[发明专利]包括取向磨料颗粒的粘结磨料制品及其制备方法

说明书

本公开提供了粘结磨料制品，该粘结磨料制品包括保留在粘结剂中的磨料颗粒。所述磨料颗粒相对于所述粘结磨料制品的纵向轴线以大于0度且小于90度的预定角度取向。如使用放大下的显微镜图像分析所测量的，50％或更多的所述磨料颗粒取向在高于或低于所述角度15度以内。本公开还提供了一种制备粘结磨料制品的方法，所述方法包括顺序步骤。所述步骤包括(a)子工艺，所述子工艺顺序地包括：i)在限定区域中沉积散粉颗粒层，其中所述散粉颗粒包含基质颗粒和磨料颗粒；ii)用撒布棒或撒布辊撒布所述散粉颗粒层，以提供基本上均匀的厚度，其中所述撒布棒或撒布辊与所述限定区域的基准面之间的间隙被选择为短于所述磨料颗粒的平均长度；以及iii)选择性地处理所述散粉颗粒层的区域，以将粉末颗粒粘结在一起。步骤b)包括独立地实施步骤a)多次，以生成包含所粘结的粉末颗粒和剩余散粉颗粒的粘结磨料制品预成形件。步骤c)包括将剩余散粉颗粒从所述粘结磨料制品预成形件分离。步骤d)包括加热所述粘结磨料制品预成形件以提供所述粘结磨料制品。本发明还提供了方法，所述方法包括由具有一个或多个处理器的制造设备接收数字对象，所述数字对象包括指定粘结磨料制品的数据；以及利用所述制造设备通过增材制造工艺基于所述数字对象生成粘结磨料制品预成形件。本发明还提供了一种系统，所述系统包括显示器，所述显示器显示粘结磨料制品的3D模型；和一个或多个处理器，其响应于用户选择的所述3D模型，使得3D打印机创建粘结磨料制品预成形件的物理对象。

技术领域

本公开广义地涉及粘结磨料制品及制备在金属粘结基质、玻璃状粘结基质或树脂粘结基质中具有磨料颗粒的磨料制品的方法。

背景技术

传统上，通过压缩磨料颗粒(例如，金刚石、立方氮化硼、氧化铝或SiC)、玻璃状粘结前体(例如，玻璃料和陶瓷前体)、任选的孔隙诱导剂(例如，玻璃泡、萘、压碎的椰子或核桃壳、或丙烯酸玻璃或PMMA)和液体载体(例如，酚醛树脂、聚乙烯醇、脲醛树脂或糊精的水溶液)中的临时树脂粘结剂的混合物来制备玻璃状粘结磨料制品(例如，砂轮、砂瓦和磨石)。该磨料颗粒、玻璃状粘结前体和常见的孔隙诱导剂通常干混在一起。然后添加临时树脂粘结溶液，以润湿磨粒混合物。然后将共混的混合物置于用脱模剂处理的硬化钢模具中。然后将填充的模具在压机中压缩以形成模制生坯。然后将生坯从模具中脱出，随后加热直至临时树脂粘结剂被烧尽并且玻璃状粘结前体被转化为玻璃状粘结基质(在本领域中也称为“玻璃状粘结”和“玻璃状粘结剂”)。

传统上，金属粘结磨料制品通过混合磨料诸如金刚石、立方氮化硼(cBN)或其它磨粒与非熔融金属粉末(例如，钨、不锈钢或其它)、熔融金属粉末(例如，青铜或铜)或它们的组合而制成。可添加孔隙诱导剂、临时粘结剂和其它添加剂。然后将混合物引入已涂覆有脱模剂的模具中。然后将填充的模具在压机中压缩以形成模制生坯。然后将生坯从模具中顶出，随后在加热炉中于高温下加热以熔化金属组合物的一部分，或者向生坯中注入熔融金属。加热通常在惰性或还原气体(例如，氮气、氩气、氢气)或在真空下的合适受控气氛下完成。

这些制造方法存在许多缺点：每个磨料制品形状都需要特殊的模具；模具通常是昂贵的并且生产周期长；任何设计变化都需要制造新模具；磨粒在磨料制品中是无规取向的；对于可模制的形状存在限制，具有底切或诸如冷却通道的内部结构的复杂形状通常是不可能的；模具磨损，并且每个模具具有可制造有限数量的单元；当模具填充有磨料混合物时，可能发生组分的分离，从而导致不均匀的磨料组分和密度变化，这易于看见并且可能使性能变化。此外，该工艺通常为手动且劳动密集型的。

发明内容

在第一方面，本公开提供了一种粘结磨料制品。该粘结磨料制品包括保留在粘结剂中的磨料颗粒，其中磨料颗粒相对于粘结磨料制品的纵向轴线以大于0度且小于90度的预定角度取向。如使用在10到1,000倍的放大率的显微镜图像分析所测量的，50％或更多的磨料颗粒取向在高于或低于该角度15度以内。