NO328859B1 - Porose slipeartikler med agglomererte slipemidler og fremgangsmate for fremstilling av de agglomererte slipemidlene - Google Patents

Abstract

Bundne slipeverktøy med nye, porøse strukturer som er permeabel for fluidstrøm, omfatter en relativt lav volum% slipekorn og binding og en relativ lav hardhetsgrad, men karakteriseres av en utmerket mekanisk styrke og slipeytelse. Fremgangsmåter for fremstilling av slipeverktøy og bruk av agglomerert slipekorn, er beskrevet.

Description

Oppfinnelsen angår bundne slipepartikler eller slipeverktøy gjort porøse ved bruk av bestemte agglomererte slipekorn.

Slipeverktøyet fremstilles i forskjellige grader eller strukturer bestemt av den relative volumandel slipekorn, binding og porøsitet i en komposittslipekornmatrise. I mange slipeoperasjoner blir slipevektøyporøsiteten, især porøsiteten av en permeabel eller sammenkoplet type, forbedret effektivitet av slipeoperasjonen og kvaliteten av arbeidsstykket som blir slipt. Porøsitetinduserere, f.eks. boblealumina og naftalen kan tilsettes abrasiv komposittblandingene for å gjøre det mulig å trykkstøpe og håndtere en porøs, ikke-herdet slipeartikkel og oppnå en tilfredsstillende volumandel av porøsitet i det endelige verktøy.

Naturlig porøsitet som oppstår fra pakking av slipekorn og bindemiddelpartikler under trykkstøpning, er utilstrekkelig for å oppnå en porøsitetskarakter som er ønskelig i enkelte slipeoperasjoner. Poreinduserere har blitt tilsatt for å oppnå høye porøsitetsandeler men åpne kanaler eller sammenkoplet porøsitet kan imidlertid ikke oppnås med kjente poreinduserere (f.eks. hule keramiske eller glasskuler). Enkelte poreinduserere må brennes ut av slipematrisen (f.eks. valnøttskall og naftalen) noe som forårsaker forskjellige problemer under fremstillingen. Videre varierer poreindusererne, bindematerialet og slipekornene betydelig og forårsaker ofte stratifisering av slipeblandingen under håndtering og støping og følgelig tap av homogenitet i den tredimensjonale struktur av den endelige slipepartikkel.

Volumandelen av sammenkoplet porøsitet eller fluidpermeabilitet, har blitt funnet

å være en betydelig faktor i slipeytelsen av slipeartikler enn bare porøsitetens volumandel. US patentskrift A-5 738 696 til Wu beskriver en fremgangsmåte for å fremstille bundne slipemidler ved hjelp av langstrakte slipekorn med et sideforhold på minst 5:1. De bundne slipeskiver har en permeabel struktur som inneholder 55-80 volum% sammenkoplet porøsitet. Den sammenkoplede porøsitet muliggjør fjerning av slipeavfall (spon) og passasje av kjølefluid i skiven under slipingen. Nærværet av sammenkoplet porøsitet bekreftes ved å måle permeabiliteten av skiven til strømmen av luft under kontrollerte forhold. De fiberlignende slipekorn blir ikke agglomerert eller på annen måte belagt med bindemiddel før montering av skiven. US patentskrift A-5 738 697 til Wu beskriver slipeskiver med høy permeabilitet og en betydelig mengde sammenkoplet porøsitet (40-80 volum%). Disse skivene er fremstilt av en matrise av fiberpartikler med et sideforhold på minst 5:1. Fiberpartiklene kan være sintret sol gel alumina slipekorn eller vanlige, ikke-fiberholdige slipekorn blandet med forskjellige fiberfyllmaterialer, f.eks. keramisk fiber, polyesterfiber eller glassfiber og matte og agglomerater konstruert med fiberpartikler. Fiberslipekornene blir ikke agglomerert eller på annen måte belagt med binding før montering av skiven.

Slipekorn har blitt agglomerert for forskjellige formål, blant annet brukes en mindre partikkel (korn)-størrelse for å oppnå samme slipeeffektivitet som ved større slipekornstørrelse. I mange tilfeller har slipekornet blitt agglomerert med bindingsmaterialer for å oppnå en mindre porøs struktur og et tettere slipeverktøy med sterkere bundne slipekorn. Agglomererte slipekorn har vært rapportert å kunne forbedre slipeeffektiviteten ved hjelp av mekanismer som ikke er knyttet til mengden eller karakteren av slipeartikkelens porøsitet.

US patentskrift A-2 194 472 til Jackson beskriver belagte slipeverktøy fremstilt med agglomerater av flere fine slipekorn og et bindingsmiddel som normalt brukes ved belegning eller binding av slipeverktøy. Organiske bindemidler brukes for å feste agglomeratene til baksiden av de belagte slipemidlene. Agglomeratene etterlater en åpen side til de belagte slipemidler som består av relativt fine korn. De belagte slipemidlene med agglomeratene i stedet for enkeltvise slipekorn, karakteriseres som å kunne kutte relativt raskt, har lang levetid og egner seg for å oppnå en fin overflatefinish på arbeidsstykket.

US patentskrift A-2 216 728 til Benner beskriver slipekorn/bindingsaggregater fremstilt av en type bindingsmiddel. Formålet med aggregatene er å oppnå en svært tett skivestruktur for å holde diamant- eller CBN-korn under slipeoperasjonene. Hvis aggregatene er fremstilt med en porøs struktur, er dette for å få de innblandede bindingsmaterialer å strømme inn i porene i aggregatene og fortette strukturen under brenningen. Aggregatene tillater bruk av fine slipekorn som ellers går tapt i produksjonen.

US patentskrift A-3 048 482 til Hurst beskriver formede slipemikrosegmenter av agglomererte slipekorn og organisk bundne materialer i form av pyramider eller andre skrå former. De formede slipemikrosegmentene festes til en fiberbakside og brukes for å fremstille belagte slipemidler og fore overflaten av tynne slipeskiver. Oppfinnelsen karakteriseres som å kunne oppnå en lengre skjærelevetid, en kontrollert fleksibilitet av verktøyet, stor styrke og hastighetssikkerhet, elastisk virkning og svært effektiv skjæring i forhold til verktøy fremstilt uten agglomererte slipekorn mikrosegmenter.

US patentskrift A-3 982 359 til Elbel beskriver fremstillingen av resinbindinger og slipekornaggregater med en hardhet som er større en resinbindingen som brukes for å binde aggregatene i et slipeverktøy. Raskere slipehastigheter og lengre levetid for verktøyet oppnås i gummibundne skiver som inneholder aggregatene.

US patentskrift A-4 355 489 til Heyer beskriver en slipeartikkel (skive, belte, plate, blokk og lignende) fremstilt av en matrise av ikke-undulerte fibere bundet sammen ved punkter for manuell kontakt og slipeagglomerater, med et tomvolum på omtrent 70-79 %. Agglomeratene kan være fremstilt med vitrifiserte eller resinbindinger og eventuelle slipekorn.

US patentskrift A-4 364 746 til Bitzer beskriver slipeverktøy som omfatter forskjellige slipeagglomerater av forskjellig styrke. Agglomeratene fremstilles av slipekorn og resinbindemiddel og kan inneholde andre materialer, f.eks. kappet fibere for økt styrke eller hardhet.

US patentskrift A-4 393 021 til Eisenberg m.fl. beskriver en fremgangsmåte for å fremstille slipeagglomerater fra slipekorn og et resinbindemiddel som bruker en sil og valsing av en pasta av korn og bindemiddel gjennom båndet for å oppnå slangelignende ekstrusjoner. Ekstrusjonene herdes ved oppvarming og blir deretter knust for å danne agglomeratene.

US patentskrift A-4 799 939 til Bloecher beskriver eroderbare agglomerater av slipekorn, hule legemer og organisk bindemiddel og bruk av disse agglomeratene i belagte slipemidler og bundne slipemidler. Større emnefjerning, lenger levetid og bruk under våte slipeforhold blir krevet for slipeartiklene som omfatter agglomeratene. Agglomeratene er fortrinnsvis 150-3 000 mikron i den største dimensjon. For å fremstille agglomeratene blir hule legemer, korn, bindemiddel og vann blandet til et slam som så størkner ved oppvarming eller bestråling for å fjerne vannet og den faste blanding blir så knust i en kjeve eller valseknuser og silt.

US patentskrift A-5 129 189 til Wetshcer beskriver slipeverktøy med en resinbindematrise som inneholder konglomerater av slipekorn og resin- og fyllmateriale, f.eks. kryolitt.

US patentskrift A-5 651 729 til Benguerel beskriver en slipeskive med en kjerne og en slipekant fremstilt av en resinbinding og knuste agglomerater av diamant- eller CBN-slipekorn med en metall- eller keramikkbinding. De oppgitte fordeler med skivene fremstilt med agglomeratene, omfatter stor avstand mellom bitene, stor slitasjemotstand, selvskjerpende egenskaper, stor mekanisk motstand i skiven og mulighet for direkte å binde slipekanten til skivens kjerne. I en utførelse, blir brukt diamant- eller CBN-bundet slipekanter knust til en størrelse på 0,2 til 3 mm for å danne agglomeratene.

US patentskrift A-4 311 489 til Kressner beskriver agglomerater av fine (< 200 mikron) slipekorn og kryolitt, eventuelt med et silikatbindemiddel, og bruk av disse ved fremstilling av belagte slipeverktøy.

US patentskrift A-4 541 842 til Rostoker beskriver belagte slipemidler og slipeskiver fremstilt med aggregater av slipekorn og et skum fremstilt av en blanding av vitrifiserte bindematerialer med andre råmaterialer, f.eks. karbonsort eller karbonater som egner seg for skumming under brenning av aggregatene. Aggregat-"kulene" inneholder en større andel bindemiddel enn korn på en volumandelsbasis. Pellets som blir brukt for å fremstille slipeskiver blir sintret ved 900 °C (til en tetthet på 1134 g/cc) og det vitrifiserte bindemiddel brukt for å fremstille skiven blir brent ved 880 °C. Skiver fremstilt med 16 volum% pellets har den slipeeffektivitet som var lik sammenlignende skiver fremstilt med 46 volum% slipekorn. Pelletsene inneholdt åpne celler i den vitrifiserte bindingsmatrise med de relativt mindre slipekorn anbrakt i klynger rundt kanten av de åpne cellene. En roterende kalsineringsovn er nevnt for brenning av preagglomererte, rå aggregater til senere skum og sinter for å fremstille pelletsene.

US patentskrift 5 975 988 til Christianson beskriver belagte slipeartikler med en bakside og et organisk bundet slipelag hvor slipemiddelet er formede agglomerater i form av en avskåret firesidet pyramide eller kube. Agglomeratene er fremstilt av superslipende korn bundet i et uorganisk bindemiddel med en koeffisient for termisk ekspansjon som er lik eller vesentlig lik slipekornet koeffisient for termisk ekspansjon.

WO 00/51788 til Stoetzel m.fl., beskriver slipeartikler med en bakside, et organisk bindemiddel inneholdende dispergerte, harde uorganiske partikler og slipepartikkelagglomerater bundet til baksiden. Slipepartiklene i agglomeratene og de harde uorganiske partiklene i det organiske bindemiddel er vesentlig av samme størrelse. Agglomeratene kan være vilkårlig eller nøyaktig formet og fremstilt med et organisk bindemiddel. De harde, uorganiske partiklene kan være et hvilket som helst antall slipekornpartikler.

US patentskrift 6 086 467 til Imai m.fl., beskriver slipeskiver med slipekorn og kornklynger av fyllekorn med en mindre størrelse enn slipekornene. Vitrifisert bindemiddel kan brukes og fyllkornene kan være kromoksid. Størrelsen av kornklyngene er 1/3 eller mer av størrelsen av slipekornene. Fordelene omfatter en kontrollert bindingserrosjon og slipekornretensjon i slipeanvendelser hvor det brukes liten kraft ved hjelp av superslipende korn, hvor dette må tynnes ut for å minimere slipekreftene. Klynger av fyllkorn kan være dannet med voks. Ingen sintrering av klyngene er beskrevet.

WO 01/04227 A2 til Adefris m.fl., beskriver en slipeartikkel som omfatter en stiv bakside og keramiske slipekompositter fremstilt av slipepartikler i en porøs keramikkmatrise. Komposittene holdes til baksiden ved hjelp av et metallbelegg, f.eks. et elektroplettert metall.

Av annen kjent teknikk kan vi vise til US 6 123 744 Al som beskriver bundne tredimensjonale slipeverktøy som omfatter en kompositt av slipekorn bundet med et bindemateriale, for eksempel uorganiske vitrifiserte bindematerialer av det slag som anvendes ifølge kravene. Likeledes beskriver US 6 086 648 Al bundne tredimensjonale slipeverktøy som omfatter en kompositt av slipekorn bundet med et bindemateriale, for eksempel uorganiske vitrifiserte bindematerialer, i det blandingsforholdet mellom slipekorn og bindemateriale og porøsiteten er slik det angis i kravene.

Ingen av disse tidligere utviklinger foreslår fremstilling av slipepartikler ved hjelp av porøse, agglomererte slipekorn og bindingspartikler for å styre andelen og karakteren av porøsitet og opprettholde porøsiteten i form av permeabel, sammenkoplet porøsitet i bundne slipeartikler. Det foreslås ikke å bruke en dreiende kalsineringsovn for fremstilling av forskjellige slipekornagglomerater for bruk i slipeartiklene. Fremgangsmåtene og verktøyene ifølge oppfinnelsen gir nye strukturer fra agglomererte blandinger av eksisterende slipekorn- og bindingskombinasjoner og de er avansert ved at det muliggjør kontrollert utforming og fremstilling av mange forskjellige slipeartikkelstrukturer med fordelaktige, bimodulære egenskaper for sammenkoplet porøsitet. En slik bimodulær, sammenkoplet porøsitet forbedrer slipeverktøyets ytelse, især i et stort kontaktareal, nøyaktige slipeoperasjoner, f.eks. krypmatet overflatesliping, innerdiametersliping og verktøyromsliping.

Oppfinnelsen er et bundet slipeverktøy med en struktur som er permeabel for fluidstrøm, idet verktøyet omfatter bundne og sintrede agglomerater med flere slipekorn som fastholdes med et bindemiddel hvor a) verktøyet omfatter omkring 5-75 volum% sintrede agglomerater, hvorav minst 50 vekt% av slipekornene har en tredimensjonal form, at

b) bindematerialet har en smeltetemperatur mellom 500 og 1 400 °C, og at

c) verktøyet har omkring 35-80 volum% total porøsitet, idet porøsiteten omfatter

minst 30 volum% sammenkoplet porøsitet.

Fordelaktige utførelsesformer er angitt uselvstendige krav.

Oppfinnelsen skal beskrives nærmere i det følgende i forbindelse med noen utførelses eksempler og under henvisning til tegningene, der figur 1 er et skjema over en dreiende kalsineringsovn for å utføre fremgangsmåten for å fremstille slipekornagglomerater ifølge oppfinnelsen; figur 2 er en fotomikrograf av et snitt av en slipeskive ifølge oppfinnelsen fremstilt med agglomerert korn (lysere områder av fotografiet) og med intraagglomeratporøsitet (mindre, mørkere områder av fotografiet) og interagglomerat, sammenkoplet porøsitet (mørkere område av fotografiet); og figur 3 er en fotomikrograf av et snitt av en sammenlignende slipeskive av tidligere teknikk som viser fravær av agglomererte korn og fravær av stor sammenkoplet porøsitet i skivens struktur.

Slipekornagglomerater ifølge oppfinnelsen er tredimensjonale strukturer eller granulater, herunder sintrede, porøse kompositter av slipekorn og bindemateriale. Agglomeratene har en løs pakketetthet (LPD) på < 1,6 g/cc, en gjennomsnittlig størrelse på omtrent 2 til 20 ganger den gjennomsnittlige slipekornstørrelse og en porøsitet på omtrent 30 til 88 volum%. Slipekornagglomeratene har fortrinnsvis en minimumsknusestyrkeverdi på 0,2 MPa.

Slipekornene kan omfatte et eller flere kjente slipekorn for bruk i slipeverktøy, f.eks. aluminakorn, herunder brent alumina, sintret og solgel sintret alumina, sintret bauxitt og lignende, silikonkarbid, aluminazirkon, aluminoksinitrid, ceria, boronsuboksid, granat, flint, diamant, herunder naturlig og syntetisk diamant, kubeboronnitrid (CBN) og kombinasjoner av disse. Enhver størrelse eller form av slipekorn kan brukes. F.eks. kan slipekornet omfatte langstrakte, sintrede solgel aluminakorn med et høyt sideforhold, av den type som er beskrevet i US patentskrift 5 129 919.

Kornstørrelser som egner seg for bruk her, varierer fra vanlige slipekorn (f.eks. større enn 60 og opp til 7 000 mikron) til mikroslipekorn (f.eks. 0,5 til 60 mikron) og blandinger av disse størrelser. For en gitt slipeoperasjon kan det være ønskelig å agglomerere et slipekorn med en kornstørrelse som er mindre enn et slipekorn (ikke-agglomerert)-størrelse som normalt velges for denne slipeoperasjonen. F.eks. kan agglomerert 80 kornstørrelse slipekorn erstatte 54 korn, agglomerert 100 korn for 60 korn slipning og agglomerert 120 korn for 80 korn slipning.

Den foretrukne, sintrede agglomeratstørrelse for typiske slipekorn varierer fra omtrent 200 til 3 000, mer foretrukket 350 til 2 000, fortrinnsvis 425 til 1 000fim i gjennomsnittlig diameter. For mikroslipekorn, varierer fortrinnsvis sintrede agglomeratstørrelser fra 5 til 180, mer foretrukket 7 til 150, mest foretrukket 70 til 120 u.m i gjennomsnittlig diameter.

Slipekornene er til stede i omtrent 10 til 65 volum%, mer foretrukket 35 til 50 volum% og mest foretrukket 48 til 52 volum% av agglomeratet.

Bindematerialet som egner seg for å fremstille agglomeratene omfatter fortrinnsvis keramiske og vitrifiserte materialer, fortrinnsvis av den type som brukes som bindesystemer for vitrifisert bundne slipeverktøy. Disse vitrifiserte bindematerialer kan være forhåndsbrent glass malt til et pulver (kritt), eller en blanding av forskjellige råmaterialer, f.eks. leire, feltspat, kalk, boraks og soda eller en kombinasjon av frittede og råmaterialer. Slike materialer smelter sammen og danner en flytende glassfase ved temperaturer mellom 500 og 1400 °C og fukter overflaten av slipekornene for å frembringe bindepeler ved kjøling som holder slipekornet i en komposittstruktur. Eksempler på passende bindematerialer for bruk i agglomeratene er oppgitt i tabell 2 nedenfor. Foretrukne bindematerialer karakteriseres av en viskositet på omtrent 345 til 55 300 Pa ved 1 180 °C og av en smeltetemperatur mellom 800 og 1 300 °C.

I en foretrukket utførelse er bindematerialet en vitrifisert bindesammenstilling omfattende en brent oksidsammensetning av 71 vekt% SiC>2 og B203, 14 vekt% av A1203, mindre enn 0,5 vekt% alkalinjordoksider og 13 vekt% alkalioksider.

Bindematerialet kan også være et keramisk materiale, herunder men ikke begrenset til silika, alkali, alkalinjord, blandede alkali og alkalinjordsilikater, aluminiumsilikater, zirkonsilikater, hydrerte silikater, aluminater, oksider, nitrider, oksinitrider, karbider, oksikarbider og kombinasjoner og derivater av disse. Generelt skiller keramiske materialer seg fra glass- eller vitrifiserte materialer ved at de keramiske materialene omfatter krystallinstrukturer. Enkelte glassfaser kan være til stede i kombinasjon med krystallinstrukturene, især i keramiske materialer i en uraffinert tilstand. Keramiske materialer i en rå tilstand, f.eks. leire, sementer og mineraler, kan brukes her. Eksempler på spesifikke keramiske materialer som egner seg for bruk her omfatter, men er ikke begrenset til silika, nariumsilikater, mulitt og andre aluminsilikater, zirkonmulitt, magnesimaluminat, magnesiumsilikat, zirkonsilikater, feltspat og andre alkalialuminsilikater, spineller, kalsiumaluminat, magnesiumaluminat og andre alkalialuminater, zirkon, zirkon stabilisert med yttria, magnesium, kalsia, ceriumoksid, titan eller andre sjeldne jordadditiver, talkum, jernoksid, aluminiumoksid, bohemitt, boronoksid, ceriumoksid, aluminaoksinitrid, boronnitrid, zirkonnitrid, grafitt og kombinasjoner av disse keramiske materialene.

Bindematerialet blir brukt i pulverisert form og kan tilsettes et flytende instrument for å sikre en jevn, homogen blanding av bindematerialet med slipekorn under fremstilling av agglomeratene.

En dispergering av organiske bindemiddel er foretrukket tilsatt det pulveriserte bindematerialkomponentene som støpnings- eller behandlingshjelpemidler. Disse bindematerialer kan omfatte dekstriner, stivelse, animalsk proteinlim og andre typer limstoff, en flytende komponent, f.eks. vann, løsning, viskositet eller pH-modifiserere, og blandingshjelpestoffer. Bruk av organiske bindemidler forbedrer agglomeratensartetheten, især ensartetheten til bindematerialets dispergering på kornene og den strukturelle kvalitet av de forhåndsbrente eller rå agglomeratene, samt det brente slipeverktøy som inneholder agglomeratene. Siden bindemiddelet brenner av under brenningen av agglomeratene, vil det ikke bli del av det ferdige agglomeratet eller det ferdige slipeverktøy.

En uorganisk klebepromoterer kan tilsettes blandingen for å forbedre heftingen av bindematerialet til slipekornene etter behov for å forbedre blandingskvaliteten. Den uorganiske klebepromotereren kan brukes med eller uten et organisk bindemiddel ved prepareringen av agglomeratene.

Selv om bindematerialer som er høytemperatursmeltet, er foretrukket i agglomeratene ifølge oppfinnelsen, kan bindematerialet også omfatte andre uorganiske bindemiddel, organiske bindemiddel, organiske bindematerialer, metallbindematerialer og kombinasjoner av disse. Bindematerialene brukt i slipeverktøyindustrien som bindemiddel for organisk bundne slipemidler, belagte slipemidler, metallbundne slipemidler og lignende, er foretrukket.

Bindematerialet er til stede i omtrent 0,5 til 15 volum%, mer foretrukket 1 til 10 volum% og mest foretrukket 2 til 8 volum% av agglomeratet.

Den foretrukne volum% porøsitet i agglomeratet er så høy som teknisk mulig innenfor agglomeratets grenser for mekanisk styrke som trengs for å fremstille et slipeverktøy og slipemediet. Porøsiteten kan variere fra 30 til 88 volum%, foretrukket 40 til 80 volum% og mest foretrukket 50 til 75 volum%. En del (f.eks. opp til 75 volum%) av porøsiteten i agglomeratene er å foretrekke til stede som sammenkoplet porøsitet, eller porøsitet permeabel for strømmen av fluider, herunder væsker (f.eks. slipekjølemiddel og spon) og luft.

Agglomeratenes tetthet kan uttrykkes på forskjellige måter. Agglomeratenes hovedtetthet kan uttrykkes som LPD. Agglomeratenes relative tetthet kan uttrykkes som prosent av den innledende relative tetthet, eller som et forhold mellom den relative tetthet av agglomeratene og komponentene som brukes for å fremstille agglomeratene, tatt i betraktning volumet av den sammenkoplede porøsitet i agglomeratene.

Den innledende gjennomsnittlige, relative tetthet, uttrykt som %, kan beregnes ved å dividere LPD (p) med en teoretisk tetthet av agglomeratene (po) forutsatt 0 porøsitet. Den teoretiske tetthet kan beregnes ifølge den volumetriske regel for blanding ut fra vektprosenten og egenvekten av bindematerialet og slipekornene inneholdt i agglomeratene. For de sintrede agglomeratene ifølge oppfinnelsen, er en maksimal % relativ tetthet 50 volum% med en maksimal % relativ tetthet på 30 volum% mer foretrukket.

Den relative tetthet kan måles ved hjelp av en fluidfortreningsteknikk for å omfatte sammenkoplet porøsitet og utelukket celleporøsitet. Den relative tetthet er forholdet mellom volumet av det sintrede agglomerat målt av fluidfortrengningen og volumet av materialet brukt for å fremstille det sintrede agglomerat. Volumet av materialene brukt for å fremstille agglomeratet er et mål på det åpenbare volum, basert på kvantitetene og pakketetthetene av slipekornet og bindematerialet brukt for å fremstille agglomeratene. For de sintrede agglomerater ifølge oppfinnelsen, er den maksimale, relative tetthet av de sintrede agglomerater fortrinnsvis 0,7, med en maksimal, relativ tetthet på 0,5, mer foretrukket.

Agglomeratene kan dannes ved hjelp av forskjellige teknikker i forskjellig størrelse og form. Disse teknikkene kan utføres før, under eller etter brenning av det innledende ("grønne") trinn av blandingen av korn og bindematerialer. Trinnet med å varme blandingen for å få bindematerialet til å smelte og strømme, vil således feste bindematerialet til kornmaterialet og feste kornet i en agglomerert form kalt brenning, kalsinering eller sintring. Enhver fremgangsmåte kjent i faget for agglomerering av blandinger av partikler kan brukes for å bearbeide slipeagglomeratene.

I en første utførelse av fremgangsmåten brukt her for å fremstille agglomerater, blir den første blanding av korn og bindemateriale agglomerert før blandingen blir brent for å frembringe en relativt svak mekanisk struktur kalt "grønt agglomerat" eller "forhåndsbrent agglomerat".

For å utføre den første utførelsen kan slipekornene og bindematerialet agglomereres i den "grønne tilstand" ved hjelp av et antall forskjellige teknikker, f.eks. i en pannepelleterer og deretter matet inn i et dreiende kalsineringsapparat for sintrering. De grønne agglomeratene kan plasseres på et brett eller rack og brent i ovnen uten tromling i en kontinuerlig eller samlet prosess.

Slipekornene kan transporteres til et fluidisert sjikt og deretter fuktet med en væske som inneholder bindematerialet, for å feste bindematerialet til kornet, siktet for agglomeratstørrelse og deretter brent i en ovn eller et kalsineringsapparat.

Pannepelletering kan utføres ved å tilsette korn til en blandekjel og deretter måle en væskekomponent som inneholder bindematerialet (f.eks. vann eller organisk bindemiddel og vann) på kornet med blanding for å agglomerere dem sammen. En væskedispersjon av bindematerialet, eventuelt med et organisk bindemiddel, kan sprutes på kornet og deretter kan det belagte kornet blandes for å danne agglomerater.

Et lavtrykksekstruderingsapparat kan brukes for å ekstrudere en pasta av korn og bindemateriale til størrelser og form som blir tørket for å danne agglomerater. En pasta kan fremstilles av bindematerialene og kornene med en organisk bindemiddelløsning og ekstruderes til langstrakte partikler med apparatet og fremgangsmåten beskrevet i US patentskrift A-4 393 021.

I en tørr granuleringsprosess kan en plate eller blokk fremstilt av slipekorn innbakt i dispersjon og pasta av bindematerialet, tørkes og deretter kan en valsekompaktor brukes for å bryte komposittmaterialet av korn og bindematerialer. "

I en annen fremgangsmåte for å fremstille grønne eller mornoklide agglomerater, kan blandingen av bindematerialet og korn tilsettes en støpeinnretning og blandingen støpes for å danne nøyaktige former og størrelser, f.eks. på den måte som er beskrevet i US patentskrift 6 217 413 Bl.

I en andre utførelse av fremgangsmåten brukt her for å fremstille agglomerater, blir en enkel blanding av korn og bindemateriale (eventuelt med et organisk bindemiddel), matet inn i et dreiende kalsineringsapparat av den type som er vist på figur 1. Blandingen blir tumlet i en bestemt omdreiningshastighet langs en bestemt vinkel, med tilførsel av varme. Agglomerater blir dannet etter hvert som bindematerialblandingen blir oppvarmet, smelter, strømmer og fester seg til kornene. Brenningen og agglomereringstrinnet utføres samtidig i styrte hastigheter og volumer av tilførsel og varme. Matehastigheten er generelt satt til å yte en strøm som opptar omtrent 8-12 volum% av røret (dvs. ovndelen) av det dreiende kalsineringsapparatet. Den maksimale temperatureksponering i apparatet velges for å holde bindematerialenes viskositet i en flytende tilstand ved en viskositet på minst omtrent 1 000 Pa. Dette unngår at for mye bindingsmateriale strømmer på overflaten av røret og tap av bindingsmateriale fra overflaten av slipekornene.

Et dreiende kalsineringsapparat av den type som er vist på figur 1, kan brukes for å utføre agglomereringen for agglomerering og brenning av agglomeratene i et enkelt trinn. Som vist på figur 1 blir en matetrakt 10 som inneholder mengden 11 av blandingen av bindematerialer og slipekorn, matet inn i en anordning 12 for å dosere blandingen inn i et hult varmerør 13. Røret 13 er anbrakt i en skrå vinkel 14 med omtrent 0,5-5,0 grader, slik at mengden 11 kan mates ved hjelp av tyngdekraften gjennom røret 13. Samtidig dreies røret 13 i pilens (a) retning i en kontrollert hastighet for å tumle mengden 11 og den oppvarmede blanding 18 når disse passerer langs lengden av røret.

En del av røret 13 blir oppvarmet. I en utførelse kan den oppvarmede del omfatte tre oppvarmingssoner 15, 16, 17 med en lengdedimensjon (dl) på 152 mm langsetter lengden (d2) på 305 mm av røret 13. Varmesonene gjør at operatøren kan regulere behandlingstemperaturen og variere den etter behov for å sintre agglomeratene. I andre modeller av apparatet, kan røret bare omfatte en eller to varmesoner, eller det kan omfatte mer enn tre varmesoner. Selv om det ikke er vist på figur 1, er apparatet forsynt med en varmeinnretning og mekaniske, elektroniske og temperaturkontroll og føleinnretninger for å utføre den termiske prosessen. Som det fremgår i snitt av røret 13, blir mengden 11 omdannet til en oppvarmet blanding 18 i røret og forlater røret og blir oppsamlet som agglomeratgranulat 19. Veggen av røret har en innerdiameter (d3) fra 14-76 mm og en diameter (d4) som kan være fra 15-91 mm, avhengig av modell og type materiale som brukes for å konstruere røret (f.eks. ildfast metallegering, ildfast sten, silikonkarbid, mullitt).

Rørets vinkel kan variere fra 0,5 til 5 grader og dreiningen av røret kan være 0,5 til 10 o/min. Matehastigheten for en liten, dreiende kalsineringsovn kan være fra 5 til 10 kg/time og en industriell produksjonsskalarate kan være fra 227 til 910 kg/time. Den dreiende kalsineringsovn kan være varmet til en sintreringstemperatur på 800 til 1 400 °C og matematerialet kan varmes i en rate på opp til 200 °C/min ettersom matemengden føres inn i varmesonen. Avkjølingen oppstår i den siste delen av røret etter hvert som matemengden flyttes fra en varmesone til en ikke-oppvarmet sone. Produktet avkjøles, f.eks. med et vannkjølesystem til romtemperatur og samles opp.

Egnede, dreiende kalsineringsmaskiner kan fås fra Harper International, Buffalo, New York eller fra Alstom Power, Inc., Applied Test Systems, Inc., og andre utstyrsprodusenter. Apparatet kan eventuelt være forsynt med elektronisk, direkte styring og detekteringsinnretninger, et kjølesystem, forskjellige utforminger av mateapparatet og andre eventuelle innretninger.

Når agglomererende slipekorn med lavere temperaturherding (f.eks. fra omtrent 145 til omtrent 500 °C) av bindematerialer, kan en alternativ utførelse av dette dreiende kalsineringsapparat brukes. Den alternative utførelse, en dreietørker er forsynt for å kunne levere oppvarmet luft til utløpsenden av røret for å varme opp slipekornblandingen, herdebindematerialet, binde det til kornet og derved agglomerere slipekornet etter hvert som det samles fra apparatet. Her betyr uttrykket "dreiende kalsineringsovn" å omfatte slike dreiende tørkeinnretninger.

I en tredje utførelse av fremgangsmåten som egner seg her for å fremstille agglomerater, blir en blanding av slipekorn, bindematerialer og et organisk bindesystem matet inn i en ovn uten preagglomerering, og oppvarmet. Blandingen blir varmet til en temperatur som er tilstrekkelig høy for at bindematerialet smelter, strømmer og fester seg til kornmaterialet for deretter å avkjøles til et komposittmateriale. Kompositten blir knust og silt for å fremstille de sintrede agglomerater.

I den fjerde utførelse blir agglomeratene ikke sintret før fremstillingen av slipeverktøyet, men snarere blir de "grønne" agglomeratene støpt med bindematerialet til et verktøylegeme som blir brent for å danne slipeverktøyet. I en foretrukket fremgangsmåte for å utføre denne prosessen, blir vitrifisert bindemateriale med høy viskositet (når det smeltes for å danne en væske), brukt'for å agglomerere kornet i grønn eller rå tilstand. De grønne agglomeratene blir ovnstørket og blandet til en andre, fortrinnsvis lavere viskositet, vitrifisert bindingskomposisjon og støpt i formen for et grønt slipeverktøy. Det grønne verktøy blir brent i en temperatur som er tilstrekkelig for smelting, men til å unngå strømning av det høyviskøse, vitrifiserte bindingsmateriale. Brenningstemperaturen blir valgt tilstrekkelig høy for å smelte bindingsmaterialets sammensetning til glass for derved å agglomerere kornene og få bindingssammensetningen til å strømme, binde agglomeratene og danne verktøyet. Det er ikke nødvendig å velge forskjellig viskositet for materialene og materialer med forskjellig smeltetemperatur for å utføre fremgangsmåten. Andre kombinasjoner av bindematerialer og bindingsmaterialer kjent i faget kan brukes ved denne teknikk for å fremstille slipeverktøy fra grønne agglomerater.

De bundne slipeverktøy ifølge oppfinnelsen omfatter slipeskiver, segmenterte skiver, brynesten, andreStener og monolittiske eller segmenterte formede slipekompositter. Slipeverktøyene ifølge oppfinnelsen omfatter omtrent 5 til 75 volum%, foretrukket 10 til 60 volum%, mest foretrukket 20 til 52 volum% slipekornagglomerater.

I en foretrukket utførelse omfatter vitrifisert bundne slipeverktøy omtrent 3 til 25 volum%, mer foretrukket 4 til 20 volum% og mest foretrukket 5 til 19 volum% binding. Sammen med slipekornagglomeratene og bindingen, omfatter disse verktøyene omtrent 35 5il 80 volum% porøsitet, idet denne porøsitet omfatter minst 30 volum% sammenkoplet porøsitet, fortrinnsvis 55 til 80 volum% porøsitet, idet denne porøsitet omfatter minst 50 volum% sammenkoplet porøsitet. De vitrifisert bundne slipeverktøy kan omfatte 35 til 52 volum% sintrede agglomerater, 3 til 13 volum% vitrifisert binding og 35 til 70 volum% porøsitet.

Mengden av sammenkoplet porøsitet bestemmes ved å måle fluidpermeabiliteten av verktøyet ifølge fremgangsmåten i US patentskrift A-5 738 696. Her er Q/P = fluidpermeabiliteten av et slipeverktøy, mens Q er strømningshastigheten uttrykt som cc av luftstrøm og P er differensialtrykket. Utrykket Q/P representerer trykkdifferensialen målt mellom slipeverktøystrukturen og atmosfæren ved en gitt strømningshastighet for et fluid (f.eks. luft). Denne relative permeabilitet Q/P er proporsjonal med produktet av porevolumet og kvadratet av porestørrelsen. Større porestørrelser er foretrukket. Poregeometrien og slipekornstørrelsen er andre faktorer som påvirker Q/P, idet større kornstørrelse gir høyere relativ permeabilitet.

Slipeverktøyene ifølge oppfinnelsen karakteriseres av høyere fluidpermeabilitetsverdier enn sammenlignbare, tidligere verktøy. Her er "sammenlignbare tidligere verktøy" slike verktøy som er fremstilt med samme slipekorn-og bindingsmaterialer ved samme porøsitet og bindingsvolumandeler som i oppfinnelsen. Generelt har slipeverktøy ifølge oppfinnelsen fluidpermeabilitetsverdier på omtrent 30 til 100 % høyere enn verdiene i sammenlignbare, tidligere slipeverktøy. Slipeverktøyene karakteriseres fortrinnsvis av fluidpermeabilitetsverdier som er minst 10 % høyere, mer foretrukket minst 30 % høyere enn i sammenlignbare tidligere verktøy.

Nøyaktige relative fluidpermeabilitetsparametere for særlige agglomeratstørrelser og fonner, bindingstyper og porøsitetsnivåer kan bestemmes av operatøren ved å bruke D'Arcy's lov for empiriske data for en gitt type slipeverktøy.

Porøsiteten i slipeskiven oppstår fra åpningene i den naturlige pakningstetthet i verktøykomponentene, især i slipeagglomeratene og eventuelt av tilsetningen av konvensjonelle poreinduserende medier. Egnede poreinduserende media omfatter, men er ikke begrenset til hule glasskuler, slipte valnøttskall, gule kuler eller perler av plastmateriale eller organiske sammensetninger, skumglasspartikler, boblemullitt og boblealumina og kombinasjoner av disse. Verktøyene kan fremstilles med åpen celleporøsitet induserere, f.eks. kuler av naftalen eller andre organiske granulater som brenner ut under brenning av verktøyet for å etterlate tomrom i verktøymatrisen, eller de kan fremstilles med lukket celle, hul poreinduserende medier (f.eks. hule glasskuler). Foretrukne slipeverktøy ifølge oppfinnelsen kan enten inneholde tilsatte poreinduserende medier eller inneholde en mindre mengde tilsatte poreinduserende medier for å oppnå et slipeverktøy med et porøsitetsinnhold på minst 30 volum% sammenkoplet porøsitet.

De bundne slipeverktøy ifølge oppfinnelsen har en porøs struktur. I denne struktur er den gjennomsnittlige diameter av de sintrede agglomerater ikke større enn en gjennomsnittlig dimensjon av den sammenkoplede porøsitet når denne måles ved en punkt for maksimal åpning.

De ferdige verktøyene inneholder eventuelt tilsatte sekundære slipekorn, fyllstoff, slipehjelpemidler og poreinduserende medier og kombinasjoner av disse materialer. Den totale volum% slipekorn i verktøyene (agglomererte og ikke-agglomererte korn) kan variere fra omtrent 34 til omtrent 56 volum%, mer foretrukket fra omtrent 36 til omtrent 54 volum% og mest foretrukket fra omtrent 36 til omtrent 46 volum% av verktøyet. De bundne slipeverktøy har fortrinnsvis en tetthet på mindre enn 2,2 g/cc.

Når slipekorn brukes i kombinasjon med slipeagglomerater, utgjør agglomeratene fortrinnsvis fra omtrent 5 til omtrent 100 volum% av verktøyets totale slipekorn og mer foretrukket fra omtrent 30 til omtrent 70 volum% av verktøyets totale slipemiddel. Når slike sekundære slipekorn brukes, utgjør de fortrinnsvis fra omtrent 0,1 til omtrent 95 volum% av verktøyets totale slipekorn og mer foretrukket fra omtrent 30 til omtrent 70 volum%. Passende sekundære slipekorn omfatter, men er ikke begrenset til forskjellige aluminiumoksider, solgel alumina, sintret bauxitt, silikonkarbid, aluminazirkon, aluminoksynitrid, ceria, boronsuboksid, kubeboronnitrid, diamant, flint og granatkorn og kombinasjoner av disse.

Slipeverktøyene ifølge oppfinnelsen er fortrinnsvis bundet med i et vitrøst bindemiddel. Enhver type av de forskjellige bindemidler kjent i faget for å fremstille slipeverktøy kan velges for bruk her. Eksempler på egnede bindemiddel kan finnes i US patentskrift 4 543 107, 4 898 597, 5 203 886, 5 401 284, 5 536 283, 5 095 665, 5 863 308, og 5 094 672, som det henvises til her.

Etter brenning omfatter disse vitrøse bindingssammenstillinger fortrinnsvis, men er ikke begrenset til kombinasjoner av følgende oksider: Si02, A1203, Na20, Li20 og B203. Andre oksider, f.eks. K20, ZnO, Zr02og alkalinjordoksider, f.eks. CaO, MgO og BaO kan være til stede. Koboltoksid (CoO) og andre fargekilder kan brukes hvor det er ønskelig med fargestoffer i bindingsmiddelet. Andre oksider, f.eks. Fe203, Ti02og P205og andre sammensetninger som finnes som urenheter i råmaterialet kan være tatt med i bindingsmiddelet. Fritter kan brukes i tillegg til rå (eller ubrent) bindingsmaterialer, eller i stedet for rå bindingsmaterialer. De rå bindingsmaterialer for bindingen kan omfatte leire, kaolin, alumina, litiumkarbonat, borakspentahydrat eller borsyre, sodaaske, flint og wollastonitt og slike andre bindingsmaterialer er kjent i faget. Det vitrifiserte bindemiddel kan være et glassmateriale eller et keramisk materiale med eller uten amorfe områder.

Organiske bindemidler blir fortrinnsvis tilsatt pulveriserte bindingssammensetninger, frittet eller rå, som stopnings- eller behandlingshjelpemidler. Disse bindemidlene kan omfatte dekstriner, stivelser, animalsk proteinlim og andre typer limstoff, en væskekomponent, f.eks. vann, viskositets- eller pH-modifiserere og blandingshjelpemidler. Bruk av bindemidler forbedrer skiveensatretheten og den strukturelle kvalitet av den forhåndsbrente eller grønnpressede skive og den brente skive. Siden bindemiddelet brennes ut under brenning vil det ikke danne del av det endelige bindemiddel eller slipeverktøyet.

En uorganisk heftpromoterer kan tilsettes blandingen for å forbedre feste av glassbindemidler til slipekornagglomeratene etter behov under blanding og stopning. Den uorganiske heftpromoterer kan brukes med eller uten et organisk bindemiddel ved prepareringen av agglomeratene.

På enkelte agglomerater kan slipeverktøyet fremstilles uten tilsatt bindemateriale forutsatt at tilstrekkelig bindemateriale finnes i verktøyet for å oppnå en passende mekanisk styrke i slipeverktøyet under fremstilling av dette og bruk av verktøyet i slipeoperasjoner. F.eks. kan slipeverktøyet konstrueres fra minst 70 volum% agglomerater med et bindematerialinnhold på minst 5 volum% av agglomeratet.

Slipeverktøyenes tetthet og hardhet bestemmes av valget av agglomerater, type bindingsmiddel og andre verktøykomponenter, porøsitetsinnhold sammen med størrelse og type stopning og den valgte presningstype.

Slipeskiver kan støpes og presses på kjente måte, herunder glovarm-, varm- og kaldpresning. Omtanke må ivaretas ved valg av støpningstrykk for å danne de grønne eller rå skivene for å unngå for mye knusing av slipekornagglomerater (f.eks. mer enn 50 vekt% av agglomeratene) og opprettholde agglomeratenes tredimensjonale struktur. Passende maksimalt tilført trykk for å fremstille skivene ifølge oppfinnelsen, avhenger av slipeskivens form, størrelse, tykkelse og bindingskomponent og også støpetemperatur. I en vanlig fremstillingsprosess, kan det maksimale trykk variere fra omtrent 218 til 1406 kg/cm . Stopning og trykk utføres fortrinnsvis ved omtrent 775 til 1550 kg/cm , mer foretrukket ved 465 til 1085 kg/cm . Agglomeratene ifølge oppfinnelsen har tilstrekkelig mekanisk styrke til å kunne motstå stopningen og pressingen utført ved en typisk kommersiell fremstilling for produksjon av slipeverktøy.

Slipeskivene kan brennes på kjent måte. Brenningsforholdene bestemmes primært av det faktiske bindemiddel og slipemiddelet som brukes og av type bindingsmateriale som fins i slipekornagglomeratet. Avhengig av den kjemiske sammensetning av det valgte bindemiddel, kan et vitrifisert bindemiddel brennes ved 600 til 1 250 °C, fortrinnsvis mellom 850 til 1 200 °C for å oppnå de nødvendige mekaniske egenskaper for å slipe metaller, keramikk eller andre materialer. Det vitrifiserte, bundne legemet kan også videre impregneres etter brenning på en konvensjonell måte ved hjelp av slipehjelpemiddel, f.eks. svovel eller med et instrument, f.eks. epoksyresin for å føre et slipehjelpemiddel inn i skivens porer.

Valg av et passende, vitrifisert bindemiddel vil avhenge av hvilken agglomereringsprosess som brukes og om en smeltetemperatur eller viskositetdifferansiale må opprettholdes mellom bindingsmiddelet og bindematerialet i agglomeratet.

Under fremstillingen av en vitrifisert bundet slipeskive eller annet slipeverktøy fra slipeagglomerater, kan en av flere generelle teknikker velges. I den første blir et vitrifisert bindingsmateriale med relativt høy brenningstemperatur (f.eks. over 1 000 °C) tilført for å agglomerere kornet. Deretter blir et andre vitrifisert bindemiddel med lavere blandingstemperatur (f.eks. en smeltetemperatur mellom 650 og 975 °C) pulverisert og blandet med kornagglomeratene og støpt i formen for et slipeverktøy. Det "grønne" verktøy blir brent ved en lavere brenningstemperatur av det andre bindingsmaterialet for å frembringe et ferdig slipeverktøy. I en foretrukket utførelse har den vitrifiserte binding en bindingsbrenningstemperatur på minst 150 °C lavere enn bindingsmaterialets smeltetemperatur.

I en andre teknikk blir viskositetsdifferensialen mellom de smeltede glassene i deres flytende tilstand utnyttet for å bruke samme brenningstemperatur for å fremstille agglomeratet og blandingen av slipeskiven. Et vitrifisert bindemateriale med høy viskositet brukes for å agglomerere kornet i et første brenningstrinn. Deretter blir de brente agglomeratene blandet med en sekundær vitrifisert, bindingssammenstilling med lavere viskositet og støpt i formen for et grønt slipeverktøy. Det støpte verktøy kan brennes ved omtrent den samme temperatur som temperaturen i det første brenningstrinnet som ble brukt for å fremstille agglomeratene siden bindingsmaterialet i en glovarm, flytende tilstand ikke vil tynnes for meget og renne av kornet. Den opprinnelige tredimensjonale konfigurasjon av agglomeratet kan således opprettholdes.

I en foretrukket utførelse av denne teknikk er viskositeten av det vitrifiserte bindingsmiddel og bindematerialets smeltetemperatur minst 33 % lavere enn viskositeten av bindematerialet ved dets smeltetemperatur. Således når viskositeten av bindematerialet er omtrent 345 til 55 300 Pa ved 1 180 °C, vil det foretrukne, vitrifiserte bindematerialet karakteriseres av en viskositet på omtrent 30 til 37 000 Pa ved 1 180 °C.

I den tredje teknikk blir et bindemateriale med en mellombrenningstemperatur (f.eks. omtrent 850-975 °C) brukt for å agglomerere korn, men agglomereringen utføres ved en høyere temperatur enn smeltetemperaturen for bindematerialet (f.eks. 1 000-1 200 °C). Agglomeratene blandes med det samme bindematerialet som ble brukt som vitrifisert bindingssammensetning og blandingen blir støpt i formen for et grønt slipeverktøy. Det grønne verktøy blir brent ved en lavere temperatur (f.eks. omtrent 850-975 °C) enn temperaturen som ble brukt for å smelte bindingsmaterialet for å agglomerere kornet. Den lavere temperatur vil effektivt binde agglomeratene sammen. Denne fremgangsmåte opprettholdere agglomeratenes tredimensjonale struktur siden det første lag av bindematerialet ikke flyter ved slipeverktøyets brenningstemperatur.

I en fjerde teknikk blir den samme sammensetning brukt som bindemateriale og binding for skiven og agglomerering og skiven blir utført ved samme temperatur. En teori er at på grunn av at bindematerialet må smeltes for å danne glass som festes til slipekornet under agglomerering, har bindematerialets egenskaper blitt endret. Således strømmer det smeltede bindingsmaterialet i de sintrede agglomeratene ved en høyere temperatur enn det ikke-smeltede bindingsmaterialet og agglomeratene beholder sin form når skiven blir brent. I en foretrukket utførelse inneholder sammensetningen brukt for bindematerialet og bindingen enkelte råmaterialer og består ikke av en frittet glassammensetning.

I en femte teknikk for å utføre vitrifiserte slipeverktøy, blir verktøyet fremstilt uten tilsatt bindingsmateriale. Agglomeratene pakkes inn en verktøyform, blir presset og smeltet ved en temperatur mellom 500 og 1 400 °C for å danne verktøyet. Bindematerialene som blir brukt for å fremstille agglomeratene omfatter en vitrifisert bindingssammensetning og bindematerialet er til stede i en tilstrekkelig mengde i agglomeratet (f.eks. omtrent 5 til 15 volum% av agglomeratet) for å binde agglomeratene sammen i det endelige, vitrifiserte slipeverktøy.

Agglomeratene kan bindes med alle kjente typer bindingsmidler, f.eks. organiske eller resinbindemidler og metallbindemidler, som kjent ved fremstilling av bundne slipeverktøy. Volum% andelen av agglomeratet som egner seg for bruk i vitrifiserte slipeverktøy, er også tilfredsstillende for metall og organisk bundne verktøy. De organiske og metallbundne verktøy omfatter vanligvis høyere volumandeler av bindingsmiddel og lavere volumandel porøsitet enn vitrifisert bundne verktøy og slipekorninnholdet kan være høyere. De organiske og metallbundne verktøy kan blandes, støpes og herdes eller sintres i samsvar med forskjellige fremstillingsmetoder og med varierende andel slipekorn eller agglomerat, bindingsmiddel og porøsitetkomponenter, som kjent i faget. Agglomeratene ifølge oppfinnelsen kan brukes i metallbundne verktøy med et enkelt lag, samt i flerlags-tredimensjonale strukturer, monolittiske verktøy og segmenterte matriseslipeverktøy, som kjent i faget.

Slipeverktøyene ifølge oppfinnelsen kan omfatte slipeskiver, slipestener og staver, og de er især effektive på slipeområder hvor det er et stort overflatekontaktområde mellom slipeverktøyet og arbeidsstykket. Slike anvendelsesområder eller slipeoperasjoner omfatter, men er ikke begrenset til gripmating og annen presisjonsoverflatesliping, porøs verktøyrom sliping, sliping av innvendig diameter og i fin overflatesliping av keramiske og andre sprø arbeidsstykker.

Finsliping eller polering ved hjelp av mikron- eller submikronslipekorn, vil ha fordel av å bruke verktøy fremstilt med agglomeratene ifølge oppfinnelsen. Når det gjelder konvensjonell superpolerende verktøy og systemer, vil verktøyene ifølge oppfinnelsen med slike fine slipeagglomerater erodere ved lavere slipekrefter med liten eller ingen overflateskade på arbeidsstykket under presisjonspolering (f.eks. for å oppnå speilglatte overflater på glass og keramiske komponenter). Verktøyets levetid er tilfredsstillende på grunn av de agglomererte strukturene, især i enkeltlagverktøy, men også i tredimensjonale matrise og slamverktøy.

Ved presisjonsslipning av profiler, vil agglomeratenes sprøhet bidra til færre slipningssykluser. På grunn av verktøyenes sammenkoplede porøsitet blir fjerning av kjølemiddel og avskjær forbedret, hvilket fører til kjøligere slipning, mindre termisk skade på arbeidsstykket og mindre slipemaskinslitasje. På grunn av at små slipekorn i agglomerert form gir samme effektivitet som bruker større korn, men etterlater en flatere overflatefinish, vil slipningskvaliteten ofte forbedres betydelig.

Følgende eksempler er for å illustrere og ikke begrense oppfinnelsen.

Eksempel 1

En rekke prøver av agglomerert slipekorn ble forberedt i et dreiende kalsineringsapparat (elektrisk fyrt modell #HOU-5D34-RT-28, 1 200 °C maksimumstemperatur, 30 kW tilført effekt, forsynt med et 183 cm langt brønnmetallrør med innvendig diameter på 14 cm, fremstilt av Harper International, Buffalo, New York). Refraktormetallrøret ble erstattet med et silikonkarbidrør av samme dimensjon og apparatet ble modifisert for å drive ved en maksimumstemperatur på 1 550 °C. Agglomereringsfremgangsmåten ble utført under atmosfæriske forhold ved en varm sonetemperaturinnstilling på 1 180 °C og med en rørdreiningshastighet i apparatet på 9 o/min, en rørvinkel på 2,5 til 3 grader og en materialmatehastighet på 6-10 kg/time. Apparatet var vesentlig identisk med apparatet vist på figur 1. Mengden av anvendelige frittflytende granulat (definert som -12 maskevidde til panne) var 60 til 90 % av tilførselsmengdens totale vekt før kalsinering.

De agglomererte prøvene ble utført fra en enkel blanding av slipekorn, bindematerialet og vannblandinger beskrevet i tabell 1-1. De vitrifiserte bindematerialsammensetninger som ble brukt for å forberede prøvene er oppgitt i tabell 2. Prøvene ble forberedt fra tre typer slipekorn: smeltet alumina 3 8A, smeltet alumina 32A og sintret solgel alfaalumnia Norton SG-korn fra Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc., Worcester, MA, USA i kornstørrelsene oppgitt i tabell 1.

Etter agglomerering i det dreiende kalsineringsapparat ble de agglomererte slipekornprøvene silt og prøvd for løspakketetthet (LPD), størrelsesfordeling og agglomeratstyrke. Disse resultatene er vist i tabell 1.

Volum% bindemateriale av de brente agglomeratene ble beregnet ved å bruke gjennomsnittlig LOI (tap ved antennelse) av bindematerialets rå materialer. De sintrede agglomeratene ble kalibrert med USA standard prøvesikt montert på et vibrasjonssiktapparat (Ro-Tap, Model RX-29, W.S. Tyler Inc. Mentor, OH). Maskestørrelsen varierte fra 18 til 140, tilpasset de forskjellige prøvene. Den løst pakkede tetthet av de sintrede agglomerater (LPD) ble målt ifølge American National Standard for bulktetthet av slipekorn.

Den innledende, gjennomsnittlige relative tetthet uttrykt som prosent, ble beregnet ved å dividere LPD (p) med en teoretisk tetthet av agglomeratene (p0), forutsatt null porøsitet. Den teoretiske tetthet ble beregnet ifølge den volumetriske regel for blandingsmetoden ut fra vektandelen og egenvekten av bindematerialet og slipekorn i agglomeratene.

Agglomeratenes styrke ble målt ved en kompakteringsprøve. Kompakteringsprøvene ble utført ved å bruke en smurt stålform med diameter 2,54 cm på en Instron universal prøvemaskin (modell MTS 1125, 9072 kg) med en 5 grams prøve av agglomerater. Agglomeratprøven ble helt inn i formen og lett utjevnet ved å banke på utsiden av formen. Et toppstempel ble satt inn og et krysshode senket ned til en kraft ("innledende posisjon") ble observert på registratoren. Trykk i en konstant økningshastighet, 2 mm/min, ble tilført prøven opp til et maksimalt trykk på 180 MPa. Volumet av agglomeratprøven (den kompakterte LPD av prøven), observert som en fortrengning av krysshodet (belastningen) ble registrert som den relative tetthet som funksjon av loggen av det tilførte trykk. Restmaterialet ble siktet for å bestemme prosenten av knusefraksjonen. Forskjellige trykk ble målt for å fastlegge en graf av forholdet mellom loggen av tilført trykk og prosent knusefraksjon. Resultatene er gjengitt i tabell 1 som loggen av trykket ved det punkt hvor knusefraksjonen er lik 50 vekt% av agglomeratprøven. Knusefraksjonen er forholdet mellom vekten av de knuste partiklene som passerer gjennom den mindre sikten og vekten av prøvens innledende vekt.

Disse agglomeratene hadde LPD, størrelsesfordeling og formstyrke og granulatstørrelseegenskaper som egner seg for bruk ved kommersiell fremstilling av slipeskiver. De ferdig sintrede agglomerater hadde tredimensjonal form som varierte mellom trekantet, sfærisk, kubeform rektangulær og andre geometriske former. Agglomeratene bestod av flere slipekorn (f.eks. 2 til 20 slipekornstørrelse) bundet sammen av glassbindematerialet ved korn-til-korn-kontaktpunkter.

Agglomeratgranulatstørrelsen økte med en økning av mengden bindemateriale i agglomeratgranulatet over et område fra 3 til 20 vekt% av bindematerialet. Tilstrekkelig kompakteringsstyrke ble observert for alle prøvene 1-9, noe som indikerer at glassbindematerialet hadde modnet og strømmet for å frembringe en effektiv binding blant slipekornene i agglomeratet.

Agglomeratene fremstilt med 10 vekt% bindemateriale hadde vesentlig høyere kompakteringsstyrke enn de som ble fremstilt med 2 eller 6 vekt% bindemateriale.

Lavere LPD-verdier var en indikator på en høyere grad agglomerering. LPD av agglomeratene avtok med øket vekt% bindemateriale og med avtagende slipekornstørrelse. Relativt store forskjeller mellom 2 og 6 vekt% bindemateriale, sammenlignet med relativt små forskjeller mellom 6 og 10 vekt% bindemateriale, indikerte at en vekt% bindemateriale på mindre enn 2 vekt%, kan være utilstrekkelig for å danne agglomerater. Ved de høyere vekt%, over omtrent 6 vekt%, kan tilsetning av mer bindemateriale ikke være fordelaktig for å fremstille vesentlig sterkere eller større agglomerater.

Som antydet ut fra resultatene av agglomeratgranulatstørrelsen, hadde bindematerial C-prøvene med den laveste smelteglassviskositet ved agglomereringstemperaturen den laveste LPD av de tre bindematerialene. Slipetypen hadde ikke en vesentlig effekt på LPD.

Eksempel 2

Flere prøver av agglomerater ble utført ved å bruke forskjellige andre behandlingsmåter og matemengdematerialer.

En rekke agglomerater (prøve nr. 10-13) ble dannet ved forskjellige sintringstemperaturer fra 1100 til 1 250 °C og ved å bruke et dreiende kalsineringsapparat (modell #HOU-6D60-RTA-28, forsynt med et 305 cm langt mulittrør med 15,6 cm innvendig diameter og 0,95 cm tykkelse, og en 152 cm oppvarmet lengde med tre temperaturreguleringssoner. Apparatet ble fremstilt av Harper International Buffalo, New York). En Brabender mateenhet med justerbar volumetrisk materate ble brukt for å måle slipekorn og bindematerialblandingen inn i varmerøret i det dreiende kalsineringsapparat. Agglomereringen ble utført under atmosfæriske forhold med en rørdreiehastighet på 4 o/min, en rørvinkel på 2,5 grader og en materate på 8 kg/time. Apparatet som ble brukt var vesentlig identisk med apparatet vist på figur 1. Temperaturvalgene og andre variabler for å fremstille disse agglomeratene, er vist i tabell 2-1.

Alle prøvene inneholdt en blanding, på en vekt% basis, 89,86 % slipekorn (60 kornstørrelse 38A aluminakorn fra Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc.), 10,16 % bindemiddelblanding (6,3 vekt% AR30 flytende proteinbindemiddel, 1,0 % Carbowax 3350 PEG og 2,86 bindemateriale A). Denne blandingen ga 4,77 volum% bindemateriale og 95,23 volum% korn i det sintrede agglomeratgranulat. Den beregnede, teoretiske tetthet av agglomeratgranulatet (forutsatt ingen porøsitet) var 3,852 g/cc.

Før blandingen ble plassert i mateenheten, ble grønne agglomerater dannet ved simulert ekstrusjon. For å forberede ekstruderte agglomerater, ble det flytende proteinbindemiddel varmet opp for å løse Carbowax 3350 PEG. Deretter ble bindematerialet tilsatt langsomt under røring av blandingen. Slipekorn ble tilsatt en høy skjærblander (112 cm diameter) og den bearbeidede bindematerialbindemiddelblanding ble langsomt tilsatt kornet i blanderen. Kombinasjonen ble blandet i 3 minutter. Den blandede kombinasjon ble fuktsilt gjennom et 12-maskers boksfilter (US standard maskestørrelse) på brikker i et lag med en maksimal dybde på 2,5 cm for å danne våte, grønne (ikke-brente), ekstruderte agglomerater. Laget av ekstruderte agglomerater ble ovnstørket ved 90 °C i 24 timer. Etter tørking ble agglomeratene silt igjen ved å bruke et 12 til 16 maskers (US standard maskestørrelse) filter.

Det ble observert under den dreiende kalsinering at agglomeratene fremstilt i grønn tilstand viste seg å bli brutt opp under oppvarming og deretter gjenforent når de ble tumlet ut av enden av den oppvarmede del av det dreiende kalsineringsrør. De større agglomererte granulatkornene i grønn tilstand, i forhold til de agglomererte granulerte korn etter brenning, var lett gjenkjennelig ved visuell inspeksjon av prøvene.

Etter brenning ble de agglomererte partikkelstørrelser observert å være tilstrekkelig ensartet for kommersielt formål med en størrelsesfordeling mellom omtrent 500-1200 mikron. Størrelsesfordelingsmålingene er vist i tabell 2-2 nedenfor. Mengde, størrelse, knusestyrke og LPD var akseptabelt for kommersiell bruk ved fremstilling av slipeskiver.

Eksempel 3

Agglomerater (prøver nr. 14-23) ble forberedt som beskrevet i eksempel 2, med den unntagelse at temperaturen ble holdt konstant ved 1 000 °C og en modell, #KOU-8D48-RTA-20, av dreiende kalsineringsapparat forsynt med et 274 cm langt, og en innvendig diameter på 20 cm, sammensmeltet silikarør med en 122 cm oppvarmet lengde med tre temperaturkontrollsoner, ble brukt. Apparatet ble fremstilt av Harper International, Buffalo, New York. Forskjellige fremgangsmåter ble undersøkt for preparering av den forhåndsbrente blanding av korn og bindematerialer. Agglomereringsfremgangsmåten ble utført under atmosfæriske forhold med en apparatrørdreiningsrate på 3 til 4 o/min, en rørvinkel på 2,5 grader og en materate på 8 til 10 kg/time. Apparatet som ble brukt var vesentlig identisk med apparatet vist på figur 1.

Alle prøvene inneholdt 13,6 kg slipekorn (samme slipekorn som ble brukt i eksempel 2, med unntagelse at prøven 16 inneholdt 11,3 kg 70 kornstørrelse Norton SG sol gel alumina korn fra Saint-Gobain Ceramics and Plastics, Inc.) og 0,41 kg bindemateriale A (som ga 4,89 volum% bindemateriale i det sintrede agglomerat). Bindematerialet ble fordelt i forskjellige bindemiddelsystemer før tilsetning til kornet. Bindemiddelsystemet i eksempel 2 ("bindemiddel 2"), ble brukt for enkelte prøver og andre prøver ble foretatt ved å bruke AR30 flytende proteinbindemiddel ("bindemiddel 3") i vektprosentene nevnt nedenfor i tabell 3. Prøven 20 ble brukt for å preparere agglomerater grønn, ikke-brent tilstand ved hjelp av den simulerte ekstrusjonsfremgangsmåten i eksempel 2.

Variblene ble prøvd og prøveresultatene av prøvene er summert nedenfor i tabell 3.

Disse resultatene bekrefter at agglomereringen i grønt trinn ikke er nødvendig for å danne en akseptabel kvalitet og mengde av sintret agglomererte granulater (sammenlign prøvene 18 og 20). Ettersom vekt% av bindemiddel 3 brukt i den innledende blanding økte fra 1 til 8 %, viste LPD en tendens mot en moderat minskning, noe som indikerte at bruken av et bindemiddel har en fordelaktig, men ikke vesentlig effekt på agglomereringsprosessen. Således, og ganske uventet viste det seg ikke å være nødvendig å preforme en ønsket agglomeratgranulform eller størrelse før sintrering i en dreiende kalsineringsovn. Samme LPD ble oppnådd bare ved å mate en våt blanding av agglomeratkomponenter inn i den dreiende kalsineringsovn og tumle blandingen etter hvert som den passerer gjennom den oppvarmede del av apparatet.

Eksempel 4

Agglomerater (prøve nr. 24-29) ble forberedt som beskrevet i eksempel 2, med den unntagelse at temperaturen ble holdt konstant ved 1 200 °C og forskjellige fremgangsmåter ble undersøkt for forberedelse av den prebrente blanding av korn og bindematerialer. Alle prøvene (med unntagelse av prøvene 28-29) inneholdt en blanding av 136,4 kg slipekorn (samme korn som i eksempel 2: 60 kornstørrelse 38A alumina) og 4,1 kg bindemateriale A (som ga 4,89 volum% bindemateriale i det sintrede agglomeratet).

Prøve 28 (samme sammensetning som i eksempel 2) inneholdt 20,4 kg korn og 0,6 kg bindemateriale A. Bindematerialet ble kombinert med den flytende bindemiddelblanding (37,8 vekt% (3,1 Ibs) av AR30 bindemiddel i vann) og 4,89 Ibs av denne kombinasjon ble tilsatt kornet. Væskekombinasjonens viskositet var 784 CP ved 22 °C (Brookfield LVF viskometer).

Prøve 29 (samme sammensetning som i eksempel 2) inneholdt 13 kg korn og 0,4 kg bindemateriale A (som ga 4,89 volum% bindemateriale i det sintrede agglomeratet). Bindematerialet ble kombinert med den flytende bindeblanding (54,7 vekt% (0,48 Ibs) Duramax resin B1052 og 30,1 vekt% (1,456 Ibs) Duramax resin B1051 resin i vann) og denne kombinasjon ble tilsatt slipekornet. Duramax resinene ble innhentet fra Rohm and Haas, Philadelphia, PA.

Agglomereringsprosessen ble utført under atmosfæriske forhold med en apparatrørdreiningshastighet på 4 o/min, en kubevinkel på 2,5 grader og en materate på 8-12 kg/time. Apparatet som ble brukt var vesentlig identisk med apparatet vist på figur 1.

Eksempel 28 ble preagglomerert før kalsinering i fluidsjiktapparat fra Niro, Inc., Columbia, Maryland (model MP-2/3 Multi Processor, forsynt med en MP-1 konus (0,9 meter) i diameter som den største bredde). De følgende behandlingsvariabler ble valgt for fluidsjiktkjøringen:

luftinnløpstemperatur 64-70 °C

innløpsluftstrøm 100-300 kubikkmeter/time

granuleringsvæskestrømningsrate 440 g/min

sjiktdybde (innledende ladning 3-4 kg) omtrent 10 cm

luftrykk, 1 bar

to fluideksterne blandingsdyser, 800 mikron åpning

Slipekornene ble lastet inn i bunnapparatet og luft ble rettet gjennom fluidsjiktplatediffuseren opp og inn i kornet. Samtidig ble den flytende blanding av bindematerialet og bindemiddel pumpet til den eksterne blandedyse og deretter sprayet fra dysene gjennom platediffuseren og inn i kornet for derved å belegge de enkelte slipekorn. Agglomeratene i det grønne trinn ble utformet under tørking av bindematerialet og bindeblandingen.

Eksempel 29 ble preagglomerert før kalsinering i en lavtrykksekstrusjonsprosess ved å bruke Benchtop Granulator fra LCI Corporation, Charlotte, North Carolina (forsynt med en perforert kurv med 0,5 mm diameter hull). Blandingen av korn, bindemateriale og bindemiddel ble manuelt matet inn i den perforerte kurv (ekstruderersikten), tvunget gjennom sikten av dreiende blader og oppsamlet i en mottakerpanne. De ekstruderte preagglomerater ble ovnstørket ved 90 °C i 24 timer og brukt som matemengde for den dreiende kalsineringsprosessen.

Variablene ble prøvd og resultatene av prøvene er summert nedenfor i tabell 4-1 og 4-2. Disse resultatene som bekrefter resultatene i eksempel 3, blir også observert ved høyere brennetemperaturer (1 200 versus 1 000 °C). Disse prøvene viser også at lavtrykksekstrusjon og fluidsjiktpreagglomerering også kan brukes for å fremstille agglomererte granulkorn, men et agglomereringstrinn før dreiekalsineringen ikke er nødvendig for å fremstille agglomerater ifølge oppfinnelsen.

Eksempel 5

Flere agglomerater (prøver nr. 30.37) ble forberedt som beskrevet i eksempel 3, med unntagelse at sintreringen ble utført ved 1180 °C, at andre typer slipekorn ble prøvet og 13,6 kg slipekorn ble blandet med 0,9 kg bindemateriale A (for å gi 8,94 volum% bindemateriale i de sintrede agglomeratgranulkorn). Bindemiddel 3 i eksempel 3 ble sammenlignet med vann som bindemiddel for agglomerering i det grønne trinn. Prøvene 30-34 brukte 0,4 kg vann som bindemiddel. Prøvene 35-37 brukte 0,3 kg bindemiddel 3. De prøvde variabler er summert nedenfor i tabell 5. Agglomereringsbehandlingen ble utført under atmosfæriske forhold med en apparatrørdreiningsrate på 8,5-9,5 o/min, en rørvinkel på 2,5 grader og en materate på 5-8 kg/time. Apparatet som ble brukt var vesentlig identisk med apparatet som vist på figur 1.

Etter agglomerering ble de agglomererte slipekorneksempler siktet og prøvd for å løse løs pakke tetthet (LPD), størrelsesfordeling og agglomeratstyrke. Disse resultatene er vist i tabell 5.

Disse resultatene viser igjen bruk av vann som et midlertidig bindemiddel for agglomeratene i dreiekalsineringsprosessen. Videre kan blandinger av korntyper, kornstørrelser eller begge deler agglomeres av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen og disse agglomeratene kan belegges i en temperatur på 1 180 °C i den dreiende kalsineringsovn. En betydelig økning i knusestyrke ble observert når et høyt sideforhold (dvs. >4:1) langstrakt slipekorn ble brukt i agglomeratene (prøve 33).

Eksempel 6

En annen serie agglomerater (prøve nr. 38-45) ble forberedt som beskrevet i eksempel 3, med unntagelse av at andre sintreringstemperaturer ble brukt og forskjellige typer slipekorn, kornstørrelsesblandinger, forskjellige bindematerialer ble prøvet. I enkelte blandinger av tilførselsmengder ble valnøttskall brukt som et organisk porefyllmateriale (valnøttskall ble innhentet fra Composition Materials Co., Inc., Fairfield, Connecticut, i USA maskestørrelse 40/60). De prøvde variablene er summert nedenfor i tabell 6. Alle prøvene inneholdt en blanding av 13,6 kg slipekorn og 2,5 vekt% bindemiddel 3 på kornvektbasis, med forskjellige mengder bindematerialer, som vist i tabell 6.

Agglomereringsfremgangsmåten ble utført under atmosfæriske forhold med en apparatrørdreiningshastighet på 8,5-9,5 o/min, en rørvinkel på 2,5 grader og en materate på 5-8 kg/time. Apparatet som ble brukt var vesentlig identisk med apparatet vist på figur 1.

Etter agglomerering ble de agglomererte slipekornprøver siktet og prøvd for løsepakketetthet (LPD), gjennomsnittsstørrelse og agglomeratknusestyrke (se tabell 6). Alle agglomeratenes egenskaper var akseptable for bruk ved fremstilling av slipeskiver. Disse dataene ser ut til å indikere at bruk av organiske poreinduserere, dvs. valnøttskall, ikke hadde noen vesentlig innflytelse på agglomerategenskapene.

Eksempel 7

Agglomeratprøver 10-13 og 24-27 preparert ifølge eksempler 2 og 4, ble brukt for å fremstille slipeskiver (ferdigpolert størrelse: 50,8 x 2,54 x 20,3 cm. Disse skivene ble prøvd i en krypmatingsslipeoperasjon mot sammenlignende skiver fremstilt uten agglomerater, men som inneholdt poreindusererfyllmateriale.

For å fremstille slipeskivene ble agglomeratene tilsatt en blandeenhet sammen med et flytende bindemiddel og en pulverisert vitrifisert bindemiddelsammensetning tilsvarende bindematerialet C fra tabell 1-2. Skivene ble så støpt, tørket, brent til en maksimal temperatur på 900 °C, slipt, polert, balansert og inspisert ifølge kommersielle slipeskiveteknikker, kjent i faget.

Sammensetningen av skivene (herunder volum% slipemiddel, binding og porøsitet i de brente skivene), tetthet og modulegenskaper av skivene er beskrevet i tabell 7-1. Skivene ble formulert til en elastisitetsmodul tilsvarende en standard skivehardhetsgrad mellom D og E på Norton Company hardhetsgraderingsskala. Foreløpige prøver hadde fastlagt at skivene som var dannet av agglomererte korn med en volum% struktur (dvs. volum% korn, bindemiddel og porer, totalt 100 %) identisk med en sammenlignende skive fremstilt uten agglomerert korn faktisk hadde lavere tetthet og lavere elastisitetsmodul og var mykere enn den sammenlignende skive. Således ble tetthet og elastisitetsmodul valgt i stedet for den beregnede volum% struktur som kritiske skivehardhetsindikatorer for skiver fremstilt med agglomerert korn og prøvd i disse slipeundersøkelsene.

a) Ved 37,50 volum% slipekorn inneholdt sammenlignende skiver en større volum% slipekorn (dvs. 1-3 volum% mer) enn eksperimentskivene fremstilt med 37,5 volum%

agglomerert korn, bindemateriale og intraagglomeratporøsitet.

b) Fluid (luft)-permeabilitet ble målt av prøvefremgangsmåtene som beskrevet i US patentskrift 5 738 696 og 5 738 697, tildelt Norton Company. Relativ

luftpermeabilitetsverdier er uttrykt i cc/sekund/tommer av vannenheter.

c) Sammenlignende skiveprøver var kommersielle produkter fra Saint-Gobain Abrasives, Inc., Worcester, MA og merket med skivebenevnelsene for hver i tabell 7-1. d) Verdier for volum% binding av eksperimentskivene omfatter ikke volum% glassbindematerialet brukt på kornene for å fremstille agglomerater. Volum% binding

representerer bare materialer som er tilsatt for å fremstille slipeskiver.

Skivene ble prøvd i en krympemateslipning mot sammenlignende, kommersielle skiver anbefalt for bruk ved krympematningsslipning (de sammenlignende skiver er beskrevet i tabell 7-1 og 7-2). De sammenlignende skiver hadde samme størrelse, sammenlignbar hardhetsgrad og var ellers egnede sammenlignende skiver med eksperimentskivene i en krympemateslipningsundersøkelse men de ble fremstilt uten agglomerater.

Slipeforhold:

Maskin: Hauni-Blohm Profimat 410

Modus: Slissekrympematningssliping

Skjæredybde: 0,318 cm

Skivehastighet: 28 m/sek

Bord hastighet: Varierte i trinn på 6,4 cm/min fra 12,7-44,4 cm/min eller til feil ble observert (brenning av arbeidsstykket eller maskiner- eller skivesvikt)

Kjølemiddel: Master Chemical Trim E210 200 ved 10% konsentrasjon med avionisert brønnvann, 360 l/min

Arbeidsstykkemateriale: AISI4340 stål 48-50 Rc-hardhet

Slipemodus: Dreiende diamant, ikke-kontinuerlig

Slipekompensering: 1 \ im /omdreining

Total radial slipekompensasjon: 0,5 mm/omdreining

Hastighetsforhold: +0,8

I disse slipesyklusene ble bordhastigheten økt til feil ble observert. Feil ble benevnt som brenning av arbeidsstykket, eller av overdreven skiveslitasje som indikert av effektdata, skiveslitasje (WWR)-målinger, målinger av overflatefinish og visuell inspeksjon av slipeflaten. Materialfjerningsraten (maksimum MRR) hvor feil oppstod, ble notert.

Som vist i tabell 7-2 nedenfor, viste disse slipeprøvene at eksperimentskivene som inneholdt agglomerater hele tiden var i stand til å oppnå høyere maksimal materialfjerningsrater enn sammenlignende skiver. Eksperimentskivene oppviste også akseptable verdier for de andre, mindre kritiske slipeparametere observert i krympemateoperasjoner (dvs. WWR, kraft- og overflatefinish ved maksimal MRR).

Eksempel 8

En agglomerert slipekornprøve 60 ble forberedt i det dreiende kalsineringsapparat med silikonkarbidrør, som beskrevet i eksempel 1 og vist på figur 1. Fremgangsmåten for agglomerering ble utført under atmosfæriske forhold ved 1 350 °C med en apparatrørdreiningsrate på 9 o/min, en rørvinkel på 3 grader og en materate på 6-10 kg/time.

Agglomeratprøven ble fremstilt fra en blanding av 38A alumina slipekorn, 60 kornstørrelse (samme korn som brukt i eksemplene 1 og 6), 5 vekt% bindemateriale F (basert på vekten av slipekorn) og 2,5 vekt% bindemiddel 3 i vann (50/50 vektblanding basert på vekten av slipekorn).

Etter agglomerering i det dreiende kalsineringsapparat, ble det agglomererte slipekorn silt og prøvd for løspakketetthet (LPD) og andre attributter ved hjelp av fremgangsmåtene beskrevet ovenfor. Vekten av anvendelige frittstrømmende agglomerater (definert som -12 maskevidde til panne) var 72,6 % av tilførselsmengden før sintrering. LPD av agglomeratet var 1,11 g/cc og den relative tetthet var 28,9 %. Disse sintrerte agglomeratene ble brukt for å fremstille slipeskiver med en ferdig størrelse på 41,3x2,4x12,8 cm.

For å fremstille slipeskivene ble agglomeratene tilsatt en blandingsenhet sammen med en pulverisert, vitrifisert bindingssammensetning (tilsvarende bindematerialet C fra tabell 1-2) og flytende bindemiddel 3 for å lage en blanding. Skivene ble så støpt fra denne blanding, tørket, brent til en maksimal temperatur på 900 °C, slipt, polert, balansert og inspisert ifølge kommersielle slipeskivefremstillingsteknikker, som kjent i faget. Skivene ble fremstilt for å tilsvare en elastisitetsmodulverdi for sammenlignende skiver med en standard skivehardhetsgrad i E-grad området på Norton Company hardhetsgraderingsskala.

Egenskapene til de brente slipeskivene og en sammenlignende, kommersiell skive fra Saint-Gobain Abrasives, Inc., Worcester, MA, er beskrevet i tabell 8-1 nedenfor.

a) Ved 37,50 volum% slipekorn komponent, inneholdt de sammenlignende prøveskiver en større volum% slipekorn (dvs. omtrent 1-3 volum% mer) enn eksperimentskivene

ifølge oppfinnelsen som inneholdt en blanding av 37,50 volum% agglomerert korn, bindemateriale og intraagglomeratporøsitet.

b) Fluid (luft)-permeabilitet ble målt ved hjelp av prøvemetodene beskrevet i US patentskrift 5 738 696 og 5 738 697, tildelt Norton Company. Relativ

luftpermeabilitetsverdier er uttrykt i cc/sek/tomme av vannenheter.

c) Verdier for volum% binding omfatter ikke volum% bindemateriale brukt på kornene for å fremstille agglomeratene. Volum% binding representerer bare materialet tilsatt for å

fremstille slipeskivene.

Slipeskivene beskrevet i tabell 8-1 ble prøvd i en krympematingsslipingsprøve. Parametrene for krympemateslipeprøven ble satt for å gi følgende slipeforhold. Slipeforhold:

Maskin: Hauni-Blohm Profimat 410

Modus: Slissekrympematningssliping

Skjæredybde: 0,318 cm

Skivehastighet: 28 m/sek

Bord hastighet: Varierte i trinn på 6,4 cm/min fra 12,7-38,1 cm/min eller til feil ble observert (arbeidsstykket brent eller maskin- eller skivefeil)

Kjølemiddel: Master Chemical Trim E210 200 ved 10% konsentrasjon med avionisert brønnvann, 360 l/min

Arbeidsstykkemateriale: AISI4340 stål 48-50 Rc-hardhet

Slipemodus: Dreiende diamant, ikke-kontinuerlig

Slipekompensering: 1 um/omdreining

Total, radial slipekompensering: 0,02 tommer

Hastighetsforhold: +0,8

I disse slipesyklusene ble bordhastigheten økt til feil ble observert. Feil ble benevnt som arbeidsstykkebrenning eller av overdreven skiveslitasje som indikert av effektdata, skiveslitasje (WWR)-målinger og visuell undersøkelse av slipeflaten. Materialfjerningsraten (MRR) (dvs. maksimum MRR før feil) hvor feil oppstod ble notert. Målinger av overflatefinishen ble også utført.

Som beskrevet i tabell 8-2 nedenfor, viste disse slipeprøvene at eksperimentskivene som inneholdt agglomerater var i stand til kontinuerlig å oppnå høyere materialfjerningsrater før arbeidsstykket ble brent. Den maksimale MRR for den sammenlignende skive fant sted ved en bordhastighet på bare 5,29 mm/sek, mens eksperimentskivens maksimale MRR skjedde ved en bordhastighet på 6,35 mm/sek.

Eksperimentskivene utviste også sammenlignende og kommersielt akseptable verdier for de andre slipeparametrene observert ved den høyeste MRR oppnådd av de sammenlignende skiver i denne krympemateoperasjon (dvs. kraft- og overflatefinish ved 5,29 mm/sek bordhastighet).

Eksempel 9

Slipeskiver fremstilt med agglomeratprøven 35 i eksempel 5 ble prøvd i en tørr flate, kryssmalt slipeprosess typisk for behandlingene brukt ved verktøyromslipning. En sammenlignende, kommersiell slipeskive ble sammenlignet med skiven ifølge oppfinnelsen i denne prøve.

Slipeskivene som inneholdt agglomerater ble fremstilt ved hjelp av fremgangsmåten i eksempel 8 og brent ved en maksimumstemperatur på 900 °C, imidlertid var skivestørrelsen 17,8 x 1,3 x 3,2 cm. Brente skiver inneholdt 40 % agglomerater, 11-12,1 % vitrifisert binding og 47,9-49 % porøsitet, på en volum% basis. Brenningsforholdene for skivene ifølge oppfinnelsen og egenskapene til de brente slipeskiver og de sammenlignende skiver, er beskrevet i tabell 9-1.

oppfinnelsen som inneholdt 40,0 volum% agglomerert korn (herunder bindemateriale og intraagglomeratporøsitet). b) Luftpermeabilitet målt ved hjelp av prøvemetodene som beskrevet i US patentskrift nr.

5 738 696 og 5 738 697, tildelt Norton Company.

c) Verdier for volum% binding omfatter ikke volum% gassbindemateriale brukt på kornene for å fremstille agglomeratene. Volum% binding representerer bare materialer

tilsatt for å fremstille slipeskivene.

Volum% slipekorn og glassbindemateriale for agglomeratene brukt i eksperimentskivene, er beskrevet i tabell 9-2 nedenfor.

a) Ved 40,0 volum% slipekorn inneholdt de sammenlignende skiver en større volum% slipekorn (dvs. 1-3 volum% mer) enn eksperimentskivene fremstilt med 40,0 volum%

agglomerert korn, bindemateriale og intraagglomeratporøsitet.

Slipeforhold:

Maskin: Brown Sharp & Sharpe Surface Grinder

Modus: Tørrfiate slipning

Kryssmating: 0,508 mm

Skivehastighet: 3500 o/min, 6500 sfpm

Bord hastighet: 50 fpm (15240 mm/min)

Kjølemiddel: Ingen

Arbeidsstykkemateriale: D3 stål, Rc 60 hardhet

203,2 mm lang x 47,8 mm bred

Slipemodus: Enkeltpunkt diamant

Slipekompensering: 0,025

Slipeføring: 254 mm/min

I disse slipesyklusene ble nedmatningen økt til feil ble observert. I overflate, verktøyromslipning, lik som i krypmateslipning, er den mest betydelige ytelsesparameter den maksimale materialfjerningsraten (MRR)-kapasiteten til slipeskiven. Således ble den maksimale MRR hvor slipesvikten oppstod, notert for hver slipeskive og feil ble merket av visuell observering av brenning av arbeidsstykket, for mye effekt eller av overdreven skiveslitasjerate (WWR). Målinger av overflatefinish ble også utført.

Som beskrevet i tabellene 9-3 og 9-4 nedenfor, viste denne slipeprøve at eksperimentskivene som inneholdt agglomeratene, hele tiden nådde høyere maksimal materialfjerningsrater før skiven brøt sammen av slitasje. Videre ble høyere MRR oppnådd med lavere effekt, samtidig som den sammenlignbare overflategrovhet ble opprettholdt.

a) Skiveslitasje ble målt ved en variasjon av fremgangsmåten ("hjørneholdeprøve"), som beskrevet i US patentskrift 5 401 284, tildelt Norton Company. For dataene i denne tabell,

ble verdiene A og D målt ved skiveperimeteret, langs skiveflaten, og verdiene B og C ble målt ved punkter med samme mellomliggende avstand nær midten av skiveslipeflaten. Etter hvert som slipningen fremskred ble den relative stabilitet av verdiene A og D, sammenlignet med verdiene B og C en indikator på skiveslitasjemotstanden. "Arealet" er mengden av materialet som ble fjernet fra skiven. % skiveflateslitasje er bredden av skiveslitasjen ved midten av skiveslipeflaten nær punktene hvor verdiene B og C blir målt.

Eksempel 10

Slipeskiver fremstilt med slipekornagglomerater ble prøvd i en slipeprøve for innvendig diameter (ID).

Agglomeratene (prøve 61) ble prøvd som beskrevet i eksempel 2, med den unntagelse at temperaturen ble holdt konstant ved 1 170 °C (prøve 61). Videre ble en modell #KOU-8D48-RTA-20 av det dreiende kalsineringsapparat, forsynt med et 274 cm langt, 20 cm innvendig diameter silikonkarbidrør med en 122 cm oppvarmet lengde med tre temperaturkontrollsoner, brukt. Dette apparatet ble fremstilt av Harper International Buffalo New York. Agglomereringsfremgangsmåten ble utført under atmosfæriske forhold med en apparatrørdreiningsrate på 6 o/min, en rørvinkel på 2,5-3 grader og en materate på 8-10 kg/time. Apparatet som ble brukt var vesentlig identisk med apparatet som vist på figur 1.

Agglomeratprøven 61 ble fremstilt med 13,63 kg slipekorn (120 kornstørrelse 32A alumina korn fra Saint-Gobain Ceramics and Plastics, Inc.) og 0,87 kg bindemateriale A (som ga 6,36 vekt% bindemateriale i det sintrede agglomerat). Bindematerialet ble dispergert i vann (0,41 kg) før tilsetning til kornet. Agglomeratene hadde en gjennomsnittsstørrelse på 260 mikron og en løs pakketetthet (LPD) på 1,13 g/cc.

En sammenlignende, kommersiell slipeskive ble sammenlignet med skivene ifølge oppfinnelsen i denne prøven. Den sammenlignende skive hadde samme størrelse og ble fremstilt med samme slipekorn, men uten agglomerater. Den sammenlignende skive ble merket 32A120-LVFL og innhentet fra Saint-Gobain Abrasives, Inc., Worcester, MA,

USA.

For å fremstille eksperimentslipeskiven, ble agglomeratene tilsatt en blandeenhet sammen med en pulverisert, vitrifisert bindingssammensetning og væskebindemiddel 3 for å fremstille en blanding. Skivene ble så støpt fra denne blanding, tørket, brent til en maksimal temperatur på 900 °C, slipt, polert, balansert og inspisert i samsvar med kommersielle slipeskivefremstillingsteknikker, som kjent i faget.

Slipeskivene var lA-type skiver med en ferdig størrelse på 4,57 x 2,54 x 1,6 cm. Sammensetningen og egenskapene til eksperiment- og de sammenlignende skivene er oppgitt nedenfor i tabell 10-1.

a) Ved 52volum% slipekorn komponent, inneholdt de sammenlignende prøveskiver en større volum% korn enn skivene ifølge oppfinnelsen som inneholdt 48 volum% av en

blanding av agglomerert korn med bindemateriale. Etter å ha trukket fra andelen bindemateriale, inneholder eksperimentskivene bare 43,4 volum% av korn, 8,6 volum% mindre korn enn den sammenlignende standardskive av samme grad.

b) Slipekornstørrelse på 120 tilsvarer 142 mikron.

c) Verdier for volum% binding omfatter ikke volum% bindemateriale brukt på kornene for å fremstille agglomeratene. Volum% binding representerer bare materialet tilsatt for å

fremstille slipeskivene.

Slipeskivene beskrevet i tabell 10-1 ble prøvd i en slipeprøve for innvendig diameter (ID). Parametrene for ID-slipeprøven ble satt til å oppfylle følgende slipeforhold:

Slipeforhold:

Maskin: Okuma ID sliper

Modus: Våt ID, stempel, klatresliping

Skivehastighet: 18 000 o/min

Arbeidshastighet: 600 o/min

Kjølemiddel: Master Chemical Trim E210, 5 % i avionisert brønnvann Arbeidsstykkemateriale: 52100 stål, Rc 60 hardhet

ringer: 5,65 x 1,28 cm

Slipemodus: Dreiende enkeltpunkt diamant

Slipeforhold: 0,650

Slipeføring: 0,304 mm/omdreininger.

I disse prøvene ble tre sett med slipninger utført ved en konstant innmatningsrate og fem slipninger ble utført for hvert sett. Innmatningsratene setter en nominell materialfjerningsrate for hver prøve. I ID-slipingen er de mest betydelige ytelsesparametrene G-forhold (MRR/skiveslitasjerate (WWR)), en spesifikk energi som kreves for å slipe ved en satt innmatningsrate og den resulterende overflatebehandling. Dataene i tabellen nedenfor er gitt for hvert sett av innmatningshastigheter, idet dataene for overflatefinish representerer verdien etter den femte slipning av hvert sett.

Som beskrevet i tabell 10-2 nedenfor, viste disse slipeprøvene ytelsen av eksperimentskiven som inneholdt agglomeratene var sammenlignbare med eller bedre enn for den sammenlignende skive i G-forhold (MRR/skiveslitasjerate (WWR)), spesifikk slipeenergi og overflatefinish. Disse resultatene er overraskende i betraktning den vesentlig lavere volumandel slipekorn i eksperimentskiven. Innenfor normale skivestrukturer, er volum% av slipekorn den mest betydelige variabel ved bestemmelse av G-forholdet. I fravær av andre variabler fører et høyt korninnhold i et forholdsvis høyere G-forhold. En reduksjon i volumandelen av korn som kreves for å oppnå samme eller bedre G-forhold, representerer en betydelig teknisk forbedring av slipeverktøyet.

a. G-forholdet gitt i parentes for eksperimentskiven er en verdi justert for den mindre volumandel slipekorn i eksperimentskiven. Med andre ord er volumprosenten av korn i eksperimentskivene bare 83,86 % av volumandelen av korn i sammenlignende hjul. Således har eksperimentskiven G-forholdsverdier vist i parentes, blitt normalisert til volum% korn i sammenlignende skiver for å oppnå et ytelsesmål basert på total slipekornbruk.

Eksempel 11

Det agglomererte slipekorn ifølge oppfinnelsen blir brukt for å fremstille store slipeskiver for å få bekreftet anvendeligheten av å fremstille slike store skiver uten bruk av tilsatte poreinduserere og bruke slike skiver i krypmatningsslipning.

De agglomererte slipekorn (prøve 62) ble forberedt i det dreiende kalsineringsapparat med et silikonkarbidrør som beskrevet i eksempel 1 og vist på figur 1. Fremgangsmåten for agglomerering ble utført under atmosfæriske forhold ved 1 350 °C med en apparatrørdreiningsrate på 9 o/min, en rørvinkel på 3 grader og en materate på 6-10 kg/time.

Agglomeratkornprøven 62 ble fremstilt fra en 50/50 blanding av 32A og 38A alumina slipekorn, begge 60 kornstørrelse (samme korn som brukt i eksempel 1 og 6), 5 vekt% bindemateriale E (basert på vekten av slipekorn) og 2,5 vekt% bindemateriale 3 (50/50 vektblanding i vann basert på vekten av slipekorn).

Etter agglomerering i det dreiende kalsineringsapparat, ble de agglomererte slipekornprøver siktet og prøvd for løspakketetthet (LPD) og andre attributter ved hjelp av fremgangsmåtene som beskrevet ovenfor. Vekten av anvendelige, frittflytende granulatkorn (definert som -12 maskevidde til panne) var 74,1 % av den totale vekt av innmatningsmengden før kalsinering. LPD av agglomeratet var 1,14 g/cc og den relative tetthet var 30,0 %.

Disse sintrede agglomerater ble brukt for å fremstille relativt store (f.eks. 50,8 cm diameter), krypmatningsslipeskiver. Sammenlignende skiver av denne størrelse er normalt fremstilt med boblealumina eller andre faste eller lukket celleporeinduserere som hjelpemidler for å avstive strukturen og hindre forvrengning av skiveformen på grunn av slump under brenning etter hvert som den vitrifiserte binding smelter og strømmer. Boblealuminaer er især effektiv for å hindre slump, men det er ikke ønskelig ved slipning ettersom det danner lukket celleporøsitet.

For å fremstille eksperimentslipeskivene ble agglomeratene tilsatt en blandeenhet sammen med en pulverisert, vitrifisert bindingssammensetning (tilsvarende bindematerialet C fra tabell 2) og flytende bindemiddel 3 for å fremstille en blanding. Skivene ble så støpt fra denne blanding, tørket, brent til en maksimal temperatur på 900 °C, slipt, polert, balansert og inspisert i samsvar med kommersielle slipeskivefremstillingsteknikker, som kjent i faget. De brente skivene blir så gjort ferdig til en størrelse på 50,8 x 2,5 x 20,3 cm. En moderat, men kommersielt akseptabel grad av slump av eksperimentskivene ble observert under brenning av skivene.

Skiver ble utformet for å tilsvare, i volum% sammensetning og tetthet, med sammenlignende kommersielle skiver med en standard skivehardhetsgrad mellom C og D på Norton Company hardhetsgraderingsskala.

Egenskapene til de ferdige eksperiment- og sammenlignende slipehjul er beskrevet i tabell 11-1 nedenfor. Selv om hjulsammenstilingsandelene og tetthetene ville kunne ha forutsett skiver med tilsvarende skivehardhetsverdier, bekreftet faktisk elastisitetsmodul at eksperimentskivene hadde en mykere grad enn de sammenlignende skiver. Luftpermeabilitetsverdiene viser porøsiteten av eksperimentskiven i motsetning til den sammenlignende skive, av å være porøs med åpen permeabilitet som tillater fri strøm av kjølemiddel skiven og lett fjerning av sliperester fra skivens slipeflate.

a) Ved 36,0 volum% slipekornkomponent, inneholdt de sammenlignende prøveskiver en større volumandel korn (dvs. omtrent 1-2 volum% mer) enn skivene ifølge oppfinnelsen

som inneholdt en blanding av 36,5 volum% av en kombinasjon av agglomerert korn og bindemateriale.

b) Fluid (luft)-permeabilitet ble målt ifølge prøvemetodene som beskrevet i US patentskrift 5 738 696 og 5 738 697, tildelt Norton Company. Relative

luftpermeabilitetsverdier uttrykkes i cc/sekund/inch av vannenheter.

Skivene ble prøvd i krypmatningsslipning beskrevet i eksempel 7 sammen med sammenlignende krypmatningsslipeskiven beskrevet i tabell 11-2. Den sammenlignende skive var et standard, kommersielt produkt fra Saint-Gobain Abrasives, Inc., Worcester, MA, USA. Den hadde samme størrelse og var ellers sammenlignbar med eksperimentskivene, men hadde blitt fremstilt med boblealuminafyllstoff og ingen slipekornagglomerater.

Disse resultatene viser anvendeligheten av å fremstille og bruke en krypmatningsslipeskive av de prøvde dimensjoner og uten bruk av et lukket porøsitet fyllmateriale, f.eks. boblealumina.

Eksempel 12

Agglomeratstørrelsesfordelingen ble sammenlignet før og etter stopning av slipeskiver ifølge oppfinnelsen for å undersøke agglomeratenes integritet og styrke i slipeskivefremstillingen. Agglomeratstørrelsesfordelingen ble så sammenlignet med slipekornstørrelsesfordelingen av kornet som ble brukt for å fremstille agglomeratene for å bekrefte at agglomeratene fremdeles omfattet flere slipekorn etter stopning av slipeskivene.

Agglomerater (prøve nr. 63, 64, 65) ble forberedt som beskrevet i eksempel 2, med den unntagelse at temperaturen ble holdt konstant ved 1 200 °C (for prøvene 63 og 64) eller ved 1 300 °C (prøve 65). I tillegg ble et dreiende kalsineringsapparat (modell Bartlett-SnowTM), fremstilt av Alstom Power, Naperville, IL, USA, forsynt med et 305 cm langt, 16,5 cm innvendig diameter, eget høytemperaturrør av metallegering med en 183 cm oppvarmet lengde med fire temperaturkontrollsoner, brukt. Fremgangsmåten for agglomerering ble utført under atmosfæriske forhold med en apparatrørdreiningsrate på 9 o/min, en rørvinkel pp 2,5 grader, og en materate på 10-14 kg/time. Apparatet som ble brukt var vesentlig identisk med apparatet vist på figur 1.

Agglomeratprøvene 63, 64 og 65 ble utført med slipekorn fra Saint-Gobain Ceramics Plastics Inc. og forskjellige bindematerialer som beskrevet i tabell 12-1 nedenfor.

Eksperimentskivene ble blandet og støpt til størrelsen og formen som beskrevet i eksempel 10, ved hjelp av en pulverisert, vitrifisert bindingssammensetning og væskebindemiddel 3. Bindingssammensetningen brukt for skivene med agglomerater 63 og 64 tilsvarte bindematerialet C og for skivene som inneholdt agglomeratet 65, tilsvarte bindingsmaterialet E, som beskrevet i tabell 2. Volum% av agglomerater, binding og porøsitet i beskrevet i tabell 12-2 nedenfor.

Etter stopning av skivene under trykk for å oppnå en "grønn" skive og før brenning av disse støpte skivene, ble skivebindingsmaterialene vasket ut av den grønne skivestruktur under rennende vann og agglomeratene og slipekornene ble gjennvunnet. Størrelsen av de gjenvunne agglomerater og korn ble bestemt ved å sile dem gjennom en rekke sikter av US maskestandard og måle vektfraksjonen for hver sikt. Resultatene er vist i tabell 12-2 nedenfor for skiver fremstilt til tre forskjellige spesifikasjoner.

Dataene i tabell 12-2 viser fra de gjennomsnittlige dimensjoner av sintrede agglomerater (før og etter behandling) at flere slipekorn har blitt beholdt i de sintrede agglomerater etter at de har blitt støpt for å danne en slipeskive. Mens den innledende størrelse av agglomeratene har blitt redusert en mindre prosent (f.eks. et fall fra 998 til 824 (im eller en 17 % reduksjon for prøven 12-1), har størstedelen av agglomeratene beholdt sin innledende størrelse.

Fordelingen av vektfraksjonen etter sikting av hver prøve er oppgitt i tabellene 12-2a, 12-2b og 12-2c nedenfor forprøvene 12-1, 12-2 og 12-3.

Dataene i tabellen 12-2a viser at de største enkle kornene i størrelsesfordelingen av den innledende kornprøve er 425 um i størrelse. Den innledende agglomeratstørrelsesfordeling viser at alle agglomeratene er større enn 425 uin. Etter stopning og vasking er de beholdte, pressede agglomerater alle større enn 300 um og 91,4 vekt% av agglomeratene er større enn det største enkle korn (425 u.m), hvilket bekrefter at flertallet korn ble beholdt i de sintrede agglomeratene etter stopning av en slipeskive som omfattet agglomeratene.

Dataene i tabell 12-2b viser at de største enkle korn i størrelsesfordelingen av den innledende kornprøve er 425 om. De innledende agglomeratstørrelsesfordelingdata viser at 99,8 vekt% av agglomeratene er større enn 425 u.m. Etter stopning og vasking er de beholdte, pressede agglomerater alle større enn 300 u.m og 91,4 vekt% av agglomeratene er større enn det største enkle korn (425 um) som bekrefter at de fleste korn ble beholdt etter stopning.

Dataene i tabell 12-2c viser at de største enkle korn i størrelsesfordelingen av den innledende kornprøve er 425 um. De innledende agglomeratstørrelsesfordelingsdata viser at 97,5 vekt% av agglomeratene er større enn 425 um. Etter stopning og vasking er de beholdte, pressede agglomerater alle større enn 300 u.m og 89,9 vekt% av agglomeratene er større enn det største enkeltkorn (425 (im), hvilket bekrefter at de fleste korn ble beholdt etter stopning.

Disse resultatene viser at agglomeratene som ble fremstilt ifølge oppfinnelsen har tilstrekkelig styrke til å kunne motstå kommersiell slipeskivestøpning og håndteringsoperasjoner. Slipekornene i den støpte skive beholder en tredimensjonal struktur av de innledende slipekornagglomerater. Størstedelen (dvs. minst 85 vekt%) av agglomeratene beholder et flertall av slipekornene holdt i en tredimensjonal form av omtrent samme størrelse som den innledende størrelse av de sintrede agglomeratene etter håndtering og stopning.

Eksempel 13

Slipekornskivenes strukturer fremstilt med agglomeratene ifølge oppfinnelsen, ble sammenlignet under et skanningselektronmikroskop med sammenlignende slipeskivestrukturer. De sammenlignende skiver ble fremstilt uten agglomerater, men med samme slipekorn og bindematerialer i samme volumandeler av korn, binding og porøsitet som slipeskivene ifølge oppfinnelsen.

Agglomeratene (prøve nr. 66) ble forberedt som beskrevet i eksempel 10, med den unntagelse at temperaturen ble holdt konstant ved 1 150 °C.

Agglomeratprøven 66 ble gjort med 68,04 kg slipekorn (80 kornstørrelse 32A aluminakorn fra Saint-Gobain Ceramics and Plastics Inc.) og 4,64 kg bindemateriale C (som ga 6,82 vekt% bindemateriale i det sintrede agglomeratet). Bindematerialet ble dispergert i bindemiddel 3 (1,701 kg) før tilsetning til kornet. Eksperimentskivene ble fremstilt som beskrevet i eksempel 10, fra agglomeratprøven 66. Sammenlignende, kommersielle skiver merket som 32A80L8VFL, fra Saint-Gobain Abrasives Inc., ble valgt for sammenligningen.

Et fotografi av et tverrsnitt av hver skive ble tatt i en forstørrelse på 40X. Disse fotografiene er vist på figur 2 (eksperimentskiven med agglomerater) og 3

(sammenlignende skive uten agglomerater). Det vil fremgå at agglomeratene og porene er uregelmessige og vilkårlig fonnet og sortert. Den sammenlignende skive har en mye mer ordnet og regelmessig struktur. Det er mulig å observere to typer porer i skivene fremstilt med agglomeratene: intraagglomeratporer og større interagglomeratporer som viser seg som tydelige kanaler mellom agglomeratene. Ut fra permeabilitetsprøving av eksperimentskivene, har det blitt fastslått at interagglomeratporene er sammenkoplet og utsetter hele skiven for fluider. Således utviser slipeskivene ifølge oppfinnelsen en porøsitet som omfatter en vesentlig mengde sammenkoplet porøsitet (dvs. minst 30 volum% sammenkoplet porøsitet) og foretrukket, en bimodal porøsitetsfordeling. Slipeskivene ifølge oppfinnelsen kan karakteriseres av en meget mer åpen sammensatt struktur enn konvensjonelle slipeskiver.

Som det fremgår av figur 2 og 3, er den maksimale dimensjon av de interagglomerate porer omtrent 2-20 ganger større enn den maksimale dimensjon av de intraagglomerate porer. Det nøyaktige forhold mellom porestørrelsen avhenger av skivenes sammensetning. Forholdet 2-20 gjelder disse skivene fremstilt innenfor omtrent 8-10 volum% binding og en gjennomsnittlig slipekornstønelse på omtrent 260 mikron. For slipeskivene ifølge oppfinnelsen, og etter hvert som volumandelen av binding øker fra denne variasjon, blir generelt de intraagglomerate porer mindre, men de interagglomerate porer beholder en maksimal dimensjon som grovt sett er ekvivalent'med den maksimale dimensjon av slipekornene som ble brukt i agglomeratene. Etter hvert som volum% bindingen avtar fra denne variasjon, blir de intraagglomerate porer relativt større, men de interagglomerate porer beholder en maksimal dimensjon grovt sett ekvivalent med den maksimale dimensjon av slipekornene som ble brukt i agglomeratene.

En ytterligere mikroskopisk undersøkelse av skivene fremstilt med agglomerater, især med agglomerater som inneholdt minst 6 vekt% bindemateriale, har det blitt observert at en økning av vektandelen av tilsatt bindemateriale fører til en skivestruktur som har meget mindre intraagglomerate porer. Med en høyere bindematerialvektprosent og en høyere bindingsvolumprosent kan f.eks. størrelsesforholdet være omtrent 20-200 ganger større for de interagglomerate porer enn for de intraagglomerate porer. Det er antatt at bindematerialet tilsatt agglomeratene trekkes inn til porevannsområdet av agglomeratene under blanding, stopning og termisk behandling av skivene og derved smalner eller stenger av noe av den intraagglomerate porøsitet og eventuelt forårsaker et tap av bimodal porefordeling.

Eksempel 14

Sintrede agglomerater ble forberedt ved hjelp av en batch ovn metode fra materialene beskrevet i tabell 14-1. Slipekornet var 100 kornstønelse (0,173 mm) størrelse 38A alumina korn fra Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc., Worcester, MA,

USA.

I det første trinn med å danne agglomeratpartikler ble slipekorn og valnøttskallpartikler blandet i en Hobart blandeenhet (laboratoriemodell N-50). Denne blanding ble deretter fuktet med en effektiv mengde organisk væskebindemiddel (en blanding av 40 vekt% flytende animalsk lim, 30 vekt% pulverisert maleinsyre og 30 vekt% vann) for å klebe bindematerialepulveret til kornet. Etter fukting av disse partiklene ble en pulverblanding som inneholdt bindematerialkomponentene (en vitrifisert bindemiddelsammensetning med den brente sammensetningen vist ovenfor som "bindemateriale A") lagt til og blandet. Bindematerialet festet seg til de fuktede partiklene og denne blandingen ble så løst spredt over en keramisk brenningsmatte.

Blandingen ble brent ved 1 230 °C i 4 timer i en elektrisk ovn. Etter brenning ble de sintrede agglomeratene hentet fra den brente blandingen ved å knuse blandingen i en morter med en støter. De sintrede agglomeratene ble sortert i tre størrelser med prøvesikter etter US-standard montert på et vibrerende siktapparat (Ro-Tap, modell RX-29, W.S. Tyler Inc. Mentor, OH). Den løst pakkede tetthet av de sintrede agglomeratene (LPD) ble målt ifølge den amerikanske nasjonalstandard fremgangsmåte for bulktetthet av slipekorn.

Etter sorteringen hadde de sintrede agglomerater tredimensjonale former (varierende blant trekantede, kubeformet, rektangulære og forskjellige andre geometriske former) og var av størrelsen og LPD som vist i tabell 14-2.

Flere agglomerater ble fremstilt etter små variasjoner av denne fremgangsmåten. Variasjonene omfattet følgende: Den forberedte blanding ble våtsiktet gjennom bokssikter (maskevidder 8 til 12) til bakker. Det siktede materialet ble deretter luft- eller ovnstørket. Materialet ble lastet i keramiske matter. De keramiske mattene som inneholdt materialet ble brent i periodiske eller tunnelovner under brenningsforhold som varierte fra 1 225 til 1 280 °C for tidsrom mellom 30 og 360 minutter. Det brente materialet ble fjernet fra de keramiske mattene og behandlet gjennom en valseknuser for å bryte opp materialet i agglomerater.

Det knuste materialet ble sortert til ønsket størrelsesområde i løpet av et Ro-Tap-apparat.

Slipeskiver

De ferdige skivene var av en størrelse på 7,6 x 1,34 x 3,2 cm. Sammensetningen av skivene (volum% av de brente skivene), tetthet, luftpermeabilitet, grad og modulegenskaper av skivene er beskrevet i tabell 14-3.

a. Agglomerater inneholdt 97 vekt% 100 % kornstørrelse 38A aluminakorn og 3 vekt% bindemateriale A og ble siktet til en partikkelstørrelse på -40/+60 maskestørrelse (250 til 425 [ im). b. Fluid (luft)-permeabilitet ble målt med prøvemetodene som beskrevet i US patentskrift 5 738 696 og 5 738 697, tildelt Norton Company. Relativ luftpermeabilitetsverdier er uttrykt i cc/sekund/tommer av vannenheter. (En 2,2 størrelsesdyse på ble brukt på apparatet). c. Ved 36 volum% slipekorn inneholdt de sammenlignende skiver en større volum% slipekorn (dvs. 1-3 volum% mer) enn eksperimentskivene fremstilt med 36-40 volum% av agglomerert korn, bindemateriale og intraagglomerat porøsitet.

Bindingen brukt for skiveprøvene 1, 2 og 3 ifølge oppfinnelsen var et vitrifisert bindemateriale med den brente molarsammensetning av bindemateriale B i tabell 2 ovenfor. Bindingen brukt i den sammenlignende skiveprøve hadde brent molar sammensetning av bindemateriale A i tabell 2.

De sintrede agglomerater og bindingsblandingen av prøvene 1, 2 og 3 ifølge oppfinnelsen ble tørrblandet i en Hobart-blandeenhet, fylt i former, kaldpresset og brent ved en maksimumstemperatur på 735 °C i 4 timer for å fremstille slipeskiven.

Den sammenlignende skiveprøve ble fremstilt ved å blande de vitrifiserte bindingskomponenter med slipekornet i en Hobart-blandeenhet. Slipekorn brukt i den sammenlignende prøve var et 38A aluminakorn, 100 kornstørrelse (125 (im), fra Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc., Worcester, MA, USA. Etter blanding ble blandingen støpt, presset og brent ved 1 230 °C i 4 timer for å fremstille slipeskiven.

Slipeprøve 14- A

Skivene ifølge oppfinnelsen og sammenlignende skiver ble prøvd i en innvendig diameter, krypmateslipeprøve med følgende forhold.

Slipeforhold:

Maskin: Heald CF, OD/ID Grinder

Modus: Innvendig diameter (ID) krypmateslipning

Skivehastighet: 6319 o/min, 25 m/sek

Arbeidshastighet: 20 o/min

Slipemodus: ID-klatrestempel

Innmatningshastighet: 0,64 mm/1,27 mm på diameter

Kjølemiddel: Trim E210, 5 % forhold med avionisert brønnvann, 34 l/min Arbeidsstykkemateriale: 52100 stål 10,2 cm, ID x 1 cm, Rc-62,0 hardhet

Dreieslipning: AX1440, comp. 0,0005 tommer, 0,005 tommer føring, 2600 o/min.

I disse slipesyklusene ble de maksimale materialfjerningsratene (MRR) ved den innledende arbeidsstykkebrenning (eller innledende skivefeil) målt og resultatene observert. Resultatene av disse slipeprøvene er vist i tabell 14-4.

Resultatene viser at slipeskivene utført ifølge oppfinnelsen var overlegen i MRR i forhold til de nærmest sammenlignende slipeskiver og den overlegne ytelse ikke forårsaket for mye effektforbruk (spesifikk energi W.s/mm<3>) eller skade på arbeidsstykkets overflate. Eksperimentskivene viste også forbedringer i G-forhold og slipeevneindeks. Videre var kornstørrelsen av kornet brukt i de sintrede agglomerater av skiven ifølge oppfinnelsen mindre enn kornstørrelsen av kornet brukt i den sammenlignende skive. Forutsatt alle andre variabler er like, gir mindre kornstørrelse dårligere G-forhold og slipeevneindeks. Således er den overlegne ytelse fra de nye skivene betydelig og uventet.

Slipeprøve 14- B

En andre rekke slipesykluser ble utført med samme gruppe skiveprøver under følgende overflateslipeforhold ved hjelp av 4340 stål som arbeidsstykke.

Slipeforhold:

Maskin: Brown & Sharp Micr-a-size Grinder

Modus: Overflate krypmateslipning

Skivehastighet: 6 000 o/min

Bordhastighet: 0

Nedmatning: 1 270 mm

Innmating: 1 270 mm

Kjølemiddel: Trim VHPE 210, l:20-forhold med avionisert brønnvann, 34 l/min Arbeidsstykkemateriale: 4340 stål, 51 Rc hardhet, 95,4 mm lengde, 203,2 mm bredde Slipning: Enkeltpunkt diamantverktøy, comp. 0,025 mm, hastighet 254 mm/min.

Resultatene viser at slipeskivene utført ifølge oppfinnelsen var overlegen i G-forhold og slipeevneindeks i forhold til de nærmest sammenlignende slipeskiver og den overlegne ytelse ikke forårsaket overdrevet effektforbruk eller skade på arbeidsstykkets overflate.

Eksempel 15

Andre slipeskiver ble fremstilt fra sintrede agglomerater forberedt ifølge fremgangsmåten i eksempel 14, med den unntagelse at forskjellige typer slipekorn og bindematerialer ble brukt i de sintrede agglomeratprøvene. Sammensetningene av agglomeratene og av slipeskivene er oppgitt i tabell 15-1. 1 skivene ifølge oppfinnelsen ble de vitrifiserte bindematerialer valgt med en smeltetemperatur på minst 150 °C høyere enn smeltetemperaturen av bindematerialene i agglomeratene brukt for å fremstille skivene.

Alle sintrede agglomerater inneholdt 3 vekt% bindemateriale og 97 % korn og ble siktet til en partikkelstørrelse på -20/+45 maskestørrelse (US-standard maskestørrelse)

(355 til 850 (im).

De ferdige skivene var 17,8 x 1,27 x 3,2 cm i størrelse. Sammensetning av skivene (volum% av brente skiver), tetthet og modulegenskaper av skivene, er beskrevet i tabell 15-1.

Bindingen for eksperimentskivene hadde molar sammensetning av bindematerialet B i tabell 2 og skivene utført med denne binding ble brent ved 735 °C i 4 timer. De sammenlignende skiver ble utført med en vitrifisert binding med molar sammensetningen av bindematerialet C i tabell 2 og disse skivene ble brent ved 900 °C i 8 timer. Sammenlignende skiver fremstilt uten sintrede agglomerater inneholdt 40 volum% slipekorn og enten 10,26 volum% (H-grad hardhet) eller 6,41 volum% (F-grad hardhet) vitrifisert binding.

a. Ved 40 volum% slipekorn inneholdt de sammenlignende skiver en større volum% slipekorn (dvs. omtrent 2-3 volum% mer) enn eksperimentskiver fremstilt med 40 % agglomerert korn, bindemateriale og intraagglomerat porøsitet.

b. Fluid (luft)-permeabilitet ble målt ved hjelp av prøvemetodene som beskrevet i US patentskrift 5 738 696 og 5 738 697, tildelt Norton Company. Relativ luftpermeabilitetsverdier er uttrykt i cc/sekund/tommer av vannenheter. (2,2 størrelse dyse ble brukt).

Disse skivenes egenskaper, spesielt luftpermeabilitetsverdiene i en enkelt skivegrad, viser en høyere grad av sammenkoplet porøsitet i strukturene av eksperimentskiver fremstilt av agglomerert slipekorn enn i sammenlignende skiver fremstilt til samme volum% porøsitet og grad med samme korn- og bindematerialer. Denne strukturforskjellen har blitt observert i forskjellige skivehardhetsgrader med forskjellige typer korn og binding og for forskjellige volumandeler av slipeskivekomponenter.

Claims (19)

1. Bundet slipeverktøy med en struktur som er permeabel for fluidstrøm, hvor verktøyet omfatter en bundne og sintrede agglomerater med flere slipekorn som fastholdes med et bindemiddel,karakterisert vedat a) verktøyet omfatter omkring 5-75 volum% sintrede agglomerater, hvorav minst 50vekt% av slipekornene har en tredimensjonal form, at b) bindematerialet har en smeltetemperatur mellom 500 og 1 400 °C, og at c) verktøyet har omkring 35-80 volum% total porøsitet, idet porøsiteten omfatter minst 30 volum% sammenkoplet porøsitet.

2. Slipeverktøy ifølge krav 1,karakterisert vedat bindingen er en vitrifisert binding.

3. Slipeverktøy ifølge krav 1,karakterisert vedat bindemiddelet omfatter et materiale valgt fra gruppen som omfatter i det vesentlige keramiske materialer, vitrifiserte materialer, vitrifiserte bindesammensetninger eller kombinasjoner av disse.

4. Slipeverktøy ifølge krav 3,karakterisert vedat bindematerialets smeltetemperatur er omkring 800 til 1 300 °C.

5. Slipeverktøy ifølge krav 3,karakterisert vedat bindematerialet er en vitrifisert bindingssammensetning som omfatter en brent oksidsammensetning på 71 vekt% Si02 og B203, 14 vekt% A12C>3, mindre enn 0,5 vekt% alkalinjordoksider og 13 vekt% alkalioksider.

6. Slipeverktøy ifølge krav 1,karakterisert vedat bindemiddelet er et keramisk materiale som velges fra silika, alkali, alkalinjord, blandet alkali- og alkalinjordsilikater, aluminiumssilikater, zirkoniumsilikater, hydrerte silikater, aluminater, oksider, nitrider, oksynitrider, karbider, oksykarbider og kombinasjoner og avledninger av disse.

7. Slipeverktøy ifølge krav 1,karakterisert vedat de sintrede agglomerater har en gjennomsnittlig størrelse som er to til tyve ganger større enn den gjennomsnittlige størrelse av slipekornet.

8. Slipeverktøy ifølge krav 7,karakterisert vedat de sintrede agglomeratene har 200 til 3 000 mikrometer gjennomsnittlig diameter.

9. Slipeverktøy ifølge krav 7,karakterisert vedat slipekornene er mikroslipekorn, at de sintrede agglomeratene har 5 til 180 mikrometer i gjennomsnittlig diameter.

10. Slipeverktøy ifølge krav 1,karakterisert vedat verktøyet omfatter 35 til 52 volum% sintrede agglomerater, 3 til 13 volum% vitrifisert binding og 35 til 70 volum% porøsitet.

11. Slipeverktøy ifølge krav 1,karakterisert vedat bindingen velges fra gruppen som består av organiske bindemidler og metallbindemidler.

12. Slipeverktøy ifølge krav 1,karakterisert vedat verktøyet omfatter minst en komponent som velges fra gruppen som består av sekundært slipekorn, fyllmaterialer, slipehjelpemidler, poreinduserende media og kombinasjoner av disse.

13. Verktøy ifølge krav 1 hvor bindemiddelet har en viskositet A ved bindemiddelets smeltetemperatur og en vitrifisert binding med en viskositet B ved bindemiddelets smeltetemperatur,karakterisert vedat verktøyet er et vitrifisert bundet slipeverktøy og at viskositeten B er minst 33 % lavere enn viskositeten A.

14. Vitrifisert bundet slipeverktøy ifølge krav 13,karakterisert vedat viskositeten A av bindematerialet er 345 til 55.300 poise ved 1180 °C.

15. Vitrifisert bundet slipeverktøy ifølge krav 13,karakterisert vedat viskositeten B av det vitrifiserte bindematerialet er 30 til 37.000 poise ved 1180 °C.

16. Vitrifisert bundet slipeverktøy ifølge krav 13,karakterisert vedat minst 50 vekt% av verktøyets sintrede agglomerater har en tredimensjonal form.

17. Vitrifisert bundet slipeverktøy ifølge krav 13,karakterisert vedat bindemiddelet omfatter et materiale valgt fra gruppen som består i det vesentlige keramiske materialer, vitrifiserte materialer, vitrifiserte bindingssammensetninger og kombinasjoner av disse.

18. Vitrifisert bundet slipeverktøy ifølge krav 13,karakterisert vedat smeltetemperaturen for bindemiddelet er fra 950 til 1 300 °C.

19. Verktøy ifølge krav 1 hvor bindemiddelet har en smeltetemperatur A og en vitrifisert binding med en smeltetemperatur B,karakterisert vedat verktøyet er et vitrifisert bundet slipeverktøy som omfatter omkring 5-60 volum% sintrede agglomerater og at smeltetemperaturen B er minst 150 °C lavere enn smeltetemperaturen A.