ES2205591T3

ES2205591T3 - Articulos abrasivos ligados, llenos de una mezcla de aceite/cera.

Info

Publication number: ES2205591T3
Application number: ES98963227T
Authority: ES
Inventors: George A. Rossetti, Jr.; Stephen E. Fox; Marc J. M. Tricard
Original assignee: Saint Gobain Abrasives Inc
Current assignee: Saint Gobain Abrasives Inc
Priority date: 1998-04-07
Filing date: 1998-12-15
Publication date: 2004-05-01
Anticipated expiration: 2018-12-15
Also published as: KR100422601B1; CA2325491C; JP3851086B2; BR9815800A; AU734039B2; JP2002510560A; DK1069973T3; CN1128044C; PT1069973E; NZ507008A; DE69817224T2; KR20010042517A; AU1829499A; ATE246980T1; WO1999051400A1; CN1291125A; ZA9957B; ID26877A; DE69817224D1; EP1069973B1

Abstract

Artículo abrasivo para amolado de precisión, que comprende de 3 a 25% en volumen de ligante vítreo, 3 a 56% en volumen de grano abrasivo MCA de alúmina alfa microcristalina, y 28 a 68% en volumen de porosidad abierta, en el que prácticamente toda la porosidad abierta del artículo abrasivo ha sido impregnada con un componente lubricante consistente en una mezcla uniforme de aceite y cera que tiene una razón ponderal aceite:cera de aproximadamente 3:1 a aproximadamente 1:4.

Description

Artículos abrasivos ligados, llenos de una mezcla de aceite/cera.

Esta invención se refiere a las herramientas abrasivas para el amolado de precisión. Más específicamente, es relativa a las herramientas abrasivas ligadas, vitrificadas, e impregnadas con un componente lubricante para mejorar el rendimiento de amolado, particularmente en procesos de amolado en seco.

Las operaciones de amolado de precisión retiran metal de un artículo a una cadencia moderadamente alta para conseguir un artículo acabado de forma precisa que tiene un tamaño y calidad de superficie especificados. Ejemplos típicos de amolado de precisión incluyen el acabado de componentes de cojinete y el mecanizado de piezas de motores a tolerancias finas. Frecuentemente se usa refrigerantes y lubricantes para mejorar el rendimiento del amolado de precisión de piezas metálicas.

Un método "húmedo" de enfriamiento y lubricación implica bañar continuamente la zona de amolado durante el corte con cantidades copiosas de líquido fresco o recirculante a baja temperatura. Típicamente, el líquido es una composición acuosa que contiene pequeñas concentraciones de ayudas de proceso. El líquido rebaja la temperatura de la zona de amolado para proteger de la degradación térmica la herramienta y la pieza a trabajar. Inunda también la herramienta para arrastrar las limaduras que de otro modo podrían embotar el abrasivo si se les permitiese llenar los vacíos entre partículas abrasivas o soldarse sobre las superficies de las partículas.

El amolado en húmedo presenta numerosas desventajas. Por citar unas pocas, el proceso es de funcionamiento desordenado; es preciso recuperar el líquido para reutilizarlo o desecharlo de un modo ambientalmente correcto; la presencia de ayudas de proceso contribuye a la dificultad de recuperación y se suma al coste de explotación; el líquido acuoso puede corroer piezas de la máquina de amolado; y resulta desagradable trabajar con el líquido en un entorno ambiental muy frió.

El amolado de precisión puede ejecutarse también por un método "seco". No se aplica externamente flujo de inundación de líquido a la zona de amolado. Para amolar metales termosensibles o difíciles de amolar, tales como el acero inoxidable, es deseable lubricar la zona de amolado. Para llevar a cabo esta lubricación, se ha suministrado tradicionalmente lubricante al sitio de amolado local mediante la aplicación periódica de lubricante sólido a la cara de la herramienta de amolado, o llenando los poros de abrasivo apropiado tal como en herramientas abrasivas vítreas con aditivos seleccionados. Se ha usado productos químicos, tales como azufre, y otras cargas lubricantes. Estos aditivos reducen la carga y el vidriado del abrasivo, hacen a la herramienta de corte más libre y reducen la incidencia de quemadura. Los aditivos son añadidos usualmente al abrasivo después de cocer el producto de ligado para prevenir la degradación térmica de los aditivos y permitir la formación correcta del abrasivo durante la fabricación de la herramienta.

El amolado en seco presenta el rasgo ventajoso de que se consume muy poco lubricante ya que el lubricantes se deposita directamente en la zona de amolado. Además, no es preciso que el lubricantes sea hidrosoluble porque no es llevado a la zona de amolado en el agua de refrigeración. Desafortunadamente, los aditivos situados en los poros, especialmente los líquidos de baja viscosidad, no son retenidos en la herramienta abrasiva durante largo tiempo. Tienden a distribuirse irregularmente en la rueda después de largos periodos de reposo y con el tiempo pueden rezumar parcial o completamente de la rueda. En la aplicación importante de amolado de precisión en seco usando ruedas abrasivas que trabajan a alta velocidad, la fuerza centrífuga tiende a expulsar los aditivos líquidos de baja viscosidad que residen en los poros. Los aditivos expulsados salpican el área de trabajo y agotan la cantidad de aditivos disponibles en el sitio de amolado para facilitar la operación de amolado. Es deseable proporcionar ruedas abrasivas de ligado vítreo que estén cargadas con concentraciones uniformemente distribuidas de lubricantes predominantemente de baja viscosidad y que entreguen tales lubricantes al sitio de amolado durante toda la vida del abrasivo.

Se ha sugerido varios materiales como aditivos para herramientas abrasivas porosas con el fin de mejorar el rendimiento de amolado. La cera de parafina es un ejemplo de tal material. Véase, por ejemplo, US-A-1.325.503 de Katzenstein. La cera de parafina se vuelve viscosa a temperatura relativamente baja y tiende a producir la carga de la cara de la rueda de amolado, lo que constituye una característica indeseable en procesos de amolado de precisión. Se informó de que un material de ácido esteárico es superior a la cera de parafina en:

A. Kobayashi, y cols. Annals of the C.I.R.P., Vol. XIII, pp. 425-432, 1966.

US-A-4.190.986 de Kunimasa nos dice que se puede conseguir una mejora en la eficiencia de amolado y una reducción en el quemado de la pieza trabajar por la adición de una mezcla calentada de ácidos alifáticos superiores y alcoholes superiores a los poros de las piedras de afilar ligadas con resina. La patente describe que, contrariamente a las herramientas ligadas con resina, las herramientas ligadas, vitrificadas no muestran una mejora en el rendimiento de amolado. En herramientas de ligado vitrificado se informa de que el aditivo funciona solamente como lubricante, y no se observó mejora en el rendimiento de amolado.

US-A-3.502.453 de Baratto describe herramientas abrasivas ligadas con resina que contienen esferas huecas llenas de lubricante, tal como aceite SAE 20 encapsulado en una cápsula de urea-formaldehído. Se usa grafito en las herramientas superabrasivas ligadas con resina descritas en US-A-3.664.819 de Sioui. El grafito mejora la eficiencia de amolado y lubrica la pieza a trabajar durante las operaciones de amolado en seco.

US-A-4.239.501 de Wirth describe la aplicación a la superficie cortante de una herramienta abrasiva de un combinación de nitrito sódico y una cera, tal como parafina, cerato y ácido esteárico o ceras microcristalinas.

Es sabido que el azufre constituye un excelente lubricante para el amolado de precisión de piezas metálicas. En M.A. Younis, y cols., Transactions of the CSME. Vol. 9, nº 1, pp 39-44, 1985, se informó de que el azufre era superior a las ceras y barnices como ayuda de amolado impregnada en las herramientas de amolado. Sin embargo, los intentos anteriores para usar herramientas cargadas de azufre, particularmente ruedas abrasivas de alta velocidad de rotación, han resultado problemáticos. Debido a la combustión a las temperaturas de amolado, las herramientas abrasivas que contienen azufre sólo se usan en procesos de amolado en húmedo. A menudo después de un breve funcionamiento, la fuerza centrífuga tiende a redistribuir el azufre en una rueda de amolado. Como el azufre tiene una densidad relativamente alta, la rueda puede desequilibrarse, empezar a chirriar, y resultar inutilizable para el amolado de precisión.

Se han usado aceites de corte sulfurados como alternativa a las ruedas de amolado abrasivas, impregnadas de azufre, con el fin de evitar problemas de equilibrio, pero los aceites tienen generalmente una baja viscosidad. Por consiguiente, las ruedas abrasivas cargadas con tales aceites sufren las desventajas anteriormente expuestas.

El amolado en húmedo es el modo preferido de amolado de precisión a alta velocidad cuando se utiliza ayudas de proceso basadas en azufre. El azufre se usa normalmente en forma de aceite de corte metálico hidrosoluble o dispersable, de baja viscosidad que se mezcla con el refrigerante. Esto constituye un uso muy ineficiente del azufre porque hay que añadir una cantidad en exceso de aceite sulfurado al gran volumen de refrigerante líquido. El azufre constituye también un contaminante medioambiental y el refrigerante gastado ha de ser tratado para suprimir los materiales sulfurados antes de su eliminación.

Por tanto, ninguno de los aditivos de amolado de la técnica anterior ha resultado completamente satisfactorio para usar en herramientas abrasivas ligadas, vitrificadas, para operaciones de amolado de precisión, particularmente ya que los efectos medioambientales del azufre y otras ayudas de amolado activas son más difíciles de controlar.

La necesidad de ayudas de amolado mejoradas para operaciones de amolado de precisión se hizo incluso más aguda con la introducción de granos abrasivos de alúmina sol gel sinterizados durante los años 80. Se sabe que las herramientas abrasivas que comprenden grano abrasivo de alúmina de sol gel sinterizado, sembrado o sin sembrar, también llamado grano abrasivo de alúmina alfa microcristalina (MCA), proporcionan un rendimiento de amolado superior para una diversidad de materiales. La fabricación, características y rendimiento de estos granos MCA en varias aplicaciones son descritos, por ejemplo, en las patentes US-A-4.623.364, US-A-4.314.827, US-A-4.744.802, US-A-4.898.597 y US-A-4.543.107.

La morfología del grano MCA está diseñada para causar la microfractura de las partículas del grano durante el amolado. La capacidad de microfractura prolonga la vida del grano abrasivo arrancando de cada partícula de grano una porción cada vez en lugar de desprender una partícula completa. Descubre también superficies abrasivas nuevas, haciendo en efecto que el abrasivo se autoafile durante el amolado. Debido a su extraordinaria agudeza con relación a otros granos abrasivos, el grano MCA se caracteriza por la habilidad de cortar con una cantidad mínima de energía de amolado cuando se usa para procesos de amolado en seco empleando una herramienta ligada vitrificada. La potencia de umbral necesaria para iniciar el amolado en seco con grano MCA es esencialmente cero. Bajo condiciones de amolado en húmedo utilizando un refrigerante basado en agua, el grano MCA no funciona igual que con respecto a la cantidad de potencia necesaria para iniciar el amolado. Dado que muchas operaciones de amolado de precisión no pueden tolerar procesos de amolado en seco, incluso con grano MCA, ha resultado necesario desarrollar un componente lubricante que sea efectivo como refrigerante y ayuda de amolado para herramientas abrasivas ligadas, vitrificadas, que contienen grano MCA. El componente lubricante de la invención es efectivo con granos MCA en procesos de amolado ya sea en húmedo o en seco.

La presente invención es un artículo abrasivo para amolado de precisión, comprendiendo de 23 a 35% en volumen de ligado vítreo, 3 a 56% en volumen de grano abrasivo MCA, y 28 a 68% en volumen de poros, en el que prácticamente toda la porosidad abierta del artículo abrasivo ha sido impregnada con un componente lubricante consistente en una mezcla uniforme de aceite y cera que tiene una razón ponderal aceite:cera de aproximadamente 3:1 a aproximadamente 1:4.

En una realización preferida de la presente invención el artículo abrasivo para amolado de precisión comprende de 3 a 25% en volumen de ligado vítreo, 3 a 56% en volumen de grano abrasivo MCA, y 28 a 63% en volumen de porosidad abierta, en el que prácticamente toda la porosidad abierta del artículo abrasivo ha sido impregnada con un componente lubricante consistente en una mezcla uniforme de aceite y cera que tiene una razón ponderal aceite:cera de aproximadamente 3:1 a aproximadamente 1:4.

Los artículos abrasivos para amolado de precisión son fabricados por un método que comprende los pasos de:

(a): mezclar aproximadamente 20-75% en peso de aceite y 25-80% en peso de cera a una temperatura superior al punto de reblandecimiento de la cera para formar un componente lubricante mezclado uniformemente;

(b): preparar un artículo abrasivo que comprende aproximadamente de 3 a 25% en volumen de ligante vítreo, 3 a 56% en volumen de grano MCA y 28 a 68% en volumen de poros;

(c): calentar el componente lubricante a una temperatura a la que el componente lubricante se encuentra en un estado líquido y mantener el componente lubricante en un estado líquido;

(d): calentar el artículo abrasivo a una temperatura de 20 a 30ºC superior a la temperatura del componente lubricante líquido;

(e): poner en contacto el artículo abrasivo con el componente lubricante líquido sin sumergir el artículo abrasivo en el componente lubricante líquido;

(f): rotar el artículo abrasivo a una velocidad efectiva para evitar el arrastre de gas mientras se mantiene el contacto con el componente lubricante líquido para impregnar uniformemente el artículo abrasivo con componente lubricante;

(g): retirar el artículo abrasivo del contacto con el componente lubricante una vez que el artículo abrasivo ha absorbido una cantidad efectiva de componente lubricante para llenar prácticamente todos los poros abiertos; y

(h): continuar rotando el artículo abrasivo mientras se enfría el artículo abrasivo para solidificar uniformemente el componente lubricante líquido impregnado dentro de los poros.

En una realización preferida de la presente invención, el método de fabricación de un artículo abrasivo para amolado de precisión comprende los pasos de:

(b): preparar un artículo abrasivo que comprende aproximadamente de 3 a 25% en volumen de ligante vítreo, 3 a 56% en volumen de grano MCA y 28 a 63% en volumen de poros abiertos;

(d): calentar el artículo abrasivo a una temperatura 20 a 30ºC superior a la temperatura del componente lubricante líquido;

(e): poner en contacto el artículo abrasivo con el componente lubricante líquido sin sumergir el artículoabrasivo en el componente lubricante líquido;

Además, la invención proporciona un método de amolado de precisión que comprende los pasos de:

(a): preparar un artículo abrasivo que contiene de 3 a 25% en volumen de ligante vítreo, 3 a 56% en volumen de grano abrasivo MCA, y 28 a 68% en volumen de porosidad abierta, preferiblemente 28 a 63% en volumen de porosidad abierta, en el que prácticamente toda la porosidad abierta ha sido impregnada con un componente lubricante consistente en una mezcla uniforme de esencialmente 20-75% en peso de aceite y 25-80% en peso de cera aproximadamente; y en el que el aceite incluye aproximadamente de 10 a 40% en peso de aditivo de aceite de corte sulfurado; y

(b): mientras se baña continuamente una superficie de una pieza a trabajar de metal en un refrigerante líquido, exento de azufre, poner el artículo abrasivo en contacto abrasivo en movimiento con la pieza a trabajar hasta que la superficie alcanza un acabado rectificado de precisión.

Se proporciona también un método de amolado de precisión en seco que incluye los pasos de:

(a): preparar un artículo abrasivo que comprende de 3 a 25% en volumen de ligante vítreo, 3 a 56% en volumen de grano abrasivo MCA, y 28 a 68% en volumen de poros, en el que prácticamente toda la porosidad abierta del artículo abrasivo es impregnada con una cantidad efectiva de un componente lubricante consistente en una mezcla de aceite y cera que tiene una razón ponderal aceite: cera de aproximadamente 3:1 a 1:4,

(b): poner el artículo abrasivo en contacto abrasivo en movimiento con una pieza a trabajar en seco hasta que la superficie alcanza un acabado rectificado de precisión, por lo que la superficie de la pieza a trabajar está prácticamente libre de daño térmico.

En una realización preferida de la presente invención, el método de amolado de precisión en seco incluye los pasos de:

(a): preparar un artículo abrasivo que comprende de 3 a 25% en volumen de ligante vítreo, 3 a 56% en volumen de grano abrasivo MCA, y 28 a 63% en volumen de porosidad abierta, en el que prácticamente toda la porosidad abierta del artículo abrasivo es impregnada con una cantidad efectiva de un componente lubricante consistente en una mezcla uniforme de aceite y cera que tiene una razón ponderal aceite: cera de aproximadamente 3:1 a 1:4;

(b): poner el artículo abrasivo en contacto abrasivo en movimiento con una pieza a trabajar en seco hasta que la superficie alcanza un acabado rectificado de precisión;

por lo que la superficie de la pieza a trabajar está prácticamente libre de daño térmico.

Los artículos abrasivos de la invención comprenden herramientas abrasivas ligadas, vítreas. Resulta apropiada cualquier herramienta abrasiva ligada, vítrea, que tenga de 28 a 68% en volumen de porosidad, que pueda formarse por cocción de grano abrasivo en una matriz de ligante vitrificado a elevada temperatura. La estructura abrasiva cocida debe contener poros capaces de ser llenados con un componente lubricante.

El grano abrasivo es un grano abrasivo de alúmina alfa microcristalina (MCA). El término "grano abrasivo MCA" se refiere a grano de alúmina que tiene un tipo específico de morfología de alúmina alfa microcristalina, densa, fabricado por uno cualquiera de los procesos sembrado o no sembrado para fabricar materiales cerámicos de sol gel sinterizados. El grano abrasivo preferido para usar aquí se puede obtener de Saint-Gobain Industrial Ceramics Corporation, Worcester, MA, y de 3M Corporation, Minneapolis, MN.

Según se usa aquí, el término "granos de alúmina de sol-gel sinterizados" se refiere a granos de alúmina fabricados por un proceso que consiste en peptizar un monohidrato de óxido de aluminio para formar un gel, secar y cocer el gel para sinterizarlo, y después romper, tamizar y calibrar el gel sinterizado para formar granos policristalinos fabricados con microcristales de alúmina alfa (por ejemplo, al menos aproximadamente 95% de alúmina).

Además de los microcristales de alúmina alfa, el sol inicial puede incluir también hasta 15% en peso de espinela, mullita, dióxido de manganeso, titania, magnesia, óxidos metálicos de tierras raras, polvo de circonia o un precursor de circonia (que se puede añadir en cantidades mayores, por ejemplo, 40% en peso o más), u otros aditivos compatibles o precursores de ellos. Estos aditivos se incluyen a menudo para modificar propiedades tales como la tenacidad a la fractura, dureza, friabilidad, mecánica de fractura o comportamiento de secado.

Se ha descrito muchas modificaciones de grano abrasivo de sol gel sinterizado de alúmina alfa. Todos los granos pertenecientes a esta clase son apropiados para ser usados aquí y el término grano MCA es definido para incluir todo grano que comprenda al menos 60% de microcristales de alúmina alfa que tengan al menos un 95% de densidad teórica y una dureza Vickers (500 gramos) de por lo menos 18 GPa. Los microcristales pueden tener un tamaño comprendido típicamente entre aproximadamente 0,2 y 1,0 micras, preferiblemente menos de 0,4 micras para grano sembrado, y de 1,0 a 5,0 micras para grano no sembrado.

Una vez formado el gel, se puede conformar por cualquier método apropiado tal como prensado, moldeo o extrusión y después secarlo cuidadosamente para producir un cuerpo no agrietado de la forma deseada. El gel puede ser conformado y cortado en tamaños apropiados para la cocción o ser simplemente extendido a cualquier forma conveniente y secado, típicamente a una temperatura inferior a la temperatura de formación de espuma del gel. Se puede usar uno cualquiera de varios métodos de deshidratación, incluida la extracción de disolvente, para retirar el agua libre del gel con vistas a formar un sólido. Una vez secado el sólido, puede cortarse o mecanizarse para formar un cuerpo deseado o bien ser machacado o roto por cualquier medio apropiado, tal como un molino de martillos o de bolas, para formar partículas o granos. Se puede usar cualquier método para moler el sólido. Después del conformado, el gel secado puede ser calcinado para eliminar prácticamente todos los productos volátiles y transformar los diversos componentes de los granos en cerámica (óxidos metálicos). El gel secado se calienta generalmente hasta que se elimina el agua libre y la mayoría del agua ligada. El material calcinado es sinterizado entonces por calentamiento y se mantiene a una gama de temperatura apropiada hasta que prácticamente todo el mono hidrato de óxido de aluminio se convierte en microcristales de alúmina alfa.

Con alúminas de sol-gel sembradas, se introduce deliberadamente sitios de nucleación o se crean in situ en la dispersión de monohidrato de óxido de aluminio. La presencia de los sitios de nucleación en la dispersión rebaja la temperatura a la que se forma la alúmina alfa y produce una estructura cristalina extremadamente fina. Semillas apropiadas son bien conocidas en la especialidad. Tienen generalmente una estructura de cristal y parámetros de retículo lo más parecidos posible a los de la alúmina alfa. Las semillas que se pueden usar incluyen, por ejemplo, la alúmina alfa particulada, óxido férrico alfa (Fe_{2}O_{3}), y precursores de alúmina alfa u óxido férrico alfa que se convierten respectivamente en alúmina alfa u óxido férrico alfa a una temperatura inferior a la temperatura a la que se transformaría el monohidrato de alúmina en alúmina alfa. Estos tipos de semilla son facilitados, no obstante, como ilustración y no como limitación. Las partículas de semilla para ser efectivas deberían tener un tamaño con preferencia submicrónico.

Preferiblemente, si se usa una alúmina de sol-gel sembrada, la cantidad de material de siembra no debería rebasar aproximadamente el 10% en peso de la alúmina hidratada y no se obtiene normalmente beneficio con cantidades superiores al 5% en peso aproximadamente. Si la semilla es adecuadamente fina (un área superficial de aproximadamente 60 m^{2} por grano o más), se puede usar preferiblemente cantidades de aproximadamente 0,5 a 10% en peso, más preferiblemente de aproximadamente 1 a 5% en peso. Las semillas pueden añadirse también bajo la forma de un precursor que se convierte en la forma de semilla activa a una temperatura inferior a la que se forma alúmina alfa.

Se puede usar también abrasivo de alúmina de sol-gel no sembrado. Este abrasivo puede ser fabricado por el mismo proceso descrito más arriba excepto por la introducción de partículas de semilla. Se puede añadir al sol o gel suficientes óxidos metálicos de tierras raras o sus precursores para dar al menos aproximadamente 0,5% en peso y con preferencia de 1 a 30% en peso aproximadamente de óxido metálico de tierras raras después de la cocción. Se puede usar otros modificadores de cristal, tales como MgO, para producir abrasivo de alúmina sol gel para usar aquí.

El grano MCA preferido para usar de acuerdo con la presente invención es seleccionado entre el grano de alúmina de sol gel sembrado y no sembrado. Como se ha descrito por Leitheiser y cols., (US-A-4.314.827); Schwabel (US-A-4.744.802); Cottringer y cols. (US-A-4.623.364), Bartels y cols. (US-A-5.034.360), Hiraiwa y cols. (US-A-5.387.268), Hasegawa, y cols. (US-A-5.192.339), y Winkler y cols (US-A-5.302.564).

Las herramientas abrasivas de la invención comprenden grano abrasivo MCA, un ligado vitrificado, típicamente con 28 a 68% en volumen de porosidad en la herramienta, y opcionalmente uno o más granos abrasivos secundarios, cargas y/o aditivos. Las herramientas abrasivas comprenden de 3 a 56% en volumen de grano abrasivo MCA, con preferencia de 10 a 56% en volumen. La cantidad de grano abrasivo usada en la herramienta y el porcentaje de abrasivo secundario pueden variar considerablemente. Las composiciones de las herramientas abrasivas de la invención contienen preferiblemente un contenido de grano abrasivo total de aproximadamente 34 a 56% en volumen, más preferiblemente de 40 a 54% en volumen, y lo más preferiblemente de 44 a 52% en volumen de grano.

El abrasivo MCA constituye, con preferencia, de aproximadamente 5 a 100% en volumen del grano abrasivo total de la herramienta y más preferiblemente de 30 a 70% en volumen del abrasivo total de la herramienta.

Cuando se usa granos abrasivos secundarios, tales granos abrasivos proporcionan con preferencia de aproximadamente 0,1 a 80% en volumen del grano abrasivo total de la herramienta, y más preferiblemente, de aproximadamente 30 a 70% en volumen. Los granos abrasivos secundarios que se puede usar incluyen granos de óxido de alúmina, alúmina-circonia, carburo de silicio, nitruro de boro cúbico, diamante, pedernal y granate, y sus combinaciones, pero sin limitarse a ellos.

Las composiciones de las herramientas abrasivas contienen porosidad para conducir el componente lubricante de la herramienta.

Las composiciones de las herramientas abrasivas de la invención contienen con preferencia aproximadamente de 28 a 63% en volumen de porosidad abierta, más preferiblemente contienen de aproximadamente 28 a 56% en volumen, y lo más preferiblemente contienen de aproximadamente 30 a 53% en volumen. La porosidad puede ser formada por la separación inherente creada por la densidad de compactación natural de los materiales usados para fabricar la herramienta abrasiva o por una combinación de separación inherente y la adición a la herramienta abrasiva de productos convencionales inductores de poros, incluyendo bolitas de vidrio hueco, cáscaras de nuez molidas, bolitas de material plástico o compuestos orgánicos, partículas de vidrio espumado y alúmina con burbujas, y sus combinaciones, pero sin limitarse a ellas. La porosidad consiste en dos tipos: porosidad abierta y porosidad cerrada. La porosidad cerrada es formada, por ejemplo, por la adición de alúmina con burbujas y otro cuerpo hueco, materiales separadores de pared cerrada añadidos a las herramientas abrasivas. La porosidad abierta es las áreas vacías restantes en la herramienta que permiten el flujo de aire y otros fluidos dentro y fuera del cuerpo de la herramienta. La porosidad abierta es creada bien sea por separación controlada de componentes durante el moldeo, prensado y cocción y/o por el uso de materiales formadores de poros, tales como partículas de materiales orgánicos, que se queman durante la cocción del ligante vitrificado, dejando vacíos en el ligante. Según se usa aquí, "porosidad abierta" es porosidad interconectada que está disponible para impregnación con el componente lubricante de la invención.

Las herramientas abrasivas de la presente invención son ligadas con un ligante vítreo o cristalino. El ligante vítreo usado contribuye notablemente al rendimiento de amolado de precisión de las herramientas abrasivas de la presente invención. Para grano MCA se prefiere ligantes de baja temperatura de cocción con el fin de evitar el daño térmico en la superficie del grano que causa pérdida de rendimiento del grano MCA. Ejemplos de ligantes apropiados para grano MCA son descritos en US-A-4.543.107; US-A-4.898.597; US-A-5.203.886; US-A-5.401.284; US-A-5.536.283; y la solicitud U.S. nº 08/962482, presentada el 31 de octubre de 1997. Las materias primas apropiadas para usar en estos ligantes incluyen Kentucki y Ball Clay nº 6, caolín, alúmina, carbonato de litio, pentahidrato de bórax o ácido bórico y ceniza de sosa, pedernal y wollastonita. Se puede usar fritas además de las materias primas o en lugar de las materias primas. Estos materiales ligantes en combinación contienen preferiblemente al menos los óxidos siguientes: SiO_{2}, Al_{2}O_{3}, Na_{2}O, Li_{2}O, y B_{2}O_{3}.

El componente lubricante es un material ceroso seleccionado por su idoneidad para impregnar herramientas abrasivas de ligado vitrificado y efectividad para mejorar el rendimiento de amolado del grano abrasivo MCA en el amolado en húmedo y en seco. El componente lubricante es una mezcla de aceite y cera. El aceite es generalmente un líquido hidrófobo no polar de baja viscosidad. El aceite se selecciona principalmente por su habilidad para lubricar o tratar de otro modo las superficies de la herramienta y de la pieza a trabajar durante el amolado. El aceite puede enfriar también la zona de amolado. Se puede usar muchos de los aceites lubricantes y para trabajar metales conocidos en la especialidad. Aceites representativos para usar en la presente invención incluyen aceites de petróleo hidrocarbonados o minerales de cadena larga, tales como aceites nafténicos y aceites parafínicos; tri-, di- y monoglicéridos existentes en la naturaleza que son líquidos a temperatura ambiente, incluidos los aceites vegetales, tales como el aceite de colza, aceite de coco, aceite de ricino; y aceites animales, tales como el aceite de esperma. Se puede usar aceites sintéticos y mezclas de aceites.

El aceite puede servir también de vehículo interno para entregar a la zona de amolado ciertas sustancias químicamente activas, modificadores de fricción, y lubricantes de extrema presión, tales como aceites grasos sulfurados, ácidos grasos y ésteres grasos; ésteres clorados y ácidos grasos; aditivos clorosulfurados; y mezclas de ellos. El fluido para trabajar los metales Trim® OM-300 es un aceite comercial preferido que se puede conseguir de Master Chemical Corporation, Perrysburg, Ohio. Se estima que contiene una mezcla de aceite de petróleo, aceite de tocino sulfurado, polímero de alqueno clorado y ésteres grasos clorados.

El segundo ingrediente importante del componente lubricante es una cera compatible con el aceite. Según se usa aquí, "cera" se refiere a materiales hidrófobos que tienen un estado sólido a temperatura ambiente (es decir, un punto de fusión y un punto de reblandecimiento por encima de 30ºC, preferiblemente superior a 40ºC, más preferiblemente superior a 50ºC), tales como ciertos materiales hidrocarbonados que tienen mitades alifáticos "grasas" de cadena larga que contienen oxígeno, y opcionalmente éster graso, alcohol, ácido, amida o amina, o grupos fosfato de ácido alquílico.

Las ceras han sido definidas como una clase química que incluye ésteres de ácidos grasos con alcoholes que no sean glicerol, y de esta manera, contrastan con los aceites y grasas que son ésteres de ácido grasos con glicerol. Los hidrocarburos saturados de peso molecular más alto (por ejemplo, al menos cadena alifática C_{12}) y alcoholes grasos (por ejemplo, al menos cadena alifática C_{12}) son ceras preferidas para usar aquí. Las ceras usadas en la invención comprenden una mayoría de grupos alifáticos en C_{12}-C_{30}. Para facilitar la fabricación, las ceras preferidas tienen una temperatura de punto de reblandecimiento de aproximadamente 35 a 115ºC (método de prueba del punto de reblandecimiento aparato de anillo y bola; ASTM E 28-67, 1982) de manera que se vuelven fluidas al calentarse para mezclarlas con el aceite, pero permanecen como un gel sólido o viscoso a temperatura ambiente. La cera ejecuta cierto enfriamiento y lubricación, sin embargo, su función primaria es encapsular el aceite para evitar que rezume del abrasivo o se redistribuya dentro del abrasivo antes del amolado, y mejorar la resistencia de la película de aceite en el sitio de amolado. Se puede usar muchas ceras naturales y sintéticas, tales como cera de carnauba, cera de polietileno, cera Accu-Lube (en gel o forma sólida, una mezcla comercial comprendiendo alcoholes grasos de cadena larga que se puede obtener de ITW Fluid Products Group of Norcross, Georgia) y cera Micro-Drop (un producto que contiene ácido graso de cadena larga que se puede obtener de Trico Mfg. Corp., de Pewaukee, WI), así como mezclas de estas ceras.

Con el fin de impregnar el artículo abrasivo de ligado vítreo, se calienta la cera hasta la fusión, y se añade aceite caliente a la cera con agitación suave hasta que se obtiene una mezcla uniforme. La mezcla líquida de aceite/cera puede impregnarse directamente dentro del abrasivo, o la mezcla puede enfriarse hasta obtener un sólido para la subsiguiente refusión e impregnación. La proporción de aceite a cera en el lubricante es gobernada por el deseo de proporcionar la mayor cantidad posible de aceite para enfriamiento y lubricación sin permitir que el aceite rezume del abrasivo. Las ceras Accu-Lube y Micro-Drop tienen puntos de fusión relativamente bajos (por ejemplo, menos de 50ºC), y se estima que comprenden un componente de aceite en una razón ponderal aceite a cera de por lo menos 1:4. Por tanto, puede usarse estas ruedas como componente lubricante para impregnar ceras con o sin mezclado de una cantidad adicional de un aceite.

El componente lubricante de la invención contiene preferiblemente al menos 50% en peso de aceite. Se ha comprobado que se puede mezclar hasta el 80% en peso de aceite aproximadamente con cera de carnauba o cera de polietileno para producir una mezcla sólida y robusta a temperatura ambiente. La cera de parafina no forma una mezcla apropiada con el aceite. Por consiguiente, la cera de carnauba (también llamada cera del Brasil, una mezcla conteniendo ésteres de ácidos grasos hidroxilados, insaturados que tienen aproximadamente 12 átomos de carbono en la cadena de ácido graso y alcoholes e hidrocarburos, con un punto de reblandecimiento de aproximadamente 85ºC) y cera de polietileno (hidrocarburo de alto peso molecular con un punto de reblandecimiento de aproximadamente 110,5ºC) son ceras preferidas para mezclar con el aceite para producir el componente lubricante. La cera de carnauba es la más preferida.

Se puede determinar fácilmente si una cera es apropiada para usar en la presente invención preparando una mezcla fundida de por lo menos aproximadamente 50% en peso de aceite en la cera. Se permite entonces que se enfríe la mezcla. Si la mezcla enfriada se solidifica a una consistencia uniforme (es decir, no apelmazada, como se determina por inspección visual) y, a temperatura ambiente, el producto solidificado es quebradizo, no plástico, pero se rompe bruscamente cuando se flexa, entonces los ingredientes seleccionados son aceptables.

Se prefiere ceras que tienen características de viscosidad tixotrópicas a la temperatura de impregnación para usar en la invención. Esta característica de dilución por cizallamiento es beneficiosa durante la fabricación de la herramienta abrasiva así como durante la operación de amolado. Las ceras preferidas, por ejemplo, ceras de carnauba y de polietileno, y los productos Accu-Lube y Micro-Drop tienen características de viscosidad apropiadas a las gamas de temperaturas críticas para fabricación y utilización.

La herramienta abrasiva de ligado vítreo es formada por métodos convencionales. Por ejemplo, se introduce grano MCA y una mezcla ligante dentro de una preforma de rueda en un molde para fabricar una rueda abrasiva no curada. Luego se calienta la rueda no curada para cocer el ligante. La mezcla no curada de grano MCA y ligante puede mezclarse también y moldearse o configurarse para formar segmentos abrasivos. Después de la cocción, los segmentos pueden pegarse o soldarse a un núcleo de una herramienta de corte.

En la preparación para impregnar la rueda, la mezcla de aceite y cera se calienta por encima del punto de fusión del ingrediente de cera de punto de fusión más alto. Esto puede realizarse, por ejemplo, poniendo la mezcla en una cubeta sumergida en un baño de medio de termotransferencia líquido controlado a una temperatura apropiada. El aceite de silicona constituye un medio aceptable. La herramienta abrasiva es calentada también a una temperatura superior al punto de fusión de la cera antes de la impregnación. Mientras se mantienen a temperatura elevada, la herramienta se sumerge en la mezcla licuada de aceite/cera durante un tiempo suficiente para que la mezcla penetre en los poros del abrasivo. Se monta una muela precalentada sobre un eje horizontal y se le hace girar a una velocidad circunferencial moderadamente lenta de aproximadamente 10-15 cm/s de velocidad lineal. La rueda rotativa es bajada entonces lentamente dentro de la mezcla fundida de aceite/cera, o bien se puede subir la mezcla para sumergir a la porción abrasiva de la rueda. Hay que tener cuidado para evitar el arrastre de aire dentro de la mezcla aceite/cera, lo que podría impedir la perfecta impregnación de los poros. El nivel de la mezcla fundida de aceite/cera debería mantenerse por debajo del nivel de impregnación para permitir el escape del aire y evitar las bolsas de aire. Se puede monitorizar el peso de la herramienta para determinar cuándo ha sido absorbido suficiente aceite/cera por la herramienta abrasiva. En la alternativa, una inspección visual de la herramienta mostrará un ligero cambio de color en la rueda al penetrar la mezcla de aceite/cera en los poros y el proceso se completa cuando toda la rueda ha cambiado de color. Cuando es completa la impregnación, se retira lentamente la rueda de la mezcla, y se deja enfriar. La rueda debería continuar girando hasta acabar el enfriamiento para reducir el potencial de creación de una distribución desequilibrada de componente lubricante en la rueda.

En un método alternativo para impregnar las ruedas de la invención, método que no forma parte de la invención, se coloca un lado plano de la rueda sobre una placa de calentamiento, se pone un bloque de la mezcla de aceite/cera en el lado superior opuesto de la rueda y la placa de debajo de la rueda se calienta a una temperatura que es por lo menos tan elevada como la temperatura de fusión de la mezcla aceite/cera. Al calentar la rueda, la mezcla de aceite/cera se funde y difunde dentro de los poros de la rueda, ayudada por la gravedad, en un ejemplo de este método, se lleva a cabo la impregnación de una rueda de 5 pulgadas (127 mm) con componente lubricante Accu-Lube por calentamiento de la rueda a 100ºC. La impregnación es completa en unos 10 minutos cuando el material Accu-Lube de color azul se vuelve visible alrededor de la circunferencia y en el fondo de la rueda. Esta técnica evita la oclusión de aire y da una rueda uniformemente impregnada. Se puede usar otros métodos para fabricar las ruedas de la invención, a condición de que se consiga una dispersión uniforme del componente lubricante dentro de prácticamente todos los poros de la rueda.

Esta invención es ilustrada ahora mediante ejemplos de ciertas realizaciones representativas de la misma, en las que todas las partes, proporciones y porcentajes son en peso a menos que se indique otra cosa. Todas las unidades de peso y medida no obtenidas originalmente en unidades SI han sido convertidas a unidades SI.

Ejemplos Ejemplo 1

Se usaron en los ejemplos los siguientes materiales:

Cera P.E.: Cera de polietileno tipo Poliset 22015 de The International Group., Inc., Wayne, PA

Cera de carnauba: Copos, de Aldrich, Milwaukee, WI (contiene una cantidad mayor de ácidos grasos en C 24)

Cera de parafina: Completamente refinada tipo 1633 (699157 H), de Boler Petroleum Co. Ardmore, PA.

Gel Accu-Lube: de ITW Fluid Products Group., Norcross, GA (el análisis GC-MS mostró una cantidad mayor de una mezcla de alcohol cetílico y 9-octadecan-1-ol).

Cera Micro-Drop: de Trico Mtg. Corp., Pewaukee, W (el análisis GC-MS mostró una cantidad mayor de ácidos grasos de cadena larga \geq12C)

Azufre: Azufre cristalino de H.M. Royal Inc. Trenton, N.J.

OM-300: Fluido Trim® OM-300 para trabajar los metales, de aceite de petróleo con aceite sulfurado, polímero de alqueno clorado, y ésteres grasos clorados de Master Chemical Corp., Perrysburg, Ohio

OA-770: Aditivo de corte de los metales clorosulfurado que contiene 10% en peso de azufre/11,0% en peso de cloro en un aceite, de Witco Chemical, Greenwich, Connecticut

OA-377: Aditivo de corte de los metales sulfurado que contiene 36% en peso de azufre en un aceite, de Witco Chemical Co

OA 702: Aditivo de corte de los metales de éster clorado que contiene 34,0% en peso de cloro en un aceite, de Witco Chemical Co.

Ejemplo comparativo 1

Pruebas de mezclado aceite/cera

Se fundió una muestra de cera P.E. (9 g) aproximadamente a 100ºC, y se añadió 1 g de azufre sólido a la cera fundida con remoción a mano. El azufre no se dispersó en la cera, sino que más bien permaneció como una sola gota sumergida en la cera. Este experimento se repitió con cera de carnauba, cera de parafina, gel Accu-Lube y cera Micro-Drop en vez de la cera P.E. La cera de carnauba se calentó a 80ºC y las otras ceras se calentaron a 50ºC aproximadamente. En cada caso, el azufre no se mezcló con la cera. Así, estas muestras de combinaciones de azufre/cera fueron inaceptables para usar en la invención.

Ejemplo comparativo 2

Se añadió una cantidad suficiente de aceite OM-300 con remoción a cera de parafina fundida como en el ejemplo comparativo 1 para producir una concentración de aceite OM-300 del 10% en peso. Se dejó enfriar la solución a temperatura ambiente. La observación visual mostró que el aceite y la cera no se mezclaron bien. La mezcla de producto era blanda y por tanto se juzgó "débil" e inaceptable para usar en la invención.

Componente lubricante 1

Se repitió el procedimiento del ejemplo comparativo 2 con cera P.E. en vez de cera de parafina. El aceite OM-300 se mezcló bien con la cera P.E. y el producto era robusto, es decir, a temperatura ambiente era quebradizo y se rompió bruscamente cuando se flexó. Se repitió el experimento con 25, 40, y 50% en peso de aceite OM-300 en la mezcla, respectivamente. En cada caso, los ingredientes se mezclaron bien, aunque al 50% en peso, el producto parecía tener una superficie protuberante. La mezcla de producto fue considerada fuerte en todas las concentraciones y fue aceptable para usar en la invención.

Componente lubricante 2

Se repitió el procedimiento del ejemplo comparativo 2 con cera de carnauba a concentraciones de 25, 40, 50, 60 y 75% en peso de aceite OM-300. Todas la mezclas fueron aceptables para usar en la invención. Se prepararon mezclas que contenían al menos 25% en peso.

Componente lubricante 3

Se repitió el procedimiento del ejemplo comparativo 2 con gel Accu-Lube. Las mezclas de producto al 25% en peso de aceite OM-300 fueron juzgadas aceptables para usar en la invención.

Componente lubricante 4

Se repitió el procedimiento del ejemplo comparativo 2 con cera Micro-Drop. Las mezclas de producto al 20% en peso de aceite OM-300 fueron juzgadas aceptables para usar en la invención.

Componente lubricante 5

Se preparó una mezcla al 50/50% en peso de aceite OM-300/cera P.E. como en el ejemplo comparativo 1. La mezcla de producto era robusta y aceptable, pero apareció protuberante.

Componente lubricante 6

Se preparó una mezcla al 50/50% en peso de aceite OA-770/cera de carnauba como en el ejemplo comparativo 1. La mezcla de producto era robusta y apareció uniforme y bien mezclada y fue aceptable. El producto de una mezcla de 75/25% en peso de aceite OA-770/cera de carnauba dio resultados similares a la mezcla al 75% en peso de aceite OM-300/cera y fue aceptable.

Componente lubricante 7

Se preparó una mezcla al 50/50% en peso de aceite OA-770/cera P.E. como en el ejemplo comparativo 1. La mezcla de producto era robusta y apareció uniforme y bien mezclada y fue aceptable. Se obtuvieron los mismos resultados con mezclas al 50/50% en peso de cera P.E. con aceite OA-377 y aceite OA-702, respectivamente.

Componente lubricante 8

Se preparó una mezcla al 50/50% en peso de aceite OA-770/cera Accu-Lube como en el ejemplo comparativo 1. La mezcla de producto era muy robusta y apareció uniforme y bien mezclada y fue aceptable para usar en la invención. Se obtuvieron los mismos resultados con mezcla al 50/50% en peso de Accu-Lube con aceite OA 377 y aceite OA 702, respectivamente. Los componentes lubricantes que contenían Accu-Lube eran más blandos que los componentes de cera P.E. o de carnauba a temperatura ambiente y menos deseables para usar en los artículos abrasivos de la invención.

Componente lubricante 9

Se prepararon mezclas al 25/75, 50/50 y 75/25% en peso de aceite de coco y cera de carnauba, como en el ejemplo comparativo 2 y resultaron ser bien mezcladas y aceptables para usar en la invención. Se obtuvieron los mismos resultados con mezclas al 25/75, 50/50 y 75/25% en peso de aceite de coco con gel Accu-Lube y cera Micro Drop, respectivamente. Al 50 y 75% en peso de aceite de coco bien sea en Accu-Lube o Micro-Drop, las mezclas eran muy suaves a temperatura ambiente, y por tanto, menos deseables para usar como tratamiento para artículos abrasivos que las mezclas que contenían menos del 50% en peso de aceite de coco.

Componente lubricante 10

Se prepararon mezclas al 25/75, 50/50 y 75/25% en peso de aceite de ricino y cera de carnauba, como en el ejemplo comparativo 2 y resultaron ser bien mezcladas y aceptables para usar en la invención. Se obtuvieron los mismos resultados con mezclas al 25/75, 50/50 y 75/25% en peso de aceite de ricino con gel Accu-Lube y cera Micro Drop, respectivamente. Al 50 y 75% en peso de aceite de ricino bien sea en Accu-Lube o Micro-Drop, las mezclas eran muy suaves a temperatura ambiente, y por tanto, menos deseables para usar como tratamiento para artículos abrasivos que las mezclas que contenían menos del 50% en peso de aceite de ricino.

Componente lubricante 11

Se prepararon mezclas al 40/60, 50/50, 60/40, 70/30 y 80/20% en peso de aceite de colza y cera de carnauba, como en el ejemplo comparativo 2 y resultaron ser bien mezcladas y aceptables para usar en la invención. Se obtuvieron los mismos resultados a los mismos porcentajes en peso con mezclas de aceite de colza con gel Accu-Lube y cera Micro Drop, respectivamente. Al 50% en peso y cantidades mayores de aceite de colza bien sea en Accu-Lube o Micro-Drop, las mezclas eran muy suaves a temperatura ambiente, y por tanto, menos deseables para usar como tratamiento para artículos abrasivos que las mezclas que contenían menos del 50% en peso de aceite de colza.

Estas pruebas de mezclado ponen de manifiesto que se puede fabricar un componente lubricante apropiado para impregnar las herramientas abrasivas de la invención como una simple mezcla calentada de ceras seleccionadas y aceite. La cera de carnauba y cera P.E. fueron los mejores soportes de cera para grandes cantidades de aceite, y por consiguiente, las ceras preferidas para usar en la mezcla de aceite/cera del componente lubricante de la invención.

El componente lubricante no pudo ser preparado mezclando cera con azufre elemental. Si se usó azufre, había que añadirlo a la cera como un aditivo en un vehículo de aceite de corte para asegurar la distribución del azufre.

La cera de parafina no fue apropiada para usar en el componente lubricante de la invención. Contrariamente a la cera de carnauba, la cera de parafina es pegajosa y ocasiona el cargado de la cara de la rueda de amolar. Además, la cera de parafina no pudo mezclarse con aceites para formar una mezcla de aceite/cera.

Mediciones de valor de rendimiento y viscosidad de la cera

Se ensayaron ceras (ceras de parafina, carnauba, polietileno, Micro-drop y Accu-lube) para determinar cambios de viscosidad a lo largo de una gama de tasas de cizallamiento a cinco puntos de temperatura entre 25ºC y el punto de fusión de cada cera. Se llevaron a cabo las pruebas en un Reómetro Capilar Kayeness Galaxy IV, obtenido de Kayeness, Inc, Honey Brook, PA. que funcionó a los valores de fuerza, tasas del pisón y tasas de cizallamiento mostrados en la tabla que sigue. El reómetro estaba equipado con un tubo capilar de muestra 8,00 mm de largo con un diámetro de orificio de 1,05 mm. Se calculó la viscosidad de las ceras a partir de las tasas de esfuerzo de cizallamiento por la fórmula: \eta = \tau/\Upsilon, donde \eta es la viscosidad en Poise, \tau es el esfuerzo de cizallamiento en kilodinas/cm^{2}, y \Upsilon es la tasa de cizallamiento en seg^{-1}. Para cada cera existió una relación lineal entre la tasa de cizallamiento log y los valores de viscosidad log a través de las temperaturas ensayadas.

Las ceras apropiadas para usar en el componente lubricante de la invención se caracterizaron por la dilución con cizallamiento (o comportamiento de viscosidad) tixotrópica al aumentar la tasa de cizallamiento por todas las temperaturas ensayadas.

1

Ejemplo 2 Preparación herramienta abrasiva

Se usaron los siguientes procesos para impregnar ruedas de amolado abrasivas con la mezcla aceite/cera e ilustrar algunos principios de un método preferido de tratamiento de la rueda de acuerdo con la invención.

Rueda 1

Se seleccionó una rueda abrasiva producida comercialmente (5,1x0,52x0,875 pulgada)(127,0x12,7x22,2 mm) comprendiendo 9,12% en volumen de ligante vítreo, 48% en volumen de grano abrasivo y 42,88% en volumen de poros. La rueda pesó 556,88 g incluido un árbol. La rueda fue calentada a 150ºC y después girada a 17 rev/min y parcialmente sumergida en una mezcla al 60% en peso de aceite OM-300/40% en peso de cera de carnauba mantenida a 110ºC durante 2 a 5 minutos aproximadamente. La revolución de la rueda en la mezcla de aceite/cera continuó hasta que la impregnación fue visualmente completa. Se retiró la rueda de la cera y se dejó enfriar a temperatura ambiente mientras giraba a la misma velocidad. El peso de la rueda impregnada y del árbol fue de 605,90 g. La rueda había absorbido aproximadamente 15% en peso del componente lubricante y los poros estaban sustancialmente llenos de componente lubricante.

Rueda 2

Se seleccionó una rueda abrasiva (5,1x0,523x0,875 pulgada)(127,0x12,7x22,2 mm) comprendiendo 9,12% en volumen de ligante vítreo, 48% en volumen de grano abrasivo y 42,88% en volumen de poros. La rueda pesó 323,50 g excluido el árbol. La rueda fue calentada a 150ºC y después girada a 17 rev/min y parcialmente sumergida en una mezcla al 50% en peso de aceite OA-770/50% en peso de cera de carnauba mantenida a 106ºC durante 2 a 5 minutos aproximadamente hasta que la impregnación fue visualmente completa. Se retiró la rueda de la cera y se dejó enfriar a temperatura ambiente mientras giraba a la misma velocidad. El peso de la rueda impregnada fue de 373,74 g. La rueda había absorbido aproximadamente 15% en peso del componente lubricante y los poros abiertos estaban sustancialmente llenos de componente lubricante.

Se preparó una sección transversal de una de las ruedas impregnada por el método descrito más arriba y se observó que no tenía variación radial visible en la impregnación del componente lubricante. Por tanto, prácticamente toda la porosidad abierta en la ruedas fue impregnada uniformemente con el componente lubricante usando este método de tratamiento de la rueda.

Se prepararon ruedas adicionales de un modo similar con cada uno de los componentes de aceite/cera para caracterizar y definir la invención. Las ruedas fueron calentadas a una temperatura de 20 a 30ºC por encima de la temperatura del componente lubricante líquido y cada componente lubricante fue calentado hasta que la cera se había fundido completamente (por ejemplo, cera P.E. a 110ºC, cera de carnauba a 85ºC, y ceras Accu-Lube y Micro-Dropp a 50ºC). Para composiciones de rueda similares a las descritas más arriba esta técnica dio también ruedas tratadas que contenían aproximadamente 15% en peso del componente lubricante.

Ejemplo 3 Prueba de amolado

Se compararon herramientas abrasivas tratadas con componente lubricante con herramientas abrasivas no tratadas en condiciones de amolado en seco y en húmedo. Se seleccionaron para la prueba muestras de ruedas abrasivas ligadas, vitrificadas/grano de alúmina sol gel sembrado (ruedas comerciales SG80-K8-HA4 de Norton Company) (5x0,5x0,875 pulgada)(127,0x12,7x22,2mm) pesando aproximadamente 356 g cada una.

Muestras de las ruedas de amolado (ruedas 9 y 10) fueron impregnadas con una mezcla de componente lubricante de 50% en peso de aditivo de aceite de corte clorosulfurado OA-770 y 50% en peso de cera de carnauba preparada como se ha descrito en el ejemplo 1. El componente lubricante fue impregnado en el abrasivo sustancialmente como se ha descrito en el ejemplo 2 para la rueda 2. El peso de componente lubricante impregnado dentro de las ruedas 9 y 10 fue de aproximadamente 50 g cada una. La rueda 9 se usó para realizar la prueba de amolado cilíndrico en seco descrita más abajo. La rueda 10 se usó en la prueba de amolado cilíndrico descrita más abajo.

Otra muestra de estas ruedas (rueda 11) fue impregnada con gel Accu-Lube (aproximadamente 50 g) de acuerdo con el proceso del ejemplo 2 (con la excepción de que la rueda se calentó a 120ºC y la cera a 88ºC). La rueda tratada se usó para amolar en seco la pieza a trabajar como se describe más abajo. Muestras no tratadas de estas ruedas (control 3-1 y control 3-2) fueron usadas para amolar la pieza a trabajar de acero con y sin refrigerante, respectivamente.

Condiciones de amolado

2

Se llevaron a cabo las pruebas para una gama de tasas de alimentación dando como resultado fuerzas aplicadas que estaban comprendidas entre 22 y 133 N. Los detalles de laprueba y resultados de amolado a una fuerza aplicada de 88,96 N aparecen en la tabla 1.

Los resultados demuestran que en ausencia de un refrigerante aplicado externamente (es decir, amolado en seco), la nueva rueda abrasiva de la invención dio una razón G superior y mayor amolabilidad (razón G/energía específica) a energía específica más baja que cualquiera de las ruedas abrasivas no impregnadas. En pruebas de amolado tanto en húmedo como en seco, la nueva rueda abrasiva consumió bastante menos potencia que cualquiera de las ruedas no impregnadas. En la prueba de amolado en húmedo, cuando se operó con refrigerante aplicado externamente, la amolabilidad de la nueva rueda abrasiva fue muy similar a la de las ruedas no impregnadas a todas las fuerzas aplicadas.

Por tanto, las ruedas de la invención ofrecen mejoras significativas para operaciones de amolado en las que hay que evitar que arda la pieza a trabajar y el refrigerante externo es indeseable por razones medioambientales u otras.

TABLA I

3

Ejemplo 4 Prueba de amolado

Este ejemplo ilustra los beneficios, relativos a una muestra de control no tratada, de varias ruedas tratadas con componente lubricante. La cera de carnauba fue usada al 100% en peso de componente lubricante o al 20% en peso, en combinación con aceite de ricino, aceite de coco o bien aceite de colza.

Las ruedas de prueba (ruedas comerciales SG80-K8-HA4 de Norton Company) fueron impregnadas por el método descrito en el ejemplo 2. Las ruedas de control y de prueba contenían aproximadamente 48% en volumen de grano abrasivo de alúmina sol-gel sembrada, 9,12% en volumen de ligante vitrificado y aproximadamente 42,88% en volumen de porosidad. Los pesos de las ruedas después de la impregnación son indicados a continuación.

4

Las muestras tratadas a base de cera de carnauba y muestras de control fueron evaluadas en una prueba de amolado de diámetro externo de amolado en seco bajo las siguientes condiciones. Los resultados aparecen en la tabla II.

Condiciones de amolado

5

TABLA II

6

Todas las muestras tratadas fueron superiores en acabado de superficie a la muestra de control no tratada. A niveles mayores de fuerza aplicada, todas las muestras tratadas fueron superiores a la muestra de control no tratada en rendimiento de amolado y parámetros de potencia. La muestra de control no tratada tenía mayores razones G a niveles más bajos de fuerza aplicada pero la razón G y la tasa de arranque de material descendieron rápidamente cuando se aplicó más fuerza. Esto constituye una característica altamente indeseable en aplicaciones de amolado de precisión que fue eliminada en gran medida por las ruedas de la invención. Más notablemente, en la prueba de amolado en seco la energía específica necesitada para amolar y el índice de amolabilidad (razón G/energía específica) fueron significativamente superiores para las ruedas tratadas que para las ruedas no tratadas.

A todas las fuerzas aplicadas, la potencia, razón G, acabado de superficie y amolabilidad de las muestras con componente de aceite/cera fueron similares a, o ligeramente mejores que, la muestra control con 100% de cera de carnauba. Se observó que la rueda tratada con 100% de cera de carnauba dejó un residuo indeseable, difícil de eliminar, en la pieza así amolada. Las mezclas de cera/aceite dejaron un residuo en la pieza a trabajar, pero, contrariamente al residuo de cera al 100%, el residuo de cera/aceite fue limpiado fácilmente de la pieza trabajada. El residuo de cera de carnauba puede ocasionar la carga de la cara de la rueda durante ciertas operaciones de amolado.

Ejemplo 5 Prueba de amolado

Este ejemplo ilustra los beneficios, relativos a muestras de control tratadas con azufre, de las ruedas tratadas con componente lubricante conteniendo una gama de porcentajes en peso de cera de carnauba a aceites que contienen azufre. Estas muestras fueron comparadas también con un componente lubricante que contenía una razón 1:3 de cera de carnauba y aceite sin aditivos. Las ruedas tratadas y controles fueron ensayadas en una prueba de amolado de perfil D.I. bajo las condiciones de amolado en húmedo necesitadas para evitar la combustión de las ruedas control tratadas con azufre.

Las ruedas de prueba (ruedas comerciales SG80-J8-VS) (3,0x0,5x0,875 pulgadas) (76,0x12,7x22,2mm) fueron impregnadas por el método descrito en el ejemplo 2. Las ruedas de contenían aproximadamente 48% en volumen de grano abrasivo de alúmina sol-gel sembrada, 7,2% en volumen de ligante vitrificado y aproximadamente 44,8% en volumen de porosidad. Los pesos de las ruedas después de la impregnación son indicados a continuación. La rueda control de azufre fue una rueda comercial impregnada con aproximadamente 15% en peso de azufre elemental (SG80-J8-VS-TR22) que se obtuvo de Norton Company, Worcester, MA.

7

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Condiciones de amolado

8

(Tabla pasa a página siguiente)

TABLA III

9

En condiciones de amolado en húmedo, las ruedas de la invención fueron superiores en amolabilidad y energía específica a las ruedas tratadas con azufre, demostrando un equilibrio deseable entre parámetros de rendimiento, incluida la potencia necesaria para amolar y tasas de arranque de material. Por tanto, las ruedas tratadas de la invención son un sustituto aceptable para las ruedas de amolado impregnadas con azufre.

Todas las ruedas tratadas (con excepción de la rueda #22 tratada con aceite OM-300) fueron superiores en amolabilidad a la rueda control no tratada, pero tenían exigencias de energía específica equivalentes. Aunque el rendimiento de la rueda 22 tratada con aceite OM-300 fue ligeramente inferior a la tasa de alimentación más alta, el rendimiento global fue aceptable. Como el aceite OM-300 sólo contiene una pequeña cantidad de azufre, en relación con el aceite OM-377, la rueda tratada con aceite OM-300 sería seleccionada para usar en operaciones de amolado en las que el azufre constituye un problema medioambiental.

Como se demostró en el ejemplo 3, si las ruedas tratadas y no tratadas habían sido ensayadas bajo condiciones de amolado en seco, todas las ruedas impregnadas con aceite y cera es probable que hayan demostrado razones G superiores y consumido incluso menos potencia que la rueda control no tratada.

Aunque se han seleccionado formas específicas de la invención para ilustración en los dibujos y ejemplos, y la descripción precedente está redactada en términos específicos con vistas a describir estas formas de la invención, esta descripción no pretende limitar el ámbito de la invención que es definido en las reivindicaciones.

Claims

1. Artículo abrasivo para amolado de precisión, que comprende de 3 a 25% en volumen de ligante vítreo, 3 a 56% en volumen de grano abrasivo MCA de alúmina alfa microcristalina, y 28 a 68% en volumen de porosidad abierta, en el que prácticamente toda la porosidad abierta del artículo abrasivo ha sido impregnada con un componente lubricante consistente en una mezcla uniforme de aceite y cera que tiene una razón ponderal aceite:cera de aproximadamente 3:1 a aproximadamente 1:4.

2. Artículo abrasivo según la reivindicación 1, en el que el artículo abrasivo comprende aproximadamente de 10 a 56% en volumen de grano abrasivo MCA y el grano abrasivo MCA es seleccionado del grupo consistente esencialmente en grano de alúmina sol-gel sembrado, sinterizado y grano de alúmina sol-gel no sembrado, sinterizado, y sus combinaciones.

3. Artículo abrasivo según la reivindicación 1, en el que el artículo abrasivo comprende además de 0,1 a 53% en volumen aproximadamente de por lo menos un grano abrasivo secundario.

4. Artículo abrasivo según la reivindicación 1, en el que el aceite es por lo menos aproximadamente 60% en peso de la mezcla de aceite y cera.

5. Artículo abrasivo según la reivindicación 1, en el que la cera de la mezcla de aceite y cera es cera de carnauba.

6. Artículo abrasivo según la reivindicación 1, en el que la cera de la mezcla de aceite y cera es una mezcla de compuestos alifáticos que contienen una mayoría de por lo menos un compuesto alifático C16 a C24.

7. Artículo abrasivo según la reivindicación 1, en el que la cera de la mezcla de aceite y cera es cera de polietileno.

8. Artículo abrasivo según la reivindicación 1, en el que la cera de la mezcla de aceite y cera comprende ésteres de ácidos grasos que tiene una cadena hidrocarbonada de por lo menos 12 átomos de carbono.

9. Artículo abrasivo según la reivindicación 1, en el que el aceite de la mezcla de aceite y cera incluye una cantidad efectiva de aditivo de aceite de corte sulfurado.

10. Artículo abrasivo según la reivindicación 9, en el que la cantidad de aditivo de aceite de corte sulfurado es por lo menos aproximadamente 10% en peso del aceite.

11. Artículo abrasivo según la reivindicación 1, en el que el artículo abrasivo es una rueda abrasiva.

12. Método de fabricación de un artículo abrasivo para amolado de precisión que comprende los pasos de:

(b): preparar un artículo abrasivo que comprende aproximadamente de 3 a 25% en volumen de ligante vítreo, 3 a 56% en volumen de grano MCA y 28 a 68% en volumen de poros abiertos;

13. Método según la reivindicación 12, en el que la cera es cera de carnauba y en el que el aceite es por lo menos aproximadamente 60% en peso del componente lubricante.

14. Método de amolado de precisión que comprende los pasos de:

(a): preparar un artículo abrasivo que comprende de 3 a 25% en volumen de ligante vítreo, 3 a 56% en volumen de grano abrasivo MCA, y 28 a 68% en volumen de porosidad abierta, preferiblemente 28 a 63% en volumen de porosidad abierta, en el que prácticamente toda la porosidad abierta ha sido impregnada con un componente lubricante consistente en una mezcla uniforme de esencialmente 20-75% en peso de aceite y 25-80% en peso de cera aproximadamente; y en el que el aceite incluye aproximadamente de 10 a 40% en peso de un aditivo de aceite de corte sulfurado; y

(b): mientras se baña continuamente una superficie de una pieza a trabajar de metal en un refrigerante líquido, exento de azufre, poner el artículo abrasivo en contacto abrasivo en movimiento con la pieza a trabajar hasta que la superficie alcanza un acabado de amolado de precisión.

15. Método de amolado de precisión en seco que incluye los pasos de:

(a): preparar un artículo abrasivo que comprende de 3 a 25% en volumen de ligante vítreo, 3 a 56% en volumen de grano abrasivo MCA, y 28 a 68% en volumen de porosidad abierta, en el que prácticamente toda la porosidad abierta del artículo abrasivo es impregnada con una cantidad efectiva de un componente lubricante consistente en una mezcla uniforme de aceite y cera que tiene una razón ponderal aceite:cera de aproximadamente 3:1 a 1:4,

(b): poner el artículo abrasivo en contacto abrasivo en movimiento con una pieza a trabajar en seco hasta que la superficie alcanza un acabado amolado de precisión, por lo que la superficie de la pieza a trabajar está prácticamente libre de daño térmico.

16. Método según la reivindicación 15, en el que el aceite de la mezcla de aceite y cera incluye una cantidad efectiva de aditivo de aceite de corte sulfurado.

17. Método según la reivindicación 16, en el que la cantidad de aditivo de aceite de corte sulfurado es de aproximadamente 10-40% en peso del aceite en el componente lubricante del artículo abrasivo.