CH695851A5

CH695851A5 - Outil vitrifié superabrasif et procédé de fabrication.

Info

Publication number: CH695851A5
Application number: CH00251/04A
Authority: CH
Inventors: Rounan Li; Leonard G Pukaite
Original assignee: Saint Gobain Abrasives Inc
Priority date: 2001-08-21
Filing date: 2002-07-24
Publication date: 2006-09-29
Also published as: ES2258395A1; WO2003018261A8; US6887287B2; WO2003018261A2; ITMI20021838A1; US20030236062A1; AT500868A1; CA2683100A1; CA2683100C; MXPA04001601A; US6609963B2; GB0405109D0; HUP0401249A2; CN1545438A; CA2454829C; JP2011067947A; AU2002319683A1; JP2006247837A; WO2003018261A3; NL1021276C2

Description

[0001] Des matériaux tels qu'un film de diamant obtenu par dépôt chimique vapeur (diamant CVD), du diamant polycristallin (PCD), du nitrure cristallin de bore (CBN) et du nitrure de bore polycristallin (PCBN) sont parmi les matériaux les plus durs connus. Des outils de coupe réalisés avec des inserts d'arêtes en PCD ou d'autres matériaux durs sont difficiles à fabriquer. Des procédés typiques d'outils de coupe nécessitent deux opérations de meulage, un meulage brut et un meulage de finition, réalisés avec différentes roues à meuler abrasives. De nombreux outils parmi les outils abrasifs classiques utilisés dans le dégrossissage et le finissage de ces matériaux comprennent un revêtement superabrasif lié au métal.

Des outils abrasifs liés aux métaux meulent, en général, de plus petites parties par heure que des outils liés au verre.

[0002] Des outils superabrasifs liés au verre ont des caractéristiques attractives de température, mais tendent à être cassants et à s'user plus rapidement que les outils liés aux métaux. En outre, des outils en diamant aggloméré au verre peuvent avoir des déficiences de performance provoquées par l'agglomération médiocre diamant-verre.

En outre des techniques existantes pour la fabrication des outils en diamant aggloméré au verre nécessitent, de façon typique, de longs cycles de température élevée et des atmosphères non-oxydantes ou réduites.

[0003] En conséquence, il existe un besoin pour des outils de meulage capables de dégrossir ou de finir des pièces à usiner dures, ainsi que pour des procédés pour la fabrication d'outils de ce type, de façon à réduire ou à éliminer les problèmes mentionnés ci-dessus.

[0004] L'invention se rapporte en général à un outil abrasif et à un procédé pour fabriquer un outil abrasif.

[0005] L'outil abrasif comporte un composant à grain superabrasif, un composant de remplissage qui comprend des corps creux et un composant d'agglomération vitreux.

Le composant d'agglomération vitreux comprend l'oxyde de zinc et au moins deux oxydes de métaux alcalins. Dans une forme de réalisation de l'invention, l'outil abrasif comporte un noyau et une jante abrasive sur le périmètre du noyau. Dans une autre forme de réalisation, l'outil abrasif comporte un composant à agglomération vitreuse qui est cuit à une température inférieure à environ 850 deg. C.

[0006] Le procédé pour fabriquer un outil abrasif consiste à combiner un composé à grain superabrasif, un composé de remplissage et un composé à agglomération vitreuse qui comprend de l'oxyde de zinc et au moins deux oxydes de métaux alcalins. Les composants combinés sont cuits à une température dans une gamme entre environ 600 deg. C et environ 850 deg. C.

Les composants cuits résultants peuvent être fixés à un noyau.

[0007] L'outil abrasif de l'invention peut être utilisé dans les inserts d'outils de meulage et de coupe. Une technique de meulage d'un outil de coupe à base de diamant consiste à choisir un outil abrasif tel que décrit ci-dessus, à mettre en contact l'outil abrasif avec l'insert et à meuler le bord de l'insert. Le bord de l'insert obtenu par la technique de l'invention est essentiellement exempt de copeaux et/ou d'irrégularités.

[0008] L'invention présente de nombreux avantages.

Par exemple, la liaison vitreuse procure de façon typique une bonne liaison verre-diamant, ce qui se traduit par un outil abrasif qui est bien approprié pour dégrossir et meuler avec précision des matériaux durs, tels que le diamant polycristallin, le film de diamant, le nitrure de bore, des produits céramiques et des métaux durcis. En utilisation, l'outil abrasif de l'invention peut être monté sur un noyau métallique et, en général, offre une productivité améliorée, une bonne qualité de bord et une usure réduite de la roue de meulage. Le même outil abrasif peut être utilisé pour des opérations de meulage brut et de finissage. Le procédé de l'invention peut être mis en ¼oeuvre à température relativement basse et peut être utilisé en des temps relativement courts de trempe (ou de cuisson).

En outre, le besoin pour des atmosphères non-oxydantes, telles que de l'azote gazeux ou une source de carbone réducteur peut être notablement réduit ou éliminé du procédé de fabrication.

[0009] L'invention en général se rapporte à des outils abrasifs. Des exemples d'outils abrasifs comprennent les roues à meuler, les disques, les segments de roue à meuler, les pierres et les pierres de polissage. L'invention se rapporte également à un procédé de fabrication d'outils abrasifs.

[0010] L'outil abrasif de l'invention comprend un composant de grain superabrasif, un composant de remplissage qui comprend des corps creux, et un composant d'agglomération vitreuse qui comporte de l'oxyde de zinc ou au moins deux oxydes métalliques.

En général, l'outil abrasif est un outil abrasif aggloméré, par opposition, par exemple, avec un outil abrasif à revêtement.

[0011] "Superabrasif", en tant que terme utilisé ici, signifie des abrasifs ayant une dureté, telle que mesurée sur l'échelle de dureté de Knoop d'au moins celle du nitrure de bore cubique (CBN), c'est-à-dire un K100 d'au moins 4700. Outre le nitrure de bore cubique, d'autres exemples de matériaux superabrasifs comprennent le diamant naturel et synthétique. Des matériaux en diamant ou en nitrure de bore cubique, appropriés peuvent être cristallins ou polycristallins. De préférence, le matériau superabrasif est le diamant.

[0012] Le matériau superabrasif est sous la forme de grain, également connu en tant que "particule abrasive".

Le composé à grain superabrasif de l'invention peut être obtenu dans l'industrie ou peut être produit à la demande de la clientèle. En général, le superabrasif utilisé dans la présente invention présente une dimension moyenne des particules dans une gamme entre environ 0,5 micromètre (micron, Microm) et environ 500 Microm. De préférence, la dimension des particules se situe dans une gamme entre 2 Microm et environ 200 Microm.

[0013] Dans une forme de réalisation, le composant à grain superabrasif est présent en une quantité d'au moins 5% en volume de l'outil superabrasif.

Dans une autre forme de réalisation, le composé à grain superabrasif est présent en une quantité dans une gamme d'environ 5% et environ 50% en volume de l'outil superabrasif, avantageusement entre environ 20 et environ 40% en volume de l'outil superabrasif.

[0014] Le composant à agglomération vitreuse comporte de l'oxyde de zinc (ZnO) et au moins deux oxydes de métaux alcalins. Des agglomérations vitreuses sont formées par une fusion de matériaux bruts, tels que la silice (SiO2), l'argile, le feldspath et d'autres matériaux qui peuvent être combinés et traités, comme cela est connu dans la technique. Une fois qu'un verre a été réalisé, il peut être broyé en poudre, désigné habituellement en tant que "poudre à fritter".

Des agglomérats de verre silice-alumine sont habituellement utilisés dans des outils abrasifs à agglomération vitrifiée.

[0015] Dans une forme de réalisation, le composant à agglomération vitreuse est présent en une quantité ne dépassant pas environ 28% en volume de l'outil abrasif. Dans une autre forme de réalisation, le composant à agglomération vitreuse est présent dans une gamme entre environ 14 et environ 28% en volume de l'outil abrasif, avantageusement environ 15 à environ 22% en volume de l'outil superabrasif.

[0016] L'agglomération vitreuse contient ici du ZnO en une quantité d'environ 1 à 6%, en poids du composant à agglomération vitreuse.

Dans une forme de réalisation préférée, le ZnO est présent en une quantité d'environ 2 à 4% en poids du composant à agglomération vitreuse.

[0017] Des exemples d'oxydes de métaux alcalins appropriés et des quantités appropriées de métaux alcalins du composant à agglomération vitreuse comprennent de l'oxyde de sodium (Na2O, environ 3 à 6% en poids), de l'oxyde de potassium (K2O, environ 4 à 7% en poids) et de l'oxyde de lithium (Li2O, environ 1 à 5% en poids). Dans une forme de réalisation, des oxydes de métaux alcalins du composant à agglomération vitreuse comportent de l'oxyde de sodium et de l'oxyde de potassium.

Dans une autre forme de réalisation, l'oxyde de métal alcalin du composant à agglomération vitreuse comporte en outre de l'oxyde de lithium.

[0018] Dans une forme de réalisation, la quantité d'oxydes de métaux alcalins combinés est d'environ 5 à 1 5% en poids, de préférence de 8 à 12% en poids du composant à agglomération vitreuse. Dans une forme de réalisation, la quantité d'oxydes de métaux alcalins combinés est supérieure à environ 9% en poids, du composant à agglomération vitreuse.

[0019] Dans encore une autre forme de réalisation, le composant à agglomération vitreuse comporte en outre de l'oxyde de baryum (BaO) en une quantité de 1 à 6% en poids. Dans une forme de réalisation particulièrement préférée, l'oxyde de baryum est présent en une quantité d'environ 2 à 4% en poids du composant à agglomération vitreuse.

Dans une forme de réalisation spécialement préférée, la quantité combinée d'oxyde de zinc et d'oxyde de baryum est d'au moins environ 5% du composant à agglomération vitreuse.

[0020] Le composant à agglomération vitreuse peut également comporter de la silice (SiO2), de l'alumine (AI2O3), de l'oxyde de bore (B2O3), de l'oxyde de calcium (CaO), de l'oxyde de magnésium (MgO) et de l'oxyde de nickel (NiO), et d'autres oxydes typiquement présents en quantités mineures dans des compositions de verre.

[0021] Dans une forme de réalisation, le composant vitreux comporte une fritte d'un verre à base de silice-alumine, cuit à basse température. L'alumine peut être présente dans le composé vitreux en une quantité dans une gamme entre environ 1 et environ 10% en poids.

Des quantités totales de silice et d'alumine se situe, en général, entre environ 51 et environ 80% en poids.

[0022] Dans un exemple, le composant à agglomération vitreuse comporte entre environ 50 et environ 70% en poids, de préférence entre environ 55 et environ 65% en poids de SiO2; entre environ 16 et environ 25%, de préférence entre environ 18 et 22% en poids de (B2O3); entre environ 5 et environ 15%, de préférence entre environ 8 et environ 12% d'oxydes de métaux alcalins; entre environ 1 et environ 6% en poids, de préférence entre environ 2 et environ 4% en poids de BaO, et entre environ 1 et environ 6% en poids, de préférence entre environ 2 et environ 4% en poids de ZnO. Dans une forme de réalisation préférée, l'agglomération vitreuse est fondue en grains abrasifs à une température inférieure à 850 deg. C.

Par fondu, on entend que le composant à agglomération vitreuse est fondu pour s'appliquer sur et adhérer au grain abrasif résultant, après refroidissement dans un article abrasif aggloméré.

[0023] Le composant de remplissage de l'outil abrasif de l'invention comprend des corps creux. Telle qu'utilisée ici, la dénomination "creux" signifie ayant un espace vide ou une cavité à l'intérieur d'une paroi qui est essentiellement imperméable aux liquides. Des corps creux peuvent être de forme quelconque. Un exemple d'une forme appropriée est une forme sphérique. Dans une forme de réalisation, les corps creux du composant de remplissage ont un volume de vide dans une gamme entre environ 30 et environ 75%.

Dans une forme de réalisation, la résistance au broyage des corps creux se situe dans une gamme entre environ 2000 psi et environ 5000 psi.

[0024] Des exemples de matériaux appropriés pour des corps creux comprennent la mullite céramique en verre, l'alumine, le verre, des bulles de céramique et des sphères. Des corps creux qui résistent au broyage pendant le moulage et la cuisson des outils abrasifs sont préférables. Des corps creux appropriés sont fournis par Environsphere Co., Zeeland Industries, 3-M Specialty Materials et PQ Corp. Dans un exemple, les corps creux sont des Z-Light Spheres<(RTM)> Ceramics Microspheres produits par 3-M Specialty Materials.

[0025] Dans une forme de réalisation, les corps creux ont un diamètre moyen dans une gamme entre environ 10 Microm et environ 150 Microm.

De préférence, au moins environ 90% des corps creux ont une dimension particulaire dans une gamme entre environ 20 Microm et environ 120% Microm.

[0026] Dans une forme de réalisation, les corps creux sont présents dans l'outil abrasif en une quantité d'au moins environ 10% en volume. Dans une autre forme de réalisation, les corps creux sont présents dans l'outil abrasif en une quantité dans une gamme entre environ 10 et environ 30% en volume. Des outils abrasifs qui comportent au moins 90% en poids de corps creux intacts sont préférés.

[0027] Dans une forme de réalisation de l'invention, l'outil abrasif comporte au moins environ 15% en volume d'espace vide, sans inclure l'espace vide des corps creux.

L'espace vide peut être, par exemple, une porosité ouverte de l'outil abrasif.

[0028] Le procédé de l'invention consiste à combiner un composé à grain superabrasif, un composant de remplissage ayant des corps creux et un composant à agglomération de fritte, qui comporte de l'oxyde de zinc et au moins deux oxydes de métaux alcalins. Les corps creux peuvent être tamisés pour éliminer les pièces cassées.

[0029] Les composants combinés sont cuits à une température maximale dans une gamme entre environ 600 deg. C et environ 850 deg. C. Dans une forme de réalisation, des composants combinés sont cuits pendant une période de temps dans une gamme entre environ 2 et environ 7 heures. Le cycle de cuisson totale est d'environ 12 heures.

De façon tout à fait inattendue à une température de cuisson du verre relativement basse, de ce type, le temps de cycle de cuisson nécessaire pour un composant à agglomération vitreuse comportant de la silice, de l'oxyde de zinc, des oxydes mixtes de métaux alcalins et BaO est d'environ une demi-heure nécessaire pour des agglomérats vitrifiés du commerce utilisés pour des outils contenant des grains de diamant.

[0030] Dans une forme de réalisation spécifique, les composants combinés sont cuits dans une atmosphère d'air ambiant. Tel qu'utilisé ici, l'expression "atmosphère d'air ambiant", se réfère à l'air prélevé dans l'environnement sans traitement.

[0031] Dans une forme de réalisation, les composants sont combinés par mélange mécanique.

Des ingrédients supplémentaires, tels que, par exemple, un agent liant organique, peuvent être incorporés, comme cela est connu dans la technique. Des composants peuvent être combinés par séquence ou en une seule étape. Facultativement, le mélange résultant peut être tamisé pour éliminer les agglomérés qui peuvent s'être formés pendant le mélange.

[0032] Le mélange est disposé dans un moule approprié pour pressage. Des plongeurs conformés sont habituellement utilisés pour recouvrir le mélange. Dans un exemple, les composants combinés sont moulés et pressés dans une forme appropriée pour une jante de meulage pour roue. Le pressage peut être réalisé par n'importe quel moyen, tel que par pressage à froid ou pressage à chaud.

Des techniques de moulage de pressage qui évitent le broyage des corps creux sont préférées.

[0033] Un pressage à froid est préféré et en général, consiste à appliquer, à la température ambiante une pression initiale suffisante pour maintenir l'ensemble de moulage conjointement. La pression initiale utilisée se situe, en général, dans la gamme d'environ 50 à environ 150 tonnes. La forme verte résultante de l'outil abrasif est ensuite cuite. Tel qu'utilisé ici, le terme "vert" se rapporte à un corps qui maintient sa forme pendant l'étape de procédé suivante, mais n'a pas suffisamment de résistance pour maintenir sa forme de façon permanente. La cuisson peut être, par exemple, dans l'air, pendant une période de temps inférieure à 15 heures, et à une température qui est inférieure à environ 850 deg.

C, de préférence dans une gamme entre environ 600 deg. C et environ 750 deg. C.

[0034] Le pressage à chaud est décrit, par exemple, dans les brevets U.S. no 4 157 897 et 2 986 455, dont les enseignements sont incorporés ici à titre de référence dans leur totalité. Le pressage à chaud est également décrit dans Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, 3<e> éd. 1979, p. 263, et dans Encyclopedia of Materials Science and Engineering, vol. 3, Pergamon Press Ltd., 1986, pp. 2205-2208. Dans une forme de réalisation, une pression est appliquée avant ainsi que pendant la cuisson. Dans une autre forme de réalisation, la pression est uniquement appliquée pendant la cuisson.

Dans encore une autre forme de réalisation, que l'on désigne en tant que "technique de matriçage à chaud", une pression est appliquée à l'ensemble de moulage après que l'article ait été prélevé du four. Telle qu'utilisée ici, la dénomination "pressage à chaud" englobe les techniques de "matriçage à chaud". La cuisson ne nécessite pas d'atmosphères oxydantes.

[0035] En général, si un pressage à chaud est utilisé, une cuisson à une température d'environ 500 deg. C à environ 750 deg. C et la pression de moulage finale se situe, en général, dans une gamme d'environ 0,7 tonne par pouce carré (tsi) et d'environ 1,5 tsi.

Le temps de séjour à l'intérieur du moule sous des conditions de température et de pression finale est, en général, inférieur à environ 10 minutes, et de préférence dans une gamme d'environ 4 et environ 8 minutes.

[0036] Des techniques de moulage et de pressage qui évitent le broyage des corps creux sont essentielles. Dans une forme de réalisation de l'invention, au moins 90% en poids des corps creux restent intacts après moulage et pressage.

[0037] L'article abrasif est prélevé du moule puis refroidi à l'air. Dans une étape ultérieure, l'outil fini peut être aiguisé et fini selon la pratique normalisée et ensuite pour la vitesse avant utilisation.

[0038] Pendant l'utilisation, l'outil abrasif de l'invention comporte, en général, une jante abrasive située au périmètre d'un noyau.

Des outils de l'invention comprennent ceux du type 6A2H, 1A1, 6A1, 4A2 et d'autres formes de roues à meuler. La jante abrasive comprend les composants de grain abrasif, agglomérés vitreux et de garnissage décrit ci-dessus. Des techniques pour fixer un grain abrasif dans un aggloméré, par exemple, des segments abrasifs moulés, à un noyau sont connus dans la technique et comprennent, par exemple, le brasage, la soudure par laser, le collage ou la cimentation. La cimentation est préférable.

[0039] Des noyaux en métaux, en céramique, en résine et en combinaison sont connus dans la technique. Un exemple d'un matériau approprié pour noyau pour un outil abrasif de l'invention est un matériau composite de résine d'aluminium qui, en général, fournit un bon amortissement des vibrations de l'outil.

Dans une forme de réalisation, le noyau en résine d'aluminium présente la composition suivante en pourcentage en poids: environ 8,3% de résine phénolique, environ 90% de poudre d'aluminium et environ 1,7% de chaux. Le noyau peut être fabriqué comme cela est connu dans la technique en moulant des précurseurs de noyau dans la forme du noyau et en frittant à une température inférieure à la température de fusion de l'aluminium. Les noyaux en aluminium sont également bien appropriés pour l'outil abrasif de l'invention et ses applications.

[0040] Dans une forme de réalisation, les outils de l'invention sont utilisés pour des inserts d'outils de coupe et de meulage, fabriqués à partir de PCD, CDV et d'autres matériaux superabrasifs durs. A la fois un meulage brut et une finition de surface peuvent être réalisés avec le même outil.

Bien que les bénéfices de meuler avec les outils abrasifs de l'invention sont les plus prononcés dans le meulage des arêtes (bords) des inserts en PCD, la surface de l'insert de l'outil de coupe peut être également meulée avec ces outils. L'opération de meulage se traduit, en général, par des surfaces et des arêtes des inserts qui sont essentiellement exemptes de copeaux ou d'irrégularités.

[0041] L'invention est en outre décrite au moyen des exemples suivants qui ne sont pas destinés à être limitatifs.

Exemple 1

[0042] Des barres d'essai vitrifiées sont produites pour un essai de comparaison en utilisant les compositions A et B.

La composition A est un matériau aggloméré de type fritte utilisé dans l'aggloméré vitrifié dans une roue à meuler en diamant, disponible dans le commerce, utilisé pour meuler les matériaux en PCD et PCBN, en particulier des inserts d'outil de coupe à base de diamant, par exemple, PCD, CVD et d'autres. La composition A comprend 59-72% en poids de SiO2/Al2O3; 20 à 23% en poids de B2O3, 1 à 2% en poids de Cao et environ 5,0% en poids de Na2O. La composition A ne comporte pas de ZnO, d'oxydes de métaux alcalins mixtes ou de BaO. La composition B est un aggloméré vitrifié de l'invention et est représentée, en pourcentage en poids, dans le Tableau 1.

Tableau 1

[0043]
<tb>Oxyde<sep>B

<tb>SiO2<sep>58,01

<tb>Al2O3<sep>1,73

<tb>B2O3<sep>21,04

<tb>CaO<sep>1,21

<tb>ZnO<sep>3,03

<tb>BaO<sep>2,60

<tb>Na2O<sep>4,59

<tb>K2O<sep>5,19

<tb>Li2O<sep>2,60

<tb>Total<sep>100

[0044] La composition de barre d'essai (volume %), avant la cuisson, est de 28% de diamant, 15% de sphères creuses en produit céramique, 24,5% d'aggloméré vitreux et 32,5% de porosité. Les sphères creuses en céramique utilisées sont du type SL150 (60-100 microns) obtenues chez Environsphere. Le Diamond (15/25 microns) est obtenu chez Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc., Worcester, MA.

[0045] Pour réaliser les barres d'essai, les matériaux sont pesés et mélangés sous agitation dans une cuve et ensuite tamisés à travers un tamis de 105 mesh (dimension normalisée US), deux fois. Ils sont ensuite placés dans un moule en acier de conception appropriée pour obtenir des échantillons d'essai ayant les dimensions suivantes: 0,24 ¾ ¾ X 0,254 ¾ ¾ X 2,625 ¾ ¾.

Les corps verts sont ensuite transférés dans un four et cuits selon un cycle de cuisson de 100 deg. C/h à partir de la température ambiante jusqu'à la température souhaitée et maintenus à cette température pendant 4 heures. Des températures de cuisson et les atmosphères utilisées sont représentées dans le Tableau 2. Les échantillons sont refroidis dans le four.

[0046] Le module de rupture (MOR) est mesuré sur une machine d'essai mécanique de type Instron Modèle 4204 avec un gabarit de pliage à 3 points présentant une portée externe de 2 ¾ ¾, et pour un taux de charge de vitesse du tourillon de 0,050 ¾ ¾ par minute.

[0047] La résistance à la flexion des échantillons testés est représentée dans le Tableau 2, conjointement avec les conditions de traitement utilisées pour les produire.

Tableau 2

[0048]
<tb><sep>A<sep>B

<tb>MOR (psi)<sep>8369<sep>10507-11923

<tb>Température de cuisson<sep>950 deg. C<sep>650 deg. C-700 deg. C

<tb>Atmosphère<sep>N2<sep>Air

[0049] Les résultats représentés dans le Tableau 2 indiquent que les roues de meulage vitrifiées de l'invention nécessitent des températures de cuisson inférieures, pourraient être traitées sans atmosphère non-oxydante et présentent une excellente résistance à la flexion.

Exemple 2

[0050] Des roues abrasives du type 6A2HA utilisant la composition B d'aggloméré vitreux représentée dans le Tableau 1 sont réalisées de la manière suivante. En utilisant un mélangeur tubulaire, 162 g de quantités de matériaux bruts sont mélangés dans un conteneur en plastique recouvert pendant 10 minutes pour former un mélange aggloméré. Le mélange est combiné avec du grain abrasif en diamant et des sphères verre/céramique, qualité SL150.

Le grain abrasif en diamant est obtenu chez S-G Ceramics & Plastics, Inc. et présente une dimension nominale en microns de 15/25. Les sphères en verre/céramique sont obtenues chez Environsphere Co., Australié et présentent un diamètre moyen de 60-100 Microm. Le mélange est tamisé à travers un tamis de 24 mesh (dimension normalisée US) pour briser les agrégats éventuels. Le mélange est ensuite pressé dans une bague moulée et la bague est cuite dans l'air en portant la température à raison de 100 deg. C/h jusqu'à un maximum de 800 deg. C et en maintenant la bague à 800 deg. C pendant 4 heures.

Après cuisson, la bague abrasive (ou jante) est refroidie, prélevée du moule et collée sur un noyau.

[0051] Des noyaux en aluminium ou des noyaux composites en résine-aluminium (90% en poids de poudre de Al, 8,3% en poids de résine phénolique et 1,7% en poids de chaux) sont utilisés. La composition de la jante abrasive cuite de la roue est de 30% de diamant, 20% de corps creux, 17,5% d'aggloméré vitreux et 32,5% de porosité, le tout en volume.

[0052] Des roues abrasives de l'invention sur des noyaux en composite ou en aluminium sont comparées à une roue du commerce, roue comparative-1, conçue pour un meulage des arètes d'inserts PCD de machine-outils. La roue comparative-1 contient entre 30 et 40% en volume de grain de diamant dans un aggloméré vitirifié inconnu. Les roues sont montées sur une machine à meuler Coborn RG6 automatique.

Toutes les roues sont des roues du type 6A2HA 6 ¾ ¾X1,5 ¾ ¾X40 mm. Chaque roue est utilisée pour meuler quatre outils de coupe à embout en diamant polycristallin, qui comprend des matériaux PCd désignés entant que GE 1500 PCD. Tous les essais ont utilisé une vitesse de roue fixée à 2000 rotations par minute (RPM), une pression de meuleage fixée de 5 et une baguette d'ébarbage de 3/4 ¾ ¾X 3/4 ¾ ¾X6 ¾ ¾ MNVC600J8VCA, fournie par Norton Company, Worcester, MA. Les résultats sont reprécentés dans le Tableau 3. Comme on peut le voir dans le Tableau 3, les deux roues à noyau composite et en aluminium de l'invention sont mises en oevre ainsi que la roue commerciale testée.

Tableau 3

[0053]
<tb><sep>w.w./outil<a><sep>Temps de meulage<sep>Arête

<tb><sep>Coborn RG6<sep>Meulage automatique<sep>

<tb>Roue comparative-1<sep>0,001 ¾ ¾<sep>N/A<sep>Excellent

<tb>Roue de l'invention sur un noyau composite<sep>0,001 ¾ ¾<sep>N/A<sep>Excellent

<tb>Roue de l'invention sur un noyau en aluminium <sep>0,001 ¾ ¾<sep>N/A<sep>Excellenta.w.w./outil est l'usure moyenne de la roue par outil meulé.

[0054] Des roues abrasives de l'invention sur des noyaux en composite ou en aluminium sont comparées à la roue comparative-2, une roue de meulage PCD du commerce, montée sur un appareil de meulage manuel Ewag RS12. La roue comparative.2 contient entre 30 à 40% en volume de grain de diamant dans une composition agglomérée vitrifiée inconnue et est conçue de façon spécifique pour être utilisée dans le meulage des arêtes des inserts en PCD pour l'usinage des outils. Toutes les roues sont des roues de type 6A2HA. Chaque roue est utilisée pour meuler quatre outils de coupe à embout polycristallin qui comportent un matériau PCD à partir de GE et sont désignés en tant que GE 1500 PCD.

Tous les essais ont utilisé une vitesse de roue fixée à 2400 TPM, une pression de meulage constante de 400 Newtons et une baguette d'ébarbage de 1 ¾ ¾X 1 ¾ ¾X 6 ¾ ¾ NSA800H2VM, obtenue chez Norton Company. Les résulats sont repésentés dans le Tableau 4.

Tableau 4

[0055]
<tb><sep>w.w./outil <a><sep>Temps de meulage<b><sep>% de réduction<sep>Arête

<tb><sep>Ewag RS12<sep>Meulage manuel<sep><sep>

<tb>Roue comparative-2<sep>0,00064 ¾ ¾<sep>3:70<sep>--<sep>Excellent

<tb>Roue de l'invention sur noyau composite<sep>0,00043 ¾ ¾<sep>2:84<sep>-49% de ww/outil
-30% de temps de meulage<sep>Excellent

<tb>Roue de l'invention sur noyau en aluminium <sep>0,000393 ¾ ¾<sep>2:71<sep>-63% de ww/outil
-36% de temps de meulage<sep>Excellenta. w.w./outil est l'usure moyenne de la roue par outil meulé.
b. temps pour meuler quatre inserts.

[0056] Comme représenté dans le Tableau 4, les roues de l'invention sur à la fois des noyaux en composite et en aluminium montrent une performance améliorée par comparaison avec la roue du commerce.

Environ une moitié d'usure de roue par outil et environ 30% de temps plus court pour meuler sont observés.

Equivalents

[0057] Bien que cette invention ait été particulièrement représentée et décrite en référence à ces formes de réalisation préférées, il sera bien clair pour l'homme de l'art que différentes modifications de forme et que des détails peuvent y être apportés sans s'écarter du cadre de l'invention défini par les revendications annexées.

Claims

1. Outil abrasif comportant: a) un noyau métallique; et b) une jante abrasive sur un périmètre du noyau, la jante comportant un composant de type grain superabrasif, un composant de remplissage qui comprend des corps creux et un composant agrégé vitreux cuit à une température en dessous de 850 deg. C, l'agrégat vitreux comportant de l'oxyde de zinc et au moins deux oxydes de métaux alcalins.

2. Outil abrasif selon la revendication 1, dans lequel le noyau métallique est réalisé en aluminium.

3. Outil abrasif selon la revendication 1, dans lequel le composant à grain superabrasif est choisi dans le groupe constitué du diamant, d'un nitrure de bore cubique et des mélanges de ceux-ci.

4. Outil abrasif selon la revendication 3, dans lequel le composant agrégé vitreux comporte en outre de l'oxyde de baryum.

5. Outil abrasif selon la revendication 4, dans lequel les oxydes de métaux alcalins du composant agrégé vitreux sont choisis dans le groupe constitué de l'oxyde de sodium, de l'oxyde de potassium et de l'oxyde de lithium.

6. Outil abrasif selon la revendication 5, dans lequel les oxydes de métaux alcalins du composant agrégé vitreux comprend de l'oxyde de sodium et de l'oxyde de potassium.

7. Outil abrasif selon la revendication 1, dans lequel les corps creux sont des sphères creuses.

8. Outil abrasif selon la revendication 7, dans lequel les sphères creuses sont réalisées en un matériau céramique.

9. Outil abrasif selon la revendication 1, dans lequel les corps creux sont tamisés pour éliminer les particules brisées.

10. Outil abrasif selon la revendication 9, dans lequel au moins 90% en poids des corps creux ont une dimension des particules se situant dans une gamme de 20 Microm à 120 Microm.

11. Outil abrasif selon la revendication 1, dans lequel le composant à grain superabrasif est présent en une quantité dans une gamme entre 5 et 50% en volume.

12. Outil abrasif selon la revendication 1, dans lequel le composant agrégé vitreux est présent dans une gamme entre 14 et 28% en volume.

13. Outil abrasif selon la revendication 12, dans lequel les corps creux sont présents en une quantité d'au moins environ 10% en volume.

14. Outil abrasif selon la revendication 13, dans lequel les corps creux sont présents en une quantité dans une gamme de 10 à 30% en volume.

15. Outil abrasif selon la revendication 14, dans lequel l'outil comporte en outre une porosité d'au moins 15% en volume.

16. Outil abrasif selon la revendication 15, dans lequel la quantité d'oxydes de métaux alcalins combinés se situe dans une gamme entre 5 et 15% en poids du composant agrégé vitreux.

17. Outil abrasif selon la revendication 16, dans lequel la quantité d'oxydes de métaux alcalins combinés se situe dans une gamme entre 8 et 12% en poids du composant agrégé vitreux.

18. Outil abrasif selon la revendication 1, dans lequel la quantité d'oxyde de zinc se situe dans une gamme entre 1 et 6% en poids du composant agrégé vitreux.

19. Outil abrasif selon la revendication 18, dans lequel la quantité d'oxyde de zinc se situe dans une gamme de 2 à 4% en poids du composant agrégé vitreux.

20. Outil abrasif selon la revendication 19, dans lequel le composant agrégé vitreux comprend en outre de l'oxyde de baryum, et dans lequel la quantité combinée d'oxyde de zinc et d'oxyde de baryum est d'au moins environ 5% du composant agrégé vitreux.

21. Procédé pour fabriquer un outil abrasif agrégé, comportant les étapes de: a) choisir une composition agrégée vitreuse, frittée, qui comprend de l'oxyde de zinc et au moins deux oxydes de métaux alcalins; b) combiner un composant à grain superabrasif, un composant de remplissage ayant des corps creux et une composition agrégée vitreuse; et c) cuire les composants combinés à une température dans la gamme entre 600 deg. C et 850 deg. C.

22. Procédé selon la revendication 21, dans lequel les composants combinés sont cuits à une température maximale pendant une période de temps dans une gamme entre 2 heures et 7 heures.

23. Procédé selon la revendication 22, dans lequel les composants combinés sont cuits dans une atmosphère d'air ambiant.

24. Procédé selon la revendication 23, dans lequel le composant à grain superabrasif est présent en une quantité dans une gamme entre 5 et 50% en volume.

25. Procédé selon la revendication 24, dans lequel le composant agrégé vitreux est présent dans une gamme entre 14 et 8% en volume.

26. Procédé selon la revendication 25, dans lequel les corps creux sont présents en une quantité dans une gamme de 10 à 30% en volume.

27. Procédé selon la revendication 26, dans lequel l'outil comporte en outre une porosité ouverte d'au moins 15% en volume.

28. Procédé selon la revendication 27, dans lequel la quantité d'oxydes de métaux alcalins combinés se situe dans une gamme entre 5 et 15% en poids du composant agrégé vitreux.

29. Procédé selon la revendication 28, dans lequel la quantité d'oxydes de métaux alcalins combinés se situe dans une gamme entre 8 à 12% en poids du composant agrégé vitreux.

30. Procédé selon la revendication 28, dans lequel la quantité d'oxyde de zinc se situe dans la gamme entre 1 et 6% en poids du composant agrégé vitreux.

31. Procédé selon la revendication 30, dans lequel la quantité d'oxyde de zinc se situe dans la gamme entre 2 et 4% en poids du composant agrégé vitreux.

32. Procédé selon la revendication 31, dans lequel le composant agrégé vitreux comporte en outre de l'oxyde de baryum, et dans lequel la quantité combinée d'oxyde de zinc et d'oxyde de baryum est d'au moins environ 5% en poids du composant agrégé vitreux.

33. Procédé selon la revendication 21, dans lequel les corps creux sont tamisés pour éliminer des particules brisées.

34. Procédé selon la revendication 21, comportant en outre l'étape de pressage à chaud ou de pressage à froid, dans lequel au moins environ 90% en poids des corps creux sont intacts à la suite du pressage.

35. Procédé selon la revendication 21, dans lequel les composants cuits sont cimentés sur un noyau métallique.

36. 36. Procédé pour fabriquer un outil abrasif agrégé, comportant les étapes de: a) combiner un composant à grain superabrasif, présent en une quantité d'au moins environ 5% en volume, un composant de remplissage ayant des corps creux et présent en une quantité d'au moins environ 10% en volume, et un composant agrégé vitreux qui comprend de l'oxyde de zinc et au moins deux oxydes de métaux alcalins, le composant agrégé vitreux présent en une quantité inférieure à environ 28% en volume; b) mouler les composants combinés sous une pression efficace pour éviter que ne soient broyés plus d'environ 10% en poids des corps creux; et c) cuire les composants combinés à une température dans une gamme entre 600 deg. C et 850 deg. C, pendant une période de temps suffisante pour former un outil abrasif agrégé ayant une porosité d'au moins environ 15%.

37. Procédé selon la revendication 36, dans lequel l'outil abrasif agrégé est moulé pour former une jante et la jante est fixée à un noyau.