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Outil abrasif et procédé de fabrication de cet outil.
La présente invention est relative à un outil abrasif, pour la coupe, le forage, le meulage ou analogue, notamment d'un matériau de construction, comprenant une structure positionnant des grains de diamant fixée à la périphérie ou surface d'un support rigide essentiellement constitué d'une matière moulée, coulée, injectée ou pressée, pénétrant au moins partiellement dans des interstices ou pores prévus dans ladite structure. Il s'agit plus particulièrement d'un outil abrasif du type tel que décrit dans la demande de brevet internationale PCT/BE95/00101.
La présente invention vise plus particulièrement des formes de réalisation particulièrement avantageuses d'outils abrasifs entrant dans le cadre général de la demande de brevet internationale précitée.
A cet effet, suivant l'invention, cette structure se présente, au moins dans sa zone à proximité de la périphérie susdite du support, sous forme d'un squelette comprenant des pores ouvertes débouchant dans la surface extérieure de ce dernier et occupant de préférence au moins 30 à 75 % du volume apparant de cette zone, le diamètre moyen de ces pores se situant entre 100 et 500 microns, avec un maximum de 2 mm, le support étant essentiellement constitué d'un métal ou d'un alliage pénétrant dans au moins 70 % de ces pores et présentant un point de fusion supérieur à la température d'utilisation de l'outil et inférieur à 950 C.
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Avantageusement, suivant l'invention, le support est essentiellement à base d'un des éléments : zinc, étain, aluminium, magnésium ou cuivre ou d'un alliage de ces éléments, tel qu'un alliage contenant du silicium.
L'invention concerne également un procédé particulier pour la fabrication de l'outil abrasif précité.
Ce procédé est caractérisé par le fait que l'on positionne les grains de diamants tridimensionnellement à une certaine distance les uns des autres suivant une structure annulaire dans un moule dans lequel est formé le support pour cette structure annulaire, d'une manière telle à obtenir, au moins dans la zone de cette dernière à proximité du support, des pores réparties sensiblement uniformément entre ces grains de diamant, formant de préférence de 30 à 75 % en volume du volume apparent de cette zone, que l'on coule un métal ou un alliage dont est constitué le support et présentant un point de fusion supérieur à la température d'utilisation de l'outil et inférieure à 950 C, à l'état liquide,
dans ce moule de manière à ce que ce métal ou alliage pénètre dans au moins 70 % de ces pores et que l'on solidifie ensuite ce métal ou alliage en formant ainsi un lien intime et sensiblement homogène entre la structure annulaire positionnant les grains de diamant et le support.
D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description donnée ci-après, à titre d'exemple non limitatif, de quelques formes de réalisation particulières d'un outil abrasif et d'un procédé de fabrication de ce dernier avec référence aux dessins annexés.
La figure 1 est une vue schématique, partielle et en coupe transversale, d'un moule de frittage dans lequel est formée une structure annulaire positionnant des grains de diamant.
La figure 2 est une vue en perspective d'une telle structure annulaire montrant sur une partie de sa longueur le positionnement des grains de diamant.
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La figure 3 est, à plus grande échelle, une vue en détail de grains de diamant positionnés dans une structure annulaire suivant une première forme de réalisation de l'invention.
La figure 4 montre, à plus grande échelle, une deuxième forme de réalisation du positionnement de grains de diamant dans la structure annulaire suivant la figure 2.
La figure 5 représente schématiquement une coupe transversale d'une partie d'un moule de coulée contenant un outil abrasif formé d'une structure positionnant des grains de diamant et d'un support fixé à cette structure.
La figure 6 est une vue partielle en coupe d'une pièce démoulée.
La figure 7 est une vue partielle en coupe de la pièce démoulée après usinage.
La figure 8 est une vue en coupe de la pièce démoulée après usinage et meulage formant un outil abrasif fini.
La figure 9 est également une vue en coupe d'une partie d'un outil abrasif d'une autre forme de réalisation que celui représenté à la figure 8, avant le meulage.
La figure 10 est une vue en perspective d'un foret présentant une structure annulaire positionnant des grains de diamant suivant l'invention.
La figure 11 est également une vue en perspective d'une meule présentant une structure positionnant les grains de diamant suivant l'invention.
Dans les différentes figures les mêmes chiffres de référence concernent des éléments identiques ou analogues.
La présente invention concerne, d'une façon générale, un outil abrasif, de coupe, de forage, de meulage ou analogue comprenant une structure rigide ou rendue rigide positionnant, d'une manière tridimensionnelle, des grains de diamant à une certaine distance les uns des
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autres et qui est fixée sur un support avec lequel elle forme un lien très intime et rigide.
Cette structure, qui sera appelée ci-après "structure diamantée", se présente, au moins dans sa zone à proximité du support, sous forme d'un squelette comprenant des pores ouvertes débouchant au moins partiellement dans les surfaces extérieures de ce squelette et occupant de préférence au moins 30 à 70 % du volume apparant de cette zone. Le diamètre moyen de ces pores se situe généralement entre 100 et 500 microns avec un maximum de 2 mm. Le support, de son côté, est essentiellement constitué d'un métal ou d'un alliage pénétrant dans au moins 70 % de ces pores, de manière à permettre de former ainsi un accrochage très solide entre la structure et le support.
Par ailleurs, ce support présente un point de fusion suffisamment au dessus de la température d'utilisation de l'outil abrasif pour éviter toute détérioration de ce dernier lors de son utilisation. De plus, suivant l'invention, cette température de fusion doit être inférieure à 950 C pour permettre d'assurer la pénétration de ce métal ou alliage dans les pores du squelette sans risque de détérioration des grains de diamant incorpés dans la structure diamantée.
Ainsi, suivant l'invention, le support est essentiellement à base d'un des éléments : zinc, étain, aluminium, magnésium ou cuivre ou d'un alliage de ces éléments, tel qu'un alliage contenant du silicium.
Des résultats excellents ont été obtenus avec un outil abrasif dont le support est formé d'un alliage d'aluminium-silicium contenant de 5 à 9 % de silicium, de préférence de l'ordre de 7 %.
Suivant une forme de réalisation particulière de l'invention, la structure précitée est formée par des particules constituées de grains de diamant enrobés par une enveloppe métallique et assemblées les unes aux autres d'une manière tridimensionnelle par frittage.
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De telles particules peuvent être obtenues par l'application de techniques connues en soi, comme par exemple décrites dans le brevet aux Etats-Unis d'Amérique n 3, 316,073, plus particulièrement à la colonne 2, lignes 29 à 49 et dans l'exemple 1 de ce brevet.
Il y a toutefois lieu de noter que l'invention n'est pas limitée à l'utilisation de particules obtenues suivant un tel procédé spécifique.
Avantageusement, la structure diamantée précitée comprend de 1 à 15 % en volume de grains de diamant, de préférence de l'ordre de 3 %, maintenus dans un squelette essentiellement à base de cobalt, de fer, de bronze ou de nickel.
Cette structure diamantée peut, dans certains cas, être dopée par des grains d'une autre matière abrasive, telles que des grains de carbure de silicium, d'oxyde d'aluminium ou de silicium, par exemple, à raison de tout au plus dix fois le volume de la quantité des grains de diamant.
Pour la fabrication d'un outil abrasif tel que décrit ci-dessus, l'on s'arrange d'abord pour obtenir des grains de diamant positionnés tridimensionnellement à une certaine distance les uns des autres suivant une structure annulaire dans un moule, dans lequel est formé ensuite un support pour cette structure annulaire, d'une manière telle à obtenir, au moins dans la zone de cette dernière à proximité du support, des pores réparties entre ces grains de diamant, formant de préférence de 30 à 75 % en volume du volume apparant de cette zone. Dans une étape subséquente, l'on coule, à l'état liquide, le métal ou l'alliage destiné à former le support dans ce moule pour que ce métal ou alliage puisse pénétrer dans au moins 70 % de ces pores.
Enfin, l'on solidifie ce métal ou alliage en formant ainsi un lien intime entre la structure annulaire et le support s'accrochant dans ces pores et enveloppant éventuellement au moins partiellement cette dernière.
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La coulée du métal ou de l'alliage peut avantageusement être réalisé en moule permanent, c'est-à- dire en acier réfractaire, au sens décrit dans"Métals Handbook, Vol. 5, Forging and Casting p. 265 et suivants (by the ASM Committee on production of Permanent Mold Casting), publié par l'American Society for Metals".
L'invention sera illustrée davantage, ci-après, par un exemple relatif à la fabrication d'un disque de tronçonnage pour matériaux de maçonnerie.
Comme montré à la figure 1, on forme d'abord, dans un premier moule 1, une structure annulaire 2 positionnant des grains de diamant 3.
Ensuite, l'on pose cette structure diamantée 2 dans un deuxième moule 4, comme montré à la figure 5, dans lequel on introduit, à l'état liquide, la matière 5 destinée à former le support 6.
Plus particulièrement, pour la formation de la structure annulaire 2, on introduit dans une cavité annulaire 9 d'un premier moule 1 des particules 7, comme montré par exemple en détail à la figure 4, qui sont formées de grains de diamant 3 enrobés par une enveloppe métallique 8. Cette cavité annulaire 9 dans laquelle sont ainsi empilées ces particules est délimitée extérieurement et latéralement par un cerceau 10 et au-dessus par une pièce d'appui annulaire 11 exerçant, par son poids, une certaine pression sur ces particules 7.
Ces dernières sont chauffées, sous atmosphère contrôlée, dans un four à la température de frittage du métal ou de l'alliage dont est constituée l'enveloppe 8, de manière à obtenir une fusion superficielle de cette enveloppe 8 et ainsi, lors du refroidissement subséquent du moule 1, la formation d'un squelette rigide poreux, comme montré schématiquement à la figure 2.
Au lieu de faire usage de grains de diamant 3 pré-enrobés par une enveloppe métallique 8, comme montré à la figure 4, l'on peut avantageusement partir d'un mélange de grains de diamant avec une poudre métallique de cobalt,
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de fer, de bronze et/ou de nickel, à raison d'une proportion de 1 à 15 % en volume de grains de diamant et de préférence de l'ordre de 3 % en volume, par rapport au volume de la poudre métallique. Ce mélange est alors versé dans la cavité annulaire 9 du moule 1 qui est chauffé jusqu'à obtenir une fusion partielle ou superficielle de cette poudre. Cette dernière, sous le poids de la pièce d'appui 11, s'agglomera pour former une masse cohérente poreuse.
La figure 3 montre, à une échélle relativement grande, cette poudre agglomérée 8 qui emprisonne les grains de diamant 3 répartis préalablement d'une manière sensiblement homogène dans cette poudre.
Aussi bien dans le cas d'une structure de particles 7 assemblées par frittage, comme montrée à la figure 4, que dans le cas d'une poudre prémélangée aux grains de diamant et agglomérée par frittage, comme montré à la figure 3, on peut donc obtenir une structure positionnant les grains de diamant d'une manière tridimensionnelle entre lesquels sont ménagés des pores 12 répartis d'une manière sensiblement homogène.
Exemple
Cet exemple concerne la fabrication d'un disque de tronçonnage pour matériaux de maçonnerie d'un diamètre de 200 mm et d'une épaissir de 3,5 mm pouvant être utilisé sur une machine portative de sciage ("angle grinder") à sec, c'est-à-dire sans refroidissement à l'eau.
Des grains de diamant d'une granulométrie comprise entre 20 et 80 Mesh (ANSI B74-16) ont été préalablement mélangés à une poudre de cobalt d'une granulométrie de 1 à 5 microns à raison d'une proportion de 3 % en volume de diamant. Le mélange ainsi obtenu a été versé dans la cavité annulaire 9 d'un premier moule 1 en acier réfractaire (figure 1) d'une profondeur de 3,5 mm et d'une largeur de 1,25 cm, de manière à obtenir un bandeau circulaire continu d'épaisseur constante de ce mélange. Ce
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bandeau a ensuite été soumis à une certaine pression par la pièce d'appui 11 d'un poids de 4 kg.
Dans une étape suivante, ce moule a été porté à une température de 800 C dans un four à atmosphère d'azote pendant 30 minutes de manière à permettre, par frittage, d'obtenir l'agglomération de la poudre sous forme d'une structure poreuse.
Après démoulage, la structure annulaire ainsi obtenue présentait une porosité résiduelle régulièrement répartie de l'ordre de 60 %, avec des pores d'un diamètre moyen de 300 microns et un maximum de 1 mm.
Cette structure diamantée 2 ainsi obtenue a ensuite été placée dans un deuxième moule 4, comme représenté à la figure 5. Il s'agissait d'un moule permanent en acier réfractaire prévu pour la coulée d'un métal ou d'un alliage liquide sous gravité. Ce métal était formé d'un alliage aluminium-silicium avec une teneur en silicium de 7 % et une adjonction de 3 % de cuivre, qui présentait un point de fusion de l'ordre de 600 C. Une quantité de 25 kg de cet alliage a été fondue dans un four électrique maintenu à une température de l'ordre de 6700C.
L'alliage fondu a été désoxydé et raffiné de façon à réduire sa teneur en oxydes et de l'hydrogène gazeux dans le but d'obtenir un grain cristallin le plus fin possible lors de la solidification dans le moule 4. Cet alliage a été coulé au centre du moule 4, au moyen d'un creuset, non représenté, d'une capacité de 1 kg à travers d'une buse 13 d'un diamètre de 50 mm fixée au centre du moule, à sa partie supérieure, de façon à assurer un remplissage parfait du moule et une infiltration dans sensiblement toutes les pores de la structure diamantée 2.
Ce moule 4 a été maintenu à une température de 250 à 3000C et a été lubrifié, préalablement à la coulée, au moyen d'un agent démoulant connu en soi à base de silicone.
L'alliage remplissait le moule 4 à raison de 300 gr., le restant, c'est-à-dire 700 gr., a été maintenu
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dans la buse 13 et exerçait une pression sur la quantité de l'alliage introduite dans le moule. La buse 13 contenant le restant de l'alliage, qui, après solidification, est appelée"masselotte, a été déconnectée, par tronçonnage, lors du démoulage, du disque abrasif obtenu. Ce démoulage a été effectué au moment où la température de cette pièce était descendue jusqu'à environ 150 C. La figure 6 montre la pièce ainsi démoulée. Ensuite, lorsque cette pièce avait atteint la température ambiante, celle-ci a été terminée par usinage, notamment tournage et fraisage, et un alésage 14 de 30 mm a été forée suivant son axe, comme montré à la figure 7.
Enfin, la structure annulaire diamantée du disque abrasif ainsi usiné, muni de cet alésage, a été traitée en surface par meulage pour mettre les grains de diamant partiellement à nu, comme montré à la figure 8.
Il y a lieu de noter que les dimensions de la structure diamantée 2 peuvent varier entre des limites relativement larges.
Toutefois, pour ce qui concerne un disque de tronçonnage de matériau de maçonnerie, une préférence est donnée pour une épaisseur de 2,5 à 3,7 mm (0,1 à 0,15 pouce) et une largeur comprise entre 2,5 mm et 1,75 cm, en fonction de la durée de vie souhaitée de l'outil.
Le procédé suivant l'invention a entre autre l'avantage de ne pas devoir imprimer une quelconque pression sur la structure diamantée lors de son assemblage avec le support, contrairement à ce qui est le cas dans les procédés conventionnels de réalisation d'outils diamantés.
Cet avantage permet de diminuer considérablement les coûts de fabrication d'outils diamantés.
De plus, la substance métallique, notamment l'alliage, utilisée pour la fixation de la structure diamantée sur le support est identique à celle qui constitue le support même, ce qui évite toute tension entre cette structure et le support.
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Dans certains cas, il peut être utile de renforcer le support 6 de l'outil abrasif par l'incorporation dans ce dernier d'un réseau métallique 15, comme montré à la figure 9.
L'outil abrasif peut également être constitué d'un foret, comme montré à la figure 10, ou d'une meule, comme montré à la figure 11. La technique appliquée pour la fabrication de ces deux types d'outils abrasifs est identique à celle pour la fabrication d'un disque, comme illustré à la figure 5.
Il suffit en fait simplement d'adapter la forme et les dimensions du ou des moules utilisés.
Par ailleurs, dans certains cas, la porosité de la structure diamantée 2 peut ne pas être homogène mais par exemple varier d'une porosité nulle, dans la zone d'extrémité opposée à celle orientée vers le support, à une porosité moyenne dans la zone intermédiaire entre cette zone d'extrémité à porosité nulle et celle à proximité du support, à une porosité maximum dans cette dernière zone.
La porosité de la zone intermédiaire peut par exemple varier de 10 à 30 %, alors que la porosité de la zone de la structure diamantée à proximité du support est de préférence de 30 à 75 % afin de permettre de réaliser un accrochage efficace entre cette structure et le support.
La zone à proximité du support peut par exemple former un quart ou la moitié du volume total de la structure diamantée, tandis que les zones d'extrémité et intermédiaires peuvent par exemple présenter un volume identique.
Il y a toutefois lieu de noter que ces zones ne sont généralement pas bien délimitées étant donné que la variation de la porosité d'une zone à la zone voisine a de préférence lieu d'une manière sensiblement continue.
Ainsi, un gradient de porosité peut se présenter dans chacune de ces zones. Par exemple, dans la zone intermédiaire, cette porosité peut être minimale du côté de
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la zone d'extrémité et maximale du côté de la zone se situant à proximité du support.
Dans encore une autre forme de réalisation de la structure diamantée suivant l'invention, le positionnement des grains de diamant peut être réalisé sur une trame ou un treillis à mailles régulières, par exemple d'un diamètre de 1 à 5 mm, en acier, en bronze ou en fibres synthétiques.
Enfin, la structure annulaire diamantée peut présenter une géométrie à profil rainuré ou cannelé permettant ainsi d'augmenter la rigidité de la fixation de cette structure au support par un remplissage au moins partiel des creux superficiels que présente ainsi une telle structure.
La proportion abrasif contenue dans la structure annulaire diamantée peut être très variable en fonction de l'utilisation envisagée de l'outil abrasif.
Cette proportion se situe toutefois de préférence entre 1 à 15 % en volume apparent de cette structure, comme déjà mentionné ci-dessus.
Il est bien entendu que l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites ci-dessus mais que bien des variantes peuvent être envisagées sans sortir du cadre de l'invention.
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Abrasive tool and method of manufacturing the tool.
The present invention relates to an abrasive tool, for cutting, drilling, grinding or the like, in particular of a building material, comprising a structure positioning diamond grains fixed to the periphery or surface of a rigid support essentially consisting of a molded, cast, injected or pressed material, penetrating at least partially into interstices or pores provided in said structure. It is more particularly an abrasive tool of the type as described in the international patent application PCT / BE95 / 00101.
The present invention relates more particularly to particularly advantageous embodiments of abrasive tools falling within the general framework of the aforementioned international patent application.
To this end, according to the invention, this structure is present, at least in its zone near the aforesaid periphery of the support, in the form of a skeleton comprising open pores opening into the external surface of the latter and preferably occupying at least 30 to 75% of the volume appearing in this zone, the average diameter of these pores being between 100 and 500 microns, with a maximum of 2 mm, the support essentially consisting of a metal or an alloy penetrating into at least 70% of these pores and having a melting point above the tool's use temperature and below 950 C.
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Advantageously, according to the invention, the support is essentially based on one of the elements: zinc, tin, aluminum, magnesium or copper or an alloy of these elements, such as an alloy containing silicon.
The invention also relates to a particular method for manufacturing the abovementioned abrasive tool.
This process is characterized by the fact that the diamond grains are positioned three-dimensionally at a certain distance from each other according to an annular structure in a mold in which the support for this annular structure is formed, in such a way as to obtain , at least in the zone of the latter near the support, pores distributed substantially uniformly between these diamond grains, preferably forming from 30 to 75% by volume of the apparent volume of this zone, whether a metal is poured or an alloy from which the support is made and having a melting point higher than the tool's use temperature and lower than 950 C, in the liquid state,
in this mold so that this metal or alloy penetrates at least 70% of these pores and that this metal or alloy is then solidified, thus forming an intimate and substantially homogeneous link between the annular structure positioning the diamond grains and support.
Other details and particularities of the invention will emerge from the description given below, by way of nonlimiting example, of some particular embodiments of an abrasive tool and of a method of manufacturing the latter with reference to the accompanying drawings.
Figure 1 is a schematic view, partial and in cross section, of a sintering mold in which is formed an annular structure positioning diamond grains.
Figure 2 is a perspective view of such an annular structure showing over a part of its length the positioning of the diamond grains.
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Figure 3 is, on a larger scale, a detailed view of diamond grains positioned in an annular structure according to a first embodiment of the invention.
FIG. 4 shows, on a larger scale, a second embodiment of the positioning of diamond grains in the annular structure according to FIG. 2.
FIG. 5 schematically represents a cross section of a part of a casting mold containing an abrasive tool formed of a structure positioning diamond grains and of a support fixed to this structure.
Figure 6 is a partial sectional view of a molded part.
Figure 7 is a partial sectional view of the molded part after machining.
Figure 8 is a sectional view of the molded part after machining and grinding forming a finished abrasive tool.
Figure 9 is also a sectional view of part of an abrasive tool of another embodiment than that shown in Figure 8, before grinding.
Figure 10 is a perspective view of a drill having an annular structure positioning diamond grains according to the invention.
Figure 11 is also a perspective view of a grinding wheel having a structure positioning the diamond grains according to the invention.
In the various figures, the same reference numbers relate to identical or analogous elements.
The present invention relates, in general, to an abrasive, cutting, drilling, grinding or similar tool comprising a rigid structure or made rigid positioning, in a three-dimensional manner, diamond grains at a certain distance from each other. of
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others and which is fixed on a support with which it forms a very intimate and rigid link.
This structure, which will be called hereinafter "diamond structure", is present, at least in its zone near the support, in the form of a skeleton comprising open pores opening at least partially into the external surfaces of this skeleton and occupying preferably at least 30 to 70% of the apparent volume of this zone. The average diameter of these pores is generally between 100 and 500 microns with a maximum of 2 mm. The support, for its part, essentially consists of a metal or an alloy penetrating at least 70% of these pores, so as to allow a very solid bond to be formed between the structure and the support.
Furthermore, this support has a melting point sufficiently above the temperature of use of the abrasive tool to avoid any deterioration of the latter during its use. In addition, according to the invention, this melting temperature must be less than 950 ° C. in order to ensure the penetration of this metal or alloy into the pores of the skeleton without risk of deterioration of the diamond grains incorporated in the diamond structure.
Thus, according to the invention, the support is essentially based on one of the elements: zinc, tin, aluminum, magnesium or copper or an alloy of these elements, such as an alloy containing silicon.
Excellent results have been obtained with an abrasive tool, the support of which is formed from an aluminum-silicon alloy containing 5 to 9% of silicon, preferably of the order of 7%.
According to a particular embodiment of the invention, the aforementioned structure is formed by particles made up of diamond grains coated with a metallic envelope and assembled together in a three-dimensional manner by sintering.
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Such particles can be obtained by the application of techniques known per se, as for example described in the patent in the United States of America n 3, 316,073, more particularly in column 2, lines 29 to 49 and in Example 1 of this patent.
It should however be noted that the invention is not limited to the use of particles obtained according to such a specific process.
Advantageously, the aforementioned diamond structure comprises from 1 to 15% by volume of diamond grains, preferably of the order of 3%, maintained in a skeleton essentially based on cobalt, iron, bronze or nickel.
This diamond structure can, in certain cases, be doped with grains of another abrasive material, such as grains of silicon carbide, aluminum oxide or silicon, for example, at a rate of at most ten times the volume of the quantity of diamond grains.
For the manufacture of an abrasive tool as described above, it is first arranged to obtain diamond grains positioned three-dimensionally at a certain distance from each other in an annular structure in a mold, in which a support is then formed for this annular structure, in such a way as to obtain, at least in the region of the latter near the support, pores distributed between these diamond grains, preferably forming from 30 to 75% by volume of the apparent volume of this zone. In a subsequent step, the metal or alloy intended to form the support is poured in the liquid state into this mold so that this metal or alloy can penetrate at least 70% of these pores.
Finally, this metal or alloy is solidified, thus forming an intimate link between the annular structure and the support clinging to these pores and possibly at least partially enveloping the latter.
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The casting of the metal or of the alloy can advantageously be carried out in a permanent mold, that is to say in refractory steel, in the sense described in "Metals Handbook, Vol. 5, Forging and Casting p. 265 et seq. (By the ASM Committee on production of Permanent Mold Casting), published by the American Society for Metals ".
The invention will be further illustrated below by an example relating to the manufacture of a cutting disc for masonry materials.
As shown in FIG. 1, firstly, in a first mold 1, an annular structure 2 is positioned positioning diamond grains 3.
Next, this diamond structure 2 is placed in a second mold 4, as shown in FIG. 5, into which the material 5 intended to form the support 6 is introduced in the liquid state.
More particularly, for the formation of the annular structure 2, particles 7 are introduced into an annular cavity 9 of a first mold 1, as shown for example in detail in FIG. 4, which are formed of diamond grains 3 coated with a metal casing 8. This annular cavity 9 in which these particles are thus stacked is delimited externally and laterally by a hoop 10 and above by an annular bearing piece 11 exerting, by its weight, a certain pressure on these particles 7 .
The latter are heated, under a controlled atmosphere, in an oven at the sintering temperature of the metal or alloy of which the casing 8 is made up, so as to obtain a surface fusion of this casing 8 and thus, during subsequent cooling. of the mold 1, the formation of a porous rigid skeleton, as shown diagrammatically in FIG. 2.
Instead of making use of diamond grains 3 pre-coated with a metal casing 8, as shown in FIG. 4, it is advantageous to start from a mixture of diamond grains with a metal powder of cobalt,
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of iron, bronze and / or nickel, in a proportion of 1 to 15% by volume of diamond grains and preferably of the order of 3% by volume, relative to the volume of the metal powder. This mixture is then poured into the annular cavity 9 of the mold 1 which is heated until a partial or surface fusion of this powder is obtained. The latter, under the weight of the support piece 11, will agglomerate to form a porous coherent mass.
FIG. 3 shows, on a relatively large scale, this agglomerated powder 8 which traps the diamond grains 3 distributed beforehand in a substantially homogeneous manner in this powder.
Both in the case of a particle structure 7 assembled by sintering, as shown in FIG. 4, as in the case of a powder premixed with diamond grains and agglomerated by sintering, as shown in FIG. 3, it is possible to therefore obtain a structure positioning the diamond grains in a three-dimensional manner between which pores 12 are formed, distributed in a substantially homogeneous manner.
Example
This example relates to the manufacture of a cutting disc for masonry materials with a diameter of 200 mm and a thickening of 3.5 mm which can be used on a portable sawing machine ("angle grinder") dry that is to say without water cooling.
Diamond grains with a particle size between 20 and 80 mesh (ANSI B74-16) were previously mixed with a cobalt powder with a particle size of 1 to 5 microns at a proportion of 3% by volume of diamond. The mixture thus obtained was poured into the annular cavity 9 of a first mold 1 of refractory steel (FIG. 1) with a depth of 3.5 mm and a width of 1.25 cm, so as to obtain a continuous circular strip of constant thickness of this mixture. This
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strip was then subjected to a certain pressure by the support piece 11 with a weight of 4 kg.
In a following step, this mold was brought to a temperature of 800 ° C. in an oven with a nitrogen atmosphere for 30 minutes so as to allow, by sintering, to obtain the agglomeration of the powder in the form of a structure. porous.
After demoulding, the annular structure thus obtained had a regularly distributed residual porosity of the order of 60%, with pores with an average diameter of 300 microns and a maximum of 1 mm.
This diamond structure 2 thus obtained was then placed in a second mold 4, as shown in FIG. 5. It was a permanent mold in refractory steel intended for the casting of a metal or a liquid alloy under gravity. This metal was formed from an aluminum-silicon alloy with a silicon content of 7% and an addition of 3% of copper, which had a melting point of the order of 600 C. A quantity of 25 kg of this alloy was melted in an electric oven maintained at a temperature of around 6700C.
The molten alloy was deoxidized and refined so as to reduce its content of oxides and hydrogen gas in order to obtain the finest crystalline grain possible during solidification in the mold 4. This alloy was poured in the center of the mold 4, by means of a crucible, not shown, with a capacity of 1 kg through a nozzle 13 with a diameter of 50 mm fixed in the center of the mold, at its upper part, so to ensure perfect filling of the mold and infiltration into substantially all the pores of the diamond structure 2.
This mold 4 was maintained at a temperature of 250 to 3000C and was lubricated, prior to casting, by means of a release agent known per se based on silicone.
The alloy filled the mold 4 at a rate of 300 gr., The rest, that is to say 700 gr., Was maintained
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in the nozzle 13 and exerted a pressure on the quantity of the alloy introduced into the mold. The nozzle 13 containing the remainder of the alloy, which, after solidification, is called "counterweight", was disconnected, by cutting, during demolding, from the abrasive disc obtained. This demolding was carried out when the temperature of this part was lowered to around 150 C. Figure 6 shows the part thus removed from the mold, then when this part had reached room temperature, it was finished by machining, in particular turning and milling, and a bore 14 of 30 mm. was drilled along its axis, as shown in Figure 7.
Finally, the diamond-shaped annular structure of the abrasive disc thus machined, provided with this bore, was treated on the surface by grinding to expose the diamond grains partially exposed, as shown in FIG. 8.
It should be noted that the dimensions of the diamond structure 2 can vary between relatively wide limits.
However, for a cutting disc of masonry material, preference is given for a thickness of 2.5 to 3.7 mm (0.1 to 0.15 inch) and a width of between 2.5 mm and 1.75 cm, depending on the desired tool life.
The method according to the invention has the advantage, among other things, of not having to print any pressure on the diamond structure during its assembly with the support, contrary to what is the case in conventional methods for producing diamond tools.
This advantage makes it possible to considerably reduce the costs of manufacturing diamond tools.
In addition, the metallic substance, in particular the alloy, used for fixing the diamond structure to the support is identical to that which constitutes the support itself, which avoids any tension between this structure and the support.
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In certain cases, it may be useful to reinforce the support 6 of the abrasive tool by incorporating a metallic network 15 into the latter, as shown in FIG. 9.
The abrasive tool can also consist of a drill, as shown in FIG. 10, or of a grinding wheel, as shown in FIG. 11. The technique applied for the manufacture of these two types of abrasive tools is identical to that for the manufacture of a disc, as illustrated in FIG. 5.
In fact, it suffices simply to adapt the shape and dimensions of the mold or molds used.
Furthermore, in certain cases, the porosity of the diamond structure 2 may not be homogeneous but for example vary from zero porosity, in the end zone opposite to that oriented towards the support, to an average porosity in the zone intermediate between this end region with zero porosity and that close to the support, at maximum porosity in the latter region.
The porosity of the intermediate zone can for example vary from 10 to 30%, while the porosity of the zone of the diamond structure close to the support is preferably from 30 to 75% in order to allow effective attachment between this structure. and support.
The zone close to the support can for example form a quarter or half of the total volume of the diamond structure, while the end and intermediate zones can for example have an identical volume.
It should however be noted that these zones are generally not well delimited since the variation of the porosity from one zone to the neighboring zone preferably takes place in a substantially continuous manner.
Thus, a porosity gradient can occur in each of these zones. For example, in the intermediate zone, this porosity may be minimal on the side of
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the end and maximum zone on the side of the zone located near the support.
In yet another embodiment of the diamond structure according to the invention, the positioning of the diamond grains can be carried out on a frame or a lattice with regular meshes, for example with a diameter of 1 to 5 mm, made of steel, made of bronze or synthetic fibers.
Finally, the diamond-shaped annular structure may have a geometry with a grooved or grooved profile, thus making it possible to increase the rigidity of the attachment of this structure to the support by at least partial filling of the surface hollows thus presented by such a structure.
The abrasive proportion contained in the diamond annular structure can be very variable depending on the intended use of the abrasive tool.
This proportion is however preferably between 1 to 15% in apparent volume of this structure, as already mentioned above.
It is understood that the invention is not limited to the embodiments described above but that many variants can be envisaged without departing from the scope of the invention.