ES2258395A1

ES2258395A1 - Herramienta superabrasiva vitrificada y metodo de fabricacion.

Info

Publication number: ES2258395A1
Application number: ES200450007A
Authority: ES
Inventors: Rounan Li; Leonard G. Pukaite
Original assignee: Saint Gobain Abrasives Inc
Current assignee: Saint Gobain Abrasives Inc
Priority date: 2001-08-21
Filing date: 2002-07-24
Publication date: 2006-08-16
Anticipated expiration: 2022-07-24
Also published as: CA2454829A1; PL204369B1; JP5162679B2; AT500868B1; US20030236062A1; CN1545438A; JP2005500177A; GB0405109D0; AU2002319683A1; CA2683100A1; AT500868A1; WO2003018261A8; WO2003018261A3; NL1021276C2; MXPA04001601A; BR0211862A; JP4979997B2; CN100467180C; HUP0401249A2; DE10297124T5

Abstract

La herramienta abrasiva incluye un componente superabrasivo en forma de grano, un componente carga que comprende cuerpos huecos y un ligante vítreo. Como componente superabrasivo en forma de grano se puede emplear diamante natural y sintético, nitruro de boro cúbico, y sus combinaciones. El componente ligante vítreo incluye óxido de cinc y al menos dos óxidos de metales alcalinos. El componente ligante vítreo puede además incluir óxido de bario. El método para producir una herramienta abrasiva incluye combinar un componente superabrasivo en forma de grano, un componente carga que comprende cuerpos huecos, y un componente ligante vítreo que incluya óxido de cinc y al menos dos óxidos de metales alcalinos. Los componentes combinados se cuecen a una temperatura en el intervalo entre aproximadamente 600 C y aproximadamente 850 C, preferiblemente en una atmósfera de aire del ambiente.

Description

Herramienta superabrasiva vitrificada y método de fabricación.

Los materiales, tales como la película de diamante, obtenidos por deposición química en fase de vapor (diamante CVD), diamante policristalino (PCD), nitruro de boro cristalino (CBN) y nitruro de boro policristalino (PCBN) están entre los materiales más duros conocidos. Las herramientas de corte fabricadas con insertos en punta de PCD o de otros materiales son difíciles de fabricar. Los procedimientos típicos para fabricar herramientas de corte requieren dos operaciones de rectificado, un desbastado y un rectificado de acabado, realizadas con diferentes muelas abrasivas. Muchas de las herramientas abrasivas convencionales empleadas en el desbastado y acabado de estos materiales incluyen materiales superabrasivos ligados a metales. Generalmente, las herramientas de materiales abrasivos ligados a metales rectifican menos partes por hora que las herramientas ligadas a vidrio.

Las herramientas de materiales superabrasivos ligados a vidrio tienen características de temperatura atractivas, pero tienden a quebrarse y desgastarse más rápidamente que las herramientas de materiales ligados a metales. Además, las herramientas de diamante ligado a vidrio pueden tener deficiencias de funcionamiento provocadas por un pobre ligado del diamante al vidrio. Además, los métodos existentes para fabricar herramientas de diamante ligado a vidrio requieren típicamente altas temperaturas, largos ciclos y atmósferas no oxidantes o reductoras.

Por lo tanto, existe una necesidad de herramientas de rectificado capaces de desbastar o acabar piezas a máquina duras, así como de métodos para fabricar tales herramientas, que reduzcan o eliminen los problemas anteriormente mencionados.

La invención se refiere generalmente a una herramienta abrasiva y a un método de fabricación de una herramienta abrasiva.

La herramienta abrasiva incluye un componente superabrasivo en forma de grano, un componente carga que incluye cuerpos huecos, y un componente ligante vítreo. El componente ligante vítreo incluye óxido de cinc y al menos dos óxidos de metales alcalinos. En una realización de la invención, la herramienta abrasiva incluye un núcleo y un borde abrasivo en el perímetro del núcleo. En otra realización, la herramienta abrasiva incluye un componente ligante vítreo que se cuece a una temperatura menor que aproximadamente 850ºC.

El método para fabricar una herramienta abrasiva incluye combinar un componente superabrasivo en forma de grano, un componente carga y un componente ligante vítreo que incluye óxido de cinc y al menos dos óxidos de metales alcalinos. Los componentes combinados se cuecen a una temperatura en el intervalo entre aproximadamente 600ºC y aproximadamente 850ºC. Los componentes cocidos resultantes se pueden unir a un núcleo.

La herramienta abrasiva de la invención se puede usar para rectificar insertos de herramientas de corte. Un método para rectificar un inserto de una herramienta de corte; basada en diamante incluye seleccionar una herramienta abrasiva tal como se describió anteriormente, poner en con tacto la herramienta abrasiva con el inserto y rectificar el filo del inserto. El filo del inserto obtenido por el método de la invención está sustancialmente exentos de astillas y/o irregularidades.

La invención tiene numerosas ventajas. Por ejemplo, el ligante vítreo proporciona típicamente una buena unión del vidrio al diamante, que da lugar a una herramienta abrasiva que está bien ajustada para el rectificado de desbaste y de precisión de materiales duros, tales como diamante policristalino, película de diamante, nitruro de boro, materiales cerámicos y metales endurecidos. Durante el uso, la herramienta abrasiva de la invención se puede montar sobre un núcleo metálico y generalmente ofrece una productividad mejorada, una buena calidad del filo y un desgaste reducido de la muela. La misma herramienta abrasiva se puede emplear para operaciones de acabado y desbaste. El método de la invención se puede llevar a cabo a una temperatura relativamente baja y pueden emplear tiempos de contacto (o cocido) relativamente cortos. Además, la necesidad de atmósferas no oxidantes, tales como gas nitrógeno o una fuente de carbono reductor, se puede reducir o eliminar significativamente del procedimiento de fabricación.

Generalmente, la invención se refiere a herramientas abrasivas. Ejemplos de herramientas abrasivas incluyen muelas, discos, segmentos de muelas, piedras y piedras de afilar. La invención también se refiere a un método para fabricar herramientas abrasivas.

La herramienta abrasiva de la invención incluye un componente superabrasivo en forma de grano, un componente carga que incluye cuerpos huecos, y un componente ligante vítreo que incluye óxido de cinc y al menos dos óxidos de metales. Generalmente, la herramienta abrasiva es una herramienta abrasiva ligada, en oposición a, por ejemplo, una herramienta abrasiva revestida.

Como término que se emplea en la presente memoria "superabrasivo" quiere decir abrasivos que tienen una dureza, medida en la escala de dureza Knoop, de al menos la del nitruro de boro cúbico (CBN), es decir, una K_{100} de al menos 4700. Además del nitruro de boro cúbico, otros ejemplos de materiales superabrasivos incluyen diamante sintético y natural. Los materiales adecuados como el diamante o el nitruro de boro cúbico pueden ser cristalinos o policristalinos. Preferiblemente, el material superabrasivo es diamante.

El material superabrasivo está en forma de grano, también conocido como "gravilla". El componente superabrasivo en forma grano de la invención se puede obtener comercialmente o se puede producir bajo pedido. Generalmente, el material superabrasivo empleado en la presente invención tiene un tamaño medio de partícula en el intervalo entre aproximadamente 0,5 micrómetros (\mum) y aproximadamente 500 \mum. Preferiblemente, el tamaño de partícula está en el intervalo entre aproximadamente 2 \mum y aproximadamente 200 \mum.

En una realización, el componente superabrasivo en forma de grano está presente en una cantidad de al menos aproximadamente 5% en volumen de la herramienta superabrasiva. En otra realización, el componente superabrasivo en forma de grano está presente en una cantidad en el intervalo entre aproximadamente 5% y aproximadamente 50% en volumen de la herramienta superabrasiva, más preferiblemente entre aproximadamente 20% y aproximadamente 40% en volumen de la herramienta superabrasiva.

El componente ligante vítreo incluye óxido de cinc (ZnO) y al menos dos óxidos de metales alcalinos. Los ligantes vítreos se forman típicamente fundiendo materias primas tales como sílice (SiO_{2}), arcilla, feldespato y otros materiales que se combinan y procesan como se conoce en la técnica. Una vez se ha fabricado un vidrio se puede moler para dar un polvo, comúnmente conocido como "frita". En herramientas abrasivas de materiales ligantes vitrificados comúnmente se usan ligantes de vidrios sílice-alúmina.

En una realización, el componente ligante vítreo está presente en una cantidad no mayor que aproximadamente 28% en volumen de la herramienta abrasiva. En otra realización, el componente ligante vítreo está presente en el intervalo entre aproximadamente 14% y aproximadamente 28% en volumen de la herramienta abrasiva, más preferiblemente de aproximadamente 15 a aproximadamente 22% en volumen de la herramienta superabrasiva.

El ligante vítreo de la presente memoria contiene ZnO en una cantidad de aproximadamente 1-6% en peso del componente ligante vítreo. En una realización preferida, el ZnO está presente en una cantidad de aproximadamente 2-4% en peso del componente ligante vítreo.

Ejemplos de óxidos de metales alcalinos adecuados y de cantidades adecuadas de metales alcalinos del componente ligante vítreo incluyen óxido de sodio (Na_{2}O, aproximadamente 3-6% en peso), óxido de potasio (K_{2}O, aproximadamente 4-7% en peso), y óxido de litio (Li_{2}O, aproximadamente 1-5% en peso). En una realización, los óxidos de metales alcalinos del componente ligante vítreo incluyen óxido de sodio y de potasio. En otra realización, el óxido de metal alcalino del componente ligante vítreo incluye además óxido de litio.

En una realización, la cantidad de óxidos de metales alcalinos combinados es aproximadamente 5-15% en peso, preferiblemente 8-12% en peso del componente ligante vítreo. En otra realización, la cantidad de óxidos de metales alcalinos combinados es mayor que aproximadamente 9% en peso del componente ligante vítreo.

Aún en otra realización, el componente ligante vítreo incluye además óxido de bario (BaO) en una cantidad de 1-6% en peso. En una realización particularmente preferida, el óxido de bario está presente en una cantidad de aproximadamente 2-4% en peso del componente ligante vítreo. En una realización especialmente preferida, la cantidad combinada de óxido de cinc y óxido de bario es al menos aproximadamente 5% del componente ligante vítreo.

El componente ligante vítreo también puede incluir sílice (SiO_{2}), alúmina (Al_{2}O_{3}), óxido de boro (B_{2}O_{3}), óxido de calcio (CaO), óxido de magnesio (MgO) y óxido de níquel (NiO), y otros óxidos típicamente presentes en cantidades menores en las composiciones de vidrios.

En una realización, el componente ligante vítreo incluye una frita de un vidrio basado en sílice-alúmina cocido a baja temperatura. La alúmina puede estar presente en el componente vítreo en una cantidad en el intervalo entre aproximadamente 1 y aproximadamente 10 por ciento en peso. Generalmente, las cantidades totales de sílice y alúmina varían de aproximadamente 51 a aproximadamente 80 por ciento en peso.

En un ejemplo, el componente ligante vítreo incluye entre aproximadamente 50 y aproximadamente 70 por ciento en peso, preferiblemente entre aproximadamente 55 y aproximadamente 65 por ciento en peso de SiO_{2}; entre aproximadamente 16 y aproximadamente 25, preferiblemente entre aproximadamente 18 y 22 por ciento en peso de (B_{2}O_{3}); entre aproximadamente 5 y aproximadamente 15 por ciento, preferiblemente entre aproximadamente 8 y aproximadamente 12 por ciento de óxidos de metales alcalinos; entre aproximadamente 1 y aproximadamente 6 por ciento en peso, preferiblemente entre aproximadamente 2 y aproximadamente 4 por ciento en peso de BaO; y entre aproximadamente 1 y aproximadamente 6 por ciento en peso, preferiblemente entre aproximadamente 2 y aproximadamente 4 por ciento en peso de ZnO. En una realización preferida, el ligante vítreo se fusiona con el grano abrasivo a una temperatura por debajo de 850ºC. Por fusionado se quiere decir que el componente ligante vítreo se funde para revestir y adherirse al grano abrasivo, dando lugar, tras enfriar, a un artículo abrasivo ligado.

El componente carga de la herramienta abrasiva de la invención incluye cuerpos huecos. Como se usa en la presente memoria, el término "hueco" quiere decir que tiene un espacio vacío o cavidad vacía dentro de una pared que es esencialmente impermeable a los líquidos. Los cuerpos huecos pueden ser de cualquier forma. Un ejemplo de una forma adecuada es una forma esférica. En una realización, los cuerpos huecos del componente carga tienen un volumen vacío en el intervalo entre aproximadamente 30 y aproximadamente 75%. En una realización, la resistencia al aplastamiento de los cuerpos huecos está en el intervalo entre aproximadamente 13,6 MPa y 34,0 MPa.

Ejemplos de materiales adecuados de los cuerpos huecos incluyen mullita cerámica vítrea, alúmina, vidrio, burbujas y esferas de materiales cerámicos. Se prefieren los cuerpos huecos que resisten el aplastamiento durante el moldeo y el cocido de las herramientas abrasivas. Cuerpos huecos adecuados son suministrados por Environsphere Co., Zeeland Industries, 3-M Specialty Materials, y PQ Corp. En un ejemplo, los cuerpos huecos son microesferas cerámicas Z-Light Spheres^{TM} producidas por 3-M Specialty Materials.

En una realización, los cuerpos huecos tienen un diámetro medio en el intervalo entre aproximadamente 10 \mum y aproximadamente 150 \mum. Preferiblemente, al menos aproximadamente 90% de los cuerpos huecos tienen un tamaño de partícula dentro del intervalo entre aproximadamente 20 \mum y aproximadamente 120 \mum.

En una realización, los cuerpos huecos están presentes en la herramienta abrasiva en una cantidad de al menos aproximadamente 10% en volumen. En otra realización, los cuerpos huecos están presentes en la herramienta abrasiva en una cantidad en el intervalo entre aproximadamente 10 y aproximadamente 30% en volumen. Se prefieren las herramientas abrasivas que al menos incluyan 90 por ciento en peso de cuerpos huecos intactos.

En una realización de la invención, la herramienta abrasiva incluye al menos aproximadamente 15% en volumen, de espacio vacío, sin incluir el espacio vacío de los cuerpos huecos. El espacio vacío puede ser, por ejemplo, la porosidad abierta de la herramienta abrasiva.

El método de la invención incluye combinar un componente superabrasivo en forma de grano, un componente carga que tenga cuerpos huecos, y un componente ligante frita que incluya óxido de cinc y al menos dos óxidos de metales alcalinos. Los cuerpos huecos se pueden tamizar para separar las piezas rotas.

Los componentes combinados se cuecen a una temperatura máxima en el intervalo entre aproximadamente 600ºC y aproximadamente 850ºC. En una realización, los componentes combinados se cuecen durante un período de tiempo en el intervalo entre aproximadamente 2 y aproximadamente 7 horas. El ciclo total de cocido es aproximadamente 12 horas. Bastante inesperadamente a tal temperatura de cocido del vidrio relativamente baja, el tiempo del ciclo de cocido necesario para un componente ligante vítreo que comprenda sílice, óxido de cinc, óxidos de metales alcalinos mixtos y BaO es aproximadamente la mitad del tiempo necesario para los ligantes vitrificados comerciales usados para herramientas que contengan grano de diamante.

En una realización específica, los componentes combinados se cuecen en una atmósfera de aire del ambiente. Como se usa en la presente memoria, la frase "atmósfera de aire del ambiente" se refiere a aire extraído del medioambiente sin tratamiento.

En una realización, los componentes se combinan por mezclado mecánico. Como se sabe en la técnica, pueden incluirse ingredientes adicionales, tales como, por ejemplo, un ligante orgánico. Los componentes se pueden combinar secuencialmente o en una única etapa. Opcionalmente, la mezcla resultante se puede tamizar para separar los aglomerados que se puedan haber formado durante el mezclado.

La mezcla se coloca en un molde apropiado para prensar. Usualmente, para taponar la mezcla se emplean punzones conformados. En un ejemplo, los componentes combinados se moldean y prensan en una forma adecuada para un borde de muela de rectificado. El prensado se puede hacer por cualquier medio, tal como por prensado en frío y por prensado en caliente. Se prefieren los métodos de moldeo y prensado; que eviten el aplastamiento de los cuerpos huecos.

Se prefiere el prensado en frío y, generalmente, incluye la aplicación, a temperatura ambiente, de una presión inicial suficiente para mantener el montaje del molde junto. Generalmente, la presión inicial empleada está en el intervalo de aproximadamente 50 a aproximadamente 150 Tm. A continuación, la forma verde resultante de la herramienta abrasiva se cuece. Como se usa en la presente memoria, el término "verde" se refiere a un cuerpo que mantiene su forma durante la siguiente etapa del procedimiento pero que no tiene suficiente resistencia para mantener su forma permanentemente. El cocido puede ser, por ejemplo, en aire, durante una duración menor que 15 horas, y a una temperatura que sea menor que aproximadamente 850ºC, preferiblemente en el intervalo entre aproximadamente 600ºC y aproximadamente 750ºC.

El prensado en caliente se describe, por ejemplo, en las patentes de EE.UU. nºs 4.157.897 y 2.986.455, cuyas enseñanzas se incorporan en su totalidad a la presente memoria por referencia. El prensado en caliente también se describe en Kirk-Othmer, Encyclopedia of Chemical Technology, 3ª Ed., 1979, p. 263 y en la Encyclopedia of Materials Science and Engineering, vol. 3, Pergamon Press Ltd., 1986, pp. 2205-2208. En una realización, la presión se aplica antes así como durante el cocido. En otra realización, la presión se aplica sólo durante el cocido. Aún en otra realización, denominada "acuñación en caliente", la presión se aplica al montaje del molde después de que el artículo se haya separado del horno. Como se usa en la presente memoria, la expresión "prensado en caliente" incluye los procedimientos de "acuñación en caliente". El cocido no requiere atmósferas no oxidantes.

Generalmente, si se emplea el prensado en caliente, el cocido es a una temperatura de aproximadamente 500ºC a aproximadamente 750ºC, y, generalmente, la presión final de moldeo está en el intervalo entre aproximadamente 0,108 Tm por centímetro cuadrado (tcc) y aproximadamente 0,232 tcc. El tiempo de retención dentro del molde en las condiciones finales de presión y temperatura es generalmente menor que aproximadamente 10 minutos, y preferiblemente está en el intervalo entre aproximadamente 4 y aproximadamente 8 minutos.

Son esenciales métodos de moldeo y prensado que eviten el aplastamiento de los cuerpos huecos. En una realización de la invención, al menos 90 por ciento en peso de los cuerpos huecos permanecen intactos después de moldear y prensar.

El artículo abrasivo se separa del molde y se enfría en aire. En una última etapa, la herramienta cocida se puede afilar y acabar según la práctica estándar, y a continuación ensayarse bajo velocidad antes de su uso.

Durante el uso, la herramienta abrasiva de la invención generalmente incluye un borde abrasivo unido al perímetro de un núcleo. Las herramientas de la invención incluyen formas de muelas 6A2H, 1A1, 6A1, 4A2, y otras. El borde abrasivo incluye los componentes abrasivo en forma de grano, ligante vítreo y carga anteriormente descritos. En la técnica se conocen métodos para unir a un núcleo granos abrasivos en un ligante, por ejemplo, segmentos abrasivos moldeados, e incluyen, por ejemplo, soldadura con latón, soldadura con láser, pegado o cementación. Se prefiere la cementación.

En la técnica se conocen núcleos metálicos, cerámicos, de resinas y de combinación. Un ejemplo de un material núcleo adecuado para una herramienta abrasiva de la invención es un material compuesto aluminio-resina que generalmente proporciona un buen amortiguamiento de las vibraciones de la herramienta. En una realización, el núcleo de aluminioresina tiene la siguiente composición en porcentaje en peso: aproximadamente 8,3% de resina fenólica, aproximadamente 90% de polvo de aluminio, y aproximadamente 1,7% de cal. El núcleo se puede fabricar como se sabe en la técnica moldeando precursores del núcleo en la forma del núcleo y sinterizando a una temperatura por debajo de la temperatura de fusión del aluminio. Los núcleos de aluminio también se adaptan bien para las herramientas abrasivas de la invención y sus aplicaciones.

En una realización, las herramientas de la invención se usan en insertos de herramientas de corte para rectificado fabricados de PCD, CDV u otros materiales superabrasivos duros. Con la misma herramienta se pueden llevar a cabo tanto el desbastado como el acabado superficial. Aunque los beneficios de rectificar con las herramientas abrasivas de la invención son más pronunciados en el rectificado de los filos de insertos de PCD, también se puede rectificar con estas herramientas la superficie del inserto de la herramienta de corte. Generalmente, la operación de rectificado da lugar a superficies y filos de los insertos que están sustancialmente exentos de astillas o irregularidades.

La invención se describe adicionalmente mediante los siguientes ejemplos que no se pretende sean limitantes.

Ejemplo 1

Se produjeron barras de ensayo vitrificadas para ensayos comparativos empleando las composiciones A y B. La composición A fue un material ligante frita empleado como ligante vitrificado en una muela de diamante comercialmente disponible usada para rectificar materiales de PCD y PCBN, en particular insertos de herramientas de corte basados en diamante, por ejemplo, PCD, CVD y otros. La composición A incluyó 59-72% en peso de SiO_{2}/Al_{2}O_{3}; 20-23% en peso de B_{2}O_{3}, 1-2% en peso de CaO, y aproximadamente 5,0% en peso de Na_{2}O. La composición A no incluía ZnO, óxidos de metales alcalinos mixtos, ni BaO. La composición B fue un ligante vitrificado de la invención y se muestra, en porcentaje en peso, en la tabla 1.

TABLA 1

Óxido	B
SiO_{2}	58,01
Al_{2}O_{3}	1,73
B_{2}O_{3}	21,04
CaO	1,21
ZnO	3,03
BaO	2,60
Na_{2}O	4,59
K_{2}O	5,19
Li_{2}O	2,60
Total	100,00

La composición (% en volumen) de las barras de ensayo antes de cocer fue; diamante 28%, esferas cerámicas huecas 15%, ligante de vidrio 24,5%, y porosidad 32,5%. Las esferas cerámicas huecas empleadas fueron del tipo SL150 (60-100 micrómetros) obtenidas de Environsphere. El diamante (15/25 micrómetros) se obtuvo de Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc., Worcester, MA.

Para fabricar las barras de ensayo, los materiales se pesaron y se mezclaron agitando en un cuenco y a continuación se tamizaron dos veces a través de un tamiz de malla 105 (tamaño estándar de EE.UU.). A continuación, se colocaron en un molde de acero de diseño adecuado para dar muestras de ensayo que tenían las siguientes dimensiones: 0,61 cm x 0,61 cm x 6,68 cm. Los cuerpos verdes se transfirieron a continuación a un horno y se cocieron con un ciclo de cocido de 100ºC/hora desde temperatura ambiente a la temperatura deseada, y se mantuvieron a esa temperatura durante 4 horas. Las temperaturas de cocido y las atmósferas usadas se muestran en la tabla 2. Las muestras se dejaron enfriar en el horno.

El módulo de ruptura (MOR) se midió en una máquina de ensayos mecánicos Instron Modelo 4204 con una plantilla de curvar de 3 puntos con una separación externa de 5,08 cm, y un régimen de carga de velocidad de la cruceta de 0,127 cm por minuto.

La resistencia a la flexión de las muestras ensayadas se muestra en la tabla 2, junto con las condiciones de procesado usadas para producirlas.

TABLA 2

	A	B
MOR (MPa)	56,9	71,5-81,1
Temperatura de cocido	950ºC	650ºC-700ºC
Atmósfera	N_{2}	Aire

Los resultados mostrados en la tabla 2 indican que las muelas vitrificadas de la invención requirieron temperaturas de cocido más bajas, se pudieron procesar sin atmósferas no oxidantes y tuvieron una excelente resistencia a la flexión.

Ejemplo 2

Se fabricaron como sigue muelas abrasivas tipo 6A2HA usando la composición de ligante vítreo B mostrada en la tabla 1. Usando un mezclador tubular se mezclaron cantidades de 162 g de los materiales de partida en un recipiente de plástico cubierto durante 10 minutos para formar una mezcla ligante. La mezcla se combinó con grano abrasivo de diamante y esferas de vidrio/cerámica, calidad SL150. El grano abrasivo de diamante se obtuvo de S-G Ceramics & Plastics, Inc., y tenía un tamaño nominal en micrómetros de 15/25. Las esferas de vidrio/cerámica se obtuvieron de Environsphere Co., Australia y tenían un diámetro medio de 60-100 \mum. La mezcla se tamizó a través de un tamiz de malla 24 (tamaño estándar de EE.UU.) para separar cualquier terrón. A continuación, la mezcla se prensó en forma de anillo moldeado y el anillo se coció en aire con una rampa de temperatura de 100ºC/hora hasta un máximo de 800ºC, y el anillo se mantuvo a 800ºC durante 4 horas. Después del cocido, el anillo (o borde) abrasivo se enfrió, se extrajo del molde y se pegó a un núcleo.

Se usaron núcleos de aluminio o núcleos compuestos de aluminio-resina (90% en peso de polvo de Al, 8,3% en peso de resina fenólica y 1,7% en peso de cal). La composición del borde abrasivo cocido de la muela fue diamante 30%, cuerpos huecos 20%, ligante vítreo 17,5% y porosidad 32,5%, todos en volumen.

Las muelas abrasivas de la invención sobre núcleos compuestos o de aluminio se compararon con una muela comercial, muela comparativa 1, diseñada para rectificar el filo de insertos de PCD para máquinas herramienta. La muela comparativa 1 contenía entre 30-40 por ciento en volumen de grano de diamante en un ligante vitrificado desconocido. Las muelas se montaron en una máquina automática de rectificado Coborn RG6. Todas las muelas fueron muelas tipo 6A2HA de 15,24 cm x 3,81 cm x 40 mm. Cada muela se usó para rectificar cuatro herramientas de corte terminadas en punta de diamante policristalino que incluían material PCD designado como GE 1500 PCD. En todos los ensayos se usó una regulación de la velocidad de muela de 2000 rotaciones por minuto (rpm), una regulación de la presión de rectificado de 5 y una varilla restauradora de la superficie de corte de las muelas abrasivas NMVC600J8VCA de 1,90 cm x 1,90 cm x 15,24 cm proporcionado por Norton Company, Worcester, MA. Los resultados se muestran en la tabla 3. Como se ve en la tabla 3, las muelas de la invención tanto con núcleo de aluminio como con núcleo de material compuesto funcionaron tan bien como la muela comercial ensayada.

TABLA 3

	w.w./herramientaª	Tiempo de rectificado	Filo
	Coburn RG6	Rectificadora automática
Muela comparativa 1	0,0254 mm	N/A	Excelente
Muela de la invención sobre núcleo	0,0254 mm	N/A	Excelente
de material compuesto
Muela de la invención sobre núcleo	0,0254 mm	N/A	Excelente
de aluminio
a. w.w./herramienta es el desgaste medio de la muela por herramienta rectificada.

Las muelas abrasivas de la invención sobre núcleos de aluminio o de material compuesto también se compararon con la muela comparativa 2, una muela comercial de rectificado de PCD montada en una rectificadora manual Ewag RS12. La muela comparativa 2 contenía entre 30-40% en volumen de grano de diamante en una composición ligante vitrificada desconocida y estaba específicamente diseñada para uso en el rectificado de los filos de insertos de PCD para herramientas de mecanizado. Todas las muelas fueron muelas del tipo 6A2HA. Cada muela se usó para rectificar cuatro herramientas de corte terminadas en punta de diamante policristalino que incluían material de GE y que se designó como GE 1500 PCD. En todos los ensayos se usó una regulación de la velocidad de muela de 2400 rpm, una presión de rectificado constante de 400 Newtons y una varilla restauradora de la superficie de corte de las muelas abrasivas NSA800H2VM de 2,54 cm x 2,54 cm x 15,24 cm proporcionado por Norton Company. Los resultados se muestran en la tabla 4.

TABLA 4

	ww./herramientaª	Tiempo de rectificado^{b}	Reducción %	Filo
	Ewag RS12	Rectificadora manual
Muela comparativa 2	0,016256 mm	3:70	- -	Excelente
Muela de la invención	0,010922 mm	2:84	-49% en w.w./herramienta;	Excelente
sobre núcleo material			-30% en tiempo de rectificado
compuesto
Muela de la invención	0,0099822 mm	2:71	-63% en w.w./herramienta;	Excelente
sobre núcleo de			-36% en tiempo de rectificado
aluminio
a. w.w./herramienta es el desgaste medio de la muela por herramienta rectificada.
b. Tiempo para rectificar cuatro insertos

Como se ve en la tabla 4, las muelas de la invención, tanto sobre núcleos de aluminio como de material compuesto, mostraron un funcionamiento mejorado en comparación con la muela comercial. Se observaron aproximadamente la mitad del desgaste de muela por herramienta y un tiempo de rectificado aproximadamente 30% más corto.

Equivalentes

Aunque esta invención se ha mostrado y descrito particularmente con referencias a sus realizaciones preferidas, los expertos en la técnica entenderán que se pueden hacer en la misma varios cambios en la forma y en los detalles sin apartarse del alcance de la invención englobado en las reivindicaciones adjuntas.

Claims

1. Una herramienta abrasiva, que comprende:

a): un núcleo metálico; y

b): un borde abrasivo en un perímetro del núcleo, en la que el borde incluye un componente superabrasivo en forma de grano, un componente carga que incluye cuerpos huecos y un componente ligante vítreo cocidos a una temperatura por debajo de 850ºC, en el que el ligante vítreo incluye óxido de cinc y al menos dos óxidos de metales alcalinos.

2. La herramienta abrasiva según la reivindicación 1, en la que el núcleo metálico está formado de aluminio.

3. La herramienta abrasiva según la reivindicación 1, en la que el componente superabrasivo en forma de grano se selecciona del grupo que consta de diamante, nitruro de boro cúbico y sus mezclas.

4. La herramienta abrasiva según la reivindicación 3, en la que el componente ligante vítreo incluye además óxido de bario.

5. La herramienta abrasiva según la reivindicación 4, en la que los óxidos de metales alcalinos del componente ligante vítreo se seleccionan del grupo que consta de óxido de sodio, óxido de potasio y óxido de litio.

6. La herramienta abrasiva según la reivindicación 5, en la que los óxidos de metales alcalinos del componente ligante vítreo incluyen óxido de sodio y óxido de potasio.

7. La herramienta abrasiva según la reivindicación 1, en la que los cuerpos huecos son esferas huecas.

8. La herramienta abrasiva según la reivindicación 7, en la que las esferas huecas están formadas de un material cerámico.

9. La herramienta abrasiva según la reivindicación 1, en la que los cuerpos huecos se tamizan para separar las partículas rotas.

10. La herramienta abrasiva según la reivindicación 9, en la que al menos 90 por ciento en peso de los cuerpos huecos tienen un tamaño de partícula dentro del intervalo entre aproximadamente 20 \mum y aproximadamente
120 \mum.

11. La herramienta abrasiva según la reivindicación 1, en la que el componente superabrasivo en forma de grano está presente en una cantidad en el intervalo entre aproximadamente 5 y aproximadamente 50 por ciento en
volumen.

12. La herramienta abrasiva según la reivindicación 11, en la que el componente ligante vítreo está presente en el intervalo entre aproximadamente 14 y aproximadamente 28 por ciento en volumen.

13. La herramienta abrasiva según la reivindicación 12, en la que los cuerpos huecos están presentes en una cantidad de al menos aproximadamente 10 por ciento en volumen.

14. La herramienta abrasiva según la reivindicación 13, en la que los cuerpos huecos están presentes en una cantidad en el intervalo entre aproximadamente 10 y aproximadamente 30 por ciento en volumen.

15. La herramienta abrasiva según la reivindicación 14, en la que la herramienta comprende además una porosidad abierta de al menos 15 por ciento en volumen.

16. La herramienta abrasiva según la reivindicación 15, en la que la cantidad de óxidos de metales alcalinos combinados está en el intervalo entre aproximadamente 5 y aproximadamente 15 por ciento en peso del componente ligante vítreo.

17. La herramienta abrasiva según la reivindicación 16, en la que la cantidad de óxidos de metales alcalinos combinados está en el intervalo entre aproximadamente 8 y aproximadamente 12 por ciento en peso del componente ligante vítreo.

18. La herramienta abrasiva según la reivindicación 1, en la que la cantidad de óxido de cinc está en el intervalo entre aproximadamente 1 y aproximadamente 6 por ciento en peso del componente ligante vítreo.

19. La herramienta abrasiva según la reivindicación 18, en la que la cantidad de óxido de cinc está en el intervalo entre aproximadamente 2 y aproximadamente 4 por ciento en peso del componente ligante vítreo.

20. La herramienta abrasiva según la reivindicación 19, en la que el componente ligante vítreo incluye además óxido de bario, y en la que la cantidad combinada de óxido de cinc y óxido de bario es al menos aproximadamente 5 por ciento del componente ligante vítreo.

21. Un método para fabricar una herramienta abrasiva ligada, que comprende las etapas de:

a): seleccionar una composición de ligante vítreo fritado que incluya óxido de cinc y al menos dos óxidos de metales alcalinos;

b): combinar un componente superabrasivo en forma de grano, un componente carga que tiene cuerpos huecos y la composición de ligante vítreo; y

c): cocer los componentes combinados a una temperatura en el intervalo entre aproximadamente 600ºC y aproximadamente 850ºC.

22. El método según la reivindicación 21, en el que los componentes combinados se cuecen a una temperatura máxima durante un período de tiempo en el intervalo entre aproximadamente 2 horas y aproximadamente 7 horas.

23. El método según la reivindicación 22, en el que los componentes combinados se cuecen en una atmósfera de aire ambiente.

24. El método según la reivindicación 23, en el que el, componente superabrasivo en forma de grano está presente en una cantidad en el intervalo entre aproximadamente 5 y aproximadamente 50 por ciento en volumen.

25. El método según la reivindicación 24, en el que el componente ligante vítreo está presente en el intervalo entre aproximadamente 14 y aproximadamente 28 por ciento en volumen.

26. El método según la reivindicación 25, en el que los cuerpos huecos están presentes en una cantidad en el intervalo entre aproximadamente 10 y aproximadamente 30 por ciento en volumen.

27. El método según la reivindicación 26, en el que la herramienta comprende además una porosidad abierta de al menos 15 por ciento en volumen.

28. El método según la reivindicación 21, en el que la cantidad de óxidos de metales alcalinos combinados está en el intervalo entre aproximadamente 5 y aproximadamente 15 por ciento en peso del componente ligante vítreo.

29. El método según la reivindicación 28, en el que la cantidad de óxidos de metales alcalinos combinados está en el intervalo entre aproximadamente 8 y aproximadamente 12 por ciento en peso del componente ligante vítreo.

30. El método según la reivindicación 28, en el que la cantidad de óxido de cinc está en el intervalo entre aproximadamente 1 y aproximadamente 6 por ciento en peso del componente ligante vítreo.

31. El método según la reivindicación 30, en el que la cantidad de óxido de cinc está en el intervalo entre aproximadamente 2 y aproximadamente 4 por ciento en peso del componente ligante vítreo.

32. El método según la reivindicación 31, en el que el componente ligante vítreo incluye además óxido de bario, y en el que la cantidad combinada de óxido de cinc y óxido de bario es al menos aproximadamente 5 por ciento del componente ligante vítreo.

33. El método según la reivindicación 21, en el que los cuerpos huecos se tamizan para separar las partículas rotas.

34. El método según la reivindicación 21, que además comprende la etapa de prensado en caliente o en frío, en el que al menos aproximadamente 90 por ciento en peso de los cuerpos huecos están intactos tras el prensado.

35. El método según la reivindicación 21, en el que los componentes cocidos se cementan a un núcleo metálico.

36. Un método para fabricar una herramienta abrasiva ligada, que comprende las etapas de:

a): combinar un componente superabrasivo en forma de grano, presente en una cantidad de al menos aproximadamente 5 por ciento en volumen, un componente carga que tiene cuerpos huecos y está presente en una cantidad de al menos aproximadamente 10 por ciento en volumen, y un componente ligante vítreo que incluye óxido de cinc y al menos dos óxidos de metales alcalinos, estando el componente ligante vítreo presente en una cantidad menor que aproximadamente 28 por ciento en volumen;

b): moldear los componentes combinados a una presión efectiva para evitar el aplastamiento de no más que aproximadamente 10% en peso de los cuerpos huecos; y

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c): cocer los componentes combinados a una temperatura en el intervalo entre aproximadamente 600ºC y aproximadamente 850ºC, durante un período de tiempo suficiente para formar una herramienta abrasiva ligada que tenga una porosidad de al menos aproximadamente 15 por ciento.

37. El método según la reivindicación 36, en el que la herramienta abrasiva ligada se moldea para formar un borde, y el borde se une a un núcleo.