CH697786B1 - Procédé pour fabriquer des abrasifs agglomérés. - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé d'agglomération de grains abrasifs, notamment pour fabriquer des agglomérats frittés et de tels agglomérats frittés. Il est prévu de:<br/>a) charger du grain et un matériau liant dans un four de calcination rotatif à un taux de chargement contrôlé;<br/>b) mettre le four en rotation à une vitesse contrôlée;<br/>c) chauffer le mélange selon une allure de chauffe déterminée par le taux de chargement et la vitesse du four à des températures d'environ 145 à 1300°C;<br/>d) mélanger ou remuer par rotation le grain et le matériau liant dans le four, jusqu'à ce que le matériau liant adhère au grain et qu'une pluralité de grains adhèrent ensemble pour obtenir une pluralité d'agglomérats frittés; et,<br/>e) récupérer les agglomérats frittés à partir du four.Les agglomérats frittés ont une forme initiale tridimensionnelle, une densité de compactage en vrac = 1,6 kg/dm3 et comportent une pluralité de grains abrasifs.
Description
[0001] L'invention se rapporte à des procédés pour réaliser des grains abrasifs agglomérés et en particulier à un procédé d'agglomération de grains abrasifs tel que défini dans la revendication 1 ainsi qu'à un ou des agglomérats frittés de grains abrasifs selon la revendication 15.
[0002] Les outils de meulage sont fabriqués dans une gamme de qualités ou de structures déterminées par le pourcentage volumique relatif de grains abrasifs, liés et à la porosité à l'intérieur de la matrice composite de grains abrasifs. En de nombreuses opérations de meulage, la porosité des outils de meulage, en particulier la porosité de nature perméable ou interconnectée, améliore l'efficacité de l'opération de meulage et la qualité de la pièce d'usine à meuler.
Des inducteurs de porosité, tels que de l'alumine à bulle et du naphtalène, peuvent être ajoutés aux mélanges composites abrasifs pour permettre le moulage sous pression et le traitement d'un article abrasif non réticulé et pour obtenir une porosité volumique appropriée dans l'outil final.
[0003] Une porosité naturelle provenant du compactage des grains abrasifs et des particules liés pendant le moulage sous pression est insuffisante pour réaliser un caractère de porosité qui est souhaitable pour certaines opérations de meulage. Les inducteurs de pores ont été ajoutés pour réaliser des pourcentages de porosité élevée, toutefois, des canaux ouverts ou une porosité interconnectée ne peuvent être obtenus avec les inducteurs de pores connus dans la technique (par exemple, des sphères en verre ou céramique creuses).
Certains inducteurs de pores doivent être brûlés dans la matrice abrasive (par exemple des écorces de noix et du naphtalène), donnant lieu à différentes difficultés de fabrication. En outre, les densités des inducteurs de pores du mélange abrasif pendant le traitement et le moulage, et en outre, une perte d'homogénéité dans la structure tridimensionnelle de l'article abrasif fini.
[0004] Le pourcentage volumique de la porosité interconnectée, ou de la perméabilité du fluide, se sont avérés être un déterminant plus notable de la performance de meulage des articles abrasifs que la porosité de pourcentage volumique évidente. Le brevet U.S. no A-5 738 696 à Wu décrit un procédé pour réaliser des abrasifs liés utilisant des grains abrasifs oblongs ayant un rapport d'aspect d'au moins 5:1.
Les roues en abrasif lié ont une structure perméable contenant de 55 à 80% en volume de porosité interconnectée. La porosité interconnectée permet l'élimination des rebuts de meulage (ou de meulage) et le passage d'un fluide de refroidissement à l'intérieur de la roue pendant le meulage. L'existence d'une porosité interconnectée est confirmée en mesurant la perméabilité de la roue par rapport à l'écoulement d'air sous des conditions contrôlées. Les grains abrasifs filamentaires ne sont pas agglomérés ni par ailleurs revêtus d'un liant avant l'assemblage de la roue. Le brevet U.S. no A-5 738 697 à Wu décrit des roues de meulage de perméabilité élevée ayant une quantité notable de porosité interconnectée (40 à 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 frittées en grains abrasifs de gel d'alumine ou, plus habituellement, en grains abrasifs non-fibreux mélangés avec différents matériaux de charge fibreux tels qu'une fibre céramique, une fibre de polyester, une fibre de verre et des mats et des agglomérés réalisés avec les particules de fibres. Les grains abrasifs filamentaires ne sont pas agglomérés ni par ailleurs revêtus avec un liant avant l'assemblage de la roue.
[0005] Un grain abrasif a été aggloméré pour différents usages, le principal d'entre eux permet l'utilisation de particules de dimension plus petite (abrasif de décapage) pour réaliser la même efficacité de meulage d'une dimension plus élevée d'abrasifs de décapage.
Dans certains cas, le grain abrasif a été aggloméré avec des matériaux de liaison pour obtenir une structure moins poreuse et un outil de meulage plus dense, ayant des grains abrasifs plus fortement liés. Des grains abrasifs améliorés ont été considérés comme améliorant l'efficacité de meulage par des mécanismes entièrement non fonction de la quantité ni du caractère de la porosité de l'article abrasif.
[0006] Le brevet U.S. no A-2 194 472 à Jackson décrit des outils abrasifs revêtus réalisés avec des agglomérés d'une pluralité de grains abrasifs relativement fins et n'importe lesquels des agents de liaison habituellement utilisés dans des outils abrasifs revêtus ou liés. Des agents de liaison organiques sont utilisés pour faire adhérer les agglomérés sur le support des abrasifs revêtus.
Les agglomérés laissent une face de revêtement à découvert sur les abrasifs revêtus réalisés avec un grain relativement fin. Les abrasifs revêtus réalisés avec les agglomérés à la place de grains abrasifs individuels sont caractérisés comme étant de coupure relativement rapide, de longue vie et appropriés pour préparer une fine qualité de finition superficielle dans la pièce à usiner.
[0007] Le brevet U.S. no A-2 216 728 à Benner décrit des agrégats abrasifs en grain/liaison réalisés à partir de n'importe quel type d'agent liant. L'objet des agrégats est de réaliser des structures très denses de roues pour retenir le grain en diamant ou en CBN pendant les opérations de meulage.
Si les agrégats sont réalisés avec une structure poreuse, alors il est possible dans le but de permettre au matériau lié inter-agrégé de s'écouler dans le pore des aggrégats et de densifier complètement la structure pendant la cuisson. Les agrégats permettent l'utilisation de fins grains abrasifs de poids perdu dans la production.
[0008] 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 organique sous la forme de pyramides ou d'autres formes filées. Les microsegments abrasifs conformés sont appliqués par adhésion sur un support fibreux et utilisés pour réaliser des abrasifs revêtus et être appliqués sur la surface de roues de meulage fines.
L'invention est caractérisée comme procurant une durée de vie de coupe plus longue, de flexibilité contrôlée de l'outil, une résistance élevée et une sécurité de vitesse, une action élastique et une action de coupe fortement efficace par rapport aux outils réalisés sans micro-segments de grains abrasifs améliorés.
[0009] Le brevet U.S. no A-3 982 359 à Elbel enseigne la formation d'agrégats de grains abrasifs et liés par résine, ayant une dureté plus élevée que celle d'une liaison par résine utilisée pour lier les agrégats dans un outil abrasif.
Des vitesses de meulage plus rapides et une durée de vie plus longue de l'outil sont réalisées dans des roues liées par élastomère, contenant des agrégats.
[0010] 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 par contact manuel et des agglomérés abrasifs ayant un volume de vide d'environ 70-97%. Les agglomérés peuvent être réalisés avec des agents liants résineux ou vitrifiés et n'importe quel grain abrasif.
[0011] Le brevet U.S no A-4 364 746 à Bitzer décrit des outils abrasifs comportant différents agglomérés abrasifs ayant différentes résistances mécaniques.
Les agglomérés sont réalisés à partir de grains abrasifs et d'agents de liaison résineux, et peuvent contenir d'autres matériaux tels que des fibres découpées, pour augmenter la résistance mécanique ou la dureté.
[0012] Le brevet U.S. no A-4 393 021 à Eisenberg et al., décrit un procédé pour réaliser des agglomérés abrasifs à partir d'un grain abrasif et d'un agent liant résineux utilisant une bande à tamis et enroulant une pâte du grain et l'agent liant à travers la bande pour réaliser des extrusions de vers uniformes ? ? Les extrusions sont durcies par chauffage et ensuite broyées pour former des agglomérats.
[0013] Le brevet U.S.
noA-4 799 939 à Bloecher décrit des agglomérats susceptibles d'être érodés de grains abrasifs, de corps creux et d'agent liant inorganique et l'utilisation de ces agglomérats dans les abrasifs revêtus et des abrasifs liés. L'élimination d'une quantité très élevée prolonge la durée et l'utilité dans des conditions de meulage au mouillé et sont revendiquées pour des articles abrasifs comportant les agglomérés. Les agglomérés sont de préférence de dimension plus importante que de 150 à 3000 micromètres. Afin de réaliser les agglomérés, les corps creux, le grain, l'agent liant et l'eau sont mélangés sous la forme d'une bouillie.
La bouillie est solidifiée par chauffage ou radiation pour éliminer l'eau, et le mélange solide est broyé dans un broyeur à mâchoire ou à cylindre et est tamisé.
[0014] Le brevet U.S. no A-5 129 189 à Wetshcer décrit des outils abrasifs ayant une matrice liée par résine contenant des conglomérats de grains abrasifs et de résine et de matériau de charge tel que la cryolite.
[0015] Le brevet U.S. no A-5 651 729 à Benguerel décrit une roue de meulage ayant un noyau et une jante abrasive réalisés à partir d'un agent de liaison résineux et d'agglomérats broyés en grains abrasifs de diamant ou CBN avec une liaison métallique ou céramique.
Les avantages établis des roues réalisées avec les agglomérats comportent des espaces élevés de vide de limaille, une résistance dure élevée, des caractéristiques autoaiguisage, une résistance mécanique élevée de la roue et la capacité à lier directement la jante abrasive dans le noyau de la roue.
Dans une forme de réalisation, des roues de meulage utilisées liées en diamant ou en CBN sont broyées jusqu'à une dimension de 0,2 à 3 mm pour former les agglomérats.
[0016] Le brevet U.S. no A-4 311 489 à Kressner décrit des agglomérats de fins grains abrasifs (<= 200 micromètres) de cryolite, facultativement avec un agent de liaison au silicate et leur utilisation pour réaliser des outils abrasifs revêtus.
[0017] Le brevet U.S no A 4 541 842 0 Rostoker décrit des abrasifs revêtus et des roues abrasives réalisées avec des agrégats de grains abrasifs et une mousse réalisée à partir d'un mélange de matériaux de liaison vitrifiés avec d'autres matériaux bruts, tels que du noir de carbone, ou des carbonates, appropriés pour le moussage pendant la cuisson des agrégats.
Les "boulettes" d'agrégats contiennent un pourcentage plus important de liaison qu'un grain sur une base de pourcentage volumique. Les boulettes utilisées pour réaliser les roues abrasives sont frittées à 900 deg. C (jusqu'à une densité de 70 lb/cube; 1 134 g/cm<3>) et la liaison vitrifiée utilisée pour réaliser les roues est cuite à 880 deg. C. Les roues réalisées avec 16% en volume de boulettes réalisées dans le moulage avec une efficacité similaire à celle de roues comparatives réalisées avec 46% en volume de grains abrasifs. Les boulettes contiennent des cellules ouvertes à l'intérieur de la matrice liée vitrifiée, avec des grains abrasifs relativement plus petits groupés autour du périmètre des cellules ouvertes.
Un four rotatif est mentionné pour cuire les agrégats verts pré-agglomérés pour le moussage et le frittage antérieurs pour réaliser les boulettes.
[0018] Le brevet U.S. 5 975 988 à Christianson décrit des articles abrasifs revêtus y compris un support et une couche abrasive liée organique dans laquelle l'abrasif est présent sous la forme d'agglomérats formés et sous la forme d'une pyramide à quatre côtés, tronquée, ou d'un cube.
Les agglomérats sont réalisés à partir de grains superabrasifs liés dans un agent liant inorganique ayant un coefficient de dilatation thermique qui est le même ou sensiblement le même qu'un coefficient d'expansion thermique de grain abrasif.
[0019] Le document WO 00/51 788 à Stoetzel et al. décrit des articles abrasifs ayant un support, une liaison organique contenant des particules inorganiques dures dispersées à l'intérieur, et des agglomérés de particules abrasifs liées au support. Les particules abrasives dans les agglomérats et les particules inorganiques dures dans la liaison organique sont essentiellement de la même dimension. Des agglomérats peuvent être conformés de façon aléatoire ou précise et peuvent être réalisés avec une liaison organique.
Les particules inorganiques dures peuvent être en un nombre quelconque de particules de grains abrasifs.
[0020] Le brevet U.S. 6 086 467 à Imai et al. décrit des roues abrasives qui contiennent des grains abrasifs ou des groupes de grains abrasifs de grains de charge ayant une dimension plus petite que le grain abrasif. Une liaison vitrifiée peut être utilisée et le grain de charge peut être de l'oxyde de chrome. La dimension des groupes de grains supérieure est de 1/3 ou plus de la dimension du grain abrasif. Les avantages comprennent l'érosion de liaison contrôlée et la rétention de grains abrasifs dans des applications de meulage à faible force en utilisant des grains superabrasifs dans lesquels le grain superabrasif doit être dilué pour réduire au minimum des forces de meulage. Des groupes de grains de charge peuvent être réalisés avec une cire.
Aucun frittage des groupes n'est décrit.
[0021] Le document WO 01/04 227 à Adrefis et al. décrit un article abrasif qui comporte un support rigide et des composites abrasifs céramiques réalisés de particules abrasives dans une matrice céramique poreuse. Les composites sont appliqués sur le support avec un revêtement métallique, tel qu'un métal électroplaqué.
[0022] Aucun de ces développements de la technique antérieure suggère la fabrication d'articles abrasifs en utilisant un grain abrasif aggloméré et des particules de liaison pour contrôler le pourcentage et le caractère de porosité et pour maintenir la porosité sous la forme de porosité perméable interconnectée dans des articles abrasifs liés.
Aucune suggestion n'est faite pour utiliser une technique à calcinateur rotatif pour fabriquer une gamme d'agglomérats de grains abrasifs à utiliser dans les articles abrasifs. Les procédés ou outils de l'invention fournissent de nouvelles structures à partir de mélanges agglomérés de combinaisons de liaison et de grains abrasifs existants, et ils sont sophistiqués pour permettre la conception et la fabrication contrôlées de larges gammes de structures d'articles abrasifs ayant des caractéristiques avantageuses, bi-modales, de porosité interconnectée.
De telles porosités bi-modales interconnectées les performances d'outil abrasif, en particulier dans une zone de contact importante, des opérations de meulage de précision, telles qu'un meulage de surface à alimentation lente, des procédés de meulage domestiques.
[0023] L'invention comprend un procédé d'agglomération de grains abrasifs, conforme aux revendications 1 à 14.
[0024] L'invention comporte également des agglomérats frittés de grains abrasifs, conforme aux revendications 15 à 23.
[0025] Des techniques de meulage, en particulier des techniques de meulage en surface, sont également décrites.
[0026]
<tb>La fig. 1<sep>est un dessin schématique d'un four rotatif pour la mise en ¼oeuvre du procédé pour fabriquer les agglomérats en grains abrasifs de l'invention.
<tb>La fig. 2<sep>est une photomicrographie d'une coupe transversale d'une roue abrasive de l'invention réalisée avec le grain aggloméré (zones plus maigres des photos) et ayant une porosité intra-agglomérat (zones plus sombres, plus petites des photos) et une porosité interconnectée d'agglomérat (zones plus sombres des photos).
<tb>La fig. 3<sep>est une photomicrographie d'une coupe transversale d'une roue abrasive comparative de la technique antérieure, montrant l'absence de grains agglomérés et l'absence d'une porosité importante interconnectée dans la structure de la roue.
[0027] Les agglomérats de grains abrasifs de l'invention sont des structures à trois dimensions ou des granules, y compris des composites poreux frittés de grains abrasifs et de matériau de liaison. 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 des particules abrasives et une porosité d'environ 30 à 88% en volume.
Les agglomérats de grains abrasifs ont de préférence une valeur minimale de la force de broyage de 0,2 MPa.
[0028] Le grain abrasif peut comporter un ou plus d'un des grains abrasifs connus pour être utilisés dans des outils abrasifs, tels que des grains d'alumine, y compris l'alumine fondue, l'alumine frittée en gel et sol, et frittée, la bauxite frittée et analogue, le carbure de silicium, l'alumino-zircone, l'aluminoxynitride, la cérite, le suboxyde de bore, le grenat, le flint, le diamant, y compris le diamant naturel et synthétique, le nitrure de bore cubique (CBN) et des combinaisons de ceux-ci. N'importe quelle dimension ou forme de grain abrasif peut être utilisée.
Par exemple, le grain peut comporter des grains longs d'alumine sol/gel frittés, ayant un rapport d'aspect élevé du type décrit dans le brevet U.S. no 5 129 919.
[0029] Des dimensions de grain appropriées pour être utilisées ici se situent dans la gamme des particules abrasives régulières (par exemple supérieures à 60 et jusqu'à 7000 micromètres) jusqu'à des particules microabrasives (par exemple de 0,5 à 60 micromètres), ainsi que des mélanges de ces dimensions. Pour une opération de meulage abrasive donnée, il peut être souhaitable d'agglomérer un grain abrasif avec une dimension des particules inférieure à celle d'une particule de grain abrasif (non agglomérée) habituellement choisie pour cette opération de meulage abrasif.
Par exemple, un abrasif de taille des particules agglomérées 80 peut être remplacé par un abrasif de particule 54, un abrasif de particule 100 aggloméré pour un abrasif de particule 60 et un abrasif aggloméré 120 pour un abrasif de particule 80.
[0030] La dimension préférée d'aggloméré fritté pour des grains abrasifs typiques se situe dans la gamme d'environ 200 à 3000, avantageusement de 350 à 2000, plus avantageusement 425 à 1000 micromètres de diamètre moyen.
Pour un grain microabrasif, une dimension préférée d'aggloméré fritté se situe dans la gamme de 5 à 180, avantageusement de 20 à 150, plus avantageusement de 70 à 120 micromètres de diamètre moyen.
[0031] Le grain abrasif est présent selon de 10 à 65% en volume, avantageusement de 35 à 55% en volume et plus avantageusement de 48 à 52% en volume de l'aggloméré.
[0032] Les matériaux de liaison utilisables pour fabriquer des agglomérats comprennent, de préférence, des métaux 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 moulu en une poudre (un frit) ou un mélange de différents matériaux bruts tels que de l'argile, du feldspar, de la chaux, du borax et de la soude, ou une combinaison de matériaux frittés et bruts. De tels matériaux fondent et forment des formes une phase vitreuse liquide à des températures se situant d'environ 500 à 1400 deg. C et humidifient la surface du grain abrasif pour créer des points de liaison après refroidissement, en maintenant ainsi le grain abrasif à l'intérieur d'une structure composite. Des exemples de matériaux de liaison appropriés pour être utilisés dans les agglomérats sont donnés dans le Tableau 2 ci-dessous. Les matériaux de liaison préférés sont caractérisés par une viscosité d'environ 341/2 à 5530 Pa.s (345 à 55 300 poises à 1180 deg.
C), et par une température de fusion d'environ 80 à 1300 deg. C.
[0033] Dans une forme de réalisation préférée, le matériau de liaison est une composition de liaison vitrifiée comportant une composition d'oxyde cuite de 71% en poids de SiO2 et de B2O3, 14% en poids d'Al2O3, moins de 0,5% en poids d'oxyde de terres alcalines et 13% en poids d'oxydes alcalins.
[0034] Le matériau de liaison peut être aussi un matériau céramique, y compris, mais sans limitation, la silice, le silicate de métaux alcalins, de métaux alcalino-terreux, de métaux alcalins et alcalino-terreux mixtes, des silicates d'aluminium, des silicates de zirconium, des silicates hydratés, des aluminates, des oxydes, des nitrures, des oxynitrures, des carbures, des oxycarbures et des combinaisons et des dérivés de ceux-ci.
En général, les matériaux céramiques diffèrent des matériaux vitreux ou vitrifiés en ce que les matériaux céramiques comportent des structures cristallines. Certaines phases vitreuses peuvent être présentes en combinaison avec les structures cristallines, en particulier dans des matériaux céramiques dans un état non raffiné. Des matériaux céramiques dans un état brut, tels que les argiles, les ciments et les minéraux peuvent être utilisés ici.
Des exemples de matériaux céramiques spécifiques appropriés pour être utilisés ici comprennent, mais ne sont pas limités à ceux-ci, la silice, les silicates de sodium, la mullite et d'autres silicates d'aluminium, la zircone-mullite, l'aluminate de magnésium, le silicate de magnésium, les silicates de zirconium, le feldspar et d'autres silicates alcalins d'aluminium, des spinelles, l'aluminate de calcium, l'aluminate de magnésium et d'autres aluminates alcalins, la zircone, la zircone stabilisée avec de l'oxyde d'yttrium, la magnésie, l'oxyde de calcium, l'oxyde de cérium, le dioxyde de titane et d'autres additifs des terres rares, du talc, de l'oxyde de fer, de l'oxyde d'aluminium, la bohemite, l'oxyde de bore, l'oxyde de cérium, l'oxynitrure d'aluminium, le nitrure de bore, le nitrure de silicium,
le graphite et des combinaisons de ces matériaux céramiques.
[0035] Le matériau de liaison est utilisé sous forme poudreuse et peut être ajouté à un véhicule liquide pour assurer un mélange uniforme, homogène de matériau de liaison avec un grain abrasif pendant la fabrication des agglomérés.
[0036] Une dispersion d'agent liant organique est de préférence ajoutée aux composants du matériau liant poudreux en tant qu'adjuvants de moulage ou de traitement. Ces agents liants peuvent comporter des dextrines, de l'amidon, de la glu de protéine animale et d'autres types de glu; un composant liquide tel que l'eau, un solvant, des agents modifiant la viscosité ou le pH; et des adjuvants de mélangeage.
L'utilisation d'agents liants organiques améliore l'uniformité des agglomérats, en particulier l'uniformité de dispersion du matériau de liaison sur le grain, et la qualité structurelle des agglomérats précuits ou verts, ainsi que celle d'un outil abrasif cuit contenant les agglomérats. Du fait que les agents liants se consument pendant la cuisson des agglomérats, ils ne deviennent pas une partie des agglomérats finis ni de l'outil abrasif fini.
[0037] Un promoteur d'adhésion inorganique peut être ajouté au mélange pour améliorer l'adhésion des matériaux de liaison au grain abrasif comme cela est nécessaire pour améliorer la qualité du mélange.
Le promoteur d'adhésion inorganique peut être utilisé avec ou sans un agent liant inorganique dans la préparation des agglomérats.
[0038] Bien que des matériaux de liaison par fusion à température élevée sont préférables dans les agglomérats de l'invention, le matériau de liaison peut également comporter d'autres agents de liaison inorganiques, des agents de liaison organiques, des matériaux de liaison organiques, des matériaux de liaison métalliques et des combinaisons de ceux-ci.
Les matériaux de liaison utilisés dans l'industrie des outils abrasifs en tant qu'agents de liaison pour des abrasifs organiques liés, des abrasifs revêtus, des abrasifs liés par métaux et analogues sont préférables.
[0039] Le matériau de liaison est présent jusqu'à environ 0,5 à 15% en volume, plus avantageusement 1 à 10% en volume, et plus avantageusement de 2 à 8% en volume de l'agglomérat.
[0040] La porosité préférée volumique en pourcentage dans l'agglomérat est aussi élevée que cela est possible techniquement dans des limitations de résistance mécanique de l'agglomérat, nécessaires pour fabriquer un outil abrasif et pour le broyer avec lui. La porosité peut se situer dans la gamme de 30 à 88% en volume, de préférence de 40 à 80% en volume et avantageusement de 50 à 75% en volume.
Une portion (jusqu'à environ 75% en volume) de la porosité dans les agglomérats est de préférence présente sous la forme de porosité interconnectée ou de porosité perméable à l'écoulement des fluides, y compris des liquides (par exemple un réfrigérant et une bourre de meule) et de l'air.
[0041] La densité des agglomérats peut être exprimée d'un certain nombre de façons. La densité volumique des agglomérats peut être exprimée en tant que LPD.
La densité relative des agglomérats peut être exprimée en tant que pourcentage de densité initiale relative, ou bien en tant qu'un rapport de la densité relative des agglomérats aux composants utilisés pour fabriquer les agglomérats, en tenant compte du volume de porosité interconnecté dans les agglomérats.
[0042] La densité initiale relative moyenne, exprimée en tant que pourcentage, peut être calculée en divisant le LPD ( ¸?) par une densité théorique des agglomérats ( ¸?0) en partant d'une porosité 0. La densité théorique peut être calculée selon la règle volumétrique des méthodes de mélange à partir du pourcentage pondéral et de la densité du matériau de liaison et du grain abrasif contenu dans les agglomérats.
Pour les agglomérats frittés de l'invention, une densité relative maximale en pourcentage est de 50% en volume, avec une densité relative maximale en pour cent de 30% en volume étant avantageuse.
[0043] La densité relative peut être mesurée par une technique volumique de dépassement de fluide de façon à incorporer la porosité interconnectée et d'exclure la porosité des cellules closes. La densité relative est le rapport du volume de l'agglomérat fritté mesuré par un déplacement de fluide au volume des matériaux utilisés pour fabriquer l'agglomérat fritté. Le volume de matériaux utilisé pour fabriquer l'agglomérat est une mesure du volume apparent en se basant sur les quantités et les densités de compactage du grain abrasif ou du matériau de liaison utilisé pour réaliser les agglomérats.
Pour les agglomérats frittés de l'invention, une densité relative maximale des agglomérats frittés est, de préférence de 0,7, une densité relative maximale de 0,5 étant plus avantageuse.
[0044] Les agglomérats peuvent être formés par une gamme de techniques en de nombreuses dimensions et formes. Ces techniques peuvent être mises en ¼oeuvre avant et pendant, ou après la cuisson du mélange au stade initial ("vert") du grain et du matériau de liaison. L'étape de chauffage du mélange pour provoquer la fusion et l'écoulement du matériau de liaison, faisant adhérer ainsi le matériau de liaison au grain et en fixant le grain sous une forme agglomérée est désigné en tant que cuisson, calcination ou frittage.
Une technique connue dans ce domaine pour l'agglomération de mélange de particules peut être utilisée pour préparer les agglomérats abrasifs.
[0045] Dans une première forme de réalisation du procédé utilisé ici pour réaliser les agglomérats, le mélange initial de grains et de matériaux de liaison est aggloméré avant la cuisson du mélange de façon à créer une structure mécanique relativement faible que l'on désigne en tant que "agglomérats verts" ou "agglomérats pré-cuits".
[0046] Afin de mettre en ¼oeuvre la première forme de réalisation, le grain abrasif et les matériaux de liaison peuvent être agglomérés à l'état vert par un certain nombre de techniques différentes, par exemple dans un pastillage à plateau, et ensuite introduit dans un appareil rotatif de calcination de frittage.
Les agglomérés verts peuvent être disposés sur un plateau ou une crémaillère et cuits dans un four sans mélange rotationnel, selon un procédé continu ou discontinu.
[0047] Le grain abrasif peut être transféré dans un lit fluidisé ensuite mouillé avec un liquide contenant le matériau de liaison de façon à faire adhérer le matériau de liaison au grain, tamisé pour la dimension des agglomérats et ensuite cuit dans un appareil de calcination.
[0048] Le pastillage sur plateau peut être mis en ¼oeuvre en ajoutant du grain à une cuve de mélange et en mesurant un composant liquide contenant le matériau de liaison (par exemple de l'eau ou un agent liant organique et de l'eau) sur le grain, en mélangeant, pour les agglomérer ensemble.
Une dispersion liquide du matériau de liaison habituellement avec un agent liant organique, peut être pulvérisée sur le grain, et ensuite le grain enduit peut être mélangé pour former des agglomérats.
[0049] Un appareil d'extrusion à faible pression peut être utilisé pour extruder une pâte de grain et le matériau de liaison en des dimensions et des formes qui sont séchées pour former des agglomérats.
Une pâte peut être réalisée en matériau de liaison et en grain avec une solution d'agent liant organique puis extrudée sous forme de particules oblongues avec l'appareil et le procédé décrit dans le brevet U.S. 4-4 393 021.
[0050] Dans un procédé de granulation à sec, une feuille ou un bloc réalisé en grain abrasif inclut dans une dispersion ou une pâte de matériau de liaison peut être séchée et ensuite un compacteur à cylindre peut être utilisé pour briser le composite de grain et de matériau de liaison.
[0051] Dans une autre technique pour fabriquer des agglomérats verts ou précurseurs, le mélange de matériaux de liaison et de grain peut être ajouté à un dispositif de moulage et le mélange moulé pour former des dimensions et des conformités précises, par exemple, de la façon décrite dans le brevet U.S.
no 6 217 413 B1.
[0052] Dans une seconde forme de réalisation du procédé utilisable ici pour fabriquer les agglomérats, un simple mélange du grain et du matériau de liaison (éventuellement avec un agent de liaison organique) est introduit dans un appareil rotatif de calcination du type représenté sur la fig. 1. Le mélange est traité par rotation selon une vitesse angulaire prédéterminée, le long d'un plant incliné prédéterminé avec une application de chaleur. Les agglomérats sont formés et le mélange de matériau de liaison est chauffé, fendu, s'écoule et adhère au grain. Les étapes de cuisson et d'agglomération sont mises en ¼oeuvre simultanément à des vitesses et des volumes contrôlés d'alimentation et d'application de chaleur.
Le taux d'alimentation est généralement déterminé pour obtenir un écoulement occupant environ de 8 à 12% en volume du tube (c'est-à-dire de la partie de four) de l'appareil rotatif de calcination. L'exposition à la température maximale dans l'appareil est choisie pour maintenir la vitesse des matériaux de liaison à l'état liquide à une viscosité d'au moins environ 1000 poises. Ceci évite un écoulement excessif du matériau de liaison sur la surface du tube et une perte du matériau de liaison à partir de la surface du grain abrasif.
[0053] Un appareil de calcination rotatif du type illustré sur la fig. 1 peut être utilisé pour mettre en ¼oeuvre le procédé d'agglomération pour agglomérer et cuire les agglomérats dans une étape unique de procédé.
Comme représenté sur la fig. 1, une trémie d'alimentation (10) contenant le mélange de charge (11) de matériaux de liaison et de grain abrasif est introduit dans un dispositif (12) pour mesurer le mélange dans un tube de chauffage creux (13). Le tube (13) est positionné selon un angle incliné (14) d'environ 0,5 à 5,0 degrés de sorte que la charge (11) peut être introduite par gravité à travers le tube creux (13). De façon simultanée, le tube creux (13) est entraîné en rotation dans la direction de la flèche (a) à un taux contrôlé de vitesse pour mélanger en rotation la charge (11) et le mélange chauffé (18) à mesure qu'ils passent le long de la longueur du tube creux.
[0054] Une partie du tube creux (13) est chauffée.
Dans une forme de réalisation, la partie de chauffage peut comporter trois zones de chauffage (15, 16, 17) ayant une dimension en longueur (d1) de 60 pouces (152 mm) le long de la longueur (d2) de 120 pouces (305 mm) du tube creux (13). Les zones de chauffage permettent à l'opérateur de contrôler la température de traitement et de la modifier telle que de besoin pour fritter les agglomérats. Dans d'autres modèles de travail, le tube creux peut uniquement comporter une ou deux zones de chauffage, ou bien il peut comporter plus de trois zones de chauffage. Bien que cela ne soit pas illustré sur la fig. 1, l'appareil est équipé d'un dispositif de chauffage et de dispositifs mécanique, électronique et de contrôle de température et de dispositif de détection susceptibles de fonctionner pour la mise en ¼oeuvre du procédé thermique.
Comme on peut le voir dans la vue en coupe transversale du tube creux (13), la charge (11) est transformée en un mélange chauffé (18) à l'intérieur du tube et elle sort du tube et est recueillie sous la forme de granules d'agglomérats (19). La paroi du tube creux présente une dimension de diamètre interne (d3) qui peut se situer dans la gamme de 5,5 à 30 pouces (14-76 mm) et un diamètre (d4) qui peut se situer dans la gamme de 6 à 36 pouces (15-91 mm) en fonction du modèle et du type de matériau utilisé pour fabriquer le tube creux (par exemple un alliage en métal réfractaire, de la brique réfractaire, du carbure de silicium, de la mullite).
[0055] L'angle incliné du tube peut se situer dans la gamme de 0,5 à 5,0 degrés et la rotation du tube peut fonctionner de 0,5 à 10 tpm.
La vitesse d'alimentation pour un appareil de calcination rotatif à petite échelle se situe dans la gamme d'environ 5 à 10 kg/h, et une vitesse d'alimentation à une échelle industrielle de production peut se situer dans la gamme d'environ 227 à 910 kg/h. L'appareil de calcination rotatif peut être chauffé jusqu'à une température de frittage de 800 à 1400 deg. C, et le matériau d'alimentation peut être chauffé selon une vitesse allant jusqu'à 200 deg. C/mn et la charge pénètre dans la zone chauffée. Un refroidissement intervient dans cette dernière zone du tube à mesure la charge se déplace à partir d'une zone chauffée vers une zone non chauffée.
Le produit est refroidi, par exemple, avec un système de refroidissement à l'eau, jusqu'à la température ambiante puis recueillie.
[0056] Des machines de calcination rotatives appropriées peuvent être obtenues chez Harper International, Buffalo, New York, ou chez Alstom Power, Inc., Applied Test Systems Inc. et d'autres fabricants d'équipements. L'appareil peut être facultativement garni de dispositifs électronique, de contrôle du traitement et de détection, un système de refroidissement, différentes conceptions d'appareils d'alimentation et d'autres dispositifs facultatifs.
[0057] Lorsqu'on agglomère le grain abrasif à une température de cuisson plus basse (c'est-à-dire 145 à environ 500 deg. C), les matériaux de liaison, une variante de forme de réalisation de cet appareil à four rotatif peut être utilisée.
La variante de réalisation, un appareil de séchage rotatif, est équipée pour fournir de l'air chauffé à la fin d'évacuation du tube afin de chauffer le mélange de grain abrasif, pour polymériser le matériau de liaison pour le lier au grain, et, de cette façon, d'agglomérer le grain abrasif à mesure qu'il est recueilli à partir de l'appareil. Tel qu'utilisé ici, l'expression "four rotatif de calcination" comporte de tels dispositifs de séchage rotatif. Dans une troisième forme de réalisation du procédé utilisable ici pour fabriquer des agglomérats, un mélange de grain abrasif, de matériaux de liaison et un système d'agent de liaison organique est introduit dans un four sans préagglomération puis chauffé.
Le mélange est chauffé à une température suffisamment élevée pour provoquer la fusion, l'écoulement et l'adhérence du matériau de liaison au grain, puis refroidi pour obtenir un composite. Le composite est broyé puis tamisé pour obtenir les agglomérats frittés.
[0058] Dans la quatrième forme de réalisation, les agglomérats ne sont pas frittés avant de réaliser l'outil abrasif, plutôt, les "agglomérats verts" sont moulés avec le matériau de liaison pour former un corps d'outil et le corps est cuit pour former l'outil abrasif. Dans une technique préférée de mise en ¼oeuvre de ce procédé, un matériau de liaison vitrifié de haute viscosité (lorsqu'il est fondu pour former un liquide) est utilisé pour agglomérer le grain à l'état vert.
Des agglomérats verts sont séchés au four et mélangés avec une seconde composition de liaison vitrifiée, de préférence de viscosité plus faible, et moulés sous la forme d'un outil abrasif vert. Cet outil vert est cuit à une température qui est efficace pour fondre, tout en empêchant l'écoulement du matériau de liaison vitrifié, de viscosité élevée. La température de cuisson est choisie pour être suffisamment élevée afin de fondre la composition du matériau de liaison en un verre; de façon à agglomérer le grain et à faire que la composition de liaison s'écoule, se lie aux agglomérats et forme l'outil. Il n'est pas essentiel de choisir différents matériaux de viscosité et des matériaux avec différentes températures de fusion ou de mélange afin de mettre en ¼oeuvre le procédé.
D'autres combinaisons de matériaux de liaison et de matériaux à lier connus dans ce domaine peuvent être utilisés dans cette technique pour réaliser des outils abrasifs à partir d'agglomérats à l'état vert.
[0059] Les outils abrasifs liés de l'invention comprennent des roues de meulage abrasifs, des roues segmentés, des meules, des pierres et d'autres composites abrasifs conformés, segmentés ainsi que d'autres composites monolithiques. Les outils abrasifs de l'invention sont constitués d'agglomérats comportant de 5 à 75% en volume, de préférence de 10 à 60% en volume, avantageusement de 20 à 52% en volume de grains abrasifs.
[0060] Dans une forme de réalisation préférée, les outils abrasifs liés vitrifiés comportent un agent de liaison à raison de 3 à 25% en volume, avantageusement de 4 à 20% en volume, et plus avantageusement de 5 à 19% en volume.
Conjointement avec les agglomérats de grains abrasifs et l'agent de liaison, ces outils comportent environ 35 à 45% en volume d'agglomérats et d'agent de liaison, ces outils comportent environ 35 à 80% en volume de porosité. Cette porosité comportant au moins 30% en volume de porosité interconnectée, de préférence de 55 à 80% en volume de porosité, cette porosité comportant au moins 50% en volume de porosité interconnectée. Les outils abrasifs liés vitrifiés peuvent comporter 35 à 52% en volume d'agglomérats frittés, de 3 à 13% en volume d'agent de liaison vitrifié et de 35 à 70% en volume de porosité.
[0061] La quantité de porosité interconnectée est déterminée en mesurant la perméabilité des fluides de l'outil selon la technique du brevet U.S. noA-5 738 696.
Tel qu'utilisé ici Q/P = la perméabilité du fluide d'un outil abrasif, où Q signifie le débit d'écoulement exprimé en cm<3> d'écoulement d'air, et P signifie la pression différentielle. Le quotient Q/P représente la pression différentielle mesurée entre la structure de l'outil abrasif et l'atmosphère selon une vitesse d'écoulement donnée d'un fluide (par exemple l'air). Cette perméabilité relative Q/P est proportionnelle au produit du volume de pores et du carré de la dimension des pores. Des dimensions plus importantes des pores sont préférables.
La géométrie des pores et la dimension du grain abrasif sont d'autres facteurs affectant Q/P, avec des dimensions plus importantes des particules abrasives fournissant une perméabilité relative plus élevée.
[0062] Les outils abrasifs de l'invention sont caractérisés par des valeurs de perméabilité de fluide plus élevées que celles des outils comparables de la technique antérieure. Tels qu'utilisés ici des "outils de l'art antérieur comparables" sont des outils réalisés avec le même grain abrasif et les mêmes matériaux de liaison pour la même porosité et les mêmes pourcentages volumiques de liaison que ceux de l'invention. En général, les outils abrasifs de l'invention ont des valeurs de perméabilité de fluide d'environ 30 à 100% plus élevées que les valeurs des outils abrasifs comparables de l'art antérieur.
Des outils abrasifs sont de préférence caractérisés par des valeurs de perméabilité au fluide au moins 10% plus élevées, avantageusement d'au moins 30% plus élevées que celles des outils comparables de l'art antérieur.
[0063] Des paramètres exacts de perméabilité de fluide relatifs pour des dimensions et des formes particulières d'agglomérats et des types d'agent de liaison et des niveaux de porosité peuvent être déterminés par le praticien en appliquant la loi d'Arcy à des données empiriques pour un type donné d'outil abrasif.
[0064] La porosité à l'intérieur de la roue abrasive provient de l'espace ouvert procuré par la densité de compactage naturel des composants de l'outil, en particulier les agglomérats abrasifs et, facultativement, en ajoutant des milieux d'induction de pores classiques.
Des milieux d'induction des pores appropriés comprennent, sans être limités à ceci, les sphères vitreuses creuses, les écorces de noix broyées, les sphères creuses ou les baguettes en matière plastique creuses ou bien les composés organiques, les particules vitreuses expansées, de la mullite en bulle et de l'alumine en bulle, ainsi que des combinaisons de ceux-ci. Les outils peuvent être fabriqués avec des agents induisant la porosité à cellule ouverte, tels que des baguettes de naphtalène ou d'autres granulés 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 il peut être fabriqué avec des cellules fermées, des milieux d'induction de pores creux (par exemple des sphères vitreuses creuses).
Des outils abrasifs préférés de l'invention soient ne contiennent pas de milieux d'induction à pores ajoutés, ou bien contiennent une quantité mineure de milieux d'induction de pores ajoutés efficaces pour obtenir un outil abrasif avec une teneur en porosité, dans laquelle au moins 30% en volume est une porosité interconnectée.
[0065] Les outils abrasifs liés de l'invention ont une structure poreuse. Dans cette structure, le diamètre moyen des agglomérats frittés n'est pas plus élevé qu'une dimension moyenne de la porosité interconnectée lorsque la porosité interconnectée est mesurée en un point d'ouverture maximal.
[0066] Les outils finis renferment facultativement des grains abrasifs secondaires ajoutés, des charges, des adjuvants de meulage et des milieux d'induction de pores et une combinaison de ces matériaux.
Le volume total en pour cent de grains abrasifs dans les outils (grain aggloméré et non aggloméré) peut se situer dans la gamme de 34 à environ 56% en volume, avantageusement d'environ 36 à environ 54% en volume, et plus avantageusement d'environ 36 à environ 46% en volume, de l'outil. Les outils abrasifs liés ont de préférence une densité inférieure à 2,2 g/cm<3>.
[0067] Lorsqu'un grain abrasif est utilisé en combinaison avec les agglomérats abrasifs, les agglomérats procurent de préférence d'environ 5 à environ 100% en volume du grain abrasif total de l'outil et avantageusement d'environ 30 à environ 70% en volume de l'abrasif total dans l'outil.
Lorsque de tels grains abrasifs secondaires sont utilisés, ces grains abrasifs procurent, de préférence, d'environ 0,1 à environ 95% en volume des grains abrasifs au total de l'outil et, avantageusement, d'environ 30 à environ 70% en volume. Des grains abrasifs secondaires appropriés comprennent, tout en n'étant pas limité à ceci, différents oxydes d'aluminium, de l'alumine sol/gel, de la bauxite frittée, du carbure de silicium, de l'aluminoxynitrure d'alumine-zircone, de la cérite, du sous-oxyde de bore, du nitrure de bore cubique, du diamant, du frit et des grains de grenat, ainsi que des combinaisons de ceux-ci.
[0068] Les outils abrasifs de la présente invention sont de préférence liés avec une liaison vitreuse.
N'importe lequel des différentes liaisons connues dans la technique de fabrication des outils abrasifs peuvent être choisies pour être utilisées ici. Des exemples de liaisons appropriées peuvent être trouvés dans les brevets U.S. no 4 543 107, 4 898 597, 5 203 886, 5 401 284, 5 536 283, 5 095 665, 5 863 308 et 5 094 672, qui sont cités ici incorporés par référence.
[0069] Après cuisson, ces compositions de liaison vitreuse comprennent, de préférence, tout en n'étant pas limitées à celles-ci, une combinaison des oxydes suivants: SiO2, Al2O3, Na2O, Li2O et B2O3. D'autres oxydes tels que K2O, ZnO, ZrO2 et des oxydes de métal alcalino-terreux tels que CaO, MgO et BaO peuvent être présents. De l'oxyde de cobalt (CoO) et d'autres sources de couleur peuvent être incorporés si une couleur de liaison est souhaitable.
D'autres oxydes tels que Fe2O3, TiO2 et P2O5 ainsi que d'autres composés existants en tant qu'impuretés dans les matériaux bruts peuvent être incorporés dans l'agent de liaison. Des frits peuvent être utilisés en supplément des matériaux de liaison bruts (ou non cuits), ou à la place de matériaux de liaison bruts. Les matériaux bruts pour la liaison peuvent comporter de l'argile, du kaolin, de l'albumine, du carbonate de lithium, du pentahydrate de borate ou de l'acide borique, de la cendre sodique, du flint et de la wollastonite, et d'autres matériaux de liaison connus dans la technique.
L'agent de liaison vitrifié peut être un matériau vitreux ou un matériau céramique, avec ou sans zones amorphes.
[0070] Des agents de liaison organiques sont de préférence ajoutés aux composants de liaison poudreux, frittés ou bruts, sous forme d'adjuvants de moulage ou de traitement. Ces agents de liaison peuvent comporter des dextrines, de l'amidon, de la glue de protéine animale et d'autres types de glue, un composant liquide tel que l'eau, des agents modifiant la viscosité ou le pH et des adjuvants de mélange. L'utilisation d'agents de liaison améliore l'uniformité de la roue et la qualité structurale de la roue pré-cuite ou verte et de la roue cuite.
Du fait que les agents de liaison se consument pendant la cuisson, ils ne font pas partie de la liaison finie ni de l'outil abrasif.
[0071] Un promoteur d'adhérence inorganique peut être ajouté au mélange pour améliorer l'adhérence des liaisons vitreuses aux agglomérats de grains abrasifs tels que nécessité pendant les techniques de mélange et de moulage. Le promoteur d'adhérence inorganique peut être utilisé avec ou sans agent de liaison organique dans la préparation des agglomérats.
[0072] Pour certains des agglomérats, l'outil abrasif peut être réalisé sans matériau de liaison ajouté, sous la condition que suffisamment de matériau de liaison soit présent dans l'outil pour obtenir des propriétés appropriées de résistance mécanique dans l'outil abrasif pendant la fabrication de l'outil et l'utilisation de l'outil dans des opérations de meulage.
Par exemple, un outil abrasif peut être réalisé à partir d'au moins 70% en volume d'agglomérats, ayant une teneur en matériau de liaison d'au moins 5% en volume de l'agglomérat.
[0073] La densité et la dureté des outils abrasifs sont déterminés par la sélection des agglomérats, du type d'agent de liaison et d'autres composants de l'outil, la teneur en porosité, conjointement avec la dimension et le type de moule, le procédé de compression choisi.
[0074] Des roues abrasives peuvent être moulées et comprimées par n'importe quel moyen connu dans la technique, y compris les techniques de compression chaudes, tièdes et froides.
On doit faire attention dans le choix d'une pression de moulage pour former les roues vertes afin d'éviter de broyer une quantité excessive d'agglomérats de grain abrasif, (par exemple plus de 50% en poids des agglomérats) et de conserver la structure tridimensionnelle des agglomérats. La pression maximum appliquée, appropriée pour fabriquer les roues de l'invention dépend de la forme, de la dimension, de l'épaisseur et du composant 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 3100 à 20 000 Ibs/pouce carré (218 à 1406 kg/cm<2>). Le moulage et la compression sont de préférence mis en ¼oeuvre d'environ 775 à 1550 kg/cm<2>, avantageusement entre 465 et 1085 kg/cm<2>.
Les agglomérats de l'invention ont une résistance mécanique suffisante pour résister aux étapes de moulage et de compression, mis en ¼oeuvre dans des procédés de fabrication typiques commerciaux pour réaliser des outils abrasifs.
[0075] Les roues abrasives peuvent être cuites par des techniques connues de l'homme de l'art. Les conditions de cuisson sont principalement déterminées par l'agent de liaison actuel et les abrasifs utilisés, et par le type de matériaux de liaison contenu dans les agglomérats de grains abrasifs. En fonction de la composition chimique de l'agent de liaison choisi, un agent de liaison vitrifié peut être cuit de 600 à 1250 deg. C, de préférence de 850 à 1200 deg. C, afin d'obtenir les propriétés mécaniques nécessaires pour le meulage des métaux, des produits céramiques et d'autres matériaux.
Le corps lié vitrifié peut également être en outre imprégné après cuisson d'une manière classique avec un adjuvant de meulage, tel que le soufre, ou avec un véhicule, tel qu'une résine époxy afin de mettre en ¼oeuvre un adjuvant de meulage dans les pores de la roue. Un choix de liaison vitrifié approprié dépendra du procédé d'agglomération utilisé et si une température de mélange ou de fusion ou bien une viscosité différentielle doit être maintenue entre l'agent de liaison et le matériau de liaison de l'agglomérat.
[0076] Pour réaliser une roue de meulage liée vitrifiée ou un autre outil abrasif à partir des agglomérats abrasifs, une parmi plusieurs techniques générales peut être choisie. Dans la première de celles-ci, une température de cuisson relativement très élevée, (par exemple une fusion au-dessus d'environ 1000 deg.
C), un matériau de liaison vitrifié est appliqué pour agglomérer le grain. Ensuite, une seconde température de fusion plus basse (par exemple, fusion d'environ 650 à 975 deg. C), une composition de liaison vitrifiée poudreuse est mélangée avec des agglomérats de grains puis moulés sous la forme d'un outil abrasif. L'outil de l'étape verte est cuit à une température de cuisson très basse du second matériau de liaison pour créer un outil abrasif fini. Dans une forme de réalisation préférée, l'agent de liaison vitrifié présente une température de cuisson de liaison d'au moins 150 deg.
C plus basse que la température de fonte ou en fusion du matériau de liaison.
[0077] Dans la seconde technique, des différentiels de viscosité entre les verres fondus ou en fusion dans leur état liquide sont exploités pour utiliser la même température de cuisson pour fabriquer l'agglomérat et cuire la roue abrasive. Un matériau de liaison vitrifié de haute viscosité est utilisé pour agglomérer le grain dans une première étape de cuisson. Ensuite, les agglomérats cuits sont mélangés avec une seconde composition d'agent de liaison vitrifié de viscosité plus faible puis moulés sous la forme d'un outil abrasif vert.
L'outil moulé peut être cuit à environ la même température que la température du premier stade de cuisson utilisée pour fabriquer les agglomérés du fait que, lorsqu'il est dans un état liquide chaud, le matériau de liaison n'amincira pas de façon excessive et n'emballera pas le grain. La configuration originale tridimensionnelle de l'agglomérat peut être ainsi maintenue.
[0078] Dans une forme de réalisation préférée de cette technique, la viscosité de l'agent de liaison vitrifié pour la température de mélange du matériau de liaison est d'au moins 33% plus faible que la viscosité du matériau de liaison pour sa température de fusion. Ainsi, lorsque la viscosité du matériau de liaison est d'environ 345 à 55 300 poises, soit 34,5 à 5530 Pa.s à 1180 deg.
C, le matériau de liaison vitrifié préféré est caractérisé par une viscosité d'environ 30 à 37 000 poises, soit 3 à 3700 Pa.s, à 1180 deg. C.
[0079] Dans la troisième technique, une température de cuisson intermédiaire (par exemple d'environ 850-975 deg. C) du matériau de liaison est utilisée pour le grain d'agglomérat, mais l'agglomération est réalisée à une température supérieure à la température en fusion ou de fusion du matériau de liaison (par exemple 1000-1200 deg. C). Les agglomérats sont mélangés avec le même matériau de liaison que l'on utilise à mesure que la température de liaison vitrifiée et le mélange sont moulés sous la forme d'un outil abrasif vert. L'outil vert est cuit à une température plus basse (par exemple d'environ 850-975 deg.
C), que la température utilisée pour fondre le matériau de liaison de façon à agglomérer le grain. La température plus basse est efficace pour lier les agglomérats ensemble. Ce procédé maintient la structure tridimensionnelle des agglomérats du fait que la première couche du matériau de liaison ne s'écoule pas pour la température de cuisson de l'outil abrasif.
[0080] Dans une quatrième technique, la même composition est utilisée à mesure que le matériau et la liaison pour la roue et l'agglomération ainsi que la roue sont mis en ¼oeuvre à la même température. Ceci est une théorie du fait que le matériau de liaison a été porté en fusion pour former un verre qui adhère au grain abrasif pendant l'agglomération, les propriétés des matériaux de liaison ont été modifiées.
Ainsi, le matériau de liaison en fusion à l'intérieur des agglomérats frittés s'écoule pour une température supérieure à celle du matériau de liaison non en fusion, et les agglomérats retiennent leur forme à mesure que la roue a été cuite. Dans une forme de réalisation préférée, la composition utilisée pour le matériau de liaison et la liaison contient un peu de matériau brut et n'est pas constituée d'une composition vitreuse frittée.
[0081] Dans une cinquième technique pour fabriquer les outils abrasifs vitrifiés, l'outil est réalisé sans addition de matériau de liaison. Les agglomérés sont disposés dans un moule pour outils, comprimés et cuits à une température dans la gamme d'environ 500 à 1400 deg. C pour former l'outil.
Les matériaux de liaison utilisés pour réaliser les agglomérés comportent une composition de liaison vitrifiée et le matériau de liaison est présent dans une quantité suffisante dans l'aggloméré (par exemple d'environ 5 à 15% en volume de l'aggloméré) pour lier les agglomérés ensemble dans l'outil abrasif fini vitrifié.
[0082] Les agglomérats peuvent être liés avec tous les types connus de liaison, tels que des liaisons organiques ou résineuses et des liaisons métalliques, connues dans la technique de fabrication des outils abrasifs liés. Le domaine en pourcentage volumique pour les agglomérats appropriés pour être utilisés dans des outils abrasifs vitrifiés est également satisfaisant pour des outils métalliques et organiques, liés.
Les outils liés, organiques et métalliques, comportent habituellement des pourcentages volumiques supérieurs d'agent de liaison et des pourcentages volumiques inférieurs de porosité que les outils liés vitrifiés, et la teneur en grain abrasif peut être plus élevée. Les outils liés, organiques et métalliques, peuvent être mélangés, moulés et cuits ou bien frittés selon différentes techniques de traitement ou avec différentes proportions de grains ou d'agglomérés abrasifs, des liaisons et des composants de porosité comme cela est connu dans la technique.
Les agglomérats de l'invention peuvent être utilisés dans des outils liés métalliques à couche unique, ainsi que dans des structures tridimensionnelles à multicouche, des outils monolithiques et des outils abrasifs à matrice segmentée tels que ceux sont connus dans ce domaine.
[0083] Les outils abrasifs de l'invention comprennent des roues, des disques, des meules et des pierres abrasifs, ainsi que des barreaux, et ils sont particulièrement efficaces dans des applications de meulage ayant une surface de contact importante entre l'outil abrasif et la pièce à usiner.
De telles applications ou opérations de meulage comprennent, tout en y étant pas limitées, le meulage à alimentation lente et d'autres meulages de surface de précision, les opérations de meulage d'outils creux, des opérations de meulage à diamètre interne et dans le meulage superficiel fin de produits céramiques et d'autres pièces à usiner cassantes.
[0084] Des opérations de meulage ou de polissage en utilisant un grain abrasif de dimension du micromètre ou du sous-micromètre seront avantageuses pour l'utilisation d'outils réalisés avec les agglomérats de l'invention.
En ce qui concerne des outils de polissage et de superfinition classiques et des systèmes, de ce type, les outils de l'invention réalisés avec de tels agglomérats abrasifs à particules fines éroderont des forces de meulage plus faibles sans petits dommages ni dommages superficiels de la pièce à usiner pendant les opérations de finition et de précision (par exemple pour obtenir des finitions de miroirs sur des composants vitreux et céramiques). La vie de l'outil reste satisfaisante du fait des structures agglomérées, en particulier avec des outils à couche unique, mais également avec des outils tridimensionnels matriciels et en bouillie.
[0085] Dans un meulage profilé de précision, la fiabilité des agglomérats contribue à des cycles de fonctionnement moindres.
Dû à la porosité interconnectée des outils, l'alimentation en réfrigérant et l'élimination des débris sont améliorées à la suite des opérations de meulage réfrigérées, moins d'endommagement thermique à la pièce à usiner et moins d'usure de la machine due au meulage. Du fait des grains abrasifs de dimension de particules plus petites dans la forme agglomérée, on obtient une efficacité de meulage du grain de dimension de particules plus important, tout en laissant une finition de surface plus uniforme, la qualité de la partie usinée meulée souvent s'améliore de façon notable.
[0086] Les exemples suivants sont prévus à titre d'illustration de l'invention, et non à titre de limitation.
Exemple 1
[0087] Une série d'échantillons de grains abrasifs agglomérés sont préparés dans un appareil de calcination rotatif (modèle électrique réfractaire N deg.
HOU-5D34-RT-28, température maximale 1200 deg. C, alimentation 30 KW coupée avec un tube de métal réfractaire de diamètre interne, 5,5 ¾ ¾ (14 cm), 72 ¾ ¾ (183 cm) de long, fabriqué par Harper International, Buffalo, New York). Le tube en métal réfractaire est remplacé par un tube en carbure de silicium de même dimensions et l'appareil est modifié pour fonctionner à une température maximale de 1550 deg. C. Le procédé d'agglomération est mis en ¼oeuvre sous des conditions atmosphériques, avec un point déterminé de contrôle de la température dans la zone de très chaude de 1180 deg. C, avec une vitesse de rotation du tube de l'appareil de 9 ppm, un angle d'inclinaison du tube de 2,5 à 3 degrés et une vitesse d'alimentation en matériau de 6-10 kg/h. L'appareil utilisé est essentiellement identique à l'appareil illustré sur la fig. 1.
Le rendement en granulés utilisable s'écoulant librement (défini en tant que 12 mèches au plateau) est de 60 à 90% du poids total de la charge avant calcination.
[0088] Les échantillons d'agglomérats sont réalisés à partir d'un simple mélange de grain abrasif, de matériau liant et de mélange d'eau décrits dans le Tableau 1-1. Les compositions de matériau de liaison liées vitrifiées, utilisées pour préparer les échantillons sont, spécifiées dans le Tableau 2.
Des échantillons sont préparés à partir de trois types de grains abrasifs: alumine 38A fondue, alumine fondue 32A et alpha-alumine sol/gel frittée, grain Norton SG, obtenues chez Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc., Worcester, MA, USA, dans les dimensions de particules abrasives spécifiées dans le Tableau 1.
[0089] Après agglomération dans l'appareil de calcination rotatif, les échantillons de grains abrasifs agglomérés sont tamisés et testés pour la densité de compactage en vrac (LPD), la distribution dimensionnelle et la résistance mécanique de l'agglomérat.
Ces résultats sont représentés dans le Tableau 1.
<EMI ID=2.0>
<EMI ID=3.0>
[0090] Le pourcentage en volume du matériau de liaison des agglomérats cuits est calculé en utilisant la LOI moyenne (perte par inflammation) des matériaux bruts du matériau de liaison.
[0091] Les agglomérats frittés sont dimensionnés avec des tamis d'essai de norme U.S., montés sur un appareil de tamisage par vibration (Ro-Tap; Modèle RX-29 W.S. Tyler Inc. Mentor, OH). Les dimensions des tamis en mesh se situent dans la gamme de 18 à 140, telles qu'appropriées pour différents échantillons.
La densité de compactage en vrac des agglomérés frittés (LPD) est mesurée par la technique de American National Standard pour la masse volumique apparente des grains abrasifs.
[0092] La densité relative initiale moyenne, exprimée en tant que pourcentage est calculée en divisant le LPD ( ¸?) par une densité théorique des agglomérats ( ¸?0) en partant de l'hypothèse d'une porosité 0. La densité théorique est calculée selon la règle volumétrique d'une technique de mélange à partir du pourcentage en poids et de la densité du matériau de liaison et du grain abrasif contenu dans les agglomérats.
[0093] La résistance mécanique des agglomérats est mesurée par un essai de compactage.
Les essais de compactage sont réalisés en utilisant une filière en acier lubrifié un pouce de diamètre (2,54 cm) sur une machine d'essai universelle Instron<(RTM)> (modèle MTS 1125, 20 000 livres (9072 kg)) avec un échantillon de 5 g d'agglomérat. L'échantillon d'agglomérat est versé dans la matrice et est légèrement à niveau en tapotant l'extérieur de la matrice. Un poinçon supérieur est inséré et une crosse abaissée jusqu'à ce qu'une force ("position initiale") est observée sur l'enregistreur. Une pression à une vitesse constante d'accroissement (2 mm/mn) est appliquée à l'échantillon jusqu'à un maximum de 180 MPa de pression.
Le volume de l'échantillon d'agglomérat (le LPD compacté de l'échantillon), observé en tant qu'un déplacement de la crosse (la contrainte), est enregistré comme densité relative en tant qu'une fonction du log de la pression appliquée. Le matériau résiduel est ensuite stabilisé pour déterminer la fraction liée en pourcentage. Différentes pressions sont mesurées pour établir une courbe de la relation entre le log de la pression appliquée et la fraction broyée en pourcentage. Des résultats sont rapportés sur le tableau 1 en tant que log de la pression au point où la fraction broyée est égale à 50% en poids de l'échantillon d'agglomérats.
La fraction broyée est le rapport du poids des particules broyées passant à travers le tamis le plus petit au poids du poids initial de l'échantillon.
[0094] Ces agglomérats ont un LPD, une distribution dimensionnelle et une résistance mécanique au moulage et une rétention dimensionnelle du granulé, en tant que caractéristiques appropriées pour être utilisées dans la fabrication industrielle des roues de meulage abrasives. 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 de 2 à 20 grits) liés ensemble par un matériau de liaison en verre à des points de contact, particules à particules.
[0095] La dimension de granulés d'agglomérats s'accroît avec une augmentation en quantité du matériau de liaison dans le granulé d'agglomérat dans la gamme de 3 à 20% en poids du matériau de liaison.
[0096] La résistance de compactage appropriée est observée pour tous les échantillons 1-9, en indiquant que le matériau de liaison vitreux s'est affiné et s'écoule pour créer un lien efficace parmi les grains abrasifs dans l'agglomérat.
Des agglomérats réalisés avec un matériau de liaison à 10% en poids présentent une résistance de compactage plus élevée que celle réalisée avec 2 ou 6% en poids de matériau de liaison.
[0097] Des valeurs LPD plus petites sont un indicateur d'un degré plus élevé d'agglomération. Le LPD des agglomérats décroit avec un accroissement en pourcentage pondéral du matériau de liaison et avec une diminution de la dimension des particules abrasives. Une différence relativement importante entre 2 et 6% en poids de matériau de liaison, comparée avec des différences relativement faibles entre 6 et 10% en poids de matériau de liaison, indique qu'un pourcentage pondéral de matériaux de liaison inférieur à 2% en poids peut être inapproprié pour la formation d'agglomérats.
Pour les pourcentages pondéraux très élevés, au-dessus d'environ 6% en poids, l'addition de plus de matériaux de liaison peut ne pas être bénéfique pour fabriquer des agglomérats notablement plus importants ou plus résistants.
[0098] Tel que suggéré par les résultats dimensionnels des granulés d'agglomérats, des échantillons de matériau de liaison C ayant la viscosité vitreuse à l'état fondu la plus faible pour la température d'agglomération, présente le LPD le plus faible des trois matériaux de liaison.
Le type abrasif n'a pas un effet notable sur le LPD.
Tableau 2 - Matériau de liaison utilisé dans les agglomérats
[0099]
<tb>Eléments des compositions cuites<sep>% en
poids du matériau de
liaison A-1)<sep>% en
poids du matériau de
liaison B<sep>% en
poids du matériau de
liaison C<sep>% en
poids du matériau de
liaison D<sep>% en
poids du matériau de
liaison E<sep>% en
poids du matériau de
liaison F
<tb>Forme de
verre
(SiO2+B2O2)<sep>
69 (72)<sep>69<sep>71<sep>73<sep>64<sep>68
<tb>Al2O3<sep>15 (11)<sep>10<sep>14<sep>10<sep>18<sep>16
<tb>RO
alcalin terreux (CaO, MgO)<sep> 5-6 (7-8)<sep> <0,5<sep> <0,5<sep> 1-2<sep> 6-7<sep> 5-6
<tb>R2O
alcalin
(Na2O, K2O, Li2O)<sep> 9-10 (10)<sep> 20<sep> 13<sep> 15<sep> 11<sep> 10
<tb>Densité
g/cm<3><sep> 2,40<sep> 2,38<sep> 2,42<sep> 2,45<sep> 2,40<sep> 2,40
<tb>Viscosité
estimée
en Pa.s
(poises)
à 1180 deg. C<sep> 2559
(25 590)<sep> 3
(30)<sep> 34,5
(345)<sep> 85
(850)<sep> 5530
(55 300)<sep> 780
(7800)<a.> La variation du matériau de liaison A-1 spécifiée entre parenthèses est utilisée pour les échantillons de l'Exemple 2.
<b.> Impuretés (par exemple Fe2O3 et TiO2) sont présentes à environ 0,1-2% en poids.
Exemple 2
[0100] Des échantillons supplémentaires d'agglomérats sont fabriqués en utilisant différentes autres formes de réalisation de traitement et de matériaux de charge.
[0101] Une série d'agglomérats (échantillon no 10-13) sont formés pour différentes températures de frittage, se situant de 1100 à 1250 deg.
C, en utilisant un appareil de calcination rotatif (modèle no HOU-6D60-RTA-28, équipé d'un tube de mullite de 120 pouces (305 cm) de longueur, de 5,75 pouces (15,6 cm) de diamètre interne, de 3/8 pouces (0,95 cm) d'épaisseur, ayant une longueur chauffée de 60 pouces (152 cm) avec trois zones de contrôle de température. L'appareil est fabriqué par Harper International, Buffalo, New York). Une unité d'alimentation Brabender avec des vitesses d'alimentation volumétriques à contrôle réglable est utilisée pour mesurer un mélange de grain abrasif et de matériau de liaison dans le tube chauffant de l'appareil de calcination rotatif. Le procédé d'agglomération est mis en ¼oeuvre sous les conditions atmosphériques avec une vitesse de rotation tubulaire de l'appareil de 4 tpm, un angle d'inclinaison du tube de 2,5 degrés et une vitesse d'alimentation de 8 kg/h.
L'appareil utilisé est essentiellement identique à l'appareil illustré sur la fig. 1. Des choix de température et d'autres variables utilisées pour réaliser ces agglomérats sont spécifiés dans le Tableau 2-1.
[0102] Tous les échantillons contiennent un mélange, sur une base de pourcentage pondéral, de 89,86% de grain abrasif (grit 60 38A, grain d'alumine obtenu chez Saint-Gobain Ceramics & Plastics Inc.), 10,16% de mélange d'agent liant (6,3% en poids d'agent liant protéine liquide AR30, 1,0% de Carbolwax<(RTM)> 3350 PEG et 2,86% de matériau de liaison A). Ce mélange fournit 4,77% en volume de matériau de liaison et 95,23% en volume de grain dans les granules d'agglomérats frittés.
La densité théorique calculée des granulés d'agglomérats (supposant aucune porosité) est de 3,852 g/cm<3>.
[0103] Avant de disposer le mélange dans l'unité d'alimentation, les agglomérats de l'étape verte sont formés par extrusion simulée. Afin de préparer les agglomérats extrudés, l'agent liant protéinique liquide est chauffé pour dissoudre le Carbowax<(RTM)> 3350 PEG. Ensuite, le matériau liant est ajouté lentement tout en agitant le mélange. Des grains abrasifs sont ajoutés à un mélangeur à cisaillement élevé (44 pouces (112 cm) de diamètre) et le mélange d'agent liant - matériau liant préparé est lentement ajouté au grain dans le mélangeur. La combinaison est mélangée pendant 3 minutes.
La combinaison mélangée est tamisée à l'état humide à travers un tamis en boîte de 12 mesh (dimension de tamis de norme US) sur des plateaux en une couche selon une profondeur maximale de 1 pouce (2,5 cm) pour former des agglomérats extrudés humides, verts (non cuits). La couche d'agglomérats extrudés est séchée au four à 90 deg. C pendant 24 heures. Après séchage, les agglomérats sont tamisés à nouveau en utilisant un tamis en forme de boîte 12 à 16 mesh (dimension du tamis de norme U.S.).
[0104] On a observé pendant la calcination en rotation que les agglomérats réalisés à l'état vert semblent se briser d'une part lorsqu'ils sont chauffés, et, ensuite se reforment à mesure qu'ils sont fixés en rotation de l'extrémité de sortie de la partie chauffée du tube de calcination rotatif.
La dimension la plus importante des granulés agglomérés réalisés à l'état vert, par rapport à celle des granulés agglomérés après cuisson, est réellement apparente après inspection visuelle des échantillons.
[0105] Après cuisson, les dimensions des particules agglomérées sont observées comme étant suffisamment uniformes des buts commerciaux avec une distribution dimensionnelle dans une gamme d'environ 500 à 1200 micromètres. Les mesures de distribution dimensionnelle sont spécifiées dans le Tableau 2-2 ci-dessous. Le rendement, la dimension, la résistance mécanique au broyage et le LPD sont acceptables pour l'utilisation industrielle dans la fabrication des roues de meulage.
Tableau 2-1
[0106]
<tb>Echant.
N <sep>Temp. de frittage deg.
C<sep>Rendement %
-12 mesh<a><sep>Dimension
moyenne
Microm<sep>LPD
g/cm<3 >
-12 mesh<sep>Pression
de la
fraction
broyée à
50% MPa<sep>Rendement %
-16/+35
mesh<sep>Dimension
moyenne
des
agglom.
En Microm<sep>LPD
g/cm<3>
-16/+35
mesh
<tb>(10)<sep>1100<sep>n/a<b><sep>n/a<sep>n/a<sep>n/a<sep>n/a<sep>536<sep>n/a
<tb>(11)<sep>1150<sep>97,10<sep>650<sep>1,20<sep>13+-1<sep>76,20<sep>632<sep>0,95
<tb>(12)<sep>1200<sep>96,20<sep>750<sep>1,20<sep>9+-1<sep>87,00<sep>682<sep>1,04
<tb>(13)<sep>-1250<sep>96,60<sep>675<sep>1,25<sep>8+-1<sep>85,20<sep>641<sep>1,04a. Température du point de consigne du contrôleur du dispositif de calcination rotatif (pour la totalité des 3 zones).
b. "n/a" indique qu'aucune mesure n'est réalisée.
Tableau 2-2: Distribution dimensionnelle des particules pour les agglomérats cuits
[0107]
<tb><sep><sep>% en poids au tamis
<tb>Tamis no
ASTM-E
Echantillon
no<sep>Tamis no
ISO 585 Microm<sep>10<sep>11<sep>12<sep>13
<tb>-35<sep>-500<sep>41,05<sep>17,49<sep>11,57<sep>14,31
<tb>35<sep>500<sep>22,69<sep>17,86<sep>14,56<sep>17,69
<tb>30<sep>600<sep>18,30<sep>24,34<sep>21,27<sep>26,01
<tb>25<sep>725<sep>2,57<sep>21,53<sep>24,89<sep>23,06
<tb>20<sep>850<sep>3,43<sep>13,25<sep>16,17<sep>12,43
<tb>18<sep>1000<sep>1,80<sep>4,58<sep>10,09<sep>5,97
<tb>16<sep>1180<sep>0,16<sep>0,85<sep>1,44<sep>0,54
Exemple 3
[0108] Les agglomérats (échantillons 14-23) sont préparés tels que décrits dans l'Exemple 2, sauf que la température est maintenue constante à 1000 deg. C, et un appareil de calcination rotatif no KOU-8D48-RTA-20, équipé d'un tube en silice fondu de 108 pouces (274 cm) de long, de 8 cm (20 cm) de diamètre interne, ayant une longueur chauffée de 48 pouces (122 cm) avec trois zones de contrôle de température est utilisée. L'appareil est fabriqué par Harper International, Buffalo, New York. Différentes techniques sont examinées pour la préparation du mélange pré-cuit de grain et de matériau de liaison.
Le procédé d'agglomération est mis en ¼oeuvre sous des conditions atmosphériques, avec une vitesse de rotation du tube de l'appareil de 3 à 4 tpm, un angle d'inclinaison du tube de 2,5 degrés, et une vitesse d'alimentation de 8 à 10 kg/h. L'appareil utilisé est essentiellement identique à l'appareil illustré sur la fig. 1.
[0109] Tous les échantillons contiennent 30 livres (13,6 kg) de grain abrasif (le même grain qu'utilisé dans l'Exemple 2, sauf que l'échantillon 16 contient 25 libres (11,3 kg) de grain d'alumine sol/gel à 70 grits Norton SG<(RTM)>, obtenu chez Saint-Gobain Ceramics and Plastics, Inc.) et 0,9 lb. (0,41 kg) de matériau de liaison A (pour obtenir 4,89% en volume de matériau de liaison dans l'agglomérat fritté). Le matériau de liaison est dispersé dans différents systèmes de liaison avant l'addition au grain.
Le système de liaison de l'Exemple 2 ("Agent de Liaison 2") est utilisé pour certains échantillons et d'autres échantillons sont réalisés en utilisant un agent de liaison protéine liquide AR30 ("Agent de Liaison 3") dans les pourcentages en poids spécifiés ci-dessous dans le Tableau 3. L'échantillon 20 est préparé pour préparer des agglomérats à l'état vert, non cuit, par la technique d'extrusion simulée de l'Exemple 2.
[0110] Les variables testées et les résultats des tests des essais sont résumés ci-dessous dans le Tableau 3.
Tableau 3: Traitements de l'agent de liaison au stade vert
[0111]
<tb>Echantillon
no<sep>Traitement
du mélange<sep>% en poids de l'agent
de liaison
(comme % du
poids de grain)<sep>Rendement en
% tamis -12 mesh (12 mailles/ 2,54 cm) (4,7 m./cm)<sep>LPD g/cm<3>
<tb>14<sep>Agent de liaison 3<sep>2,0<sep>100<sep>1,45
<tb>15<sep>Agent de liaison 3<sep>1,0<sep>100<sep>1,48
<tb>16<sep>Agent de liaison 3;
grain SG<sep>4,0<sep>92<sep>1,38
<tb>17<sep>Agent de liaision 3<sep>4,0<sep>98<sep>1,44
<tb>18<sep>Agent de liaison 2<sep>6,3<sep>90<sep>1,35
<tb>19<sep>Agent de liaison 3<sep>8,0<sep>93<sep>1,30
<tb>20<sep>Agent de liaison 2;
extrusion simulée<sep>6,3<sep>100<sep>1,37
<tb>21<sep>Agent de liaison 3<sep>3,0<sep>100<sep>1,40
<tb>22<sep>Agent de liaision 3<sep>6,0<sep>94<sep>1,44
<tb>23<sep>Agent de liaison 2<sep>4,0<sep>97<sep>1,54
[0112] Ces résultats confirment que l'agglomération au stade vert n'est pas nécessaire pour former une qualité acceptable et fournir des granulés agglomérés frittés (comparer les échantillons 18 et 20). A mesure que le pourcentage en poids de l'agent liant 3 utilisé dans le mélange initial s'accroît de 1 à 8%, le LPD montre une tendance vers une diminution modérée, ce qui indique que l'utilisation d'un agent liant présente un avantage, mais n'a pas un effet essentiel sur le procédé d'agglomération. Ainsi, de façon plutôt inattendue, il ne semble pas nécessaire de pré-former une forme ou une dimension souhaitée de granulés d'agglomérats, avant le frittage dans un appareil de calcination rotatif.
Le même LPD est réalisé simplement en alimentant un mélange humide des composants d'agglomérats dans l'appareil de calcination rotatif et en traitant par rotation le mélange à mesure qu' il passe à travers la partie chauffée de l'appareil.
Exemple 4
[0113] Des agglomérats (échantillon no 24-29) sont préparés tels que décrits dans l'Exemple 2, sauf que la température est maintenue constante à 1200 deg. C et de nombreuses techniques sont examinées pour la préparation d'un mélange pré-cuit de grains et de matériau liant.
Tous les échantillons (sauf les échantillons 28-29) contenus dans un mélange de 300 Ibs (136,4 kg) de grain abrasif (le même grain que dans l'Exemple 2: alumine grit 60 38A) et 9,0 lbs (4,1 kg) de matériau liant A (rendement de 4,89% volumique de matériau liant dans l'agglomérat fritté).
[0114] L'échantillon 28 (même composition que l'Exemple 2) contient 44,9 lbs (20,4 kg) de grain et 1,43 1b. (0,6 kg) de matériau liant A. Le matériau liant A est combiné avec le mélange d'agent de liaison liquide (37,8% en poids (3,1 lbs d'agent liant AR30 dans l'eau) et 4,98 Ibs. De cette combinaison sont ajoutés au grain. La viscosité de la combinaison liquide est de 784 CP à 22 deg. C (viscosimètre Brookfield LVF).
[0115] L'échantillon 29 (même composition que dans l'Exemple 2) contient 28,6 lbs (13 kg) de grain et 0,92 lbs.
(0,4 kg) de matériau de liaison A (pour obtenir 4,89% en volume de matériau liant dans l'agglomérat fritté). Le matériau liant est combiné avec le mélange d'agent liant liquide (54,7% en poids (0,48 lb.) de résine Duramax<(RTM)> B1052 et 30,1% en poids (1,456 lb.) de résine Duramax B1051 dans de l'eau) et cette combinaison est ajoutée au grain abrasif. Les résines Duramax sont obtenues chez Rohm et Haas, Philadelphie, PA.
[0116] Le procédé d'agglomération est mis en ¼oeuvre sous les conditions atmosphériques, avec un taux de rotation du tube de l'appareil de 4 tpm, un angle d'inclinaison du tube de 2,5 degrés et une vitesse d'alimentation de 8 à 12 kg/h.
L'appareil utilisé est essentiellement identique à l'appareil illustré dans la fig. 1.
[0117] L'échantillon 28 est pré-aggloméré, avant calcination, dans un appareil à lit fluidisé réalisé par Niro, Inc., Columbia, Marylan (modèle MP-2/3 Multi-Processor<(RTM)> équipé d'un cône dimensionnel MP-1 (3 pieds (0,9 mètre) de diamètre dans sa largeur la plus importante). Les variables suivantes du procédé sont choisies pour les essais d'échantillons sur lit fluidisé:
Température d'arrivée de l'air: 64-70 deg.
C
Ecoulement d'arrivée d'air: 100-300 m<3>/h
Débit d'écoulement du liquide de granulation: 440 g/min
Profondeur du lit (charge initiale 3-4 kg) environ 10 cm
Pression de l'air: 1 bar
[0118] Deux buses de mélange externe du fluide avec un orifice de 800 micromètres.
[0119] Le grain abrasif est chargé dans le fond de l'appareil et de l'air est dirigé à travers le diffuseur à plaque à lit fluidisé vers le haut et dans le grain. En même temps, le mélange liquide de matériau liant et d'agent de liaison est pompé par la buse de mélange externe et ensuite pulvérisé à partir des buses à travers le diffuseur à plaque et dans le grain, de façon à revêtir des particules abrasives individuelles.
Les agglomérats au stade vert sont formés pendant le séchage du mélange de matériau liant et d'agent de liaison.
[0120] L'échantillon 29 est pré-aggloméré avant calcination, dans un procédé d'extrusion à basse pression en utilisant un granulateur Benchtop<(RTM)> réalisé par LCI Corporation, Charlotte, Caroline du Nord (équipé d'un panier perforé ayant des trous de 0,5 mm de diamètre). Le mélange de grain, de matériau liant et d'agent de liaison est manuellement introduit dans le panier perforé (le tamis d'extrudeuse), passé à force à travers le tamis par des lames rotatives et recueilli dans un plateau de réception. Les pré-agglomérats extrudés sont séchés sur four à 90 deg.
C pendant 24 heures et utilisés en tant que charges pour le procédé de calcination rotatif.
[0121] Les variables testées et les résultats des essais sont résumés ci-dessous dans les Tableaux 4-1 et 4-2. Ces essais confirment les résultats spécifiés dans l'Exemple 3 et sont également observés pour une température de cuisson supérieure (1200 par rapport à 1000 deg. C).
Ces essais illustrent également qu'une extrusion à basse pression et une pré-agglomération en lit fluidisé peuvent être utilisés pour réaliser les granulés agglomérés, mais une étape d'agglomération avant la calcination n'est pas nécessaire pour fabriquer les agglomérats de l'invention.
Tableau 4-1: Caractéristiques des agglomérats
[0122]
<tb>Echantillon no<sep>Traitement
du mélange<sep>% en poids de l'agent de liaison sur la base du
% en poids de grain<sep>Rendement en % tamis
-12 mesh (12 mailles/2,54 cm
i. e.
4,7 m./cm)<sep>Dimension moyenne en Microm<sep>LPD g/cm<3>
<tb>24<sep>Agent de liaison 3<sep>1,0<sep>71,25<sep>576<sep>1,30
<tb>25<sep>Agent de liaison 3<sep>4,0<sep>95,01<sep>575<sep>1,30
<tb>26<sep>Agent de liaison 3<sep>8,0<sep>82,63<sep>568<sep>1,32
<tb>27<sep>Agent de liaision 2<sep>7,2<sep>95,51<sep>595<sep>1,35
<tb>28<sep>Agent de liaison 3<sep>7,2<sep>90,39<sep>n/a<sep>n/a
<tb>29<sep>Résine Duramax<sep>7,2<sep>76,17<sep>600<sep>1,27
Tableau 4-2: Distribution dimensionnelle des particules pour les agglomérats
[0123]
<tb>Tamis no ASTM-E
EchantilIon
no<sep>Tamis no
ISO 565
Microm<sep><sep>% en poids au tamis<sep>
<tb><sep><sep><sep><sep>10<sep>11
<tb>-40<sep>-425<sep>17,16<sep>11,80<sep>11,50<sep>11,50<sep>n/a<sep>11,10
<tb>40<sep>425<sep>11,90<sep>13,50<sep>14,00<sep>12,50<sep>n/a<sep>12,20
<tb>35<sep>500<sep>17,30<sep>20,70<sep>22,70<sep>19,60<sep>n/a<sep>18,90
<tb>30<sep>600<sep>20,10<sep>25,20<sep>26,30<sep>23,80<sep>n/a<sep>23,70
<tb>25<sep>725<sep>17,60<sep>19,00<sep>17,20<sep>18,40<sep>n/a<sep>19,20
<tb>20<sep>850<sep>10,80<sep>8,10<sep>6,40<sep>9,30<sep>n/a<sep>10,30
<tb>18<sep>1000<sep>3,90<sep>1,70<sep>1,60<sep>3,20<sep>n/a<sep>3,60
<tb>16<sep>1180<sep>0,80<sep>0,10<sep>0,30<sep>1, 60<sep>n/a<sep>1,10
Exemple 5
[0124] Des agglomérats supplémentaires (échantillons no 30-37) sont préparés comme décrits dans l'Exemple 3, sauf que le frittage est réalisé à 1180 deg. C, que différents types de grains abrasifs sont testés et que 30 lbs (13,6 kg) de grains abrasifs sont mélangés avec 1,91 lbs (0,9 kg) de matériau liant A (pour obtenir 8,94% en volume de matériau liant dans les granulés frittés d'agglomérés). L'agent de liaison 3 de l'Exemple 3 est comparé avec l'eau comme agent liant pour une agglomération au stade vert.
[0125] Les échantillons 30 à 34 utilisent 0,9 lb (0,4 kg) d'eau en tant qu'agent de liaison. Les échantillons 35-37 utilisent 0,72 lb. (0,3 kg) d'agent de liaison 3.
Les variables testées sont résumées ci-dessous dans le Tableau 5.
[0126] Le procédé d'agglomération est mis en ¼oeuvre sous des conditions atmosphériques, avec une vitesse de rotation du tube de l'appareil de 8,5-9,5 tpm, un angle d'inclinaison du tube de 2,5 degrés et une vitesse d'alimentation de 5-8 kg/h. L'appareil utilisé est essentiellement identique à l'appareil illustré sur la fig. 1.
[0127] Après agglomération, les échantillons de grains abrasifs agglomérés sont tamisés et testés pour leur densité de compactage en vrac (LPD), leur distribution dimensionnelle et la résistance mécanique de l'agglomérat. Ces résultats sont représentés sur le Tableau 5.
Tableau 5
[0128]
<tb>Echant.
N <sep>Grain abrasif<sep>Agent de liaison<sep>% en poids d'agent de liaison sur une base de % en poids de grain<sep>Dimension moyenne Microm<sep>LPD g/cm<3><sep>Pression pour 50% de
fraction broyée MPa
<tb>30<sep>Alumine grit 60 57A<sep>Eau<sep>3,0<sep>479<sep>1,39<sep>1,2+-0,1
<tb>31<sep>Alumine grit 60 55A<sep>Eau<sep>3,0<sep>574<sep>1,27<sep>2,5+-0,1
<tb>32<sep>Alumine grit 80 SG<sep>Eau<sep>3,0<sep>344<sep>1,18<sep>0,4+-0,1
<tb>33<sep>Alumine grit 70 sol/gel Targa<(RTM)><sep>Eau<sep>3,0<sep>852<sep>1,54<sep>17+-1,0
<tb>34<sep>Alumine grit 60 38A/grit 60
Norton SG 70/30% en poids<sep>Eau<sep>3,0<sep>464<sep>1,31<sep>1,1+-0,1
<tb>35<sep>Alumine grit 60 38A<sep>Agent de liaison 3<sep>2,4<sep>N/a<sep>N/a<sep>N/a
<tb>36<sep>Alumine grit 60 Norton SG<(RTM)><sep>Agent de liaison 3<sep>2,4<sep>N/a<sep>N/a<sep>N/a
<tb>37<sep>60/25/15% en poids de grit 60 38A/ grit 120 Norton SG/grit 320 57A<sep>Agent de liaison 3<sep>2,4<sep>N/a<sep>N/a<sep>N/a
[0129] Ces résultats démontrent à nouveau l'utilité de l'eau en tant qu'agent de liaison temporaire pour les agglomérats dans le procédé de calcination rotatif. En outre, des mélanges de types de grain, de dimensions de grain ou les deux, peuvent être agglomérés par le procédé de l'invention et ces agglomérats peuvent être enduits à une température de 1180 deg. C dans le dispositif rotatif de calcination.
Une augmentation notable de la résistance à l'écrasement est observée lorsqu'on utilise des grains abrasifs allongés possédant un rapport d'aspect élevé (c'est-à-dire >= 4:1) dans les agglomérats (échantillon 33).
Exemple 6
[0130] Une autre série d'agglomérats (échantillons no 38-45) est préparée comme décrit dans l'Exemple 3, sauf que différentes températures de frittage sont utilisées, et différents types de dimensions de particules abrasives de grain sont mélangés, différents matériaux liants sont testés. Dans certains des mélanges de charge, de la coquille de noix est utilisée en tant que matériau de charge inducteur de pores organiques (l'écorce de noix est obtenue chez Composition Materials, Co., Ind., Fairfield, Connecticut, dans la dimension de tamis US 40/60). Les variables testées sont résumées ci-dessous dans le Tableau 6.
Tous les échantillons contiennent un mélange de 30 lb (13,6 kg) de grains abrasifs et 2,5% en poids d'agent de liaison 3 sur une base pondérale de grain, avec différentes quantités de matériaux liants comme représenté dans le Tableau 6.
[0131] Le procédé d'agglomération est mis en ¼oeuvre sous les conditions atmosphériques, avec une vitesse de rotation du tube de l'appareil de 8,5 à 9,5 tpm, un angle d'inclinaison de tube de 2,5 degrés et une vitesse d'alimentation de 5-8 kg/h. L'appareil utilisé est essentiellement identique à l'appareil illustré sur la fig. 1.
[0132] Après agglomération, les échantillons de grains abrasifs agglomérés sont tamisés et testés pour leur densité de compactage en vrac (LPD), leur dimension moyenne et la résistance mécanique au broyage de l'agglomérat (voir tableau 6).
Les propriétés de tous les agglomérats sont acceptables pour être utilisées dans la fabrication des roues de meulage abrasives. Ces données apparaissent pour indiquer l'utilisation d'inducteurs de pores organiques, c'est-à-dire des écorces de noix, n'ont pas d'impact notable sur les caractéristiques des agglomérats.
Tableau 6
[0133]
<tb>Echant. N <sep>Grain abrasif % en poids du grit type de grain<sep>Matériau liant<sep>% en volume de matériau liant<sep>% en volume de l'inducteur de pores<sep>LPD g/cm<3><sep>Pression pour 50% de fraction broyée MPa
<tb>38<sep>90/10% en poids d'alumine grit 60 38A alumine gel/sol grit 70 Targa<(RTM)><sep>F<sep>5,18<sep>0<sep>1,14<sep>11,5+-0,5
<tb>39<sep>"<sep>C<sep>7,88<sep>2<sep>1,00<sep>11,5+-0,5
<tb>40<sep>90/10% en poids d'alumine grit 60 38A alumine gel/sol grit 70 Targa<(RTM)><sep>F<sep>5,18<sep>2<sep>1,02<sep>10,5+-0,5
<tb>41<sep>"<sep>C<sep>7,88<sep>0<sep>0,92<sep>N/a
<tb>42<sep>90/10% en poids d'alumine grit 60 38A alumine gel/sol grit 70 Targa<(RTM)><sep>F<sep>5,18<sep>2<sep>1,16<sep>11,5+-0,5
<tb>43<sep>"<sep>C<sep>7,88<sep>0<sep>1,06<sep>N/a
<tb>44<sep>50/50% en poids d'alumine grit 80 38A alumine gel/sol 32 A grit 60<sep>F<sep>5,18<sep>0<sep>1,08<sep>8,5+-0,5
<tb>45<sep>50/50% en poids d'alumine grit 80 38A alumine gel/sol 32 A grit 60<sep>C<sep>7,88<sep>2<sep>1,07<sep>11,5+-0,5a. % en volume sur la base de produits solides totale (grain, matériau liant et inducteur de pores) et n'englobe pas la porosité de l'agglomérat.
Exemple 7
[0134] Des échantillons d'agglomérats 10-13 et 24-27 préparés selon les Exemples 2 et 4, respectivement sont utilisés pour fabriquer des roues de meulage (dimension finie: 20 X 1 X 8 pouces) (50,8 X 2,54 X 20,3 cm).
Ces roues sont testées dans l'opération de meulage à vitesse croulante par rapport à des roues comparatives réalisées sans agglomérats, mais contenant des matériaux de charge inducteurs de pores.
[0135] Pour réaliser les roues abrasives, les agglomérats sont ajoutés à un mélangeur conjointement avec un agent liant liquide et une composition de liaison vitrifiée en poudre, correspondant au matériau de liaison C du Tableau 1-2. Les roues sont ensuite moulées, séchées, cuites jusqu'à une température maximale de 900 deg. C, examinées pour la qualité, finies, équilibrées et inspectées selon des techniques de fabrication de roues de meulage connues dans ce domaine.
[0136] La composition des roues (y compris la porosité et l'agent de liaison abrasif des roues cuites), la densité et les propriétés du module des roues sont décrites dans le Tableau 7-1.
Les roues sont formulées jusqu'à un module d'élasticité correspondante à une qualité de dureté de roue normalisée entre les qualités D et E sur l'échelle de qualité de dureté de Norton Company. Des essais préliminaires ont établi que les roues sont formulées à partir d'un grain aggloméré avec une structure volumique en % (c'est-à-dire un grain, un agent de liaison et des pores en % volumique jusqu'à un total de 100%) identique à celui d'une roue comparative réalisée sans grain aggloméré sont en fait considérablement plus faible en densité, présente un module élastique plus faible et sont plus tendres que la roue comparative.
Ainsi, la densité et le module élastique, plutôt que la structure en % volumique ainsi calculée sont choisis en tant qu'indicateurs de dureté de roues critiques pour des roues réalisées avec un grain aggloméré et testées dans ces études de meulage.
Tableau 7-1: Caractéristiques des roues abrasives
[0137]
<tb>Roue
(agglomérats
Echantillons
ex. 2, 5)<sep>Composition de la roue volume en %<sep>Perméabilité à l'air<sep>Densité cuite g/cm<3><sep>Mod. d'élasticité
d/cm<2>X10<10>
<tb><sep>Agglom.
<a><sep>Agent de liaison <b><sep>Porosité<sep><sep><sep>
<tb>(10)<sep>37,50<sep><sep><sep><sep><sep>
<tb>(11)<sep>37,50<sep>5,70<sep>56,80<sep>81,8<sep>1,62<sep>10,7
<tb>(12)<sep>37,50<sep>5,70<sep>56,80<sep>84,1<sep>1,61<sep>10,6
<tb>(12)<sep>37,50<sep>5,70<sep>56,80<sep>87,8<sep>1,60<sep>11,1
<tb>(13)<sep>37,50<sep>5,70<sep>56,80<sep>89,5<sep>1,61<sep>10,2
<tb>(27)<sep>37,50<sep>8,40<sep>54,10<sep>90,3<sep>1,66<sep>11,4
<tb>(26)<sep>37,50<sep>8,40<sep>54,10<sep>90,6<sep>1,65<sep>13,9
<tb>(26)<sep>37,50<sep>8,40<sep>54,10<sep>80,1<sep>1,65<sep>14, 8
<tb>(25)<sep>37,50<sep>8,40<sep>54,10<sep>n/a<sep>1,66<sep>15,6
<tb>(24)<sep>37,50<sep>8,40<sep>54,10<sep>n/a<sep>1,69<sep>17, 6
<tb><sep><sep><sep><sep><sep><sep>
<tb>Echantillons comp. grain
non-agglomérés<sep>Gain
% vol.<sep><sep><sep><sep><sep>
<tb>38A60-
D25VCF2<sep>37,50<a><sep>2,70<sep>57, 80<sep>75,8<sep>1,60<sep>9,20
<tb>38A60-
D25FCF2<sep>37,50<a><sep>2,70<sep>57, 80<sep>75,8<sep>1,59<sep>9,60
<tb>38A60-
E25VCF2<sep>37,50<a><sep>2,70<sep>56,80<sep>59,6<sep>1,67<sep>19,80
<tb>38A60-
D28CVF2<sep>36,00<a><sep>2,70<sep>59,30<sep>N/a<sep>1,64<sep>15,50a) Pour 37,5% en volume de grain abrasif, les roues comparatives contiennent un pourcentage en volume plus élevé de grain abrasif (c'est-à-dire de 1 à 3% en volume ou plus) que les roues expérimentales réalisées avec 37,5% en volume de grain d'agglomérats, de matériau liant et de porosité intra-agglomérat.
b) La perméabilité au fluide (air) est mesurée par des techniques d'essai décrites dans les brevets U.S. 5 738 696 et 5 738 697, délivrés à Norton Company.
Des valeurs relatives de perméabilité à l'air sont exprimées en cm<3>/s/pouce d'unités d'eau (cm<3>/s/cm d'eau).
c) Des échantillons de roues comparatives sont des produits industriels réalisés chez Saint-Gobain Abrasives Inc., Worcester, MA, et commercialisés avec les désignations de roues indiquées pour chacun dans le Tableau 7-1.
d) Les valeurs pour des pourcentages en volume d'agent de liaison des roues expérimentales n'englobent pas le pourcentage en volume du matériau liant en verre, utilisé dans les grains pour réaliser les agglomérats.
Le pourcentage en volume de l'agent de liaison représente uniquement les matériaux ajoutés pour réaliser les roues de meulage.
[0138] Les roues sont testées dans une opération de meulage à faible vitesse par comparaison avec des roues comparatives du commerce recommandées pour être utilisées dans des opérations de meulage à faible vitesse (les roues comparatives sont décrites dans les Tableaux 7-1 et 7-2).
Les roues comparatives présentent les mêmes dimensions, des qualités de dureté comparables et sont par ailleurs des roues comparatives appropriées pour les roues expérimentales dans une étude de meulage à faible vitesse, mais elles sont réalisées sans agglomérats.
Conditions de meulage
[0139] Machine: Hauni-Blohm Profimat 410
Mode: meulage à faible vitesse
Profondeur de la coupe: 0,125 pouce (0,318 cm)
Vitesse de la roue: 5500 pieds en surface par minute (28 m/s).
Vitesse sur le tableau: modifiée en valeurs progressives de 2,5 pouces/mn (6,4 cm/mn) à partir de 5-17,5 pouces/mn (12,7-44,4 cm/mn) ou jusqu'à ce qu'un endommagement soit observé (combustion de la pièce à usiner ou endommagement de la machine ou bien de la roue)
Agent de refroidissement:
Master Chemical Trim E210 200, à une concentration de 10% avec de l'eau de puits désionisée, 95 ga/mn (360 l/mn)
Matériau de la pièce à usiner: Acier AISI 4340 d'une dureté de 48-50 Rc
Mode de décrassage: diamant rotatif, non-continu
Compensation de décrassage: 40 micropouce/rev (1 micromètre/rev)
Compensation de décrassage radial au total: 0,02 pouce/rev (0,5 mm/rev)
Rapport de vitesse: + 0,8
[0140] Dans ces essais de meulage, la vitesse du tableau est accrue jusqu'à ce qu'un endommagement soit observé. L'endommagement est noté par une combustion de la pièce à usiner ou par une usure excessive de la roue comme indiqué par des mesures de données de puissance, d'usure de roue (WWR), des mesures de finition de surface et d'inspection visuelle de la surface meulée.
La vitesse d'élimination du matériau (MRR maximale) à laquelle un endommagement se produit est notée.
[0141] Comme spécifié dans le tableau 7-2 ci-dessous, ces essais de meulage démontrent que les roues expérimentales contenant les agglomérats sont aptes, de façon uniforme, à réaliser des taux d'élimination maximale de matériau que les roues comparatives. Les roues expérimentales présentent également des valeurs acceptables pour les autres paramètres de meulage, moins critiques, observés dans des opérations de meulage lent (c'est-à-dire WWR, une puissance et une finition de surface au maximum MRR).
Tableau 7-2: Résultats des essais de meulage
[0142]
<tb>Roue
(agglomérats
Echantillons
ex.2, 5)<sep>Composition de la roue volume en %<sep>MRR
maximum
mm<3>/s/mm<sep>WWR
mm<3>/s/mm<sep>Energie spécifique de meulage
J/mm<3><sep>Dureté de surface
Microm
<tb><sep>Agglom
<a><sep>Agent liant<sep>Porosité<sep><sep><sep><sep>
<tb>(10)<sep>37,50<sep>5,70<sep>56,80<sep>16,4<sep>0,27<sep>45,1<sep>1,07
<tb>(11)<sep>37,50<sep>5,70<sep>56,80<sep>13,6<sep>0,14<sep>45,8<sep>1,04
<tb>(12)<sep>37,50<sep>5,70<sep>56,80<sep>16,3<sep>0,43<sep>44,0<sep>1,40
<tb>(12)<sep>37,50<sep>5,70<sep>56,80<sep>13,8<sep>0,14<sep>44,8<sep>1,05
<tb>(13)<sep>37,50<sep>5,70<sep>56,80<sep>13,6<sep>0,24<sep>45,8<sep>1,03
<tb>(27)<sep>37,50<sep>8,40<sep>54,10<sep>16,3<sep>0,21<sep>47,3<sep>0,97
<tb>(26)<sep>37,50<sep>8,40<sep>54,10<sep>13,7<sep>0,17<sep>50,3<sep>0,86
<tb>(26)<sep>37,50<sep>8,40<sep>54,10<sep>11,0<sep>0,09<sep>54,4<sep>0,80
<tb>(25)<sep>37,50<sep>8,40<sep>54,10<sep>13,5<sep>0,12<sep>52,4<sep>0,89
<tb>(24)<sep>37,50<sep>8,40<sep>54,10<sep>10,9<sep>0,08<sep>54, 6<sep>0,77
<tb>Echantillons comparatifs grain non-aggloméré<sep>Grain
% en vol.<sep>Liaison
% en vol.<sep>Porosité
% en vol.<sep><sep><sep><sep>
<tb>JOHN02
38A60-D25
CF2<sep>37,50<sep>4,70<sep>57,80<sep>8,3<sep>0,12<sep>46,7<sep>1,28
<tb>EB030-2
38A60-D25VCF2<sep>37,50<sep>4,70<sep>57,80<sep>10,8<sep>0,14<sep>46,5<sep>1,16
<tb>EB012-2
38A60-E25VCF2<sep>37,50<sep>5,70<sep>56,80<sep>11,0<sep>0,07<sep>58,5<sep>0,67
<tb>JOHN01 38A60-D28VCF2<sep>36,00<sep>4,70<sep>59,30<sep>11,0<sep>0,12<sep>54,7<sep>0,68a) Pour 37,50% en volume de grain abrasif, les roues comparatives contiennent un plus important volume en pourcentage de grain abrasif (c'est-à-dire 1-3% en volume de plus) que les roues expérimentales réalisées avec 37,5% en volume de grain aggloméré, de matériau liant et de porosité intra-agglomérat.
Exemple 8
[0143] Un échantillon de grain abrasif aggloméré (60) est préparé dans l'appareil de calcination rotatif, avec un tube en carbure de silicium, décrit dans l'Exemple 1 et illustré sur la fig. 1. Le procédé d'agglomération est mis en ¼oeuvre sous des conditions atmosphériques à 1350 deg.
C, avec une vitesse de rotation du tube de l'appareil de 9 tpm, un angle d'inclinaison du tube de 3 degrés et une vitesse d'alimentation de 6-10 kg/h.
[0144] L'échantillon d'aggloméré est réalisé à partir d'un mélange de grain abrasif d'alumine 38A, dimension grit 60 (même grain que celui utilisé dans les Exemples 1 et 6), 5,0% en poids de matériau liant F (en se basant sur le poids du grain abrasif) et 2,5% en poids d'agent de liaison 3 dans l'eau (mélange en poids 50/50 en se basant sur le poids du grain abrasif).
[0145] Après agglomération dans l'appareil de calcination rotatif, le grain abrasif aggloméré est tamisé puis testé pour perdre une densité de compactage en vrac (LPD) et d'autres attributs par les techniques décrites ci-dessus.
Le rendement des agglomérats utilisables à écoulement libre (défini en tant que -12 mesh sur le plateau) est de 72,6% de la charge avant frittage. Le LPD de l'agglomérat est de 1,11 g/cm<3> et la densité relative est de 28,9%. Ces agglomérats frittés sont utilisés pour réaliser des roues de meulage ayant une dimension finie de 16,25 X 0,75 X 5,00 pouces (41,3 X 2,4 X 12,8 cm).
[0146] Pour fabriquer les roues abrasives, les agglomérats sont ajoutés à un mélangeur conjointement avec une composition d'agent de liaison vitrifiée en poudre (correspondant au matériau de liaison C du Tableau 1-2) et de l'agent de liaison liquide 3 pour réaliser un mélange. Les roues sont ensuite moulées à partir de ce mélange, séchées, cuites jusqu'à une température maximale de 900 deg.
C, essayées pour la qualité, finies, équilibrées et inspectées selon des techniques de fabrication des roues de meulage à l'échelon industriel, connues dans ce domaine. Les roues sont fabriquées pour correspondre à une valeur de module d'élasticité pour des roues comparatives ayant une qualité de dureté de roue normalisée dans la norme de qualité E sur l'échelle de qualité de dureté de Norton Company.
[0147] Les caractéristiques des roues abrasives cuites et une roue industrielle comparative obtenue de Saint-Gobain Abrasives, Inc., Worcester, MA, sont décrites dans le Tableau 8-1 ci-dessous.
Tableau 8-1 Roues abrasives
[0148]
<tb>Roue
(agglomérats
Echantillons
ex.2, 5)<sep>Composition de la roue volume en %<sep>Perméabilité à l'air<sep>Densité cuite g/cm<3><sep>Mod.
d'élasticité
d/cm<2>X10<10>
<tb><sep>Agglom.<a>
% en vol.<sep>Agent liant <c>
% en vol.<sep>Porosité
% en vol.<sep><sep><sep>
<tb>Expérimental 8-4<sep>37,50<sep>9,88<sep>52,62<sep>90,4<sep>1,66<sep>17,5
<tb>8-11<sep>37,5<sep>9,88<sep>52, 62<sep>87,4<sep>1,66<sep>17,5
<tb>8-17<sep>37,5<sep>9,88<sep>52, 62<sep>88,3<sep>1,66<sep>17,5
<tb>Comparatif<sep>Grain
% vol.<sep>Liaison
% vol.<sep>Porosité
% vol.<sep><sep><sep>
<tb>38A605-
D28VCF2<sep>37,50<sep>5,73<sep>56,77<sep>43,5<sep>1,65<sep>17,3a) Pour un composant à 37,50% en volume de grain abrasif, les roues d'échantillon comparatives renferment un volume plus important de grain abrasif (c'est-à-dire environ 1 à 3% en volume ou plus) que les roues expérimentales de l'invention qui contiennent un mélange de 37,5% en volume de grain aggloméré, de matériau liant et de porosité intra-agglomérée.
b) La perméabilité au fluide (air) est mesurée dans les techniques d'essai décrites dans les brevets U.S. 5 738 696 et 5 738 697, délivrés à Norton Company.
Les valeurs de perméabilité relative à l'air sont exprimées en cm<3>/s/pouce d'unités d'eau (cm<3>/s/cm d'eau).
c) Les valeurs pour un pourcentage volumique de l'agent de liaison ne comportent pas le pourcentage volumique du matériau liant utilisé sur les grains pour fabriquer les agglomérés. Le pourcentage volumique d'agent de liaison représente uniquement les matériaux ajoutés pour fabriquer les roues de meulage.
[0149] Les roues de meulage abrasives décrites dans le Tableau 8-1 sont testées dans un test de meulage à faible vitesse.
Des paramètres pour le test de meulage à faible vitesse sont terminés pour réaliser les conditions de meulage suivantes.
Conditions de meulage
[0150] Machine: Hauni-Blohm Profimat 410
Mode: meulage à faible vitesse
Profondeur de la découpe: 0,125 pouce (0,318 cm)
Vitesse de la roue: 5500 pieds en surface par minute, 28 m/sec)
Vitesse de la table: modifiée en valeurs progressives de 2,5 pouces/mn (6,4 cm/mn) de 5-15 pouces/mn (12,7-38,1 cm/mn) ou jusqu'à ce qu'un endommagement soit observé (combustion de la pièce à usiner ou endommagement de la machine ou de la roue)
Agent de refroidissement:
Master Chemical Trim E210 220 pour une concentration de 10% avec de l'eau de puits désionisée, 95 gallons/mn (360 l/mn)
Matériau de la pièce à usiner: acier AISI 4340, dureté Rc 48-50
Mode de décrassage: diamant rotatif, en non-continu
Compensation de décrassage: 40 micropouces/rev (1 micromètre/rev)
Compensation de décrassage radial total: 0,02 pouce (1/2 mm)
Rapport de vitesse: +0,8
[0151] Dans ces essais de meulage, la vitesse du tableau est accrue jusqu'à ce qu'un endommagement soit observé. L'endommagement est mis en évidence par une combustion de la pièce à usiner ou par des données d'énergie, les mesures d'usure de roue (WWR) et l'inspection visuelle sur la surface meulée. Le taux d'élimination du matériau (MRR) (c'est-à-dire le MRR maximal avant endommagement) auquel l'endommagement se produit est noté.
Les mesures de finition de surface sont également réalisées.
[0152] Comme spécifié dans le Tableau 8-2 ci-dessous, ces essais de meulage démontrent que les roues expérimentales qui contiennent les agglomérats sont aptes à réaliser, de façon uniforme, l'élimination plus élevée de matériau avant la combustion de la pièce à usiner.
Le MRR maximal pour la roue comparative se trouve pour une vitesse de la table de seulement 12,5 pouces/mn (5,29 mm/s), tandis que le MRR d'une roue expérimentale se trouve pour une vitesse de table de 15 pouces/mn (6,35 mm/s).
[0153] Les roues expérimentales présentent également des valeurs comparables et acceptables du point de vue industrielle pour les autres paramètres de meulage observés pour le MRR le plus élevé réalisé par les roues comparatives dans l'opération de meulage lent (c'est-à-dire une puissance et une finition de surface pour une vitesse du tableau de 5,29 mm/s).
Tableau 8-2 Résultats de l'essai de meulage
[0154]
<tb>Echantillon de roue<sep>Vitesse du
tableau mm/s<sep>MRR
mm<3>/s, mm<sep>Puissance
W/mm<sep>Dureté moyenne Microm<sep>Observations sur la qualité de la pièce à usiner
<tb>expérimental<sep><sep><sep><sep><sep>
<tb>8-4<sep>3,18<sep>10,00<sep>403,1<sep>0,80<sep>
<tb><sep>3,18<sep>10,00<sep>411,0<sep>0,80<sep>
<tb><sep>4,23<sep>13,44<sep>516,7<sep>1,04<sep>
<tb><sep>4,23<sep>13,44<sep>516,7<sep>1,04<sep>
<tb><sep>5,29<sep>16,77<sep>614,5<sep>0,93<sep>
<tb><sep>5,29<sep>16,77<sep>638,0<sep>0, 99<sep>
<tb>maximal<sep>6,35<sep>19,89<sep>712,5<sep>0.88<sep>Brûlure
légère en sortie
<tb>8-11<sep>3,18<sep>10,00<sep>403,1<sep>0,90<sep>
<tb><sep>3,18<sep>10,11<sep>395,5<sep>0,86<sep>
<tb><sep>4,23<sep>14,30<sep>516,7<sep>1,00<sep>
<tb><sep>4,23<sep>14,09<sep>508,8<sep>0,93<sep>
<tb><sep>5,29<sep>16,77<sep>634,1<sep>0,86<sep>
<tb><sep>5,29<sep>16, 67<sep>634,1<sep>0,91<sep>
<tb>maximal<sep>6,35<sep>19,89<sep>724,3<sep>0, 97<sep>Brûlure
légère en sortie
<tb>8-17<sep>3,18<sep>10,00<sep>411,0<sep>0,99<sep>
<tb><sep>3,18<sep>10,11<sep>407,20<sep>0,85<sep>
<tb><sep>4,23<sep>13,33<sep>528,4<sep>0, 94<sep>
<tb><sep>4,23<sep>13,33<sep>520,5<sep>0,97<sep>
<tb><sep>5,29<sep>16,67<sep>630,3<sep>0,89<sep>
<tb><sep>5,29<sep>16,56<sep>638,0<sep>0,97<sep>
<tb>maximal<sep>6,35<sep>20,0<sep>716,3<sep>0,99<sep>Brûlure
légère en sortie
<tb>comparatif<sep>2,12<sep>6,77<sep>273, 9<sep>0,77<sep>
<tb><sep>3,18<sep>9,89<sep>391,3<sep>0,79<sep>
<tb><sep>3,18<sep>10,00<sep>395,5<sep>0,95<sep>
<tb><sep>3,18<sep>10,00<sep>399,3<sep>0, 93<sep>
<tb><sep>4,23<sep>13,33<sep>508,8<sep>0,88<sep>
<tb><sep>4,23<sep>13,44<sep>516,7<sep>0,79<sep>
<tb><sep>5,29<sep>16,67<sep>598,9<sep>0,91<sep>Brûlure
sévère à l'entrée
<tb><sep>5,29<sep><sep><sep><sep>"
<tb>Maximal<sep>5,29<sep>16,77<sep>614,5<sep>0,89<sep>"
Exemple 9
[0155] Des roues abrasives fabriquées avec l'échantillon d'agglomérat 35 de l'Exemple 5 sont testées dans un procédé de meulage à alimentation croisée, sur surface sèche, typique des procédés utilisés dans des opérations de meulage en atelier. Une roue abrasive industrielle comparative est comparée aux roues de l'invention dans cet essai.
[0156] Des roues abrasives contenant des agglomérats sont fabriquées par la technique de l'Exemple 8 et cuites jusqu'à une température maximale de 900 deg. C, toutefois, la dimension des roues est de 7 X 0,5 X 1,25 pouce (17,8 X 1,3 X 3,2 cm). Des roues cuites contiennent 40% d'agglomérats, de 11 à 12,1% d'agent de liaison vitrifié et de 47,9 à 49% de porosité, sur une base de pourcentage volumique.
Des conditions de cuisson pour les roues de l'invention et les propriétés des roues abrasives cuites et les roues comparatives sont décrites dans le Tableau 9-1.
Tableau 9-1 Roues abrasives
[0157]
<tb>Roue (dureté de qualité H)<sep>Composition des roues<sep>Perméabilité à l'air<sep>Densité cuite g/cm<3><sep>Mod. d'élasticité GPa
<tb>Agglo.
Expérimentam
de l'Exemple 5
Echantillon no<sep>Agglom.<a>
% en vol.<sep>Agent liant<c>
% en vol.<sep>Porosité
% en vol.<sep><sep><sep>
<tb>35-1<sep>40,0<sep>11,1<sep>48, 9<sep>41,0<sep>1,85<sep>27,2
<tb>35-2<sep>40,0<sep>12,1<sep>47,9<sep>31,1<sep>1,91<sep>30,8
<tb>35-3<sep>40,0<sep>11,1<sep>48,9<sep>58,1<sep>1,80<sep>22,7
<tb>Roue
comparative<sep>Grain % vol.<sep>Liaison % vol.<sep>Porosité % vol.<sep><sep><sep>
<tb>38A60-
H12VBEP<sep>40,0<sep>8,5<sep>51,5<sep>35,7<sep>1,79<sep>26,3a) Pour un composant à 40,0% volumique de grain abrasif, les roues de l'échantillon comparatif contiennent un pourcentage volumique de grain abrasif plus important (voir Tableau 9-2, ci-dessous) que les roues expérimentales de l'invention qui contiennent 40,0% en volume de grains agglomérés (y compris le matériau liant et la porosité intra-agglomérat).
b) la perméabilité à l'air est mesurée par les techniques d'essai décrites dans les brevets U.S. no 5 738 696 et 5 738 697, délivrés à Norton Company.
[0158] Les valeurs pour le pourcentage volumique de l'agent de liaison n'englobent pas le pourcentage volumique du matériau liant vitreux utilisé sur les grains pour réaliser des agglomérats.
Le pourcentage volumique de l'agent de liaison représente uniquement les matériaux ajoutés pour fabriquer les roues de meulage.
[0159] Le pourcentage volumique du grain abrasif et du matériau liant vitreux des agglomérats utilisés dans les roues expérimentales est spécifié dans le Tableau 9-2 ci-dessous.
Tableau 9-2 Composition de la roue pour des composants d'agglomérats
[0160]
<tb>Echantillon
no 5
Agglomérat<sep>% en volume d'agglomérat<sep>% en volume
de matériau
de liaison dans
l'agglom.<sep>% en volume
de grain
dans la roue<sep>% en volume
d'agent de liaison (+ matériau liant) dans la roue<sep>% en volume
porosité
dans la roue
<tb>expérimental<sep><sep><sep><sep><sep>
<tb>35-1<sep>40,0<sep>8,92<sep>36,4<sep>14,7<sep>48, 9
<tb>35-2<sep>40,0<sep>8,92<sep>36,4<sep>15,7<sep>47,9
<tb>35-3<sep>40,0<sep>4, 67<sep>38,1<sep>13,0<sep>48,9
<tb>comparatif
<a><sep>-<sep>-<sep>40,0<sep>8,5<sep>51,5a. Pour 40,0% en volume de grain abrasif, les roues comparatives contiennent un pourcentage volumique plus élevé de grain abrasif (c'est-à-dire 1-3% en volume ou plus) que les roues expérimentales réalisées avec 40,0% en volume de grain aggloméré, de matériau liant et de porosité intra-agglomérat.
Conditions de meulage
[0161] Machine:
Meuleuse en surface de Brown & Sharpe
Mode: meulage en surface à sec
Alimentation croisée: 0,508 mm
Vitesse de la roue: 3500 tpm; 6500 sfpm
Vitesse du tableau: 50 fpm (15240 mm/mn)
Agent de refroidissement: aucun
Matériau de la pièce à usiner: acier D3, dureté Rc 60, 203,2 mm de long X 47,8 mm de large
Mode de décrassage: diamant à pointe unique
Décrassage comp: 0,025
Avance de décrassage: 254 mm/mn.
[0162] Dans ces essais de meulage, l'alimentation vers le bas est accrue jusqu'à ce qu'un endommagement soit observé. Dans les opérations de meulage superficielles en atelier, comme dans les opérations de meulage à vitesse lente, le paramètre de performance le plus significatif est le taux d'élimination de matériau maximal (MRR), c'est-à-dire l'aptitude de la roue de meulage.
Ainsi, un MRR maximal pour lequel se produit un endommagement de meulage est noté pour chaque roue de meulage et l'enlèvement est mis en évidence par des observations visuelles de combustion de la pièce à usiner, une puissance excessive ou bien par un taux excessif d'usure de la roue (WWR). Des mesures du finissage de surface sont également réalisées.
[0163] Comme spécifié dans les Tableaux 9-3 et 9-4 ci-dessous, cet essai de meulage démontre que les roues expérimentales qui contiennent les agglomérats, réalisées de façon uniforme présentent des taux d'élimination de matériau maximale plus élevée avant destruction de la roue par usure.
En outre, les MRR sont réalisés avec une puissance plus faible tout en maintenant des valeurs de dureté en surface comparables.
Tableau 9-3 Résultats des essais de meulage
[0164]
<tb>Echantillon de roue<sep>Plongée totale mm<sep>MRR mm<3>/s, mm<sep>Rapport G
MRR/WRR<sep>Energie
spécifique
W.s/mm<3><sep>Fini de surface Ra en nanomètre (Micropouce)
<tb>Expérimental<sep><sep><sep><sep><sep>
<tb>35-1<sep>0,102<sep>19,0<sep>9,00<sep>81,9<sep>635 (25)
<tb><sep>0,152<sep>21,0<sep>7,51<sep>79,5<sep>508 (20)
<tb>0,203<sep>26,1<sep>7, 95<sep>64,5<sep>610 (24)
<tb>0,254<sep>34,2<sep>7, 62<sep>55,7<sep>559 (22)
<tb>0,305<sep>42,9<sep>6,85<sep>44,4<sep>737 (29)
<tb>0,356<sep>50,3<sep>6,89<sep>42, 9<sep>483 (19)
<tb><sep>0,406<sep>51,0<sep>6,39<sep>41,4<sep>762 (30)
<tb>0,457<sep>64,5<sep>6,86<sep>38,1<sep>533 (21)
<tb>0,559<sep>69, 4<sep>5,75<sep>35,9<sep>711 (28)
<tb>0, 660<sep>89,4<sep>6,19<sep>30,0<sep>610 (24)
<tb>35-2<sep>0,102<sep>17, 1<sep>12,82<sep>86, 6<sep>584 (23)
<tb><sep>0,203<sep>28,1<sep>9,24<sep>62,8<sep>660 (26)
<tb>0,305<sep>41, 9<sep>7,90<sep>51, 1<sep>711 (28)
<tb>0,406<sep>56,8<sep>6, 95<sep>40,2<sep>813 (32)
<tb>0,508<sep>64,8<sep>5,73<sep>38,1<sep>762 (30)
<tb>0, 610<sep>83,5<sep>5,61<sep>35,1<sep>838 (33)
<tb>35-3<sep>0,102<sep>12,3<sep>7,13<sep>137,5<sep>305 (12)
<tb><sep>0,203<sep>26,5<sep>8,09<sep>67, 9<sep>305 (12)
<tb>0,305<sep>41,3<sep>7,68<sep>47,7<sep>406 (16)
<tb>0,406<sep>54,2<sep>6,54<sep>41, 6<sep>406 (16)
<tb>0,508<sep>67,1<sep>5,84<sep>34,7<sep>584 (23)
<tb>Comparatif<sep><sep><sep><sep><sep>
<tb>38A60-
H12VBE<sep>0,102<sep>16,5<sep>9,48<sep>98,6<sep>280 (11)
<tb>0,203<sep>27,4<sep>8,55<sep>60,9<sep>381 (15)
<tb>0,305<sep>41,9<sep>6,80<sep>46, 6<sep>432 (17)
<tb>0,406<sep>51, 9<sep>5,92<sep>39,7<sep>457 (18)
<tb>0,508<sep>52,9<sep>4,02<sep>43,8<sep>635 (25)
Tableau 9-4 Résultats des essais de meulage - Mesures de l'usure de la roue<a>
[0165]
<tb>Echant. De roue<sep>Plongée
totale
mm<sep>A
mil<sep>B
mil<sep>C
mil<sep>D
mil<sep>Surface mm<2><sep>% d'usure de la roue
<tb>Expérimental<sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep>
<tb>35-1<sep>0,102
0,660<sep>0,0033
0,0151<sep>0,0038
0,0148<sep>0,1115
0,2026<sep>0,1424
0,2283<sep>0,2932
2,0768<sep>53
90
<tb>35-2<sep>0,102
0,610<sep>0,0027
0,0146<sep>0,0029
0,0149<sep>0,0879
0,2161<sep>0,1149
0,2248<sep>0,0020
2,0982<sep>42
90
<tb>35-3<sep>0,102
0,508<sep>0,0031
0,0119<sep>0,0028
0,0117<sep>0,1083
0,1835<sep>0,1434
0,2402<sep>0,2378
1,6110<sep>53
89
<tb>Comp.<sep><sep><sep><sep><sep><sep><sep>
<tb>38A60-
H12VBE<sep>0,102
0,508<sep>0,0035
0,0119<sep>0,0033
0,0115<sep>0,1117
0,2170<sep>0,1053
0,2701<sep>0,2382
1,8350<sep>43
96a) L'usure de la roue est mesurée par une variante de la technique ("essai de maintien en coin") décrit dans le brevet U.S. no 5 401 284, délivré à Norton Company. Pour les données dans ce tableau, les valeurs A et D sont mesurées au niveau du périmètre de la roue, conjointement avec la face de meulage de la roue, et les valeurs B et C sont mesurées à des points équidistants au voisinage du centre de la face de meulage de la roue. A mesure que le meulage progresse, la stabilité relative des valeurs A et D, par comparaison aux valeurs B et C, est un indicateur de la résistance à l'usure de la roue. La "surface" est la quantité de matériau éliminé à partir de la roue.
L'usure de la face de la roue en pour cent reflète la largeur de l'usure de la roue au niveau du centre de la face de meulage de la roue, au voisinage des points où les valeurs B et C sont mesurées.
Exemple 10
[0166] Des roues abrasives réalisées avec des agglomérats de grains abrasifs sont testées dans un dispositif d'essai pour meulage de diamètre interne (ID).
[0167] Des agglomérats (échantillon 61) sont préparés tels que décrits dans l'exemple 2 sauf que la température est maintenue constante à 1170 deg. C (échantillon 61). En outre, un appareil de calcination rotatif modèle noKOU-8D48-RTA-20, équipé d'un tube en carbure de silicium de 108 pouces (274 cm) de long, pour un diamètre interne de 8 pouces (20 cm), ayant une longueur chauffée de 48 cm (122 cm) avec trois zones de contrôle de température, est utilisé.
Cet appareil est fabriqué par Harper International, Buffalo, New York. Le procédé d'agglomération est mis en ¼oeuvre sous les conditions atmosphériques, avec une vitesse de rotation du tube de l'appareil de 6 tpm, un angle d'inclinaison du tube de 2,5-3,0 degrés, et une vitesse d'alimentation de 8-10 kg/h. L'appareil utilisé est sensiblement identique à l'appareil illustré sur la fig. 1.
[0168] L'échantillon d'agglomérat 61 est réalisé avec 30 Ibs (13,63 kg) de grain abrasif (grain d'alumine 32A grit 120, obtenu chez Saint-Gobain Ceramics and Plastics, Inc.) et 1,91 lb. (0,87 kg) de matériau liant A (pour obtenir 6,36% en poids de matériau liant dans l'aggloméré fritté). Le matériau liant est dispersé dans l'eau (0,9 lb; 0,41 kg) avant l'addition du grain.
Les agglomérats présentent une dimension moyenne de 260 micromètres et une densité de compactage en vrac (LPD) de 1,13 g/cm<3>.
[0169] Une roue abrasive comparative du commerce est comparée aux roues de l'invention dans cet essai. La roue comparative a les mêmes dimensions et est réalisée avec le même grain abrasif, mais sans agglomérats. La roue comparative est commercialisée sous la dénomination 32A120-LVFL et est obtenue chez Saint-Gogain Abrasives, Inc., Worcester, MA.
[0170] Pour fabriquer la roue abrasive expérimentale, les agglomérats sont ajoutés à un dispositif de mélange conjointement avec une composition d'agent de liant vitrifié en poudre, et un agent liant 3 pour réaliser un mélange. Les roues sont ensuite moulées à partir de ce mélange, séchées, cuites jusqu'à une température maximale de 900 deg.
C, nominées pour sa qualité, finies, équilibrées et inspectées selon des techniques industrielles de fabrication de roues de meulage, connues dans ce domaine.
[0171] Les roues de meulage sont des roues de type 1A, ayant une dimension finie de 1,8 X 1,0 X 0,63 pouce (4,57 X 2,54 X 1,60 cm). La composition est caractéristique des roues expérimentales et comparatives sont spécifiées ci-dessous dans le Tableau 10-1.
Tableau 10-1 Roues abrasives
[0172]
<tb>Echantillon<sep>Composition de la roue volume en %<sep>Qualité dureté de la roue<sep>Densité cuite g/cm<3><sep>Mod. d'élasticité Gpa
<tb><sep>Agglom. <a>
% en vol.<sep>Agentliant <c>
% en vol.<sep>Porosité
% en vol.<sep><sep><sep>
<tb>Roue
expérimentale<sep><sep><sep><sep><sep><sep>
<tb>32A120<sep>48<sep>10,26<sep>41,74<sep>L<sep>2,08<sep>42,1
<tb>Roue
comparative <a,b><sep><sep><sep><sep><sep><sep>
<tb>32A120LVFL<sep>52<sep>8,11<sep>39,89<sep>L<sep>2,23<sep>50,9a) Pour un composant à 52% en volume de grain abrasif, les roues d'échantillon comparatives contiennent un pourcentage volumique plus important de grain que les roues de l'invention qui contiennent 48% en volume d'un mélange de grain aggloméré avec un matériau liant. Après déduction du pourcentage de matériau liant, la roue expérimentale contient seulement 43,4% en volume de grain, 8,6% en volume plus faible de grain que la roue normalisée comparative de la même qualité.
b) Dimension de petites particules de grain abrasif de 120 correspondant à 142 micromètres.
c) Des valeurs pour le pourcentage volumique de l'agent de liaison ne comportent pas le pourcentage volumique du matériau liant utilisé sur les grains pour réaliser les agglomérats.
Le pourcentage en volume de l'agent de liaison représente uniquement les matériaux ajoutés pour fabriquer les roues de meulage.
[0173] Des roues de meulage abrasives décrites dans le Tableau 10-1 sont testées dans un appareil d'essai de meulage de diamètre interne (ID). Des paramètres pour l'essai de meulage ID sont déterminés pour obtenir les conditions de meulage suivantes.
Conditions de meulage
[0174] Machine: Machine de meulage ID Okuma
Mode: Meulage ascentionnel, à immersion ID humide
Vitesse de la roue: 1800 tpm
Vitesse d'usinage: 600 tpm
Agent de refroidissement: Master Chemical Trim E210, 5% dans de l'eau de puits désionisée
Matériau de la pièce à usiner:
Acier 52100, dureté Rc 60
Anneaux: 2,225 X 0,50 pouce (5,65 X 1,28 cm)
Mode de décrassage: diamant rotatif à pointe unique
Rapport de décrassage: 0,650.
Avancée de décrassage: 0,304 mm/rev.
[0175] Dans ces essais, trois séries de meulage sont mises en ¼oeuvre selon des vitesses d'alimentation constantes et cinq meulages sont mis en ¼oeuvre pour chaque série. La vitesse d'alimentation établit un taux d'élimination nominale du matériau pour chaque essai. Dans des opérations de meulage ID, les paramètres de performance les plus significatifs sont le rapport G (MRR/taux d'usure de la roue (WWR)), l'énergie spécifique nécessaire pour meuler à un rapport d'alimentation de la série et le fini de surface obtenu.
Les données dans le tableau ci-dessus sont fournies pour chaque série de vitesse d'alimentation; données de fini de surface représentent la valeur après le cinquième meulage de chaque série.
[0176] Comme spécifié dans le Tableau 10-2 ci-dessous, ces essais de meulage démontrent que la performance de la roue expérimentale contenant les agglomérats est comparable à, ou meilleure que, que la roue comparative dans le rapport G (MRR/taux d'usure de la roue (WWR)), l'énergie spécifique de meulage et le fini de surface. Ces résultats sont surprenants à la vue du pourcentage volumique notablement plus faible du grain abrasif dans la roue expérimentale. Dans les structures normales de la roue, le % volumique du grain abrasif est la variable la plus notable pour déterminer le rapport G.
En l'absence d'autres variables, une teneur plus élevée en grain se traduit par un rapport G proportionnellement plus élevé. Une réduction dans le pourcentage volumique du grain est nécessaire pour réaliser le même ou un meilleur rapport G représente une amélioration technique notable dans l'outil abrasif.
Tableau 10-2 Résultats des essais de meulage
[0177]
<tb>Echantillon
de roue<sep>Plongée totale mm<sep>MRR mm<3>/s,
mm<sep>Rapport G
MRR/WRR<sep>Energie
spécifique de meulage
W.s/mm<3><sep>Fini de surface Ra
<tb>Comparatif<sep><sep><sep><sep><sep>
<tb>32A120LVFL<sep>1,10<sep>3,25<sep>50,5<sep>52,1<sep>0,72
<tb><sep>1,83<sep>5,45<sep>59, 4<sep>49,4<sep>0,84
<tb><sep>2,54<sep>7,66<sep>42,5<sep>49, 1<sep>1,19
<tb>expérimental<sep><sep><sep><sep><sep>
<tb>32A120<sep>1,10<sep>3,25<sep>65,8 (78,8)<sep>52,1<sep>0,82
<tb><sep>1,83<sep>5,45<sep>55,0 (65,9)<sep>48,3<sep>1,02
<tb><sep>2,54<sep>7,66<sep>42,9 (51,4)<sep>45, 9<sep>1, 18a. Le rapport G donné (pour la roue expérimentale est une valeur réglée pour le pourcentage volumique plus petit du grain abrasif dans la roue expérimentale. En d'autres termes, le pourcentage volumique du grain dans les roues expérimentales est seulement de 83,46% du pourcentage volumique du grain dans les roues comparatives.
Ainsi, les valeurs du rapport G pour les roues expérimentales dans les parenthèses ont été normalisées au pourcentage volumique du grain dans les roues comparatives afin d'obtenir une mesure de performance basée sur l'utilisation totale du grain abrasif.
Exemple 11
[0178] Le grain abrasif aggloméré de l'invention est utilisé pour fabriquer de grandes roues abrasives afin de confirmer leur faisabilité de fabrication de roues de ce type sans l'utilisation d'inducteurs de pores ajoutés et en utilisant de telles roues dans un meulage à faible vitesse.
[0179] Le grain abrasif aggloméré (échantillon 62) est préparé dans l'appareil de calcination rotatif avec un tube au carbure de silicium décrit dans l'Exemple 1 et illustré sur la fig. 1. Le procédé d'agglomération est mis en ¼oeuvre sous les conditions d'atmosphériques à 1350 deg.
C avec une vitesse de rotation du tube de l'appareil de 9 tpm, un angle d'inclinaison du tube de 3 degrés et une vitesse d'alimentation de 6-10 kg/h.
[0180] L'échantillon de grain d'agglomérat 62 est réalisé à partir d'un mélange 50/50 de grain abrasif d'alumine 32A et 38A, toutes les deux de dimension grit 60 (même grain qu'utilisé dans les Exemples 1 et 6), 5,0% en poids de matériau liant E (en se basant sur le poids du grain abrasif) et 2,5% en poids d'agent liant 3 (mélange 50/50 en poids dans de l'eau en se basant sur le poids du grain abrasif).
[0181] Après agglomération dans l'appareil de calcination rotatif, les échantillons de grain abrasif aggloméré sont tamisés et testés pour leur densité de compactage en vrac (LPD) et d'autres attributs par les techniques décrites ci-dessus.
Le rendement de granulés utilisables à écoulement (défini en tant que -12 mesh sur le plateau) est de 74,1% du poids total de la charge avant calcination. Le LPD de l'agglomérat est de 1,14 g/cm<3> et la densité relative est de 30,0%.
[0182] Les agglomérats frittés sont utilisés pour fabriquer des roues de meulage pour meulage lent relativement grandes (par exemple de 20 pouces de diamètre (50,8 cm)). Des roues comparatives de cette dimension sont habituellement réalisées avec de l'alumine en bulle ou d'autres inducteurs de pores à cellules solides ou fermées en tant qu'adjuvants pour raidir la structure et pour éviter une distorsion de la forme de la roue à partir de l'affaissement pendant la cuisson à mesure que l'agent de liaison vitrifié fond et s'écoule.
L'alumine en boule est particulièrement efficace pour éviter l'affaissement mais elle est inappropriée dans la performance de meulage dans la mesure où elle crée une porosité des cellules closes.
[0183] Pour fabriquer les roues abrasives expérimentales, les agglomérats sont ajoutés à un dispositif du mélange conjointement avec une composition d'agent de liaison vitrifié en poudre (correspondant au matériau liant C du Tableau 2) et l'agent liant liquide 3 pour réaliser un mélange. Les roues sont ensuite moulées à partir de ce mélange, séchées, cuites jusqu'à une température maximale de 900 deg. C, déterminées en fonction de leur qualité, finies, équilibrées et inspectées selon les techniques de fabrication industrielles de roues de meulage, connues dans ce domaine.
Les roues cuites sont ensuite finies jusqu'à une dimension de 20 X 1 X 8 pouces (50,8 X 2,5 X 20,3 cm). Un degré modéré, mais acceptable du point de vue industrielle, d'affaissement des roues expérimentales est observé pendant la cuisson des roues.
[0184] Les roues sont conçues pour correspondre en composition de pourcentage volumique et en densité à des roues industrielles comparatives ayant une qualité de dureté normalisée de roue entre les qualités C et D sur l'échelle de qualité de dureté de Norton Company.
[0185] Les caractéristiques des roues de meulage abrasives expérimentales et comparatives finies, sont décrites dans le Tableau 11-1 ci-dessous.
Bien que les pourcentages de composition de roues et les densités ont été prédits pour des roues ayant des valeurs de dureté de roue équivalentes, en fait, le module d'élasticité confirme que les roues expérimentales sont d'une qualité plus tendre que les roues comparatives. Les valeurs de perméabilité à l'air montrent que la porosité de la roue expérimentale, par contraste à celle de la roue comparative, est une porosité ayant une perméabilité ouverte, ce qui permet un écoulement libre du réfrigérant sur la roue et une élimination facile des débris de meulage à partir de la face de meulage de la roue.
Tableau 11-1 Roues abrasives
[0186]
<tb>Echantillon de roue<sep>Composition des roues<sep>Perméabilité à l'air<sep>Densité cuite
g/cm<3><sep>Mod. d'élasticité
d/cm<2>X10<10>
<tb><sep>Agglom.<a>
% en vol.<sep>Agent liant<c>
% en vol.<sep>Porosité
% en vol.<sep><sep><sep>
<tb>Agglo.
Expérimental
de l'Exemple
62<sep>36,0<sep>7,03<sep>56,97<sep>74,9<sep>1,52<sep>10,24
<tb>Comparatif<sep>Grain
% vol.<sep>Liaison
% vol.<sep>Porosité
% vol.<sep><sep><sep>
<tb>32A605-
D28VCF2<sep>36,00<sep>5,60<sep>58,50<sep>46,2<sep>1,52<sep>14,01
[0187] Pour un composant à 36,0% en volume de grain abrasif, les roues d'échantillon comparatives contiennent un grain de volume plus important en pourcentage (c'est-à-dire d'environ 1-2% en volume de plus) que les roues de l'invention qui contiennent un mélange de 36,0% en volume d'une combinaison de grain aggloméré et de matériau liant.
[0188] La perméabilité au fluide (air) est mesurée par les techniques d'essai décrites dans les brevets U.S. 5 738 696 et 5 738 697, délivrés à Norton Company.
Les valeurs de perméabilité relative à l'air sont exprimées en cm<3>/s/pouce des unités d'eau.
[0189] Les roues sont testées dans l'opération de meulage à faible vitesse décrites dans l'Exemple 7 conjointement avec la roue de meulage comparative à faible vitesse décrite dans le Tableau 11-2. La roue comparative est un produit industriel normalisé disponible chez Saint-Gobain Abrasives, Inc., Worcester, MA. Elle a les mêmes dimensions et est par ailleurs comparable aux roues expérimentales, mais a été fabriquée avec un matériau de charge à base d'alumine en bulle, et aucun aggloméré de grain abrasif.
Tableau 11-2 Résultats des essais de meulage
[0190]
<tb>Echantillon de roue<sep>Vitesse du tableau
mm/s<sep>MRR mm<3>/s, mm<sep>Energie spécifique
J/mm<3>
<tb>Comparatif<sep>2,1<sep>6,7<sep>56,6
<tb><sep>3,2<sep>10,0<sep>47,0
<tb><sep>5,3<sep>16,5<sep>39,2
<tb>Expérimental<sep>2,1<sep>6,7<sep>55,7
<tb><sep>3,2<sep>10,0<sep>46,5
<tb><sep>5,3<sep>16,7<sep>40,0
[0191] Ces résultats démontrent la faisabilité de fabrication et d'utilisation de la roue de meulage à faible vitesse des dimensions testées sans l'utilisation d'un matériau de charge à porosité close, telle qu'une alumine à bulle.
Exemple 12
[0192] La distribution dimensionnelle des agglomérats est comparée avant et après le moulage des roues de meulage abrasives de l'invention pour examiner l'intégrité et la résistance mécanique des agglomérats dans les procédés de fabrication des roues abrasives.
La distribution dimensionnelle des agglomérats est ensuite comparée avec la distribution dimensionnelle du grain abrasif du grain utilisé pour fabriquer des agglomérats afin de confirmer que les agglomérats comportent en outre une pluralité de grains abrasifs après moulage des roues de meulage.
[0193] Des agglomérats (échantillons no 63, 64, 65) sont préparés tels que décrits dans l'Exemple 2, sauf que la température est maintenue constante à 1200 deg. C (pour les échantillons 63 et 64) ou à 1300 deg. C (échantillon 65).
EN outre, un appareil de calcination rotatif (modèle Bartlett-Snow<TM>), fabriqué par Alstom Power, Naperville, IL, équipé d'un tube d'alliage métallique à haute température de 120 pouces (305 cm) de long, 6,5 pouces -16,5 cm) de diamètre interne, ayant une longueur chauffée de 72 pouces (183 cm) avec quatre zones de contrôle de température, est utilisé. Le procédé d'agglomération est mis en ¼oeuvre sous des conditions atmosphériques, avec une vitesse de rotation du tube de l'appareil de 9 tpm, un angle d'inclinaison du tube de 2,5 degrés et une vitesse d'alimentation de 10-14 kg/h.
L'appareil utilisé est pratiquement identique à l'appareil utilisé sur la fig. 1.
[0194] Des échantillons d'agglomérats 63, 64 et 65 sont réalisés avec des grains abrasifs obtenus chez Saint-Gobain Ceramics and Plastics Inc. et différents matériaux liants sont décrits dans le Tableau 12-1 ci-dessous.
Tableau 12-1 Compositions des agglomérats
[0195]
<tb>Echant. N <sep>Grain abrasif
Mélange en pourcentage pondéral
Dimension grit
Type de grain<sep>Matériau liant<sep>% en poids du matériau liant
<tb>63<sep>70/30% en poids
d'alumine 86A grit 46 et
d'alumine sol gel NortonSG<(RTM)>
grit 46<sep>C<sep>4,5
<tb>64<sep>50/50% en poids
d'alumine 32A grit 46 et
d'alumine sol gel Norton SG<(RTM)>
grit 46<sep>C<sep>4,5
<tb>65<sep>Alumine 55A grit 46<sep>A<sep>4,5
[0196] Les roues expérimentales sont mélangées et moulues selon la dimension et la forme décrites dans l'Exemple 10, en utilisant une composition d'agent de liaison vitrifiant en poudre et l'agent liant liquide 3. La composition d'agent de liaison utilisée pour les roues contenant des agglomérats 63 et 64 correspond au matériau liant C, et pour des roues contenant l'agglomérat 65 correspond au matériau liant E, décrits dans le Tableau 2.
Le pourcentage volumique des agglomérats, l'agent de liaison et la porosité sont décrits dans le Tableau 12-2 ci-dessous.
[0197] Après moulage, les roues sous pression pour obtenir une roue "verte" et avant de cuire ces roues moulées, les matériaux d'agent de liaison pour roues sont lavés pour éliminer la structure de roue verte sous de l'eau courante et les agglomérats et le grain abrasif sont récupérés. La dimension des agglomérats et du grain récupéré sont déterminés en les tamisant à travers une série de tamis à mesh de la dimension des tamis US et en mesurant la fraction pondérale de chaque tamis.
Les résultats sont représentés sur le Tableau 12-2 ci-dessous pour des roues fabriquées pour trois spécifications différentes.
Tableau 12-2: Distribution dimensionnelle d'agglomérats à la suite du moulage de la roue
[0198]
<tb>Echant.
N <sep>% vol.
d'aggl.<sep>% vol.
de l'agent liant<sep>% vol.
de pores<sep>Dim.
initiale moyenne de grain Microm<sep>Dim.
Initiale moyenne de l'aggl. Microm<sep>Distribution
de dim.
initiale
d'aggl. Gamme Microm<sep>Dim.
Moyenne de l'agg.
après moulage
et
lavage Microm<sep>Distribution
dimens. de
l'aggl.
moulé gamme Microm
<tb>12-1<sep>40<sep>11,55<sep>48,45<sep>355<sep>998<sep>500-1700<sep>824<sep>355-1200
<tb>12-2<sep>40<sep>11,55<sep>48,45<sep>355<sep>920<sep>500-1700<sep>767<sep>355-1200
<tb>12-3<sep>40<sep>8,5<sep>51,50<sep>355<sep>1035<sep>500-1700<sep>863<sep>355-1200
[0199] Les données du Tableau 12-2 démontrent à partir des dimensions moyennes des agglomérats frittés, (avant et après le traitement) qu'une pluralité de grains abrasifs ont été conservés dans les agglomérats frittés après qu'ils aient été moulés pour former une roue de moulage.
Bien que la dimension initiale des agglomérats ait été réduite par un pourcentage mineur (par exemple une chute de 998 à 824 Microm, ou bien une réduction de 17% pour l'échantillon 12-1), la majorité des agglomérats ont conservé leur dimension initiale.
[0200] La distribution des fractions pondérales après tamisage de chaque échantillon est donnée dans les Tableaux 12-2a, 12-2b et 12-2c ci-dessous pour les échantillons 12-1, 12-2 et 12-3, respectivement.
Tableau 12-2a: Distribution dimensionnelle des particules pour l'échantillon 12-1
[0201]
<tb><sep><sep>% en poids sur le tamis
<tb>Tamis no ASTM-E<sep>Tamis no ISO 565<sep>Distribution dimensionnelle initiale en grit<sep>Distribution dimensionnelle initiale<sep>Distribution dimensionnelle de l'agglo. après moulage
<tb>70<sep>212<sep>0<sep><sep>
<tb>60<sep>250<sep>5<sep><sep>
<tb>50<sep>300<sep>28<sep><sep>
<tb>45<sep>355<sep>53<sep><sep>5,7
<tb>40<sep>425<sep>14<sep><sep>2,9
<tb>35<sep>500<sep><sep>1,1<sep>6,0
<tb>30<sep>600<sep>0<sep>3,4<sep>11,1
<tb>25<sep>725<sep><sep>8,7<sep>15,8
<tb>20<sep>850<sep><sep>18,2<sep>21,2
<tb>18<sep>1000<sep><sep>29,0<sep>20,9
<tb>16<sep>1180<sep><sep>37,9<sep>16,5
<tb>-10/+12<sep>1700<sep><sep>0,9<sep>0
[0202] Les données dans le Tableau 12-2a montrent que les grains simples les plus grands dans la distribution de dimension de l'échantillon grit initiale sont de 425 Microm de dimension. Les données initiales de distribution de dimension des agglomérats montrent que tous les agglomérats sont plus grands que 425 Microm. Après moulage et lavage, les agglomérats comprimés, retenus, sont tous plus grands que 300 Microm et 91,4% en poids des agglomérats sont plus grands que le grain unique le plus grand (425 Microm), en confirmant la conservation d'une pluralité de grains dans les agglomérats frittés après moulage d'une roue de meulage comportant les agglomérats.
Tableau 12-2b: Distribution dimensionnelle des particules pour l'échantillon 12-2
[0203]
<tb><sep><sep>% en poids sur le tamis
<tb>Tamis no ASTM-E<sep>Tamis no ISO 565<sep>Distribution dimensionnelle initiale en grit<sep>Distribution dimensionnelle initiale<sep>Distribution dimensionnelle de l'agglo. après moulage
<tb>70<sep>212<sep>0<sep><sep>
<tb>60<sep>250<sep>5<sep><sep>
<tb>50<sep>300<sep>28<sep><sep>0
<tb>45<sep>355<sep>53<sep>0<sep>6,3
<tb>40<sep>425<sep>14<sep>0,2<sep>2,3
<tb>35<sep>500<sep><sep>1,0<sep>6,2
<tb>30<sep>600<sep>0<sep>5,4<sep>14,1
<tb>25<sep>725<sep><sep>15,1<sep>21,9
<tb>20<sep>850<sep><sep>28,3<sep>25,8
<tb>18<sep>1000<sep><sep>31,2<sep>17,3
<tb>16<sep>1180<sep><sep>18,8<sep>6,0
<tb>-10/+12<sep>1700<sep><sep>0<sep>0
[0204] Les données dans le Tableau 12-2b montrent que les grains uniques les plus grands dans la distribution dimensionnelle de l'échantillon initiale grit sont de 425 um de dimension. Les données initiales de distribution de dimension des agglomérats montrent que 99,8% en poids des agglomérats sont plus grands que 425 Microm. Après moulage et lavage, les agglomérats conservés, comprimés, sont tous plus grands que 300 Microm et 91,4% en poids des agglomérats sont plus grands que le grain simple le plus grand (425 Microm), en confirmant la rétention de la pluralité de grains après moulage.
Tableau 12-2c: Distribution dimensionnelle des particules pour l'échantillon 12-3
[0205]
<tb><sep><sep>% en poids sur le tamis<sep>
<tb>Tamis no ASTM-E<sep>Tamis no ISO 565<sep>Distribution dimensionnelle initiale en grit<sep>Distribution dimensionnelle initiale<sep>Distribution dimensionnelle de l'agglo. après moulage
<tb>70<sep>212<sep>0<sep><sep>
<tb>60<sep>250<sep>5<sep><sep>
<tb>50<sep>300<sep>28<sep><sep>0
<tb>45<sep>355<sep>53<sep>0<sep>7,2
<tb>40<sep>425<sep>14<sep>2,5<sep>2,9
<tb>35<sep>500<sep><sep>1,3<sep>5,1
<tb>30<sep>600<sep>0<sep>2,7<sep>8,5
<tb>25<sep>725<sep><sep>5,8<sep>11,8
<tb>20<sep>850<sep><sep>12,3<sep>17,2
<tb>18<sep>1000<sep><sep>24,3<sep>21,5
<tb>16<sep>1180<sep><sep>49,1<sep>25,8
<tb>-10/+12<sep>1700<sep><sep>1,9<sep>0
[0206] Les données dans le Tableau 12-2c montrent que les grains simples les plus grands dans la distribution dimensionnelle de l'échantillon initiale grit sont de 425 Microm de dimension. Les données initiales de distribution dimensionnelle des agglomérés montrent que 97,5% en poids des agglomérés sont plus grands que 425 Microm. Après moulage et lavage, les agglomérats conservés, comprimés sont tous plus grands que 300 Microm et 89,9% en poids des agglomérats sont plus grands que le grain unique le plus grand (425 Microm), en confirmant la rétention d'une pluralité de grains après moulage.
[0207] Ces résultats démontrent que les agglomérats réalisés selon l'invention présentent une résistance mécanique suffisante pour résister aux opérations industrielles de moulage et de manutention de la roue abrasive.
Les grains abrasifs présents dans la roue moulée conservent une structure tridimensionnelle caractéristique des agglomérats initiaux de grains abrasifs. Un pourcentage majeur (c'est-à-dire d'au moins 85% en poids) des agglomérats conserve une pluralité de grains abrasifs maintenus dans une forme tridimensionnelle d'approximativement la même dimension que la dimension initiale des agglomérats frittés après manutention et moulage.
Exemple 13
[0208] Les structures de roues de grain abrasif réalisées avec les agglomérats de l'invention sont comparées sous un microscope électronique à balayage aux structures des roues de meulage comparatives.
Les roues comparatives sont réalisées sans les agglomérats, mais sont constituées du même grain abrasif et des mêmes matériaux de liaison dans les mêmes pourcentages volumiques du grain, de l'agent de liaison et de la porosité que les roues de meulage de l'invention.
[0209] Des agglomérats (échantillon no 66) sont préparés tels que décrits dans l'Exemple 10, sauf que la température est maintenue constante à 1150 deg. C.
[0210] L'échantillon d'agglomérats 66 est réalisé avec 150 lbs (68,04 kg) de grain abrasif (grain d'alumine 32A grit 80, obtenu chez Saint-Gobain Ceramics and Plastics Inc.) et 10,23 lbs (4,64 kg) de matériau liant C (pour obtenir 6,82% en poids de matériau liant dans l'agglomérat fritté).
Le matériau liant est dispersé dans l'agent liant 3 (3,75 lbs; 1,701 kg) avant l'addition au grain.
[0211] Des roues expérimentales sont réalisées telles que décrites dans l'Exemple 10 à partir de l'échantillon d'agglomérats 66. Des roues industrielles comparatives fabriquées en tant que 32A80L8VFL, obtenues chez Saint-Gobain Abrasives Inc., sont choisies à titre de comparaison.
[0212] Une photographie d'une coupe transversale de chaque groupe est prise selon une grandeur de 40X. Ces photographies sont représentées sur les fig. 2 (roue expérimentale avec les agglomérés) et 3 (roue comparative sans agglomérats). On peut voir que les agglomérats et les pores sont conformés et dimensionnés de façon irrégulière et aléatoire. La roue comparative présente une structure beaucoup plus en ordre et régulière.
Il est possible d'observer deux types de pores dans les roues fabriquées avec les agglomérats: des pores intra-agglomérats et des pores plus grands inter-agglomérats apparaissant en tant que canaux distincts entre les agglomérats. A partir d'un essai de perméabilité des roues expérimentales, il a été établi que les pores inter-agglomérats sont interconnectés et rendent la roue entière perméable aux fluides. Ainsi, les roues de meulage abrasives de l'invention présentent une porosité qui englobe une quantité majeure de porosité interconnectée (c'est-à-dire au moins 30% en volume de porosité interconnectée) et, de préférence, une distribution bimodale de porosité.
Les roues de meulage abrasives de l'invention sont caractérisées par une structure composite beaucoup plus ouverte que les roues de meulage classiques.
[0213] Comme cela peut être observé à partir des fig. 2 et 3, la dimension maximale des pores inter-agglomérats est d'environ 2-20 fois plus grande que la dimension maximale des pores inter-agglomérats. Le rapport exact de la dimension des pores dépend de la composition des roues. Le rapport de 2-20 s'applique à ces roues réalisées avec une gamme d'environ 8 à 10% en volume d'agent de liaison et une dimension moyenne de grain abrasif d'environ 260 micromètres.
En général, pour les roues abrasives de l'invention, étant donné que le volume en pourcentage de l'agent de liaison s'accroît à partir de cette gamme, les pores inter-agglomérats deviennent plus petits mais les pores inter-agglomérats conservent une dimension maximale pratiquement équivalente à la dimension maximale du grain abrasif utilisé dans les agglomérats.
Etant donné que le pourcentage volumique de l'agent de liaison décroît à partir de cette gamme, les pores intra-agglomérats deviennent relativement plus importants, mais les pores inter-agglomérats conservent une dimension maximale pratiquement équivalente à la dimension maximale du grain abrasif utilisé dans les agglomérats.
[0214] Dans d'autres examens microscopiques des roues fabriquées avec des agglomérats, en particulier avec les agglomérats contenant moins 6% en poids de matériau liant, il a été observé qu'un accroissement de pourcentage en poids du matériau de liaison ajouté se traduit par une structure de roue ayant des pores intra-agglomérats beaucoup plus petits.
Par exemple, avec un pourcentage pondéral de matériau liant plus élevé et un pourcentage volumique d'agent de liaison plus élevé, le rapport dimensionnel peut être d'environ 20-200 fois plus grand pour les pores inter-agglomérats que pour les pores intra-agglomérats. On estime que le matériau de liaison ajouté aux agglomérats est entraîné dans la surface interstitielle des agglomérats pendant le mélange, le moulage et le traitement thermique des roues, en rendant ainsi de façon étroite ou en renfermant une partie de la porosité inter-agglomérat et éventuellement en provoquant une perte de distribution bimodale des pores.
Exemple 14
[0215] Des agglomérats frittés sont préparés par une méthode à four discontinue à partir des matériaux décrits dans le Tableau 14-1.
Le grain abrasif est un grain d'alumine 38A de dimension grit 100 (0,173 mm), obtenu chez Saint-Gobain Ceramics and Plastics Inc., Worcester, MA.
Tableau 14-1 Composition d'agglomérat fritté
[0216]
<tb>Matériaux<sep>% en poids de mélange précuit<sep>% en poids d'agglomérat
<tb>Matériau liant A<sep>2,85<sep>3,0
<tb>Agent de liaison<sep>1,46<sep>0,0
<tb>Particules d'écorce de noix<sep>4,34<sep>0,0
<tb>Grain abrasif 38A<sep>91,35<sep>97,0
<tb>Total<sep>100,00<sep>100,0
[0217] Dans la première étape de formation des particules d'agglomérats, le grain abrasif et des particules d'écorce de noix sont mélangés dans un mélangeur Hobart<(RTM)> (Modèle de laboratoire N-50). Ce mélange est par la suite mouillé avec une quantité efficacité d'agent liant liquide organique (un mélange de 40% en poids de glue animale liquide, de 30% en poids d'acide maléique en poudre et de 30% en poids d'eau) pour faire adhérer la poudre de matériau liant au grain. Après avoir mouillé ces particules, un mélange en poudre contenant les composants du matériau liant (une composition d'agent liant vitrifié ayant la composition cuite représentée ci-dessus en tant que "matériau liant A") est ajouté puis mélangé.
Le matériau liant adhère aux particules mouillées et ce mélange est ensuite répandu au hasard sur un panneau de cuisson céramique.
[0218] Le mélange est cuit à 1230 deg. C pendant quatre heures dans un four électrique. Après cuisson, les agglomérats frittés sont obtenus à partir du mélange cuit par broyage du mélange dans un mortier pourvu d'un pilon. Les agglomérats frittés sont dimensionnés selon trois dimensions avec des tamis d'essai normalisé U.S., montés sur un appareil de tamisage vibratoire (Ro-Tap; Modèle RX-29; W.S. Tyler Inc., Mentor, OH).
La densité compactée en vrac des agglomérats frittés (LPD) est mesurée par la technique de l'American National Standard pour la densité volumique des grains abrasifs.
[0219] Après le procédé de dimensionnement, les agglomérats frittés présentent des formes tridimensionnelles (qui varient parmi les formes triangulaire, cubique, rectangulaire et différentes autres formes géométriques) et sont de la dimension et du LPD représentés sur le Tableau 14-2.
Tableau 14-2: Agglomérats frittés dimensionnés
[0220]
<tb>Echantillon agglomérat fritté<sep>Dimension en grit<sep>Dimension approximative en mm (FEPA)<sep>LPD g/cm<3>
<tb>14-1<sep>-40/+50 mesh (300-425 pm)<sep>1,12 (46)<sep>0,300-0,425
<tb>14-2<sep>-50/+60 (250-300 pm)<sep>1,33 (54-60)<sep>0,250-0,300
<tb>14-33<sep>-30/+40 (425-600 pm)<sep>0,94 (36)<sep>0,425-0,600
[0221] Des agglomérats supplémentaires sont réalisés par de légères variantes de ce procédé. Les variantes comprennent les suivantes. Le mélange préparé est tamisé à l'état humide à travers des tamis en boîtes (8 à 12 mesh) sur des plateaux. Le matériau tamisé est ensuite séché à l'air ou dans un four. Le matériau est chargé dans des plateaux céramiques. Les plateaux céramiques contenant le matériau sont cuits dans des fours périodiques ou à tunnel sous des conditions de cuisson se situant de 1225 à 1280 degrés C pendant des périodes de temps se situant dans la gamme de 30 à 360 minutes.
Le matériau cuit est éliminé des plateaux céramiques et traité par l'intermédiaire d'un broyeur à cylindres pour écraser le matériau en agglomérat.
[0222] Le matériau broyé est dimensionné selon la gamme souhaitée en utilisant un appareil Ro-Tap.
Roues abrasives
[0223] Les roues finies sont de 3,0 X 0,525 X 1,25 pouce (7,6 X 1,34 X 3,2 cm) de dimension. La composition des roues (% volumique des roues cuites), la densité, la perméabilité à l'air, la qualité et les propriétés de module des roues sont décrits dans le Tableau 14-3.
Tableau 14-3. Roues abrasives
[0224]
<tb>Echant.
De roue Echant.
Agglom.<sep>Ex. 1% vol. d'agglo.<sep>% vol.
d'agent de liaison B<sep>% vol. de porosité<sep>Perméabilité relative à l'air<sep>Densité
g/cm<3><sep>Mod.
d'élasticité
d/cm<2> X 10<10><<sep>Qualité
<tb>14-1<sep>36<sep>6,4<sep>57,6<sep>N/a<sep>1,577<sep>14,3<sep>D
<tb>14-2<sep>36<sep>6,4<sep>57,6<sep>51,0<sep>1,673<sep>20,7<sep>F
<tb>14-3<sep>40<sep>6,4<sep>53,6<sep>N/a<sep>1,831<sep>28,4<sep>H
<tb>Echant.
Comp.14-C1<sep>0,0
(grain=36%
vol.)<sep>5,5<sep>58,5<sep>28,5<sep>1,564<sep>12, 9<sep>Da. Les agglomérats comprennent 97% en poids de grain d'alumine 38A grit 100 et 3% en poids de matériau liant A et sont tamisés jusqu'à une dimension des particules de -40/+60 mesh (250 à 425 Microm).
b. La perméabilité au fluide (air) est mesurée par les techniques d'essai décrites dans les brevets U.S. 5 738 696 et 5 738 697, délivrés à Norton Company. Les valeurs relatives de perméabilité à l'air sont exprimées en cm<3>/s/pouce d'unités d'eau (cm<3>/s/cm d'eau). (Une buse de dimension A 2,2 est utilisée sur l'appareil).
c.
Pour 36% en volume de grain abrasif, les roues comparatives contiennent un volume plus élevé en pourcentage de grain abrasif (c'est-à-dire de 1 à 3% en volume en plus) que les roues expérimentales réalisées avec 40% en volume de grains abrasifs, de matériau liant et de porosité intra-agglomérat.
[0225] L' agent de liaison utilisé pour des échantillons de roues 1,2 et 3 de l'invention est un matériau de liaison vitrifié ayant la composition molaire à l'état cuit du matériau liant B du Tableau 2, ci-dessus.
L'agent de liaison utilisé dans l'échantillon de roue comparatif présente une composition molaire à l'état cuit du matériau de liaison A du Tableau 2.
[0226] Les agglomérats frittés et les mélanges d'agent de liaison des échantillons 1, 2 et 3 de l'invention sont mélangés à sec dans un mélangeur Hobart, chargés dans des moules, comprimés à froid et cuits à une température maximale de 735 deg. C pendant 4 heures pour former la roue de meulage.
[0227] L'échantillon de roue comparatif est réalisé en mélangeant les composants de liaison vitrifiés avec le grain abrasif dans un mélangeur Hobart. Le grain abrasif utilisé dans l'échantillon comparatif est un grain d'alumine 38A, de dimension grit 100 (125 Microm) obtenu chez Saint-Gobain Ceramics and Plastics, Inc., Worcester, MA. Après mélange, le mélange est moulé, comprimé et cuit à 1230 deg.
C pendant 4 heures pour former la roue de meulage.
Essai de meulage 14-A
[0228] Les roues de l'invention et les roues comparatives sont testées dans un essai de meulage à vitesse lente, de diamètre interne, en utilisant les conditions suivantes.
Conditions de meulage
[0229] Machine: Dispositif de meulage Heald CF, OD/ID
Mode: meulage à vitesse lente de diamètre interne (ID)
Vitesse de la roue: 6 319 tpm; 4 968 pieds surfaciques par minute (25 M/s)
Vitesse de travail: 20 tpm
Mode de meulage: immersion à ascension ID
Vitesse en plongée: 0,025 pouce (0,64 mm), 0,050 pouce (1,27 mm) de diamètre.
Agent de refroidissement: Trim E210, rapport de 5% avec de l'eau de puits désionisée, 9 gallons/mn (34 l/mn)
Matériau de la pièce à usiner: Acier 52100 de 4 pouces de diamètre interne (10,2 cm) X 0,250 pouce (20 cm) dureté Ro de 62,0.
Décrassage rotatif:
AX1440, comp. 0,0005 pouce (12,7 micromètres), avancement en pouce 0,0005, 2600 tpm.
[0230] Dans ces essais de meulage, les taux d'élimination maximale de matériau (MRR) pour la combustion initiale de la pièce à usiner (ou un endommagement de la roue initiale) est mesurée et les résultats observés. Les résultats de ces essais de meulage sont représentés sur le Tableau 14-4.
Tableau 14-4. Résultats des essais de meulage
[0231]
<tb>Echantillon<sep>MRR mm<3>/s/mm<sep>Rapport G
MRR/WWR<sep>Energie spécifique W.s/mm<3><sep>Aptitude de
meulage mm<3>/W.s
<tb>Roue comparative<sep>1,288<sep>81,0<sep>40<sep>2,03
<tb><sep>2,482<sep>40,4<sep>67<sep>0, 60
<tb><sep>4,544<sep>24,3<sep>113<sep>0,22
<tb>Max. MRR<sep>5,662<sep>2,9<sep>123<sep>0,02
<tb>14-1<sep>1,247<sep>90, 9<sep>42<sep>2,16
<tb><sep>2,534<sep>85,5<sep>69<sep>1,24
<tb><sep>4,870<sep>37,3<sep>110<sep>0,34
<tb>Max. MRR<sep>6, 680<sep>5,7<sep>145<sep>0,04
<tb>14-2<sep>2,554<sep>113,7<sep>69<sep>1, 65
<tb><sep>4,921<sep>76,1<sep>131<sep>0,58
<tb><sep>8,061<sep>34,1<sep>208<sep>0,16
<tb>Max. MRR<sep>11,116<sep>10,9<sep>265<sep>0,04
<tb>14-3<sep>2,483<sep>122,3<sep>78<sep>1,57
<tb><sep>5,111<sep>79,4<sep>132<sep>0, 60
<tb><sep>8,534<sep>34,5<sep>265<sep>0,13
<tb>Max. MRR<sep>11,545<sep>10,0<sep>340<sep>0,03
[0232] Les résultats montrent que les roues de meulage fabriquées selon l'invention sont supérieures en MRR aux roues de meulage comparatives les plus proches, et que la performance supérieure ne provoque pas un entraînement de puissance excessif (énergie spécifique W.s/mm<3>) ou un endommagement de la surface de la pièce à usiner. Des roues expérimentales montrent également des améliorations du rapport G et de l'indice d'aptitude au meulage. En outre, la dimension grit du grain utilisé dans les agglomérats frittés des roues de l'invention est plus petite que la dimension grit du grain utilisé dans la roue comparative. Toutes les autres variables étant égales, la dimension plus petite de grit fournit un rapport G et un indice d'aptitude au meulage inférieur.
Ainsi, la performance supérieure des roues de l'invention est notable et inattendue.
Essai de meulage 14-B
[0233] Une seconde série d'essais de meulage est réalisée avec le même groupe d'échantillons de roues sous les conditions suivantes de meulage en surface en utilisant de l'acier 4340 comme pièce à usiner.
Conditions de meulage
[0234] Machine: Dispositif de meulage Brown & Sharp Micr-a-dimension
Mode: meulage à faible vitesse en surface
Vitesse de la roue: 6000 tpm
Vitesse du tableau: 0
Avancée: 1270 mm
Alimentation: 1270 mm
Agent de refroidissement: rapport 1/20 Trim VHPE 210 avec de l'eau de puits désionisée, 9 gallons/mn (34 l/mn).
Matériau de la pièce à usiner: acier 4340; dureté 51Rc; 95,4 mm de longueur; 203,2 mm de largeur
Décrassage: outil à pointe de diamant unique, comp. 0,025 mm, vitesse 254 mm/mn.
Tableau 14-5.
Résultats des essais de meulage (moyenne de multiples essais)
[0235]
<tb>Echantillon
(essai)<sep>MRR mm<3>/s/mm<sep>Rapport G
MRR/WWR<sep>Energie spécifique W.s/mm3<sep>Aptitude de meulage mm<3>/W.s
<tb>14-C1 Roue
comparative<sep><sep><sep><sep>
<tb>1<sep>3,032<sep>*<sep>49,46<sep>*
<tb>2<sep>4,500<sep>54,1<sep>41,3<sep>1,311
<tb>3<sep>7,597<sep>10,5<sep>72,53<sep>0,144
<tb>14-1 roue<sep><sep><sep><sep>
<tb>1<sep>3,045<sep>32,7<sep>51,61<sep>0,635
<tb>2<sep>4,510<sep>23,2<sep>82,50<sep>0,281
<tb>3<sep>7,597<sep>33,4<sep>32,00<sep>1,045
<tb>14-2 roue<sep><sep><sep><sep>
<tb>1<sep>2,987<sep>160,8<sep>57,86<sep>2,780
<tb>2<sep>4,548<sep>163,9<sep>40,53<sep>4,043
<tb>3<sep>7,597<sep>83,4<sep>30,34<sep>2,750
<tb>14-3 roue<sep><sep><sep><sep>
<tb>1<sep>3,052<sep>27,4<sep>52,34<sep>0,523
<tb>2<sep>4,577<sep>164,9<sep>53,73<sep>3,069
<tb>3<sep>7,742<sep>10,7<sep>56,11<sep>0,190*Le rapport G et l'aptitude au meulage ne peuvent être mesurés pour cet essai.
[0236] Les résultats montrent que les roues de meulage fabriquées selon l'invention sont supérieures en ce qui concerne le rapport G et l'indice d'aptitude au meulage des roues de meulage comparatives les plus proches, et que la performance supérieure ne provoque pas un entraînement de puissance excessive ni un dommage de la surface de la pièce à usiner.
Exemple 15
[0237] Des roues abrasives supplémentaires sont réalisées à partir d'agglomérats frittés préparés selon la technique de l'Exemple 14, sauf que différents types de grains abrasifs et de matériaux liants sont utilisés dans les échantillons d'agglomérats frittés. Les compositions des agglomérats et des roues abrasives sont spécifiées le Tableau 15-1.
Dans les roues de l'invention, les matériaux de liaison vitrifiés sont choisis pour avoir une température de fusion d'au moins 150 deg. C plus élevée que la température de fusion des matériaux liants dans les agglomérats utilisés pour fabriquer les roues.
[0238] Tous les agglomérats frittés contiennent 3% en poids de matériau liant et 97% en poids de grain et sont tamisés jusqu'à une dimension des particules de -20/+45 mesh (dimension de tamis normalisé US) (355 à 850 Microm).
[0239] Les roues finies sont d'une dimension de 7,0 X 0,50 X 1,25 pouce (17,8 X 1,27 X 3,2 cm).
La composition des roues (% en volume des roues cuites), densité et propriétés de module des roues sont décrites dans le Tableau 15-1.
[0240] L'agent de liaison pour les roues expérimentales a la composition molaire du matériau liant B du Tableau 2 et les roues fabriquées avec cet agent de liaison sont cuites à 735 deg. C pendant 4 heures. Les roues comparatives sont réalisées avec un agent de liaison vitrifié ayant la composition molaire du matériau liant C du Tableau 2 et ces roues sont cuites à 900 deg. C pendant 8 heures. Les roues comparatives réalisées sans agglomérats frittés contiennent 40% en volume de grain abrasif et 10,26% en volume (dureté de qualité H) ou bien 6,41% (dureté de qualité F) d'agent de liaison vitrifié.
Tableau 15-1.
Matériau liant de grain d'agglomérat de dimension grit
[0241]
<tb>Echant.
De roue
Echant.
Agglom.<sep>Matériau liant et grain d'agglo. de dimension grit<sep>% vol.
d'agglo.<sep>% vol. d'agent de liaison<sep>% en vol. de porosité<sep>Perméabilité relative à l'air<b><sep>Densité cuite g/cm<3><sep>Mod. d'élasticité d/cm<2> X 10<10>
<tb>15-1 (H)<sep>Matériau liant 32A-I
grit 60<sep>40<sep>10,3<sep>49,7<sep>34,4<sep>1,847<sep>27,8
<tb>15-2 (H)<sep>Matériau liant A Alomax<(RTM)> grit 60<sep>40<sep>10,3<sep>49,7<sep>33,4<sep>1,835<sep>27,3
<tb>15-3 (H)<sep>Matériau liant D Norton SG
grit 60<sep>40<sep>10,3<sep>49,7<sep>23,3<sep>1,850<sep>29,6
<tb>15-4 (F)<sep>Matériau liant D Norton SG
grit 60<sep>40<sep>6,4<sep>53,6<sep>46,5<sep>1,730<sep>20,9
<tb>Echant.
Comp. a
grain=
40% vol.<sep>Type de
grain abrasif<sep><sep><sep><sep><sep><sep>
<tb>15-C1 (H)<sep>Norton SG grit 60<sep>0,0<sep>10,3<sep>49,7<sep>16,6<sep>1,818<sep>31,6
<tb>15-C2 (F)<sep>Norton SG grit 60<sep>0,0<sep>6,4<sep>53,6<sep>35,1<sep>1,715<sep>22,1
<tb>15-C3 (H)<sep>Norton SG grit 60<sep>0,0<sep>10,3<sep>49,7<sep>16,0<sep>1,822<sep>32,6
<tb>15-C4 (F)<sep>Norton SG grit 46<sep>0,0<sep>6,4<sep>53,6<sep>41,9<sep>1,736<sep>23,1
<tb>15-C5 (H)<sep>32A-II
grit 60<sep>0,0<sep>10,3<sep>49,7<sep>15,0<sep>1,832<sep>32,5
<tb>15-C6 (H)<sep>Alomax
grit 60<sep>0,0<sep>10,3<sep>49,7<sep>16,0<sep>1,837<sep>31,9a. Pour 40% en volume de grain abrasif, les roues comparatives contiennent un pourcentage volumique supérieur de grain abrasif (c'est-à-dire environ de 2 à 3% en volume de plus) que les roues expérimentales réalisées avec 40% en volume de grain aggloméré, de matériau de liaison et de porosité intra-agglomérat.
b. La perméabilité au fluide (ai) est mesurée dans les techniques d'essai décrites dans les brevets U.S. 5 738 696 et 5 738 697, délivrés à Norton Company. Les valeurs relatives de perméabilité à l'air sont exprimées en cm<3>/s/pouce d'unités d'eau (cm<3>/s/cm d'eau).
(Une buse de dimension A 2,2 est utilisée).
[0242] Les propriétés de ces roues, spécialement les valeurs de perméabilité à l'air dans une qualité unique de roue, démontrent un degré supérieur de porosité interconnectée dans les structures des roues expérimentales réalisées à partir du grain abrasif aggloméré que dans les roues comparatives réalisées selon le même volume en pour cent de porosité et de qualité avec le même grain et les mêmes matériaux de liaison. La différence structurelle a été observée dans différentes qualités de dureté de roues, avec différents types de grain et d'agent de liaison et pour différents pourcentages volumiques de composants abrasifs de la roue.
Claims (23)
1. Procédé d'agglomération de grains abrasifs comportant des étapes consistant à:
a) introduire du grain et un matériau liant, choisis dans un groupe composé de matériaux de liaison vitrifiés, de matériaux vitrifiés, de matériaux céramiques, d'agents liants inorganiques, d'agents liants organiques, d'eau, de solvant et de combinaisons de ceux-ci, dans un four de calcination rotatif selon un taux d'introduction contrôlé;
b) mettre le four en rotation selon une vitesse contrôlée;
c) chauffer le mélange selon un taux de chauffage déterminé par le taux d'introduction et la vitesse du four à des températures d'environ 145 à 1300 deg.
C;
d) entraîner en rotation le grain et le matériau liant dans le four, jusqu'à ce que le matériau liant adhère au grain et qu'une pluralité de grains adhèrent ensemble pour obtenir une pluralité d'agglomérats frittés; et,
e) récupérer les agglomérats frittés à partir du four,
de sorte que les agglomérats frittés aient une forme tri-dimensionnelle, une densité de compactage en vrac inférieure ou égale à 1600 kg/m<3> et comportent une pluralité de grains abrasifs.
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel il est prévu en outre de réaliser un mélange uniforme de grain abrasif et de matériau liant et ensuite d'introduire le mélange dans le four rotatif de calcination.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le mélange est entraîné en rotation dans le four chauffant pendant un quart d'heure à deux heures.
4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel les agglomérats frittés sont de deux à vingt fois plus grands en dimension que le grain abrasif.
5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le four est basculé selon un angle d'inclinaison d'environ 0,5 à 5 degrés.
6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel le four est entraîné en rotation à une vitesse d'un demi à dix tours par minute.
7. Procédé selon l'une des revendications 2 à 6, dans lequel le mélange est introduit dans le four à un taux d'introduction d'environ 5 à 910 kg/h.
8. Procédé selon l'une des revendications 2 à 7, dans lequel le taux d'introduction du mélange est déterminé de sorte que le mélange occupe de 8 à 12% en volume du volume du four.
9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel les agglomérats frittés ont une résistance mécanique minimale au broyage de 0,5 à 50% de fraction broyée dans un test de compactage.
10. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, dans lequel le mélange comporte en outre au moins un composant choisi parmi un groupe de composants comprenant des grains abrasifs secondaires, des matériaux de remplissage, des adjuvants de meulage, des matériaux ou milieux porogènes ou inducteurs de porosité et des combinaisons de ceux-ci.
11. Procédé selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel le mélange comporte en outre un ou des matériaux ou milieux choisis dans un groupe de matériaux ou de milieux porogènes ou inducteurs de porosité comprenant des sphères creuses en verre, des coquilles de noix broyées, des sphères creuses ou des baguettes de matière plastique ou de composés organiques, de particules vitreuses expansées, de mullite en bulle et d'alumine en bulle, et des combinaisons de ceux-ci.
12. Procédé selon l'une des revendications 1 à 11, dans lequel le grain et le matériau liant sont chauffés à une température de 800 à 1200 deg. C dans le four.
13. Procédé selon la revendication 12, dans lequel la température est efficace pour provoquer la fusion et l'écoulement du matériau liant et la viscosité du matériau liant fondu est d'au moins trente Pascals-seconde.
14. Procédé selon l'une des revendications 2 à 13, dans lequel le mélange uniforme est aggloméré pour former des "agglomérats verts" ou "green agglomérâtes" puis lesdits "agglomérats verts" sont introduits dans le four de calcination rotatif.
15. Agglomérats frittés de grains abrasifs et d'un matériau liant adapté pour adhérer au grain abrasif à une température d'agglomération de 145 à 1300 deg. C, ayant une pluralité de grains agglomérés en une forme tridimensionnelle et une densité de compactage en vrac inférieure ou égale à 1600 kg/m<3>, caractérisés en ce que les agglomérats frittés contiennent une porosité interconnectée et 0,5 à 15% en volume de matériau liant, sur une base de volume de l'agglomérat.
16. Agglomérats frittés selon la revendication 15, comportant au moins un composant choisi dans un groupe de composants comprenant des grains abrasifs secondaires, des matériaux de remplissage, des adjuvants de meulage, des milieux ou matériaux porogènes ou inducteurs de porosité et des combinaisons de ceux-ci.
17. Agglomérats frittés selon la revendication 15 ou 16, dans lesquels le matériau liant comporte un ou des matériaux choisis dans un groupe de matériaux composé d'agents de liaison vitrifiés, de matériaux vitrifiés, de matériaux céramigues, d'agents liants inorganiques, d'agents liants organiques, d'agents de liaison organique, d'agents de liaison métalliques et de combinaisons de tels matériaux.
18. Agglomérats frittés selon l'une des revendications 15 à 17, dans lequel les agglomérats frittés ont une dimension moyenne deux à vingt fois plus grande que la dimension moyenne du grain abrasif.
19. Agglomérats frittés selon l'une des revendications 15 à 18, dans lesquels la gamme de dimension des agglomérats frittés est de 200 à 3000 micromètres en diamètre moyen.
20. Agglomérats frittés selon l'une des revendications 15 à 18, dans lesquels les grains abrasifs sont des grains microabrasifs et la gamme de dimension des agglomérats frittés est de 5 à 180 micromètres de diamètre interne.
21. Agglomérats frittés selon l'une des revendications 1 à 20, dans lesquels l'agglomérat comporte d'environ 30 à 88% en volume de porosité.
22. Agglomérats frittés selon la revendication 21, dans lesquels jusqu'à 75% en volume de la porosité comporte une porosité interconnectée.
23. Agglomérats frittés selon l'une des revendications 15 à 22, dans lesquels la densité relative des agglomérats, tels que mesurés par une technique volumique de déplacement de fluide et exprimée en tant que rapport du volume des agglomérats au volume apparent du grain abrasif et du matériau liant utilisés pour fabriquer des agglomérats, présente un maximum de 0,7.
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