[发明专利]高渗透性磨轮的制造方法

说明书

发明的背景

本发明涉及使用细长磨粒制造磨料制品的方法，来获得适用于高性能研磨用途的高渗透性的磨料制品。所述磨料制品具有前所未有的互相连通的孔隙度、开放度(openness)和研磨性能。

孔隙，尤其是在磨具中相互连接的孔隙在两个方面起着关键的作用。孔隙为研磨流体(如冷却剂)提供通道来散发在研磨过程产生的热量，使得研磨环境保持恒冷，以及为润滑剂提供通道，以便降低运动的磨粒和工件表面之间的摩擦力和提高磨削与摩损之比。该流体和润滑剂使金属损耗(如烧毁)减至最小程度并使磨具的寿命延长至最长。这在沿一个深的研磨通道除去大量物料而不影响工件尺寸精度的高效率深磨削和现代精确加工工艺(如蠕动进料研磨)中尤为重要。现已发现，研磨性能并不能根据以磨具的体积百分数表示的孔隙度预测。决定磨具性能的却是以对流体(空气，冷却剂。润滑剂等)的渗透性为量度的磨轮的结构开放度(即孔的互通性)。

磨具有了渗透性也便于清除从被研磨物体上磨去的物料(如金属碎片和碎屑)。当被研磨的工件材料是“难以磨削加工”的柔软材料或粘性材料(如铝或某些合金)并产生长的金属屑时，必须清除这些碎屑。如果磨轮没有渗透性，磨轮的研磨表面容易发生堵塞，就难于进行研磨操作。

为了使磨具满足孔隙度要求，近年来采取了一系列的方法。

Carman等的美国专利NO.A-5,221,294公开了用一步法制得的磨轮。它的体积孔隙度为5-65％。在该方法中通过在固化过程烧掉有机成孔物质来产生网状的磨料结构。

Gotoh等的日本专利No.A-91-161293公开了具有大体积孔隙的磨料制品，各个孔隙的直径是方该制品中所用磨粒的平均直径的1-10倍。所述孔隙是使用固化过程中烧去的材料形成的。

Satoh等的日本专利No.A-91-281174公开了具有大体积孔隙的磨料制品，各个孔隙的直径是该制品中所用磨粒平均直径的至少10倍。在固化过程中烧去有机成孔材料，来获得50％体积的孔隙度。

Gary等的美国专利No.A-5,037,452公开了一种用于表示形成多孔磨轮所需的结构强度的参数。

Sheldon等的美国专利No.A-5,203,886公开了用于制造高孔隙度玻璃化粘结磨轮的有机孔隙形成剂(如胡桃壳)和闭孔孔隙形成剂(如多孔氧化铝)的混合物。一种“天然的或残留的孔隙度”(计算值约28-53％)被描述为磨轮总孔隙度的一部分。

Rue等的美国专利No.A-5,244,477公开了丝状磨粒。这些磨粒用来与孔隙形成剂一起制造含0-73体积％孔隙的磨料制品。

Nelson的美国专利A-3,273,984报导了含有机的或树脂粘结剂和至少30％体积磨粒的磨料制品，该制品最多具有68％体积的孔隙度。

Wu的美国专利No.A-5,429,648公开了含有有机孔隙形成剂的玻璃化磨料，烧去孔隙形成剂就形成具有35-65体积％孔隙度的磨料制品。

这些和其它类似的方法可分为下面的两大类别。但没有一类能真正满足高渗透性磨具的要求。

第一类是燃烧法。通过在磨轮原料的混合阶段加入有机成孔介质(如胡桃壳)形成孔隙结构。在烧成磨具的生坯时这些介质发生热分解，从而在固化的磨具中留下空隙或孔隙。这种方法的缺点包括：在孔隙形成剂的储存过程中吸收水分；混合效果重复性差并且混合物会发生分离，这部分是由于水分，部分是由于磨粒和孔隙形成剂的密度差异造成的；由于生坯从模具中取出后孔隙形成剂随时间的应变释放，使得压制生坯厚度增大，即“回弹”，导致磨具的尺寸难以控制；如果加热速率不足够慢，或者玻璃化粘结剂的软化点不足够高，烧成磨料制品中孔隙形成剂就不能完全燃烧或发生“核化”或“黑化”；当孔隙形成剂热分解时，产生气体中的排放物和气味常对环境产生不利影响。

第二类是闭孔或气泡法。通过在磨具中加入多孔氧化铝之类的物料产生孔隙度，而不是采取烧掉有机成孔物质的办法。但是，由这些气泡产生的孔隙是在磨具的内部，而且是封闭的。因此，这种孔隙结构不能渗透冷却剂和润滑剂。而且其孔隙尺寸一般没有大到足以清除金属屑的程度。

为了克服这些缺点并保持和最大限度地提高孔隙形成法的各种优点，本发明利用长度与直径之比，即长径比(L/D)至少为5∶1的细长或纤维状磨粒填充度差特性，来提高磨轮的渗透性和孔隙度。可以选用纤维状填料或与纤维状磨粒组合使用。

当细长的磨粒用于磨料制品组合物时，在烧成或固化后就能产生高孔隙度、高渗透性和高研磨性能的磨具，而没有煅烧法和孔隙形成法的缺点。

发明的概述