樹脂結合劑磨輪的製作方法
2023-06-10 18:41:26
樹脂結合劑磨輪的製作方法
【專利摘要】本發明涉及一種適於磨削聚晶金剛石複合片的樹脂結合劑磨輪。所述樹脂結合劑磨輪使用以體積百分比計高濃度的金剛石，以及硬填料粒子和軟填料粒子的混合物，以有效磨削聚晶金剛石複合片，並同時消除或減少連續修整樹脂結合劑磨輪的外表面的需要。
【專利說明】樹脂結合劑磨輪
【背景技術】
[0001]聚晶金剛石複合片(PDC)包括結合至碳化鎢基材的聚晶金剛石層。聚晶金剛石層提供高硬度和耐磨性，而碳化鎢層改進複合材料的韌性。PDC通常用作用於鑽孔至地表以獲得天然資源的勘探鑽頭的切削刀頭。
[0002]具有金剛石磨粒的樹脂結合劑磨輪可用於將PDC研磨和精整至其最終指定尺寸。由於兩個相異硬度的材料的界面，PDC極難以研磨。由於聚晶金剛石層的極高硬度，在樹脂結合劑磨輪中的金剛石磨料極快鈍化。另外，碳化鎢基材承載磨輪，從而降低了研磨輪進ー步磨削聚晶金剛石層的能力。因此，樹脂結合劑磨輪必須用碳化矽石不時地修整，以降低或消除磨輪的碳化鎢負載，並暴露新的金剛石切削點。
【發明內容】
[0003]為了改進使用樹脂結合劑磨輪所進行的PCD的磨削，希望減少或消除用碳化矽石不時修整樹脂結合劑磨輪的需要。減少或消除修整樹脂結合劑磨輪的需要而同時仍然獲得在PDC的聚晶金剛石層上的可接受的切削速率會改進磨削操作的安全性和效率。如果樹脂結合劑磨輪在精整磨削roc時不需要不時的修整，則磨輪操作者可運行不止ー個磨床。
[0004]因此，在一方面，本發明在於ー種磨削方法，其包括:使聚晶金剛石複合片與磨輪接觸；所述磨輪包括金剛石、樹脂粘結劑，以及硬填料粒子和軟填料粒子的混合物；且其中基於體積計所述金剛石包含175%至225%的金剛石濃度，基於體積計所述樹脂粘結劑包含30%至40%，混合物中硬填料粒子與軟填料粒子的比例為85:15至15:85，且基於體積計硬填料粒子和軟填料粒子的混合物包含5%至30%。
[0005]在另一方面，本發明在於ー種磨料製品，其包括:磨輪，所述磨輪包括金剛石、樹脂粘結劑，以及硬填料粒子和軟填料粒子的混合物；且其中基於體積計所述金剛石包含175%至225%的金剛石濃度，基於體積計所述樹脂粘結劑包含30%至40%，混合物中硬填料粒子與軟填料粒子的比例為85:15至15:85，且基於體積計硬填料粒子和軟填料粒子的混合物包含5%至30%o
【專利附圖】
【附圖說明】
[0006]在說明書和附圖中重複使用的參考標號g在表示本發明相同或類似的特徵或元件。
[0007]圖1顯示了使用操作用以將PDC磨削至其最終直徑的樹脂結合劑磨輪的無心磨削過程。
[0008]圖2顯示了本發明的樹脂結合劑磨輪相對於具有不同修整頻率的對比樹脂結合劑磨輪的磨削結果。
[0009]定義
[0010]如本文所用，詞語「包含」、「具有」和「包括」的變型在法律上是等同的且開放式的。因此，除了列舉的元件、功能、步驟或限制之外，還可以有其他未列舉的元件、功能、步驟或限制。
【具體實施方式】
[0011]參見圖1，示出了無心磨機10。無心磨機包括樹脂結合劑磨輪12、調節輪14和用於保持兩個輪之間的roc 18的支承件16。PDC包括結合至碳化鎢基材22的聚晶金剛石層
20。PDC行進通過兩個輪之間的磨削界面的速度受控於樹脂結合劑磨輪12的軸線與調節輪14的軸線之間的螺旋角a以及調節輪的旋轉速度。現有技術的樹脂結合劑磨輪需要使用碳化矽石不時地修整外表面26，以保持樹脂結合劑磨輪磨削聚晶金剛石層的能力。
[0012]為了減少或消除研磨PDC時外表面的修整，希望使樹脂結合劑磨輪表現類似於陶瓷結合的磨輪。這種效果可通過如下方式實現:使用極高的金剛石濃度，並同時包括硬填料粒子和軟填料粒子兩者以控制樹脂結合劑研磨輪的破損速率。這種樹脂結合劑磨輪將確保暴露輪中的新的金剛石粒子，並同時減少或消除使用過程中外表面的鈍化(glazing)。高濃度金剛石部分可為磨輪的外環面、磨輪的分段部分或整個磨輪。
[0013]用於研磨輪的合適的金剛石包括例如天然金剛石、合成金剛石、樹脂結合劑金剛石、金屬結合劑金剛石、金屬磨料粉末、前述的樹脂結合劑或陶瓷結合劑金剛石附聚物，以及前述所有的組合。為了獲得樹脂結合劑研磨輪的所需硬度，金剛石濃度極高。特別地，作為磨輪的高濃度金剛石部分的總體積的體積百分比的金剛石濃度為175%至225%或180%至200%。小於175%的金剛石濃度不會減少修整的需要，大於225%的濃度變得難以以足夠的完整性結合。可使用或不使用金屬(如鎳或銅)塗布金剛石。如果使用金屬塗布的金剛石，則塗層重量百分比應小於40%，或小於或等於30%。過量的塗布量會將金剛石濃度降低至過低的水平，不會在使用過程中產生減少的樹脂結合劑磨輪的修整。如果不凝聚，則金剛石的尺寸應在60/80目尺寸至200/230目尺寸之間。在這些極限以上和以下的範圍不會提供所需的堆積密度以獲得所需的金剛石濃度。
[0014]儘管樹脂結合劑金剛石可為合適的(特別是如果附聚的)，但金剛石優選為金屬結合劑金剛石。樹脂結合劑金剛石通常過弱和易碎而無法用於樹脂結合劑磨輪中以磨削roc。可獲得強度為易碎(更弱)至較不易碎(更強)的金屬結合劑金剛石。這種強度評級由各個供應商使用不同的名稱描述。為了更有效地暴露新的金剛石，優選更弱的金屬結合劑金剛石。例如，如果使用來自ABC超硬磨料公司(ABC Superabrasives)的金剛石,則強度在ABS
2(弱)至ABS 9 (強)的範圍內評級。當使用ABC超硬磨料金剛石時，金剛石有利地為ABS2或ABS 3。可獲得WSG 200至WSG 900的世界範圍的超硬磨料強度等級。合適強度的金剛石可包括WSG200、WSG300、WSG400和WSG500。LANDS超硬磨料具有名稱為LS200、LS230、LS250、LS260、LS270和LS290的強度。合適強度的金剛石可包括LS200、LS230和LS240。通常，在50%之下的金屬粘結劑金剛石的強度範圍對於給定供應商是合適的。
[0015]與金剛石磨粒一起使用的合適的樹脂粘結劑包括含甲醛的樹脂，如苯酚甲醛、線性酚醛樹脂且特別是具有添加的交聯劑(例如六亞甲基四肢)的那些、酚醛塑料和氨基塑料；不飽和聚酯樹脂；こ烯基酯樹脂；烷基樹脂，烯丙基樹脂；呋喃樹脂；環氧樹脂；聚氨酷；氰酸鹽酷；以及聚醯亞胺。在樹脂結合劑磨輪中所用的粘結劑樹脂的量為高濃度金剛石部分的約30體積％至約40體積％，如大約35體積％。通常，樹脂的量應該在製造過程中足以完全潤溼所有単獨粒子的表面，從而形成基本上無孔隙率的連續樹脂結構，無機組分在整個所述連續樹脂結構中離散結合，所述連續樹脂結構包括磨輪的機械結構。
[0016]合適的填料添加劑可包括增強粒子、助磨劑、乾燥劑、著色劑和潤滑剤。如所述，除了金剛石之外，使用硬填料粒子和軟填料粒子兩者以增強並控制磨輪的破損速率。硬填料粒子(不包括金剛石)為Mohs硬度為7或更大的那些。合適的硬填料粒子包括氧化鋁、碳化矽、氧化鋯、通常衍生自水軟鋁石溶膠凝膠的陶瓷a氧化鋁粒子，或具有所需Mohs硬度的其他磨粒。軟填料粒子具有5或更小的Mohs硬度。合適的軟填料包括石油焦炭、葉臘石、冰晶石、石灰、石墨、耐火陶渣、球土、銅或滑石。硬填料粒子與軟填料粒子的體積比為(可為)15:85至85:15，或30:70至70:30，或40:60至60:40。合適的硬填料粒子尺寸包括等於或小於約30微米的尺寸，如600、800或1000 ANSI目當量。合適的軟填料粒子尺寸包括100目或更細。如果需要，軟粒子可具有細部分和粗部分。所述細部分可比280目更細，所述粗部分可為100至180目。如果使用兩種尺寸的軟填料粒子，則粗粒子相對於細粒子的體積分數可為50:50至70:30。硬填料粒子的過大的體積分數阻止破損，從而導致磨輪的熱量積聚和鈍化，且軟填料粒子的過大的體積分數會不利地増加磨輪的磨損速率。在樹脂結合劑磨輪中使用的硬填料粒子和軟填料粒子的混合物的體積百分比為高濃度金剛石部分的5%至 30%,或 8% 至 20%o
[0017]其他填料可包括纖維狀和板狀材料，如碳或玻璃晶須和雲母。助磨劑例如冰晶石、四氟硼酸鉀(KBF4)、聚氯こ烯、木質素磺酸鹽和它們的共混物。可將諸如有機或無機顏料或染料的著色劑摻入磨輪中。
[0018]實魁
[0019]本發明的目的和優點通過下面的非限制性實例進ー步說明。這些實例中所提到的具體材料及其量以及其他條件和細節，均不應被解釋為對本發明的不當限制。除非另外指出，在實例中的所有份數、百分比、比例等均以重量計。
[0020]使用如下材料製備本發明和對比磨輪。
[0021]表1:鉬分
[0022]
【權利要求】
1.一種磨削方法，其包括: 使聚晶金剛石複合片與磨輪接觸； 所述磨輪包括金剛石、樹脂粘結劑，以及硬填料粒子和軟填料粒子的混合物；和 其中基於體積計所述金剛石包含175%至225%的金剛石濃度，基於體積計所述樹脂粘結劑包含30%至40%，所述混合物中硬填料粒子與軟填料粒子的比例為85:15至15:85，且基於體積計硬填料粒子和軟填料粒子的混合物包含5%至30%。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述混合物中硬填料粒子與軟填料粒子的比例為70:30 至 30:70。
3.根據權利要求1所述的方法，其中所述金剛石包括金屬結合劑金剛石。
4.根據權利要求2所述的方法，其中所述硬填料粒子包括陶瓷a氧化鋁，且所述軟填料粒子包括石油焦炭。
5.一種磨料製品，其包括: 磨輪，所述磨輪包括金剛石、樹脂粘結劑，以及硬填料粒子和軟填料粒子的混合物；和 其中基於體積計所述金剛石包含175%至225%的金剛石濃度，基於體積計所述樹脂粘結劑包含30%至40%，所述混合物中硬填料粒子與軟填料粒子的比例為85:15至15:85，且基於體積計硬填料粒子和軟填料粒子的混合物包含5%至30%。
6.根據權利要求5所述的磨料製品，其中所述混合物中硬填料粒子與軟填料粒子的比例為 70:30 至 30:70。
7.根據權利要求4所述的磨料製品，其中所述金剛石包括金屬結合劑金剛石。
8.根據權利要求5所述的磨料製品，其中所述硬填料粒子包括陶瓷a氧化鋁，且所述軟填料粒子包括石油焦炭。
【文檔編號】B24D3/20GK103492126SQ201280018778
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2012年4月17日 優先權日:2011年4月18日
【發明者】雅努什·哈伊杜克, 詹姆斯·L·麥卡德爾 申請人:3M創新有限公司