasive grain of the present invention provides for an agglomerate abrasive grain comprising between 20% by weight and 40% by weight of a bond matrix and between 60% by weight and 80% by weight of abrasive grains. Expressed as a percentage by volume, a preferred embodiment of the agglomerate abrasive grain has between 20% by volume and 70% by volume of bond matrix and between 30% by volume and 80% by volume of abrasive grains, with volume percentages of abrasive grains including volume percentages share of closed macropores.
В дополнение к уже упомянутым монолитным абразивным зернам, используемое связующее может дополнительно содержать наполнители и/или диспергирующие средства, для каковой цели могут быть применены все известные наполнители и диспергирующие средства, в частности, из группы сульфидов, фосфатов, карбонатов и/или галогенидов, и/или содержащие сульфид, фосфат, карбонат и/или галогенид комплексные соединения из группы, включающей элементы натрий, кремний, калий, бор, магний, кальций, алюминий, марганец, медь, цинк, железо, титан, сурьму и/или олово.In addition to the monolithic abrasive grains already mentioned, the binder used may additionally contain fillers and/or dispersants, for which purpose all known fillers and dispersants can be used, in particular from the group of sulfides, phosphates, carbonates and/or halides, and /or containing sulfide, phosphate, carbonate and/or halide complex compounds from the group consisting of the elements sodium, silicon, potassium, boron, magnesium, calcium, aluminum, manganese, copper, zinc, iron, titanium, antimony and/or tin.
Агломератное абразивное зерно согласно изобретению предпочтительно имеет средний диаметр между 0,4 и 3,0 мм, тогда как средний размер зерна отдельных абразивных зерен, которые связаны друг с другом в агломератном абразивном зерне, предпочтительно составляет между 30 мкм и 1000 мкм.The agglomerate abrasive grain according to the invention preferably has an average diameter between 0.4 and 3.0 mm, while the average grain size of the individual abrasive grains that are bonded to each other in the agglomerate abrasive grain is preferably between 30 µm and 1000 µm.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯDESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS
Изобретение будет подробно описано ниже с помощью примеров.The invention will be described in detail below by way of examples.
Пример 1 (сравнение)Example 1 (comparison)
Для получения сравнительного примера 1, восемь (8) кг абразивных зерен (ZPSK F150, фирмы Imerys) смешивали с 2,45 кг метакаолина (PoleStar 450, фирмы Imerys) в высокопроизводительном смесителе (типа RO1, фирмы Eirich) в течение 5 минут в режиме противотока (300 об/мин). Затем к этой смеси последовательно добавляли 2,45 л смеси воды и растворимого стекла (20 частей воды + 80 частей силиката Woellner 39T) в течение одной минуты при 790 об/мин. После того, как жидкость была однородно смешана с абразивными зернами, начали процесс гранулирования при 200 об/мин и продолжали до тех пор, пока не были получены агломераты с размером между приблизительно 2 и 5 мм. Полученные таким образом сырые гранулы агломератного абразивного зерна сушили на ленточной сушилке при приблизительно 125°C. Высушенные гранулы агломератных абразивных зерен измельчали, просеивали для получения фракции зерен между 1,2 и 1,7 мм, а затем обжигали в барабанной печи при 450°С.For Comparative Example 1, eight (8) kg of abrasive grains (ZPSK F150, Imerys) were mixed with 2.45 kg of metakaolin (PoleStar 450, Imerys) in a high performance mixer (RO1 type, Eirich) for 5 minutes at the countercurrent (300 rpm). Then, 2.45 liters of a mixture of water and water glass (20 parts of water + 80 parts of Woellner silicate 39T) were successively added to this mixture over one minute at 790 rpm. After the liquid was uniformly mixed with the abrasive grains, the granulation process was started at 200 rpm and continued until agglomerates were obtained with a size between approximately 2 and 5 mm. The thus obtained green granules of agglomerate abrasive grains were dried on a belt dryer at approximately 125°C. The dried granules of agglomerate abrasive grains were crushed, sieved to obtain a grain fraction between 1.2 and 1.7 mm, and then fired in a drum kiln at 450°C.
Пример 2 (сравнение)Example 2 (comparison)
Пример 2 получили подобно примеру 1, но при этом в качестве абразивных зерен использовали 8 кг ZPSK F60 (Imerys).Example 2 was prepared similarly to example 1, but 8 kg of ZPSK F60 (Imerys) were used as abrasive grains.
Пример 3 (изобретение)Example 3 (invention)
Пример 3 получили подобно примеру 1, при этом использовали 8 кг поликристаллических алюминий-оксидных абразивных зерен ZPTMX F60 фирмы Imerys.Example 3 was prepared similarly to example 1, using 8 kg of ZPTMX F60 polycrystalline alumina abrasive grains from Imerys.
Испытание 1 на шлифование (шлифование напроход цилиндрической поверхности)Grinding test 1 (grinding through a cylindrical surface)
Из агломератных абразивных гранулятов со средним размером частиц между 1,2 и 1,7 мм, каковые грануляты были получены согласно вышеописанным примерам 1-3, изготовили абразивные ленты, которыми шлифовали трубы из стали 1.4301 (X5CrNi18-10; V2A) с наружным диаметром 50 мм. В качестве основы абразивных лент была выбрана жесткая сложнополиэфирная основа, причем размеры абразивных лент составляли 150 мм × 2500 мм. Шлифование проводили при скорости резания (Vc) 30 м/с со скоростью подачи (Vf) 2-3 м/мин. Значения шероховатости (Rz) измеряли при начале операции шлифования и после 6 проходов по 10 м каждый. После 6 проходов определяли износ ленты одновременно с определением среднего снижения диаметра стальной трубы в 6 заданных точках измерения. В качестве смазочно-охлаждающей жидкости применяли эмульсию.From agglomerate abrasive granulates with an average particle size between 1.2 and 1.7 mm, which granulates were obtained according to the above examples 1-3, abrasive belts were made, which were used to grind pipes made of steel 1.4301 (X5CrNi18-10; V2A) with an outer diameter of 50 mm. A rigid polyester backing was chosen as the backing of the abrasive belts, and the dimensions of the abrasive belts were 150 mm x 2500 mm. Grinding was carried out at a cutting speed (Vc) of 30 m/s with a feed rate (Vf) of 2-3 m/min. Roughness values (Rz) were measured at the beginning of the grinding operation and after 6 passes of 10 m each. After 6 passes, the wear of the belt was determined simultaneously with the determination of the average reduction in the diameter of the steel pipe at 6 given measurement points. An emulsion was used as a cutting fluid.
Для сравнительных примеров 1 и 2 использовали агломератные абразивные зерна из компактных монолитных абразивных зерен с различными размерами зерна, причем химический состав всех трех примерных гранулятов был идентичным и состоял из приблизительно 99% по массе α-оксида алюминия с небольшими процентными содержаниями оксида титана и оксида хрома. Абразивные зерна со средним размером зерна 70 мкм, которые тем самым имеют средний диаметр, соответствующий диаметру первичных кристаллов в поликристаллических алюминий-оксидных абразивных зернах ZPTMX, выбрали с ZPSK F150 согласно FEPA. В примере 2 выбрали ZPSK F60 согласно FEPA для прямого сравнения монолитных абразивных зерен и поликристаллических алюминий-оксидных абразивных зерен. Результаты испытаний обобщены в нижеприведенной таблице 1.For Comparative Examples 1 and 2, agglomerate abrasive grains of compact monolithic abrasive grains with different grain sizes were used, and the chemical composition of all three exemplary granulates was identical and consisted of approximately 99% by weight of α-alumina with small percentages of titanium oxide and chromium oxide. . Abrasive grains with an average grain size of 70 μm, which thus have an average diameter corresponding to the diameter of the primary crystals in ZPTMX polycrystalline alumina abrasive grains, were selected with ZPSK F150 according to FEPA. In Example 2, ZPSK F60 according to FEPA was selected for a direct comparison of monolithic abrasive grains and polycrystalline alumina abrasive grains. The test results are summarized in Table 1 below.
Таблица 1Table 1
в начале
после 6 проходовRoughness values (Rz)
at first
after 6 passes
6,4 мкм18.1 µm
6.4 µm
5,7 мкм17.7 µm
5.7 µm
4,8 мкм17.6 µm
4.8 µm
Из вышеприведенной таблицы можно заключить, что абразивные характеристики (среднее снижение диаметра стальной трубы) трех абразивных лент с различными агломератными абразивными зернами являются приблизительно сравнимыми между собой, причем небольшие преимущества можно видеть в случае ленты, включающей крупные компактные монолитные абразивные зерна ZPSK F60 в качестве базовых зерен для агломератного абразивного зерна. Оказалось неожиданным, что в случае значений шероховатости абразивная лента, включающая мелкие монолитные абразивные зерна ZPSK 150 (пример 1), работала хуже всего. Наилучшее качество поверхности наблюдается здесь с агломератными абразивными зернами согласно настоящему изобретению (пример 3) при значении шероховатости 4,8 мкм. Большие различия можно найти в отношении износа ленты. При 21 г лента из примера 3 (по изобретению) проявляет гораздо более низкий износ, а значит, и наибольший срок службы абразивной ленты. По сравнению с примером 1, пример 3 достигает в три раза большего срока службы, а по сравнению с примером 2 – более чем в два раза большего срока службы. Таким образом, исходя из срока службы абразивной ленты, с агломератным абразивным зерном согласно настоящему изобретению может достигаться не только значительная эффективность абразива, но и одновременно также сокращаются периоды замены, что связано с дополнительным улучшением эффективности процесса шлифования. При применении абразивной ленты согласно примеру 3 было определено небольшое нагревание заготовки, которое свидетельствует о том, что агломератное абразивное зерно связано относительно прочно со сложнополиэфирной основой и что поликристаллические алюминий-оксидные абразивные зерна также прочно зафиксированы в агломерате и, вероятно, также являются значительно более износостойкими, чем монолитные абразивные зерна. Однако тепловыделение никогда не было критическим, так что не следовало опасаться повреждения заготовки.From the above table, it can be concluded that the abrasive performance (average reduction in steel pipe diameter) of the three abrasive belts with different agglomerate abrasive grains are approximately comparable to each other, with little benefit being seen in the case of a belt incorporating ZPSK F60 large compact monolithic abrasive grains as base grains for agglomerate abrasive grain. It turned out unexpected that in the case of roughness values, the abrasive belt, including fine monolithic abrasive grains ZPSK 150 (example 1), worked the worst. The best surface quality is observed here with agglomerate abrasive grains according to the present invention (example 3) at a roughness value of 4.8 µm. Big differences can be found in regards to belt wear. At 21 g, the belt of example 3 (according to the invention) exhibits much lower wear and hence the longest abrasive belt life. Compared to example 1, example 3 achieves three times the service life, and compared to example 2 more than twice the service life. Thus, based on the service life of the abrasive belt, with the agglomerate abrasive grain according to the present invention, not only can a significant abrasive performance be achieved, but at the same time, replacement periods are also shortened, which is associated with a further improvement in the efficiency of the grinding process. When using the abrasive belt according to example 3, a slight heating of the workpiece was determined, which indicates that the agglomerate abrasive grain is bonded relatively firmly to the polyester backing and that the polycrystalline alumina abrasive grains are also firmly fixed in the agglomerate and are probably also significantly more wear resistant. than monolithic abrasive grains. However, heat dissipation was never critical, so damage to the workpiece was not to be feared.
Пример 4 (сравнение)Example 4 (comparison)
Пример 4 получили подобно примеру 1, но при этом в качестве абразивных зерен использовали 8 кг ZK F150 (циркониевый электрокорунд фирмы Imerys).Example 4 was prepared similarly to example 1, but 8 kg of ZK F150 (zirconium electrocorundum from Imerys) was used as abrasive grains.
Пример 5 (изобретение)Example 5 (invention)
Пример 5 получили подобно примеру 1, но при этом в качестве абразивных зерен использовали 4 кг ZK40 F150 и 4 кг ZPTMX F60 (поликристаллическое алюминий-оксидное абразивное зерно).Example 5 was prepared similarly to example 1, but 4 kg of ZK40 F150 and 4 kg of ZPTMX F60 (polycrystalline aluminum oxide abrasive grain) were used as abrasive grains.
Пример 6 (изобретение)Example 6 (invention)
Пример 6 получили подобно примеру 1, но при этом в качестве абразивных зерен использовали смесь 1,6 кг SGK2 F150 (полученный золь-гель-методом корунд фирмы Imerys) и 6,4 кг ZPTMX F60 (поликристаллическое алюминий-оксидное абразивное зерно).Example 6 was prepared similarly to Example 1, but a mixture of 1.6 kg of SGK2 F150 (sol-gel corundum from Imerys) and 6.4 kg of ZPTMX F60 (polycrystalline alumina abrasive grain) was used as abrasive grains.
Испытание 2 на шлифование (шлифование плоской поверхности по встречным направлениям)Grinding test 2 (flat surface grinding in opposite directions)
Из агломератных абразивных зерен со средним размером частиц между 1,2 и 1,7 мм, полученных согласно вышеописанным примерам 3-6, изготовили абразивные ленты, которыми шлифовали плоскую сталь 1.4301 (X5CrNi18-10; V2A) с размерами 50 мм × 5 мм × 2000 мм. Для этой цели соединили между собой 3 заготовки так, что в целом была прошлифована общая ширина 150 мм плоской стали. Как и в случае с испытанием 1 на шлифование, в качестве основы абразивных лент была выбрана жесткая сложнополиэфирная основа, причем длина абразивных лент составляла 3000 мм, а ширина ленты составляла 200 мм. Как и в случае с испытанием 1 на шлифование, в качестве смазочно-охлаждающей жидкости применяли эмульсию. При испытании первоначально провели 3 цикла шлифования для кондиционирования лент (калибровка и пришлифовка). Затем, после 30 циклов шлифования, в каждом случае определяли абразивные характеристики, значения шероховатости и износ ленты.Agglomerate abrasive grains with an average particle size between 1.2 and 1.7 mm, obtained according to the above examples 3-6, made abrasive belts, which were used to grind flat steel 1.4301 (X5CrNi18-10; V2A) with dimensions of 50 mm × 5 mm × 2000 mm. For this purpose, 3 workpieces were joined together so that a total width of 150 mm of flat steel was ground. As with Grinding Test 1, the abrasive belts were backed with a rigid polyester backing, the abrasive belts being 3000 mm long and 200 mm wide. As with Grinding Test 1, an emulsion was used as the cutting fluid. During the test, 3 grinding cycles were initially carried out to condition the belts (calibration and grinding). Then, after 30 grinding cycles, abrasive characteristics, roughness values and belt wear were determined in each case.
Для сравнительного примера 4 использовали агломератные абразивные зерна из компактных монолитных абразивных зерен циркониевого электрокорунда, имеющие зернистость F150 согласно FEPA со средним размером зерна 70 мкм, которые тем самым имеют средний диаметр, соответствующий диаметру первичных кристаллов в поликристаллических алюминий-оксидных абразивных зернах ZPTMX. Благодаря его самозатачиванию циркониевый электрокорунд известен своими высокими абразивными характеристиками. Для примера 5 по изобретению выбрали смесь циркониевого корунда ZK40 F150 с ZPTMX F60 в соотношении 50:50, а для примера 6, который также выполнен в соответствии с изобретением, – смесь полученного золь-гель-методом корунда SGK2 F150 и ZPTMX F60 в соотношении 20:80. Полученный золь-гель-методом корунд был выбран ввиду его высокой ударной вязкости и износостойкости. В дополнение, в испытании 2 на шлифование выбрали также ленту, включающую агломератные абразивные зерна, которые состояли исключительно из поликристаллических алюминий-оксидных абразивных зерен (пример 3). Результаты испытаний обобщены в нижеприведенной таблице 2.For Comparative Example 4, agglomerate abrasive grains of compact monolithic zirconium aluminum oxide abrasive grains having FEPA grit F150 with an average grain size of 70 µm were used, which thus have an average diameter corresponding to the diameter of the primary crystals in ZPTMX polycrystalline alumina abrasive grains. Thanks to its self-sharpening properties, zirconia aluminum oxide is known for its high abrasive performance. For example 5 according to the invention, a mixture of zirconium corundum ZK40 F150 with ZPTMX F60 in a ratio of 50:50 was chosen, and for example 6, which is also made in accordance with the invention, a mixture of SGK2 F150 corundum obtained by the sol-gel method and ZPTMX F60 in a ratio of 20 :80. The corundum obtained by the sol-gel method was chosen due to its high impact strength and wear resistance. In addition, grinding test 2 also selected a belt comprising agglomerate abrasive grains that consisted solely of polycrystalline alumina abrasive grains (Example 3). The test results are summarized in Table 2 below.
Таблица 2table 2
ZPTMX F60
50:50ZK40 F150
ZPTMX F60
50:50
ZPTMX F60
20:80SGK2 F150
ZPTMX F60
20:80
Из таблицы 2 можно заключить, что в случае агломератных абразивных зерен, включающих смеси абразивных зерен, абразивные характеристики шлифовальных лент с различными агломератными абразивными зернами являются более или менее сравнимыми, причем небольшие преимущества можно видеть в случае ленты (пример 6), включающей полученные золь-гель-методом абразивные зерна в агломератном абразивном зерне. В отношении значений шероховатости шлифовальная лента (пример 3), которая содержит исключительно поликристаллические алюминий-оксидные абразивные зерна ZPTMX, работает лучше. В этом отношении можно видеть недостатки, в частности, в случае смеси с полученным золь-гель-методом корундом (пример 6). В свою очередь, большие различия можно найти в отношении износа ленты. Оказалось неожиданным, что две ленты, включающие агломератные абразивные зерна со смесями абразивных зерен (примеры 5 и 6), проявляют меньший износ ленты, чем лента, включающая агломератные абразивные зерна, содержащие исключительно поликристаллические алюминий-оксидные абразивные зерна. Лента из сравнительного примера 4, в случае которой агломератные абразивные зерна состоят исключительно из циркониевого электрокорунда F150, имеет гораздо более высокий износ ленты. В каждом случае примеры 3, 5 и 6 согласно настоящему изобретению достигают более чем двукратного срока службы по сравнению с этой лентой, представляющей уровень техники. Исходя из срока службы абразивной ленты, также в случае этой заявки может достигаться значительно более высокая эффективность абразива с агломератными абразивными зернами согласно настоящему изобретению, по сравнению с традиционными агломератными абразивными зернами. Таким образом, для агломератных абразивных зерен, включающих смеси абразивных зерен с поликристаллическими алюминий-оксидными абразивными зернами, также можно отметить, что дополнительно сокращаются периоды замены, что связано с дополнительным улучшением эффективности процесса шлифования.From Table 2 it can be concluded that in the case of agglomerate abrasive grains comprising mixtures of abrasive grains, the abrasive performance of sanding belts with different agglomerate abrasive grains is more or less comparable, with little advantage being seen in the case of a belt (Example 6) comprising the resulting sol- gel method abrasive grains in agglomerate abrasive grains. In terms of roughness values, the sanding belt (Example 3) which contains exclusively ZPTMX polycrystalline alumina abrasive grains performs better. In this regard, disadvantages can be seen, in particular in the case of a mixture with corundum obtained by the sol-gel method (example 6). In turn, large differences can be found with regard to belt wear. Surprisingly, two belts comprising agglomerate abrasive grains with mixtures of abrasive grains (Examples 5 and 6) exhibited less belt wear than a belt comprising agglomerate abrasive grains containing exclusively polycrystalline alumina abrasive grains. The belt of Comparative Example 4, in which the agglomerate abrasive grains are exclusively composed of F150 zirconium aluminum oxide, has a much higher belt wear. In each case, examples 3, 5 and 6 according to the present invention achieve more than twice the service life compared to this state of the art tape. Based on the service life of the abrasive belt, also in the case of this application, a significantly higher efficiency of the abrasive with agglomerate abrasive grains according to the present invention can be achieved compared to conventional agglomerate abrasive grains. Thus, for agglomerate abrasive grains, including mixtures of abrasive grains with polycrystalline alumina abrasive grains, it can also be noted that the replacement periods are further reduced, which is associated with a further improvement in the efficiency of the grinding process.
Указанные выше примеры предназначены только для описания настоящего изобретения и никоим образом не должны толковаться как ограничение. Дополнительные проведенные автором изобретения анализы показали, что агломератные абразивные зерна из смесей с абразивными зернами других типов и с другими размерами зерен имеют преимущества по сравнению с традиционными агломератными абразивными зернами, при условии, что определенные процентные доли агломератных абразивных зерен состоят из поликристаллических алюминий-оксидных абразивных зерен. Тем самым было найдено в качестве предела, что агломератное абразивное зерно должно содержать по меньшей мере 8% по массе поликристаллических алюминий-оксидных абразивных зерен, в расчете на общую массу агломератного абразивного зерна.The above examples are only intended to describe the present invention and should not be construed as limiting in any way. Additional analyzes conducted by the inventor showed that agglomerate abrasive grains from mixtures with abrasive grains of other types and with other grain sizes have advantages over conventional agglomerate abrasive grains, provided that certain percentages of agglomerate abrasive grains consist of polycrystalline aluminum oxide abrasive grains. grains. Thus, it has been found as a limit that the agglomerate abrasive grain should contain at least 8% by weight of polycrystalline alumina abrasive grains, based on the total weight of the agglomerate abrasive grain.
Claims (27)
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102017130046.5 | 2017-12-14 | ||
| DE102017130046.5A DE102017130046A1 (en) | 2017-12-14 | 2017-12-14 | Agglomerate abrasive grain |
| PCT/EP2018/084234 WO2019115476A1 (en) | 2017-12-14 | 2018-12-10 | Agglomerate abrasive grain |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2020121583A RU2020121583A (en) | 2022-01-14 |
| RU2792805C2 true RU2792805C2 (en) | 2023-03-24 |
Family
ID=
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2174751A1 (en) * | 2008-10-10 | 2010-04-14 | Center for Abrasives and Refractories Research & Development C.A.R.R.D. GmbH | Abrasive grain agglomerates, method for their manufacture and their application |
| RU2566791C1 (en) * | 2012-09-12 | 2015-10-27 | Сентер Фор Эбрейсивз Энд Рифрэкториз Рисерч Энд Девелопмент С. А. Р. Р. Д. Гмбх | Agglomerate abrasive grain, containing included hollow microspheres |
| US20170107412A1 (en) * | 2014-02-27 | 2017-04-20 | 3M Innovative Properties Company | Abrasive Particles, Abrasive Articles, and Methods of Making and Using the Same |
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2174751A1 (en) * | 2008-10-10 | 2010-04-14 | Center for Abrasives and Refractories Research & Development C.A.R.R.D. GmbH | Abrasive grain agglomerates, method for their manufacture and their application |
| RU2566791C1 (en) * | 2012-09-12 | 2015-10-27 | Сентер Фор Эбрейсивз Энд Рифрэкториз Рисерч Энд Девелопмент С. А. Р. Р. Д. Гмбх | Agglomerate abrasive grain, containing included hollow microspheres |
| US20170107412A1 (en) * | 2014-02-27 | 2017-04-20 | 3M Innovative Properties Company | Abrasive Particles, Abrasive Articles, and Methods of Making and Using the Same |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6072223B2 (en) | Abrasive particles, method for producing abrasive particles, and abrasive article | |
| EP3052271B1 (en) | Bonded abrasive articles and methods | |
| RU2468907C1 (en) | Abrasive grain mixes, method of their fabrication and their use for making abrasive materials | |
| EP1954445B1 (en) | Agglomerate abrasive grains and method of making the same | |
| JP2567475B2 (en) | Frit bonded grinding wheel | |
| EP1326940B1 (en) | Method of making ceramic aggregate particles | |
| EP2785810B1 (en) | Agglomerate abrasive grain comprising incorporated hollow microspheres | |
| JP2523971B2 (en) | Abrasive article | |
| US20070020457A1 (en) | Composite particle comprising an abrasive grit | |
| EP0418738B1 (en) | Abrasive article and method of making same | |
| CN111448281B (en) | Stacked abrasive particles | |
| RU2792805C2 (en) | Agglomerate abrasive grain |