EP0703850A1 - Meules super abrasives - Google Patents

Meules super abrasives

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EP0703850A1
EP0703850A1 EP95916738A EP95916738A EP0703850A1 EP 0703850 A1 EP0703850 A1 EP 0703850A1 EP 95916738 A EP95916738 A EP 95916738A EP 95916738 A EP95916738 A EP 95916738A EP 0703850 A1 EP0703850 A1 EP 0703850A1
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EP
European Patent Office
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grinding wheel
wheel according
grinding
porogenic
adjuvants
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Withdrawn
Application number
EP95916738A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Patrick Micheletti
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Saint Gobain Abrasifs SA
Original Assignee
Norton SA France
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Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C26/00—Alloys containing diamond or cubic or wurtzitic boron nitride, fullerenes or carbon nanotubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B9/00—Machines or devices designed for grinding edges or bevels on work or for removing burrs; Accessories therefor
    • B24B9/02—Machines or devices designed for grinding edges or bevels on work or for removing burrs; Accessories therefor characterised by a special design with respect to properties of materials specific to articles to be ground
    • B24B9/06—Machines or devices designed for grinding edges or bevels on work or for removing burrs; Accessories therefor characterised by a special design with respect to properties of materials specific to articles to be ground of non-metallic inorganic material, e.g. stone, ceramics, porcelain
    • B24B9/08—Machines or devices designed for grinding edges or bevels on work or for removing burrs; Accessories therefor characterised by a special design with respect to properties of materials specific to articles to be ground of non-metallic inorganic material, e.g. stone, ceramics, porcelain of glass
    • B24B9/10—Machines or devices designed for grinding edges or bevels on work or for removing burrs; Accessories therefor characterised by a special design with respect to properties of materials specific to articles to be ground of non-metallic inorganic material, e.g. stone, ceramics, porcelain of glass of plate glass
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D3/00—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents
    • B24D3/02—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent
    • B24D3/04—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially inorganic
    • B24D3/06—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially inorganic metallic or mixture of metals with ceramic materials, e.g. hard metals, "cermets", cements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
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    • B24D3/00—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents
    • B24D3/34—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents characterised by additives enhancing special physical properties, e.g. wear resistance, electric conductivity, self-cleaning properties
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy

Definitions

  • the present invention relates to so-called "super-abrasive" grinding wheels.
  • This term denotes grinding wheels with very high abrasive power, based on very hard abrasive particles, in particular diamond or cubic boron nitride, and an agglomerating agent which makes it possible to retain and hold these particles in place.
  • This binder can be of three types: it can be a resin, in particular a polyimide or phenolic resin. It can also be a vitrified binder, in the form of a ceramic matrix of the alumina, alumina-silica or carbide-silica type. The binder can also be based on a metal matrix, and it is this third type of binder that the invention is more particularly interested in, since it has a particularly advantageous mechanical strength.
  • a constant difficulty in the grinding process is to properly evacuate the dust or other reject products generated by the operation.
  • a medium generally water
  • the grinding wheel simultaneously attacking a whole portion of the surface of the treated article, the coolant has difficulty progressing towards the entire portion being treated. There then occurs a certain accumulation of rejections.
  • grinding is thus systematically accompanied by the formation of a layer of glass paste which tends to oppose the action of the grinding wheel and slows down the operation of grinding by forcing to operate in several passes.
  • the object of the present invention is to provide an improved type of superabrasive grinding wheels with agglomerating metal matrix allowing better management of the problem of dust and other discharges.
  • the subject of the invention is a super-abrasive wheel based on very hard abrasive particles of the diamond or cubic boron nitride type and a agglomerating with a metallic matrix, and which also contains so-called "porogenic" adjuvants. This term includes additives which have the function of creating a certain porosity within the agglomerate of the grinding wheel.
  • adjuvants are to be chosen according to the manufacturing process of the grinding wheels. In particular, they must be able to withstand the correct pressure and temperature. This is the reason why adjuvants are preferably used in the form of hollow ceramic balls, in particular based on silicon oxide and / or aluminum such as alumina or mullite. Mullite is an aluminum silicate of the 2Si0 2 -3AI 2 0 3 type . These balls are advantageously chosen with an outside diameter between 1 micron and 3 mm, in particular between 100 microns and 1 mm. Its walls preferably have a thickness of between 2 and 8, in particular between 4 and 6 micrometers.
  • these porogenic additives are added to the grinding wheel in a proportion of 1 to 80% of the total volume of the grinding wheel, in particular between 5 and 50%, or approximately 30% of said volume.
  • the operating mode of these pore-forming aids is as follows
  • the hollow balls which are found on the surface break and the surface of the grindstone becomes pockmarked; the glass paste can then accumulate in these hollows without hampering the progress of grinding.
  • the coolant can progress continuously at the interface between the grinding wheel and the treated article and thus penetrate to the bottom of these hollows, expelling the glass paste - or any other type of dust - which is thus evacuated to finally be returned by the bottom of each hollow formed by a ball.
  • the coolant thus acts on a much larger surface than the single surface of the belt of the abrasive wheel, allowing direct cooling to a depth of the order of the diameter of the balls, which increases by as much the cooling efficiency and thereby slows the wear of the grinding wheel.
  • the rate of balls in the grinding wheel is to be modulated according to the type of articles to be ground.
  • the metallic matrix of the bonding agent can be chosen according to the applications for which the grinding wheel is intended.
  • Cobalt is widely used, but also bronze, silver which has the distinction of being relatively ductile, iron or copper.
  • additives can be added to this matrix, in particular such as tungsten carbide, in order to increase the resistance to erosion of the grinding wheel.
  • the abrasive particles of the grinding wheel preferably correspond to 5 to 60% of the total volume of the grinding wheel, in particular from 1 0 to 30% of said volume. They can be in rounded form or in the form of needles.
  • FEPA code a standard code from European manufacturers of abrasives
  • a grain size according to this code between 4 and 1 1 82, which corresponds to an "average diameter" particle size of 4 microns at 1.100 mm.
  • a grain size is chosen between 40 and 90.
  • the finest abrasive particles making it possible to obtain the surface condition of the part to be ground the most. polished.
  • the grinding wheel according to the invention is used for machining or grinding glass articles, in particular for grinding the edges of glass sheets.
  • An example of a grinding wheel according to the invention is produced in the following manner: a grinding wheel is produced according to known manufacturing methods with 15% by volume of diamond particles of grain size 91, and 30% by volume of hollow beads of mullite with an outside diameter of about 0.5 mm and a wall thickness of about 5 micrometers, with a cobalt binder. The results are convincing: the grinding of the edges of glass sheets is facilitated by better evacuation of waste, better cooling of the grinding wheel, moreover leading to an increase in the life of the grinding wheel by almost 30% compared to a similar wheel without alumina beads.

Abstract

L'invention a pour objet une meule super abrasive à base de particules très dures et d'un agglomérant à matrice métallique, comprenant des adjuvants 'porogènes', notamment sous la forme de billes creuses en céramique. Elle s'applique notamment à l'usinage ou la rectification d'articles en verre, notamment au meulage des bords de feuilles de verre.

Description

MEULES SUPER ABRASIVES
La présente invention concerne des meules dites « super-abrasives ». Sont désignées sous ce terme des meules à très haut pouvoir abrasif, à base de particules abrasives très dures, notamment en diamant ou en nitrure de bore cubique, et d'un agglomérant qui permet de retenir, de maintenir en place ces particules.
Cet agglomérant peut être de trois types : il peut s'agir d'une résine, notamment une résine polyimide ou phénolique. Il peut également s'agir d'un agglomérant vitrifié, sous la forme d'une matrice céramique du genre alumine, alumine-silice ou carbure-silice. L'agglomérant peut aussi être à base d'une matrice métallique, et c'est à ce troisième type d'agglomérant que l'invention s'intéresse plus particulièrement, car il présente une résistance mécanique particulièrement avantageuse.
Une difficulté constante du processus de meulage est de bien évacuer les poussières ou autres produits de rejet générés par l'opération. Pour ce faire, un médium, en général de l'eau, est envoyé en direction de la meule afin d'entraîner ces poussières et aussi, bien sûr, de refroidir la meule. Toutefois, la meule attaquant simultanément toute une portion de la surface de l'article traité, le liquide de refroidissement a du mal à progresser vers toute la portion en cours de traitement. Il se produit alors une certaine accumulation des rejets. Dans le cas du traitement d'articles en verre par exemple, le meulage s'accompagne ainsi systématiquement de la formation d'une couche de pâte de verre qui tend à s'opposer à l'action de la meule et ralentit l'opération de meulage en obligeant à opérer en plusieurs passes.
La présente invention a pour but un type amélioré de meules super- abrasives à agglomérant à matrice métallique permettant une meilleure gestion du problème des poussières et autres rejets. L'invention a pour objet une meule super-abrasive à base de particules abrasives très dures du type diamant ou nitrure de bore cubique et d'un agglomérant à matrice métallique, et qui contient en outre des adjuvants dits « porogènes ». Sous ce terme, on comprend des adjuvants qui ont pour fonction de créer une certaine porosité au sein de l'agglomérant de la meule.
Jusque-là, on avait au contraire plutôt tendance à utiliser des agglomérants métalliques le plus denses possible, ceci pour chercher à ralentir au mieux l'érosion de la meule. Or, il s'est avéré, de manière surprenante, qu'il était en fait tout-à-fait avantageux d'avoir un certain « taux » de porosité dans la matrice métallique de l'agglomérant, car cette porosité améliorait très significativement les problèmes d'accumulation de déchets lors du meulage précédemment mentionné, et parvenait même à augmenter la durée de vie de la meule.
Ces adjuvants « porogènes » sont à choisir en fonction du procédé de fabrication des meules. En particulier, ils doivent pouvoir supporter la pression et la température adéquate. C'est la raison pour laquelle on utilise de préférence des adjuvants sous forme de billes creuses en céramique, notamment à base d'oxyde de silicium et/ou d'aluminium comme I' alumine ou la mullite. La mullite est un silicate d'aluminium du type 2Si02-3AI203. Ces billes sont avantageusement choisies avec un diamètre extérieur entre 1 micron et 3 mm, notamment entre 100 microns et 1 mm. Ses parois ont de préférence une épaisseur comprise entre 2 et 8, notamment entre 4 et 6 micromètres .
On ajoute, de préférence, ces adjuvants porogènes à la meule dans une proportion de 1 à 80 % du volume total de la meule, notamment entre 5 et 50 %, ou d'environ 30 % dudit volume. Le mode de fonctionnement de ces adjuvants porogènes est le suivant
: Au fur et à mesure que la meule s'use, les billes creuses qui se retrouvent à la surface se cassent et la surface de la meule devient alors grêlée ; la pâte de verre peut alors s'accumuler dans ces creux sans gêner la progression du meulage. De plus, le liquide de refroidissement peut progresser de façon continue à l'interface entre la meule et l'article traité et ainsi pénétrer jusqu'au fond de ces creux, chasser la pâte de verre - ou tout autre type de poussière - qui est ainsi évacuée pour enfin être renvoyée par le fond de chaque creux formé par une bille.
D'autre part, le liquide de refroidissement agit ainsi sur une surface beaucoup plus importante que la seule surface de la bande de la meule abrasive, permettant un refroidissement direct sur une profondeur de l'ordre du diamètre des billes, ce qui augmente d'autant l'efficacité du refroidissement et ralentit de ce fait l'usure de la meule.
On comprend donc qu'une grande finesse de paroi des billes creuses est avantageuse, dans la mesure où elle facilite leur casse, ce que l'on recherche en premier lieu dans l'invention. Le taux de billes dans la meule est à moduler en fonction du type d'articles qu'il faudra meuler.
En ce qui concerne la matrice métallique de l'agglomérant, on peut la choisir en fonction des applications auxquelles est destinée la meule. Le cobalt est largement utilisé, mais également le bronze, l'argent qui présente la particularité d'être relativement ductile, le fer ou le cuivre.
On peut adjoindre à cette matrice différents additifs, notamment comme le carbure de tungstène, afin d'augmenter la résistance à l'érosion de la meule.
En ce qui concerne les particules abrasives de la meule, elles correspondent de préférence à 5 à 60 % du volume total de la meule, notamment de 1 0 à 30 % dudit volume. Elles peuvent se présenter sous forme arrondie ou sous forme d'aiguilles. On évalue leur taille à l'aide d'un code normalisé des fabricants européens d'abrasifs appelé code FEPA : ici, on choisit une taille de grain selon ce code entre 4 et 1 1 82, ce qui correspond à un « diamètre moyen » de particule de 4 microns à 1 , 100 mm. De préférence, on choisit une taille de grain entre 40 et 90. Là encore, tout dépend de l'utilisation future de la meule, des particules abrasives les plus fines permettant d'obtenir l'état de surface de la pièce à meuler le plus poli.
On utilise avantageusement la meule selon l'invention pour l'usinage ou la rectification d'articles en verre, notamment pour le meulage des bords de feuilles de verre. Un exemple de meule selon l'invention se réalise de la manière suivante : une meule est fabriquée selon les modes de fabrication connus avec 1 5 % en volume de particules en diamant de taille de grain 91 , et 30 % en volume de billes creuses de mullite de diamètre extérieur d'environ 0,5 mm et d'épaisseur de paroi d'environ 5 micromètres, avec un agglomérant en cobalt. Les résultats sont probants : le meulage des bords de feuilles de verre est facilité par une meilleure évacuation des déchets, un meilleur refroidissement de la meule entraînant en outre une augmentation de la durée de vie de la meule de près de 30 % par rapport à une meule similaire sans billes d'alumine.

Claims

REVENDICATIONS
1 . Meule super-abrasive à base de particules abrasives très dures du type diamant ou nitrure de bore cubique, et d'un agglomérant à matrice métallique, caractérisée en ce qu'elle contient également des adjuvants « porogènes ».
2. Meule selon la revendication 1 , caractérisée en ce que les adjuvants « porogènes » sont des billes creuses en céramique, notamment en alumine ou en mullite.
3. Meule selon la revendication 2, caractérisée en ce que les billes ' creuses ont un diamètre extérieur compris entre 1 micron et 3 mm, notamment entre 100 microns et 1 mm.
4. Meule selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que les billes creuses ont une paroi d'épaisseur comprise entre 2 et 8 , notamment entre 4 et 6 micromètres .
5. Meule selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les adjuvants « porogènes » sont ajoutés à raison d'un volume de 1 à 80 % du volume total de la meule, notamment entre 5 et 50 %, par exemple environ 30 % dudit volume.
6. Meule selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la matrice métallique de l'agglomérant est choisie en au moins un des métaux suivants : bronze, argent, cobalt, fer, cuivre.
7. Meule selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que l'agglomérant à matrice métallique contient au moins un additif, notamment du type carbure de tungstène.
8. Meule selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les particules abrasives correspondent à 5 à 60 % du volume total de la meule, notamment à 1 0 à 30 % dudit volume.
9. Meule selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que les particules abrasives sont sous forme arrondie ou sous forme d'aiguilles, avec une taille de grain compris entre 4 et 1 1 82, notamment d'environ 40 à 90 en code normalisé FEPA.
10. Utilisation de la meule selon l'une des revendications précédentes à l'usinage ou la rectification d'articles en verre, notamment au meulage des bords de feuilles de verre.
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