BRPI0318845B1

BRPI0318845B1 - Método de aglomeração de grãos abrasivos e aglomerados sinterizados de grão abrasivo e um material aglutinante

Info

Publication number: BRPI0318845B1
Application number: BRPI0318845-0A
Authority: BR
Inventors: Eric Bright; Mianxue Wu
Original assignee: Saint Gobain Abrasives Inc
Priority date: 2002-04-11
Filing date: 2003-03-21
Publication date: 2015-06-09
Also published as: AT500376B1; ES2244349A1; FI20041294A; NO20044912L; JP2005522339A; SE0402456D0; JP4199130B2; EP2767364A2; DE10392532B4; CA2479713A1; EP2455185B1; ES2303397A1; EP2455185A3; EP2455185A2; CA2479713C; GB2405410A; HUP0500181A2; GB0424865D0; US20030194947A1; US7077723B2

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO DE AGLOMERAÇÃO DE GRÃOS ABRASIVOS E AGLOMERADOS SINTERI-ZADOS DE GRÃO ABRASIVO E UM MATERIAL AGLUTINANTE".

Dividido do PI 0309103-1 depositado em 21 de março de 2003. A invenção refere-se a métodos para a produção de grãos abrasivos aglomerados.

As ferramentas de retificação são fabricadas em vários graus ou estruturas determinadas pelo percentual vofumétrico relativo de grão abrasivo, aglutinação e porosidade dentro de uma matriz de grão abrasivo composto. Em muitas operações de retificação, a porosidade da ferramenta de retificação, particularmente, a porosidade de uma natureza permeável, ou interligada, melhora a eficiência da operação de retificação e a qualidade da peça a ser retificada. Os agentes indutores de porosidade, tais como alumínio em bolha e naftaleno, podem ser adicionados a misturas compostas a-brasivas, para permitir a moldagem sob pressão e o manuseio de um artigo abrasivo não curado poroso e produzir uma porosidade percentual em volume adequada na ferramenta final. A porosidade natural originária da compactação de grãos abrasivos e das partículas aglutinantes, durante a moldagem sob pressão, é insuficiente para obter um caráter de porosidade, que é desejável para algumas operações de retificação. Os agentes indutores de porosidade têm sido adicionados pará obter altos percentuais de porosidade, embora, canais abertos ou uma porosidade interligada possam ser obtidos com os agentes indutores de porosidade na técnica (por exemplo, esferas cerâmicas ou de vidro ocas). Alguns agentes indutores de porosidade devem ser queimados da matriz abrasiva (por exemplo, cascas de noz e naftaleno), dando origem a várias dificuldades de fabricação. Além disso, as densidades dos agentes indutores de porosidade, materiais aglutinantes e grãos abrasivos variam significativamente, provocando, freqüentemente, estratificação da mistura abrasiva durante manuseio e moldagem e, por sua vez, perda de homogeneidade na estrutura tridimensional do artigo abrasivo acabado.

Verificou-se que o percentual volumétrico de porosidade interli- gada, ou permeabilidade ao fluido, é significativamente determinante do desempenho de retificação de artigos abrasivos do que uma mera porosidade percentual volumétrica. A patente U.S. 5.738.696 de Wu descreve um processo para produção de abrasivos aglutinados, utilizando grão abrasivo a-longado tendo uma relação de aspecto de pelo menos 5:1. As rodas abrasivas aglutinadas apresentam uma estrutura permeável contendo 55 - 80% em volume de porosidade interligada. A porosidade interligada propicia a remoção de refugo de retificação (pós misturados com óleo) e passagem de fluido refrigerante dentro da roda, durante a retificação. A existência de porosidade interligada é confirmada por medida da permeabilidade da roda a fluxo de ar, sob condições controladas. Os grãos abrasivos filamentosos não são aglomerados ou revestidos de outro modo com aglutinante, antes da montagem da roda. A patente U.S. 5.738.697 de Wu descreve rodas de retificação de alta permeabilidade tendo uma quantidade significativa de porosidade interligada (40 - 80% em volume). Essas rodas são feitas de uma matriz de partículas fibrosas tendo uma relação de aspecto de pelo menos 5:1. As partículas fibrosas podem ser grão abrasivo de alumina de sol-gel sinterizado ou grãos abrasivos não fibrosos, comuns misturados com vários materiais de enchimento fibrosos, tais como fibra cerâmica, fibra de poliéster e fibra de vidro e esteiras e aglomerados construídos com as partículas de fibra. Os grãos abrasivos filamentosos não são aglomerados ou revestidos de outro modo, antes da montagem da roda. O grão abrasivo tem sido aglomerado para várias finalidades, a principal entre elas a de permitir o uso de um tamanho de partícula (tamanho de grão) menor, para obter a mesma eficiência de retificação como um tamanho de grão de abrasivo maior. Em muitos casos, o grão abrasivo tem sido aglomerado com materiais aglutinantes, para obter uma estrutura menos porosa e uma ferramenta de retificação mais densa, tendo grãos abrasivos aglutinados mais fortemente. Os grãos abrasivos aglomerados têm sido mencionados como aperfeiçoando a eficiência de retificação por mecanismos inteiramente não relacionados com a quantidade ou caráter da porosidade do artigo abrasivo. A patente U.S. N° 2.194.472 de Jackson descreve ferramentas abrasivas revestidas feitas com aglomerados de vários grãos abrasivos relativamente finos e quaisquer dos aglutinantes normalmente usados em ferramentas abrasivas revestidas ou aglutinadas. Os aglutinantes orgânicos são usados para aderir os aglomerados no apoio dos abrasivos revestidos. Os aglomerados proporcionam uma face de revestimento aberto aos abrasivos revestidos feitos com grãos relativamente finos. Os abrasivos revestidos, feitos com os aglomerados em lugar dos grãos abrasivos individuais, são caracterizados como sendo de um corte relativamente rápido, de longa vida útil e adequados para preparar uma qualidade de acabamento superficial fina na peça a retificar. A patente U.S. N° 2.216.728 de Benner descreve agregados de grãos / aglutinantes abrasivos feitos de qualquer tipo de aglutinante. O objetivo dos agregados é obter estruturas de roda muito densas, para reter o grão de diamante ou CBN durante as operações de retificação. Se os agregados são feitos com uma estrutura porosa, então é com a finalidade de permitir que os materiais aglutinantes agregados entre si escoem para os poros dos agregados e adensem inteiramente a estrutura durante queima. Os agregados permitem o uso de grãos abrasivos finos, que são de outro modo perdidos na produção. A patente U.S. N° 3.048.482 de Hurst descreve microssegmen-tos abrasivos moldados de grãos abrasivos aglomerados e materiais aglutinantes orgânicos, na forma de pirâmides ou outras formas afuniladas. Os microssegmentos abrasivos moldados são aderidos a um apoio fibroso e usados para produzir abrasivos revestidos e revestir a superfície de rodas de retificação finas. A invenção é caracterizada como produzindo uma vida útil de corte mais longa, uma flexibilidade controlada da ferramenta, uma alta resistência mecânica e uma segurança em velocidade, uma ação resiliente e uma ação de corte altamente eficiente relativa às ferramentas feitas sem os microssegmentos de grãos abrasivos aglomerados. A patente U.S. N° 3.982.359 de Elbel descreve a formação de agregados de aglutinantes resinosos e grãos abrasivos tendo uma dureza maior do que aquela do aglutinante resinoso usado para aglutinar os agregados dentro de uma ferramenta abrasiva. Taxas de retificação maiores e uma vida útil da ferramenta mais longa são obtidas em rodas aglutinadas com borracha contendo os agregados. A patente U.S. N° 4.355.489 de Heyer descreve um artigo abrasivo (roda, disco, correia, folha, bloco e similares) feito de uma matriz de filamentos ondulados, aglutinados entre si em pontos de contato manual, e aglomerados abrasivos, tendo um volume de vazios de cerca de 70 - 97%. Os aglomerados podem ser produzidos com aglutinantes vitrificados ou resinosos e qualquer grão abrasivo. A patente U.S. N° 4.364.746 de Bitzer descreve ferramentas a-brasivas compreendendo diferentes aglomerados abrasivos tendo diferentes resistências mecânicas. Os aglomerados são feitos de grão abrasivo e aglutinantes resinosos e podem conter outros materiais, tais como fibras cortadas, para incorporar resistência mecânica ou dureza. A patente U.S. N° 4.393.021 de Eisenberg et al. descreve um processo para a produção de aglomerados abrasivos a partir de grão abrasivo e um aglutinante resinoso, utilizando uma tela de peneira e laminando uma pasta do grão e do aglutinante pela tela, para produzir extrusões similares a roscas. As extrusões são endurecidas por aquecimento e depois moí-das para formar aglomerados. A patente U.S. N° 4.799.939 de Bíoecher descreve aglomerados desgastáveis de grão abrasivo, corpos ocos e aglutinante orgânico e o uso desses aglomerados em abrasivos revestidos e abrasivos aglutinados. Uma remoção de pedaços de material mais alta, uma vida útil estendida e a utilidade em condições de retificação a úmido são reivindicadas para os artigos abrasivos compreendendo os aglomerados. Os aglomerados são preferivelmente de 150 - 3.000 mícrons na maior dimensão. Para produzir os aglomerados, os corpos ocos, o grão, o aglutinante e a água são misturados como uma pasta fluida, a pasta fluida é solidificada por calor ou radiação para remover água, e a mistura sólida é moída em britador de mandíbula ou de rolo e classificada. A patente U.S. N° 5.129.189 de Wetshcer descreve ferramentas abrasivas tendo uma matriz de aglutinante resinoso contendo conglomerados de grão abrasivo e resina e material de enchimento, tal como criolita. A patente U.S. N° 5.651.729 de Benguerel descreve uma roda de retificação tendo um núcleo e um aro abrasivo feito de um aglutinante resinoso e aglomerados moídos de grão abrasivo de diamante ou CBN com um aglutinante metálico ou cerâmico. Os benefícios mencionados das rodas feitas com os aglomerados incluem altos espaços de vãos livres para aparas, alta resistência ao desgaste, características de auto-aguçamento, alta resistência mecânica da roda e a capacidade de aglutinar diretamente o aro abrasivo no núcleo da roda. Em uma concretização, os aros aglutinados de diamante ou CBN usados são moídos a um tamanho de 0,2 a 3 mm, para formar os aglomerados. A patente U.S. N° 4.311.489 de Kressner descreve aglomerados de grão abrasivo fino (£ 200 mícrons) e criolita, opcionalmente com um aglutinante de silicato, e o uso deles na produção de ferramentas abrasivas revestidas. A patente U.S. N° 4.541.842 de Rostoker descreve abrasivos revestidos e rodas abrasivas feitas com agregados de grão abrasivo e uma espuma feita de uma mistura de materiais aglutinantes vitrificados com outras matérias-primas, tais como negro de fumo ou carbonatos, adequadas para formação de espuma durante queima dos agregados. Os "péletes" de agregados contêm um maior percentual de aglutinante do que em uma base de porcentagem volumétrica. Os péletes usados para produzir rodas abrasivas são sinterizados a 900Χ (a uma densidade de 1,134 g/cm3 - 70 lb/ft3) e o aglutinante vitrificado usado para produzir a roda é queimado a 880°C. As rodas feitas com 16% em volume de pelotas se comportaram na retificação com uma eficiência similar àquela das rodas comparativas feitas com 46% em volume de grão abrasivo. Os péletes contêm células abertas dentro da matriz aglutinante vitrificada, com os grãos abrasivos menores relativos a-grupados em torno do perímetro das células abertas. Um forno rotativo é mencionado para a queima de agregados verdes pré-aglomerados para for- mação posterior de espuma e sinterização para produção de péletes. A patente U.S. N° 5.975.988 de Christianson descreve artigos abrasivos revestidos, como incluindo um apoio e uma camada abrasiva aglutinada orgânica, na qual o abrasivo está presente como aglomerados moldados na forma de um tronco de pirâmide de quatro lados ou cubo. Os aglomerados são produzidos de grãos superabrasivos aglutinados em um aglutinan-te inorgânico, tendo um coeficiente de expansão térmica que é igual ou substancialmente igual ao coeficiente de expansão térmica do grão abrasivo. O pedido de patente internacional WO 00/51788 de Stoetzel et al. descreve artigos abrasivos tendo um apoio, um aglutinante orgânico contendo partículas inorgânicas duras dentro dele, e aglomerados de partículas abrasivas aglutinados no apoio. As partículas abrasivas nos aglomerados e as partículas inorgânicas duras no aglutinante orgânico são essencialmente de mesmo tamanho. Os aglomerados podem ser moldados aleatória ou precisamente e são feitos com um aglutinante orgânico. As partículas inorgânicas duras podem ser quaisquer de várias partículas de grãos abrasivos. A patente U.S. 6.086.467 de Imai et al. descreve rodas contendo grão abrasivo e aglomerados de grãos tendo um menor tamanho do que o grão abrasivo. Aglutinante vitrificado pode ser usado e o grão de enchimento pode ser óxido de cromo. O tamanho dos aglomerados de grãos é de 1/3 ou mais do tamanho do grão abrasivo. Os benefícios incluem erosão de aglutinação controlada e retenção de grão abrasivo em aplicações de retificação de baixa força utilizando grão superabrasivo, em que o grão superabrasivo deve ser diluído para minimizar as forças de retificação. Os aglomerados de grão de enchimento podem ser formados com cera. Não se descreve qualquer sinterização dos aglomerados. O pedido de patente internacional WO 01/04227 A2 de Adefris et al. descreve um artigo abrasivo, que compreende um apoio rígido e compó-sitos abrasivos cerâmicos feitos de partículas abrasivas em uma matriz cerâmica porosa. Os compósitos são mantidos no apoio com um revestimento metálico, tal como um metal galvanizado.

Nenhum desses desenvolvimentos da técnica anterior sugere a fabricação de artigos abrasivos usando grão abrasivo poroso aglomerado e partículas aglutinantes, para controlar o percentual e o caráter de porosidade e manter a porosidade na forma de porosidade interligada, permeável em artigos abrasivos aglutinados. Nenhuma sugestão é feita para o uso de um calcinador rotativo, para fabricar vários aglomerados de grão abrasivo para uso em artigos abrasivos. Os processos e ferramentas da invenção produzem novas estruturas a partir de misturas aglomeradas de combinações de grãos abrasivos e aglutinantes existentes, e são sofisticados em permitir o projeto e a fabricação controlados de amplas faixas de estruturas de artigos abrasivos tendo características de porosidade interligada, bimodal, benéficas. Essa porosidade interligada, bimodal melhora o desempenho da ferramenta abrasiva, particularmente, em operações de retificação de precisão em área de contato grande, tais como processos de retificação superficial de alimentação por fluência, retificação de diâmetro interno e retificação de fer-ramentaria. A invenção é uma ferramenta abrasiva aglutinada, tendo uma estrutura permeável ao escoamento de fluido, a ferramenta compreendendo: a) cerca de 5 - 75% em volume de aglomerados sinterizados, compreendendo vários grãos abrasivos retidos com um material aglutinante, o material aglutinante sendo caracterizado por uma temperatura de fusão entre 500 e 1.400°C, e os aglomerados sinterizados tendo uma forma tridimensional e uma distribuição de tamanhos inicial, antes da fabricação da ferramenta; b) um aglutinante; e c) cerca de 35 - 80% em volume de porosidade total, a porosidade incluindo pelo menos 30% em volume de porosidade interligada; em que pelo menos 50% em peso dos aglomerados sinterizados dentro da ferramenta abrasiva aglutinada retêm vários grãos abrasivos mantidos em uma forma tridimensional, após fabricação da ferramenta.

Em outra concretização, a invenção inclui uma ferramenta abrasiva aglutinada vitrificada, tendo uma estrutura permeável a escoamento de fluido, a ferramenta compreendendo: a) cerca de 5 - 75% em volume de aglomerados sinterizados de vários grãos abrasivos com um material aglutinante, o material aglutinante sendo caracterizado por uma viscosidade A na temperatura de fusão do material aglutinante; b) um aglutinante vitrificado caracterizado por uma viscosidade B na temperatura de fusão do material aglutinante, a viscosidade B sendo pelo menos 33% mais baixa do que a viscosidade A; e c) cerca de 35 - 80% em volume de porosidade, incluindo pelo menos 30% em volume de porosidade interligada. A invenção inclui ainda uma ferramenta abrasiva aglutinada, tendo uma estrutura permeável a escoamento de fluido, a ferramenta compreendendo: a) cerca de 5 - 60% em volume de aglomerados sinterizados de vários grãos abrasivos com um material aglutinante, o material aglutinante sendo caracterizado por uma temperatura de fusão A; b) um aglutinante vitrificado caracterizado por uma temperatura de fusão B, a temperatura de fusão B sendo pelo menos 150°C mais baixa do que a temperatura de fusão A; e c) cerca de 35 - 80% em volume de porosidade, incluindo pelo menos 30% em volume de porosidade interligada.

Em outro aspecto da invenção, a ferramenta é uma ferramenta abrasiva aglutinada, tendo uma estrutura permeável a escoamento de fluido, a ferramenta compreendendo: a) cerca de 34 - 56% em volume de grão abrasivo; b) cerca de 3 - 25% em volume de aglutinante; e c) cerca de 35 - 80% em volume de porosidade, incluindo pelo menos 30% em volume de porosidade interligada, em que a porosidade interligada foi criada sem a adição de meios indutores de porosidade e sem a adição de materiais de forma alongada tendo uma relação de aspecto de comprimento para largura da seção transversal de pelo menos 5:1. A invenção inclui ainda processos para produção de aglomera- dos e das ferramentas da invenção. A invenção inclui um processo de aglomeração de grãos abrasivos, compreendendo as etapas de: a) alimentação dos grãos e de um material aglutinante, selecionado do grupo consistindo essencialmente em materiais aglutinantes vitrifi-cados, materiais vitrificados, materiais cerâmicos, aglutinantes inorgânicos, aglutinantes orgânicos, água, solvente e suas combinações, em um forno de calcinação rotativo a uma vazão de alimentação controlada; b) rotação do forno a uma velocidade controlada; c) aquecimento da mistura a uma taxa de aquecimento, determinada pela vazão de alimentação e velocidade do forno, a temperaturas de cerca de 145 a 1.300°C; d) revolvimento dos grãos e do material aglutinante no forno, até que o material aglutinante fique aderido aos grãos e vários grãos fiquem a-derentes entre si, para criar vários aglomerados sinterizados; e e) recuperação dos aglomerados sinterizados do forno, com o que os aglomerados sinterizados têm uma forma tridimensional inicial, uma densidade de compactação solta de < 1,6 g/cm3 e compreende vários grãos abrasivos. A invenção também inclui aglomerados sinterizados de grãos abrasivos, feitos por um processo compreendendo as etapas de: a) alimentação dos grãos abrasivos com um material aglutinante a um forno de calcinação rotativo, a uma vazão de alimentação controlada; b) rotação do forno a uma velocidade controlada; c) aquecimento da mistura a uma taxa de aquecimento, determinada pela vazão de alimentação e velocidade do forno, a temperaturas de cerca de 145 a 1.300°C; d) revolvimento dos grãos e do material aglutinante no forno, até que o material aglutinante fique aderido aos grãos e vários grãos fiquem a-derentes entre si, para criar vários aglomerados sinterizados; e e) recuperação dos aglomerados sinterizados do forno, com o que os aglomerados sinterizados têm uma forma tridimensional inicial, uma densidade de compactação solta de < 1,6 g/cm3 e compreende vários grãos abrasivos.

Usando-se esse processo, uma ferramenta abrasiva, compreendendo 5 a 75% em volume de aglomerados de grãos abrasivos, é feita por um processo compreendendo as etapas de: a) alimentação de grãos abrasivos e um material aglutinante, selecionado do grupo consistindo essencialmente em materiais aglutinantes vitrificados, materiais vitrificados, materiais cerâmicos, aglutinantes inorgânicos, aglutinantes orgânicos e suas combinações, a um forno de calcinação rotativo a uma vazão de alimentação controlada; b) rotação do forno a uma velocidade controlada; c) aquecimento da mistura a uma taxa de aquecimento, determinada pela vazão de alimentação e velocidade do forno, a temperaturas de cerca de 145 a 1.300°C; d) revolvimento dos grãos e do material aglutinante no forno, até que o material aglutinante fique aderido aos grãos e vários grãos fiquem a-derentes entre si, para criar vários aglomerados sinterizados; e) recuperação dos aglomerados sinterizados do forno, os aglomerados sinterizados consistindo em vários grãos abrasivos aglutinados entre si pelo material aglutinante e tendo uma forma inicial tridimensional e uma densidade de compactação solta de < 1,6 g/cm3; f) moldagem dos aglomerados sinterizados em um corpo composto moldado; e g) tratamento térmico do corpo composto moldado para formar a ferramenta abrasiva.

Processos de retificação usando as ferramentas abrasivas da invenção, em particular, processos de retificação superficial, são também descritos. A figura 1 é um desenho esquemático de um forno rotativo para condução do processo para fabricação de aglomerados de grãos abrasivos da invenção. A figura 2 é uma fotomicrografia de uma seção transversal de uma roda abrasiva da invenção produzida com grãos aglomerados (áreas mais claras das fotos) e tendo porosidade entre os aglomerados (áreas escuras menores da foto) e porosidade interligada entre os aglomerados (á-reas mais escuras da foto). A figura 3 é uma fotomicrografia de uma seção transversal de uma roda abrasiva comparativa da técnica anterior, mostrando a ausência de grãos aglomerados e a ausência de grande porosidade interligada na estrutura da roda.

Os aglomerados de grãos abrasivos da invenção são estruturas ou grânulos tridimensionais, incluindo compósitos porosos sinterizados de grãos abrasivos e material aglutinante. Os aglomerados têm uma densidade de compactação solta (LPD) de < 1,6 g/cm3, uma dimensão média de cerca de 2 a 20 vezes o tamanho de grão abrasivo médio e uma porosidade de cerca de 30 a 88% em volume. Os aglomerados de grãos abrasivos têm um valor de resistência ao esmagamento mínimo de 0,2 MPa. O grão abrasivo pode incluir um ou mais dos grãos abrasivos conhecidos para uso em ferramentas abrasivas, tais como grãos de alumina, incluindo alumina fundida, alumina sinterizada e alumina sinterizada em sol-gel, bauxita sinterizada e similares, carboneto de silício, alumina - zircônia, oxinitreto de alumínio, céria, subóxido de boro, granada, sílex, diamante, incluindo diamante natural e sintético, nitreto de boro cúbico (CBN) e suas combinações. Qualquer tamanho ou forma de grão abrasivo pode ser usado. Por exemplo, o grão pode incluir grãos de alumina em sol-gel sinterizados alongados tendo uma alta relação de aspecto do tipo descrito na patente U.S. 5.129.919.

Os tamanhos de grão adequados para uso aqui variam de grãos abrasivos regulares (por exemplo, superiores a 60 e até 7.000 mícrons) a microgrãos abrasivos (por exemplo, de 0,5 a 60 mícrons) e misturas desses tamanhos. Para uma determinada operação de retificação abrasiva, pode ser desejável aglomerar um grão abrasivo com um tamanho de grão menor do que um tamanho de grão abrasivo (não aglomerado) normalmente selecionado para essa operação de retificação abrasiva. Por exemplo, abrasivo de tamanho de grau 80 aglomerado pode ser substituído por abrasivo de grão 54, abrasivo de grão 100 aglomerado por grão 60 e abrasivo de grão 120 aglomerado por grão 80. O tamanho de aglomerado sinterizado preferido para os grãos abrasivos típicos varia de cerca de 200 a 3.000, particularmente, 350 a 2.000, especialmente, 425 a 1.000 micrômetros em diâmetro médio. Para microgrão abrasivo, o tamanho de aglomerado sinterizado varia de 5 a 180, particularmente, 20 a 150, especialmente, 70 a 120 micrômetros em diâmetro médio. O grão abrasivo está presente a cerca de 10 a 65% em volume, particularmente, 35 a 55% em volume e, especialmente, 48 a 52% em volume do aglomerado.

Os materiais aglutinantes, úteis na produção dos aglomerados, incluem materiais cerâmicos e vitrificados, de preferência, do tipo usado como sistemas aglutinantes para ferramentas abrasivas aglutinadas vitrifica-das. Esses materiais aglutinantes vitrificados podem ser um vidro pré-queimado moído a um pó (uma frita), ou uma mistura de várias matérias-primas, tais como argila, feldspato, cal, bórax e soda, ou uma combinação de matérias-primas e fritas. Esses materiais fundem e foram uma fase vítrea líquida em temperaturas variando de cerca de 500 a 1.400°C e molham a superfície do grão abrasivo, para criar pontos aglutinantes por resfriamento, retendo, desse modo, o grão abrasivo dentro de uma estrutura composta. Os exemplos de materiais aglutinantes adequados, para uso nos aglomerados, são apresentados na Tabela 2 abaixo. Os materiais aglutinantes preferidos são caracterizados por uma viscosidade de cerca de 345 a 55.300 poises a 1.180°C e por uma temperatura de fusão de cerca de 800 a 1.300°C.

Em uma concretização preferida, o material aglutinante é uma composição aglutinante vitrificada compreendendo uma composição de oxido queimado de 71% em peso de Si02 e B2O3,14% em peso de A^C^, menos de 0,5% em peso de óxidos de metais alcalino-terrosos e 13% em peso de óxidos de metais alcalinos. O material aglutinante pode ser também um material cerâmico, incluindo, mas não limitado à, sílica, silicatos de metais alcalinos, metais al-calino-terrosos e mistos de metais alcalinos e alcalino-terrosos, silicatos de alumínio, silicatos de zircônio, silicatos hidratados, aluminatos, óxidos, nitre-tos, oxinitretos, carbonetos, oxicarbonetos e combinações e derivados deles. Em geral, os materiais cerâmicos diferem de materiais vítreos ou vitrificados pelo fato de que os materiais cerâmicos compreendem estruturas cristalinas. Algumas fases vítreas podem estar presentes, em combinação com as estruturas cristalinas, particularmente em materiais cerâmicos em um estado não refinado. Os materiais cerâmicos em um estado bruto, tais como argilas, cimentos e minerais, também podem ser aqui usados. Os exemplos de materiais cerâmicos específicos, adequados para uso aqui incluem, mas não são limitados à, sílica, silicatos de sódio, mulita e outros aluminossilicatos, zircônia - mulita, aluminato de magnésio, silicato de magnésio, silicatos de zircônio, feldspato e outros aluminossilicatos alcalinos, espinélios, aluminato de cálcio, aluminato de magnésio e outros aluminatos alcalinos, zircônia, zircônia estabilizada com ítria, magnésia, cálcia, oxido de cério, titânia ou outros aditivos de terras-raras, talco, óxido de ferro, óxido de alumínio, bo-ehmita, óxido de boro, óxido de cério, oxinitreto de alumina, nitreto de boro, nitreto de silício, grafite e combinações desses materiais cerâmicos. O material aglutinante é usado na forma em pó e pode ser adicionado a um veículo líquido, para garantir uma mistura homogênea uniforme de material aglutinante com grão abrasivo, durante produção dos aglomerados.

Uma dispersão de aglutinantes orgânicos é adicionada preferivelmente aos componentes dos materiais aglutinantes em pó, como auxiliares de moldagem ou processamento. Esses aglutinantes podem incluir dex-trinas, amido, cola de proteína animal e outros tipos de cola; um componente líquido, tal como água, solvente, modificadores de viscosidade ou pH; e auxiliares de mistura. O uso de aglutinantes orgânicos aperfeiçoa a uniformidade do aglomerado, particularmente, a uniformidade da dispersão de material aglutinante no grão, e a qualidade estrutural dos aglomerados pré-queimados ou verdes, bem como aquela da ferramenta abrasiva queimada contendo os aglomerados. Em virtude dos aglutinantes queimarem durante queima dos aglomerados, não se tornam parte do aglomerado acabado nem da ferramenta abrasiva acabada.

Um promotor de adesão inorgânico pode ser adicionado à mistura, para aperfeiçoar a adesão dos materiais aglutinantes ao grão abrasivo, em caso de necessidade de aperfeiçoar a qualidade da mistura. O promotor de adesão inorgânico pode ser usado com ou sem um aglutinante orgânico na preparação dos aglomerados.

Embora os materiais aglutinantes de alta temperatura de fusão sejam preferidos nos aglomerados da invenção, o material aglutinante pode compreender também outros aglutinantes inorgânicos, aglutinantes orgânicos, materiais aglutinantes orgânicos, materiais aglutinantes metálicos e suas combinações. Os materiais aglutinantes usados na indústria de ferramentas abrasivas, como aglutinantes para abrasivos aglutinados orgânicos, a-brasivos revestidos, abrasivos aglutinados metálicos e similares, são os preferidos. O material aglutinante está presente a cerca de 0,5 a 15% em volume, particularmente, 1 a 10% em volume e, especialmente, 2 a 8% em volume do aglomerado. A porosidade em % em volume preferida dentro do aglomerado é tão alta quanto tecnicamente possível dentro das limitações de resistência mecânica do aglomerado, necessárias para produzir uma ferramenta abrasiva e retificá-la com ele. A porosidade pode variar de 30 a 88% em volume, de preferência, 40 a 80% em volume e, especialmente, 50 - 75% em volume. Uma porção (por exemplo, até cerca de 75% em volume) da porosidade dentro dos aglomerados está preferivelmente presente como porosidade interligada, ou porosidade permeável ao escoamento de fluidos, incluindo líquidos (por exemplo, refrigerante de retificação e pós misturados com óleo) e ar. A densidade dos aglomerados pode ser expressa de várias maneiras. A densidade aparente dos aglomerados pode ser expressa como LPD. A densidade relativa dos aglomerados pode ser expressa como um percentual da densidade relativa inicial, ou como uma relação da densidade relativa dos aglomerados para os componentes usados para produzir os a-glomerados, considerando o volume da porosidade interligada nos aglomerados. A densidade relativa média inicial, expressa como um percentual, pode ser calculada por divisão da LPD (p) por uma densidade teórica dos aglomerados (p0), assumindo porosidade zero. A densidade teórica pode ser calculada de acordo com a regra volumétrica do método das misturas a partir do percentual em peso e do peso específico do material aglutinante e do grão abrasivo contido nos aglomerados. Para os aglomerados sinterizado da invenção, uma densidade relativa percentual máxima é de 50% em volume, com uma densidade relativa percentual máxima de 30% em volume sendo particularmente preferida. A densidade relativa pode ser medida por uma técnica volumétrica de deslocamento de fluido, de modo a incluir a porosidade interligada e excluir a porosidade de célula aberta. A densidade relativa é a relação do volume do aglomerado sinterizado, medido por deslocamento de fluido, para o volume dos materiais usados para produzir o aglomerado sinterizado. O volume dos materiais usados para produzir o aglomerado é uma medida do volume aparente, com base nas quantidades e densidades de compactação do grão abrasivo e do material aglutinante usados para produzir os aglomerados. Para os aglomerados sinterizados da invenção, uma densidade relativa máxima dos aglomerados sinterizados é, de preferência, 0,7, com uma densidade relativa máxima de 0,5 sendo particularmente preferida.

Os aglomerados podem ser formados por várias técnicas em várias formas e tamanhos. Essas técnicas podem ser conduzidas antes, durante ou após a queima da mistura do estágio inicial ("verde") de grão e material aglutinante. A etapa de aquecimento da mistura, para provocar fusão e escoamento do material aglutinante, aderindo, desse modo, o material aglutinante ao grão e fixando o grão em uma forma aglomerada, é referida como queima, calcinação ou sinterização. Qualquer processo conhecido na técnica para aglomeração de misturas de partículas pode ser usado para preparar os aglomerados abrasivos.

Em uma primeira concretização do processo aqui usado para produzir aglomerados, a mistura inicial de grãos e material aglutinante é a-glomerada antes da queima da mistura, de modo a criar uma estrutura mecânica relativamente fraca, referida como um "aglomerado verde" ou um "a-glomerado pré-queimado".

Para conduzir a primeira concretização, os grãos abrasivos e os materiais aglutinantes podem ser aglomerados no estado verde por várias diferentes técnicas, por exemplo, em um peletizador de panela, e depois a-limentados a um aparelho de calcinação rotativo para sinterização. Os aglomerados verdes podem ser colocados em uma bandeja ou prateleira e queimados em forno, sem revolvimento, em um processo contínuo ou em batelada.

Os grãos abrasivos podem ser transportados em um leito fluidi-zado, depois molhados com um líquido contendo o material aglutinante, para aderir o material aglutinante aos grãos, peneirados para o tamanho do aglomerado e depois queimados em um forno ou aparelho de calcinação. A peletização em panela pode ser conduzida por adição dos grãos a uma vasilha de misturador e dosagem de um componente líquido contendo o material aglutinante (por exemplo, água ou aglutinante orgânico e água) nos grãos, com mistura, para aglomerá-los entre si. Uma dispersão líquida do material aglutinante, opcionalmente com um aglutinante orgânico, pode ser aspergida nos grãos, e depois os grãos revestidos podem ser misturados para formar aglomerados.

Um aparelho de extrusão de baixa pressão pode ser usado para extrudar uma pasta de grãos e material aglutinante em tamanhos e formas, que são secas para formar aglomerados. Uma pasta pode ser feita dos materiais aglutinantes e grãos com uma solução de aglutinante orgânico e ex-trudada em partículas alongadas com o aparelho e o processo descritos na patente U.S. N° 4.393.021.

Em um processo de tamanho de grão a seco, uma folha ou um bloco produzido de grãos abrasivos embutidos em dispersão ou pasta do material aglutinante pode ser seco e depois um compactador de rolo pode ser usado para quebrar o compósito de grãos e material aglutinante.

Em outro processo de produção de aglomerados verdes ou precursores, a mistura do material aglutinante e dos grãos pode ser adicionada a um dispositivo de moldagem e a mistura moldada para formar tamanhos e formas precisas, por exemplo, da maneira descrita na patente U.S. N° 6.217.413 B1.

Em uma segunda concretização do processo aqui útil para produção de aglomerados, uma mistura simples dos grãos e material aglutinante (opcionalmente com um aglutinante orgânico) é alimentada a um aparelho de calcinação rotativo do tipo mostrado na Figura 1. A mistura é revolvida a uma rotação (rpm) predeterminada, ao longo de uma inclinação predeterminada com aplicação de calor. Os aglomerados são formados à medida que a mistura de materiais aglutinantes é aquecida, fundida, escoada e aderida aos grãos. As etapas de queima e aglomeração são conduzidas simultaneamente a vazões e volumes controlados de alimentação e aplicação de calor. A vazão de alimentação é geralmente ajustada para produzir um fluxo ocupando aproximadamente 8 - 12% em volume do tubo (isto é, a porção forno) do aparelho de calcinação rotativo. A exposição à temperatura máxima dentro do aparelho é selecionada para manter a viscosidade dos materiais aglutinantes em um estado líquido, a uma viscosidade de pelo menos cerca de 1.000 poises. Isso evita escoamento excessivo do material aglutinante na superfície do tubo e perda de material aglutinante da superfície dos grãos abrasivos.

Um aparelho de calcinação rotativo do tipo ilustrado na Figura 1 pode ser usado para conduzir o processo de aglomeração, para aglomeração e queima dos aglomerados em uma única etapa de processo. Como mostrado na Figura 1, um alimentador de tremonha (10), contendo a mistura da carga de alimentação (11) de materiais aglutinantes e grãos abrasivos, é usado para alimentar um meio (12), para dosar a mistura em um tubo de aquecimento oco (13). O tubo (13) é posicionado a um ângulo de inclinação (14) de aproximadamente 0,5 - 5,0 graus, de modo que a carga de alimenta- ção (11) possa ser alimentada por gravidade pelo tubo oco (13). Simultaneamente, o tubo oco (13) é girado na direção da seta (a), a uma taxa controlada de velocidade para revolver a carga de alimentação (11) e a mistura aquecida (18), à medida que passam ao longo do comprimento do tubo oco.

Uma porção do tubo oco (13) é aquecida. Em uma concretização, a porção de aquecimento pode compreender três zonas de aquecimento (15,16,17) tendo uma dimensão de comprimento (d1) de 152 cm (60 pol.) ao longo do comprimento (d2) de 305 cm (120 pol.) do tubo oco (13). As zonas de aquecimento permitem que o operador controle a temperatura de processamento e a varie, quando necessário, para sinterizar os aglomerados. Em outros modelos do aparelho, o tubo oco pode apenas compreender uma ou duas zonas de aquecimento, ou pode compreender mais do que três zonas de aquecimento. Embora não ilustrado na Figura 1, o aparelho é e-quipado com um dispositivo de aquecimento e dispositivos de monitoramento e controle mecânico, eletrônico e de temperatura, para conduzir o processo térmico. Como pode-se observar na vista em seção transversal do tubo oco (13), a carga de alimentação (11) é transformada em uma mistura aquecida (18) dentro do tubo e sai do tubo e é coletada como grânulos aglomerados (19). A parede do tubo oco tem uma dimensão de diâmetro interno (d3), que pode variar de 14 a 76 cm (5,5 a 30 pol.), e um diâmetro (d4), que pode variar de 15 a 91 cm (6 a 36 pol.), dependendo do modelo e do tipo de material usado para construir o tubo oco (por exemplo, liga metálica refratária, tijolo refratário, carboneto de silício, mulita). O ângulo de inclinação do tubo pode variar de 0,5 a 5,0 graus e a rotação do tubo pode operar a 0,5 -10 rpm. A vazão de alimentação para um calcinador rotativo em pequena escala pode variar de cerca de 5 a 10 kg/hora, e uma vazão de alimentação em escala industrial pode variar de cerca de 227 a 910 kg/hora. O calcinador rotativo pode ser aquecido a uma temperatura de sinterização de 800 a 1.400°C, e o material de alimentação pode ser aquecido a uma velocidade de até 200°C/minuto, na medida em que a carga de alimentação entra na zona aquecida. O resfriamento ocorre na última parte do tubo, à medida que a carga de alimentação se movimenta de uma zona aquecida para uma zona não aquecida. O produto é resfriado, por exemplo, com um sistema de resfriamento de água, à temperatura ambiente e coletado. Máquinas de calcinação rotativas adequadas podem ser obtidas i da Harper International, Buffalo, Nova Iorque, ou da Alstom Power, Inc., Applied Test Systems, Inc., e de outros fabricantes de equipamentos. O aparelho pode ser equipado opcionalmente com dispositivos de detecção e controle em linha com o processo, eletrônicos, um sistema de resfriamento, vários projetos de aparelhos de alimentação e outros dispositivos opcionais, i Quando da aglomeração de grãos abrasivos com materiais aglu- tinantes de cura a uma temperatura mais baixa (por exemplo, cerca de 145 a cerca de 500°C), uma concretização alternativa desse aparelho de forno rotativo pode ser usada. A concretização alternativa, um secador rotativo, é equipado para fornecer ar aquecido à extremidade de descarga do tubo, pa-> ra aquecer a mistura de grãos abrasivos, curar o material aglutinante, aglutiná-lo aos grãos e, desse modo, aglomerar os grãos abrasivos, na medida em que são coletados do aparelho. Como aqui usado, o termo "forno de calcinação rotativo" inclui esses dispositivos secadores rotativos.

Em uma terceira concretização do processo, útil aqui para produção de aglomerados, uma mistura dos grãos abrasivos, materiais agluti-nantes e de um sistema aglutinante orgânico é alimentada a um forno, sem pré-aglomeração, e aquecida. A mistura é aquecida a uma temperatura suficientemente alta para fazer com que o material aglutinante funda, escoe e fique aderente ao grão, depois resfriada para formar um compósito. O com-pósito é moído e peneirado para produzir os aglomerados sinterizados.

Na quarta concretização, os aglomerados não são sinterizados antes da produção da ferramenta abrasiva, em vez disso os aglomerados "verdes" são moldados com material aglutinante para formar um corpo de ferramenta, e o corpo é queimado para formar a ferramenta abrasiva. Em um processo preferido para condução desse processo, um material aglutinante vitrificado de alta viscosidade (quando fundido para formar um líquido) é u-sado para aglomerar os grãos no estado verde. Os aglomerados verdes são secos em estufa e misturados com uma segunda composição aglutinante vitrificada, de preferência com uma menor viscosidade, e moldados na forma de uma ferramenta abrasiva verde. Essa ferramenta verde é queimada a uma temperatura que é efetiva para fundir o, mas evitar escoamento do, material aglutinante vitrificado de alta viscosidade. A temperatura de queima é selecionada para ser suficientemente alta para fundir a composição de material aglutinante em um vidro, aglomerando, desse modo, os grãos e fazendo com que a composição aglutinante escoe, aglutine os aglomerados e forme a ferramenta. Não é essencial selecionar materiais de diferentes viscosidades e materiais com diferentes temperaturas de fusão ou derretimento para conduzir esse processo. Outras combinações de materiais aglutinantes e materiais de ligação conhecidas no ramo podem ser usadas nessa técnica, para produção de ferramentas abrasivas a partir de aglomerados no estado verde.

As ferramentas abrasivas aglutinadas da invenção incluem rodas de retificação abrasivas, rodas segmentadas, discos, rebolos, pedras e outros compósitos abrasivos de forma monolítica ou segmentada. As ferramentas abrasivas da invenção compreendem cerca de 5 a 75% em volume, de preferência 10 a 60% em volume, particularmente, 20 a 52% em volume de aglomerados de grãos abrasivos.

Em uma concretização preferida, as ferramentas abrasivas aglutinadas vitrificadas compreendem cerca de 3 a 25% em volume, particularmente, 4 a 20% em volume e, especialmente, 5 a 19% em volume de aglutinação. Juntamente com os aglomerados de grãos abrasivos e o aglutinante, essas ferramentas compreendem cerca de 35 a 80% em volume de porosi-dade, esta porosidade incluindo pelo menos 30% em volume de porosidade interligada, de preferência, de 55 a 80% em volume de porosidade, esta porosidade incluindo pelo menos 50% em volume de porosidade interligada. As ferramentas abrasivas aglutinadas vitrificadas podem compreender 35 a 52% em volume de aglomerados sinterizados, 3 a 13% em volume de aglutinante vitrificado e 35 a 70% em volume de porosidade. A quantidade de porosidade interligada é determinada por medi- da da permeabilidade a fluido da ferramenta, de acordo com o método da patente U.S. 5.738.696. Como aqui usado, Q/P = a permeabilidade a fluido de uma ferramenta abrasiva, em que Q significa a vazão expressa como cm3 de fluxo de ar, e P significa pressão diferencial. O termo Q/P representa o diferencial de pressão medido entre a estrutura da ferramenta abrasiva e a atmosfera, a uma determinada vazão de um fluido (por exemplo, ar). Essa permeabilidade relativa Q/P é proporcional ao produto do volume de poros e ao quadrado do tamanho de poro. Os tamanhos de poro maiores são os preferidos. A geometria do poro e o tamanho do grão abrasivo são outros fatores afetando Q/P, com um maior tamanho de grão produzindo uma permeabilidade relativa mais alta.

As ferramentas abrasivas da invenção são caracterizadas por valores de permeabilidade a fluido mais altos do que as ferramentas da técnica anterior comparáveis. Como aqui usado, "ferramentas da técnica anterior comparáveis" são aquelas ferramentas produzidas com os mesmos grãos abrasivos e materiais aglutinantes, nos mesmos percentuais volumé-tricos de porosidade e de aglutinantes que aqueles da invenção. Em geral, as ferramentas abrasivas da invenção têm valores de permeabilidade a fluido de cerca de 30 a 100% mais altos do que os valores das ferramentas a-brasivas da técnica anterior comparáveis. As ferramentas abrasivas são, de preferência, caracterizadas por valores de permeabilidade a fluido de pelo menos 10% mais altos, particularmente, pelo menos 30% mais altos do que aqueles das ferramentas da técnica anterior comparáveis.

Os parâmetros de permeabilidade a fluido relativos exatos para tamanhos e formas de aglomerados, tipos de aglutinação e níveis de porosidade particulares podem ser determinados por um prático por aplicação da lei de D'Arcy em dados empíricos para um determinado tipo de ferramenta abrasiva. A porosidade dentro da roda abrasiva se origina do espaçamento aberto proporcionado pela densidade de compactação natural dos componentes da ferramenta, particularmente, os aglomerados abrasivos e, opcionalmente, por adição de meios indutores de poros convencionais. Os meios indutores de poros adequados incluem, mas não são limitados a, esferas de vidro ocas, cascas de nozes moídas, esferas ocas ou contas de material plástico ou compostos orgânicos, partículas de vidro espumadas, mulita em bolha e alumina em bolha e suas combinações. As ferramentas podem ser produzidas com indutores de porosidade de células abertas, tais como contas de naftaleno ou outros grânulos orgânicos, que são consumidos durante queima da ferramenta, para deixar espaços vazios dentro da matriz da ferramenta, ou podem ser produzidas com meios indutores de poros ocos de células fechadas (por exemplo, esferas de vidro ocas). As fer-i ramentas abrasivas preferidas da invenção não contêm meios indutores de poros adicionados, nem contêm uma pequena quantidade de meios indutores de poros adicionados efetiva para produzir uma ferramenta abrasiva com um teor de porosidade, do qual pelo menos 30% em volume é de porosidade interligada. i As ferramentas abrasivas aglutinadas da invenção têm uma es- trutura porosa. Nessa estrutura, o diâmetro médio dos aglomerados sinteri-zados não é superior a uma dimensão média da porosidade interligada, quando a porosidade interligada é medida em um ponto de abertura máxima.

As ferramentas acabadas contêm opcionalmente uma adição de i grãos abrasivos secundários, enchimentos, auxiliares de retificação e meios indutores de poros, e combinações desses materiais. A % em volume total de grãos abrasivos nas ferramentas (grãos aglomerados e não aglomerados) pode variar de cerca de 34 a cerca de 56% em volume, particularmente, de cerca de 36 a cerca de 54% em volume e, especialmente, de cerca de 36 ■ a cerca de 46% em volume da ferramenta. As ferramentas abrasivas aglutinadas têm, de preferência, uma densidade inferior a 2,2 g/cm3.

Quando um grão abrasivo é usado em combinação com os a-glomerados abrasivos, os aglomerados proporcionam, de preferência, de cerca de 5 a cerca de 100% em volume dos grãos abrasivos totais da ferra-i menta e, particularmente, de cerca de 30 a cerca de 70% em volume de a-brasivo total na ferramenta. Quando esses grãos abrasivos secundários são usados, esses grãos abrasivos proporcionam, de preferência, de cerca de 0,1 a cerca de 95% em volume dos grãos abrasivos totais da ferramenta e, particularmente, de cerca de 30 a cerca de 70% em volume. Os grãos abrasivos secundários adequados incluem, mas não são limitados a, vários grãos de óxidos de alumínio, alumina em sol-gel, bauxita sinterizada, carboneto de silício, alumina - zircônia, aluminooxinitreto, céria, subóxido de boro, nitreto de boro cúbico, diamante, sílex e granada, e suas combinações.

As ferramentas abrasivas da presente invenção são aglutinadas preferivelmente com um aglutinante vítreo. Quaisquer dos vários aglutinan-tes conhecidos na técnica de produção de ferramentas abrasivas podem ser selecionados para uso aqui. Os exemplos de aglutinantes adequados podem ser encontrados nas patentes U.S. 4.543.107, 4.898.597, 5.203.886, 5.401.284, 5.536.283, 5.095.665, 5.863.308 e 5.094.672, que são aqui incorporadas por referência.

Após queima, essas composições aglutinantes vítreas incluem, de preferência, mas não são limitadas a, uma combinação dos seguintes óxidos: S1O2, AI2O3, Na20, LÍ2O e B2O3· Outros óxidos, tais como K20, ZnO, Zr02 e óxidos de metais alcalino-terrosos, tais como CaO, MgO e BaO, podem estar presentes. Óxido de cobalto (CoO) e outras fontes de cor podem ser incluídos quando se deseja um aglutinante colorido. Outros óxidos, tais como Fe203, Ti02 e P2O5 e outros compostos existentes como impurezas nas matérias-primas podem ser incluídos no aglutinante. Fritas podem ser usadas além dos materiais aglutinantes brutos (ou não queimados) ou em lugar dos materiais aglutinantes brutos. As matérias-primas para o aglutinante podem incluir argila, caulim, alumina, carbonato de lítio, bórax pentaidra-tado ou ácido bórico, barrilha, sílex e wollastonita, e esses outros materiais aglutinantes, como são conhecidos na técnica. O aglutinante vitrificado pode ser um material vítreo ou um material cerâmico, com ou sem regiões amor-fas.

Os aglutinantes orgânicos são adicionados preferivelmente a componentes aglutinantes em pó, em frita ou brutos, como auxiliares de moldagem ou processamento. Esses aglutinantes podem incluir dextrinas, amido cola de proteína animal e outros tipos de cola, um componente líqui- do, tal como água, modificadores de viscosidade ou pH e auxiliares de mistura. O uso de aglutinantes aperfeiçoa a uniformidade da roda e a qualidade estrutural da roda prensada pré-queimada ou verde e a roda queimada. Em virtude de que os aglutinantes são consumidos durante queima, não se tornam parte do aglutinante ou ferramenta abrasiva acabado.

Um promotor de adesão inorgânico pode ser adicionado à mistura, para aperfeiçoar a adesão de aglutinantes vítreos aos aglomerados de grãos abrasivos, caso necessário, durante os processos de mistura e mol-dagem. O promotor de adesão inorgânico pode ser usado com ou sem um aglutinante orgânico na preparação dos aglomerados.

Para alguns dos aglomerados, a ferramenta abrasiva pode ser produzida sem adição de material aglutinante, desde que material aglutinante suficiente esteja presente na ferramenta, para proporcionar propriedades de resistência mecânica suficiente na ferramenta abrasiva, durante produção da ferramenta e uso da ferramenta em operações de retificação. Por exemplo, uma ferramenta abrasiva pode ser construída com pelo menos 70% em volume de aglomerados, tendo um teor de material aglutinante de pelo menos 5% em volume do aglomerado. A densidade e a dureza das ferramentas abrasivas são determinadas pela seleção dos aglomerados, tipo de aglutinante e outros componentes da ferramenta, o teor de porosidade, juntamente com o tamanho e tipo de molde e o processo de prensagem selecionado.

As rodas abrasivas podem ser moldadas e prensadas por quaisquer meios conhecidos na técnica, incluindo técnicas de prensagem a quente, morna e a frio. Deve-se tomar cuidado na seleção de uma pressão de moldagem para formação das rodas verdes, para evitar moagem de uma quantidade excessiva dos aglomerados de grãos abrasivos (por exemplo, mais de 50% em peso dos aglomerados) e preservar a estrutura tridimensional dos aglomerados. A pressão aplicada máxima adequada para produção das rodas da invenção depende da forma, tamanho, espessura e componente aglutinante da roda abrasiva, e da temperatura de moldagem. Em processos produtivos comuns, a pressão máxima pode variar de cerca de 218 a 1.406 kg/cm2 (3.100 a 20.000 lb/pol.2). A moldagem e a prensagem são conduzidas preferivelmente a cerca de 775 - 1.550 kg/cm2, particularmente, a 465 - 1.085 kg/cm2. Os aglomerados da invenção têm uma resistência mecânica suficiente para suportar as etapas de moldagem e prensagem conduzidas em processos comerciais típicos para produção de ferramentas abrasivas.

As rodas abrasivas podem ser queimadas por processos conhecidos daqueles versados na técnica. As condições de queima são basicamente determinadas pelo aglutinante e abrasivos efetivos usados e pelo tipo de material aglutinante contido no aglomerado de grãos abrasivos. Dependendo da composição química do aglutinante selecionado, um aglutinante vitrificado pode ser queimado a 600 -1,250°C, de preferência 850 -1.200°C, para proporcionar as propriedades mecânicas necessárias para a retificação de metais, cerâmicas ou outros materiais. O corpo aglutinado vitrificado pode ser também impregnado, após queima, de uma maneira convencional com um auxiliar de retificação, tal como enxofre, ou com um veículo, tal como uma resina epóxi, para transportar um auxiliar de retificação para os poros da roda. A seleção de um aglutinante vitrificado adequado vai depender de que processo de aglomeração está em uso e se uma temperatura de der-retimento ou fusão ou um diferencial de viscosidade deve ser mantido entre o aglutinante e o material aglutinante do aglomerado.

Na produção de uma roda de retificação aglutinada vitrificada ou outra ferramenta abrasiva a partir de aglomerados abrasivos, pode-se selecionar uma das várias técnicas gerais. Na primeira delas, uma temperatura de queima relativamente mais alta (por exemplo, funde acima de cerca de 1.000°C), material aglutinante vitrificado é aplicado para aglomerar os grãos. Depois, uma segunda composição aglutinante vitrificada, em pó de uma temperatura de queima mais baixa (por exemplo, funde a cerca de 650 -975°C) é misturada com os aglomerados de grãos e moldada na forma de uma ferramenta abrasiva. A ferramenta no estágio verde é queimada na temperatura de queima mais baixa do segundo material aglutinante, para criar uma ferramenta abrasiva acabada. Em uma modalidade preferida, o aglutinante vitrificado tem uma temperatura de queima de aglutinação pelo menos 150°C abaixo da temperatura de derretimento ou fusão do material aglutinante. . Na segunda técnica, os diferenciais de viscosidade entre os vi- dros derretidos ou fundidos nos seus estados líquidos são explorados, para usar a mesma temperatura de queima para produção do aglomerado e queima da roda abrasiva. Um material aglutinante vitrificado de alta viscosidade é usado para aglomerar os grãos em uma primeira etapa de queima. I Depois, os aglomerados queimados são misturados com uma segunda composição aglutinante vitrificada de viscosidade mais baixa e moldados na forma de uma ferramenta abrasiva verde. A ferramenta moldada pode ser queimada aproximadamente na mesma temperatura que aquela da primeira etapa de queima usada para produzir os aglomerados, porque, quando em i um estado líquido, quente, o material aglutinante não vai afinar excessivamente e escapar do grão. A configuração tridimensional original dos aglomerados pode ser, desse modo, mantida.

Em uma concretização preferida dessa técnica, a viscosidade do aglutinante vitrificado na temperatura de fusão do material aglutinante é pelo I menos 33% mais baixa do que a viscosidade do material aglutinante na sua temperatura de fusão. Desse modo, quando a viscosidade do material aglutinante é cerca de 345 - 55.300 poises a 1.180°C, o material aglutinante vitrificado preferido é caracterizado por uma viscosidade de cerca de 30 a 37.000 poise a 1.180°C. i Na terceira técnica, um material aglutinante de temperatura de queima intermediária (por exemplo, em torno de 850 - 975°C) é usado para aglomerar os grãos, mas a aglomeração é feita a uma temperatura mais alta do que a temperatura de derretimento ou fusão do material aglutinante (por exemplo, 1.000 - 1.200°C). Os aglomerados são misturados com o mesmo i material aglutinante que está sendo utilizado como a composição aglutinante vitrificada, e a mistura é moldada na forma de uma ferramenta abrasiva verde. A ferramenta verde é queimada a uma temperatura mais baixa (por e- xemplo, em torno de 850 - 975°C) do que a temperatura usada para fundir o material para aglomerar os grãos. A temperatura mais baixa é efetiva para aglutinar os aglomerados entre si. Esse processo mantém a estrutura tridimensional dos aglomerados, porque a primeira camada de material agluti-i nante não escoa na temperatura de queima da ferramenta abrasiva.

Em uma quarta técnica, a mesma composição é usada como o material aglutinante e o aglutinante para a roda e aglomeração e a roda são conduzidas na mesma temperatura. Teoricamente, pelo fato de que o material aglutinante fundiu para formar um vidro aderido no grão abrasivo, duran-I te a aglomeração, as propriedades dos materiais aglutinantes não foram alteradas. Desse modo, o material aglutinante fundido dentro dos aglomerados sinterizados escoa a uma temperatura mais alta do que o material aglutinante não fundido, e os aglomerados mantêm as suas formas, à medida que a roda está sendo queimada. Em uma concretização preferida, a composição i usada para o material aglutinante e o aglutinante contém algumas matérias-primas e não consistem em uma composição de vidro fritada.

Em uma quinta técnica para produção de ferramentas abrasivas vitrificadas, a ferramenta é produzida sem adição de material aglutinante. Os aglomerados são compactados em um molde de ferramenta, prensados e I queimados a uma temperatura na faixa de cerca de 500 a 1.400°C, para formar a ferramenta. Os materiais aglutinantes, usados para produzir os a-glomerados, compreendem uma composição aglutinante vitrificada e o material aglutinante está presente em uma quantidade suficiente no aglomerado (por exemplo, cerca de 5 a 15% em volume do aglomerado), para aglutinar i os aglomerados entre si na ferramenta abrasiva vitrificada acabada.

Os aglomerados podem ser aglutinados com todos os tipos conhecidos de aglutinante, tais como aglutinantes orgânicos ou resinosos e aglutinantes metálicos conhecidos na técnica de produção de ferramentas abrasivas aglutinadas. A faixa dos percentuais em volume para os aglome-l rados, adequada para uso em ferramentas abrasivas vitrificadas, é também satisfatória para as ferramentas aglutinadas metálicas e orgânicas. As ferramentas aglutinadas metálicas e orgânicas compreendem, usualmente, percentuais em volume mais altos de aglutinante e percentuais em volume mais baixos de porosidade do que as ferramentas aglutinadas vitrificadas, e o teor de grãos abrasivos pode ser mais alto. As ferramentas aglutinadas metálicas e orgânicas podem ser misturadas, moldadas e curadas ou sinteri-zadas de acordo com vários processos de processamento, e com várias proporções de grãos abrasivos ou aglomerados, aglutinantes e componentes de porosidade, como é do conhecimento na técnica. Os aglomerados da invenção podem ser usados em ferramentas aglutinadas metálicas de camada única, bem como em estruturas tridimensionais muiticamadas, ferramentas monolíticas e ferramentas abrasivas de matriz segmentada, como do conhecimento na técnica.

As ferramentas abrasivas da invenção incluem rodas abrasivas, rebolos e pedras e varas e são particularmente efetivas em aplicações de retificação tendo um contato de grande área superficial entre à ferramenta abrasiva e a peça a retificar. Essas aplicações ou operações de retificação incluem, mas não são limitadas à, alimentação por fluência e outra retificação superficial de precisão, operações de retificação de ferramentaria porosa, operações de retificação de diâmetros internos e em retificação superficial fina de cerâmicas e outras peças a retificar quebradiças.

As operações de retificação ou polimento fino usando grãos a-brasivos de tamanhos de mícron ou sub-mícron vão se beneficiar do uso de ferramentas produzidas com os aglomerados da invenção. Relativamente às ferramentas e sistemas de superacabamento ou polimento convencionais, as ferramentas da invenção, produzidas com esses aglomerados abrasivos de grãos finos, vão erodir em forças de retificação mais baixas, com pouco ou nenhum dano superficial à peça a retificar, durante as operações de acabamento de precisão (por exemplo, para produzir acabamentos de espelho em componentes vítreos e cerâmicos). A vida útil da ferramenta se mantém satisfatória, devido às estruturas aglomeradas, particularmente, em ferramentas de camada única, mas também em ferramentas de matriz tridimensional e polpa.

Na retificação de perfil em forma de precisão, a friabilidade dos aglomerados contribui para menos ciclos de desbaste. Devido à porosidade interligada das ferramentas, o suprimento de refrigerante e a remoção de detritos são melhorados, resultando em operações de retificação mais frias, menos dano térmico à peça a retificar e menos desgaste da máquina de retificação. Por causa do menor tamanho de grão, os grãos abrasivos na forma aglomerada propiciam a eficiência de retificação de um grão de tamanho maior, mas deixam um acabamento superficial mais liso, a qualidade da parte trabalhada por retificação sendo aperfeiçoada significativamente.

Os exemplos a seguir são proporcionados por meio de ilustração da invenção e não por meio de limitação.

Exemplo 1 Uma série de amostras de grãos abrasivos aglomerados foi preparada em um aparelho de calcinação rotativo (modelo de queima elétrica #HOU-5D34-RT-28, dispositivo máxima de 1.200°C, entrada de 30 kW, e-quipado com um tubo de metal refratário de diâmetro interno de 14 cm (5,5"), comprimento de 183 cm (72"), fabricado pela Harper International, Buffalo, Nova Iorque). O tubo de metal refratário foi substituído por um tubo de carboneto de silício de mesmas dimensões, e o aparelho foi modificado para operar a uma temperatura máxima de 1.550°C. O processo de aglomeração foi conduzido sob condições atmosféricas, a um ponto de ajuste de controle de temperatura da zona quente de 1.180°C, com uma velocidade de rotação do tubo do aparelho de 9 rpm, um ângulo de inclinação do tubo de 2,5 a 3 graus, e uma vazão de alimentação do material de 6 -10 kg/hora. O aparelho usado era substancialmente idêntico ao aparelho ilustrado na Figura 1. O rendimento dos grânulos de escoamento livre (definidos como abaixo de 12 mesh para a panela) foi de 60 a 90% do peso total da carga de alimentação, antes da calcinação.

As amostras de aglomerados foram produzidas de uma mistura simples de grãos abrasivos, material aglutinante e misturas aquosas descritas na Tabela 1 -1. As composições dos materiais aglutinantes de aglutinação vitrificada, usadas para preparar as amostras, são listadas na Tabela 2. As amostras foram preparadas de três tipos de grãos abrasivos: alumina fundida 38A, alumina fundida 32A e grão Norton SG de alumina alfa em sol-gel sinterizado, obtido da Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc., Worcester, MA, EUA, nos tamanhos de grão üstados na Tabela 1.

Após aglomeração no aparelho de calcinação rotativo, as amostras de grãos abrasivos aglomerados foram peneiradas e testadas para densidade de compactação solta (LPD), distribuição de tamanho e resistência mecânica do aglomerado. Esses resultados são apresentados na Tabela 1.

Tahfila 1-1 Cararlp-rfatinas rios nrârmlns aolompraflne Continuação...

Continuação...____________________________________________,______________,_____________,________________,_________________,_______________,_______________, a A % em volume do material agiutinante é uma porcentagem do material sólido dentro do grânulo (isto é, materiaí agiutinante e grão), após queima, e' não inclui a % em volume da porosidade. A % em volume do material aglutinante dos aglomerados queimados foi calculada usando a LOI (perda por ignição) média das matérias-primas do material aglutinante.

Os aglomerados sinterizados foram classificados com as peneiras de teste padrão U.S., montadas em um aparelho de peneiramento vibratório (Ro-Tap; Modelo RX-29; W. S. Tyler Inc. Mentor, OH). Os tamanhos das malhas das peneiras variaram de 18 a 140, como adequado para as diferentes amostras. A densidade de compactação solta (LPD) dos aglomerados sinterizados foi medida pelo procedimento do Padrão Nacional Norte-Americano para Densidade Aparente de Grãos Abrasivos. A densidade relativa média inicial, expressa como um percentual, foi calculada por divisão da LPD (p) por uma densidade teórica dos aglomerados (po), considerando porosidade zero. A densidade teórica foi calculada de acordo com a regra volumétrica do método das misturas, a partir do percentual em peso e do peso específico do material aglutinante e dos grãos abrasivos contido nos aglomerados. A resistência mecânica dos aglomerados foi medida por um teste de compactação. Os testes de compactação foram conduzidos usando uma matriz de aço lubrificada de diâmetro de 2,54 cm (1 in), com uma amostra de 5 gramas de aglomerado. A amostra de aglomerado foi despejada na matriz e nivelada ligeiramente por uma leve batida da parte externa da matriz. Um elemento penetrador de topo foi inserido e uma cruzeta baixada até que uma força ("posição inicial") fosse observada no registrador. Uma pressão a uma taxa constante de aumento (2 mm/min) foi aplicada à amostra, até um máximo de 180 MPa de pressão. O volume da amostra aglomerada (a LPD compactada da amostra), observado como um deslocamento da cruzeta (a deformação), foi registrado como a densidade relativa em função do logaritmo da pressão aplicada. O material residual foi depois peneirado para determinar a fração moída percentual. Diferentes pressões foram medidas para estabelecer um gráfico da relação entre o logaritmo da pressão aplicada e a fração moída percentual. Os resultados são registrados na Tabela 1 como o logaritmo da pressão no ponto no qual a fração moída é igual a 50 por cento em peso da amostra de aglomerado. A fração moída é a relação do peso das partículas moídas passando pela menor peneira para o peso inicial da amostra.

Esses aglomerados apresentaram características de LPD, distribuição de tamanho e de retenção de resistência mecânica de moldagem e de tamanho de grânulo adequadas para uso na produção comercial de rodas de retificação abrasivas. Os aglomerados sinterizados, acabados apresentaram formas tridimensionais variando entre triangulares, esféricas, cúbicas, retangulares e outras formas geométricas. Os aglomerados consistiram em vários grãos abrasivos individuais (por exemplo, 2 a 20 grãos) aglutinados entre si por material aglutinante vítreo em pontos de contato entre os grãos. O tamanho de grânulo dos aglomerados aumentou com um aumento na quantidade de material aglutinante no grânulo aglomerado pela faixa de 3 a 20% em peso do material aglutinante.

Uma resistência à compactação adequada foi observada para todas as amostras 1 - 9, indicando que o material aglutinante vítreo tinha amadurecido e escoado para criar uma aglutinação eficaz entre os grãos abrasivos dentro do aglomerado. Os aglomerados produzidos com 10% em peso de material aglutinante apresentaram uma resistência à compactação significativamente mais alta do que aqueles produzidos com 2 ou 6% em peso de material aglutinante.

Os valores de LPD mais baixos foram indicativos de um maior grau de aglomeração. A LPD dos aglomerados diminuiu com o aumento da % em peso do material aglutinante e com a diminuição do tamanho dos grãos abrasivos. Diferenças relativamente grandes entre 2 e 6% em peso de material aglutinante, comparadas com as diferenças relativamente pequenas entre 6 e 10% em peso de material aglutinante, indicam que uma % em peso de material aglutinante inferior a 2% em peso pode ser inadequada para a formação de aglomerados. Nos percentuais em peso mais altos, acima de cerca de 6% em peso, a adição de mais material aglutinante pode não ser benéfica na produção de aglomerados significativamente maiores ou mais resistentes mecanicamente.

Como sugerido pelos resultados dos tamanhos dos grânulos dos aglomerados, as amostras do material aglutinante apresentaram a LPD mais baixa dos três materiais aglutinantes. O tipo abrasivo não apresentou um efeito significativo na LPD.

Tabela 2. Material aglutinante usado nos aglomerados a. A variação do material aglutinante A-1 mostrada entre parênteses foi usada para as amostras do Exemplo 2. b. Impurezas (por exemplo, Fe203 e TÍO2) estão presentes a aproximadamente 0,1 - 2%.

Exemplo 2 Outras amostras de aglomerados foram produzidas utilizando várias outras concretizações de processamento e materiais de carga de alimentação.

Formou-se uma série de aglomerados (amostras de números 10-13) em diferentes temperaturas de sinterização, variando de 1.100 a 1.250°C, utilizando um aparelho de calcinação rotativo (modelo #HOU-5D34-RT-28, equipado com um tubo de mulita de espessura de 0,95 cm (3/8 de polegada), diâmetro interno de 15,6 cm (5,75 polegada) e comprimento de 305 cm (120 polegadas), tendo um comprimento aquecido de 152 cm (60 polegadas) com três zonas de controle de temperatura. O aparelho foi fabricado pela Harper International, Buffalo, Nova Iorque). Uma unidade alimen-tadora Brabender, com vazão volumétrica de controle ajustável, foi usada para dosar a mistura de grãos abrasivos e material aglutinante no tubo de aquecimento do aparelho de calcinação rotativo. O processo de aglomeração foi conduzido sob condições atmosféricas, com uma velocidade de rotação do tubo do aparelho de 4 rpm, um ângulo de inclinação do tubo de 2,5 graus e uma vazão de alimentação de 8 kg/hora. O aparelho usado era substancialmente idêntico ao aparelho ilustrado na Figura 1. As seleções da temperatura e de outras variáveis utilizadas para produzir esses aglomerados são apresentadas na Tabela 2-1.

Todas as amostras continham uma mistura, em uma base de % em peso, de 89,86% de grãos abrasivos (grão de alumina 38A de tamanho de grão 60 obtido da Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc.), 10,16% de mistura aglutinante (6,3% em peso de aglutinante de proteína líquido AR30, 1,0% de PEG CARBOWAX® 3350 e 2,86% de material aglutinante A). Esta mistura produziu 4,77% em volume de material aglutinante e 95,23% em volume de grãos nos grânulos aglomerados sinterizados. A densidade teórica calculada dos grânulos aglomerados (assumindo ausência de porosida-de) foi de 3,852 g/cm3.

Antes de colocar a mistura na unidade alimentadora, aglomerados de estágio verde foram formados por extrusão simulada. Para preparar aglomerados extrudados, o aglutinante de proteína líquida foi aquecido para dissolver o PEG Carbowax® 3350. Depois, o material aglutinante foi adicio- nado lentamente, sob agitação da mistura. Os grãos abrasivos foram adicionados a um misturador de alto cisalhamento (diâmetro de 112 cm - (44 pol.) e a mistura material aglutínante - aglutinante foi adicionada ientamente aos grãos no misturador. A combinação foi misturada por 3 minutos. A combinação mista foi peneirada a úmido por uma peneira de caixa de 12 mesh (tamanho de peneira padrão U.S.) para formar aglomerados extrudados verdes (não queimados). A camada de aglomerados extrudados foi seca em estufa a 90°C por 24 horas. Após secagem, os aglomerados foram peneirados novamente usando uma peneira de caixa de 12 a 16 mesh (tamanho de peneira padrão U.S.).

Observou-se durante a calcinação rotativa que os aglomerados produzidos no estado verde pareceram separar-se quando aquecidos e, depois, formados novamente à medida que eram revolvidos fora da saída da porção aquecida do tubo calcinador rotativo. O maior tamanho dos grânulos aglomerados produzidos no estado verde, relativo àquele dos grânulos a-glomerados após queima, ficou facilmente evidente por inspeção visual das amostras.

Após queima, os tamanhos das partículas aglomeradas foram observados como sendo suficientemente uniformes para fins comerciais, com uma distribuição de tamanho por uma faixa de cerca de 500 - 1.200 mí-crons. As medidas de distribuição de tamanho são apresentadas na Tabela 2-2 abaixo. O rendimento, tamanho, resistência ao esmagamento e LPD foram aceitáveis para uso comercial na produção de rodas de retificação. Tabela 2-1 a. Temperatura do ponto de ajuste do controlador do calcinador rotativo (para todas as 3 zonas). b. "n/a" indica que não foi feita nenhuma medida.

Tabela 2-2 - Distribuição dos tamanhos de partícula para os aglomerados queimados Exemplo 3 Os aglomerados (amostras n— 14 - 23) foram preparadas como descrito no Exemplo 2, exceto que a temperatura foi mantida constante a I. 000°C, e um aparelho calcinador rotativo modelo #KOU-8D48-RTA-20, equipado com um tubo de sílica fundida de diâmetro interno de 20 cm (8 pol.), comprimento de 274 cm (108 pol.), tendo um comprimento aquecido de 122 cm (48 pol.) com três zonas de controle de temperatura, foi usado. O aparelho foi fabricado pela Harper International, Buffalo, Nova Iorque. Vários processos foram examinados para a preparação da mistura pré-queimada de grãos e material aglutinante. O processo de aglomeração foi conduzido sob condições atmosféricas, com uma velocidade de rotação do tubo do a-parelho de 3 a 4 rpm, um ângulo de inclinação do tubo de 2,5 graus e uma vazão de alimentação de 8 a 10 kg/hora. O aparelho usado era substancialmente idêntico ao aparelho ilustrado na Figura 1.

Todas as amostras continham 13,6 kg (30 Ib) de grãos abrasivos (os mesmos grãos usados no Exemplo 2, exceto que a amostra 16 continha II, 3 kg (25 Ib) de grãos de alumina em sol-gel de tamanho de grão 70 Norton SG®, obtidos da Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc.) e 0,41 kg (0,9 Ib) de material aglutinante A (produzindo 4,89% em volume de material aglu-tinante no aglomerado sinterizado). O material aglutinante foi disperso em diferentes sistemas aglutinantes, antes da adição aos grãos. O sistema aglutinante do Exemplo 2 ("Aglutinante 2") foi usado para algumas amostras e outras amostras foram produzidas usando aglutinante de proteína líquida AR30 ("Aglutinante 3") nos percentuais em peso listados abaixo na Tabela 3. A amostra 20 foi usada para preparar os aglomerados no estado não queimado verde pelo processo de extrusão simulado do Exemplo 2.

As variáveis testadas e os resultados dos testes estão resumidos abaixo na Tabela 3.

Tabela 3: Tratamentos com aglutinante no estado verde Esses resultados confirmam que a aglomeração no estado verde não é necessária para formar uma qualidade e um rendimento aceitáveis dos grânulos aglomerados sinterizados (comparar com as amostras 18 e 20). Quando o % em peso do aglutinante 3, usado na mistura inicial, aumentou de 1 para 8%, a LPD mostrou uma tendência no sentido de uma diminuição moderada, indicando que o uso de um aglutinante tem um efeito benéfico, mas não essencial, no processo de aglomeração. Desse modo, um tanto inesperadamente, não pareceu necessário pré-formar uma forma ou tama- nho de grânulo aglomerado desejado, para sinterizá-lo em um calcinador rotativo. A mesma LPD foi obtida meramente por alimentação de uma mistura úmida dos componentes dos aglomerados no calcinador rotativo e revol-vimento da mistura à medida que ela passa pela porção aquecida do aparelho.

Exemplo 4 Os aglomerados (amostras 24 - 29) foram preparados como descrito no Exemplo 2, exceto que a temperatura foi mantida constante a 1.200°C e vários processos foram examinados para a preparação da mistura pré-queimada de grãos e material aglutinante. Todas as amostras (exceto as amostras 28 - 29) continham uma mistura de 136,4 kg (300 Ib) de grãos a-brasivos (os mesmos grãos do Exemplo 2: alumina 38A de tamanho de grão 60) e 4,1 kg (9,0 Ib) de material aglutinante A (produzindo 4,89% em volume de material aglutinante A no aglomerado sinterizado). A amostra 28 (mesma composição que a do Exemplo 2) continha 20,4 kg (44,9 Ib) de grãos e 0,6 kg (1,43 Ib) de material aglutinante A. O material aglutinante foi combinado com a mistura aglutinante líquida (37,8% em peso -1,4 kg (3,1 Ib) - de aglutinante AR30 em água) e 2,26 kg (4,98 Ib) dessa combinação foram adicionados aos grãos. A viscosidade da combinação líquida foi de 785 cP a 22°C (Viscosímetro Brookfield LVF). A amostra 29 (composição idêntica àquela do Exemplo 2) continha 13 kg (28,6 Ib) de grãos e 0,4 kg (0,92 Ib) de material aglutinante A (produzindo 4,89% em volume de material aglutinante no aglomerado sinterizado). O material aglutinante foi combinado com a mistura aglutinante líquida (54,7% em peso - 0,22 kg, 0,48 Ib - de resina Duramax® B1052 e 30,1% em peso - 0,66 kg, 1,456 Ib - de resina Duramax® B1051 em água) e esta combinação foi adicionada aos grãos abrasivos. As resinas Duramax foram obtidas da Rohm and Haas, Filadélfia, PA. O processo de aglomeração foi conduzido sob condições atmosféricas, com uma velocidade de rotação do tubo do aparelho de 4 rpm, um ângulo de inclinação do tubo de 2,5 graus e uma vazão de alimentação de 8 a 12 kg/hora. O aparelho usado era substancialmente idêntico ao aparelho ilustrado na Figura 1. A amostra 28 foi pré-aglomerada, antes da calcinação, em um aparelho de leito fluidizado produzido pela Niro, Inc., Columbia, Maryland (Multi-Processor® modelo MP-2/3, equipado com um cone de tamanho MP-1 (diâmetro de 0,9 m (3 pés) - na sua maior largura). As seguintes variáveis de processo foram selecionadas para os ensaios das amostras no processo de leito fluidizado: temperatura do ar de entrada - 64 - 70°C; vazào do ar de entrada -100 - 300 metros cúbicos/hora; vazão do líquido de tamanho de grão - 440 g/min; profundidade do leito (carga inicial de 3 - 4 kg) - cerca de 10 cm; pressão do ar -10 bar; e dois bocais de mistura externos de fluido de orifício de 800 mí- crons.

Os grãos abrasivos foram alimentados ao fundo do aparelho e ar foi dirigido pelo difusor de chapa de leito fluidizado e para os grãos. Ao mesmo tempo, a mistura líquida de material aglutinante e aglutinante foi bombeada para o bocal de mistura externo e depois aspergida dos bocais pela difusor de chapa e para os grãos, revestindo, desse modo, os grãos abrasivos individuais. Os aglomerados no estado verde foram formados durante a secagem da mistura de material aglutinante e aglutinante. A amostra 29 foi pré-aglomerada, antes da calcinação, em um processo de extrusão de baixa pressão, usando um granulador Benchtop®, produzido pela LCI Corporation, Charlotte, Carolina do Norte (equipado com um cesto perfurado tendo furos de diâmetro de 0,5 mm). A mistura de grãos, material aglutinante e aglutinante foi alimentada manualmente ao cesto perfurado (a tela da extrusora), forçado pela tela por lâminas rotativas e coletado em uma panela receptora. Os pré-aglomerados extrudados foram secos em estufa a 90°C por 24 horas e usados como carga de alimentação para o processo de calcinação rotativa.

As variáveis testadas e os resultados dos testes estão resumidos abaixo e nas Tabelas 4-1 e 4-2. Esses testes confirmam que os resulta- dos apresentados no Exemplo 3 são também observados a um dispositivo de queima mais alta (1.200 versus 1.000°C). Esses testes também ilustram que a extrusão em baixa pressão e a pré-aglomeração em leito fluidizado podem ser usadas para produzir grânulos aglomerados, mas uma etapa de aglomeração, antes da calcinação rotativa, não é necessária para produzir os aglomerados da invenção.

Tabela 4-1 - Características dos aglomerados Tabela 4-2: Distribuição dos tamanhos de partícula para os aglomerados Exemplo 5 Outros aglomerados (amostras de n- 30 - 37) foram preparados como descrito no Exemplo 3, exceto que a sinterização foi feita a 1.180°C, diferentes tipos de grãos abrasivos foram testados e 13,6 kg (30 fb) de grãos abrasivos foram misturados com 0,9 kg (1,91 Ib) de material aglutinante A (para produzir 8,94% de material aglutinante nos grânulos aglomerados sin-terizados). O aglutinante 3 do Exemplo 3 foi comparado com água, como um aglutinante, para a aglomeração no estado verde. As amostras 30 - 34 usaram 0,4 kg (0,9 Ib) de água como um aglutinante. As amostras 35 - 37 usaram 0,3 kg (0,72 Ib) de aglutinante 3. As variáveis testadas são resumidas abaixo na Tabela 5. O processo de aglomeração foi conduzido sob condições atmosféricas, com uma velocidade de rotação do tubo do aparelho de 8,5 a 9,5 rpm, um ângulo de inclinação do tubo de 2,5 graus e uma vazão de alimentação de 5 a 8 kg/hora. O aparelho usado era substancialmente idêntico ao aparelho ilustrado na Figura 1.

Após aglomeração, as amostras dos grãos abrasivos aglomerados foram peneiradas e testadas para densidade de compactação solta (LCD), distribuição de tamanhos e resistência mecânica dos aglomerados. Esses resultados são apresentados na Tabela 5.

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Esses resultados demonstram novamente a utilidade da água como um aglutinante temporário para os aglomerados no processo de calci-nação rotativo. Além disso, misturas de tipos de grãos, tamanhos de grão, ou ambos, podem ser aglomeradas pelo processo da invenção, e esses a-glomerados podem ser revestidos a uma temperatura de 1.180°C no calci-nador rotativo. Um aumento significativo na resistência ao esmagamento foi observado, quando um grão abrasivo alongado de alta relação de aspecto (isto é, >4:1) foi usado nos aglomerados (amostra 33).

Exemplo 6 Outra série de aglomerados (amostras n0£ 38 - 45) foi preparada no Exemplo 3, exceto que diferentes temperaturas de sinterização foram usadas e diferentes tipos de misturas de tamanhos de grãos abrasivos e diferentes materiais aglutinantes foram testados. Em algumas das misturas de carga de alimentação, casca de noz foi usada como um material de enchimento indutor de poros orgânico (a casca de noz foi obtida da Composition Materials Co., Inc., Fairfield, Connecticut, em tamanho de malha da série U.S. 40/60). As variáveis testadas estão resumidas abaixo na Tabela 6. Todas as amostras continham uma mistura de 13,6 kg (30 Ib) de grãos abrasivos e 2,5% em peso de aglutinante 3, em uma base de peso dos grãos, com várias proporções de materiais aglutinantes, como mostrado na Tabela 6. O processo de aglomeração foi conduzido sob condições atmosféricas, com uma velocidade de rotação do tubo do aparelho de 8,5 a 9,5 rpm, um ângulo de inclinação do tubo de 2,5 graus e uma vazão de alimentação de 5 a 8 kg/hora. O aparelho usado era substancialmente idêntico ao aparelho ilustrado na Figura 1.

Após aglomeração, as amostras dos grãos abrasivos aglomerados foram peneiradas e testadas para densidade de compactação solta (LCD), tamanho médio e resistência ao esmagamento dos aglomerados (consultar a Tabela 6). As propriedades de todos os aglomerados foram a-ceitáveis para uso na manufatura de rodas de retificação abrasivas. Esses dados parecem indicar que o uso de agentes indutores de poros orgânicos, isto é, cascas de nozes, não teve um impacto significativo nas características dos aglomerados.

Tabela 6 Continuação... ________________________________________________________________ a. % em volume, com base nos sólidos totais (grãos, material aglutinante e agente indutor de poros), e não inclui a porosidade do aglomerado.

Exemplo 7 Amostras de aglomerados 10 - 13 e 24 - 27, preparadas de a-cordo com os Exemplos 2 e 4, foram usadas para produzir rodas de retificação (tamanho acabado: 50,8 x 2,54 x 20,3 cm (20 x 1 x 8 pol.)). Essas rodas foram testadas em uma operação de retificação de alimentação por fluência contra rodas comparativas feitas sem aglomerados, mas contendo o material de enchimento indutor de poros.

Para produzir as rodas de retificação, os aglomerados foram a-dicionados a um misturador, juntamente com um aglutinante líquido e uma composição aglutinante vitrificada em pó correspondente ao material aglutinante C da Tabela 1-2. As rodas foram depois moldadas, secas, queimadas a uma temperatura máxima de 900°C, classificadas, acabadas, equilibradas e inspecionadas de acordo com as técnicas de produção de rodas de retificação comerciais conhecidas na técnica. A composição das rodas (incluindo % em volume de abrasivo e aglutinante e a porosidade nas rodas queimadas), a densidade e as propriedades de módulo das rodas são descritas na Tabela 7-1. As rodas foram formuladas a um módulo de elasticidade correspondendo a um grau de dureza de roda padrão entre os graus D e E na escala de graus de dureza da Norton Company. Os testes preliminares estabeleceram que as rodas formuladas de grãos abrasivos, com uma estrutura em % em volume (isto é, % em volume de grãos, aglutinante e poros, a um total de 100%) idêntica àquela de uma roda comparativa produzida sem os grãos abrasivos, eram, de fato, de uma densidade consideravelmente mais baixa, tinham um módulo de e-lasticidade menor e eram mais macias do que a roda comparativa. Desse modo, a densidade e o módulo de elasticidade, desse modo, em maior grau do que a estrutura em % em volume, foram selecionados como os indicadores de dureza das rodas críticos para as rodas produzidas com os grãos a-glomerados e testadas nesses estudos de retificação.

Tabela 7-1. Características das rodas abrasivas. a) a um % em volume de 37,50 de grãos abrasivos, as rodas comparativas continham uma maior % em volume de grãos abrasivos (por exemplo, acima de 1 - 3% em volume) do que as rodas experimentais produzidas com 37,50% em voiume de grãos abrasivos, material aglutinante e porosidade entre os aglomerados. b) a permeabilidade a fluido (ar) foi medida pelos métodos de teste descritos nas patentes U.S. 5.738.696 e 5.738.697, cedidas à Norton Company. Os valores de permeabilidade ao ar relativa são expressos em cm3/segundo/centímetro (polegada) de unidades de água. c) as amostras de rodas comparativas eram produtos comerciais obtidos da Saint Gobain Abrasives, Inc., Worcester, MA, e comercializadas com as designações de rodas indicadas em cada uma delas na Tabela 7-1. d) os valores para % em volume de aglutinante das rodas experimentais não incluem a % em volume de material aglutinante vítreo usado nos grãos para produzir os aglomerados; a % em volume representa apenas os materiais adicionados para produzir as rodas de retificação.

As rodas foram testadas em uma operação de retificação de alimentação por fluência contra as rodas comerciais comparativas recomendadas para uso em operações de retificação de alimentação por fluência (as rodas comparativas são descritas nas Tabelas 7-1 e 7-2). As rodas comparativas tinham as mesmas dimensões de tamanho, graus de dureza comparáveis e eram de outro modo rodas comparativas às rodas experimentais em um estudo de retificação de alimentação por fluência, mas foram produzidas sem aglomerados.

Condições de retificação: Máquina: Hauni-Blohm Profimat410 Modo: retificação de alimentação por fluência em ranhura Profundidade do corte: 0,318 cm (0,125 pol.) Velocidade da roda: 5.500 pés superficiais por minuto (28 m/s) Velocidade da mesa: variada em incrementos de 6,4 cm/min (2,5 pol./min) de 12,7 - 44,4 cm/minuto (5 -17,5 in/min) ou até falha observada (queima da peça a retificar ou falha da máquina ou roda).

Refrigerante: Master Chemical Trim E210 200, a uma concentração de 10% com água de poço deionizada, 360 L/min (95 galões/min).

Material da peça a retificar: aço AISI4340, dureza 48 - 50 Rc.

Modo de desbaste: diamante rotativo, descontínuo;

Compensação de desbaste: 1 micrômetro/rev (40 micropolegadas/rev) Compensação de desbaste radial total: 0,5 mm/rev (0,02 in/rev) Relação de velocidade: +0,8.

Nesses testes de retificação, a velocidade da mesa foi aumentada até falha ser observada. A falha foi denotada pela queima da peça a retificar ou por um excessivo desgaste da roda, como indicado por dados de potência, medidas de desgaste da roda (WWR), medidas de acabamento superficial e inspeção visual da superfície retificada. A taxa de remoção de material (MRR máxima), na qual ocorreu falha, foi registrada.

Como mostrado na Tabela 7-2 abaixo, esses testes de retificação demonstraram que as rodas experimentais contendo os aglomerados eram consistentemente capazes de obter taxas de remoção de material máximas mais altas do que as rodas comparativas. As rodas experimentais também apresentaram valores aceitáveis para os outros parâmetros de retificação, menos críticos observados em operações de alimentação por fluência (isto é, WWR, potência e acabamento superficial na MRR máxima). Tabela 7-2. Resultados dos testes de retificação. a) a 37,50% em volume de grãos abrasivos, as rodas comparativas continham uma maior % em volume de grãos abrasivos (isto é, mais de 1 - 3% em volume) do que as rodas experimentais feitas com 37,50% em volume de grãos aglomerados, material aglutinante e porosidade entre os aglomerados.

Exemplo 8 Uma amostra de grãos abrasivos aglomerados (60) foi preparada no aparelho de calcinação rotativo, com um tubo de carboneto de silício, descrita no Exemplo 1 e ilustrada na Figura 1. O processo de aglomeração foi conduzido sob condições atmosféricas a 1.350°C, com uma velocidade de rotação do tubo do aparelho de 9 rpm, um ângulo de inclinação do tubo de 3 graus, e uma vazão de alimentação de 6 -10 kg/h. A amostra de aglomerado foi produzida de uma mistura de grãos abrasivos de alumina 38A, tamanho de grão de 60 (mesmo grão usado nos Exemplos 1 e 6), 5,0% em peso de material aglutinante F (com base no peso de grãos abrasivos) e 2,5% em peso de aglutinante 3 em água (mistura 50/50 em peso com base no peso de grãos abrasivos).

Após aglomeração no aparelho de calcinação rotativo, os grãos abrasivos aglomerados foram peneirados e testados para densidade de compactação solta (LPD) e outros atributos pelos métodos descritos acima. O rendimento de aglomerados de escoamento livre úteis (definido como a fração -12 mesh para a panela) foi de 72,6% da carga de alimentação, antes da sinterização. Esses aglomerados sinterizados foram usados para produzir rodas de retificação tendo um tamanho acabado de 41,3 x 2,4 x 12,8 cm (16,25 x 0,75 x 5,00 pol.).

Para produzir as rodas abrasivas, os aglomerados foram adicionados a um misturador, juntamente com uma composição aglutinante vitrifi-cada em pó (correspondente ao material aglutinante C da Tabela 1-2) e a-glutinante líquido 3, para produzir uma mistura. As rodas foram depois moldadas dessa mistura, secas, queimadas a uma temperatura máxima de 900°C, classificadas, acabadas, equilibradas e inspecionadas de acordo com as técnicas de produção de rodas de retificação conhecidas na técnica. As rodas foram produzidas para corresponder em valor de módulo de elasticidade às rodas comparativas tendo um grau de dureza de roda padrão na faixa de grau E na escala de graus de dureza da Norton Company.

As características das rodas abrasivas queimadas e de uma roda comercial comparativa, obtidas da Saint-Gobain Abrasives, Inc., Worces-ter, MA, são descritas na Tabela 8-1 abaixo.

Tabela 8-1. Rodas abrasivas. a) a uma % em volume de 37,50 de grãos abrasivos, as rodas comparativas continham uma maior % em volume de grãos abrasivos (por exemplo, acima de 1 - 3% em volume) do que as rodas experimentais produzidas com 37,50% em volume de grãos abrasivos, material aglutinante e porosidade entre os aglomerados. b) a permeabilidade a fluido (ar) foi medida pelos métodos de teste descritos nas patentes U.S. 5.738.696 e 5.738.697, cedidas à Norton Company. Os valores de permeabilidade ao ar relativa são expressos em cm3/segundo/centímetro (polegada) de unidades de água. c) os valores para % em volume de aglutinante das rodas experimentais não incluem a % em volume de material aglutinante vítreo usado nos grãos para produzir os aglomerados; a % em volume representa apenas os materiais adicionados para produzir as rodas de retificação.

As rodas abrasivas de retificação descritas na Tabela 8-1 foram testadas em um teste de retificação de alimentação por fluência. Os parâmetros para o teste de retificação de alimentação por fluência foram ajustados para produzir as seguintes condições de retificação.

Condições de retificação: Máquina: Hauni-Blohm Profimat410 Modo: retificação de alimentação por fluência em ranhura Profundidade do corte: 0,318 cm (0,125 pol.) Velocidade da roda: 5.500 pés superficiais por minuto (28 m/s) Velocidade da mesa: variada em incrementos de 6,4 cm/min (2,5 in/min) de 12,7 - 38,1 cm/minuto (5-15 pol./min) ou até falha observada (queima da peça a retificar ou falha da máquina ou roda).

Material da peça a retificar: aço AISI4340, dureza 48 - 50 Rc.

Modo de desbaste: diamante rotativo, descontínuo;

Nesses testes de retificação, a velocidade da mesa foi aumentada até falha ser observada. A falha foi denotada pela queima da peça a retificar ou por um excessivo desgaste da roda, como indicado por dados de potência, medidas de desgaste da roda (WWR) e inspeção visual da superfície retificada. A taxa de remoção de material (MRR) (isto é, a MRR máxima antes da falha), na qual ocorreu falha, foi registrada. Medidas de acabamento superficial também foram feitas.

Como mostrado na Tabela 8-2 abaixo, esses testes de retificação demonstraram que as rodas experimentais contendo os aglomerados eram consistentemente capazes de obter taxas de remoção de material mais altas, antes da queima da peça a retificar. A MRR máxima para a roda comparativa foi a uma velocidade de mesas de apenas 5,29 mm/s (12,5 pol./min), enquanto que a MRR máxima das rodas experimentais foi a uma velocidade de mesa de 6,35 mm/s (15 pol./min).

As rodas experimentais também apresentaram valores comparáveis e aceitáveis comerciaimente para os outros parâmetros de retificação observados na MRR mais alta obtida pelas rodas comparativas nessa operação de alimentação por fluência (isto é, potência e acabamento superficial na velocidade de mesa de 5,29 mm/s).

Tabela 8-2. Resultados dos testes de retificação.

Exemplo 9 As rodas abrasivas produzidas com a amostra de aglomerado 35 do Exemplo 5 foram testadas em um processo de alimentação cruzada em superfície seca, típico dos processos usados em operações de retificação de ferramentaria. Uma roda abrasiva comercial comparativa foi comparada com as rodas da invenção nesse teste.

As rodas abrasivas contendo aglomerados foram produzidas pelo processo do Exemplo 8 e queimadas a uma temperatura máxima de 900°C, embora, o tamanho das rodas fosse de 17,8 x 1,3 x 3,2 cm (7 x 0,5 x 1,25 pol.). As rodas queimadas continham 40% de aglomerados, 11 -12,1% de aglutinante vitrificado e 47,9 - 49% de porosidade, em uma base de porcentagem em volume. As condições de queima para as rodas da invenção e as propriedades das rodas abrasivas queimadas e das rodas comparativas são descritas na Tabela 9-1.

Tabela 9-1. Rodas abrasivas a) a 40,0% em volume de componente de grãos abrasivos, as rodas de amostras comparativas continham uma porcentagem em volume maior de grãos abrasivos (consultar a Tabela 9-2 abaixo) do que as rodas experimentais da invenção contendo 40,0% em volume de grãos aglomerados (incluindo o material aglutinante e a porosidade entre os aglomerados). b) A permeabilidade ao ar foi medida pelos métodos de teste descritos nas patentes U.S. 5.738.696 e 5.738.697, cedidos à Norton Com-pany. c) os valores para a % em volume de aglutinante não incluem a % em volume de material aglutinante vítreo usado nos grãos para produzir os aglomerados; a % em volume do aglutinante representa apenas os materiais adicionados para produzir as rodas de retificação.

As porcentagens em volume dos grãos abrasivos e do material aglutinante vítreo dos aglomerados usados nas rodas experimentais são a- presentados na Tabela 9-2 abaixo.

Tabela 9-2. Composição da roda ajustada para componentes aglomerados. a) a uma % em volume de 40,0 de grãos abrasivos, as rodas comparativas continham uma maior % em volume de grãos abrasivos (por exemplo, acima de 1 - 3% em volume) do que as rodas experimentais produzidas com 40,0% em volume de grãos abrasivos, material aglutinante e porosidade entre os aglomerados.

Condições de retificação: Máquina: Brown & Sharpe Surface Grinder Modo: retificação em superfície seca Alimentação cruzada: 0,508 mm Velocidade da roda: 3.500 rpm; 6.500 sfpm Velocidade da mesa: 15.240 mm/min (50 fpm) Refrigerante: nenhum Material da peça a retificar: aço D3 dureza 60 Rc (203,2 mm de comprimento x 47,8 mm de largura) Modo de desbaste: diamante de ponta única Comp. do desbaste: 0,025 Passo de desbaste: 254 mm/min Nesses ensaios de retificação, a alimentação descendente foi aumentada até falha ser observada. Em operações de retificação superficial de ferramentaria, como nas operações de retificação de alimentação por fluência, o parâmetro de desempenho mais significativa é a capacidade da taxa de remoção de material máxima (MMR) da roda de retificação. Desse modo, a MMR máxima na qual ocorreu falha de retificação foi notada para cada roda de retificação, e a falha foi denotada por observações visuais de queima da peça a retificar, uma potência excessiva ou por uma taxa de desgaste da roda excessiva (WWR). As medidas de acabamento superficial também foram feitas.

Como mostrado nas Tabelas 9-3 e 9-4, o teste de retificação demonstrou que as rodas experimentais contendo os aglomerados obtiveram, consistentemente, taxas de remoção de material máximas, antes de quebra da roda por desgaste. Além do mais, as MRRs mais altas foram obtidas com potência mais baixa, enquanto mantendo valores de rugosidade superficial comparáveis.

Tabela 9-3. Resultados dos testes de retificação.

Tabela 9-4. Resultados dos testes de retificação - Medidas do desgaste das rnrlflc3 a) o desgaste da roda foi medido por uma variação do método ("teste de retenção pelo canto") descrito na patente U.S. 5.401.284, cedida à Norton Company. Para os dados nessa tabela, os valores de A e D foram medidos no perímetro da roda, ao longo da face de retificação da roda, e os valores de B e C foram medidos em pontos equidistantes próximos ao centro da face de retificação da roda; à medida que a reivindicação progride, a estabilidade relativa dos valores A e D, comparada com a dos valores B e C, é um indicativo da resistência ao desgaste da roda. A "Área" é a quantidade de material removida da roda. A % de desgaste da face da roda reflete a largura do desgaste da roda no centro da face de retificação da roda, próxima aos pontos nos quais os valores de B e C são medidos.

Exemplo 10 As rodas abrasivas produzidas com os aglomerados de grãos abrasivos foram testadas em um teste de retificação de diâmetro interno (ID).

Os aglomerados (amostra 61) foram preparados como descrito no Exemplo 2, exceto que a temperatura foi mantida constante a 1.170°C (amostra 61). Adicionalmente, um aparelho calcinador rotativo modelo #KOU-8D48-RTA-20, equipado com um tubo de carboneto de silício de 20 cm (8 pol.) de diâmetro, com um comprimento de 274 cm (108 pol.), tendo um comprimento aquecido de 122 cm (48 pol.) com três zonas de controle de temperatura, foi usado. Esse aparelho foi produzido pela Harper International, Buffalo, Nova Iorque. O processo de aglomeração foi conduzido sob condições atmosféricas, com uma velocidade de rotação do tubo do aparelho de 6 rpm, um ângulo de inclinação do tubo de 2,5 - 3,0 graus, e uma vazão de alimentação de 8 - 10 kg/hora. O aparelho usado era substancialmente idêntico ao aparelho ilustrado na Figura 1. A amostra de aglomerado 61 foi produzida com 13,63 kg (30 Ib) de grãos abrasivos (grãos de alumina 32A de tamanho de grão 120, obtidos da Saint-Gobain Ceramics and Piastics, Inc.) e 0,87 kg (1,91 Ib) de material aglutinante A (produzindo 6,36% em peso de material aglutinante no aglomerado sinterizado). O material aglutinante foi disperso em água 0,41 kg, 0,9 Ib), antes da adição ao grão. Os aglomerados tinham um tamanho médio de 260 mícrons e uma densidade compactada solta (LPD) de 1,13 g/cm3.

Uma roda abrasiva comercial comparativa foi comparada com as rodas da invenção nesse teste. A roda comparativa tinha as mesmas dimen- sões e foi produzida com os mesmos grãos abrasivos, mas sem aglomerados. A roda comparativa foi marcada 32A120-LVFL e foi obtida da Saint-Gobain Abrasives, Irtc., Worcester, MA.

Para produzir a roda abrasiva experimental, os aglomerados foram adicionados a um misturador juntamente com uma composição agluti-nante vitrificada em pó e aglutinante líquido 3, para produzir uma mistura. As rodas foram depois moldadas dessa mistura, secas, queimadas a uma temperatura máxima de 900eC, classificadas, acabadas, equilibradas e inspecionadas, de acordo com as técnicas de produção de rodas de retificação comerciais conhecidas no ramo.

As rodas de retificação eram rodas do tipo 1A, tendo um tamanho acabado de 4,57 x 2,54 x 1,60 cm (1,8 x 1,0 x 0,63 pol.). A composição e as características das rodas experimentais e comparativa são listadas a-baixo na Tabela 10-1.

Tabela 10-1. Rodas abrasivas. a) a 52% em volume de componente de grãos abrasivos, as rodas das amostras comparativas continham uma porcentagem em volume maior de grãos do que as rodas da invenção contendo 48% em volume de uma mistura de grãos aglomerados com material aglutinante. Após deduzir o percentual de material aglutinante, a roda experimental contém apenas 43,4% em volume de grãos, 8,6% em volume a menos de grãos do que a amostra padrão comparativa do mesmo grau. b) o tamanho de grão dos grãos abrasivos de 120 corresponde a 142 mícrons. c) os valores para % em volume de aglutinante não incluem a % em volume de material aglutinante usado nos grãos para produzir os aglomerados; a % em volume do aglutinante representa apenas os materiais a-dicionados para produzir as rodas de retificação.

As rodas de retificação abrasivas descritas na Tabela 10-1 foram testadas em um teste de retificação de diâmetro interno (ID). Os parâmetros para o teste de retificação de ID foram ajustados para produzir as seguintes condições de retificação.

Condições de retificação: Máquina: retificadora Okuma ID.

Modo: ID úmido, êmbolo, retificação na mesma direção Velocidade da roda: 18.000 rpm Velocidade da peça: 600 rpm Refrigerante: Master Chemical Trim E210, 5% de água de poço deionizada Material da peça a retificar: aço 52100 de dureza Rc 60 (anéis: 5,65 x 1,28 cm - 2,225 x 0,50 pol.) Modo de desbaste: Diamante de ponta única rotativo Relação de desbaste: 0,650 Passo do desbaste: 0,304 mm/rev Nesses testes, três conjuntos de retificações foram conduzidos em velocidades de avanço constantes e cinco retificações foram conduzidas para cada conjunto. A taxa de avanço determina uma taxa de remoção de material para cada teste. Nas operações de retificação ID, os parâmetros de desempenho mais significativos são a relação G (MRR / taxa de desgaste da roda (WWR)), a energia específica requerida para retificar a uma taxa de avanço determinada e o acabamento superficial resultante. Os dados na tabela abaixo são apresentados para cada conjunto de taxas de avanço; os dados de acabamento superficial representam o valor após a quinta retificação de cada conjunto.

Como mostrado na Tabela 10-2 abaixo, esses testes de retificação demonstraram o desempenho da roda experimental contendo os aglomerados foi comparável a, ou até melhores que, os da roda comparativa em relação G (MRR / taxa de desgaste da roda (WWR)), energia de retificação específica e acabamento superficial. Esses resultados são surpreendentes em vista do percentual em volume significativamente mais baixo dos grãos abrasivos na roda experimental. Dentro das estruturas das rodas normais, a % em volume dos grãos abrasivos é a variável mais significativa na determinação da relação G, na ausência de outras variáveis, um teor de grãos mais alto resulta em uma relação G proporcionaimente mais alta. Uma redução no percentual em volume dos grãos, necessária para obtenção da mesma ou de uma melhor relação G, representa um aperfeiçoamento técnico significativo na ferramenta abrasiva.

Tabela 10-2. Resultados dos testes de retificação. a. A relação G mostrada em parênteses para a roda experimental é um valor ajustado para o menor percentual em volume de grãos abrasivos na roda experimental. Em outras palavras, o percentual em volume do grão nas rodas experimentais é apenas de 83,46% do percentual em volume dos grãos nas rodas comparativas. Desse modo, os valores da relação G das rodas experimentais mostrados em parênteses foram normalizados ao % em volume dos grãos das rodas comparativas, para obter uma medida de desempenho, com base no uso dos grãos abrasivos totais.

Exemplo 11 Os grãos abrasivos aglomerados da invenção foram usados para produzir grandes rodas abrasivas, para confirmar a viabilidade de produzir essas rodas, sem o uso de agentes indutores de poros, e usando essas rodas em retificação de alimentação por fluência.

Os grãos abrasivos aglomerados (amostra 62) foram preparados no aparelho de calcinação rotativo com um tubo de carboneto de silício, descrito no Exemplo 1 e ilustrado na Figura 1. O processo de aglomeração foi conduzido sob condições atmosféricas a 1.350°C, com uma velocidade de rotação do tubo do aparelho de 9 rpm, um ângulo de inclinação do tubo de 3 graus e uma vazão de alimentação de 6 -10 kg/hora. A amostra dos grãos aglomerados 62 foi produzida de uma mistura 50/50 de grão abrasivo de aluminas 32A e 38A, ambos de tamanho de grão 60 (mesma tamanho de grão usada nos Exemplos 1 e 6), 5,0% em peso de material aglutinante E (com base no peso de grãos abrasivos) e 2,5% de aglutinante 3 (mistura 50/50 em peso em água, com base no peso de grãos abrasivos).

Após aglomeração no aparelho de calcinação rotativo, as amostras de grãos abrasivos aglomerados foram peneiradas e testadas para densidade de compactação solta (LPD) e outros atributos pelos métodos descritos acima. O rendimento dos grânulos de escoamento livre úteis (definidos como a fração -12 malhas para a panela) foi de 74,1% do peso total da carga de alimentação, antes da calcinação. A LPD do aglomerado foi de 1,14 g/cm3 e a densidade relativa foi de 30,0%.

Esses aglomerados sinterizados foram usados para produzir rodas de retificação de alimentação por fluência relativamente grandes (por exemplo, diâmetro de 50,8 cm - (20 pol.). As rodas comparativas desse tamanho são produzidas normalmente com alumina em bolha ou outros agentes de indução de poros sólidos ou de células fechadas, como auxiliares para reforçar a estrutura e impedir a distorção da forma da roda de uma queda repentina, durante a queima, à medida que o aglutinante vitrificado funde e escoa. A alumina em bolha é particularmente eficaz para impedir a queda repentina, mas é indesejável para o desempenho da retificação, pois cria porosidade de célula fechada.

Para produzir as rodas abrasivas experimentais, os aglomerados foram adicionados a um misturador, juntamente com uma composição aglu-tinante vitrificada em pó (correspondente ao material aglutinante C da Tabela 2) e aglutinante líquido 3, para produzir uma mistura. As rodas foram depois moldadas dessa mistura, secas, queimadas a uma temperatura máxima de 900°C, classificadas, acabadas, equilibradas e inspecionadas de aoordo com as técnicas de produção de rodas de retificação comerciais conhecidas na técnica. As rodas queimadas foram depois acabadas a um tamanho de 50,8 x 2,5 x 20,3 cm (20 x 1 x 8 pol.). Um grau moderado, mas comercialmente aceitável, de queda repentina das rodas experimental foi observado durante queima das rodas.

As rodas foram projetadas para corresponder em composição em percentual em volume e densidade às rodas comerciais, comparativas tendo um grau de dureza de roda padrão entre os graus C e D na escala de graus de dureza da Norton Company.

As características das rodas de retificação abrasivas experimentais e comparativas acabadas são descritas na Tabela 11-1 abaixo. Embora os percentuais da composição e as densidades das rodas fossem previsíveis para as rodas tendo valores de dureza de roda equivalentes, de fato, o módulo de elasticidade confirmou que as rodas experimentais eram de um grau mais macio do que as rodas comparativas. Os valores de permeabilidade ao ar mostram que a porosidade da roda experimental, em contraste com aquela da roda comparativa, é uma porosidade aberta, permitindo o escoamento livre de refrigerante na roda e a fácil remoção de detritos de retificação originários da face de retificação da roda.

Tahola 11-1 RnHas nhraçix/âs a) a 36,0% em vol. de componente de grãos abrasivos, as rodas das amostras comparativas continham uma maior porcentagem em volume de grãos (isto é, cerca de 1 - 2% em volume a mais) do que as rodas da invenção contendo uma mistura de 36,0% em volume de uma combinação de grãos aglomerados e material aglutinante. b) a permeabilidade a fluido (ar) foi medida pelos métodos de teste descritos nas patentes U.S. 5.738.696 e 5.738.697, cedidas à Norton Company. Os valores de permeabilidade ao ar relativa são expressos em cm3/segundo/centímetro (polegada) de unidades de água.

As rodas foram testadas em uma operação de retificação de alimentação por fluência descrita no Exemplo 7, juntamente com a roda de retificação de alimentação por fluência comparativa descrita na Tabela 11-2. A roda comparativa era um produto comercial usual disponível da Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc., Worcester, MA. Tinha as mesmas dimensões e era de outro modo comparável às rodas experimentais, mas foi produzida com enchimento de alumina em bolha e sem quaisquer aglomerados de grãos.

Tabela 11-2. Resultados dos testes de retificação.

Esses resultados demonstram a viabilidade da produção e uso de uma roda de retificação de alimentação por fluência das dimensões testadas, sem uso de um material de enchimento de porosidade aberta, tal como alumina em bolha.

Exemplo 12 A distribuição de tamanhos do aglomerado foi comparada, antes e depois da moldagem de rodas de retificação abrasivas da invenção, para examinar a integridade e a resistência mecânica dos aglomerados nos processos de produção de rodas abrasivas. A distribuição de tamanhos do a-glomerado foi depois comparada com a distribuição de tamanho dos grãos abrasivos dos grãos usados para produzir os aglomerados, para confirmar que os aglomerados compreendiam ainda vários grãos abrasivos, após moldagem das rodas de retificação.

Os aglomerados (amostras de nos 63, 64, 65) foram preparados como descrito no Exemplo 2, exceto que a temperatura foi mantida constante a 1,200°C (para as amostras 63 e 64) ou a 1.300°C (amostra 65). Adicionalmente, um aparelho calcinador rotativo (modelo Bartlett-Snow®), produzido pela Alstom Power, Naperville, IL, equipado com um tubo de liga metálica de alta temperatura proprietário de diâmetro interno de 16,5 cm (6,5 pol.), comprimento de 305 cm (120 pol.), tendo um comprimento aquecido de 183 cm (72 pol.) com quatro zonas de controle de temperatura, foi usado. O processo de aglomeração foi conduzido sob condições atmosféricas, com uma velocidade de rotação do tubo do aparelho de 9 rpm, um ângulo de inclinação do tubo de 2,5 graus, e uma vazão de alimentação de 10 -14 kg/hora. O aparelho usado era substancialmente idêntico ao aparelho ilustrado na Figu- ra 1.

As amostras de aglomerado 63, 64 e 65 foram produzidas com grãos abrasivos, obtidos da Saint-Gobain Ceramics and Plastics, Inc., e diferentes materiais aglutinantes, como descrito na Tabela 12-1 abaixo.

Tabela 12-1. Composições dos aalomerados.

As rodas experimentais foram misturadas e moldadas no tamanho e na forma descritos no Exemplo 10, usando uma composição agluti-nante vitrificada em pó e aglutinante líquido 3. A composição aglutinante u-sada para as rodas contendo os aglomerados 63 e 64 corresponderam ao material aglutinante C, e para as rodas contendo o aglomerado 65 corresponderam ao material aglutinante E, descritos na Tabela 2. As porcentagens em volume dos aglomerados, aglutinante e porosidade são descritas na Tabela 12-2 abaixo.

Após moldagem das rodas sob pressão para obter uma roda "verde", e antes da queima dessas rodas moldadas, os materiais aglutinantes da roda foram lavados da estrutura da roda verde com água corrente e os aglomerados e os grãos abrasivos foram recuperados. O tamanho dos aglomerados e grãos recuperados foram determinados por peneiramento deles em uma série de malhas de tamanhos de peneira U.S. e medida da fração ponderai de cada tamanho de peneira. Os resultados são apresentados na Tabela 12-2 abaixo para as rodas produzidas em três diferentes especificações.

Tabela 12-2 - Distribuição dos tamanhos de aglomerados Os ciados da Tabela 12-2 demonstram a partir das dimensões médias dos aglomerados sinterizados (antes e depois de processamento) que os vários grãos abrasivos foram retidos nos aglomerados sinterizados, após terem sido moldados para formar uma roda de retificação. Ainda que o tamanho inicial dos aglomerados tivesse sido reduzido por um pequeno percentual (por exemplo, uma queda de 998 a 824 μιτι, ou uma redução de 17%, para a amostra 12-1), a maior dos aglomerados mantiveram o tamanho inicial deles. A distribuição das frações ponderais, após peneiramento de cada amostra, é apresentada nas Tabelas 12-2a, 12-2b e 12-2c, abaixo, para as amostras 12-1,12-2 e 12-3, respectivamente.

Tabela 12-2a. Distribuições dos tamanhos de oartícula oara a amostra 12-1.

Os dados na Tabela 12-2a mostram que os grãos únicos maiores na distribuição de tamanhos da amostra de grãos iniciais são de um tamanho de 425 μιτι. Os dados de distribuição de tamanho dos aglomerados iniciais mostram que todos os aglomerados são maiores que 425 μηπ. Após moldagem e lavagem, os aglomerados comprimidos retidos são todos maiores que 300 μητι, e 91,4% em peso dos aglomerados são maiores que o grão único maior (425 μιη), confirmando a retenção dos vários grãos nos aglomerados sinterizados, após moldagem de uma roda de retificação compreendendo os aglomerados sinterizados.

Tabela 12-2b. Distribuições dos tamanhos de partícula para a amostra 12-2.

Os dados na Tabela 12-2b mostram que os grãos únicos maiores na distribuição de tamanhos da amostra de grãos iniciais são de um tamanho de 425 pm. Os dados de distribuição de tamanho dos aglomerados iniciais mostram que 99,8% em peso dos aglomerados são maiores que 425 μηη. Após moldagem e lavagem, os aglomerados comprimidos retidos são todos maiores que 300 μηπ, e 91,4% em peso dos aglomerados são maiores que o grão único maior (425 pm), confirmando a retenção dos vários grãos após moldagem.

Tabela 12-2e. Distribuições dos tamanhos de Dartícula Dara a amostra 12-3 Os dados na Tabela 12-2c mostram que os grãos únicos maiores na distribuição de tamanhos da amostra de grãos iniciais são de um tamanho de 425 μηη. Os dados de distribuição de tamanho dos aglomerados iniciais mostram que 97,5% em peso dos aglomerados são maiores que 425 pm. Após moldagem e lavagem, os aglomerados comprimidos retidos são todos maiores que 300 pm, e 89,9% em peso dos aglomerados são maiores que o grão único maior (425 pm), confirmando a retenção dos vários grãos após moldagem.

Esses resultados demonstram que os aglomerados produzidos de acordo com a invenção têm uma resistência mecânica suficiente para suportar as operações de moldagem e manuseio das rodas abrasivas comerciais. Os grãos abrasivos presentes na roda moldada mantêm uma estrutura tridimensional, característica dos aglomerados dos grãos abrasivos iniciais. Um grande percentual (isto é, pelo menos 85% em peso) dos aglomerados mantém os vários grãos abrasivos em uma forma tridimensional de aproximadamente o mesmo tamanho que o tamanho inicial dos aglomerados sinterizados, após manuseio e moldagem.

Exemplo 13 As estruturas das rodas de retificação abrasivas produzidas com os aglomerados da invenção foram comparadas, com uso de um microscópio eletrônico de varredura, com as estruturas das rodas de retificação comparativas. As rodas comparativas foram produzidas sem os aglomerados, mas compreendendo os mesmos grãos abrasivos e materiais aglutinantes nos mesmos percentuais em volume de grão, aglutinante e porosidade como as rodas de retificação da invenção.

Os aglomerados (amostra n° 60) foram preparados como descrito no Exemplo 10, exceto que a temperatura foi mantida constante a 1.150°C. A amostra de aglomerado 66 foi produzida com 68,04 kg (150 Ib) de grãos abrasivos (grãos de alumina 32A de tamanho de grão 80, obtidos da Saint-Gobain Ceramics and Plastics, Inc., e 4,64 kg (10,23 Ib) de material aglutinante C (produzindo 6,82% em peso de material aglutinante no aglomerado sinterizado). O material aglutinante foi disperso no aglutinante 3 (1,701 kg; 3,75 Ib), antes da adição ao grão.

As rodas experimentais foram produzidas como descrito no E-xemplo 10, a partir da amostra de aglomerado 66. As rodas comerciais comparativas, marcadas como 32A80L8VFL, obtidas da Saint-Gobain Ceramics and Plastics, Inc., foram selecionadas para comparação.

Uma fotografia de uma seção transversal de cada roda foi tirada a um aumento de 40X. Essas fotografias são mostradas nas Figuras 2 (roda experimental com aglomerados) e 3 (roda comparativa sem aglomerados). Pode-se notar que os aglomerados e os poros são moldados e dimensionados irregular e aleatoriamente. A roda comparativa apresenta uma estrutura mais ordenada e regular. É possível observar dois tipos de poros nas rodas produzidas com os aglomerados: poros entre os aglomerados e poros entre os aglomerados maiores aparecendo como canais distintos entre os aglomerados. Do teste de permeabilidade das rodas experimentais, foi possível es- tabelecer que os poros formados entre os aglomerados sâo interligados e tornam toda a roda permeável a fluidos. Desse modo, as rodas de retificação abrasivas da invenção apresentam uma porosidade, que inclui uma grande quantidade de porosidade interligada (isto é, pelo menos 30% em volume de porosidade interligada) e, de preferência, uma distribuição de porosidade bimodal. As rodas de retificação abrasivas da invenção são caracterizadas por uma estrutura composta mais aberta do que as rodas de retificação convencionais.

Como pode-se observar das Figuras 2 e 3, a dimensão máxima dos poros entre os aglomerados é cerca de 2 - 20 vezes maior do que a dimensão máxima dos poros entre os aglomerados. A relação exata do tamanho de poro depende da composição das rodas. A relação de 2 - 20 se aplica a essas rodas produzidas com uma faixa de cerca de 8 -10 por cento em volume de aglutinante, e um tamanho de grão abrasivo médio de cerca de 260 mícrons. Em geral, para as rodas abrasivas da invenção, à medida que o percentual em volume de aglutinante aumenta a partir dessa faixa, os poros entre os aglomerados ficam menores, mas os poros entre os aglomerados mantêm uma dimensão máxima aproximadamente equivalente à dimensão máxima dos grãos abrasivos usados nos aglomerados. À medida que o percentual em volume do aglutinante diminui dessa faixa, os poros entre os aglomerados ficam relativamente maiores, mas os poros entre os aglomerados mantêm uma dimensão máxima aproximadamente equivalente à dimensão máxima dos grãos abrasivos usados nos aglomerados.

Em outros exames microscópicos das rodas produzidas com aglomerados, particularmente, com aglomerados contendo pelo menos 6% em peso de material aglutinante, observou-se que aumentando-se o percentual em peso do material aglutinante adicionado, resulta em uma estrutura de roda tendo poros entre os aglomerados muito menores. Por exemplo, com um % em peso de material aglutinante maior e um % em volume de aglutinante maior, a relação de tamanhos pode ser cerca de 20 - 200 vezes maior para os poros entre os aglomerados do que para os poros dentro dos aglomerados. Acredita-se que o material aglutinante adicionado aos aglome- rados é retirado para a área intersticial dos aglomerados durante mistura, moldagem da porosidade interna dos aglomerados e provocando, eventualmente, uma perda da distribuição de poros bimodal.

Exemplo 14 Os aglomerados sinterizados foram preparados por um processo em batelada em estufa, a partir dos materiais descritos na Tabela 14-1. O grão abrasivo foi um grão de alumina 38A de tamanho de grão 100 (0,173 mm), obtida da Saint-Gobain Ceramics and Plastics, Inc., Worcester, MA. Tahfila 14-1 Comnosicão de aalomerados sinterizados Na primeira etapa de formação das partículas aglomeradas, os grãos abrasivos e as partículas de cascas de nozes foram misturados em um misturador Hobart® (modelo de laboratório N-50). Essa mistura foi molhada subsequentemente com uma quantidade eficaz de líquido orgânico (uma mistura de 40% em peso de cola animal líquida, 30% em peso de ácido maléico em pó e 30% em peso de água), para aderir o material aglutinan-te em pó aos grãos. Após molhamento dessas partículas, uma mistura em pó contendo os componentes do material aglutinante (uma composição aglu-tinante vitrificada tendo a composição queimada mostrada acima como "material aglutinante A") foi adicionada e misturada. O material aglutinante aderido às partículas molhadas e essa mistura foi depois espalhada aleatoriamente por um bloco de material fibroso de queima cerâmico. A mistura foi queimada a 1.230°C por quatro horas em um forno elétrico. Após queima, os aglomerados sinterizados foram obtidos da mistura queimada por esmagamento da mistura em um pilão com um soquete. Os aglomerados sinterizados foram dimensionados em três tamanhos com peneiras de teste de padrão U.S. montadas em um aparelho de peneiramento vibratório (Ro-Tap; modelo RX-29; W. S. Tyler Inc. Mentor, OH). A densidade compactada solta (LPD) dos aglomerados sinterizados foi medida pela procedimento de padrão nacional norte-americano para Densidade Aparente de Grãos Abrasivos.

Após o processo de dimensionamento, os aglomerados sinterizados apresentaram formas tridimensionais (variando entre triangular, cúbica, retangular e várias outras formas geométricas) e apresentaram tamanhos e LPDs mostrados na Tabela 14-2.

Tabela 14-2. Aglomerados sinterizados dimensionados Outros aglomerados foram produzidos por ligeiras variações desse processo. As variações incluíram as seguintes. A mistura preparada foi peneirada a úmida em peneiras tipo caixa (8 a 12 mesh) em bandejas. O material peneirado foi depois seco ao ar ou em estufa. O material foi alimentado a blocos fibrosos cerâmicos. Os blocos fibrosos cerâmicos contendo o material foram queimados em fornos cíclicos ou túnel, sob condições de queima variando de 1.225 a 1.280°C para tempos variando de 30 a 360 minutos. O material queimado foi removido dos blocos fibrosos cerâmicos e processados em um britador de rolo, para quebrar o material em aglomerados. O material moído foi dimensionado na faixa desejada usando um aparelho Ro-Tap.

Rodas abrasivas As rodas acabadas foram de um tamanho de 7,6 x 1,34 x 3,2 cm (3,0 x 0,525 x 1,25 pol.). A composição (% em volume das rodas queima- das), a densidade, a permeabilidade ao ar, o grau e as propriedades de módulo das rodas são descritas na Tabela 14-3.

TahAla 14-3 Rndas abrasivas a. Os aglomerados continham 97% em peso de grão de alumina 38A de tamanho de grão 100 e 3% em peso de material aglutinante A e foram peneirados a um tamanho de partícula de -40/+60 mesh (250 a 425 μηι). b. A permeabilidade a fluido foi medida pelos métodos de teste descritos nas patentes U.S. 5.738.696 e 5.738.697, cedidas à Norton Com-pany. Os valores de permeabilidade ao ar relativa são expressos em cm3 / segundo / centímetro (polegada) de unidades de água. (Um bocal de tamanho A 2.2 foi usado no aparelho). c. A uma % em volume de grãos abrasivos, as rodas comparativas continham um maior % em volume de grãos abrasivos (isto é, mais 1 -3% em volume) do que as rodas experimentais produzidas com 36 - 40% em volume de grãos aglomerados, material aglutinante e porosidade interna dos aglomerados. O aglutinante usado para as amostras de roda 1, 2 e 3 da invenção foi um material aglutinante vitrificado tendo a composição molar queimada do material aglutinante B da Tabela 2 acima. O aglutinante usado na a-mostra de roda comparativa tinha a composição molar queimada de material aglutinante A da Tabela 2. A mistura de aglomerados sinterizados e aglutinante das amostras 1, 2 e 3 da invenção foi agitada em um misturador Hobart, enchida em moldes, prensada a frio e queimada a uma temperatura máxima de 735°C por 4 horas, para formar a roda de retificação. A amostra de roda comparativa foi produzida por mistura dos componentes aglutinantes vitrificados com os grãos abrasivos no misturador Hobart. O grão abrasivo usado na amostra comparativa foi um grão de alu-mina 38A de tamanho de grão 100 (125 μιη), obtido da Saint-Gobain Cera-mics and Plastics, Inc., Worcester, MA. Após agitação, a mistura foi moldada, prensada e queimada a 1.230°C por 4 horas, para formar a roda de retificação.

Teste de retificação 14-A

As rodas da invenção e as rodas comparativas foram testadas em um teste de retificação de alimentação por fluência de diâmetro interno, usando as seguintes condições.

Condição de retificação: Máquina: Retificador OD/ID, Heald CF

Modo: ferramenta por alimentação por fluência de diâmetro interno (ID) Velocidade da roda: 6.319 rpm; 25 m/s (4,968 pés superficiais por minuto Velocidade da peça: 20 rpm Modo de retificação: êmbolo de retificação na mesma direção de ID Velocidade de avanço: 0,64 mm (0,025 pol.) /1,27 mm (0,050 pol.) em diâmetro Refrigerante: Trim E210, relação de 5% com água de poço deionizada, 34 L/min (9 galões/minuto) Material da peça a retificar: aço 52100 de ID de 10,2 cm (4 pol.), canal de 1 cm (0,250 pol.), dureza Rc 62,0 Desbaste rotativo: AX1440, comp. 0,0013 cm (0,0005 pol.), canal 0,013 cm (0,05 pol.), 2.600 rpm Nesses ensaios de retificação, as taxas de remoção de material máximas (MRR) na queima inicial da peça a retificar (ou falha da roda inicial) foram medidas e os resultados observados. Os resultados desses testes de retificação são mostrados na Tabela 14-4.

Tabela 14-4. Resultados dos testes de retificação Os resultados mostram que as rodas de retificação produzidas de acordo com a invenção eram superiores em MRR às rodas de retificação comparativas mais próximas, e o desempenho superior não provocou uma diminuição excessiva de potência (energia específica W.S/mm2) ou dano à superfície da peça a retificar. As rodas experimentais também mostraram aperfeiçoamentos na relação G e no índice de retificação. Além do mais, o tamanho de grão dos grãos usados nos aglomerados sinterizados das rodas da invenção foi menor do que o tamanho do grão dos grãos utilizados na roda comparativa. Com todas as outras variáveis sendo mantidas iguais, um menor tamanho de grão produz uma relação G e um índice de retificação inferiores. Desse modo, o desempenho superior das rodas da invenção é significativo e inesperado.

Teste de retificação 14-B

Uma segunda série de ensaios de retificação foi conduzida com o mesmo grupo de amostras de roda, sob as seguintes condições de retificação superficial, usando aço 4340 como a peça a retificar.

Condições de retificação: Máquina: Brown & Sharp Micr-a-size Grinder Modo: retificação em alimentação por fluência superficial Velocidade da roda: 6.000 rpm Velocidade da mesa: 0 Alimentação para baixo: 1.270 mm Avanço: 1.270 rpm Refrigerante: Trim VPH 210, relação 1:20 com água de poço deionizada, 34 L/min (9 galões/minuto) Material da peça a retificar: aço 4340, dureza Rc 51, comprimento de 95,4 mm, largura de 203,2 mm Desbaste: ferramenta de diamante de ponta única, comp. de 0,025 mm, velocidade de 254 mm/min Tabela 14-5. Resultados dos testes de retificação (média de ensaios múlti- nlns^ * A relação G e a capacidade de retificação não puderam ser medidas para esse ensaio.

Os resultados mostram que as rodas de retificação, produzidas de acordo com a invenção, foram superiores em relação G e índice de retificação às rodas de retificação comparativas mais próximas, e o desempenho superior não provocou uma diminuição excessiva de potência ou dano à superfície da peça a retificar.

Exemplo 15 Rodas abrasivas adicionais foram produzidas a partir de aglomerados sinterizados, preparados de acordo com o processo do Exemplo 14, exceto que diferentes tipos de grãos abrasivos e materiais aglutinantes foram usados nas amostras de aglomerados sinterizados. As composições dos aglomerados e das rodas abrasivas são apresentadas na Tabela 15-1. Nas rodas da invenção, os materiais aglutinantes vitrificados foram selecionados para que tenham uma temperatura de fusão pelo menos 150°C mais alta do que a temperatura de fusão dos materiais aglutinantes nos aglomerados usados para produzir as rodas.

Todos os aglomerados sinterizados continham 3% em peso de material aglutinante e 97% em peso de grãos e foram peneirados a um ta- manho de partícula de -20/+45 malhas (tamanho de peneira padrão U.S.) (355 a 840 pm).

As rodas acabadas foram de um tamanho de 17,8 x 1,27 x 3,2 cm (7,0 x 0,50 x 1,25 in). A composição (% em volume das rodas queimadas), a densidade, a permeabilidade ao ar, o grau e as propriedades de módulo das rodas são descritas na Tabela 15-1. O aglutinante para as rodas experimentais tinham uma composição molar de material aglutinante B da Tabela 2 e as rodas produzidas com esse aglutinante foram queimadas a 735°C por 4 horas. As rodas comparativas foram produzidas com um aglutinante vitrificado tendo a composição molar do material aglutinante C da Tabela 2 e essas rodas foram queimadas a 900°C por 8 horas. As rodas comparativas, produzidas sem aglomerados sinterizados, continham 40% em volume de grãos abrasivos e 10,26% em volume (dureza de grau H) ou 6,41% em volume (dureza de grau F) de aglutinante vitrificado.

Tabela 15-1. Aglomerados e rodas abrasivas Continuação... a) a 40% em vol. de grãos abrasivos, as rodas das amostras comparativas continham uma maior porcentagem em volume de grãos (isto é, cerca de 2 - 3% em volume a mais) do que as rodas da invenção produzidas com 40% de grãos aglomerados, material aglutinante porosidade interna dos aglomerados. b) a permeabilidade a fluido (ar) foi medida pelos métodos de teste descritos nas patentes U.S. 5.738.696 e 5.738.697, cedidas à Norton Company. Os valores de permeabilidade ao ar relativa são expressos em cm3/segundo/centímetro (polegada) de unidades de água. (Um bocal de tamanho A 2.2 foi usado.) As propriedades dessas rodas, especialmente os valores de permeabilidade ao ar dentro de um grau de roda único, demonstram um maior grau de porosidade interligada nas estruturas das rodas experimentais, produzidas de grãos abrasivos aglomerados, do que nas rodas comparativas, produzidas nos mesmos percentual em volume e grau com os mesmos grãos e materiais aglutinantes. Essa diferença estrutural foi observada em diferentes graus de dureza de roda, com diferentes tipos de grãos e aglu-tinante e para diferentes percentuais em volume dos componentes das rodas abrasivas.

Claims

1) - “MÉTODO DE AGLOMERAÇÃO DE GRÃOS ABRASIVOS”, caracterizado por compreender as etapas de: a) alimentação de grãos e um material aglutinante, selecionado do grupo que consiste essencialmente em materiais aglutinantes vitrificados, materiais vitrificados, materiais cerâmicos, aglutinantes inorgânicos, aglutinantes orgânicos, materiais aglutinantes orgânicos, materiais aglutinantes metálicos, água, solvente e suas combinações, em um forno de calcinação rotativo a uma taxa de alimentação controlada de 5 Kg/h a 910 kg/hora; b) rotação do forno a uma velocidade controlada de 0,5 a 10 rpm; c) aquecimento da mistura a uma taxa de aquecimento, determinada pela vazão de alimentação e velocidade do forno, a temperaturas de 145 a 1300°C; d) revolvimento da mistura no forno por 0,25 a 2,0 horas, até que o material aglutinante fique aderido aos grãos e uma pluralidade de grãos fique aderidos entre si, para criar uma pluralidade de aglomerados sinterizados; e) recuperação dos aglomerados sinterizados do forno, com o que os aglomerados sinterizados têm uma forma inicial tridimensional, uma densidade de compactação solta de < 1,6 g/cm3 e compreendem uma pluralidade de grãos abrasivos.

2) - “MÉTODO DE AGLOMERAÇÃO DE GRÃOS ABRASIVOS”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda a etapa de fabricação de uma mistura uniforme de grãos abrasivos e de material aglutinante, e depois alimentação da mistura no forno de calcinação rotativo.

3) - “MÉTODO DE AGLOMERAÇÃO DE GRÃOS ABRASIVOS”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os aglomerados sinterizados serem duas a vinte vezes maiores em tamanho do que os grãos abrasivos.

4) - “MÉTODO DE AGLOMERAÇÃO DE GRÃOS ABRASIVOS”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o forno ser inclinado a um ângulo de 0,5 a 5 graus.

5) - “MÉTODO DE AGLOMERAÇÃO DE GRÃOS ABRASIVOS”, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por a taxa de alimentação da mistura ser ajustada de modo a ocupar de 8% a 12% em volume do forno.

6) - “MÉTODO DE AGLOMERAÇÃO DE GRÃOS ABRASIVOS”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os aglomerados sinterizados terem uma resistência ao esmagamento mínima de 0,5% a 50% de fração em um teste de compactação.

7) - “MÉTODO DE AGLOMERAÇÃO DE GRÃOS ABRASIVOS”, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por a mistura compreender ainda pelo menos um componente selecionado do grupo que consiste de grãos abrasivos secundários, materiais de enchimento, auxiliares de retificação, meios indutores de poros e suas combinações.

8) - “MÉTODO DE AGLOMERAÇÃO DE GRÃOS ABRASIVOS”, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por a mistura compreender ainda meios de indução de poros selecionados do grupo que consiste em esferas de vidro ocas, cascas de nozes moídas, esferas ocas ou contas de material plástico ou compostos orgânicos, partículas de vidro espumadas, mulita em bolha e alumina em bolha e suas combinações.

9) - “MÉTODO DE AGLOMERAÇÃO DE GRÃOS ABRASIVOS”, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por os grãos e o material aglutinante serem aquecidos a uma temperatura de 800eC a 1200°C no forno.

10) - “MÉTODO DE AGLOMERAÇÃO DE GRÃOS ABRASIVOS”, de acordo com a reivindicação 09, caracterizado por a temperatura ser efetiva em fazer o material aglutinante fundir e escoar, e a viscosidade do material aglutinante fundido ser de pelo menos 300 poises.

11) - “MÉTODO DE AGLOMERAÇÃO DE GRÃOS ABRASIVOS”, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por a mistura uniforme ser aglomerada para formar aglomerados verdes, e depois os aglomerados verdes serem alimentados em um forno de calcinação rotativo.

12) - “AGLOMERADOS SINTERIZADOS DE GRÃO ABRASIVO E UM MATERIAL AGLUTINANTE”, caracterizados por serem feitos pelo método compreendendo as mesmas etapas constantes dos itens “a”, “b”, “c”, “d” e “e”, definidos na reivindicação 1.

13) - “AGLOMERADOS SINTERIZADOS DE GRÃO ABRASIVO E UM MATERIAL AGLUTINANTE”, de acordo com a reivindicação 12, caracterizados por compreenderem ainda pelo menos um componente selecionado do grupo consistindo em grãos abrasivos secundários, materiais de enchimento, auxiliares de retificação, meios de indução de poros e suas combinações, tal como definido também na reivindicação 7.

14) - “AGLOMERADOS SINTERIZADOS DE GRÃO ABRASIVO E UM MATERIAL AGLUTINANTE”, de acordo com a reivindicação 12, caracterizados por compreenderem ainda a etapa de produção de uma mistura uniforme de grãos abrasivos e do material aglutinante, e depois alimentação da mistura ao forno de calcinação rotativo, tal como definido também na reivindicação 2.

15) - “AGLOMERADOS SINTERIZADOS DE GRÃO ABRASIVO E UM MATERIAL AGLUTINANTE”, de acordo com a reivindicação 12, caracterizados por terem uma dimensão de tamanho médio de duas a vinte vezes maior do que o tamanho médio dos grãos abrasivos, tal como definido também na reivindicação 3.

16) - “AGLOMERADOS SINTERIZADOS DE GRÃO ABRASIVO E UM MATERIAL AGLUTINANTE”, de acordo com a reivindicação 12, caracterizados por a faixa de tamanhos inicial dos aglomerados sinterizados ser de 200 a 3.000 micrômetros em diâmetro médio.

17) - “AGLOMERADOS SINTERIZADOS DE GRÃO ABRASIVO E UM MATERIAL AGLUTINANTE”, de acordo com a reivindicação 12, caracterizados por os grãos abrasivos serem grãos micro-abrasivos e a faixa de tamanhos inicial dos aglomerados sinterizados ser de 5 a 180 micrômetros em diâmetro médio.

18) - “AGLOMERADOS SINTERIZADOS DE GRÃO ABRASIVO E UM MATERIAL AGLUTINANTE”, de acordo com a reivindicação 12, caracterizados por o grânulo compreender de 30% a 88% em volume de porosidade.

19) - “AGLOMERADOS SINTERIZADOS DE GRÃO ABRASIVO E UM MATERIAL AGLUTINANTE”, de acordo com a reivindicação 18, caracterizados por até 75% em peso em volume da porosidade compreender porosidade interligada.

20) - “AGLOMERADOS SINTERIZADOS DE GRÃO ABRASIVO E UM MATERIAL AGLUTINANTE”, de acordo com a reivindicação 12, caracterizados por a densidade relativa dos aglomerados, conforme medido por uma técnica de deslocamento de fluido e expressa como uma relação do volume dos aglomerados para o volume aparente dos grãos abrasivos e do material aglutinante usados para produzir os aglomerados, ser um máximo de 0,7.