BRPI0616780B1 - ferramenta abrasiva ligada e método de produção da referida ferramenta - Google Patents
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Abstract
ferramenta abrasiva ligada e método de produção da referida ferramenta. a presente invenção refere-se a ferramenta abrasiva ligada que compreende uma mistura de grãos abrasivos e um componente de ligação. a mistura de grãos abrasivos compreende um grão abrasivo de alumina de sol-gel filamentar e grânulos de grão abrasivos aglomerados. a ferramenta abrasiva ligada compreendendo um aglomerado de abrasivo de alumina de solução coloidal de gel filamentar e grãos abrasivos não filamentares, e um componente de ligação é também descrito, o grão abrasivo de alumina de sol-gel filamentar tem uma razão de aspecto de comprimento para largura de seção transversal de mais do que 1,0. os grânulos de grão abrasivos aglomerados compreendem uma pluralidade de grãos abrasivos mantidos em uma forma tridimensional por um metarial de ligação. é também descrito um método de produção de tal ferramenta abrasiva ligada como descrito acima.
Description
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "FERRAMENTA ABRASIVA LIGADA E MÉTODO DE PRODUÇÃO DA REFERIDA FERRAMENTA".
Antecedentes da Invenção Em muitas operações de retifica (ou esmerilhagem), porosidade de ferramenta de retifica (ou esmerilhagem), particularmente porosidade de uma natureza permeável ou interligada, apefeiçoa eficácia da operação de retifica (ou esmerilhagem) e qualidade das peças a trabalhar sendo retificada (ou esmerilhada). Em particular, a percentagem em volume da porosidade interligada ou permeabilidade de fluido demonstrou ser um determinante significativo de desempenho de retifica (ou esmerilhagem) em ferramentas abrasivas. A porosidade interligada permite remoção de resíduo de retifica (ou esmerilhagem) (limalha de ferro) e passagem de fluido de resfriamento para dentro da roda denteada durante a retifica (ou esmerilhagem). Também, a porosidade interligada provê acesso a fluidos de retifica (ou esmerilhagem) tais como lubrificantes entre os grãos abrasivos de movimento e superfície de peça a trabalhar. Essas características são particularmente importantes nos processos de corte de profundidade e precisão moderna (por exemplo, retifica (ou esmerilhagem) de alimentação por deformação) para retifica (ou esmerilhagem) de alta eficácia onde uma grande quantidade de material é removida em uma passagem de mogem profunda sem sacrificar a precisão da dimensão da peça a trabalhar.
Exemplos de tais ferramentas abrasivas tendo uma estrutura muito aberta e permeável incluem ferramentas abrasivas ultilizando-se grãos abrasivos de tipo fibra ou alongados. Nas Patentes U.S. n05*. 5.738.696 e 5.738.697 descrevem métodos para a produção de abrasivos ligados utilizando-se grão abrasivos de tipo fibra ou alongados tendo uma razão de aspecto de pelo menos cerca de 5:1. Um exemplo de tais ferramentas abrasivas que empregam grãos abrasivos filamentares é atualmente comercialmente disponíveis sob a marca registrada ALTOS® da Saint-Gobain Abrasives em Worcester, MA.
Ferramentas abrasivas ALTOS® empregam grãos de cerâmica de alumina de sol-gel (Saint-Gobain Abrasives em Worcester, MA) com uma razão de aspecto média de cerca de 7,5:1, tais como Abrasivos Norton® TG2 ou TGX (aqui em seguida “TG2”), como um grão abrasivo filamentar. Ferramentas abrasivas ALTOS® são ferramentas de retifica (ou esmerilha-gem) permeáveis e altamente porososas que demonstraram ter altas taxas de remoção de metal, manutenção de forma aperfeiçoada e vida de roda denteada longa, juntamente com um risco grandemente reduzido de dano metalúrgico (vide, por exemplo, Norton Company Technical Service Bulletin, June 2002, “Altos High Performance Ceramic Aluminum Oxide Grinding Wheels”). Ferramentas abrasivas ALTOS® usam grãos abrasivos que incluem apenas o grão abrasivo filamentar, por exemplo, grão de TG2, para alcançar penetrabifidade estrutural máxima de acordo com as teorias de embalagem de fibra-fibra (vide, por exemplo, as Patentes U.S. n°®. 5.738.696 e 5.738.697, cujo conteúdo total é aqui incorporado por referência). Acredita-se em geral que mistura de grão de TG2 com uma quantidade significativa de outro não filamentar, tais como grãos, de tipo esfera ou comprometería a penetrabilidade estrutural ou comprometería acabamento de superfície de uma peça a trabalhar de metal. No entanto, grãos de TG2, embora muito duráveis, não sejam friáveis o suficiente para certas aplicações e grão de TG2 é mais dispendioso para fabricar do que a maioria dos grãos de forma de esfera ou como um bloco.
Portanto, há uma necessidade de desenvolver uma ferramenta abrasiva de custo mais eficaz, mais friável tendo características de desempenho similares ao desempenho de ferramentas abrasivas que empregam grãos abrasivos filamentares, tais como ferramentas abrasivas ALTOS®. Sumário da Invenção Verificou-se agora que ferramanetas abrasivas ligadas produzidas com uma mistura de um grão abrasivo de alumina de sol-gel filamentar ou um seu aglomerado, e grânulos de grão abrasivo aglomerados podem ter desempenho aperfeiçoado em relação àqueles produzidos com 100% de ou grão abrasivo de alumina de sol-gei filamentar ou grânulos de grão abrasivo aglomerados. Por exemplo, Requerentes verificaram que ferramentas abrasivas ligadas que incorporam uma ligação de TG2 ou um aglomerado de TG2, e grânulos de grão abrasivo de alumina aglomerados, têm uma estrutura permeável e altamente porosa, e mostram desempenho excelente em várias aplicações de retifica (ou esmerilhagem) sem comprometer a qualidade de acabamento de superfície. Com base nessa descrição, uma ferramenta abrasiva compreendendo uma mistura de grão abrasivo de alumina de sol-gel filamentar, ou um seu aglomerado, e grânulos de grão abrasivo a-glomerados, e um método de produção de tal ferramenta abrasiva são descritos aqui. Uma ferramenta abrasiva compreendendo um aglomerado de grão abrasivo de alumina de sol-gel filamentar e um método de produção de tal ferramenta abrasiva são também descritos aqui.
Em uma concretização, a presente invenção refere-se a uma ferramenta abrasiva ligada compreendendo uma mistura de grãos abrasivos, a um componente de ligação e pelo menos cerca de 35 por cento em volume de porosidade. A mistura de grãos abrasivos inclui um grão abrasivo de alumina de sol-gel filamentar ou um seu aglomerado, e grânulos de grão abrasivo aglomerados. O grão abrasivo de alumina de sol-gel filamentar tem uma razão de aspecto de comprimento para largura de seção transversal de mais do que cerca de 1,0. Os grânulos de grão abrasivo aglomerados incluem uma pluralidade de grãos abrasivos em uma forma tridimensional por um material de ligação.
Em uma outra concretização, a invenção refere-se a uma ferramenta abrasiva ligada compreendendo um aglomerado que incluí um grão abrasivo de alumina de sol-gel filamentar, um grão abrasivo não filamentar e um material de ligação; um componente de ligação; e pelo menos cerca de 35 por çento em volume de porosidade. O grão abrasivo não filamentar e grão abrasivo de alumina de sol-gel filamentar são mantidos em uma forma tridimensional pelo material de ligação. A presente invenção também Inclui um método de produção de uma ferramenta abrasiva ligada. No método, uma mistura de grãos abrasivos é formada, onde a mistura inclui um grão abrasivo de alumina de sol-gel filamentar, ou um seu aglomerado, e grânulos de grão abrasivo aglomerados, como descritos acima. A mistura de grãos abrasivos é então misturada com um componente de ligação. A mistura combinada de grãos abrasivos ( componente de ligação é modelada para formar um compósito modeladr incluindo pelo menos cerca de 35 por cento em volume da porosidade. C compósito modelado da mistura de grãos abrasivos e componente de liga ção é aquecido para formar a ferramenta abrasiva ligada. A invenção pode alcançar o desempenho desejado sem com prometer a qualidade de acabamento de superificie ou penetrabilidade estru tural do produto resultante. Ferramentas abrasivas que empregam uma mia tura de grão abrasivo de alumina de sol-gel filamentar, ou um seu aglomerado, e grânulos de grão abrasivo aglomerados, podem formar uma rede de fibra-fibra e ao mesmo tempo formar uma rede de não fibra, tal como ume rede pseudo-esfera-esfera, na mesma estrutura. As ferramentas abrasivas da invenção, tal como uma roda denteada abrasiva, têm uma estrutura porosa que é altamente permeável a fluxo de fluido, e têm desempenho de retifica (ou esmerilhagem) excepcionalmente boa com altas taxas de remoção de metal. Desempenho das ferramentas abrasivas da invenção pode ser talhada para aplicações de retifica (ou esmerilhagem) por ajuste de conteúdo de mistura de grãos para maximizar ou friabilidade ou resistência para equilibrar as duas. Alta permeabilidade das ferramentas abrasivas da invenção é particularmente vantajosa em mistura com altas taxas de remoção de metal, mi-nimização da geração de calor na zona de retifica (ou esmerilhagem), e assim a produção de vida de roda denteada mais longa e redução de risco de dano metalúrgico.
Breve Descrlcão do Desenho A figura é uma imagem de microscopia eletrônica de varredura (SEM) do aglomerado de 75% de grãos abrasivos Norton® TG2 e 25% de grãos abrasivos Norton® 38A para uma ferramenta abrasiva ligada da invenção.
Descricâo Detalhada da Invenção O exposto acima e outros objetos, características e vantagens da invenção estarão evidentes a partir da seguinte descrição mais particular de concretizações preferidas da invenção, como ilustrado nos desenhos anexos.
Uma ferramenta abrasiva ligada da presente invenção tem uma estrutura permeável, muito aberta tendo porosidade interligada. A ferramenta abrasiva ligada tem pelo menos cerca de 35% de porosidade, de preferência cerca de 35% a cerca de 80% em volume de porosidade da ferramenta. Em uma concretização preferida, pelo menos cerca de 30% em volume da porosidade total é porosidade interligada. Portanto, as ferramentas abrasivas ligadas da invenção têm alta porosidade interligada, e são particularmente adequadas para os processo de corte profundo e precisão moderna, tal como retifica (ou esmerilhagem) de alimentação de deformação. Aqui, o termo "porosidade interligada" refere-se à porosidade da ferramenta abrasiva que consistindo nos interstícios entre partículas de grão abrasivo ligado que estão abertas para dar o fluxo de um fluido. A existência de porosidade interligada é tipicamente confirmada por introdução medidadamente da permeabilidade da ferramenta abrasiva no fluxo de ar ou água sob condições controladas, tais como nos métodos de teste descritos nas Patentes U.S. n0**. 5.738.696 e 5.738.697, cujos ensinamentos totais são incorporados aqui por referência.
Aqui, o termo grão abrasivo “filamentar” é usado para referir-se a grão abrasivo de cerâmica filamentar tendo uma seção transversal em geral consistente ao longo de seu comprimento, onde o comprimento é maior do que a dimensão máxima da seção transversa. A dimensão da seção transversa pode ser tão alta quanto cerca de 2 mm, de preferência abaixo de cerca de I mm, mais de preferência abaixo de cerca de 0,5 mm. O grão abrasivo filamentar pode se reto, inclinado, curvado ou torcido de modo que o comprimento seja medido ao longo do corpo ao invés de necessariamente em uma linha reta. De preferência, o grão abrasivo filamentar para a presente invenção é curvado ou torcido. O grão abrasivo filamentar para a presente invenção tem uma razão de aspecto de mais do que 1,0, de preferência peto menos 2:1, e com mais preferência pelo menos cerca de 4:1, por exemplo, pelo menos cerca de 7:1 e em uma faixa de entre cerca de 5:1 e cerca de 25:1. Aqui, a “razão de aspecto” ou a “razão de aspecto de comprimento para seção transversal” refere-se à razão entre o comprimento ao longo da dimensão principal e mais longa e a extensão maior do grão ao longo de qualquer dimensão perpendicular à dimensão principal. Onde a seção transversal é outra que não redonda, por exemplo, poligonal, a medição mais longa perpendicular à direção longitudinal é usada na determinação na razão de aspecto.
Aqui o termo “grânulos de grão abrasivo aglomerados” ou "grão aglomerado” refere-se a grânulos tridimensionais compreendendo grão a-brasivo e um material de ligação, os grânulos tendo pelo menos 35% em volume de porosidade. A não ser que grãos filamentares sejam descritos como a formação da totalidade ou parte do grão nos grânulos, os grânulos de grão abrasivo aglomerados consistem em grão abrasivo de forma de esfera ou com uma forma de bloco tendo uma razão de aspecto de cerca de 1,0. Os grânulos de grão abrasivo aglomerados são exemplificados pelos aglomerados descritos na patente U.S. n°. 6.679.758 B2. As ferramentas abrasivas ligadas da invenção são produzidas com misturas de grãos compreendendo grão abrasivo filamentar, ou em forma livre e/ou forma aglomerada, juntamente com grânulos de grão abrasivo aglomerados compreendendo grão abrasivo de forma de esfera ou de forma de bloco tendo uma razão de aspecto de cerca de 1,0. Em uma alternativa, ferramentas da invenção são produzidas com grânulos de grão abrasivo filamentar aglomerados contendo grão abrasivo de forma de esfera ou de forma de bloco tendo uma razão de aspecto de cerca de 1,0. Cada uma dessas ferramentas opcionalmente podem incluir na mistura de grãos de um ou mais grãos abrasivos secundários em forma livre.
Em uma concretização, a mistura compreende o grão abrasivo de alumina de sol-gel filamentar e grânulos de grão abrasivo aglomerados. Nessa concretização, a mistura inclui cerca de 5-90%, de preferência cerca de 25-90%, mais de preferência cerca de 45-80% em peso do grão abrasivo de alumina de sol-gel filamentar com relação ao peso total da mistura. A mistura ulteriormente inclui cerca de 5-90%, de preferência cerca de 25-90%, mais de preferência cerca de 45-80% em peso, dos grânulos de grão abrasivo aglomerados. A mistura opcionalmente contém um máximo de cerca de 50%, de pre- ferêncla cerca de 25% em peso de grão abrasivo secundário que é nem c grão filamentar, nem o grão aglomerado. As quantidades selecionadas dc grão filamentar, o grão aglomerado e o grão abrasivo secundário opcional to· tal 100% em peso da mistura de grão usados nas ferramentas abrasivas de invenção. Grãos abrasivos secundários adequados para a mistura opciona com o grão filamentar e o grão aglomerado são descritos abaixo.
Em uma outra concretização, a mistura compreende um aglomerado do grão abrasivo de alumina de sol-gel filamentar e os grânulos de grão abrasivo aglomerados. O aglomerado do grão abrasivo de alumina de sol-gel filamentar compreende uma pluralidade de grãos do grão abrasivo de alumina de sol-gel filamentar e um segundo material de ligação. Os grãos abrasivos de alumina de sol-gel filamentares são mantidos em uma forma tridimensional pelo segundo material de ligação.
Opcionalmente, o aglomerado do grão abrasivo de alumina de sol-gel filamentar ulteriormente compreende um grão abrasivo secundário. O grão abrasivo secundário e grão abrasivo filamentar são mantidos em uma forma tridimensional pelo segundo material de ligação. O grão abrasivo secundário pode incluir um ou mais dos grãos abrasivos conhecidos na técnica para o uso nas ferramentas abrasivas, tais como os grãos de alumina, incluindo alumina fundida, alumaina de sol-gel sinterizada não filamentar, bauxita sinterizada, e similares, carbeto de silício, alumina-zircônia, aluminooxinitre-to, cérios, sulfóxido de boro, granada, perdenelra, diamante, incluindo diamante natural e sintético, nitreto de boro cúbico (CBN), e suas misturas. Exceto quando alumina de sol-gel sinterizada é usada, o grão abrasivo secundário pode ser de qualquer forma, incluindo formas de tipo filamento. De preferência, o grão abrasivo secundário é um grão grão abrasivo não filamentar.
As quantidades do grão abrasivo filamentar no aglomerado do grão abrasivo filamentar está tipicamente em uma faixa de cerca de 15-95%, de preferência cerca de 35- 80%, mais de preferência cerca de 45-75% em peso com relação ao peso total do aglomerado. A quantidade dos grãos abrasivos secundários no aglomerado do grão abrasivo filamentar está tipicamente em uma faixa de cerca de 5-85%, de preferência cerca de 5-65%, more de preferência cerca de 10*55% em peso com relação ao peso total do aglomerado. Como no caso das misturas do grão filamentar e grão aglomerado, grão secundário opcional pode ser adicionado ao grão filamentar aglomerado para formar a mistura de grão total nas ferramentas abrasivas da invenção. Uma vez que novamente, um máximo de cerca de 50%, de preferência cerca de 25% em peso, do grão abrasivo secundário opcional pode ser misturado com o aglomerado de grão filamentar para chegar na mistura de grão total usada nas ferramentas abrasivas. O grão abrasivo de alumina de sol-gel filamentar inclui policris-taís de alumina de sol-gel sinterizada. Alumina de sol-gel semeada ou não semeada pode ser incluída no grão abrasivo de alumina de sol-gel filamentar. De preferência, um grão abrasivo de alumina de sol-gel, filamentar é u-sado para a mistura de grãos abrasivos. Em uma concretização preferida, o grão abrasivo de alumina de sol-gel sinterizado inclui predominantemente cristais de alfa alumina tendo um tamanho de menos do que cerca de 2 micra, mais de preferência não mais do que cerca de 1-2 micra, ainda mais de preferência menos do que cerca de 0,4 micron.
Grãos abrasivos de alumina de sol-gel podem ser produzidos pelos métodos conhecidos na técnica (vide, por exemplo, as Patentes U.S. n“. 4.623.364; 4.314.827; 4.744.802; 4.898.597; 4.543.107; 4.770.671; 4.881.951; 5.011.508; 5.213.591; 5.383.945; 5.395.407; e 6.083.622, cujo conteúdo é aqui incorporado por referência.) Por exemplo, tipicamente eles são em geral produzidos por formulação de um gel de alumina hidratada que pode também conter quantidades variáveis de um ou mais modificadores de óxido (por exemplo, MgO, ZrOo ou óxidos de metal-terroso ou raros), ou materiais de semeadura/nucleação (por exemplo alfa-Al2beta3; P-Al203l gama-AI2O3,0C-Fe203 ou óxido de cromo), e então secagem e sinterização do gel (vide por exemplo, a Patente U.S. ne. 4.623.364).
Tipicamente, 0 grão abrasivo de alumina de sol-gel filamentar pode ser obtido por uma variedade de métodos, tal como por extrusão ou rotação de uma solução coloidal ou gel de alumina hidratada para formar grãos filamentares contínuos, secagem dos grãos filamentares assim obti- dos, corte, ou rompimento dos grãos filamentares para os comprimentos desejados e então queimia dos grãos filamentares até uma temperatura de, de preferência não mais do que cerca de 1500°C. Métodos preferidos para a produção do grão são descritos na Patente U.S. n°. 5.244.477, na Patente U.S. n°. 5.194.072 e na Patente U.S. n°. 5.372.620. Extrusão é mais útil para solução coloidal ou gel de alumina hidratada entre cerca de 0,254 mm e cerca de 1,0 mm de diâmetro que, depois da secagem e queima, são aproximadamente equivalentes no diâmetro àquele das aberturas de peneira usada para abrasivos de 100 grãos a 24 grãos, respectivamente. Rotação é mais útil para grãos filamentares dimensionados de menos do que cerca de 100 micra de diâmetro depois da queima. Géis mais adequados para a extrusão em geral tem um teor de sólido de cerca de 30-68%. O teor ótimo de sólido varia com o diâmetro do filamento a ser extrudado. Por exemplo, um teor de sólido de cerca de 60% é preferidio para grãos abrasivos filamentares tendo um diâmetro de queima de aproximadamente equivalente à abertura de peneira para um grão abrasivo triturado de 50 grãos. Se os grãos abrasivos de alumina de sol-gel filamentares são formados por rotação, é desejável adicionar cerca de 1% a 5% de um auxiliar de rotação de formação não vítrea, tal como óxido de polieti-leno, à solução coloidal a partir do qual o gel é formado a fim de prover viscosidade e propriedades de elasticidade desejáveis ao gel para a formação de grãos abrasivos filamentares. O auxiliar de rotação é extinguidos dos grãos abrasivos filamentares curante a calcinação ou queima.
Quando um grão abrasivo de alumina de sol-gel semeado, fila-mentar é usado para a mistura de grãos abrasivos, durante o processo de extrusão ou rotação de uma solução coloidal ou gel de alumina hidratada em grãos filamentares contínuos, uma quantidade eficaz de um material de semente cristalina que promove uma rápida conversão da alumina hidratada no gel em cristais de alfa alumina muito finos é de preferência adicionado. Exemplos do material de semente são como descritos acima. Várias formas desejadas podem ser geradas para grãos de gel extrudados por extrusão do gel através de matriz tendo a forma desejada para seção transversal dos grãos. Esses podem ser, por exemplo, de forma qua drada, de diamante, oval, tubular, ou de estréia. Em geral, no entanto, a seçãi transversal é redonda. Os grãos filamentares contínuos inicialmente formado: são de preferência rompidos ou cortados nos comprimentos da dimensão má xima desejada para a aplicação de retifica (ou esmerilhagem) pretendida. De pois dos grãos de gel filamentares foram formados como desejados, foran cortados ou foram triturados, e foram queimados se necessários, eles sã< convertidos em uma forma final de grãos abrasivos por queima controlada Em geral, uma temperatura para a etapa de queima está em uma faixa d< entre cerca de 1200°C e cerca de 1350°C. Tipicamente, tempo de queimí está em uma faixa de entre cerca de 5 minutos e 1 hora. No entanto, outras temperaturas e tempos podem também ser usados. Para grãos mais grossos do que cerca de 0,25 mm, é preferido preferir o material seco a cerca de 400 600°C de cerca de várias horas a cerca de 10 minutos a fim de remover os voláteis e água ligada restantes que podem causar craqueamento do grãos durante a queima. Particularmente para os grãos formados a partir de géis semeados, queima excessiva rapidamente causa grãos maiores para absorver na maioria de todos os grãos menores ligados a eles, desse modo diminuindo a uniformidade do produto sobre uma escala microestrutural.
Grânulos de grão abrasivo aglomerados para a mistura de grãos abrasivos na presente invenção são grânulos tridimensionais que incluem uma pluralidade de grãos abrasivos e um material de ligação. Os grânulos de grão abrasivo aglomerados têm uma dimensão média que é cerca de 2 a 20 vezes maior do que o tamanho do grão médio dos grãos abrasivos. De preferência, os grânulos de grão abrasivo aglomerados têm diâmetro médio em uma faixa de entre cerca de 200 e cerca de 3000 micrômeteros. Tipicamente, os grânulos de grão abrasivo aglomerados têm uma densidade de embalagem livre (LPD) de, por exemplo, cerca de 1,6 g/cc para o grão de tamanho de unidade de medida de lixa 120 (106 micra) e cerca de 1,2 g/cc para grão de tamanho de unidade de medida de lixa 60 (250 micra), e uma porosidade de cerca de 30 a 88%, em volume. Grânulos de grão abrasivo filamentar aglomerados produzidos com grão de TG2 têm uma densidade de embalagem livre de cerca de 1,0 g/cc. Para a maioria dos grãos, a densidade de embalagem livre do grão abrasivo aglomerado é cerca de 0,4 vez a densidade de embalagem livre do mesmo grão medido como livre, grão não aglomerado. Os grânulos de grão abrasivo aglomerados de preferência têm um falor de resistência a trituração mínima de cerca de 0,2 MPa.
Os grânulos de grão abrasivo aglomerados podem incluir um ou mais dos grãos abrasivos conhecidos como sendo adequados para o uso nas ferramentas abrasivas, tais como os grãos de alumina, incluindo alumina fundida, alumina sinterizada de sol-gel não filamentar, bauxita sinterizada, e similares; carbeto de silício; alumina-zircônia, incluindo alumina-zircônia co-funida e alumina-zircônina sinterizada; oxinireto de alumínio; sulfóxido de boro; granada; perdeneira; diamante, incluindo diamante sintético e natural; nitreto de boro cúbico (CBN); e suas misturas. Exemplos adicionais de grãos abrasivos adequados incluem grãos abrasivos de alumina de soi-gel sinteri-zados, não semeados que incluem alfa-alumina microcristalina e pelo menos um modificador de óxido, tais como óxidos de metal de terra-rara (por exemplo, Ce02, Dy203, ΕΓ2Ο3, EU2O3, Lâ203, Nd2Ü3, P^Oe, S1TI2O3, Yb2Ü3 e Gd203), óxidos de metal alcalinos (por exemplo, ü20, Na2Ü e K20), óxidos de metal alcalino-terroso (por exemplo, MgO, CaO, SrO e BaO) e óxidos de metal de transição (por exemplo, Hf02, Fe2Ü3, MnO, NiO, TIO2, Y2O3, ZnO e 2) (vide, por exemplo, as Patentes U.S. n08. 5.779.743, 4.314,827, 4.770.671, 4881.951, 5429.647 e 5.551.963, cujos ensinamentos totais são incorporados aqui por referência). Exemplos específicos dos grãos abrasivos de alumina de sol-gel sinterizados, semeados incluem aluminatos de terra-rara representados pela fórmula de LnMAInOis, em que Ln é um íon de metal trivalente tal como La, Nd, Ce, Pr, Sm, Gd, ou Eu, e M é um cátion de metal divalente tal como Mg, Mn, Ni, Zn, Fe, ou Co (vide, por exemplo, a Patente U.S. n°. 5.779.743). Tais aluminatos de terra-rara têm uma estrutura de cristal hexagonal, algumas vezes chamada de uma estrutura de cristal de plumbita de magneto. Uma variedade de exemplos de grânulos de grão a-brasivo aglomerados podem ser encontrados na Patente U.S. n°. 6.679.758 B2 e na publicação de pedido de Patente U.S. n°. 2003/0194954, cujos en- sinamentos totais são incorporados aqui por referência.
Qualquer tamanho ou forma do grão abrasivo pode ser usado. De preferência, o tamanho dos grânulos de grão abrasivo aglomerados para a mistura de grãos abrasivos é escolhida para minizar a perda na permeabilidade e porosidade da roda denteada. Tamanhos de grão adequados para o uso nos grânulos de grão abrasivo aglomerados variam de grossuras de lixas abrasivas regulares (por exemplo, maior do que cerca de 60 e até cerca de 7.000 micra) para grossuras de lixas microabrasivas (por exemplo, cerca de 0,5 a cerca de 60 micra), e misturas desses tamanhos. Para uma dada operação de retifica (ou esmerilhagem) abrasiva, pode ser desejável aglomerar grãos abrasivos com um tamanho de unidade de medida de lixa menor do que um grão abrasivo (não aglomerado) normalmente selecionados para essa operação de retifica (ou esmerilhagem) abrasiva. Por exemplo, abrasivo de tamanho de unidade de medida de lixa 80 aglomerado (180 micra) pode ser usado como substituto de abrasivo de unidade de medida de lixa 54 (300 micra), para abrasivo de unidade de medida de lixa 100 (125 micra) e unidade de medida de lixa 60 aglomerados (250 micra) e de unidade de medida de lixa 120 aglomerado (106 micra) para abrasivo de unidade de medida de lixa 80 (180 micra).
Um tamanho de aglomerado preferido para grãos abrasivos típicos varia de cerca de 200 a cerca de 3,000, mais de preferência cerca de 350 a cerca de 2.000, com mais preferência cerca de 425 a cerca de 1.000 micrômetros no diâmetro médio. Para o microgrão abrasivo, um tamanho de aglomerado preferido varia de cerca de 5 a cerca de 180, mais de preferência cerca de 20 a cerca de 150, com mais preferência cerca de 70 a cerca de 120 micrômeteròs no diâmetro médio.
Nos grânulos de grão abrasivo aglomerados para a invenção, grãos abrasivos estão tipicamente presentes a cerca de 10 a cerca de 95% em volume do aglomerado. De preferência, grãos abrasivos estão presentes a cerca de 35 a cerca de 95% em volume, mais de preferência cerca de 48 a cerca de 85% em volume do aglomerado. O restante do aglomerado compreende material aglutinante e poros.
Como com os grânulos de grão abrasivo aglomerados, um a-glomerado de grãos abrasivos de sol-gel filamentares para o uso na presente invenção são grânulos tridimensionais que incluem uma pluralidade de grãos abrasivos de sol-gel filamentares e um segundo material de ligação. De preferência, o aglomerado dos grãos abrasivos de sol-gel filamentares ulteriormente inclui um grão abrasivo secundário como descrito acima. Em um exemplo específico, o grão abrasivo secundário é não filamentar na forma, Em uma concretização, o aglomerado de grão abrasivo de sol-gel filamentar que inclui uma pluralidade de grãos do grão abrasivo de sol-gel filamentar e grão abrasivo secundário podem ser usados para a mistura de grãos abrasivos em mistura com os grânulos de grão abrasivo aglomerados. Em uma outra concretização, o aglomerado do grão abrasivo de sol-gel filamentar que inclui uma pluralidade de grãos do grão abrasivo de sol-gel filamentar e grão abrasivo secundário podem ser usados para um abrasivo para as ferramentas abrasivas da invenção sem combinar com os grânulos de grão abrasivo aglomerados. Características típicas dos aglomerados de grãos abrasivos de sol-gel filamentares são como discutidas acima para os grânulos de grão abrasivo aglomerados.
Por seleção de tamanhos de unidade de medida de lixa diferentes para as misturas do grão filamentar e do grão não filamentar, pode-se ajustar o desempenho de retifica (ou esmerilhagem) de ferramentas abrasivas contendo os grãos aglomerados. Por exemplo, uma ferramenta usada em uma operação de retifica (ou esmerilhagem) operada a uma taxa de remoção de material relativamente alta (MRR) pode ser produzida com um aglomerado de grão compreendendo um grão de alumina formado por bloco ou quadrado de unidade de medida de lixa 46 (355 micra) e um grão de TG2 de unidade de medida de lixa 80 (180 micra). De uma forma similar, ferramentas talhadas para altas operações de MRR podem conter aglomerados exatamente o grão de alumina em forma de bloco ou quadrado de unidade de medida de lixa 46 misturado com grãos não aglomerados, livres de grão de TG2 de unidade de medida de lixa 80. Em um outro exemplo, uma ferramenta usada em uma operação de retifica (ou esmerilhagem) que exige a- cabamento de superfície fina, controlado, sem arranhões sobre a superfície de peça a trabalhar, pode ser produzida com um aglomerado de grão compreendendo um grão de alumina em forma de bloco ou quadrado de unidade de medida de lixa 120 grit (106 micra) e um grão de TG2 de unidade de medida de lixa 80 (180 micra). Em uma concretização alternativa, ferramentas talhadas para operações de retifica (ou esmerilhagem) ou polimento de qualidade de superfície fina podem conter aglomerados de exatamente o grão de alumina em forma de bloco ou quadrado de unidade de medida de lixa 120 (106 micra) misturado com grãos não aglomerados, livres de grãos de TG2 de unidade de medida de lixa 80 (180 micra).
Qualquer material de ligação (ligação) tipicamente usado para ferramentas abrasivas ligadas na técnica pode ser usado para para o material de ligação dos grânulos de grão abrasivo aglomerados (aqui em seguida “o primeiro material de ligação”) e o segundo material de ligação do aglomerado de grãos abrasivo de sol-gel filamentares. De preferência, o primeiro e o segundo materiais de ligação são cada um incluem um material inorgânico, tais como materiais cerâmicos, materiais vitrificados, composições de ligação vitri-ficadas e suas misturas, mais de preferência materiais cerâmicos e vitrificados da espécie usada como sistemas de ligação para ferramentas abrasivas ligadas vitrificadas. Esses materiais de ligação vitrificados podem ser um vidro pré-queimado retificado (ou esmerilhado) para formar um pó (uma frita), ou uma mistura de várias matérias-primas tais como argila, feldspato, cal, bórax e soda, ou uma mistura de matérias-primas e fritas. Tais materiais se fundem e formam uma fase vítrea líquida a temperaturas que variam de cerca de 500 a cerca de 1400°C e molham a superfície do grão abrasivo para criar colunas de ligação no resfriamento, assim mantendo-se o grão abrasivo dentro de uma estrutura de compósito. Exemplos de materiais de ligação adequados para o uso nos aglomerados podem ser encontrados, por exemplo, na Patente U.S. n°. 6.679.758 B2 e na publicação de pedito de Patente U.S. n°. 2003/0194954. Materiais de ligação preferidos são caracterizados por uma viscosidade de cerca de 345 a 55.300 poise a cerca de 1180°C, e por uma temperatura de fusão de cerca de 800 a cerca de 1300°C.
Em uma concretização preferida, o primeiro e o segundo materiais de ligação são cada um índependentemente uma composição de ligação vitrificada compreendendo um composição de óxido queimada de Si02, B2O3, AI2O3, óxidos alcalino-terrosos e óxidos alcalinos. Um exemplo de composição de óxido queimadas inclui 71% em peso de Si02 e B2O3,14% em peso de Al203, menos do que 0,5% em peso de óxidos alcalino-terrosos e 13% em peso de óxidos alcalinos. O primeiro e 0 segundo materiais de ligação também podem ser um material cerâmico, incluindo sílica, silicatos de alcalino-terrosos, alcalinos mistos e alcalino-terrosos, silicatos de alumínio, silicatos de zircônio, silicatos hidratados, aluminatos, óxidos, nitretos, oxinitretos, carbetos, oxicarbetos e suas misturas e derivados. Em geral, 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 mistura com as estruturas cristalinas, particuiarmente em materiais cerâmicos em um estado não refinado. Materiais cerâmicos em um estado bruto, tais como argilas, cimentos e minerais, podem ser usados aqui. Exemplos de materiais cerâmicos específicos para 0 uso aqui incluem sílica, silicatos de sódio, mulita e outros silicatos de alumlno, zircônla-mulita, aluminato de magnésio, silicato de magnésio, silicatos de zircônio, feidspato, e outros silicatos de alumino aclalinos, espinélio, aluminato de cálcio, aluminato de magnésio e outros aluminatos alcalinos, zircônia, zlrcônia estabilizada com ítrio, magnésia, cáicia, óxido de cério, titânia, ou outros aditivos de terra-rara, talco, óxido de ferro, óxido de alumínio, boêmita, óxido de boro, óxido de cério, alumina-oxinitreto, nítreto de boro, nitreto de silício, grafite e misturas desses materiais cerâmicos.
Em geral, 0 primeiro e 0 segundo materiais de ligação são cada um independentemente usado em forma de pó e opcíonalmente, são adicionados a um veículo líquido para assegurar uma mistura homogênea, uniforme de material de ligação com grão abrasivo durante a fabricação dos aglomerados.
Uma dispersão de aglutinantes orgânicos é de preferência adicio- nada aos componentes de material de ligação de pó como auxiliares de mol dagem ou processamento. Esses aglutinantes podem incluir dextrinas, amido cola de proteína de animal e outros tipos de cola; um componente líquido, tais como água, solvente, viscosidade ou modificadores de pH; e misturação de auxiliares. Liso de aglutinantes orgânicos aperfeiçoa uniformidade de aglomerado, particularmente a uniformidade da dispersão de material de ligação nc grão, e a qualidade estrutural dos aglomerados pré-queimados ou verdes, bem como aquele da ferramenta abrasiva queimad contendo os aglomerados. Uma vez que os aglutinantes orgânicos são separados por queimação durante a queima dos aglomerados, eles não se tomam parte do aglomerado acabado nem da ferramenta abrasiva acabada. Um promotor de adesão inorgânico pode ser adicionado à mistura para aperfeiçoar adesão dos materiais de ligação ao grão abrasivo quando necessário aperfeiçoar a qualidade da mistura. O promotor de adesão inorgânica pode ser usado com ou sem um agluti-nante orgânico na preparação dos aglomerados.
Embora materiais de ligação de fusão em alta temperatura sejam preferidos nos aglomerados da invenção, o material de ligação pode também compreender outros aglutinantes inorgânicos, aglutinantes orgânicos, materiais de ligação orgânicos, materiais de ligação de metal e suas misturas. Material de ligação usados na indústria de ferramenta abrasiva como ligações para abrasivos ligados orgânicos, abrasivos revestidos, abrasivos ligados de metal e similares são preferidos. O material de ligação está presente a cerca de 0,5 a cerca de 15% em volume, mais de preferência cerca de 1 a cerca de 10% em volume, e com mais preferência cerca de 2 a cerca de 8% em volume do aglomerado. A % em volume de porosidade preferida dentro do aglomerado é tão alta quanto tecnicamente possível dentro das limitações de resistência mecânica do aglomerado necessárias para fabricar uma ferramenta abrasiva e moer com ela. Porosidade pode variar de cerca de 30 a cerca de 88% em volume. Uma porção (por exemplo, até cerca de 75% em volume) da porosidade dentro dos aglomerados está de preferência presente como porosidade interligada, ou porosidade permeável ao fluxo de fluidos, incluindo líquidos (por e- xemplo, retifica (ou esmerilhagem) de refrigerante e limalha de ferro) e ar. A densidade dos aglomerados podem ser expressos em numerosos meios, A densidade aparente dos aglomerados pode ser expressa como a LPD. A densidade relativa dos aglomerados pode ser expressa como uma percentagem de densidade relativa inicial, ou como uma razão da densidade relativa dos aglomerados para os componentes usados para produzir os aglomerados, levando em conta o volume de porosidade interligada nos aglomerados. A densidade relativa média inicial, expressa como uma percentagem, pode ser calculada por divisão da LPD por uma densidade teórica dos aglomerados assumindo porosidade de zero. A densidade teórica pode ser calculada de acordo com à regra volumétrica de método de misturas a partir da percentagem em peso e da gravidade específica do material de Igi-ação e do grão abrasivo contido nos aglomerados. Para os aglomerados úteis na invenção, uma percentagem máxima de densidade relativa é cerca de 50% em volume, com uma percentagem máxima de densidade relativa de cerca de 30% em volume sendo mais perferidos. A densidade relativa pode ser medida por uma técnica de volume de deslocamento de fluido de modo a incluir porosidade interligada e exclui porosidade de célula fechada. A densidade relativa é a razão do volume dos aglomerados medido por deslocamento de fluido para o volume do material usado para produzir os aglomerados. O volume dos materiais usados para produzir os aglomerados é uma medida do volume aparente com base nas quantidades e densidades de embalagem do grão abrasivo e material aglutinante usado para para produzir os aglomerados. Em uma concretização preferida, uma densidade relativa máxima dos aglomerados de preferência é cerca de 0,7, com uma densidade relativa máxima de cerca de 0,5 senso mais preferida.
Os aglomerados dos grãos abrasivos podem ser transformados por uma variedade de técnicas em numerosas formas e tamanhos. Essas técnicas podem ser realizadas antes, durante ou depois da queima do mistura de estágio (“verde") inicial de grão e material de ligação. A etapa de aque- cimento da mistura leva o material de ligação a funidr e fluir, assim aderindo o material de ligação ao grão e fixando o grão em uma forma aglomerada, é chamdo de queima, calcinação ou sinterização. Qualquer método conhecido na técnica para a aglcmerção de misturas de partículas pode ser usado para preparar os aglomerados abrasivos. Por exemplo, métodos descritos na Patente U.S. n°. 6,679.758 B2 e na publicação de pedido de patente N°. 2003/0194954, cujos ensinamentos totais são incorporados aqui por referência, podem ser usados.
Em uma concretização preferida, os aglomerados de grãos a-brasivos, tais como grânulos de grão abrasivo aglomerados sintetizados, são preparados pelas etapas de: i) introdução dos grãos abrasivos e do material de ligação em um forno de calcinação rotativo a uma taxa de alimentação controlada; ii) rotação do fomo a uma velocidade controlada; iii) aquecimento da mistura a uma taxa de aquecimento determinada pela taxa de alimentação e pela velocidade do forno para uma temperatura em uma faixa de entre cerca de 80°C e cerca de 1300°C; iv) tamboramento do grão e do material de ligação no forno até que o material de ligação aderir aos grão e uma pluralidade de grãos aderirem entre si para criar os grânulos aglomerados sinte-rizados; e v) recuperação dos grânulos aglomerados sinterizados a partir do forno. De preferência, os grânulos aglomerados sinterizados têm uma densidade de embalagem livre igual a ou menor do que cerca de 1,6 g/cc.
Em um exemplo do processo usado aqui para produzir aglomerados, a mistura incial de grão e o material de ligação são aglomerados antes da queima da mistura de modo a criar uma estrutura mecânica relativamente fraca chamado de um “aglomerado verde" ou “aglomerado pré-queimado". Nessse exemplo, o grão abrasivo e materiais de ligação podem ser aglomerados no estado verde por numerosas técnicas diferentes, por exemplo, em um peletizador de tina, e então introduzidos em um aparelho de calcinação rotativo para a sinterização. Os aglomerados verdes podem ser colocados sobre uma bandeja ou estante e queimados no forno, sem tamboramento, em um processo contínuo ou por batelada. O grão abrasivo pode ser transportado para dentro de um leito fluidizado, então foi molhado com líquido contendo o material de ligação para aderir o material de ligação ao grão, triado quanto ao tamanho do aglomerado, então queimado em um forno ou um aparelho de calcinação.
Peletízador de tina pode ser realizado por adição de grão a uma tijela misturadora, e medição de um componente líquido contendo o material de ligação (por exemplo, água, ou aglutinante orgânico e água) sobre o grão, com misturação, para aglomerá-los entre si. Uma dispersão líquida do material aglutinante, opcionalmente com um aglutinante orgânico, pode ser borri-fado sobre o grão, e então o grão revestido pode ser misturado para formar aglomerados. O aparelho de extrusão de baixa pressão pode ser usado para extrudar uma pasta de grão e material de ligação em tamanho e formas que são secas para formar aglomerados. Uma pasta pode ser produzida dos materiais de ligação e grão com uma solução de aglutinante orgânico, e extru-dada em uma forma desejada, por exemplo, partículas filamentares, com o aparelho e o método descritos na Patente U.S, n°. 4.393.021, cujos ensinamentos totais são incorporados aqui por referência.
Em um processo de granulação por via seca, uma folha ou bloco produzido de grão abrasivo embutido em dispersão ou pasta do material de ligação pode ser seco e então um compactador de rolos pode ser usado para romper o compósito de grão e material de ligação.
Em um outro método de produção de aglomerados verdes ou precursores, a mistura do material de ligação e do grão podem ser adicionados a um dispositivo de moldagem e a mistura moldada para formar formas e pastilhas precisas, por exemplo, do modo descrito na Patente U.S. n°. 6.217.413 B1, cujos ensinamentos totais são incorporados aqui por referência.
Em um segundo exemplo do processo útil aqui para a produção de aglomerados, uma mistura simples, de preferência uma mistura substancialmente homogênea, do grão e do material de ligação (opcionalmente com um aglutinante orgânico) é introduzida em um aparelho de calcinação rotativo (vide, por exemplo, a Patente U.S. n°. 6.679.758). A mistura é tratada em tambor a um rpm predeterminado e ao longo de uma inclinação predetermi- nada, com a aplicação de calor. Aglomerados são formados uma vez que ε mistura de material de ligação aquece, flui e adere ao grão. As etapas de queima e aglomeração são realizadas simultaneamente a taxas e volumes controlados de alimentação e aplicação de calor. A taxa de alimentação err geral é ajustada para fornecer um fluxo que ocupa aproximadamente de 8-12% em volume do tubo (isto é, a porção do forno) do aparelho de calcina-ção rotativo para manter a viscosidade dos materiais de ligação em um estado líquido a uma viscosidade de pelo menos cerca de 1.000 poise. Issc evita fluxo excessivo do material de ligação sobre a superfície do tubo e perda do material de ligação da superfície do grão abrasivo. O processo de a-glomeração para a aglomeração e queima dos aglomerados podem ser realizados em uma única etapa de processo ou em duas etapas separadas, de preferência, em uma única etapa de processo. Máquinas de calcinação rotativas adequadas podem ser obtidas a partir de Harper International, Buffalo, N.Y., ou da Alstom Power, Inc., Applied Test Systems, Inc., e outros fabricantes de equipmento. O aparelhe opcionalmente pode ser ajustado com dispositivos eletrônicos, dispositivos de detecção e controle no processo, um sistema de resfriamento, vários projetos de aparelho de alimentação e outros dispositivos opcionais.
Quando da aglomeração de grão abrasivo com materiais de ligação de temperatura de cura mais baixa (por exemplo, cerca de cerca de 80 a cerca de 500°C), um aparelho de forno rotativo equipado com uma secadora rotativa pode ser usada. A secadora rotativa fornece ar quente à extremidade da descarga do tubo para aquecer mistura de grão abrasivo, des-so modo curando o material de ligação e ligando-o ao grão, e desse modo aglomerar o grão abrasivo como ele é coletado a partir do aparelho. Como usado aqui, o termo “forno de calinação rotativo” é exemplifcado por tais dispositivos de secadora rotativa.
Em um terceiro exemplo do processo útil aqui para a produção de aglomerados, uma mistura do grão abrasivo, materiais de ligação e um sistema de aglutinante orgânico é introduzido em um forno, sem pré-aglo-meração, e é aquecido. A mistura é aquecida até uma temperatura suficien- temente alta para levar o material de ligação a se fundir, fluir e aderir ao grão, então é resfriada para produzir um compósito. O compósito é triturado e peneirado para produzir os aglomerados sinterizados.
Em um quarto exemplo, os aglomerados não são sinterizados antes da produção da ferramenta abrasiva, ao invés dos aglomerados “verdes” são moldados com material de ligação para formar um corpo de ferramenta e o corpo é queimado para formar a ferramenta abrasiva, Em um método preferido da reação desse processo, um material de ligação vitrificado alta viscosidade (quando fundido para formar um líquido) é usado para a-glomerar grão no estado verde. Os aglomerados verdes são secos no forno e são misturados com uma segunda composição de ligação vitrificada, de preferência de viscosidade mais baixa e foram moldados na forma de uma ferramenta abrasiva verde, Essa ferramenta verde é queimada a uma temperatura que seja eficaz para se fundir, mas para evitar fluxo de, material de ligação vitrificado de alta viscosidade. A temperatura de queima é selcionada ser suficientemente alta para fundir a composição de material de ligação em um vidro; desse modo aglomerando o grão, e causando a composição de ligação a fluir, ligar os aglomerados e formar a ferramenta. Não é essencial selecionar materiais de viscosidade diferente e materiais com fusão diferente ou temperaturas de fusão para realizar esse processo. Outras misturas de materiais de ligação e materiais ligação conhecidos na técnica podem ser usados nessa técnica para a produção de ferramentas abrasivas a partir dos aglomerados de estado verde.
As ferramentas abrasivas ligadas da invenção incluem em geral qualquer tipo de produto abrasivo convencional. Exemplos de tais produtos abrasivos convencionais incluem rodas denteadas de retifica (ou esmerilha-gem), rodas denteadas de corte e pedras de amolar, que são constituídos de um componente de ligação e uma mistura dos grãos abrasivo, ou um aglomerado de grãos abrasivos de sol-gel filamentares, como descritos acima. Métodos adequados para a produção de ferramentas abrasivas ligadas são descritos nas Patentes U.S. n08. 5.129.919, 5.738.696 e 5.738.697, cujos ensinamentos são incorporados aqui por referência.
Qualquer ligação normalmente usada em artigos abrasivos podem ser empregados na presente invenção. As quantidades da ligação e abrasivo variam tipicamente de cerca de 3% a cerca de 25% de ligação e cerca de 10% a cerca de 70% em volume de grão abrasivo da ferramenta. De preferência, a mistura de grãos abrasivos estão presentes na ferramenta abrasiva ligada em uma quantidade de cerca de 10-60%, mais de preferência cerca de 20-52% em volume da ferramenta. Também, qunado o aglomerado de grãos abrasivo de sol-gel filamentares é usado sem combinar com os grânulos abrasivos aglomerados, a quantidade do aglomerado de grãos abrasivo de sol-gel filamentares estão presentes na ferramenta abrasiva ligada em uma quantidade de cerca de 10-60%, mais de preferência cerca de 20-52% em volume da ferramenta. Uma quantidade preferida da ligação pode variar dependendo do tipo de ligação usado para a ferramenta abrasiva.
Em uma concretização, as ferramentas abrasivas da invenção podem ser ligadas com uma ligação de resina. Ligações de resina adequadas inclue resinas fenólicas, resinas de uréia-formaldeído, resinas de mela-mina-formaldeído, resinas de uretano, resinas de acrilato, resinas de poliés- ter, resinas de aminoplasto, resinas de epóxi, e suas misturas. Exemplos de tais ligações e técnicas de resina adequadas para a fabricação de tais ligações tais ligações podem ser encontradas, por exemplo, nas Patentes U.S. n°®. 6.251.149; 6.015.338; 5.976.204; 5.827.337; and 3.323.885, cujos ensinamentos são incorporados aqui por referência. Tipicamente, as resinas de ligação estão contidas nas composições das ferramentas abrasivas em uma quantidade de cerca de 3% · 48% em volume. Opcionalmente, aditivos tais como fibras, auxiliares de retifica (ou esmerilhagem), lubrificantes, agentes de umectação, tensoativos, pigmentos, corantes, agentes antiestáticos (por exemplo, negro-de-fumo, oxido de vanádio, grafite, etc.), agentes de acoplamento (por exemplo, silanos, titanatos, zircoaluminatos, etc.), plastifican- tes, agentes de suspensão e similares, podem ser ulteriormente adicionados nas ligações de resina. Uma quantidade típica dos aditivos é cerca de 0-70% em volume da ferramenta.
Em uma outra concretização, o componente de ligação da fer- ramenta compreende um material inorgânico selecionado do grupo que consiste em materiais de cerâmica, materiais vitrificados, composições de ligação vitrificadas e suas misturas. Exemplos de ligações adequadas podem ser encontrados nas Patentes U.S. n08. 4.543.107; 4.898.597; 5.203.886; 5.025.723; 5.401.284; 5.095.665; 5.711.774; 5.863.308; e 5.094.672, cujos os ensinamentos são incorporados aqui por referência. Por exemplo, ligações vítreas adequadas para a invenção incluem ligações vítreas convencionais para grãos abrasivo de alumina de sol-gel ou de alumina fundida. Tais ligações são descritas nas Patentes U.S. nos. 5.203.886, 5.401.284 e 5.536.283. As ligações vítreas podem ser queimadas em temperaturas relativamente baixas, por exemplo, cerca de 850-1200°C. Outras ligações vítreas adequadas para o uso na invenção podem ser queimadas a temperaturas abaixo de cerca de 875°C. Exemplos dessas ligações são descritas na Patente U.S. n°. 5.863.308. De preferência, várias ligações que podem ser queimadas a uma temperatura em uma faixa de entre cerca de 850°C e cerca de 1200°C são empregadas na invenção. Em um exemplo específico, a ligação vítrea é um silicato de boro alumina alcalino (vide, por exemplo, as Patentes U.S. nos. 5.203.886,5.025.723 e 5.711.774).
As ligações vítreas estão contidas nas composições das ferramentas abrasivas tipicamente em uma quantidade de menos do que cerca de 28% em volume, tais como entre cerca de 3 e cerca de 25% em volume; entre cerca de 4 e cerca de 20% em volume; e entre cerca de 5 e cerca de 18,5% em volume.
Opcionalmente, o componente de ligação da ferramenta abrasiva e os materiais de ligação, incluindo o primeiro e o segundo materiais de ligação, podem incluir o mesmo tipo de composições de ligação, tal como composição de ligação vitrificaa compreendendo composições de oxido queimadas de Si02, B203, Al203, óxidos alcalino-terrosos e óxidos alcalinos. O grão abrasivo de sol-gel filamentar em mistura do grão abrasivo aglomerado, ou o aglomerado de grão abrasivo de sol-gel filamentar com ou sem mistura com os grânulos de grão abrasivo aglomerados, permite a produção de ferramentas abrasivas ligadas com uma estrutura altamente prososa θ permeável. No entanto, opcionalmente, meios de Indução de poro convencional tais como contas de vidro ocas, contas de vidro sólidas, contas de resinas ocas, contras de resina sólidas, partículas de vidro espumados, alumina borbulhada, e similares, podem ser incorporados nas presentes rodas denteadas desse modo provendo ainda mais latidude com relação à variações de número de estrutura e grau.
As ferramentas abrasivas ligadas da invenção de preferência contêm de cerca de 0,1% a cerca de 80% em volume de porosidade. Mais de preferência, elas contêm de cerca de 35% a cerca de 80%, e ainda mais elas contêm de cerca de 40% a cerca de 68% em volume da ferramenta.
Quando uma ligação de resina é empregada, a mistura ligada de grãos abrasivos e componente de ligação de resina é curada a uma temperatura, por exemplo, em uma faixa entre entre cerca de 60°C e cerca de 300°C para produzir uma ferramenta abrasiva resinóide. Quando uma ligação vítrea é empregada, a mistura misturada de grãos abrasivos e componente de ligação vítrea é queimada a uma temperatura, por exemplo, em uma faixa entre cerca de 600°C e cerca de 1350°C para produzir uma ferramenta abrasiva vitrlficada.
Quando ligação é empregada, as ferramentas abrasivas vitrifica-das tipicamente é queimada por métodos conhecidos por aqueles versados na técnica. As condições de queimação são principalmente determinadas pela ligação real e abrasivos usados. Queima pode ser realizada em uma atmosfera inerte ou em ar. Em algumas concretizações, os componentes misturados são queimados em uma atmosfera de ar ambiente. Como usado aqui, a frase “atmosfera de ar ambiente”, refere-se a tirada de ar do ambiente sem tratamento.
Processos de compressão e de moldagem para formar ferramentas abrasivas, tais como rodas denteadas, pedras, pedras de amolar e similares, podem ser realizados por métodos conhecidos na técnica. Por e-xemplo, na Patente U.S. n°. 6.609.963, cujos ensinamentos são incorporados aqui por rferencia, ensina um tal método adequado.
Tipicamente, os componentes são combinandos por mistura me- cânica. Ingredientes adicionais, tal como, por exemplo, aglutinante, pode ser incluído, como é conhecido na técnica. Componentes podem ser misturados sequencialmente ou em uma única etapa. Opcionalmente, a mistura resultante pode ser peneirada para remover aglomerados que podem ser formados durante a mistura. A mistura é colocada em um molde apropriado para pressão. Êm-bolos modelados são usualmente empregados para destampar a mistura. Em um exemplo, os componentes misturados são moldados e são comprimidos em uma forma adequada para um aro de roda denteada. Compressão pode por qualquer meio adequado, tal como compressão a frio ou por compressão a quente, como descrito na Patente U.S. n°. 6.609.963. Métodos de moldagem e compressão que evitam trituração dos corpos ocos são preferidos.
Compressão a frio é preferido e em geral inclui aplicação, a temperatura ambiente, de uma pressão inicial suficiente para manter o conjunto de molde junto.
Quando a compressão a quente é empregada, pressão é aplicada antes de, bem como durante, queima. Alternativamente, pressão pode ser aplicado ao conjunto de molde depois que um artigo é removido a partir de um forno, que é chamado de “chunha quente".
Em algumas concretizações onde os corpos ocos são empregados, de preferência pelo menos 90% em peso dos corpos ocos permanecem intactos depois da moldagem e compressão. O artigo abrasivo é removido a partir do molde e é resfriado a ar. Em uma última etapa, a ferramenta queimada pode ser afuada e acabada de acordo com a prática padrão, e então testada por velocidades antes do uso.
As ferramentas abrasivas da invenção são adequadas para retifica (ou esmerilhagem) de todos os tipos de metais, tais como vários aços incluindo aço inoxidável, aço fundido e aço endurecido; ferros fundidos, por exemplo, ferro flexível, ferro maleávei, ferro de grafite esferoidal, ferro esfriado e ferro modular; e metais como cromo, titânio e alumínio. Em particular, as ferramentas abrasivas da invenção são eficientes nas aplicações de retifica (ou esmerilhagem) onde há uma área de contato grande com a peça a trabalhar, tais como “creepfeed”, engrenagem e retifica (ou esmerilhagem) de superfície e especialmente onde materiais sensíveis difíceis de se moer e aquecer tais como ligas à base de níquel são usadas. A invenção é ulteriormente descrita pelos seguintes exemplo que não destinam-se a ser limitante.
Exemolificacão Preparação de ferramentas abrasivas com uma mistura de duas caraas de alimentação aglomeradas Várias misturas de um aglomerado de grão abrasivo de sol-gel filamentar e grânulos de grão abrasivo aglomerados foram preparadas para a rodas denteadas de retifica (ou esmerilhagem) de abrasivo experimentais, como descrito na tabela 1. Aqui, “TG2” representa um exemplo de um grão abrasivo de alumina de sol-gel semeada, filamentar obtido a partir de grão abrasivo de alumina fundido Saint-Gobain Abrasives em Worcester, MA. Norton® 38A que estão disponíveis da mesma companhia foram usados para os grânulos de grão abrasivo aglomerados (aqui em seguida “38A”).
Um conjunto de rodas denteadas experimentais foi formulado com razões diferentes de grão de TG2 para aglomerar de grão de 38A. Tais rodas denteadas tendo uma mistura de um filamento grão abrasivo de alumina de sol-gel filamentar, ou um seu aglomerado, e grânulos de grão abrasivo aglomerados são aqui em seguida mencionado de rodas denteadas de tipo “grão de TG2 aglomerado”. Quatro rodas denteadas de grão de TG2 aglomerado (20)-(23) foram produzidas com quantidades totais de 10,30,50 e 75% em peso de TG2 e respectivamente 90, 70, 50 e 25% em peso de grãos de 38A. As rodas denteadas foram produzidas a partir de duas cargas de alimentação aglomeradas: a) aglomerado de 75% em peso de TG2 (razão de aspecto de 8:1) e 25% em peso de 38A tendo peneira de malha 120 (38A-120)) em 3% em peso de Material de ligação C descrito na tabela 2 da Patente U.S. n°. 6.679.758 B2 (composição queimada compreende 71% em peso de formadores de vidro (Si02 + B2O3); 14% em peso de AI2O3; < 0,5% em peso de RO al-calino-terroso (CaO, MgO); 13% em peso de R2O alcalino (Na20, K2O, Li20), spec, gravidade é de 2,42 g/cc e viscosidade (Poise) a 1180°C é 345); e b) aglomerado de 38A tendo tamanha de malha 60 (38A-60) err 3% em peso de Material de ligação C.
Carga de alimentação a) contém um aglomerado de 75% em peso de grãos de TG2 tendo tamanho de malha 80 e 25% em peso de fused alumina grãos de 38A tendo tamanho de malha 120 (38A-120). Feed stock b) contém um aglomerado de fusão alumina grãos de 38A tendo tamanhos de malha 60 (38A-60).
Para cada carga de alimentação, 3% em peso de Material de ligação C foi usada como o material de ligação.
Aglomerados a) e b) foram preparados em um forno rotativo peto método descrito no Exemplo 5 da Patente U.S. n°. 6.679.758 B2, exceto que o forno foi operado a 1150°C. A figura mostra uma imagem de microscopia eletrônica de varredura (SEM) do aglomerado a) de uma mistura de 75% em peso de TG2 e 25% em peso de 38A-120, aglomerada com 3% em peso de Material de ligação C. Como mostrado na figura, unidade de medida de lixas finas de 38A-120 resultaram em boa cobertura de grão do grão de TG2 filamentar.
Quatro misturas diferentes de grãos abrasivos da invenção foram consequentemente obtidos por mudança da razão de mistura de aglomerados a) e b), como sumarizado na tabela 1.
Tabela 1. Misturas de Grãos abrasivos para ferramentas abrasivas (2QW231 Rodas denteadas de retifica (ou esmerilhagem) tendo um tama nho acabado de 50,8 cm x 2,5 cm x 20,3 cm (20’’ x Γ x 8”) foram então construídas por misturação do grão abrasivo e aglomerado com Material de ligação C, moldagem da mistura em uma roda denteada e queima das rodas denteadas moldadas a 950°C. O corte de aglomerado -12/+pan (tamanho de US Standard Sievemesh; reteve aglomerados menores do que 12 malhas) foi usado.
Como um controle, a roda denteada que emprega 100% de urr aglomerado de 38A-120 convencional (amostra (24)) como um abrasivo pre-pardo pelo método descrito no Exemplo 7 da Patente U.S. n°. 6.679.758 B2.
Outras rodas denteadas padrão (27) e (28) empregavam abrasivos que incluem 100% de não aglomerado de 38A-120 e 100% de não a-glomerado de 38A-60, respectivamente, e rodas denteadas padrão (25) e (26) empregavam abrasivos que incluem 100% de não-aglomerado de TG2-80 e não aglomerado de TG2-120, respectivamente. Essas rodas denteadas padrão eram produtos comerciais obtidos a partir de Saint-Gobain Abrasivos, Inc., Worcester, MA, e cormecializados com as designações de roda denteada commercial indicadas para cada uma na tabéla 2. Aqui em seguida, as rodas denteadas que empregam aglomerados convencionais, tal como um aglomerado de 38A, são mencionadas de “rodas denteadas de controle de grão aglomerado.” Similarmente, as rodas denteadas que empregam grãos abrasivos de sol-gel filamentares convencionais, tais como grãos de TG2, são aqui em seguida mencionadas de “rodas denteadas de TG2.” Exemplo 2. Propriedades mecânicas de Ferramentas abrasivas do Exemolo 1 A. Módulo elástico (Emodl Todos os dados em relação a Emod foram medidos por uma máquina Grindosonic, pelo método descrito em J. Peters, “Sonic Testing of Grinding Wheels," Advances in Machine Tool Design e Research, Pergamon Press, 1968.
Propriedades físicas de rodas denteadas de grão de TG2 aglomerado (20)-(23) são apresentadas na tabela 2 abaixo e em comparação contra rodas denteadas de grão aglomerado padrão (24); rodas denteadas de TG2 padrão (25) e (26); e rodas denteadas padrão convencionais (27) e (28). Como mostrado na tabela 2, os módulos elásticos de rodas denteadas de TG2 padrão (25) e (26) eram similares àquela de roda denteada (28) padrão 38A-60.0 módulo elástico de rodas denteadas de TG2 padrão (26) era o valor mais alto entre aquelas das rodas denteadas testadas. Roda denteada de grão aglomerado (24) totalmente inesperadamente caracterizada até cerca de 40% de redução de módulo elástico quando comparado com rodas denteadas de TG2 (25) e (26). De modo interessante, os módulos elásticos de rodas denteadas de grão de TG2 aglomerado (20)-(23) variavam de 37 a 42% menos do que aquelas rodas denteadas de TG2 (25) e 5 (26). É observável que os módulos elásticos de rodas denteadas de grão de TG2 aglomerado (20-23) não significativamente mudaram com a razão de TG2/38A, permanecendo próximo ao módulo elástico de roda denteada de grão aglomerado (24).
Tabela 2. Características de Ferramentas abrasivas do Exemplo 1 a rodas denteadas comparativas são produtos comerciais obtidos a partir de Saint-Gobain Abrasivos, Inc. (Norton Company), e comercializadas com as designações de roda denteada alfanumérica para cada. b Valores para % em volume de ligação das rodas denteadas que empregam aglomerados incluem a % em volume de material de vidro de ligação usada sobre os grãos para produzir os aglomerados mais a ligação de roda denteada. 6 Valores de jateamento demonstram que as rodas denteadas experimentais eram mais moles do que as rodas denteadas comparativas de grão não a-glomerado 25,26 e 28. B. Módulo de ruptura (MQRt Módulo de ruptura foi determinado nas barras para as amostras (20)-(27) do Exemplo 1 por uso de uma máquina de testagem mecânica Ins-tron® Modelo MTS 1125 com uma guia de mistura de 4 pontos com um intervalo de suporte de 7,62 cm (3"), um intervalo de carga de 2,54 cm (Γ), e a uma taxa de carregamento de 0,13 cm (0,050") por minuto de velocidade de cruzeta. As medições foram feitas por aplicação da força à amostra até que ela se rompa e registrando a força no ponto de ruptura. Os resultados são sumarizados na tabela 2 acima. Como visto na tabela 2, roda denteada de grão aglomerado (24) em geral caracterizava um módulo de ruptura totalmente similar a produtos padrão (25), (26) e (27). Em geral, módulos de ruptura mais baixo do que aquele desse produtos foram observados nos produtos de grão de TG2 aglomerado (20)-(23) (vide Tabela 2). Enquanto os dados de MOR de rodas denteadas de grão de TG2 aglomerado (20)-(22), exceto roda denteada de grão de TG2 aglomerado (23), eram relativamente mais baixos do que aqueles das rodas denteadas padrão (25), (26) e (27), eles eram relativamente mais altos em comparação com o MOR de 13-16 MPa que foi medido nas rodas denteadas de grão aglomerado convencionais que empregam 38A-60 aglomerados (vide Tabela 6- 2 de WO 03/086,703). Assim, os dados de MOR de rodas denteadas de grão de TG2 aglomerado (20)- (23) são ainda suficientes para prover resistência mecânica suficiente para a operação de retifica (ou esmerilhagem), como ilustrado no Exemplo 3 abaixo. A queda de módulo de ruptura observada nas rodas denteadas de grão de TG2 aglomerado (20)-(23) pode ser devido ao fato de que essas rodas denteadas de grão de TG2 aglomerado foram mais moles do que esperado dada sua composição. Acredita-se que a queda na densidade de queimado mostrada na tabela 2 devido a ausência de encolhimento. Essa queda em densidade indica que as rodas denteadas de grão de TG2 aglomerado resistiam encolhimento durante processamento térmico em relação às rodas denteadas comparativas tendo uma idêntica % em volume de composição mas produzida sem grão aglomerado (isto é, % em volume de grão, ligação e poros para o total de 100%). Essa característica das rodas denteadas de grão de TG2 aglomerado indica benefícios potenciais significativos nas operações de fabricação e de acabamento de roda denteada abrasiva. A dureza relativamente baixa (e-módulo) das rodas denteadas de grão de TG2 aglomerado da invenção que foi alcançada sem sacrificar resistência mecânica (módulo de ruptura) era totalmente única e inesperada. C. Teste de velocidade/Teste de rompimento Propriedades de resistência mecânica em geral determinam se um compósito pode ser usado como uma ferramenta abrasiva ligada em uma operação de retifica (ou esmerilhagem). Para rodas denteadas vitrifica-das, uma relação é empregada para ligar a resistência mecânica (módulo de ruptura) de uma barra de teste de compósito à resistência a tração rotacional que gera falha daquele mesmo compósito. Como uma conseqüência, o módulo de ruptura medido sobre uma barra de teste pode prover uma estimativa rápida e exata do teste de rompimento de uma roda denteada de retifica (ou esmerilhagem) produzida pelo mesmo proceso usando-se a mesma formulação como a barra de teste.
Testagem de velocidade de ruptura de rodas denteadas de retifica (ou esmerilhagem) pode ser diretamente medida no teste padronizado descrito em ANSI Standard B7.1-1988 (1995).
Operações de retifica (ou esmerilhagem) de “creepfeed" tradicionalmente operam rodas denteadas de retifica (ou esmerilhagem) a 33m/s (6500 sfpm) com uma velocidade de operação máxima de cerca de 43,2 m/s (8500 sfpm). Os valores de velocidade de teste de ruptura de todas as rodas denteadas de grão de TG2 aglomerado (20)-(23} foram totalmente aceitáveis para o uso nas operações de retifica (ou esmerilhagem) de “creepfeed". Exemoio 3. Desempenho de retifica (ou esmerilhagem) das ferramentas a-brasivas do Exemplo 1 Rodas denteadas de grão de TG2 aglomerado (20-23) do E-xemplo 1 foram testados em operações de retifica (ou esmerilhagem) de “creepfeed” contra as rodas denteadas comerciais comparativas, (25),(26) e (27), recomendadas para o uso nas operações de retifica (ou esmerilhagem) de “creepfeed”. Roda denteada de grão aglomerado (24) (amostra de laboratório) e uma roda denteada de grão aglomerado comercial (29) obtido a parir de Saint-Gobain Abrasivos, Inc., Worcester, MA, were aiso tested as con-rol rodas denteadas.
Retifica (ou esmerilhagem) de “creepfeed” é uma aplicação de retifica (ou esmerilhagem) de baixa força (superfície grande de contato) co-mumente usada para mateiais sensíveis a queimadura e alta remoção de material.
Três principais características de produto produzem uma melhor retifica (ou esmerilhagem) de roda denteada de “creepfeed”: i) baixo poder de retifica (ou esmerilhagem); ii) baixa sensibilidade a queimadura; e iii) baixa compensação de tratamento de minério.
Redução de pode de retifica (ou esmerilhagem) pode permitir retifica (ou esmerilhagem) a uma taxa de redução mais alta. Redução de sensibilidade a queimadura pode também permitir retifica (ou esmerilhagem) a uma taxa de remoção mais alta. Redução de compensação de tratamento de minério enquanto mantendo-se alta taxa de remoção e livre de queimadura pode aumentar a vida da roda denteada.
Todas as rodas denteadas usado para os testes de retifica (ou esmerilhagem) de “creepfeed” tinha as mesmas dimensões de tamanho de 50,80 x 2,54 x 20,32 cm (20 x 1 x 8”), e foram testados usando-se o Hauni-Blohm Profimat 410. Um teste de retifica (ou esmerilhagem) de cunha foi realizado, onde a peça a trabalhar era inclinada a um ângulo pequeno (0,05°) em relação à lâmina de máquina em que ela foi montada. Essa geo- metria resultou na profundidade crescente de corte, aumento de uma taxa de remoção de material e aumenta de espessura de lasca uma vez que a retifica (ou esmerilhagem) progrediu do início até acabar. Nessas trajetórias de retifica (ou esmerilhagem), o aumento contínuo de profundidade de corte proveu um aumento contínuo na taxa de remoção de material (MRR) acima do comprimento do bloco 20,3 cm (8 polegadas). Assim, dados de retifica (ou esmerilhagem) foram reunidos sobre uma faixa de condições de uma única trajetória. A avaliação do desempenho de roda denteada no teste de cunha foi ulteriormente auxiliada através de medição eletrônica e registro de poder de eixo e forças de retifica (ou esmerilhagem). A determinação precisa de condições (taxa de remoção de metal (MRR), espessura de lasca, etc.) que produziu resultados inaceitáveis, tal como romprimento de roda denteada ou queima de retifica (ou esmerilhagem), facilitou a caracterização de comportamentos de roda denteada e a classificação de desempenho de produto relativa.
Condições de retifica (ou esmerilhagem) padrão para testes de retifica (ou esmerilhagem) de “creepfeed” de cunha: i) Máquina: Hauni-Blohm Profimat410 ii) Modo: Retifica (ou esmerilhagem) de “creepfeed" de cunha iii) Velocidade de roda denteada: 28 m/seg (5500 pés por minuto de superfície) iv) Velocidade de índice: Variou de 12,7-44,4 cm/minuto (5 a 17,5 polegadas/minuto) v) Regrigerante: Master Chemical Trim E210200, a 10% de concentração com água bem desionizada, 272 L/min (72 gal/min) vi) Material de peça a trabalhar: Inconel 718 (42 HRc) vii) Modo de tratamento do minério: diamante rotativo, contínuo viii) Compensação de tratamento do minério: 10, 20 ou 60 mi-cropolegada/revolução (0,25,0,5 ou 1,5 micrômetro/rev) ix) Razão de velocidade: +0,8.
Condições de retifica (ou esmerilhagem) padrão para testes de retifica (ou esmerilhagem) de “creepfeed” de ranhura i) Máquina: Hauni-Blohm Profimat 410 ii) Modo: retifica (ou esmerilhagem) de "creepfeed” de ranhura iii) Velocidade de roda denteada: 28 m/seg (5500 pés de superfície por minuto) iv) Velocidade de índice: Variou de 12,7-44,4 cm/minuto (5 a 17,5 polegadas/minuto) v) Regrigerante: Master Chemical Trim E210 200, a 10% de concentração com água bem desionizada, 272 L/min (72 gal/min) vi) Material de peça a trabalhar: Inconel 718 (42 HRc) vii) Modo de tratamento do minério: diamante rotativo, contínuo viii) Compensação de tratamento do minério: 0,38 micrôme-tros/revolução (15 micropolegadas/revolução) ix) Razão de velocidade: +0,8. A falha foi indicada por queima de peça a trabalhar, acabamento de superfície dura ou por pera de forma de ângulo. Desgaste de roda denteada não foi registrado uma vez que ele era um teste de retifica (ou esmerilhagem) de tratamento de minério contínuo. A taxa de remoção de material em que uma falha ocorrida (MRR máximo) foi observada. A. Retifica íou esmerilhagem) de cunha de rodas denteadas de grão de TG2 aglomerado a 0.51 micrômetros/revolucão Í20 Ltin/revl de taxa de tratamento de minério Taxas de retifica (ou esmerilhagem) máxima (MRR) e energias de retifica (ou esmerilhagem) específicas das rodas denteadas testadas (20)-(27) a 0,51 micrômetros/revolução (20 μίη/rev) de taxa de tratamento de minério e 0,254 mm (0,01 polegada) de profundidade inical de cunha de corte são su-marizadas na tabela 3. Antes que uma falha ocorresse, roda denteada de grão aglomerado padrão (24) exibia 53% de taxa de remoção de material mais baixa do que o valor de roda denteada de TG2 (25) (figura 4). rodas denteadas de grão de TG2 aglomerado (22) e (23) que empregam 10 e 30% em peso de TG2 exibiam MRR's similar àquela de roda denteada de grão aglomerado padrão (24). Roda denteada de grão de TG2 aglomerado (21) que emprega 50% em peso de TG2 exibia uma taxa de remoção máxima muito similar aos valores de rodas denteadas de TG2 (25) e (26) (cerca de 12% e cerca de 6% mais baixas do que aqueles de rodas denteadas de TG2 (25) e (26), respectivamente). Totalmente surpreedentemente, roda denteada de grão de TG2 aglomerado (20) que emprega 75% em peso de TG2 exibia o valor de MRR mais alto entre as rodas denteadas testadas, que era 27% mais alto do que o valor de roda denteada de TG2 (25). Assim, os dados de MRR das rodas denteadas de grão de TG2 aglomerado demonstraram benefícios significativos da mistura de grão aglomerado e tecnologias de TG2.
Esses resultados sugerem que certas misturas de grão aglomerado e tecnologias de TG2 podem permitir desempenho de retifica (ou esmeri-Ihagem) superior àquele de tecnologia de TG2. Esse desempenho superior inesperado das rodas denteadas de grão de TG2 aglomerado da invenção sobre as rodas denteadas de TG2 produzem a presente invenção, isto é, a mistura de grão aglomerado e tecnologias de TG2, üma tecnologia de ruptura. Tabela 3. Resultados de teste de retifica (ou esmerilhagem) com 0,51 mi-crômetros/revolução (20 micropolegada/revolução) (μίη/rev) de taxa de tratamento de minério e 0,254 mm (0,01 polegada) de profundidade inicial de cunha de corte * Rodas denteadas de controle comparativas são produtos comerciais obtidos a partir de Saint-Gobaín Abrasivos, Inc. (Norton Company). a Taxa de tratamento de minério = 0,51 micrômetros/revolução (20 μιη/rev); Velocidade de roda denteada = 28 m/s (5500 sfpm); cunha inicial de d.o.c. = 0,254 mm (0,01 polegada). b Valores para % em volume de ligação das rodas denteadas que empregam aglomerados Incluem a % em volume de material de vidro de ligação usada sobre os grãos para produzir os aglomerados mais a ligação de roda denteada. B. Comparação rodas denteadas de arão de TG2 aglomerado com Conven-tlonal TQ2-Rodas denteadas Os dados de MRR de rodas denteadas de grão de TG2 aglomerado a uma profundidade inicial diferente de cunha de corte do que aquela da seção A do Exemplo 3 foram comparados com os dados de MRR de roda denteada de TG2 padrão (25) (vide Tabela 4). Os dados de MRR na tabela 4 foram obtidos a 1,27 mm (0,05 polegada) de profundidade inicial de cunha de corte. Como mostrado na tabela 4, ainda nessa condição diferente, roda denteada de grão de TG2 aglomerado (20) mostrou o valor de MRR máximo mais alto entre as rodas denteadas testadas, que era de 43,8% de aperfeiçoamento sobre aquela de roda denteada de TG2 (25).
Tabela 4. Resultados de teste de retifica (ou esmerilhagem) com 0,51 micrômetros/revolução (20 micropolegada/revolução) (μιη/rev) de taxa de tratamento de minério e 1,27 mm (0,05 polegada) de profundidade inicial de cunha de corte * Rodas denteadas de controle comparativas são produtos comerciais obtidos a partir de Saint-Gobain Abrasives, Inc. (Norton Company).
Taxa de tratamento de minério = 0,51 micrômetros/revolução (20 [mu]in/rev); Velocidade de roda denteada = 28 m/s (5500 sfpm); Profunidade iniciai de cunha de corte = 1,27 mm (0,05 polegada). b Valores para % em volume de ligação das rodas denteadas que empregam aglomerados incluem a % em volume de material de vidro de ligação usada sobre os grãos para produzir os aglomerados mais a ligação de roda denteada. C. Efeito de taxa de tratamento de minério sobre taxa de remoção de material O efeito de taxa de tratamento de minério sobre a taxa de remoção de material foi também examinado no TG2, grão de TG2 aglomerado e produtos de 38A padrão. Os dados de tese de retifica (ou esmerilhagem) mostrados na tabela 5 foram realizados a três taxas de compensação de tratamento do minério, 0,26, 0,51 e 1,52 (10, 20 e 60 micropolega-da/revolução) (μΐη/rev). A taxa de remoção máxima da roda denteada 38A padrão (27) caracterizou uma variação logarítmica como uma função de taxa de tratamento de minério. Em contraste com isso, roda denteada de TG2 (25) permitiu um aumento constante de taxa de remoção de material, permitindo a roda denteada ser usada para altas aplicações de produtividade. Os dados na tabela 5 mostram que rodas denteadas de grão de TG2 aglomerado (20)· (23) exibiam variação de MRR variada daquela de roda denteada de 38A padrão (27) àquela de roda denteada de TG2 (25) de acordo com o conteúdo de TG2. Em particular, rodas denteadas de grão de TG2 aglomerado (20) e (21) caracterizaram um aumento linear de MRR com relação à taxa de tratamento de minério, que indica que essas rodas denteadas desempenham similarmente a roda denteada de TG2 (25). É observado que a roda denteada de grão de TG2 aglomerado (20) exibia 58% de valores de MRR mais altos em relação àquela da roda denteada de TG2 (25) a uma taxa de tratamento de minério muito baixa de (10 μΐη/rev). Também, é observado que a roda denteada de grão de TG2 aglomerado (21) mostrava dados de MRR muito similares uma vez que aquela da roda denteada de TG2 (25) a várias taxas de tratamento de minério, em particular a 0,26 micrômetros/revolução (10 μίη/rev) e 0,51 micrômetros/revolução (20 μΐη/rev). Esses resultados indicam que a eficácia de retifica (ou esmerilhagem) das rodas denteadas de grão de TG2 aglomerado da invenção podem ser mais altas em comparação com rodas denteadas de TG2 convencionais quanto taxas de compensação são reduzidas, por exemplo, entre 0,13 e 0,26 micrômetros/revolução (5 e 10 μίη/rev.) Tabela 5. Resultados de teste de retifica (ou esmerilhagem)-Taxas de tratamento de minério * Rodas denteadas de controle comparativos são produtos comerciais obtido a partir de Saint-Gobain Abrasives, Inc. (Norton Company). a Velocidade de roda denteada = 28 m/s (5500 sfpm); Profunidade inicial de cunha de corte = 1,27 mm (0,05 polegada).b Values para % em volume de ligação das rodas denteadas que empregam aglomerados incluem a % em volume de material de ligação de vidro usado sobre os grãos para produzir os aglomerados mais ligação de roda denteada.
Equivalentes Embora essa invenção tenha sido particularmente mostrada e descrita com referências a suas concretizações preferidas, será entendido por aqueles versados na técnica várias mudanças na forma e detalhes podem ser produzidos ali sem se afastar do escopo da invenção incluído pelas reivindicações anexas, REIVINDICAÇÕES
Claims (18)
1. Ferramenta abrasiva ligada, caracterizada pelo fato de que compreende: a) uma mistura de grãos abrasivos incluindo: i) um grão abrasivo de alumina de sol-gel filamentar tendo uma razão de aspecto de comprimento para largura de seção transversal de pelo menos cerca de 2:1, ou um aglomerado do mesmo, em uma quantidade dentro da faixa de cerca de 10 por cento em peso a 75 por cento em peso com base no peso total da mistura; e ii) grânulos de grão abrasivo aglomerados incluindo uma pluralidade de grãos abrasivos mantidos em uma forma tridimensional por um material de ligação, os grãos abrasivos tendo uma razão de aspecto de comprimento para largura de seção transversal de cerca de 1,0, b) uma ligação; e c) cerca de 35 por cento em volume a 80 por cento em volume de porosidade; em que a ferramenta abrasiva ligada tem um módulo elástico que não varia mais do que cerca de 9% em peso sobre a faixa de grão abrasivo de alumina de sol-gel filamentar incluídos na mistura; em que a ferramenta abrasiva ligada tem um módulo de ruptura que não varia mais do que cerca de 31% em peso sobre a faixa de grão a-brasivo de alumina de sol-gel filamentar incluídos na mistura.
2. Ferramenta abrasiva ligada de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a ferramenta abrasiva ligada tem uma estrutura permeável ao fluxo de fluido.
3. Ferramenta abrasiva ligada de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o grão abrasivo de alumina de sol-gel filamentar tem uma razão de aspecto de pelo menos cerca de 4:1 e compreende predominantemente cristais de alfa alumina tendo um tamanho de menos do que cerca de 2 micra.
4. Ferramenta abrasiva ligada de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende cerca de 50 a 75 por cento em volume da porosidade total.
5. Ferramenta abrasiva ligada de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que pelo menos cerca de 30 por cento em volume da porosidade total é porosidade interligada.
6. Ferramenta abrasiva ligada de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que os grãos abrasivos dos grânulos de grão a-brasivo aglomerados compreendem pelo menos um tipo de grão abrasivo selecionado do grupo que consiste em alumina fundida, alumina de sol-gel sinterizada não filamentar, bauxita sinterizada, alumina-zircônica co-fundida, alumina-zircônia sinterizada, carbeto de silício, nitreto de boro cúbico, diamante, sílex, granada, sulfóxido de boro, oxinitreto de alumínio, e combinações das mesmas.
7. Ferramenta abrasiva ligada de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o componente de ligação e o material de ligação, cada um independentemente, compreende pelo menos um material orgânico de ligação e um material inorgânico selecionado do grupo que consiste em materiais cerâmicos, materiais vitrificados, composições de ligação vitrifiçadas, e combinações dos mesmos.
8. Ferramenta abrasiva ligada de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que o material de ligação é uma composição de ligação vitrificada compreendendo uma composição de oxido queimada de Si02, B203i AI203i óxidos alcalino-terrosos e óxidos alcalinos.
9. Ferramenta abrasiva ligada de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que os grânulos de grão abrasivo aglomerados têm uma dimensão de tamanho em uma faixa de entre cerca de duas e vinte vezes maior do que o tamanho de grão médio dos grãos abrasivos dos grânulos de grão abrasivo aglomerados.
10. Ferramenta abrasiva ligada de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo fato de que os grânulos de grão abrasivo aglomerados têm um diâmetro em uma faixa de entre cerca de 200 e cerca de 3.000 mi-crometros.
11. Ferramenta abrasiva ligada de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a mistura de grãos abrasivos compreende um aglomerado do grão abrasivo de alumina de sol-gel filamentar, onde o aglomerado compreende uma pluralidade de grãos do grão abrasivo de alumina de sol-gel filamentar e um segundo material de ligação, e onde a pluralidade de grão abrasivos de alumina de sol-gel filamentares são mantidos em uma forma tridimensional pelo segundo material de ligação.
12. Ferramenta abrasiva ligada de acordo com a reivindicação 11, caracterizada pelo fato de que o aglomerado do grão abrasivo de alumina de sol-gel filamentar ainda compreende um grão abrasivo não filamentar secundário, onde o grão abrasivo não filamentar secundário e grão abrasivo de alumina de sol-gel filamentar são mantidos em uma forma tridimensional pelo segundo material de ligação.
13. Ferramenta abrasiva ligada de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a quantidade de grão abrasivo de alumina de sol-gel filamentar está dentro da faixa de cerca de 30 por cento em peso a 75 por cento em peso com base no peso total da mistura, e o módulo elástico não varia mais do que cerca de 5% em peso sobre a faixa de grão abrasivo de alumina de sol-gel filamentar incluídos na mistura, e o módulo de ruptura não varia mais do que cerca de 18% em peso sobre a faixa de grão abrasivo de alumina de sol-gel filamentar incluídos na mistura.
14. Ferramenta abrasiva ligada de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a quantidade de grão abrasivo de alumina de sol-gel filamentar está dentro da faixa de cerca de 30 por cento em peso a 75 por cento em peso com base no peso total da mistura, e o módulo elástico não varia mais do que cerca de 5% em peso sobre a faixa de grão abrasivo de alumina de sol-gel filamentar incluídos na mistura.
15. Método de produção de uma ferramenta abrasiva ligada, caracterizado pelo fato de que compreende: a) formação de uma mistura de abrasivos, a mistura compreendendo: i) um grão abrasivo de alumina de sol-gel filamentar tendo uma razão de aspecto de comprimento para largura de seção transversal de pelo menos cerca de 2:1, ou um seu aglomerado, em uma quantidade dentro da faixa de cerca de 10 por cento em peso a 75 por cento em peso com base no peso total da mistura; e ii) grânulos de grão abrasivo aglomerados incluindo uma pluralidade de grãos abrasivo mantidos em uma forma tridimensional por um material de ligação, os grãos abrasivos tendo uma razão de aspecto de comprimento para largura de seção transversal de cerca de 1,0, b) combinação da mistura de abrasivos e um componente de ligação; c) moldagem da mistura de abrasivos e componente de ligação misturados para formar um compósito modelado compreendendo pelo menos cerca de 35 por cento em volume a 80 por cento em volume de porosi-dade; e d) aquecimento do compósito modelado para formar a ferramenta abrasiva ligada; em que a ferramenta abrasiva ligada tem um módulo elástico que não varia mais do que cerca de 9% em peso sobre uma faixa de grão abrasivo de alumina de sol-gel filamentar incluídos na mistura; em que a ferramenta abrasiva ligada tem um módulo de ruptura que não varia mais do que cerca de 31% em peso sobre uma faixa de grão abrasivo de alumina de sol-gel filamentar incluídos na mistura.
16. Método de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a ferramenta abrasiva ligada compreende cerca de 50 a 75 por cento em volume da porosidade total, e pelo menos cerca de 30 por cento em volume da porosidade total é porosidade interligada.
17. Método de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que os grânulos de grão abrasivo aglomerados são grânulos a-glomerados sinterizados.
18. Método de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a quantidade de grão abrasivo de alumina de sol-gel filamentar está dentro da faixa de cerca de 30 por cento em peso a 75 por cento em peso com base no peso total da mistura, e o módulo elástico não varia mais do que cerca de 5% em peso sobre a faixa de grão abrasivo de alumina de sol-gel filamentar incluídos na mistura, e o módulo de ruptura não varia mais do que cerca de 18% em peso sobre a faixa de grão abrasivo de alumina de sol-gel filamentar incluídos na mistura.
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