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CN104023916A - 复合研磨轮 - Google Patents

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CN104023916A
CN104023916A CN201280052914.1A CN201280052914A CN104023916A CN 104023916 A CN104023916 A CN 104023916A CN 201280052914 A CN201280052914 A CN 201280052914A CN 104023916 A CN104023916 A CN 104023916A
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CN
China
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abrasive grain
abrasion
grinding wheel
multiple grinding
shaped ceramic
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CN201280052914.1A
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洛克·X·范
图·A·恩古延
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3M Innovative Properties Co
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)

Abstract

本发明提供了一种包括主要研磨部分和次要研磨部分的复合研磨轮。所述主要研磨部分包括保持在第一有机粘合剂中的成形陶瓷磨料颗粒。所述次要研磨部分粘结到所述主要研磨部分，并且包括保持在第二有机粘合剂中的次要粉碎磨料颗粒。与所述次要研磨部分相比，所述主要研磨部分包括更大体积百分比的所述成形陶瓷磨料颗粒。中心孔延伸穿过所述复合研磨轮。

Description

复合研磨轮
技术领域
本发明涉及粘结研磨轮。
背景技术
粘结研磨制品具有通过粘结介质而粘合在一起的磨料颗粒。粘结介质通常是有机树脂，但也可以是诸如陶瓷或玻璃(即，玻璃状粘合剂)等的无机材料。粘结研磨制品的例子包括石头、磨刀石和研磨轮(例如磨削轮和切割轮)。
各种形状的磨削轮可由例如固定安装的电机例如台式研磨机驱动，或附接至手动操作式便携研磨机并由其驱动。手动操作式便携研磨机通常相对于工件表面以微小的角度固定，并且可用于将例如焊道、飞翅、浇口和冒口从铸件磨掉。
发明内容
在一方面，本发明提供一种复合研磨轮，其包括：
主要研磨部分，其限定前表面，其中该主要研磨部分包括保持在第一有机粘合剂中的成形陶瓷磨料颗粒；
次要研磨部分。其限定与前表面相背对的后表面，其中该次要研磨部分粘结到主要研磨部分，其中次要研磨部分包括保持在第二有机粘合剂中的次要粉碎磨料颗粒，其中，与次要研磨部分相比，主要研磨部分包括更大体积百分比的成形陶瓷磨料颗粒；并且
其中复合研磨轮在其中具有从前表面延伸到后表面的中心孔。
在一些实施例中，第一有机粘合剂和第二有机粘合剂是不同的。
在一些实施例中，次要研磨部分基本上不含成形陶瓷磨料颗粒。在一些实施例中，成形陶瓷磨料颗粒包括截头三棱锥。在一些实施例中，该截头三棱锥具有在75至85度范围内的倾斜角。
在一些实施例中，主要研磨部分还包括稀释的粉碎磨料颗粒。在一些实施例中，与成形陶瓷磨料颗粒相比，稀释的粉碎磨料颗粒具有更小的平均粒度。
在一些实施例中，成形陶瓷磨料颗粒的最大长度与厚度的比率为1:1至8:1。在一些实施例中，成形陶瓷磨料颗粒的最大长度与厚度的比率为2:1至5:1。在一些实施例中，成形陶瓷磨料颗粒包括溶胶-凝胶衍生的成形氧化铝磨料颗粒。在一些实施例中，成形陶瓷磨料颗粒具有涂布于其上的无机颗粒涂层。在一些实施例中，主要研磨部分还包括邻近前表面的第一增强织物，并且其中次要研磨部分还包括邻近次要研磨部分的后表面的第二增强织物。在一些实施例中，复合研磨轮具有环绕中心孔的中心下凹部分。在一些实施例中，本发明提供了根据第一至第十三实施例中的任一者的一种复合研磨轮，主要研磨部分包括66至74重量％的成形氧化铝磨料颗粒、14至20重量％的衍生自液体酚醛树脂和固体酚醛树脂的有机粘合剂，以及10至15重量％的助磨剂颗粒。在一些实施例中，第一有机粘合剂和第二有机粘合剂中的至少一者包括至少部分固化的酚醛树脂。
如本文所用，术语“成形陶瓷磨料颗粒”指这样一种陶瓷磨料颗粒，其中至少一部分磨料颗粒具有基本上复制了用于形成成形前体颗粒的模具腔体的预定形状，所述成形前体颗粒随后被烧结以形成成形陶瓷磨料颗粒。如本文所用，术语“成形陶瓷磨料颗粒”排除了通过随机破碎或压裂(如，机械破碎)操作获得的磨料颗粒。
本发明的特征和优点应通过考虑具体实施方式和附图以及所附权利要求书而得到进一步理解。
附图说明
图1是根据本发明的示例性复合研磨轮100的透视图。
图2是图1中所示的剖视平面2-2的视图。
图3是示例性成形陶瓷磨料颗粒300的示意性俯视图。
图4是成形陶瓷磨料颗粒300垂直于图3中所示的三角形基部321和325a并沿着图3中所示的平面4-4的示意性剖视图。
还设想了超出对上文引述绘图的说明之外的本发明的另外实施例，例如如讨论中所述。附图可能未按比例绘制。在所有附图中，相同的参考标号可以用来表示相同的部件。
具体实施方式
现在参见图1和图2，根据本发明的一个实施例的示例性复合研磨轮100包括限定前表面124的主要研磨部分120。主要研磨部分120包括保持在第一有机粘合剂150中的成形陶瓷磨料颗粒140和任选的稀释的粉碎磨料颗粒174。次要研磨部分160限定与前表面124相背对的后表面166。次要研磨部分160粘结到主要研磨部分120。次要研磨部分160包括保持在第二有机粘合剂175中的次要粉碎磨料颗粒170。第二有机粘合剂175与第一有机粘合剂150可以相同或不同。与次要研磨部分160相比，主要研磨部分120包括更大体积百分比的成形陶瓷磨料颗粒140。复合研磨轮100具有从前表面124延伸至后表面的中心孔190，该中心孔可被用于例如附接至动力驱动工具。主要研磨部分120任选地还包括邻近主要研磨部分120的前表面124的主要加固材料115。次要研磨部分160任选地还包括邻近后表面166的次要加固材料116。任选的加固材料117被夹在主要研磨部分120和次要研磨部分160之间，和/或被设置在主要研磨部分120和次要研磨部分160的接合处。在一些实施例中，主要研磨部分和次要研磨部分彼此接触，而在其他实施例中，它们通过一种或多种另外的元件(如，任选地包含加固材料117的一层第三有机粘合剂)粘结至彼此。
通常，次要研磨部分包含少于90体积％、少于80体积％、少于70体积％、少于60体积％、少于50体积％、少于40体积％、少于30体积％、少于20体积％、少于10体积％、少于5体积％或甚至少于1体积％的成形陶瓷磨料颗粒。在一些实施例中，次要研磨部分不含成形陶瓷磨料颗粒。
复合研磨轮可被模塑成例如浅底盘或平底盘或具有弯曲或笔直的扩口侧边的浅碟的形状，并且可环绕或邻近中心孔具有笔直或中心下凹部分(如，在类型为27的凹陷的中心磨削轮中)。如本文所用，术语“笔直的中心”意在包括不同于中心下凹或轮毂上凸的研磨轮的复合研磨轮，以及具有以没有任何偏差或急弯的方式延续到中心孔的前表面和后表面的那些复合研磨轮。所述复合研磨轮可适于邻近中心孔(即，中心安装孔)或在该中心孔内以便容纳任何合适的安装件或适配器，所述任何合适的安装或适配器例如用于将该复合研磨轮附接到便携研磨机的驱动心轴或驱动轴，例如，如美国专利No.3,081,584(Bullard)、No.3,136,100(Robertson,Jr.)、No.3,500,592(Harrist)和No.3,596,415(Donahue)中所述，这些专利的公开内容以引用方式并入本文。存在本领域技术人员已知的可以各种方式附接到研磨轮的多种其他类型的合适安装件。
有机粘合剂优选地以基于相应第一和次要研磨部分的总重量计5至30重量％、更优选地10至25重量％、甚至更优选地15至24重量％的量包括在所述第一和次要研磨部分中，然而也可以使用其他的量。有机粘合剂通常由至少部分地固化相应的有机粘合剂前体而形成。
酚醛树脂是示例性的可用有机粘合剂前体，并且其可以粉末形式和/或液态使用。可被固化(即，聚合和/或交联)形成可用的有机粘合剂的有机粘合剂前体包括例如一种或多种酚醛树脂(包括线型和/或可溶酚醛树酯)、一种或多种环氧树脂、一种或多种脲醛粘合剂、一种或多种聚酯树脂、一种或多种聚酰亚胺树脂、一种或多种橡胶、一种或多种聚苯并咪唑树脂、一种或多种紫胶、一种或多种丙烯酸单体和/或低聚物，以及它们的组合物。所述一种或多种有机粘合剂前体可以与另外的组分结合，诸如固化剂、硬化剂、催化剂、引发剂、着色剂、抗静电剂、助磨剂和润滑剂。固化上述物质中的每一者的条件是本领域的技术人员所熟知的。
第一有机粘合剂和第二有机粘合剂可以相同或不同(如，化学上不同)。例如，第一有机粘合剂可以是第一酚醛粘合剂，而第二有机粘合剂可以是与第一酚醛粘合剂在化学上不同的第二酚醛粘合剂。
可用的酚醛树脂包括线型酚醛树脂和可溶酚醛树脂。线型酚醛树脂的特征在于被酸催化并且甲醛与酚的比率小于1，所述比率通常在0.5:1和0.8:1之间。可溶酚醛树脂的特征在于被碱催化并且甲醛与酚的比率大于或等于1，所述比率通常为1:1至3:1。线型酚醛树脂和可溶酚醛树脂可以被化学改性(例如，通过与环氧化合物反应)，或可以不被改性。适于固化酚醛树脂的示例性酸性催化剂包括硫酸、盐酸、磷酸、草酸和对-甲苯璜酸。适于固化酚醛树脂的碱性催化剂包括氢氧化钠、氢氧化钡、氢氧化钾、氢氧化钙、有机胺或碳酸钠。
酚醛树脂是公知的，并且可容易地从商业来源获得。市售的线型酚醛树脂的例子包括DUREZ1364，其为一种两步粉末化的酚醛树脂(以商品名VARCUM(如，29302)由美国德克萨斯州艾迪生的杜雷兹公司(DurezCorporation,Addison,Texas)销售)，或者HEXION AD5534树脂(由美国肯塔基州路易斯维尔的瀚森化工有限公司(Hexion Specialty Chemicals,Inc.,Louisville,Kentucky)销售)。可用于实施本发明的市售可溶酚醛树脂的例子包括以商标名VARCUM(如29217、29306、29318、29338、29353)由杜雷兹公司(Durez Corporation)出售的那些；以商标名AEROFENE(如，AEROFENE295)由美国佛罗里达州巴托的阿施兰德化学公司(AshlandChemical Co.,Bartow,Florida)出售的那些；以及以商标名PHENOLITE(如，PHENOLITE TD-2207)由韩国首尔的江南化学有限公司(KangnamChemical Company Ltd.,Seoul,South Korea)出售的那些。
有机粘合剂前体的固化温度将随着所选材料和轮设计而变化。合适条件的选择在本领域普通技术人员的能力范围内。针对酚醛粘合剂的示例性条件可包括：在室温下，每4英寸直径施加约20吨(224kg/cm2)的压力，然后将温度加热至高达约185℃并持续足够长的时间，以固化所述有机粘合剂材料前体。
根据本发明的复合研磨轮可由模塑工艺制成。在模塑期间，将第一有机粘合剂前体和第二有机粘合剂前体(其可以是液体或粉末，或者液体和粉末的组合)与磨料颗粒混合。在一些实施例中，首先将液体介质(可固化的有机树脂或溶剂)施加至磨料颗粒以润湿其外表面，随后将润湿的磨料颗粒与粉末状的有机粘合剂前体混合。根据本发明的复合研磨轮可例如通过压塑、注塑和/或传递模塑制成。
任选地包含一种或多种加强材料的复合研磨轮可以通过热压或冷压以本领域技术人员所熟知的任何合适的方式进行模塑。
例如，在一个示例性工艺中，可使用具有被其中中心下凹的圆形空腔环绕的中心孔成形柄轴的模具来模塑中心下凹或轮毂上凸的轮。研磨轮可通过以下方式模塑：首先将具有中心孔的加固材料圆盘放置在柄轴周围并与模具的底部接触。然后，在加固材料圆盘之上铺开均匀的一层第二可固化混合物，该第二可固化混合物包含第一粉碎磨料颗粒和第二有机粘合剂前体。随后，将定位在柄轴周围的另一个具有中心孔的加固材料圆盘放置到第二可固化混合物层之上，然后在其上铺开均匀的一层第一可固化混合物，该第一可固化混合物包含成形陶瓷磨料颗粒、任选的稀释的粉碎磨料颗粒以及第一粘合剂前体。最后，将其中具有中心孔的轮毂加固圆盘放置在柄轴周围以及第一可固化混合物层之上，并将用于制造所述研磨轮的中心下凹部分或中心笔直毂部分的所需形状的顶部模具板放置在所述层之上，从而形成模具组件。然后将该模具组件放置在常规的冷压机或热压机的压台之间。接着致动压机以迫使模具板向下移动，并以1至4吨/平方英寸的压力将所述圆盘与研磨混合物压在一起，成为具有预定的厚度、直径和密度的自支撑结构。在模塑完成后，将研磨轮从模具剥离，并放置在加热的烘箱中(如，加热至大约175℃的温度维持大约6小时)，以便使可固化的混合物固化并使有机粘合剂前体转变成可用的有机粘合剂。
在一些实施例中，主要研磨部分基于粘合剂材料和磨料颗粒的总重量计包括约10至约60重量％，优选地约30至约60重量％，更优选地约40至约60重量％的成形陶瓷磨料颗粒。
可根据在例如美国专利No.5,213,591(Celikkaya等人)和美国公开专利申请No.2009/0165394A1(Culler等人)和No.2009/0169816A1(Erickson等人)中描述的方法利用溶胶-凝胶α氧化铝颗粒前体来制备由α氧化铝、镁铝尖晶石和稀土六铝酸盐的微晶
构成的成形陶瓷磨料颗粒。在一些实施例中，可根据多步骤工艺制造基于α氧化铝的成形陶瓷磨料颗粒。简而言之，制造可转变为α氧化铝的有晶种或无晶种溶胶-凝胶α氧化铝前体分散体的方法包括；用溶胶-凝胶填充具有理想外形的成形磨料颗粒的一个或多个模具腔体，将溶胶-凝胶干燥以形成前体成形陶瓷磨料颗粒；从模具腔体移除成形陶瓷磨料颗粒前体；煅烧成形陶瓷磨料颗粒前体以形成煅烧后的成形陶瓷磨料颗粒前体，然后烧结煅烧后的成形陶瓷磨料颗粒前体以形成成形陶瓷磨料颗粒。现在将更详细地描述所述方法。
第一步工序涉及提供可转变为α氧化铝的有晶种或无晶种的α氧化铝前体分散体。α氧化铝前体分散体常常为包含挥发性组分的液体。在一个实施例中，该挥发性组分是水。分散体应当包括足量的液体，以使分散体的粘度足够低，从而能够填充模具腔体并且复制模具表面，但是液体的量不能太多，因为会导致随后将液体从模具腔体中移除的成本过高。在一个实施例中，α氧化铝前体分散体包含2重量％至90重量％的可转化为α氧化铝的颗粒(例如一水合氧化铝(水软铝石)的颗粒)以及至少10重量％、或50重量％至70重量％、或50重量％至60重量％的挥发性组分(例如水)。反之，一些实施例中的α氧化铝前体分散体包含30重量％至50重量％、或40重量％至50重量％的固体。
还可使用除水软铝石之外的氧化铝水合物。水软铝石可以通过已知的技术来制备或者可以从市场购得。市售的水软铝石的例子包括商品名为“DISPERAL”和“DISPAL”的产品，二者均可购自美国得克萨斯州休斯敦的沙索北美有限公司(Sasol North America,Inc.,Houston,Texas)；或者商品名为“HiQ-40”的产品，其可购自美国新泽西州弗洛勒姆帕克的巴斯夫公司(BASF Corporation,Florham Park,New Jersey)。这些一水合氧化铝是相对纯的；即，它们除了一水合物外只包含相对少的(如果有的话)其他水合物相，并且具有高表面积。
所得成形陶瓷磨料颗粒的物理特性将大致取决于α氧化铝前体分散体中所用材料的类型。在一个实施例中，α氧化铝前体分散体处于凝胶状态。如本文所用，“凝胶”是分散在液体中的固体的三维网状结构。
α氧化铝前体分散体可含有改性添加剂或改性添加剂的前体。改性添加剂可以用于增强磨料颗粒的某些所需性质，或者提高后续熔结步骤的效率。改性添加剂或改性添加剂前体可以采用可溶性盐的形式，通常为水溶性盐。它们通常由含金属的化合物构成，并且可以是镁、锌、铁、硅、钴、镍、锆、铪、铬、钇、镨、钐、镱、钕、镧、钆、铈、镝、铒、钛的氧化物前体，以及上述项的混合物。可以存在于α氧化铝前体分散体中的这些添加剂的具体浓度可以根据本领域的技术而改变。
通常，引入改性添加剂或改性添加剂前体将引起α氧化铝前体分散体胶凝。通过施加超过一定时间段的热也可引起α氧化铝前体分散体胶凝。α氧化铝前体分散体也可包含成核剂(种子)，以促进水合氧化铝或煅烧氧化铝向α氧化铝的转化。适用于本发明的成核剂包括α氧化铝、α氧化铁或其前体、二氧化钛和钛酸盐、氧化铬、或在转化中起成核作用的任何其他物质的细粒。如果使用，那么成核剂的量应当足够使α氧化铝的转化得以实现。使此类α氧化铝前体分散体成核的方法公布于美国专利No.4,744,802(Schwabel)中。
可将胶溶剂添加到所述α氧化铝前体分散体中以制备更稳定的水溶胶或胶态α氧化铝前体分散体。合适的胶溶剂是单质子酸或酸性化合物，例如，乙酸、盐酸、甲酸和硝酸。也可使用多质子酸，但是它们可快速胶凝α氧化铝前体分散体，这样使得其难以处理或难以向其注入附加组分。某些商业来源的水软铝石具有有助于形成稳定α氧化铝前体分散体的酸滴定度(例如吸收的甲酸或硝酸)。
α氧化铝前体分散体可通过任何合适的方法形成，(诸如)例如通过简单地将一水合氧化铝与含有胶溶剂的水混合，或者通过形成一水合氧化铝浆液(胶溶剂已添加入其中)。
可以加入去沫剂或其他合适的化学品，以降低混合时形成气泡或夹带空气的可能性。如果需要，可以加入其他化学品，例如，润湿剂、醇类或偶联剂。根据美国专利No.5,645,619(Erickson等人)的公开，α氧化铝磨料颗粒可含有二氧化硅和氧化铁。根据美国专利No.5,551,963(Larmie)的公开，α氧化铝磨料颗粒可含有氧化锆。或者，根据美国专利No.6,277,161(Castro)的公开，α氧化铝磨料颗粒可具有微结构或添加剂。
第二步工序涉及提供具有至少一个模具腔体、优选地具有多个腔体的模具。通常，该模具可具有大致平坦的底部表面和多个模具腔体。该多个腔体可在生产工具中形成。生产工具可以是带状物、片状物、连续纤维网、涂层辊(诸如轮转凹版辊)、安装在涂层辊上的套筒，或模子。在一个实施例中，所述生产工具包含聚合物材料。合适的聚合物材料的例子包括例如聚酯、聚碳酸酯、聚(醚砜)、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚氨酯、聚氯乙烯、聚烯烃、聚苯乙烯、聚丙烯、聚乙烯或上述物质的组合等热塑性材料，或热固性材料。在一个实施例中，整个工具由聚合物材料或热塑性材料制成。在另一个实施例中，在干燥时与溶胶-凝胶接触的模具表面(诸如所述多个腔体的表面)包含聚合物材料或热塑性材料，并且该模具的其他部分可由其他材料制成。举例而言，可将合适的聚合物涂层涂覆到金属模具上，以改变其表面张力特性。
聚合物型工具或热塑性工具可由金属母模工具工具复制而成。母模工具将会具有生产工具所需的反向图案。母模工具可以采用与生产工具相同的方式制成。在一个实施例中，母模工具由金属(例如镍)制成，并且经过金刚石车削。可以将聚合物片材与母模工具一起加热，以便通过将二者按压在一起而对聚合物材料压印出母模工具图案。还可以将聚合物材料或热塑性材料挤出或浇注到母模工具上，然后对其进行压制。冷却热塑性材料以使其硬化，从而制得生产工具。如果利用热塑性生产工具，那么应当注意不要产生过多热量，因为这些热量可以使热塑性生产工具变形，从而限制其寿命。关于生产工具或母模工具工具的设计和制造的更多信息可见于美国专利No.5,152,917(Pieper等人)、No.5,435,816(Spurgeon等人)、No.5,672,097(Hoopman等人)、No.5,946,991(Hoopman等人)、No.5,975,987(Hoopman等人)和No.6,129,540(Hoopman等人)。
可以从模具顶部表面或底部表面中的开口进入腔体。在某些情况下，腔体可以延伸过模具的整个厚度。或者，腔体可以仅延伸过模具厚度的一部分。在一个实施例中，模具的顶部表面大体平行于底部表面，其中模具腔体具有大体均匀的深度。模具的至少一侧，也就是说，形成腔体的那一侧可以在除去挥发性组分的步骤中保持暴露于周围大气环境下。
腔体具有特定三维形状以制备成形陶瓷磨料颗粒。深度尺寸等于从顶部表面到底部表面上最低点的垂直距离。给定腔体的深度可以是均匀的，或者可以沿其长度和/或宽度而发生变化。给定模具的腔体可以具有相同形状或者不同形状。
第三步工序涉及用α氧化铝前体分散体(例如，通过常规技术)填充模具中的腔体。在一些实施例中，可使用刀辊涂布机或真空槽模涂布机。如果需要，那么可以使用剥离剂来帮助将颗粒从模具中移除。典型剥离剂包括油类(例如，花生油或矿物油、鱼油)、有机硅、聚四氟乙烯、硬脂酸锌和石墨。通常，将在液体(例如水或酒精)中的剥离剂(例如花生油)涂覆到接触溶胶-凝胶的生产工具表面，使得当需要脱模时，每单位面积的模具上存在介于约0.1mg/in2(0.02mg/cm2)至约3.0mg/in2(0.46mg/cm2)之间，或介于约0.1mg/in2(0.02mg/cm2)至约5.0mg/in2(0.78mg/cm2)之间的剥离剂。在一些实施例中，模具的顶部表面涂覆有α氧化铝前体分散体。α氧化铝前体分散体可被抽吸到顶部表面上。
接下来，可使用刮刀或矫直棒将α氧化铝前体分散体完全压入模具的腔体中。可将未进入腔体的α氧化铝前体分散体的其余部分从模具的顶部表面处移除，并将其回收利用。在一些实施例中，α氧化铝前体分散体的一小部分可保持在顶部表面上，并且在其他实施例中，顶部表面基本上不含分散体。刮刀或矫直棒所施加的压力通常小于100psi(0.7MPa)、小于50psi(0.3MPa)或甚至小于10psi(69kPa)。在一些实施例中，α氧化铝前体分散体的暴露表面均不实质上延伸超过顶部表面，以确保所得的成形陶瓷磨料颗粒的厚度均匀度。
第四步工序涉及除去挥发性组分，以便对分散体进行干燥。以较快蒸发速率除去挥发性组分比较有利。在一些实施例中，通过蒸发来除去挥发性组分是在高于挥发性组分沸点的温度下进行的。干燥温度的上限通常取决于制成模具的材料。就聚丙烯模具而言，温度应当低于塑料的熔点。在一个实施例中，针对含约40％至50％之间的固体的水分散体以及聚丙烯模具，干燥温度可以在约90℃至约165℃之间，或者在约105℃至约150℃之间，或者在约105℃至约120℃之间。更高的温度可提高生产速度，但是也可能导致聚丙烯工具的降解，从而限制其作为工具的使用寿命。
第五步工序涉及从模具腔体中取出所得的成形陶瓷磨料颗粒前体。通过对模具单独使用或结合使用以下工艺可将成形陶瓷磨料颗粒前体从腔体中移除：通过重力、振动、超声振动、真空或增压空气将这些颗粒从模具腔体移除。
可在模具外对磨料颗粒前体进行进一步干燥。如果α氧化铝前体分散体在模具中干燥至所需程度，则此附加的干燥步骤并非为必要步骤。然而，在某些情况下采用此附加的干燥步骤来使α氧化铝前体分散体在模具中的停留时间减至最小可能是经济的做法。通常，成形陶瓷磨料颗粒前体将在从50℃至160℃、或在120℃至150℃的温度下，被干燥10至480分钟、或120至400分钟。
第六步工序涉及对成形陶瓷磨料颗粒前体进行煅烧。在锻烧期间，基本上所有的挥发性物质都被除去，并且存在于α氧化铝前体分散体中的各种组分均转化成金属氧化物。通常，将成形陶瓷磨料颗粒前体加热到400℃至800℃的温度，并且将其保持在此温度范围内，直至移除游离水和90重量％以上的任何结合的挥发性物质为止。在一个可选的步骤中，可能需要通过浸渍工艺引入改性添加剂。水溶性盐可通过浸渍而引入到经煅烧的成形陶瓷磨料颗粒前体的孔中。然后对成形陶瓷磨料颗粒前体再次进行预烧。此可选步骤在美国专利No.5,164,348(Wood)中进行了进一步描述。
第七步工序涉及对煅烧过的成形陶瓷磨料颗粒前体进行烧结，以形成α氧化铝颗粒。进行烧结之前，经煅烧的成形陶瓷磨料颗粒前体并未完全致密化，因此，缺乏用作成形陶瓷磨料颗粒所需的硬度。烧结按以下步骤进行：将煅烧过的成形陶瓷磨料颗粒前体加热至1,000℃至1,650℃的温度，并且将其保持在此温度范围内，直到基本上所有的α氧化铝一水合物(或等同物质)均转化为α氧化铝并且孔隙度按体积计降至低于15％为止。为了实现此转化程度而必须使经煅烧的成形陶瓷磨料颗粒前体暴露于烧结温度下的时间长度取决于多种因素，但通常为5秒至48小时。
在另一个实施例中，熔结步骤的持续时间在1分钟到90分钟的范围内。在烧结之后，成形陶瓷磨料颗粒可具有10GPa、16GPa、18GPa、20GPa或更大的维氏硬度。
可使用其他步骤来改变所需工艺，所述步骤(诸如)例如将材料从煅烧温度快速加热至烧结温度，离心处理α氧化铝前体分散体以去除油泥和/或垃圾。此外，如果需要，那么可以通过组合这些工序中的两个或更多个工序来改变该工艺。可以用来改变本发明工艺的常规工序在美国专利No.4,314,827(Leitheiser)中进行了更完整的描述。
关于制备成形陶瓷磨料颗粒的方法的更多信息公布于美国公开专利申请No.2009/0165394Al(Culler等人)中。
现在参见图3和图4，示例性成形陶瓷磨料颗粒300包括截头的规则三棱锥，其由三角形基部321、三角形顶部323以及连接三角形基部321(示出为等边三角形)和三角形顶部323的多个倾斜侧面325a、325b、325c界定。倾斜角360a是由侧面325a与三角形基部321相交所形成的二面角。类似地，倾斜角360b和360c(均未示出)对应于由侧面325b和325c分别与三角形基部321相交所形成的二面角。就成形陶瓷磨料颗粒300而言，所有这些倾斜角具有相等的值。在一些实施例中，侧边缘327a、327b和327c具有小于50微米的平均曲率半径，但这不是必须的。
本发明中使用的成形陶瓷磨料颗粒通常可以使用工具(即，模具)制成，并使用金刚石工具切割，从而提供比其他制造替代方法(诸如，压印或冲压等)更高的特征清晰度。通常，工具表面中的腔体具有沿着尖锐边缘交汇的平面，并形成截棱锥的侧面和顶部。所得的成形陶瓷磨料颗粒具有对应于工具表面中的腔体形状(如，截头棱锥)的相应标称平均形状；然而，进行制造期间可能产生标称平均形状的变型(如，无规变型)，并且表现出这种变型的成形陶瓷磨料颗粒包括在本文所用的成形陶瓷磨料颗粒的定义中。
在图3和图4示出的实施例中，侧面325a、325b、325c具有相同的尺寸，并与三角形基部321形成约82度(与82度的倾斜角相对应)的二面角。然而，将认识到也可使用其他二面角(包括90度)。例如，基部和每个侧部之间的二面角可独立地在45至90度的范围内变化，通常在70至90度的范围内变化，更通常在75至85度的范围内变化。
如本文所用，在涉及成形陶瓷磨料颗粒时，术语“长度”指成形磨料颗粒的最大尺寸。“宽度”指与所述长度垂直的成形磨料颗粒的最大尺寸。“厚度”或“高度”指与所述长度和宽度垂直的成形磨料颗粒的尺寸。
所述成形陶瓷磨料颗粒通常被选择为具有在从0.001mm至26mm范围内的长度，更通常从0.1mm至10mm范围内的长度，并且更通常从0.5mm至5mm范围内的长度，但是也可以使用其他长度。在一些实施例中，所述长度可被表示为其包含在其中的粘结复合研磨轮的厚度的一部分。例如，成形磨料颗粒可具有大于所述粘结复合研磨轮的厚度的一半的长度。在一些实施例中，所述长度可大于所述粘结复合研磨轮的厚度。
所述成形陶瓷磨料颗粒通常被选择为具有在从0.001mm至26mm范围内的宽度，更通常从0.1mm至10mm范围内的宽度，并且更通常从0.5mm至5mm范围内的宽度，但是也可以使用其他宽度。
所述成形陶瓷磨料颗粒通常被选择为具有在从0.005mm至1.6mm范围内的厚度，更通常从0.2mm至1.2mm范围内的厚度。
在一些实施例中，成形陶瓷磨料颗粒可具有至少2、3、4、5、6或更大的纵横比(长度与厚度的比)。
在成形陶瓷磨料颗粒上的表面涂层可用于提高磨料制品中的所述成形陶瓷磨料颗粒和粘合剂材料之间的附着力，或者可有助于成形陶瓷磨料颗粒的静电沉积。在一个实施例中，可以使用美国专利No.5,352,254(Celikkaya)中描述的表面涂层，相对于成形磨料颗粒的重量，表面涂层的量为0.1％至2％。此类表面涂层在美国专利No.5,213,591(Celikkaya等人)、5,011,508(Wald等人)、1,910,444(Nicholson)、3,041,156(Rowse等人)、5,009,675(Kunz等人)、5,085,671(Martin等人)、4,997,461(Markhoff-Matheny等人)、和5,042,991(Kunz等人)中有所描述。另外，表面涂层可以防止成形磨料颗粒封堵。“封堵”这一术语用来描述来自正被磨削的工件的金属颗粒被焊接到成形陶瓷磨料颗粒顶部的现象。具有上述功能的表面涂层对本领域的技术人员而言是已知的。
根据本发明的复合研磨轮还可包括粉碎的磨料颗粒(即，并非由所述成形陶瓷磨料颗粒破裂所造成的磨料颗粒)，其与磨料行业规定的标称等级或标称等级的组合相对应。如果存在，则粉碎的磨料颗粒通常为比成形陶瓷磨料颗粒更细小的一个或多个粒度等级(例如，如果使用多个粒度等级)，但这不是必须的。
可用的粉碎磨料颗粒包括例如熔融氧化铝、经过热处理的氧化铝、白色熔融氧化铝、陶瓷氧化铝材料(诸如以商品名“3M陶瓷磨料颗粒”(3MCERAMIC ABRASIVE GRAIN)由美国明尼苏达州圣保罗的3M公司(3MCompany,St.Paul,Minnesota)销售的那些)、黑色碳化硅、绿色碳化硅、二硼化钛、碳化硼、碳化钨、碳化钛、金刚石、立方晶型氮化硼、石榴石、熔融氧化铝-氧化锆、溶胶-凝胶衍生的磨料颗粒、氧化铁、铬、二氧化铈、氧化锆、二氧化钛、硅酸盐、氧化锡、二氧化硅(诸如石英、玻璃珠、玻璃泡和玻璃纤维)硅酸盐(诸如滑石粉、粘土(例如蒙脱石)、长石、云母、硅酸钙、偏硅酸钙、铝硅酸钠、铝硅酸钙)、燧石和金刚砂的粉碎颗粒。溶胶-凝胶衍生的磨料颗粒的例子可见于美国专利No.4,314,827(Leitheiser等人)、No.4,623,364(Cottringer等人)、No.4,744,802(Schwabel)、No.4,770,671(Monroe等人)和No.4,881,951(Monroe等人)。
在本发明的复合研磨轮中使用的磨料颗粒(不论是粉碎磨料颗粒、还是成形陶瓷磨料颗粒)可根据磨具行业认可的规定标称等级独立地确定大小。示例性的磨料行业认可的分级标准包括由ANSI(美国国家标准学会)、FEPA(欧洲磨具制造者联盟)和JIS(日本工业标准)颁布的标准。这种行业认可的分级标准包括(例如)：ANSI4、ANSI6、ANSI8、ANSI16、ANSI24、ANSI30、ANSI36、ANSI40、ANSI50、ANSI60、ANSI80、ANSI100、ANSI120、ANSI150、ANSI180、ANSI220、ANSI240、ANSI280、ANSI320、ANSI360、ANSI400和ANSI600；FEPAP8、FEPA P12、FEPA P16、FEPA P24、FEPA P30、FEPA P36、FEPAP40、FEPA P50、FEPA P60、FEPA P80、FEPA P100、FEPA P120、FEPAP150、FEPA P180、FEPA P220、FEPA P320、FEPA P400、FEPA P500、FEPA P600、FEPA P800、FEPA P1000、FEPA P1200；FEPA F8、FEPAF12、FEPA F16、和FEPA F24；和JIS8、JIS12、JIS16、JIS24、JIS36、JIS46、JIS54、JIS60、JIS80、JIS100、JIS150、JIS180、JIS220、JIS240、JIS280、JIS320、JIS360、JIS400、JIS400、JIS600、JIS800、JIS1000、JIS1500、JIS2500、JIS4000、JIS6000、JIS8000和JIS10,000。更通常的是，将粉碎的氧化铝颗粒和无晶种溶胶-凝胶衍生的氧化铝基磨料颗粒的大小独立地确定为ANSI60和80或者FEPA F36、F46、F54和F60或者FEPA P60和P80分级标准。
或者，可利用符合ASTM E-11“Standard Specification for Wire Clothand Sieves for Testing Purposes”(用于测试目的的筛布和筛的标准规格)的美国标准试验筛将这些磨料颗粒(如，粉碎的磨料颗粒和/或成形陶瓷磨料颗粒)分级成标称筛分等级。ASTM E-11规定了试验筛的设计和构造需求，利用安装在框架中的织造筛布为介质根据指定的粒度对材料进行分类。典型标号可以表示为-18+20，其意指成形陶瓷磨料颗粒可通过符合ASTM E-11规范的18目试验筛，并且保持在符合ASTM E-11规范的20目试验筛上。在一个实施例中，成形陶瓷磨料颗粒具有这样的粒度：使得大多数颗粒通过18目试验筛并且可保持在20目、25目、30目、35目、40目、45目或50目试验筛上。在各种实施例中，成形陶瓷磨料颗粒可具有的标称筛分等级包括：-18+20、-20/+25、-25+30、-30+35、-35+40、5-40+45、-45+50、-50+60、-60+70、-70/+80、-80+100、-100+120、-120+140、-140+170、-170+200、-200+230、-230+270、-270+325、-325+400、-400+450、-450+500或-500+635。或者，可以使用诸如-90+100的定制目尺寸。
磨料颗粒(如，成形陶瓷磨料颗粒和/或粉碎磨料颗粒)可例如均匀地或不均匀地分布在复合研磨轮的整个主要研磨部分和/或次要研磨部分上。例如，磨料颗粒可朝中间集中(如，位于远离外表面的位置)，或仅与外边缘(即，复合研磨轮的周边)相邻。中心下凹部分可含有较少量的磨料颗粒。优选地，位于主要研磨部分中的磨料颗粒彼此均质地分布，这是因为轮的制造较容易，并且切割效果在两类磨料颗粒彼此紧密地布置时得到优化。类似地，优选的是位于次要研磨部分中的磨料颗粒也彼此均质地分布。
可利用偶联剂(如，有机硅烷偶联剂)处理磨料颗粒，以提高磨料颗粒与粘合剂的附着力。可在将磨料颗粒与粘合剂材料结合之前对磨料颗粒进行处理，或者可通过将偶联剂包括到粘合剂材料中而就地对磨料颗粒进行表面处理。
根据本发明的复合研磨轮还可以包括一种或多种助磨剂(通常以颗粒的形式)，诸如聚四氟乙烯颗粒、冰晶石、氟铝酸钾、氯化钠、FeS2(二硫化铁)或KBF4。如果存在助磨剂，则受其他组分所要满足的重量范围要求的限制，其优选地以1至25重量％的量、更优选地以10至20重量％的量存在。添加助磨剂以改进切割轮的切割特性，通常通过降低切割界面的温度改进切割轮的切割特性。精确成形的助磨剂颗粒的例子在美国专利申请公开No.2002/0026752A1(Culler等人)中提出。
在一些实施例中，有机粘合剂材料含有增塑剂，所述增塑剂诸如以商品名“SANTICIZER154增塑剂”购自美国伊利诺伊州芝加哥的美国尤尼威尔有限公司(UNIVAR USA,Inc.,Chicago,Illinois)的那些。
所述主要研磨部分和所述次要研磨部分可以包含诸如填料颗粒等附加组分，但要受其他组分所要满足的重量范围要求的限制。可添加填料颗粒来占据空间和/或提供多孔性。多孔性使得复合研磨轮能够剥落掉用过的或磨损的磨料颗粒以暴露出新的或新鲜的磨料颗粒。
所述主要研磨部分和所述次要研磨部分可具有任何范围的多孔性；例如，约1体积％至50体积％，通常为1体积％至40体积％。填料的例子包括气泡和小珠(例如，玻璃、陶瓷(氧化铝)、粘土、聚合物、金属)、软木、石膏、大理石、石灰岩、燧石、硅石、硅酸铝以及上述项的组合。
根据本发明的复合研磨轮可根据任何合适的方法制备。在一个合适的方法中，无晶种溶胶-凝胶衍生的氧化铝基磨料颗粒在与可固化可溶酚醛树脂混合之前被涂覆以偶联剂。通常，对偶联剂的量进行选择，以使其以0.1至0.3份每50至84份磨料颗粒的量存在，但也可以使用在该范围之外的量。向所得混合物中添加液态树脂，以及可固化线型酚醛树脂和氟铝酸钠。所述混合物在室温下被压入到模具中(如，以每4英寸直径施加20吨的压力(224kg/cm2))。随后，通过在最高约185℃的温度下加热足够的时间以使可固化性酚醛树脂固化，从而使模塑的轮固化。
偶联剂对于磨削行业的技术人员来说是公知的。偶联剂的例子包括三烷氧基硅烷(例如，γ-氨基丙基三乙氧基硅烷)、钛酸盐和锆酸盐。
根据本发明的复合研磨轮可用于例如磨削轮，包括磨具行业中类型为27(如，美国国家标准学会的标准ANSI B7.1-2000(2000)的1.4.14章节)的中心下凹磨削轮。
根据本发明的复合研磨轮可具有一体成形并粘结在其中的一个或多个加固材料额外层或一个或多个加固材料圆盘。优选的是一层加固材料粘结至并坐置在轮的次要研磨部分和主要研磨部分之间。在一些实施例中，使用模塑在并粘结至主要研磨部分的底部表面中的玻璃纤维布圆盘，可进一步加固研磨轮的邻近中心孔的中心毂部分。如上文所讨论，根据本发明的复合研磨轮可以包括加固复合研磨轮的一种或多种加固材料(如，织造织物、针织织物、非织造织物和/或稀松布)。加固材料可包括无机纤维(如，玻璃纤维)和/或有机纤维(诸如聚酰胺纤维、聚酯纤维或聚酰亚胺纤维)。在某些情况下，可能期望在第一有机粘合剂和/或第二有机粘合剂中包括加固短纤维，使得纤维均匀地分散在整个切割轮上。
在典型应用中，根据本发明的旋转复合研磨轮的前表面的周边磨削边缘被固定至旋转电动工具并与工件的表面进行摩擦接触，且所述表面的至少一部分被磨损。如果以这种方式使用，则复合研磨轮的研磨性能与单层构造(其中成形陶瓷磨料颗粒和任何任选的稀释粉碎磨料颗粒分散在整个研磨轮上)的研磨性能有利地高度相似。由于粉碎磨料颗粒通常比成形陶瓷磨料颗粒易于制备且更便宜，所以，与包含相同的成形陶瓷磨料颗粒的一体式研磨轮相比，复合研磨轮可以实现一定程度的成本节省。
有利的是，可以例如通过将第二有机粘合剂选择为不同于第一有机粘合剂和/或通过调整次要研磨部分中的其他组分的含量而使次要研磨部分的模量和/或厚度发生改变。例如，在一些实施例中，次要研磨部分比主要研磨部分更硬，而在其他实施例中，主要研磨部分比次要研磨部分更硬。
根据本发明的复合研磨轮可以在干燥或湿润的情况下使用。在湿磨时，所述轮与水、油性润滑剂或水性润滑剂结合使用。根据本发明的复合研磨轮可尤其可用于各种工件材料上，所述工件材料例如碳钢薄板或棒料以及更奇特的金属(如，不锈钢或钛)或较软的更多黑色金属(如，软钢、低合金钢或铸铁)等。
本发明的精选实施例
在第一实施例中，本发明提供了一种复合研磨轮，其包括：
主要研磨部分，其限定前表面，其中该主要研磨部分包括保持在第一有机粘合剂中的成形陶瓷磨料颗粒；
次要研磨部分，其限定与前表面相背对的后表面，其中该次要研磨部分粘结到主要研磨部分，其中次要研磨部分包括保持在第二有机粘合剂中的次要粉碎磨料颗粒，其中，与次要研磨部分相比，主要研磨部分包括更大体积百分比的成形陶瓷磨料颗粒；并且
其中复合研磨轮在其中具有从前表面延伸到后表面的中心孔。
在第二实施例中，本发明提供了根据第一实施例的一种复合研磨轮，其中次要研磨部分基本上不含成形陶瓷磨料颗粒。
在第三实施例中，本发明提供了根据第一或第二实施例的一种复合研磨轮，其中成形陶瓷磨料颗粒包括截头三棱锥。
在第四实施例中，本发明提供了根据第三实施例的一种复合研磨轮，其中截头三棱锥具有在75至85度范围内的倾斜角。
在第五实施例中，本发明提供了根据第一至第四实施例中的任一者的一种复合研磨轮，其中主要研磨部分还包括稀释的粉碎磨料颗粒。
在第六实施例中，本发明提供了根据第五实施例的一种复合研磨轮，其中，与成形陶瓷磨料颗粒相比，稀释的粉碎磨料颗粒具有更小的平均粒度。
在第七实施例中，本发明提供了根据第一至第六实施例中的任一者的一种复合研磨轮，其中第一有机粘合剂和第二有机粘合剂是不同的。
在第八实施例中，本发明提供了根据第一至第七实施例中的任一者的一种复合研磨轮，其中成形陶瓷磨料颗粒的最大长度与厚度的比率为1:1至8:1。
在第九实施例中，本发明提供了根据第一至第七实施例中的任一者的一种复合研磨轮，其中成形陶瓷磨料颗粒的最大长度与厚度的比率为2:1至5:1。
在第十实施例中，本发明提供了根据第一至第九实施例中的任一者的一种复合研磨轮，其中成形陶瓷磨料颗粒包括溶胶-凝胶衍生的成形氧化铝磨料颗粒。
在第十一实施例中，本发明提供了根据第一至第十实施例中的任一者的一种复合研磨轮，其中成形陶瓷磨料颗粒具有涂布于其上的无机颗粒涂层。
在第十二实施例中，本发明提供了根据第一至第十一实施例中的任一者的一种复合研磨轮，其中主要研磨部分还包括邻近前表面的第一增强织物，并且其中次要研磨部分还包括邻近次要研磨部分的后表面的第二增强织物。
在第十三实施例中，本发明提供了根据第一至第十二实施例中的任一者的一种复合研磨轮，其中复合研磨轮具有环绕中心孔的中心下凹部分。
在第十四实施例中，本发明提供了根据第一至第十三实施例中的任一者的一种复合研磨轮，主要研磨部分包括66至74重量％的成形氧化铝磨料颗粒、14至20重量％的衍生自液体酚醛树脂和固体酚醛树脂的有机粘合剂，以及10至15重量％的助磨剂颗粒。
在第十五实施例中，本发明提供了根据第一至第十四实施例中的任一者的一种复合研磨轮，其中第一有机粘合剂和第二有机粘合剂中的至少一者包括至少部分固化的酚醛树脂。
通过以下非限制性实例进一步说明本发明的目的和优点，但这些实例中所述的具体材料及其用量，以及其他条件和细节不应视为对本发明进行不当限定。
实例
除非另外指明，否则在实例及本说明书的其余部分中的所有份数、百分数、比率等均以重量计。
以下缩写用于实例中的材料。
缩写表
AP2的制备
利用下列配方制备了水软铝石溶胶-凝胶组合物：通过对包含水(2400份)和70％硝酸水溶液(72份)的溶液进行高剪切混合11分钟来分散商标名为“DISPERAL”的氧化铝一水合物粉末(1600份)。在涂覆之前，使所得溶胶-凝胶老化至少1小时。迫使溶胶-凝胶进入具有三角形模具腔体(深28密耳(0.71mm)，每条边110密耳(2.8mm))的生产工具中。模具的侧壁和底部之间的拔模角α为98度。50％的模具腔体包括从腔体的底部表面升起的八条平行的脊，这些脊以90度的角度与三角形的一边相交，其余腔体具有平滑的底模表面。这些平行的脊的间距为0.277mm，并且这些脊的横截面为三角形，该三角形的高为0.0127mm、在顶点处每条脊的边之间的角度为45度。使用剥离剂，即含1％花生油的甲醇溶液涂布生产工具，其中约0.5mg/in2(0.08mg/cm2)的花生油被涂布到生产工具上。通过将生产工具的薄板置于空气对流烘箱中在45℃下持续5分钟的方法来去除过量的甲醇。用油灰刀迫使溶胶-凝胶进入腔体中，使得生产工具的开口被完全填满。所述经溶胶-凝胶涂层的生产工具被置于空气对流烘箱中在45℃下持续至少45分钟，以进行干燥。通过使干燥的成形颗粒在超声波焊头的上方通过来将其从生产工具移除。将干燥的成形颗粒在大约650℃下煅烧，然后用硝酸镁溶液(10.5重量％的MgO，并具有0.02重量％的HC5分散在其中)饱和。去除过量的硝酸盐溶液，并让饱和的成形颗粒干燥，然后在650℃下再次煅烧颗粒，并在大约1400℃下烧结，得到成形陶瓷磨料颗粒。煅烧和烧结均采用管式回转炉完成。
混合物制备
根据表1中列出的量和组分制备五种混合物。通过使用气动搅拌器将指示的组分混合而制备混合物1和混合物4(具有液体组分)。通过使用桨叶式搅拌器将指示的组分搅动1分钟来制备混合物2(干燥成分)。通过使用桨叶式搅拌器将混合物1和混合物2混合10分钟来制备混合物3。通过使用桨叶式搅拌器将混合物4和混合物2混合10分钟来制备混合物5。
表1
实例1
按如下方式制备类型为27的中心下凹复合磨削轮。将直径为7英寸(18cm)的SCRIM圆盘放入直径为7英寸(18cm)的腔体模具中。均匀地铺开混合物3(150g)，然后将第二个6.75英寸(17cm)的SCRIM圆盘放在混合物之上。均匀地铺开混合物5(200g)，然后将5英寸(13cm)的SCRIM圆盘插入腔体内。随后以40吨/38平方英寸(14.5MPa)的压力对充满的腔体模具施压。
将得到的轮从腔体模具中取出，并放置在介于中心下凹铝板之间的心轴上，以便将其压制成类型为27的中心下凹磨削轮。以5吨/38平方英寸(1.8MPa)的压力将所述轮压缩成圆盘形状。随后将该轮放置在烘箱中固化：79℃持续7小时，107℃持续3小时，185℃持续18小时，然后历时4小时将温度缓慢降至27℃。最终磨削轮的尺寸是180mm直径×4mm厚度。中心孔的直径为7/8英寸(2.2cm)。所得的中心下凹复合磨削轮被构造成使得含有成形陶瓷磨料颗粒的层(即，与主要研磨部分相对应)与中心下凹部分相对。
实例2
根据表2中记录的量和组分制备六种混合物。通过使用缓慢旋转搅拌器以48RPM的速度混合6分钟来制备混合物6和混合物9(具有液体组分)。在高速旋转粉碎搅拌器中以3000rpm的速度混合3分钟来制备混合物7和混合物10(干燥成分)。混合物8是使用桨叶式搅拌器历时10分钟混合并搅拌在一起的混合物6和混合物7。类似地，混合物11是使用桨叶式搅拌器混合并搅拌在一起的混合物9和混合物10的组合。
表2
根据下述工序制备实例2的磨削轮。将混合物8和混合物11过具有2mm×2mm开口的筛网过筛，以移除凝聚物。然后将该过筛的混合物压入直径为7英寸(18cm)的模具中。将SCRIM2的7英寸(18cm)圆盘放入模具中。接着通过矿物分配器(闸板)添加混合物11，以填满模具的第一半腔体，从而形成第一研磨层。添加SCRIM2的直径为6.75英寸(17cm)的圆盘，然后通过第二矿物分配器将混合物8添加到模具腔体的第二半部中以形成第二研磨层，并添加SCRIM2玻璃纤维网片的直径为5英寸(13cm)的圆盘。以220kg/cm2的压力对该混合物进行压制。
将轮放置在铝板之间的心轴上。以50巴(5MPa)每八个轮的叠堆的压力将八个板和八个加压轮的叠堆压缩，并保持压缩状态等待固化。将轮置于烘箱中固化。烘箱温度历时17小时从60℃倾斜升温到178℃，在178℃保持7小时，然后历时11小时缓慢降至60℃。随后关闭加热装置，并使烘箱冷却。最终的复合研磨轮的尺寸为：7英寸(18cm)的直径×0.25英寸(0.64cm)的厚度。中心孔的直径为7/8英寸(2.2cm)。轮重量介于365g和375g之间。
比较例A
比较例A是根据实例1的工序制备的类型为27的中心下凹磨削轮，不同的是在底层和顶层中均使用了混合物5。在该构型中，成形陶瓷磨料颗粒分布在整个研磨轮上。
比较例B
比较例B是市售的类型为27的双层型中心下凹磨削轮，其包括陶瓷氧化铝和氧化锆氧化铝磨料颗粒，并作为“7×0.125×7/8NORZON PLUS类型为27的中心下凹轮(7×0.125×7/8NORZON PLUS Type27depressedcenter wheel)”得自美国马萨诸塞州伍斯特的诺顿磨料公司(NortonAbrasives,Worcester,Massachusetts)。
磨削测试
采用以下工序测试研磨轮(圆盘)：使用6000RPM的气动研磨机，手动地在矩形低碳钢筋(0.5英寸(1.3cm)×18英寸(45.7cm)×3英寸(7.6cm))的0.5英寸(1.3cm)×18英寸(45.7cm)表面上进行磨削，持续10个1分钟的循环。外加负载是13磅(5.9kg)的研磨机重量。在每个循环之前和之后对钢筋进行称重，并记录重量损失(即，切削量)。钢筋在每个循环中从一端到另一端来回移动16次。在每个10次循环的测试之后记录磨削圆盘的重量损失(即，圆盘磨损)。测试结果记录在下面的表3中。
表3
在不脱离本发明的范围和精神的条件下，本领域的技术人员可对本发明进行各种修改和更改，并且应当理解，本发明不应不当地受限于本文所述的示例性实施例。

Claims (15)

1.一种复合研磨轮，包括：
主要研磨部分，其限定前表面，其中所述主要研磨部分包括保持在第一有机粘合剂中的成形陶瓷磨料颗粒；
次要研磨部分，其限定与所述前表面相背对的后表面，其中所述次要研磨部分粘结到所述主要研磨部分，其中所述次要研磨部分包括保持在第二有机粘合剂中的次要粉碎磨料颗粒，其中与所述次要研磨部分相比，所述主要研磨部分包括更大体积百分比的所述成形陶瓷磨料颗粒；并且
其中所述复合研磨轮在其中具有从所述前表面延伸到所述后表面的中心孔。
2.根据权利要求1所述的复合研磨轮，其中所述次要研磨部分基本上不含所述成形陶瓷磨料颗粒。
3.根据权利要求1或2所述的复合研磨轮，其中所述成形陶瓷磨料颗粒包括截头三棱锥。
4.根据权利要求3所述的复合研磨轮，其中所述截头三棱锥具有在75到85度范围内的倾斜角。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的复合研磨轮，其中所述主要研磨部分还包括稀释的粉碎磨料颗粒。
6.根据权利要求5所述的复合研磨轮，其中与所述成形陶瓷磨料颗粒相比，所述稀释的粉碎磨料颗粒具有更小的平均粒度。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的复合研磨轮，其中所述第一有机粘合剂和所述第二有机粘合剂是不同的。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的复合研磨轮，其中所述成形陶瓷磨料颗粒的最大长度与厚度的比率为1:1至8:1。
9.根据权利要求1至7中任一项所述的复合研磨轮，其中所述成形陶瓷磨料颗粒的最大长度与厚度的比率为2:1至5:1。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的复合研磨轮，其中所述成形陶瓷磨料颗粒包括溶胶-凝胶衍生的成形氧化铝磨料颗粒。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的复合研磨轮，其中所述成形陶瓷磨料颗粒具有涂布于其上的无机颗粒涂层。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的复合研磨轮，其中所述主要研磨部分还包括邻近所述前表面的第一增强织物，并且其中所述次要研磨部分还包括邻近所述次要研磨部分的所述后表面的第二增强织物。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的复合研磨轮，其中所述复合研磨轮具有环绕所述中心孔的中心下凹部分。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的复合研磨轮，其中以总重量计，所述主要研磨部分包括66至74重量％的成形氧化铝磨料颗粒、14至20重量％的衍生自液体酚醛树脂和固体酚醛树脂的有机粘合剂，以及10至15重量％的助磨剂颗粒。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的复合研磨轮，其中所述第一有机粘合剂和第二有机粘合剂中的至少一者包括至少部分固化的酚醛树脂。
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