TW201402279A - 用於低速研磨操作之磨料物品 - Google Patents

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Abstract

一種磨料物品包括一粘結的磨料本體，該粘結的磨料本體具有包含在一粘結劑材料內之磨料顆粒。該粘結的磨料本體可以包括至少約225 GPa的磨料顆粒-粘結劑材料界面彈性模量(MOE)。該粘結的磨料本體可以被配置成在小於約60 m/s速度下對包含金屬之工件進行研磨。

Description

用於低速研磨操作之磨料物品
本申請要求於2012年7月6日提交的美國臨時專利申請號61/668,860和於2012年7月31日提交的美國臨時專利申請號61/677,655的優先權和權益，這兩個專利藉由引用以其全文結合在此。
以下內容係針對磨料物品，並且具體地是適合用於進行低速研磨操作的粘結的磨料物品。
研磨工具一般被形成為具有包含在一粘結劑材料內的磨料粒子用於材料去除的應用。在這類研磨工具中可以採用超級磨料粒子(例如，金剛石或立方氮化硼(CBN))或加晶種的(或甚至未加晶種的)燒結溶膠凝膠氧化鋁磨料粒子(又被稱為微晶α-氧化鋁(MCA)磨料粒子)。該粘結劑材料可以是有機材料類，如樹脂；或一無機材料，如玻璃或玻璃化的材料。具體地說，使用玻璃化粘結劑材料並且含有MCA晶粒或超級磨料粒子的粘結的研磨工具對研磨是商業上有用的。
某些粘結的研磨工具(特別是利用了玻璃化粘結劑材料的那些)要求高溫成形工藝(時常近似於1100℃或更大)，這會對具有MCA的磨料粒子產生不利的影響。事實上，已經認識到，在形成研磨工具必要的這種升高的溫度下，該粘結劑材料可以與該等磨料粒子(具體是MCA晶粒)進行反應、並且損害磨料的完整性，從而降低晶粒的銳度和性能特性。其結果係，業界已經轉向于降低形成該粘結劑材料必要的形成溫度，以便抑制成形工藝過程中的該等磨料粒子的高溫降解。業界繼續需求這類粘結的磨料物品的改進的性能。
以下內容係針對粘結的磨料物品，該等粘結的磨料物品可以適合用於對工件進行研磨和成形。值得注意地，在此的實施方式的粘結的磨料物品可以將磨料顆粒結合在玻璃狀粘結劑材料內。用於使用在此的實施方式的粘結的磨料物品的適合的應用包括研磨操作，該等研磨操作包括，例如無心研磨、外圓研磨、曲軸研磨、各種表面研磨操作、軸承和齒輪研磨操作、緩進給研磨、以及各種工具室應用。
根據一實施方式，形成一實施方式的粘結的磨料物品之方法可以藉由形成適合的化合物與組分的混合物從而形成一粘結劑材料來開始。該粘結劑可以由無機材料的化合物(如氧化合物(oxide compound))形成。例如，一適合的氧化物材料可以包括氧化矽(SiO2)。根據一實施方式，該粘結劑材料可以由對於該粘結劑材料的總重量而言為不大於約 55 wt%的氧化矽形成。在其他實施方式中，氧化矽的含量可以是更少的，如不大於約54 wt%、不大於約53 wt%、不大於約52 wt%、或甚至不大於約51 wt%。然而，在某些實施方式中，該粘結劑材料可以由對於該粘結劑材料的總重量而言為至少約45 wt%，如至少約46 wt%、近似於至少約47 wt%、至少約48 wt%、或甚至至少約49 wt%的氧化矽形成。將瞭解的是，氧化矽的量可以在以上指出的任何最小與最大百分比之間的範圍內。
該粘結劑材料還可以結合一定含量的氧化鋁(Al2O3)。例如，該粘結劑材料可以包括對於該粘結劑材料的總重量而言為至少約12 wt%的氧化鋁。在其他實施方式中，氧化鋁的量可以是至少約14 wt%、至少約15 wt%、或甚至至少約16 wt%。在某些例子中，該粘結劑材料包括的氧化鋁的量對於該粘結劑的總重量而言可以為不大於約23 wt%、不大於約21 wt%、不大於約20 wt%、不大於約19 wt%、或甚至不大於約18 wt%。將瞭解的是，氧化鋁的量可以在以上指出的任何最小與最大百分比之間的範圍內。
在某些例子中，該粘結劑材料可以由以重量百分數測量的氧化矽的量與以重量百分數測量的氧化鋁的量之間的一特定比率形成。例如，矽對鋁的比率可以藉由用粘結劑材料內的氧化矽的重量百分數除以氧化鋁的重量百分數來描述。根據一實施方式，氧化矽對氧化鋁的比率可以是不大於約3.2。在其他例子中，粘結劑材料內的氧化矽對氧化鋁的比率可以是不大於約3.1、不大於約3.0、或甚至不大於約2.9。 然而，在某些例子中，該粘結劑材料可以形成為使得氧化矽的重量百分數對氧化鋁的重量百分數的比率係至少約2.2，如至少約2.3、如近似於至少約2.4、至少約2.5、至少約2.6、或甚至至少約2.7。將瞭解的是，氧化鋁和氧化矽的總量可以在以上指出的任何最小與最大值之間的範圍內。
根據一實施方式，該粘結劑材料可以由一定含量的氧化硼(B2O3)形成。例如，該粘結劑材料可以結合對於該粘結劑材料的總重量而言為不大於約20 wt%的氧化硼。在其他例子中，氧化硼的量可以是更少的，如不大於約19 wt%、不大於約18 wt%、不大於約17 wt%、或甚至不大於約16 wt%。然而，該粘結劑材料可以由對於該粘結劑材料的總重量而言為至少約11 wt%，如至少約12 wt%、至少約13 wt%、或甚至至少約14 wt%的氧化硼形成。將瞭解的是，氧化硼的量可以在以上指出的任何最小與最大百分比之間的範圍內。
根據一實施方式，該粘結劑材料可以形成為使得該粘結劑材料內的氧化硼的重量百分數和氧化矽的重量百分數的總含量(即總和)可以是對於該粘結劑材料的總重量而言為不大於約70 wt%。在其他例子中，氧化矽和氧化硼的總含量可以是不大於約69 wt%，如不大於約68 wt%、不大於約67 wt%、或甚至不大於約66 wt%。根據一具體實施方式，氧化矽和氧化硼的總重量百分數含量可以是對於該粘結劑材料的總重量而言為至少約55 wt%，如至少約58 wt%、至少約60 wt%、至少約62 wt%、至少約63 wt%、至少約64 wt%、或甚至至少約65 wt%。將瞭解的是，該粘結劑材料內的氧化矽和 氧化硼的總重量百分數可以在以上指出的任何最小與最大百分比之間的範圍內。
此外，在具體例子中，如以重量百分數測量的，粘結劑材料內的氧化矽的量可以大於氧化硼的量。值得注意地，氧化矽的量可以比氧化硼的量大至少約1.5倍、大至少約1.7倍、大至少約1.8倍、大至少約1.9倍、大至少約2.0倍、或甚至大至少約2.5倍。然而，在一實施方式中，該粘結劑材料包括的氧化矽的量可以為大不大於約5倍，如大不多於約4倍、大不多於約3.8倍、或甚至大不多於約3.5倍。將瞭解的是，氧化矽的量與氧化硼的量相比的差值可以在以上指出的任何最小與最大值之間的範圍內。
根據一實施方式，該粘結劑材料可以由至少一種鹼金屬氧化合物(R2O)形成，其中R代表選自元素週期表中的第IA族元素的一金屬。例如，該粘結劑材料可以由來自以下化合物組的一鹼金屬氧化合物(R2O)形成，該化合物組包括氧化鋰(Li2O)、氧化鈉(Na2O)、氧化鉀(K2O)、及氧化銫(Cs2O)、以及它們的組合。
根據一實施方式，該粘結劑材料可以由總含量對於該粘結劑材料的總重量而言為不大於約20 wt%的鹼金屬氧化合物形成。對於根據在此的實施方式的其他粘結的磨料物品，鹼金屬氧化合物總含量可以是不大於約19 wt%、不大於約18 wt%、不大於約17 wt%、不大於約16 wt%、或甚至不大於約15 wt%。然而，在一實施方式中，粘結劑材料內的鹼金屬氧化合物總含量可以是至少約10 wt%，如至少約12 wt%、至少約13 wt%、或甚至至少約14 wt%。將瞭解的是，該粘結劑材料包括的鹼金屬氧化合物總含量可以在以上指出的任何最小與最大百分比之間的範圍內。
根據一具體實施方式，該粘結劑材料可以由如以上所指出的不大於約3種的單獨鹼金屬氧化合物(R2O)形成。事實上，某些粘結劑材料可以將不大於約2種的鹼金屬氧化合物結合在該粘結劑材料內。
此外，該粘結劑材料可以形成為使得該粘結劑材料內的任何該等鹼金屬氧化合物的單獨含量不大於鹼金屬氧化合物總含量(以重量百分數計)的一半。此外，根據一具體實施方式，氧化鈉的量可以大於氧化鋰或氧化鉀的含量(重量百分數)。在更具體的例子中，以重量百分數測量的氧化鈉的總含量可以大於以重量百分數測量的氧化鋰和氧化鉀的含量的總和。此外，在一實施方式中，氧化鋰的量可以大於氧化鉀的含量。
根據一實施方式，以重量百分數測量的形成該粘結劑材料的鹼金屬氧化合物的總量可以小於該粘結劑材料內的氧化硼的量(以重量百分數測量)。事實上，在某些例子中，粘結劑材料內的鹼金屬氧化合物的總重量百分數與氧化硼的總重量百分數相比可以在約0.9至1.5之間的範圍內，如在約0.9與1.3之間的範圍內、或甚至在約0.9與約1.1之間的範圍內。
該粘結劑材料可以由一定量的鹼土金屬化合物(RO)形成，其中R代表來自元素週期表的第IIA族的元素。 例如，該粘結劑材料可以結合鹼土金屬氧化合物，如氧化鈣(CaO)、氧化鎂(MgO)、氧化鋇(BaO)、或甚至氧化鍶(SrO)。根據一實施方式，該粘結劑材料可以包含對於該粘結劑材料的總重量而言為不大於約3.0 wt%的鹼土金屬氧化合物。在再其他的例子中，該粘結劑材料可以包含更少的鹼土金屬氧化合物，如近似於不大於約2.8 wt%、不大於約2.2 wt%、不大於約2.0 wt%、或不大於約1.8 wt%。然而，根據一實施方式，該粘結劑材料包含的一或多種鹼土金屬氧化合物的含量對於該粘結劑材料的總重量而言可以為至少約0.5 wt%，如至少約0.8 wt%、至少約1.0 wt%、或甚至至少約1.4 wt%。將瞭解的是，該粘結劑材料內的鹼土金屬氧化合物的量可以在以上指出的任何最小與最大百分比之間的範圍內。
根據一實施方式，該粘結劑材料可以由不大於約3種的不同鹼土金屬氧化合物形成。事實上，該粘結劑材料可以包含不大於2種的不同鹼土金屬氧化合物。在一具體例子中，該粘結劑材料可以由2種鹼土金屬氧化合物組成，這2種鹼土金屬氧化物由氧化鈣和氧化鎂組成。
在一實施方式中，該粘結劑材料包括的氧化鈣的量可以大於氧化鎂的量。此外，粘結劑材料內的氧化鈣的量可以大於在該粘結劑材料記憶體在的任何其他鹼土金屬氧化合物的含量。
該粘結劑材料可以由鹼金屬氧化合物與鹼土金屬氧化合物的一組合來形成，這樣使得總含量對於該粘結劑材料的總重量而言為不大於約20 wt%。在其他實施方式中， 該粘結劑材料內的鹼金屬氧化合物和鹼土金屬氧化合物總含量可以是不大於約19 wt%，如不大於約18 wt%、或甚至不大於約17 wt%。然而，在某些實施方式中，在該粘結劑材料記憶體在的鹼金屬氧化合物和鹼土金屬化合物的總含量可以為至少約12 wt%，如至少約13 wt%，如至少約14 wt%、至少約15 wt%、或甚至至少約16 wt%。將瞭解的是，該粘結劑材料具有的鹼金屬氧化合物和鹼土金屬氧化合物總含量可以在以上指出的任何最小與最大百分比之間的範圍內。
根據一實施方式，該粘結劑材料可以形成為使得在該粘結劑材料記憶體在的鹼金屬氧化合物的含量大於鹼土金屬氧化合物總含量。在一具體實施方式中，該粘結劑材料可以形成為使得鹼金屬氧化合物總含量(以重量百分數計)與鹼土金屬氧化合物的總重量百分數相比的比率(R2O：RO)係在約5：1與約15：1之間的範圍內。在其他實施方式中，在該粘結劑材料記憶體在的鹼金屬氧化合物的總重量百分數對鹼土金屬氧化合物的總重量百分數的比率可以是在約6：1與約14：1之間的範圍內，如在約7：1與約12：1之間的範圍內、或甚至在約8：1與約10：1之間的範圍內。
根據一實施方式，該粘結劑材料可以由對於該粘結劑材料的總重量而言為不大於約3 wt%的五氧化二磷形成。在某些其他例子中，該粘結劑材料可以包含對於該粘結劑材料的總重量而言為不大於約2.5 wt%，如不大於約2.0 wt%、不大於約1.5 wt%、不大於約1.0 wt%、不大於約0.8 wt%、不大於約0.5 wt%、或甚至不大於約0.2 wt%的五氧化 二磷。事實上，在某些例子中，該粘結劑材料可以基本上不含有五氧化二磷。適合含量的五氧化二磷可以促進在此所描述的某些特徵和研磨性能特性。
根據一實施方式，該粘結劑材料可以由不大於一種的組合物形成，該組合物包含不大於約1 wt%的某些氧化合物，該等氧化合物包括例如像MnO2、ZrSiO2、CoAl2O4、以及MgO的氧化合物。事實上，在具體實施方式中，該粘結劑材料可以基本上不含有以上認定的氧化合物。
除了置於混合物內的粘結劑材料之外，形成粘結的磨料物品的方法可以進一步包括結合一定類型的磨料顆粒。根據一實施方式，該等磨料顆粒可以包括微晶氧化鋁(MCA)。事實上，在某些例子中，該等磨料顆粒可以主要由微晶氧化鋁組成。
該等磨料顆粒可以具有不大於約1050微米的平均粒徑。在其他實施方式中，該等磨料顆粒的平均粒徑可以是更小的，如近似於不大於800微米、不大於約600微米、不大於約400微米、不大於約250微米、不大於約225微米、不大於約200微米、不大於約175微米、不大於約150微米、或甚至不大於約100微米。然而，該等磨料顆粒的平均粒徑可以是至少約1微米，如至少約5微米、至少約10微米、至少約20微米、至少約30微米、或甚至至少約50微米、至少約60微米、至少約70微米、或甚至至少約80微米。將瞭解的是，該等磨料顆粒的平均粒徑可以在以上指出的任何最小與最大值之間的範圍內。
進一步提及利用了微晶氧化鋁的磨料顆粒，將瞭解的是微晶氧化鋁可以由具有被設定成亞微米大小的平均晶粒大小的晶粒組成。事實上，微晶氧化鋁的平均晶粒大小可以是不大於約1微米，如不大於約0.5微米、不大於約0.2微米、不大於約0.1微米、不大於約0.08微米、不大於約0.05微米、或甚至不大於約0.02微米。
另外地，包括磨料顆粒和粘結劑材料的混合物的形成可以進一步包括添加其他組分，如填充劑、成孔劑、以及適合用於形成最終成形的粘結的磨料物品的材料。成孔材料的一些適合的實例可以包括但不限於：空心氧化鋁球(bubble alumina)；空心莫來石球(bubble mullite)；空心球，包括空心玻璃球、空心陶瓷球、或空心聚合物球；聚合物或塑膠材料；有機化合物；纖維材料，包括玻璃、陶瓷、或聚合物的繩股和/或纖維。其他適合的成孔材料可以包括萘、PDB、貝殼、木材，等等。在再另一實施方式中，填充劑可以包括一或多種無機材料(包括例如氧化物)，並且具體地可以包括結晶相或非晶相的氧化鋯、二氧化矽、二氧化鈦、以及它們的組合。
在適合地形成混合物之後，可以使該混合物成形。適合的成形方法可以包括擠壓操作和/或成型操作以及它們的組合。例如，在一實施方式中，可以藉由在一模具內冷壓該混合物以便形成生坯來使該混合物成形。
在適合地形成該生坯之後，可以在一特定溫度下燒結該生坯以便促進形成具有一玻璃相粘結劑材料的磨料物 品。值得注意地，該燒結操作可以在小於約1000℃的燒結溫度下進行。在具體實施方式中，該燒結溫度可以是小於約980℃，如小於約950℃，並且具體地在約800℃與950℃之間的範圍內。將瞭解的是，對於以上指出的粘結劑組分可以利用特別低的燒結溫度，這樣使得避免過高的溫度並且因此限制成形工藝過程中的磨料顆粒的降解。
根據一具體實施方式，粘結的磨料本體包含具有一玻璃相材料的一粘結劑材料。在具體例子中，該粘結劑材料可以是一單相玻璃狀材料。
最終成形的粘結的磨料本體可以具有特定含量的粘結劑材料、磨料顆粒、以及孔隙率。值得注意地，粘結的磨料物品的本體可以具有對於該粘結的磨料本體總體積而言為至少約42 vol%的孔隙率。在其他實施方式中，孔隙率的量可以是更大的，如對於該粘結的磨料本體總體積而言為至少約43 vol%，如至少約44 vol%、至少約45 vol%、至少約46 vol%、至少約48 vol%、或甚至至少約50 vol%。根據一實施方式，該粘結的磨料本體可以具有不大於約70 vol%，如不大於約65 vol%、不大於約62 vol%、不大於約60 vol%、不大於約56 vol%、不大於約52 vol%、或甚至不大於約50 vol%的孔隙率。該粘結的磨料本體可以包括占該粘結的磨料本體總體積的約46%至約50%的孔隙率，如占該粘結的磨料本體總體積的約46%至約48%的孔隙率。將瞭解的是，該粘結的磨料本體可以具有在以上指出的任何最小與最大百分比之間的範圍內的孔隙率。
根據一實施方式，該粘結的磨料本體可以具有對於該粘結的磨料本體總體積而言為至少約35 vol%的磨料顆粒。在其他實施方式中，磨料顆粒的總含量可以是更大的，如至少約37 vol%、或甚至至少約39 vol%。根據一具體實施方式，該粘結的磨料本體可以形成為使得它具有對於該粘結的磨料本體總體積而言為不大於約50 vol%的磨料顆粒，如不大於約48 vol%、或甚至不大於約46 vol%。將瞭解的是，該粘結的磨料本體內的磨料顆粒的含量可以在以上指出的任何最小與最大百分比之間的範圍內。
在具體例子中，該粘結的磨料本體被形成為使得它包含與孔隙率和磨料顆粒的含量相比最小含量(vol%)的粘結劑材料。例如，該粘結的磨料本體可以具有對於該粘結的磨料本體總體積而言為不大於約15 vol%的粘結劑材料。在其他例子中，該粘結的磨料本體可以形成為使得它包含占該粘結的磨料本體總體積的不大於約14 vol%、不大於約13 vol%、或甚至不大於約12 vol%的粘結劑材料。在一具體例子中，該粘結的磨料本體可以形成為使得它包含對於該粘結的磨料本體總體積而言為至少約7 vol%，如至少約8 vol%、近似於至少約9 vol%、或甚至至少約10 vol%的粘結劑材料。
圖1包括在根據一實施方式的特定的粘結的磨料物品記憶體在的多個相之圖示。圖1包括vol%粘結劑、vol%磨料顆粒、以及vol%孔隙率。陰影區101代表適合用於研磨應用的常規的粘結的磨料物品，而陰影區103代表根據在此的一實施方式的粘結的磨料物品的相含量。
值得注意地，該等常規的粘結的磨料物品(即，陰影區101)的相含量與一實施方式的粘結的磨料物品的相含量顯著不同。值得注意地，常規的粘結的磨料物品典型地具有在大約40 vol%與51 vol%之間的範圍內的最大孔隙率、大約42 vol%至50 vol%的磨料顆粒含量、以及大約9 vol%至20 vol%的粘結劑含量。常規的粘結的磨料物品典型地具有50 vol%或更小的最大孔隙率含量，這係因為研磨應用要求粘結的磨料本體具有足夠的強度以應對研磨過程中遇到的過大的力，並且多孔性高的粘結的磨料本體先前不能夠承受所述力。
根據一實施方式，粘結的磨料物品可以具有比常規的粘結的磨料物品大得多的孔隙率。例如，一實施方式的一粘結的磨料物品可以具有對於該粘結的磨料本體總體積而言在約51 vol%與約58 vol%之間的範圍內的孔隙率含量。此外，如在圖1中所展示，一實施方式的粘結的磨料物品可以具有對於該粘結的磨料物品的總體積而言在約40 vol%與約42 vol%之間的範圍內的磨料顆粒含量，和在大約2 vol%與約9 vol%之間的範圍內的特別低的粘結劑含量。
值得注意地，在此的實施方式的粘結的磨料本體可以具有不同於常規的粘結的磨料本體的特別特徵。具體地說，在此的粘結的磨料物品可以具有特定含量的孔隙率、磨料顆粒、以及粘結劑，同時顯示出使得它們適合用於特定的應用(如研磨應用)的特別機械特徵。例如，在一實施方式中，該粘結的磨料本體可以具有特定的斷裂模量(MOR)，該斷裂模量可以相應於特定的彈性模量(MOE)。例如，對於至 少約40 GPa的MOE，該粘結的磨料本體可以具有至少45 MPa的MOR。在一實施方式中，對於40 GPa的MOE，MOR可以是至少約46 MPa，如至少約47 MPa、至少約48 MPa、至少約49 MPa、或甚至至少約50 MPa。然而，對於40 GPa的MOE，該粘結的磨料本體可以具有不大於約70 MPa，如不大於約65 MPa、或不大於約60 MPa的MOR。將瞭解的是，MOR可以在以上給出的任何最小與最大值之間的範圍內。
在另一實施方式中，對於某些具有45 GPa的MOE的粘結的磨料本體，MOR可以是至少約45 MPa。事實上，針對某些具有45 GPa的MOE的粘結的磨料本體，MOR可以是至少約46 MPa，如至少約47 MPa、至少約48 MPa、至少約49 MPa、或甚至至少約50 MPa。然而，對於45 GPa的MOE，MOR可以是不大於約70 MPa、不大於約65 MPa、或不大於約60 MPa。將瞭解的是，MOR可以在以上給出的任何最小與最大值之間的範圍內。
在另一實施方式中，對於具有45 GPa的MOE的某些粘結的磨料本體，MOR可以是至少約45 MPa。事實上，對於具有45 GPa的MOE的某些粘結的磨料本體，MOR可以是至少約46 MPa，如至少約47 MPa、至少約48 MPa、至少約49 MPa、或甚至至少約50 MPa。然而，對於45 GPa的MOE，MOR可以是不大於約70 MPa、不大於約65 MPa、或不大於約60 MPa。將瞭解的是，MOR可以在以上給出的任何最小與最大值之間的範圍內。
可以對大小為4”×1”×0.5”的樣品使用標準的三 點彎曲測試來測量MOR，其中除了樣品大小以外，通常根據ASTM D790施加載荷到1”×0.5”平面上。可以記錄破壞載荷並且使用標準方程計算MOR。可以藉由使用GrindoSonic儀器或類似設備、按照磨料磨輪工業中的標準規程對複合物的自然頻率進行測量來計算MOE。
在一實施方式中，該粘結的磨料本體可以具有一強度比，該強度比係MOR除以MOE的度量。在具體例子中，一具體的粘結的磨料本體的強度比(MOR/MOE)可以是至少約0.8。在其他例子中，該強度比可以是至少約0.9，如至少約1.0、至少約1.05、至少約1.10。然而，該強度比可以是不大於約3.00，如不大於約2.50、不大於約2.00、不大於約1.70、不大於約1.50、不大於約1.40、或不大於約1.30。將瞭解的是，該等粘結的磨料本體的強度比可以在以上指出的任何最小與最大值之間的範圍內。
根據一實施方式，該粘結的磨料本體可以適合用於特定的研磨操作。例如，已發現在此的實施方式的粘結的磨料本體係在研磨操作中是適合的。事實上，可以在不損害工件並且提供適合的或改進的研磨性能的情況下利用該等粘結的磨料本體。
在此引用的該粘結的磨料本體的研磨能力可以涉及多種研磨操作，如無心研磨、外圓研磨、曲軸研磨、各種表面研磨操作、軸承和齒輪研磨操作、緩進給研磨、以及各種工具室研磨過程。此外，用於該等研磨操作的適合的工件可以包括無機或有機材料。在具體例子中，該工件可以包 括一金屬、金屬合金、塑膠、或天然材料。在一實施方式中，該工件可以包括一鐵金屬、非鐵金屬、金屬合金、金屬超級合金、以及它們的組合。在另一實施方式中，該工件可以包括一有機材料，該有機材料包括，例如一聚合物材料。在再其他的例子中，該工件可以是一天然材料，該天然材料包括，例如木材。
該等磨料物品的輪大小的一些版本可以在直徑上從大於約4.5英寸變化至約54英寸。根據應用，典型的切削量(stock removal amount)可以從約0.0001英寸變化至約0.500英寸。
在具體例子中，已指出該粘結的磨料本體能夠在特別高的去除速率下對工件進行研磨。例如，在一實施方式中，該粘結的磨料本體可以在至少約0.4英寸3/分鐘/英寸(in3/min/in)(258 mm3/min/mm)的材料去除速率下進行研磨操作。在其他實施方式中，該材料去除速率可以是至少約0.45英寸3/分鐘/英寸(290 mm3/min/mm)，如至少約0.5英寸3/分鐘/英寸(322 mm3/min/mm)、至少約0.55英寸3/分鐘/英寸(354 mm3/min/mm)、或甚至至少約0.6英寸3/分鐘/英寸(387 mm3/min/mm)。然而，對於某些粘結的磨料本體，材料去除速率可以是不大於約1.5英寸3/分鐘/英寸(967 mm3/min/mm)，如不大於約1.2英寸3/分鐘/英寸(774 mm3/min/mm)、不大於約1.0英寸3/分鐘/英寸(645 mm3/min/mm)、或甚至不大於約0.9英寸3/分鐘/英寸(580 mm3/min/mm)。將瞭解的是，本申請的粘結的磨料本體可以 在處於以上指出的任何最小與最大值之間的範圍內的材料去除速率下對工件進行研磨。
在某些研磨操作過程中，已指出本申請的粘結的磨料本體可以在特定切削深度(DOC)或(Zw)下進行研磨。例如，該粘結的磨料本體所達到的切削深度可以是至少約0.003英寸(0.0762毫米)。在其他例子中，該粘結的磨料本體能夠在研磨操作過程中達到至少約0.004英寸(0.102毫米)，如至少約0.0045英寸(0.114毫米)、至少約0.005英寸(0.127毫米)、或甚至至少約0.006英寸(0.152毫米)的切削深度。將瞭解的是，利用在此的粘結的磨料本體進行的研磨操作的切削深度可以不大於約0.01英寸(0.254毫米)、或不大於約0.009英寸(0.229毫米)。將瞭解的是，該切削深度可以在以上指出的任何最小與最大值之間的範圍內。
在其他實施方式中，已指出該粘結的磨料本體可以在不超過約10 Hp(7.5 kW)的最大功率下對工件進行研磨，同時利用了以上指出的研磨參數。在其他實施方式中，在研磨操作過程中的最大功率可以是不大於約9 Hp(6.8 kW)，如不大於約8 Hp(6.0 kW)、或甚至不大於約7.5 Hp(5.6 kW)。
根據另一實施方式，在研磨操作過程中，已指出在此的實施方式的粘結的磨料物品具有優越的拐角保持能力(特別是與常規的粘結的磨料物品相比)。事實上，該粘結的磨料本體可以在至少約1.8的切削深度(Zw)下具有不大於約0.07英寸的拐角保持係數，該切削深度相應於0.00255英 寸/秒，弧度。值得注意地，如在此所使用的，1.0的切削深度相應於0.00142英寸/秒，弧度，並且1.4的切削深度(Zw)相應於0.00198英寸/秒，弧度。將瞭解的是，該拐角保持係數係在特定切削深度下、對4330 V的工件(該工件係NiCrMoV調質的高強度鋼合金)進行5次研磨之後以英寸計的半徑變化的度量。在某些其他實施方式中，粘結的磨料物品顯示出對於至少約1.80的切削深度而言，不大於約0.06英寸，如不大於約0.05英寸、不大於約0.04英寸的拐角保持係數。
在一實施方式中，磨料物品可以包括一粘結的磨料本體，該粘結的磨料本體具有包含在一粘結劑材料內的磨料顆粒。該粘結的磨料本體可以包括至少約225 GPa的磨料顆粒-粘結劑材料界面的彈性模量(MOE)。該粘結的磨料本體可以被配置成在小於約60 m/s的速度下對包含金屬的工件進行研磨。
例如，磨料顆粒-粘結劑材料界面的MOE可以是至少約250 GPaa，如至少約275 GPa、或甚至至少約300 GPa。可替代地，磨料顆粒-粘結劑材料界面的MOE可以是不大於約350 GPa，如不大於約325 GPa、或甚至不大於約320 GPa。
在另一實施方式中，磨料物品可以包括一粘結的磨料本體，該粘結的磨料本體具有包含在粘結劑材料內的磨料顆粒。該粘結的磨料本體可以包括至少約13 GPa的磨料顆粒-粘結劑材料界面的硬度。該粘結的磨料本體可以被配置成在小於約60 m/s的速度下對包含金屬的工件進行研磨。在其他實例中，磨料顆粒-粘結劑材料界面的硬度可以是至少約14 GPa、或甚至至少約15 GPa。可替代地，磨料顆粒-粘結劑材料界面的硬度可以是不大於約20 GPa，如不大於約18 GPa、或甚至不大於約16 GPa。
在再另一實例中，該粘結的磨料本體可以包括不大於約125 Ra的表面光潔度。
該粘結的磨料本體可以在至少約1.0英寸/分鐘的橫進給速率(Z’w)下執行。例如，Z’w可以是不大於約1.4英寸/分鐘，如不大於約1.8英寸/分鐘、不大於約2.0英寸/分鐘、或甚至2.2英寸/分鐘。
在一版本中，該粘結的磨料本體可以包括至少約0.235英寸3/分鐘的材料去除速率。
磨料物品的實施方式可以包括一粘結的磨料本體，該粘結的磨料本體具有包含在粘結劑材料內的磨料顆粒。該粘結的磨料本體可以包括被定義為隨著橫進給速率的變化而產生的x軸半徑變化的研磨係數。該研磨係數可以是不大於約0.040。該粘結的磨料本體可以被配置成在小於約60 m/s的速度下對包含金屬的工件進行研磨。該研磨係數可以是不大於約0.035，如不大於約0.030的研磨係數、或甚至不大於約0.028的研磨係數。
在一具體實施方式中，該粘結的磨料本體可以包括不大於約0.080英寸的x軸拐角保持係數。例如，該x軸拐角保持係數可以是不大於約0.070英寸，如不大於約0.060英寸、不大於約0.050英寸、或甚至不大於約0.042英寸。
該拐角保持係數可以被表示為輪半徑的變化百 分比。例如，對於具有7英寸直徑(即，3.5英寸半徑)的輪，0.080英寸的x軸拐角保持係數代表以下變化：該輪的x軸半徑的1-(3.5-0.08)/3.5=2.3%的變化。對於0.07、0.06、0.05以及0.042的x軸拐角保持係數，輪的x軸半徑變化對應地是2%、1.7%、1.4%以及1.2%。因此，該粘結的磨料本體可以具有不大於3%的x軸半徑變化。例如，該粘結的磨料本體可以具有不大於2.5%，如不大於約2%、不大於約1.7%、不大於約1.5%、或甚至不大於約1.3%的x軸半徑變化。
該粘結的磨料本體的其他實施方式可以包括被定義為隨著橫進給速率的變化而產生的y軸半徑變化的研磨係數。該研磨係數可以是不大於約0.018。該研磨係數的其他實例可以是不大於約0.016，如不大於約0.014的研磨係數、不大於約0.012的研磨係數、或甚至不大於約0.010的研磨係數。
在一具體實施方式中，該粘結的磨料本體可以包括不大於約0.033英寸，如不大於約0.030英寸、不大於約0.025英寸、或甚至不大於約0.024英寸的y軸拐角保持係數。
該拐角保持係數可以被表示為輪半徑的變化百分比。例如對於具有7英寸直徑(即，3.5英寸半徑)的輪，0.033英寸的y軸拐角保持係數代表以下變化：該輪的y軸半徑的1-(3.5-0.033)/3.5=0.94%的變化。對於0.03、0.025、0.024的y軸拐角保持係數，輪的y軸半徑變化對應地是0.86%、0.71%以及0.69%。
因此，該粘結的磨料本體可以具有不大於約1% 的y軸半徑變化。例如，該粘結的磨料本體可以具有不大於約0.9%，如不大於約0.8%、或甚至不大於約0.7%的x軸半徑變化。
該磨料物品的其他版本可以包括要求比常規的OD磨料磨輪少至少約3%的修整(dressing)，如比常規的OD磨料磨輪少至少約4%、至少約5%、或甚至至少約6%修整的本體。
在另一實例中，該本體可以要求比常規的OD磨料磨輪少至少約5%的循環時間。例如，該本體可以要求比常規的OD磨料磨輪少至少約10%的循環時間，如至少約15%、或甚至至少約18%的循環時間。
該磨料物品的實施方式可以具有一粘結的磨料本體，該粘結的磨料本體可以被配置成在小於約55 m/s的速度下對包含金屬的工件進行研磨。例如，該速度可以是小於約50 m/s，如小於約45 m/s、或甚至小於約40 m/s。在再其他的版本中，該速度可以是至少約35 m/s，如至少約40 m/s、至少約45 m/s、或甚至至少約50 m/s。
該磨料物品可以具有一本體，該本體包括一輪，該輪具有的外徑在約24英寸至約30英寸，如約18英寸至約30英寸、約10英寸至約36英寸、或甚至約5英寸至約54英寸的範圍內。
該磨料物品的其他實施方式可以包括一粘結劑材料，該粘結劑材料包括一單相玻璃狀材料。粘結的磨料本體的一些版本可以包括占該粘結的磨料本體總體積的至少約 42 vol%的孔隙率，如不大於約70 vol%的孔隙率。
該粘結的磨料本體可以包括占該粘結的磨料本體總體積的至少約35 vol%的磨料顆粒。在另一實例中，該粘結的磨料本體可以包括占該粘結的磨料本體總體積的不大於約15 vol%的粘結劑材料。
該粘結劑材料的實例可以由對於該粘結劑材料的總重量而言為不大於約20 wt%的氧化硼(B2O3)形成。在另一版本中，該粘結劑材料可以包括不大於約3.2的氧化矽(SiO2)重量百分數對氧化鋁(Al2O3)重量百分數(SiO2：Al2O3)的比率。該粘結劑材料可以由不大於約3.0 wt%的五氧化二磷(P2O5)形成。可替代地，該粘結劑材料可以基本上不含有五氧化二磷(P2O5)。
該粘結劑材料的其他實施方式可以由一鹼土金屬氧化合物(RO)形成。例如，在該粘結劑材料中存在的鹼土金屬氧化合物(RO)的總量可以是不大於約3.0 wt%。該粘結劑材料可以由不大於約3種的不同鹼土金屬氧化合物(RO)形成，該等鹼土金屬氧化物選自以下各項的組：氧化鈣(CaO)、氧化鎂(MgO)、氧化鋇(BaO)、氧化鍶(SrO)。該粘結劑材料還可以包括選自以下化合物組的一鹼金屬氧化合物(R2O)，該化合物組由以下各項組成：氧化鋰(Li2O)、氧化鈉(Na2O)、氧化鉀(K2O)、及氧化銫(Cs2O)以及它們的組合。該粘結劑材料可以由總量不大於約20 wt%的鹼金屬氧化合物(R2O)形成。可替代地，該粘結劑材料可以包括不大於約3種的鹼金屬氧化合物(R2O)。在另一實例中，在 該粘結劑材料記憶體在的任何鹼金屬氧化合物的含量(wt%)可以不大於鹼金屬氧化物的總含量(wt%)的一半。
在再其他的實施方式中，該粘結劑材料由不大於約55 wt%的氧化矽(SiO2)形成。該粘結劑材料可以由至少約12 wt%的氧化鋁(Al2O3)形成。該粘結劑材料還可以由至少一種鹼金屬氧化合物(R2O)和至少一種鹼土金屬氧化合物(RO)形成，其中該鹼金屬氧化合物和該鹼土金屬氧化合物總含量係不大於約20 wt%。
粘結劑的一些實例可以由氧化硼(B2O3)和氧化矽(SiO2)形成，其中氧化硼和氧化矽的總含量可以是不大於約70 wt%。氧化矽(SiO2)的含量可以大於氧化硼的含量。
在一具體版本中，該粘結劑可以由一組合物形成，該組合物包含不大於約1 wt%的選自下組的氧化合物，該組由以下各項組成：MnO2、ZrSiO2、COAl2O4、以及MgO。該粘結劑可以由基本上不含有選自下組的氧化合物的一組合物形成，該組由以下各項組成：MnO2、ZrSiO2、CoAl2O4、以及MgO。另外，粘結的磨料本體可以在不大於約1000℃的溫度下進行燒結。
該粘結劑材料的實施方式可以包括約2.4至約3.5的氧化矽(SiO2)重量百分數對氧化鋁(Al2O3)重量百分數(SiO2：Al2O3)的比率。該粘結劑材料可以包括痕量(<1%)的以下各項中的每一種：Fe2O3、TiO2及Mg以及它們的組合。該粘結劑材料可以包括約32至約52的氧化矽(SiO2)重量百分數對CaO重量百分數(SiO2：CaO)的比率。該粘結劑材料 還可以包括約9.6至約26的氧化矽(SiO2)重量百分數對LiO2重量百分數(SiO2：LiO2)的比率。在另一實例中，該粘結劑材料可以包括約4.8至約10.4的氧化矽(SiO2)重量百分數對Na2O重量百分數(SiO2：Na2O)的比率。該粘結劑材料可以包括約9.6至約26的氧化矽(SiO2)重量百分數對K2O重量百分數(SiO2：K2O)的比率。該粘結劑材料還可以包括約2.8至約5.2的氧化矽(SiO2)重量百分數對B2O3重量百分數(SiO2：B2O3)的比率。
該粘結劑材料的實施方式可以包括約10至約20的氧化鋁(Al2O3)重量百分數對CaO重量百分數(Al2O3：CaO)的比率。該粘結劑材料可以包括約3至約10的氧化鋁(Al2O3)重量百分數對LiO2重量百分數(Al2O3：LiO2)的比率。該粘結劑材料還可以包括約1.5至約4的氧化鋁(Al2O3)重量百分數對Na2O重量百分數(Al2O3：Na2O)的比率。該粘結劑材料的一實例可以包括約3至約10的氧化鋁(Al2O3)重量百分數對K2O重量百分數(Al2O3：K2O)的比率。該粘結劑材料還可以包括約0.9至約2的氧化鋁(Al2O3)重量百分數對B2O3重量百分數(Al2O3：B2O3)的比率。
在另一實例中，該粘結劑材料可以包括約0.2至約0.75的CaO重量百分數對LiO2重量百分數(CaO：LiO2)的比率。該粘結劑材料可以包括約0.1至約0.3的CaO重量百分數對Na2O重量百分數(CaO：Na2O)的比率。該粘結劑材料還可以包括約0.2至約0.75的CaO重量百分數對K2O重量百分數(CaO：K2O)的比率。另外，該粘結劑材料可以包括 約0.16至約0.15的CaO重量百分數對B2O3重量百分數(CaO：B2O3)的比率。
該粘結劑材料的其他實施方式可以包括約0.2至約1的Li2O重量百分數對Na2O重量百分數(Li2O：Na2O)的比率。該粘結劑材料可以包括約0.4至約2.5的Li2O重量百分數對K2O重量百分數(Li2O：K2O)的比率。該粘結劑材料還可以包括約0.12至約0.5的Li2O重量百分數對B2O3重量百分數(Li2O：B2O3)的比率。
該粘結劑材料的一具體實施方式可以包括約1至約5的Na2O重量百分數對K2O重量百分數(Na2O：K2O)的比率。該粘結劑材料還可以包括約0.3至約1的Na2O重量百分數對B2O3重量百分數(Na2O：B2O3)的比率。另外，該粘結劑材料可以包括約0.12至約0.5的K2O重量百分數對B2O3重量百分數(CaO：B2O3)的比率。
磨料物品的其他實例可以包括一粘結的磨料本體，該粘結的磨料本體具有包含在一粘結劑材料內的磨料顆粒，該粘結劑材料由不大於約20 wt%的氧化硼(B2O3)形成、具有的二氧化矽(SiO2)重量百分數：氧化鋁(Al2O3)重量百分數的比率不大於約3.2(按重量百分數計)、並且具有的五氧化二磷(P2O5)不大於約3.0 wt%，其中該粘結的磨料本體具有占該粘結的磨料本體總體積的至少約42 vol%的孔隙率。該粘結的磨料本體可能能夠在小於約60 m/s的速度下對包含金屬的工件進行研磨。
一種對磨料物品進行研磨的方法的實施方式可 以包括形成具有包含在粘結劑材料內的磨料顆粒的一粘結的磨料本體，這樣使得該粘結的磨料本體包括至少約225 GPa的磨料顆粒-粘結劑材料界面的彈性模量(MOE)。該方法可以包括在小於約60 m/s的速度下用該粘結的磨料本體對包含金屬的工件進行研磨。
一種對磨料物品進行研磨的方法的另一實施方式可以包括形成具有包含在粘結劑材料內的磨料顆粒的一粘結的磨料本體，這樣使得該粘結的磨料本體包括至少約13 GPa的磨料顆粒-粘結劑材料界面的硬度。該方法可以包括在小於約60 m/s的速度下用該粘結的磨料本體對包含金屬的工件進行研磨。
該對磨料物品進行研磨的方法的再另一實施方式可以包括形成具有包含在粘結劑材料內的磨料顆粒的一粘結的磨料本體，這樣使得該粘結的磨料本體包括被定義為隨著橫進給速率的變化而產生的x軸半徑變化的研磨係數，並且對於至少約1.0英寸/分鐘的橫進給速率(Z’w)，該研磨係數不大於約0.040。該方法可以包括在小於約60 m/s的速度下用該粘結的磨料本體對包含金屬的工件進行研磨。
一種對磨料物品進行研磨的方法還可以包括形成具有包含在粘結劑材料內的磨料顆粒的一粘結的磨料本體，這樣使得該粘結的磨料本體包括被定義為隨著橫進給速率的變化而產生的y軸半徑變化的研磨係數，並且對於至少約1.0英寸/分鐘的橫進給速率(Z’w)，該研磨係數不大於約0.018。該方法可以包括在小於約60 m/s的速度下用該粘結的 磨料本體對包含金屬的工件進行研磨。
對磨料物品進行研磨的再另一方法可以包括形成一粘結的磨料本體，該粘結的磨料本體具有包含在一粘結劑材料內的磨料顆粒，該粘結劑材料由不大於約20 wt%的氧化硼(B2O3)形成、具有的二氧化矽(SiO2)重量百分數：氧化鋁(Al2O3)重量百分數的比率不大於約3.2(按重量百分數計)、並且具有的五氧化二磷(P2O5)不大於約3.0 wt%，其中該粘結的磨料本體具有占該粘結的磨料本體總體積的至少約42 vol%的孔隙率。該方法可以包括在小於約60 m/s的速度下用該粘結的磨料本體對包含金屬的工件進行研磨。
藉由參考附圖可以更好地理解本揭露，並且使它的眾多特徵和優點對熟習該項技術者而言變得清楚。
圖1包括針對先前技術的粘結的磨料主體和根據在此的實施方式的粘結的磨料主體的孔隙率百分數、磨料百分數、以及粘結劑百分數之圖示。
圖2包括展現出磨料粒子、粘結劑以及它們界面的模量和硬度測試的一張照片。
圖3包括針對與根據在此的一實施方式的粘結的磨料物品相比的兩種常規的粘結的磨料物品的磨料、粘結劑以及磨料-粘結劑界面的彈性模量(MOE)之圖表。
圖4包括針對與根據在此的一實施方式的粘結的磨料物品相比的兩種常規的粘結的磨料物品的磨料、粘結劑以及磨 料-粘結劑界面的硬度之圖表。
圖5包括展示出沿著x-軸和y-軸兩者的形狀損失的磨料物品之示意圖。
圖6包括針對常規的粘結的磨料物品和根據一實施方式的粘結的磨料物品的表面光潔度Ra與橫進給速率(Z’w)之繪圖。
圖7包括針對常規的粘結的磨料物品和根據一實施方式的粘結的磨料物品的在5次研磨中的材料去除與橫進給速率(Z’w)之繪圖。
圖8包括顯示出針對常規的粘結的磨料物品和根據一實施方式的粘結的磨料物品的拐角保持係數的x-軸半徑變化與橫進給速率(Z’w)之繪圖。
圖9包括顯示出針對常規的粘結的磨料物品和根據一實施方式的粘結的磨料物品的拐角保持係數的y-軸半徑變化與橫進給速率(Z’w)之繪圖。
圖10包括針對一常規的粘結的磨料物品和根據一實施方式的粘結的磨料物品的每次修整的零件數之圖表。
圖11包括針對一常規的粘結的磨料物品和根據一實施方式的粘結的磨料物品的循環時間之圖表。
在不同的附圖中使用相同的參考符號指示類似或相同的物件。
實例 實例1
輪在OD研磨應用中的壽命或性能可能取決於它可以持續的研磨數目、或在該輪失去它的形狀或拐角保持能力之前可以被研磨的零件的數目，這也將影響零件品質。該輪的壽命還可能與產生用於隨後研磨操作的新生表面所需要的修整頻率相關。該輪的形狀保持或拐角保持能力還可能與粘結劑保持晶粒並且保留其優秀品質以用於高效研磨操作的能力相關。在此實例中，對具有38A熔融氧化鋁磨料顆粒、使用不同粘結劑的磨輪進行測試。測試裝置係使用了玻氏類型壓頭尖端的MTS奈米壓痕儀XP。對於每種樣品，沿著從一磨料顆粒、橫過晶粒邊界延伸到粘結劑區並且然後進入下一磨料顆粒的雙線(參見圖2)在20個位置處嘗試壓痕。成行的該等壓痕之間的間距係10微米，並且該等行本身間隔10微米的距離。壓痕繼續進行到1微米的深度。
圖3和圖4分別描繪了針對三種不同的粘結劑，彈性模量(MOE)和硬度的比較。繪圖1301、1302、以及1303分別代表根據在此的一實施方式形成的粘結的磨料物品的一樣品的磨料、粘結劑、以及磨料-粘結劑界面的MOE。此樣品具有占該粘結的磨料本體總體積的大約7 vol%至大約12 vol%的粘結劑含量範圍。另外，此樣品具有占該粘結的磨料本體總體積的大約46 vol%至大約50 vol%的孔隙率範圍。
在圖3中，第一種常規的樣品CS1針對它的磨料、粘結劑、以及磨料-粘結劑界面分別產生MOE值1305、1306、以及1307。樣品CS1係作為VS產品可從聖高拜(Saint Gobain Corporation)商購的一粘結的磨料物品。第二種常規的樣品CS2係作為VH產品可從聖高拜商購的一粘結的磨料物品。樣品CS2針對它的磨料、粘結劑、以及磨料-粘結劑界面分別產生MOE值1310、1311、以及1312。
如在圖3中所示，該實施方式的界面MOE 1303分別明顯勝過常規的樣品CS1和CS2的界面MOE 1307和1312。這類結果示出根據在此的實施方式形成的粘結的磨料物品的磨料-粘結劑界面的MOE相比先前技術的常規粘結的磨料物品的有顯著改進。
在圖4中，繪圖1401、1402、以及1403分別代表根據圖3的實施方式形成的粘結的磨料物品的樣品的磨料、粘結劑、以及磨料-粘結劑界面的硬度。該第一種常規樣品CS1針對它的磨料、粘結劑、以及磨料-粘結劑界面分別產生硬度值1405、1406、以及1407。樣品CS1與以上針對圖3所揭露的樣品相同。類似地，該第二種常規樣品CS2針對它的磨料、粘結劑、以及磨料-粘結劑界面分別產生硬度值1410、1411、以及1412。樣品CS2與以上針對圖3所揭露的樣品相同。
如在圖4中所示，該實施方式的界面硬度1403分別明顯勝過常規的樣品CS1和CS2的界面硬度1407和1412。這類結果示出根據在此的實施方式形成的粘結的磨料物品的磨料-粘結劑界面的硬度相比先前技術的常規粘結的磨料物品的有顯著改進。
因此，新型粘結劑具有更高的模量和硬度。這對 磨輪中的較薄弱部分(粘結劑和界面)是特別有意義的。界面的模量和硬度的改進可以說明加強該界面並且示出它與該等磨料具有更好的連結性。該等設計有助於提高在侵蝕性研磨條件下磨輪的壽命。
實例2
針對此拐角保持應用和測試，製備了四種7英寸輪的樣品。這四種樣品包括三種不同的常規粘結劑和根據在此的一實施方式的一粘結劑。所有的四種樣品包括38A熔融剛鋁石晶粒，並且每一種包括占粘結的磨料本體總體積的約7 vol%至約12 vol%的粘結劑含量、以及約46%至約50%的孔隙率。該等常規的樣品使用了在實例1中使用的相同VS和VH粘結劑。表1包含關於在實例2中使用的測試條件的更多細節。
在一台Bryant研磨器上、在拐角保持配置下對這四種樣品進行測試。輪速度係50.36 m/s。測試材料係3.745英寸的OD 4330V鋼(Rc=28-32)。測試材料速度係1.15米/秒。研磨模式係使用0.100英寸的研磨寬度進行外部插進。借 助於反向電鍍的金剛石滾輪對每一輪進行修整。將橫進給速率調整成給予1.0、1.4以及1.8英寸3/分鐘/英寸的目標材料去除速率(Z’W)。在目標進給速率下，對每個測試輪執行五次連貫的沒有修整的徑向研磨。在最後一次研磨之後，從加工材料中獲得表面光潔度和波度。對於拐角半徑和徑向磨損的測量，在每次研磨之後，使用測試輪對記錄該輪的輪廓的Formica(福米加)坯件進行研磨。從該坯件中獲得測量值。
圖6包括針對三種常規的粘結的磨料物品1606、1601、以及1602和本實施方式的粘結的磨料物品1605的表面光潔度Ra與橫進給速率(Z’w)的繪圖。本實施方式的粘結的磨料本體1605在1.4英寸/分鐘的橫進給速率(Z’w)下包括不大於約85 Ra的表面光潔度。相比之下，物品1606、1601以及1602在1.4英寸/分鐘的橫進給速率(Z’w)下都展現出至少約125 Ra的表面光潔度。
圖7包括針對相同的三種常規的粘結的磨料物品1700、1701、以及1702和本實施方式的粘結的磨料物品1705的在5次研磨中的材料去除與橫進給速率(Z’w)的繪圖。粘結的磨料本體1705在1.8英寸/分鐘的橫進給速率(Z’w)下包括至少約0.241英寸3/分鐘的材料去除速率。相比之下，常規物品1700、1701以及1702在1.8英寸/分鐘的橫進給速率(Z’w)下都展現出不大於約0.235英寸3/分鐘的材料去除速率。
在圖5中示出拐角磨損或半徑測量值變化之示意圖。尺寸1500代表一樣品沿著x軸的原始尺寸(即，0.875 英寸的軸向寬度)，而尺寸1501代表該樣品沿著x軸的研磨後尺寸。類似地，尺寸1502代表一樣品沿著y軸的原始尺寸(即，7英寸的直徑)，而尺寸1503代表該樣品沿著y軸的研磨後尺寸。
圖8包括針對相同的三種常規的粘結的磨料物品1800、1801、以及1802和本實施方式的粘結的磨料物品1805的顯示出拐角保持係數的x軸半徑變化與橫進給速率(Z’w)的繪圖。本實施方式的粘結的磨料本體1805在1.8英寸/分鐘的橫進給速率(Z’w)下包括約0.042英寸的x軸拐角保持係數。相比之下，常規的物品1800、1801以及1802在1.8英寸/分鐘的橫進給速率(Z’w)下都展現出至少約0.080英寸的x軸拐角保持係數。
另外，粘結的磨料本體1805包括被定義為隨著橫進給速率的變化而產生的x軸半徑變化的研磨係數。該等研磨係數基本上是圖8中直線的平均斜率。例如，對於本體1805，該研磨係數具有0.042-0.019=0.023的分子。分母係1.80-1.00=0.80。0.023/0.80=約0.029的研磨係數。相比之下，物品1800、1801以及1802具有至少約0.050的研磨係數。
類似地，圖9包括針對相同的三種常規的粘結的磨料物品1900、1901、以及1902和本實施方式的粘結的磨料物品1905的顯示出拐角保持係數的y軸半徑變化與橫進給速率(Z’w)的繪圖。本體1905在1.8英寸/分鐘的橫進給速率(Z’w)下展現出約0.024英寸的y軸拐角保持係數。物品 1900、1901以及1902在1.8英寸/分鐘的橫進給速率(Z’w)下具有至少約0.033英寸的y軸拐角保持係數。
研磨係數還可以根據圖9來計算。例如，對於本體1905，該研磨係數具有0.024-0.016=0.008的分子。分母係1.80-1.00=0.80。0.008/0.80=約0.01的研磨係數。相比之下，物品1900、1901以及1902具有至少約0.0188的研磨係數。
因此，沿著x軸和y軸兩者的拐角半徑變化示出：與用常規的粘結劑系統製成的產品相比，使用根據在此的一實施方式的粘結劑的產品在所有的材料去除速率下顯示出最小的拐角磨損量。
實例3
在此實例中，一包括溶膠-凝膠和熔融氧化鋁磨料的組合的實施方式使用以上針對先前實例進行描述的粘結劑形成。相較於一常規產品，在對成品形式的無心插進應用中測試此樣品，該常規產品具有溶膠-凝膠和熔融氧化鋁磨料的組合、使用先前用於其他實例的常規粘結劑VH。該等磨輪具有16英寸的直徑並且研磨材料係軟鋼(1014)。目標係藉由增加每次修整的零件數來提高生產率。輪速度係57.45米/秒，並且零件速度係1.15米/秒。
表2包含關於在實例3中使用的測試條件的更多細節。
圖10包括針對常規的粘結的磨料物品2000和本實施方式的粘結的磨料物品2005的每次修整的零件數之圖表。與物品2000相比，物品2005顯示出在每次修整的零件數方而的顯著改進(約改進7%)、並且具有良好的表面光潔度或形狀。
觀察到的另一優點係對於幫助減小循環時間的新型輪，橫進給速率可以顯著增加。較低的循環時間在研磨操作中具有更好的效率。測試針對圖10所描述的相同樣品 的循環時間，並且結果在圖11中展示。圖11係針對常規的粘結的磨料物品2100和本實施方式的粘結的磨料物品2105的循環時間之圖表。相比物品2100，物品2105顯示出顯著(大約18%)的改進。
上述實施方式係針對磨料產品，並且具體地是粘結的磨料產品，該等磨料產品代表對先前技術的偏離。在此的實施方式的粘結的磨料產品利用了促進改進的研磨性能的多個特徵的組合。如在本申請中描述的，在此的實施方式的粘結的磨料本體利用了特定量和類型的磨料顆粒、特定量和類型的粘結劑材料，並且具有特定量的孔隙率。除了可以將此類產品有效地形成(儘管在其等級和結構方面超出常規磨料產品的已知範圍)這一發現之外，還發現此類產品顯示出改進的研磨性能。值得注意地，發現儘管比常規磨輪具有顯著更高的孔隙率，本實施方式的粘結的磨料能夠在研磨操作過程中，在更低的速度下操作。事實上，非常出人意料地，在此的實施方式的粘結的磨料本體顯示出在小於約60 m/s的輪速度下操作的能力，同時與先前技術的磨輪相比還顯示出改進的材料去除速率、改進的拐角保持能力、以及適合的表面光潔度。
在上文中，對特定實施方式的提及和某些部件的連接係說明性的。將瞭解的是，對於作為被聯接或被連接的部件的提及旨在揭露如所瞭解的在所述部件之間的直接連接或藉由一或多個介入部件的間接連接，以便進行在此所討論的方法。因此，以上揭露的主題應被視為說明性的，且不 是限制性的，並且所附申請專利範圍旨在涵蓋屬於本發明的真實範圍內的所有此類修改、增強以及其他實施方式。因此，在法律所允許的最大程度上，本發明的範圍係由以下申請專利範圍和其等效物的最寬泛的可允許解釋所確定，並且不應受到以上詳細說明的制約或限制。
提供本揭露的摘要以遵守專利法並且在該摘要不用於解釋或限制申請專利範圍的範圍或含義的理解下提交該摘要。另外，在以上詳細說明中，出於精簡本揭露的目的，不同特徵可以被集合在一起或在單一實施方式中描述。本揭露不被解釋為反映一種意圖，即所要求的實施方式要求比在每一項申請專利範圍中所明確敘述的更多的特徵。而是，如以下申請專利範圍所反映，本發明的主題可以涉及少於所揭露實施方式的任一者的所有特徵。因此，以下申請專利範圍被結合到詳細說明中，其中每一項申請專利範圍獨立地界定所單獨要求的主題。

Claims (15)

  1. 一種磨料物品，包括：具有包含在一粘結劑材料內的磨料顆粒的一粘結的磨料本體，該粘結的磨料本體包括至少約225 GPa的磨料顆粒-粘結劑材料界面彈性模量(MOE)；並且該粘結的磨料本體被配置成在小於約60 m/s的速度下對包含金屬的工件進行研磨。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之磨料物品，其中該粘結的磨料本體包括至少約13 GPa的磨料顆粒-粘結劑材料界面硬度。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之磨料物品，其中該粘結的磨料本體被配置成在至少約35 m/s的速度下對包含金屬之工件進行研磨。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之磨料物品，其中該粘結的磨料本體包括占該粘結的磨料本體總體積的至少約42 vol%至約70 vol%的孔隙率，並且該粘結的磨料本體包含占該粘結的磨料本體總體積的至少約35 vol%的磨料顆粒。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之磨料物品，其中該粘結劑材料由至少一種鹼金屬氧化合物(R2O)和至少一種鹼土金屬氧化合物(RO)形成，其中該鹼金屬氧化合物和該鹼土金屬氧化合物總含量係不大於約20 wt%。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之磨料物品，其中該粘結劑材料包括約9.6至約26的氧化矽(SiO2)重量百分數對LiO2重量百分數(SiO2：LiO2)的比率。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之磨料物品，其中該粘結劑材料包括約4.8至約10.4的氧化矽(SiO2)重量百分數對Na2O重量百分數(SiO2：Na2O)的比率。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之磨料物品，其中該粘結劑材料包括約9.6至約26的氧化矽(SiO2)重量百分數對K2O重量百分數(SiO2：K2O)比率。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之磨料物品，其中該粘結劑材料包括約2.8至約5.2的氧化矽(SiO2)重量百分數對B2O3重量百分數(SiO2：B2O3)比率。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之磨料物品，其中該粘結劑材料包括約0.2至約1的Li2O重量百分數對Na2O重量百分數(Li2O：Na2O)比率。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之磨料物品，其中該粘結劑材料包括約0.4至約2.5的Li2O重量百分數對K2O重量百分數(Li2O：K2O)比率。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之磨料物品，其中該粘結劑材料包括約1至約5的Na2O重量百分數對K2O重量百分數(Na2O：K2O)比率。
  13. 如申請專利範圍第1項所述之磨料物品，其中該粘結的磨料本體包括被定義為隨著橫進給速率的變化而產生的x軸半徑的變化的研磨係數，並且對於至少約1.0英寸/分鐘的橫進給速率(Z’w)，該研磨係數係不大於約0.040。
  14. 如申請專利範圍第1項所述之磨料物品，其中該粘結的磨料本體包括被定義為隨著橫進給速率的變化而產生的y軸半徑的變化的研磨係數，並且對於至少約1.0英寸/分鐘的橫進給速率(Z’w)，該研磨係數係不大於約0.018。
  15. 如申請專利範圍第1項所述之磨料物品，其中該粘結劑材料由不大於約20 wt%氧化硼(B2O3)形成、具有的二氧化矽(SiO2)重量百分數：氧化鋁(Al2O3)重量百分數之比率不大於約3.2(按重量百分數計)、並且具有的五氧化二磷(P2O5)不大於約3.0 wt%，其中該粘結的磨料本體具有占該粘結的磨料本體總體積的至少約42 vol%的孔隙率。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI568780B (zh) * 2014-12-30 2017-02-01 聖高拜磨料有限公司 磨料製品及其成形方法
US9982175B2 (en) 2014-12-30 2018-05-29 Saint-Gobain Abrasives, Inc. Abrasive articles and methods for forming same

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA2898414C (en) 2013-01-25 2021-11-02 Centro De Investigacion Biomedica En Red (Ciber) Method for predicting the onset of extrapyramidal symptoms (eps) induced by an antipsychotic-based treatment
CA3184679A1 (en) * 2020-07-10 2022-01-13 Cecile O. MEJEAN Bonded abrasive article and method of making the same

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5035723A (en) * 1989-04-28 1991-07-30 Norton Company Bonded abrasive products containing sintered sol gel alumina abrasive filaments
US5203886A (en) * 1991-08-12 1993-04-20 Norton Company High porosity vitrified bonded grinding wheels
US5401284A (en) * 1993-07-30 1995-03-28 Sheldon; David A. Sol-gel alumina abrasive wheel with improved corner holding
US5536283A (en) * 1993-07-30 1996-07-16 Norton Company Alumina abrasive wheel with improved corner holding
US5738697A (en) * 1996-07-26 1998-04-14 Norton Company High permeability grinding wheels
US5863308A (en) * 1997-10-31 1999-01-26 Norton Company Low temperature bond for abrasive tools
JP4582671B2 (ja) * 1997-12-16 2010-11-17 株式会社ディスコ 研削ホイール及び該研削ホイールを搭載した研削装置
US6056795A (en) * 1998-10-23 2000-05-02 Norton Company Stiffly bonded thin abrasive wheel
JP2000271854A (ja) * 1999-03-25 2000-10-03 Hitachi Ltd 加工方法及びその装置並びに半導体基板の加工方法
US6123744A (en) * 1999-06-02 2000-09-26 Milacron Inc. Vitreous bond compositions for abrasive articles
BR0109387B1 (pt) * 2000-03-23 2011-01-25 ferramenta abrasiva com liga vitrificada e processo para fabricação da mesma.
US6988937B2 (en) * 2002-04-11 2006-01-24 Saint-Gobain Abrasives Technology Company Method of roll grinding
US7544114B2 (en) * 2002-04-11 2009-06-09 Saint-Gobain Technology Company Abrasive articles with novel structures and methods for grinding
RU2240914C1 (ru) * 2003-04-23 2004-11-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "НПО "ТЕХНОМАШ" Абразивный инструмент
WO2005068099A1 (en) * 2003-12-23 2005-07-28 Diamond Innovations Inc. Grinding wheel for roll grinding application and method of roll grinding thereof
CN101678534A (zh) * 2007-03-14 2010-03-24 圣戈班磨料磨具有限公司 粘合的磨料物品和制造方法
KR101161337B1 (ko) * 2007-03-14 2012-07-02 생-고벵 아브라시프 연마지석 제품 및 그의 제조방법
KR20140045567A (ko) * 2009-12-02 2014-04-16 생-고뱅 어브레이시브즈, 인코포레이티드 결합된 연마 물품 및 생성 방법
TWI470069B (zh) * 2011-03-31 2015-01-21 Saint Gobain Abrasives Inc 用於高速磨削操作之磨料物品

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI568780B (zh) * 2014-12-30 2017-02-01 聖高拜磨料有限公司 磨料製品及其成形方法
US9790411B2 (en) 2014-12-30 2017-10-17 Saint-Gobain Abrasives, Inc. Abrasive articles and methods for forming same
US9982175B2 (en) 2014-12-30 2018-05-29 Saint-Gobain Abrasives, Inc. Abrasive articles and methods for forming same

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Publication number Publication date
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IN2015DN00417A (zh) 2015-06-19

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