ES2201735T3

ES2201735T3 - Rueda abrasiva fina de aglutinante rigido.

Info

Publication number: ES2201735T3
Application number: ES99932313T
Authority: ES
Inventors: Srinivasan Ramanath; Richard M. Andrews
Original assignee: Saint Gobain Abrasives Inc
Current assignee: Saint Gobain Abrasives Inc
Priority date: 1998-10-23
Filing date: 1999-07-08
Publication date: 2004-03-16
Anticipated expiration: 2019-07-08
Also published as: WO2000024549A3; CA2346660A1; NZ510229A; KR20010080305A; US6056795A; ATE242084T1; JP2005040945A; MY129264A; EP1144158A3; PL353279A1; DK1144158T3; KR100419103B1; ID28439A; JP3623740B2; SK5332001A3; EP1144158A2; JP4157082B2; TW396090B; AU738846B2; DE69908651T2

Abstract

Una rueda abrasiva que comprende un disco abrasivo que contiene 2, 5-50% en volumen de granos abrasivos y una cantidad complementaria de aglutinante sinterizado de una composición que comprende un componente metálico, presentando el disco un espesor uniforme comprendido en el intervalo de 20-2500 µm, caracterizada porque el componente metálico comprende níquel y estaño, y un metal reforzador de rigidez seleccionado del grupo formado por molibdeno, renio, tungsteno y una mezcla de ellos, y el disco presenta un módulo de tracción de al menos 130 GPa.

Description

Rueda abrasiva fina de aglutinante rígido.

Esta invención se refiere a ruedas abrasivas finas para desbastar materiales muy duros, como los que se usan en el sector de la electrónica.

Las ruedas abrasivas, que son muy finas y considerablemente rígidas tienen gran importancia comercial. Por ejemplo, las ruedas abrasivas finas se usan para cortar secciones finas y para desarrollar otras operaciones de desbaste en la producción de obleas de silicio y de los llamados discos de alúmina-carburo de titanio compuesto en la fabricación de productos electrónicos. Las obleas de silicio se usan generalmente en circuitos integrados y los discos de alúmina-carburo de titanio se usan para fabricar cabezales de película muy fina para grabar y reproducir información almacenada por medios magnéticos. El uso de ruedas abrasivas finas para desbastar obleas de silicio y discos de alúmina-carburo titanio se describe en profundidad en la Patente US-A- 5313742, cuya descripción completa se incorpora al presente documento como referencia.

Como se declara en la patente `742, la fabricación de obleas de silicio y discos de alúmina-carburo de titanio crea la necesidad de cortes de dimensiones más precisas con poco desperdicio del material de la pieza de trabajo. Lo ideal para lograr dichos cortes es que las hojas cortantes sean tan rígidas como sea posible, y tan finas y planas como prácticas, ya que cuanto más fina y plana sea la hoja, menor será el desperdicio de corte producido, y cuanto más rígida sea la hoja, más recto cortará. Sin embargo, estas características se contradicen, porque cuanto más fina sea la hoja, menos rígida será.

Las hojas cortantes están compuestas principalmente por granos abrasivos y un aglutinante que mantiene los granos abrasivos en la forma deseada. Dado que la dureza del aglutinante tiende a aumentar con mayor rigidez, parecería lógico aumentar la dureza del aglutinante para obtener una hoja más rígida. Sin embargo, un aglutinante duro también presenta más resistencia al desgaste, lo que puede retrasar la erosión del aglutinante para que los granos se vuelvan romos antes resultar expelidos de la hoja. A pesar de ser muy rígida, una hoja con aglutinante duro exige un afilado agresivo, por lo que es menos recomendable.

El sector ha evolucionado hasta usar ruedas abrasivas monolíticas, por lo general agrupadas sobre un árbol. Cada una de las ruedas de la agrupación está separada axialmente de las demás mediante separadores duraderos e incompresibles. Tradicionalmente, las ruedas individuales poseen una dimensión axial uniforme desde el agujero del árbol de las ruedas hasta la periferia de éstas. A pesar de ser bastante finas, la dimensión axial de estas ruedas es mayor de la recomendable para proporcionar la rigidez adecuada para una buena precisión de corte. Sin embargo, para mantener la producción de desperdicios dentro de los límites aceptables, se reduce el espesor. Esto disminuye la rigidez de la rueda a un nivel inferior del ideal.

Por consiguiente, se observa que la rueda recta convencional produce un mayor desperdicio de las piezas de trabajo que una rueda más fina y produce más virutas y cortes imprecisos que una rueda más rígida. La patente `742 intentó mejorar el rendimiento de las ruedas rectas agrupadas aumentando el espesor de una porción interior que se extiende en forma radial desde el agujero del árbol hasta el exterior. La patente describe que una rueda monolítica con una porción interior más espesa era más rígida que una rueda recta con separadores. Sin embargo, la rueda de la patente `742 presenta la desventaja de que la porción interna no se usa para cortar, y por tanto, se desperdicia la cantidad de abrasivo de la porción interna. Dado que las ruedas abrasivas finas, en especial aquellas usadas para cortar alúmina-carburo de titanio, emplean sustancias abrasivas de precio elevado, como diamante, el coste de una rueda según la patente `742 es elevado en comparación con una rueda recta por la cantidad de abrasivo desperdiciado.

Hasta ahora, un aglutinante metálico se usaba generalmente en ruedas abrasivas finas, monolíticas y rectas destinadas al corte de materiales duros, como obleas de silicio y discos de alúmina-carburo de titanio. En la técnica se conocen diversas composiciones de aglutinante metálico para adherir granos de diamante, tales como aleaciones de cobre, cinc, plata, níquel o hierro, por ejemplo. La Patente US-A-3886925 describe una rueda con una capa abrasiva compuesta de níquel de gran pureza procedente de la electrólisis de soluciones de níquel que contienen abrasivos divididos muy finos suspendidos en ella. La Patente US-A-4180048 describe una mejora de la rueda de la patente `925 en la que se coloca mediante electrólisis una capa muy fina de cromo sobre la matriz de níquel. El documento US-4219004 describe una hoja compuesta por partículas de diamante en una matriz de níquel que constituye el único soporte de las partículas de diamante.

En la actualidad se ha descubierto un aglutinante metálico muy rígido adecuado para adherir granos de diamante a una rueda abrasiva fina. La composición del aglutinante según la invención con níquel y estaño y con un componente metálico reforzador de rigidez, preferiblemente tungsteno, molibdeno, renio o una mezcla de ellos proporciona una mejor combinación de rigidez, fuerza y resistencia al desgaste. Si se mantiene el reforzador de rigidez en la proporción adecuada de níquel y estaño, se pueden obtener las propiedades de aglutinado deseadas mediante sinterización sin presión o prensado en caliente. Por consiguiente, mientras se use el equipamiento pulvimetalúrgico convencional, el aglutinante según la invención puede sustituir fácilmente los aglutinantes tradicionales y menos rígidos basados en aleaciones de bronce y aglutinantes de níquel galvanizado.

\newpage

Conforme a esto, se proporciona una rueda abrasiva formada por un disco abrasivo compuesto de 2,5-50% en volumen de granos abrasivos y una cantidad complementaria de un aglutinante sinterizado de una composición formada por un componente metálico que consta esencialmente de níquel y estaño, y un metal reforzador de rigidez seleccionado del grupo formado por molibdeno, renio, tungsteno y una mezcla de ellos.

También se proporciona un procedimiento para cortar una pieza de trabajo que incluye la etapa de puesta en contacto de la pieza de trabajo con al menos una rueda abrasiva compuesta por un disco abrasivo formado por 2,5-50% en volumen de granos abrasivos y una cantidad complementaria de un aglutinante sinterizado de una composición formada por un componente metálico que comprende níquel y estaño y un metal reforzador de rigidez seleccionado del grupo formado por molibdeno, renio, tungsteno y una mezcla de al menos dos de ellos.

Además, la presente invención proporciona también un procedimiento para fabricar una herramienta abrasiva que incluye las siguientes etapas:

(a): el aporte de cantidades preseleccionadas de ingredientes en forma de partículas, incluidos:

(1): granos abrasivos, y

(2): una composición aglutinante compuesta por polvo de níquel, polvo de estaño y polvo de un metal reforzador de rigidez seleccionado de un grupo formado por molibdeno, renio, tungsteno y una mezcla de ellos;

(b): la mezcla de los ingredientes en forma de partículas para obtener una composición uniforme;

(c): la colocación de la composición uniforme en un molde de forma preseleccionada;

(d): la compresión del molde bajo una presión en el intervalo aproximado de 345-690 MPa durante el tiempo necesario para formar un artículo moldeado;

(e): el calentamiento del artículo moldeado hasta alcanzar una temperatura en el intervalo aproximado de 1050-1200ºC durante el tiempo necesario para sinterizar la composición aglutinante; y

(f) el enfriamiento del artículo moldeado para formar la herramienta abrasiva.

Además, se proporciona también una composición para un aglutinante sinterizado de una rueda abrasiva monolítica formada por un componente metálico que incluye níquel y estaño, y un metal reforzador de rigidez seleccionado del grupo formado por molibdeno, renio, tungsteno y una mezcla de al menos dos de ellos en los que el aglutinante sinterizado presenta un módulo de tracción de al menos 130 GPa y una dureza Rockwell B inferior a aproximadamente 105.

El aglutinante según la presente invención puede aplicarse a ruedas abrasivas rectas monolíticas. El término "rectas" se refiere a la característica geométrica por la que el espesor axial de la rueda es completamente uniforme desde el diámetro del agujero del árbol hasta el diámetro de la rueda. Preferiblemente, el espesor uniforme estará comprendido en el intervalo aproximado de 20-2.500 \mum, y más preferiblemente, entre 20-500 \mum, y aún más preferiblemente, entre 175-200 \mum. La uniformidad del espesor de la rueda se mantiene a una tolerancia estrecha para obtener el rendimiento de corte deseado, en especial para reducir la cantidad de virutas desprendidas de la pieza de trabajo y la pérdida de corte. Es preferible una variación de espesor inferior a aproximadamente 5 \mum. Por lo general, el diámetro del agujero del árbol es de aproximadamente 12-90 mm y el diámetro de la rueda es aproximadamente de 50-120 mm. Como ventaja, el aglutinante según la invención también puede usarse en ruedas abrasivas monolíticas que no presentan una anchura uniforme, como las ruedas con sección interna espesa descritas en la patente `742 mencionada anteriormente.

El término "monolítico" significa que el material de rueda abrasiva es una composición completamente uniforme desde el diámetro del agujero del árbol hasta el diámetro de la rueda. Lo que significa, principalmente, que el cuerpo entero de la rueda monolítica es un disco abrasivo compuesto por granos abrasivos adheridos a un aglutinante sinterizado. Una rueda monolítica no posee una porción integral no abrasiva para el soporte estructural de la porción abrasiva, como el núcleo metálico sobre el que se fija la porción abrasiva de una muela.

Básicamente, el disco abrasivo de la presente invención comprende los siguientes tres ingredientes: granos abrasivos, un componente metálico y un componente metálico reforzador de rigidez. El componente metálico y el metal reforzador de la rigidez forman juntos un aglutinante sinterizado para mantener los granos abrasivos en la forma deseada sobre la rueda. El aglutinante sinterizado se obtiene al someter los componentes a condiciones de sinterización adecuadas.

El componente metálico preferible en la presente invención es una mezcla de níquel y estaño, en la que el níquel constituye la principal proporción.

El término "metal reforzador de rigidez" significa un elemento o compuesto capaz de alearse con el componente metálico durante la sinterización o antes de la misma para proporcionar un aglutinante sinterizado que presente un módulo elástico considerablemente superior que el aglutinante sinterizado del componente metálico por sí solo. Molibdeno, renio y tungsteno, que presentan módulos de tracción de aproximadamente 324, 460 y 410 GPa, respectivamente, son los preferidos. Por consiguiente, el aglutinante sinterizado está compuesto preferible y esencialmente de níquel, estaño y molibdeno, renio, tungsteno o una mezcla de al menos dos elementos entre molibdeno, renio y tungsteno. En caso de usar una mezcla reforzadora de rigidez, molibdeno se presenta preferiblemente como el principal componente del compuesto reforzador de rigidez, mientras que renio y tungsteno representan cada uno una proporción menor. Por "proporción principal" se entenderá la superior a 50% en peso.

Se ha descubierto que la rigidez de un aglutinante rígido para un artículo abrasivo de la composición mencionada anteriormente debería reforzarse considerablemente con respecto a las ruedas convencionales. En una forma de realización preferible, el módulo de tracción de la rueda abrasiva con aglutinante rígido según la invención es de al menos 130 GPa, y preferiblemente superior a aproximadamente 160 GPa.

Una consideración primordial para seleccionar el grano abrasivo es que la sustancia abrasiva debería presentar mayor dureza que el material que se va a cortar. Por lo general, los granos abrasivos de ruedas abrasivas finas se seleccionarán de sustancias muy duras porque estas ruedas se usan de forma habitual para desbastar materiales extremadamente duros, como alúmina-carburo de titanio. Sustancias abrasivas duras representativas para usar en la presente invención son las denominadas superabrasivas, como diamante y nitruro de boro cúbico, y otros abrasivos duros, como carburo de silicio, óxido de aluminio fundido, alúmina microcristalina, nitruro de silicio, carburo de boro y carburo de tungsteno. También pueden usarse mezclas de al menos dos de estos abrasivos. Es preferible el diamante.

Los granos abrasivos se usan habitualmente en forma de partículas finas. Por lo general, para cortar obleas de silicio y discos de alúmina-carburo de titanio, el tamaño de las partículas de los granos se encontrará en el intervalo seleccionado para reducir la cantidad de virutas de los extremos de la pieza de trabajo. Preferiblemente, el tamaño de las partículas de los granos debería encontrarse en el intervalo aproximado de 10-25 \mum, y más preferiblemente, de aproximadamente 15-25 \mum. Los granos abrasivos habituales de diamante adecuados para usar en la presente invención poseen distribuciones de tamaño de partículas de 10/20 \mum y 15/25 \mum, en las que "10/20" se refiere a que esencialmente todas las partículas de diamante atraviesan una malla abierta de 20 \mum pero son retenidas en una malla de 10 \mum.

Debido al componente metálico reforzador de rigidez, el aglutinante sinterizado produce un aglutinante considerablemente más rígido, es decir, de módulo más elástico, que los aglutinantes metálicos sinterizados convencionales usados en aplicaciones abrasivas. Dado que la composición proporciona un aglutinante sinterizado relativamente suave, el aglutinante se desgasta a velocidad adecuada para expeler granos romos durante el desbastado. Consecuentemente, la rueda cortará con más libertad y menor tendencia a cargar, y por tanto, opera con un consumo de energía reducido. El aglutinante de la presente invención reúne por tanto las ventajas de aglutinantes metálicos duros y blandos adheridos con gran rigidez para cortar de forma precisa y con pequeñas pérdidas de anchura de corte.

Tanto el componente metálico como el componente metálico reforzador de rigidez se incorporan a la composición aglutinante preferiblemente en forma de partículas. Las partículas deberán presentar un tamaño pequeño para contribuir a obtener una concentración uniforme por todo el aglutinante sinterizado y realizar el máximo contacto con los granos abrasivos para desarrollar gran fuerza de adhesión a los granos. Son preferibles partículas finas con dimensión máxima de aproximadamente 44 \mum. Puede determinarse el tamaño de las partículas de los polvos metálicos mediante el filtrado de las partículas a través de un tamiz de malla de tamaño específico. Por ejemplo, partículas con un máximo nominal de 44 \mum pasarán a través de tamiz de malla estándar estadounidense 325.

En una forma de realización preferible, la rueda abrasiva fina con aglutinante rígido comprende un aglutinante sinterizado con aproximadamente 38-86% en peso de níquel, aproximadamente 10-25% en peso de estaño y aproximadamente 4-40% en peso de metal reforzador de rigidez, el total sumará 100% en peso, más preferiblemente se compondrá aproximadamente de 43-70% en peso de níquel, aproximadamente 10-20% en peso de estaño y aproximadamente 10-40% en peso de metal reforzador de rigidez, y más preferiblemente, de aproximadamente 43-70% en peso de níquel, aproximadamente 10-20% en peso de estaño y aproximadamente 20-40% en peso de metal reforzador de rigidez.

La rueda abrasiva según la invención se fabrica esencialmente mediante un procedimiento de sinterización del tipo denominado "prensado en frío" o "prensado en caliente". En el procedimiento de prensado en frío, en ocasiones también denominado "sinterización sin presión", se introduce una mezcla de los componentes en un molde con la forma deseada y se aplica una presión elevada a temperatura ambiente para obtener un artículo moldeado compacto pero quebradizo. Por lo general, la presión alta sobrepasará aproximadamente 300 MPa.

Seguidamente, se reduce la presión y el artículo moldeado se extrae del molde y se calienta a temperatura de sinterización. Por lo general, el calentamiento para sinterización se realiza mientras el artículo moldeado se somete a una presión más baja que en la etapa anterior a la sinterización, es decir, inferior a aproximadamente 100 MPa, y preferiblemente, inferior a aproximadamente 50 MPA. Durante esta sinterización a baja presión, se presenta la ventaja de poder colocar el artículo moldeado, como un disco para una rueda abrasiva fina, en un molde y/o entre dos platos lisos.

\newpage

En el procedimiento de presión en caliente, la mezcla de componentes en forma de partículas de una composición aglutinante se coloca en el molde, por lo general de grafito, y se comprime a alta presión como en el procedimiento en frío. Sin embargo, se mantiene la presión elevada mientras se aumenta la temperatura, por lo que se obtiene de este modo la compactación mientras la preforma está sometida a presión.

Una etapa inicial en la fabricación de ruedas abrasivas implica el empaquetado de los componentes en un molde para dar forma. Pueden añadirse los componentes como una mezcla uniforme de granos abrasivos, partículas formadoras del componente metálico y partículas formadoras del metal reforzador de rigidez por separado. Puede obtenerse esta mezcla uniforme mediante el uso de cualquier aparato mecánico de mezclado adecuado conocido en la técnica para ligar la mezcla de granos y partículas en la proporción preseleccionada. Un equipamiento mezclador ilustrativo puede incluir mezcladores bicónicos, mezcladores en V montados en cadena, mezcladoras de cintas, mezcladores de contenedor horizontal y mezcladoras estáticas/con tornillo interno.

Puede realizarse una aleación previa de níquel y estaño. Otra opción incluye combinar y mezclar después una composición estándar de aleación de níquel y estaño en partículas, partículas adicionales de níquel y/o estaño, partículas de metal reforzador de rigidez y granos abrasivos hasta conseguir uniformidad.

La mezcla de componentes que se agregará al molde para dar forma puede incluir cantidades mínimas de coadyuvantes técnicos opcionales, como cera de parafina, "Acrowax", y estearato de cinc que se emplea normalmente en el sector de abrasivos.

Una vez preparada la mezcla uniforme, se coloca en un molde adecuado. En un procedimiento de sinterización de presión en frío preferido, los contenidos del molde pueden comprimirse mediante presión mecánica aplicada exteriormente a temperatura ambiente hasta aproximadamente 345-690 MPa. Puede usarse, por ejemplo, una prensa de platos en esta operación. Por lo general, se mantiene la compresión durante aproximadamente 5-15 segundos, y una vez transcurridos, se reduce la presión y se calienta la preforma a temperatura de sinterización.

El calentamiento deberá realizarse en un ambiente inerte, como con presión y vacío bajos absolutos o bajo protección de gas inerte. Los contenidos del molde se someten después a temperatura de sinterización. La temperatura de sinterización se mantendrá durante el tiempo necesario para sinterizar los componentes del aglutinante. La temperatura de sinterización deberá ser lo suficientemente elevada para que la composición de aglutinante se densifique pero no se funda por completo. Es importante seleccionar componentes para el aglutinante metálico y para los metales reforzadores de rigidez que no requieran sinterización a temperaturas tan elevadas que afecten negativamente a los granos abrasivos. Por ejemplo, el diamante inicia su grafitización por encima de aproximadamente 1100ºC. Por lo general, es preferible sinterizar ruedas abrasivas de diamante por debajo de dicha temperatura. Debido a que el níquel y algunas aleaciones de níquel son de alta fusión, por lo general es necesario sinterizar la composición aglutinante de la presente invención a la temperatura incipiente de grafitización de diamante o por encima de ella, por ejemplo, a temperaturas comprendidas en el intervalo aproximado de 1050-1200ºC. En este intervalo de temperatura puede lograrse la sinterización sin una degradación importante del diamante si la exposición a temperaturas superiores a 1100ºC se limita a períodos breves, por ejemplo, inferiores a aproximadamente 30 minutos y, preferiblemente, inferiores a aproximadamente 15 minutos.

En un aspecto preferido de la presente invención se puede añadir un componente metálico adicional a la composición aglutinante para obtener resultados específicos. Por ejemplo, puede añadirse una proporción menor de boro a un aglutinante que contiene níquel como un depresor de la temperatura de sinterización por lo que se reduce más el riesgo de grafitización del diamante al reducir la temperatura de sinterización. Se prefiere como máximo aproximadamente 4 partes por peso (ppp) de boro por cada 100 ppp de níquel.

En un procedimiento preferido de sinterización por prensado en caliente, las condiciones son generalmente las mismas que para el prensado en frío, con excepción de que la presión se mantiene hasta completar la sinterización. Tanto en el prensado en caliente y en el procedimiento sin presión, tras la sinterización es preferible que los productos sinterizados se enfríen de forma gradual a temperatura ambiente. Para el enfriado, es preferible la convección mediante aire ambiente forzado o natural. Se desaconseja el enfriamiento de choque. Se da a los productos un acabado mediante procedimientos convencionales, tales como lapeado para obtener las tolerancias de dimensión deseada.

Es preferible usar aproximadamente 2,5-50% en volumen de granos abrasivos y una cantidad complementaria de aglutinante sinterizado en el producto sinterizado. Preferiblemente, los poros deberán ocupar como máximo aproximadamente 10% en volumen del producto densificado, es decir, aglutinante y abrasivo, y más preferiblemente, menos de aproximadamente 5% en volumen. El aglutinante sinterizado presenta por lo general una dureza de aproximadamente 100-105 Rockwell B.

La herramienta abrasiva preferida según la presente invención es una rueda abrasiva. Según esto, la forma de molde habitual es la de un disco fino. Los moldes se amontonan generalmente en una pila vertical separada por un plato de grafito entre discos adyacentes. Puede usarse un molde de disco sólido, en cuyo caso tras la sinterización puede extraerse una porción central del disco para formar el agujero del eje. Alternativamente, puede usarse un molde de forma anular para formar el agujero de eje in situ. Esta última técnica evita el desperdicio producido al desechar la porción central cubierta de abrasivo del disco sinterizado.

La presente invención se ilustra a continuación con ejemplos de determinadas formas de realización representativas de la misma, en las que, a menos que se indique lo contrario, todas las partes, proporciones y porcentajes son por peso y los tamaños de partículas se indican según la designación de tamaño del tamiz de malla estándar estadounidense.

Todas las unidades de peso y medida que no se obtuvieron originalmente en unidades SI se han convertido a éstas.

Ejemplos Ejemplo 1

Se combinaron el polvo de níquel (3-7 \mum, Acupowder International Co., Nueva Jersey), el polvo de estaño (malla <325 Acupowder International Co.) y el polvo de molibdeno (2-4 \mum, Cerac Corporation) en proporciones de 58,8% Ni, 17,6% Sn y 23,50% Mo. Se filtró esta composición aglutinante por una pantalla de acero inoxidable de malla 165 para eliminar aglomerados y se ligó concienzudamente la mezcla filtrada en un mezclador de marca "Turbula" (Glen Mills Corporation, Clifton, Nueva Jersey) durante 30 minutos. Se añadieron granos abrasivos de diamante (15-25 \mum) de GE Superabrasives, Worthington, Ohio a la mezcla metálica para formar 37,5% en volumen de mezcla total de metal y diamante. Esta mezcla se mezcló en una mezcladora Turbula durante 1 hora para obtener una composición uniforme de aglutinante y abrasivo.

Se colocó la composición de aglutinante y abrasivo en un molde de acero con cavidad de 119,13 mm de diámetro exterior, 6,35 mm de diámetro interior y profundidad uniforme de 1,27 mm. Se formó una rueda "verde" al compactar el molde a temperatura ambiente a 414 MPa (4,65 ton/cm^{2}) durante 10 segundos. Se extrajo del molde la rueda verde, después se calentó a 1150ºC bajo 32,0 MPa (0,36 ton/cm^{2}) durante 10 minutos entre platos de grafito en un molde de grafito. Después de enfriarse en el molde al aire libre, se procesó la rueda hasta obtener las medidas netas de 114,3 mm de diámetro exterior, 69,88 mm de diámetro interior (diámetro del agujero del árbol) y 0,178 mm de espesor por procedimientos convencionales, que incluyen "alineación" a un desgaste preseleccionado y afilado inicial según las condiciones que se muestran en la Tabla 1.

TABLA I

Ejemplos de condiciones de alineación 1-2
Rueda alineada
\hskip0.5cm Velocidad	5593 rev/min
\hskip0.5cm Velocidad de alimentación	100 mm/min
\hskip0.5cm Exposición desde pestaña	3,68 mm
Rueda alineada	modelo nº 37C220-H9B4
\hskip0.5cm Composición	carburo de silicio
\hskip0.5cm Diámetro	112,65 mm
\hskip0.5cm Velocidad	3000 rev/min
\hskip0.5cm Velocidad de rotación	305 mm/min
\hskip0.5cm Nº de pasadas
\hskip1cm A 2,5 \mum	40
\hskip1cm A 1,5 \mum	40
Afilado inicial
\hskip0.5cm Velocidad de rueda	2500 rev/min
\hskip0.5cm Piedra de afilar	tipo 37C500-GV
\hskip0.5cm Anchura de piedra de afilar	12,7 mm
\hskip0.5cm Penetración	2,54 mm
\hskip0.5cm Velocidad de alimentación	100 mm/min
\hskip0.5cm Nº de pasadas	12,00

Ejemplo 2 y Ejemplo comparativo 1

Se probaron la rueda según la invención fabricada según lo descrito en el Ejemplo 1 y una rueda convencional disponible en el mercado para esta aplicación del mismo tamaño (Ejemplo comparativo 1) según el procedimiento descrito a continuación. La composición en el Ejemplo comparativo 1 era de 48,2% de Co, 20,9% de Ni, 11,5% de Ag, 4,9% de Fe, 3,1% de Cu, 2,2% de Sn, y 9,3% de diamante de 15/25 \mum. El procedimiento consistió en cortar múltiples secciones de alúmina-carburo de titanio adherido a un sustrato de grafito mediante un bloque de tipo 3M-310 de 150 mm de largo x 150 mm de ancho x 1,98 mm de espesor (Minnesota Mining and Manufacturing Co., Minneapolis, Minnesota). Antes de cada corte se afilaron las ruedas como se describe en la Tabla 1 con la excepción de que se realizó una única pasada de afilado por corte y se usó una piedra de afilar de 19 mm de ancho (12,7 mm en el Ejemplo comparativo 1). Las ruedas abrasivas se montaron entre dos separadores de soporte metálicos de 106,93 mm de diámetro exterior. La velocidad de la rueda fue de 7500 rev/min (9000 rev/min en el Ejemplo comparativo 1). La velocidad de alimentación fue de 100 mm/min y la profundidad de corte de 2,34 mm. El corte se enfrió a un flujo de 56,4 l/min de 5% de agua desmineralizada, estabilizada y antioxidante descargada a través de un surtidor rectangular de 1,58 mm x 85,7 mm a una presión de 2,8 kg/cm^{2}.

Los resultados del corte se muestran en la Tabla II. La rueda según la invención funcionó bien y cumplió todos los criterios de funcionamiento. Por ejemplo, durante la segunda serie de cortes, el tamaño máximo de las virutas fue inferior a las producidas por la rueda comparativa y continuó disminuyendo hasta 7 \mum en la cuarta serie de cortes. La rectitud del corte fue mejor que en la rueda comparativa y el desgaste de la rueda fue similar que el del Ejemplo comparativo 1. También fue destacable que la rueda del Ejemplo comparativo 1 necesitó para funcionar a una velocidad de rotación de 20% más y una potencia de aproximadamente 52% más que la rueda según la invención (aproximadamente 520W frente a 340W).

Tabla pasa a página siguiente

1

Ejemplos 3-4 y Ejemplos comparativos 2-6

Se probó la rigidez de diversas composiciones de rueda y aglutinante. Se combinaron polvos de metal fino con y sin granos de diamante según las proporciones mostradas en la Tabla III y se mezclaron hasta obtener composiciones uniformes como en el Ejemplo 1. Se realizaron pruebas de tracción mediante la compresión de las composiciones en moldes con forma de hueso a temperatura ambiente y someterlas a presión comprendida en el intervalo de 414-620 MPa (30-45 tons/in^{2}) durante 10 segundos, y después se sinterizaron al vacío tal como se describe en el Ejemplo 1.

Se sometieron las muestras a un análisis de módulo de sonido y a mediciones de módulo de tracción estándar en una máquina para pruebas de tracción Instron Modelo 3404. Los resultados se muestran en la Tabla III. El módulo de tracción de la muestra de la rueda según la invención (Ej. 3) sobrepasó bastante los 100 GPa y fue considerablemente superior que los módulos de ruedas abrasivas finas convencionales (Ejemplos comparativos 2 y 4).

El Ejemplo 4 demuestra que un metal reforzador de rigidez que contiene aglutinante sinterizado produce una rigidez considerablemente superior en comparación con composiciones de aglutinante convencionales de los Ejemplos comparativos 3 y 5. Se cree que esta elevada composición aglutinante sinterizada es la principal responsable de la elevada rigidez total de la herramienta abrasiva. Por otra parte, las composiciones reforzadoras de rigidez con níquel/estaño proporcionan una mayor rigidez sin sacrificar la resistencia del aglutinante, la densidad de sinterización u otras características de la fabricación de ruedas. Por consiguiente, las composiciones de aglutinante son útiles para construir herramientas abrasivas y, en especial, ruedas abrasivas finas para cortar piezas de trabajo de gran dureza.

TABLA III

	Ej.3*	Ej.4**	Ej. comp.2	Ej. comp.3	Ej. comp.4	Ej.comp. 5
Cobre, % en peso			70	70	62	62
Estaño, % en peso	17,8	17,8	9,1	9,1	9,2	9,2
Níquel, % en peso	68,8	58,8	7,5	7,5	15,3	15,3
Molibdeno	23,6	23,6
Hierro, % en peso			13,4	13,4	13,6	13,5
Diamante, % en vol.	18,8		18,8		18,8
Módulo de sonido, Gpa	148		95		99
Módulo de tracción, Gpa	188	210		106	103	95
*sinterizado por prensado en frío (sinterización sin presión)
** sinterizado por prensado en caliente

Ejemplo 5

Se preparó una muestra de composición aglutinante de 14% de polvo de estaño, 48% de polvo de níquel y 38% de polvo de tungsteno según los ejemplos 3 y 4 y se comprobó el módulo elástico. El módulo de tracción fue de 303 GPa. En comparación, los módulos de tracción de níquel, estaño y tungsteno como elementos es de 207, 41,3 y 410 GPa respectivamente. A pesar de que la muestra no contenía granos abrasivos, este ejemplo prueba el módulo elevado que puede obtenerse de un aglutinante de níquel/estaño reforzado con tan sólo 38% de tungsteno.

A pesar de que se seleccionaron aspectos específicos de la invención para mostrar en los ejemplos, y que la descripción precedente se ha redactado en términos específicos con objeto de describir dichos aspectos de la invención, esta descripción no está destinada a limitar el alcance de la invención que se define en las reivindicaciones.

Claims

1. Una rueda abrasiva que comprende un disco abrasivo que contiene 2,5-50% en volumen de granos abrasivos y una cantidad complementaria de aglutinante sinterizado de una composición que comprende un componente metálico, presentando el disco un espesor uniforme comprendido en el intervalo de 20-2500 \mum, caracterizada porque el componente metálico comprende níquel y estaño, y un metal reforzador de rigidez seleccionado del grupo formado por molibdeno, renio, tungsteno y una mezcla de ellos, y el disco presenta un módulo de tracción de al menos 130 GPa.

2. La rueda abrasiva de la reivindicación 1 en la que el componente metálico contiene más de 50% en peso de níquel y menos de 50% en peso de estaño.

3. La rueda abrasiva de la reivindicación 2 en la que el aglutinante sinterizado comprende:

(a): 38-86% en peso de níquel;

(b): 10-25% en peso de estaño, y

(c): 4-40% en peso de metal reforzador de rigidez

y en la que el total de (a), (b) y (c) suma 100% en peso.

4. La rueda abrasiva de la reivindicación 3 en la que el metal reforzador de rigidez es molibdeno.

5. La rueda abrasiva de la reivindicación 3 en la que el metal reforzador de rigidez es renio.

6. La rueda abrasiva de la reivindicación 3 en la que el metal reforzador de rigidez es tungsteno.

7. La rueda abrasiva de la reivindicación 3 en la que el metal reforzador de rigidez es una mezcla de al menos dos elementos de los siguientes: molibdeno, renio y tungsteno.

8. La rueda abrasiva de la reivindicación 7 en la que molibdeno representa más del 50% en peso de la mezcla.

9. La rueda abrasiva de la reivindicación 1 en la que el aglutinante sinterizado comprende polvo de níquel, polvo de estaño y polvo de metal reforzador de rigidez sinterizados.

10. La rueda abrasiva de la reivindicación 1 en la que los granos abrasivos son de un abrasivo duro seleccionado del grupo formado por diamante, nitruro de boro cúbico, carburo de silicio, óxido de aluminio fundido, alúmina microcristalina, nitruro de silicio, carburo de boro, carburo de tungsteno y mezclas de al menos dos de ellos.

11. La rueda abrasiva de la reivindicación 10 en la que los granos abrasivos son de diamante.

12. La rueda abrasiva de la reivindicación 1 en la que los granos abrasivos comprenden 20-50% en volumen del disco abrasivo y el disco abrasivo también comprende poros que ocupan como máximo aproximadamente 10% en volumen del aglutinante sinterizado y grano abrasivo.

13. La rueda abrasiva de la reivindicación 1 en la que el disco abrasivo presenta una corona circunferencial de 40-120 mm de diámetro, definiendo el disco abrasivo un agujero de árbol axial de 12-90 mm, presentando un espesor uniforme comprendido en el intervalo de 175-200 \mum y comprendiendo granos de diamante y aglutinante sinterizado compuesto por 18% en peso de estaño, 24% en peso de molibdeno y 58% en peso de níquel.

14. La rueda abrasiva de la reivindicación 1 en la que el disco abrasivo presenta una corona circunferencial de 40-120 mm de diámetro, definiendo el disco abrasivo un agujero de árbol axial de 12-90 mm, presentando un espesor uniforme comprendido en el intervalo de 175-200 \mum y comprendiendo granos de diamante y aglutinante sinterizado compuesto por 18% en peso de estaño, 24% en peso de tungsteno y 58% en peso de níquel.

15. La rueda abrasiva de la reivindicación 1 en la que el disco abrasivo presenta una corona circunferencial de 40-120 mm de diámetro, definiendo el disco abrasivo un agujero de árbol axial de 12-90 mm, presentando un espesor uniforme en el intervalo de 175-200 \mum y comprendiendo granos de diamante y aglutinante sinterizado compuesto por 18% en peso de estaño, 24% en peso de renio y 58% en peso de níquel.

16. Un procedimiento para cortar una pieza de trabajo que comprende la etapa de puesta en contacto de la pieza de trabajo con al menos una rueda abrasiva compuesta por un disco abrasivo que presenta 2,5-50% en volumen de granos abrasivos y una cantidad complementaria de un aglutinante sinterizado de una composición formada por un componente metálico, presentando el disco un espesor uniforme comprendido en el intervalo 20-2500 \mum, caracterizado porque el componente metálico está formado por níquel y estaño y un metal reforzador de rigidez seleccionado del grupo formado por molibdeno, renio, tungsteno y una mezcla de al menos dos de ellos, y el disco abrasivo presenta un módulo de tracción de al menos 130 GPa.

17. El procedimiento de la reivindicación 16 en el que el disco abrasivo presenta una corona circunferencial de 40-120 mm de diámetro, definiendo el disco abrasivo un agujero de árbol axial de 12-90 mm y presentando un espesor uniforme comprendido en el intervalo 175-200 \mum, en el que el disco abrasivo comprende granos de diamante en un aglutinante sinterizado compuesto por 38-86% en peso de níquel, 10-25% en peso de estaño y 4-40% en peso de molibdeno, el total de níquel, estaño y molibdeno suma 100% en peso.

18. El procedimiento de la reivindicación 16 en el que el disco abrasivo presenta una corona circunferencial de 40-120 mm de diámetro, definiendo el disco abrasivo un agujero de árbol axial de 12-90 mm y presentando un espesor uniforme comprendido en el intervalo 175-200 \mum, en el que el disco abrasivo comprende granos de diamante en un aglutinante sinterizado compuesto por 38-86% en peso de níquel, 10-25% en peso de estaño y 4-40% en peso de tungsteno, sumando el total de níquel, estaño y tungsteno 100% en peso.

19. El procedimiento de la reivindicación 16 en el que el disco abrasivo presenta una corona circunferencial de 40-120 mm de diámetro, definiendo el disco abrasivo un agujero de árbol axial de 12-90 mm y presentando un espesor uniforme comprendido en el intervalo 175-200 \mum, en el que el disco abrasivo comprende granos de diamante en un aglutinante sinterizado compuesto por 38-86% en peso de níquel, 10-25% en peso de estaño y 4-40% en peso de renio, sumando el total de níquel, estaño y renio 100% en peso.

20. El procedimiento de la reivindicación 16 en el que la pieza de trabajo se selecciona entre alúmina-carburo de titanio y silicio.

21. Un procedimiento de fabricación de una herramienta abrasiva que comprende 2,5-50% en volumen de granos abrasivos y una cantidad complementaria de aglutinante sinterizado de una composición que comprende un componente metálico, presentando la herramienta un espesor uniforme comprendido en el intervalo de 20-2500 \mum, comprendiendo las etapas siguientes:

(a): el aporte de cantidades preseleccionadas de ingredientes en partículas que comprenden:

(1): granos abrasivos; y

(2): una composición aglutinante formada por polvo de níquel, polvo de estaño y polvo de un metal reforzador de rigidez seleccionado de un grupo formado por molibdeno, renio, tungsteno y una mezcla de ellos.

(b): la mezcla de los ingredientes en partículas para formar una composición uniforme;

(c): la colocación de la composición uniforme en un molde preseleccionado con forma de disco fino;

(d): la compresión del molde a presión comprendida en el intervalo 345-690 MPa durante el tiempo necesario para formar un artículo moldeado;

(e): el calentamiento del artículo moldeado a temperatura comprendida en el intervalo 1050-1200ºC durante el tiempo necesario para sinterizar la composición de aglutinante;

(f): el enfriamiento del artículo moldeado para formar la herramienta abrasiva; y

(g): la reducción de la presión en el artículo moldeado hasta una presión baja inferior a 100 MPa tras la etapa de compresión y el mantenimiento de la presión baja durante la etapa de calentamiento.

22. El procedimiento de la reivindicación 21 en el que la presión del artículo moldeado se mantiene en el intervalo de 25-75 Mpa durante la etapa de calentamiento.

23. El procedimiento de la reivindicación 21 en el que los ingredientes en partículas comprenden (a) 38-86% en peso de níquel, (b) 10-25% en peso de estaño y (c) 4-40% en peso de molibdeno, sumando el total de (a), (b) y (c) 100% en peso.

24. El procedimiento de la reivindicación 21 en el que los ingredientes en partículas comprenden (a) 38-86% en peso de níquel, (b) 10-25% en peso de estaño y (c) 4-40% en peso de tungsteno, sumando el total de (a), (b) y (c) 100% en peso.

25. El procedimiento de la reivindicación 21 en el que los ingredientes en partículas comprenden(a) 38-86% en peso de níquel, (b) 10-25% en peso de estaño y (c) 4-40% en peso de renio, sumando el total de (a), (b) y (c) 100% en peso.

\newpage

26. El procedimiento de la reivindicación 21 en el que la herramienta abrasiva es un disco que presenta un espesor uniforme comprendido en el intervalo 175-200 \mum, con una corona circunferencial de 40-120 mm de diámetro y cuyo disco define un agujero de árbol axial de 12-90 mm.

27. El procedimiento de la reivindicación 21 en el que los ingredientes en partículas comprenden 20-50% en volumen de granos abrasivos de un abrasivo duro seleccionado del grupo formado por diamante, nitruro de boro cúbico, carburo de silicio, óxido de aluminio fundido, alúmina microcristalina, nitruro de silicio, carburo de boro, carburo de tungsteno y mezclas de al menos dos de ellos.

28. El procedimiento de la reivindicación 27 en el que los granos abrasivos son de diamante.

29. El procedimiento de la reivindicación 21 en el que la etapa de calentamiento se produce mientras que el artículo moldeado se mantiene a la presión de la etapa de compresión.