CH697085A5 - Outils abrasifs liés comportant un composite tridimensionnel et procédés pour le meulage. - Google Patents

Description

  [0001] La présente invention concerne un outil abrasif lié comportant un composite tridimensionnel selon les revendications 1 et 15 ainsi qu'un procédé de meulage selon les revendications 28 et 32.

Demandes apparentées

[0002] Cette demande est une continuation-in-part de U.S. série no 10/120 969, déposée le 11 avril 2002 et une continuation-in-part de U.S. série no 10/328 802, déposée le 24 décembre 2002. Les contenus en entier des demandes U.S. Ser. no 10/120 969 et U.S.

   Ser. no 10/328 802 sont ici cités à titre de référence.

Arrière-plan de l'invention

[0003] L'invention se rapporte à des articles ou à des outils abrasifs liés, tels que des roues de meulage, des segments de meulage, des disques de meulage et des meules, ayant des structures nouvelles de composition, à des procédés pour fabriquer de tels outils de façon à créer de nouvelles structures d'outil et à des procédés de meulage, de polissage ou de finissage de surface utilisant de tels outils.

[0004] Les outils abrasifs liés sont constitués de composites abrasifs rigides, et de façon typique monolithique, tridimensionnels sous la forme de roues, de disques, de segments, de points montés, de meules et d'autres formes d'outil, ayant un trou central ou un autre moyen pour le montage sur un type particulier d'appareil ou de machine de meulage,

   de polissage ou d'affûtage. Ces composites comportent trois éléments structurels ou phases: grain abrasif, agent de liaison et porosité.

[0005] Des outils abrasifs liés ont été fabriqués dans une gamme de "qualités" et de "structures" qui ont été définies selon la pratique dans la technique par la dureté et la densité relatives du composite abrasif (qualité) et par le pourcentage en volume de grains abrasifs, d'agent de liaison et de porosité à l'intérieur du composite (structure).

[0006] Pendant presque 70 ans, la structure et la qualité de l'outil ont été considérées comme étant les prédicteurs les plus fiables de la dureté de l'outil, du taux d'usure de l'outil, des exigences de puissance de meulage et de l'uniformité de fabrication.

   La qualité et la structure sont d'abord établies en tant que directives fiables de fabrication dans le brevet U.S. noA-1 983 082, à Howe et al. Howe décrit une technique de fabrication volumétrique utilisable pour surmonter les difficultés alors persistantes avec une qualité de composite abrasif non uniforme et une performance de meulage non uniforme. Dans cette technique, on choisit des pourcentages volumétriques relatifs des trois constituants structurels pour obtenir un outil avec une qualité simulée de dureté et d'autres caractéristiques physiques souhaitées.

   En connaissant le volume souhaité de l'outil fini, les poids de charge du grain abrasif et des composants de l'agent de liaison exigés pour réaliser l'outil sont calculés à partir du volume de l'outil, des pourcentages volumétriques relatifs et des densités de matériau du grain abrasif et des composants de liaison. De cette manière, il est possible de créer une charte de structure normalisée pour une composition de liaison définie et, dans les essais de fabrication subséquents, de lire les pourcentages volumétriques relatifs à partir de la charte de structure normalisée afin de fabriquer les outils abrasifs liés ayant une qualité de dureté uniforme pour un pourcentage volumique donné de grains abrasif, d'agent de liaison et de porosité.

   On observe que la performance de meulage est uniforme d'une charge de fabrication à l'autre lorsque la qualité et la structure ont été maintenues constantes.

[0007] Pour de nombreuses opérations de meulage, en contrôlant la quantité et le type de porosité dans le composite, en particulier la porosité d'une nature perméable ou interconnectée, il s'est avéré améliorer l'efficacité de meulage et protéger la qualité de la pièce à usiner qui est meulé d'un endommagement thermique ou mécanique.

[0008] N'importe quel composite abrasif tridimensionnel est constitué de la somme des pourcentages volumiques relatifs de ces trois constituants: le grain abrasif, l'agent de liaison et la porosité.

   La somme des pourcentages volumiques de ces constituants doit être égale à 100% en volume;, en conséquence, les outils ayant un pourcentage élevé de porosité doivent avoir des pourcentages proportionnellement plus faibles d'agent de liaison et/ou de grains abrasifs. Dans la fabrication des outils abrasifs liés, on peut facilement obtenir des pourcentages volumiques relativement élevés de porosité (par exemple de 40 à 70% en volume) dans des outils de meulage de précision, réalisés avec des matériaux de liaison inorganiques liés, rigides (par exemple des agents de liaison vitrifiés ou céramiques), et des dimensions de grain relativement petites (par exemple de dimensions 46-220 grit, Norton grit), que dans des outils de meulage brut réalisés avec des matériaux de liaison organiques et des dimensions de grain relativement importantes (par exemple,

   des dimensions 12-120 grit de Norton grit). Des composites abrasifs poreux réalisés avec des dimensions de grain plus importantes, des pourcentages volumiques plus élevés de grains et des matériaux de liaison organiques, plus tendres, ont une tendance à s'affaisser ou se stratifier pendant les étapes de moulage et durcissement intermédiaires de la fabrication de l'outil de meulage. Pour ces raisons, des outils abrasifs liés, disponibles dans le commerce, réalisés avec des matériaux de liaison organiques sont souvent moulés pour contenir aucune porosité, et, de façon typique, ne contiennent pas plus que 30% en volume de porosité.

   Ils dépassent rarement 50% en volume de porosité.

[0009] Une porosité naturelle se produisant à partir du compactage des grains abrasifs et des particules d'agent de liaison, pendant le moulage sous pression, est habituellement insuffisante pour réaliser une porosité élevée dans des outils abrasifs liés. Des inducteurs de porosité, tels que de l'alumine en bulle et du naphtalène, peuvent être ajoutés à des mélanges de composites abrasifs liés pour permettre un moulage sous pression et une manutention d'un article abrasif poreux non réticulé et pour obtenir une porosité appropriée en pourcentage volumique dans l'outil final. Certains inducteurs de pores (par exemple de l'alumine à bulle et des sphères vitreuses) créeront une porosité à cellule close à l'intérieur de l'outil.

   Les inducteurs de pores à cellule close ajoutés pour réaliser des pourcentages élevés de porosité évitent la formation de canaux ouverts ou de porosité interconnectée, en évitant ou en réduisant ainsi l'écoulement de fluide a travers le corps de l'outil, de façon à tendre d'accroître les forces de meulage et le risque d'endommagement thermique.

   Ces inducteurs de pores à cellule ouverte peuvent être éliminés par combustion de la matrice abrasive (par exemple des écorces de noix et du naphtalène), ce qui donne naissance à différentes difficultés de fabrication.

[0010] En outre, les densités des inducteurs de pores, des matériaux de liaison et des grains abrasifs varient, de façon notable, ce qui rend difficile de contrôler la stratification du mélange abrasif pendant la manipulation et le moulage, ce qui se traduit souvent par une perte d'homogénéité dans la structure tridimensionnelle de l'article abrasif fini.

   Une distribution homogène uniforme des trois constituants du composite abrasif ont été considérés comme un aspect clé de la qualité uniforme d'un outil, et, pour des roues de meulage, important dans l'opération de sécurité des roues pour des vitesses de rotation élevées nécessaires pour le meulage (par exemple au-dessus de 4000 pieds surfaciques par minute (sfpm) respectivement 20, 32 m/s).

[0011] Le pourcentage volumique de la porosité interconnectée ou de la perméabilité du fluide s'est avéré être un déterminant plus notable de la performance de meulage des articles abrasifs que le pourcentage de porosité volumique proprement dit (voir le brevet U.S. no A-5 738 696 à Wu). La porosité interconnectée permet l'élimination des rebuts de meulage (boues) et le passage du fluide de refroidissement dans la roue pendant le meulage.

   L'existence d'une porosité interconnectée est confirmée en mesurant la perméabilité de la roue à l'écoulement de l'air sous des conditions contrôlées. Le brevet U.S. no A-5 738 697 à Wu décrit des roues de meulage de haute perméabilité ayant une quantité significative de porosité interconnectée (40-80%, en volume). Ces roues sont réalisées à partir d'une matrice de particules fibreuses ayant un rapport d'aspect d'au moins 5:1.

   Les particules fibreuses peuvent être des grains abrasifs filamenteux ou des grains abrasifs non fibreux, ordinaires, mélangés avec différents matériaux de charge fibreux, tels qu'une fibre céramique, une fibre de polyester et une fibre de verre et des mats et des agglomérats réalisés à partir de particules fibreuses.

[0012] On a maintenant découvert que les outils abrasifs liés peuvent être réalisés avec un pourcentage relativement élevé de porosité et un pourcentage relativement bas de grains abrasifs sans sacrifier la résistance mécanique ou la résistance à l'usure de l'outil, même si la qualité de dureté de l'outil produira une résistance mécanique relativement médiocre.

   Pour des outils abrasifs organiques liés, il est maintenant possible de fabriquer des outils selon des pourcentages relatifs de grains abrasifs, d'agents de liaison et de porosité qui forment les structures inconnues parmi les outils abrasifs liés du commerce. Ces nouvelles structures comprennent les outils abrasifs liés organiques, dans lesquelles la phase continue du composite abrasif est constituée du constituant de porosité. Dans une technique préférée pour créer ces nouvelles structures, une majorité de grains abrasifs ont été agglomérés avec un matériau liant avant le mélange, le moulage et le traitement thermique de l'outil abrasif lié.

[0013] Des grains abrasifs améliores ont été rapportés comme améliorant l'efficacité de meulage par des mécanismes non apparentés à la quantité ou au caractère de la porosité de l'outil abrasif lié.

   Un grain abrasif a été aggloméré pour différents usages, le principal d'entre eux étant de permettre l'utilisation d'une dimension très petite de particules de grain abrasif ("grit") afin d'obtenir la même efficacité de meulage qu'une dimension grit abrasive plus importante et de fournir un fini de surface plus tendre sur la pièce à usiner devant être meulée. Dans certains cas, le grain abrasif a été aggloméré afin d'obtenir une structure moins poreuse et un outil de meulage plus dense, ayant des grains abrasifs plus fortement liés.

[0014] Une très faible porosité (par exemple moins d'environ 5% en volume de porosité) des roues de meulage d'embrayage ont été réalisées à partir de composite abrasif revalorisés, broyés, vitrifiés et liés en liant les composites dans une résine époxy.

   Ces "roues" de meulage d'engrenage "composées" ont été disponibles dans le commerce pendant un certain nombre d'années (chez Saint-Gobain Abrasives, GmbH, auparavant Efesis Schleiftechnik GmbH, Gerolzhofen, Allemagne).

[0015] Le brevet U.S. no A-2 216 728 à Benner décrit des agrégats abrasifs grain/agent de liaison réalisés à partir de n'importe quel type d'agent de liaison. Le motif pour l'utilisation d'agrégats est de réaliser des structures de roues très denses pour conserver le diamant ou le grain CBN pendant les opérations de meulage. Si les agrégats sont réalisés avec une structure poreuse, alors c'est dans le but de permettre au matériau de liaison inter-agrégat de s'écouler dans les pores des agrégats et de densifier complètement la structure pendant la cuisson.

   Les agrégats permettent l'utilisation de fins grains abrasifs par ailleurs perdus dans la production.

[0016] Le brevet U.S. no A-3 982 359 à Elbel enseigne la formation d'agrégats de grains abrasifs et d'agent de liaison résineux ayant des valeurs de dureté supérieures à celles de l'agent de liaison résineux utilisé pour lier les agrégats dans un outil abrasif. Des vitesses de meulage plus rapides et une vie de l'outil plus longue sont atteintes dans des roues liées contenant les agrégats.

[0017] Le brevet U.S. no A-A 4 799 939 à Bloecher enseigne des agglomérats érodables de grains abrasifs, de corps creux et un liant organique et l'utilisation de ces agglomérats dans des abrasifs revêtus et des abrasifs liés.

   Des agglomérats similaires sont décrits dans le brevet U.S. no A 5 039 311 à Bloecher et le brevet U.S. no A 4 652 275 à Bloecher et coll.

[0018] Le brevet U.S. no 15 129 189 à Wetshcer décrit des outils abrasifs ayant une matrice d'agent de liaison résineux contenant des conglomérats, ayant de 5 à 90% en volume de porosité, de grains abrasifs, de résine et de matériau de charge, tel que la cryolite.

[0019] Le brevet U.S. no A 5 651 729 à Benguerel décrit une roue de meulage ayant une âme et une jante abrasive discrète réalisées à partir d'une liaison de résine et d'agglomérats broyés de diamant ou de grains abrasifs CBN avec un agent de liaison métallique ou céramique.

   Les avantages spécifiés des roues réalisées avec les agglomérats comprennent de grands espaces libres, une résistance à l'usure élevée, des caractéristiques d'auto-affûtage, une résistance mécanique élevée de la roue et la capacité de lier directement la jante abrasive à l'âme de la roue. Dans une forme de réalisation, des jantes de moulage utilisées, liées par diamant ou CBN, sont broyées jusqu'à une dimension de 0,2 à 3 mm pour former les agglomérats.

[0020] Le brevet britannique noA-1 228 219 à Lippert décrit des conglomérats de grains et d'agent adhésif ajouté à une matrice liée élastique en élastomère.

   L'agent de liaison maintenant le grain à l'intérieur du conglomérat peut être des matériaux céramiques ou résineux, mais il peut être plus rigide que la matrice d'agent de liaison élastique.

[0021] Le brevet U.S. no A 4 541 842 à Rostoker décrit des abrasifs revêtus et des roues abrasives réalisées avec des agrégats de grains abrasifs et un mélange expansé de matériaux de liaison vitrifiés avec d'autres matériaux bruts, tels que du noir de carbone ou des carbonates, appropriés pour s'expanser pendant la cuisson des agrégats. Les "boulettes" des agrégats contiennent un pourcentage plus élevé d'agent de liaison qu'un grain sur la base d'un pourcentage volumique. Les boulettes utilisées pour réaliser les roues abrasives sont frittées à 900 deg.

   C (jusqu'à une densité de 70 Ibs/pied cube; 1134 g/cm<3>) et l'agent de liaison vitrifié utilisé pour réaliser la roue est cuit à 880 deg. C. Les roues réalisées avec 16% en volume de boulettes réalisent un meulage selon un niveau d'efficacité similaire à celui des roues comparatives réalisées avec 46% en volume de grains abrasifs. Les boulettes contiennent des cellules ouvertes à l'intérieur de la matrice de liaison vitrifiée, avec des grains abrasifs relativement plus petits groupés autour du périmètre des cellules ouvertes.

   Un four rotatif est mentionné pour la cuisson des agrégats verts pré-agglomérés qui sont par la suite expansés et frittés pour réaliser les boulettes.

[0022] Le brevet U.S.-A 6 086 467 à Imai et coll. décrit des roues de meulage qui contiennent un grain abrasif et des groupes de grains abrasifs de grains de remplissage ayant une dimension plus petite que le grain abrasif. Un agent de liaison de grain abrasif vitrifié peut être utilisé et le grain de remplissage peut être de l'oxyde de chrome. La dimension des groupes de grains est d'un tiers ou plus de la dimension des grains abrasifs.

   Des avantages comprennent l'érosion de l'agent de liaison contrôlée et une rétention de grains abrasifs dans des applications de meulage à faible force, utilisant un grain superabrasif, dans lesquels le grain superabrasif peut être dilué afin de réduire au minimum les forces de meulage. Des groupes de grains de remplissage peuvent être formés à l'intérieur de la cire. Aucun frittage des groupes de grains n'est décrit.

[0023] Le document WO 01/85 383 A1 à Adefris décrit un article abrasif tridimensionnel à partir de composites abrasifs soit conformés ou agencés de façon irrégulière de façon à posséder plus d'une monocouche de composites abrasifs. L'article peut renfermer une porosité inter-composite et une porosité intra-composite.

   Les composites comprennent des grains abrasifs liés dans une première matrice, inorganique ou organique, et l'article abrasif est lié avec un second matériau liant inorganique (métallique ou vitrifié ou céramique) ou organique, afin de former un article abrasif ayant d'environ 20 à 80% en volume de porosité. L'article préféré contient un grain abrasif en diamant fin maintenu dans un premier agent de liaison et un second agent de liaison, en verre, et l'article est utilisé pour broyer du verre jusqu'à une finition de miroir.

[0024] Un certain nombre de publications ont décrit des outils abrasifs enduits réalisés avec un grain abrasif aggloméré.

   Elles englobent le brevet U.S.-A 2 194 472 à Jackson qui décrit des outils abrasifs enduits réalisés avec des agglomérats d'une pluralité de grains abrasifs relativement fins et l'un quelconque des agents de liaison habituellement utilisés pour enduire ou lier des outils abrasifs. Des composites organiques en grit fins, CBN et d'autres brins abrasifs thermiquement dégradables dans une matrice d'oxyde métallique ont été rapportés comme étant utilisables dans des outils abrasifs enduits (brevet U.S. no A-3 916 584 à Howard et coll.). Le brevet U.S. no A-3 048 482 à Hurst décrit des micro-segments abrasifs conformés de grains abrasifs agglomérés et de matériaux de liaison organiques sous la forme de pyramides en d'autres formes effilées.

   Les micro-segments abrasifs conformés sont fixés par adhésion à un support fibreux et utilisés pour réaliser des abrasifs revêtus et pour enduire la surface de roues de meulage fines. Le brevet U.S. no 4 311 489 à Kressner décrit des agglomérats de grains abrasifs fins (<= 200 microns) et de crylolite, facultativement avec un agent liant au silicate et leur utilisant dans la fabrication des outils abrasifs revêtus. Le brevet U.S. no A 5 500 273 à Holmes décrit des particules ou des composites conformés de façon précise, de particules fines d'abrasifs et d'un agent liant polymère formé par une polymérisation à radicaux libres. Les composites conformés de façon similaire sont décrits dans le brevet U.S no A 5 851 247 à Stoetzel et coll.; le brevet U.S. no A 5 714 259 à Holmes et coll. et le brevet U.S. no A 5 342 419 à Hibbard et coll.

   Le brevet U.S. 5 975 988, le brevet U.S. 6 627 413 B1 et le document WO 96/10 471 tous à Christianson décrivent des articles abrasifs revêtus comportant un support et une couche abrasifs organiques liés, dans lesquels l'abrasif est présent sous la forme d'agglomérats conformés sous la forme d'un cube ou d'une pyramide tronquée à quatre côtés.

[0025] Le brevet U.S. A-6 056 794 à Stoetzel et coll., décrit des articles abrasifs revêtus ayant un support, un agent de liaison organique contenant des particules inorganiques dures y dispersées, et des agglomérats de particules abrasives liées au support. Les particules abrasives dans les agglomérats et les particules inorganiques dures dans l'agent de liaison organique sont essentiellement de la même dimension.

   Les agglomérats peuvent être conformés de façon précise ou aléatoire et ils sont réalisés avec une liaison organique. Les particules inorganiques dures peuvent être n'importe quelles particules de grain abrasif.

[0026] Le brevet U.S. 6 319 108 B1 à Adefris et coll. décrit un article abrasif comportant un support rigide et des composites abrasifs céramiques réalisés en particules abrasives dans une matrice céramique poreuse. Les composites sont maintenus sur le support au moyen d'un revêtement métallique, tel qu'un métal électroplaqué.

   Le document WO 01/83 166 A1 à Mujumdar et coll. décrit des outils abrasifs de meulage en verre comportant des composites de diamant maintenus sur un support au moyen d'un agent de liaison résineux.

[0027] Un certain nombre de brevets décrivent des outils abrasifs comportant des composites résineux ou d'autres agents liants organiques de grains abrasifs. La plupart de ces outils sont des outils abrasifs revêtus dans lesquels une liaison résineuse est utilisée pour faire adhérer les composites de grains abrasifs à un support flexible. Occasionnellement, des agents liants métalliques ou d'autres particules érodables sont utilisées en relation avec des composites abrasifs.

   Des brevets représentatifs de ce groupe comprennent le brevet U.S. no A-5 078 753 à Broberg et coll., le brevet U.S. no A-5 578 098 à Gagliardi et coll.; le brevet U.S. no A-5 127 197 à Brukvoort et coll.; le brevet U.S. no A-5 318 604 à Gorsuch et coll.; le brevet U.S. no A-5 910 471 à Christianson et coll. et le brevet U.S. no A-6 217 413 à Christianson et coll.

[0028] Le brevet U.S. no A-4 355 489 à Heyer décrit un article abrasif (roue, disque, courroie, feuille, bloc et analogue) réalisé en une matrice de filaments ondulés liés ensemble en des points de contact manuel et d'agglomérats abrasifs, ayant un volume de vide d'environ 70 à 97%. Les agglomérats peuvent être réalisés avec des agents de liaison vitrifiés ou résineux et en n'importe quel grain abrasif.

   Le brevet U.S. no A-4 364 746 à Bitzer décrit des outils abrasifs comportant différents agglomérats abrasifs ayant différentes résistances. Les agglomérats sont réalisés en grains abrasifs et en matériaux liants résineux et peuvent comporter d'autres matériaux tels que des fibres coupées pour ajouter de la résistance ou de la dureté. Le brevet U.S. no A-4 393 021 à Eisenberg et coll. décrit un procédé pour réaliser des agglomérés abrasifs à partir de grains abrasifs et d'un agent liant résineux utilisant une bande de tamisage et enroulant une pâte du grain et de l'agent liant à travers la bande pour réaliser des extrusions en forme de vers.

   Les extrusions sont durcies par chauffage et ensuite broyées pour former des agglomérats.

[0029] Nonobstant cet exposé étendu de connaissance concernant comment réaliser des articles abrasifs avec du grain aggloméré et pour éliminer ou créer une porosité de l'outil, jusqu'à maintenant n'a modifié avec succès la structure composite de base d'un outil abrasif monolithique lié, tridimensionnel, avec un grain aggloméré tel que la qualité et la structure de l'outil ne prédisent plus la performance de meulage. Aucun n'a utilisé du grain-aggloméré pour réaliser les outils de structure à pourcentage volumique qui sont difficiles ou impossibles à fabriquer avec du grain abrasif ordinaire dans des agents de liaison organiques.

   En particulier, sans sacrifier la résistance mécanique, la vie de l'outil ou la performance de l'outil, il s'est avéré que des pourcentages volumiques relativement élevés de porosité (par exemple au-dessus de 30% en volume) peuvent être atteints dans des outils abrasifs liés fabriqués avec des agents de liaison organiques. Des modifications notables du module élastique et d'autres propriétés physiques à la fois des outils inorganiques et organiques peuvent être également atteints dans les outils de l'invention.

[0030] Dans les abrasifs liés fabriqués avec des matériaux de liaison organiques, les matériaux de liaison organiques ont été considérés comme étant le facteur le plus important de modification de la qualité et de la structure pour atteindre une résistance mécanique ou une rigidité, appropriée ou suffisante.

   De façon tout à fait surprenante, l'invention permet de fabriquer des outils à teneur inférieure en grain abrasif sur une gamme de teneurs en agent de liaison et utilisés dans des applications de meulage qui exigent des outils de résistance mécanique élevée ayant une résistance à l'usure prématurée (définie en tant qu'usure de structure de l'outil qui est plus rapide que l'usure d'un grain abrasif).

   Dans des applications de meulage en surface élevée, les outils de l'invention agissent actuellement d'une manière supérieure aux outils classiques fabriqués avec des teneurs plus élevées en grain abrasif et en agent de liaison.

[0031] Aucun des développements de la technique antérieure dans le grain abrasif aggloméré ne suggère les avantages des outils abrasifs liés en utilisant certains grains abrasifs agglomérés à l'intérieur d'une matrice de liaison, organique ou inorganique, pour contrôler la structure tridimensionnelle de l'outil abrasif lié.

   En particulier, il est inattendu que ces agglomérats peuvent être adaptés pour se plier au besoin et pour contrôler le positionnement et le type de porosité et de lier la matrice à l'intérieur de la structure des outils de l'invention.

Résumé de l'invention

[0032] L'invention est un outil abrasif lié, comportant un composite tridimensionnel de (a) une première phase comportant de 24 à 48% en volume de grains abrasifs liés avec de 10 à 38% en volume de matériau de liaison organique et moins de 10% en volume de porosité; et (b) une seconde phase constituée de 38 à 54% en volume de porosité;

   cette seconde phase étant une phase continue à l'intérieur du composite, et l'outil abrasif lié présente une vitesse d'éclatement minimal de 4000 sfpm (20, 32 m/s).

[0033] L'invention englobe en outre des outils abrasifs liés comportant un composite tridimensionnel de (a) 22 à 46% en volume de grains abrasifs liés avec de 4 à 20% en volume de matériau de liaison inorganique; et (b) de 40 à 68% en volume de porosité interconnectée; dans lesquels une majorité de grains abrasifs sont présents sous la forme de groupes espacés de façon irrégulière à l'intérieur du composite; les outils abrasifs liés ont des valeurs de module élastiques qui sont d'au moins 10% inférieures aux valeurs du module élastique pour des outils classiques par ailleurs identiques, ayant des grains abrasifs régulièrement espacés à l'intérieur d'un composite tridimensionnel;

   et les outils abrasifs liés présentent une vitesse d'éclatement minimale de 4000 sfpm (20, 32 m/s). L'invention englobe en outre un procédé pour le meulage de disque, comportant les étapes de:
(a) : se procurer une roue abrasive liée, comportant un composite tridimensionnel de (i) une première phase comportant de 24 à 48% en volume de grains abrasifs liés avec 10 à 38% en volume de matériau de liaison organique et moins de 10% en volume de porosité; et (ii) une seconde phase constituée de 38 à 54% en volume de porosité; dans laquelle la seconde phase est une phase continue à l'intérieur du composite, et l'outil abrasif lié présente une vitesse d'éclatement minimale de 4000 sfpm (20,32 m/s);
(b) : de monter la roue abrasive liée sur une machine de meulage en surface;
(c) : d'entraîner en rotation la roue; et
(d) :

   de mettre une surface de meulage de la roue en contact avec une pièce à usiner pendant une période de temps suffisante pour meuler la pièce à usiner, de façon que la roue élimine le matériau de la pièce à usiner selon une vitesse d'élimination efficace du matériau, la surface de meulage de la roue reste essentiellement exempte de débris de meulage et, une fois que le meulage a été terminé, la pièce à usiner est essentiellement exempte de dommages thermiques.

[0034] L'invention englobe en outre un procédé pour le meulage à vitesse lente comportant les étapes de:
(a) : se procurer une roue abrasive liée comportant un composite tridimensionnel de (i) 22 à 46% en volume de grains abrasifs liés avec de 4 à 20% en volume de matériau de liaison inorganique; et (ii) de 40 à 68% en volume de porosité interconnectée;

   et dans laquelle une majorité des grains abrasifs sont présents sous la forme de groupes espacés de façon irrégulière à l'intérieur du composite; l'outil abrasif lié présente une valeur de module élastique qui est au moins 10% inférieure à la valeur de module élastique d'un outil classique par ailleurs identique ayant des grains abrasifs espacés de façon régulière à l'intérieur d'un composite tridimensionnel; et l'outil abrasif lié possède une vitesse d'éclatement minimale de 4000 sfpm (20,32 m/s);
(b) : de monter la roue abrasive liée sur une machine de meulage à vitesse lente;
(c) : d'entraîner en rotation la roue; et
(d) :de mettre en contact avec une pièce à usiner une surface de meulage de la roue pendant une période suffisante de temps pour meuler la pièce à usiner;

   de façon que la roue élimine le matériau de la pièce à usiner selon un taux d'élimination du matériau efficace, et, après meulage, la pièce à usiner est essentiellement exempte d'endommagement thermique.

[0035] Description des dessins
<tb>La fig. 1<sep>est un diagramme ternaire mettant en contraste les structures de composition en pourcentage volumétrique relatives des outils abrasifs liés, organiques, normalisés à ceux des outils abrasifs liés organiques de l'invention.


  <tb>La fig. 2<sep>est un diagramme ternaire mettant en contraste les structures de composition relatives en pourcentage volumétrique des outils abrasifs liés organiques normalisés à ceux des outils abrasifs liés organiques de l'invention fabriqués avec des agglomérats de grains abrasifs qui contiennent des matériaux liants inorganiques.


  <tb>La fig. 3<sep>est un diagramme ternaire illustrant la gamme de structures de composition en pourcentage volumétrique des outils abrasifs liés, inorganiques, normalisés dans lesquels ceux parmi les outils abrasifs liés inorganiques de l'invention fabriqués des agglomérats de grains abrasifs contenant des matériaux liants inorganiques et un agent de liaison inorganique sont caractérisés par des valeurs de module élastique, significativement plus basses, mais des valeurs de la vitesse d'éclatement de la roue équivalentes par rapport aux outils normalisés.


  <tb>La fig. 4<sep>est une photomirographie de la surface d'un outil abrasif lié normalisé fabriqué avec un agent de liaison organique, illustrant une distribution uniforme des trois constituants du composite abrasif.


  <tb>La fig. 5<sep>est une photomicrographie de la surface d'un outil abrasif lié de l'invention réalisé avec un agent de liaison organique, illustrant la distribution non uniforme des trois constituants du composite abrasif, la porosité (zones plus sombres) sous la forme d'une phase continue à l'intérieur du composite et un réseau réticulé de grains abrasifs ancré à l'intérieur du matériau de liaison organique.

Description des formes de réalisation préférées

 Outils abrasifs liés

[0036] Les outils abrasifs liés de l'invention (roues de meulage, segments de meulage, disques de meulage, pierres de meulage et meules, que l'on désigne collectivement en tant qu'outils ou roues) sont caractérisés par une combinaison auparavant inconnue de la structure de l'outil ou de la roue et des propriétés physiques.

   Telle qu'utilisée ici, l'expression "structure de la roue" se rapporte au pourcentage volumique du grain abrasif, de l'agent de liaison et de la porosité contenue dans la roue de meulage. Une "qualité" de dureté de roue se rapporte à la désignation écrite donnée au comportement des roues dans une opération de meulage. Pour un type de liaison donné, la qualité est une fonction de la porosité de la roue, de la teneur en grain et de certaines propriétés physiques, telles que la densité réticulée, le module élastique et la pénétration du sable par soufflage (cette dernière est plus typique des roues liées vitrifiées). La "qualité" de la roue prédit la façon de résister à l'usure de la roue pendant le meulage et la dureté de meulage de la roue, c'est-à-dire combien de puissance sera nécessaire pour utiliser la roue dans une opération de meulage donnée.

   La désignation de lecture pour la qualité de la roue est déterminée selon une échelle de qualité de Norton Company, connue dans la technique, dans laquelle les qualités les plus tendres sont désignées A et les qualités les plus dures sont désignées Z. Voir, par exemple, le brevet U.S. no A-1 983 082, à Howe et coll.

   En adaptant les qualités de roue, l'homme de l'art peut habituellement remplacer une spécification de la nouvelle roue par une roue connue et prédire que la nouvelle roue se comportera d'une manière similaire à la roue connue.

[0037] Dans un écart significatif et non-attendu à partir de ces mises en ¼oeuvre, les outils de l'invention sont caractérisés par des modifications de leurs structures composites monolithiques, tridimensionnelles, en particulier dans la quantité et le caractère du constituant de porosité, tel que la qualité et la structure de l'outil ne prédisent plus la performance de meulage.

[0038] Lorsqu'ils sont réalisés avec une liaison organique, les outils de l'invention peuvent être formulés pour fournir des structures en pourcentage volumique (par exemple une porosité supérieure à 30% en volume)

   qui sont difficiles ou impossibles à fabriquer par des techniques de l'art antérieur. Ces nouvelles structures peuvent être réalisées sans sacrifier la résistance mécanique, la vie de l'outil ou la performance de l'outil. Dans une technique préférée, ces structures sont fabriquées avec un mélange de grains abrasifs, dans lesquels une majorité du grain abrasif est sous la forme d'agglomérats de grains abrasifs avec un matériau liant organique, un matériau liant inorganique ou un mélange des deux.

[0039] Lorsqu'ils sont réalisés avec un agent de liaison inorganique, les outils de l'invention peuvent être formulés pour obtenir des structures identiques en pourcentage volumique (voir fig.

   3) à des outils classiques, mais pour une valeur du module élastique significativement plus faible, c'est-à-dire au moins 10% plus faible, et souvent si faible que 50% de la valeur du module élastique, sans perte efficace quelconque de la résistance mécanique. Nonobstant cette chute de dureté, les outils de l'invention présentent des valeurs de vitesse d'éclatement commercialement acceptables et des taux d'élimination de matériau significativement meilleurs dans certaines opérations de meulage. Dans une technique préférée, ces structures sont fabriquées avec un mélange de grains abrasifs dans lequel une majorité du grain abrasif est sous la forme d'agglomérats de grains abrasifs avec un matériau de liaison inorganique.

[0040] Les fig. 1-5 illustrent les nouvelles structures des outils de l'invention.

   La fig. 1 est un diagramme ternaire limité avec deux zones définissant deux séries de roues (roues de la technique antérieure et roues expérimentales de l'invention) réalisées avec le matériau de liaison organique. Les roues de la technique antérieure et les roues de l'invention sont également appropriées pour une utilisation commerciale dans des opérations de meulage de contact élevé, de précision, en surface ou en ligne, telles qu'un meulage au disque ou au cylindre. Les roues classiques ont des structures en % volumétrique dans une zone limitée par de 38 à 52% en volume de grain, de 12 à 38% en volume d'agent de liaison et de 15 à 37% en volume de porosité. Au contraire, les roues de l'invention ont des structures dans une zone limitée par 24 à 48% en volume de grain, 10 à 38% en volume d'agent de liaison et de 38 à 54% en volume de porosité.

   On peut voir que les roues de l'invention sont réalisées avec un grain significativement moins abrasif que les roues classiques et contiennent des quantités relativement faibles d'agent de liaison et des quantités relativement importantes de porosité. Ce qui ne peut pas être vu sur le diagramme est que les roues de l'invention se situent dans une région sur le diagramme ternaire où les techniques de fabrication de l'art antérieur ne peuvent pas être utilisées pour réaliser des roues de meulage.

   Les techniques de l'art antérieur ne sont pas fiables lorsque la structure de composite tridimensionnelle s'affaisse pendant le traitement thermique, en détruisant les zones de porosité, ou lorsque les roues de la technique antérieure manquent de résistance mécanique suffisante pour une utilisation sûre pendant les opérations de meulage.

[0041] La fig. 2 est un diagramme ternaire illustrant deux séries de roues (roues de la technique antérieure et roues expérimentales de l'invention) conçu pour une utilisation commerciale dans des opérations de meulage de surface de contact en ligne continue, tel qu'un meulage par cylindre.

   Les roues de la technique antérieure sont réalisées avec un matériau de liaison organique et les roues de l'invention sont fabriquées avec un matériau de liaison organique et des agglomérats de grains abrasifs qui contiennent des matériaux liants inorganiques. Les roues de l'invention sont largement supérieures aux roues classiques dans tous les paramètres opérationnels des opérations de meulage par cylindre. Les roues classiques ont à nouveau des structures à l'intérieur d'une zone limitée par de 38 à 53% en volume de grain, de 12 à 38% en volume d'agent de liaison et de 15 à 37% en volume de porosité.

   Par contraste, les roues de l'invention ont des structures à l'intérieur d'une zone limitée par de 28 à 48% en volume de grain, de 10 à 33% en volume d'agent de liaison (la somme de l'agent de liaison organique de la roue et le matériau liant inorganique dans les agglomérats) et de 38 à 53% en volume de porosité. On peut voir que les roues de l'invention peuvent être fabriqués avec significativement moins de grains abrasifs et significativement plus de porosité que les roues classiques.

   Ce qui ne peut pas être vu sur le diagramme est que les roues de l'invention sont caractérisées par des qualités beaucoup plus tendres que les roues classiques et les valeurs de module élastique que les roues classiques (par comparaison avec un matériau de liaison équivalent en pourcentage volumique) mais elles présentent, de façon significative, une efficacité de meulage meilleure en termes de vie de la roue, de taux d'élimination de matériau et de résistance aux vibrations et aux cliquetis de la roue.

[0042] La fig. 3 est un diagramme ternaire illustrant deux séries de roues (roues de la technique antérieure et les roues expérimentales de l'invention) réalisées avec un matériau de liaison inorganique, à la fois approprié pour utilisation commerciale dans des opérations de meulage de surface à contact élevé, telles qu'un meulage à vitesse lente.

   Des roues de la technique antérieure et les roues de l'invention ont à la fois des structures à l'intérieur d'une zone limitée par de 22 à 48% en volume de grain, de 4 à 21% en volume d'agent de liaison et de 35 à 77% en volume de porosité. Ce qui ne peut pas être vu sur le diagramme est que, pour une structure identique en pourcentage volumique, les roues de l'invention ont une qualité plus tendre et une valeur de module élastique plus faible que les roues classiques, les roues de l'invention présentent encore une performance de meulage meilleure, de façon significative, en termes de taux d'élimination de matériau et de qualité de la pièce à usiner.

[0043] Les fig. 4-5 illustrent la modification de la quantité et du caractère de la porosité des outils de l'invention par rapport à des outils classiques.

   Il peut être vu d'après les fig. 4 (art antérieur) et 5 (de l'invention) que la porosité (surfaces plus sombres) dans le composite abrasif de la roue de l'invention est une phase continue de canaux interconnectés. Le grain abrasif et l'agent de liaison apparaissent sous la forme d'un réseau réticulé, dans lequel le grain abrasif est ancré dans les matériaux de liaison organiques. Par contraste, les roues classiques ont une structure essentiellement uniformes, dans laquelle la porosité est difficilement visible et clairement présente sous la forme d'une phase discontinue.

[0044] D'une manière similaire, il a été observé pour des outils liés de l'invention que la porosité dans le composite abrasif comprend une porosité interconnectée.

   Les grains abrasifs de la roue de l'invention sont groupés et espacés d'une façon irrégulière, par contraste avec l'espacement régulier et uniforme des grains dans les roues de l'art antérieur comparables réalisées avec le même type d'agent de liaison inorganique et de matériaux en grain. Tous les constituants des roues de l'art antérieur apparaissent être espacés d'une manière uniforme et homogène à travers la surface de la roue, tandis que tous les constituants de la roue de l'invention sont irrégulièrement espacés et la structure n'est pas homogène.

   Comme cela pourrait être attendu d'un outil à liaison inorganique (par exemple une liaison vitrifiée) et des dimensions grit abrasives relativement petites, typiquement utilisées dans un outil de ce type, par comparaison avec l'agent de liaison organique et les dimensions grit plus importantes illustrées sur la fig.

   5, les canaux de porosité et le réseau de grains abrasifs de liaison sont visuellement moins distincts dans les outils à liaison inorganique que dans les outils à liaison organique.

[0045] Différentes propriétés de matériau d'outils abrasifs liés ont été identifiées comme étant apparentées à de nouvelles structures composites décrites ici, y compris la résistance mécanique, le module élastique et la densité.

[0046] Les propriétés de résistance mécanique déterminent si un composite peut être utilisé en tant qu'outil abrasif lié dans une opération de meulage industrielle.

   Du fait que la plupart des outils abrasifs sont utilisés sous la forme de roues de meulage abrasives, la résistance mécanique est prédite par un essai de vitesse d'éclatement de la roue dans lequel la roue est montée sur un arbre à l'intérieur d'une chambre protectrice et ensuite entraînée en rotation à des vitesses croissantes jusqu'à ce que le composite ait une défaillance et que la roue éclate. La vitesse d'éclatement peut être convertie en un point d'endommagement de la contrainte de tension par des équations connues (par exemple Formulas for Stress and Strain, Raymond J. Roark, McGraw-Hill, 1965). Par exemple, si on suppose qu'un disque rotatif présente un trou central, un endommagement se produit au niveau du trou où la contrainte de tension est à un maximum.
<tb>sigma <sep>=<sep>contrainte de tension ou force d'éclatement (psi ou K Pa)


  <tb>R<sep>=<sep>rayon de la roue (pouce ou cm)


  <tb>rho <sep>=<sep>densité de la roue (lbs/pouce<3> ou g/cm<3>


  <tb>r<sep>=<sep>rayon du trou (pouce ou cm)


  <tb>omega <sep>=<sep>vitesse angulaire (radians/s)


  <tb>k<sep>=<sep>constante (386,4)


  <tb>  <sep>=<sep>rapport de Poisson (0,2)
 <EMI ID=2.0> 

[0047] En appliquant ces relations à l'exemple de roue de meulage, pour une roue de meulage à cylindre de 36X4X12 pouces (91,4X10,2X30,5 cm) avec une densité de 0,053 lbs/pouce<3> (1,46 g/cm<3>) (contenant 30% d'abrasif + 22% d'agent de liaison + 48% de pores en volume), si cette roue présente une vitesse d'éclatement mesurée de 4 000 sfpm (20,32 m/s), alors:

  
 <EMI ID=3.0> 

 <EMI ID=4.0> 

[0048] Si la vitesse d'éclatement est deux fois aussi élevée que (8 000 sfpm (40,64 m/s) ou 88,8 radians/s), alors la contrainte de tension sigma  = 1153 psi = 1135X6,895 K Pa au point où le composite subit l'endommagement mécanique.

[0049] Ainsi, la "résistance mécanique" est définie ici comme la vitesse d'éclatement de la roue en pied surfacique par minute (ou en mètres par seconde) pour des roues de meulage et, si, l'outil abrasif lié n'est pas une roue, lorsque la contrainte de tension mesurée en un point où le composite subit un endommagement mécanique complet.

[0050] Une autre propriété de matériau pertinent aux outils abrasifs de l'invention est la densité de l'outil.

   Les outils liés organiques de l'invention comme on peut l'attendre à partir des compositions en pourcentage volumique de leurs nouvelles structures sont moins denses que les outils classiques comparables typiquement utilisés dans n'importe quelle opération de meulage donnée. Les outils liés organiques sont caractérisés par une densité inférieure à 2,2 g/cm<3>, plus avantageusement moins de 2,0 g/cm<3> et plus avantageusement, moins de 1,8 g/cm<3>.

   Tel quel, pour une application de meulage donnée (par exemple, des cylindres d'acier de meulage de disque), ils sont d'environ 20 à 35% moins denses et sur une moyenne d'environ 30% moins denses, que des outils classiques comparables utilisés dans la même application.

[0051] Les outils liés inorganiques de l'invention sont caractérisés par des densités comparables ou légèrement plus faibles par rapport aux densités des outils classiques comparables. Par exemple, des roues de meulage pour diamètre intérieur d'un type classique ont, en général, une densité d'environ 1,97 à 2,22 g/cm<3>, tandis que des outils comparables de l'invention se situent dans la gamme d'environ 1,8 à 2,2 g/cm<3>.

   Les densités des roues de meulage à vitesse lente de l'invention et des roues classiques comparables se situent à la fois dans la gamme d'environ 1,63 à 1,99 g/cm<3>.

[0052] Toutefois, pour les outils liés inorganiques de l'invention, les valeurs du module élastique sont, de façon notable, plus basses, d'au moins 10%, de préférence d'au moins 25% et avantageusement de 50% plus basses que les valeurs pour des outils classiques comparables. Pour des roues de meulage de diamètre interne, le module élastique des roues de l'invention sur la gamme de 25 à 50 GPa (ces valeurs sont déterminées avec une machine Grindosonic<(RTM)> par la technique décrite dans J.

   Peters, "Sonic Testing of Grinding Wheels" Advances in Machine Tool Design and Research, Pergamon Press, 1968) par contraste avec des valeurs de modules élastiques d'outils comparatifs qui finalement se situent dans la gamme de 28 à 55 GPa. De façon semblable pour des roues de meulage lent, des valeurs de modules élastiques pour les outils de l'invention se situent dans la gamme de 12 à 36 GPa, par contraste des valeurs de modules élastiques d'outils comparatifs qui, de façon typique, se situent dans la gamme de 16 à 38 GPa. De la même manière pour des roues d'atelier (le meulage en surface des outils métalliques durcis), le module élastique des outils de l'invention se situe dans la gamme de 12 à 30 GPa, par contraste avec des valeurs de module élastique d'outils comparatifs qui typiquement se situent dans la gamme de 16 à 35 GPa.

   En général, pour une application de meulage choisie, plus élevée est la qualité de l'outil classique comparable nécessaire pour cette application, plus grand est le déplacement vers le bas de la valeur du module élastique d'un outil lié inorganique de l'invention qui délivre une performance égale ou meilleure dans cette application.

   Il s'ensuit que pour une application de meulage choisie, plus élevé sera le pourcentage volumique de grains abrasifs dans un outil classique comparable nécessaire pour cette application, plus important sera le déplacement vers le bas de la valeur du module élastique de l'outil lié inorganique de l'invention qui délivre une performance égale ou meilleure dans cette application.

[0053] Les outils abrasifs liés de l'invention ont une structure inhabituellement poreuse de porosité interconnectée, en réalisant un outil perméable à l'écoulement de fluide et la porosité, en effet, devenant une phase continue à l'intérieur du composite abrasif. La quantité de porosité interconnectée est déterminée en mesurant la perméabilité des fluides de l'outil selon la technique du brevet U.S. no A-5 738 696.

   Tel qu'utilisé ici, Q/P égal la perméabilité au fluide d'un outil abrasif, où Q représente le débit d'écoulement en cm<3> d'écoulement d'air et P signifie la pression différentielle. L'expression Q/P représente la pression différentielle mesurée entre la structure de l'outil abrasif et l'atmosphère pour un débit d'écoulement d'un fluide (par exemple l'air). Cette perméabilité relative Q/P est proportionnelle au produit du volume des pores et du carré de la dimension des pores. Des dimensions de pores plus importantes sont préférées.

   La géométrie des pores et la dimension des grains abrasifs sont d'autres facteurs affectant Q/P, une dimension plus importante des petites particules fournissant une perméabilité relative plus élevée.

[0054] Les outils abrasifs utilisables dans l'invention sont caractérisés par des valeurs de perméabilité au fluide plus élevées que des outils comparables de la technique antérieure. Tel qu'utilisé ici, les "outils comparables de la technique antérieure" sont des outils fabriqués avec les mêmes grains abrasifs et matériaux de liaison pour les mêmes pourcentages volumiques de grains abrasifs que ceux de l'invention. En général, les outils abrasifs de l'invention ont des valeurs de perméabilité de fluide d'environ 25 à 100% plus élevées que les valeurs des outils abrasifs comparables de la technique antérieure.

   Les outils abrasifs sont, de préférence, caractérisés par des valeurs de perméabilité au fluide au moins 10% supérieures, plus avantageusement au moins 30% supérieures à celles des outils comparables de la technique antérieure.

[0055] Des paramètres exacts de perméabilité relative au fluide pour des dimensions et des formes particulières d'agglomérés, de types d'agent de liaison et de niveaux de porosité peuvent être déterminés par l'utilisateur en utilisant la loi de d'Arcy à des données empiriques pour un type donné d'outil abrasif.

[0056] La porosité à l'intérieur de la roue abrasive augmente à partir de l'espacement ouvert procuré par la densité de compactage naturelle des composants de l'outil, en particulier les agglomérats abrasifs et, facultativement en ajoutant une quantité mineure de milieu classique induisant des pores.

   Des milieux appropriés induisant des pores englobent, tout en n'étant pas limité à ceci, les sphères creuses en verre, les sphères creuses ou les baguettes de matière plastique ou de composants organiques, les particules vitreuses expansées, la mullite en bulle et l'alumine en bulle ainsi que les combinaisons de ceux-ci. Les outils peuvent être fabriqués avec des inducteurs de porosité à cellule ouverte, telle que des baguettes de naphtalène, des écorces de noix ou d'autres granules organiques qui se consument pendant la cuisson de l'outil pour laisser des espaces vides à l'intérieur de la matrice de l'outil, ou peuvent être fabriqués avec des milieux induisant des pores creux, à cellule close (par exemple des sphères en verre creuses).

   Des outils abrasifs préférés ne renferment toutefois pas de milieu inducteur de pores ajoutés ou contiennent une quantité mineure (c'est-à-dire moins de 50% en volume, de préférence moins de 20% en volume et avantageusement moins de 10% en volume de la porosité de l'outil) de milieu inducteur de pores ajouté.

   La quantité et le type d'inducteur de pores ajouté peuvent être efficaces pour obtenir un outil abrasif avec une teneur en porosité, dans laquelle au moins 30% en volume, est une porosité interconnectée.

[0057] Les outils abrasifs liés de l'invention ayant ces propriétés de matériau et des caractéristiques structurelles sont réalisés, de préférence par un procédé dans lequel une majorité de grains abrasifs ont été agglomérés avec un matériau liant avant que les composants de l'outil ne soient mélangés, moulés ou réticulés pour former un composite abrasif.

   Ces agglomérats de grains abrasifs peuvent être réalisés avec des matériaux liants inorganiques ou avec des matériaux liants organiques.

Agglomérats abrasifs réalisés avec des matériaux liants organiques

[0058] Les agglomérats réalisés avec des matériaux liants organiques qui sont utilisables dans l'invention, sont des granulés ou des structures tridimensionnels, y compris des structures réticulées de grains abrasifs et de matériau liant. N'importe lesquels des matériaux liants polymères, thermodurcissables, habituellement utilisés dans l'industrie des outils abrasifs en tant qu'agents de liaison pour des abrasifs liés organiques, des abrasifs revêtus et analogues sont préférés.

   De tels matériaux englobent des matériaux à base de résine phénolique, des matériaux à base de résine époxy, des matériaux à base de résine formaldéhyde, des matériaux à base de résine formaldéhyde urée, des matériaux à base de résine formaldéhyde mélamine, des matériaux à base de résine acrylique, des compositions de résine modifiées par élastomère, des compositions de remplissage et des combinaisons de ceux-ci.

   Les agglomérats réalisés avec un matériau liant organique ont une densité de compactage en vrac (LPD) de <= 1,5 g/cm<3>, de préférence inférieure à 1,3 g/cm<3>, une dimension moyenne d'environ 2 à 10 fois la dimension abrasive moyenne en grit ou environ de 200 à 3000 microns, une teneur en porosité d'environ 1 à 50%, de préférence 5 à 45%, avantageusement de 10 à 40% en volume.

[0059] Une partie importante (c'est-à-dire au moins 50% en volume) de la porosité à l'intérieur des agglomérats est présente en tant que porosité qui est perméable à l'écoulement d'un matériau organique en phase liquide dans les agglomérats pendant le durcissement thermique des outils abrasifs liés, moulés, de l'invention.

[0060] Le grain abrasif utilisable dans les agglomérats réalisés soit avec des matériaux inorganiques ou organiques,

   peuvent comporter un ou plus d'un grain abrasif connu pour être utilisé dans les outils abrasifs tels que des grains d'alumine, y compris l'alumine fondue, l'alumine frittée et l'alumine frittée sol/gel, la bauxite frittée et analogue, le carbure de silicium, l'alumine-zircone, l'aluminoxynitrure, la cérite, le sous-oxyde de bore, le grenat, le flint, le diamant, y compris le diamant naturel et synthétique, le nitrure de bore cubique (CBN) ainsi que des combinaisons de ceux-ci. Une dimension ou une forme quelconque de grain abrasif peut être utilisée. Par exemple, le grain peut englober certains grains d'alumine sol/gel fritte, oblong (par exemple moins de 10% en volume du grain abrasif total dans l'outil), ayant un rapport d'aspect élevé du type décrit dans le brevet U.S. no 5 129 919.

   Les dimensions de grains appropriés pour être utilisés ici se situent dans la gamme de la dimension "grit" des particules d'abrasifs ordinaires (par exemple supérieure à 60 jusqu'à 7 000 microns) à des grits microabrasifs (par exemple 0,5 à 60 microns) et des mélanges de ces dimensions. Pour une opération de meulage abrasif donnée, il peut être souhaitable d'agglomérer un grain abrasif avec une dimension grit plus petite qu'une dimension grit de grain abrasif (non-aggloméré) habituellement choisie pour cette opération de meulage abrasif.

[0061] Par exemple, un abrasif aggloméré de dimension grit 80 peut être remplacé par un abrasif grit 54, un aggloméré grit 100 pour un abrasif grit 100 et un aggloméré grit 120 pour un abrasif grit 80.

   Tel qu'utilisé pour, la dimension "grit" se rapporte à une dimension de grain abrasif sur l'échelle grit de Norton Company.

Agglomérés abrasifs réalisés avec des matériaux liants inorganiques

[0062] Des agglomérats réalisés avec des matériaux liants inorganiques qui sont utilisables dans l'invention sont des structures ou des granulés tridimensionnels, y compris des composites frittés de grains abrasifs et de matériaux liants céramiques ou vitrifiés. Les agglomérats présentent une densité de compactage en vrac (LPD) <= 1,6 g/cm<3>, une dimension moyenne d'environ 2 à 20 fois la dimension moyenne abrasive en grit, et une porosité d'environ 30 à 88%, de préférence de 30 à 60% en volume.

   Les agglomérés de grains abrasifs ont de préférence une valeur de résistance minimale au broyage de 0,2 MPa.

[0063] La dimension préférée des agglomérats frittés pour des grains abrasifs typiques se situe dans la gamme d'environ 200 à 3000, de préférence de 350 à 2000, avantageusement de 425 à 1000 microns de diamètre interne.

   Pour des grains microabrasifs, une dimension préférée d'agglomérats frittés se situe dans la gamme de 5 à 180, avantageusement de 20 à 150, plus avantageusement de 70 à 120 microns de diamètre moyen.

[0064] Le grain abrasif est présent à environ 10 à 65% en volume, avantageusement de 35 à 55% en volume, et plus avantageusement de 48 à 52% en volume de l'agglomérat.

[0065] Des matériaux liants utilisables pour réaliser les agglomérats comprennent, de préférence, des matériaux céramiques et vitrifiés, de préférence du type utilisé comme systèmes de liaison pour des outils abrasifs liés vitrifiés.

   Ces matériaux de liaison vitrifiés peuvent être un verre pré-cuit qui a été broyé en une poudre (une fritte), ou bien un mélange de différents matériaux bruts tels que l'argile, le feldspar, la chaux, le borate et la soude, ou une combinaison de matériaux bruts frittés. De tels matériaux fondent et forment une phase vitreuse liquide à des températures se situant dans la gamme d'environ 500 à 1400 deg. C et humidifient la surface du grain abrasif pour créer des postes de liaison après refroidissement, en maintenant ainsi le grain abrasif à l'intérieur de la structure composite. Des exemples de matériaux liants destinés à être utilisés dans les agglomérats sont donnés dans le Tableau 2 ci-dessous. Des matériaux liants préférés sont caractérisés par une viscosité d'environ 345 à 55 300 poises à 1180 deg.

   C, et par une température de fusion d'environ 800 à 1300 deg. C. Toutefois, en fonction des utilisations destinées aux outils et des propriétés souhaitées, les agglomérats peuvent être fabriqués avec un ou plus d'un matériau inorganique choisi dans le groupe constitué des matériaux de liaison vitrifiés, des matériaux de liaison céramiques, des matériaux de liaison verre-céramiques, des matériaux de type sel inorganiques et des matériaux de liaison métalliques ainsi que des combinaisons de ceux-ci.

[0066] Dans une forme de réalisation préférée, le matériau de liaison est une composition de liaison vitrifiée comportant une composition d'oxyde cuit de 71% en poids de SiO2 et de B2O3, de 14% en poids de Al2O3, de moins de 0,

  5% en poids d'oxydes de métaux alcalino-terreux et de 13% en poids d'oxydes alcalins.

[0067] Dans une autre forme de réalisation préférée, le matériau liant peut être un matériau céramique, y compris, tout en n'étant pas limité à ceci, une silice, des silicates de métaux alcalins, de métaux alcalino-terreux, de métaux alcalins et alcalino-terreux mixtes, de silicates d'aluminium, de silicates de zirconium, de silicates hydratés, d'aluminates, d'oxydes, de nitrures, d'oxynitrures, de carbures, d'oxycarbures et de combinaisons et de dérivés de ceux-ci. En général, des matériaux céramiques diffèrent de matériaux vitreux ou vitrifiés en ce que les matériaux céramiques comprennent des structures cristallines.

   Certaines phases vitreuses peuvent être présentes en combinaison avec les structures alcalines, en particulier dans des matériaux céramiques dans un état non raffiné. Des matériaux céramiques à l'état brut, tels que des argiles, des ciments et des minerais peuvent être utilisés ici.

   Des exemples de matériaux céramiques spécifiques pour être utilisés ici comprennent, tout en n'étant pas limité à ceci, la silice, les silicates de sodium, la mullite et d'autres aluminosilicates, la zircone-mullite, l'aluminate de magnésium, le silicate de magnésium, les silicates de zirconium, le feldspar et d'autres alumino-silicates alcalins, des spinelles, de l'aluminate de calcium, de l'aluminate de magnésium et d'autres aluminates alcalins, la zircone, de la zircone stabilisée avec de l'oxyde d'yttrium, de la magnésie, de la calcite, de l'oxyde de cérium, du dioxyde de titane et d'autres additifs des terres rares, du talc, de l'oxyde de fer, de l'oxyde d'aluminium, de la bohémite, de l'oxyde de bore, de l'oxyde de cérium, de l'alumine-oxynitrure, du nitrure de bore, du nitrure de silicium,

   du graphite et de combinaisons de ces matériaux céramiques.

[0068] Certains de ces matériaux de liaison céramiques (par exemple du silicate de sodium) ne nécessitent pas un traitement thermique pour former des agglomérats de grains abrasifs. Une solution de matériau liant peut être ajoutée au grain abrasif et le mélange résultant séché pour faire adhérer les grains ensemble sous la forme d'agglomérats.

[0069] Le matériau liant inorganique est utilisé sous une forme poudreuse et peut être ajouté à un véhicule liquide pour assurer un mélange homogène, uniforme, de matériau liant avec le grain abrasif pendant la fabrication des agglomérats.

[0070] Une dispersion d'agents liants organiques est de préférence ajoutée aux composants du matériau liant inorganique en poudre sous la forme d'adjuvants de moulage ou de traitement.

   Ces agents liants peuvent comporter des dextrines, de l'amidon, de la glu protéine animale et d'autres types de glu; un composant liquide tel que l'eau, du solvant, une viscosité ou des agents modificateurs de pH et des adjuvants de mélange. L'utilisation d'agents liants organiques améliore l'uniformité des agglomérats, en particulier l'uniformité de la dispersion des matériaux liants sur le grain, et la quantité structurelle des agglomérats pré-cuits ou verts, ainsi que celle d'un outil abrasif cuit renfermant des agglomérats.

   Du fait que les agents liants se consument pendant la cuisson des agglomérats, ils ne font pas partie de l'agglomérat fini ni de l'outil abrasif fini.

[0071] Un promoteur inorganique d'adhérence peut être ajouté au mélange pour améliorer l'adhésion des matériaux liants au grain abrasif comme cela est nécessaire pour améliorer la qualité du mélange. Le promoteur inorganique d'adhérence peut être utilisé avec ou sans agent liant organique dans la préparation des agglomérats.

[0072] Le matériau liant inorganique est présent à environ 0,5 à 15% en volume, avantageusement de 1 à 10% en volume, et plus avantageusement de 2 à 8% en volume de l'agglomérat.

[0073] La densité des agglomérats à matériau liant inorganique peut être exprimée d'un certain nombre de façons. La densité en vrac des agglomérats peut être exprimée en tant que LPD.

   La densité relative des agglomérats peut être exprimée en tant qu'un pourcentage de densité initiale relative, ou bien sous la forme d'un rapport de la densité relative des agglomérats aux composants utilisés pour réaliser les agglomérats, en tenant compte du volume de la porosité interconnectée dans les agglomérats.

[0074] La densité initiale moyenne relative, exprimée en tant que pourcentage peut être calculée en utilisant le LPD (p) par une densité théorique des agglomérats (rho 0) en déterminant une porosité zéro. La densité théorique peut être calculée selon la règle volumétrique de technique de mélanges à partir du pourcentage en poids et de la densité du matériau liant et du grain abrasif obtenu dans les agglomérats.

   Pour les agglomérats inorganiques frittés de l'invention, un pourcentage maximal de densité est de 50% en volume, un pourcentage maximal de densité relative de 30% en volume étant plus avantageux.

[0075] La densité relative peut être mesurée par une technique volumétrique de déplacement de fluide de façon à incorporer la porosité interconnectée et à exclure la porosité des cellules closes. La densité relative est le rapport du volume des agglomérats inorganiques frittés mesuré par le déplacement de fluide au volume des matériaux utilisés pour fabriquer les agglomérats inorganiques frittés. Le volume de matériaux utilisés pour réaliser l'agglomérat est une mesure du volume apparent en se basant sur les quantités et les densités de compactage du grain abrasif et du matériau de liaison utilisé pour fabriquer les agglomérats.

   Pour les agglomérats inorganiques frittés, une densité relative maximale des agglomérats est de préférence de 0,7, une densité relative maximale de 0,5 étant avantageuse.

Technique de fabrication des agglomérats abrasifs

[0076] Les agglomérats peuvent être formés par diverses techniques en de nombreuses formes et dimensions. Ces techniques peuvent être mises en ¼oeuvre avant, pendant ou après la cuisson du mélange à l'état initial ("vert") du grain et du matériau liant. L'étape préférée de chauffage du mélange pour faire que le matériau liant fonde et s'écoule, en adhérant ainsi au grain et en fixant le grain sous une forme agglomérée peut être désignée ici en tant que durcissement, cuisson, calcination ou frittage.

   Une technique quelconque connue dans ce domaine pour l'agglomération des mélanges de particules peut être utilisée pour préparer les agglomérats abrasifs.

[0077] Dans une première forme de réalisation du procédé utilisé ici pour réaliser des agglomérats avec des matériaux de liaison organique, le mélange initial de grain et de matériau liant est aggloméré avant de durcir le mélange de façon à créer une structure mécanique relativement faible que l'on désigne en tant que "agglomérats verts".

[0078] Pour mettre en ¼oeuvre la première forme de réalisation, le grain abrasif et les matériaux liants peuvent être agglomérés à l'état vert par un certain nombre de techniques différentes, par exemple dans un dispositif à plateau pour fabriquer des boulettes, et ensuite introduit dans un four à 140-200 deg. C pour le durcissement thermique.

   Les agglomérats verts peuvent être placés sur un plateau ou une crémaillère et durcis au four, avec ou sans rotation, dans un procédé continu ou discontinu. Un traitement thermique peut être mis en ¼oeuvre dans un appareil à lit fluidisé en introduisant le grain vert aggloméré dans le lit. Un durcissement par infrarouge ou UV peut être mis en ¼oeuvre sur une table vibratoire.

   Des combinaisons de ces procédés peuvent être utilisées.

[0079] Le grain abrasif peut être transféré dans un plateau de mélange, mélangé avec les matériaux liants organiques, ensuite humidifié avec un solvant pour faire adhérer le matériau au grain, tamisé en ce qui concerne la dimension de l'agglomérat et ensuite durci dans un appareil du type four ou sécheur rotatif.

[0080] La fabrication des boulettes sur plateau peut être mise en ¼oeuvre en ajoutant du grain dans un plateau de mélange et en mesurant un composant liquide contenant le matériau liant (par exemple de l'eau ou bien un liant organique et de l'eau) sur le grain, en mélangeant, afin de les agglomérer ensemble.

[0081] Un solvant peut être pulvérisé sur un mélange de grain et de matériau liant afin d'enduire le grain avec le matériau liant tout en mélangeant,

   et ensuite le grain revêtu peut être récupéré pour former des agglomérats.

[0082] Un appareil d'extrusion basse pression peut être utilisé pour extruder une pâte de grain et de matériau liant en des dimensions et des formes qui sont séchées pour former des agglomérats. Une pâte peut être réalisée en matériaux liants et en grains avec une solution de liant organique extrudé en particules oblongues avec l'appareil et le procédé décrits dans le brevet U.S.

   A-4 393 021.

[0083] Dans un procédé de granulation à sec, une feuille ou un bloc réalisé en grains abrasifs encastré dans une dispersion ou une pâte de matériau liant peut être séché et ensuite un compacteur à cylindres peut être utilisé pour briser le composite de grain et de matériau liant.

[0084] Dans une autre technique pour fabriquer des agglomérats verts ou précurseurs, le mélange de matériau liant organique et de grain peut être ajouté à un dispositif de moulage et le mélange moulé pour former des formes et des dimensions précises, par exemple, de la façon décrite dans le brevet U.S. no 6 217 413 B1.

[0085] Dans une seconde forme de réalisation du procédé utilisable ici pour former des agglomérats, un simple mélange de grain et de matériau liant organique est introduit dans un appareil de calcination rotatif.

   Le mélange est entraîné en rotation selon une vitesse angulaire prédéterminée, le long d'une inclinaison prédéterminée avec l'application de chaleur. Les agglomérats sont formés à mesure que le mélange de matériau liant chauffe, s'écoule et adhère au grain. Les étapes de cuisson et d'agglomération sont mises en ¼oeuvre de façon simultanée selon des vitesses et des volumes contrôlés d'introduction et d'application de chaleur. Dans une technique préférée, le procédé d'agglomération est mis en ¼oeuvre par les techniques décrites dans la demande de brevet de priorité apparentée, demande U.S. no 10/120 969, déposée le 11 avril 2002.

[0086] En agglomérant le grain abrasif avec des matériaux liants durcissants à température plus faible (par exemple d'environ 145 à environ 500 deg.

   C), une variante de réalisation de cet appareil à four rotatif peut être réalisée. La variante de réalisation, un sécheur rotatif, est équipée pour alimenter en air chauffé l'extrémité d'évacuation du tube afin de chauffer le mélange de grain abrasif aggloméré vert et de durcir le matériau liant, en le liant au grain.

   Tel qu'utilisé ici, l'expression "four de calcination rotatif" englobe des dispositifs de séchage rotatifs de ce type.

[0087] Des agglomérats de grains abrasifs avec des matériaux liants inorganiques peuvent être mis en ¼oeuvre par les techniques décrites dans la demande de brevet de priorité apparentée, demande U.S. de série no 10/120 969, déposée le 11 avril 2002, et par les techniques décrites dans les présents Exemples.

Outils abrasifs réalisés avec des agglomérats abrasifs

[0088] Les outils abrasifs liés fabriqués avec des agglomérats comprennent les roues de meulage abrasives, les roues segmentées, les disques, les meules, les pierres et d'autres composites abrasifs monolithiques, segmentés, conformés.

   Les outils abrasifs de l'invention comprennent, de préférence, d'environ 5 à 70% en volume, avantageusement de 10 à 60% en volume, avantageusement de 20 à 52% en volume d'agglomérats de grains abrasifs en se basant sur le volume composite abrasif total. De 10 à 100% en volume, de préférence 30 à 100% en volume et au moins 50% en volume de grains abrasifs dans l'outil est sous la forme d'une pluralité (par exemple de 2 à 40 grains) de grains abrasifs agglomérés ensemble avec un matériau liant.

[0089] Les outils de l'invention peuvent contenir facultativement des grains abrasifs secondaires ajoutés, des charges, des adjuvants de meulage et des milieux induisant les pores, et des combinaisons de ces matériaux.

   Le pourcentage total en volume de grains abrasifs dans les outils (grain aggloméré et non-aggloméré) peut se situer dans la gamme d'environ 22 à environ 48% en volume, avantageusement d'environ 26 à environ 44% en volume, et plus avantageusement d'environ 30 à environ 40% en volume de l'outil.

[0090] La densité et la dureté des outils abrasifs sont déterminées par le choix d'agglomérats, du type de liaison et d'autres composants de l'outil, la teneur en porosité, conjointement avec la dimension et le type de moule et de procédé de pressage choisi.

   Les outils abrasifs liés ont une densité inférieure à 2,2 g/cm<3>, de préférence inférieure à 2,0 g/cm<3> et plus avantageusement inférieure à 1,8 g/cm<3>.

[0091] Lorsqu'un grain abrasif secondaire est utilisé en combinaison avec les agglomérats abrasifs, les grains abrasifs secondaires procurent, de préférence, d'environ 0,1 à environ 90% en volume du grain abrasif total de l'outil et avantageusement de 0,1 à environ 70% en volume, plus avantageusement de 0,1 à 50% en volume.

   Des grains abrasifs secondaires appropriés comprennent, tout en n'étant pas limités à ceci, différents oxydes d'aluminium, de l'alumine sol/gel, de la bauxite frittée, du carbure de silicium, de l'alumine-zircone, de l'aluminoxynitrure, de la cérite, du sous-oxyde de bore, du nitrure de bore cubique, du diamant, du flint et des grains de grenat ainsi que des combinaisons de ceux-ci.

[0092] Des outils abrasifs préférés de la présente invention sont liés au moyen d'un agent de liaison organique. L'un quelconque des différents agents de liaison connus dans la technique de fabrication des outils abrasifs peut être choisi pour être utilisé ici. Des exemples d'agent de liaison approprié et de matériau de charge de liaison peuvent être trouvés dans les brevets U.S. no A-6 015 338, A-5 912 216 et 5 611 827, dont les contenus sont ici incorporés à titre de référence.

   Des agents de liaison appropriés comprennent les résines phénoliques de différents types, facultativement avec un agent réticulant tel que l'hexa-méthylène tétramine, des matériaux du type résine époxy, des matériaux du type résine polyimide, du phénol formaldéhyde, de l'urée formaldéhyde et des matériaux résineux du type mélamine formaldéhyde, des matériaux de type résine acrylique et des combinaisons de ceux-ci.

[0093] D'autres compositions de résine thermodurcissable peuvent être également utilisées ici. Des solvants ou des agents liants organiques peuvent être ajoutés à des composants, en tant qu'adjuvants de moulage ou de traitement. Ces agents liants peuvent comporter, du furfural, de l'eau, des agents modifiant le pH ou la viscosité ou des adjuvants de mélange.

   L'utilisation d'agents liants améliore souvent l'uniformité de la roue et la qualité structurelle de la roue pré-cuite ou verte et de la roue réticulée. Du fait que la plupart des agents liants sont évaporés pendant la réticulation, ils ne font pas partie de l'agent liant fini ou de l'outil abrasif fini.

[0094] D'autres outils abrasifs liés organiques de l'invention peuvent comporter d'environ 10 à 50% en volume, avantageusement de 12 à 40% en volume et avantageusement de 14 à 30% en volume d'agent de liaison. L'agent de liaison est situé à l'intérieur du composite abrasif tridimensionnel de sorte qu'une première phase de grains abrasifs et d'agent de liaison comporte moins de 10% en volume de porosité, et de préférence moins de 5% en volume de porosité.

   Cette première phase apparaît à l'intérieur de la matrice composite des outils abrasifs organiques liés tels qu'un réseau réticulé de grains abrasifs ancré à l'intérieur du matériau de liaison organique. En général, il est souhaitable d'avoir une première phase à l'intérieur du composite tridimensionnel aussi complètement dense qu'il peut fonctionner dans les limitations des matériaux et les procédés de fabrication.

[0095] Conjointement avec les agglomérats de grain abrasif et l'agent de liaison, ces outils comportent d'environ 38 à 54% en volume de porosité, cette porosité étant une phase continue englobant au moins 30% en volume de porosité interconnectée.

   Des outils abrasifs liés organiques préférés peuvent comporter de 24 à 48% en volume de grains abrasifs, de 10 à 38% en volume d'agent de liaison organique et de 38 à 54% en volume de porosité.

[0096] Ces outils liés organiques ont une vitesse d'éclatement de 4000 sfpm (20,32 m/s), de préférence 6000 sfpm (30,48 m/s).

[0097] Dans une forme de réalisation préférée, les outils abrasifs liés organiques peuvent comporter, comme première phase de 26 à 40% en volume de grains abrasifs liés avec de 10 à 22% en volume de matériau lié organique et moins de 10% en volume de porosité, et une seconde phase constituée de 38 à 50% en volume de porosité.

[0098] Lorsqu'ils sont réalisés avec des agglomérats de grain et des matériaux liants organiques, les outils abrasifs liés organiques peuvent comporter, comme première phase,

   de 24 à 42% en volume de grains abrasifs liés avec de 18 à 38% en volume de matériau lié organique et moins de 10% en volume de porosité, et une seconde phase consistant de 38 à 54% en volume de porosité.

[0099] Lorsqu'ils sont réalisés avec des agglomérats de grain et de matériau liant inorganique, les outils abrasifs liés organiques peuvent comporter comme première phase, de 28 à 48% en volume de grain lié avec 10 à 33% en volume d'agent de liaison (la somme d'un agent de liaison organique dans la roue et d'un matériau liant inorganique dans les agglomérats) et une seconde phase constituée de 38 à 53% en volume de porosité. L'outil comporte de préférence, un minimum de 1% de matériau liant inorganique et le plus avantageusement comporte de 2 à 12% en volume de matériau liant inorganique.

   De tels outils ont, de préférence, une valeur maximale du module élastique de 10 GPa et une vitesse d'éclatement minimale de 6000 sfpm (30,48 m/s). Lorsqu'ils sont évalués sur l'échelle de qualité de Norton Company, ces outils abrasifs ont une qualité de dureté entre A et H, et cette qualité de dureté est au moins une qualité plus tendre que celle d'un outil classique identique réalisé avec des grains abrasifs qui n'ont pas été agglomérés ensemble avec un matériau liant inorganique.

[0100] Facultativement,

   l'outil abrasif lié organique comporte un mélange d'une pluralité de grains agglomérés conjointement avec un matériau liant inorganique et une pluralité de grains agglomérés ensemble avec un matériau liant organique.

[0101] Lorsqu'ils sont réalisés avec un agent de liaison inorganique et des agglomérats de grains et de matériaux liants inorganiques, les outils abrasifs liés peuvent comporter un composite tridimensionnel de (a) 22 à 46% en volume de grains abrasifs liés avec 4 à 20% en volume de matériau de liaison inorganique; et (b) de 40 à 68% en volume de porosité interconnectée; une majorité de grains abrasifs étant présents sous la forme de groupes espacés de façon irrégulière à l'intérieur du composite.

   Ces outils abrasifs liés ont des valeurs de module élastique qui sont au moins 10% plus faibles que les valeurs de module élastique pour des outils classiques, par ailleurs identiques, ayant des grains abrasifs régulièrement espacés à l'intérieur d'un composite tridimensionnel et présente une vitesse de traitement minimal de 4000 sfpm (20,32 m/s), de préférence 6000 (30,48 m/s). Des outils abrasifs liés inorganiques préférés comportent de 22 à 40% en volume de grains abrasifs liés avec de 8 à 20% en volume de matériau de liaison inorganique et de 40 à 68% en volume de porosité interconnectée.

[0102] Dans une mode préféré de réalisation, les outils abrasifs liés inorganiques comprennent de 34 à 42% en volume de grains abrasifs liés avec 6 à 12% en volume de matériau de liaison inorganique, et de 46 à 58% en volume de porosité interconnectée.

   Ces outils sont fabriqués avec un matériau lié vitrifié, sont essentiellement exempts d'un rapport d'aspect élevé de grains abrasifs et de charge, et les outils sont moulés et cuits sans l'addition de matériaux induisant la porosité pendant la fabrication. Les outils abrasifs liés vitrifiés préférés sont des roues ayant une qualité de dureté entre A et M sur l'échelle de qualité de Norton Company, et la qualité de dureté est d'au moins une qualité plus tendre que celle d'un outil classique par ailleurs identique ayant des grains abrasifs régulièrement espacés à l'intérieur d'un composite tridimensionnel.

   Les outils abrasifs liés vitrifiés préférés sont caractérisés par une valeur de module élastique qui est d'au moins 25% inférieur, de préférence au moins 40% inférieur, à celle de la valeur de module élastique d'un outil classique, par ailleurs identique, ayant des grains abrasifs régulièrement espacés à l'intérieur d'un composite tridimensionnel et une vitesse d'éclatement minimale de 6000 sfpm (30,48 m/s).

[0103] Les outils abrasifs liés vitrifiés préférés, fabriqués avec des agglomérats de grains dans des matériaux liants inorganiques, comprennent des roues de meulage de diamètre intérieur contenant de 40 à 52% en volume de grains abrasifs et ayant une valeur de module élastique de 25 à 50 GPa.

   Sont également englobées les roues de meulage de surface pour des applications en atelier, qui contiennent de 39 à 52% en volume de grains abrasifs et ayant une valeur de module élastique de 15 à 36 GPa, et des roues de meulage à vitesse lente contenant de 30 à 40% en volume de grains abrasifs et ayant une valeur de module élastique de 8 à 25 GPa.

[0104] Pour obtenir une résistance mécanique appropriée dans l'outil abrasif lié organique pendant la fabrication de l'outil et pendant l'utilisation de l'outil dans des opérations de meulage, au moins 10% en volume du composant, au total doivent être constitués d'un agent de liaison organique ajouté et ne peut être le matériau liant utilisé dans les agglomérats.

[0105] Des roues abrasives peuvent être moulées et comprimées par n'importe quel moyen connu dans la technique,

   y compris des techniques de moulage à la presse, température très chaude, chaude et froide. On doit prendre soin de choisir une pression de moulage pour former les roues vertes de façon à éviter le broyage des agglomérats ou bien de broyer une quantité contrôlée des agglomérats (c'est-à-dire de 0 à 75%, en poids des agglomérats) et de préserver la structure tridimensionnelle des agglomérats restants. La pression appliquée appropriée pour fabriquer les roues de l'invention dépend de la forme, de la dimension, de l'épaisseur et du composant de l'agent de liaison de la roue abrasive, et de la température de moulage. Dans des procédés de fabrication habituels, la pression maximale peut se situer dans la gamme d'environ 500 à 10 000 Ibs/pouce carré (35 à 704 kg/cm<2>).

   Le moulage et la compression sont de préférence mis en ¼oeuvre à environ 53 à 422 kg/cm<2>, avantageusement de 42 à 352 kg/cm<2>. Les agglomérats de l'invention ont une résistance mécanique suffisante pour résister aux étapes de moulage et de compression mises en ¼oeuvre dans des procédés de fabrication typiques du commerce pour réaliser les outils abrasifs.

[0106] Les outils abrasifs peuvent être durcis par des techniques connues de l'homme de l'art. Les conditions de durcissement sont principalement déterminées par l'agent adhésif et les abrasifs présentement utilisés, et par le type de matériau liant contenu dans l'agglomérat de grain abrasif. En fonction de la composition chimique de l'agent de liaison choisi, un agent de liaison organique peut être cuit entre 150 et 250 deg. C, de préférence de 160 à 200 deg.

   C, afin d'obtenir les propriétés mécaniques nécessaires pour l'utilisation commerciale dans des opérations de meulage.

[0107] Une sélection de l'agent de liaison organique approprié dépendra du procédé d'agglomération qui est utilisé et s'il est souhaitable d'éviter un écoulement de l'agent de liaison organique chauffé dans les pores intra-agglomérats.

[0108] Les outils liés organiques peuvent être mélangés, moulés et durcis selon différentes techniques de traitement et avec différentes proportions de grains abrasifs ou d'agglomérats, d'agent de liaison et de composants de porosité comme cela est connu dans ce domaine.

   Les techniques de fabrication appropriées pour fabriquer l'outil abrasif lié organique sont décrites dans les brevets U.S. no A-6 015 338, A-5 912 216 et 5 611 827.

[0109] Les techniques de fabrication appropriées pour fabriquer des outils abrasifs liés vitrifiés (ou d'autres agents de liaison inorganiques) de l'invention sont décrites dans la demande de brevet de priorité apparentée, brevet U.S. no de série 10/120 969, déposé le 11 avril 2002 et dans les exemples actuels, et, par exemple, dans le brevet U.S.-A-5 738 696 et dans le brevet U.S.-A-5 738 697.

Application de meulage

[0110] Les outils abrasifs de l'invention sont particulièrement efficaces dans des applications de meulage ayant un important contact de surface spécifique ou un contact continu prolongé entre l'outil abrasif et la pièce à usiner pendant le meulage.

   De telles opérations de meulage comprennent, tout en n'étant pas limitées à celles-ci, le meulage au cylindre et au disque, le meulage à vitesse lente, le meulage des diamètres internes, le meulage en atelier et d'autres opérations de meulage de précision.

[0111] Des opérations fines de meulage ou de polissage utilisant un grain abrasif de taille du micron ou du sous-micron bénéficieront de l'utilisation d'outils réalisés avec les agglomérats de l'invention.

   Par rapport aux systèmes et aux outils classiques de superfinition et de polissage, les outils de l'invention réalisés avec des agglomérats abrasifs de grit fins s'éroderont pour des forces de meulage plus faibles avec peu ou pas d'endommagement surfacique sur la pièce à usiner pendant les opérations de finissage de précision (par exemple pour obtenir des finis de type miroir sur des composants en verre et en céramique).

   La vie des outils reste satisfaisante du fait des structures agglomérées à l'intérieur de la matrice tridimensionnelle du corps de l'outil.

[0112] Du fait de la porosité interconnectée des outils, dans le meulage au cylindre et au disque, la fourniture d'agent de refroidissement et l'élimination des débris sont améliorées; ce qui se traduit par des opérations de meulage réfrigérants, une rectification de l'outil moins fréquente, moins d'endommagement thermique sur la pièce à usiner et moins d'usure de la machine à meuler.

   Du fait que les grains abrasifs de dimension grit plus petite dans la forme agglomérée fournit l'efficacité de meulage d'un grain de dimension grit plus important, mais laisse un fini de surface plus tendre, la qualité de la partie de l'outil meulé s'améliore souvent de façon significative.

[0113] Dans une technique préférée pour le meulage au disque, les outils abrasifs liés organiques comportant des agglomérats de grains liés avec des matériaux liants organiques sont montés sur une machine de meulage en surface, entraînée en rotation, par exemple de 4000 à 6500 sfpm (20,32 à 33,02 m/s) et mis en contact avec une pièce à usiner pendant une période de temps suffisante pour meuler la pièce à usiner.

   Avec cette technique, la roue élimine le matériau de la pièce à usiner selon un taux d'élimination efficace du matériau, la surface de meulage de la roue reste essentiellement exempte de débris de meulage et une fois que le meulage est terminé, la pièce à usiner est essentiellement exempte d'endommagement thermique.

[0114] Dans une technique préférée pour un moulage à vitesse lente, les roues abrasives liées vitrifiées comportant des agglomérats de grains liés avec des matériaux liants inorganiques, ayant une valeur de module élastique qui est d'au moins 10% plus faible que la valeur de module élastique d'un outil classique, par ailleurs identique ayant des grains abrasifs régulièrement espacés à l'intérieur d'un composite tridimensionnel, et ayant une vitesse d'éclatement minimale de 4000 sfpm (20,32 m/s)

   est montée sur une machine de meulage à faible vitesse. La roue vitrifiée est une roue qui est entraînée en rotation à une vitesse de 5500 à 8500 sfpm (27,94 à 43,18 m/s) et mise en contact avec une pièce à usiner pendant une période de temps suffisante pour meuler la pièce à usiner.

   Au moyen de cette technique, la roue élimine le matériau de la pièce à usiner selon un taux d'élimination du matériau efficace, et après meulage, la pièce à usiner est essentiellement exempte d'endommagement thermique.

[0115] Les exemples suivants sont donnés à titre d'illustration de l'invention et en aucun cas de limitation.

Exemple 1

[0116] Une série d'échantillons de grains abrasifs agglomérés contenant des matériaux liants inorganiques sont préparés dans un appareil de calcination rotatif (modèle actionné par électricité no HOU-5D34-RT-28, température maximale de 1200 deg. C, alimentation 30 KW, équipé d'un tube métallique réfractaire de 72" (183 cm) de long pour 5,5" (14 cm) de diamètre interne, fabriqué par Harper International, Buffalo, New York).

   Le tube métallique réfractaire est remplacé par un tube au carbure de silicium des mêmes dimensions, et l'appareil est modifié pour fonctionner à une température maximale de 1550 deg. C. Le procédé d'agglomération est mis en ¼oeuvre selon des conditions atmosphériques, à un point de consigne de contrôle de la température de la zone chaude de 1180 deg. C, avec une vitesse de rotation du tube de l'appareil de 9 tpm, un angle d'inclinaison de 2,5 à 3 degrés, et une vitesse d'alimentation en matériau de 6 à 10 kg/h. Le rendement des granulés utilisables à écoulement libre (défini en tant que -12 mesh sur le plateau) est de 60 à 90% du poids total de la charge avant calcination.

[0117] Les échantillons d'agglomérats sont réalisés à partir d'un mélange simple de grains abrasifs, de matériau liant et de mélanges d'eau, décrits dans le Tableau 1-1.

   Les compositions de matériau liant à liaison vitrifiée, utilisées pour préparer l'échantillon sont consignées dans le Tableau 2. Les échantillons sont préparés à partir de trois types de grains abrasifs: alumine 38A fondue, alumine 32A fondue et un grain d'alpha-alumine de Norton SG sol/gel frittée, obtenue chez Saint-Gobain Ceramics & Plastics Inc., Worcester, MA, USA, dans les dimensions grit consignées dans le Tableau 1.

[0118] Après agglomération dans l'appareil de calcination rotatif, les échantillons de grains abrasifs agglomérés sont tamisés et testés pour leur densité de compactage en vrac (LPD), leur distribution de dimension et la résistance mécanique des agglomérats.

   Ces résultats sont indiqués dans le Tableau 1-1.

Tableau 1-1: Caractéristiques de granulé aggloméré

[0119] 
<tb>Echant. no matériau liant liquide du granulé<sep>Poids
en livres (kg) de mélange<sep>Matériau liant % en poids (sur la base du grain)<sep>%
en volume de
matériau liant<a><sep>LPD
(g/cm<3> 
-12/
plateau)<sep>Distrib. moyenne
en microns<sep>Distrib. de dimension moyenne en mesh<sep>% en moyenne de densité relative<sep>Pression pour 50% de la
fraction broyée
en MPa


  <tb>1<sep><sep>2,0<sep>3,18<sep>1,46<sep>334<sep>-40/+50<sep>41,0<sep>0,6+-0,1


  <tb>grit 60
38A
eau
matériau liant A<sep>30,00
(13,6)
0,60
(0,3)
0,64
(0,3)<sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb><sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>2<sep><sep>6,0<sep>8,94<sep>1,21<sep>318<sep>-45/+50<sep>37,0<sep>0,5+-0,1


  <tb>grit 90
38A
eau
matériau
liant E<sep>30,00
(13,6)
0,90
(0,4)
1,99
(0,9)<sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb><sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>3<sep><sep>10,0<sep>13,92<sep>0,83<sep>782<sep>-20/+25<sep>22,3<sep>2,6+-0,2


  <tb>grit 120
38A
eau
matériau
liant C<sep>30,00
(13,6)
1,20
(0,5)
3,41
(1,5)<sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb><sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>4<sep>6,0<sep>8,94<sep>1,13<sep>259<sep>31,3<sep>31,3<sep>0,3+-0,1


  <tb>grit 120
32A
eau
matériau
liant A<sep>30,00
(13,6)
0,90
(0,4)
1,91
(0,9)<sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb><sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>5<sep>10,0<sep>14,04<sep>1,33<sep>603<sep>-25/+30<sep>37,0<sep>3,7+-0,2


  <tb>grit 60
32A
eau
Matériau
liant E<sep>30,00
(13,6)
1,20
(0,5)
3,31
(1,5)<sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb><sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>6<sep><sep>2,0<sep>3,13<sep>1,03<sep>423<sep>-40/+45<sep>28,4<sep>0,7+-0,1


  <tb>grit 90
32A
eau
matériau
liant C<sep>30,00
(13,6)
0,60
(O,3)
0,68
(0,3)<sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb><sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>7<sep><sep>10,0<sep>14,05<sep>1,20<sep>355<sep>-45/+50<sep>36,7<sep>0,5+-0,1


  <tb>grit 90
SG
Eau
matériau
liant A<sep>30,00
(13,6)
1,20
(0,5)
3,18
(1,4)<sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb><sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>8<sep><sep>2,0<sep>3,15<sep>1,38<sep>120<sep>-120/+140<sep>39,1<sep>--


  <tb>grit 120
SG
Eau
matériau
liant E<sep>30,00
(13,6)
0,60
(0,3)
0,66
(0,3)<sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb><sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>9<sep><sep>6,0<sep>8,87<sep>1,03<sep>973<sep>-18/+20<sep>27,6<sep>--


  <tb>grit 60
SG
Eau
matériau
liant C<sep>30,00
(13,6)
0,90
(0,4)
2,05
(0,9)<sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep>a. Le % volumique au matériau liant est un pourcentage de matériau solide à l'intérieur du granulé (c'est-à-dire le matériau liant et le grain) après cuisson, et ne comprend pas le % volumique de porosité.

[0120] Le pourcentage volumique du matériau liant des agglomérats cuits est calculé en utilisant le LOI (perte par combustion) au moyen des matériaux bruts du matériau liant.

[0121] Les agglomérats frittés sont dimensionnés avec des tamis d'essai normalisés US montés sur un appareil de tamisage vibratoire (Ro-Tap; modèle RX-29; W.S. Tyler Inc. Mentor, OH). Les dimensions de tamisage en mesh se situent de 18 à 140, telles qu'appropriées pour différents échantillons.

   La densité compactée en vrac des agglomérats frittés (LPD) est mesurée par la technique American National Standard pour la densité volumique de grains abrasifs.

[0122] La densité initiale relative moyenne exprimée en tant que pourcentage est calculée en divisant le LPD (rho ) par une densité théorique de l'agglomérat (rho 0) en déterminant la porosité zéro. La densité théorique est calculée selon la règle volumétrique de la technique de mélange à partir du pourcentage en poids et de la densité du matériau liant et du grain abrasif contenu dans les agglomérats.

[0123] La résistance des agglomérats est mesurée par un essai de compactage.

   Les essais de compactage sont réalisés en utilisant un pouce (2,54 cm) en diamètre de la filière en acier lubrifié d'une machine à essai universal Instron<(RTM)> (modèle MTS 1125, 20 000 lbs (9072 kg) avec un échantillon de 5 g d'agglomérats. L'échantillon d'agglomérat est versé dans la filière et légèrement mis à niveau en tapotant à l'extérieur de la filière. Un poinçon supérieur est inséré et un tourillon abaissé jusqu'à ce qu'une force ("position initiale") soit observée sur l'enregistreur. Une pression à une vitesse constante d'augmentation (2 mm/mn) est appliquée à l'échantillon jusqu'à un maximum de 180 MPa de pression.

   Le volume de l'échantillon d'agglomérats (le LPD compacté de l'échantillon), observé en tant que déplacement du tourillon (la contrainte), est enregistré en tant que densité relative comme une fonction du log de la pression appliquée. Le matériau résiduel est ensuite tamisé pour déterminer la fraction broyée en pourcentage. Différentes pressions sont mesurées pour être établies à un graphique de la relation entre le log de la pression appliquée et la fraction broyée en pourcentage. Les résultats sont rapportés sur le tableau 1-1 en tant que log de la pression au point où la fraction broyée est égale à 50% de l'échantillon d'agglomérat.

   La fraction broyée est le rapport de poids des particules broyées passant à travers le tamis le plus petit au poids du poids initial de l'échantillon.

[0124] Ces agglomérats ont une distribution de dimension LPD, une distribution de dimension ainsi que des caractéristiques de résistance au moulage et de rétention de dimension du granulé appropriées pour être utilisés dans la fabrication commerciale des roues de meulage abrasif. Les agglomérats finis, frittés ont des formes tridimensionnelles variant parmi les formes triangulaire, sphérique, cubique, rectangulaire et d'autres formes géométriques.

   Des agglomérats constitués d'une pluralité de grits abrasifs individuels (par exemple grits de 2 à 20) liés ensemble par un matériau liant vitreux au niveau des points de contact grit-à-grit.

[0125] Une dimension de granulés d'agglomérats augmente avec un accroissement en quantité du matériau de liaison dans le granulé d'agglomérat dans la gamme de 3 à 20% en poids du matériau liant.

[0126] Une résistance au compactage approprié est observée pour tous les échantillons 1-9, indiquant que le matériau liant vitreux a mûri et s'est écoulé pour créer une liaison efficace parmi les grains abrasifs à l'intérieur de l'agglomérat.

   Des agglomérats réalisés avec 10% en poids de matériau liant présentent une résistance au compactage significativement plus élevée que celle réalisée avec de 2 ou 6% en poids de matériau liant.

[0127] Des valeurs LPD inférieures sont un indicateur d'un degré plus élevé d'agglomération. Le LPD des agglomérats diminue avec un accroissement du pourcentage en poids de matériau liant et avec une diminution de la dimension abrasive en grit. Des différences relativement importantes entre 2 et 6% en poids de matériau liant comparées avec des différences relativement petites entre 6 et 10% en poids de matériau liant indiquent un pourcentage en poids de matériau liant inférieur à 2% en poids peut être inapproprié pour former les agglomérats.

   Pour des pourcentages en poids plus élevés, au-dessus d'environ 6% en poids, l'addition de plus de matériau liant peut ne pas être avantageuse pour réaliser des agglomérats significativement plus grands ou plus résistants.

[0128] Comme suggéré par les résultats de dimension des granulés d'agglomérats, des échantillons de matériau liant C, ayant la viscosité vitreuse à l'état fondu la plus faible pour la température d'agglomération, présentent le LPD le plus faible des trois matériaux liants.

   Le type d'abrasif n'a pas un effet significatif sur le LPD.

Tableau 1-2: Matériau liant utilisé dans les agglomérats vitrifiés

[0129] 
<tb>Eléments de la composition cuite<b><sep>% en poids de matériau liant A (matériau liant A-1)<a><sep>% en poids de matériau liant B<sep>% en poids de matériau liant C<sep>% en poids de matériau liant D<sep>% en poids de matériau liant E<sep>% en poids de matériau liant F<sep>% en poids de matériau liant G


  <tb>Matrices
en verre (SiO2-rB2O3)<sep>69 (72)<sep>69<sep>71<sep>73<sep>64<sep>68<sep>69


  <tb>AI2O3<sep>15 (11)<sep>10<sep>14<sep>10<sep>18<sep>16<sep>9


  <tb>Alcalino-terreux RO (CaO, MgO)<sep>5-6 (7-8)<sep><0,5<sep><0,5<sep>1-2<sep>6-7<sep>5-6<sep><1


  <tb>Alcalin R2O (Na2O, K2O, Li2O)<sep>9-10 (10)<sep>20<sep>13<sep>15<sep>11<sep>10<sep>7-8


  <tb>Densité
spécif. G/cm<3><sep>2,40<sep>2,38<sep>2,42<sep>2,45<sep>2,40<sep>2,40<sep>2,50


  <tb>Viscosité estimée (poise) à 1180 deg. C<sep>25 590<sep>30<sep>345<sep>850<sep>55 300<sep>7 800<sep>N/aa. La variation du matériau liant A-1 spécifiée entre parenthèses est utilisée pour les échantillons de l'Exemple 2.
b. Les impuretés (par exemple Fe2O3 et TiO2) sont présentes à environ 0,1-2%.

Exemple 2

Agglomérats de grains abrasifs/matériau liant inorganique

[0130] Des matériaux liants vitrifiés sont utilisés pour réaliser des échantillons de grains abrasifs agglomérés AV2 et AV3. Les agglomérats sont préparés selon la méthode de calcination rotative décrite dans l'Exemple 1 en utilisant des matériaux décrits ci-dessous. Les agglomérats AV2 sont réalisés avec 3% en poids de matériau liant A (Tableau 1-2). La température de calcination est déterminée à 1250 deg. C, l'angle du tube est de 2,5 degrés et la vitesse de rotation est de 5 tpm.

   Les agglomérats de AV3 sont réalisés avec 6% en poids du matériau liant E (Tableau 1-2), à une température de calcination de 1200 deg. C avec un angle de tube de 2,5-4 deg. et une vitesse de rotation de 5 tpm. Le grain abrasif est un grain abrasif 38A en alumine fondue, de dimension grit 80, obtenu chez Saint-Gobain Ceramics & Plastics Inc., Worcester, MA, USA.

[0131] Les agglomérats de grains vitrifiés sont testés pour leur densité de compression en vrac, la densité relative et leur dimension. Les résultats des essais sont donnés dans le Tableau 2-1 ci-dessous. Les agglomérats constitués d'une pluralité de grits abrasifs individuels (grits de 2 à 40) liés ensemble par un matériau liant vitrifié en des points de contact grit-à-grit, conjointement avec des zones de vide visibles.

   La majorité des agglomérats sont suffisamment résistants au compactage pour conserver un caractère tridimensionnel après avoir été soumis à des opérations de mélange et de moulage de la roue abrasive.

Tableau 2-1: Agglomérats de grain abrasif/agent liant vitrifié

[0132] 
<tb>Echant. no mélange:
grain, matériau liant<sep>Poids en livres (kg) de
mélange<sep>% en poids de grain
abrasif<sep>% en poids de matériau
liant<sep>% en
volume de
matériau
liant<a><sep>LPD (g/cm<3> -20/ +45
mesh
fraction<sep>Dimension moyenne en
microns
(mesh)<sep>% moyen de densité
relative


  <tb>AV2
Grit 80
38A
matériau
liant A<sep>84,94
(38,53)<sep>94,18<sep>2,99<sep>4,81<sep>1,036<sep>500 Micro
(-20/+45)<sep>26,67


  <tb>AV3
Grit 80
38A
Matériau
liant E<sep>338,54
(153,56)<sep>88,62<sep>6,36<sep>9,44<sep>1,055<sep>500 Micro
-20/+45<sep>27,75a. Les pourcentages sont sur une base totale de cérite, comprennent uniquement le matériau reliant vitrifié et le grain abrasif, et excluent une porosité quelconque à l'intérieur des agglomérats. Des matériaux liants organiques temporaires sont utilisés pour faire adhérer l'agent de liaison vitrifié au grain abrasif (pour AV2, 2,83% en poids d'agent liant protéinique utile AR30 sont utilisés pour AV3, 3,77% en poids d'agent liant protéinique liquide AR30 sont utilisés).

   Les matériaux liants organiques temporaires sont éliminés par combustion pendant le frittage des agglomérats le dispositif de calcination rotatif et le pourcentage pondéral final du matériau liant n'y est pas englobé.

Roues abrasives

[0133] Des échantillons d'agglomérats AV2 et AV3 sont utilisés pour réaliser des roues de meulage abrasif expérimentales (type 1) (dimension finie 5,0 X 5,0 X 1,250 pouce (12,7 X 1,27 X 3,18 cm). Les roues expérimentales sont réalisées en additionnant les agglomérats à un mélangeur rotatif à palle (un mélangeur Foote-Jones, obtenu chez Illinois Gear, Chicago, II.) et en mélangeant avec les agglomérats une résine phénolique liquide (résine V-1181 de Honeywell International Inc., Friction Division, Troy NY (22% en poids de mélange résineux).

   Une résine phénolique en poudre (résine Durez Varcum<(RTM)> 29-717 obtenue chez Durez Corporation, Dallas TX) (78% en poids de mélange résineux) est ajoutée aux agglomérats humides. Les quantités de pourcentage en poids des agglomérats abrasifs et de l'agent de liaison résineux utilisé pour réaliser ces roues et la composition des roues finies (y compris le pourcentage volumique d'abrasif, d'agent de liaison et de porosité dans les roues durcies) sont présentées dans le Tableau 2-2, ci-dessous.

[0134] Les matériaux sont mélangés pendant une période suffisante de temps pour obtenir un mélange uniforme et réduire au minimum la quantité d'agent de liaison en vrac. Après mélange, les agglomérats sont tamisés sur un tamis 24 mesh pour briser d'importantes mottes de résine.

   Le mélange uniforme d'agglomérats et d'agent de liaison est disposé dans des moules et une pression est appliquée pour former des roues à l'étape verte (non durcie). Ces roues vertes sont éliminées des moules, enveloppées dans un papier revêtu et durci par chauffage jusqu'à une température maximale de 160 deg. C, disposé selon la qualité, fini et inspecté selon des techniques de fabrication commerciale de roue de meulage connue dans ce domaine. Le module élastique des roues finies est mesuré et les résultats sont indiqués dans le Tableau 2-2 ci-dessous.

[0135] Le module élastique est mesuré en utilisant une machine Grindosonic, par la technique décrite dans J.

   Peters "Sonic Testing of Grinding Wheels" Advances in Machine Tool Design and Research, Pergamon Press, 1968.

Tableau 2-2: Compositions des roues

[0136] 
<tb><sep><sep><sep>Composition de la roué, volume en %<sep><sep>


  <tb>Echantillon de roue (agglomérat)<sep>Module d'élasticité G-pascal<sep>Densité à l'état cuit
g/cm<3><sep>Grain abrasif<sep>Agent de liaison total <c> organique <b><sep>Porosité<sep>% en poids d'agglom.<sep>% en poids d'agent de liaison


  <tb>Roues expérimentales<sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>1-1 (AV3) A<sep>3,5<sep>1,437<sep>30<sep>18 (14,8)<sep>52<sep>86,9<sep>13,1


  <tb>1-2 (AV3) C<sep>4,5<sep>1,482<sep>30<sep>22 (18,8)<sep>48<sep>84,0<sep>16,0


  <tb>1-3 (AV3) E<sep>5,0<sep>1,540<sep>30<sep>26 (22,8)<sep>44<sep>81,2<sep>18,8


  <tb>1-4 (AV2) A<sep>5,5<sep>1,451<sep>30<sep>18 (16,7)<sep>52<sep>85,1<sep>14,9


  <tb>1-5 (AV2) A<sep>7,0<sep>1,542<sep>30<sep>26 (24,7)<sep>44<sep>79,4<sep>20,6


  <tb>Roues comp. désignation commerciale<sep>Module élastique<sep>Densité à l'état cuit
g/cm<3><sep>% en vol. de grain<sep>% en vol. agent de
liaison<sep>% en vol. de porosité<sep>% en poids d'abrasif<sep>% en poids d'agent de liaison


  <tb>C-1
38A80-G8 B24<sep>13<sep>2,059<sep>48<sep>17<sep>35<sep>89,7<sep>10,3


  <tb>C-2
38A80-KB
B24<sep>15<sep>2,154<sep>48<sep>22<sep>30<sep>87,2<sep>12,8


  <tb>C-3
38A80-08
B24<sep>17<sep>2,229<sep>48<sep>27<sep>25<sep>84,4<sep>15,6


  <tb>C-4
53A80J7
Mélange Shellac<sep>10,8<sep>1,969<sep>50<sep>20<sep>30<sep>89,2<sep>10,8


  <tb>C-5
53A80L7
Mélange Shellac<sep>12,0<sep>2,008<sep>50<sep>24<sep>26<sep>87,3<sep>12,7


  <tb>C-6<b>
Agent de
liaison
National
Shellac
A80-Q6ES<sep>9,21<sep>2,203<sep>48,8<sep>24,0<sep>27,2<sep>86,9<sep>13,1


  <tb>C-7<b> Agent de liaison
Tyrolit
Shellac FA80-11E15SS<sep>8,75<sep>2,177<sep>47,2<sep>27,4<sep>25,4<sep>84,9<sep>15,1a. Les roues C-1, C-2 et C-3 sont réalisées avec un agent de liaison résineux phénolique et ces spécifications de roues sont disponibles commercialement chez Saint Gobain Abrasives, Inc. Les roues C-4 et C-5 sont réalisées à partir d'une résine shellac réalisée avec une quantité faible d'agent de liaison résineux phénolique. Ces spécifications de roues sont disponibles dans le commerce chez Saint-Gobain Abrasives, Inc. Worcester, MA. Ces échantillons C-4 et C-5 sont préparés dans le laboratoire selon ces spécifications commerciales et sont durcies jusqu'à une qualité de durcissement finale de la roue de J et L, respectivement.
b. Les roues C-6 et C-7 ne sont pas testées dans les essais de meulage.

   Ces spécifications de roues comparatives sont disponibles dans le commerce chez National Grinding Wheel Company/Radiac, Salem, IL et chez Tyrolit N.A. Inc. Westboro, MA.
c. Le volume "total" de l'agent de liaison est la somme de la quantité de matériau liant vitrifié utilisé pour agglomérer le grain et la quantité d'agent de liaison résineux organique utilisée pour fabriquer la roue de meulage. Le volume en % ("organique") de l'agent de liaison est la portion d'agent de liaison au total en pourcentage volumique constituée de la résine organique ajoutée aux agglomérats pour fabriquer la roue de meulage.

Exemple 3

[0137] Les roues expérimentales de l'Exemple 2 sont testées dans un essai de meulage au cylindre simulé par comparaison avec des roues disponibles dans le commerce liées avec une résine phénolique (C-1-C-3 obtenu chez Saint-Gobain Abrasives, Inc.

   Worcester, MA). Des roues liées avec du shellac, préparées dans le laboratoire (C-4 et C-5) à partir d'un mélange de résine shellac sont également testées en tant que roues comparatives. Les comparatives sont choisies du fait qu'elles ont des compositions, des structures et des propriétés physiques équivalentes aux roues utilisées dans les opérations de meulage commerciales au cylindre.

[0138] Pour simuler un meulage au cylindre dans une détermination en laboratoire, une opération de meulage en fente en contact continu est mise en ¼oeuvre sur une machine de meulage en surface.

   Les conditions de meulage suivantes sont utilisées dans les essais.
Machine de meulage: meuleuse en surface Brown & Sharpe
Mode: deux meulages de fente de contact continu, inversion à la fin de la poussée avant perte de contact avec la pièce à usiner;
Agent de refroidissement: agent de refroidissement Trim Clear selon un rapport de 1:40 : eau désionisée
Pièce à usiner: acier 4340 16 x 40, dureté Rc50
Vitesse de la pièce à usiner: 25 pieds/mn (0,127 m/s)
Vitesse de la roue: 5730 tpm
Motivité: 0,100 pouce (0,254 cm) au total
Profondeur de coupe: 0,0005 pouce (0,0013 cm) à chaque extrémité
Temps de contact: 10,7 minutes
Décrassage: diamant à pointe unique pour une vitesse de tourillon de 10 pouces/mn (25,4 cm/mn), 0,001 pouce comp.

   (0,00254 cm).

[0139] La vibration de la roue pendant le meulage est mesurée avec un équipement IRD Mechanalysis (analyseur modèle 855/dispositif d'équilibrage, obtenu chez Entek Corporation, North Westerville, Ohio). Dans un essai de meulage initial, les niveaux de vibration pour différentes fréquences (telles qu'une vitesse en pouces/unités seconde) sont enregistrés, en utilisant la technique rapide de transformation de Fourier (FFT), entre deux et huit minutes après le décrassage de la roue. Après l'essai de meulage initial, un second essai de meulage est réalisé et la croissance enregistrée en temps dans le niveau de vibration est enregistrée pour une fréquence ciblée choisie (57 000 cpm, la fréquence observée pendant l'essai initial) durant 10,7 minutes au total pendant lesquelles la roue reste en contact avec la pièce à usiner.

   Les taux d'usure de la roue (WWR), des taux d'élimination de matériau (MRR) et d'autres variables de meulage sont enregistrés à mesure que les essais de meulage sont réalisés. Ces données, conjointement avec l'amplitude de vibration pour chaque roue après 9-10 minutes de meulage en contact continu, sont indiquées dans le Tableau 3-1, ci-dessous.

Tableau 3-1: Résultats des essais de meulage

[0140] 
<tb>Echantillon de roue (agglomérat) qualité<sep>Amplitude de
vibration 9-10 mn<sep>WWR pouce/mn
(2,54 cm/mn)<sep>Puissance
9-10 mn hp<sep>SGE J/mm<3><sep>Rapport G MRR/WWR


  <tb>Roues
expérimentales<sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>1-1 (AV3) A<sep>0,010<sep>0,00215<sep>10,00<sep>22,70<sep>34,5


  <tb>1-2 (AV3) C<sep>0,011<sep>0,00118<sep>15,00<sep>29,31<sep>63,3


  <tb>1-3 (AV3) E<sep>0,021<sep>0,00105<sep>22,00<sep>43,82<sep>71,4


  <tb>1-4 (AV2) A<sep>0,011<sep>0,00119<sep>10,50<sep>23,67<sep>62,7


  <tb>1-5 (AV2) E<sep>0,013<sep>0,00131<sep>21,00<sep>40,59<sep>56,6


  <tb>Roues comp.
désignation
commerciale<sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>C-1
38A80-GB
B24<sep>0,033<sep>0,00275<sep>10,00<sep>33,07<sep>26,5


  <tb>C-2
38A80-K8
B24<sep>0,055<sep>0,0204<sep>11,00<sep>25,33<sep>36,8


  <tb>C-3
38A80-08
B24<sep>0,130<sep>0,00163<sep>12,50<sep>22,16<sep>46,2


  <tb>C-4
53A80J7<sep>0,022<sep>0,00347<sep>10,00<sep>25,46<sep>20,8


  <tb>C-5
53A80L7
Agent shellac<sep>0,052<sep>0,00419<sep>11,50<sep>26,93<sep>17,1

[0141] On peut voir que les roues expérimentales présentent le taux d'usure le plus bas de roues et les valeurs d'amplitude de vibration les plus basses. Les roues comparatives du commerce, réalisées avec des agents de liaison en résine phénolique (38A80-G8 B24, -K8 B24 et -08 B24) ont de faibles taux d'usure de la roue, mais ont des valeurs d'amplitude de vibration élevées de façon inacceptable. On pourrait prédire que ces roues créent un cliquetis de vibration dans une opération de meulage circulaire. Les roues comparatives fabriquées avec des agents de liaison en résine shellac (53A80J7, mélange shellac et 53A80L7 mélange shellac), ont des taux élevés d'usure des roues mais des valeurs d'amplitude de vibration acceptablement faibles.

   Les roues expérimentales sont supérieures à toutes les roues comparatives sur une gamme de niveaux de puissance (amplitude de vibration presque constante à 10-23 hp et un WWR plus faible de façon uniforme) et les roues expérimentales présentent des rapports G supérieurs (taux d'enlèvement de matériau/taux d'usure de la roue), et à l'évidence une efficacité excellente et durée de roue excellente.

[0142] Il est clair que le module élastique relativement faible et la porosité relativement élevée des roues expérimentales créent une roue résistante au cliquetis sans sacrifice de la vie de la roue et de l'efficacité de meulage. De façon tout à fait inattendue, on observe que les roues expérimentales meulent de façon plus efficace que des roues contenant des pourcentages volumiques très élevés de grain et ayant une qualité dure de roue.

   Bien que les roues expérimentales sont fabriquées pour obtenir une qualité relativement tendre de dureté (c'est-à-dire une qualité A-E sur l'échelle de dureté de roue de meulage de Norton Company), elles meulent de façon plus agressive avec moins d'usure des roues, en obtenant un rapport G plus élevé que les roues comparatives ayant une valeur de qualité significativement plus dure (c'est-à-dire les qualités G-O sur l'échelle de dureté de roues de meulage de Norton Company).

   Ces résultats sont significatifs et inattendus.

Exemple 4

[0143] Des roues expérimentales contenant du grain aggloméré sont préparées dans une opération de fabrication commerciale et testées dans une opération de meulage au cylindre commercial où les roues liées au shellac ont été utilisées dans le passé.

Agglomérats de grains abrasifs/matériau liant inorganique

[0144] Les matériaux liants vitrifiés (matériau liant A du Tableau 1-2) sont utilisés pour réaliser un échantillon de grain abrasif amélioré AV4. L'échantillon AV4 est similaire à l'échantillon AV2 sauf qu'une dimension discontinue commerciale est fabriquée pour l'échantillon AV4. Les agglomérats sont préparés selon la technique de calcination rotative décrite dans l'Exemple 1.

   Le grain abrasif est un grain abrasif d'alumine 38A fondu, de dimension grit 80, obtenu chez Saint-Gobain Ceramics & Plastics Inc., Worcester, MA, USA, et 3% en poids de matériau liant A (Tableau 1-2) est utilisé. La température de calcination est déterminée à 1250 deg. C, l'angle du tube est de 2,5 degrés et la vitesse de rotation est de 5 ppm. Les agglomérats sont traités avec une solution à 2% de silane (obtenu chez Crompton Corporation, South Charleston, West Viriginia).

Roues abrasives

[0145] Un échantillon d'agglomérats AV4 est utilisé pour fabriquer des roues de meulage (dimension finie: 36" de diamètre X 4" de largeur X 20" de trou central (type 1 deg. (91,4 X 10,2 X 50,8 cm)).

   Les roues abrasives expérimentales sont réalisées avec un équipement de fabrication du commerce en mélangeant les agglomérats avec une résine phénolique liquide (résine V-1181 de Honeywell International Inc., Friction Division, Troy New York) (22% en poids de mélange de résine) et une résine phénolique en poudre (résine de Durez Varcum<(RTM)> 29-717 obtenue chez Durez Corporation, Dallas TX) (78% en poids de mélange de résine). Les quantités en pourcentage pondéral de l'agglomérat abrasif et de l'agent de liaison en résine utilisé dans ces roues sont spécifiées dans le Tableau 4-1 ci-dessous. Les matériaux sont mélangés pendant une période suffisante de temps pour obtenir un mélange uniforme. L'agglomérat uniforme et le mélange d'agent de liaison sont placés dans des moules et une pression est appliquée pour former des roues de stade vert (non durci).

   Ces roues vertes sont prélevées des moules, enveloppées dans un papier revêtu et durcies par chauffage à une température maximale de 160 deg. C, déterminées selon la qualité, finies et inspectées selon les techniques de fabrication commerciale de roues de meulage connues dans ce domaine. Le module élastique d'une roue finie et sa densité cuite sont mesurés et les résultats sont indiqués dans le Tableau 4-1, ci-dessous. La vitesse d'éclatement de la roue est mesurée et la vitesse opérationnelle maximale est déterminée comme étant de 9500 sfpm (48,26 m/s).

[0146] La composition des roues (y compris le volume % de l'agent abrasif, de l'agent de liaison et de la porosité dans les roues durcies) est décrite dans le Tableau 4-1.

   Ces roues ont une structure de porosité, relativement uniforme, continue, visible à l'¼oeil, inconnue dans les roues de meulage liées organiques fabriquées auparavant en une opération commerciale.

Tableau 4-1: Composition de roues

[0147] 
<tb><sep><sep><sep>Composition de la roue volume en %<sep><sep>


  <tb>Echantillon de roue (agglomérat)<sep>Module d'élasticité
G-pascal<sep>Densité à l'état cuit
g/cm<3><sep>Grain abrasif<sep>Agent de liaison
total<c>
organique<b><sep>Porosité<sep>% en poids d'agglom.<sep>% en poids d'agent
de liaison


  <tb>Roues expérimentales<sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>2-1 (AV4) B14<sep>4,7<sep>1,596<sep>36<sep>14 (12,4)<sep>50<sep>90,2<sep>9,8


  <tb>2-2 (AV4) C14<sep>5,3<sep>1,626<sep>36<sep>16 (14,4)<sep>48<sep>88,8<sep>11,2


  <tb>2-3 (AV4) D14<sep>5,7<sep>1,646<sep>36<sep>18 (16,4)<sep>48<sep>87,4<sep>12,6a. Le volume "total" de l'agent de liaison est la somme de la quantité de matériau liant vitrifié utilisé pour agglomérer le grain et la quantité d'agent da liaison résineux organique utilisée pour fabriquer la roue de meulage.

   Le volume en % ("organique") de l'agent de liaison est la portion d'agent de liaison au total en pourcentage volumique constituée de la résine organique ajoutée aux agglomérats pour fabriquer la roue de meulage.

Essais de meulage

[0148] Ces roues abrasives expérimentales sont testées dans deux opérations commerciales de meulage pour la finition de rouleaux de laminoirs à froid.

Conditions de meulage A:

[0149] Machine à meuler: Farrell Roll Grinder, 40 hp
Agent de refroidissement:

   Stuart Synthetic w/eau
Vitesse de la roue: 780 tpm
Pièce à usiner: acier forgé, rouleaux de laminoirs à froid en tandem, dureté 842 Equotip, 82 X 25 pouces (208 X 64 cm)
Vitesse (du cylindre) de la pièce à usiner: 32 tpm
Espacement: 100 pouces/mn (254 cm/mn)
Alimentation continue: 0,0009 pouce/mn (0,00229 cm/mn)
Alimentation finale: 0,0008 pouce (0,002 cm/mn)
Fini de surface exigé: dureté 18-30, 160 pics maximum.

Conditions de meulage B:

[0150] Machine à meuler: Pomini Roll Grinder, 150 hp
Agent de refroidissement:

   Stuart Synthetic w/eau
Vitesse de la roue: 880 tpm
Pièce à usiner: acier forgé, rouleaux de laminoirs à froid en tandem, dureté 842 Equotip, 82 X 25 pouces (208 X 64 cm)
Vitesse (du cylindre) de la pièce à usiner: 32 tpm
Espacement: 100 pouces/mn (254 cm/mn)
Alimentation continue: 0,00011 pouce/mn (0,000279 cm/mn)
Alimentation finale: 0,002 pouce/mn (0,005 cm/mn)
Fini de surface exigé: dureté de 18-30 Ra, approx. 160-180 pics.

Tableau 4-2: Résultats des essais de meulage/conditions A de meulage

[0151] 
<tb>Echant.
paramètres d'essai<sep>Chang. en diamètre pouces<sep>Rapport G<sep>Roue en TPM<sep>Amplitude de roue<sep>%
de meulage<sep>Dureté au cylindre<sep>N deg. de pics sur le
cylindre


  <tb>Roue
expérimentale 2-1<sep>(2,54 cm)<sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>Usure de roue<sep>0,12<sep>0,850<sep>780<sep>75<sep>10<sep>28<sep>171


  <tb>Matériau
enlevé<sep>0,007<sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>Roue expérimentale 2-2<sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>Usure de roue<sep>0,098<sep>1,120<sep>780<sep>90-100<sep>10<sep>22<sep>130


  <tb>Matériau
enlevé<sep>0,0075<sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>Roue expérimentale 2-3<sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>Usure de roue<sep>0,096<sep>1,603<sep>780<sep>120-150<sep>10<sep>23<sep>144


  <tb>Matériau
enlevé<sep>0,0105<sep><sep><sep><sep><sep><sep>

[0152] Sous les conditions de meulage A, les roues de meulage expérimentales présentent une excellente performance de meulage, en atteignant des rapports G significativement plus élevés que ceux observés dans des opérations commerciales du passé sous ces conditions de meulage avec des roues liées au shellac. En se basant sur l'expérience passée dans le meulage au cylindre sous des conditions de meulage A, des roues expérimentales de 2-1, 2-2 et 2-3 qui seraient considérées comme trop tendres (valeurs de qualité de dureté de Norton Company de B-D) pour obtenir une efficacité de meulage acceptable du point de vue commercial, si ces résultats présentant d'excellents rapports G sont fortement inhabituels.

   Le fini de surface au cylindre est en outre exempt de marques de cliquetis et dans les spécifications pour la dureté de surface (18-30 Ra) et le nombre de pics superficiels (environ 160). Les roues expérimentales procurent une qualité de fini de surface observée auparavant uniquement avec des roues liées au shellac.

[0153] Un second essai de meulage de roue expérimentale 3-3 sous des conditions de meulage B, confirme les avantages surprenants de l'utilisation des roues de l'invention dans une opération de meulage à froid à finition commerciale à rouleau sur une période d'essai prolongée.

Tableau 4-3 Résultats des essais de meulage.

Conditions B

[0154] 
<tb>Roue
expérimentale<sep>Mod. de
diamètre pouces
(2,54 cm)<sep>Vitesse de roue sfpm
(0,000508 m/s)<sep>Amp.

   de roue<sep>Alimentation continue pouces/mn
(2,54 cm/mn)<sep>Alimentation finale pouces (2,54 cm)<sep>Dureté du cylindre Ra<sep>N deg. de pics dans le
cylindre


  <tb>Cylindre 1<sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>WWW<a><sep>0,258<sep>5667<sep>90<sep>0,0009<sep>0,0008<sep>24<sep>166


  <tb>MR<b><sep>0,028<sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>Cylindre 2<sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>WWW<sep>0,339<sep>8270<sep>105<sep>0,0016<sep>0,002<sep>20<sep>136


  <tb>MR<sep>0,032<sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>Cylindre 3<sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>WWW<sep>0,165<sep>8300<sep>110<sep>0,0011<sep>0,002<sep>28<sep>187


  <tb>MR<sep>0,03<sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>Cylindre 4<sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>WWW<sep>0,279<sep>8300<sep>115<sep>0,0011<sep>0,002<sep>29<sep>179


  <tb>MR<sep>0,036<sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>Cylindre 5<sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>WWW<sep>0,098<sep>8300<sep>115<sep>0,0011<sep>0,002<sep>25<sep>151


  <tb>MR<sep>0,018<sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>Cylindre 6<sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>WWW<sep>0,097<sep>8300<sep>115<sep>0,0011<sep>0,002<sep><sep>


  <tb>MR<sep>0,016<sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>Cylindre 7<sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>WWW<sep>0,072<sep>8300<sep>115<sep>0,0011<sep>0,002<sep><sep>


  <tb>MR<sep>0,048<sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>Cylindre 8<sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>WWW<sep>0,094<sep>8300<sep>115<sep>0,0011<sep>0,002<sep><sep>


  <tb>MR<sep>0,011<sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>Cylindre 9<sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>WWW<sep>0,045<sep>8300<sep>115<sep>0,0011<sep>0,002<sep><sep>


  <tb>MR<sep>0,021<sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>Cylindre 10<sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>WWW<sep>0,128<sep>8300<sep>115<sep>0,0011<sep>0,802<sep><sep>


  <tb>MR<sep>0,017<sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>Cylindre 11<sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>www<sep>0,214<sep>8300<sep>115<sep>0,0011<sep>0,002<sep><sep>


  <tb>MR<sep>0,018<sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>Cylindre 12<sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>WWW<sep>0,12<sep>8300<sep>115<sep>0,0011<sep>0,002<sep><sep>


  <tb>MR<sep>0,018<sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>Cylindre 13<sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>WWW<sep>0,118<sep>8300<sep>115<sep>0,0011<sep>0,002<sep><sep>


  <tb>MR<sep>0,028<sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>Cylindre 14<sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>WWW<sep>1,233<sep>8300<sep>115<sep>0,0011<sep>0,002<sep><sep>


  <tb>MR<sep>0,03<sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>Cylindre 15<sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>WWW<sep>0,215<sep>8300<sep>115<sep>0,0011<sep>0,002<sep><sep>


  <tb>MR<sep>0,03<sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>Cylindre 16<sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>WWW<sep>0,116<sep>8300<sep>115<sep>0,0011<sep>0,002<sep>Xxx<sep>xxx


  <tb>MR<sep>0,018<sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>Cylindre 17<sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>WWW<sep>0,141<sep>8300<sep>115<sep>0,0011<sep>0,002<sep>xxx<sep>Xxx


  <tb>MR<sep>0,021<sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>Cylindre 18<sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>WWW<sep>0,116<sep>8300<sep>115<sep>0,0011<sep>0,002<sep>xxx<sep>Xxx


  <tb>MR<sep>0,01<sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>Cylindre 19<sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>WWW<sep>0,118<sep>8300<sep>115<sep>0,0011<sep>0,002<sep><sep>


  <tb>MR<sep>0,018<sep><sep><sep><sep><sep><sep>a. mesure de l'usure de la roue
b. mesure du matériau enlevé.

[0155] Le rapport G cumulatif pour la roue expérimentale 2-4 est de 2,093 après 19 cylindres de meulage et en subissant une usure d'environ 3 poucese (7,62) à partir du diamètre de la roue. Le rapport G représente une amélioration de 2 à 3 fois les rapports G observés pour des roues de meulage du commerce (par exemple, les roues liées par shellac, C6 et C-7 décrites dans l'Exemple 2) utilisées pour meuler des cylindres sous des conditions de meulage A ou B. La vitesse angulaire de la roue et le taux d'élimination de matériau dépassent ceux de roues comparatives du commerce utilisées dans cette opération de meulage de rouleau, en démontrant ainsi l'efficacité de meulage inattendue possible avec la méthode de meulage de l'invention.

   Le fini de surface au cylindre réalisé par la roue expérimentale est acceptable sous des normes de protection du commerce. Des résultats cumulatifs observés après 19 cylindres de meulage confirment l'opération à l'état constant de la roue expérimentale et la résistance avantageuse de la roue au développement des bossages de roue, de la vibration et du cliquetis à mesure que la roue est usée par l'opération de meulage.

Exemple 5

Agglomérats de grains abrasifs/agent liant inorganique

[0156] Les échantillons d'agglomérats sont réalisés à partir d'un simple mélange de grain abrasif, de matériau liant et de mélanges d'eau décrits sur le Tableau 5-1. La composition de matériau liant vitrifié utilisée pour préparer les échantillons est le matériau liant C spécifié dans le Tableau 1-2.

   Le grain abrasif est un grain abrasif d'alumine 38A fondu, dimension grit 80, obtenu chez Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc., Worcester, MA, USA.

[0157] Des échantillons de grains abrasifs agglomérés sont formés à 1150 deg. C en utilisant un appareil de calcination rotatif (modèle no HOU-6D60-RTA-28, Harper International Buffalo, New York), équipé d'un tube métallique (Hastelloy) de 5,75 pouces (15,6 cm) de diamètre interne pour 3/8 pouces (0,95 cm) d'épaisseur, ayant une longueur chauffée de 60 pouces (152 cm) avec trois zones de contrôle de température.

[0158] Une unité d'alimentation Brabender<(RTM)> avec un taux d'alimentation volumétrique sous contrôle réglable est utilisée pour mesurer le mélange de grain abrasif et de matériau liant dans le tube chauffant de l'appareil de calcination rotatif.

   Le procédé d'agglomération est mis en ¼oeuvre sous des conditions atmosphériques, avec une vitesse de rotation du tube de l'appareil de 3,5 à 4 tpm, un angle d'inclinaison du tube de 2,5 à 3 degrés et taux d'alimentation en matériau de 6-10 kg/h.

[0159] Après agglomération dans l'appareil de calcination rotatif, des échantillons en grains abrasifs agglomérés sont tamisés et testés pour leur densité de compression en vrac (LPD) et leur distribution dimensionnelle.

   Ces résultats sont illustrés dans le Tableau 5-1.

Tableau 5-1: Caractéristiques du granulé aggloméré

[0160] 
<tb>Echantillon no matériau liant liquide du granulé<sep>Poids en
livres (kg) de mélange<sep>% en poids de matériau liant
(sur la base du grain)<sep>% en volume de matériau liant<a><sep>LPD (g/cm<3> -12/plateau)<sep>Dimension moyenne en microns
(dimension en mesh)<sep>Rend.
(-20/+50) %<sep>% en moyenne de densité
relative


  <tb>V1 <sep>93,9<sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>Grit 80<sep>(42,6)<sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>38A<sep>2,8<sep>3,0<sep>4,77<sep>1,09<sep>425<sep>85<sep>28,3


  <tb>Matériau<sep>(1,3)<sep><sep><sep><sep>(-35/+40)<sep><sep>


  <tb>liant C<sep>3,3 <sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb><sep>(1,5)<sep><sep><sep><sep><sep><sep>a. Le % en volume du matériau liant est un pourcentage du matériau solide à l'intérieur du granulé (c'est-à-dire le matériau liant et le grain) après cuisson, et n'englobe pas le pourcentage en volume de porosité.

[0161] Un échantillon de grain aggloméré V1 est utilisé pour fabriquer les roues de meulage (type 1 ) (dimension finie: 20 X 1 X 8 pouces) (50,8 X 2,54 X 20,3 cm). La composition des roues (y compris le pourcentage en volume d'abrasif, d'agent de liaison et de porosité dans les roues cuites), la densité et les propriétés mécaniques des roues sont décrites dans le Tableau 5-2.

   Les compositions pour des roues expérimentales 1 à 4 sont choisies pour obtenir des roues de qualité de dureté F et des compositions pour les roues expérimentales 5 à 8 sont choisies pour obtenir des roues de qualité de dureté G.

[0162] Pour fabriquer les roues abrasives, les agglomérats sont ajoutés à un mélangeur conjointement avec un agent liant liquide et une composition d'agent de liaison vitrifiée en poudre correspondant au matériau liant C sur le Tableau 1-2. Les structures des agglomérats sont suffisamment résistantes au compactage pour conserver une quantité effective d'agglomérats ayant le caractère tridimensionnel après avoir été soumis à des opérations de mélangeage et de moulage de roues abrasives. Les roues sont ensuite moulées, séchées, cuites jusqu'à une température maximale de 900 deg.

   C, déterminées en qualité, finies, équilibrées et inspectées selon des techniques de fabrication des roues de meulage à l'échelon commercial, connues dans ce domaine.

[0163] Les roues finies sont testées de façon sûre selon un essai de vitesse mis en ¼oeuvre à l'échelon commercial pour s'assurer que les roues ont une résistance mécanique suffisante pour un mouvement de rotation lorsqu'elles sont montées sur une machine de meulage et une résistance mécanique suffisante pour l'opération de meulage.

   Toutes les roues expérimentales ont passé avec succès l'essai de vitesse maximum pour l'équipement d'essai (85,1 m/s) et, ainsi, présente une résistance mécanique suffisante pour des opérations de meulage à vitesse lente.

[0164] La composition des roues (y compris le pourcentage en volume d'abrasif, d'agent de liaison et de porosité dans les roues cuites), la densité et les propriétés mécaniques des roues sont décrites dans le Tableau 5-2.

Tableau 5-2: Caractéristiques des roues abrasives

[0165] 
<tb><sep>Composition de la roue volume en %<sep><sep><sep><sep>


  <tb>Roue V1<sep>Agglom.<sep>Abrasif<sep>Agent de liaison<a><sep>Porosité<sep>Densité des roues à l'état cuit g/cm<3><sep>Mod. d'élasticité (Gpa)<sep>Mod. de rupture<c> (MPa)<sep>Essai de vitesse (m/s)


  <tb>(1)<sep>42,5<sep>40,5<sep>6,2<sep>53,3<sep>1,67<sep>13,3<sep>22,6<sep>85,1


  <tb>(2)<sep>40,4<sep>38,5<sep>6,5<sep>55,0<sep>1,61<sep>11,6<sep>18,5<sep>85,1


  <tb>(3)<sep>40,4<sep>38,5<sep>7,2<sep>54,3<sep>1,64<sep>12,4<sep>23,0<sep>85,1


  <tb>(4)<sep>39,4<sep>37,5<sep>8,2<sep>54,3<sep>1,63<sep>12,8<sep>22,8<sep>85,1


  <tb>(5)<sep>42,5<sep>40,5<sep>7,3<sep>52,2<sep>1,68<sep>14,3<sep>25,8<sep>85,1


  <tb>(6)<sep>40,4<sep>38,5<sep>9,3<sep>52,2<sep>1,68<sep>15,8<sep>26,7<sep>85,1


  <tb>(7)<sep>40,4<sep>38,5<sep>8,3<sep>53,2<sep>1,65<sep>13,5<sep>25,5<sep>85,1


  <tb>(8)<sep>39,4<sep>37,5<sep>9,3<sep>53,2<sep>1,65<sep>14,6<sep>24,0<sep>85,1


  <tb>Echant. Comp.<a> grain aggloméré<sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>38A80-F19VCF2<sep>N/a<sep>40,5<sep>6,2<sep>53,3<sep>1,73<sep>20,3<sep>24,4<sep>69,4


  <tb>38A80 G19VCF2<sep>N/a<sep>40,5<sep>7,3<sep>52,2<sep>1,88<sep>29,2<sep>26,6<sep>69,4a. Des échantillons de roues comparatives sont des produits commerciaux obtenus chez Saint-Gobain Abrasives, Inc. Worcester, MA, et commercialisés sous les désignations commerciales de roues indiquées pour chacune dans le Tableau 5-2.
b. Les valeurs pour le pourcentage en volume de l'agent de liaison des roues expérimentales comprennent le % en volume du matériau liant vitrifié utilisé sur les grains pour réaliser les agglomérats.
c. Les roues sont testées pour le module de rupture sur une machine d'essai mécanique Instron modèle 1125 avec un gabarit de pliage à quatre points pourvu d'une portée support de 3", une portée de charge de 1" et un taux de charge de 0,050" par minute de vitesse du tourillon.
d.

   Les roues qui ne se brisent pas lorsqu'elles sont entraînées en rotation au maximum de vitesse atteint avec la machine d'essai d'éclatement.

[0166] Les valeurs de module élastique des roues expérimentales 1-4 se situent de 34 à 43% plus faible que la valeur pour la roue comparative de qualité F, et les valeurs de module élastique des roues expérimentales 5-8 se situent dans la gamme de 45 à 54% plus faible que la valeur pour la roue comparative de qualité G. Des roues ayant des compositions identiques en pourcentage volumique de grain, d'agent de liaison et de porosité tout à fait inattendus présentent des valeurs de module élastique notablement différentes.

   La roue expérimentale 1 présente une valeur de module élastique de 34% plus faible que la valeur pour la roue comparative de qualité F, et la roue expérimentale 5 présente une valeur de module élastique 51% plus faible que la valeur pour la roue comparative de qualité G. Dans une expérimentation séparée, les roues comparatives réalisées pour des qualités plus tendres de façon à être caractérisées par des valeurs équivalentes de module élastique relativement faibles, manquent de résistance mécanique suffisante pour passer l'essai de vitesse à 85,1 m/s.

[0167] Les valeurs d'essai de vitesse pour les roues expérimentales sont complètement acceptables.

   En outre, pour des compositions de pourcentage volumique identiques de grains, d'agent de liaison et de porosité, la roue expérimentale 1 présente un module de rupture uniquement 7% plus faible que la roue comparative de qualité F, tandis que la roue expérimentale 5 présente un module de rupture uniquement 3% plus faible que celui de la roue comparative de qualité G. Cette faible chute du module de rupture était attendue, étant donné la faible chute de densité dans les roues expérimentales par rapport aux roues comparatives.

   La chute de densité suggère également que les roues expérimentales ont résisté au rétrécissement pendant le traitement thermique, par rapport aux roues comparatives ayant une composition identique en pourcentage volumique, et ceci représente des économies potentielles notables dans les coûts de fabrication, à la fois dans les coûts des matériaux et dans les opérations de finissage.

[0168] Les roues sont testées dans une opération de meulage à vitesse lente par rapport à des roues commerciales comparatives recommandées pour être utilisées dans des opérations de meulage à vitesse lente.

   Les roues comparatives ont les mêmes dimensions, des compositions en pourcentage volumique, identiques ou similaires, des qualités de dureté équivalentes (la qualité est déterminée sur la base des teneurs en % volumique du grain, de l'agent de liaison et de la porosité) et des agents chimiques de liaison équivalents, du point de vue fonctionnel, et elles sont par ailleurs des roues comparatives appropriées pour une étude de meulage à faible vitesse. Mais, les roues comparatives sont réalisées sans grains agglomérats et des inducteurs de pores solubles sont nécessaires pour atteindre la porosité en pourcentage volumique, ciblée, et la densité de roue.

   Les désignations commerciales de roues et les compositions des roues comparatives sont décrites dans le Tableau 5-2 (roues commerciales 38A80F19VCF2 et 38A80G19VCF2).

[0169] Un essai de meulage "en coin" est réalisé, la pièce à usiner étant inclinée selon un petit angle par rapport à l'inclinaison de la machine sur laquelle elle est montée. Cette géométrie se traduit par un accroissement de profondeur de coupe, un accroissement du taux d'élimination du matériau et un accroissement de l'épaisseur des copeaux à mesure que le meulage progresse du début jusqu'au finissage. Ainsi, des données de meulage sont recueillies sur un certain nombre de conditions dans un simple essai. L'évaluation de la performance de la roue dans l'essai en coin est en outre favorisée grâce à la mesure et à l'enregistrement de la puissance de la broche et des forces de meulage.

   La détermination précise des conditions (MRR, épaisseur des copeaux, etc.) qui produisent des résultats non acceptables, tels qu'une combustion au meulage ou une cassure de la roue, facilite la caractérisation du comportement de la roue et du classement de la performance relative du produit.

Conditions de meulage:

[0170] Machine: Hauni-Blohm Profimat 410
Mode: meulage en cornière à faible vitesse
Vitesse de la roue: 5500 pieds en surface par minute (28 m/s)
Vitesse de table: varie de 5 à 17,5 pouces/mn (12,7-44,4 cm/minute)
Réfrigérant: Master Chemical Trim E210 200, pour une concentration de 10% avec de l'eau de puits désionisée, 72 gallons/mn (272 l/mn).
Matériau de la pièce à usiner:

   Inconel 718 (42 HRc)
Mode de décrassage: diamant rotatif, en continu
Compensation de décrassage: 20 microns-pouce/rev (0,5 micromètre/rev)
Rapport de vitesse: + 0,8.

[0171] Dans ces essais de meulage, l'augmentation continue de la profondeur de la coupe fournit un accroissement continu du taux d'élimination du matériau sur la longueur du bloc (8 pouces (20,3 cm)). Un endommagement est observé par combustion de la pièce à usiner, l'usure de la roue, fini de surface rugueux et/ou perte de la forme en cornière. L'usure de la roue à partir du meulage est inférieure à la perte de compensation de décrassage en continu, mise en ¼oeuvre pendant l'essai de meulage.

   L'énergie de meulage spécifique et le taux d'élimination du matériau auquel se produit l'endommagement (MRR maximum) sont notés dans le Tableau 5-3.

Tableau 5-3: Résultats des essais de meulage

[0172] 
<tb><sep>Composition de la roue volume, en %<sep><sep><sep>Energie<sep><sep>


  <tb>Roue V1<sep>Agglom.<sep>Abrasif<sep>Agent de liaison<a><sep>Porosité<sep>MRR maximu
mm<3>/s/mn<sep>Amélioration en %<a><sep>Spécifique de meulage J/mm<3><sep>Amélioration en %<a><sep>Dureté moyenne en surface % m


  <tb>(1)<sep>42,5<sep>40,5<sep>6,2<sep>53,3<sep>10,3<sep>20<sep>57,6<sep>-17<sep>0,77


  <tb>(2)<sep>40,4<sep>38,5<sep>6,5<sep>55,0<sep>10,2<sep>18<sep>55,1<sep>-20<sep>0,75


  <tb>(3)<sep>40,4<sep>38,5<sep>7,2<sep>54,3<sep>10,9<sep>26<sep>59,2<sep>-15<sep>0,72


  <tb>(4}<sep>39,4<sep>37,5<sep>8,2<sep>54,3<sep>10,1<sep>18<sep>59,2<sep>-15<sep>0,76


  <tb>(5)<sep>42,5<sep>40,5<sep>7,3<sep>52,2<sep>10,4<sep>58<sep>60,5<sep>-23<sep>0,77


  <tb>(6)<sep>40,4<sep>38,5<sep>9,3<sep>52,2<sep>9,4<sep>42<sep>65,2<sep>-17<sep>0,77


  <tb>(7)<sep>40,4<sep>38,5<sep>8,3<sep>53,2<sep>9,5<sep>44<sep>63,4<sep>-19<sep>0,75


  <tb>(8)<sep>39,4<sep>37,5<sep>9,3<sep>53,2<sep>9,2<sep>39<sep>64,4<sep>-18<sep>0,77


  <tb>Echant
Comp. grain non aggloméré<sep>Composition de la roue volume
% en volume<sep><sep><sep>EnergieSpécifiquede meulage J/mm<3><sep><sep>Dureté moyenne en surface % m


  <tb>Agglom.<sep>Abrasif<sep>Agente de liaison<a><sep>Porosité<sep>MRR maximum mm<3>/s/m n<sep><sep>


  <tb>38A80-F19VCF2<sep>N/a<sep>40,5<sep>6,2<sep>53,3<sep>8,6<sep>N/a<sep>69,6<sep>N/a<sep>0,79


  <tb>38A80-G19VCF2<sep>N/a<sep>40,5<sep>7,3<sep>52,2<sep>6,6<sep>N/a<sep>78,2<sep>N/a<sep>0,76 a. Afin de calculer les valeurs d'amélioration en pourcentage, des roues expérimentales sont comparées à une qualité équivalente la plus proche dans une roue comparative. Les roues expérimentales 1-4 sont comparées à la roue de qualité F et les roues expérimentales 5-8 sont comparées à la roue de qualité G.

[0173] Comme on peut le voir d'après les résultats des essais de meulage sur le Tableau 5-3, avant que se produise un endommagement, les roues exprimentales présentent des valeurs de MRR de 20 à 58% supérieures à celles des roues comparatives ayant des compositions de pourcentage volumique identiques.

   Pour des compositions identiques, les roues expérimentales présentent au moins une réduction de 17% de puissance nécessaire pour meuler (énergie de meulage spécifique). Ces efficacités d'opération de meulage sont atteintes sans perte notable de la qualité en surface de la pièce à usiner devant être meuler. Le résultat suggère que les roues expérimentales pourraient être traitées dans des opérations commerciales de meulage à faible vitesse pour une vitesse de décrassage plus faible avec un MRR constant de façon à réaliser au moins un doublement de la vie de la roue.

Exemple 6

Agglomérats de grains abrasifs/agent liant inorganique

[0174] Les échantillons de grains agglomérés sont réalisés à partir d'un simple mélange de grains abrasifs, de matériau liant et d'eau décrit dans le Tableau 6-1.

   Les compositions de matériau liant à agent de liaison vitrifié, utilisées pour préparer les échantillons, sont le matériau liant C spécifié dans le Tableau 1-2. Le grain abrasif est un grain abrasif en alumine 38A fendu, dimension grit 60, obtenu chez Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc., Worcester, MA, USA.

[0175] Des échantillons de grains abrasifs agglomérés sont préparés dans un appareil de calcination rotatif industriel (fabriqué par Bartlett Inc., Stow, Ohio; modèle à cuisson direct au gaz) à une température maximale de 1250 deg. C, équipé d'un tube réfractaire de diamètre interne de 35 pouces (10,7 m) de long, 31 pouces (0,78 m) de diamètre interne, et 23 pouces (0,58 m) d'épaisseur.

   Le procédé d'agglomération est mis en ¼oeuvre sous les conditions atmosphériques, à un point déterminé de contrôle de la température dans la zone la plus chaude de 1250 deg. C, avec une vitesse de rotation du tube de l'appareil de 2,5 tpm, un angle d'inclinaison du tube de 3 degrés et une vitesse d'alimentation en matériau de 450 kg/h.

[0176] Après l'agglomération dans l'appareil de calcination rotatif, les échantillons de grains abrasifs agglomérés sont tamisés et testés pour leur densité de compactage en vrac (LPD) et leur distribution dimensionnelle.

   Ces résultats sont indiqués dans le Tableau 6-1.

Tableau 6-1: Caractéristiques du granulé aggloméré V2

[0177] 
<tb>Echantillon no matériau liant liquide du granulé<sep>Poids en
livres (kg) de mélange<sep>% en poids de matériau liant (sur la base du grain)<sep>% en
volume de
matériau liant<a><sep>LPD (g/cm<3> -12/plateau)<sep>Dimension moyenne en microns (dimension en mesh)<sep>Rend.
(-20/+50)
%<sep>% en moyenne de densité relative


  <tb>V2<sep>92,9<sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>Grit 60<sep>(42,1)<sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>38A<sep>2,8<sep>4,2<sep>6,7<sep>1,39<sep>520<sep>84<sep>36,4


  <tb>Matériau<sep>(1,3)<sep><sep><sep><sep>(-30/+35)<sep><sep>


  <tb>liant C<sep>4,3 <sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb><sep>(1,5)<sep><sep><sep><sep><sep><sep>a. Le % volumique du matériau liant est un pourcentage de matériau solide à l'intérieur du granulé (c'est-à-dire le matériau liant et le grain) après cuisson et n'englobe pas le pourcentage volumique de porosité.

[0178] Des échantillons d'agglomérats sont utilisés pour fabriquer des roues de meulage (type 1) (dimension finie: 20 X 1 X 8 pouces) (50,8 X 2,54 X 20,3 cm). Pour réaliser les roues abrasives, les agglomérats sont ajoutés à un mélangeur conjointement avec un liant liquide et une composition d'agent de liaison vitrifié en poudre, correspondant au matériau liant C du Tableau 1-2.

   Les structures des agglomérats sont suffisamment résistantes au compactage pour retenir une quantité efficace d'agglomérats ayant un caractère tridimensionnel après avoir été soumis à des opérations de moulage et de mélange de roues abrasives. Des compositions pour des roues expérimentales 9 à 11 sont choisies pour obtenir des roues de qualité de dureté I, des roues de qualité de dureté K et des compositions pour des roues expérimentales 17 à 19 sont choisies pour obtenir des roues de qualité de dureté J. Les roues sont ensuite moulées, séchées, cuites jusqu'à une température maximale de 1030 deg.

   C, déterminées selon leur qualité, finies, équilibrées et inspectées selon les techniques de fabrication commerciales de roues de meulage connues dans ce domaine.

[0179] Les roues finies sont testées pour leur sécurité selon un essai de vitesse pratiqué à l'échelon commercial pour s'assurer que les roues ont une résistance mécanique suffisante pour un mouvement rotatif lorsqu'elles sont montées sur une machine de meulage et une résistance mécanique suffisante pour l'opération de meulage. Des résultats de l'essai d'éclatement sont donnés dans le Tableau 6-2. Toutes les roues expérimentales ont une résistance mécanique suffisante pour les opérations de meulage à faible vitesse.

   Les opérations de meulage du commerce à faible vitesse traitent, de façon traditionnelle, ces roues de meulage à 6500 sfpm (33 m/s) avec une vitesse de traitement maximale d'environ 8500 sfpm (43,2 m/s).

[0180] Les compositions des roues (y compris le volume en % de l'abrasif, de l'agent de liaison et de la porosité dans les roues cuites), la densité et les propriétés du matériau des roues sont spécifiées dans le Tableau 6-2.

Tableau 6-2: Caractéristiques des roues abrasives

[0181] 
<tb><sep>Composition de la roue volume
% en volume<sep><sep><sep><sep>


  <tb>Roue
agglomérat
V2<sep>Agglom.<sep>Abrasif<sep>Agent de liaison<a><sep>Porosité<sep>Densité à l'état cuit g/cm<3><sep>Module d'élasticité (Gpa)<sep>Module de rupture (MPa)<sep>Vitesse réelle d'éclat. (m/s)


  <tb>(9)<sep>36,5<sep>34,1<sep>7,5<sep>58,4<sep>1,53<sep>8,1<sep>9,6<sep>66,5


  <tb>(10)<sep>34,4<sep>32,1<sep>10,5<sep>57,4<sep>1,59<sep>12,7<sep><sep>76,6


  <tb>(11)<sep>36,5<sep>34,1<sep>8,5<sep>57,4<sep>1,56<sep>10,1<sep><sep>78,6


  <tb>(12)<sep>41,2<sep>38,4<sep>7,7<sep>53,9<sep>1,69<sep>13,6<sep>12,1<sep>76,4


  <tb>(13)<sep>39,0<sep>36,4<sep>9,7<sep>53,9<sep>1,68<sep>15,2<sep><sep>80,8


  <tb>(14)<sep>39,0<sep>36,4<sep>8,7<sep>54,9<sep>1,63<sep>13,0<sep><sep>80,2


  <tb>(15)<sep>37,9<sep>35,4<sep>9,7<sep>54,9<sep>1,64<sep>13,6<sep><sep>78,9


  <tb>(16)<sep>39,0<sep>36,4<sep>10,7<sep>52,9<sep>1,69<sep>16,4<sep><sep>88,6


  <tb>(17)<sep>44,2<sep>41,2<sep>5,6<sep>53,2<sep>1,74<sep>13,2<sep>12,2<sep>61,3


  <tb>(18)<sep>42,1<sep>39,2<sep>6,6<sep>54,2<sep>1,69<sep>12,9<sep><sep>77,1


  <tb>(19)<sep>42,1<sep>39,2<sep>8,6<sep>52,2<sep>1,79<sep>17,9<sep><sep>83,5


  <tb>38A60-196LCNN<sep>N/a<sep>34,1<sep>7,5<sep>58,4<sep>1,58<sep>18,1<sep>10,25<sep>69,4


  <tb>38A60-K75LCNN<sep>N/a<sep>38,4<sep>7,7<sep>53,9<sep>1,75<sep>23,5<sep>N/a<sep>73,2


  <tb>38A60-J64LCNN<sep>N/a<sep>41,2<sep>5,6<sep>53,2<sep>1,78<sep>23 <sep>N/a<sep>73,6


  <tb>TG2-80 E13
VCF5<c><sep>VCF5C<sep>38,0<sep>6,4<sep>55,6<sep>1,68<sep>23,3<sep>23,0<sep>N/aa. Des échantillons de roues comparatives sont des produits du commerce obtenus chez Saint Gobain Abrasives, Ltd. Stafford, UK, et commercialisés avec les désignations de roues indiquées pour chacune d'entre elles dans le Tableau 6-2.
b. Des valeurs pour le pourcentage volumique de l'agent de liaison des roues expérimentales comprennent le pourcentage volumique du matériau liant vitrifié utilisé sur les grains pour réaliser les agglomérats.
c. Cette roue ressemble à la roue comparative 38A60-K75 LCNN en pourcentage volumique de composition, mais elle a été réalisée avec un grain abrasif d'alpha-alumine frittée sol/gel ayant un rapport d'aspect supérieur à 4:1, selon les brevets U.S. 5 738 696 et US-A-7 738 697 à Wu.

   Il est à noter qu'elle présente une densité inférieure, mais présente une valeur de module élastique très similaire, par rapport à 38A60K75 LCNN.

[0182] Des roues ayant des compositions identiques en pourcentage volume de grain, d'agent de liaison et de porosité, tout à fait inattendues, présentent des valeurs de module élastique significativement différentes. Il est à noter que la valeur de module élastique d'une roue comparative (TG2-80 E13 VCF5) réalisée pour le pourcentage volumique de porosité relativement élevée, souhaitée, et une densité relativement faible par des moyens de particules oblongues ajoutées (grain abrasif) plutôt qu'avec des inducteurs de pores solubles, ne présentent pas des chutes de la valeur du module élastique.

   En fait, la valeur du module élastique est plus élevée que celle de la roue comparative équivalente la plus proche et beaucoup plus élevée que les roues expérimentales ayant des compositions équivalentes en pourcentage volumique.

[0183] En dépit des propriétés de module élastique abaissé, les valeurs de l'essai de vitesse pour les roues expérimentales sont tout à fait acceptables. Pour un % volumique identique des compositions de grain, d'agent de liaison et de porosité, la roue expérimentale 1 présente uniquement un module de rupture et des valeurs de vitesse d'éclatement, seulement, légèrement plus faibles. Les densités expérimentales sont légèrement plus faibles que celles des roues comparatives qui ont été formulées selon une composition de pourcentage volumique identique. Ainsi, une faible chute du module de rupture est attendue.

   La chute de densité suggère également que les roues expérimentales ont résisté au rétrécissement pendant le traitement thermique par rapport aux roues comparatives ayant une composition de pourcentage volumique identique, et cela représente les économies potentielles stables dans les coûts de fabrication, à la fois les coûts des matériaux et les opérations de finition.

[0184] Les roues sont testées par rapport à des roues commerciales comparatives recommandées pour l'utilisation dans des opérations de meulage à faible vitesse.

   Les roues comparatives ont les mêmes dimensions, des compositions identiques ou similaires en pourcentage volumique, des qualités de dureté équivalentes (la qualité est déterminée sur la base des teneurs en pourcentage volumique du grain, de l'agent de liaison et de la porosité) et des agents chimiques de liaison équivalents du point de vue fonctionnel et ce sont des roues comparatives par ailleurs appropriées pour une étude de meulage à vitesse lente. Cependant, les roues comparatives sont réalisées sans grain aggloméré et des inducteurs de pores solubles sont utilisés pour atteindre la porosité en pourcentage volumique de la densité de roue, désirée. Les désignations commerciales des roues et les compositions des roues comparatives sont indiquées dans le Tableau 6-2 (roues commerciales: 38A60-196 LCNN, 38A60-K75 LCNN et 38A60-J64 LCNN).

   Les résultats sont donnés ci-dessous dans le Tableau 6-3.

Tableau 6-3: Résultats des essais de meulage

[0185] 
<tb><sep>Composition de la roue volume
% en volume<sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>Roue V2<sep>Agglom.<sep>Abrasif<sep>Agent de liaison<a><sep>Porosité<sep>MRR
maximum
mm<3>/s/mm<sep>Amél.
en %<a><sep>Energie spé. de meulage J/mm<3><sep>Amél. en%<sep>Dureté moyenne en surface en Microm


  <tb>(9)<sep>36,5<sep>34,1<sep>7,5<sep>58,4<sep>12,6<sep>31<sep>39,0<sep>-31<sep>N/a


  <tb>(10)<sep>34,4<sep>32,1<sep>10,5<sep>57,4<sep>10,6<sep>10<sep>54,7<sep>-3<sep>N/a


  <tb>(11)<sep>36,5<sep>34,1<sep>8,5<sep>57,4<sep>16,2<sep>68<sep>43,1<sep>-24<sep>N/a


  <tb>(12)<sep>41,2<sep>38,4<sep>7,7<sep>53,9<sep>12,4<sep>53<sep>41,9<sep>-24<sep>0,76


  <tb>(13)<sep>39,0<sep>36,4<sep>9,7<sep>53,9<sep>11,2<sep>38<sep>44,8<sep>-19<sep>0,80


  <tb>(14)<sep>39,0<sep>36,4<sep>8,7<sep>54,9<sep>12,1<sep>43<sep>40,7<sep>-28<sep>0,90


  <tb>(15)<sep>37,9<sep>35,4<sep>9,7<sep>54,9<sep>11,3<sep>40<sep>42,7<sep>-22<sep>0,80


  <tb>(16)<sep>39,0<sep>36,4<sep>10,7<sep>52,9<sep>10,2<sep>25<sep>46,5<sep>-16<sep>0,74


  <tb>(17)<sep>44,2<sep>41,2<sep>5,6<sep>53,2<sep>13,7<sep>61<sep>40,2<sep>-29<sep>N/a


  <tb>(18)<sep>42,1<sep>39,2<sep>6,6<sep>54,2<sep>12,8<sep>51<sep>41,3<sep>-27<sep>N/a


  <tb>(19)<sep>42,1<sep>39,2<sep>8,6<sep>52,2<sep>10,2<sep>20<sep>49,0<sep>-13<sep>N/a


  <tb><sep>Composition de la roue volume
% en volume<sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>Echant. comp. en grain non aggloméré<sep>Agglom.<sep>Abrasif<sep>Agent de liaison <a><sep>Porosité<sep>MRR maximum
mm<3>/s/mm<sep>Amél.
en %<a><sep>Energie spé. de meulage J/mm<3><sep>Amél.
en %<sep>Dureté moyenne en surface en Microm


  <tb>38A60-
I96 LCNN<sep>N/a<sep>34,1<sep>7,5<sep>58,4<sep>9,7<sep>N/a<sep>56,5<sep>N/a<sep>N/a


  <tb>38A60-
K75 LCNN<sep>N/a<sep>38,4<sep>7,7<sep>53,9<sep>8,1<sep>N/a<sep>55,1<sep>N/a<sep>0,94


  <tb>38A60-
J64 LCNN<sep>N/a<sep>41,2<sep>5,6<sep>53,2<sep>8,5<sep>N/a<sep>56,4<sep>N/a<sep>N/aa. Pour calculer les valeurs d'amélioration en pourcentage, des roues expérimentales sont comparées à une qualité équivalente la plus proche dans une roue comparative. Des roues expérimentales 9-11 sont préparées avec une roue de qualité I. Des roues expérimentales 12-16 sont comparées à la roue de qualité K; et des roues expérimentales 17-19 sont comparées à la roue de qualité J.

[0186] Comme on peut le voir d'après les résultats des essais de meulage dans le Tableau 6-3, des expérimentales présentent un MRR très élevé (10 à 68%) avant qu'un endommagement se produise, par rapport aux roues comparatives ayant des compositions identiques en pourcentage volumique.

   Pour des compositions identiques, les roues expérimentales présentent une réduction de puissance (3 à 31%) nécessaire pour meuler (énergie de meulage spécifique). Ces efficacités d'opérations de meulage sont réalisées sans perte notable de la qualité de surface de la pièce à usiner devant être meulée.

   Le résultat suggère que les roues expérimentales peuvent être traitées dans une opération de meulage à faible vitesse, commerciale, pour un taux de décrassage très bas avec un MRR constant de façon à réaliser ainsi un doublement de la vie de la roue.

Exemple 7

Agglomérats de grains abrasifs/liant organique

[0187] Une série d'échantillons de grains abrasifs agglomérés (A1-A8) sont préparés à partir d'un mélange de grains abrasifs et de matériau liant à base de résine phénolique (résine 27-717 Durez Varcum<(RTM)>, densité 1,28 g/cm<3>, obtenu chez Durez Corporation, Dallas TX) dans les quantités décrites sur le Tableau 7-1. Tous les échantillons sont préparés avec un grain abrasif en alumine 38A, fondue, traitée au silane, obtenu chez Saint-Gobain Ceramics et Plastics, Inc.

   Worcester, MA, USA, dans les dimensions grit (grit 80 ou 46) spécifié dans le Tableau 7-1.

[0188] Le grain et le matériau liant résineux sont placés dans la cuve d'un dispositif mélangeur (échantillon A5-A8 dans un numéro de modèle RV-02 mélangeur Eirich à cisaillement élevé, fabriqué par la Eirich Company, Gurnee, IL; l'échantillon A1 dans un mélangeur à plateau fabriqué par Foote-Jones/Illinois Gear à Chicago, IL; et les échantillons A2, A3 et A4 dans un mélangeur à plateau ordinaire réalisé par Boniface Tool and Die à Southbridge MA).

   Le mélange est commencé pour une vitesse relative déterminée à 64 tpm et une vitesse des palles déterminée à 720 tpm (échantillons A5-A8 dans le mélangeur Eirich); ou une vitesse de la cuve à 35 tpm et une palle fixe (échantillon A1 dans le mélangeur Foote/Jones); ou une vitesse de la cuve de 35 tpm et une vitesse de la palle de 75 tpm (échantillons A2-A4 dans le mélangeur Boniface). Tout en mélangeant, suffisamment de solvant (furfural) sont pulvérisés sous forme de brouillard sur un mélange de grain et le matériau liant afin de provoquer une agglomération conjointe des grains et du matériau liant. La pulvérisation du solvant sur le mélange est réalisée en continu uniquement jusqu'à ce que les grains et le matériau liant aient formé des agglomérats.

   Pour préparer les échantillons A2-A8, le solvant est pulvérisé sur les composants secs sous la forme d'un brouillard continu en quantités mesurées en utilisant un générateur de réfrigérant en brume pour outil, obtenu chez Wesco Company, Chatsworth, CA. Le procédé d'agglomération est mis en ¼oeuvre sous les conditions atmosphériques à la température ambiante.

[0189] Après agglomération dans le mélangeur, les échantillons de grains abrasifs agglomérés humides sont tamisés à travers un tamis U.S. 3,5 mesh puis séchés toute une nuit sous les conditions ambiantes. Les échantillons sont tamisés à nouveau sur un tamis brut (tamis normalisé U.S. no 8 pour des agglomérats grit 46, tamis no 20 pour des agglomérats grit 80) et pulvérisés en une seule couche sur un plateau support cuit de fluoropolymère (environ 45 X 30 cm).

   Des agglomérats sont ensuite durcis dans un four de laboratoire (modèle no VRD-1-90-1E de Despatch, de Despatch Industries, Minneapolis, MN) sous des conditions atmosphériques, chauffés jusqu'à une température maximale de 160 deg. et maintenus à cette température pendant 30 minutes. Les agglomérats durcis sont examinés au moyen d'une barre d'acier d'1,5 pouce (3,88), actionnée manuellement pour broyer partiellement et séparer des agglomérats très importants en plus petits agglomérats.

[0190] Les agglomérats durcis sont dimensionnés avec des tamis d'essai normalisé US montés sur un appareil de tamisage vibratoire (Ro-Tap; modèle RX-29; W.S. Tyler Inc. Mentor, OH).

   Des dimensions de tamisage en mesh se situent dans la gamme de 10 à 45 pour des agglomérats réalisés avec du grit 46 et de 20 à 45 pour des agglomérats réalisés avec grit abrasif de dimension grit 80.

[0191] Des rendements d'agglomérats utilisables, s'écoulant librement des échantillons A1-A8, définis en tant qu'agglomérats ayant une distribution dimensionnelle de la dimension indiquée en mesh (dimension de tamis normalisé US), sous la forme d'un pourcentage en poids du poids total du mélange des grains avant agglomération, sont indiqués en dessous sur le Tableau 7-1.

[0192] Des agglomérats sont testés pour la densité de compactage en vrac (LPD), de la densité relative et de la distribution dimensionnelle et sont caractérisés visuellement avant et après avoir été utilisés pour réaliser des outils de meulage abrasifs.

   La densité compactée en vrac des agglomérats durcis (LPD) est mesurée par la technique de American National Standard pour la densité volumique des grains abrasifs. La densité relative initiale moyenne, exprimée en tant que pourcentage est calculée en divisant le LPD (rho ) par une densité théorique des agglomérats (rho 0) en déterminant une porosité zéro. La densité théorique est calculée selon une règle volumetrique de la technique de mélange à partir du pourcentage en poids et de la densité du matériau liant et du grain abrasif contenu dans les agglomérats.

[0193] Ces agglomérats ont une caractéristique de LPD de densité relative et de distribution dimensionnelle appropriées pour être utilisés dans la fabrication commerciale de roues de meulage abrasives.

   Les résultats des essais des agglomérats sont indiqués sur le Tableau 7-1.

[0194] Les agglomérats finis, durcis ont des formes tridimensionnelles variant parmi les formes triangulaire, sphérique, cubique, rectangulaire, cylindrique et d'autres formes géométriques. Des agglomérats sont constitués d'une pluralité de grits abrasifs individuels (par exemple de 2 à 40 grits) liés ensemble par un matériau liant résineux en des points de contact grit-à-grit. En se basant sur la densité du matériau et les calculs volumétriques, la porosité des agglomérats en vrac est d'environ 10% en volume.

   Les structures des agglomérats sont suffisamment résistantes au compactage pour retenir une quantité efficace d'agglomérats en conservant un caractère initial tridimensionnel après avoir été soumis à des opérations de mélange et de moulage de roues.

[0195] 
 <EMI ID=5.0> 

 <EMI ID=6.0> 

 <EMI ID=7.0> 

Roues abrasives

[0196] Des échantillons d'agglomérats A1, A2 et A3 sont utilisés pour réaliser des roues de meulage abrasives du type 6 (dimension finie: 3,5 X 3,75 X 0,88-0,50 pouce de jante) (8,9 X 9,5 X 2,2-1,3 cm de jante). Pour réaliser les roues abrasives expérimentales, les agglomérats sont mélangés à la main dans des charges de 250 g avec une composition d'agent de liaison à base de résine phénolique jusqu'à ce qu'un mélange uniforme soit obtenu.

   La composition d'agent de liaison résineux est un mélange de 22% en poids de résine phénolique liquide (V-1181 de Honeywell International Inc., Friction Division, Troy NY) et de 78% en poids de résine phénolique en poudre (résine Durez Varcum<(RTM)> 29-717 de Durez Corporation, Dallas TX). L'uniformité des agglomérats et du mélange liant a été placée dans des moules et la pression a été appliquée pour former des roues à étape verte (non durcie). Ces roues vertes sont enlevées des moules, enveloppées dans du papier revêtu et durcies par chauffage jusqu'à une température maximale de 160 deg.

   C, disposées par qualité, finies et inspectées selon des techniques de fabrication de roues de meulage commerciales connues dans la technique.

[0197] Les roues finies sont testées pour leur sécurité selon un essai de vitesse pratiqué dans le commerce pour s'assurer que les roues ont une résistance mécanique suffisante pour un mouvement rotatif lorsqu'elles sont montées sur une machine de meulage et une résistance mécanique suffisante pour l'opération de meulage.

   Toutes les roues expérimentales survivent à un test de vitesse de 7200 tpm et ainsi, présentent une résistance mécanique suffisante pour les opérations de meulage en surface.

[0198] Les compositions des roues (y compris le pourcentage volumique d'abrasif, d'agent de liaison et de porosité des roues durcies) sont décrites dans le Tableau 7-2.

Tableau 7-2: Caractéristiques des roues abrasives

[0199] 
<tb><sep>Composition de la roue volume % en volume<sep><sep><sep>


  <tb>Roue expérimentale
(echantillon d'agglomérat Ex. 7, Tableau 7-1)<sep>Abrasif <a><sep>Agent de liaison <b><sep>Porosité<sep>% en poids d'agglo.<sep>% en poids d'agent de liaison<sep>Densité des roues g/cm<3>


  <tb>W1 (A1 )<sep>30<sep>24<sep>46<sep>88,3<sep>11,7<sep>1,492


  <tb>W2 (A2)<sep>30<sep>24<sep>46<sep>88,3<sep>11,7<sep>1,492


  <tb>W3 (A3)<sep>30<sep>24<sep>46<sep>88,3<sep>11,7<sep>1,492


  <tb>W4 (A4)<sep>34<sep>20<sep>46<sep>93,3<sep>6,7<sep>1,599


  <tb>Exemple comparatif, no désignation commerciale<c><sep>Grain % en vol.<sep>Agent de liaison
% en vol.<sep>Porosité % en vol.<sep>Abrasif
% en volume<sep>% en poids agent de liaison<sep>


  <tb>C1L
38A90-L9 B18
non aggloméré<sep>46<sep>25<sep>29<sep>84,6<sep>15,4<sep>2,149


  <tb>C1P
38A80-P9 B18
non aggloméré<sep>46<sep>31<sep>23<sep>81,6<sep>18,4<sep>2,228a.) Pour 46% de volume de grains abrasifs, les roues comparatives contiennent un pourcentage en volume plus élevé de grains abrasifs (c'est-à-dire de 12 à 16% en volume ou plus) que les roues expérimentales réalisées avec de 30 ou bien 34% en volume de grains abrasifs.
b) Des valeurs pour le pourcentage en volume d'un agent de liaison des roues expérimentales comprennent le pourcentage en volume de matériau liant résineux utilisé sur les grains pour réaliser les agglomérats et l'agent de liaison utilisé pour fabriquer des roues.

   En se basant sur les observations d'essai préliminaire, les roues expérimentales sont formulées (pourcentage volumique des composants) jusqu'à une qualité D de dureté sur l'échelle de qualité de dureté de Norton Company, pour les roues commerciales.
c) Les échantillons de roues comparatives sont des formulations de produits du commerce obtenus chez Saint-Gobain Abrasives Inc. Worcester, MA, et vendus sous les désignations alphanumériques de roues indiquées pour chacune dans le Tableau 7-2.

   Les roues renferment un agent de liaison à base de résine phénolique, CaF2 et des sphères creuses en mullite, un grain abrasif d'alumine 38A et ont une qualité de dureté (selon l'échelle de qualité de dureté de Norton Company) de L ou P, comme indiqué.

[0200] Ces roues expérimentales sont testées dans une opération de moulage en surface et se sont avérées être appropriées pour l'utilisation commerciale. Des roues expérimentales sont testées avec des roues comparatives décrites dans le Tableau 7-2 qui sont recommandées pour une utilisation commerciale d'opérations de meulage en surface.

   Les roues comparatives ont les mêmes dimensions, le même grain abrasif et les mêmes types d'agent de liaison et sont par ailleurs des roues comparatives appropriées pour évaluer les roues expérimentales dans une étude de meulage en surface, mais elles sont réalisées sans grain aggloméré. Les résultats de ces essais de meulage sont représentés sur le Tableau 7-3.

Essai de meulage

[0201] Les roues de l'invention et les roues comparatives sont testées dans un essai de meulage de surface à surface de contact élevée, destinées à des opérations de meulage au disque du commerce synoptique.

   Les conditions suivantes sont utilisées.

Conditions de meulage

[0202] Machine: Dispositif de meulage OD/ID, Okuma GI-20N
Mode de meulage: surface de meulage (face); essai de simulation au disque
Vitesse de meulage: 6000 tpm; 5498 pieds surfaciques par minute (27,9 m/s)
Vitesse d'usinage: 10 tpm; 20,9 sfpm (0,106 m/s)
Vitesse d'avancée: 0,0105 pouce/mn (0,0044 m/s)/0,0210 pouce (0,0089 m/s)
Réfrigérant: Trim VHPE210; rapport de 5% avec de l'eau de puits désionisée
Matériau de la pièce à usiner:

   Acier 52100 8 pouce OD (20,3 cm) X 7 pouces ID (17,8 cm) X 0,50 pouce (1,27 cm) de jante, dureté Rc-60.
Décrassage: groupe diamant; 0,001 pouce (0,00254 cm) d'avancement, 0,01 pouce (0,0254 cm) de plomb.

Tableau 7-3 Résultats des essais de meulage

[0203] 
<tb>Echant.
(Tableau
7-2)<sep>Avancée mm. rev<sep>WWR
(mm<3>/s)<sep>MRR
(mm<3>/s)<sep>Puissance
W<sep>Rapport
G<sep>Rapport G fraction d'abrasif % en vol.<sep>Energie spéc. J/mm<3>


  <tb>C1L<sep>0,0533<sep>1,682<sep>63,47<sep>2160<sep>37,7<sep>82,0<sep>34,03


  <tb><sep>0,0267<sep>0,310<sep>32,96<sep>1440<sep>106,5<sep>231,5<sep>43,69


  <tb><sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>C1P<sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>Roue C<sep>0,0533<sep>0,606<sep>65,93<sep>2274<sep>108,7<sep>236,4<sep>34,49


  <tb><sep>0,0267<sep>0,133<sep>33,43<sep>2693<sep>251,5<sep>546,7<sep>80,56


  <tb><sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>Roue D<sep>0,0533<sep>0,402<sep>66,42<sep>2713<sep>165,1<sep>358,8<sep>40,84


  <tb><sep>0,0267<sep>0,109<sep>33,37<sep>2474<sep>305,5<sep>664,1<sep>74,13


  <tb><sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>W1<sep>-<sep>-<sep>-<sep>-<sep><sep><sep>-


  <tb><sep>0,0267<sep>0,062<sep>33,50<sep>1975<sep>54,2<sep>1804<sep>58,95


  <tb><sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>W2<sep>0,0533<sep>0,231<sep>66,73<sep>2792<sep>288,6<sep>961,9<sep>41,84


  <tb><sep>0,0267<sep>0,061<sep>33,48<sep>2154<sep>548,8<sep>1829<sep>64,35


  <tb><sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>W3<sep>0,0533<sep>0,244<sep>66,73<sep>2892<sep>273,5<sep>911,7<sep>43,34


  <tb><sep>0,0267<sep>0,059<sep>33,53<sep>2194<sep>566,6<sep>1889<sep>65,43


  <tb><sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>W4<sep>0,0267<sep>0,116<sep>33,43<sep>1915<sep>289,1<sep>850,4<sep>57,28a. La fraction en pourcentage volumique rapport G/abrasif est une mesure de la performance de meulage du grain dans la roue. Le calcul normalise la performance de meulage en tenant compte des différences notables dans le grain abrasif en pourcentage volumique parmi les roues expérimentales et comparatives.

   On peut facilement voir que le grain abrasif dans les roues expérimentales délivre une efficacité de meulage notablement meilleure sur une base de fraction volumique (c'est-à-dire que moins de grain est nécessaire pour délivrer le même niveau d'efficacité de meulage).

[0204] Les résultats montrent que les roues de meulage réalisées selon l'invention sont résistantes à l'usure de la roue, encore capable d'être opérative pour des taux d'avancée et des taux d'élimination du matériau (MRR) équivalents aux roues de meulage comparatives les plus proches, avec des durées de vie de la roue très longues (WWR) pour des énergies de meulage spécifiques équivalentes ou des énergies de meulage spécifiques plus faibles pour une durée de vie équivalente.

   La roue expérimentale (W4) ayant un grain abrasif de pourcentage volumique très élevé (34%) présente, de façon inattendue, un taux très élevé d'usure de la roue que les autres roues expérimentales contenant un grain moins abrasif (30%). Pour une avancée de 0,0267, toutes les roues expérimentales présentent une énergie spécifique plus faible pour un MRR donné que les roues comparatives. Toutefois, par rapport aux roues comparatives, les roues expérimentales fournissent une efficacité de meulage notablement meilleure sur une base de fraction volumique de grain abrasif (c'est-à-dire moins de grain est nécessaire pour obtenir le même niveau d'efficacité de meulage).

   Ce résultat défie la sagesse classique dans la technologie des abrasifs liés qu'une roue de qualité supérieure contenant plus de grain résistera à l'usure et donnera une meilleure vie de roue et une meilleure efficacité de meulage qu'une roue de qualité inférieure (plus tendre). Ainsi, la performance supérieure des roues de l'invention est significative et inattendue. 

Exemple 8

Roues abrasives

[0205] Des échantillons d'agglomérats A4 et A5 sont utilisés pour réaliser des roues de meulage de type 6 (dimension finie 5,0 X 2,0 X 0,625 - jante de 1,5 pouce (12,7 X 5,08 X 1,59 - jante de 3,81 cm).

   Les roues abrasives expérimentales sont fabriquées selon la technique décrite dans l'exemple 7, ci-dessus.

[0206] On a observé pendant le moulage et la compression des roues vertes utilisant les agglomérats, qu'une certaine compression du mélange est nécessaire pour arriver à une roue durcie ayant une résistance mécanique suffisante pour être utilisée dans le meulage en surface. Si le moule est rempli avec le mélange d'agent de liaison et d'agglomérats, et qu'essentiellement aucune compression n'intervient pendant le moulage, de sorte que les agglomérats retiennent leur LPD d'origine, alors les roues expérimentales durcies résultantes ne présentent aucun avantage de moulage par rapport aux roues comparatives.

   Toutefois, si une pression suffisante est appliquée dans le mélange moulé des agglomérats et l'agent de liaison pour comprimer le volume de mélange d'au moins 8% en volume, alors les roues présentes une performance de moulage améliorée dans les essais de moulage en surface. On a observé que les valeurs de volume de compression dans la gamme de 8 à 35% en volume (en se basant sur le LPD original de l'agglomérat et le volume de mélange placé dans le moule), produisent des roues opérantes présentant les avantages de l'invention.

   On a observé en outre que le broyage de 8 à 15% en volume des agglomérats ne modifie pas la performance de meulage de la roue réalisée avec de tels agglomérats.

[0207] Les roues finies sont testées pour leur sûreté selon un essai de vitesse pratiqué à l'échelon commercial afin de s'assurer que les roues présentent une résistance mécanique suffisante pour un mouvement rotationnel lorsqu'elles sont montées sur une machine de meulage et une résistance mécanique suffisante pour l'opération de meulage.

   Toutes les roues expérimentales survivent un essai de vitesse de 6308 tpm et ainsi, présentent une résistance mécanique suffisante pour les opérations de meulage en surface.

[0208] La composition des roues (y compris le % en volume de l'abrasif, de l'agent de liaison et de porosité dans les roues durcies) sont décrits dans le tableau 8-1.

Tableau 8-1 Caractéristiques des roues abrasives

[0209] 
<tb><sep><sep>Composition de la roue
% en volume<sep><sep><sep><sep>


  <tb>Roue Echantil. d'agglom.
Ex. 2, Tableau 7-1) qualité<sep>Module
élastique GPa<sep>Abrasif<a><sep>Agent de liaison <b><sep>Porosité<sep>% en poids d'agglo.<sep>% en poids d'agent
de liaison<sep>Perméabilité à l'air<d><sep>Densité des roues g/cm<3>


  <tb>Echant. no<sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>W5 (A4) D<sep>3,290<sep>30<sep>24<sep>46<sep>87,4<sep>12,6<sep>7,9<sep>1,492


  <tb>W6 (A4) D<sep>3,305<sep>34<sep>20<sep>46<sep>92,4<sep>7,6<sep>7,5<sep>1,599


  <tb>W7 (A4) A<sep>1,458<sep>30<sep>18<sep>52<sep>92,2<sep>7,8<sep>10,8<sep>1,415


  <tb>W3 (A5) D<sep>3,755<sep>34<sep>20<sep>46<sep>93,3<sep>6,7<sep>5,8<sep>1,599


  <tb>W9 (A4) G<sep>4,615<sep>30<sep>30<sep>40<sep>83,1<sep>16,9<sep>4,4<sep>1,569


  <tb>Echant. comp. no
désignation commercial<c><sep>Module élastique GPa<sep>Grain % en vol.<sep>Agent de
liaison % en vol.<sep>Porosité % en vol.<sep>% en poids d'abras.<sep>% en poids d'agent de liaison<sep>Perméabilité à l'air<sep>Densité de la roue
g/cm<3>


  <tb>C2I
38A80 19 B18
non aggloméré<sep>14,883<sep>46,0<sep>21,2<sep>32,8<sep>86,6<sep>13,4<sep>1,1<sep>2,098


  <tb>C2L
38A80-L9 B18
non aggloméré<sep>18,001<sep>46,0<sep>25,0<sep>29,0<sep>84,6<sep>15,4<sep>0,7<sep>2,149


  <tb>C2P
38A80-P9 B18
non aggloméré<sep>20,313<sep>46,0<sep>31,0<sep>23,0<sep>81,6<sep>18,4<sep>0,3<sep>2,228


  <tb>C2T 38A80-T9 B18
non aggloméré<sep>25,464<sep>46,0<sep>38,3<sep>15,7<sep>78,2<sep>21,8<sep>0,1<sep>2,325a. Pour un volume de 46% de grain abrasif, les roues comparatives contiennent un volume plus important en pourcentage de grain abrasif (c'est-à-dire de 12 à 16% en volume de plus) que les roues expérimentales réalisées avec de 30 ou 34% en volume de grains abrasifs.
b. Les valeurs pour l'agent de liaison en pourcentage volumique des roues expérimentales comprend le matériau liant résineux en pourcentage volumique utilisé sur les grains pour réaliser les agglomérats et le pourcentage en volume d'agent de liaison utilisé pour réaliser les roues. Les roues W5, W6 et W8 sont réalisées jusqu'à une qualité D sur l'échelle de qualité de Norton.

   La roue W7 est réalisée jusqu'à une qualité A et la roue W9 est réalisée jusqu'à une qualité G de dureté sur l'échelle de qualité de dureté de Norton Company pour des roues du commerce.
c. Les échantillons de roue comparative sont des formulations de produits commerciaux obtenus chez Saint Gobain Abrasives, Inc. Worcester, MA, et vendus sous les désignations de roues alphanumériques indiquées pour chacune d'entre elles sur le Tableau 8-1. Les roues contiennent un agent de liaison en résine phénolique, CaF2, des sphères creuses de mullite, du grain abrasif du type alumine 38A et ont une qualité de dureté (échelle commerciale de Norton Company) de I, L, P ou T, comme indiqué.
d.

   La perméabilité au fluide (l'air) est donnée en unités de cm<3>/s/pouce d'eau et mesurée avec une buse de 1,1 cm par la technique décrite dans les brevets U.S. no 5 738 696 et 5 738 697.

[0210] Dans l'examen visuel des vues en coupe des roues expérimentales durcies, la résine phénolique utilisée pour lier les agglomérats ensemble dans les roues apparaît comme ayant été transférée dans les zones de vide autour des surfaces des agglomérats en remplissant certaines ou la totalité des zones de vide. On n'a pas observé de roues vertes ni de roues réalisées avec une résine pour roue de viscosité élevée. Ces observations suggèrent que l'agent de liaison a été transféré par capitarité dans les zones vides des agglomérats pendant l'opération de durcissage thermique.

   Cette migration de l'agent de liaison pendant l'étape de durcissement est considérée comme ayant diminué de façon efficace la porosité intra-agglomérat et accrut, de façon efficace, la porosité inter-agglomérat, par rapport à une distribution théorique de porosité à l'intérieur des et entre les agglomérats. Le résultat net est la création d'une structure composite, contenant une matrice abrasive/agent de liaison à l'intérieur d'une phase continue comportant la porosité d'une nature interconnectée.

[0211] Les roues expérimentales sont testées dans une opération de meulage en surface et se sont avérées être appropriées pour une utilisation commerciale. Des roues expérimentales sont testées par rapport aux roues comparatives décrites dans le tableau 8-1 qui sont utilisées dans le commerce pour les opérations de meulage en surface.

   Les roues comparatives ont les mêmes dimensions, le même grain abrasif et le même type d'agent de liaison et sont par ailleurs des roues comparables pour évaluer les roues expérimentales dans une étude de meulage en surface, mais elles sont réalisées sans grain aggloméré. Les conditions d'essai de meulage et les résultats sont donnés ci-dessous et dans le Tableau 8-2.

Essai de meulage

[0212] Les roues de l'invention et les roues comparatives sont testées dans un essai de meulage de surface à zone de contact élevée, destinées aux opérations de meulage commerciales à disque synoptique.

   Les conditions suivantes sont utilisées.

Conditions de meulage

[0213] Machine: meulage sur rail; puissance maximale: 45 HP Mode de meulage: meulage en surface (essai de simulation au disque)
Vitesse de la roue: 4202 tpm; 5500 pieds de surface par minute (27,9 m/s)
Vitesse de travail: 3 tpm; 37,7 sfpm/0,192 m/s
Vitesse d'avancée: 0,0027 pouce/rev (0,0686 mm/rev) et 0,004 pouce/rev (0,1016 mm/rev)
Période de meulage: 15 minutes
Passage: 10s
Agent de refroidissement: Trim Clear, rapport de 2% avec de l'eau de puits désionisée
Matériau de la pièce à usiner: acier 1070 48 pouces OD (1,22 m) X 46,5 pouces ID (1,18 m) X 0,75 pouce (1,91 cm) de jante, dureté Brinnell HB 300-331; pas de décrassage.

Tableau 8-2:

   Résultats des essais de meulage

[0214] 
<tb>Echant.
(Tableau 8-1) & qualité<sep>Avancée (mm/rev)<sep>WWR
(mm<3>/s)<sep>MRR
(mm<3>/s)<sep>Puissance (W)<sep>Rapport
G MRR/WWR<sep>Rapport
G
abrasif en vol. fraction<a><sep>Energie spéc. de meulage
(J/mm<3>)


  <tb>C2I<sep>0,0686<sep>1,35<sep>125,07<sep>5368<sep>6,81<sep>14,81<sep>42,92


  <tb><sep>0,1016<sep>35,65<sep>128,51<sep>5100<sep>3,60<sep>7,84<sep>39,69


  <tb>C2L<sep>0,0686<sep>13,83<sep>155,37<sep>7242<sep>11,24<sep>24,43<sep>46,61


  <tb><sep>0,1016<sep>28,93<sep>173,32<sep>7372<sep>5,99<sep>13,02<sep>42,54


  <tb>C2P<sep>0,0686<sep>11,96<sep>168,04<sep>8646<sep>14,05<sep>30,53<sep>51,45


  <tb><sep>0,1016<sep>24,91<sep>200,38<sep>9406<sep>8,04<sep>17,49<sep>46,94


  <tb><sep>0,0686<sep>11,56<sep>171,39<sep>8700<sep>14,83<sep>32,23<sep>50,76


  <tb><sep>0,1016<sep>25,29<sep>198,16<sep>8906<sep>7,84<sep>17,03<sep>44,94


  <tb>C2T<sep>0,0686<sep>8,56<sep>190,95<sep>10430<sep>22,31<sep>48,51<sep>54,62


  <tb><sep>0,1016<sep>21,03<sep>226,52<sep>11012<sep>10,77<sep>23,42<sep>48,61


  <tb><sep>0,0686<sep>8,33<sep>192,48<sep>10013<sep>23,10<sep>50,22<sep>52,02


  <tb><sep>0,1016<sep>20,56<sep>230,27<sep>10857<sep>11,20<sep>24,35<sep>47,15


  <tb><sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>W5 D<sep>0,0686<sep>9,50<sep>184,57<sep>7962<sep>19,42<sep>64,74<sep>43,14


  <tb><sep>0,1016<sep>23,87<sep>207,37<sep>8109<sep>8,69<sep>28,96<sep>39,10


  <tb><sep>0,0686<sep>9,83<sep>182,44<sep>7731<sep>18,56<sep>61,85<sep>42,38


  <tb><sep>0,1016<sep>24,11<sep>206,15<sep>7970<sep>8,55<sep>28,50<sep>38,66


  <tb>W6 D<sep>0,0686<sep>13,57<sep>157,10<sep>6267<sep>11,58<sep>34,04<sep>39,89


  <tb><sep>0,1016<sep>30,08<sep>165,42<sep>6096<sep>5,50<sep>16,17<sep>36,85


  <tb><sep>0,0686<sep>13,98<sep>154,66<sep>6142<sep>11,07<sep>32,54<sep>39,72


  <tb><sep>0,1016<sep>27,93<sep>179,91<sep>6463<sep>6,44<sep>18,95<sep>35,93


  <tb>W7 A<sep>0,0686<sep>23,25<sep>91,73<sep>3278<sep>3,95<sep>13,15<sep>35,73


  <tb><sep>0,1016<sep>39,67<sep>101,05<sep>3330<sep>2,55<sep>8,49<sep>32,95


  <tb><sep>0,0508<sep>15,15<sep>82,10<sep>3083<sep>5,42<sep>18,07<sep>37,56


  <tb><sep>0,0686<sep>23,14<sep>92,44<sep>3321<sep>3,99<sep>13,31<sep>35,93


  <tb><sep>0,1016<sep>39,33<sep>103,27<sep>3434<sep>2,63<sep>8,75<sep>33,26


  <tb><sep>0,0508<sep>14,73<sep>84,94<sep>3179<sep>5,77<sep>19,22<sep>37,43


  <tb>W8 D<sep>0,0686<sep>13,48<sep>158,01<sep>6523<sep>11,72<sep>34,47<sep>41,28


  <tb><sep>0,1016<sep>28,04<sep>179,60<sep>6810<sep>6,41<sep>18,84<sep>37,92


  <tb><sep>0,0686<sep>12,94<sep>161,36<sep>6533<sep>12,47<sep>36,67<sep>40,49


  <tb><sep>0,1016<sep>26,04<sep>192,77<sep>7139<sep>7,40<sep>21,77<sep>37,03


  <tb>W9 G<sep>0,0686<sep>5,15<sep>214,05<sep>10317<sep>41,57<sep>138,6<sep>48,20


  <tb><sep>0,1016<sep>16,84<sep>254,80<sep>10761<sep>15,13<sep>50,42<sep>42,23


  <tb><sep>0,0686<sep>5,39<sep>213,34<sep>10274<sep>39,58<sep>131,9<sep>48,16


  <tb><sep>0,1016<sep>16,72<sep>255,62<sep>10677<sep>15,28<sep>50,95<sep>41,77a. le rapport G/fraction d'abrasif en pourcentage volumique est une mesure de la performance de meulage du grain dans la roue. Le calcul normalise la performance de meulage pour tenir compte des différences notables dans le pourcentage volumique des grains abrasifs parmi les roues expérimentales et comparatives.

   Il peut être facilement vu que le grain abrasif dans les roues expérimentales délivre une efficacité de moulage meilleure de façon notable sur une base de fraction volumique (c'est-à-dire que moins de grains est nécessaire pour délivrer le même niveau d'efficacité de meulage).

[0215] Les résultats montrent que les roues de meulage réalisées selon l'invention ont des durées de vie de roue plus longues (WWR) pour des énergies de meulage spécifiques équivalentes ou bien des énergies de meulage spécifiques plus basses pour une durée de vie équivalente.

   Etant donné que l'énergie de meulage spécifique plus basse se corrèle avec un potentiel de combustion moins élevé, les roues de l'invention peuvent être considérées comme présentant moins de combustion de la pièce d'usinage que les roues comparatives.

[0216] En outre, par rapport aux roues comparatives, les roues expérimentales délivrent une efficacité de meulage notablement meilleure sur la base d'une fraction volumique de grains abrasifs (c'est-à-dire que moins de grains est nécessaire pour délivrer le même niveau d'efficacité de meulage).

   Ce résultat défit la sagesse classique dans la technologie des abrasifs liés qu'une roue de qualité supérieure ayant plus de grains résistera à l'usure et délivrera une vie de roue meilleure et une efficacité de meulage meilleure qu'une roue de qualité inférieure (plus molle).

[0217] Ainsi, des roues de meulage expérimentales ayant une résistance mécanique suffisante pour être acceptées dans le commerce, mais des qualités comparativement basses de dureté mesurable et des quantités comparativement élevées de porosité interconnectée, existant en une phase continue à l'intérieur de la matrice abrasive de la roue, pourraient être fabriquées et utilisées selon l'invention.

Exemple 9

Roues abrasives

[0218] L'échantillon d'agglomérats A6 est utilisé pour réaliser des roues de meulage de type 6 (dimension finie 5,0 X 2,0 X 0,625 - jante de 1,5 pouce (12,

  7 X 5,08 X 1,59 - jante de 3,81 cm). Les roues abrasives expérimentales sont fabriquées selon la technique décrite dans l'exemple 7, ci-dessus. Les roues abrasives expérimentales sont réalisées selon la technique décrite dans l'Exemple 7 ci-dessus. Les roues finies sont testées pour leur sécurité selon un essai de vitesse mis en ¼oeuvre à l'échelon commercial pour s'assurer que les roues ont une résistance mécanique suffisante pour un mouvement rotatif lorsqu'elles sont montées sur une machine de meulage et une résistance mécanique suffisante pour l'opération de meulage.

   Toutes les roues expérimentales sont soumises à un essai de vitesse de 6308 tpm et ainsi, présentent une résistance mécanique suffisante pour des opérations de meulage en surface.

[0219] La composition des roues (y compris le pourcentage en volume d'abrasif, d'agent de liaison et de porosité des roues durcies) est décrite dans le Tableau 9-1.

Tableau 9-1: Caractéristiques des roues abrasives

[0220] 
<tb><sep><sep>Composition de la roue, % en volume<sep><sep><sep>


  <tb>Roue expérimentale (échantil. d'agglom. Ex. 3,) qualité<sep>Echantil. d'agglom. (Tableau 7-1<sep>Abrasif< a><sep>Agent de liaison< b><sep>Porosité<sep>% en poids d'agglo.<sep>% en poids d'agent de liaison<sep>Module
élastique GPa


  <tb>Echant. no<sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>W10 D<sep>A6<sep>30<sep>24<sep>46<sep>88,3<sep>11,7<sep>3,414


  <tb>W11 A<sep>A6<sep>30<sep>18<sep>52<sep>93,1<sep>6,9<sep>1,906a. Les valeurs pour l'agent de liaison en pourcentage volumique des roues expérimentales comprennent le matériau liant résineux en pourcentage volumique utilisé sur les grains pour réaliser les agglomérats et le pourcentage en volume d'agent de liaison utilisé pour réaliser les roues.

[0221] Comme dans l'exemple précédent 8, l'examen visuel des roues expérimentales durcies a montré une migration de l'agent de liaison dans des zones de vide à la surface ou entre les agglomérats.

   De nouveau, le résultat net est la création d'une structure composite, contenant une matrice grain abrasif/agent de liaison à l'intérieur d'une phase continue comportant la porosité d'une nature interconnectée.

[0222] Ces roues expérimentales ont été testées dans l'opération de meulage en surface de l'exemple 8 et se sont avérées être appropriées pour une utilisation commerciale. Les résultats des opérations de meulage des roues expérimentales sont comparés aux résultats pour les quatre roues comparatives décrites dans le tableau 8-1.

   Les roues comparatives ont les mêmes dimensions, le même grain abrasif et sont par ailleurs adaptées pour évaluer les roues expérimentales dans cette étude de meulage en surface, mais elles sont réalisées sans grain aggloméré.

[0223] Les résultats de ces essais de meulage sont donnés dans le Tableau 9-2.

Tableau 9-2: Résultats des essais de meulage #3,924

[0224] 
<tb>Echant. des roues
(Tableau
9-1) qualité<sep>Avancée (mm/rev)<sep>WWR
(mm<3>/s)<sep>MRR
(mm<3>/s)<sep>Puissance (W)<sep>Rapport G MRR/WWR<sep>Rapport G/ abrasif en vol. fraction<a><sep>Energie spéc. de meulage
(J/mm<3>)


  <tb>W10 D<sep>0,0686<sep>6,15<sep>206,97<sep>9397<sep>33,63<sep>112,1<sep>45,40


  <tb><sep>0,1016<sep>18,72<sep>241,93<sep>9697<sep>12,93<sep>43,1<sep>40,08


  <tb><sep>0,0508<sep>6,80<sep>202,82<sep>9147<sep>29,82<sep>99,4<sep>45,10


  <tb><sep>0,0686<sep>17,69<sep>248,92<sep>10143<sep>14,07<sep>46,9<sep>40,75


  <tb>W11 A<sep>0,0686<sep>18,48<sep>124,05<sep>4733<sep>6,71<sep>22,4<sep>38,16


  <tb><sep>0,1016<sep>34,70<sep>133,99<sep>4777<sep>3,86<sep>12,9<sep>35,65


  <tb><sep>0,0508<sep>12,34<sep>100,74<sep>3979<sep>8,16<sep>27,2<sep>39,50


  <tb><sep>0,0686<sep>18,15<sep>125,98<sep>4721<sep>6,94<sep>23,1<sep>37,48


  <tb><sep>0,1016<sep>34,78<sep>133,59<sep>4768<sep>3,84<sep>12,8<sep>35,69


  <tb><sep>0,0508<sep>11,75<sep>104,70<sep>4083<sep>8,91<sep>29,7<sep>39,00


  <tb>C2 L<sep>0,0685<sep>13,83<sep>155,37<sep>7242<sep>11,24<sep>24,43<sep>46,61


  <tb><sep>0,1016<sep>28,93<sep>173,32<sep>7372<sep>5,99<sep>13,02<sep>42,54a. Le rapport G/fraction d'abrasif en pourcentage volumique est une mesure de la performance de meulage du grain dans la roue. Le calcul normalise la performance de meulage pour tenir compte des différences notables dans le pourcentage volumique des grains abrasifs parmi les roues expérimentales et comparatives (échantillon C2L, dans Tableau 8-1).

   Il peut être facilement vu que le grain abrasif dans les roues expérimentales délivre une efficacité de moulage meilleure de façon notable sur une base de fraction volumique (c'est-à-dire que moins de grains est nécessaire pour délivrer le même niveau d'efficacité de meulage).

[0225] Les roues expérimentales avec une qualité de dureté relativement basse (A et D) ont montré une WWR plus haute, mais une consommation de puissance plus basse par rapport à des roues comparables utilisées dans la même opération de meulage (p. ex. échantillon C2 L, une roue de qualité L, dans Tableau 8-1). Les roues comparables dans Tableau 8-1 (qualité L à qualité P) ont été huit dégrée plus dures (sur l'échelle de Norton Company) que les roues expérimentales (W10 et W11).

   Contre toute attente, la performance de roues expérimentales (rapport G, MRR et consommation de puissance plus basse) dépassait celle de roues comparables dans la plupart des essais de meulage.

[0226] En outre, par rapport aux roues comparatives, les roues expérimentales ont délivré une efficacité de moulage notablement meilleure sur une base de fraction volumique de grains abrasifs (c'est-à-dire que moins de grains est nécessaire pour délivrer le même niveau d'efficacité de meulage).

   Ce résultat défit la sagesse classique dans la technologie des abrasifs liés qu'une roue de qualité supérieure ayant plus de grains résistera à l'usure et délivrera une vie de roue meilleure et une efficacité de meulage meilleure qu'une roue de qualité plus molle.

[0227] Ainsi, des roues de meulage expérimentales ayant une résistance mécanique suffisante pour être acceptées dans le commerce, mais des qualités comparativement basses de dureté mesurable et une porosité interconnectée comparativement élevée pourraient être fabriquées et utilisées selon l'invention.

Exemple 10

Roues abrasives

[0228] Des échantillons d'agglomérats A7 et A8 sont utilisés pour réaliser des roues de meulage (dimension finie 5,0 X 2,0 X 0,625 - jante de 1,5 pouce (12,7 X 5,08 X 1,59 - jante de 3,81 cm).

   Pour les roues W12 et W13, un échantillon d'agglomérats tamisé pour avoir une bande de distribution dimensionnelle de -10/+20 mesh est utilisé. Pour la roue W14, un échantillon d'agglomérats tamisé pour avoir une bande de distribution dimensionnelle de -14/+20 mesh est utilisé. Les roues abrasives expérimentales sont fabriquées selon la technique décrite dans l'exemple 7, ci-dessus. Les roues finies sont testées pour leur sécurité selon un essai de vitesse mis en ¼oeuvre à l'échelon commercial pour s'assurer que les roues ont une résistance mécanique suffisante pour un mouvement rotatif lorsqu'elles sont montées sur une machine de meulage et une résistance mécanique suffisante pour l'opération de meulage.

   Toutes les roues expérimentales sont soumises à un essai de vitesse de 6308 tpm et ainsi, présentent une résistance mécanique suffisante pour des opérations de meulage en surface. La composition des roues (y compris le pourcentage en volume d'abrasif, d'agent de liaison et de porosité des roues durcies) est décrite dans le Tableau 10-1.

Tableau 10-1: Caractéristiques des roues abrasives

[0229] 
<tb><sep><sep>Composition de la roue % en volume<sep><sep><sep>


  <tb>Roue expérimentale, qualité agglom. (Tableau 7-1) dimension<sep>Module élastique GPa<sep>Abrasif<a><sep>Agent de liaison<b><sep>Porosité<sep>% en poids d'agglo.<sep>% en poids d'agent de liaison<sep>Perméabilité à l'air<c>


  <tb>W12 D
A7
-10/+20<sep>3,535<sep>30<sep>24<sep>46<sep>88,3<sep>11,7<sep>13,3


  <tb>W13 D
A8
-10/+20<sep>3,469<sep>30<sep>24<sep>46<sep>88,3<sep>11,7<sep>12,0


  <tb>W14 D
A8 
-14/+20<sep>3,689<sep>30<sep>24<sep>46<sep>88,3<sep>11,7<sep>11,2


  <tb>Echant. Comp. no
Désignation commerciale<c><sep>Module élastique GPa<sep>Grain
% en vol.<sep>Agent de liaison
% en vol.<sep>Porosité % en vol.<sep>% en poids d'abras.<sep>% en poids d'agent de liaison<sep>


  <tb>C4L
38A46 L9 B18
non aggloméré<sep>14,411<sep>46,0<sep>25,0<sep>29,0<sep>84,6<sep>15,4<sep>N/Aa. Pour un volume de 46% de grain abrasif, les roues comparatives contiennent un volume plus important en pourcentage de grain abrasif (c'est-à-dire de 12 à 16% en volume de plus) que les roues expérimentales réalisées avec de 30 ou 34% en volume de grains abrasifs.
b. Les valeurs pour l'agent de liaison en pourcentage volumique des roues expérimentales comprenent le matériau liant résineux en pourcentage volumique utilisé sur les grains pour réaliser les agglomérats et le pourcentage en volume d'agent de liaison utilisé pour réaliser les roues.
c. Les échantillons de roue comparative sont des formulations de produits commerciaux obtenus chez Saint Gobain Abrasives, Inc.

   Worcester, MA, et vendus sous les désignations de roues alphanumériques indiquées pour chacune d'entre elles sur le Tableau 10-1. Les roues contiennent un agent de liaison en résine phénolique, CaF2, des sphères creuses de mullite, du grain abrasif du type alumine 38A et ont une qualité de dureté (échelle commerciale de Norton Company) de L, comme indiqué.
d. La perméabilité au fluide (l'air) est donnée en unités de cm<3>/s/pouce d'eau et mesurée avec une buse de 1,1 cm par la technique décrite dans les brevets U.S. no 5 738 696 et 5 738 697.

[0230] Comme dans les exemples précédents 8 et 9, l'examen visuel des roues expérimentales durcies a montré une migration de l'agent de liaison dans des zones de vide à la surface ou dans les agglomérats.

   Le résultat net est la création d'une structure composite, contenant une matrice grain abrasif/agent de liaison à l'intérieur d'une phase continue comportant la porosité d'une nature interconnectée.

[0231] Les roues expérimentales sont testées dans une opération de meulage en surface et se sont avérées être appropriées pour une utilisation commerciale. Des roues expérimentales sont testées par rapport à la roue comparative décrite dans le tableau 10-1 qui est utilisée dans le commerce pour les opérations de meulage en surface.

   La roue comparative a les mêmes dimensions, le même grain abrasif et le même type d'agent de liaison et est par ailleurs adaptée pour évaluer les roues expérimentales dans une étude de meulage en surface, mais elle est réalisée sans agglomérés.

[0232] Les conditions d'essai de meulage et les résultats sont donnés ci-dessous et dans le Tableau 10-2.

Conditions de meulage

[0233] Machine: dispositif de meulage sur rail; puissance maximale 45 HP
Mode de meulage: meulage en surface (test de simulation sur disque)
Vitesse de la roue: 4202 tpm; 5500 pieds en surface par minute (27,9 m/s)
Vitesse de travail: 6 tpm; 75,4 sfpm/0,383 m/s

[0234] Taux d'avancée: 0,0010 pouce/rev (0,0254 mm/s), 0,0014 pouce/rev (0,0356 mm/s), 0,0020 pouce/rev (0,0508 mm/s) et 0,0027 pouce/rev (0,0686 mm/rev)
Temps de meulage: 15 minutes pour chaque avancée; 45 hp
Allumage:

   10 s.
Agent de refroidissement: Trim Clear, 2% en rapport avec de l'eau de puits désionisée

[0235] Matériau de la pièce à usiner: acier 1070 AISI, 48 pouce OD (1,22 m) X 46,5 pouces ID (1,18 m) X 0,75 pouce (1,91 cm) de jante, dureté HB 302 Brinnell
Décrassage: aucun

Tableau 10-2: Résultats des essais de meulage

[0236] 
<tb>Echant. (Tableau 10-1) qualité<sep>Avancée (mm/rev)<sep>WWR
(mm<3>/s)<sep>MRR
(mm<3>/s)<sep>Puissance (W)<sep>Rapport
G MRR/WWR<sep>Rapport
G/
abrasif en vol. fraction<a><sep>Energie spéc. de meulage (J/mm<3>)


  <tb>C4 L<sep>0,0686<sep>49,58<sep>169,46<sep>6119<sep>3,42<sep>7,43<sep>36,11


  <tb><sep>0,0508<sep>28,77<sep>179,20<sep>7423<sep>6,23<sep>13,5<sep>41,42


  <tb><sep>0,0356,<sep>17,52<sep>143,00<sep>6214<sep>8,16<sep>17,7<sep>43,46


  <tb><sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>W12 D<sep>0,0686<sep>28,84<sep>309,44<sep>12249<sep>10,73<sep>35,8<sep>39,58


  <tb><sep>0,0508<sep>18,54<sep>248,32<sep>10887<sep>13,40<sep>44,6<sep>43,84


  <tb><sep>0,0356<sep>9,66<sep>196,12<sep>9831<sep>20,31<sep>67,7<sep>50,13


  <tb><sep>0,0254<sep>4,54<sep>156,08<sep>88,76<sep>34,41<sep>114,7<sep>56,87


  <tb>W13 D<sep>0,0686<sep>30,41<sep>299,50<sep>11613<sep>9,85<sep>32,8<sep>38,78


  <tb><sep>0,0508<sep>19,35<sep>242,75<sep>10320<sep>12,54<sep>41,8<sep>42,51


  <tb><sep>0,0356<sep>10,39<sep>191,15<sep>9386<sep>18,39<sep>61,3<sep>49,10


  <tb>W14 D<sep>0,0686<sep>24,82<sep>336,59<sep>13467<sep>13,56<sep>45,2<sep>40,01


  <tb><sep>0,0508<sep>19,92<sep>238,89<sep>10099<sep>11,99<sep>40,0<sep>42,27


  <tb><sep>0,0356<sep>8,93<sep>200,98<sep>9892<sep>22,49<sep>75,0<sep>49,22a. Le rapport G/fraction d'abrasif en pourcentage volumique est une mesure de la performance de meulage du grain dans la roue. Le calcul normalise la performance de meulage pour tenir compte des différences notables dans le pourcentage volumique des grains abrasifs parmi les roues expérimentales et comparatives. Il peut être facilement vu que le grain abrasif dans les roues expérimentales délivre une efficacité de moulage meilleure de façon notable sur une base de fraction volumique (c'est-à-dire que moins de grains est nécessaire pour délivrer le même niveau d'efficacité de meulage).

[0237] La puissance consommée est un peu plus élevée pour les roues expérimentales, mais la WWR est plus basse de façon notable par rapport aux roues comparatives.

   Il est estimé que, si les roues expérimentales avaient été utilisées avec le MRR plus bas utilisé pour les roues comparatives, les roues expérimentales auraient consommé moins de puissance.

[0238] De nouveau, par rapport aux roues comparatives, les roues expérimentales délivrent une efficacité de meulage notablement meilleure sur la base d'une fraction volumique de grains abrasifs (c'est-à-dire que moins de grain est nécessaire pour délivrer le même niveau d'efficacité de meulage).

   Ce résultat défit la sagesse classique dans la technologie des abrasifs liés qu'une roue de qualité supérieure ayant plus de grains résistera à l'usure et délivrera une vie de roue meilleure et une efficacité de meulage meilleure qu'une roue de qualité inférieure (plus molle).

Exemple 11

Agglomérats de grains abrasifs/liant organique

[0239] Plusieurs matériaux liants (comme décrits dans Tableau 11-1, ci-dessous) sont utilisés pour préparer des échantillons d'agglomérats de grains abrasifs A9-A13 (Tableau 7-1). Comme dans l'exemple précédent 7, ces agglomérats sont préparés à partir d'un mélange de grains abrasifs, de matériau liant contenant de résine phénolique (résine 27-717 Durez Varcum<(RTM)>, densité 1,28 g/cm<3>, obtenu chez Durez Corporation, Dallas TX), avec la charge indiquée dans le Tableau 11-1.

   Tous les échantillons sont préparés avec un grain abrasif en alumine 38A, fondue, traitée au silane, dans les dimensions grit 80, obtenu chez Saint-Gobain Ceramics et Plastics, Inc., Worcester, MA, USA.

[0240] Le grain et le matériau liant résineux sont placés dans la cuve d'un dispositif mélangeur à cisaillement élevé Eirich (numéro de modèle RV-02 fabriqué par la Eirich Company, Gurnee, IL). Le mélange est commencé par une vitesse de la cuve déterminée à 64 tpm et une vitesse des palles déterminée à 720 tpm. Tout en mélangeant, suffisamment de solvant (furfural) sont pulvérisés sous forme de brouillard, à un taux contrôlé, sur un mélange de grain et le matériau liant afin de provoquer une agglomération conjointe des grains et du matériau liant.

   La pulvérisation du solvant sur le mélange est réalisée en continu uniquement jusqu'à ce que les grains et le matériau liant aient formé des agglomérats (c'est-à-dire une pulvérisation selon un taux de 15-20 g/min pendant 7 min sur une charge comportant 2,25 kg de grain conjointement avec la quantité de matériau liant indiqué sur le Tableau 11-1). La pulvérisation est réalisée avec un générateur de réfrigérant en brume pour outil, obtenu chez Wesco Company, Chatsworth, CA. Le procédé d'agglomération est mis en ¼oeuvre sous les conditions atmosphériques à la température ambiante.

[0241] Après agglomération dans le mélangeur, les échantillons de grains abrasifs agglomérés humides sont tamisés à travers un tamis standard U.S. 3,5 puis séchés toute une nuit sous les conditions ambiantes.

   Les échantillons sont tamisés à nouveau pour obtenir une distribution de granules -20/+45 et pulvérisés en une seule couche sur un plateau support cuit de fluoropolymère (environ 45 X 30 cm). Des agglomérats sont ensuite placés dans un four sous des conditions atmosphériques, la température est élevée jusqu'à un maximum de 160 deg. C et les agglomérats sont maintenus à température maximale pendant 30 minutes pour durcir le matériau liant résineux.

   Les agglomérats durcis sont examinés au moyen d'une barre d'acier d'1,5 pouce actionnée manuellement pour broyer partiellement et séparer des agglomérats très importants en plus petits agglomérats puis tamisés à la distribution dimensionnelle désirée.

[0242] Des rendements d'agglomérats utilisables, s'écoulant librement, définis en tant que granules ayant une distribution dimensionnelle de -20/+45 mesh (dimension de tamis normalisé US), sont de > 90% en poids du poids total du mélange des grains avant agglomération. Les résultats sont indiqués sur le Tableau 7-1.

[0243] Ces agglomérats ont une caractéristique de LPD, de densité relative et de distribution dimensionnelle appropriées pour être utilisés dans la fabrication commerciale de roues de meulage abrasives.

   Les agglomérats finis, durcis ont des formes tridimensionnelles variant parmi les formes triangulaire, sphérique, cubique, rectangulaire, cylindrique et d'autres formes géométriques. Des agglomérats sont constitués d'une pluralité de grits abrasifs individuels (par exemple de 2 à 40 grits) liés ensemble par un matériau liant résineux en des points de contact grit-à-grit. Les structures des agglomérats sont suffisamment résistantes au compactage pour conserver un caractère tridimensionnel après avoir été soumis à des opérations de mélange et de moulage de roues abrasives (c'est-à-dire qu'une portion insignifiante (par exemple < 20% en poids) des agglomérats est réduite à des grits abrasifs individuels pendant le traitement de la roue).

   Il est à noter que les agglomérats fabriqués avec une combinaison de matériaux de résine et de charge sont moins collants et plus faciles à séparer que les agglomérats fabriqués avec de la résine et sans charge. De plus, des quantités légèrement plus petites de solvant sont nécessaires quand de la charge est rajouté à la résine.

[0244] Ainsi, les mêmes procédé utilisés pour fabriquer des agglomérats avec des matériaux liants à base de résine phénolique peuvent aussi être utilisés, avec des modifications insignifiantes, pour fabriquer des agglomérats de grains abrasifs avec des matériaux liants organiques quand des matériaux de charge inorganiques (désirés pour l'incorporation dans la roue de meulage) sont rajoutés aux matériaux liants organiques.

Tableau 11-1:

   Matériau liant utilisé dans les agglomérats A9-A13

[0245] 
<tb>Composants du matériau liant<sep>Matériau liant A
% en poids<sep>Matériau liant B
% en poids<sep>Matériau liant C
% en poids<sep>Matériau liant D
% en poids<sep>Matériau liant E
% en poids


  <tb>Résine
phénolique<sep>100<sep>78,4<sep>61,7<sep>48,4<sep>37,7


  <tb><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>Charge<b>
CaF2<sep>aucune<sep>21,6<sep>38,3<sep>51,6<sep>62,3


  <tb><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>Densité spéc.
g/cm<3><sep>1,28<sep>1,47<sep>1,66<sep>1,85<sep>2,04a. La résine phénolique était du Durez Varcum<(RTM)> 29-717 de chez Durez Corporation, Dallas TX.
b. La charge est obtenue de chez Min-Chem Canada, Inc., Oakville Ontario, Canada, dans une dimension des particules < 45 microns (-325 mesh) et mélangées avec le composant résineux en poudre avant l'addition du grain et du matériau liquide.

Roues abrasives

[0246] Des échantillons d'agglomérats A9 à A13 sont utilisés pour fabriquer des roues de meulage (dimension finie 5,0 X 2,0 X 0,625 - jante de 1,5 pouce (12,7 X 5,08 X 1,59 - jante de 3,81 cm). Les roues abrasives expérimentales sont réalisées selon la technique décrite dans l'Exemple 7 ci-dessus.

   Les roues finies sont testées pour leur sécurité selon un essai de vitesse mis en ¼oeuvre à l'échelon commercial pour s'assurer que les roues ont une résistance mécanique suffisante pour un mouvement rotatif lorsqu'elles sont montées sur une machine de meulage et une résistance mécanique suffisante pour l'opération de meulage. Toutes les roues expérimentales sont soumises à un essai de vitesse de 6308 tpm et ainsi, présentent une résistance mécanique suffisante pour des opérations de meulage en surface. La composition des roues (y compris le pourcentage en volume d'abrasif, d'agent de liaison et de porosité dans les roues durcies) est décrite dans le Tableau 11-2.

Tableau 11-2: Caractéristiques des roues abrasives

[0247] 
<tb><sep>Module élastique GPa<sep>Composition de la roue
volume en %<sep><sep><sep>


  <tb>Roue, qualité de l'agglomérat
(Tableau
7-1)<sep>Agglom.<a><sep>Agent de liaison<b><sep>Porosité<sep>Agglomérat
% en poids<sep>Agent de liaison
% en poids<sep>Densité de la roue
g/cm<3>


  <tb><sep>3,373<sep>30<sep>24<sep>46<sep>88,3<sep>11,7<sep>1,492


  <tb>W16 D
(A10)<sep>2,263<sep>30<sep>24<sep>46<sep>88,4<sep>11,6<sep>1,496


  <tb>W17 D
(A11)<sep>3,188<sep>30<sep>24<sep>46<sep>88,6<sep>11,4<sep>1,515


  <tb>W18 D
(A12)<sep>3,485<sep>30<sep>24<sep>46<sep>88,7<sep>11,3<sep>1,535


  <tb>W19D
(A13)<sep>3,644<sep>30<sep>24<sep>46<sep>88,9<sep>11,1<sep>1,554


  <tb>Ex. comp. no désignation commerciale<sep>Module
élastique
GPa<sep>Grain % en vol.<sep>Agent
de liaison %
en vol.<sep>Porosité % en vol.<sep>% en poids d'abrasif<sep>% en poids d'agent de liaison<sep>Densité de la roue
g/cm<3>


  <tb>C5L 38A80-L9
B18
pas d'agglom.<sep>17,006<sep>46,0<sep>25,0<sep>29,0<sep>84,6<sep>15,4<sep>2,149


  <tb>C5P 38A80-P9<sep>21,111<sep>46,0<sep>31,0<sep>23,0<sep>81,6<sep>18,4<sep>2,228


  <tb>B1 8 pas d'agglom.<sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>C5T
38A80-T9
B16<sep>24,545<sep>46,0<sep>38,3<sep>15,7<sep>78,2<sep>21,8<sep>2,325


  <tb>C5D<a>
pas d'agglo.<sep>9,183<sep>48<sep>6<sep>46<sep>96,1<sep>3,9<sep>1,973


  <tb>C5J
pas
d'agglo.<sep>15,796<sep>48<sep>18<sep>34<sep>89,2<sep>10,8<sep>2,126a) Pour un volume de 46% de grain abrasif, les roues comparatives contiennent un volume plus élevé en pourcentage de grain abrasif (c'est-à-dire plus de 16% en volume) que les roues expérimentales réalisées avec 30% en volume de grain abrasif.
b) Les valeurs pour le pourcentage volumique d'agent de liaison des roues expérimentales comprennent le pourcentage volumique du matériau liant résineux utilisé sur les grains pour réaliser les agglomérats et le pourcentage volumique de l'agent de liaison utilisé pour fabriquer les roues.
c) Les échantillons de roues comparatives C5L, C5P et C5T sont des formulations de produits commerciaux obtenus chez Saint-Gobain Abrasives, Inc., Worcester, MA,

   et vendus sous les désignations alphanumériques de roue indiquées pour chacune d'entre elles dans le Tableau 11-2. Les roues contiennent un agent de liaison du type résine phénolique, du CaF2, des sphères creuses en mullite, un grain abrasif du type alumine 38A et présentent une qualité de dureté (selon l'échelle commerciale de Norton Company, de L, P ou T comme indiqué).
d) La perméabilité au fluide (air) est donnée en unités de cm<3>/s pouce d'eau et est mesurée avec une buse de 1,1 cm par la technique décrite dans les brevets U.S. 5 738 696 et 5 738 697.
e) L'échantillon de roue C5D manque de résistance mécanique pour passer les essais de sécurité du commerce.

[0248] Les roues expérimentales sont testées dans une opération de meulage en surface et se sont avérées être appropriées pour l'utilisation commerciale.

   Des roues expérimentales sont testées par rapport aux roues comparatives C5L, C5P et C5T décrites dans le Tableau 11-2, qui sont des produits du commerce vendus de façon à être utilisés dans des opérations de meulage en surface. Les roues comparatives ont les mêmes dimensions, le même grain abrasif et les mêmes types d'agent de liaison et sont par ailleurs appropriés pour évaluer les roues expérimentales dans une étude de meulage en surface, mais elles sont réalisées sans agglomérat. Sont également englobés dans ce test de meulage, les roues expérimentales W5 et comparatives CLP du Tableau 8-1.

[0249] Dans ce dernier test sous des conditions de meulage, deux roues comparatives supplémentaires (C5D et C5J) sont testées.

   Des roues comparatives C5D et C5J sont fabriquées selon la technique' décrite des roues expérimentales de l'Exemple 7, sauf que les compositions spécifiées dans le Tableau 11-2 sont utilisées à la place de celles spécifiées dans l'Exemple 7. Ces roues sont fabriquées avec des qualités de roue plus tendres (D et J) et testées afin de comparer la performance de la roue expérimentale par rapport à une roue classique ayant une qualité adaptée (c'est-à-dire le même pourcentage volumique ou des pourcentages similaires de grain, d'agent de liaison et de porosité).

   Des notations de qualité sont réalisées en se basant sur la composition de l'agent de liaison choisi pour la roue conjointement avec les pourcentages volumiques de grains abrasifs, d'agent de liaison et de porosité dans la roue finie: Les conditions de test de meulage et les résultats sont donnés ci-dessous et dans le Tableau 11-2.

Conditions de meulage

[0250] Machine: dispositif de meulage sur rail; puissance maximale 45 HP
Mode de meulage: meulage en surface (test de simulation sur disque)
Vitesse de la roue: 4202 tpm; 5500 pieds en surface par minute (27,9 m/s)
Vitesse de travail: 3 tpm; 37,7 sfpm (0,192 m/s)
Taux d'avancée: 0,0020 pouce/rev (0,0508 mm/s), 0,0027 pouce/rev (0,0686 mm/rev) et 0,004 pouce/rev (0,1016 mm/rev)
Temps de meulage: 15 minutes pour chaque avancée
Allumage: 10 s.

[0251] Agent de refroidissement:

   Trim Clear, 2% en rapport avec de l'eau de puits désionisée
Matériau de la pièce à usiner: acier 1070 AISI, 48 pouce OD (1,22 m) X 46,5 pouces ID (1,18 m) X 0,75 pouce (1,91 cm) de jante, dureté HB 302 Brinnell
Décrassage: aucun

Tableau 11-2: Résultats des essais de meulage

[0252] 
<tb>Echant. de la roue (Tableau 11-1) & qualité<sep>Avancée (mm/rev)<sep>WWR
(mm<3>/s)<sep>MRR
(mm<3>/s)<sep>Puissance (W)<sep>Rapport G<sep>Rapport G fraction abrasive en vol.<a><sep>Energie spéc. de meulage
(J/mm<3>)


  <tb>C5L<sep>0,1016<sep>34,56<sep>135,01<sep>4772<sep>3,91<sep>8,49<sep>35,35


  <tb><sep>0,0686<sep>19,48<sep>116,97<sep>4247<sep>6,00<sep>13,05<sep>36,31


  <tb>C5P<sep>0,1016<sep>29,44<sep>169,57<sep>6373<sep>5,76<sep>12,52<sep>37,59


  <tb><sep>0,0686<sep>17,04<sep>133,48<sep>5033<sep>7,83<sep>17,02<sep>37,71


  <tb><sep>0, 1016<sep>31,90<sep>152,95<sep>5716<sep>4,79<sep>10,42<sep>37,37


  <tb><sep>0,0686<sep>17,84<sep>128,11<sep>4888<sep>7,18<sep>15,61<sep>38,15


  <tb><sep>0,0508<sep>12,63<sep>98,81<sep>3796<sep>7,83<sep>17,01<sep>38,41


  <tb>C5T<sep>0,1016<sep>25,56<sep>195,72<sep>7963<sep>7,66<sep>16,64<sep>40,69


  <tb><sep>0,0686<sep>15,18<sep>146,05<sep>5920<sep>9,62<sep>20,9<sep>40,54


  <tb><sep>0,1016<sep>23,20<sep>211,72<sep>8554<sep>9,13<sep>19,8<sep>40,40


  <tb><sep>0,0686<sep>11,92<sep>168,04<sep>7168<sep>14,09<sep>30,6<sep>42,66


  <tb><sep>0,0508<sep>11,16<sep>108,76<sep>4577<sep>9,75<sep>21,2<sep>42,08


  <tb>C2P<sep>0,1016<sep>26,09<sep>192,17<sep>7664<sep>7,36<sep>16,01<sep>39,88


  <tb><sep>0,0686<sep>13,21<sep>159,34<sep>6678<sep>12,06<sep>26,2<sep>41,91


  <tb><sep>0,0508<sep>6,83<sep>137,94<sep>6004<sep>20,19<sep>43,9<sep>43,53


  <tb><sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>W15 D<sep>0,1016<sep>21,89<sep>220,73<sep>7706<sep>10,09<sep>33,6<sep>34,91


  <tb><sep>0,0686<sep>10,78<sep>175,74<sep>6570<sep>16,30<sep>54,3<sep>37,38


  <tb><sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>W16 D<sep>0,1016<sep>34,31<sep>133,39<sep>4088<sep>3,83<sep>12,77<sep>30,65


  <tb><sep>0,0686<sep>18,43<sep>124,16<sep>4014<sep>6,74<sep>22,5<sep>32,33


  <tb><sep>0,1016<sep>31,65<sep>154,66<sep>5072<sep>4,89<sep>16,3<sep>32,80


  <tb><sep>0,0686<sep>21,98<sep>99,63<sep>3319<sep>4,53<sep>15,11<sep>33,31


  <tb>W17 D<sep>0,1016<sep>27,88<sep>180,11<sep>5942<sep>6,46<sep>21,5<sep>32,99


  <tb><sep>0,0686<sep>15,05<sep>146,86<sep>5186<sep>9,76<sep>32,5<sep>35,31


  <tb>W18 D<sep>0,1016<sep>28,62<sep>175,14<sep>5550<sep>6,12<sep>20,4<sep>31,69


  <tb><sep>0,0686<sep>15,62<sep>143,20<sep>4801<sep>9,17<sep>30,6<sep>33,53


  <tb>W19 D<sep>0,1016<sep>32,16<sep>151,22<sep>4536<sep>4,70<sep>15,7<sep>29,99


  <tb><sep>0,0686<sep>20,43<sep>110,47<sep>3577<sep>5,41<sep>18,02<sep>32,38


  <tb><sep>0,0508<sep>11,14<sep>108,85<sep>3773<sep>9,77<sep>32,6<sep>34,67


  <tb><sep>0,1016<sep>30,83<sep>160,25<sep>5076<sep>5,20<sep>17,32<sep>31,67


  <tb><sep>0,0686<sep>16,17<sep>139,36<sep>4446<sep>8,62<sep>28,72<sep>31,90


  <tb><sep>0,0508<sep>8,42<sep>127,20<sep>4166<sep>15,10<sep>50,3<sep>32,75


  <tb>W5 D<sep>0,1016<sep>23,45<sep>210,01<sep>7314<sep>8,95<sep>29,8<sep>34,63


  <tb><sep>0,0686<sep>11,91<sep>168,15<sep>6163<sep>14,12<sep>47,1<sep>36,65


  <tb><sep>0,0508<sep>5,18<sep>149,09<sep>5684<sep>28,78<sep>95,9<sep>38,13


  <tb><sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>C5D<b><sep>0,1016<sep>48,80<sep>59,19<sep>1858<sep>1,21<sep>2,53<sep>31,38


  <tb><sep>0,00686<sep>36,78<sep>54,51<sep>1722<sep>1,48<sep>3,09<sep>31,59


  <tb><sep>0,0508<sep>35,23<sep>59,70<sep>1993<sep>1,69<sep>3,53<sep>33,39


  <tb><sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>C5J<b><sep>0,1016<sep>22,35<sep>217,7<sep>9033<sep>9,73<sep>20,3<sep>41,49


  <tb><sep>0,0686<sep>11,20<sep>173,3<sep>7376<sep>15,47<sep>32,2<sep>42,55


  <tb><sep>0,0508<sep>6,67<sep>140,5<sep>6024<sep>21,07<sep>43,9<sep>42,89


  <tb><sep>0,1016<sep>19,59<sep>236,1<sep>10260<sep>12,05<sep>25,1<sep>43,47


  <tb><sep>0,0686<sep>9,62<sep>183,6<sep>8294<sep>19,07<sep>39,7<sep>45,19


  <tb><sep>0,0508<sep>4,73<sep>15,19<sep>7018<sep>32,13<sep>66,9<sep>46,19a. Le rapport G/fraction pourcentage volumique d'abrasif est une mesure de la performance de meulage du grain dans la roue. Le calcul normalise la performance de meulage en tenant compte des différences notables de pourcentage volumique du grain abrasif parmi les roues expérimentales et comparatives. On peut facilement voir que le grain abrasif dans les roues expérimentales délivre une efficacité de meulage notablement meilleure sur une base de fraction volumique (c'est-à-dire que moins de grain est nécessaire pour délivrer le même niveau d'efficacité de meulage).
b.

   Les roues C5D et C5J sont testées à une date ultérieure à celle des échantillons restants, mais sous des conditions identiques d'essai de meulage.

[0253] Les roues expérimentales démontrent une puissance légèrement plus faible mais un WWR comparable à ceux des roues comparatives. Ceci est une surprise donnée sur le différentiel de qualité (D par rapport à L-T).

[0254] Une fois encore, par rapport aux roues comparatives, les roues expérimentales délivrent globalement une efficacité de meulage légèrement meilleure sur une base de fraction volumique de grains abrasifs (c'est-à-dire que moins de grain est nécessaire pour délivrer le même niveau d'efficacité de meulage). L'échantillon C5J est essayé à des taux de MRR plus élevés, de sorte que les données pour cette roue correspondent à la tendance générale.

   Des échantillons C2P et W5D, testés dans un essai de meulage séparé montrent une meilleure performance que les roues restantes mais des différences entre les roues comparatives correspondent à la tendance générale. Ces résultats sont contraires à la sagesse classique dans la technologie des abrasifs liés avec une roue de qualité plus élevée ayant plus le grain résistera à l'usure et délivrera une durée de vie de la roue meilleure et une efficacité meilleure de meulage qu'une roue de qualité plus tendre.

[0255] Ainsi, des roues de meulage expérimentales ayant une résistance mécanique suffisante pour être acceptées dans le commerce, mais des qualités de dureté mesurable, comparativement inférieure,

   peuvent être fabriquées par l'invention et données une performance de meulage efficace pour des buts commerciaux.

Exemple 12

Agglomérats de grains abrasifs/agent liant vitrifié

[0256] Un matériau liant vitrifié (un matériau liant du Tableau 1-2) est utilisé pour réaliser un échantillon de grains abrasifs agglomérés AV1. Les agglomérats sont préparés à partir d'un mélange de grains abrasifs et de matériau liant vitrifié par la technique de calcination rotative décrite dans l'Exemple 1, sauf que 2,6% en poids de matériau liant A est utilisé pour fabriquer les agglomérats AV1 et le grain est un grain abrasif d'alumine fendue 38A, de dimension grit 80, obtenu chez Saint-Gobain Ceramics & Plastics Inc., Worcester, MA, USA.

   Les agglomérats frittés sont humidifiés avec une solution aqueuse à 2% en poids de gamma-amino propyl triéthoxy silane (Witco Corporation, Friendly, West Virginia) (9,2 ml/lb sur des agglomérats de grain de dimension grit 80) afin de revêtir les agglomérats avec du silane, ensuite séchés à 120 deg. C, et tamisés pour éliminer des masses quelconques générées pendant le traitement au silane.

[0257] Le rendement d'agglomérats utilisables découlant librement, défini en tant que granulés ayant une distribution dimensionnelle de -20/+45 mesh (dimension de tamis normalisée US) est de 86% en poids du poids total du mélange de grain avant agglomération.

   Les agglomérats de grain vitrifiés sont testés pour leur densité de compactage en vrac (LPD = 1,04), leur densité relative (0,268) et leur distribution dimensionnelle (-20/+45 mesh) et ils sont caractérisés visuellement avant et après avoir été utilisés pour fabriquer des outils de meulage abrasifs.

[0258] Ces agglomérats ont une caractéristique de densité relative et de distribution dimensionnelle appropriés pour être utilisés dans la fabrication commerciale de roues abrasives de meulage. Les agglomérats durcis, finis ont des formes tridimensionnelles se situant parmi les formes sphérique, cubique, rectangulaire, cylindrique et d'autres formes géométriques.

   Les agglomérats constitués d'une pluralité de grits abrasifs individuels (de 2 à 40 grits) sont liés ensemble par un matériau liant vitrifié en des points de contact grit à grit, conjointement avec des ondes de vide visibles. Les structures des agglomérats sont suffisamment résistantes au compactage pour conserver un caractère tridimensionnel après avoir été soumis à des opérations de mélange et de moulage de roues abrasives (c'est-à-dire qu'une portion insignifiante (par exemple < 20% en poids) des agglomérats est réduite à des grits abrasifs individuels pendant le traitement de la roue).

Grain abrasif/agglomérats d'agent de liant organique

[0259] Le grain abrasif (38A, dimension de 80 grit, obtenu chez Saint-Gobain Ceramics & Plastics Inc., Worcester, MA) et le matériau liant résineux (matériau liant E du Tableau 11-1)

   sont disposés dans la cuvette d'un mélangeur Eirich à cisaillement élevé (numéro de modèle R07 fabriqué par la compagnie Eirich, Gurnee, IL). Un mélange est commencé pour une détermination de vitesse de la cuve à 460 tpm (position des aiguilles d'une montre) et une détermination de vitesse de palle à 890 tpm (contraire aux aiguilles d'une montre). Tout en mélangeant, suffisamment de solvant (furfural) est pulvérisé sous la forme d'une brume, selon un taux contrôlé, sur le mélange de grain et de matériau liant afin de faire que les grains et le matériau liant s'agglomèrent ensemble.

   La pulvérisation du solvant sur le mélange est poursuivie uniquement jusqu'à ce que le grain et le matériau liant aient formé des agglomérats (c'est-à-dire une pulvérisation selon un taux de 380-390 cm<3>/mn, pendant un total de 2,5 mn sur une charge comportant 49,5 kg de grain conjointement avec la quantité de matériau liant indiqué sur le Tableau 12-1). La pulvérisation est réalisée sur un appareil de système de pulvérisation (modèle AutoJet 38660 obtenu chez Spraying Systems, Wheaton IL). Le procédé d'agglomération est mis en ¼oeuvre sous des conditions atmosphériques à la température ambiante.

[0260] L'agglomérat A14 est entraîné deux fois à travers un convoyeur de vibration de 6 pies (Eriez Magnetics, numéro de modèle HS/115, Erie PA) pour évaporer le solvant.

   L'agglomérat est ensuite enduit d'un grain abrasif en vrac (80 grits, 38A) pour une partie d'aggloméré et 2 parties d'abrasif en vrac et ensuite placé dans un four (modèle numéro VRD-1-90-1 E de Despatch Industries, Minneapolis MN), sous des conditions atmosphériques. La température est accrue jusqu'à une température maximale de 160 deg. C et les agglomérats sont maintenus à cette température maximale pendant 30 minutes afin de durcir le matériau liant résineux.

   Après durcissage, l'abrasif en vrac est détaché des agglomérats par la technique dimensionnelle finale.

Tableau 12-1: Caractéristiques des granulés agglomérés

[0261] 
<tb>Echant. no mélange: grain,
solvant,
matériau liant<sep>Poids en livres (kg) de mélange<sep>% en poids de solvant dans le mélange<sep>Matériau liant % en poids (sur la base du total en solides)<sep>% en vol. matériau liant<a><sep>LPD
g/cm<3>
-20/+45 fraction en mesh<sep>Dimension moyenne microns (mesh)
-25/+45 (dim. de
tamis)<sep>Rend. en
% -25/+45 (dimension de tamis)<sep>% en moyenne de densité relative


  <tb>Exemple 6
A14
80 grit
38A,
furfural,
matériau
liant E<sep>58,2 <sep>1,5 <sep>15 <sep>25,5<sep>1,05<sep>500 (36)<sep>85 <sep>30,3a. Le % en volume du matériau liant est un pourcentage de matériau solide à l'intérieur du granulé (c'est-à-dire le matériau liant et le grain) après durcissement, et n'englobe pas le % en volume de porosité. Le % en volume de matériau liant des agglomérés durcis est calculé en ne tenant pas compte de la porosité interne ni des pertes de mélange.

Roues abrasives

[0262] Des échantillons d'agglomérats AV1 et A14 sont utilisés pour fabriquer des roues de meulage (dimension finie 5,0 X 2,0 X 0,625 - 1,5 pouce de jante (12,7 X 5,08 X 1,59 - 3,81 cm de jante). Les roues abrasives expérimentales sont réalisées selon la technique décrite dans l'Exemple 7.

   Les roues finies sont testées pour leur sécurité selon un essai de vitesse de mise en pratique commerciale afin de s'assurer que les roues ont une résistance mécanique suffisante pour un mouvement rotatif lorsqu'elles sont montées sur une machine de meulage et une résistance mécanique suffisante pour l'opération de meulage. Toutes les roues expérimentales survivent à un essai de vitesse à 6308 tpm, et ainsi, présentent une résistance mécanique suffisante pour les opérations de meulage en surface. La composition des roues (y compris le type et le rapport des agglomérat, le % volumique de grains abrasifs, d'agent de liaison et de porosité, dans les roues durcies) sont décrits dans le tableau 12-2.

Tableau 12-2: Caractéristiques des roues abrasives

[0263] 
<tb><sep><sep>Composition de la roue
volume en %<sep><sep><sep>


  <tb>Roue, qualité de l'agglomérat Ex. 6 (Tableau 12-1)<sep>Agglomérat mélanges, d'agent liant<sep>Agglom.<a><sep>Agent de liaison<b><sep>Porosité<sep>Agglomérat % en poids<sep>Agent de liaison % en poids<sep>Perméa-
bilité à l'air


  <tb>W20 D<sep>0/100<sep>30<sep>24<sep>46<sep>88,9<sep>11,1<sep>6,3


  <tb>Résine<sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>W21 D<sep>25/75<sep>30<sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>W22 D<sep>50/50<sep>30<sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>W23 D<sep>75/25<sep>30<sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>W24 D
Vitrifié<sep>100/0<sep>30<sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>Résine
W25 G<sep>0/100<sep>30<sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>W26 G<sep>25/75<sep>30<sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>W27 G<sep>50/50<sep>30<sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>W28 G<sep>75/25<sep>30<sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>W29 G
Vitrifié<sep>100/0<sep>30<sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>Echant. comp. no désignation commerciale<sep><sep>Grain en  ¾ ¾% en vol.<sep>Agent de liais. % en vol.<sep>Porosité
% en vol.<sep>% en poids d'abrasif<sep>% en poids d'agent de liai.<sep>Perméabilité à l'air


  <tb>C6I38A60-19
B18<sep>Aucun<sep>46,0<sep>21,2<sep>32,8<sep>86,6<sep>13,4<sep>1,1


  <tb>C6L38A80-L9
B18<sep>"<sep>46,0<sep>25,0<sep>29,0<sep>84,6<sep>15,4<sep>0,7


  <tb>C6P38A80-P9
B18<sep>"<sep>46,0<sep>31,0<sep>23,0<sep>81,6<sep>18,4<sep>0,3


  <tb>C6T38A80-T9
B18<sep>"<sep>46,0<sep>38,3<sep>15,7<sep>78,2<sep>21,8<sep>0,1a) Pour un volume de 46% de grain abrasif, les roues comparatives contiennent un volume plus élevé en pourcentage de grain abrasif (c'est-à-dire plus de 16% en volume) que les roues expérimentales réalisées avec 30% en volume de grain abrasif.
b) Les valeurs pour le pourcentage volumique d'agent de liaison des roues expérimentales comprennent le pourcentage volumique du matériau liant résineux utilisé sur les grains pour réaliser les agglomérats et le pourcentage volumique de l'agent de liaison utilisé pour fabriquer les roues.
c) Les échantillons de roues comparatives sont des formulations de produits commerciaux obtenus chez Saint-Gobain Abrasives, Inc., Worcester, MA, et vendus sous les désignations alphanumériques de roues indiquées pour chacune d'entre elles dans le Tableau 12-2.

   Les roues contiennent un agent de liaison du type résine phénolique, du CaF2, des sphères creuses en mullite, un grain abrasif du type alumine 38A et présentent une qualité de dureté (selon l'échelle commerciale de Norton Company, de I, L, P ou T comme indiqué).
d) La perméabilité au fluide (air) est donnée en unités de cm<3>/s/pouce d'eau et est mesurée avec une buse de 1,1 cm par la technique décrite dans les brevets U.S. 5 738 696 et 5 738 697.

[0264] Une observation visuelle des roues expérimentales durcies, comme dans l'Exemple 7 antérieur, démontre la migration de l'agent de liaison dans les zones vides intra-agglomérats. Des photomicrographies (grandeur 46X) sont prises des surfaces de meulage de la roue comparative C6L et de la roue expérimentale W20D (Tableau 12-2). Ces images apparaissent en tant que fig. 4 et 5.

   On peut observer d'après les fig. 4 (roue comparative) et 5 (roue expérimentale) que la porosité (zones plus sombres) dans le composite abrasif de l'invention existe en tant que phase continue de canaux interconnectés. Le grain abrasif et l'agent de liaison apparaissent sous la forme d'un réseau réticulé dans lequel le grain abrasif est ancré dans les matériaux de liaison organique. Au contraire, la roue comparative présente une structure essentiellement uniforme dans laquelle la porosité est facilement miscible et apparaît sous la forme d'une phase discontinue.

[0265] Ces roues expérimentales sont testées dans une opération de meulage de surface et se sont avérées être appropriées pour une utilisation commerciale.

   Les roues expérimentales sont testées par rapport à des roues comparatives, décrites dans le Tableau 12-2 qui sont utilisées dans le commerce pour des opérations de meulage de surface. Une gamme de qualités de dureté I à T selon la norme de qualité Norton est choisie pour les roues comparatives pour confirmer un déplacement observé de qualité dans les roues expérimentales (c'est-à-dire qu'une qualité de dureté inférieure dans les roues expérimentales peut se comporter aussi bien qu'une dureté de qualité supérieure de roues classiques). Les roues classiques ont les mêmes dimensions, le même type de grain abrasif et sont par ailleurs appropriées pour évaluer les roues expérimentales dans une étude de meulage en surface, mais elles sont réalisées sans agglomérats.

   Les conditions d'essai de meulage et les résultats sont donnés ci-dessous et dans le Tableau 12-3.

Conditions de meulage

[0266] Machine dispositif de meulage sur rail; puissance maximale 45 HP
Mode de meulage: meulage en surface (essai de simulation sur disque)
Vitesse de la roue: 4202 tpm; 5500 pieds surfaciques par minute (27,9 m/s)
Vitesse de travail: 3 tpm, 37,7 sfpm (0,0192 m/s)
Taux d'avancée: 0,0027 pouce/rev (0,0686 mm/rev) et 0,004 pouce/rev (0,1016 mm/rev)
Période de meulage: 15 minutes pour chaque avancée
Allumage: 10 s.
Agent de refroidissement: Trim Clear, rapport de 2% avec de l'eau de puits désionisée
Matériau de la pièce à usiner: acier 1070 AISI, 48 pouces OD (1,22 m) X 46,5 pouce ID (1,18 m) X 0,75 pouce (1,91 cm) de jante, dureté HB 303 Brinnell
Décrassage: aucun

Tableau 12-3: Résultats des essais de meulage

[0267] 
<tb>Echant.

   (Tableau 12-2) & qualité<sep>Avancée
(mm/rev)<sep>WWR
(mm<3>/s)<sep>MRR
(mm<3>/s)<sep>Puissance (W)<sep>Rapport G<sep>Rapport
G
fraction abrasive en vol.<a><sep>Energie spéc. de meulage
(J/mm<3>)


  <tb>C6I<sep>0,1016<sep>37,22<sep>117,17<sep>3861<sep>3,15<sep>6,84<sep>32,95


  <tb><sep>0,0686<sep>23,14<sep>92,44<sep>3118<sep>3,99<sep>8,68<sep>33,73


  <tb>C6L<sep>0,1016<sep>35,98<sep>125,89<sep>4297<sep>3,50<sep>7,61<sep>34,13


  <tb><sep>0,0686<sep>21,96<sep>100,34<sep>3358<sep>4,57<sep>9,93<sep>33,46


  <tb>C6P<sep>0,1016<sep>26,00<sep>193,19<sep>7951<sep>7,43<sep>16,15<sep>41,16


  <tb><sep>0,1016<sep>27,15<sep>185,17<sep>7443<sep>6,82<sep>14,82<sep>40,20


  <tb><sep>0,0686<sep>14,48<sep>150,82<sep>6172<sep>10,42<sep>22,6<sep>40,93


  <tb>C6T<sep>0,1016<sep>18,08<sep>254,91<sep>11968<sep>14,10<sep>30,7<sep>46,95


  <tb><sep>0,0686<sep>17,69<sep>249,12<sep>11187<sep>14,08<sep>30,6<sep>44,90


  <tb><sep>0,686<sep>8,96<sep>188,01<sep>8539<sep>20,98<sep>45,6<sep>45,42


  <tb><sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep>


  <tb>W20<sep>0,1016<sep>26,49<sep>190,95<sep>6039<sep>7,21<sep>24,0<sep>31,63


  <tb><sep>0,1016<sep>29,08<sep>172,10<sep>5398<sep>5,92<sep>19,73<sep>31,36


  <tb><sep>0,0686<sep>14,94<sep>147,67<sep>4744<sep>9,88<sep>33,0<sep>32,13


  <tb>W21<sep>0,1016<sep>10,63<sep>298,19<sep>11048<sep>28,05<sep>93,5<sep>37,05


  <tb><sep>0,0686<sep>2,43<sep>232,22<sep>9764<sep>95,46<sep>318<sep>42,05


  <tb><sep>0,0686<sep>1,97<sep>235,55<sep>10527<sep>119,79<sep>399<sep>44,69


  <tb>W22<sep>0,1016<sep>1,99<sep>241,13<sep>8497<sep>12,70<sep>42,3<sep>35,24


  <tb><sep>0,0686<sep>6,16<sep>208,19<sep>7738<sep>33,82<sep>112,7<sep>37,17


  <tb>W23<sep>0,1016<sep>1,92<sep>240,82<sep>8237<sep>12,73<sep>42,4<sep>34,20


  <tb><sep>0,0686<sep>7,82<sep>196,63<sep>7073<sep>25,13<sep>83,8<sep>35,97


  <tb><sep>0,0686<sep>6,35<sep>206,66<sep>7679<sep>32,54<sep>108,5<sep>37,16


  <tb>W24<sep>0,1016<sep>7,24<sep>319,57<sep>12211<sep>44,15<sep>147,2<sep>38,21


  <tb><sep>0,1016<sep>7,37<sep>318,56<sep>12049<sep>43,21<sep>144,0<sep>37,82


  <tb><sep>0,0686<sep>1,25<sep>240,11<sep>11043<sep>192,65<sep>642<sep>45,99


  <tb><sep>0,0686<sep>1,64<sep>238,89<sep>11227<sep>145,96<sep>487<sep>47,00


  <tb>W25<sep>0,1016<sep>22,32<sep>217,60<sep>7724<sep>9,75<sep>32,5<sep>35,50


  <tb><sep>0,1016<sep>22,36<sep>218,31<sep>7461<sep>9,76<sep>32,5<sep>34,18


  <tb><sep>0,0686<sep>10,71<sep>178,27<sep>6392<sep>16,65<sep>55,5<sep>35,86


  <tb>W26<sep>0,1016<sep>8,96<sep>308,62<sep>11654<sep>34,43<sep>114,8<sep>37,76


  <tb><sep>0,0686<sep>1,68<sep>237,18<sep>11129<sep>141,04<sep>470<sep>46,92


  <tb><sep>0,0686<sep>4,34<sep>220,13<sep>9294<sep>50,73<sep>169,1<sep>42,22


  <tb>W27<sep>0,1016<sep>12,42<sep>284,50<sep>10673<sep>22,91<sep>76,4<sep>37,52


  <tb><sep>0,0686<sep>3,38<sep>226,21<sep>9393<sep>66,94<sep>223<sep>41,52


  <tb>W28<sep>0,1016<sep>15,44<sep>264,23<sep>9877<sep>17,12<sep>57,1<sep>37,38


  <tb><sep>0,0686<sep>5,53<sep>211,32<sep>8450<sep>38,24<sep>127,5<sep>39,99


  <tb><sep>0,0686<sep>5,01<sep>214,76<sep>8502<sep>42,83<sep>142,8<sep>39,59


  <tb>W29<sep>0,1016<sep>7,54<sep>318,56<sep>13638<sep>42,26<sep>140,9<sep>42,81


  <tb><sep>0,1016<sep>8,27<sep>312,97<sep>12464<sep>37,83<sep>126,1<sep>39,83


  <tb><sep>0,0686<sep>0,93<sep>242,35<sep>11664<sep>260,32<sep>868<sep>48,13a. Le rapport G/fraction en pourcentage volumique d'abrasifs est une mesure de la performance de meulage du grain dans la roue. Le calcul normalise la performance de meulage pour tenir compte des différences significatives en pour cent volumique de grains abrasifs parmi les roues expérimentales et comparatives.

   On peut facilement observer que le grain abrasif dans les roues expérimentales délivre une efficacité de meulage notablement meilleur sur la base d'une fraction volumique (c'est-à-dire que moins de grains est nécessaire pour délivrer le même niveau d'efficacité de meulage).

[0268] Les résultats des essais démontrent que les roues expérmentales qui ont une qualité D ou G sur l'échelle de qualité de dureté Norton se conduisent d'une manière équivalente aux roues comparatives ayant une qualité de dureté de qualité P à T. La performance des roues expérimentales est particulièrement surprenante du fait que ces roues contiennent uniquement 30% en volume de grains abrasifs, tandis que les roues comparatives contenaient 46% en volume de grains abrasifs.

   Ainsi, les roues de l'invention portent au maximum la performance de meulage des grains individuels, en augmentant la performance du grain d'une quantité notable.

Claims (35)

1. Outil abrasif lié comportant un composite tridimensionnel de: a) une première phase comportant de 24 à 48% en volume de grains abrasifs liés à de 10 à 38% en volume de matériau de liaison organique et moins de 10% en volume de porosité; et b) une seconde phase constituée de 38 à 54% en volume de porosité interconnectée; dans lequel la seconde phase est une phase continue à l'intérieur du composite et l'outil abrasif lié présente une vitesse d'éclatement minimale de 4000 sfpm respectivement 20,32 m/s.

2. Outil abrasif lié selon la revendication 1, dans lequel la première phase du composite comporte de 26 à 40% en volume de grains abrasifs liés avec de 10 à 22% en volume de matériau de liaison organique et moins de 10% en volume de porosité, et la seconde phase est constituée de 38 à 50% en volume de porosité.

3. Outil abrasif selon la revendication 1, dans lequel la première phase du composite comporte de 24 à 42% en volume de grains abrasifs liés avec de 18 à 38% en volume de matériau de liaison organique, et la seconde phase est constituée de 38 à 54% en volume de porosité.

4. Outil abrasif lié selon la revendication 1, dans lequel de 10 à 100% en volume des grains abrasifs dans la première phase du composite sont sous la forme de grains agglomérés ensemble avec un matériau liant organique.

5. Outil abrasif lié selon la revendication 1, dans lequel de 10 à 100% en volume de grains abrasifs dans la première phase du composite sont sous la forme d'une pluralité de grains agglomérés conjointement avec un matériau liant inorganique.

6. Outil abrasif lié selon la revendication 5, dans lequel le composite comporte un minimum de 1% en volume de matériau liant inorganique.

7. Outil abrasif lié selon la revendication 5, dans lequel le composite comporte de 2 à 12% en volume de matériau liant inorganique.

8. Outil abrasif lié selon la revendication 5, dans lequel l'outil abrasif lié possède une valeur de module élastique maximale de 10 GPa et une vitesse d'éclatement minimale de 6000 sfpm respectivement 30,48 m/s.

9. Outil abrasif lié selon la revendication 5, dans lequel l'outil abrasif lié possède une qualité de dureté entre A et H selon l'échelle de qualité de Norton Company.

10. Outil abrasif lié selon la revendication 5, dans lequel le matériau liant inorganique est choisi dans le groupe constitué des matériaux de liaison vitrifiés, des matériaux de liaison céramiques, des matériaux de liaison verre-céramique, des matériaux de sels inorganiques et des matériaux de liaisons métalliques et des combinaisons de ceux-ci.

11. Outil abrasif lié selon la revendication 1, dans lequel de 10 à 100% en volume des grains abrasifs dans la première phase du composite sont sous la forme d'un mélange, le mélange comportant une pluralité de grains agglomérés ensemble avec un matériau liant inorganique et une pluralité de grains agglomérés ensemble avec un matériau liant organique.

12. Outil abrasif lié selon la revendication 1, dans lequel la première phase du composite est un réseau réticulé de grains abrasifs ancrés à l'intérieur du matériau de liaison organique.

13. Outil abrasif lié selon la revendication 1, dans lequel le matériau de liaison organique est choisi dans le groupe constitué des matériaux à base de résine phénolique, des matériaux à base de résine époxy, des matériaux en résine polyimide, des matériaux à base de résine de phénol formaldéhyde, des matériaux à base de résine-urée formaldéhyde, des matériaux à base de résine mélamine-formaldéhyde, des matériaux à base de résine acrylique et de combinaisons de ceux-ci.

14. Outil abrasif lié selon la revendication 1, dans lequel au moins 50% en volume des grains abrasifs dans la première phase du composite sont sous la forme d'une pluralité de grains agglomérés avec un matériau liant organique.

15. Outil abrasif lié comportant un composite tridimensionnel de: a) 22 à 52% en volume de grains abrasifs liés avec de 4 à 20% en volume de matériau de liaison inorganique; et b) de 40 à 68% en volume de porosité interconnectée; dans lequel une majorité de grains abrasifs sont présents sous la forme de groupes irrégulièrement espacés à l'intérieur du composite tridimensionnel; l'outil abrasif lié à une valeur de module élastique de 55 GPa au moins et l'outil abrasif lié présente une vitesse d'éclatement minimale de 4000 sfpm respectivement 20,32 m/s.

16. Outil abrasif lié selon la revendication 15, dans lequel le composite tridimensionnel comporte de 22 à 40% en volume de grains abrasifs liés avec de 8 à 14% en volume de matériau de liaison inorganique, et de 40 à 64% en volume de porosité interconnectée.

17. Outil abrasif lié selon la revendication 15, dans lequel le composite tridimensionnel comporte de 34 à 42% en volume de grains abrasifs liés avec de 6 à 12% en volume de matériau de liaison inorganique, et de 46 à 58% en volume de porosité interconnectée.

18. Outil abrasif lié selon la revendication 15, dans lequel le composite tridimensionnel est essentiellement exempt de matériau(x) inducteur(s) de porosité et/ou de particule(s) de rapport d'aspect élevé de grains abrasifs et de charges.

19. Outil abrasif lié selon la revendication 15, dans lequel de 10 à 100% en volume des grains abrasifs dans le composite sont sous la forme d'une pluralité de grains agglomérés ensemble avec un matériau liant inorganique.

20. Outil abrasif lié selon la revendication 15, dans lequel au moins 50% en volume des grains abrasifs dans le composite sont sous la forme d'une pluralité de grains agglomérés ensemble avec un matériau liant inorganique.

21. Outil abrasif lié selon la revendication 15, dans lequel le matériau de liaison inorganique est choisi dans le groupe constitué de matériau de liaison vitrifié, de matériau de liaison céramique, de matériau de liaison verre-céramique, de matériau de sels inorganiques et de matériau de liaison métallique, et des combinaisons de ceux-ci.

22. Outil abrasif lié selon la revendication 15, dans lequel l'outil abrasif lié présente une qualité de dureté entre A et M sur l'échelle de qualité de Norton Company.

23. Outil abrasif lié selon la revendication 15, dans lequel l'outil abrasif lié présente une valeur de module élastique de 41 GPa au moins et une vitesse d'éclatement minimale de 6000 sfpm respectivement 30,48 m/s.

24. Outil abrasif lié selon la revendication 15, dans lequel l'outil abrasif lié présente une valeur de module élastique de 33 GPa au moins et une vitesse d'éclatement minimale de 6000 sfpm respectivement 30,48 m/s.

25. Outil abrasif lié selon la revendication 15, dans lequel l'outil abrasif lié est une roue de meulage de diamètre interne et la roue contient de 40 à 52% en volume de grains abrasifs et possède une valeur de module élastique de 25 à 50 GPa.

26. Outil abrasif lié selon la revendication 15, dans lequel l'outil abrasif lié est une roue de meulage en atelier et la roue contient de 39 à 52% en volume de grains abrasifs et possède une valeur de module élastique de 15 à 36 GPa.

27. Outil abrasif lié selon la revendication 15, dans lequel l'outil abrasif lié est une roue de meulage à faible vitesse et la roue contient de 30 à 40% en volume de grains abrasifs et possède une valeur de module élastique de 8 à 25 GPa.

28. Procédé de meulage de disque, comportant les étapes de: a) se procurer une roue abrasive liée comportant un composite tridimensionnel de i) une première phase comportant de 24 à 48% en volume de grains abrasifs liés à de 10 à 38% en volume de matériau de liaison organique et moins de 10% en volume de porosité; et ii) une seconde phase constituée de 38 à 54% en volume de porosité interconnectée;

dans lequel la seconde phase est une phase continue à l'intérieur du composite et l'outil abrasif lié présente une vitesse d'éclatement minimale de 4000 sfpm respectivement 20,32 m/s; b) de meuler une pièce à usiner avec la roue; dans lequel la roue élimine le matériau de la pièce à usiner selon un taux d'élimination de matériau efficace, la surface de meulage de la roue reste essentiellement exempte de débris de meulage et, une fois que le meulage a été terminé, la pièce à usiner est essentiellement exempte d'endommagement thermique.

29. Procédé de meulage de disque selon la revendication 28, dans lequel la roue abrasive liée présente une vitesse d'éclatement minimale de 6000 sfpm respectivement 30,48 m/s.

30. Procédé de meulage de disque selon la revendication 28, dans lequel la roue abrasive liée est entraînée en rotation à une vitesse de 4000 à 6500 sfpm respectivement de 20,32 à 33,02 m/s.

31. Procédé de meulage de disque selon la revendication 28, dans lequel la roue abrasive liée est un disque plat, ayant au moins une face circulaire et un périmètre radial et la surface de meulage de la roue est la face circulaire du disque.

32. Procédé de meulage à vitesse lente, comportant les étapes de: a) se procurer une roue abrasive liée comportant un composite tridimensionnel de i) 22 à 52% en volume de grains abrasifs liés à de 4 à 20% en volume de matériau de liaison inorganique; et ii) de 40 à 68% en volume de porosité interconnectée; dans lequel une majorité de grains abrasifs sont présent sous la forme de groupes liés irrégulièrement espacés à l'intérieur du composite tridimensionnel; l'outil abrasif lié présente une valeur de module élastique de 55 GPa au moins et une vitesse d'éclatement minimale de 4000 sfpm respectivement 20,32 m/s; b) de meuler une pièce à usiner avec la roue; dans lequel la roue élimine le matériau de la pièce à usiner selon un taux d'élimination matériel efficace, et après meulage, la pièce à usiner est essentiellement exempte d'endommagement thermique.

33. Procédé selon la revendication 32, pour un meulage à vitesse lente, dans lequel la roue abrasive liée présente une vitesse d'éclatement minimale de 6000 sfpm respectivement 30,48 m/s.

34. Procédé selon la revendication 32, pour un meulage à faible vitesse, dans lequel la roue abrasive liée est entraînée en rotation à une vitesse de 5500 à 8500 sfpm respectivement de 27,94 à 43,18 m/s.

35. Procédé selon la revendication 32, pour un meulage à vitesse lente, dans lequel la roue abrasive liée présente deux faces circulaires et un périmètre radial et la surface de meulage de la roue est le périmètre radial.