热金属磨削 【发明背景】
本发明涉及金属坯料的热磨削，具体地涉及适用于热磨削应用的磨带背衬材料。
近年来，板坯、薄板和带材的连续铸造在许多公司中有很大发展，许多公司尤其是在美国和欧洲的公司在铸造设备和技术方面占有优势。一般，金属铸件是在冷却和能够便于操作之后被磨削。然而，应指出，这并不甚合理，因为一旦冷却后金属会被难以去除的氧化物和铁鳞所覆盖。因此，从纯理论的角度来说，当金属是热的时候它更便于被磨削。此外，为了冷却而花费的时间实际上是浪费的。因此，已提出在金属是热的时候来磨削金属，而且用于该目的的合适的机械设备和技术描述于欧洲专利申请435,897中。
然而，已发现已有的磨带，尽管可用于这种用途，但是因为背衬不适应所受的温度而过早报废。现在已经发现，这种破损模式通常并不与磨料的磨损相关，相反与磨带在磨削过程(在磨削周围环境温度可达数百摄氏度)中过度的伸长有关。该伸长使磨带的张力发生变化，并导致它在所运作的辊上打滑，或者也许在膨胀不平均的地方造成磨带沿其宽度上的压力不均匀。
本发明提供了一种基于某种背衬的涂覆磨带，这种背衬可特别好地适应在这种应用中所遇到的非常苛刻的工作环境，从而使工作寿命大大延长而且改善了磨削质量。
发明描述
本发明提供了一种适用于高温的涂覆磨带(在本说明书中，高温被理解为高于约1000℃)，它包括一种背衬材料，该背衬材料在机器运行方向上的抗拉强度至少为750磅/英寸(134kg/cm)而且在150℃温度和100磅/英寸(17.9kg/cm)负荷下的循环伸长率小于3％，以及沉积在该背衬材料上含有磨料颗粒的含磨料层以及初始结合涂层和胶结涂层。
“循环伸长率”是磨带在拉伸和松弛位置之间循环预定次数后的伸长率。在测试中，对宽2.54厘米的涂覆带状样品使用“Instron”测试仪测定之。在施加0张力地情况下，测试仪的初夹距(jaw opening)为25.4厘米。将测试样品在150℃的测试温度下进行平衡，然后以2.5厘米/分钟的速度进行拉伸，直至记录到17.9kg/cm的力。此时，让钳口倒向以相同的速度闭合，直至张力下降到3.6kg/cm。该循环自动地连续进行，并连续地读取钳口间距和张力数据，直至对于每种张力值几个循环都给出相同的钳口间距(约20个循环)。再将张力回复至零。在最后的循环中读取的最大伸长率被称为“循环伸长率”。
背衬材料可以是选自下组的机织织物：平纹组织、斜纹组织和缎纹组织或美国专利4,722,203中所述的缝编织物类型。经纱优选含有至少800旦尼尔，更佳地约800-2000旦尼尔的聚芳酰胺(polyaramid)纤维。较佳地，应选择经纱的旦尼尔和分布，使之总计至少约16,000旦尼尔/英寸。纬纱可含有至少750旦尼尔、更佳地约800-1200旦尼尔的聚酰胺或聚酯纱，而且结构上每线性英寸至少有25根经纱和纬纱，从而达到总计10,000旦尼尔/英寸和至少100磅/英寸的张力强度。优选的纬纱是复丝尼龙，更佳地是卷曲尼龙复丝纱。
除了所述的纱之外，还常常可以使用玻璃纤维纱，尤其是在例如用聚芳酰胺如Kevlar等或聚酯进行包裹的情况下。
尽管上面已描述了机织织物，但是还可以使用缝编的Malimo型织物或某些衬纬的经编针织物(即LIBA)，只要性能调整到可以达到上述水平。然而这样的调整不是简单容易的，而真正优选的还是那些基于上述机织织物的产品。
优选的聚芳酰胺经纱最好是复丝纱，而纬纱可以是单丝纱或卷曲的或不卷曲的复丝纱，都不会有明显的不利影响。
当纬纱是用聚酯制造时，优选聚对苯二甲酸乙二醇酯，更佳地是有光聚酯。然而更好的纱是尼龙，如聚芳酰胺，比如由DuPont公司以商品名“Kevlar”出售的产品，但是更常见的尼龙如尼龙6、尼龙6，6、和尼龙6，12也都可使用。特别优选的尼龙是卷曲的cordura尼龙。
最常选择组织是简单的1×1，或者更常见的是2、3、或4×1，其中1×1(平纹)和3×1(斜纹)组织是组织结构中特别优选的。在缝编的或经编针设计中经纱的数目可以低于相应机织设计中的数目，而且与选定的机器型号有关。
优选的结构具有至少与纬纱一样多的经纱，其中特别优选至少25根经纱/英寸，例如30～35根经纱/英寸。
在上含磨料的涂层之前，背衬宜先用饱和剂和背面浆料进行上浆处理。这些可以从生产重型磨削带的产业中通常使用的制剂配方中进行选择。
背衬表面宜用含有填料和高温稳定树脂的制剂进行整理，以赋予足够的耐热性同时又使磨带有适度的柔韧性以便磨削应用。优选的树脂通常是环氧树脂、酚醛树脂和丙烯酸树脂的混合物，施涂量为织物重量的约20-150％。
处理过的背衬可施加任何合适的磨料层。常规地，先施涂初始结合树脂涂层，然后施涂磨料颗粒层。然后固化树脂，使之至少可将颗粒固定在位置上。然后在磨料层上施涂树脂胶结涂层，以协助固定颗粒，而且常常再涂一层含有助磨剂和或其他有用添加剂的上胶结涂层。用于初始结合涂层和胶结涂层的树脂可以是任何常规用于涂覆磨具中的树脂，只要它们能够承受使用这些产品时的温度。
磨料颗粒可以是任何常规用于涂覆磨具中的磨料颗粒，如氧化铝、碳化硅和氧化铝/氧化锆磨料。一般，侵蚀切削性的颗粒如溶胶-凝胶氧化铝衍生磨料对于高温磨削应用特别有利。一般使用的磨料粒度较粗，因为在金属板材生产的这个早期阶段，与厚度均匀性一样，不需要精细的打磨。因此24-60的磨料粒度是最常用于这种用途的。
优选实施例的描述
已发现下面类型的背衬结构在高温应用中是有效的。它们被用于说明这些产品是有用的，而并不用于对本发明范围进行任何限制。在每个例子中，经纱是840旦尼尔的“Kevlar”，一种可从DuPont公司以该商品名购得的聚芳酰胺纤维。织物的组织、结构和经纱的性质是则各有不同。 组织 经纱 纬纱 结构 A 1×1平纹840D Kevlar1000/192D有光聚酯 30经纱/英寸 30纬纱/英寸 B 1×1平纹840D Kevlar1000D卷曲Cordura尼龙 32经纱/英寸 26纬纱/英寸 C 3×1斜纹840D Kevlar1000/192D有光聚酯 30经纱/英寸 30纬纱/英寸 D 3×1斜纹840D Kevlar1000D卷曲Cordura尼龙 32经纱/英寸 26纬纱/英寸
该背衬应在高温下具有优异的稳定性，这意味着对于基于这种背衬的涂覆磨带，其在150℃温度和负荷为17.9kg/cm下的伸长率小于约3％。
为了进一步阐述本发明，制造了2种基于上述B型结构的涂覆磨带。两种磨带都用下列配方，进行了相同的饱和剂和背面上浆(backfill)处理。
饱和剂配方
V-150，Bendix Corp.出售的酚醛树脂 55％
水 4.1％
SSXS，来自Pilot Chemical Co.的减粘剂 2.8％
Calfax DB-45，来自Pilot Chem Co.的润湿剂 4.5％
Tamol 165，来自Rohm&Haas的分散剂 1.8％
红色颜料 2.8％
Nopco NDW，来自Henkel Corp的消泡剂 0.5％
Nalco 2311，来自Nalco Chem Co.的消泡剂 0.5％
A-1100硅烷，来自Union Carbide 0.5％
硅灰石填料 27.5％
背面浆料配方
460X-80，一种B.F.Goodrich出售的氯乙烯共聚物 37.9％
CMD 35201，一种Shell Co.出售的环氧树脂 15.0％
碳酸钙填料 33.7％
Nopco NDW，来自Henkel Corp的消泡剂 3.0％
ASE 60，Rohm&Haas出售的增稠剂 3.7％
黑色染料 2.0％
施涂在如上制备的背衬材料上的初始结合涂层，是基于酚醛树脂/填料与少量水、染料、表面活性剂和渗透助剂的混合物。
胶结涂层含有相同的酚醛树脂基质以及表面活性剂、染料和冰晶石填料。
在每个例子中，织物重量是16磅/令(236.8gm/m2)；饱和剂增重是14.2磅/令(210gm/m2)；背面浆料增重是5.0磅/令(74gm/m2)；初始结合涂层增重是30磅/令(444gm/m2)；而施涂的总磨料颗粒重量是70磅/令(1036gm/m2)。
在一个例子中，颗粒是Norton Company以注册商标“Norzon”市售的氧化铝/氧化锆颗粒。在另一例子中，颗粒是Norton的“SG”产品生产线使用的引晶型(seeded)溶胶-凝胶氧化铝磨料。在两种例子中，磨料是24号磨料。
测试磨带的物理性能，包括临界循环拉伸测试。结果示于表1。
表1性能 Kevlar/尼龙 平纹长丝 Norzon颗粒 Kevlar/尼龙 平纹长丝 SG颗粒抗拉强度 经向179kg/cm 纬向21.1kg/cm 经向161.1kg/cm 纬向17.0kg/cm断裂伸长 经向5.8％ 纬向29.8％ 经向4.91％ 纬向20.1％循环伸长率 2.25％ 1.81％剥离强度* 4.2kg/cm 3.9kg/cm
*剥离强度是含磨料层和背衬之间粘合强度的测量值，因此是在重型磨削操作中颗粒可停留在磨带上达何种程度的测量值。
作为比较，在相同条件下，涂有Norton Co.出售的、牌号为E-825的“Norzon”磨料颗粒的重型针刺结合织物(聚酯，23-22H-3A类型)显示的平均循环伸长率为5.58％。
从上述数据可以看出，对于热磨削条件提供了有效的涂覆磨带。