用于制造磨料制品的系统和方法与流程

文档序号:13985038
用于制造磨料制品的系统和方法与流程

本公开涉及磨料制品。更具体地讲,本公开涉及用于在背衬上布置磨料颗粒作为制造磨料制品的一部分的工具、系统和方法。

通常,带涂层磨料制品具有固定至背衬的磨料层。磨料层包含磨料颗粒和将磨料颗粒固定至背衬的粘结剂。一种通用型的带涂层磨料制品具有由底胶或底胶层、复胶或复胶层和磨料颗粒组成的磨料层。在制造此类带涂层磨料制品时,将包含可固化底胶树脂的底胶层前体施加至背衬的主表面。然后,将磨料颗粒至少部分地嵌入可固化底胶树脂中,并且使可固化底胶树脂至少部分地固化,以将磨料颗粒粘附至背衬的主表面。然后将包含可固化复胶树脂的复胶层前体施加在至少部分地固化的可固化底胶树脂和磨料颗粒上,接着固化该可固化复胶树脂前体,并且任选地进一步固化该可固化底胶树脂。

将磨料颗粒施加至背衬构造(例如,涂覆有底胶层前体的背衬)的主面通常采用滴涂技术实现,其中大批量磨料颗粒穿过料斗进料并在重力的作用下落到主面上(例如,落到底胶层前体上或落到底胶层前体中)。磨料颗粒在接触主面时的空间定向在所有方向上是完全随机的。或者,静电涂覆(电涂)也是熟知的,并且通常采用静电场克服重力将磨料颗粒竖直地推到主面上(例如,到底胶层前体上或到底胶层前体中)。利用静电涂覆,可能影响磨料颗粒在一个方向上的定向,使得每个磨料颗粒的细长尺寸相对于背衬表面是基本上竖立的(直立的)。然而,静电涂覆比滴涂更加昂贵,并且可能并非对于所有类型的磨料颗粒可行(例如,其可能难以一致地静电涂覆相对较大的磨料颗粒)。

鉴于以上所述,需要用于将磨料颗粒施加至背衬构造作为制造磨料制品的一部分的改进的系统和方法。



技术实现要素:

本公开的一些方面涉及制造磨料制品的方法。该方法包括将磨料颗粒加载至分配工具。分配工具包括限定多个狭槽的多个壁。狭槽中的每一个狭槽向分配工具的下侧敞开。所加载的磨料颗粒从分配工具分配到背衬构造幅材的主面上,所述背衬构造幅材位于下侧的正下方并相对于分配工具移动。从分配工具分配的磨料颗粒的至少大部分经历颗粒定向顺序,在该颗粒定向顺序中每个颗粒首先进入狭槽中的一个狭槽。然后颗粒部分地穿过相应狭槽,使得磨料颗粒的第一部分超过下侧并与主面接触,并且磨料颗粒的第二部分在狭槽内。然后颗粒定向顺序包括使磨料颗粒保持与壁中的至少一个壁和主面同时接触一段停留时间,在该停留时间内,背衬构造幅材相对于分配工具移动。在一些实施方案中,该方法包括使多个磨料颗粒同时位于狭槽中的相应狭槽内,并相对于狭槽中的相应狭槽粗略地对齐。在其它实施方案中,定向顺序包括使磨料颗粒在初始接触主面之后经历自然的重新定向(例如,倾斜),而与此同时第二部分在相应狭槽的界限内。在其它实施方案中,狭槽宽度小于磨料颗粒的标称高度和标称长度但大于标称厚度。

本公开的其它方面涉及用于制造磨料制品的系统。该系统包括分配工具和幅材供给装置。分配工具包括限定多个狭槽的多个壁。狭槽中的每一个狭槽向分配工具的下侧敞开。幅材供给装置被构造成在分配工具的下侧的正下方沿纵向操纵背衬构造幅材。狭槽中的每一个狭槽限定长度、深度和宽度。狭槽长度大于狭槽深度,并且狭槽深度大于狭槽宽度。分配工具相对于幅材供给装置布置,使得对于狭槽中的每一个狭槽而言,狭槽深度基本上垂直于纵向,狭槽长度基本上平行于纵向,并且狭槽宽度基本上正交于狭槽深度和长度。

附图说明

图1为用于根据本公开的原理制造磨料制品的系统一部分的简化图示;

图2A为根据本公开原理并且可与图1的系统一起使用的分配工具的一部分的透视图;

图2B为图2A的工具的端视图;

图2C为图2A的工具的顶视图;

图3A为图2A的分配工具的侧视图,该分配工具作为用于制造磨料制品并将磨料颗粒分配到幅材上的系统的一部分;

图3B为图3A的布置的顶视图;

图3C为图3A的布置的端视图;

图4为可与本公开的工具、系统和方法一起使用的磨料颗粒的透视图;

图5A为与图4的磨料颗粒相互作用的图2A的分配工具一部分的顶视图;

图5B为图5A的布置的端视图;

图5C为图5A的布置的侧视图;

图6A-6C示出图5A-5C的布置,其中磨料颗粒处于不同定向;

图7为与图4的磨料颗粒相互作用的图2A的分配工具的放大侧视图,该分配工具作为用于制造磨料制品的系统的一部分;

图8A为可与本公开的工具、系统和方法一起使用的另一种磨料颗粒的顶部平面图;

图8B为图8A的磨料颗粒的端视图;

图8C为图8A的磨料颗粒的侧视图;

图9A为附接到背衬的图8A的磨料颗粒的侧视图;

图9B为与图8A的磨料颗粒相互作用的图2A的分配工具的侧视图,该分配工具作为用于制造磨料制品的系统的一部分;

图9C为在以后某个时间点处的图9B的布置;

图9D为图9B的布置的端视图;

图10A为可与本公开的工具、系统和方法一起使用的另一种磨料颗粒的顶部平面图;

图10B为图10A的磨料颗粒的端视图;

图10C为图10A的磨料颗粒的侧视图;

图11A为包括图10A的磨料颗粒的磨料制品的剖视图;

图11B为图2A的分配工具在将图10A的磨料颗粒施加至背衬时的一部分的放大端视图;

图12A和图12B为与图10A的磨料颗粒相互作用的图2A的分配工具的端视图,该分配工具作为用于制造磨料制品的系统的一部分;

图13A为可与本公开的工具、系统和方法一起使用的另一种磨料颗粒的顶部平面图;

图13B为图13A的磨料颗粒的端视图;

图13C为图13A的磨料颗粒的侧视图;

图14A和图14B为根据本公开的原理与图13A的磨料颗粒相互作用的分配工具的顶视图;

图15A为可与本公开的工具、系统和方法一起使用的另一种磨料颗粒的顶部平面图;

图15B为图15A的磨料颗粒的端视图;并且

图15C为图15A的磨料颗粒的侧视图。

具体实施方式

本公开的方面涉及用于制造磨料制品的工具、系统和方法,并且具体地讲涉及用于将磨料颗粒施加至背衬构造的装置和方法。作为参考,图1示出根据本公开的原理用于制造磨料制品的系统20的部分,其包括分配装置22连同常用于制造磨料制品的其它部件或装置。例如,磨料制品的制造通常包括用于沿行进路径或纵向26移动背衬构造幅材24的结构和机构(例如,辊、传送带等)。背衬构造幅材24可呈现多种形式,并且在一些实施方案中包括背衬28,已经将底胶层前体树脂30(或其它树脂或粘合剂)施用至背衬28。例如,利用图1的非限制性布置,背衬28行进经过涂布机32,该涂布机将底胶层前体树脂30施加在背衬28的主表面34上,从而形成背衬构造幅材24(例如,带涂层背衬)。在其它实施方案中,可将多个涂层施加至背衬28以随着递送至分配工具22而产生背衬构造幅材24;在其它实施方案中,背衬构造幅材24由单独的背衬28组成(即,在与分配装置22相互作用之前,背衬28未经受树脂涂覆操作)。磨料颗粒36(为了易于理解,其尺寸在图1中很大程度上被放大)由分配装置22施加至背衬构造幅材24的主面38,该分配装置以其它方式从下述供应源40分配磨料颗粒36。在施加磨料颗粒36之后,背衬构造幅材24离开分配装置22并任选地经受进一步加工(例如,施加复胶层42、通过常规方式(例如,电涂)施加另外的磨料颗粒、施加助磨剂、施加顶胶层、固化、切割等)以得到最终磨料制品,诸如带涂层磨料制品。

分配装置22被构造成随着磨料颗粒36被施加并随后粘结至主面38,完成磨料颗粒的至少大部分的总体偏斜定向和对齐。出于这一点,根据本公开的原理并且可与分配装置22(图1)一起使用或作为该分配装置使用的分配工具50的一个实施方案的部分在图2A-2C中以简化形式示出。一般来讲,分配工具50包括多个壁60。壁60彼此隔开,使得狭槽62限定在壁60的紧邻壁之间。为了易于解释,狭槽62的尺寸相对于壁60的尺寸在视图中被放大。分配工具50被构造成从其下侧64(在图2A和图2B中大致提及)以使磨料颗粒粗略地定向并对齐的方式分配磨料颗粒(未示出)。例如,并如下文更详细所述,壁60被布置成使得狭槽62具有基本相似的宽度WS(例如,狭槽62的宽度WS彼此之间相差不超过10%),根据磨料颗粒的预期标称尺寸选择该宽度以便在下侧64处使磨料颗粒大体上偏斜成空间定向。

壁60是由相对刚性的材料(例如,金属、塑料、陶瓷等)形成的细长、基本平坦的(例如,在真正平坦构造的10%内)主体。壁60可相对于彼此以各种方式保持。例如,分配工具50可包括分别装配至壁60中的每一个壁的相反两端的安装主体70a、70b。作为参考,安装主体70a、70b在图2C中示出,并从图2A的视图中省去;安装主体70b中的一个安装主体在图2B中以虚线示出。无论精确构造如何,安装主体70a、70b以大体平行的方式保持壁60(例如,壁60被布置成在彼此真正平行关系的10%内)。由于其大体刚性的实质,壁60自行维持在最终装配时和在使用期间由安装主体70a、70b决定的基本上平行的布置。

安装主体70a、70b可覆盖或包括壁60中的每一个壁的一部分,其中安装主体70a、70b之间的直线距离用于限定壁60中的每一个壁的有效长度LW以及狭槽62中的每一个狭槽的长度LS。根据磨料颗粒的预期标称尺寸(未示出)选择狭槽62中的每一个狭槽的长度LS(分配工具50将按照下文更详细描述那样与这些磨料颗粒一起使用),包括足以同时接纳多个磨料颗粒的狭槽长度LS

壁60中的每一个壁具有高度HW(出于使其在下文中明确的原因在图2B中标记为HWa和HWb),其被定义为相反的第一边缘80和第二边缘82之间的直线距离(在图2B中标记为80a、80b、82a、82b)。壁60中的每一个壁的细长形状包括大于相应壁高度HW(其中壁高度HW被定义为相应壁60的相反边缘80、82之间的直线距离)的有效壁长度LW。每个狭槽62的深度DS由限定狭槽62的紧邻壁60的高度HW限定,并根据磨料颗粒的预期标称尺寸(未示出)以及其它最终应用参数来选择,分配工具50将与这些磨料颗粒一起使用,如下文所述。在一些实施方案中,壁高度HW不是相同的。例如,并如由图2B所最佳反映的那样,多个壁60可包括交替定位的第一壁60a和第二壁60b。第一壁60a的高度HWa大于第二壁60b的高度HWb。壁60a、60b被布置成使得相应第一边缘80a、80b在下侧64处都基本上彼此对齐。由于不同的高度,然后第二壁60b的第二边缘82b在下侧64的方向上从第一壁60a的第二边缘82a偏置。交替高度HWa、HWb(并且具体地讲第一边缘80a、80b相对于彼此的交替偏置空间布置)有助于促使磨料颗粒进入狭槽62,如下文所述。或者,可将三个或更多个不同的壁高度HW引入到分配工具50中;在其它实施方案中,壁60均可具有相同的高度。

分配工具50被构造成使得在最终装配并用作磨料制品制造系统20(图1)的一部分时,磨料颗粒(未示出)将加载至狭槽62中,随后导致在狭槽长度LS的方向上相对于狭槽62移动。因此,可将分配工具50视作提供与狭槽长度LS相应的从入口侧90至出口侧92的长度方向DL。图2B为出口侧92的端视图,并反映安装主体70b(在出口侧92处以其它方式装配)终止在壁60的第一边缘80a、80b上方(相对于图2B的定向)。换句话讲,安装主体70b未延伸至分配工具50的下侧64,并且出于使其在下文中明确的原因,狭槽62中的每一个狭槽的一部分相对于安装主体70b在出口侧92处是敞开的。在入口侧90处的安装主体70a相对于第一边缘80a、80b可能具有或可能不具有相似关系,并且可另选地延伸至下侧64。

虽然分配工具50示出为包括壁60中的十个,但任何其它数目(更多或更少)同样是可接受的。从更一般的意义上讲,将提供给分配工具50的壁60的数目选择为期望狭槽宽度WS和背衬构造幅材24(图1)尺寸(例如,幅材横向宽度)的函数,如下文更详细所述。在其它实施方案中,分配装置22(图1)可包括成系列装配至框架或类似结构分配工具50中的两个或更多个。

图3A-3C大致反映了将分配工具50并入作为磨料制品制造系统20的一部分。分配工具50紧邻背衬构造幅材24(例如,稍微高出下文更详细描述的距离)定位。细长壁60(以及因此狭槽62)与纵向26基本上对齐(例如,在真正对齐关系的10%内),例如,长度方向DL与纵向26基本上对齐或平行(例如,在真正对齐或平行关系的10%内)。

在使用中,磨料颗粒36的供应源100(一般性提及)在入口侧90处或邻近入口侧加载到分配工具50上。只有在实现由狭槽62的尺寸决定的总空间定向时,磨料颗粒36中的单个颗粒才将进入狭槽62中的相应狭槽。例如,图3A-3C中的第一磨料颗粒36a在空间上被定向,以便进入狭槽62a,然而第二磨料颗粒36b的空间定向抑制其进入狭槽62中的任何狭槽中。作为参考,供应源100的加载可包括在重力作用下,将大量磨料颗粒36倾倒到分配工具50上或使其经过漏斗(例如,经由振动进料器、皮带驱动滴式涂布机等)到该分配工具上,其中如此加载的磨料颗粒36中的单个颗粒随机呈现任何空间定向。随着单个磨料颗粒36重复接触壁60中的一个或多个,这些颗粒偏转并呈现新空间定向,最终变得大致对齐并呈现适于进入狭槽62中的一个狭槽的空间定向。为了有助于促进总体对齐和定向,分配装置22(图1)可包括连接至分配工具50的振动装置102,从而引起磨料颗粒36在分配工具50的表面上四处振动,直至这些颗粒获得合适定向并下落穿过狭槽62中的一个狭槽。在提供的情况下,振动的方向可在壁60的平面内;随机振动可降低磨料颗粒36穿过分配工具50的质量流速,并且可随着磨料颗粒36离开分配工具50而打翻所施加的磨料颗粒中的许多。此外,并且如图3C最佳所示,在其中第一边缘80a、80b彼此交替偏置(沿高度方向)的任选实施方案中,自然地促使磨料颗粒36呈现适合进入狭槽62中的一个狭槽的空间定向,从而降低磨料颗粒36在分配工具50顶部处的“跨接”并增大磨料颗粒36穿过分配工具50的质量流速。无论如何,并且参见图3A-3C,大量磨料颗粒36可在任何一个时间点处设置在单个狭槽62内。

一旦实现了必要的空间定向,如此布置的磨料颗粒36就经过相应狭槽62,落到背衬构造幅材24上,并至少部分地粘结到其上(例如,图3A和图3B中标识的第三磨料颗粒36c)。分配工具50的下侧64与背衬构造幅材24间隔开一定间距G,该间距小于磨料颗粒36的最大尺寸。因此,所施加磨料颗粒36c的一部分保持在相应狭槽62內。相对于分配工具50在纵向26上驱动背衬构造幅材24,使得所施加的磨料颗粒36c随背衬构造幅材24的移动相对于分配工具50行进,在相应狭槽62内自由滑动。在此运动期间,分配工具50的壁60中的一个或多个支承所施加的磨料颗粒36c,从而抑制所施加的磨料颗粒36c发生空间定向上的明显变化(例如,抑制所施加的磨料颗粒36c在垂直于相应狭槽62的方向上明显倾翻或旋转)。在行进超过出口侧92时,磨料颗粒36现在更加牢固地粘结至背衬构造幅材24(例如,图3A和图3B中所标识的磨料颗粒36d),并保持由分配工具50决定的总体偏斜定向和对齐。换句话讲,本公开的系统和方法包括使所施加的36c在一段停留时间内同时接触分配工具50的壁60中的一个(或多个)磨料颗粒和背衬构造幅材24,在该停留时间中引起所施加的磨料颗粒36c行进分配工具50的长度并前进超过出口侧92。

在一些实施方案中,供应源100所包括的分配或或加载到分配工具上的磨料颗粒36中的一些将不发生总体偏斜定向和对齐顺序或上述步骤。例如,随着供应源100在入口侧90处流动到分配工具50上,磨料颗粒中的单个颗粒可在出口侧92的方向上偏置或从壁60“弹开”;磨料颗粒36中的单个颗粒将偏置或从壁60弹开,超过出口侧92并到背衬构造幅材24上。图3B示出已经固定到背衬构造幅材24上而未经过狭槽62中的一个狭槽的随机磨料颗粒36e的一个示例。磨料制品制造商和终端用户可能优选非偏斜磨料颗粒36e的这种随机出现。因此,本公开的系统和方法包括使供应源100所包括的磨料颗粒36的至少大部分、任选至少75%、85%、90%或95%随着加载至分配工具50而经历颗粒定向顺序,在该颗粒定向顺序中磨料颗粒36:1)进入狭槽62中的一个狭槽;2)部分地经过相应狭槽62,使得磨料颗粒的第一部分超过下侧64并与背衬构造幅材24的主面38接触,并且第二部分在狭槽62内;并3)保持与壁60中的至少一个壁和主面38同时接触一段停留时间,在该停留时间中,背衬构造幅材24相对于分配工具50移动。在一些实施方案中,供应源100所包括的磨料颗粒36的少于100%随着加载到分配工具50上而经历颗粒定向顺序。

由本公开的分配工具提供的总体偏斜定向和对齐可通过参考磨料颗粒的主轴和尺寸来表征。图4为磨料颗粒36的一般非限制性示例,其外部形状限定颗粒最大长度LP、最大高度HP和最大厚度TP尺寸,这些尺寸表示磨料颗粒36在三个正交平面内的最大尺寸。颗粒最大长度LP、最大高度HP和最大厚度TP是磨料颗粒36形状的函数,并且该形状可能均匀或可能不均匀。本公开决不限于任何具体磨料颗粒形状、尺寸、类型等,并且可与本公开一起使用的若干示例性磨料颗粒在下文中有更详细地描述。然而,对于一些形状,磨料颗粒36的“高度”可更通常地被称为“宽度”。磨料颗粒36在图4中被随意地示出为具有矩形棱柱形状,具有相反的主面104(该主面中的一个主面是可见的)、相反的主侧面106(该主侧面中的一个主侧面是可见的)和相反的次侧面108(该次侧面中的一个次侧面是可见的)。无论精确形状如何,任何磨料颗粒都可被描述为提供颗粒最大长度LP作为在任何一个平面内的最大尺寸,颗粒最大高度HP作为在与最大长度LP的平面正交的任何平面内的最大尺寸,以及最大厚度TP作为与最大长度LP和最大高度HP的平面正交的第三平面内的最大尺寸。颗粒最大长度LP大于或等于颗粒最大高度HP,并且颗粒最大高度HP大于或等于颗粒最大厚度TP。可用于本公开的磨料颗粒可具有圆形或球形几何形状,使得术语“长度”、“高度”或“厚度”包括直径在内。

磨料颗粒36的形状限定重心,在该重心处可限定颗粒XP轴、YP轴和ZP轴(颗粒XP轴、YP轴和ZP轴相对于彼此正交)。按照图4的惯例,颗粒ZP轴与最大高度HP平行,YP轴与最大长度LP平行,并且XP轴与最大厚度TP平行。作为参考,用于磨料颗粒36的颗粒XP轴、YP轴、ZP轴被鉴定为与背衬构造幅材24(图3A)无关的独立对象;一旦施加至背衬构造幅材24,磨料颗粒36的“z-轴旋转定向”就由颗粒绕穿过颗粒并穿过背衬的z-轴的角位移限定,颗粒以90度角附接至该背衬。

由本公开的分配工具实现的总体偏斜定向需要将磨料颗粒的空间布置规定或限制成绕颗粒ZP轴的一定范围的旋转定向和绕颗粒YP轴的一定范围的旋转定向;总体偏斜定向不规定或限制绕颗粒XP轴的旋转定向。例如,图5A提供了磨料颗粒36在狭槽62中的一个狭槽内的顶视图。相反的壁60将磨料颗粒36绕ZP轴的旋转定向限制至由磨料颗粒36的虚线表示反映的范围。类似地,图5B为磨料颗粒36在狭槽62内的端视图。总体偏斜定向包括相反的壁60将磨料颗粒36绕YP轴的旋转定向限制在由磨料颗粒36的虚线表示反映的范围内。最后,图5C是磨料颗粒36在狭槽62(一般性提及)内相对于壁60中的一个壁的侧视图(应当理解,狭槽62的相反的壁未示出)。磨料颗粒36可自由呈现绕XP轴的任何旋转定向(一种可能的绕XP轴的旋转定向在图5C中以虚线表示)。

根据狭槽62的尺寸和磨料颗粒36的尺寸,磨料颗粒36可能能够“配合”在狭槽62内,使得颗粒YP轴和ZP轴从图5A和图5B的表示旋转90度,在该表示中磨料颗粒36随机地布置,其中主侧面106与狭槽长度LS平行,并且次侧面108与狭槽深度DS平行。图6A-6C为另一种可能的布置,其中次侧面108与狭槽长度LS平行,并且主侧面106与狭槽深度DS平行。再一次实现了总体偏斜定向,在该定向中磨料颗粒被限制在绕颗粒YP轴和ZP轴的一定范围的定向;磨料颗粒36可呈现绕颗粒XP轴的任何旋转定向。

基于上述一般性解释并参考图2A-2C和图4,将回想到壁60和狭槽62的尺寸被选择为待加工磨料颗粒36的期望几何形状或尺寸的函数。从更一般的意义上来讲,根据待加工磨料颗粒的颗粒最大长度LP、最大高度HP和最大厚度TP来选择壁60和狭槽62的尺寸(应当理解,大批量的特定磨料颗粒将声称包含相同尺寸和形状的磨料颗粒;然而,大批量内的磨料颗粒中的单个颗粒将具有在可接受公差内彼此稍微不同的尺寸;因此,当选择用于分配如本公开所述大批量磨料颗粒的壁60和狭槽62的尺寸时,大批量磨料颗粒中任何一个磨料颗粒的“尺寸”都可参考大批量磨料颗粒的标称尺寸)。

壁60和狭槽62的尺寸通常被构造成使得狭槽宽度WS至少小于磨料颗粒最大长度LP,并任选地小于磨料颗粒最大高度HP,这要求磨料颗粒36在进入和经过狭槽62中的一个狭槽之前必须实现总体偏斜定向,其中壁60进一步用于支承处于下述偏斜定向的磨料颗粒36。虽然狭槽宽度WS可密切近似于最大厚度TP以便决定所施加磨料颗粒36的更精确的颗粒ZP轴和YP轴旋转定向(即,随着狭槽宽度WS接近最大厚度TP,磨料颗粒36可呈现并仍“配合”在狭槽62中的可能的ZP轴和YP轴旋转定向的范围有所降低),在一些实施方案中,在延长的通过量时间内狭槽宽度WS大于最大厚度TP(即,通过提供较大狭槽宽度WS,磨料颗粒36可随机呈现较大范围的ZP轴和YP轴旋转定向,并仍进入/经过狭槽62中的一个狭槽,从而使得单个磨料颗粒36“更容易”获得合适的空间定向并提高磨料颗粒36穿过分配工具50的质量流速),接近但不超出颗粒最大长度LP和最大高度HP。例如,狭槽宽度WS可为最大高度HP的50%-75%(只要所计算的值大于最大厚度TP即可)。在其它实施方案中,所选狭槽宽度WS不是最大厚度TP的整数因子(即,狭槽宽度WS不等于最大厚度TP、2TP、3TP等)以避免堵塞(例如,如果狭槽宽度WS等于最大厚度TP的两倍,则两个磨料颗粒36可变得彼此并排对齐,然后共同寄宿到狭槽62中的一个狭槽的相反的壁60)。对于引入交替高度壁60a、60b的任选实施方案,可将一对相邻较高壁60a之间的宽度WT(在图2B中标识)选择为大于颗粒最大长度LP和最大高度HP。利用这一设计标准,单一磨料颗粒36不能横跨两个“高”点(例如,一对相邻较高壁60a的第二末端82a),从而极大提高了磨料颗粒36穿过分配工具50的质量流速。

狭槽深度DS被选择为至少接近或大于颗粒最大高度HP(或颗粒最大长度LP,其中特定磨料颗粒的形状不暗指高度不同于长度),以便更好地确保磨料颗粒36中的单个颗粒获得期望的总体偏斜定向并随其横贯相应狭槽62以这一定向被支承。因此,在一些实施方案中壁高度Hw至少等于最大颗粒高度HP。在壁60具有不同高度的情况下(例如,对于图2A-2C的非限制性实施方案,第二壁60b的高度Hb小于第一壁60a的高度Ha),在一些实施方案中最短壁60的高度至少等于最大高度HP。在其它构造中,狭槽深度DS可小于最大颗粒高度HP

也可利用磨料颗粒36的尺寸来确定分配工具50的下侧64和背衬构造幅材24之间间距G的大小,如图7所示。具体地讲,间距G的大小被设定成,便确保一旦接触背衬构造幅材24,磨料颗粒36的一部分就保持在相应狭槽62“内”(在图7中大致提及,应当理解在图7的视图中,狭槽62“隐藏”在壁60后面,在图示中以其它方式可见),由相应壁60中的至少一个壁支承。在一些实施方案中,并且交叉参照图4和图6,间距G的大小为颗粒最大高度HP的25%-90%,或者颗粒最大高度HP的50%-75%。例如,在图7的图示中,磨料颗粒36已经实现由分配工具50决定的总体偏斜定向,沿狭槽62中的一个狭槽下落,并布置在背衬构造幅材24上。因为间距G小于颗粒最大高度HP,磨料颗粒36的第一部分110保持在狭槽62中,并且第二部分112超过下侧64。因此,随着磨料颗粒36沿分配工具50穿过,在背衬构造幅材24在纵向26上移动的情况下,磨料颗粒36由壁60中的至少一个壁支承(即,第一部分110接触壁60中的至少一个接触壁)。在其它实施方案中,下侧64可甚至更靠近背衬构造幅材24定位,包括接触主面38。

以上用于本公开分配工具构造的标准,并且具体地讲壁60、狭槽62和间距G的尺寸可应用于大量不同的磨料颗粒构造。例如,颗粒最大长度LP1、最大高度HP1和最大厚度TP1针对图8A-8C中的一个示例性磨料颗粒200的形状加以指定。磨料颗粒200的形状类似于等边三棱柱,其中图8A提供了顶视图,图8B提供了端视图,并且图8C提供了侧视图。由于等边三棱柱形状,最大长度LP1和最大高度HP1在磨料颗粒200的厚度上是均匀的(即,磨料颗粒200可视作限定相反的主面202、204;最大长度LP1和最大高度HP1存在于两个面202、204处)。最大高度HP1是已知的或者可计算得出,并且小于最大长度LP1。最大厚度TP1小于最大长度LP1和最大高度HP1。磨料颗粒200的侧面206-210具有相同的形状和尺寸,并垂直于主面202、204。

磨料制品制造商可能偏好于将磨料颗粒200以如图9A大致所示的“竖直”位置施加至并保持在背衬构造幅材24的主面38处(即,与其中颗粒主面202、204中的一个颗粒主面在背衬构造主面38处的非竖直定向相比,磨料颗粒200的侧面206-210中的一个侧面抵靠或嵌入背衬构造主面38中)。参考图2A-2C和图8A-8C,分配工具50可被构造成通过形成小于颗粒最大长度LP1和最大高度HP1并大于最大厚度TP1的狭槽宽度WS使磨料颗粒200总体偏斜至期望的竖直位置,与以上描述相一致。

狭槽深度DS被选择为接近或大于最大高度HP1,以便更好地确保磨料颗粒200中的单个颗粒获得期望的总体偏斜定向并随其穿过相应狭槽62以这一定向被支承。因此,在一些实施方案中壁高度H至少等于颗粒最大高度HP1。在壁60具有不同高度的情况下(例如,对于图2A-2C的非限制性实施方案,第二壁60b的高度Hb小于第一壁60a的高度Ha),在一些实施方案中最短壁60的高度至少等于最大颗粒高度HP1。在其它构造中,狭槽深度DS可小于最大高度HP1

也可利用磨料颗粒200的尺寸来确定分配工具50的下侧64和背衬构造幅材24之间间距G的大小,如图9B所示。具体地讲,间距G的大小被设定成,便确保一旦接触背衬构造幅材24,磨料颗粒200的一部分就保持在相应狭槽62“内”(在图9B中大致提及),由相应壁60中的至少一个壁支承。在一些实施方案中,并且在图8A和图9B之间进行交叉参照,间距G的大小为颗粒最大高度HP1的50%-75%。例如,在图9B中标识第一磨料颗粒200a。第一磨料颗粒200a已经实现了由分配工具50决定的总体偏斜定向,沿狭槽62中的一个狭槽下落,并布置在背衬构造幅材24上(即,第一侧面206承载在主面38上或承载在该主面中)。因为间距G小于颗粒最大高度HP1,所以磨料颗粒200a的第一部分220保持在狭槽62内,并且第二部分222超过下侧64。因此,随着磨料颗粒200a沿分配工具50横贯,在背衬构造幅材24在纵向26上移动的情况下,磨料颗粒200a由壁60中的至少一个壁支承(即,第一部分220接触壁60中的至少一个接触壁)。

图9B还反映,随着磨料颗粒200初始沿狭槽62中的一个狭槽掉落或落下,绕颗粒XP轴的旋转定向(图4)有效地不受约束,使得磨料颗粒200可以宽泛范围的颗粒XP轴旋转定向初始接触背衬构造幅材24。例如,第二磨料颗粒200b在图9B中被标识为在歪斜旋转定向上初始接触背衬构造幅材24(即,侧面206-210均不与主面38平行)。一旦接触背衬构造幅材24,磨料颗粒200b就将随着其横贯分配工具50同时由背衬构造幅材24在纵向26上的牵拉而自然寻找稳定的定向。这是在底胶涂层30的重量方面的典型的“底朝下”定向。图9C表示稍后时间点;随着背衬构造幅材24的运动,磨料颗粒200b现已自然地保持稳定的定向,在该定向中侧面206紧靠主面38或在该主面内。与以上描述相一致,在此自调节的定向中,磨料颗粒200b的一部分保持在狭槽62内(大致提及),由壁60中的至少一个壁支承。最后,图9D的端视图反映,由分配工具50完成的总体偏斜定向将由所附接的磨料颗粒200中的每一个颗粒表现的z-轴旋转定向(即,所施加的颗粒200绕穿过颗粒200并穿过背衬24的z轴的角旋转,颗粒36以90度角附接至背衬24)限制至规定范围,但是z-轴旋转定向对于所有的磨料颗粒200将是不同的。

多种其它磨料颗粒形状可用于本公开的分配工具、系统和方法。例如,颗粒最大长度LP2、最大高度HP2和最大厚度TP2针对图10A-10C中的另一示例性磨料颗粒250形状加以指定。磨料颗粒250的形状类似于等边锥形三棱柱,其中颗粒最大长度LP2大于颗粒最大高度HP2。然而,在整个厚度上的锥形几何形状规定,磨料颗粒250在第一主面252处的尺寸不同于在相反的第二主面254处的尺寸。如由视图大致反映,最大长度LP2和最大高度HP2在第二主面254处可见;而第一主面252具有长度和高度尺寸(标记为L、H),磨料颗粒250在第一主面252处的长度和高度小于在第二主面254处的尺寸,其中最大长度LP2和最大高度尺寸HP2在第二主面254处存在或测量。最大厚度TP2小于最大长度LP2和最大高度HP2。磨料颗粒250的侧面256-260具有相同形状和尺寸,并可表征为“倾斜”,限定相对于第一主面252的拔模角α以及相对于第二主面254的底角β。例如,磨料颗粒250可呈现标题为“Shaped Abrasive Particle With A Sloping Sidewall”(具有倾斜侧壁的成形磨料颗粒)的美国专利公布No.2010/0151196中所述构造中的任何构造,该专利公布的教导内容以引用方式并入本文。

磨料制品制造商可能偏好于将磨料颗粒250以由图11A的示例性带涂层磨料制品270大致所示的“竖直”位置施加于并保持在背衬构造幅材24的主面38处(即,磨料颗粒250中的每一个颗粒的侧面256-260中的一个侧面抵靠或嵌入背衬构造主面38中,其中磨料颗粒250具有总体“倾斜”或“斜靠”布置并覆盖有复胶层42)。另外参考图2A-2C和图10A-10C,分配工具50可被构造成通过形成小于颗粒最大长度LP2和最大高度HP2并大于最大厚度TP2的狭槽宽度WS使磨料颗粒250总体偏斜至期望的竖直、倾斜定向,与以上描述相一致。在一些实施方案中,狭槽宽度WS足够大(诸如为颗粒最大高度HP2的50%-75%),以使得磨料颗粒250可自由呈现倾斜布置或斜靠布置。

在其它实施方案中,可根据磨料颗粒250的几何形状更精确地计算狭槽宽度WS。对于其中磨料颗粒250具有均匀的等边锥形三棱柱形状的构造,第一主面252和第二主面254的侧边缘尺寸可测量得出或是已知的(并用作“长度”尺寸),拔模角α和底角β亦是如此。由于等边三角形形状和已知/实测长度尺寸,第一主面252的高度H可计算为:

H=31/2/2×L

或者,可以测量第一主面252的高度H。在颗粒厚度TP2是已知的或测量得出的情况下,然后任何侧面256–260的宽度WSF计算为:

WSF=TP2/sinβ

参考图11B,然后可将狭槽宽度WS确定为侧面宽度WSF的函数。具体地讲,为了适应磨料颗粒250在倾斜定向上的占用面积(其中侧面256-260中的一个侧面基本上平行于背衬构造幅材24的主面38,因此基本上垂直于壁60中的每一个壁的平面),狭槽宽度WS必须等于或大于侧面宽度WSF加上间隙尺寸(在图11B中指定为“C”)。间隙尺寸C可计算为:

C=H×cosβ

因此,狭槽宽度WS可计算为:

WS≥WSF+C,或者

WS≥TP2/sinβ+(H×cosβ)

如此前的实施方案,狭槽深度DS被选择为接近或大于颗粒最大高度HP2(图10A-10C),以便更好地确保磨料颗粒250中的单个颗粒获得期望的总体偏斜定向并随其横贯相应狭槽62以这一定向被支承。也可利用磨料颗粒250的尺寸来确定分配工具50的下侧64和背衬构造幅材24之间间距G的大小。具体地讲,间距G的大小被设定,以便确保一旦接触背衬构造幅材24,磨料颗粒250的一部分就保持在相应狭槽62“内”,由相应壁60中的至少一个壁支承。在一些实施方案中,间距G的大小为最大高度HP2的50%-75%。

使用分配工具50来施加多个磨料颗粒250高度类似于以上描述。在一些实施方案中,分配工具50被构造和布置成使得无论随着磨料颗粒250沿相应狭槽62经过时其颗粒YP轴、ZP轴(图4)旋转定向如何,都允许磨料颗粒250朝“倾斜”定向自动恢复,其中壁60中的一个或多个在此倾斜定向上支承磨料颗粒。例如,图12A的视图表示在第一时间点处下落穿过狭槽62中的各狭槽的磨料颗粒250中的各颗粒。示出第一个磨料颗粒250a已经以其中侧面256-260均不与主面38平行的旋转定向接触背衬构造幅材24的主面38。换句话讲,虽然第一磨料颗粒250a已经保持如上所述足以进入狭槽62中并部分穿过狭槽62的总体偏斜定向,但磨料颗粒250a未处于期望的倾斜定向。一旦接触背衬构造幅材24,磨料颗粒250a就至少部分地固定到底胶层30;然而,底胶层30的表面张力和其它参数允许磨料颗粒250a自然地倾斜。图12B反映了这种现象,示出在以后某个时间点处图12A的布置。更具体地讲,磨料颗粒250a已经朝期望的“倾斜”定向自动恢复,并经由接触壁60中的一个接触壁在该倾斜布置中被支承。

作为参考,随着磨料颗粒250随机地下落穿过相应狭槽62,磨料颗粒250中的每一个颗粒将不一定需要被空间定位成实现最终或完全倾斜布置。例如,第二磨料颗粒250b在图12A和图12B中被标识。在图12A的状态中,第二磨料颗粒250b以相对靠近壁60的方式掉落穿过狭槽62b。第二磨料颗粒250b接触背衬构造幅材24的主面38(图12A),然后自倾斜至图12B的布置。如图所示,第二磨料颗粒250b在实现完全倾斜布置(即,侧面256不与主面38平行)之前与壁60接触。然而,在随后离开分配工具50时(即,第二磨料制品250b不再接触壁60中的任何接触壁),底胶层30保持足够的流动性,使得第二磨料颗粒250b可能自行转变到期望的倾斜布置。

图12A和图12B还示出,在由本公开的分配工具决定的总体偏斜定向的情况下,磨料颗粒250可在规定的颗粒YP轴、ZP轴范围内随机地呈现不同的空间布置。例如,相比于第一磨料颗粒250a和第二磨料颗粒250b,第三磨料制品250c被标识并示出为空间布置成(绕颗粒ZP轴)大约180度。

多种其它磨料颗粒形状可同等地用于本公开。进一步通过非限制性示例,针对图13A-13C中的另一示例性磨料颗粒300的形状指定颗粒最大长度LP3、最大高度HP3和最大厚度TP3。磨料颗粒300的形状类似于锥形等腰三棱柱。最大长度LP3大于最大高度HP3。锥形几何结构决定在第一主面302处的长度和高度不同于相反的第二主面304,其中最大长度LP3和最大高度HP3在如上所述的第二主面304处可见或测得。最大厚度TP3小于最大长度LP3和最大高度HP3。另外参考图2A-2C,并与以上描述一致,分配工具50可被构造成使得狭槽宽度WS小于颗粒最大长度LP3,任选地小于颗粒最大高度HP3,但大于颗粒最大厚度TP3。例如,图14A的视图示出了一种构造,其中狭槽宽度WS小于最大高度HP3(因此小于最大长度LP3)。因此,每当空间布置成使得最大长度LP3或最大高度HP3垂直于长度方向DL时,磨料颗粒300不能进入狭槽62中的任何狭槽。或者,可能存在其中磨料制品制造商对宽泛范围的磨料颗粒定向满意的情况。因此,并且如图14B所反映,可将狭槽宽度WS选择为小于颗粒最大长度LP3但大于颗粒最大高度HP3,从而允许磨料颗粒300更容易获得适合进入狭槽62中的一个狭槽的空间定向。

如以上说明所证实,本公开的分配工具可用于多种磨料颗粒形状,诸如任何目前可用或未来开发的精确成形粒子。可用于本公开的其它精确成形粒子或磨料颗粒的非限制性示例包括以下所描述的那些:美国专利申请公布No.2009/0169816,标题为“Shaped,Fractured Abrasive Particle,Abrasive Article Using Same and Method ofMaking”(破裂成形磨料颗粒,使用其的磨料制品及其制造方法);美国专利申请公布No.2010/0146867,标题为“Shaped Abrasive Particles With Grooves”(具有凹槽的成形磨料颗粒);美国专利申请公布No.2010/0319269,标题为“Shaped Abrasive Particles With Low Roundness Factor”(具有低圆度因子的成形磨料颗粒);美国专利申请公布No.2012/0227333,标题为“Dual Tapered Shaped Abrasive Particles”(双锥形形状磨料颗粒);美国专利申请公布No.2013/0040537,标题为“Ceramic Shaped Abrasive Particles,Methods of Making the Same,and Abrasive Articles Containing the Same”(陶瓷成形磨料颗粒、其制造方法以及包含所述颗粒的磨料制品);以及美国专利申请公布No.2013/0125477,标题为“Intersecting Plate Shaped Abrasive Particles”(相交板成形磨料颗粒)。上述中的每一个的整个教导内容据此以引用方式并入本文。

此外,本公开的工具、系统和方法也可用于更抽象或复杂的磨料颗粒形状(例如,碎片)。例如,针对图15A-15C中的另一示例性磨料颗粒320的形状指定颗粒最大长度LP4、最大高度HP4和最大厚度TP4。磨料颗粒320的形状类似于复杂的棱柱,其中相反的面322、324具有随机复杂的形状。颗粒最大长度LP4大于颗粒最大高度HP4。颗粒最大厚度TP4小于颗粒最大长度LP4和最大高度HP4。另外参考图2A-2C,并且与以上描述一致,分配工具50可被构造成使得狭槽宽度WS小于最大长度LP4,任选地小于最大高度HP4,但大于最大厚度TP4

无论形状如何,本公开的工具、系统和方法都可用于宽泛范围的磨料颗粒材料。示例性的可用磨料颗粒包括基于熔融氧化铝的材料,诸如氧化铝、陶瓷氧化铝(其可包含一种或多种金属氧化物改性剂和/或引晶剂或成核剂),以及经热处理的氧化铝、碳化硅、共熔融氧化铝-氧化锆、金刚石、二氧化铈、二硼化钛、立方氮化硼、碳化硼、石榴石、燧石、金刚砂、溶胶-凝胶衍生的磨料颗粒和它们的共混物。磨料颗粒可以是(例如)单个颗粒、团聚物、磨料复合颗粒以及它们的混合物的形式。

返回图1,除分配工具50(和分配装置22的其它任选部件)及其用途之外,本公开的磨料制品制造系统和方法的其它特征结构可呈现本领域已知的多种形式。

例如,背衬28可为柔性背衬。合适的柔性背衬包括聚合物膜、金属箔、针织织物、纸、硫化纤维、非织造物、泡沫、丝网、层合物以及它们的组合。具有柔性背衬的带涂层磨料制品可呈片、盘、带、垫或卷的形式。在一些实施方案中,背衬28可以是足够柔性的以允许带涂层磨料制品形成为环,以制造可在合适的磨削设备上运行的磨带。

底胶层30和复胶层42(在提供的情况下)包含树脂粘合剂。底胶层30的树脂粘合剂与复胶层42的树脂粘合剂可相同或不同。适用于这些涂层的树脂粘合剂的示例包括酚醛树脂、环氧树脂、脲醛树脂、丙烯酸酯树脂、氨基塑料树脂、三聚氰胺树脂、丙烯酸酯改性环氧树脂、氨基甲酸酯树脂以及它们的组合。除树脂粘合剂之外,底胶层30或复胶层42或这两层还可以包含本领域已知的添加剂,例如填料、研磨剂、润湿剂、表面活性剂、染料、颜料、偶联剂、粘合增进剂以及它们的组合。填料的示例包括碳酸钙、硅石、滑石、粘土、偏硅酸钙、白云石、硫酸铝以及它们的组合。

本公开的分配工具和相应磨料制品制造系统和方法提供了优于先前设计的显著改善。磨料颗粒被随机加载到分配工具上。在穿过分配工具并开始施加至背衬时,致使磨料颗粒以最小代价并在对物料通过量时间具有最小限制的情况下大体成一定定向并对齐。另外,分配工具支承呈一定定向和对齐的磨料颗粒一段停留时间,从而增大磨料颗粒将保持偏斜定向的可能性。本公开的分配工具可用于任何类型或形状的磨料颗粒,尤其是不能良好适于静电涂覆的磨料颗粒。

虽然本公开已参考优选实施方案进行了描述,但本领域的技术人员将认识到,可在不偏离本公开的实质和范围的情况下进行形式和细节的改变。

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