填有油／蜡混合物的粘合磨具 本发明涉及用于精密研磨的磨具。具体而言，本发明涉及用润滑剂组分浸渍的陶化粘合磨具，为的是改进研磨性能，尤其是干磨的性能。
精密研磨操作能以适当高速从制品除去金属，获得具有指明尺寸和表面质量的精确成形的精加工制品。精密研磨的典型例子包括对轴承部件进行精加工以及对发动机部件进行机械加工至微小公差。此时经常使用冷却剂和润滑剂，提高金属部件精密研磨的效率。
“湿”法冷却和润滑涉及在磨削时用足够量的低温新鲜或循环液体不断地浸洗研磨区。液体通常是含低浓度研磨助剂的水性组合物。这种液体可降低研磨区温度，防止磨具和工件因热变坏。液体还冲洗磨具，带走碎屑，如果允许碎屑填入磨料颗粒间的空隙或冷焊在颗粒表面，则会使磨具钝化。
湿磨法存在许多缺陷。举例来说，这种方法操作时较脏；液体必须回收再使用，或者以对环境无害的方式弃去；加工助剂的存在引起回收困难并增加操作成本；水性液体会腐蚀研磨设备的部件；在很冷的周围环境下用使这种液体进行操作是令人不愉快的。
也可以采用“干”法完成精密研磨。此时不从外部向研磨区施加液体的冲洗。要干磨热敏感的或难以研磨地金属如不锈钢，仍需要对研磨区进行润滑。要进行润滑，一般是在磨具表面间断地施加固体润滑剂，或是用选择的添加剂填入合适磨料如陶化磨具中磨料的孔隙，来将润滑剂提供到局部的研磨区。使用了化学物质如硫，以及其它润滑填料。这些添加剂可降低磨具的表面填塞和釉化，使磨具磨削更为流畅，并降低燃烧的可能。一般，添加剂是在对磨具中的粘合剂进行煅烧后才加入的，以避免添加剂的因热变质，并在磨具制造时适当形成磨具。
干磨法提供的优点是由于润滑剂直接加在研磨区，所以润滑剂的耗量极小。而且，润滑剂不必为水溶性，因为它不是在冷却水中被带到研磨区的。不幸的是，加入到孔隙中的添加剂，尤其是低粘度液体不能长期保留在磨具中。长期静置后，添加剂在磨轮中的分布会不均匀，经过一段时间后添加剂会部分地或全部从磨轮渗出。在使用磨轮进行高速干法精密研磨时，离心力会使孔隙中的低粘度液体添加剂排出。排出的添加剂会溅泼在工件表面上，并且会减少在研磨区促进研磨的添加剂。要求提供陶化粘合的磨轮，它施加有均匀分布的低粘度润滑剂，并且在磨轮的使用期间向研磨部位提供这样的润滑剂。
曾提出了许多种材料作为多孔磨具的添加剂，改善研磨性能。石蜡是这类材料的一个例子。如可参考美国专利No-A-1，325，503(Katzenstein)。石蜡在较低温度会变得发粘，会引起在磨轮面上的填塞，这是精密研磨法不希望的现象。据报道一种硬脂酸材料优于石蜡(A．Kobayashi等，Annals of the C．I．R．P，Vol．XIII，pp．425-432，1966)。
美国专利No．-A-4，190，986(KunimasaA)指出，在树脂粘合的磨石孔隙中加入加热的高级脂肪酸与高级醇混合物，可以达到提高研磨效率和减少工件燃烧的目的。此专利揭示，与树脂粘合磨具不同，陶化粘合磨具并未显示研磨效率的提高。陶化粘合磨具中，据报道添加剂的作用仅是作为润滑剂，未观察到研磨效率提高。
美国专利No-A-3，502，453(Baratto)公开了包含填充有润滑剂的空心球如包有SAE20油的脲-甲醛胶囊的树脂粘合磨具。美国专利No．-A-3，664，819(Sioui)中揭示了石墨也可用在树脂粘合的超级磨具中。石墨能提高研磨效率，在干磨操作中对工件起润滑作用。
美国专利No．-A-4，239，501(Wirth)指出，可将硝酸钠和蜡如石蜡、蜡膏和硬脂酸或微晶蜡的混合物，施加到磨具的磨削表面上。
已知硫是用于精密研磨金属的优良润滑剂。M．A．Younis等在Transactions of theCSME，Vol．9，No．1，pp．39-44，1985中，报导了硫作为浸渍到磨具中的研磨助剂优于蜡和清漆。然而，过去试图使用加有硫的磨具特别是高速旋转的磨轮，是存在问题的。因为加硫磨具在研磨温度下会燃烧，所以只能在湿磨中使用。常常在短暂操作后，离心力会使磨轮中的硫重新分布。因为硫的密度较高，磨轮会变得不平衡，开始震颤，不能稳定地进行精密研磨。
曾经使用硫化磨削油于研磨中，来代替采用硫浸渍的磨轮，以避免上述不平衡问题，但是，油的粘度一般较低。所以，施加这种油的磨轮会出现上面讨论的缺陷。
使用硫基研磨助剂时，湿磨是高速精密研磨的较好方式。硫一般以水可溶或可分散的低粘度金属磨削油形式使用，这种油可与冷却剂混合。这是低效使用硫的方法，因为必须在大量冷却剂中加入过量的硫化油。何况硫还是环境污染物，并且在弃置前，必须处理用过的冷却剂，以除去硫化物质。
因此，现有技术领域中没有一种研磨添加剂能完全适合于精密研磨操作的陶化粘合磨具用途，特别是因为硫和其它活性研磨助剂对环境的作用变得难以处理。
随着80年代采用烧结的溶胶凝胶法氧化铝磨粒，对用于精密研磨操作的改进研磨助剂的需求变得更为迫切。包含加晶种或未加晶种烧结溶胶凝胶法氧化铝磨粒(也称作微晶α-氧化铝(MCA)磨粒)的磨具，已知对许多种材料具有优良的研磨性能。例如，在美国专利-A-4，623，364、-A-4，314，827、-A-4，744，802、 -A-4，898，597和-A-4，543，107(这些专利参考结合于此)描述了这些MCA颗粒的生产、在各种用途中的特性和性能。
MCA颗粒的形貌是制成能在研磨时引起颗粒的微细碎裂。这种微细碎裂能力通过一次磨去每一颗粒的一部分，而不是脱落一个完整的磨粒来延长磨粒的寿命，还可露出新鲜的磨料表面，使磨料在研磨时能有效地自锐化。由于MCA颗粒有别其它种类磨粒的异常锐利特性，其特征是当MCA颗粒用于陶化粘合磨具的干磨时，能以最小研磨能量进行磨削。用MCA颗粒开始干磨所需的能量阈值基本上为零。在使用水基冷却剂的湿磨条件下，在开始研磨所需的能量方面，MCA颗粒的操作性能并不好。因为许多精密研磨操作不能承受干磨法，即使采用MCA颗粒，也需要研制一种润滑剂组分，它能作为含MCA颗粒的陶化粘合磨粒磨具的有效冷却剂和研磨助剂。本发明的润滑剂组分在湿磨法或干磨法中对MCA颗粒都有效。
本发明是一种用于精密研磨的磨具，包含3-25％(体积)陶化粘合剂、3-56％(体积)MCA磨粒和28-63％(体积)孔隙，磨具中基本上所有的开孔浸渍了油和蜡的均匀混合物构成的润滑剂组分，其油：蜡重量比值约为3∶1至1∶4。
制造用于精密研磨的磨具的方法包括下列步骤：
(a)在高于蜡软化点的温度下混合约20-75％(重量)油和25-80％(重量)蜡，形成均匀混合的润滑剂组分；
(b)提供包含约3-25％(体积)陶化粘合剂、3-56％(体积)MCA磨粒和28-63％(体积)孔隙的磨具；
(c)将润滑剂组分加热至其成为液态并保持液态的温度；
(d)将磨具加热至比液态润滑剂组分温度高20-30℃的温度；
(e)将磨具与液体润滑剂组分接触，但不将磨具浸在液体润滑剂组分中；
(f)以能有效避免气体夹带的速度旋转磨具，同时保持其与液体润滑剂组分接触，使润滑剂组分均匀浸渍磨具；
(g)在磨具吸收了能基本上填充所有开孔的有效量润滑剂组分后，取出磨具，脱离与润滑剂组分的接触；
(h)继续旋转磨具，同时冷却该磨具，使浸渍在孔隙内的润滑剂组分均匀固化。
另外，本发明还提供精密研磨的方法，该方法包括下列步骤：
(a)提供包含陶化粘合剂和具有孔隙的MCA磨粒的磨具，MCA磨粒的孔隙中包含有效量基本上由约20-75％(重量)油和25-80％(重量)蜡组成的润滑剂组分；其中的油包含有效量硫化磨削油添加剂；
(b)在无硫液体冷却剂中连续浴洗金属工件表面，同时使磨具与工件进行运动研磨接触，直到表面达到精密研磨的光洁度。
本发明还提供了干式精密研磨法，该方法包括下列步骤：
(a)提供一种磨具，它包含3-25％(体积)陶化粘合剂、3-56％(体积)MCA磨粒和28-63％(体积)孔隙，该磨具基本上所有的孔隙浸渍了有效量的润滑剂组分，润滑剂组分是油：蜡重量比值约为3∶1至1∶4的混合物。
(b)使磨具与干的工件进行运动研磨接触，直到表面达到精密研磨的光洁度；
研磨时工件表面基本上没有热损坏。
本发明的磨具是陶化粘合的磨具。通过一定高温下煅烧在陶化粘合剂基质中磨粒形成的任何陶化粘合的磨具均可适用，只要煅烧后磨具结构含有能被润滑剂组分填充的孔隙。
较好的磨粒是一种微晶α-氧化铝(MCA)磨粒。术语“MCA磨粒”指一特定类型的致密微晶α-氧化铝形态的氧化铝颗粒，可采用制造烧结溶胶凝胶法陶瓷材料的加晶种或未加晶种法中任一方法制造。在此使用的较好磨粒可从Saint-Gobain IndustrialCeramics Corporation，Worcester，MA和3M Corporation，Minneapolis，MN获得。
本文中，术语“烧结的溶胶凝胶法氧化铝颗粒”指采用下面方法制成的氧化铝颗粒，这种方法包括对氧化铝一水合物进行胶解作用，形成凝胶，干燥和煅烧该凝胶使其烧结，然后破碎，过筛，分选出由α氧化铝微晶构成的多晶颗粒(如至少约95％氧化铝)。
除了α-氧化铝微晶外，最初的溶胶还可包含多达15％(重量)的尖晶石、莫来石、二氧化锰、氧化钛、氧化镁、稀土金属氧化物、氧化锆粉末或氧化锆前体(可以较大的量加入，如40％(重量)或更多)，或其它相容的添加剂或其前体。时常加入这些添加剂是为了改善诸如断裂韧性、硬度、脆性、断裂力学性能或干燥性能等。
已报道了许多对烧结的溶胶凝胶法α氧化铝磨粒的改进。这类的所有颗粒都适合在本文中使用，术语MCA颗粒定义为包括含有至少60％α氧化铝微晶的任何颗粒，这些颗粒的密度为理论值的至少95％，Vickers硬度(500克)至少为18GPa。其微晶尺寸，对加晶种颗粒通常在约0．2-1．0微米范围，小于0．4微米为宜，对未加晶种颗粒，大于1．0至约5．0微米为宜。
凝胶一旦形成后，可采用任何方便的方法如压制、模制或挤压成形，然后仔细干燥，制得没有裂纹所需形状的物体。凝胶可以成形并切成适于煅烧的尺寸，或简单铺撒为任何适合的形状，然后在低于凝胶起泡温度下干燥。可采用几种脱水方法包括溶剂萃取，除去凝胶的游离水，形成固体。干燥该固体后，可以切割或机械加工，形成所需形状，或通过合适的装置如锤磨机或球磨机进行粉碎或破碎，形成颗粒。可采用任何粉碎该固体的方法。成形以后，干燥的凝胶然后焙烧，除去几乎所有的挥发物，使颗粒中的各组分转化为陶瓷(金属氧化物)。一般加热干燥后的凝胶，直到除去游离水和大部分结合水。焙烧后的材料然后通过加热烧结，保持在合适的温度范围，直到几乎所有氧化铝-水合物转化为α氧化铝微晶。
对加晶种的溶剂凝胶法氧化铝，是在氧化铝-水合物分散液中有意引入成核点或就在其里面形成成核点。分散液中成核点的存在会降低形成α氧化铝温度，产生极细的晶体结构。采用什么样的合适晶种是本领域皆知的。晶种一般具有尽可能接近α氧化铝的晶体结构和点阵参数。使用的晶种包括如颗粒α氧化铝、α氧化铁(Fe2O3)、以及α氧化铝和α氧化铁的前体，这些前体能在低于氧化铝-水合物转化为α氧化铝的温度下分别转化为α氧化铝和α氧化铁。然而，这些晶种类型仅是作为说明，并不构成限制。有效晶种颗粒的粒度宜为亚微米尺寸的。
如果使用加晶种的溶剂凝胶法氧化铝，晶种物质的量不应超过水合氧化铝的约10％(重量)为宜，一般过量约5％(重量)就没有好处。如果晶种足够细(表面面积约为60米2／克或大)，晶种用量宜约为0．5-10％(重量)，约1-5％(重量)更好。晶种还可以其前体形式加入，前体以能在低于氧化铝-水合物形成α氧化铝温度的温度转化为活性晶种形式。
也可以使用未加晶种的溶剂凝胶法氧化铝磨粒。这种磨粒可通过上述的同样方法制成，不同之处是加入晶种颗粒。在溶剂或凝胶中加入足量的稀土金属氧化物或它们的前体，在焙烧后提供至少约0．5％(重量)，较好约为1-30％(重量)稀土金属氧化物。也可使用其它结晶改性物质如MgO，制造本文使用的溶剂凝胶法氧化铝磨料。
用于本发明的优选MCA选自加晶种和未加晶种的溶胶凝胶法氧化铝颗粒，如Leitheiser等(美国专利4，31 4，827)；Schwabel(美国专利4，744，802)；Cottringer等(美国专利4，623，364)；Bartels等(美国专利5，034，360)；Hiraiwa等(美国专利5，387，268)；Hasegawa等(美国专利5，192，339)和Winkler等(美国专利5，302，564)所描述的(这些专利内容参考结合于此)。
本发明的磨具包含MCA磨粒、陶化粘合剂、一般其中有28-68％(体积)的孔隙，或者还含有一种或多种次级磨粒、填料和／或添加剂。磨具包含3-56％(体积)MCA磨粒，较好为10-56％(体积)。磨具中磨粒的量和次级磨料百分数可以在较大范围变动。本发明磨具的复合物中，磨粒总含量约为34-56％(体积)为宜，约40-54％(体积)更好，最好约为44-52％(体积)。
MCA磨具中的磨粒总量约5-100％(体积)为佳，约30-70％(体积)更好。
当使用次级磨粒时，这类磨粒宜为磨具磨粒总量的约0．1-80％(体积)，约30-70％(体积)更好。使用的次级磨粒包括但不限于氧化铝、氧化铝氧化锆、碳化硅、立方氮化硼、金刚石、燧石和石榴石颗粒、以及它们的组合。
磨具复合物含有孔隙用来充入润滑剂。本发明磨具复合物较好的是包含约28-63％(体积)开孔，约28-56％(体积)更好，最好约为30-53％(体积)。孔隙可由用于制造磨具的材料自然堆积密度造成的固有空间形成，或由固有空间和在磨具中加入的通常生孔介质结合形成的孔隙，生孔介质包括但不限于空心玻璃球、粉碎的核桃壳、塑料或有机化合物小球，发泡玻璃颗粒和微泡氧化铝以及它们的组合。孔隙有两种类型：开孔和闭孔。闭孔例如可通过加入微泡氧化铝和其它空心体、加入磨具的闭壁间隔物形成。开孔是磨具体中留下的，可让空气和其它流体流入和流出的空隙区域。可由模制、压制和煅烧时组分的受控空间和／或使用成孔的物质如在煅烧陶化粘合剂时可烧掉并在粘合剂中留下空隙的有机物的颗粒，来形成开孔。本文中，“开孔”是互相连通的孔隙，可供浸渍本发明的润滑剂组分。
本发明的磨具用陶化即玻璃化粘合剂粘结。使用的陶化粘合剂为本发明磨具提供精密研磨性能。对MCA颗粒，优选采用低煅烧温度的粘合剂，以避免颗粒表面的热损坏，引起MCA颗粒性能的降低。用于MCA颗粒的合适粘合剂例子公开于美国专利4，543，107；4，898，579；5，203，886；5，401，284；5，536，283和于1997年10月31日申请的美国专利申请08／962，482(这些专利的内容参考结合于此)。适用于这些粘合剂的原料包括Kentucky Ball Clay No．6、高岭土、氧化铝、碳酸锂、硼砂五水合物或硼酸和苏打灰、燧石和硅灰石。除了这些原料外还可加用玻璃料，或用其来代替这些原料。这些粘合剂材料组合在一起宜至少含有下列氧化物：SiO2、Al2O3、Na2O、Li2O和B2O3。
润滑剂组分是一种蜡状物质，选择这种润滑剂组分是由于其适合浸渍陶化粘合的磨具以及能有效提高MCA磨粒在湿磨和干磨中的研磨性能。润滑剂组分较好的是油和蜡的混合物。所用的油一般是低粘度非极性的疏水性液体。选择这种油主要是由于它能在研磨时为磨具和工件的表面提供润滑或其它方面的处理作用。这种油还可以冷却研磨区。可以使用本领域已知的许多润滑油和金属加工油。用于本发明的油的代表包括长链烃石油或矿物油如萘油和石蜡油；室温下为液体的天然三甘油酯、二甘油酯和一甘油酯；包括植物油如菜籽油、椰子油和蓖麻油；动物油如鲸蜡油。可以使用合成油和这些油的混合物。
油还可以用作内部载体，为研磨区提供一些化学活性物质、摩擦改性剂和特压润滑剂如硫化脂肪油、脂肪酸和脂肪酸酯；氯化酯和脂肪酸；氯硫化添加剂；以及它们的混合物。Trim_OM-300金属加工油是较好的商品油，可购自Master ChemicalCorporation，Perrysbury，Ohio。据信含有石油、硫化猪脂油、氯化烯聚合物和氯化脂肪酸酯。
润滑剂组分中第二种重要的加入物是与油相容的蜡。本文中，“蜡”指在室温为固体(即熔点和软化点大于30℃，较好的大于40℃，大于50℃更好)的疏水性物质，例如某些烃物质具有长链脂族(脂肪酸)含氧部分，并还会含有脂肪酸酯、醇、酸、酰胺或胺或烷基酸磷酸酯基团。
蜡定义为包括脂肪酸与除甘油外的醇类的酯一类，与是脂肪酸与甘油的酯的油和脂肪不同。高分子量饱和烃(如至少C12脂族链)和脂肪醇(如至少C12脂族链)是本文使用的较好的蜡。用于本发明的蜡主要包含C12-C30脂族基团。为生产方便，较好的蜡的软化点温度宜为35-115℃(环和球装置软化点试验法；ASTM E-228-67，1982)，加热时成为液体，以便油混合，但在室温仍为固体或粘性凝胶。蜡可起到一定的冷却和润滑作用，然而，其主要作用是对油起包封作用，防止油从磨具渗出，或防止油在研磨前重新分布，提高在研磨部位的油膜强度。可以使用许多天然和合成蜡如巴西棕榈蜡、聚乙烯蜡、Accu-Lube蜡(为凝胶或固体形式，是可从ITW FliudProducts Group of Norcross，Georgia购得)的含长链脂肪醇的商品混合物和Microdrop蜡(含长链脂肪酸的产品，可从Trico Mfg．Corp．，of Pewaukee，WI购得)、以及它们的混合物。
为浸渍陶化粘合的磨具，加热蜡至融化，在中速搅拌下在蜡中加入经加热的油，直到获得均匀混合物。液体油／蜡混合物可直接浸渍到磨料中或冷却该混合物成为固体，供以后再熔化和浸渍之用。润滑剂中油与蜡的比例可按照需要调节，提供尽可能多的用于研磨时冷却和润滑的油，又不让油从磨具渗出。Accu-Lube蜡和Micro-drop蜡具有较低的熔点(即低于50℃)，据信包含油组分，其中油与蜡的重量比值至少为1∶4。这些蜡可用作润滑剂组分，与另外量的油混合或不与之混合，来浸渍磨轮。
本发明的润滑剂组分较好的含有至少50％(重量)油。已经发现，最多达约80％(重量)油可与巴西棕榈蜡或聚乙烯蜡混合，提供室温下强的固体混合物。石蜡不能和油形成合适的混合物。因此，巴西棕榈蜡(也称作巴西蜡，含脂肪酸链上有约12个碳原子的羟基化不饱和脂肪酸和醇的酯以及烃的混合物，软化点约为85℃)和聚乙烯蜡(高分子量烃，软化点约为110．5℃)为较好的蜡，可用于和油混合制备润滑剂组分。最好的是巴西棕榈蜡。
通过制备在蜡中至少约50％(重量)油的熔融混合物，然后令该混合物冷却，进行观察和试验能方便地决定这种蜡是否适用于本发明。如果冷却后的混合物固化为均匀的稠度(即经肉眼检查，没有成块)，并且在室温下固化后的产物为脆性，非塑性，但是当挠曲时突然折断，则其所选择的组分为合格的。
本发明优选采用在浸渍温度具有触变粘度特性的蜡。在制造磨具以及研磨操作时，这种剪切稀化特性是有益的。较好的蜡如巴西棕榈蜡和聚乙烯蜡，以及Accu-LubeandMicro-Drop产品在生产和使用的临界温度范围具有合适的粘度特性。
可采用一些常规方法制造陶化粘合磨具。例如，将MCA颗粒和粘合剂的混合物在一模具中填充成为磨轮坯子，制得未固化的磨轮。然后加热此未固化的磨轮，对其粘合剂进行煅烧。未固化的MCA颗粒和粘合剂混合物也可以混合，模压成形为磨具片。煅烧后，这些磨具片可粘合或焊接到磨具的芯部。
为了对浸渍磨轮进行准备，较好的是将油和蜡的混合物加热至高于蜡组分中最高熔点的温度。例如将该油和蜡的混合物置于一个槽子中，该槽子则浸在控制到合适温度的液体热交换介质浴中。硅油是合适的介质。浸渍前，磨具也加热至高于蜡的熔点。将保持在加热温度的磨具浸在液化的油／蜡混合物中足以使该混合物渗透进入到磨具孔隙中的时间。预热的磨轮可安装在水平轴上，以约10-15厘米／秒的中等周边速度进行旋转。旋转的磨轮然后缓慢下降到熔融油／蜡混合物中，或者将该混合物液体上升浸没磨轮的磨料部分。应小心操作，避免夹带空气到油／蜡混合物中，因为空气会防碍孔隙的完全浸渍。熔融油／蜡混合物的液面宜保持低于浸渍液面，使空气逸出并避免气囊。监测磨具的重量，以确定磨具充分吸收油／蜡液体所需的时间。或者，可以肉眼观察磨具，当油／蜡混合物渗透到孔中时磨轮显示轻微的颜色变化，当整个磨轮改变颜色时浸渍过程即告结束。浸渍完毕，磨轮宜缓慢地从混合物中取出，令其冷却。磨轮宜继续旋转直到完全冷却以后，以减少润滑剂组分在磨轮中分布不平衡的可能性。
本发明制造磨轮的另一种方法中，将磨轮的一面置于加热板上，油／蜡混合物块则置于磨轮的上面，加热磨轮下面的板，达到至少为油／蜡混合物熔点温度。当磨轮受热时，油／蜡混合物熔化并且借助重力渗透到磨轮孔隙中。这种方法的一个实施例中，加热磨轮至100℃，用Accu-lube润滑剂组分浸渍到5英寸(127毫米)的磨轮中。约10分钟完成浸渍，此时在磨轮的周边和底部可以看到蓝色的Accu-lube物质。
这种方法可避免空气夹带，可制成均匀浸渍的磨轮。还可以采用其它方法制造本发明的磨轮，只要润滑剂组分基本上能均匀渗透到磨轮的所有孔隙中。
下面用一些代表性实施方案的实施例说明本发明，实施例中所有的份数、比例和百分数均以重量为基准，除非另行指出。所有未按SI单位测得的重量和其它测量单位已转换为SI单位。
实施例
实施例1
下面一些实施例中使用下列物质：
油／蜡混合物试验 比较例1
P．E．蜡样品(9克)在约100℃熔化，在手工搅拌条件下，向该融化蜡加入1克固体硫。硫并未分散到蜡中，而是一个浸没在蜡中的液滴。分别用巴西棕榈蜡、石蜡、Accu-Lube凝胶和MIcro-Drop蜡代替P．E．蜡，重复这一试验。巴西棕榈蜡加热至约80℃，其它蜡加热至约50℃。在每一情况下，硫都不与蜡混合。因此，这些硫／油的组合都不能用于本发明。
比较例2
如同比较例1，在熔化的石蜡中加入充分量的OM-300油，OM-300油的浓度达到10％(重量)。令该溶液冷却至室温。肉眼观察表明油和蜡没有很好混合。产品混合物为软的，因此评价其为“较差”，不能用于本发明。
润滑剂组分1
用P．E．蜡代替石蜡，重复比较例2的步骤。OM-300油与P．I．蜡很好混合，产物为坚固的，即室温下为脆性，挠曲时会突然折断。分别用混合物中25、40和50％(重量)的OM-300，重复该试验。各种情况下，组分都能很好混合，尽管在50％(重量)时产物出现不平的表面。认为该产物混合物在所有浓度下均为坚固的，可用于本发明。
润滑剂组分2
重复比较例2的步骤，使用OM-300油浓度分别为10、25、40、50、60和75％(重量)的巴西棕榈蜡。所有混合物均可用于本发明。较好的是含至少25％(重量)巴西棕榈蜡的混合物。
润滑剂组分3
用Accu-Lube凝胶重复比较例2的步骤。判断出10和25％(重量)OM-300油的产物混合物可用于本发明。
润滑剂组分4
用Micro-Drop蜡重复比较例2的步骤。判断出10和20％(重量)OM-300油的产物混合物可用于本发明。
润滑剂组分5
如同比较例1，制得5O／50％(重量)OM300油／P．E．蜡的混合物。该混合物为坚固的和合格的，但呈块状。
润滑剂组分6
如同比较例1，制得50／50％(重量)OA-770油／巴西棕榈蜡的混合物。该混合物为坚固的和光滑的，能很好混合，为合格的。
75／25％(重量)OA-770油／巴西棕榈蜡混合物产物的结果和75％(重量)OM-300油／蜡混合物相同，为合格的。
润滑剂组分7
如同比较例1，制得50／50％(重量)OA-770油／P．E．蜡的混合物。该混合物为坚固的和光滑的，能很好混合，为合格的。P．E．蜡分别与OA-377油和OA-702油的50／50％(重量)混合物获得同样结果。
润滑剂组分8
如同比较例1，制得50／50％(重量)OA-770油／Accu-Lube蜡的混合物。该混合物为坚固的和光滑的，能很好混合，适用于本发明。Accu-Lube蜡分别与OA-377油和OA-702油的50／50％(重量)混合物获得同样结果。含Accu-Lube蜡的润滑剂组分室温时比含P．E．蜡或巴西棕榈蜡的软，不太适合用于本发明的磨具。
润滑剂组分9
如同比较例2，制得椰子油和巴西棕榈蜡比值为25／75、50／50和75／25％(重量)的混合物，发现该混合物能很好混合，适合用于本发明。分别用椰子油与Accu-Lube凝胶和MIcro-Drop蜡的25／75、50／50和75／25％(重量)的混合物获得同样结果。50和75％(重量)在Accu-Lube或Micro-Drop中的椰子油，这些混合物在室温时相当软，因此，当用于处理磨具时，与含小于50％(重量)椰子油的混合物相比，不太合乎要求。
润滑剂组分10
如同比较例2，制得蓖麻油和巴西棕榈蜡比值为25／75、50／50和75／25％(重量)的混合物，发现该混合物能很好混合，适合用于本发明。分别用蓖麻油与Accu-Lube和MIcro-Drop蜡的25／75、50／50和75／25％(重量)的混合物获得同样结果。50和75％(重量)在Accu-Lube或Micro-Drop中的蓖麻油，这些混合物在室温时相当软，因此，当用于处理磨具时，与含小于50％(重量)蓖麻油的混合物相比，不太合乎要求。
润滑剂组分11
如同比较例2，制得菜籽油和巴西棕榈蜡比值为40／60、50／50、60／40、70／30和80／20％(重量)的混合物，发现该混合物能很好混合，适合用于本发明。分别用菜籽油与Accu-Lube凝胶和Micro-Drop蜡的同样的重量百分数的混合物获得同样结果。50％(重量)或更多量在Accu-Lube或Micro-Drop中的菜籽油，这些混合物在室温时相当软，因此，当用于处理磨具时，与含小于50％(重量)菜籽油的混合物相比，不太合乎要求。
这些混合试验表明：适合浸渍本发明磨具的润滑剂组分可以简单加热选择的蜡和油的混合物制成。巴西棕榈蜡和P．E．蜡是大量油的最佳蜡载体，因此也是用于本发明的油／蜡混合物润滑剂组分的优选蜡。
混合蜡与元素硫，不能制得润滑剂组分。如果使用硫，必须将其作为在磨削油载体中的添加剂，加到蜡中，才能确保硫的分布。
石蜡不适合用于本发明的润滑剂组分。与巴西棕榈蜡不同，石蜡为粘性，会引起在磨轮表面上的填塞。另外，石蜡无法与油混合形成油／蜡混合物。
蜡的屈服值和粘度测定
在25℃和各种蜡熔点间的五个温度，在一定的剪切速率范围，试验蜡(石蜡、巴西棕榈蜡、聚乙烯、Micro-Drop蜡和Accu-lube蜡)的粘度变化。在从Kayeness，Inc．，Honey Brook，PA购得的Kayeness Galaxy IV毛细管流变仪上，在下表列出的力值、撞击速率和剪切速率下进行试验。流变仪配备长8．00毫米，孔径1．05毫米的样品毛细管。按照下式，由剪切应力和剪切速率计算蜡的粘度：η=t／γ；其中η是粘度(泊)，t是剪切应力(千达因／厘米2)，γ是剪切速率(秒-1)。对每种蜡，在试验的温度范围，log剪切速率与log剪切应力之间存在线性关系。
适用于本发明润滑剂组分的蜡，其特征是在整个试验温度范围，随剪切速率提高时的剪切稀化粘度行为。
蜡的屈服值和log粘度表
实施例2
磨具的制造
采用下面的方法，用油／蜡混合物浸渍磨轮，说明本发明磨轮处理的一个较好方法。
磨轮1
选择工业生产的磨轮(5．1×0．52×0．875英寸)(127．0×12．7×22．2毫米)，包含9．12％(体积)陶化粘合剂、48％(体积)磨粒和42．88％(体积)孔隙。磨轮重556．88克，包括一个心轴。磨轮加热至150℃，然后以17转／分钟旋转，部分地浸在温度保持在110℃的60％(重量)OM-300油／40(重量)巴西棕榈蜡的混合物中，浸约2-5分钟。磨轮在油／蜡混合物中不断旋转，直到肉眼观察到浸渍完毕。从蜡中取出磨轮，令其在同样速度旋转的条件下冷却至室温。浸渍后磨轮和心轴的重量为605．90克。磨轮吸收了约15％(重量)的润滑剂组分，孔隙基本上充满润滑剂组分。
磨轮2
选择一磨轮(5．1×0．523×0．875英寸)(127．0×12．7×22．2毫米)，它包含9．12％(体积)陶化粘合剂、48％(体积)磨粒和42．88％(体积)孔隙。磨轮重323．50克，不包括心轴。磨轮加热至150℃，然后以17转／分钟旋转，部分地浸在温度保持在106℃的50％(重量)OA-770油／50(重量)巴西棕榈蜡的混合物中，浸约2-5分钟。磨轮在油／蜡混合物中不断旋转，直到肉眼观察到浸渍完毕。从蜡中取出磨轮，令其在同样速度旋转的条件下冷却至室温。浸渍后磨轮的重量为373．74克。磨轮吸收了约15％(重量)的润滑剂组分，孔隙中基本上充满润滑剂组分。
从采用上述方法浸渍的一个磨轮制备一个截面，观察到润滑剂组分浸渍时在径向上没有差异。因此，采用这种磨轮处理方法，磨轮中几乎所有开孔都均匀浸渍着润滑剂组分。
按照同样方式，用本发明的各油／蜡组合物浸渍制备另外的磨轮。磨轮加热到比润滑剂组分温度高20-30℃的温度，从而加热润滑剂组分，直到其中的蜡完全融化(如P．E．蜡加热到110℃；巴西棕榈蜡加热到85℃‘Accu-lube蜡和Micro-drop蜡加热到50℃)。对与上述相同的磨轮复合物，这种方法也可以制得含约15％(重量)润滑剂组分的处理过的磨轮。
实施例3
研磨试验
在干磨和湿磨操作条件下，比较用润滑剂组分处理的磨具和未处理的磨具。选择各重约356克的加晶种溶胶凝胶法氧化铝颗粒／陶化粘合的磨轮样品(NortonCompany产品，SG80-K8-HA4磨轮)(5×0．5×0．875英寸)(127．0×12．7×22．2毫米)用于试验。
用如同实施例1制备的50％(重量)OA-770氯硫化磨削油添加剂和50％(重量)巴西棕榈蜡的润滑剂组分混合物浸渍磨轮样品(磨轮9和10)。如实施例2磨轮2中所述，润滑剂组分基本上浸渍进入了磨轮。浸入磨轮9和10的润滑剂组分重量各约为50克。磨轮9用于进行下面描述的干法外圆研磨试验。磨轮10用于进行湿法外圆研磨试验。
按照实施例2的方法，这些磨轮的另一个样品(磨轮11)用Accu-lube凝胶(约50克)浸渍，不同之处是磨轮加热至120℃，蜡加热至88℃。按照下面所述，用经处理的磨轮对工件进行干磨。用这些磨轮的未处理样品(对照3和对照4)，在有冷却剂和没有冷却剂条件下分别研磨钢质工件。
研磨条件：
设备：Heald研磨机
方式：外圆全面进给研磨
磨轮：SG-80-K8-HA4(5×0．5×0．875英寸)(127．0×12．7×22．2毫米)
磨轮速度：6542rpm(43米／秒)
工件速度：150rpm(0．8米／秒)
工件材料：52100钢，圆柱形料(Rc60)，直径102毫米，厚6．35毫米
研磨宽度：6．35毫米
横进给：直径上0．76毫米
冷却剂：(如果使用)E-200冷却剂，H．M．Royal，Inc．，Trenton，N．J．
整饰方式：旋转金刚石盘
2466rpm
0．005英寸／转(0．127毫米／转)导程(lead)
0．001英寸(00．025毫米)整饰的径向深度
在产生22-133N作用力的进给速度范围进行试验。在88．96N作用力下的试验条件和研磨结果列于表Ⅰ。
结果表明，没有施加外部冷却剂时(即干磨)，本发明新颖的磨轮，用较低的比能量，可获得比未浸渍磨轮高的G比值和可磨性(G比值／比能量)。在湿磨和干磨试验中，新颖磨轮消耗的能量明显小于非浸渍的磨轮。湿磨试验中，在施加外部冷却剂操作时，新颖磨轮与未浸渍磨轮，在所有作用力条件下，可磨性非常相似。
因此，本发明的磨轮显著改进了研磨操作，这些操作中，必须避免工件燃烧，并且由于环境或其它原因，使用外部冷却剂是不适宜的。
表Ⅰ
实施例4
研磨试验
此实施例表明相对于未处理的对照样品，用各种润滑剂组分处理的样品的益处。润滑剂组分或单独用巴西棕榈蜡，或用巴西棕榈蜡与20％(重量)蓖麻油、椰子油或菜籽油的混合物。
采用实施例2中所述的方法，浸渍试验磨轮(Norton Company产品SG80-K8-HA4磨轮)。对照磨轮和试验磨轮含有约48％(体积)加晶种溶胶凝胶法氧化铝磨粒、9．12％(体积)陶化粘合剂和约42．88％(体积)孔隙。磨轮浸渍后的重量如下所示。磨轮样品处理煅烧后密度(g／cc)最初重量(g)最后重量(g)吸收量(g)对照4-1无2.090355.87355.87--1280／20蓖麻油／巴西棕榈蜡2.090355.78409.8654.081380／20椰子油／巴西棕榈蜡2.086355.86408.4452.581480／20菜籽油／巴西棕榈蜡2.090355.84409.7553.91对照4-2100％巴西棕榈蜡2.085355.07405.1650.09
在干磨外直径的研磨试验中，以下列条件试验巴西棕榈蜡基处理的样品和对照样品。结果列于表Ⅱ。
研磨条件：
设备：Heald研磨机
方式：外圆全面进给研磨
磨轮：SG-80-K8-HA4(5×0．5×0．875英寸)(127．0×12．7×22．2毫米)
磨轮速度：6280rpm(42米／秒)
工件速度：150rpm(0．8米／秒)
工件材料：52100钢，圆柱形料(Rc60)，4．0英寸(101．6毫米)O．D．×0．25英寸(6．35毫米)厚
冷却剂：无
整饰方式：旋转金刚石盘
0．005英寸／转(0．127毫米／转)导程
0．001英寸(00．025毫米)整饰的径向深度
表Ⅱ
所有经处理的样品在表面精加工方面优于未处理的对照样品。施加较大的力时，所有经处理的样品在研磨效率和能量参数方面优于未处理的对照样品。未处理的对照样品在施加较小的力时有较大的G比值，但是当施加较大力时G比值和材料除去率迅速下降。这是精密研磨操作中非常不希望发生的情况，本发明的磨轮就消除了这个缺点。更值得注意的是在干磨试验中，研磨所需的比能量和研磨性指数(G-比值／比能量)明显优于未处理的磨轮。
在各种作用力下，油／蜡组分样品的功率、G-比值、表面光洁度和研磨性与100％巴西棕榈蜡对照样品相同或优于对照样品。观察到经过100％巴西棕榈蜡处理的磨轮研磨后的工件，会在其上面留下不希望的残留物，这种残留物难以除去。蜡／油混合物处理的磨轮也会在工件上留下残留物，但是与100％蜡处理的磨轮留下的残留物不同，能容易地从工件抹去。巴西棕榈蜡残留物在某一些研磨操作中会引起在磨轮表面上的填塞。
实施例5
研磨试验
此实施例表明，相对于未处理的对照磨轮样品，含一定范围重量百分数的巴西棕榈蜡与含硫油的润滑剂组分处理的磨轮样品的益处。这些样品还与含1∶3巴西棕榈蜡和油，但没有添加剂的润滑剂组分相比。在避免硫处理对照磨轮燃烧所需的湿磨条件下，对经处理的磨轮和对照磨轮进行I．D．全面进给研磨试验。
采用实施例2中所述的方法，浸渍试验磨轮(Norton Company产品SG80-J8-VS磨轮)(3．0×0．5×0．875英寸)(76．0×12．7×22．2毫米)。磨轮含有约48％(体积)加晶种溶胶凝胶法氧化铝磨粒、7．2％(体积)陶化粘合剂和约44．8％(体积)孔隙。磨轮浸渍后的重量如下所示。硫对照磨轮是用约15％(重量)元素硫浸渍的磨轮产品(SG80-J8-VS-TR22)，可从Norton Company，Worcester，MA购得。磨轮样品处理煅烧后密度(g／cc)最初重量(g)最后重量(g)吸收量(g)对照6-1无2.202136.42136.42--1875／25OM-377油／巴西棕榈蜡2.187136.49153.7317.241940／60OM-377油／巴西棕榈蜡2.201136.56156.8820.322060／40OM-377油／巴西棕榈蜡2.204136.46157.5721.112120／80OM-377油／巴西棕榈蜡2.203136.51155.3818.872275／25OM-300油／巴西棕榈蜡2.198136.73155.7919.06对照6-2100％商业硫2.204136.59173.3636.77
研磨条件：
设备：Heald研磨机
方式：湿法I．D．全面进给研磨
磨轮：SG-80-K8-VS(3×0．5×0．875英寸)(76．0×12．7×22．2毫米)
磨轮速度：11，307rpm(44米／秒)
工件速度：150rpm(0．8米／秒)
工件材料：52100钢(Rc60)，(7．0×0．250×4．0英寸)(178．8×6．35×101．6毫米)
横进给：直径上1．524毫米
横进给率：(2个设定值)2．44和4．88mm／min
冷却剂：Trim_透明冷却剂(1∶20与去离子水)，Master Chemical Corp．Perrysburg，OH
整饰方式：旋转金刚石盘
0．005英寸／转(0．127毫米／转)导程
0．001英寸(00．025毫米)整饰的径向深度
表Ⅲ
在湿磨条件下，本发明的磨轮在研磨性和比能量方面优于硫处理的磨轮，表明了在性能参数包括研磨所需能量和材料除去率之间要求的所需平衡。因此，本发明经处理的磨轮是浸渍硫的磨轮的合格替代品。
所有经处理的磨轮(除了OM-300油处理的磨轮#22)在研磨性方面优于未处理的磨轮，但是对比能量的需求相同。尽管OM300油处理的磨轮22的性能在较大横进给率条件下略差，总的性能还是合格的。因为OM300油相对于OM-377油仅含有少量的硫，在硫会造成环境问题时，宜选择OM-300油处理的磨轮用于研磨操作。
实施例3表明，如果经处理和未经处理的磨轮在干磨条件下进行试验，所有浸渍油和蜡的磨轮极可能证实比未经处理的对照磨轮更高的G比值以及更小的能耗。
尽管在附图和实施例中对本发明所选择的具体实施方式进行了说明，前面的说明书具体地说明了本发明的这些实施方式，但本说明书对权利要求书限定的本发明范围并不构成限制。