ES2197300T3 - Abrasivos revestidos para herramientas abrasivas. - Google Patents
Abrasivos revestidos para herramientas abrasivas.Info
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Abstract
UNA COMPOSICION ABRASIVA QUE CONSTA DE PARTICULAS ABRASIVAS COMO NITRURO DE BORO CUBICO O DIAMANTE Y UN REVESTIMIENTO EN EL MISMO EN DONDE EL REVESTIMIENTO PUEDE SER UN REVESTIMIENTO DE COMPUESTO DE MULTIPLES CAPAS DE (1) CUATRO CAPAS SI LA PRIMERA CAPA DE METAL ESTA QUIMICAMENTE UNIDA A LA SUPERFICIE DE LAS PARTICULAS ABRASIVAS O (2) TRES CAPAS SI LA PRIMERA CAPA DE METAL ESTA FISICAMENTE ADHERIDA A LA SUPERFICIE DE LAS PARTICULAS ABRASIVAS, O EL REVESTIMIENTO PUEDE SER UNA UNICA CAPA DE METAL CO-DEPOSITADA DE COBALTO-NIQUEL-FOSFORO. LAS CUATRO CAPAS PUEDEN SER, POR EJEMPLO, TITANIO, NIQUEL-FOSFORO, NIQUEL Y NIQUELFOSFORO. LAS TRES CAPAS DE COMPUESTO DE MULTIPLES CAPAS PUEDEN SER, POR EJEMPLO, NIQUEL-FOSFORO, NIQUEL Y NIQUEL-FOSFORO. LAS PARTICULAS ABRASIVAS REVESTIDAS, CUANDO SE UTILIZAN EN LA FABRICACION DE UNA RUEDA DE AMOLAR, AUMENTAN EN GRAN MEDIDA EL RENDIMIENTO DE AMOLADURA DE LA RUEDA DE AMOLAR.
Description
Abrasivos revestidos para herramientas
abrasivas.
La invención se refiere a abrasivos revestidos
para herramientas abrasivas o herramientas similares,
particularmente muelas abrasivas, para mejorar su eficacia de
rectificación. Las muelas abrasivas o herramientas similares están
genéricamente constituidas por partículas abrasivas unidas por
un material de matriz de resina y en el que las partículas
abrasivas llevan encima un revestimiento particular de metal para
promover la retención de las partículas abrasivas dentro de la
matriz de resina. Las partículas abrasivas incluyen nitruro de
boro cúbico (de aquí en adelante, CBN) o diamante o materiales
abrasivos similares usados en muelas abrasivas u otras herramientas
similares
Se conoce bien en la técnica que un revestimiento
de níquel o titanio sobre partículas abrasivas de CBN, por ejemplo,
o dichas otras partículas mejora su retención en las matrices de
resina de herramientas abrasivas como las muelas abrasivas. La
pérdida de las partículas revestidas es típicamente el resultado de
(a) la separación de las partículas del revestimiento y (b) la
separación de las partículas revestidas de la matriz. La pérdida de
las partículas abrasivas que se desgastan y que se redondean es
necesaria para que la herramienta abrasiva permanezca afilada con la
exposición de nuevos artículos abrasivos, de otro modo la
herramienta sería ineficaz.
Se aplican típicamente revestimientos de titano a
las partículas abrasivas de CBN por técnicas convencionales de baño
de sal, como se describen en la patente de EE.UU. nº 2.746.888. Se
describe un procedimiento alternativo en la patente de EE.UU. nº
4.399.167, en la que se trata térmicamente una mezcla de partículas
abrasivas de CBN y polvo de titanio. Ambos procedimientos
proporcionan un revestimiento fino de titanio que se cree que está
unido químicamente al abrasivo de CBN.
Las patentes de EE.UU. n^{os} 5.232.469 y
5.306.318 presentan el revestimiento de diamante y partículas
abrasivas de CBN, respectivamente con una capa primaria de metal, y
una capa secundaria de níquel/fósforo o cobalto/fósforo.
Los revestimientos de níquel se aplican
típicamente a las partículas abrasivas de CBN en capas espesas de
hasta el 70% en peso del peso total de la partícula abrasiva y del
revestimiento por técnicas de deposición electrolítica, deposición
sin corriente eléctrica y/o deposición de vapor. Mientras tanto,
estas partículas abrasivas de CBN han proporcionado un buen
rendimiento en herramientas como las muelas abrasivas, la pérdida
de las partículas abrasivas de CBN se puede considerar prematura.
Se desean mejoras en la retención de partículas sin quitar
rendimiento de corte a la herramienta abrasiva.
Según la presente invención, se proporciona una
composición abrasiva apropiada para usarse en herramientas abrasivas
constituidas por partículas abrasivas que tienen físicamente
adheridas a su superficie al menos un revestimiento de capa única
de metal de una composición de metal codepositada de
níquel-cobalto-fósforo.
Esta invención se refiere a un nuevo
revestimiento para partículas abrasivas como CBN, diamante u otros
abrasivos similares usados en herramientas abrasivas. El abrasivo
preferido es el CBN y se describirá esta invención en los términos
de las partículas abrasivas de CBN, pero se puede aplicar a las
otras partículas abrasivas como el diamante y otras partículas
abrasivas similares. Allí donde se menciona el CBN, se entiende que
se incluyen las otras partículas ya que el CBN se emplea para
ilustrar esta invención.
La invención proporciona partículas abrasivas
revestidas con un revestimiento fuertemente adherente que ayuda a la
retención de la partícula abrasiva en la herramienta abrasiva o
rectificadora.
Estas y otras características y ventajas se harán
evidentes en la descripción detallada de esta invención.
La composición de metal codepositado comprende al
menos una única capa. Se ha descubierto que esta capa de metal
codepositada, incluso como capa única, mejora en gran medida el
rendimiento de una herramienta abrasiva.
Las partículas abrasivas de CBN utilizadas en la
práctica de esta invención son de un tamaño usado convencionalmente
en las muelas abrasivas, como por ejemplo, las de aproximadamente
72-90 \mum (tamaño de malla EE.UU, 170/200), pero
se pueden emplear otros tamaños de malla en las muelas abrasivas u
otras herramientas abrasivas. Dichos tamaños pueden ser, por
ejemplo, de aproximadamente 150-180 \mum a
aproximadamente 37-42 \mum (tamaño de malla EE.UU,
80/100 a 325/400) o dichos otros tamaños de malla comúnmente usados
en herramientas abrasivas particularmente en las muelas abrasivas.
El tamaño de dichas partículas abrasivas puede tener una gran
variación dentro del intervalo de 1 a 1000 micras. Las partículas
abrasivas seleccionadas deberían ser de un tamaño suficiente para
proporcionar un perfil de corte y no ser diluido en exceso por los
revestimientos metálicos a aplicar, que pueden, por otra parte,
dificultar el rendimiento de las herramientas realizadas a partir
de éstas.
Las partículas abrasivas de CBN usadas en esta
invención se obtienen típicamente por conversión del nitruro de boro
hexagonal a presión y temperatura elevadas con o sin un catalizador,
como el descrito en las patentes de EE.UU. n^{os} 4.289.503,
2.947.617, 4.188.194 y 3.212.852. Las formas apropiadas de nitruro
de boro hexagonal incluyen nitruro de boro pirolítico y nitruro de
boro grafítico. En el término ``nitruro de boro cúbico'' caben los
nitruros que tienen la estructura Wurtzítica (WCN),que es una
estructura hexagonal compacta.
Se prefiere utilizar partículas abrasivas de CBN
de un tamaño directamente obtenido a partir de un proceso de
conversión. Sin embargo, las partículas utilizadas en la presente
invención se pueden obtener también a partir de materiales
dimensionados más grandes que se trituran o pulverizan por técnicas
convencionales al tamaño deseado. Las partículas abrasivas de CBN
usadas también pueden tener la forma de agregados obtenidos
sinterizando finas de CBN revestidas de metal en una gran masa y
pulverizando esta masa para obtener agregados de un tamaño
deseado.
Las composiciones de metal de capa única de la
invención están constituidas, al menos, por una capa única de una
composición de metal codepositada. Mientras se prefiere dicha capa
única, la capa codepositada se puede revestir, además, con
composiciones de metal que pueden comprender al menos una capa
adicional sobre la capa codepositada.
Las partículas de CBN empleadas en la práctica de
esta invención pueden estar constituidas también por formas de
cristales cuyas formas ideales son tetraédricas, preferentemente
tetraedros truncados. Otra forma de los cristales de CBN pueden
también ser tetraedros truncados con una proporción de los cristales
que tienen caras de orden superior, es decir, bordes biselados. Otra
forma de partículas de CBN puede estar constituida por tetraedros
truncados donde el acoplamiento es el perfil común a las caras de
orden superior sobre los bordes.
Se incluye también dentro del campo de esta
invención las partículas abrasivas de diamante. Las estructuras de
cristales de diamante y de CBN son similares porque ambas están
fuertemente unidas covalentemente con unión tetraédrica, pero no
desiguales porque el diamante tiene un centro de simetría, y el CBN
no. Los cristales de cada uno se pueden describir y distinguir por
un sistema cristalográfico simple llamado Índice Morfológico.
Se incluye, también dentro del campo de esta
invención otras partículas abrasivas, siempre que cumplan con los
criterios de esta invención. Por esto, se entiende que las
partículas abrasivas se pueden revestir con las composiciones
metálicas de esta invención y que proporcionan rendimiento mejorado
de las herramientas abrasivas. Dichas otras partículas abrasivas
pueden incluir óxido de aluminio, carburo de silicio y otras
partículas abrasivas conocidas similares.
La composición de capa metálica codepositada de
esta invención se aplica generalmente por un proceso de deposición
sin corriente eléctrica, como se describe, por ejemplo en
Kirk-Othmer.Encyclopedia of Chemical Technology,
Vol. 15, pp. 241-274 (1981). Preferentemente, estas
técnicas se realizan bajo condiciones que permiten formar capas
metálicas espesas. Cuando se desea, se pueden aplicar capas
secundarias por técnicas de LPCVD o de deposición de baño de
sal.
Respecto del revestimiento composite multicapa,
se usan metales apropiados para la capa que recubre la primera capa
incluyen níquel, cobalto, sus aleaciones y los boruros, nitruros,
carburos, fosfuros y sus óxidos. De los metales anteriores, el
níquel y el cobalto son los preferidos y se depositan típicamente
por técnicas de revestimiento sin corriente eléctrica con una
disolución de hipofosfito de níquel o cobalto a temperaturas
inferiores a aproximadamente 121ºC (250ºF), que deposita un pequeño
porcentaje de fósforo. También apropiado en el revestimiento
composite multicapa para las otras capas de composición metálica es
una capa codepositada a partir de una disolución de
cobalto/níquel/hipofosfito, que deposita también un pequeño
porcentaje de: fósforo que da como resultado una capa metálica
codepositada de cobalto-níquel- fósforo. Un proceso
apropiado de deposición sin corriente eléctrica se describe en la
patente de EE.UU. nº 3.50.839.
Como se ha establecido anteriormente, los
materiales abrasivos pueden ser diamantes CBN u otros materiales
abrasivos similares. La capa de revestimiento en la capa composite,
particularmente la primera capa de revestimiento, debe ser de tal
que la estructura de cristales pueda resistir la temperatura de
aplicación de la capa de revestimiento al sustrato de cristal sin
que el cristal pierda resistencia estructural. Por lo tanto, la
estructura del cristal debe resistir la temperatura de aplicación
sin deterioro de la estructural de cristal que, a su vez afecta a
las propiedades abrasivas.
Al menos, la única capa codepositada aplicada a
las partículas abrasivas de CBN comprende típicamente los
revestimientos de capa metálica como se ha descrito anteriormente.
El revestimiento se aplica en una cantidad equivalente a
aproximadamente el 30-95% en peso del peso total de
las partículas abrasivas de CBN y del revestimiento. Los niveles
preferidos caen dentro del intervalo de aproximadamente
60-80% en peso del peso total de partículas
abrasivas de CBN y fr los revestimientos. El espesor de
revestimiento tiene preferentemente un exceso de 5 \mum para las
partículas abrasivas de CBN de mayor tamaño en lugar de
aproximadamente 35 \mum. Se desea que los revestimientos espesos
proporcionen una superficie de textura rugosa para una adhesión
mejorada a la matriz de resina. Las cantidades de revestimiento
metálico superiores a aproximadamente un 95% en peso del peso
combinado de las partículas abrasivas y el revestimiento pueden
proporcionar una retención mejorada de las partículas abrasivas en
una herramienta abrasiva pero puede diluir excesivamente el abrasivo
y reducir la prestación de corte. Las cantidades de revestimiento
metálico inferiores a aproximadamente el 30% en peso del peso
combinado pueden ser útiles para partículas grandes donde el
espesor de revestimiento es superior a 5 \mum, pero las partículas
abrasivas de CBN así revestidas no pueden mostrar todas las ventajas
de la presente invención.
Al controlar las características resultantes de
retención, lubricación y difusión de calor de las partículas
abrasivas de una herramienta abrasiva, el espesor del revestimiento
metálico puede variar, el tipo de revestimientos metálicos puede
variar y el tamaño de las partículas abrasivas puede variar. Un
experto en la técnica puede determinar los revestimientos metálicos
preferidos, los tamaños de los gránulos y los espesores del
revestimiento para la herramienta en cuestión por investigación de
rutina.
En la aplicación de una capa de metal o de
aleación metálica como al menos la capa codepositada única, el
proceso empleado puede ser tal que se pueda aplicar más de una capa
de la misma composición metálica en la que la capa que comprende la
misma composición metálica (metal o aleación metálica) estaría
constituida por una serie de capas. Si la composición de la capa es
de la misma composición metálica, es decir, metal puro o aleación
metálica, se considerará como una capa única para los fines de
esta invención.
Como se ha establecido anteriormente, el sustrato
de partículas abrasivas empleado debe ser tal que pueda resistir la
temperatura de la aplicación de al menos la primera capa de
composición metálica sin perdida de resistencia o deterioro de la
estructura de cristal. Por lo tanto, las partículas abrasivas de
CBN debido a su estructura de cristal pueden usar apropiadamente una
capa de aleación codepositada de
níquel-cobalto-fósforo en forma de
al menos la primera capa de composición metálica a aplicar al
sustrato de partículas abrasivas.
Después de revestir las partículas abrasivas de
CBN con las composiciones de revestimiento de esta invención, se
pueden usar para formar una herramienta abrasiva, como una muela
abrasiva, impregnando las partículas revestidas dentro de una matriz
de resina apropiada. La impregnación de las partículas abrasivas de
CBN revestidas dentro de una matriz de resina se puede realizar por
técnicas convencionales, como las descritas en Takahashi en la
patente de EE.UU. nº 4.671.021. Las partículas revestidas se
combinan típicamente con una resina fenólica para formar una mezcla,
que se forma como se desea dentro de un molde La resina fenólica se
seca a continuación a temperatura elevada, para unir las partículas
revestidas en una matriz sólida para formar un agregado sólido de
gran resistencia a la torsión. Una herramienta preferida es una
muela abrasiva que tiene partículas abrasivas de CBN de un tamaño
convencional, como, por ejemplo, aproximadamente una distribución de
partículas de 72-90\mum (tamaño de malla
170/200), que están revestidas con la composición de revestimiento
de esta invención como se ha descrito anteriormente y que están
unidas por una resina fenólica.
Las herramientas fenólicas proporcionadas por
esta invención pueden ser de cualquier forma convencional para las
herramientas que incorporan partículas abrasivas de CBN. Las
matrices y moldes convencionales se pueden utilizar para formar
estas herramientas. Las herramientas preferidas son muelas
abrasivas usadas para pulimentar metales. Dichas herramientas
abrasivas muestras características mejoradas de desgaste,
lubricación y difusión de calor en uso comparado con las muelas
abrasivas hechas sin partículas abrasivas de CBN sin la composición
de revestimiento de esta invención.
Las siguientes realizaciones específicas
preferidas han de entenderse como meramente ilustrativas y en
ningún modo limitativas del resto de la descripción.
Las partículas abrasivas de nitruro de boro
cúbico que tienen la estructura descrita en la siguiente Tabla están
revestidas con una capa única codepositada de
cobalto-níquel-fósforo, siendo el
procedimiento de revestimiento una deposición sin corriente
eléctrica. El porcentaje en peso de los revestimientos fue
normalmente de aproximadamente de entre el 65 y el 70% del peso
combinado de las partículas abrasivas y el revestimiento con un
contenido de fósforo de entre el 2 y el 11% de éste.
Las partículas abrasivas de CBN revestidas se
mezclaron a continuación con una resina fenólica resina de
feno/formaldehído) en una relación convencional de peso usada para
unir los abrasivos en una muela abrasiva. La mezcla se moldeo a
continuación en una muela abrasiva de 7 mm de ancho y 150 mm de
diámetro por técnicas convencionales como las descritas en la
patente de EE.UU. Takahashi et al. nº 4.671.021.
En la Tabla, las composiciones citadas en la
memoria descriptiva tienen un número que sigue a la capa metálica
particular, dicho número es el peso del revestimiento metálico
basado en el peso combinado del cristal y el metal en ese punto,
siendo el número el porcentaje en peso del revestimiento metálico
total basado en el peso combinado de las partículas abrasivas y el
revestimiento.
La relación abrasiva relativa (eficacia abrasiva)
y la potencia relativa son relativas al Control, teniendo cada
Control la relación relativa de 100.
En la Tabla, se aplica la siguiente
nomenclatura:
\dotable{\tabskip6pt#\hfil\+#\hfil\+#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
Ni - P- \+ - \+ níquel - fósforo\cr
Co - Ni - P \+ - \+
cobalto - níquel - fósforo\cr \+ \+
codepositado\cr}
El rendimiento abrasivo de las muelas abrasivas
producidas en el Ejemplo se refleja en la Tabla. Se probó el
rendimiento abrasivo de las muelas con una pieza de trabajo de
acero de la herramienta SKH 51 (HRc63) de muestra sobre una mesa de
rectificación alterna. La velocidad de la muela era de 30 m/s. La
mesa tenía un movimiento alternativo con una velocidad de 15 m/min y
el nivel de avance en profundidad era de 0,025 mm. La relación de
rectificación (pérdida de muela/pérdida de pieza de trabajo) se
determinó para cada muela después de un periodo predeterminado de
rectificación, típicamente más de 5 minutos. Las muelas con una
mayor relación de rectificación proporcionaron mayores (inferiores)
niveles de desgaste.
TABLA
\nobreak\vskip.5\baselineskip\centering\footnotesize\begin{tabular}{|l|l|l|l|}\hline
Muestra \+ Capas de \+ Relación de \+ Rectificación \\ \+
revestimiento \+ rectificación \+ relativa \\\hline Control \+
Nip 60 \+ 430 \+ 100 \\\hline Invención \+
Co - Ni - P \+ 577 \+ 134 \\ \+
codepositado \+ \+
\\\hline\end{tabular}\par\vskip.5\baselineskip
- * Cristales - Los cristales de CBN constituidos de tetraedros truncados ahí donde el acoplamiento es el perfil común a las caras de orden superior sobre los bordes.
- Rectificación en húmedo - Rectificación multietapas sobre una profundidad de corte de acero de acero M-4 de 0,025 mm (0,001 pulgadas).
Como se ve en la Tabla, las composiciones
abrasivas de la invención que tienen la capa metálica única de
níquel-cobalto-fósforo codepositadas
tienen una mejora significativa en la eficacia de rectificación
como se muestra mediante la Relación de rectificación y la
rectificación relativa.
Claims (2)
1. Una composición abrasiva apropiada para su uso
en herramientas abrasivas constituida por partículas abrasivas que
tienen adherido físicamente a su superficie al menos un
revestimiento de capa única de metal de una composición de metal
codepositado de
níquel-cobalto-fósforo.
2. La composición abrasiva de la reivindicación
1, en la que las partículas abrasivas son de nitruro de boro cúbico
o diamante.
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|---|---|---|---|
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