Пористые абразивные изделия с агломерированными абразивными материалами и способы изготовления агломерированных абразивных материалов

Пористые абразивные изделия с агломерированными абразивными материалами и способы изготовления агломерированных абразивных материалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Настоящее изобретение имеет отношение к созданию абразивных изделий со связкой или абразивных инструментов, которые сделаны пористыми за счет использования некоторых агломерированных абразивных шлифовальных зерен и способов изготовления агломерированных абразивных шлифовальных зерен.

Абразивные инструменты имеют различные "градации" и "структуры", которые определяют при помощи объемного процентного содержания абразивного шлифовального зерна, связующего материала и пористости в матрице абразивного шлифовального зерна композиционного материала. Во многих операциях шлифования пористость абразивного инструмента, в особенности пористость проницаемой или взаимосвязанной природы, повышает эффективность операции шлифования и качество отшлифованного обрабатываемого изделия. Средства создания пористости, такие как пузырьковый оксид алюминия и нафталиновые шарики, могут быть добавлены в смеси абразивного композиционного материала, что позволяет произвести прессование и обработку пористого не отвержденного абразивного изделия и получить адекватный объемный процент пористости в готовом изделии.

Естественная пористость, возникающая за счет упаковки абразивных шлифовальных зерен и частиц связующего материала во время прессования, не достаточна для обеспечения характера пористости, который желателен для некоторых операций шлифования. Средства создания пор могут быть добавлены для достижения высоких процентных содержаний пористости, однако открытые каналы или взаимосвязанная пористость не могут быть обеспечены за счет использования известных в настоящее время средств создания пор (например, при помощи полых керамических или стеклянных шариков). Некоторые средства создания открытых пор должны сгорать в абразивной матрице (например, скорлупа грецких орехов и нафталин), что создает различные трудности при изготовлении инструмента. Кроме того, плотности средств создания пор, связующих материалов и абразивных шлифовальных зерен существенно варьируют, что часто усложняет контроль расслоения абразивной смеси в ходе обработки и формования и, в свою очередь, часто приводит к потере однородности в трехмерной структуре готового абразивного изделия.

Нашли, что объемный процент взаимосвязанной пористости или проницаемости для жидкости более существенно влияет на характеристику шлифования абразивных изделий, чем простой объемный процент пористости. В патенте США №A-5738696 раскрыт способ изготовления абразивных изделий со связкой, с использованием удлиненного абразивного шлифовального зерна, имеющего коэффициент формы, составляющий по меньшей мере 5:1. Абразивные круги со связкой имеют проницаемые структуры, которые содержат 55-80% по объему взаимосвязанной пористости. Взаимосвязанная пористость позволяет удалять отходы при шлифовании (шлифовальный шлам) и пропускать охлаждающий флюид через корпус круга в ходе шлифования. Наличие взаимосвязанной пористости может быть подтверждено при помощи измерения проницаемости круга к потоку воздуха в контролируемых условиях. В патенте США №A-5738697 описаны имеющие высокую проницаемость шлифовальные круги, которые имеют существенную степень взаимосвязанной пористости (40-80 объем. %). Эти круги сделаны с использованием матрицы волокнистых частиц, имеющих коэффициент формы, составляющий по меньшей мере 5:1. В качестве волокнистых частиц могут быть использованы глиноземабразивные шлифовальные зерна из спеченного золь гель оксида алюминия (из спеченного зольгелиевого глинозема) или обычные неволокнистые абразивные шлифовальные зерна, смешанные с различными волокнистыми наполнителями, такими как керамическое волокно, полиэфирное волокно и стекловолокно, а также маты и агломераты, образованные из таких частиц. Следует иметь в виду, что волокнистые абразивные шлифовальные зерна не агломерируют и не покрывают иным образом связкой ранее сборки круга.

Абразивное, шлифовальное зерно агломерируют для решения различных задач, главной из которых является создание возможности использования частиц абразивного шлифовального зерна малых размеров, позволяющих обеспечить такую же эффективность шлифования, что и более крупные абразивные частицы. Во многих случаях абразивное шлифовальное зерно агломерируют для того, чтобы получить менее пористую структуру и более плотный шлифовальный инструмент, имеющий более сильно связанные абразивные шлифовальные зерна. Имеются сведения, что агломерированные абразивные шлифовальные зерна улучшают эффективность шлифования при помощи механизмов, не связанных со степенью или характером пористости абразивного изделия со связкой.

В патенте США №A-2194472 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 основой абразивного материала с покрытием. Агломераты создают открытую для 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-2216728 раскрыты агрегаты абразивного шлифовального зерна связующего материала, изготовленные из любого типа связующего материала. Причиной для использования агрегатов является желание получить очень плотные структуры круга для удержания алмазного зерна или зерна CBN (кубического нитрида бора) в ходе операций шлифования. Если агрегаты имеют пористую структуру, то тогда создают поток внутриагрегатных связующих материалов, который втекает в поры агрегатов и обеспечивает полную плотность структуры в ходе обжига. Агрегаты позволяют использовать мелочь абразивного шлифовального зерна, которая в противном случае теряется в процессе изготовления инструментов.

В патенте США №A-3048482 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 обеспечивается 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-3982359 описано формование агрегатов полимерного связующего материала и абразивного шлифовального зерна, имеющих величины твердости, превышающие величины твердости полимерного связующего материала, использованного для связывания агрегатов 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-4355489 раскрыто абразивное изделие (круг, ремень, лист, блок и т.п.), изготовленное из матрицы волокнистых нитей, связанных вместе в точках контакта абразивных агломератов, имеющих объем пустот ориентировочно 70-97%. Агломераты могут быть сделаны с использованием застеклованных или полимерных связок и любого абразивного шлифовального зерна.

В патенте США №A-4364746 раскрыты абразивные инструменты, содержащие абразивные агломераты, имеющие различные прочности. Агломераты могут быть сделаны 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-4393021 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-4799939 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, зрено, 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 валковой дробилке и просеивают полученный материал.

В патенте США №A-5129189 раскрыты абразивные инструменты, имеющие матрицу полимерного связующего материала, содержащую конгломераты абразивного шлифовального зерна, полимера и материала наполнителя, такого как криолит.

В патенте США №A-5651729 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-4311489 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-4541842 раскрыты абразивные материалы с покрытием и абразивные круги, сделанные с использованием агрегатов 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 агрегатов. "Гранулы" агрегатов 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 фунт/ 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 предварительно агломерированных сырых агрегатов используют барабанную печь, причем эти агрегаты затем вспенивают и спекают для приготовления гранул.

В патенте США №5975988 раскрыты абразивные изделия с покрытием, которые содержат основу и абразивный слой с органической связкой, причем абразив присутствует в виде фасонных агломератов, имеющих форму усеченных четырехгранных пирамид или кубов. Агломераты изготовлены от суперабразивных шлифовальных зерен со связкой в неорганическом связующем материале, имеют коэффициент теплового расширения такой же или практически такой же, как коэффициент теплового расширения абразивного шлифовального зерна.

В публикации WO 00/51788 раскрыты абразивные изделия, имеющие основу, органический связующий материал, который содержит твердые неорганические частицы, диспергированные в нем, и агломераты абразивных частиц, связанные с основой. Абразивные частицы в агломератах и твердые неорганические частицы в органическом связующем материале имеют главным образом одинаковые размеры. Агломераты могут иметь случайную или точно определенную форму, причем они изготовлены с использованием органического связующего материала. Твердыми неорганическими частицами могут быть любые частицы типа абразивного шлифовального зерна.

В патенте США №6086467 раскрыты шлифовальные круги, которые содержат абразивное шлифовальное зерно и кластеры зерна наполнителя меньшего размера, чем абразивное шлифовальное зерно. Может быть использован застеклованный связующий материал, а в качестве материала зерна наполнителя может быть использован оксид хрома. Размер кластеров зерна наполнителя составляет 1/3 или больше размера абразивного шлифовального зерна. Полученные преимущества включают в себя контролируемую эрозию связующего материала и удержание абразивного шлифовального зерна в применениях шлифования с малым усилием и с использованием суперабразивного шлифовального зерна, причем суперабразивное шлифовальное зерно должно быть разбавлено, чтобы снизить до минимума усилия шлифования. Кластеры зерна наполнителя могут быть образованы с использованием парафина. Ничего не говорится относительно спекания кластеров.

В публикации WO 01/04227 раскрыто абразивное изделие, которое содержит твердую основу и керамические абразивные композиционные материалы, сделанные с использованием абразивных частиц в пористой керамической матрице. Композиционные материалы связаны с основой при помощи металлического покрытия, такого как электроосажденный металл.

В наиболее близком аналоге настоящего изобретения - в патенте США 6086648 раскрыт абразивный инструмент на связке, имеющий структуру, проницаемую для потока флюида, и способ шлифования с использованием такого инструмента. Инструмент имеет 28-63 объем.% открытой пористости, причем указанная пористость пропитана смазочным материалом, представляющим собой парафиномаслянную смесь, и отличается тем, что содержит микрокристаллические абразивные зерна из альфа оксида алюминия.

Ни одно из вышеуказанных изобретений не раскрывает изготовление абразивных изделий с использованием пористого агломерированного абразивного шлифовального зерна и частиц связки для контроля процентного содержания и характера пористости, а также для поддержания пористости в виде проницаемой, взаимосвязанной пористости в абразивных изделиях со связкой. Также нет никаких ссылок на использование вращающейся обжиговой печи для изготовления различных агломератов абразивного шлифовального зерна, предназначенных для использования в абразивных изделиях.

Способы и инструменты в соответствии с настоящим изобретением позволяют получить новые структуры из агломерированных смесей комбинаций существующего абразивного шлифовального зерна и связующего материала, причем они позволяют контролировать конструирование и изготовление широкого диапазона структур абразивных изделий, имеющих выгодные бимодальные характеристики взаимосвязанной пористости. Такая бимодальная взаимосвязанная пористость повышает эксплуатационные качества абразивного инструмента, в особенности при проведении точных операций шлифования с большой контактной зоной, таких как глубинное плоское шлифование, шлифование внутреннего диаметра и процессы шлифования инструментов и приспособлений.

В соответствии с настоящим изобретением предлагается абразивный инструмент на связке, имеющий структуру, проницаемую для потока флюида, причем указанный инструмент содержит:

a) около 5-75 объем. % спеченных агломератов, которые содержат множество абразивных шлифовальных зерен, удерживаемых в связующем материале, причем связующий материал характеризуется температурой плавления от 500 до 1400°С, при этом спеченные агломераты имеют трехмерную форму и начальное распределение по размерам ранее изготовления инструмента;

b) связку;

и имеет

c) около 35-80 объем. % общей пористости, из которой по меньшей мере 30 объем. % взаимосвязанной пористости;

причем по меньшей мере 50% по весу спеченных агломератов в абразивном инструменте на связке, которые содержат множество абразивных шлифовальных зерен, сохраняют свою трехмерную форму после изготовления инструмента.

В соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения предлагается абразивный инструмент на застеклованной связке, имеющий структуру, проницаемую для потока флюида, причем инструмент содержит:

a) около 5-75 объем. % спеченных агломератов из множества абразивных шлифовальных зерен со связующим материалом, причем связующий материал характеризуется вязкостью А при температуре плавления связующего материала;

b) застеклованную связку, которая характеризуется вязкостью В при температуре плавления связующего материала, причем вязкость В по меньшей мере на 33% ниже, чем вязкость А;

и имеет

c) около 35-80 объем. % пористости, в том числе по меньшей мере 30 объем. % взаимосвязанной пористости.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления настоящего изобретения предлагается абразивный инструмент на застеклованной связке, имеющий структуру, проницаемую для потока флюида, причем инструмент содержит:

a) около 5-60 объем. % спеченных агломератов из множества абразивных шлифовальных зерен со связующим материалом, причем связующий материал характеризуется температурой плавления А;

b) застеклованную связку, которая характеризуется температурой плавления В, причем температура плавления В по меньшей мере на 150°С ниже, чем температура плавления А; и имеет

c) около 35-80 объем. % пористости, в том числе по меньшей мере 30 объем. % взаимосвязанной пористости.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения инструмент представляет собой абразивный инструмент на связке, имеющий структуру, проницаемую для потока флюида, причем инструмент содержит:

а) около 34-56 объем. % абразивного шлифовального зерна;

b) около 3-25 объем. % связки;

и имеет

c) около 35-80 объем. % общей пористости, в том числе по меньшей мере 30 объем. % взаимосвязанной пористости;

причем взаимосвязанная пористость создана без добавления средств создания пористости и без добавления материалов удлиненной формы, имеющих отношение длины к ширине поперечного сечения, то есть коэффициент формы, составляющий по меньшей мере 5:1.

В соответствии с настоящим изобретением предлагаются также способы изготовления агломератов и инструментов.

В соответствии с настоящим изобретением предлагается также способ агломерирования абразивного шлифовального зерна, который включает в себя следующие операции:

a) подача зерна и связующего материала, выбранного из группы, в которую главным образом входят материалы с застеклованной связкой, застеклованные материалы, керамические материалы, неорганические связующие материалы, органически 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 1300°С;

d) галтовка зерна и связующего материала в печи до тех пор, пока связующий материал не пристанет к зерну, а множество зерен, сцепленных вместе, не образуют множество спеченных агломератов; и

e) извлечение спеченных агломератов из печи, причем спеченные агломераты имеют начальную трехмерную форму, плотность неплотной упаковки ≤1.6 г/см³ и содержат множество абразивных шлифовальных зерен.

В соответствии с настоящим изобретением предлагаются также спеченные агломераты абразивного шлифовального зерна, изготовленные по способу, который включает в себя следующие операции:

a) подача абразивного шлифовального зерна со связующим материалом 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 1300°С;

d) галтовка зерна и связующего материала в печи до тех пор, пока связующий материал не пристанет к зерну, а множество зерен, сцепленных вместе, не образуют множество спеченных агломератов; и

e) извлечение спеченных агломератов из печи,

причем спеченные агломераты имеют начальную трехмерную форму, плотность неплотной упаковки ≤1.6 г/см³ и содержат множество абразивных шлифовальных зерен.

С использованием этого процесса абразивный инструмент, который содержит от 5 до 75 объем. % агломератов абразивного шлифовального зерна, изготавливают по способу, который включает в себя следующие операции:

а) подача абразивного шлифовального зерна и связующего материала, выбранных из группы, в которую главным образом входят материалы с застеклованной связкой, застеклованные материалы, керамические материалы, неорганические связующие материалы, органически связующие материалы, 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 1300°С;

d) галтовка смеси в печи до тех пор, пока связующий материал не пристанет к зерну, а множество зерен, сцепленных вместе, не образуют множество спеченных агломератов;

e) извлечение спеченных агломератов из печи, причем спеченные агломераты содержат множество абразивных шлифовальных зерен, связанных вместе при помощи связующего материала, и имеют начальную трехмерную форму и плотность неплотной упаковки ≤1.6 г/см³;

f) формование из спеченных агломератов фасонного композитного тела; и

g) термическая обработка фасонного композитного тела для того, чтобы образовать абразивный инструмент.

В соответствии с настоящим изобретением предлагаются также способы шлифования с использованием абразивных инструментов в соответствии с настоящим изобретением, в частности способы плоского шлифования.

На фиг.1 схематично показана барабанная печь (вращающаяся обжиговая печь), предназначенная для осуществления способа изготовления агломератов абразивного шлифовального зерна в соответствии с настоящим изобретением.

На фиг.2 показан микрофотоснимок поперечного сечения абразивного круга в соответствии с настоящим изобретением, изготовленного с использованием агломерированного зерна (более светлые зоны на снимке) и имеющего пористость внутри агломератов (небольшие более темные зоны на снимке), а также пористость между агломератами, которая представляет собой взаимосвязанную пористость (более темные зоны на снимке).

На фиг.3 показан микрофотоснимок поперечного сечения известного абразивного круга сравнения, где можно видеть отсутствие агломерированного зерна и отсутствие широкой взаимосвязанной пористости в структуре круга.

Агломераты абразивного шлифовального зерна, которые являются предметом настоящего изобретения, представляют собой трехмерные структуры или гранулы, которые содержат спеченные пористые композиты абразивного шлифовального зерна и связующего материала. Агломераты имеют плотность неплотной упаковки (LPD) ≤1.6 г/см³, средний размер ориентировочно в 2-20 раз больше среднего размера абразивного шлифовального зерна и пористость ориентировочно от 30 до 88% по объему. Агломераты абразивного шлифовального зерна преимущественно имеют минимальное значение прочности на раздавливание, составляющее 0.2 МПа.

Абразивное шлифовальное зерно может содержать одно или несколько абразивных шлифовальных зерен, обычно применяемых в абразивных инструментах, таких как зерна из оксида алюминия, в том числе из плавленого глинозема, спеченного глинозема и зольгелиевого спеченного глинозема, спеченного боксита, и т.п., из карбида кремния, смеси оксида алюминия с диоксидом циркония, алюминоксинитрида, оксида церия, закиси бора, кубического нитрида бора (CBN), алмаза, в том числе природного и синтетического, порошкообразного кварца (флинта) и зерен граната, а также из их комбинаций. Может быть использован любой размер или форма абразивного шлифовального зерна. Например, зерно может содержать некоторую долю удлиненных зерен спеченного золь гель оксида алюминия (спеченного зольгелиевого глинозема), имеющих высокий коэффициент формы, такого типа, который раскрыт в патенте США №5129919.

Подходящие для использования в соответствии с настоящим изобретением размеры зерна лежат в диапазоне от обычного абразивного зерна (например, больше 60 мкм и до 7000 мкм) до микроабразивного зерна (например, от 0.5 до 60 мкм) и содержат смеси таких размеров. Для конкретной операции абразивного шлифования желательно агломерировать абразивное шлифовальное зерно с размерами, меньшими, чем размеры абразивного шлифовального зерна (не агломерированного), которые обычно выбирают для этой операции абразивного шлифования. Например, агломерированные абразивы с размером зерна 80 единиц могут быть использованы вместо абразивов с размером зерна 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.

Предпочтительные средние диаметры спеченных агломератов для типичных диапазонов абразивных шлифовальных зерен составляют ориентировочно от 200 до 3000 мкм, преимущественно от 350 до 2000 мкм, а еще лучше от 425 до 1000 мкм. Для микроабразивного шлифовального зерна предпочтительные средние диаметры спеченных агломератов лежат в диапазоне от 5 до 180 мкм, преимущественно от 20 до 150 мкм, а еще лучше от 70 до 120 мкм.

Содержание абразивного шлифовального зерна в агломерате составляет ориентировочно от 10 до 65 объем. %, преимущественно от 35 до 55 объем. %, а еще лучше от 48 до 52 объем. %.

Связующие материалы, которые используют для изготовления агломератов, преимущественно включают в себя керамические и застеклованные материалы, преимущественно такого вида, которые используют в качестве систем связующего материала для абразивных инструментов с застеклованной связкой. Такими застеклованными связующими материалами могут 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 и смачивают поверхность абразивного шлифовального зерна с созданием соединительных стоек после охлаждения, удерживающих абразивное шлифовальное зерно в структуре композиционного материала. Примеры связующих материалов, подходящих для использования в агломератах, приведены далее в Таблице 2. Предпочтительные связующие материалы характеризуются вязкостью, составляющей ориентировочно от 345 до 55300 Пуаз при 1180°С и температурой плавления, составляющей ориентировочно от 800 до 1300°С.

В соответствии с предпочтительным вариантом связующий материал представляет собой композицию с застеклованной связкой, которая содержит композицию обожженного оксида, содержащую 71 вес. % SiO₂ и В₂О₃, 14 вес.% Al₂О₃, меньше, чем 0.5 вес.% щелочноземельных оксидов и 13 вес.% щелочных оксидов.

Связующим материалом также может быть керамический материал, который включает в себя (но без ограничения) диоксид кремния, щелочные, щелочноземельные и перемешанные щелочные и щелочноземельные силикаты, алюмосиликаты, силикаты циркония, гидратные силикаты, алюминаты, оксиды, нитриды, оксинитриды, карбиды, оксикарбиды, а также их комбинации и производные. Как правило, керамические материалы отличаются от стекловидных или застеклованных материалов тем, что керамические материалы имеют кристаллические структуры. Некоторые стекловидные фазы могут присутствовать в комбинации с кристаллическими структурами, особенно в керамических материалах в неочищенном состоянии. Могут быть использованы керамические материалы в сыром состоянии, такие как глины, цементы и минералы. В качестве примеров, подходящих для использования специфических керамических материалов, можно привести (но без ограничения) диоксид кремния, силикаты натрия, муллит и другие алюмосиликаты, диоксид циркония - муллит, алюминат магния, силикат магния, силикаты циркония, полевой шпат и другие щелочные силикаты и алюмосиликаты, шпинели, алюминат кальция, алюминат магния и другие щелочные алюминаты, диоксид циркония, стабилизированный иттрием диоксид циркония, оксид магния, оксид кальция, оксид церия, оксид титана или другие редкоземельные добавки, тальк, оксид железа, оксид алюминия, бемит, оксид бора, оксид церия, оксид алюминия - оксинитрид, нитрид бора, нитрид кремния, графит, а также комбинации указанных керамических материалов.

Связующий материал используют в виде порошка, причем он может быть введен в жидкий разбавитель для создания однородной, гомогенной смеси связующего материала с абразивным шлифовальным зерном в ходе изготовления агломератов.

Дисперсию органических связок преимущественно добавляют в компоненты порошкового связующего материала в качестве формующей добавки или технологической добавки. Такие связки могут содержать декстрины, крахмал, животный протеиновый клей и другие типы клеев; жидкий компонент, такой как вода, растворитель, модификаторы вязкости или рН; и улучшающие перемешивание добавки. Использование органических связок улучшает однородность агломерата, в особенности однородность дисперсии связующего материала на зерне, а также качество структуры предварительно обожженных или сырых агломератов, так же, как и обожженного абразивного инструмента, содержащего агломераты. Так как связки выгорают при обжиге агломератов, они не становятся частью готового агломерата или готового абразивного инструмента.

Неорганический активатор склеивания (адгезии) может быть добавлен в смесь для улучшения адгезии связующих материалов с абразивным шлифовальным зерном, что необходимо для улучшения качества смеси. Неорганический активатор склеивания может быть использован при приготовлении агломератов как с органической связкой, так и без нее.

Несмотря на то, что имеющие высокие температуры плавления связующие материалы и являются предпочтительными для использования в агломератах в соответствии с настоящим изобретением, связующий материал может также содержать другие неорганические связующие материалы, органические связующие материалы, материалы с органической связкой, материалы с металлической связкой, а также их комбинации. Связующие материалы, которые обычно используют в инструментальной промышленности для изготовления абразивных инструментов в качестве связки для абразивных материалов с органической связкой, абразивных материалов с покрытием, абразивных материалов с металлической связкой и т.п., являются предпочтительными.

Связующий материал составляет ориентировочно от 0.5 до 15 объем. %, преимущественно от 1 до 10 объем. %, а еще лучше от 2 до 8 объем. % агломерата.

Предпочтительный объем. % пористости в агломерате является настолько высоким, насколько это технически возможно, принимая во внимание ограничения из-за механической прочности агломерата, необходимой для изготовления абразивного инструмента и для проведения шлифования с его помощью. Пористость может лежать в диапазоне от 30 до 88 объем. %, преимущественно от 40 до 80 объем. %, а еще лучше от 50 до 75 объем. %. Часть (например, ориентировочно до 75 объем. %) пористости в агломератах преимущественно представляет собой взаимосвязанную пористость или пористость, проницаемую для потока флюидов, в том числе и для жидкостей (например, для охлаждающей жидкости при шлифовании и шлифовального шлама), и воздуха.

Плотность агломератов может быть выражена различным образом. Объемная плотность агломератов может быть выражена как плотность неплотной упаковки LPD.

Относительная плотность агломератов может быть выражена как процент начальной относительной плотности или как отношение плотности агломератов к плотности компонентов, использованных при приготовлении агломератов, принимая во внимание объем взаимосвязанной пористости в агломератах.

Процент начальной относительной плотности может быть получен путем деления LPD (ρ) на теоретическую плотность агломератов (ρ_о), допуская нулевую пористость. Теоретическая плотность может быть рассчитана в соответствии с объемным правилом смесей из весового процентного содержания и удельной массы связующего материала и абразивного шлифовального зерна, содержащихся в агломератах. Для спеченных агломератов в соответствии с настоящим изобретением максимальный процент относительной плотности составляет 50 объем. %, причем максимальный процент относительной плотности, составляющий 30 объем. %, является предпочтительным.

Относительная плотность может быть измерена с использованием объема вытеснения жидкости, причем она содержит взаимосвязанную пористость и не включает в себя пористость с закрытыми порами. Относительная плотность представляет собой отношение объема спеченных агломератов, измеренного при помощи вытеснения жидкости, к объему материалов, использованных для приготовления спеченных агломератов. Объем материалов, использованных для приготовления спеченных агломератов, является мерой кажущегося объема, основанной на количестве и плотности упаковки абразивного шлифовального зерна и связующего материала, использованных для приготовления агломератов. Для спеченных агломератов в соответствии с настоящим изобретением максимальная относительная плотность агломератов преимущественно составляет 0.7, причем максимальная относительная плотность, составляющая 0.5, является предпочтительной.

Агломераты могут быть приготовлены при помощи различных технологий, с различными размерами и формами (конфигурациями). Эти технологии могут быть осуществлены до проведения начальной стадии обжига сырой смеси зерна и связующего материала, во время этой стадии или после нее. Операция нагревания смеси приводит к тому, что связующий материал 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 зерна и связующего материала агломерируют до отверждения смеси так, чтобы создать относительно слабую механическую структуру, называемую "сырыми агломератами" или "агломератами до обжига".

Для осуществления первого варианта абразивное шлифовальное зерно и связующие материалы могут быть агломерированы в сыром состоянии при помощи ряда различных технологий, например, в чашевом грануляторе и затем направлены во вращающуюся обжиговую печь для обжига. Сырые агломераты могут быть помещены на лоток или стеллаж и обожжены в печи, с галтовкой или без нее, с использованием непрерывного или периодического процесса.

Абразивное шлифовальное зерно может быть направлено в псевдоожиженный слой, а затем смочено жидкостью, содержащей св