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TWI470069B - 用於高速磨削操作之磨料物品 - Google Patents

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TWI470069B
TWI470069B TW101111043A TW101111043A TWI470069B TW I470069 B TWI470069 B TW I470069B TW 101111043 A TW101111043 A TW 101111043A TW 101111043 A TW101111043 A TW 101111043A TW I470069 B TWI470069 B TW I470069B
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Nilanjan Sarangi
Renaud Fix
Stephen Woods
Jim Gaffney
John Campaniello
John R Besse
Stephen E Fox
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Saint Gobain Abrasives Inc
Saint Gobain Abrasifs Sa
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Description

用於高速磨削操作之磨料物品
以下內容係針對磨料物品，並且具體地是適合用於進行高速磨削操作的黏結的磨料物品。
研磨工具一般被形成為具有包含在一黏結劑材料中的磨料顆粒，用於材料去除應用。在這樣的研磨工具中可以採用超級磨料顆粒(例如，金剛石或立方氮化硼(CBN)))或加晶種的(或甚至未加晶種的)燒結的溶膠凝膠氧化鋁磨料顆粒，也稱為微晶α-氧化鋁(MCA)磨料顆粒。該黏結劑材料可以是有機材料，如樹脂；或無機材料，如玻璃或玻璃化的材料。具體而言，使用了玻璃化的黏結劑材料並且包含MCA顆粒或超級磨料顆粒的黏結的研磨工具在商業上可用於磨削。
某些黏結的研磨工具，特別是使用了玻璃化的黏結劑材料的那些，要求高溫成形過程，通常是在1100℃或更高的等級上，這會對MCA的磨料顆粒具有不利影響。事實上，已經認識到在形成研磨工具所必須的這樣的高溫下，該黏結劑材料可以與該等磨料顆粒、特別是MCA顆粒發生反應並且損害磨料的整體性，從而減小磨料的銳度以及性能特性。其結果係，工業上已經轉向降低形成黏結劑材料所必須的成形溫度，以便抑制磨料顆粒在該成形過程中的高溫退化。
例如，為了減小MCA顆粒與玻璃化黏結劑之間的反應的量，美國專利號4,543,107揭露了一適合於在低達約900℃的溫度下進行燒製的黏結劑組合物。在一替代的途徑中，美國專利號4,898,597揭露了包含至少40%的製成玻璃料的材料、適合於在低達約900℃的溫度下進行燒製的一黏結劑組合物。其他利用了能夠在低於1000℃的溫度下形成的黏結劑材料的此類黏結的磨料物品包括美國專利號5,203,886；美國專利號5,401,284；美國專利號5,536,283；以及美國專利號6,702,867。工業上仍然繼續要求此類黏結的磨料物品的改進的性能。
以上該等玻璃體黏結劑材料不一定適合於高速磨削操作。典型地，高速磨削操作要求在超過1100℃的燒結溫度下形成的玻璃體黏結的磨料物品，這樣使得該磨料物品可以經受住在高速磨削操作過程中施加的力。工業上繼續要求改進的黏結的磨料物品。
根據一方面，一磨料物品包括一黏結的磨料本體，該本體具有包含在一黏結劑材料內的、包括微晶氧化鋁(MCA)的磨料顆粒，該黏結劑材料係由不大於約20wt%的氧化硼(B2 O3 )形成的、具有不大於約3.2(按重量百分比計)的矽石重量百分比(SiO2 )：氧化鋁重量百分比(Al2 O3 )之比以及不大於約3.0wt%的氧化磷(P2 O5 )。該黏結的磨料本體具有占該黏結的磨料本體總體積的至少 約42vol%的孔隙率，並且該黏結的磨料本體能夠在至少約60m/s的速度下磨削一包含金屬的工件。
根據另一方面，一磨料物品具有一黏結的磨料本體，該本體具有包含在一種單相玻璃體黏結劑材料內的、包括微晶氧化鋁(MCA)的磨料顆粒，該黏結劑材料係由不大於約20wt%的氧化硼(B2 O3 )形成、具有的矽石(SiO2 )重量百分比：氧化鋁(Al2 O3 )重量百分比之比係不大於約3.2(按重量百分比計)。該黏結的磨料本體具有占該黏結的磨料本體總體積的至少約42vol%的孔隙率，並且該黏結的磨料本體能夠在至少約60m/s的速度下磨削一包含金屬的工件。
在又另一方面，一磨料物品包括一黏結的磨料本體，該本體具有包含在一黏結劑材料內的、包括微晶氧化鋁(MCA)的磨料顆粒，其中該黏結的磨料本體具有占該黏結的磨料本體總體積的至少約42vol%的孔隙率。該黏結的磨料本體能夠在至少約60m/s的速度下磨削一包含金屬的工件、並且在1.8的切削深度下具有不大於約0.07英寸(1.78mm)的轉角保持因數。
在另一方面，一磨料物品包括一黏結的磨料本體，該本體具有包含在一黏結劑材料內的、包括微晶氧化鋁(MCA)的磨料顆粒，其中該黏結的磨料本體具有占該黏結的磨料本體總體積的至少約42vol%的孔隙率。該黏結的磨料本體能夠在至少約60m/s的速度下、在不大於約10Hp的最大功率下、並且以至少約0.4in3 /min/in(258 mm3 /min/mm)的材料去除速率來磨削一包含金屬的工件。
根據又另一方面，一磨料物品包括一黏結的磨料本體，該本體具有包含在一黏結劑材料內的、包括微晶氧化鋁(MCA)的磨料顆粒，其中該黏結的磨料本體具有占該黏結的磨料本體總體積的至少約42vol%的孔隙率。該黏結的磨料本體能夠在至少約60m/s的速度下、在至少約0.003英寸(0.076mm)的切削深度下、並且以至少約0.4in3 /min/in(258mm3 /min/mm)的材料去除速率來磨削一包含金屬的工件。
在另一方面，一磨料物品包括一黏結的磨料本體，該本體具有包含在一黏結劑材料內的、包括微晶氧化鋁(MCA)的磨料顆粒，其中該黏結的磨料本體具有占該黏結的磨料本體總體積的至少約42vol%的孔隙率。該黏結的磨料本體能夠在至少約60m/s的速度下以至少約0.4in3 /min/in(258mm3 /min/mm)的材料去除速率來磨削一包含金屬的工件。
詳細說明
以下內容係針對黏結的磨料物品，該等可能適合用於工件的磨削和成型。值得注意地，在此的實施方式的該等黏結的磨料物品可以將磨料顆粒結合在一玻璃體黏結劑材料中。適合使用在此該等實施方式的黏結的磨料物品的應用包括磨削操作，包括例如無心磨削、外圓磨削、曲軸磨削、不同表面磨削操作、軸承和齒輪磨削操作、緩進給磨 削、以及不同的工具室應用。
根據一實施方式，形成一實施方式的黏結的磨料物品的一方法可以藉由形成適當化合物與組分的混合物從而形成一黏結劑材料開始。該黏結劑可以由無機材料的化合物形成，如氧化合物。例如，一適當的氧化物材料可以包括氧化矽(SiO2 )。根據一實施方式，該黏結劑材料可以由占該黏結劑材料總重量的不大於約55wt%的氧化矽形成。在其他實施方式中，氧化矽的含量可以更小，例如不大於約54wt%、不大於約53wt%、不大於約52wt%、或者甚至不大於51wt%。而且在某些實施方式中，該黏結劑材料可以由占該黏結劑材料總重量的至少約45wt%、如至少約46wt%、在至少約47wt%的等級上、至少約48wt%、或甚至至少約49wt%的氧化矽形成。將瞭解的是氧化矽的量可以位於以上指出的任何最小與最大百分比之間的範圍內。
該黏結劑材料還可以結合某個含量的氧化鋁(Al2 O3 )。例如，該黏結劑材料可以包括占該黏結劑材料總重量的至少約12wt%的氧化鋁。在其他多個實施方式中，氧化鋁的量可以是至少約14wt%、至少約15wt%、或甚至至少約16wt%。在某些情況下，該黏結劑材料可以包括一量值的氧化鋁，該量值係該黏結劑的總重量的不大於約23wt%、不大於約21wt%、不大於約20wt%、不大於約19wt%、或甚至不大於約18wt%。將瞭解的是氧化鋁的量可以位於以上指出的任何最小與最大百分比之間的範圍內。
在某些情況下，該黏結劑材料可以由以重量百分比測量的氧化矽的量對於以重量百分比測量的氧化鋁的量之間的特定比率形成。例如，矽石與氧化鋁之比可以藉由將該黏結劑材料中氧化矽的重量百分比除以氧化鋁的重量百分比來描述。根據一實施方式，氧化矽與氧化鋁之比可以是不大於約3.2。在其他情況下，該黏結劑材料內的氧化矽與氧化鋁之比可以是不大於約3.1、不大於約3.0、或甚至不大於約2.9。而且在某些情況下，該黏結劑材料可以被形成為使得氧化矽的重量百分比與氧化鋁的重量百分比之比為至少約2.2，如至少約2.3，如在至少約2.4的等級上、至少約2.5、至少約2.6、或甚至至少約2.7。將瞭解的是氧化鋁和氧化矽的總量可以位於以上指出的任何最小與最大值之間的範圍內。
根據一實施方式，該黏結劑材料可以由某個含量的氧化硼(B2 O3 )形成。例如，該黏結劑材料可以結合占該黏結劑材料總重量的不大於約20wt%的氧化硼。在其他情況下，氧化硼的量可以更小，例如不大於約19wt%、不大於約18wt%、不大於約17wt%、或者甚至不大於約16wt%。而且該黏結劑材料可以由占該黏結劑材料總重量的至少約11wt%、如至少約12wt%、至少約13wt%、或甚至至少約14wt%的氧化硼形成。將瞭解的是氧化硼的量可以位於以上指出的任何最小與最大百分比之間的範圍內。
根據一實施方式，該黏結劑材料可以被形成為使得該黏結劑材料內氧化硼的重量百分比與氧化矽的重量百分比 的總含量(即，總和)可以是該黏結劑材料總重量的不大於約70wt%。在其他情況下，氧化矽和氧化硼的總含量可以是不大於約69wt%，如不大於約68wt%、不大於約67wt%、或者甚至不大於約66wt%。根據一具體實施方式，氧化矽和氧化硼的總的重量百分比含量可以是該黏結劑材料總重量的至少約55wt%，如至少約58wt%、至少約60wt%、至少約62wt%、至少約63wt%、至少約64wt%、或甚至至少約65wt%。將瞭解的是該黏結劑材料內氧化矽和氧化硼的總重量百分比可以位於以上指出的任何最小與最大百分比之間的範圍內。
此外在具體的情況下，在該黏結劑材料內，氧化矽的量可以大於氧化硼的量，如以重量百分比測量的。值得注意地，氧化矽的量可以比氧化硼的量大至少約1.5倍、大至少約1.7倍、大至少約1.8倍、大至少約1.9倍、大至少約2.0倍、或甚至大至少約2.5倍。而且在一實施方式中，該黏結劑材料可以包括一量值的氧化矽，該量值係大出了不大於約5倍，如大出了不大於約4倍、大出了不大於約3.8倍、或者甚至大出了不大於約3.5倍。將瞭解的是氧化矽的量與氧化硼的量之比的差值可以位於以上指出的任何最小與最大值之間的範圍內。
根據一實施方式，該黏結劑材料可以由至少一種鹼金屬氧化合物(R2 O)形成，其中R代表一選自元素週期表中IA族元素中的金屬。例如，該黏結劑材料可以由一種來自包括氧化鋰(Li2 O)、氧化鈉(Na2 O)、氧化鉀(K2 O)、 和氧化銫(Cs2 O)、及其組合的化合物組中的鹼金屬氧化合物(R2 O)形成。
根據一實施方式，該黏結劑材料可以由總含量占該黏結劑材料總重量的不大於約20wt%的鹼金屬氧化合物形成。對於根據在此的多個實施方式的其他黏結的磨料物品而言，鹼金屬氧化合物的總含量可以是不大於約19wt%、不大於約18wt%，、不大於約17wt%、不大於約16wt%、或者甚至不大於15wt%。而且在一實施方式中，在該黏結劑材料內鹼金屬氧化合物的總含量可以是至少約10wt%、如至少約12wt%、至少約13wt%、或甚至至少約14wt%。將瞭解的是該黏結劑材料可以包括總含量位於以上指出的任何最小與最大百分比之間的範圍內的多種鹼金屬氧化合物。
根據一具體實施方式，該黏結劑材料可以由如以上指出的不大於約3種單獨的鹼金屬氧化合物(R2 O)形成。事實上，某些黏結劑材料可以在該黏結劑材料中結合不大於約2種的鹼金屬氧化合物。
此外，該黏結劑材料可以被形成為使得該等鹼金屬氧化合物中任何一種的單獨含量係不大於該黏結劑材料中多種鹼金屬氧化合物的總含量的一半(以重量百分比計)。此外，根據一具體實施方式，氧化鈉的量可以大於氧化鋰或氧化鉀的含量(重量百分比)。在更具體的情況下，以重量百分比測量的氧化鈉的總含量可以大於以重量百分比測量的氧化鋰和氧化鉀的含量之和。此外，在一實施方式 中，氧化鋰的量可以大於氧化鉀的含量。
根據一實施方式，形成該黏結劑材料的多種鹼金屬氧化合物以重量百分比測量的總量可以小於該黏結劑材料中氧化硼的量(以重量百分比測量)。事實上，在某些情況下，與該黏結劑材料內的氧化硼的總重量百分比相比，多種鹼金屬氧化合物的總重量百分比可以是在約0.9至約1.5之間的範圍內，如在約0.9與約1.3之間的範圍內、或甚至在約0.9與約1.1之間的範圍內。
該黏結劑材料可以由某個量值的多種鹼土金屬化合物(RO)形成，其中R代表一種來自元素週期表的IIA族中的元素。例如，該黏結劑材料可以結合多種鹼土金屬氧化合物，如氧化鈣(CaO)、氧化鎂(MgO)、氧化鋇(BaO)、或甚至氧化鍶(SrO)。根據一實施方式，該黏結劑材料可以包含占該黏結劑材料總重量的不大於約3.0wt%的鹼土金屬氧化合物。在又其他的情況下，該黏結劑材料可以包含更少的鹼土金屬氧化合物，例如在不大於約2.8wt%、不大於約2.2wt%、不大於約2.0wt%、或不大於約1.8wt%的等級上。而且根據一實施方式，該黏結劑材料可以包含一個含量的一或多種鹼土金屬氧化合物，該含量係占該黏結劑材料總重量的至少約0.5wt%、如至少約0.8wt%、至少約1.0wt%、或甚至至少約1.4wt%。將瞭解的是在該黏結劑材料中鹼土金屬氧化合物的量可以位於以上指出的任何最小與最大百分比之間的範圍內。
根據一具體實施方式，該黏結劑材料可以由不大於約 3種不同的鹼土金屬氧化合物形成。事實上，該黏結劑材料可以包含不大於2種的不同的鹼土金屬氧化合物。在一具體情況下，該黏結劑材料可以由氧化鈣和氧化鎂組成的2種鹼土金屬氧化合物形成。
在一實施方式中，該黏結劑材料可以包括量值大於氧化鎂量值的氧化鈣。此外，該黏結劑材料內氧化鈣的量可以大於該黏結劑材料中存在的任何其他鹼土金屬氧化合物的含量。
該黏結劑材料可以由總含量占該黏結劑材料總重量的不大於約20wt%的鹼金屬氧化合物和鹼土金屬氧化合物的組合形成。在其他實施方式中，在該黏結劑材料內鹼金屬氧化合物和鹼土金屬氧化合物的總含量可以不大於約19wt%、如不大於約18wt%、或甚至不大於約17wt%。然而在某些實施方式中，在該黏結劑材料內存在的鹼金屬氧化合物和鹼土金屬氧化合物的總含量可以是至少約12wt%、如至少約13wt%，如至少約14wt%、至少約15wt%、或甚至至少約16wt%。將瞭解的是該黏結劑材料可以具有總含量位於以上指出的任何最小與最大百分比之間的範圍內的鹼金屬氧化合物和鹼土金屬氧化合物。
根據一實施方式，該黏結劑材料可以被形成為使得在該黏結劑材料內存在的鹼金屬氧化合物的含量大於鹼土金屬氧化合物的總含量。在一具體的實施方式中，該黏結劑材料可以被形成為使得鹼金屬氧化合物的總含量(以重量百分比計)對比鹼土金屬氧化合物的總重量百分比之比 (R2 O：RO)係在約5：1與約15：1之間的範圍內。在其他實施方式中，在該黏結劑材料內存在的鹼金屬氧化合物的總重量百分比與鹼土金屬氧化合物的總重量百分比之比可以是在約6：1與約14：1之間的範圍內，如在約7：1與約12：1之間的範圍內、或甚至在約8：1與約10：1之間的範圍內。
根據一實施方式，該黏結劑材料可以由占該黏結劑材料總重量的不大於約3wt%的氧化磷形成。在某些其他情況下，該黏結劑材料可以包含占該黏結劑材料總重量的不大於約2.5wt%、如不大於約2.0wt%、不大於約1.5wt%、不大於約1.0wt%、不大於約0.8wt%、不大於約0.5wt%、或甚至不大於約0.2wt%的氧化磷。事實上，在某些情況下，該黏結劑材料可以基本上不含氧化磷。適當含量的氧化磷可以促進在此描述的某些特徵和磨削性能特性。
根據一實施方式，該黏結劑材料可以由不大於一種的組合物形成，該組合物包括不大於約1wt%的某些氧化合物，該等氧化合物包括例如諸如MnO2 、ZrsiO2 、CoAl2 O4 和MgO的氧化合物。事實上，在具體實施方式中，該黏結劑材料可以基本上不含以上指明的氧化合物。
除了被置於混合物中的該等黏結劑材料之外，該用於形成黏結的磨料物品的方法可以進一步包括結合某種類型的磨料顆粒。根據一實施方式，該等磨料顆粒可以包括微晶氧化鋁(MCA)。事實上，在某些情況下，該等磨料顆粒可以基本上由微晶氧化鋁組成。
該等磨料顆粒可以具有不大於約1050微米的平均粒徑。在其他實施方式中，該等磨料顆粒的平均粒徑可以更小，例如在不大於800微米、不大於約600微米、不大於約400微米、不大於約250微米、不大於約225微米、不大於約200微米、不大於約175微米、不大於約150微米、或甚至不大於約100微米的等級上。而且，該等磨料顆粒的平均粒徑可以是至少約1微米，如至少約5微米、至少約10微米、至少約20微米、至少約30微米、或甚至至少約50微米、至少約60微米、至少約70微米、或甚至至少約80微米。將瞭解的是該等磨料顆粒的平均粒徑可以處於以上指出的任何最小與最大值之間的範圍內。
進一步關於利用了微晶氧化鋁的磨料顆粒，將會瞭解的是微晶氧化鋁可以由具有亞微米大小的平均晶粒尺寸的晶粒形成。事實上，一具微晶氧化鋁的平均晶粒尺寸可以是不大於約1微米，如不大於約0.5微米、不大於約0.2微米、不大於約0.1微米、不大於約0.08微米、不大於約0.05微米、或甚至不大於約0.02微米。
此外，這種包括磨料顆粒和黏結劑材料的混合物的形成可以進一步包括添加其他的組分，如填充劑、成孔物、以及適合於形成最終形成的黏結的磨料物品的材料。成孔材料的一些適當的例子可以包括但不限於：泡沫氧化鋁、泡沫莫來石、空心球(包括空心玻璃球、空心陶瓷球、或空心聚合物球)、聚合物或塑膠材料、有機化合物、纖維材料(包括玻璃繩和/或纖維)、陶瓷、或聚合物。其他適 當的成孔材料可以包括：萘、PDB、貝殼、木材等等。在再另一實施方式中，該填充劑可以包括一或多種無機材料，包括例如氧化物；並且具體地可以包括結晶或非晶相的氧化鋯、矽石、二氧化鈦以及它們的組合。
在適當地形成該混合物之後，可以將該混合物成型。適當的成型工藝可以包括壓製操作和/或模製操作以及它們的組合。例如，在一實施方式中，該混合物可以藉由將該混合物在一模具中冷壓而形成生坯來成型。
在適當地形成該生坯之後，可以將該生坯在特定溫度下燒結以促進形成一具有玻璃體相黏結劑材料的磨料物品。值得注意地，該燒結操作可以在小於約1000℃的燒結溫度下進行。在具體實施方式中，該燒結溫度可以小於約980℃，如小於約950℃、並且特別地是在約800℃與950℃之間的範圍內。將會瞭解的是，對於以上提及的黏結劑組分可以使用特別低的燒結溫度，這樣避免了過高的溫度並且因此限制了該形成過程中該等磨料顆粒的降解。
根據一具體實施方式，該黏結的磨料本體包括一具有玻璃體相材料的黏結劑材料。在具體情況下，該黏結劑材料可以是一單相的玻璃體材料。
最終形成的黏結的磨料本體可以具有特定含量的黏結劑材料、磨料顆粒、以及孔隙率。值得注意地，該黏結的磨料物品的本體可以具有占該黏結的磨料本體總體積的至少約42vol%的孔隙率。在其他實施方式中，孔隙率的量可以更大，例如占該黏結的磨料本體總體積的至少約43 vol%，如至少約44vol%、至少約45vol%、至少約46vol%、至少約48vol%、或甚至於至少約50vol%。根據一實施方式，該黏結的磨料本體可以具有不大於約70vol%、如不大於約65vol%、不大於約62vol%、不大於約60vol%、不大於約56vol%、不大於約52vol%、或者甚至不大於約50vol%的孔隙率。將瞭解的是該黏結的磨料本體可以具有處於以上指出的任何最小與最大百分比之間的範圍內的孔隙率。
根據一實施方式，該黏結的磨料本體可以具有占該黏結的磨料本體總體積的至少約35vol%的磨料顆粒。在其他實施方式中，磨料顆粒的總含量可以更大，例如至少約37vol%或甚至至少約39vol%。根據一具體實施方式，該黏結的磨料本體可以被形成為使得它具有占該黏結的磨料本體總體積的不大於約50vol%的磨料顆粒，如不大於約48vol%或甚至不大於約46vol%。將瞭解的是在該黏結的磨料本體內磨料顆粒的含量可以位於以上指出的任何最小與最大百分比之間的範圍內。
在具體情況下，該黏結的磨料本體被形成為使得它包含與孔隙率和磨料顆粒的含量相比較小含量(vol%)的黏結劑材料。例如，該黏結的磨料本體可以具有占該黏結的磨料本體總體積的不大於約15vol%的黏結劑材料。在其他情況下，該黏結的磨料本體可以被形成為使得它包含占該黏結的磨料本體總體積的不大於約14vol%、不大於約13vol%、或甚至不大於約12vol%的黏結劑材料。在一具體情 況下，該黏結的磨料本體可以被形成為使得它包含占該黏結的磨料本體總體積的至少約7vol%、如至少約8vol%、在至少約9vol%的等級上、或甚至至少約10vol%的黏結劑材料。
圖1包括根據一實施方式存在於一特定的黏結的磨料物品中的多個相的簡圖。圖1包括黏結劑的vol%、磨料顆粒的vol%、以及孔隙率的vol%。陰影區域101代表一適合於高速磨削應用的常規的黏結的磨料物品，而陰影區103代表一根據在此的實施方式的黏結的磨料物品的相含量，也適合於高速磨削應用。高速磨削應用典型地被認為是以60m/s或更大的操作速度進行的磨削。
值得注意地，該等常規的高速黏結的磨料物品的相含量(即，陰影區域101)與一實施方式的黏結的磨料物品的相含量顯著不同。值得注意地，常規的高速黏結的磨料物品典型地具有在大致40vol%與51vol%之間的範圍內的最大孔隙率、大致42vol%至50vol%的磨料顆粒含量、以及大致9至20vol%的黏結劑含量。常規的黏結的磨料物品典型地具有50vol%或更小的最大孔隙率含量，因為高速磨削應用要求一黏結的磨料本體具有足夠的強度來應對在高速磨削過程中遇到的過度的力，並且高度多孔黏結的磨料本體之前並不能經受住該等力。
根據一實施方式，一黏結的磨料物品可以具有比常規的高速黏結的磨料物品顯著更大的孔隙率。例如，一實施方式的一黏結的磨料物品可以具有占該黏結的磨料本體總 體積的約51vol%與約58vol%之間的範圍內的孔隙率含量。此外，如圖1中展示的，一實施方式的黏結的磨料物品可以具有占該黏結的磨料物品總體積的約40vol%與約42vol%之間的範圍內的磨料顆粒含量、以及在大致2vol%與約9vol%之間範圍內的特別低的黏結劑含量。
值得注意地，這裡該等實施方式的黏結的磨料本體可以具有與常規的黏結的磨料本體不同的特定特徵。具體地，這裡該等黏結的磨料物品可以具有特定含量的孔隙率、磨料顆粒和黏結劑，同時展現出特別的機械特徵使得它們適合於特定的應用，如高速磨削應用。例如，在一實施方式中，該黏結的磨料本體可以具有特定的破裂模量(MOR)，它對應於一特定的彈性模量(MOE)。例如，該黏結的磨料本體對於至少約40GPa的MOE可以具有至少45MPa的MOR。在一實施方式中，對於40GPa的MOE，MOR可以是至少約46MPa，如至少約47MPa、至少約48MPa、至少約49MPa、或甚至至少約50MPa。而且，該黏結的磨料本體對於40GPa的MOE可以具有不大於約70MPa的MOR，如不大於約65Mpa、或不大於約60MPa。將瞭解的是該MOR可以位於以上給出的任何最小與最大值之間的範圍內。
MOR可以在尺寸為4”×1”×0.5”的樣品上使用標準的3點彎曲試驗來測量，其中在1”×0.5”平面上施加荷載，除了樣品尺寸外，總體上是按照ASTM D790。可以記錄失效荷載並使用標準等式來返回計算MOR。MOE可以藉由使 用GrindoSonic儀器或類似設備、按照磨料磨輪行業中的標準實踐來測量該等複合物的固有頻率而計算。
在另一實施方式中，對於具有45GPa的MOE的某些黏結的磨料本體，MOR可以是至少約45MPa。事實上，對於具有45GPa的MOE的某些黏結的磨料本體，MOR可以是至少約46MPa，如至少約47MPa、至少約48MPa、至少約49MPa、或甚至至少約50MPa。而且，對於45GPa的MOE，MOR可以是不大於約70MPa、不大於約65Mpa、或不大於約60MPa。將瞭解的是該MOR可以位於以上給出的任何最小與最大值之間的範圍內。
在一實施方式中，該黏結的磨料本體可以具有一強度比，這係對MOR除以MOE的一量度。在具體的情況下，一特定的黏結的磨料本體的強度比(MOR/MOE)可以是至少約0.8。在其他情況下，該強度比可以是至少約0.9，例如至少約1.0、至少約1.05、至少約1.10。而且，該強度比可以是不大於約3.00，如不大於約2.50、不大於約2.00、不大於約1.70、不大於約1.50、不大於約1.40、或不大於約1.30。將瞭解的是該等黏結的磨料本體的強度比可以位於以上指出的任何最小與最大值之間的範圍內。
根據一實施方式，該黏結的磨料本體可以適合於在特定的磨削操作中使用。例如，已經發現這裡的實施方式的黏結的磨料本體適合於要求高速操作的磨削操作中。事實上，該等黏結的磨料本體可以在特別高的速度下使用而不損害工件並且提供適當的或改進的磨削性能。根據一實施 方式，該黏結的磨料本體能夠在至少約60m/s的速度下磨削一包含金屬的工件。在其他情況下，該黏結的磨料本體的運行速度可以更大，如至少約65m/s、至少約70m/s、或者甚至至少約80m/s。在某些情況下，該黏結的磨料本體可以能夠在不大於約150m/s、例如不大於約125m/s的速度下磨削工件。將瞭解的是本申請的黏結的磨料本體可以在以上指出的任何最小與最大值之間的範圍內的運行速度下磨削工件。
在此關於該等黏結的磨料本體的磨削能力，可以涉及多種磨削操作，例如無心磨削、外圓磨削、曲軸磨削、不同表面磨削操作、軸承和齒輪磨削操作、緩進給磨削以及不同的工具室磨削應用。此外，用於該等磨削操作的適當工件可以包括無機或有機的材料。在具體情況下，該工件可以包括：一金屬、金屬合金、塑膠、或天然材料。在一實施方式中，該工件可以包括一鐵金屬、非鐵金屬、金屬合金、金屬超耐熱合金、以及它們的一組合。在另一實施方式中，該工件可以包括一有機材料，包括例如聚合物材料。在再其他的情況下，該工件可以是一天然材料，包括例如木材。
在具體情況下，已經注意到該黏結的磨料本體能夠在高速運行下並且以特別高的去除速率來磨削工件。例如在一實施方式中，該黏結的磨料本體能以至少約0.4in3 /min/in(258mm3 /min/mm)的材料去除速率進行磨削操作。在其他實施方式，該材料去除速率可以是至少約0.45 in3 /min/in(290mm3 /min/mm)，如至少約0.5in3 /min/in(322mm3 /min/mm)、至少約0.55in3 /min/in(354mm3 /min/mm)、或甚至至少約0.6in3 /min/in(387mm3 /min/mm)。而且，某些黏結的磨料本體的材料去除速率可以是不大於約1.5in3 /min/in(967mm3 /min/mm)，如不大於約1.2in3 /min/in(774mm3 /min/mm)、不大於約1.0in3 /min/in(645mm3 /min/mm)、或甚至不大於約0.9in3 /min/in(580mm3 /min/mm)。將瞭解的是本申請的黏結的磨料本體能以在以上指出的任何最小與最大值之間的範圍內的材料去除速率來磨削工件。
在某些磨削操作過程中，已經注意到本申請的黏結的磨料本體可以在高速下在特定的切削深度(DOC)下進行磨削。例如，該黏結的磨料本體實現的切削深度可以是至少約0.003英寸(0.0762毫米)。在其他情況下，該黏結的磨料本體能夠在高速磨削操作過程中實現至少約0.004英寸(0.102毫米)的切削深度，如至少約0.0045英寸(0.114毫米)、至少約0.005英寸(0.127毫米)、或甚至至少約0.006英寸(0.152毫米)。將會瞭解的是，使用這裡的黏結的磨料本體進行的高速磨削操作的切削深度可以是不大於約0.01英寸(0.254毫米)、或不大於約0.009英寸(0.229毫米)。將瞭解的是該切削深度可以位於以上指出的任何最小與最大值之間的範圍內。
在其他實施方式中，已經注意到了該黏結的磨料本體能以不超過約10Hp(7.5kW)的最大功率來磨削工件，同 時使用以上指出的磨削參數。在其他實施方式中，高速磨削操作過程中的最大功率可以是不大於約9Hp(6.8kW)，如不大於約8Hp(6.0kW)、或甚至不大於約7.5Hp(5.6kW)。
根據另一實施方式，在高速磨削操作過程中，已經注意到了這裡該等實施方式的黏結的磨料物品具有優越的轉角保持能力，特別是與常規的高速黏結的磨料物品相比的話。事實上，該黏結的磨料本體在至少約1.8的切削深度(Zw)處可以具有不大於約0.07英寸的轉角保持因數，這對應於0.00255英寸/秒，半徑。值得注意地，如在此使用的，1.0的切削深度對應於0.00142英寸/秒，半徑，並且1.4的切削深度(Zw)對應於0.00198英寸/秒，半徑。將會瞭解的是，該轉角保持因數係對在4330V工件(係NiCrMoV硬化且回火的高強度鋼合金)上在特定切削深度處進行5次磨削之後以英寸計的半徑變化的一度量。在某些其他實施方式中，該黏結的磨料物品展示了對於至少約1.80的切削深度而言不大於約0.06英寸、如不大於約0.05英寸、不大於約0.04英寸的轉角保持因數。
 實例 實例1
圖2包括對於根據在此多個實施方式的黏結的磨料物品以及常規的黏結的磨料物品而言破裂模量(MOR)對比 彈性模量(MOE)的一曲線圖。曲線201代表一系列根據在此的多個實施方式形成的黏結的磨料物品的MOR和MOE。這個系列的每個樣品被製造為具有在下表1中提供的黏結劑組成(以wt%計)。該等樣品具有大致42vol%至大致56vol%的孔隙率範圍、在約42vol%與約52vol%之間範圍內的磨料顆粒含量範圍(即，微晶氧化鋁顆粒)、以及在約6vol%與約14vol%之間範圍內的黏結劑材料含量範圍。每個樣品被冷壓而形成棒並在大致900℃至1250℃的燒結溫度下燒結。
曲線203代表適合於高速磨削應用的常規的黏結的磨料物品的MOR與MOE值。該等常規樣品代表在聖高拜公 司(Saint-Gobain Corporation)的VS、VH、以及VBE玻璃體黏結的磨料產品中以K、L和M等級可商購的黏結的磨料物品。該等樣品具有大致42vol%至大致56vol%的孔隙率範圍、在約42vol%與約2vol%之間範圍內的磨料顆粒含量範圍(即，微晶氧化鋁顆粒)、以及在約6vol%與約14vol%之間範圍內的黏結劑材料含量範圍。
使用以上描述的試驗來完成MOR和MOE測試。每個樣品被形成為大致4”×1”×0.5”的大小，並且使用標準的3點彎曲試驗來測量MOR，其中在1”×0.5”平面上施加荷載，除了樣品尺寸外，總體上是按照ASTM D790的。記錄失效荷載並使用標準等式來返回計算MOR。藉由使用GrindoSonic儀器來測量該等複合物的固有頻率來計算MOE。
如圖2中展示的，代表此處的實施方式的黏結的磨料物品的該等樣品(即，曲線201)展示了對於給定的MOE值而言與代表常規的黏結的磨料物品的該等樣品(即，曲線203)相比更高的MOR值。代表此處的實施方式的黏結的磨料物品的該等樣品具有大致1.17的強度比(曲線201的直線斜率：MOR/MOE)。代表常規的黏結的磨料物品的該等樣品具有大致0.63的強度比(曲線203的直線斜率：MOR/MOE)。圖2的數據表明，代表此處的實施方式的黏結的磨料物品的該等樣品與常規的黏結的磨料物品相比對於特定MOE值而言具有改進的MOR值。
因此，如與常規的高速黏結的磨料物品相比對於特定 MOE值而言更高的MOR值所證明的，此處的實施方式的該等黏結的磨料物品適合於高速磨削操作。此外，由於在代表此處的實施方式的黏結的磨料物品的該等樣品中，對於特定MOE而言MOR更大，這樣的特徵有助於對該運行速度而言改進的功率消耗、以及在增大的運行速度下改進的轉角保持能力。
實例2
進行進一步的對比磨削研究來將此處的實施方式的黏結的磨料物品的高速磨削能力與常規的高速磨削黏結的磨料物品進行比較。圖3包括對於常規的黏結的磨料物品與根據在此的一實施方式的黏結的磨料物品相比較而言材料去除速率對比切削深度的一圖表。在包括0.003英寸、0.0045英寸和0.006英寸在內的不同切削深度(DOC)處進行三個試驗。測試參數包括在下表3中。
曲線301、302和303(301-303)代表根據此處該等實施方式形成的黏結的磨料物品的樣品。樣品301-303各自具有大致52vol%至大致56vol%的孔隙率範圍、在約40vol%與約44vol%之間範圍內的磨料顆粒含量範圍(即，微晶氧化鋁顆粒)、以及在約3vol%與約8vol%之間範圍內的黏結劑材料含量範圍。黏結劑的組成與上表1中提供的相同。
樣品305、306和307(305-307)代表適合於高速磨削應用的常規的黏結的磨料物品。該等常規樣品305-307係從聖高拜公司作為NQM90J10VH產品可商購的黏結的磨料物品。樣品305-307各自具有大致50vol%至大致52vol%的孔隙率範圍、在約42vol%與約44vol%之間範圍內的磨料顆粒含量範圍(即，微晶氧化鋁顆粒)、以及在約6vol% 與約10vol%之間範圍內的黏結劑材料含量範圍。
如圖3中展示的，樣品301-303能夠對於高速磨削操作(即，在60m/s的運行速度下進行)而言在所試驗的各個切削深度下獲得與常規樣品305-307相比顯著更大的材料去除速率。在各個試驗中，使用樣品301-303和305-307進行磨削，直到工件展現出燒毀或樣品不能再磨削為止。在每個試驗中，樣品301-303實現了與常規樣品305-307相比顯著更大的材料去除速率。並且事實上，在0.0045英寸的切削深度處，樣品302的材料去除速率比常規樣品306所實現的材料去除速率大出了3倍多。此外，在0.006英寸的切削深度值處，樣品303展現的材料去除速率與樣品302的材料去除速率差不多、並且大於常規樣品307的材料去除速率的10倍。這樣的結果顯示了根據此處該等實施方式形成的黏結的磨料物品超越習知技術的常規的黏結的磨料物品在磨削效力和磨削能力上的顯著改進。
實例3
進行進一步的對比磨削研究來將此處的實施方式的黏結的磨料物品的高速磨削能力與常規的高速磨削黏結的磨料物品進行比較。圖4包括對於常規的黏結的磨料物品以及根據一實施方式的黏結的磨料物品而言材料去除速率對比切削深度的一圖表。在0.003英寸的特定切削深度(DOC)處進行與實例2中展現的相同的試驗(見上表3)以測量在工件展現出燒毀之前的閾值材料去除速率。注意，對於 這個試驗，運行速度係80m/s。
曲線401代表根據在此的多個實施方式形成的黏結的磨料物品的一樣品。樣品401具有與以上實例3中呈現的樣品301-303相似的結構。樣品403代表從聖高拜公司作為NQM90J10VH產品可商購的、適合於高速磨削應用的一常規的黏結的磨料物品。
如圖4中展示的，樣品401實現了與常規樣品403相比顯著更大的材料去除速率。並且事實上，在0.003英寸的切削深度處，樣品401的材料去除速率比常規樣品403所實現的材料去除速率大出了10倍多。這樣的結果顯示了根據此處該等實施方式形成的黏結的磨料物品超越習知技術的常規的黏結的磨料物品在磨削效力和磨削能力上的顯著改進。
實例4
進行另一對比磨削試驗來將此處的實施方式的黏結的磨料物品以及常規的高速磨削的黏結的磨料物品在高速磨削操作過程中的最大功率消耗進行比較。圖5-7包括展示了試驗結果的曲線。
圖5包括對於常規的黏結的磨料物品以及根據在此多個實施方式的黏結的磨料物品而言最大功率對比材料去除速率的一曲線圖。在不同樣品上在0.003英寸的切削深度(DOC)和60m/s的運行速度下使用與上表3中提供的相同的參數來進行一試驗。對於這個試驗，使用樣品501-502 和504-506來磨削工件，直到工件展現出燒毀或樣品不能再磨削為止。
曲線501和502(501-502)代表根據此處該等實施方式形成的黏結的磨料物品的樣品。該等樣品501-502具有大致52vol%至大致56vol%的孔隙率範圍、在約40vol%與約44vol%之間範圍內的磨料顆粒含量範圍(即，微晶氧化鋁顆粒)、以及在約3vol%與約8vol%之間範圍內的黏結劑材料含量範圍。黏結劑的組成與上表1中提供的相同。
樣品504、505和506(504-506)代表適合於高速磨削應用的常規的黏結的磨料物品。該等常規樣品504-506係從聖高拜公司作為NQM90J10VH產品可商購的黏結的磨料物品。樣品504-506各自具有大致50vol%至大致52vol%的孔隙率範圍、在約42vol%與約44vol%之間範圍內的磨料顆粒含量範圍(即，微晶氧化鋁顆粒)、以及在約6vol%與約10vol%之間範圍內的黏結劑材料含量範圍。
如圖5中展示的，樣品501-502對於高速磨削操作(即，在60m/s的運行速度下進行)而言與常規樣品504-506相比在0.003英寸的切削深度下獲得了顯著更大的材料去除速率同時具有差不多的或更小的最大功率消耗。在每個試驗中，樣品501-502實現了與常規樣品504-506相比顯著更大的材料去除速率。並且事實上，樣品501的最大功率消耗顯著小於常規樣品504和505的最大功率消耗、並且與常規樣品506的最大功率消耗差不多。同樣，樣品502的最大功率消耗與常規樣品504和505的最大功 率消耗差不多，同時實現了是常規樣品504和505的材料去除速率的幾乎2倍的一材料去除速率。這樣的結果顯示了根據此處該等實施方式形成的黏結的磨料物品超越習知技術的常規的黏結的磨料物品在磨削效力和磨削能力上的顯著改進。
圖6包括對於常規的黏結的磨料物品以及根據在此多個實施方式的黏結的磨料物品而言最大功率對比材料去除速率的一曲線圖。在不同樣品上在0.0045英寸的切削深度(DOC)和60m/s的運行速度下使用與上表3中提供的相同的參數來進行該試驗。對於這個試驗，使用全部樣品601-602和604來磨削工件，直到工件展現出燒毀或樣品不能再磨削為止。
曲線601和602(601-602)代表根據此處該等實施方式形成的黏結的磨料物品的樣品。樣品601和602具有與以上指出的樣品501和502相同的結構。樣品604代表一適合於高速磨削應用的常規的黏結的磨料物品。常規樣品604係與以上描述的可商購的黏結的磨料產品504相同的一黏結的磨料物品。
如圖6中展示的，樣品601-602與常規樣品604相比在0.0045英寸的切削深度下獲得了顯著更大的材料去除速率同時具有類似的或更小的最大功率消耗。事實上，樣品601的最大功率消耗與常規樣品604的最大功率消耗差不多，同時樣品601的材料去除速率係樣品604的材料去除速率的幾乎2倍。此外，樣品602的最大功率消耗小於常 規樣品604的最大功率消耗、並且展現了是常規樣品604的材料去除速率的2倍的一材料去除速率。這樣的結果顯示了根據此處該等實施方式形成的黏結的磨料物品超越習知技術的常規的黏結的磨料物品在磨削效力和磨削能力上的顯著改進。
圖7包括對於常規的黏結的磨料物品以及根據一實施方式的黏結的磨料物品而言最大功率對比材料去除速率的一曲線圖。在不同樣品上在0.003英寸的切削深度(DOC)和80m/s的運行速度下使用與上表3中提供的相同的參數來進行一試驗。對於這個試驗，使用全部樣品701和702-703來磨削工件，直到工件展現出燒毀或樣品不能再磨削為止。
曲線701代表根據在此的一實施方式形成的黏結的磨料物品的一樣品。樣品701具有與以上指出的樣品501相同的結構。樣品702-703代表適合於高速磨削應用的常規的黏結的磨料物品。常規樣品702-703係與以上描述的可商購的樣品504-506相同的黏結的磨料物品。
如圖7中展示的，樣品701與常規樣品702-703相比在0.003英寸的切削深度下獲得了顯著更大的材料去除速率同時具有適當的最大功率消耗。事實上，樣品701的最大功率消耗小於常規樣品703的最大功率消耗，同時材料去除速率大出了約5倍。此外，樣品701的最大功率消耗略微大於常規樣品702的最大功率消耗，但是樣品701實現了大於常規樣品702的材料去除速率的12倍的一材料去 除速率。這樣的結果顯示了根據此處該等實施方式形成的黏結的磨料物品超越習知技術的常規的黏結的磨料物品在磨削效力和磨削能力上的顯著改進。
實例5
進行一對比磨削試驗來將此處該等實施方式的黏結的磨料物品與常規的黏結的磨料物品在高速磨削操作過程中的轉角保持能力進行比較。圖8-11提供了該試驗結果的曲線和圖。
圖8包括對於兩個常規的黏結的磨料物品以及根據一實施方式的黏結的磨料物品而言半徑變化對比切削深度(Zw)(展示了轉角保持因數)的一曲線圖。該轉角保持因數係對給定切削深度處的半徑變化的一度量、並且總體上是對該黏結的磨料物品在高速磨削操作的嚴苛的磨削條件下維持其形狀的能力的一指示。在三個不同的切削深度值(即，1.00、1.40和1.80)處測量每個樣品的半徑變化，如圖8的該等曲線所展示的。試驗參數提供在下表4中。
曲線801代表根據在此的多個實施方式形成的黏合的 磨料物品的一樣品。樣品801具有大致40vol%至大致43vol%的孔隙率範圍、在約46vol%與約50vol%之間範圍內的磨料顆粒含量範圍(即，微晶氧化鋁顆粒)、以及在約9vol%與約11vol%之間範圍內的黏結劑材料含量範圍。樣品801的黏結劑的組成與上表1中指出的相同。
樣品802和803代表適合於高速磨削應用的常規的黏結的磨料物品。常規樣品802和803代表分別作為VS和VH產品可獲得的常規的黏結的磨料物品。該VS和VH產品係從聖高拜公司可商購的。
如圖8中展示的，樣品801具有顯著改進的轉角保持因數，這係藉由特定的切削深度處的半徑總變化(英寸)來度量的。具體而言，曲線801展示了對於所有切削深度值都小於0.05英寸的一轉角保持因數(即，半徑總變化)。此外，樣品801的轉角保持因數比其他的高速的常規的黏結的磨料物品(即樣品802和803)中的任何一個的轉角保持因數都顯著更好。事實上，在1.40的切削深度處，樣品801展示了比常規樣品803小2倍多的轉角保持因數，因此具有的半徑變化小於樣品803的半徑變化的一半。此外，在1.80的切削深度處，樣品801展示了比常規樣品802的轉角保持因數小約2倍、並且比常規樣品803的轉角保持因數小6倍多的一轉角保持因數。這樣的結果顯示了此處該等實施方式的黏結的磨料物品與常規的高速的黏結的磨料物品相比較在轉角保持因數、牢固性、以及耐變形性上的顯著改進。
圖9-11包括一系列圖示，提供了根據一實施方式的黏結的磨料物品對比兩個常規的高速的黏結的磨料物品的轉角保持能力的照片。值得注意地，圖9-11提供了此處該等實施方式的磨料物品與常規的黏結的磨料物品相比改進的轉角保持能力和牢固性的另外證據。
圖9包括一系列照片，展示了常規的黏結的磨料物品與根據一實施方式的黏結的磨料物品相比較的轉角保持因數。樣品901係4330V合金鋼的工件，該工件用一從聖高拜公司作為VH黏結的磨料輪可商購的常規的黏結的磨料物品來磨削。樣品902代表被一從聖高拜公司作為VS黏結的磨料輪可商購的常規的黏結的磨料物品所磨削的工件。樣品903代表被根據一實施方式、具有與以上指出的樣品501相同的結構的黏結的磨料物品所磨削的工件。對於以上所有的樣品，工件的磨削係在表4中提供的條件下進行的。
如圖9中繪出的，與樣品901和902相比，樣品903能夠將工件磨削至具有最均一的邊緣。該等圖片支持之前的試驗所證明的磨削數據。
圖10包括一系列照片，展示了常規的黏結的磨料物品對比根據一實施方式的黏結的磨料物品的轉角保持因數。樣品1001係4330V合金鋼的工件，該工件被一從聖高拜公司作為VH黏結的磨料輪可商購的常規的黏結的磨料物品在下表6中指出的條件下進行磨削。樣品1002代表被一從聖高拜公司作為VS黏結的磨料輪可商購的常規的黏結的 磨料物品所磨削的工件。樣品1003代表被根據一實施方式、具有與樣品501相同的結構的黏結的磨料物品所磨削的工件。對於以上所有的樣品，工件的磨削係在表4中提供的條件下進行。
如圖10中繪出的，與樣品1001和1002相比，樣品1003展現了最均一的邊緣。事實上，樣品1001的轉角比樣品1003的邊緣顯著更差，表明該常規的黏結的磨料物品在表4中指出的磨削條件下適當地形成該等邊緣的能力有限。同樣，樣品1002的轉角比樣品1003的邊緣顯著更差，表明與用來形成樣品1003的黏結的磨料物品相比，該常規的黏結的磨料物品在表4中指出的磨削條件下適當地形成該等邊緣的能力有限。圖10的該等圖片支持在之前的實例中所產生的優越的磨削數據。
圖11包括一系列照片，展示了對於常規的黏結的磨料物品對比根據一實施方式的黏結的磨料物品而言的轉角保持因數。樣品1101係4330V合金鋼的工件，該工件被一從聖高拜公司作為VH黏結的磨料輪可商購的常規的黏結的磨料物品在表4中指出的條件下進行磨削。樣品1102代表被一從聖高拜公司作為VS黏結的磨料輪可商購的常規的黏結的磨料物品所磨削的工件。樣品1103代表被根據一實施方式、具有與以上指出的樣品501相同的結構的黏結的磨料物品所磨削的工件。對於以上所有的樣品，工件的磨削係在表4中提供的條件下進行。
如圖11中繪出的，與樣品1101和1102相比，樣品 1103展現了最均一且輪廓分明的邊緣。事實上，樣品1101的轉角比樣品1103的邊緣顯著更差，表明該常規的黏結的磨料物品在表4中指出的磨削條件下適當地形成該等邊緣的能力有限。同樣，樣品1102的轉角比樣品1103的邊緣顯著更差，表明該常規的黏結的磨料物品在表4中指出的磨削條件下適當地形成該等邊緣的能力有限，特別是當與樣品1103的邊緣相比時。圖11的該等圖片支持在之前的實例中所產生的優越的磨削數據。
以上實施方式係針對代表了與習知技術的偏離的磨料產品、並且特別是黏結的磨料產品。此處該等實施方式的黏結的磨料產品使用了有助於改進磨削性能的多個特徵的組合。如本申請中描述的，此處該等實施方式的黏結的磨料本體使用了特定量值和類型的磨料顆粒、特定量值和類型的黏結劑材料、並且具有特定量的孔隙率。除了發現可以有效地形成這樣的產品之外，儘管常規磨料產品就其等級和結構的已知範圍之外，還發現這樣的產品展現了改進的磨削性能。值得注意地，發現本發明的該等實施方式的黏結的磨料與常規的高速磨削輪相比能夠在磨削操作過程中在更高速度下運行，儘管具有顯著更高的孔隙率。事實上，相當出乎意料的是，此處該等實施方式的黏結的磨料本體證實了在超過60m/s的磨輪速度下運行的能力、同時還展示了與習知技術的高速磨削輪相比改進的材料去除速率、改進的轉角保持能力、以及適當的表面光潔度。
此外，發現本發明的該等實施方式的黏結的磨料與習 知技術的常規輪相比能夠具有某些機械特徵上的顯著差異。本發明的該等實施方式的黏結的磨料本體已經展現了在MOR與MOE關係上的顯著差異，從而促進了不同磨削應用中改進的性能，儘管具有超過常規高速輪的顯著更大的孔隙率度。相當出乎意料的是，發現在使用與此處該等實施方式的黏結的磨料本體相關聯的多個特徵的組合時，與具有類似結構和等級的常規高速磨削輪相比，對於給定的MOE可以實現顯著更硬(MOR)的黏結的磨料本體。
在上文中，提及的多個具體的實施方式以及某些部分的連接係說明性的。應當理解，提及的被聯接或者連接的多個部分係旨在揭露在所述部分之間的直接連接或者藉由如所理解的一或多個插入部件進行的間接連接以便實施如在此討論的該等方法。這樣，以上揭露的主題應被認為是解說性的、而非限制性的，並且所附申請專利範圍旨在覆蓋落在本發明的真正範圍內的所有此類變體、增進、以及其他實施方式。因此，在法律所允許的最大程度上，本發明的範圍應由對以下申請專利範圍和它們的等效物可容許的最寬解釋來確定，並且不應受以上的詳細的說明的約束或限制。
揭露的摘要係遵循專利權法而提供的，並且按以下理解而提交，即，它將不被用於解釋或者限制申請專利範圍的範圍或含義。另外，在以上的詳細說明中，為了使揭露精簡而可能將不同的特徵集合在一起或者在一單獨的實施方式中描述。本揭露不得被解釋為反映了一意圖，即，提 出要求的實施方式要求的特徵多於在每一項申請專利範圍中清楚引述的特徵。相反，如以下的申請專利範圍所反映，發明的主題可以是針對少於任何揭露的實施方式的全部特徵。因此，以下的申請專利範圍被結合詳細說明之中，而每一項申請專利範圍自身獨立地限定了分別提出申請專利範圍的主題。
藉由參見附圖可以更好地理解本揭露，並且使其許多特徵和優點對於熟習該項技術者變得清楚。
圖1包括對於習知技術的黏結的磨料本體以及根據在此多個實施方式的黏結的磨料本體而言孔隙率百分比、磨料百分比、以及黏結劑百分比的一簡圖。
圖2包括對於常規的黏結的磨料物品以及根據在此多個實施方式的黏結的磨料物品而言，MOR對比MOE的一圖示。
圖3包括對於常規的黏結的磨料物品與根據在此的一實施方式的黏結的磨料物品相比較而言，材料去除速率對比切削深度的一圖表。
圖4包括對於常規的黏結的磨料物品以及根據一實施方式的黏結的磨料物品而言材料去除速率對比切削深度的一圖表。
圖5包括對於常規的黏結的磨料物品以及根據在此多個實施方式的黏結的磨料物品而言最大功率對比材料去除 速率的一曲線圖。
圖6包括對於常規的黏結的磨料物品以及根據多個實施方式的黏結的磨料物品而言最大功率對比材料去除速率的一曲線圖。
圖7包括對於常規的黏結的磨料物品以及根據一實施方式的黏結的磨料物品而言最大功率對比材料去除速率的一曲線圖。
圖8包括對於常規的黏結的磨料物品以及根據一實施方式的黏結的磨料物品而言半徑變化對比切削深度(Zw)(證明了轉角保持因數)的一曲線圖。
圖9包括一系列照片，展示了對於常規的黏結的磨料物品以及根據一實施方式的黏結的磨料物品而言的轉角保持因數。
圖10包括一系列照片，展示了對於常規的黏結的磨料物品與根據一實施方式的黏結的磨料物品相比較而言的轉角保持因數。
圖11包括一系列照片，展示了對於常規的黏結的磨料物品與根據一實施方式的黏結的磨料物品相比較而言的轉角保持因數。
在不同的圖中使用相同的參考符號表示相似的或相同的事項。

Claims (9)

  1. 一種磨料物品，其包括：一黏結的磨料本體，其具有包含在一單相玻璃體黏結劑材料中之微晶氧化鋁(MCA)的磨料顆粒，其中該單相玻璃體黏結劑材料係由以該單相玻璃體黏結劑材料之總重量計至少45wt%及不大於55wt%矽石(SiO2 )、以該單相玻璃體黏結劑材料之總重量計至少12wt%及不大於23wt%氧化鋁(Al2 O3 )、及以該單相玻璃體黏結劑材料之總重量計不大於20wt%氧化硼形成，及其中該黏結的磨料本體具有占該黏結的磨料本體總體積的至少約42vol%的孔隙率，該黏結的磨料本體能夠在至少約60m/s的速度下以至少約0.4in3 /min/in(258mm3 /min/mm)的材料去除速率來磨削一包含金屬的工件。
  2. 一種磨料物品，其包括：一黏結的磨料本體，其具有包含在一單相玻璃體黏結劑材料中之微晶氧化鋁(MCA)的磨料顆粒，其中該單相玻璃體黏結劑材料係由以該單相玻璃體黏結劑材料之總重量計至少45wt%及不大於55wt%矽石(SiO2 )、以該單相玻璃體黏結劑材料之總重量計至少12wt%及不大於23wt%氧化鋁(Al2 O3 )、及以該單相玻璃體黏結劑材料之總重量計不大於20wt%氧化硼形成，及其中該黏結的磨料本體具有占該黏結的磨料本體總體積的至少約42vol%的孔隙率，該黏結的磨料本體能夠在至 少約60m/s的速度下磨削一包含金屬的工件、並且在0.00255英寸/秒，半徑的切削深度下具有不大於約0.07英寸(1.78mm)的轉角保持因數。
  3. 如請求項1或2之磨料物品，其中該單相玻璃體黏結劑材料包含不大於約3.2(按重量百分比計)之矽石重量百分比(SiO2 )：氧化鋁重量百分比(Al2 O3 )之比。
  4. 如請求項1或2之磨料物品，其中該黏結的磨料本體能夠在至少約0.003英寸(0.076mm)的切削深度下進行磨削。
  5. 如請求項1或2之磨料物品，其中該黏結的磨料本體包括占該黏結的磨料本體總體積的不大於約15vol%的該單相玻璃體黏結劑材料。
  6. 如申請求項1或2之磨料物品，其中該單相玻璃體黏結劑材料係由不大於約3.0wt%的氧化磷(P2 O5 )形成的。
  7. 如請求項12之磨料物品，其中在該單相玻璃體黏結劑材料中存在的鹼土金屬氧化合物(RO)的總量係不大於約3.0wt%。
  8. 如請求項1或2之磨料物品，其中該單相玻璃體黏結劑材料係由總量為不大於約20wt%的鹼金屬氧化合物(R2 O)形成的，該鹼金屬氧化合物的總量包括不大於約3種的鹼金屬氧化合物。
  9. 如請求項1或2之磨料物品，其中該單相玻璃體黏結劑材料係由至少一種鹼金屬氧化合物(R2 O)以及至少一種鹼土金屬氧化合物(RO)形成的，其中該鹼金屬氧化合物以及該鹼土金屬氧化合物的總含量係不大於約20wt%。
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