Абразивные изделия и абразивный материал с покрытием

Абразивные изделия и абразивный материал с покрытием

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Предпосылки к созданию изобретения

Настоящее изобретение в общем имеет отношение к созданию абразивных материалов с покрытием, а в частности абразивных изделий, адаптированных к работе с улучшенными показателями в условиях шлифования в диапазоне от умеренного до низкого давлений шлифования.

При изготовлении абразивных материалов с покрытием используют материал подложки, который может быть обработан для изменения его абсорбирующих свойств, с формирующим покрытием, которое содержит отверждаемую связующую смолу, причем абразивные шлифовальные зерна наносят на формирующее покрытие ранее момента, когда связующий материал становится по меньшей мере частично отвержденным. После этого наносят размерное покрытие, которое содержит отверждаемую связующую смолу, поверх абразивного шлифовального зерна, чтобы обеспечить надежное сцепление зерен с подложкой.

Когда абразивный материал с покрытием используют для шлифования заготовки, кончики абразивных шлифовальных зерен лежат в плоскости поверхностного контакта с заготовкой и начинают процесс шлифования. При этом зерна, контактирующие с заготовкой, испытывают большие напряжения и, если зерно недостаточно прочно удерживается в размерном покрытии, то оно может отрываться с поверхности ранее завершения шлифования. Таким образом, необходимо, чтобы связка надежно удерживала зерно. В процессе шлифования зерно со временем затупляется (полируется), за счет чего при шлифовании начинает выделяться значительная теплота трения и уменьшается съем материала с обрабатываемой детали. Кроме того, механические напряжения нарастают еще больше и зерно может полностью оторваться за счет его разлома, при этом теряется его большая часть. Однако в этом случае возникают (открываются) новые острые грани, так что шлифование может быть продолжено. Идеальным случаем разлома является возможно меньший разлом, так чтобы каждое зерно могло работать в течение длительного времени. Это может быть достигнуто с использованием абразивных шлифовальных зерен из золь гель оксида алюминия, каждое из которых содержит кристаллиты микронного размера или меньше, которые, в условиях шлифования, могут отламываться и открывать новые режущие кромки. Однако это происходит при давлении шлифования в диапазоне от среднего до высокого, и только небольшой процент самозаточки происходит в условиях низкого давления шлифования. Поэтому существует необходимость в создании имеющих высокую эффективность абразивных частиц, которые хорошо работают при давлении шлифования в диапазоне от среднего до низкого.

Одной из возможностей решения этой задачи является использование агломерированных абразивных шлифовальных зерен (гранул), причем агломерированная абразивная частица (гранула) содержит несколько более мелких абразивных частиц, которые удерживаются вместе при помощи связующего материала, который по своей природе может быть органическим или стекловидным. Так как связка обычно является более хрупкой, чем абразивные частицы, то она разламывается при условиях шлифования, которые в противном случае могли бы приводить к затуплению или полному разрушению абразивного шлифовального зерна.

Агломерированное абразивное шлифовальное зерно обычно позволяет использовать частицы более мелких размеров, при обеспечении такой же эффективности шлифования, что и с частицами более крупных размеров. Известно, что агломерированное абразивное шлифовальное зерно позволяет повысить эффективность шлифования.

В патенте США №A-2,194,472 раскрыт абразивный инструмент с покрытием, изготовленный с использованием агломератов, содержащих множество относительно мелких абразивных шлифовальных зерен и любую из связок, которые обычно используют в абразивном инструменте с покрытием или со связкой. Органические связки используют для сцепления агломератов с подложкой (основой) абразивного материала с покрытием. Агломераты создают открытую для нанесения покрытия поверхность в абразивных материалах с покрытием, изготовленных с использованием относительно мелкого зерна. Абразивные материалы с покрытием, изготовленные с использованием агломератов вместо индивидуальных абразивных шлифовальных зерен, характеризуются относительно быстрым съемом материала с заготовки, большим сроком службы и пригодностью для чистовой обработки поверхности заготовки с высоким качеством.

В патенте США №A-2,216,728 раскрыты агломераты абразивного шлифовального зерна/ связующего материала, изготовленные с использованием любого типа связующего материала. Причиной для использования агломератов является желание получить очень плотные структуры круга для удержания алмазного зерна или зерна CBN (кубического нитрида бора) в ходе операций шлифования. Если агломераты имеют пористую структуру, то тогда создают поток внутриагломератных связующих материалов, который втекает в поры агломератов и обеспечивает полную плотность структуры в ходе обжига. Агломераты позволяют использовать мелочь абразивного шлифовального зерна, которая в противном случае теряется в процессе изготовления инструментов.

В патенте США №A-3,048,482 раскрыты фасонные абразивные микросегменты агломерированных абразивных шлифовальных зерен и органических связующих материалов в виде пирамид или других конических форм. Фасонные абразивные микросегменты, которые приклеены к волокнистой основе, используют для изготовления абразивов с покрытием и для облицовки поверхности тонких шлифовальных кругов. Сообщается, что обеспечиваются повышение срока службы, контролируемая гибкость инструмента, высокая прочность и безопасность работы на высоких скоростях резания, упругое действие и высокая эффективность шлифования, по сравнению с инструментами, которые изготовлены без микросегментов агломерированных абразивных шлифовальных зерен.

В патенте США №A-3,982,359 описано формование агломератов полимерного связующего материала и абразивного шлифовального зерна, имеющих величины твердости, превышающие величины твердости полимерного связующего материала, использованного для связывания агломератов в абразивном инструменте. Более высокие скорости шлифования и более длительные сроки службы инструмента были получены в кругах с полимерной связкой, содержащих агрегаты.

В патенте США №A-4,355,489 раскрыто абразивное изделие (круг, ремень, лист, блок и т.п.), изготовленное из матрицы индивидуальных нитей, связанных вместе в точках физического контакта, и абразивных агломератов, имеющие объем пустот ориентировочно 70-97%. Агломераты могут быть изготовлены с использованием застеклованных или полимерных связок и любого абразивного шлифовального зерна.

В патенте США №A-4,364,746 рассмотрены абразивные инструменты, содержащие абразивные агломераты, имеющие различные прочности. Агломераты могут быть изготовлены с использованием абразивного шлифовального зерна и полимерных связок, а также могут содержать другие материалы, такие как рубленые волокна, вводимые для повышения прочности или твердости.

В патенте США №A-4,393,021 раскрыт способ изготовления абразивных агломератов с использованием абразивного шлифовального зерна и полимерной связки, в котором используют полотно из сетки и прокатывают пасту зерна и связки через указанное полотно, чтобы получить экструдат в виде червяков. Полученный экструдат отверждают при помощи нагревания и затем измельчают для образования агломератов.

В патенте США №A-4,799,939 описаны эродируемые агломераты абразивного шлифовального зерна, полых тел и органического связующего материала, а также использование этих агломератов в абразивах с покрытием и в абразивах со связкой. Сообщается, что абразивные изделия, содержащие агломераты, обеспечивают снятие большого слоя материала заготовки при шлифовании, имеют высокий срок службы и могут быть использованы в условиях шлифования с охлаждением. Агломераты преимущественно имеют наибольший размер 150-3,000 мкм. Для изготовления агломератов перемешивают в виде суспензии полые тела, зерно, связующий материал и воду, а затем отверждают смесь при помощи теплоты или излучения, чтобы удалить воду, после чего размалывают твердую смесь в щековой дробилке или в валковой дробилке и просеивают полученный материал.

В патенте США №A-5,129,189 раскрыты абразивные инструменты, имеющие матрицу полимерного связующего материала, содержащую конгломераты абразивного шлифовального зерна, полимера и материала наполнителя, такого как криолит.

В патенте США №А-5,651,729 описан шлифовальный круг, имеющий сердечник и абразивный ободок, сделанный из полимерного связующего материала и дробленых агломератов алмазного или CBN абразивного шлифовального зерна, с металлическим или керамическим связующим материалом. Установленные преимущества кругов, сделанных с использованием агломератов, включают в себя наличие свободного пространства для удаления стружки, высокую износостойкость, характеристику самозаточки, высокое механическое сопротивление круга и возможность непосредственного соединения абразивного ободка с корпусом круга. В соответствии с одним из вариантов используют ободки шлифования, связанные с использованием алмаза или CBN, которые раздроблены до размера от 0.2 до 3 мм, чтобы образовать агломераты.

В патенте США №A-4,311,489 раскрыты агломераты из мелкого (не более 200 мкм) абразивного шлифовального зерна и криолита, при необходимости с силикатной связкой, а также их использование при изготовлении абразивных инструментов с покрытием.

В патенте США №A-4,541,842 раскрыты абразивные материалы с покрытием и абразивные круги, сделанные с использованием агломератов абразивного шлифовального зерна и вспененной смеси застеклованных связующих материалов с другими исходными материалами, такими как углеродная сажа или карбонаты, пригодные для вспенивания в ходе обжига агломератов. "Гранулы" агломератов содержат больший процент связующего материала, чем зерна, в объемных процентах. Эти гранулы используют для изготовления абразивных кругов, причем их спекают при 900°С (до плотности 70 фунтов на куб. фут; 1.134 г./куб. см), при этом для изготовления круга используют застеклованный связующий материал, который обжигают при 880°С. Круги, изготовленные с использованием 16 объем.% гранул, имеют уровень эффективности шлифования, аналогичный эффективности шлифования кругов сравнения, изготовленных с использованием 46 объем.% абразивного шлифовального зерна. Гранулы имеют открытые ячейки в матрице застеклованного связующего материала, с относительно мелкими абразивными шлифовальными зернами, которые образуют кластеры по периметрам открытых ячеек. Для обжига сырых агломератов используют барабанную печь.

В патенте США №5,975,988 раскрыты обычные абразивные агломераты, которые содержат абразивные частицы, диспергированные в матрице связующего материала, но в виде фасонных гранул, нанесенных в определенном порядке на подложку и сцепленные с ней.

В патенте США №6,319,108 описана жесткая подложка, с которой сцеплены, при помощи металлического покрытия, множество абразивных композиционных материалов, которые содержат множество абразивных частиц, диспергированных по всему объему пористой керамической матрицы.

Ни одна из предшествующих работ не раскрываете на изготовление абразивного материала с покрытием, с использованием пористого агломерированного абразивного шлифовального зерна и связки. Ни одна из них не указывает также на изготовление изделия с абразивными частицами, которые удерживаются вместе за счет использования относительно небольшого объема связки, причем фаза связующего материала для частиц является дисперсной. Способы изготовления абразивных инструментов и инструменты в соответствии с настоящим изобретением позволяют получить новые структуры и обеспечить преимущества за счет использования такого агломерированного абразивного шлифовального зерна, причем они позволяют обеспечить контролируемое проектирование и изготовление широкого диапазона структур абразивных изделий, имеющих благоприятные характеристики взаимосвязанной пористости. Такая взаимосвязанная пористость повышает качество работы абразивного инструмента в операциях точного шлифования с большой контактной зоной и вообще в приложениях с давлением шлифования в диапазоне от относительно умеренного до низкого.

Краткое изложение изобретения

В соответствии с настоящим изобретением предлагается абразивное изделие с покрытием, которое содержит материал подложки и абразивные гранулы агломерата (агломерированные абразивные шлифовальные зерна), сцепленные с подложкой при помощи связующего материала, которое характеризуется тем, что в гранулах агломерата, использованных при изготовлении абразивного материала с покрытием, имеется множество абразивных частиц, сцепленных вместе в трехмерной структуре, причем каждая частица соединена по меньшей мере с одной смежной частицей при помощи связующего материала для частиц, который присутствует в грануле агломерата как дисперсная фаза, которая практически полностью имеет форму стоек связки, соединяющих смежные частицы, так что агломерат имеет объем неплотной упаковки, который по меньшей мере на 2% ниже, чем для абразивных частиц в индивидуальном состоянии.

В описании настоящего изобретения термин "гранула" обозначает агломерат, состоящий из множества абразивных "частиц". Таким образом, гранулы будут иметь упомянутые выше характеристики пористости, в то время как частицы имеют главным образом нулевую пористость. Кроме того, связующий материал, который удерживает частицы вместе и который называют здесь как "связующий материал для частиц", может быть таким же (или чаще другим), что и связующий материал, при помощи которого гранулы сцеплены с материалом подложки.

Связующий материал для частиц в грануле агломерата практически полностью имеет форму стоек связки, а это означает, что по меньшей мере 70% связующего материала, а преимущественно свыше 80%, используют для того, чтобы образовать стойки связки, соединяющие смежные частицы. Стойки связки образованы при условиях формования агломерата, когда связующий материал для частиц находится в жидком состоянии и стремится сначала покрыть частицы, а затем втекает в точки контакта со смежными частицами или в ближайшую к ним область и сливается со связующим материалом, связанным с такими смежными частицами. Когда температура понижается и связующий материал отверждается, то такой связующий материал образует твердые контактные участки между частицами, которые называют "стойками связки". Само собой разумеется, что каждая стойка связки соединена также и с поверхностью частиц, которые она соединяет, однако этот связующий материал для упрощения описания считают частью стойки связки. Это не исключает возможности того, что некоторое относительно малое количество связующего материала присутствует в виде покрытия по меньшей мере на части поверхности частицы, не связанной со стойкой связки. Однако подразумевается, что исключена ситуация, в которой частицы встроены в матрицу связующего материала, что имеется в обычных агрегатах абразивных зерен. Как это показано на фиг.5-7, индивидуальные абразивные частицы, образующие гранулу агломерата, могут быть индивидуально идентифицированы, причем главным образом все эти частицы можно видеть в тепличных гранулах агломерата в соответствии с настоящим изобретением. Поэтому такие частицы можно назвать "агломерированными", причем это означает, что они скорее соединены вместе, а не удерживаются в матрице, которая заполняет большую часть пространства между частицами. Само собой разумеется, что когда агломерировано большое число частиц, то некоторые из индивидуальных частиц в агломерате не будет видны, но если сделать поперечное сечение (шлиф), то можно увидеть некоторую картину индивидуальных частиц.

Очевидно, что если число агломерированных частиц велико, то необходимо создавать при агломерации значительные объемы пористости, которые могут составлять до 70% полного кажущегося объема агломерата. Однако если число агломерированных частиц мало и составляет считанные единицы, то концепция "пористости" становится менее полезной в описании агломератов. Примеры таких агломератов и использованных в них типов структур показаны на фиг.5-7.

По этой причине в настоящем описании использован термин "объем неплотной упаковки" (LPV). Величину LPV получают путем деления объема твердых веществ (то есть полного реального объема твердых веществ в абразивной грануле или частице, включая и компонент связки) на кажущийся объем гранулы агломерата. Самые высокие возможные значения могут быть получены для самих частиц, без проведения какой-либо агломерации. Чем больше число агломерированных частиц, тем больше отклонение от максимального значения. Таким образом, несмотря на то, что отклонение может быть таким малым, как 2%, оно может возрастать до 40% или даже больше, когда большое число частиц агломерировано вместе описанным здесь образом.

Далее приведен пример вычисления LPV с использованием следующих данных, которые соответствуют реальному агломерату, изготовленному с использованием частиц размером 60 единиц (меш) из затравочного золь гель оксида алюминия в качестве абразивных частиц и обычной стекловидной связки, подходящей для использования с такими частицами, с использованием процесса, главным образом соответствующего описанному далее в Примере 2.

Изделия идентифицированы по размеру гранулы агломерата, указанному в шапке каждой колонки таблицы. В каждом случае измерения были проведены с использованием фиксированного объема абразивных гранул агломерата, обозначенного здесь как "кажущийся объем".

	Частицы 60 единиц	-40+45	-30+35	-25+30	-20+25
Вес	25.1	23.1	19.73	18.3	16
Плотность (твердых веществ)*	3.9	3.759	3.759	3.759	3.759
Объем частицы +связка	6.436	6.145	5.249	4.868	4.256
Кажущийся объем	12.797	12.797	12.797	12.797	12.797
LPV	0.503	0.480	0.410	0.380	0.333
* Плотность оценивали в соответствии с правилом смесей.

Из приведенной таблицы можно сделать вывод о том, что чем крупнее гранула агломерата, тем меньше LPV по сравнению с неагломерированными частицами. Самые мелкие гранулы показывают падение LPV на 4.6%, в то время как самые крупные (-20+25) показывают падение LPV почти на 34% по сравнению с LPV для частиц 60 единиц.

Гранулы агломерата обычно имеют диаметр (определенный как размер ячейки сита (из ряда стандартных сит США) с самыми крупными ячейками, на котором удерживаются гранулы), который по меньшей мере в 2 раза превышает диаметр индивидуальных абразивных частиц, входящих в агломерат. Форма абразивных гранул агломерата не является критической и поэтому они могут иметь случайную форму или, преимущественно, несколько удлиненную форму. Они могут также иметь заранее заданную форму, что часто является предпочтительным для некоторых применений.

Абразивные частицы, присутствующие в агломератах, в соответствии с настоящим изобретением могут содержать один или несколько абразивных материалов, которые обычно используют в абразивных инструментах, таких как оксид алюминия, в том числе плавленый глинозем, спеченный глинозем и зольгелиевый спеченный глинозем, спеченный боксит и т.п., карбид кремния, смесь оксида алюминия с диоксидом циркония, гранат, флинт, алмаз, в том числе природный и синтетический алмаз, кубический нитрид бора (CBN), а также их комбинации. Может быть использована абразивная частица любой формы и размера. Например, гранула может содержать удлиненные частицы из спеченного зольгелиевого глинозема, имеющие высокий коэффициент формы, такого типа, как описанные в патенте США №5,129,919, или волокнистые фигурные абразивные частицы, описанные в патенте США №5,009,676.

Абразивные частицы могут содержать смеси абразивных материалов различного качества, так как характеристики частиц высшего качества только незначительно снижаются за счет добавления небольшого количества частиц низшего качества. Можно также смешивать абразивные частицы с небольшими количествами неабразивных материалов, таких как шлифовальные добавки, средства создания пор и материалы наполнителя известного рода.

Подходящие для использования в соответствии с настоящим изобретением размеры зерна лежат в диапазоне от обычного абразивного зерна (например, больше 60 и до 7,000 мкм) до микроабразивного зерна (например, от 2 до 60 мкм), и содержат смеси таких размеров. Для конкретной операции абразивного шлифования, может быть, желательно, агломерировать абразивное шлифовальное зерно с размерами, меньшими чем размеры обычного абразивного шлифовального зерна (неагломерированного), которые обычно выбирают для этой операции абразивного шлифования. Например, агломерированные абразивы с размером 80 единиц могут быть использованы вместо обычных абразивов с размером 54 единицы, агломерированные абразивы 100 единиц могут быть использованы вместо абразивов 60 единиц, а агломерированные абразивы 120 единиц могут быть использованы вместо абразивов 80 единиц.

Абразивные частицы в агломерате могут быть связаны вместе при помощи металлического, органического или стекловидного связующего материала, которые в общем называются здесь как "связующие материалы для частиц".

Связующие материалы для частиц, полезные для изготовления агломератов, включают в себя стекловидные материалы (которые включают в себя как обычные стекловидные материалы, так и стеклокерамические материалы), преимущественно такого вида, которые используют в качестве систем связки для абразивных инструментов с застеклованной связкой. Такими связующими материалами может быть предварительно обожженное стекло, размолотое в порошок (фритта), или смесь различных исходных материалов, таких как глина, полевой шпат, известь, бура и сода, или комбинации обожженных и сырых материалов. Такие материалы плавятся и образуют фазу жидкого стекла при температурах в диапазоне ориентировочно от 500 до 1400°С, смачивают поверхность абразивных частиц и втекают в точки ближайшего контакта между смежными частицами с созданием соединительных стоек после охлаждения, удерживающих абразивные частицы в структуре композиционного материала. Связующий материал для частиц используют в виде порошка, причем он может быть введен в жидкий разбавитель для создания однородной, гомогенной смеси покрытия абразивных частиц в ходе изготовления гранул агломерата.

Временные органические связующие материалы преимущественно добавляют в компоненты порошкового неорганического связующего материала в качестве формующей добавки или технологической добавки. Такие связующие материалы могут содержать декстрины, крахмал, животный протеиновый клей и другие типы клеев; жидкий компонент, такой как вода или этиленгликоль, модификаторы вязкости или модификаторы рН; и улучшающие перемешивание добавки. Использование таких временных связующих материалов улучшает однородность агломерата и качество структуры предварительно обожженных или сырых агломератов. Так как органические связующие материалы выгорают при обжиге агломератов, они не становятся частью готового агломерата.

Неорганический активатор склеивания (адгезии), такой как фосфорная кислота, может быть добавлен в смесь для улучшения адгезии связующего материала для частиц с абразивными частицами. Добавление фосфорной кислоты к частицам из оксида алюминия существенно улучшает качество смеси, когда используют связующий материал для частиц, содержащий фритту. Неорганический активатор склеивания может быть использован с органическим связующим материалом для частиц или без него, при приготовлении гранул агломерата.

Предпочтительным связующим материалом для частиц является неорганический материал, такой как стекловидный связующий материал. Он имеет явное преимущество по сравнению с органическими связующими материалами для частиц потому, что он позволяет производить осаждение гранул агломерата на подложку при формировании абразивного материала с покрытием, с использованием техники осаждения вверх ("UP technique"). Техника осаждения вверх также очень хорошо подходит в том случае, когда частицы соединяют вместе с использованием металлического связующего материала. Так как этот процесс является более эффективным и контролируемым по сравнению с техникой осаждения под действием силы тяжести, то это позволяет получить существенные преимущества по сравнению со случаем обычных гранул, изготовленных с использованием матрицы органической связующей смолы.

В качестве связующего материала для частиц также может быть использован органический связующий материал, такой как термореактивная смола, фенолоальдегидный полимер, эпоксидная смола, мочевиноформальдегидная смола, или же отверждаемая при помощи излучения смола, такая как полиакрилатная смола, уретанакрилатная смола, эпоксиакрилатная смола, полиэфиракрилатная смола и т.п. Как правило, термореактивные смолы являются предпочтительными для использования в качестве органических связующих материалов.

Связующий материал для частиц составляет ориентировочно от 2 до 25 объем.%, преимущественно от 3 до 15 объем.%, а еще лучше от 3 до 10 объем.%, в пересчете на объединенный объем частиц и связующего материала.

Можно также предусмотреть полное удаление компонента связующего материала для частиц, если обеспечивается контролируемое спекание абразивных частиц вместе, таким образом, что за счет перемещения материала между контактирующими частицами возникают стойки связки. Альтернативно, в том случае, когда абразивные частицы изготовлены из оксида алюминия, они могут быть перемешаны с золем относительно малого количества предшественника альфа оксида алюминия, таким как бемит. После обжига бемит преобразуется в альфа-фазу и может выполнять такую же функцию, что и стойки связки, соединяющие смежные частицы.

В соответствии с настоящим изобретением предлагается абразивный материал с покрытием, содержащий абразивные гранулы агломерата (агломерированное абразивное шлифовальное зерно), причем указанные гранулы изготовлены по способу, который включает в себя следующие операции:

a) подача абразивных частиц и связующего материала для частиц, выбранного из группы, в которую главным образом входят материалы с застеклованной связкой, застеклованные материалы, керамические материалы, неорганические связующие материалы, органические связующие материалы, вода, растворитель, а также их комбинации, во вращающуюся обжиговую печь с контролируемой скоростью подачи;

b) вращение печи с контролируемой скоростью;

c) нагревание смеси со скоростью нагрева, которая определяется скоростью подачи материала и скоростью вращения печи, до температуры ориентировочно от 145 до 1,300°С;

d) галтовка частиц и связующего материала для частиц в печи до тех пор, пока связующий материал не пристанет к частицам, а множество частиц, сцепленных вместе, не образуют множество спеченных гранул агломерата; и

e) извлечение из печи спеченных гранул агломерата, имеющих начальную трехмерную форму, которые содержат множество частиц и имеют объем неплотной упаковки, который по меньшей мере на 2% ниже, чем соответствующий объем неплотной упаковки образующих частиц.

В соответствии с настоящим изобретением предлагается также абразивный материал с покрытием, содержащий спеченные абразивные гранулы агломерата, изготовленные по способу, который включает в себя следующие операции:

a) подачу абразивных частиц вместе со связующим материалом для частиц во вращающуюся обжиговую печь с контролируемой скоростью подачи;

b) вращение печи с контролируемой скоростью;

c) нагревание смеси со скоростью нагрева, которая определяется скоростью подачи материала и скоростью вращения печи, до температуры ориентировочно от 145 до 1,300°С;

d) галтовка частиц и связующего материала для частиц в печи до тех пор, пока связующий материал не пристанет к частицам, а множество частиц, сцепленных вместе, не образуют множество спеченных гранул агломерата; и

e) извлечение из печи спеченных гранул агломерата, имеющих начальную трехмерную форму, которые содержат множество частиц и имеют объем неплотной упаковки, который по меньшей мере на 2% ниже, чем соответствующий объем неплотной упаковки образующих частиц.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 показана вращающаяся обжиговая печь, которая может быть использована для изготовления агломератов в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг.2 показан график съема материала с заготовки при помощи четырех абразивных кругов, оценка которых производилась в соответствии с Примером 1.

На фиг.3 показан график съема материала с заготовки при помощи четырех абразивных кругов, оценка которых производилась в соответствии с Примером 2.

На фиг.4 показан график съема материала с заготовки при помощи четырех абразивных кругов, оценка которых производилась в соответствии с Примером 3.

На фиг.5-7 показаны с увеличением фотографии агломератов, которые были использованы для изготовления абразивных материалов с покрытием в соответствии с настоящим изобретением.

Подробное описание изобретения

В этом разделе описаны природа и способы изготовления абразивных гранул агломерата и абразивных материалов с покрытием, изготовленных с использованием таких гранул, приведенные со ссылкой на несколько Примеров, иллюстрирующих улучшенные удивительным образом свойства, которые получены за счет использования абразивных гранул агломерата в качестве компонентов абразивных материалов с покрытием.

Изготовление абразивных агломератов

Гранулы агломерата различных размеров и форм могут быть приготовлены при помощи различных технологий. Эти технологии могут быть осуществлены до проведения начальной стадии обжига сырой смеси зерна и связующего материала для частиц, во время этой стадии или после нее. Операция нагревания смеси приводит к тому, что связующий материал для частиц плавится и течет, в результате чего связующий материал прилипает к зерну и фиксирует зерно в агломерированной форме, что называют обжигом, прокаливанием или спеканием. Любой известный процесс агломерации смеси частиц может быть использован для приготовления абразивных агломератов.

В соответствии с первым вариантом способа изготовления агломератов по настоящему изобретению исходную смесь частиц и связующего материала для частиц агломерируют до обжига смеси так, чтобы создать относительно слабую механическую структуру, называемую "сырыми агломератами" или "агломератами до обжига."

Для осуществления первого варианта абразивные частицы и неорганический связующий материал для частиц агломерируют в сыром состоянии при помощи одной из ряда различных технологий, например в чашевом грануляторе, и затем направляют во вращающуюся обжиговую печь для обжига. Сырые агломераты могут быть помещены на лоток или стеллаж и обожжены в печи, без галтовки, с использованием непрерывного или периодического процесса.

В другом способе абразивные частицы направляют в псевдоожиженный слой, где их смачивают жидкостью, содержащей связующий материал для частиц, для прилипания связующего материала к поверхности частиц, просеивают для получения нужного размера агломерата и затем обжигают в печи или в кальцинаторе.

В чашевом грануляторе частицы помещают в чашу для перемешивания и добавляют к частицам дозированное количество жидкого компонента, содержащего связующий материал для частиц (например, воду или органическую связку и воду), при перемешивании, чтобы агломерировать их вместе. Альтернативно жидкая дисперсия связующего материала для частиц, возможно, с органическим связующим материалом, может быть распылена на частицы, после чего частицы с покрытием могут быть перемешаны, для того, чтобы образовать агломераты.

Экструзионное устройство низкого давления может быть использовано для экструзии пасты, содержащей частицы и связующий материал для частиц, с получением сырых агломератов необходимых форм и размеров, которые после сушки образуют агломераты. Паста может быть получена из связующих материалов для частиц и частиц, возможно, с использованием временного органического связующего материала и экструдирована с получением удлиненных частиц с использованием устройства и способа, раскрытых в патенте США №A-4,393,021.

В процессе сухой грануляции лист или блок, изготовленный из абразивных частиц, введенных в дисперсию или пасту связующего материала для частиц, может быть высушен и затем направлен в устройство уплотнения прокаткой для того, чтобы образовать (за счет дробления) предшественники гранул агломерата.

В другом способе изготовления сырых агломератов или их предшественников смесь связующего материала для частиц и частиц может быть введена в устройство формования для получения за счет формования точных форм и размеров, например, как это описано в патенте США №6,217,413 B1.

Во втором варианте полезного способа изготовления агломератов смесь абразивных частиц, связующего материала для частиц и системы временного органического связующего материала подают в печь без предварительной агломерации и производят нагрев. Смесь нагревают до температуры, достаточно высокой для того, чтобы связующий материал для частиц мог плавиться, течь и прилипать к частицам, после чего смесь охлаждают, чтобы получить композиционный материал. Затем композиционный материал размалывают и просеивают, чтобы получить спеченные гранулы агломерата.

Возможно также производить спекание агломератов при введении частиц и связующего материала в фасонную полость, так что полученные агломераты имеют специфические конфигурации, например, такие как пирамида с квадратным основанием. Такие конфигурации не обязательно должны иметь точные размеры, причем, так как количество связующего материала для частиц относительно мало, боковые поверхности таких конфигураций часто являются достаточно шероховатыми. Однако такие агломерированные гранулы являются чрезвычайно полезными для изготовления абразивных материалов с покрытием, получающих весьма однородную поверхность и позволяющих производить агрессивную операцию шлифования.

Предпочтительный способ изготовления абразивных агломератов

В соответствии с предпочтительным способом изготовления агломератов простую смесь частиц и неорганического связующего материала для частиц (возможно, с временным органическим связующим материалом) направляют в роторное устройство прокаливания (во вращающуюся обжиговую печь) такого типа, как показанное на фиг.1. Смесь галтуют с определенной скоростью вращения при заданном наклоне устройства, при приложении теплоты. Агломераты образуются по мере того, как связующий материал для частиц нагревается, плавится, течет и прилипает к частицам. Операции обжига и агломерации проводят одновременно, с контролируемыми скоростями и объемами подачи, при приложении теплоты. Скорость подачи обычно устанавливают таким образом, чтобы получить поток, занимающий ориентировочно 8-12% по объему трубы роторного устройства прокаливания (вращающейся обжиговой печи). Максимальную температуру внутри устройства выбирают таким образом, чтобы поддерживать такую вязкость связующих материалов для частиц, чтобы они были в жидком состоянии, а именно вязкость, составляющую по меньшей мере около 1000 пуаз. Это позволяет избежать чрезмерного течения связующего материала для частиц на поверхности трубы и потери абразивных частиц с указанной поверхности.

Вращающаяся обжиговая печь такого типа, как показанная на фиг.1, может быть использована для осуществления процесса агломерации и обжига агломератов в едином технологическом процессе. Как это показано на фиг.1, бункерное загрузочное устройство (10) содержит исходный материал (11) в виде смеси связующего материала для частиц и абразивных частиц, подаваемый в дозатор (12) для дозированной подачи смеси в полую нагревательную трубу (13). Труба (13) установлена с углом наклона (14), составляющ