BE1017275A3 - Outils abrasifs ayant une structure permeable. - Google Patents

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BE1017275A3
BE1017275A3 BE2006/0483A BE200600483A BE1017275A3 BE 1017275 A3 BE1017275 A3 BE 1017275A3 BE 2006/0483 A BE2006/0483 A BE 2006/0483A BE 200600483 A BE200600483 A BE 200600483A BE 1017275 A3 BE1017275 A3 BE 1017275A3
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Abstract

Un outil abrasif lié comprend un mélange de grains abrasifs et un composant de liaison. Le mélange de grains abrasifs comprend un grain abrasif filamentaire d'alumine sous forme de sol-gel et des granulés de grains abrasifs agglomérés. Un outil abrasif liés comprenant un agglomèrat de grains abrasifs filmamentaires d'alumine sous forme de sol-gel et de grains abrasifs non filamentaires et un composant de liaison est également décrit. Le grain abrasif filamentaire d'alumine sous forme de sol-gel a un rapport d'aspect de la longueur à la largueur en coupe transversale de plus de 1,0. Les granulés de grains abrasifs agglomérés comprennent une pluralité de grains abrasifs maintenus en forme tridimensionnelle par un matériau liant. Un procédé de fabrication d'un tel outil abrasif lié tel que décrit ci-dessus est également divilgué.

Description

Outils abrasifs ayant une structure perméable
Arrière-plan de l'invention
Dans de nombreuses opérations de meulage, la porosité de l'outil de meulage, en particulier la porosité de nature perméable ou interconnectée, améliore l'efficacité de l'opération de meulage et la qualité de la pièce meulée. En particulier, le pourcentage en volume de porosité interconnectée ou de perméabilité aux fluides s'est révélé être un déterminant important des performances de meulage d'outils abrasifs. La porosité interconnectée permet l'élimination des déchets de meulage (limaille) et le passage du fluide de refroidissement au sein de la meule au cours du meulage. De même, la porosité interconnectée offre un accès aux fluides de meulage, tels que des lubrifiants, entre les grains abrasifs mobiles et la surface de la pièce. Ces caractéristiques sont particulièrement importantes dans des procédés de découpe en profondeur et des procédés de précision modernes (par exemple, lors d'un meulage par alimentation au fluage) pour un meulage de haute efficacité où une grande quantité de matériau est éliminée en une seule passe de meulage profond sans sacrifier la précision dimensionnelle de la pièce.
Des exemples de ces outils d'abrasion ayant une structure perméable et très ouverte comprennent des outils abrasifs utilisant des grains abrasifs allongés ou en forme de fibres. Les brevets US n° 5 738 696 et 5 738 697 divulguent des procédés pour fabriquer des abrasifs agglomérés en utilisant des grains abrasifs allongés ou en forme de fibres ayant un rapport d'aspect d'au moins environ 5:1. Un exemple de tels outils abrasifs employant des grains abrasifs filamentaires est couramment disponible dans le commerce sous la marque ALTOS™ de Saint-Gobain Abrasives à Worcester, MA.
Les outils abrasifs ALTOS™ utilisent des grains céramiques d'alumine frittée sous forme de sol-gel (Saint-Gobain Abrasives à Worcester, MA) ayant un rapport d'aspect moyen d'environ 7,5:1, tels que les abrasifs Norton® TG2 ou TGX (dénommés par la suite "TG2"), sous la forme d'un grain abrasif filamentaire. Les outils abrasifs ALTOS™ sont des outils de meulage perméables très poreux qui se sont révélés avoir des taux d'élimination de métal élevés, un maintien de forme amélioré et une longue durée de vie des meules, conjointement avec un risque grandement réduit d'endommagement métallurgique (se référer, par exemple, au Norton Company Technical Service Bulletin, juin 2002, "Altos High Performance Ceramic Aluminum Oxide Grinding Wheels"). Les outils abrasifs ALTOS™ utilisent des grains abrasifs qui comprennent seulement le grain abrasif filamentaire, par exemple un grain TG2, pour obtenir une ouverture structurelle maximale selon les théories de compactage de fibre à fibre (se référer, par exemple, aux brevets US n° 5 738 696 et 5 738 697, dont les contenus entiers sont incorporés à la présente demande par référence). On pense généralement que le mélange d'un grain TG2 avec une quantité notable d'autres grains non filamentaires, tels que des sphères, compromettrait l'ouverture structurelle ou compromettrait le fini de surface d'une pièce métallique. Cependant, les grains TG2, bien qu'ils soient très durables, ne sont pas assez friables pour certaines applications et le grain TG2 est plus coûteux à fabriquer que la plupart des grains en forme de blocs ou de sphères.
En conséquence, il existe un besoin de développer un outil abrasif plus friable et plus économique ayant des caractéristiques de performances similaires aux performances d'outils abrasifs utilisant des grains abrasifs filamentaires, tels que les outils abrasifs ALTOS™.
Résumé de 1'invention
On a à présent découvert que les outils abrasifs liés formés avec un mélange de grains abrasifs filamentaires d'alumine sous forme de sol-gel, ou de l'un de leurs agglomérats, et de granulés de grains abrasifs agglomérés pouvaient avoir des performances améliorées par rapport à ceux constitués de 100% de grains abrasifs filamentaires d'alumine sous forme de sol-gel ou de granulés de grains abrasifs agglomérés. Par exemple, la Demanderesse a constaté que les outils abrasifs liés contenant un mélange de TG2, ou d'un agglomérat de TG2, et de granulés de grains abrasifs d'alumine agglomérés avaient une structure perméable très poreuse et présentaient d'excellentes performances dans diverses applications de meulage sans compromettre la qualité du fini superficiel. Sur la base de cette découverte, un outil abrasif comprenant un mélange d'un grain abrasif filamentaire d'alumine sous forme de sol-gel, ou un de ses agglomérats, et de granulés de grains abrasifs agglomérés, et un procédé de production de cet outil abrasif sont divulgués dans la présente demande.
Un outil abrasif comprenant un agglomérat d'un grain abrasif filamentaire d'alumine sous forme de sol-gel et un procédé de production d'un tel outil abrasif sont également décrits dans la présente demande.
Dans une forme de réalisation, la présente invention vise un outil abrasif lié comprenant un mélange de grains abrasifs, un composant de liaison et au moins une porosité de 35% en volume. Le mélange de grains abrasifs comprend un grain abrasif filamentaire d'alumine sous forme de sol-gel, ou un de ses agglomérats, et des granulés de grains abrasifs agglomérés. Le grain abrasif filamentaire d'alumine sous forme de sol-gel a un rapport d'aspect de la longueur à la largeur en coupe transversale de plus d'environ 1,0. Les granulés de grains abrasifs agglomérés comprennent une pluralité de grains abrasifs maintenus dans une forme tridimensionnelle par un matériau liant.
Dans une autre forme de réalisation, l'invention vise un outil abrasif lié comprenant un agglomérat qui comprend un grain abrasif filamentaire d'alumine sous forme de sol-gel, un grain abrasif non filamentaire et un matériau liant; un composant de liaison; et au moins environ 30% en volume de porosité. Le grain abrasif non filamentaire et le grain abrasif filamentaire d'alumine sous forme de sol-gel sont maintenus dans une forme tridimensionnelle par le matériau liant.
La présente invention comprend également un procédé de fabrication d'un outil abrasif lié. Dans le procédé, on forme un mélange de grains abrasifs qui comprend un grain abrasif filamentaire d'alumine sous forme de sol-gel, ou un de ses agglomérats, et des granulés de grains abrasifs agglomérés, comme décrit ci-dessus. Le mélange de grains abrasifs est ensuite combiné avec un composant de liaison. Le mélange combiné de grains abrasifs et de composant de liaison est fondu en un composite moulé comprenant au moins environ 35% en volume de porosité. Le composite moulé du mélange de grains abrasifs et de composant de liaison est chauffé pour former l'outil abrasif lié.
L'invention peut atteindre les performances souhaitées sans compromettre la qualité du fini superficiel ou l'ouverture structurelle du produit obtenu. Les outils abrasifs employant un mélange de grains abrasifs filamentaires d'alumine de type sol-gel, ou d'un de ses agglomérats, et de granulés de grains abrasifs agglomérés peuvent former un réseau de fibres-fibres et, en même temps, former un réseau sans fibres, tel qu'un réseau de pseudo sphères-sphères, dans la même structure. Les outils abrasifs de l'invention, tels qu'une meule abrasive, ont une structure poreuse qui est fortement perméable à l'écoulement de fluides et ont des performances de meulage remarquables avec des taux d'élimination de métaux élevés. Les performances des outils abrasifs de l'invention peuvent être élaborées sur mesure avec des applications de meulage en ajustant la teneur en mélange de grains pour maximiser la friabilité ou la ténacité ou les équilibrer toutes deux. Une perméabilité élevée des outils abrasifs de l'invention est particulièrement avantageuse en combinaison avec des taux d'élimination de métaux élevés, une minimisation de la génération de chaleur dans la zone de meulage et, par suite, une durée de vie plus longue des meules et un risque réduit de dommage métallurgique.
Brève description des dessins
La figure unique est une image au microscope électronique à balayage (SEM) de l'agglomérat formé de 75% de grains abrasifs Norton® TG2 et de 25% de grains abrasifs Norton® 38A pour un outil abrasif lié de 1'invention.
Description détaillée de l'invention
Les buts, caractéristiques et avantages précités ainsi que d'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus particulièrement dans la description suivante de formes de réalisation préférées de l'invention, comme illustré sur les dessins ci-annexés.
Un outil abrasif lié de la présente invention a une structure perméable très ouverte ayant une porosité interconnectée. L'outil abrasif lié a au moins environ 35% de porosité, de préférence environ 35% à environ 80% de porosité, par volume de l'outil. Dans une forme de réalisation préférée, au moins environ 30% en volume de la porosité totale sont formés de porosité interconnectée. En conséquence, les outils abrasifs liés de l'invention ont une porosité interconnectée élevée et conviennent particulièrement à des procédés de découpe en profondeur et des procédés de précision modernes, tels qu'un meulage alimenté par fluage. Dans la présente demande, l'expression "porosité interconnectée" se réfère à la porosité de l'outil abrasif constituée des interstices entre les particules de grains abrasifs liés qui sont ouverts sur l'écoulement d'un fluide. L'existence d'une porosité interconnectée est typiquement confirmée en mesurant la perméabilité de l'outil abrasif à l'écoulement d'air ou d'eau dans des conditions réglées, notamment dans les procédés d'essai décrits dans les brevets US n° 5 738 696 et 5 738 697, dont les enseignements sont incorporés dans leur intégralité à la présente demande par référence.
Dans la présente demande, l'expression grain abrasif "filamentaire" est utilisée pour se référer à des grains d'abrasifs céramiques filamentaires ayant une section transversale généralement compatible sur sa longueur, la longueur étant supérieure à la dimension maximale de la section transversale. La dimension maximale en coupe transversale peut être aussi élevée qu'environ 2 mm, de préférence en dessous d'environ 1 mm, mieux encore en dessous d'environ 0,5 mm. Le grain abrasif filamentaire peut être droit, plié, courbé ou torsadé de sorte que la longueur soit mesurée le long du corps plutôt que nécessairement en ligne droite. De préférence, le grain abrasif filamentaire pour la présente invention est incurvé ou torsadé.
Le grain abrasif filamentaire pour la présente invention a un rapport d'aspect de plus de 1,0, de préférence d'au moins 2:1, mieux encore d'au moins environ 4:1, par exemple, d'au moins environ 7:1 et dans une plage entre environ 5:1 et 25:1. Ici, le "rapport d'aspect" ou le "rapport d'aspect de la longueur à la largeur en coupe transversale" se réfère au rapport entre la longueur le long de la dimension principale ou dimension la plus longue et l'extension la plus grande du grain le long d'une dimension quelconque perpendiculaire à la dimension principale. Lorsque la section transversale est autre que ronde, par exemple polygonale, la mesure la plus longue perpendiculaire à la direction longitudinale est utilisée pour déterminer le rapport d'aspect.
Dans la présente demande, l'expression "granulés de grains abrasifs agglomérés" ou "grains agglomérés" se réfère à des granulés tridimensionnels comprenant un grain abrasif et un matériau liant, les granulés ayant au moins une porosité de 35% en volume. A moins que les grains filamentaires ne soient décrits comme constituant tout ou partie du grain dans les granulés, les granulés de grains abrasifs agglomérés sont constitués de grains abrasifs en forme de bloc ou de sphère ayant un rapport d'aspect d'environ 1,0. Les granulés de grains abrasifs agglomérés sont donnés à titre d'exemple par les agglomérés décrits dans le brevet US n° 6 679 758 B2. Les outils abrasifs liés de l'invention sont constitués de mélange de grains comprenant des grains abrasifs filamentaires sous forme éparse et/ou sous forme agglomérée, conjointement avec des granulés de grains abrasifs agglomérés comprenant des grains abrasifs en forme de bloc ou de sphère ayant un rapport d'aspect d'environ 1,0. En option, les outils de l'invention sont fabriqués avec les granulés de grains abrasifs filamentaires agglomérés contenant des grains abrasifs en forme de blocs ou de sphères ayant un rapport d'aspect d'environ 1,0. Chacun de ces outils peut en option comprendre dans le mélange de grains un ou plusieurs grains abrasifs secondaires sous forme éparse.
Dans une forme de réalisation, le mélange comprend les grains abrasifs filamentaires d'alumine sous forme de sol-gel et les granulés de grains abrasifs agglomérés. Dans cette forme de réalisation, le mélange comprend environ 5 à 90%, de préférence environ 25 à 90%, mieux encore environ 45 à 80%, en poids de grains abrasifs filamentaires d'alumine sous forme de sol-gel par rapport au poids total du mélange. Le mélange comprend par ailleurs environ 5 à 90%, de préférence 25 à 90%, mieux encore environ 45 à 80%, en poids, des granulés de grains abrasifs agglomérés. Le mélange contient en option un maximum d'environ 50%, de préférence environ 25%, en poids de grains abrasifs secondaires qui ne sont ni les grains f ilamentaires, ni les grains agglomérés. Les quantités choisies des grains filamentaires, des grains agglomérés et des grains abrasifs secondaires facultatifs totalisent 100% en poids du mélange de grains total utilisé dans les outils abrasifs de l'invention. Les grains abrasifs secondaires appropriés pour un mélange facultatif avec les grains filamentaires et les grains agglomérés sont décrits ci-dessous .
Dans une autre forme de réalisation, le mélange comprend un agglomérat des grains abrasifs filamentaires d'alumine sous forme de sol-gel et des granulés de grains abrasifs agglomérés. L'agglomérat des grains abrasifs filamentaires d'alumine sous forme de sol-gel comprend une pluralité de grains formée des grains abrasifs filamentaires d'alumine sous forme de sol-gel et d'un second matériau liant. Les grains abrasifs filamentaires d'alumine sous forme de sol-gel sont maintenus en forme tridimensionnelle par le second matériau liant.
En option, l'agglomérat des grains abrasifs filamentaires d'alumine sous forme de sol-gel comprend par ailleurs un grain abrasif secondaire. Le grain abrasif secondaire et le grain abrasif filamentaire sont maintenus sous une forme tridimensionnelle par le second matériau liant. Le grain abrasif secondaire peut comprendre un ou plusieurs des grains abrasifs connus dans la technique pour un usage dans des outils abrasifs, tels que les grains d'alumine, notamment de l'alumine fusionnée, de l'alumine frittée non filamentaire sous forme de sol-gel, de la bauxite frittée, etc., du carbure de silicium, un système d'alumine-oxyde de zirconium, de l'oxynitrure d'aluminium, de l'oxyde de cérium, du sous-oxyde de bore, un grenat, du silex, du diamant, notamment des diamants naturels et synthétiques, du nitrure de bore cubique (CBN) et leurs combinaisons. Sauf lorsque l'on utilise de l'alumine frittée sous forme de sol-gel, le grain abrasif secondaire peut avoir n'importe quelle forme, notamment des formes de type filamentaire. De préférence, le grain abrasif secondaire est un grain abrasif non filamentaire.
Les quantités des grains abrasifs filamentaires de l'agglomérat des grains abrasifs filamentaires se situent typiquement dans une plage d'environ 15 à 95%, de préférence d'environ 35 à 80%, mieux encore d'environ 45 à 75%, en poids par rapport au poids total de l'agglomérat.
La quantité des grains abrasifs secondaires de l'agglomérat des grains abrasifs filamentaires se situe typiquement dans une plage d'environ 5 à 85%, de préférence d'environ 5 à 65%, mieux encore d'environ 10 à 55%, en poids par rapport au poids total de l'agglomérat. Comme dans le cas de mélanges de grains filamentaires et de grains agglomérés, les grains secondaires facultatifs peuvent être ajoutés aux grains filamentaires agglomérés pour former le mélange de grains total utilisé dans les outils abrasifs de l'invention. Une fois encore, on peut mélanger un maximum d'environ 50%, de préférence d'environ 25%, en poids des grains abrasifs secondaires facultatifs aux agglomérats de grains filamentaires pour arriver au mélange de grains total utilisé dans les outils abrasifs.
Les grains abrasifs filamentaires d'alumine sous forme de sol-gel comprennent des polycristaux d'alumine frittée sous forme de sol-gel. De l'alumine sous forme de sol-gel ensemencée ou non peut être incluse dans les grains abrasifs filamentaires d'alumine sous forme de sol-gel. De préférence, un grain abrasif filamentaire d'alumine sous forme de sol-gel ensemencé est utilisé pour le mélange de grains abrasifs. Dans une forme de réalisation préférée, les grains abrasifs d'alumine frittée sous forme de sol-gel comprennent des cristaux d'alpha-alumine ayant une taille inférieure à environ 2 pm, mieux encore pas plus d'environ 1 à 2 pm, bien mieux encore moins d'environ 0,4 pm.
Des grains abrasifs d'alumine sous forme de sol-gel peuvent être élaborés par les procédés connus dans la technique (se référer, par exemple, aux brevets US n° 4 623 364; 4 314 827; 4 744 802; 4 898 597; 4 543 107; 4 770 671; 4 881 951; 5 011 508; 5 213 591; 5 383 945; 5 395 407; et 6 083 622, dont les contenus sont incorporés à la présente demande par référence). Par exemple, ils sont fabriqués généralement de manière typique en formant un gel d'alumine hydraté qui peut également contenir des quantités variables d'un ou plusieurs modificateurs oxydés (par exemple, MgO, ZrC>2 ou des oxydes métaux de terres rares) ou des matériaux d'ensemencement/nucléation (par exemple, (X-AI2O3, ß- A1203, γ-Αΐ203, a-Fe203 ou des oxydes de chrome) et en séchant et en frittant ensuite le gel (se référer, par exemple, au brevet US n° 4 623 364).
Typiquement, les grains abrasifs filamentaires d'alumine sous forme de sol-gel peuvent être obtenus par une variété de procédés, notamment par extrusion ou filage d'un sol ou d'un gel d'alumine hydratée en grains filamentaires continus, séchage des grains filamentaires ainsi obtenus, découpe ou rupture des grains filamentaires aux longueurs souhaitées, puis calcination des grains filamentaires à une température qui ne dépasse de préférence pas environ 1500°C. Des procédés préférés pour former les grains sont décrits dans les brevets US n° 5 244 477, 5 194 072 et 5 372 620.
L'extrusion est la plus utile pour le sol ou le gel d'alumine hydratée entre environ 0,254 mm et environ 1,0 mm de diamètre, ce qui, après séchage et calcination, équivaut approximativement en diamètre à celui des ouvertures des tamis utilisés pour des abrasifs de 100 à 24 grits, respectivement. Le filage est très utile pour des grains filamentaires calibrés à moins d’environ 100 pm de diamètre après calcination.
Les gels qui conviennent le mieux à l'extrusion ont généralement une teneur en solides d'environ 30 à 68%. La teneur en solides optimale varie avec le diamètre du filament extrudé. Par exemple, une teneur en solides d'environ 60% est préférée pour les grains abrasifs filamentaires ayant un diamètre à l'état calciné approximativement équivalent à l'ouverture de tamis pour un grain abrasif broyé à 50 grits. Dans les grains abrasifs filamentaires d'alumine sous forme de sol-gel formés par filage, il est souhaitable d'ajouter environ 1% à 5% d'un adjuvant de filage non formateur de verre, tel que le poly (oxyde d'éthylène), au sol à partir dont le gel est formé de manière à communiquer des propriétés souhaitables de viscosité et d'élasticité au gel pour la formation de grains abrasifs filamentaires. L'adjuvant de filage est éliminé par calcination des grains abrasifs filamentaires au cours de la calcination.
Lorsqu'un grain abrasif filamentaire d'alumine sous forme de sol-gel ensemencé est utilisé pour le mélange de grains abrasifs, au cours du processus d'extrusion ou de filage d'un sol ou d'un gel d'alumine hydratée en grains filamentaires continus, une quantité efficace d'un matériau d'ensemencement cristallin d'une taille submicronique qui favorise une conversion rapide de l'alumine hydratée du gel en très fins cristaux d'alpha-alumine est de préférence ajoutée. Des exemples du matériau d'ensemencement sont tels que décrits ci-dessus .
Diverses formes souhaitées peuvent être générées pour des grains de gel extrudés en extrudant le gel à travers des filières ayant la forme souhaitée pour la section transversale des grains. Ces grains peuvent être, par exemple, carrés, en forme de losange, ovales, tubulaires ou en forme d'étoile. En général, cependant, la section transversale sera ronde. Les grains filamentaires continus formés initialement sont de préférence broyés ou découpés en longueurs de la dimension maximale souhaitée pour l'application de meulage prévue. Une fois que les grains de gel filamentaires ont été conformés comme souhaité, découpés ou broyés, et séchés si nécessaire, ils sont convertis en une forme finale de grains abrasifs par une calcination contrôlée. Généralement, une température pour l'étape de calcination se situe dans la plage comprise entre environ 1200°C et environ 1350°C.
Typiquement, le temps de calcination se situe dans une plage comprise entre environ 5 minutes et 1 heure. Cependant, on pourrait également utiliser d'autres températures et d'autres temps. Pour des grains plus grossiers d'environ 0,25 mm, on préfère précalciner le matériau séché à environ 400 à 600°C pendant une période d'environ plusieurs heures à environ 10 minutes pour éliminer les volatils restants et l'eau liée qui pourraient provoquer une fissuration des grains au cours de la calcination. En particulier pour des grains formés à partir de gels ensemencés, une calcination excessive provoque rapidement l'absorption par les grains les plus gros de la majeure partie des grains les plus petits qui les entourent, ce qui a pour effet de réduire l'uniformité du produit à l'échelle microstructurelle.
Des granulés de grains abrasifs agglomérés pour le mélange de grains abrasifs de la présente invention sont des granulés tridimensionnels qui comprennent une pluralité de grains abrasifs et un matériau liant. Les granulés des grains abrasifs agglomérés ont une dimension moyenne qui est environ 2 à 20 fois plus grande que la taille moyenne en grits des grains abrasifs. De préférence, les granulés de grains abrasifs agglomérés ont un diamètre moyen dans la plage comprise entre environ 200 et environ 3000 pm. Typiquement, les granulés de grains abrasifs agglomérés ont une densité de tassement en vrac, par exemple, d'environ 1,6 cm3 pour un grain d'une taille de 120 grits (106 pm) et d'environ 1,2 g/cm3 pour un grain d'une taille de 60 grits (250 pm) et une porosité d'environ 30 à 88% en volume. Les granulés des grains abrasifs filamentaires agglomérés élaborés avec des grains TG2 ont une densité de tassement en vrac d'environ 1,0 g/cm3. Pour la plupart des grains, la densité de tassement en vrac des grains abrasifs agglomérés est environ 0,4 fois la densité de tassement en vrac du même grain mesurée sous la forme de grains en vrac non agglomérés. Les granulés de grains abrasifs agglomérés ont de préférence une valeur de cohésion minimale d'environ 0,2 MPa.
Les granulés de grains abrasifs agglomérés peuvent comprendre un ou plusieurs des grains abrasifs connus pour convenir à un usage dans des outils abrasifs, notamment des grains d'alumine, tels que l'alumine fusionnée, l'alumine frittée non filamentaire sous forme de sol-gel, la bauxite frittée, etc.; le carbure de silicium; 1'alumine/zircone, notamment 1'alumine/zircone co-fusionnée et 1’alumine/zircone frittée; l'oxynitrure d'aluminium; le sous-oxyde de bore; le grenat; le silex; le diamant, notamment le diamant naturel et le diamant synthétique; le nitrure de bore cubique (CBN); et leurs combinaisons. Des exemples supplémentaires de grains abrasifs appropriés comprennent des grains abrasifs d'alumine frittée non ensemencée sous forme de sol-gel qui comprennent de l'alpha-alumine microcristalline et au moins un modificateur oxydé, tel que des oxydes de métaux de terres rares (par exemple, Ce02, Dy203, Er203, Eu203,
La203, Nd203, Pr2C>3, Sm2C>3, Yb2C>3 et Gd203) , des oxydes de métaux alcalins (par exemple, Li20, Na20 et K20) , des oxydes de métaux alcalinoterreux (par exemple, MgO, CaO, SrO et BaO) et des oxydes de métaux de transition (par exemple, Hf02, Fe203, MnO, NiO, Ti02, Y2O3, ZnO et Zr02) (se référer, par exemple, aux brevets US n° 5 779 743, 4 314 827, 4 770 671, 4 881 951, 5 429 647 et 5 551 963, dont l'enseignement est incorporée à la présente demande dans son intégralité par référence). Des exemples spécifiques des grains abrasifs d'alumine frittée non ensemencée sous forme de sol-gel comprennent des aluminates de terres rares représentés par la formule LnMAInOig, dans laquelle Ln est un ion de métal trivalent, tel que La, Nd, Ce, Pr, Sm, Gd ou Eu, et M est un cation de métal divalent, tel que Mg, Mn, Ni, Zn, Fe ou Co (se référer, par exemple, au brevet US n° 5 779 743) . Ces aluminates de terres rares ont généralement une structure de cristal hexagonal, quelquefois dénommée structure de cristal de magnéto-plombite. Une variété d'exemples de granulés de grains abrasifs agglomérés peut être trouvée dans le brevet US n° 6 679 758 B2 et dans la publication de demande de brevet n° 2003/0194954, dont les enseignements sont incorporés à la présente demande dans leur intégralité par référence.
On peut utiliser n'importe quelle taille ou forme de grains abrasifs. De préférence, la taille des granulés de grains abrasifs agglomérés pour le mélange de grains abrasifs est choisie pour minimiser la perte de porosité et de perméabilité des meules. Des tailles de grains convenant à un usage dans les granulés de grains abrasifs agglomérés vont de grits abrasifs réguliers (par exemple supérieurs à environ 60 et jusqu'à environ 7000 pm) aux grits microabrasifs (par exemple, environ 0,5 à environ 60 pm) et des mélanges de ces tailles. Pour une opération de meulage abrasif donnée, il peut être souhaitable d'agglomérer des grains abrasifs avec une taille de grit plus petite qu'une taille de grit de grains abrasifs (non agglomérés) normalement choisie pour cette opération de meulage abrasif. Par exemple, un abrasif aggloméré (180 pm) d'une taille de 80 grits peut être substitué à un abrasif de 54 grits (300 pm) , un abrasif aggloméré de 100 grits (125 pm) à un abrasif de 60 grits (250 pm), et un aggloméré de 120 grits (106 pm) à un abrasif de 80 grits (180 pm).
Une taille d'aggloméré préférée pour des grains abrasifs typiques se situe dans une plage d'environ 200 à environ 3000, mieux encore d'environ 350 à environ 2000, bien mieux encore d'environ 425 à environ 1000 μηπ de diamètre moyen. Pour des grains microabrasifs, une taille d'aggloméré préférée se situe dans une plage d'environ 5 à environ 180, mieux encore d'environ 20 à environ 150, bien mieux encore d'environ 70 à environ 120 pm de diamètre moyen.
Dans les granulés de grains abrasifs agglomérés de l'invention, les grains abrasifs sont typiquement présents à raison d'environ 10 à environ 95% en volume de l'agglomérat. De préférence, les grains abrasifs sont présents à raison d'environ 35 à environ 95% en volume, mieux encore d'environ 48 à environ 85% en volume de l'agglomérat. Le restant de l'agglomérat comprend un matériau liant et des pores.
En ce qui concerne les granulés de grains abrasifs agglomérés, un agglomérat des grains abrasifs filamentaires sous forme de sol-gel destiné à un usage dans la présente invention est formé de granulés tridimensionnels qui comprennent une pluralité de grains abrasifs filamentaires sous forme de sol-gel et un second matériau liant. De préférence, l'agglomérat de grains abrasifs filamentaires sous forme de sol-gel comprend en outre un grain abrasif secondaire, comme décrit ci-dessus. Dans un exemple spécifique, le grain abrasif secondaire a une forme non filamentaire. Dans une forme de réalisation, l'agglomérat de grains abrasifs filamentaires sous forme de sol-gel qui comprend une pluralité de grains formée de grains abrasifs filamentaires sous forme de sol-gel et des grains abrasifs secondaires peuvent être utilisés pour le mélange de grains abrasifs en combinaison avec les granulés de grains abrasifs agglomérés. Dans une autre forme de réalisation, l'agglomérat de grains abrasifs filamentaires sous forme de sol-gel qui comprend une pluralité de grains formée de grains abrasifs filamentaires sous forme de sol-gel et des grains abrasifs secondaires peuvent être utilisés pour un abrasif ou outil abrasif de l'invention sans mélange avec les granulés de grains abrasifs agglomérés. Les caractéristiques typiques des agglomérats des grains abrasifs filamentaires sous forme de sol-gel sont telles que discutées ci-dessus pour les granulés de grains abrasifs agglomérés.
En choisissant différentes tailles de grits pour les mélanges de grains filamentaires et de grains non filamentaires, on peut ajuster les performances de meulage d'outils abrasifs contenant les grains agglomérés. Par exemple, un outil utilisé dans une opération de meulage fonctionnant à une vitesse d'élimination de matériau (MRR) relativement élevée peut être élaboré avec un agglomérat de grains comprenant un grain d'alumine en carrés ou en blocs de 4 6 grits (355 pm) et un grain TG2 de 80 grits (180 pm) . De manière similaire, les outils taillés sur mesure pour des opérations MRR élevées peuvent contenir des agglomérats juste de grains d'alumine en carrés ou en blocs de 46 grits mélangés à des grains non agglomérés en vrac de grains TG2 de 80 grits. Dans un autre exemple, un outil utilisé dans une opération de meulage nécessitant un fini de surface fin contrôlé sans écorchure sur la surface de la pièce peut être élaboré avec un agglomérat de grains comprenant un grain d'alumine carré ou en bloc de 120 grits (106 pm) et un grain de TG2 de 80 grits (180 pm) . Dans une autre forme de réalisation, les outils taillés sur mesure pour des opérations de meulage ou de polissage de fine qualité de surface peuvent contenir des agglomérats contenant juste les grains d'alumine en carrés ou en blocs de 120 grits (106 pm) mélangés à des grains en vrac non agglomérés de grains TG2 de 80 grits (180 pm).
N'importe quel matériau de liaison (liant) typiquement utilisé pour des outils abrasifs liés de l'état de la technique peut être utilisé dans le matériau liant des granulés de grains abrasifs agglomérés (dénommés par la suite "premier matériau liant") et le second matériau liant de l'agglomérat de grains abrasifs filamentaires sous forme de sol-gel. De préférence, le premier et le second matériaux liants comprennent chacun indépendamment un matériau inorganique, tel que des matériaux céramiques, des matériaux vitrifiés, des compositions de liaison vitrifiées et leurs combinaisons, mieux encore des matériaux céramiques et vitrifiés du type utilisé comme système de liaison pour des outils abrasifs liés vitrifiés. Ces matériaux de liaison vitrifiés peuvent être un verre précalciné broyé en poudre (une fritte) ou un mélange de diverses matières premières, telles que l'argile, le feldspath, la chaux, le borax et la soude ou une combinaison de matériaux frittés et bruts. Ces matériaux fusionnent et forment une phase de verre liquide à des températures allant d'environ 500 à environ 1400°C et mouillent la surface du grain abrasif pour créer des piliers de liaison lors du refroidissement, ce qui a pour effet de maintenir le grain abrasif dans une structure composite. Des exemples de matériaux liants appropriés destinés à un usage dans les agglomérats peuvent être trouvés, par exemple, dans le brevet US n° 6 679 758 B2 et dans la publication de demande de brevet n° 2003/0 194 954. Les matériaux liants préférés sont caractérisés par une viscosité d'environ 345 à 55 300 poises à environ 1180°C et par une température de fusion d'environ 800 à environ 1300 ° C.
Dans une forme de réalisation préférée, les premier et second matériaux liants sont chacun indépendamment une composition de liaison vitrifiée comprenant une composition d'oxydes calcinés de Si02, B2O3, AI2O3, des oxydes de métaux alcalinoterreux et des oxydes de métaux alcalins. Un exemple de la composition d'oxydes calcinés comprend 71% en poids de S1O2 et B2O3, 14% en poids de AI2O3, moins de 0,5% en poids d'oxydes de métaux alcalinoterreux et 13% en poids d'oxydes de métaux alcalins.
Les premier et second matériaux liants peuvent également être un matériau céramique, notamment la silice, des silicates de métaux alcalins, des silicates de métaux alcalinoterreux, des silicates mixtes de métaux alcalins et de métaux alcalinoterreux, des silicates d'aluminium, des silicates de zirconium, des silicates hydratés, des aluminates, des oxydes, des nitrures, des oxynitrures, des carbures, des oxycarbures et leurs combinaisons et leurs dérivés. En général, les matériaux céramiques diffèrent des matériaux vitreux ou vitrifiés en ce que les matériaux céramiques comprennent des structures cristallines. Certaines phases vitreuses peuvent être présentes en combinaison avec les structures cristallines, en particulier dans des matériaux céramiques à l'état non raffiné. Des matériaux céramiques à l'état brut, notamment les argiles, les ciments et les minéraux, peuvent être utilisés ici. Comme exemple de matériaux céramiques spécifiques convenant à un usage ici, on peut citer la silice, les silicates de sodium, la mullite et d'autres alumino-silicates, la zircone-mullite, l'aluminate de magnésium, le silicate de magnésium, les silicates de zirconium, le feldspath et d'autres aluminosilicates de métaux alcalins, les spinelles, l'aluminate de calcium, l'aluminate de magnésium et d'autres aluminates de métaux alcalins, la zircone, la zircone stabilisée par 1'yttria, la magnésie, l'oxyde de calcium, l'oxyde de cérium, l'oxyde de titane ou d'autres additifs de terres rares, le talc, l'oxyde de fer, l'oxyde d'aluminium, la boehmite, l'oxyde de bore, l'oxyde de cérium, l'oxynitrure d'alumine, le nitrure de bore, le nitrure de silicium, le graphite et des combinaisons de ces matériaux céramiques.
En général, les premier et second matériaux liants sont chacun indépendamment utilisés sous forme pulvérulente et, facultativement, sont ajoutés à un véhicule liquide pour assurer un mélange homogène et uniforme du matériau liant avec les grains abrasifs au cours de la fabrication des agglomérats.
Une dispersion de liants organiques est de préférence ajoutée aux composants des matériaux liants pulvérulents comme adjuvants de moulage ou de traitement. Ces liants peuvent comprendre des dextrines, de l'amidon, de la colle de protéines animales et d'autres types de colle; un composant liquide, tel que de l'eau, un solvant, des modificateurs de viscosité ou de pH; et des adjuvants de mélange. L'utilisation de liants organiques améliore l'uniformité des agglomérats, en particulier l'uniformité de la dispersion de matériau liant sur le grain et la qualité structurelle des agglomérats précalcinés ou verts, ainsi que celle de l'outil abrasif calciné contenant les agglomérats. Du fait que les liants organiques sont brûlés au cours de la calcination des agglomérats, ils ne font pas partie de l'agglomérat fini ni de l'outil abrasif fini. Un promoteur d'adhérence inorganique peut être ajouté au mélange pour améliorer l'adhérence des matériaux liants aux grains abrasifs selon les besoins afin d'améliorer la qualité du mélange. Le promoteur d'adhérence inorganique peut être utilisé avec ou sans liant organique dans la préparation des agglomérats.
Bien que les matériaux liants fusionnant à température élevée soient préférés dans les agglomérats de l'invention, le matériau liant peut également comprendre d'autres liants inorganiques, des liants organiques, des matériaux de liaison organiques, des matériaux de liaison métalliques et leurs combinaisons. Des matériaux liants utilisés dans l'industrie des outils abrasifs comme composition de liaison pour des abrasifs liés organiques, des abrasifs revêtus, des abrasifs liés métalliques, etc., sont préférés.
Le matériau liant est présent à raison d'environ 0,5 à environ 15% en volume, mieux encore d'environ 1 à environ 10% en volume, bien mieux encore d'environ 2 à environ 8% en volume de l'agglomérat.
La porosité en % de volume préférée dans l'agglomérat est aussi élevée que cela est techniquement possible dans les limites de la résistance mécanique de l'agglomérat nécessaires pour fabriquer un outil abrasif et meuler avec celui-ci. La porosité peut se situer dans une plage d'environ 30 à environ 88% en volume, de préférence d'environ 40 à environ 80% en volume, mieux encore d'environ 50 à environ 75% en volume. Une partie (par exemple, jusqu'à environ 75% en volume) de la porosité dans les agglomérats est de préférence présente comme porosité interconnectée ou de porosité perméable à l'écoulement de fluides, notamment des liquides (par exemple, un réfrigérant de meulage et de la limaille) et de l'air.
La densité des agglomérats peut être exprimée d'un certain nombre de manières. La densité apparente des agglomérats peut être exprimée sous forme de LPD. La densité relative des agglomérats peut être exprimée sous la forme d'un pourcentage de densité relative initiale ou sous la forme d'un rapport de la densité relative des agglomérats aux composants utilisés pour élaborer les agglomérats, en tenant compte du volume de porosité interconnectée dans les agglomérats.
La densité relative moyenne initiale, exprimée sous forme de pourcentage, peut être calculée en divisant la LPD par une densité théorique des agglomérats en supposant une porosité nulle. La densité théorique peut être calculée selon la règle volumétrique du procédé de mélanges à partir du pourcentage en poids et de la densité relative du matériau liant et du grain abrasif contenus dans les agglomérats. Pour les agglomérats utiles dans l'invention, une densité relative maximale en pourcentage est d'environ 50% en volume tout en préférant de loin une densité relative maximale en pourcentage d'environ 30% en volume.
La densité relative peut être mesurée par une technique volumique à déplacement de fluide de manière à inclure la porosité interconnectée et à exclure la porosité des cellules fermées. La densité relative est le rapport du volume des agglomérats mesuré par déplacement de fluide au volume des matériaux utilisés pour constituer les agglomérats. Le volume des matériaux utilisés pour constituer les agglomérats est une mesure du volume apparent basé sur les quantités et les densités de tassement des grains abrasifs et du matériau liant utilisés pour constituer les agglomérats. Dans une forme de réalisation préférée, une densité relative maximale des agglomérats est de préférence d'environ 0,7, une densité relative maximale d'environ 0,5 étant plus nettement préférée.
Les agglomérats de grains abrasifs peuvent être formés par une variété de techniques en nombreuses tailles et formes. Ces techniques peuvent être réalisées avant, pendant ou après calcination du mélange à l'état initial ("vert") des grains et du matériau liant. L'étape de chauffage du mélange pour amener le matériau liant à fondre et à couler, faisant donc adhérer le matériau liant au grain et fixant le grain sous forme agglomérée, est dénommée calcination ou frittage. N'importe quel procédé connu dans la technique pour agglomérer des mélanges de particules peut être utilisé pour préparer les agglomérats abrasifs. Par exemple, les procédés décrits dans le brevet US n° 6 679 758 B2 et la publication de demande de brevet n° 2003/0 194 954, dont les enseignements sont incorporés à la présente demande par référence, peuvent être utilisés.
Dans une forme de réalisation préférée, les agglomérats de grains abrasifs, tels que des granulés de grains abrasifs agglomérés frittés, sont préparés par les étapes consistant i) à acheminer les grains abrasifs et le matériau liant dans un four de calcination rotatif à vitesse d'alimentation réglée; ii) à faire tourner le four à vitesse régulée; iii) à chauffer le mélange à une vitesse de chauffage déterminée par la vitesse d'alimentation et la vitesse du four à une température qui se situe dans une plage d'environ 80 °C à environ 1300°C; iv) à faire rouler le grain et le matériau liant dans le four jusqu'à ce que le matériau liant adhère aux grains et qu'une pluralité de grains adhèrent les uns aux autres pour créer les granulés agglomérés frittés; et v) à récupérer les granulés agglomérés frittés du four. De préférence, les granulés agglomérés frittés ont une densité de tassement en vrac égale ou inférieure à environ 1,6 g/cm3.
Dans un exemple du procédé utilisé ici pour constituer les agglomérats, le mélange initial de grains et de matériau liant est aggloméré avant de calciner le mélange de manière à créer une structure mécanique relativement faible dénommée "agglomérat vert" ou "agglomérat précalciné". Dans cet exemple, le grain abrasif et les matériaux liants peuvent être agglomérés à l'état vert par un certain nombre de différentes techniques, par exemple par pastillage au plateau, puis acheminés dans un appareil de calcination rotatif pour le frittage. Les agglomérats verts peuvent être placés sur un plateau et calcinés dans un four sans les faire rouler dans un procédé continu ou discontinu.
Le grain abrasif peut être acheminé dans un lit fluidisé, puis mouillé avec un liquide contenant le matériau liant pour faire adhérer le matériau liant au grain, tamisé pour ajuster la taille des agglomérats, puis calciné dans un four ou un appareil de calcination.
Le pastillage au plateau peut être effectué en ajoutant des grains dans un bol mélangeur et en dosant un composant liquide contenant le matériau liant (par exemple de l'eau ou un liant organique et de l'eau) sur le grain, tout en mélangeant, pour les agglomérer ensemble. Une dispersion liquide du matériau liant, éventuellement avec un liant organique, peut être pulvérisée sur le grain, puis le grain revêtu peut être mélangé pour former des agglomérats.
Un appareil d'extrusion à faible pression peut être utilisé pour extruder une pâte de grain et de matériau liant en tailles et en formes qui sont séchées pour former des agglomérats. Une pâte peut être élaborée à partir du matériau liant et du grain avec une solution de liant organique, puis extrudée dans la forme souhaitée, par exemple, des particules filamentaires, avec l'appareil et le procédé décrits dans le brevet US
n° 4 393 021, dont l'enseignement est incorporé à la présente demande dans son intégralité par référence.
Dans un procédé de granulation à sec, une feuille ou un bloc constitué(e) de grains abrasifs noyés dans une dispersion ou une pâte du matériau liant peut être séché (e), puis un compacteur à rouleaux peut être utilisé pour briser le composite de grains et de matériau liant.
Dans un autre procédé de fabrication d'agglomérats verts ou précurseurs, le mélange du matériau liant et des grains peut être ajouté à un dispositif de moulage et le mélange moulé pour former des formes et des tailles précises, par exemple, de la manière décrite dans le brevet US n° 6 217 413 Bl, dont l'enseignement est incorporé à la présente demande dans son intégralité par référence.
Dans un deuxième exemple du procédé utile dans la présente demande pour fabriquer des agglomérats, un simple mélange, de préférence un mélange sensiblement homogène, du grain et du matériau liant (éventuellement avec un liant organique) est acheminé dans un appareil de calcination rotatif (se référer, par exemple, au brevet US n° 6 679 758). On fait rouler le mélange à une vitesse prédéterminée en tours/minute et le long d'une inclinaison prédéterminée, avec application de chaleur. Des agglomérats sont formés à mesure que le mélange de matériau liant se chauffe, fond, coule et adhère au grain. Les étapes de calcination et d'agglomération sont effectuées simultanément à vitesses régulées et avec des volumes régulés d'acheminement et d'application de chaleur. La vitesse d'alimentation est généralement réglée pour donner un écoulement occupant approximativement 8 à 12% en volume du tube (c'est-à-dire, la portion du four) de l'appareil de calcination rotatif. L'exposition à la température maximale à l'intérieur de l'appareil est choisie pour maintenir la viscosité du matériau liant dans un état correspondant à un état liquide à un niveau de viscosité d'au moins environ 1000 poises. Cela évite un écoulement excessif du matériau liant sur la surface du tube et une perte de matériau liant de la surface du grain abrasif. Le procédé d'agglomération pour agglomérer et calciner les agglomérats peut être réalisé en une seule étape ou en deux étapes séparées, de préférence en une seule étape de procédé.
Des machines de calcination rotatives appropriées peuvent être obtenues chez Harper International, Buffalo, N.Y., ou chez Alstom Power, Inc., Applied Test Systems, Inc., et chez d'autres fabricants d'équipement. L'appareil peut éventuellement être équipé de dispositifs électroniques de commande et de détection en cours de processus, d'un système de refroidissement, de divers modèles d'appareils d'alimentation et d'autres dispositifs facultatifs.
Lorsque l'on agglomère un grain abrasif avec des matériaux liants durcissant à température plus basse (par exemple dans une plage d'environ 80 à environ 500°C), on peut utiliser un appareil à four rotatif équipé d'un sécheur rotatif. Le sécheur rotatif fournit de l'air chauffé à l'extrémité de décharge du tube pour chauffer le mélange de grains abrasifs, durcissant de la sorte le matériau liant et le liant au grain, et pour agglomérer de la sorte le grain abrasif à mesure qu'il est recueilli dans l'appareil. Telle qu'on l'utilise dans la présente demande, l'expression "four de calcination rotatif" est donnée à titre d'exemple par ces dispositifs de séchage rotatifs.
Dans un troisième exemple du procédé utile ici pour fabriquer des agglomérats, un mélange du grain abrasif, de matériaux liants et d'un système de liants organiques est acheminé dans un four, sans préagglomération, et chauffé. Le mélange est chauffé à une température assez élevée pour amener le matériau liant à fondre, à couler et à adhérer au grain, puis refroidi pour constituer un composite. Le composite est broyé et tamisé pour constituer les agglomérats frittés.
Dans un quatrième exemple, les agglomérats ne sont pas frittés avant de fabriquer l'outil abrasif; en lieu et place, les agglomérats "verts" sont moulés avec un matériau de liaison pour former un corps d'outil et le corps est calciné pour former l'outil abrasif. Dans un procédé préféré de réalisation de ce procédé, on utilise un matériau liant vitrifié de haute viscosité (qui, lorsqu'il est fondu, peut former un liquide) pour agglomérer le grain à l'état vert. Les agglomérats verts sont séchés au four et mélangés à une deuxième composition de liaison vitrifiée, de préférence de moindre viscosité, et moulés sous la forme d'un outil abrasif vert. Cet outil vert est calciné à une température qui est efficace pour fusionner, mais également éviter l'écoulement du matériau liant vitrifié de haute viscosité. La température de calcination est choisie pour être suffisamment élevée pour fusionner la composition du matériau liant en un verre, agglomérant de la sorte le grain, et pour amener la composition de liaison à couler, à lier les agglomérats et à former l'outil. Il n'est pas essentiel de choisir des matériaux de différentes viscosités et des matériaux de différentes températures de fusionnement ou de fusion pour effectuer ce procédé. D'autres combinaisons de matériaux liants et de matériaux de liaison connus dans la technique peuvent être utilisées dans cette technique pour fabriquer des outils abrasifs à partir d'agglomérats à l'état vert.
Les outils abrasifs liés de l'invention comprennent de manière générale n'importe quel type de produit abrasif classique. Comme exemples de ces produits abrasifs classiques, on peut citer les meules, les roues de coupe et les pierres abrasives, qui sont constituées d'un composant de liaison et d'un mélange de grains abrasifs ou d'un agglomérat de grains abrasifs filamentaires sous forme de sol-gel, comme décrit ci-dessus. Des procédés appropriés pour fabriquer des outils abrasifs liés sont divulgués dans les brevets US n° 5 129 919, 5 738 696 et 5 738 697, dont les enseignements sont incorporés à la présente demande par référence dans leur intégralité.
Toute composition de liaison normalement utilisée dans des articles abrasifs peut être utilisée dans la présente invention. Les quantités de composition de liaison et d'abrasif varient typiquement d'environ 3% à environ 25% de composition de liaison et environ 10% à environ 70% de grains abrasifs, en volume, de l'outil. De préférence, le mélange de grains abrasifs est présent dans l'outil abrasif lié en quantité d'environ 10 à 60%, mieux encore d'environ 20 à 52%, en volume de l'outil. De même, lorsque l'agglomérat de grains abrasifs filamentaires sous forme de sol-gel est utilisé sans mélange avec des granulés abrasifs agglomérés, la quantité d'agglomérat de grains abrasifs filamentaires sous forme de sol-gel est présente dans l'outil abrasif lié en quantité d'environ 10 à 60%, mieux encore d'environ 20 à 52%, en volume de l'outil. Une quantité préférée de composition de liaison peut varier en fonction du type de composition de liaison utilisé pour l'outil abrasif.
Dans une forme de réalisation, les outils abrasifs de l'invention peuvent être liés par une composition de liaison de résine. Des compositions de liaison de résines appropriées comprennent les résines phénoliques, les résines d'urée-formaldéhyde, les résines de mélamine-formaldéhyde, les résines d'uréthanne, les résines d'acrylates, les résines de polyesters, les résines d'aminoplastes, les résines époxy et leurs combinaisons. Des exemples de liants de résines appropriés et des techniques pour fabriquer ces compositions de liaison peuvent être trouvés, par exemple, dans les brevets US n° 6 251 149; 6 015 338; 5 976 204; 5 827 337; et 3 323 885, dont les enseignements sont incorporés ici par référence dans leur intégralité. Typiquement, les compositions de liaison de résines sont contenues dans la composition des outils abrasifs en quantité d'environ 3% à 48% en volume. Facultativement, des additifs, tels que des fibres, des agents de broyage, des lubrifiants, des agents mouillants, des tensioactifs, des pigments, des colorants, des agents antistatiques (par exemple le noir de carbone, l'oxyde de vanadium, le graphite, etc.), des agents de couplage (par exemple, les silanes, les titanates, les zircoaluminates, etc.), des plastifiants, des agents de mise en suspension et analogues peuvent encore être ajoutés aux compositions de liaison de résines. Une quantité typique des additifs est d'environ 0 à 70% en volume de l'outil.
Dans une autre forme de réalisation, le composant de liaison de l'outil comprend un matériau inorganique choisi dans le groupe constitué des matériaux céramiques, des matériaux vitrifiés, des compositions de liaison vitrifiées et de leurs combinaisons. Des exemples de compositions de liaison appropriées peuvent être trouvés dans les brevets US n° 4 543 107; 4 898 597; 5 203 886; 5 025 723; 5 401 284; 5 095 665; 5 711 774; 5 863 308; et 5 094 672, dont les enseignements sont incorporés ici par référence dans leur intégralité. Par exemple, des compositions de liaison vitreuses appropriées pour l'invention comprennent des compositions de liaison vitreuses classiques utilisées pour l'alumine fusionnée ou les grains d'abrasifs d'alumine sous forme de sol-gel. Ces compositions de liaison sont décrites dans les brevets US n° 5 203 886, 5 401 284 et 5 236 283. Ces compositions de liaison vitreuses peuvent être calcinées à des températures relativement basses, par exemple à environ 850 à 1200°C. D'autres compositions de liaison vitreuses convenant à un usage dans l'invention peuvent être calcinées à des températures inférieures à environ 875°C. Des exemples de ces compositions de liaison sont divulgués dans le brevet US n° 5 863 308. De préférence, des compositions de liaison vitreuses qui peuvent être calcinées à une température dans la plage comprise entre environ 850°C et environ 1200°C sont utilisées dans l'invention. Dans un exemple spécifique, la composition de liaison vitreuse est un boro-aluminosilicate de métal alcalin (se référer, par exemple, aux brevets US n° 5 203 886, 5 025 723 et 5 711 774).
Les compositions de liaison vitreuses sont contenus dans les compositions des outils abrasifs typiquement en quantité inférieure à environ 28% en volume, notamment entre environ 3 et environ 25% en volume; entre environ 4 et environ 20% en volume; et entre environ 5 et environ 18,5% en volume.
Facultativement, le composant de liaison de l'outil abrasif et les matériaux liants, comprenant les premier et second matériaux liants, peuvent comprendre le même type de composition de liaison, tel qu'une composition de liaison vitrifiée comprenant des compositions d'oxydes calcinées de Si02, B2O3, AI2O3, d'oxydes de métaux alcalinoterreux et d'oxydes de métaux alcalins.
Le grain abrasif filamentaire sous forme de sol-gel en combinaison avec le grain abrasif aggloméré, ou l'agglomérat de grain abrasif filamentaire sous forme de sol-gel avec ou sans mélange avec les granulés de grains abrasifs agglomérés, permet la production d'outils abrasifs liés présentant une structure très poreuse et perméable. Cependant, facultativement, des supports inducteurs de pores classiques, tels que des billes de verre creuses, des billes de verre pleines, des billes de résine creuses, des billes de résine pleines, des particules de verre expansé, de l'alumine expansée, etc., peuvent être incorporés aux présentes meules, offrant de la sorte encore plus de latitude par rapport aux multiples variantes de qualité et de structure.
Les outils abrasifs liés de l'invention contiennent de préférence environ 0,1% à environ 80% de porosité en volume. Mieux encore, ils contiennent environ 35% à environ 80%, bien mieux encore environ 40% à environ 60% en volume de l'outil.
Lorsqu'une composition de liaison résineuse est utilisée, le mélange combiné de grains abrasifs et de composant de liaison résineux est durci à une température, par exemple, dans une plage comprise entre environ 60°C et environ 300°C pour constituer un outil abrasif résinoïde. Lorsqu'une composition de liaison vitreuse est employée, le mélange combiné de grains abrasifs et de composant de liaison vitreux est calciné à une température, par exemple, dans une plage comprise entre environ 600°C et environ 1350°C pour constituer un outil abrasif vitrifié.
Lorsqu'une composition de liaison vitreuse est employée, les outils abrasifs vitrifiés sont typiquement calcinés par des procédés connus des hommes de métier. Les conditions de calcination sont principalement déterminées par la composition de liaison et les abrasifs proprement dits utilisés. La calcination peut être réalisée dans une atmosphère inerte ou à l'air. Dans certaines formes de réalisation, les composants combinés sont calcinés dans une atmosphère d'air ambiant. Telle qu'on l'utilise dans la présente demande, l'expression "atmosphère d'air ambiant" se réfère à l'air tiré de l'environnement sans traitement.
Des procédés de moulage et de compression pour former des outils abrasifs, tels que des meules, des pierres, des pierres abrasives, etc., peuvent être réalisés par des procédés connus dans la technique. Par exemple, le brevet US n° 6 609 963, dont l'enseignement est incorporé ici par référence dans son intégralité, enseigne un tel procédé approprié.
Typiquement, les composants sont combinés par mélange mécanique. Des ingrédients supplémentaires, tels que, par exemple, un liant organique, peuvent être inclus, comme cela est connu dans la technique. Les composants peuvent être combinés en séquence ou au cours d'une seule étape. Eventuellement, le mélange obtenu peut être tamisé pour éliminer les agglomérats qui peuvent s'être formés au cours du mélange.
Le mélange est placé dans un moule approprié pour y être comprimé. Des plongeurs façonnés sont utilisés de manière habituelle pour confiner le mélange. Dans un exemple, les composants combinés sont moulés et pressés dans une forme convenant à un rebord de meule. La compression peut se faire par n'importe quel moyen approprié, notamment par compression à froid ou par compression à chaud, comme décrit dans le brevet US n° 6 609 963. Des procédés de moulage et de compression qui évitent un broyage des corps creux sont préférés.
La compression à froid est préférée et comprend généralement l'application, à température ambiante, d'une pression initiale suffisante pour solidariser l'ensemble de moulage.
Lorsqu' on utilise une compression à chaud, une pression est appliquée avant ainsi que pendant la calcination. En variante, une pression peut être appliquée à l'ensemble de moulage après qu'un article a été retiré d'un four, ce que l'on dénomme "matriçage à chaud".
Dans certaines formes de réalisation où des corps creux sont utilisés, de préférence au moins 90% en poids des corps creux restent intacts après moulage et compression.
L'article abrasif est retiré du moule et refroidi à l'air. Dans une étape suivante, l'outil calciné peut être équarri et fini selon une pratique standard, puis testé en matière de vitesse avant utilisation.
Les outils abrasifs de 1' invention conviennent au meulage de tous types de métaux, notamment les divers aciers comprenant l'acier inoxydable, l'acier coulé et l'acier pour outil durci; les fers coulés, par exemple le fer ductile, le fer malléable, le fer de graphite sphéroïdal, le fer trempé et le fer modulaire; et les métaux tels que le chrome, le titane et l'aluminium. En particulier, les outils abrasifs de l'invention sont efficaces dans des applications de meulage où il y a une grande surface de contact avec la pièce à usiner, notamment par alimentation au fluage, meulage d'engrenages et meulage de surface et, en particulier, lorsque l'on utilise des matériaux difficiles à meuler et sensibles à la chaleur, tels que les alliages à base de nickel.
1/ invention est par ailleurs décrite par les exemples suivants, qui ne sont pas censés limiter 1'invention.
EXEMPLES EXEMPLE 1
Préparation de meules abrasives avec un mélange de deux charges d'agglomérat
Diverses combinaisons d'un agglomérat de grains abrasifs filamentaires sous forme de sol-gel et de granulés de grains abrasifs agglomérés sont préparées pour des meules abrasives expérimentales, comme décrit dans le tableau I. Ici, le terme "TG2" représente un exemple d'un grain abrasif filamentaire d'alumine ensemencée sous forme de sol-gel obtenu chez Saint-Gobain Abrasives à Worcester, MA. Le grain abrasif d'alumine fusionnée Norton® 38A qui est disponible dans la même société a été utilisé pour des granulés de grains abrasifs agglomérés (dénommés par la suite "38A").
Un ensemble de meules expérimentales a été formulé avec différents rapports du grain TG2 à l'agglomérat de grains 38A. Ces meules ayant un mélange de grains abrasifs filamentaires d'alumine sous forme de sol-gel, ou d'un de ses agglomérats, et de granulés de grains abrasifs agglomérés sont dénommées par la suite meules de type "à grain TG2 aggloméré". Quatre meules de grain TG2 aggloméré (20) à (23) sont fabriquées avec des quantités globales de 10, 30, 50 et 75% en poids de TG2 et, respectivement, 90, 70, 50 et 25% en poids de grains 38A. Les meules sont fabriquées à partir de deux charges d'agglomérats : a) un agglomérat de 75% en poids de TG2
(rapport d'aspect 8:1) et de 25% de 38A ayant une taille de 120 mesh (38A-120) ) dans 3% en poids d'un matériau liant C décrit dans le tableau II du brevet US
n° 6 679 753 B2 (la composition calcinée comprend 71% en poids de formateurs de verre (S1O2 + B2O3) ; 14% en poids de AI2O3; < 0,5% en poids de RO de métal alcalinoterreux (CaO, MgO) ; 13% en poids de R2O de métal alcalin (Na2Û, K20, Li20) , le poids spécifique est de 2,42 g/cm3 et la viscosité (en poises) à 1180°C est de 345); b) un agglomérat de 38A ayant une taille de 60 mesh (38A-60) dans 3% en poids de matériau liant C.
La charge d'alimentation a) contient un agglomérat de 7 5% en poids de grains TG2 ayant une taille de 80 mesh et de 25% en poids de grains d'alumine fusionnée 38A ayant une taille de 120 mesh (38A-120). La charge d'alimentation b) contient un agglomérat de grains d'alumine fusionnée 38A ayant des tailles de 60 mesh (38A-60). Pour chaque charge d'alimentation, on a utilisé 3% en poids de matériau liant C comme matériau liant. Des agglomérats a) et b) ont été préparés dans un four rotatif par le procédé décrit dans l'exemple 5 du brevet US n° 6 679 758 B2, excepté que le four a été exploité à 1150°C. La figure représente une image au microscope électronique à balayage (SEM) de l'agglomérat a) d'un mélange de 75% en poids de TG2 et de 25% en poids de 38A-120, agglomérés avec 3% en poids de matériau liant C. Comme montré sur la figure, des particules abrasives fines de 38A-120 ont entraîné une bonne couverture de grains par le grain filamentaire TG2 .
Quatre mélanges différents de grains abrasifs de l'invention ont été ensuite obtenus en modifiant le rapport de mélange des agglomérats a) et b), comme résumé dans le tableau I.
Tableau I
Mélanges de grains abrasifs pour outils abrasifs (20) à (23)
Figure BE1017275A3D00411
Les meules ayant une taille finie de 20" x 1" x 8" (50,8 cm x 2,5 cm x 20,3 cm) ont été ensuite construites en mélangeant le grain abrasif et les agglomérats avec le matériau liant C, en moulant le mélange sous forme de meule et en calcinant les meules moulées à 950°C. La fraction d'agglomérat de -12/+pan (taille de l'US standard Sievemesh; les agglomérats retenus sont plus petits que 12 mesh) a été utilisée.
A titre de témoin, une meule employant 100% d'un agglomérat classique 38A-120 (échantillon (24)) comme abrasif a été préparée par le procédé décrit dans l'exemple 7 du brevet US n° 6 679 758 B2 .
D'autres meules standard (27) et (28) utilisaient des abrasifs comprenant 100% de non-agglomérat de 38A-120 et 100% de non-agglomérat de 38A-60, respectivement, et les meules standard (25) et (26) employaient des abrasifs qui comprenaient 100% de non-agglomérat de TG2-80 et de non-agglomérat de TG2-120, respectivement. Ces meules standard étaient des produits commerciaux obtenus à la société Saint-Gobain Abrasives, Inc., Worcester, MA, et marquées des désignations de roue commerciales indiquées pour chacune dans le tableau II. Ci-après, les meules employant des agglomérats classiques, tels qu'un agglomérat de 38A, seront dénommées "meules témoins de grains agglomérés". De la même manière, les meules utilisant des grains abrasifs filamentaires sous forme de sol-gel classiques, tels que les grains TG2, seront dénommées par la suite "meules TG2".
EXEMPLE 2
Propriétés mécaniques de meules abrasives de l'exemple 1 A. Module élastique (Emod)
Toutes les données concernant l'Emod sont mesurées par une machine Grindosonic par le procédé décrit par J. Peters dans "Sonic Testing of Grinding Wheels", Advances in Machine Tool Design and Research, Pergamon Press, 1968.
Les propriétés physiques des meules de grains agglomérés-TG2 (20) à (23) sont présentées dans le tableau II ci-dessous et comparées à des meules de grains agglomérés standard classiques (24); à des meules de TG2 standard (25) et (26) ; et à des meules standard classiques (27) et (28) . Comme montré dans le tableau II, les modules élastiques des meules de TG2 standard (25) et (26) sont similaires à celui de la meule de 38A-60 standard (28) . Le module élastique des meules TG2 standard (26) est la valeur la plus élevée parmi celles des meules testées. La meule de grains agglomérés (24) présente de manière relativement inespérée jusqu'à environ 40% de réduction du module élastique en comparaison des meules de TG2 (25) et (26). L'intéressant est que les modules élastiques des meules de grains agglomérés-TG2 (20) à (23) se situent à un niveau de 37 à 42% plus bas que ceux des meules de TG2 (25) et (26). Il est à noter que les modules élastiques des meules de grain aggloméré-TG2 (20) à (23) ne varient pas notablement avec le rapport TG2/38A, en restant proches du module élastique de la meule de grain aggloméré (24).
Tableau II
Caractéristiques des meules abrasives de l'exemple 1
Figure BE1017275A3D00441
a Les meules comparatives sont des produits commerciaux obtenus chez Saint-Gobain Abrasives, Inc. (Norton Company), et marquées par les désignations de meules alphanumériques indiquées pour chacune.
b Les valeurs pour le pourcentage en volume de composition de liaison des meules utilisant des agglomérats comprennent le pourcentage en volume de matériau liant de verre utilisé sur les grains pour constituer les agglomérats plus la composition de liaison de la meule.
c Les valeurs de sablage montrent que les meules expérimentales étaient plus tendres que les meules comparatives en grains non agglomérés 25, 26 et 28.
B. Module de rupture (MOR)
Le module de rupture a été déterminé sur des barres pour les échantillons (20) à (27) de l'exemple 1 en utilisant une machine d’essai mécanique Instron® modèle MTS 1125 avec un gabarit de flexion en quatre points ayant un intervalle de support de 3 pouces, un intervalle de charge de 1 pouce et une vitesse de chargement de 0,050 pouce/minute de vitesse de la tête d'équerre. Les mesures ont été faites en appliquant une force à l'échantillon jusqu'à ce qu'il se rompe et en enregistrant la force au point de rupture. Les résultats sont résumés dans le tableau II ci-dessus. Comme on peut le voir sur le tableau II, la meule de grains agglomérés (24) présente généralement un module de rupture relativement similaire à celui des produits standard (25), (26) et (27). En général, des modules de rupture inférieurs à ceux de ces produits sont observés sur des produits de grain aggloméré-TG2 (20) à (23) (se référer au tableau II) . Si les données MOR des meules de grain aggloméré-TG2 (20) à (22), à l'exception de la meule de grain aggloméré-TG2 (23), étaient relativement inférieures à celles des meules standard (25), (26) et (27), elles étaient relativement plus élevées en comparaison du MOR de 13 à 16 MPa qui a été mesuré sur des meules de grains agglomérés classiques utilisant des agglomérats de 38A-60 (se référer aux tableaux VI-II du document WO 03/086 703) . Par suite, les données MOR des meules de grain aggloméré-TG2 (20) à (23) sont encore suffisantes pour offrir suffisamment de résistance mécanique pour l'opération de meulage, comme illustré dans l'exemple 3 ci-dessous.
La chute du module de rupture observée sur les meules de grain aggloméré-TG2 (20) à (23) peut être due au fait que ces meules de grain aggloméré-TG2 étaient plus tendres que l'on ne s'y attendait étant donné leur composition. La chute de densité due à la calcination illustrée sur le tableau II est censée être due à l'absence de retrait. Cette chute de densité indique également que les meules de grain aggloméré-TG2 résistaient au retrait au cours d'un traitement thermique par rapport aux meules comparatives ayant une composition en volume identique, mais fabriquées sans grain aggloméré (c'est-à-dire, un pourcentage en volume de grain, de composant de liaison et de pores, jusqu'à un total de 100%). Cette caractéristique des meules de grain aggloméré-TG2 indique les avantages potentiels importants dans les opérations de fabrication et de finition de meules abrasives.
La rigidité (module e) relativement basse des meules de grain aggloméré-TG2 de l'invention qui a été obtenue sans sacrifier la résistance mécanique (module de rupture) était relativement unique et inattendue.
C. Essai de vitesse/vitesse d'éclatement
Les propriétés de résistance mécanique déterminent généralement si un composite peut être utilisé comme outil abrasif lié dans une opération de meulage. Pour des meules vitrifiées, une relation est utilisée pour lier la résistance mécanique (module de rupture) d'une éprouvette composite à l'effort de traction en rotation qui génère une défaillance du même composite. Par suite, le module de rupture mesuré sur une éprouvette peut donner une estimation rapide et précise de la vitesse d'éclatement d'une meule constituée par le même procédé en utilisant la même formulation que l'éprouvette.
L'essai de vitesse d'éclatement de meules peut être directement mesuré dans l'essai standardisé décrit dans la norme ANSI Standard B7.1-1988 (1995).
Les opérations classiques de meulage par alimentation au fluage exploitent traditionnellement des meules à 33 m/s (6500 sfpm) avec une vitesse d'exploitation maximale d'environ 43,2 m/s (8500 sfpm). Les valeurs d'essai de vitesse d'éclatement de toutes les meules de grain aggloméré-TG2 (20) à (23) étaient tout à fait acceptables pour un usage dans des opérations de meulage par alimentation au fluage. EXEMPLE 3
Performances de meulage des meules abrasives de l'exemple 1
Les meules de grain aggloméré-TG2 (20 à 23) de l'exemple 1 ont été testées dans des opérations de meulage par alimentation au fluage en comparaison des meules commerciales comparatives (25), (26) et (27), recommandées pour un usage dans des opérations de meulage par alimentation au fluage. Une meule de grains agglomérés (24) (échantillon de laboratoire) et une meule de grains agglomérés du commerce (29) obtenue à la Saint-Gobain Abrasives, Inc., Worcester, MA, ont été également testées comme meules témoins.
Le meulage par alimentation au fluage est un meulage de faible force (grande surface de contact) couramment utilisé pour l'élimination élevée de matériau et des matériaux sensibles aux brûlures. Trois caractéristiques de produit majeures permettent d'améliorer un meulage par alimentation au fluage une meule : i) une faible puissance de meulage; ii) une faible sensibilité aux brûlures; et iii) une faible compensation d'usinage. La réduction de la puissance de meulage peut permettre un meulage à une vitesse d'élimination plus élevée. La réduction de la sensibilité aux brûlures peut également permettre un meulage à une vitesse d'élimination plus élevée. La réduction de la compensation d'usinage tout en maintenant une vitesse d'élimination élevée et une absence de brûlures peut permettre d'augmenter la vie utile des meules.
Toutes les meules utilisées pour les essais de meulage par alimentation au fluage avaient les mêmes dimensions de 20" x 1" x 8" et ont été testées en utilisant le Profimat 410 de Hauni-Blohm. Un essai de meulage en coin a été réalisé, où la pièce était inclinée selon un petit angle (0,05°) par rapport au coulisseau de la machine, sur lequel elle était montée. Cette géométrie entraîne une augmentation de la profondeur de coupe, une augmentation de la vitesse d'élimination de matériau et une augmentation de l'épaisseur des copeaux à mesure que le meulage progresse du début à la fin. Dans ces essais de meulage, l'augmentation continue de la profondeur de coupe fournissait une augmentation continue du taux d'élimination de matériau (MMR) sur la longueur du bloc (8 pouces (20,3 cm)). Par suite, les données de meulage ont été regroupées sur une plage de conditions dans un seul essai. L'évaluation des performances des meules dans l'essai de coin a été encore assistée par une mesure électronique et enregistrement de la puissance de la broche et des forces de meulage. La détermination précise de conditions (taux d'élimination de métal (MRR), épaisseur de copeaux, etc.) qui ont produit des résultats inacceptables, tels qu'une brûlure de meulage ou une rupture de la meule, a facilité la caractérisation des comportements de la meule et du classement des performances relatives des produits.
Conditions de meulage standard pour des essais de meulage par alimentation au fluage de coin i) Machine : Profimat 410 de Hauni-Blohm ii) Mode : meulage par alimentation au fluage de coin iii) Vitesse de la meule : 28 m/s (5500 pieds de surface par minute) iv) Vitesse de la table : varie de 12,7. à 44,4 cm/mn (5 à 17,5 pouces/minute) v) Réfrigérant : Master Chemical Trim E210 200 en concentration de 10% avec de l'eau de pluie désionisée, 272 1/mn (72 gallons/minute) vi) Matériau de la pièce : Inconel 718 (42 HRc) vii) Mode de dressage : diamant rotatif en continu viii) Compensation de dressage : 0,25, 0,5, 1,5 pm/tour (10, 20 ou 60 micropouces/tour) ix) Rapport de vitesse : + 0,8.
Conditions de meulage standard pour des essais de meulage par alimentation au fluaqe de fentes i) Machine : Profimat 410 de Hauni-Blohm ii) Mode : meulage d'alimentation au fluage de fentes iii) Vitesse de la meule : 28 m/s (5500 pieds de surface par minute) iv) Vitesse de la table : varie de 12,7 à 44,4 cm/mn (5 à 17,5 pouce/minute) v) Réfrigérant : Master Chemical Trim E210 200 en concentration de 10% avec de l'eau de pluie désionisée, 272 1/mn (72 gal/mn) vi) Matériau de la pièce : Inconel 718 (42 HRc ) vii) Mode de dressage : diamant rotatif continu viii) Compensation de dressage : 15 micropouces/tour ix) Rapport de vitesses : + 0,8.
Une défaillance a été notée par brûlure de la pièce, fini de surface rugueux ou perte de forme de coin. L'usure de la meule n'a pas été enregistrée, car il s'agissait d'un test de meulage par dressage continu. Le taux de retrait de matériau qui a mené à une défaillance (MRR maximum) a été noté.
A. Meulage en coin de meules de grain aggloméré-TG2 à 20 micropouces/tour de vitesse de dressage
Des vitesses de dressage maximales (MRR) et des énergies de meulage spécifiques des meules testées (20) à (27) à 20 micropouces/tour de vitesse de dressage et 0,01 pouce de vitesse initiale du coin coupé sont résumées dans le tableau III. Avant qu'une défaillance ne se produise, la meule de grain aggloméré standard (24) présentait 53% de taux d'enlèvement de matériau plus basse que la valeur de la meule de TG2 (25) (Fig. 4). Les meules de grain aggloméré-TG2 (22) et (23) employant 10 et 30% en poids de TG2 montraient des MRR similaires à celles de la meule de grain aggloméré standard (24). La meule de grain aggloméré-TG2 (21) employant 50% en poids de TG2 présentait une vitesse d'enlèvement maximale très similaire à celle des valeurs des meules de TG2 (25) et (26) (environ 12% et environ 6% de moins que celle des meules TG2 (25) et (26), respectivement). De manière relativement surprenante, la meule de grain aggloméré-TG2 (20) employant 75% en poids de TG2 présentait la valeur MRR la plus élevée parmi les meules testées, qui était de 27% plus élevée que la valeur de la meule de TG2 (25) . Par suite, les données MRR des meules de grain aggloméré-TG2 présentaient des avantages importants sur la combinaison des technologies de grain aggloméré et de TG2.
Ces résultats suggèrent que certaines combinaisons de technologies reposant sur du grain aggloméré et TG2 peuvent permettre des performances de meulage supérieures à celles de la technologie TG2. Ces performances supérieures inespérées des meules de grain aggloméré TG2 de l'invention par rapport aux meules de TG2 font de la présente invention, c'est-à-dire de la combinaison de technologies de grain aggloméré et de TG2, une technologie avancée.
Tableau III
Résultats des essais de meulage avec une vitesse de dressage de 20 micropouces/tour et une profondeur initiale du coin coupé de 0,01 pouce
Figure BE1017275A3D00521
* Les meules témoins comparatives sont des produits du commerce obtenus à la Saint-Gobain Abrasives, Inc. (Norton Company).
a Vitesse de dressage = 20 micropouce/tour; vitesse de la meule = 5500 sfpm; coin d.o.c. initial = 0,01 pouce.
b Les valeurs pour le pourcentage en volume de composant de liaison des meules employant des agglomérats comprennent le matériau liant de verre en % de volume utilisé sur les grains pour fabriquer les agglomérats plus le composant de liaison.
B. Comparaison des meules de grain aggloméré-TG2 avec des meules de TG2 classiques
Les données MRR des meules de grain aggloméré-TG2 à une profondeur initiale différente de coin de coupe par rapport à celles de la section A de l'exemple 3 ont été comparées aux données MRR de la meule TG2 standard (25) (se référer au tableau IV). Les données MRR du tableau IV ont été obtenues à 0,05 pouce de profondeur initiale du coin coupé. Comme montré dans le tableau IV, même dans cet état différent, la meule de grain aggloméré-TG2 (20) présentait la valeur MRR maximale la plus élevée parmi les meules testées, qui était de 43,8% d'amélioration par rapport à celle de la meule de TG2 (25).
Tableau IV
Résultats des essais de meulage avec une vitesse de dressage de 20 micropouces/tour et une profondeur initiale de coin coupé de 0,05 pouce
Figure BE1017275A3D00541
* Les meules témoin comparatives sont des produits du commerce obtenus à la Saint-Gobain Abrasives, Inc. (Norton Company).
a Vitesse de dressage = 20 micropouces/tour; vitesse de la meule = 5500 sfpm; profondeur initiale du coin coupé = 0,05 pouce.
b Les valeurs pour le pourcentage de liaison en volume des meules employant des agglomérats comprenaient le pourcentage en volume de matériau de liaison vitreux utilisé sur les grains pour fabriquer les agglomérats plus le composant de liaison des meules.
C. Effet de la vitesse de dressage sur la vitesse d'élimination de matériau L'effet de la vitesse de dressage sur la vitesse d'enlèvement de matériau a été également examiné sur les produits TG2, grain aggloméré-TG2 et 38A standard. Les données d'essai de meulage représentées dans le tableau 5 ont été réalisées à trois vitesses de compensation de dressage, 10, 20 et 60 micropouces/tour.
La vitesse d'enlèvement maximale de la meule de 38A standard (27) présente une variation logarithmique en fonction de la vitesse de dressage. Par contre, la meule de TG2 (25) a permis une augmentation constante de la vitesse d'enlèvement de matériau, ce qui a permis d'utiliser la meule pour des applications de haute productivité. Les données du tableau V montrent que les meules de grain aggloméré-TG2 (20) à (23) présentaient une variation de la MRR qui variait de celle de la meule 38A standard (27) à celle de la meule TG2 (25) selon le contenu en TG2. En particulier, les meules de grain aggloméré-TG2 (20) et (21) présentaient une augmentation linéaire de la MRR par rapport à la vitesse de dressage, ce qui indique que ces meules opéraient de manière similaire à la meule TG2 (25) . Il est à noter en particulier que les meules de grain aggloméré-TG2 (20) et (21) présentent une augmentation linéaire de la MRR par rapport à la vitesse de dressage, ce qui indique que ces meules opéraient de manière similaire à la meule de TG2 (25). Il est à noter que la meule de grain aggloméré-TG2 (20) présente des valeurs de MRR 58% plus élevées par rapport à celles de la meule de TG2 (25) à une vitesse de dressage très basse de 10 micropouces/tour. De même, il est à noter que la meule de grain aggloméré-TG2 (21) présente des données MRR très similaires à celles de la meule de TG2 (25) à diverses vitesses de dressage, en particulier à 10 micropouces/tour et à 20 micropouces/-tour. Ces résultats indiquent que l'efficacité de meulage des meules de grain aggloméré-TG2 de l'invention peut être plus élevée en comparaison des meules de TG2 classiques lorsque des vitesses de compensation sont réduites, par exemple, entre 5 et 10 micropouces/tour.
Tableau 5 Résultats des essais de meulage - Vitesses de dressage
Figure BE1017275A3D00571
* Les meules témoins comparatives sont des produits du commerce obtenus à la Saint-Gobain Abrasives, Inc. (Norton Company).
a Vitesse de la meule = 5500 sfpm ; profondeur initiale du coin coupé = 0,05 pouce b Les valeurs pour le pourcentage en volume du composant de liaison des meules utilisant des agglomérats comprennent le pourcentage de matériau de liaison vitreux en volume utilisé sur les grains pour fabriquer les agglomérats plus le composant de liaison de la meule.
EQUIVALENTS
Bien que la présente invention ait été particulièrement illustrée et décrite avec référence à ses formes de réalisation préférées, l'homme du métier comprendra que divers changements de formes et de tailles peuvent être réalisés sans sortir du cadre de l'invention visé par les revendications ci-annexées.

Claims (29)

1. Outil abrasif lié comprenant : a) un mélange de grains abrasifs comprenant : i) un grain abrasif filamentaire d'alumine sous forme de sol-gel ayant un rapport d'aspect de la longueur à la largeur en coupe transversale de plus d'environ 1,0, ou d’un de ses agglomérats; et ii) des granulés de grains abrasifs agglomérés comprenant une pluralité de grains abrasifs maintenus dans une forme tridimensionnelle par un matériau liant; b) une composition de liaison; et c) au moins environ 35% en volume de porosité.
2. Outil abrasif lié selon la revendication 1, dans lequel l'outil abrasif lié a une structure perméable à l'écoulement de fluides.
3. Outil abrasif lié selon la revendication 2, dans lequel le mélange comprend environ 5 à 90% du grain abrasif filamentaire d'alumine sous forme de sol-gel en poids par rapport au poids total du mélange.
4. Outil abrasif lié selon la revendication 3, dans lequel le grain abrasif d'alumine filamentaire sous forme de sol-gel a un rapport d'aspect d'au moins environ 4:1 et comprend de manière prédominante des cristaux d'alpha-alumine ayant une taille de moins d'environ 2 pm.
5. Outil abrasif lié selon la revendication 3, comprenant environ 35 à 80% en volume de porosité totale.
6. Outil abrasif lié selon la revendication 5, dans lequel au moins environ 30% en volume de la porosité totale est constituée d'une porosité interconnectée.
7. Outil abrasif lié selon la revendication 1, dans lequel les granulés de grains abrasifs agglomérés comprennent au moins un type de grain abrasif choisi dans le groupe constitué de l'alumine fusionnée, de l'alumine frittée non filamentaire sous forme de sol-gel, de la bauxite frittée, de l'alumine et de la zircone co-fusionnées, de l'alumine et de la zircone frittées, du carbure de silicium, du nitrure de bore cubique, du diamant, du silex, du grenat, du sous-oxyde de bore, de l'oxynitrure d'aluminium et de leurs combinaisons.
8. Outil abrasif lié selon la revendication 7, dans lequel les granulés de grains abrasifs agglomérés comprennent de l'alumine fusionnée.
9. Outil abrasif lié selon la revendication 1, dans lequel le composant de liaison et le matériau liant comprennent chacun indépendamment un matériau inorganique choisi dans le groupe constitué des matériaux céramiques, des matériaux vitrifiés, des compositions de liaison vitrifiées et de leurs combinaisons.
10. Outil abrasif lié selon la revendication 9, dans lequel le matériau liant est une composition de liaison vitrifiée comprenant une composition d'oxydes calcinés de Si02, de B203, de AI2O3, d'oxydes de métaux alcalinoterreux et d'oxydes de métaux alcalins.
11. Outil abrasif lié selon la revendication 1, dans lequel les granulés de grains abrasifs agglomérés ont une dimension en taille dans une plage comprise entre environ 2 et 20 fois plus que la taille moyenne en grits des grains abrasifs.
12. Outil abrasif lié selon la revendication 11, dans lequel les granulés de grains abrasifs agglomérés ont un diamètre dans la plage comprise entre environ 200 et environ 3000 pm.
13. Outil abrasif lié selon la revendication 1, dans lequel le composant de liaison est une composition de liaison de résine.
14. Outil abrasif lié selon la revendication 3, dans lequel le mélange de grains abrasifs comprend un agglomérat des grains abrasifs filamentaires d'alumine sous forme de sol-gel, où l'agglomérat comprend une pluralité de grains abrasifs filamentaires d'alumine sous forme de sol-gel, et d'un second matériau liant, et où la pluralité de grains abrasifs filamentaires d'alumine sous forme de sol-gel est maintenue en forme tridimensionnelle par un second matériau liant.
15. Outil abrasif lié selon la revendication 14, dans lequel l'agglomérat des grains abrasifs filamentaires d'alumine sous forme de sol-gel comprend par ailleurs un grain abrasif non filamentaire secondaire, où le grain abrasif non filamentaire secondaire et le grain abrasif filamentaire d'alumine sous forme de sol-gel sont maintenus en forme tridimensionnelle par le second matériau liant.
16. Outil abrasif lié selon la revendication 15, dans lequel l'agglomérat de grains abrasifs filamentaires d'alumine sous forme de sol-gel comprend environ 5 à 95% en poids du grain abrasif filamentaire d'alumine sous forme de sol-gel par rapport au poids total de l'agglomérat.
17. Outil abrasif lié comprenant : a) un agglomérat comprenant : i) un grain abrasif filamentaire d'alumine sous forme de sol-gel ayant un rapport d'aspect de la longueur à la largeur en coupe transversale de plus d'environ 1,0; ii) un grain abrasif non filamentaire; et iii) un matériau liant, dans lequel le grain abrasif non filamentaire et le grain abrasif filamentaire d'alumine sous forme de sol-gel sont maintenus en forme tridimensionnelle par le matériau liant; b) une composition de liaison; et c) au moins environ 35% en volume de porosité.
18. Outil abrasif lié selon la revendication 17, dans lequel l'outil abrasif lié a une structure perméable à l'écoulement de fluides.
19. Outil abrasif lié selon la revendication 18, dans lequel le grain abrasif non filamentaire comprend au moins un type de grain abrasif choisi dans le groupe constitué de l'alumine fusionnée, de l'alumine frittée non filamentaire sous forme de sol-gel, de la bauxite frittée, de l'alumine et de la zircone co-fusionnées, de l'alumine et de la zircone frittées, du carbure de silicium, du nitrure de bore cubique, du diamant, du silex, du grenat, du sous-oxyde de bore, de l'oxynitrure d'aluminium et de leurs combinaisons.
20. Outil abrasif lié selon la revendication 18, dans lequel l'agglomérat comprend environ 5 à 90% du grain abrasif filamentaire d'alumine sous forme de sol-gel en poids par rapport au poids total de l'agglomérat.
21. Outil abrasif lié selon la revendication 20, comprenant environ 35 à 80% en volume de porosité totale.
22. Outil abrasif lié selon la revendication 21, dans lequel au moins environ 30% en volume de la porosité totale est formée d'une porosité interconnectée.
23. Procédé de fabrication d'un outil abrasif lié, comprenant : a) la formation d'un mélange d'abrasifs, le mélange comprenant : i) un grain d'abrasif filamentaire d'alumine sous forme de sol-gel ayant un rapport d'aspect de la longueur à la largeur en coupe transversale de plus d'environ 1,0, ou un de ses agglomérats; et ii) des granulés de grains abrasifs agglomérés comprenant une pluralité de grains abrasifs maintenus en forme tridimensionnelle par un matériau liant ; b) la combinaison du mélange d'abrasifs et d'un composant de liaison; c) le moulage du mélange combiné des abrasifs et du composant de liaison en un composite moulé comprenant au moins environ 35% en volume de porosité; et d) le chauffage du composite moulé pour former l'outil abrasif lié.
24. Procédé selon la revendication 23, dans lequel l'outil abrasif lié comprend environ 35 à 80% en volume de porosité totale.
25. Procédé selon la revendication 24, dans lequel l'outil abrasif lié comprend au moins environ 30% en volume de la porosité totale qui est une porosité interconnectée.
26. Procédé selon la revendication 23, dans lequel la température de fusion du matériau liant se situe dans une plage comprise entre environ 800°C et environ 1300°C.
27. Procédé selon la revendication 23, dans lequel les granulés de grains abrasifs agglomérés sont des granulés agglomérés frittés.
28. Procédé selon la revendication 27, comprenant par ailleurs les étapes de fabrication des granulés agglomérés frittés : acheminer des grains abrasifs et le matériau liant dans un four de calcination rotatif à une vitesse d'alimentation régulée; faire tourner le four à vitesse régulée; chauffer le mélange à une vitesse de chauffage déterminée par la vitesse d'alimentation et la vitesse du four à une température dans une plage comprise entre environ 80°C et environ 1300°C; faire rouler le grain et le matériau liant dans le four jusqu'à ce que le matériau liant adhère aux grains et qu'une pluralité de grains adhèrent les uns aux autres pour créer les granulés agglomérés frittés; et récupérer les granulés agglomérés frittés du four.
29.- Procédé selon la revendication 28, dans lequel l'étape d'acheminement des grains abrasifs et du matériau liant dans un four de calcination rotatif comprend les étapes de fabrication d'un mélange sensiblement uniforme des grains abrasifs et du matériau liant, puis l'acheminement du mélange dans le four de calcination rotatif.
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