ES2298728T3 - Muela abrasiva para aplicacion de rectificado de rodillos y procedimiento de rectificacion de rodillos de la misma. - Google Patents

Abstract

Un procedimiento de rectificado de un rodillo ferroso que tiene una superficie giratoria del rodillo con una muela abrasiva giratoria, teniendo el rodillo ferroso una dureza mayor que 65 DSC y un diámetro mínimo de al menos 254 mm (10 pulgadas) y una longitud de al menos 609,6 mm (2 pies), comprendiendo el procedimiento: a) montaje de una muela abrasiva en un husillo de máquina y reglaje del ángulo entre el eje de rotación de la muela abrasiva y el eje de rotación del rodillo en menos de 25 grados aproximadamente; b) puesta de la muela giratoria en contacto con una superficie giratoria del rodillo y que atraviesa la muela a través de una longitud de rodillo axial, a la vez que mantiene una proporción entre tolerancia de conicidad axial (TC) y compensación de desgaste de muela radial (CDM) mayor que 10; y c) rectificado de la superficie del rodillo a una rugosidad de superficie Ra menor que 5 micrómetros, dejando a la vez la superficie del rodillo sustancialmente libre de marcas de avance, marcas de vibraciones e irregularidades de superficie.

Description

Muela abrasiva para aplicación de rectificado de rodillos y procedimiento de rectificado de rodillos de la misma.

Campo técnico

La presente invención se refiere a un procedimiento para rectificar rodillos a la calidad geométrica deseada.

Antecedentes de la invención

El laminado es un procedimiento de conformación usado para producir bandas, planchas o láminas de grosor variable en industrias como las industrias del acero, aluminio, cobre y papel. Los rodillos se preparan de formas variables (perfiles) con tolerancias geométricas específicas y especificaciones de integridad superficial para cumplir con las necesidades de la aplicación de laminado. Los rodillos están hechos normalmente de hierro, acero, carburo cementado, granito o materiales compuestos de los mismos. En operaciones de laminado, los rodillos experimentan un desgaste considerable y cambios en la calidad superficial y requieren así remodelado periódico mediante mecanizado o rectificado, es decir, "rectificado de rodillos", para devolver al rodillo a las tolerancias geométricas requeridas al tiempo que se deja la superficie libre de líneas de avance, marcas de vibraciones e irregularidades de superficie como marcas de arañazos y/o degradación térmica de la superficie del rodillo. Los rodillos se rectifican con una muela abrasiva que atraviesa la superficie del rodillo atrás y adelante en una máquina dedicada de rectificado de rodillos (fuera de línea) o según se instala en un laminador de bandas con un aparato de rectificado de rodillos (en línea) unido al soporte de rodillo en un laminador.

El reto con estos dos procedimientos es restaurar el rodillo a su geometría de perfil correcta con una eliminación mínima de material y sin marcas de avance visibles, marcas de vibraciones visibles o irregularidades de superficie. Las líneas de avance o marcas de avance son impresiones del borde delantero de la muela en la superficie del rodillo correspondientes a la distancia que avanza la muela por revolución del rodillo. Las marcas de vibraciones corresponden a líneas de contacto entre muela y pieza de trabajo que se producen periódicamente en la circunferencia del rodillo bien debido a error de liberación de la muela o bien debido a vibraciones que proceden de múltiples fuentes en el sistema de rectificado como desequilibrio de la muela abrasiva, soportes del husillo, estructura de la máquina, ejes de avance de la máquina, accionadores del motor, impulsos hidráulicos y eléctricos. Tanto las marcas de avance como las marcas de vibraciones son indeseables en el rodillo, ya que afectan a la durabilidad del rodillo en servicio y producen una calidad superficial indeseable en el producto acabado. Las irregularidades de superficie en el rodillo se asocian con una marca de arañazo y/o con degradación térmica de la superficie de trabajo del rodillo después de rectificado. Las marcas de arañazos son causadas bien por partículas sueltas de abrasivo liberadas de la muela o bien por material de virutas del rectificado que araña la superficie del rodillo de una manera aleatoria. Se usa normalmente una inspección visual del rodillo dependiendo de la aplicación para aceptar o rechazar el rodillo por marcas de arañazos. La degradación térmica de la superficie del rodillo es causada por calor excesivo en el procedimiento de rectificado que da como resultado un cambio en la microestructura del material de rodillo en o cerca de la superficie del suelo y/o a veces como resultado de grietas en el rodillo. Se emplean procedimientos de corrientes turbulentas e inspección ultrasónica para detectar la degradación térmica en los rodillos después de rectificado.

Normalmente, para un procedimiento fuera de línea de rectificado de rodillos, una máquina de rectificado está equipada de manera que el eje de rotación de la muela abrasiva es paralelo al eje de rotación del rodillo de trabajo y la muela giratoria en contacto con la superficie giratoria del rodillo es atravesada a lo largo del eje del rodillo atrás y adelante para producir la geometría deseada. Las máquinas de rectificado de rodillos están disponibles comercialmente en una serie de vendedores que suministran equipos a la industria de rectificado de rodillos que incluyen Pomini (Milán, Italia), Waldrich Siegen (Alemania), Herkules (Alemania) y otros. La forma de la muela abrasiva usada en rectificado de rodillos fuera de línea es normalmente una muela de Tipo I, en el que el diámetro exterior de cara a la muela realiza el rectificado.

Es práctica común en la industria de rectificado de rodillos rectificar los materiales de rodillos de hierro y acero con muelas abrasivas que comprenden abrasivos convencionales como óxido de aluminio, carburo de silicio o mezclas de los mismos, junto con cargas y abrasivos secundarios en un sistema de muela de resina aglomerada orgánica, por ejemplo, una matriz de resina de tipo goma laca o de resina fenólica. También se conoce en la industria el uso de diamante como abrasivo primario en una muela abrasiva hecha con una matriz aglomerada de resina fenólica para rectificar materiales de rodillos hechos de carburo cementado, granito o materiales de rodillos no ferrosos. Las muelas abrasivas aglomeradas inorgánicas o aglomeradas vitrificadas no han tenido éxito en aplicaciones de rectificado de rodillos en comparación con las muelas aglomeradas de resina orgánica, porque las primeras tienen una baja resistencia al impacto y baja resistencia a vibración en comparación con las últimas. Se sabe que las muelas aglomeradas de resina orgánica trabajan mejor en aplicaciones de rectificado de rodillos debido a su bajo módulo E (1 Gpa a 12 GPa) en comparación con las muelas de aglomerantes vitrificados inorgánicos, que tienen un módulo E más elevado (18 Gpa a 200 GPa). Otro problema asociado con el sistema de muelas convencionales aglomeradas vitrificadas es que su naturaleza quebradiza provoca que el borde de la muela se rompa durante el procedimiento de rectificado, dando como resultado marcas de arañazos e irregularidades de superficie en el rodillo de trabajo.

El documento US-2003/0.194.954-A desvela un procedimiento de rectificado de un rodillo ferroso que tiene una superficie giratoria del rodillo con una muela abrasiva giratoria, comprendiendo el procedimiento:

- montaje de una muela abrasiva en un husillo de máquina;

- puesta de la muela giratoria en contacto con una superficie giratoria del rodillo y que atraviesa la muela a través de una longitud de rodillo axial; y

- rectificado de la superficie del rodillo.

La Publicación de solicitud de patente de EE.UU. n° 2003/0.194.954-A1 desvelas muelas abrasivas de rodillos consistentes esencialmente en abrasivos convencionales como óxido de aluminio abrasivo o carburo de silicio abrasivo y mezclas de los mismos, aglomeradas con materiales seleccionados de aglutinantes y cargas en un sistema de aglomerante de resina fenólica para dar vida mejorada a la muela abrasiva sobre un sistema de aglomerante de resina de goma laca. En los ejemplos, se demuestra una proporción de rectificado acumulativa G de 2,093 después de rectificado de 19 rodillos, lo que representa una mejora de 2 a 3 veces la G observada para muelas aglomeradas de resina de goma laca. La proporción de rectificado G representa la proporción de volumen de material de rodillo retirado con respecto al volumen de muela desgastada. Cuanto mayor es el valor de G, más larga es la vida de la muela. Sin embargo, incluso con estas muelas abrasivas mejoradas la velocidad de desgaste de la muela abrasiva sigue siendo bastante grande en rectificado de rodillos de acero, y esa compensación de desgaste de muela radial (CDM) continua se emplea durante el ciclo de rectificado para cumplir las tolerancias de conicidad (TC) geométricas en el rodillo. En la técnica, la tolerancia de conicidad TC corresponde a la variación de tamaño permisible en el rodillo desde un extremo del rodillo al otro extremo. La CDM se realiza moviendo continuamente el eje de avance de la muela abrasiva en la superficie del rodillo como función del avance longitudinal axial de la muela. El requisito de CDM en rectificado de rodillos dicta la necesidad de controles de máquina sofisticados así como complejidad añadida en el ciclo de rectificado.

Existe una segunda desventaja con las muelas abrasivas que emplean abrasivos convencionales de la técnica anterior. Las muelas experimentan un rápido desgaste de muela durante el procedimiento de rectificado de rodillos, requiriendo múltiples pasadas de rectificado correctores para generar un perfil de rodillo y una conicidad dentro de la tolerancia deseada, que es normalmente menor que 0,025 mm. Estas pasadas adicionales de rectificado dan como resultado la eliminación de costoso material del rodillo, conduciendo a una reducción en la vida útil del rodillo de trabajo. Normalmente en la técnica anterior, la proporción TC/CDM oscila entre 0,5 y 5 (en la que TC y CDM se expresan en unidades coherentes) para cubrir las especificaciones de los rodillos con abrasivos convencionales. Es particularmente deseable una proporción más alta de TC con respecto a CDM para elevar al máximo la vida útil del rodillo y la vida de la muela abrasiva, y así mejorar la eficiencia del procedimiento de rectificado de rodillos.

La tercera desventaja de pasadas de rectificado correctores es el aumento del tiempo del ciclo, que reduce así la productividad del procedimiento. La pérdida de tiempo productivo también se produce debido a los frecuentes cambios de muela que se producen como consecuencia del desgaste acelerado de las muelas aglomeradas de resina orgánica. Además, una cuarta desventaja a que se enfrentan las muelas de abrasivos convencionales es que el diámetro útil de la muela disminuye normalmente de 914 a 610 mm (de 36 a 24 pulgadas) a lo largo de la vida de la muela, para lo cual la compensación puede dar como resultado una gran acción de voladizo del cabezal del husillo de rectificado. El aumento continuo en la acción de voladizo da como resultado una rigidez cambiante continuamente del sistema de rectificado, provocando inconsistencias en el procedimiento de rectificado de rodillos.

Una serie de otras referencias de la técnica anterior, es decir, los documentos de patente europea EP-03.444.610 y EP-0.573.035 y la patente de EE.UU. n° 5.569.060 y la patente de EE.UU. n° 6.220.949, desvelan un procedimiento en línea de rectificado de rodillos, el documento de patente japonesa JP-06.226.606-A desvela un aparato y operación de rectificado de rodillos fuera de línea, en el que se usa una muela de cara de disco plana (una muela de cara en forma de vaso) de Tipo 6A2 para rectificar el rodillo. El eje de la muela abrasiva en este tipo de sistema de rectificado es perpendicular al eje del rodillo de trabajo, de manera que la cara del lado axial (cara de trabajo) de la muela se presiona con una fuerza constante en contacto de deslizamiento de fricción con la superficie circunferencial exterior del rodillo. En este diseño, el eje del husillo de la muela está inclinado ligeramente de manera que el contacto con la superficie de trabajo del rodillo se produce con la cara delantera de la muela. La muela abrasiva en este procedimiento está accionada pasivamente con la ayuda del par de torsión del rodillo de trabajo, o está accionada positivamente por un motor de husillo de rectificado.

En otra referencia de la técnica anterior, el documento de patente europea EP-0.344.610 desvela una muela de cara en forma de vaso usada en rectificado en línea de rodillos que tiene dos elementos anulares abrasivos aglomerados íntegramente, en que las muelas comprenden abrasivos de óxido de aluminio, carburo de silicio, NBC o diamante en dos sistemas de aglomeración diferentes como sistemas de aglomerantes orgánicos o inorgánicos para cada elemento abrasivo, respectivamente. La capa de abrasivo aglomerado vitrificado (que tiene un módulo E superior de 19,7 a 69 GPa) es el elemento anular interior, y el elemento anular exterior está hecho con un sistema aglomerado de resina orgánica (menor módulo E de 1 a 9,8 GPa) para evitar el astillado y el agrietamiento de la muela. Como las velocidades de desgaste de la muela no son las mismas para los dos elementos de diferentes sistemas de aglomeración, en el rectificado de rodillos pueden producirse frecuentemente errores de perfil, vibración y marcas de arañazos.

Las patentes de EE.UU. n° 5.569.060 y 6.220.949 desvelan una muela de NBC aglomerada con resina fenólica de cara en forma de vaso con un diseño diferente de muela flexible para absorber las intensas vibraciones inducidas en los soportes del laminador mientras se rectifica el rodillo de trabajo. Con un diseño de cuerpo de muela flexible descrito en la presente memoria descriptiva, la fuerza de contacto entre la cara de la muela y la superficie del rodillo se controla normalmente a una magnitud constante (entre 30 y 50 kgf/mm de anchura de la cara de la muela abrasiva) durante el procedimiento de rectificado para conseguir un contacto uniforme a lo largo de la cara de la muela de trabajo.

Este tipo de diseño de muela flexible se aplica también en el procedimiento de rectificado fuera de línea desvelado en la solicitud de patente japonesa JP-06.226.606-A. El rectificado con una flexión constante de la muela o una carga constante de la muela con una muela abrasiva de cara en forma de vaso significa que la velocidad de eliminación de material depende de lo afilado de la muela y del tipo de material de rodillo que se está rectificando. Dado que el desgaste en el rodillo de trabajo en la operación de laminado no siempre es uniforme, puede ser muy difícil cuando el desgaste del rodillo de trabajo es grande (por encima de 0,010 mm), ya que se desarrolla un contacto no uniforme entre la cara en forma de vaso de la muela y la superficie del rodillo. Esto produce un desgaste desigual de la muela, que afecta a la capacidad de corte o a lo afilado de la muela a lo largo de su cara de trabajo, provocando una eliminación no uniforme de material en el rodillo de trabajo a lo largo de su longitud axial y con el resultado de errores de perfil y vibración en el procedimiento.

Es entonces posible un procedimiento de rectificado estable con una muela abrasiva NBC con cara en forma de vaso rectificando frecuentemente los rodillos y corrigiendo las irregularidades de superficie antes de que se desarrolle una cantidad grande de desgaste en el rodillo. Con este enfoque es concebible que la proporción TC/CDM pueda aumentarse por encima de 10 en comparación con la muela convencional abrasiva de Tipo 1 que se usa en el procedimiento de rectificado fuera de línea. Un factor limitativo del diseño de muela con cara en forma de vaso es, sin embargo, que puede suponer un reto y una dificultad considerable mantener la proporción TC/CDM por encima de 10 cuando se rectifican rodillos de diversas formas como una corona convexa, una corona cóncava o un perfil numérico continuo a lo largo del eje del rodillo.

Los procedimientos de rectificado de rodillos fuera de línea y en línea ofrecen dos enfoques diferentes para rehacer la superficie de los rodillos de trabajo y reforzar los rodillos con sus diferentes disposiciones cinemáticas y estrategias de procedimientos de rectificado. El artículo de rectificado usado en el procedimiento fuera de línea se usa para rectificar una sola especificación del material de rodillo de trabajo, o más a menudo múltiples especificaciones del material de rodillo de trabajo como hierro, acero HSS de alta velocidad, acero con alta aleación de cromo, etc., durante la vida útil de la muela. Por otra parte, la muela en línea sólo rectifica una única especificación de material de rodillo de trabajo que se usa para resistir durante la vida de la muela. Por tanto, las especificaciones del artículo de muela abrasiva y los procedimientos de fabricación de muelas usados para preparar un diseño de muela de disco plano con cara en forma de vaso (Tipo 6A2) no puede traducirse para preparar una muela abrasiva de Tipo 1 ya que sus procedimientos de aplicación son significativamente diferentes.

Según se mencionó anteriormente, el rectificado sin marcas de vibraciones y marcas de avance es extremadamente importante en el rectificado de rodillos laminadores. La patente japonesa JP-11.077.532 desvela un dispositivo para rectificar rodillos sin vibración. En este dispositivo, unos sensores de vibración montados en el cabezal del husillo de rectificado y el soporte de rodillo vigilan continuamente el nivel de vibración durante el procedimiento de rectificado y ajustan las velocidades de rotación de la muela abrasiva y el rodillo de manera que no superen un nivel umbral de vibración. Este procedimiento requiere, sin embargo, que la proporción de velocidades entre la velocidad de revolución de la muela abrasiva y la velocidad de revolución del rodillo se mantenga constante, lo que añade complejidad en el rectificado de un rodillo de buena calidad.

Existe una necesidad de un procedimiento mejorado y simplificado de rectificado de rodillos para rectificar los rodillos de trabajo de varias formas de perfil y especificaciones de material ferroso con una única especificaciones de muela de manera que la proporción TC/CDM sea mayor que 10. Al elevar al máximo TC/CDM se asegura un importante ahorro de costes en costosos materiales de rodillos. Existe también una necesidad de una muela abrasiva que tenga vida mejorada de la muela abrasiva para mejorar la calidad del rodillo, reduciendo así el coste total de consumibles en el taller de rodillos y en el laminador de bandas.

Resumen

La presente invención se dirige a resolver uno o más de los problemas descritos anteriormente.

La invención se refiere a un procedimiento de rectificado de rodillos ferrosos de dureza mayor que 65 DSC (Dureza Shore C medida con un escleroscopio) y que tiene un diámetro mínimo de al menos 254 mm (10 pulgadas) y una longitud de al menos 609,6 mm (2 pies). En esta forma de realización, el procedimiento puede incluir las etapas: a) montaje de la muela abrasiva en un husillo de máquina y reglaje del ángulo entre el eje de rotación de la muela abrasiva y el eje de rotación del rodillo de manera que los ejes son paralelos entre sí o tienen una inclinación que es menor que 25 grados; b) puesta de la muela giratoria en contacto con una superficie giratoria del rodillo y que atraviesa la muela a través de la longitud axial del rodillo de manera que la proporción TC/CDM es mayor que 10; y c) rectificado de la superficie del rodillo de manera que está sustancialmente libre de marcas de avance y marcas de vibraciones visuales.

Breve descripción de los dibujos

La fig. 1 es una vista en sección transversal de una forma de realización de la muela superabrasiva para su uso en operaciones de rectificado de rodillos;

las fig. 2A-2D son vistas en sección transversal de las diferentes formas de realización de configuraciones de muela, mientras las fig. 2E-2P son modificaciones adicionales que pueden aplicarse en las fig. 2A-2D;

la fig. 3 es una vista en sección transversal de una muela superabrasiva que tiene múltiples secciones;

las fig. 4A y 4B son diagramas que ilustran la diferencia en el ciclo de rectificado entre una muela abrasiva de la técnica anterior que emplea aglomerante de resina orgánica convencional de óxido de aluminio y/o carburo de silicio, y una forma de realización de la presente invención, que emplea la muela de NBC de resina o aglomerada vitrifi-
cada;

las fig. 5A-5C ilustran la amplitud de la velocidad de vibración frente a la frecuencia en operaciones de rectificado de rodillos.

Descripción detallada

Por sencillez y motivos de ilustración, los principios de la invención se describen con referencia principalmente a una forma de realización de los mismos. Además, en la siguiente descripción, se exponen numerosos detalles específicos con el fin de proporcionar una comprensión minuciosa de la invención. Será evidente, sin embargo, para el experto en la materia, que la invención puede llevarse a la práctica sin limitación a estos detalles específicos. En otros casos, no se han descrito en detalle procedimientos y estructuras bien conocidos con el fin de no oscurecer innecesariamente la invención.

Debe observarse también que según se usa en la presente memoria descriptiva y en las reivindicaciones adjuntas, las formas en singular "un", "una" y "el" y "la" incluyen la referencia en plural a menos que el contexto señale claramente lo contrario. Salvo que se defina de otra manera, todos los términos técnicos y científicos usados en la presente memoria descriptiva tienen los mismos significados que se entienden comúnmente por el experto en la materia. Aunque puede usarse cualquier procedimiento similar o equivalente a los descritos en la presente memoria descriptiva en la práctica o las pruebas de formas de realización de la presente invención, a continuación se describen los procedimientos preferidos.

Los procedimientos en la presente memoria descriptiva para su uso contemplan uso profiláctico así como uso curativo en terapia de una dolencia existente. Según se usa en la presente memoria descriptiva, el término "aproximadamente" significa más o menos el 10% del valor numérico del número con el que se está usando. Por tanto, el 50% aproximadamente significa en el intervalo del 45% al 55%. Con el fin de que la invención de la presente memoria descriptiva descrita pueda comprenderse más completamente, se expone la siguiente descripción detallada.

En una forma de realización de la invención, una muela abrasiva mejorada para aplicaciones de rectificado de rodillos incluye una muela abrasiva aglomerada inorgánica, por ejemplo, un sistema de aglomerante vitrificado o cerámico, en el que se usa un material superabrasivo, por ejemplo, nitruro de boro cúbico, como material abrasivo primario.

Sistema de aglomerante vitrificado. Los ejemplos de sistemas de aglomerantes vitrificados para su uso en ciertas formas de realización de la invención pueden incluir los aglomerantes caracterizados por resistencia mecánica mejorada conocidos en la técnica, para su uso con granos abrasivos fundidos convencionales de óxido de aluminio o MCA (también referido como alfa-alúmina de sol gel sinterizado), como los descritos en las patentes de EE.UU. n° 5.203.886; 5.401.284; 5.863.308; y 5.536.283, que se incorporan aquí como referencia.

En una forma de realización de la invención, el sistema de aglomerante vitrificado consiste esencialmente en materiales inorgánicos que incluyen pero no se limitan a arcilla, caolín, silicato de sodio, alúmina, carbonato de litio, bórax pentahidratado, bórax decahidratado o ácido bórico, y ceniza de sosa, sílex, wollastonita, feldespato, fosfato de sodio, fosfato de calcio y otros diversos materiales que se han usado en la fabricación de aglomerantes vitrificados inorgánicos.

En otra forma de realización, se usan vidrios porosos en combinación con los materiales de aglomerante vítreo en bruto o en lugar de los materiales en bruto. En una segunda forma de realización, los materiales de aglomerantes anteriormente mencionados en combinación incluyen los óxidos siguientes: SiO_{2}, Al_{2}O_{3}, Na_{2}O, P_{2}O_{5}, Li_{2}O, K_{2}O y B_{2}O_{3}. En otra forma de realización, incluyen óxidos de tierras alcalinas, como CaO, MgO y BaO, junto con ZnO, ZrO_{2}, F, CoO, MnO_{2}, TiO_{2}, Fe_{2}O_{3}, Bi_{2}O_{3} y/o combinaciones de los mismos. En otra forma de realización más, el sistema de aglomerante comprende un vidrio de borosilicato alcalino.

En una forma de realización de la invención, el sistema de aglomerante puede incluir contenidos optimizados de óxido fosforoso, óxido de boro, sílice, álcali, óxidos de álcali, óxidos de tierras alcalinas, silicatos de aluminio, silicatos de circonio, silicatos hidratados, aluminatos, óxidos, nitruros, oxinitruros, carburos, oxicarburos y/o combinaciones y/o derivados de los mismos, manteniendo las proporciones correctas de óxidos, para un aglomerante de baja temperatura de alta resistencia y tenacidad (por ejemplo, resistente a propagación de grietas).

En otra forma de realización, el sistema de aglomerante comprende al menos dos fases vítreas amorfas con el grano NBC 10 de mayor resistencia mecánica para la base de aglomerante. En otra forma de realización de la invención, la muela superabrasiva comprende del 10 al 40% aproximadamente en volumen de materiales inorgánicos como vidrio poroso, por ejemplo, vidrio de borosilicato, feldespato y otras composiciones vítreas.

Las composiciones vítreas de aglomerante adecuadas están disponibles comercialmente en Ferro Corp. de Cleveland, Ohio, y otros.

Componente de superabrasivos. El material superabrasivo puede seleccionarse entre cualquier material superabrasivo adecuado conocido en la técnica. Un material superabrasivo es aquel que tiene una dureza Knoop de al menos 3.000 kg/mm^{2}, aproximadamente, preferentemente al menos 4.200 kg/mm^{2} aproximadamente. Dichos materiales incluyen diamante sintético natural, nitruro de boro cúbico (NBC) y mezclas de los mismos. Opcionalmente, el material superabrasivo puede proporcionarse con un recubrimiento como níquel, cobre, titanio, o cualquier metal conductor o resistente al desgaste que pueda depositarse en el cristal superabrasivo. Los materiales de NBC superabrasivo recubiertos están disponibles comercialmente en una diversidad de fuentes como Diamond Innovations, Inc. de Worthington, OH, con el nombre comercial de Borazon NBC; Element Six con el nombre comercial ABN, y Showa Denko con el nombre comercial SBN.

En una forma de realización, los materiales superabrasivos son partículas de NBC monocristalinas o microcristalinas, o cualquier combinación de los dos tipos de NBC de diferente tenacidad (ver, por ejemplo publicación de solicitud de patente internacional n° WO-03/043.784-A1). En una forma de realización de la invención, el material superabrasivo incluye NBC de un tamaño de grano comprendido entre tamaño de malla de 60/80 aproximadamente y tamaño de malla de 400/500 aproximadamente. En otra forma de realización más, el componente superabrasivo comprende NBC o diamante de un tamaño de grano comprendido entre tamaño de malla de 80/100 aproximadamente y tamaño de malla de 22 a 36 micrómetros aproximadamente (equivalente a tamaño de malla de 700/800 aproximadamente).

En una forma de realización de la invención, el material superabrasivo tiene un índice de friabilidad de al menos 30. En una segunda forma de realización, el material superabrasivo tiene un índice de friabilidad de al menos 45. En una tercera forma de realización, el material superabrasivo tiene un índice de friabilidad de al menos 65. El índice de friabilidad es una medida de la tenacidad y es útil para determinar la resistencia del grano a la fractura durante el rectificado. Los valores de friabilidad dados son el porcentaje de grano retenido en una criba después de una prueba de friabilidad. Este procedimiento incluye una prueba de impacto de baja carga y alta frecuencia y es usado por los fabricantes de granos superabrasivos para medir la tenacidad del grano. Los valores más altos indican mayor tenacidad.

En una forma de realización de la invención, la muela abrasiva comprende del 10 aproximadamente al 60% aproximadamente en volumen de un material superabrasivo. En una segunda forma de realización, el material superabrasivo primario es nitruro de boro cúbico (NBC) en el intervalo del 20 aproximadamente al 40%, aproximadamente en volumen, en un sistema de aglomerante vitrificado o aglomerante de resina.

Los ejemplos do materiales que pueden usarse como componente superabrasivos de la invención incluyen, pero no se limitan a, BORAZON® NBC Tipo I, de calidades 1000, 400, 500 y 550, disponible en Diamond Innovations, Inc. de Worthington, Ohio, EE.UU.

Componentes de porosidad. Las composiciones de las muelas abrasivas de ciertas formas de realización de la invención contienen del 10 aproximadamente al 70% aproximadamente en volumen de porosidad. En una forma de realización, del 15 aproximadamente al 60% aproximadamente en volumen. En otra forma de realización, del 20 aproximadamente al 50% aproximadamente en volumen de porosidad.

La porosidad se forma tanto por los espacios naturales proporcionados por la densidad natural de empaquetamiento de los materiales como por medios inductores de poros convencionales, incluyendo, pero sin limitarse a, perlas de vidrio huecas, cáscaras de nueces molidas, perlas de material plástico o compuestos orgánicos, partículas de vidrio en espuma y alúmina en burbujas, granos alargados, fibras y combinaciones de los mismos.

Otros componentes. En una forma de realización de la invención, se usan granos de abrasivos secundarios para proporcionar del 0,1 aproximadamente al 40% aproximadamente en volumen, y en una segunda forma de realización, hasta el 35% en volumen. Los granos de abrasivos secundarios usados pueden incluir, pero no se limitan a, granos de óxido de aluminio, carburo de silicio, sílex y granate, y/o combinaciones de los mismos.

En la fabricación de muelas abrasivas que contienen estos aglomerantes, puede añadirse una pequeña cantidad de aglutinantes orgánicos a los componentes de aglomerante en polvo, en vidrio poroso o en bruto, como adyuvantes de moldeo o procesamiento. Estos aglutinantes pueden incluir dextrinas y otros tipos de cola, un componente líquido, como agua o etilenglicol, modificadores de viscosidad o pH y adyuvantes de mezclado. El uso de aglutinantes mejora la uniformidad de la muela abrasiva y la calidad estructural de la muela precocida o prensada y la muela cocida. Dado que la mayoría de, si no todos, los aglutinantes se queman durante la cocción, no se convierten en parte de la herramienta aglomerante o abrasiva acabada.

Procedimiento para preparación de los cuerpos de la muela superabrasiva. Los procedimientos para fabricar una muela de aglomerante vítreo son bien conocidos en la técnica. En una forma de realización de la invención, la capa abrasiva de NBC de aglomerante vítreo se fabrica con o sin una capa de soporte de cerámica bien por un procedimiento de prensado en frío y sinterizado o por un procedimiento de sinterizado en prensa caliente.

En una forma de realización del procedimiento de prensado en frío, la mezcla de muela de aglomerante vítreo se prensa en frío en un molde según la forma de la muela, y a continuación se cuece el producto moldeado en una estufa u horno para sinterizar completamente el vidrio.

En una forma de realización del procedimiento de prensado en caliente, la mezcla de muela de aglomerante vítreo se coloca en un molde y se somete a presión y temperatura simultáneamente para producir una muela sinterizada. En un ejemplo, la carga en la prensa para moldeo está comprendida entre 25 toneladas aproximadamente y 150 toneladas aproximadamente. Las condiciones de sinterización están comprendidas entre 600°C aproximadamente y 1.100°C aproximadamente, dependiendo de la química del vidrio poroso, la geometría de la capa de abrasivo y la dureza deseada en la muela. La capa de abrasivo de NRC aglomerada vitrificada puede ser un producto de borde continuo o borde segmentado que se pega o adhiere al núcleo del cuerpo de la muela.

El material de núcleo de la muela puede ser metálico (los ejemplos incluyen aleación de aluminio y acero) o no metálico (los ejemplos incluyen cerámica, aglomerante de resina orgánica o un material compuesto), al que el borde o segmento de la capa abrasiva de NBC aglomerada vítrea de trabajo se une con un adhesivo epoxídico. La elección del material de núcleo está influida por el peso máximo de la muela que puede usarse en el husillo de la máquina de rectificado, la velocidad máxima operativa de la muela, la rigidez máxima de la muela para rectificar sin vibración y los requisitos de equilibrado de la muela para cumplir con una calidad mínima G1 según código ANSI S2.19.

Los materiales metálicos usados son normalmente acero en aleación con carbono medio o una aleación de aluminio. Los cuerpos de núcleos metálicos se mecanizan de manera que la carrera radial y axial es menor que 0,0125 mm (0,0005'') y los cuerpos se limpian adecuadamente para tener la capa de abrasivo NBC aglomerada vitrificada pegada o adherida a ellos.

Los materiales de cuerpo de muela no metálica pueden tener un aglomerante de resina orgánica o un aglomerante vítreo inorgánico que incluye abrasivos de óxido de aluminio y/o carburo de silicio que se tratan por poros con materiales poliméricos para resistir al agua o a la absorción de refrigerante de rectificado en el núcleo. El material de núcleo no metálico puede fabricarse de la misma forma que una muela abrasiva aglomerada de resina orgánica o una muela abrasiva aglomerada vítrea inorgánica, con la salvedad de que no se aplican como una superficie de muela abrasiva.

La capa de abrasivo de NBC aglomerada vítrea puede unirse al núcleo no metálico con un adhesivo epoxídico, y la muela abrasiva puede acabarse a continuación según la geometría y el tamaño correctos para la aplicación. En un ejemplo, se da acabado a la muela fabricada para dimensiones de arrastre de muela, se prueba la velocidad a 60 m/s y se equilibra dinámicamente a G-1 o mejor mediante código ANSI S2.19. A continuación se aplica la muela abrasiva de esta invención en un procedimiento fuera de línea de rectificado en máquinas de rectificado de rodillos del tipo como el fabricado por Waldrich Siegen, Pomini, Herkules y otros.

En este ejemplo, la muela abrasiva de NBC vitrificada se monta en un adaptador de muela y se sujeta al husillo de rectificado. A continuación se reaviva la muela con un disco de diamante giratorio de manera que la carrera radial en la muela es menor que 0,005 mm. A continuación se equilibra dinámicamente la muela abrasiva en el husillo de máquina a la velocidad operativa máxima de 45 m/s, de manera que la amplitud del desequilibrio sea menor que 0,5 \mum. Es preferible tener la amplitud de desequilibrio de la muela abrasiva menor que 0,3 \mum.

Muelas abrasivas de superabrasivos. En una forma de realización de la invención, la capa abrasiva de la muela abrasiva se emplea en una configuración según se ilustra en la fig. 1, que muestra una sección transversal de una muela, con la periferia exterior circular (en forma de un anillo) que comprende un sistema de aglomerante vitrificado con una composición de superabrasivo, por ejemplo, abrasivo de NBC, sinterizado en un material de base inorgánica como óxido de aluminio vitrificado o un material no cerámico como capa de soporte (12) para formar un único elemento.

La capa de soporte (12) puede ser también un elemento separado hecho de un material inorgánico o un material orgánico al que se fija la capa abrasiva de NBC por medio de un adhesivo. La capa de NBC en sí, o junto con (12), puede ser de un diseño segmentado o de un elemento de borde continuo que está unido por medio de una capa adhesiva (13) al núcleo de la muela (14). En una forma de realización de la invención, se usa un diseño de muela de capa abrasiva segmentada.

El núcleo de muela (14) puede comprender materiales metálicos o poliméricos, y la capa de unión adhesiva 13 puede comprender materiales de aglomerado orgánicos o inorgánicos. En otra forma de realización, la muela abrasiva puede estar hecha sin la capa de soporte (12).

En otras formas de realización de la invención, el elemento de la muela superabrasiva puede ser de configuraciones de muela diferentes según se ilustra en las fig. 2A a 2F, como muelas redondeadas en las esquinas, en corona (corona convexa o corona cóncava), cilíndricas o de realce cónico, y similares. Estas configuraciones pueden conseguirse a través de reavivado o por moldeo de los segmentos abrasivos en la forma deseada con dimensiones según se muestra en la Tabla 1:

TABLA 1 Configuraciones ilustrativas de muela abrasiva de NBC para aplicaciones de rectificado de rodillos

1

En una forma de realización de la invención, el elemento abrasivo de NBC de la muela abrasiva puede tener una configuración según se ilustra en la fig. 3 con el uso de muelas de sección múltiple que tienen diferentes composiciones de superabrasivo en la capa de abrasivo, en un sistema de aglomerante vitrificado inorgánico o de aglomerante de resina orgánica. El uso de muelas de sección múltiple se ilustra con las múltiples secciones (111, 112, 113) en la muela, y/o el uso de anchuras de sección variables. Las anchuras de sección pueden variar del 2% al 40% de la anchura total de la muela (W).

En otras formas de realización para elevar al máximo el rendimiento del rectificado, una combinación de la configuración de muela (según se ilustra en las fig. 2A a 2F) puede combinarse con muelas de sección múltiple que tienen variables variadas y optimizadas como composiciones de superabrasivo de diferentes tamaños de malla, o índices de friabilidad.

Los cambios en el tamaño de malla y la concentración de abrasivo pueden afectar al módulo elástico relativo de las diferentes secciones de la muela. Así, en algunas aplicaciones el uso de NBC de malla variable y concentración en las secciones exteriores de la muela y diferente anchura de sección puede optimizarse y/o equilibrarse para rendimiento óptimo en términos de vibración, marcas de avance y/o la capacidad de rectificar perfiles complejos. En una forma de realización de la invención, el uso de muelas abrasivas que comprende una concentración más alta de NBC o diamante proporciona un acabado de superficie mejorado y prolongación de la vida, aunque puede ser más proclive a marcas de vibraciones.

Aplicaciones de las muelas abrasivas. En una forma de realización de la invención, se usa una muela de NBC para rectificar rodillos de geometrías variables de perfiles de rodillos, por ejemplo, un perfil de rodillo en corona o un perfil numérico continuo de amplitud y periodo variables a lo largo del eje del rodillo, en una máquina de rectificado accionada por CNC de manera que la proporción TC/CDM es mayor que 10.

Debe observarse que los procedimientos y principios de la presente invención, con el uso de una muela de NBC, pueden aplicarse también a sistemas de aglomerante distintos de aglomerante vitrificado inorgánico, por ejemplo, muelas de NBC de aglomerante de resina, para conseguir resultados similares en rectificado de rodillos.

En otra forma de realización, se usa una muela vitrificada de NBC que tiene la misma especificación de muela y geometría de muela que una muela abrasiva de la técnica anterior, para rectificar diferentes materiales de rodillos de trabajo (como rodillo de hierro, rodillo de acero rico en cromo, rodillo HSS forjado y materiales de rodillos HSS fundidos) aleatoriamente con geometrías de perfiles variables sin tener que reavivar la muela para cambio de material de rodillo o un cambio en la geometría de perfiles de rodillos, similar a la muela abrasiva comparativa de la técnica anterior.

Pueden usarse muelas abrasivas ilustrativas de la invención para rectificar rodillos de trabajo en laminadores de banda, que son normalmente de más de 610 mm de longitud, con un diámetro de al menos 250 mm. Los rodillos de trabajo pueden ser de varias formas, por ejemplo, cilindro recto, perfil en corona y otros perfiles polinómicos complejos a lo largo del eje del rodillo. Normalmente se rectifican para tolerancias exigentes como: tolerancia de forma de perfil menor que 0,025 mm, tolerancia de conicidad menor que 15 nanómetros por mm de longitud, error de esfericidad menor que 0,006 mm, y con requisitos de acabado de superficie de R_{a} menor que 1,25 micrómetros, sin marcas visible de vibraciones, marcas de avance, degradación térmica del material del rodillo y otras irregularidades de superficie como marcas de arañazos y grietas por calor en la superficie del rodillo. En una segunda forma de realización, el acabado de superficie R_{a} es menor que 5 micrómetros. En una tercera forma de realización, el acabado de superficie R_{a} es menor que 3 micrómetros.

En otra forma de realización más, se usa una muela aglomerada vitrificada de NBC para rectificado de materiales de rodillos de trabajo sin marcas de vibraciones y marcas de avance discernibles. La vibración se suprime equilibrando dinámicamente la muela en la máquina y eligiendo los parámetros de rectificado de manera que no se generen frecuencias resonantes y armónicos en el sistema durante el rectificado. Las marcas de avance en la superficie del rodillo se eliminan variando las velocidades de avance longitudinal de la muela abrasiva en cada pasada de rectificado y/o variando las velocidades de eliminación de material para cada pasada de rectificado.

En otra forma de realización, la vibración del rodillo se suprime induciendo una variación controlada en la muela aglomerada vitrificada de NBC y/o la amplitud y el periodo de velocidad de rotación del rodillo de trabajo durante el procedimiento de rectificado, en el que la proporción entre la velocidad de la muela abrasiva y la velocidad del rodillo no es constante.

Las fig. 4A y 4B son ilustraciones que muestran la diferencia en el ciclo de rectificado entre una muela de la técnica anterior que comprende óxido de aluminio y/o carburo de silicio convencional en un sistema de aglomerante de resina orgánica, y una muela abrasiva aglomerada de NBC de una forma de realización de la invención, respectivamente.

Según se ilustra en la fig. 4A, la muela abrasiva W que está en contacto con la superficie del rodillo R en la posición A1 se hace avanzar a una profundidad de A2 (correspondiente al avance del extremo radial de la muela AE = A1 menos A2) y se atraviesa a lo largo del eje del rodillo a la posición B1 en el otro extremo del rodillo. La muela de la técnica anterior comparativa se desgasta continuamente al ir de A2 a B1, se añade una compensación de desgaste de muela (CDM) a la corredera del cabezal de la muela abrasiva para compensar la disminución en el radio de la muela, de manera que el resultado neto de eliminar material a lo largo del rodillo de trabajo es igual a la cantidad de avance del extremo AE. La trayectoria de la herramienta T1 ilustra la compensación de desgaste de la muela que se aplica, siendo la magnitud igual a A2 menos B1. Después de que la muela alcanza la posición B1, la muela abrasiva se hace avanzar aún más hacia la posición B2 y se atraviesa a la posición A3, con compensación de desgaste de la muela a lo largo de la trayectoria de la herramienta T2. El procedimiento se aplica atrás y adelante hasta que el rodillo de trabajo está acabado según la tolerancia geométrica. En la práctica de rectificado de rodillos de la técnica anterior, la proporción TC/CDM normalmente está comprendida entre 0,25 y 5 para una tolerancia de conicidad de rodillo de 0,025 mm.

La fig. 4B ilustra una forma de realización de la presente invención con una muela aglomerada vitrificada de NBC, y con compensación de desgaste de la muela nula o mínima que es inferior a 1 nanómetro por mm de longitud del rodillo. A la muela abrasiva W que está en contacto con la superficie del rodillo R se le da una cantidad de avance de extremo AE = A1 menos A2, y se atraviesa a lo largo del eje del rodillo a la posición B1. Según se ilustra, la trayectoria de la herramienta T1 es recta y requiere escasa, si es que necesita alguna, compensación de desgaste de la muela, ya que la muela abrasiva en esta invención retira el material uniformemente a lo largo del eje del rodillo de trabajo correspondiente a la cantidad de avance de extremo AE. En la posición de muela B1, la muela abrasiva se hace avanzar aún más en la superficie del rodillo a la posición B2 y se atraviesa a lo largo del rodillo a la posición A3. La trayectoria de la herramienta T2 es paralela a T1 y no implica compensación de desgaste de la muela. Este procedimiento se repite hasta que la cantidad de desgaste en el rodillo de trabajo se elimina y se alcanza la geometría deseada del rodillo de trabajo. La proporción de TC/CDM en esta forma de realización es mayor que 10.

En una forma de realización de la invención para una tolerancia de conicidad de rodillo de 0,025 mm, la proporción TC/CDM es mayor que 10 (en comparación con una proporción menor que 3 según se desvela en la publicación de patente de EE.UU. n° 2003/0.194.954). En una segunda forma de realización de la invención, la proporción TC/CDM es mayor que 25. En una tercera forma de realización adicional de la invención, la proporción de TC/CDM es mayor que 50.

En una forma de realización de una operación de rectificado de rodillos, la muela abrasiva se equilibra dinámicamente en el husillo de la máquina de rectificado para equilibrar la amplitud menor que 0,5 \mum a la velocidad operativa. La velocidad operativa puede estar comprendida entre 20 m/seg y 60 m/seg. Las muelas superabrasivas de la invención pueden usarse en rectificado en caliente y en frío de rodillos de hierro y rodillos de acero (materiales ferrosos en general), opcionalmente de dureza mayor que 65 DSC, como los usados en las industrias del acero, aluminio, cobre y papel. El ángulo entre el eje de rotación de la muela abrasiva y el eje de rotación del rodillo es preferentemente de aproximadamente 25 grados o menos y opcionalmente, próximo a cero grados, aunque son posibles otros ángulos. Las muelas pueden usarse para rectificar rodillos de diferentes perfiles, que incluyen pero no se limitan a rodillos rectos, rodillos en corona y rodillos de perfil numérico continuo para cumplir las tolerancias geométricas y de tamaño de manera que la proporción de TC/CDM es mayor que 10.

La extremadamente alta resistencia al desgaste de los materiales superabrasivos, por ejemplo, NBC, asegura que la cantidad de material eliminada estará muy próxima a la eliminación de material teórica (aplicada). Por tanto, en una forma de realización de la invención, la cantidad de material de rectificado de rodillos eliminado usando muelas de NBC abrasivas se establece de manera que se reduzca al mínimo la pérdida de material del rodillo, al mismo tiempo que se alcanza la tolerancia de perfil del rodillo. Esto se consigue estableciendo el material de rodillo que se eliminará basándose en el perfil de desgaste inicial del rodillo y la carrera radial en el rodillo.

En una forma de realización, el procedimiento de rectificado de rodillos se establece de manera que use la más alta velocidad posible de muela abrasiva sin causar desequilibrio adverso de la muela durante las pasadas de desbastado y acabado, por ejemplo, una velocidad de la muela abrasiva de 18 m/s a 60 m/s para muelas de NBC con diámetros de hasta 762 mm (30''). En otra forma de realización con muelas de NBC que tienen diámetros comprendidos entre 762 mm (30'') y 1.016 mm (40''), la velocidad de la muela abrasiva está limitada a 45 m/s basándose en el diseño de la máquina y el límite de seguridad en la máquina de rectificado de rodillos. En otra forma de realización más de máquinas de rectificado de rodillos que emplean muelas de NBC abrasivas de más de 762 mm (30'') de diámetro, las velocidades de rectificado se establecen como mayores que 45 m/s. Las velocidades de trabajo (rodillo) pueden seleccionarse de manera que las velocidades de avance longitudinal puedan elevarse al máximo. La velocidad de la muela abrasiva y las velocidades de avance longitudinal pueden reducirse en las pasadas de acabado con el fin de conseguir una superficie del rodillo que está libre de marcas de avance y marcas de vibraciones, y sigue cumpliendo los requisitos de rugosidad de superficie.

En una forma de realización, las velocidades de trabajo usadas para rectificado de rodillos que emplean las muelas superabrasivas están en el intervalo de 18 m/min hasta 200 m/min. En otra forma de realización de muelas abrasivas que comprenden NBC en un sistema de aglomerante vitrificado inorgánico, el rendimiento de la muela en términos de Proporción de rectificado (G) está comprendido entre 35 y 1.200, para rectificado de una combinación de materiales de rodillos que va desde hierro en moldes a rodillos de acero de alta velocidad. Esto se compara con la Proporción de rectificado (G) típica de las muelas de la técnica anterior que emplean óxido de aluminio, de 0,5 a 2,093. El procedimiento de rectificado de rodillos puede realizarse usando múltiples pasadas con avance longitudinal rápido a través del rodillo (rectificado de avance longitudinal) o en una única pasada con gran profundidad de corte usando velocidades de avance longitudinal lentas (rectificado de avance lento). Puede obtenerse una reducción sustancial en el tiempo de ciclo usando el procedimiento de rectificado de avance lento para rectificado de rodillos.

En una forma de realización de la operación de rectificado de rodillos, se elimina una cantidad mínima de material del rodillo de trabajo para llevar el rodillo a la geometría de perfil correcta desde el estado desgastado, siendo el material eliminado en el rodillo diámetro menor que 0,2 mm aproximadamente (más desgaste de rodillo) en comparación con una eliminación mayor que 0,25 mm (más desgaste de rodillo) con una muela de la técnica anterior que emplea óxido de aluminio en un aglomerante de resina orgánica. Preferentemente, la eliminación de material es menor que 0,1 mm aproximadamente, menor que 0,05 mm aproximadamente, e incluso más preferentemente, menor que 0,025 mm aproximadamente. Esto representa un aumento de al menos el 20% en uso útil del rodillo en el laminador de banda en caliente antes de ser sustituido por un rodillo nuevo.

En otra forma de realización de la invención, puede conseguirse un aumento en la calidad de superficie eliminando marcas de vibraciones y/o marcas de avance controlando el periodo y la amplitud de frecuencia de rotación de la muela abrasiva, y/o controlando el periodo y la amplitud de frecuencia de rotación del rodillo de trabajo continuamente durante el procedimiento de rectificado.

En otra forma de realización más de la invención, la operación de rectificado de rodillos que emplea la muela vitrificada de NBC de la invención puede efectuarse con una compensación de error de perfil y una compensación de error de conicidad mínimas o inexistentes. En el caso de que se necesite compensación, se aplican sólo compensación de error de perfil y compensación de conicidad para corregir desalineaciones de rodillos en la máquina o variaciones de temperatura en el sistema de máquina o debido a otros errores de rodillo como carrera axial y radial cuando se monta en la máquina.

Ejemplos

En la presente memoria descriptiva se proporcionan ejemplos para ilustrar la invención pero no pretenden limitar el ámbito de la invención. En algunos de los ejemplos, el rendimiento de rectificado de una forma de realización del NBC vitrificado aglomerado inorgánicamente se compara con un estado comercialmente disponible y representativo de la muela abrasiva de la técnica convencional (óxido de aluminio o una mezcla de óxido de aluminio y carburo de silicio como material abrasivo primario) que se usa en un taller de rectificado de rodillos de producción.

Datos de muelas de prueba

En los Ejemplos 1 y 2, las muelas comparativas C1 son muelas de tipo 1A1 con 812,8 mm (32'') de diámetro x 101,6 mm (4'') de anchura x 304,8 mm (12'') de profundidad. Debe observarse que las muelas abrasivas de rodillos convencionales tienen normalmente un diámetro útil mínimo de 609,6 mm (24'').

Las muelas de este ejemplo tienen una dimensión de 762 mm (30'') de diámetro x 86,4 mm (3,4'') de anchura x 304,8 mm (12'') de profundidad, con 3,17 mm (1/8'') de grosor útil de capa de NBC, diseño de capa abrasiva de NBC segmentada aglomerada al núcleo de aluminio. Para las muelas de este ejemplo para la evaluación se usan tres muelas vitrificadas comerciales de abrasivos NBC hechas con formulaciones especificadas por Diamond Innovations, Inc. de Worthington, OH:

CBN-1: Borazon NBC Tipo-I, concentración baja, dureza de aglomerante media

CBN-2: Borazon NBC Tipo-I, concentración alta, dureza de aglomerante alta

CBN-3: Borazon NBC Tipo-I, concentración alta, dureza de aglomerante alta.

Las muelas vitrificadas de NBC en los ejemplos se reavivan con un disco de diamante giratorio, de manera que la carrera radial es menor que 0,002 mm (en algunas pasadas, menor que 0,001 mm) según las siguientes condiciones:

Dispositivo: Rectificador de alimentación giratoria 1/2HP

Tipo de muela: muela de diamante de aglomerante metálico 1A1

Tipo de diamante: MBS-950 de Diamond Innovations, Inc. de Worthington, OH.

Tamaño de muela: 152,4 mm (6,0'') (diámetro exterior) x 2,5 mm (0,1'') (anchura)

Velocidad de muela: mayor que 18 m/s

Proporción de velocidad de rectificado: 0,5 unidireccional

Guía/rev: 0,127 mm/rev

Avance/pasada: 0,002 mm/pasada.

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Después del reavivado, las muelas vitrificadas de NBC se equilibran dinámicamente en el husillo de rectificado a una velocidad de muela de 45 m/s y amplitud de desequilibrio menor que 0,5 \mum (preferentemente menor que 0,3 m).

La muela comparativa C-1 se reaviva con una única herramienta de punta de diamante por la práctica normal en la industria. La muela comparativa también se equilibra en la misma medida que las muelas vitrificadas de NBC de la invención en las pruebas.

Ejemplo 1

Rendimiento de rectificado de rodillos de hierro

En este ejemplo, las pruebas de comparación de rectificado de rodillos se realizan en una máquina de rectificado de rodillos 100HP Waldrich Siegen CNC en la que el eje de rotación de la muela abrasiva es sustancialmente paralelo al eje de rotación del rodillo, de manera que el ángulo es inferior a aproximadamente 25 grados. Las dimensiones del rodillo de hierro son 760 de diámetro x 1.850 de longitud, mm. Durante el rectificado se aplica un refrigerante sintético soluble en agua a concentración del 5% V. La velocidad de flujo del refrigerante y las condiciones de presión son las mismas para la muela convencional y la muela de NBC vitrificada en esta evaluación. Los rodillos de hierro endurecidos tienen una cantidad de desgaste radial de 0,23 mm que ha de corregirse en la operación de rectificado de manera que la tolerancia de conicidad sea menor que 0,025 mm y la tolerancia de perfil sea menor que 0,025 mm. Las condiciones de rectificado para la muela convencional comparativa y la muela de NBC vitrificada son casi equivalentes en velocidad de muela, velocidad de avance longitudinal, velocidad de trabajo y profundidad de corte por pasada. En la Tabla 2 se suministran los resultados del rectificado.

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(Tabla pasa a página siguiente)

TABLA 2

2

Según se muestra en la tabla, para las muelas abrasivas de este ejemplo, CBN-1, CBN-2 y CBN-3 producen una proporción muy alta de rectificado G, comprendida entre 38 veces y 381 veces la de la muela comparativa C-1 de la técnica anterior. También, la proporción de TC/CDM para muelas de NBC abrasivas es 400 veces mayor que la de la muela comparativa para rectificado de los rodillos según especificación.

También según se muestra, la potencia máxima de rectificado por unidad de anchura de la muela para muelas de NBC es el 35% menor que la muela comparativa. Los resultados también muestran que se requiere un 50% menos de eliminación de material con las muelas de NBC en comparación con la muela comparativa de la técnica anterior para corregir el rodillo a la geometría deseada. Esta eliminación de material reducida aumenta la vida útil en servicio del rodillo de hierro en el 50%, un ahorro de coste importante para el laminador de rodillos.

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Ejemplo 2

Rendimiento de rectificado de rodillos HSS forjados

En este ejemplo, se usan las mismas muelas que en el Ejemplo 1 para rectificar un rodillo HSS forjado de trabajo que tiene un perfil polinómico complejo a lo largo del eje del rodillo.

Las muelas no se reavivan y siguen en la misma condición después del rectificado de los rodillos de hierro endurecidos en la misma máquina de rectificado. Los rodillos de trabajo HSS tienen un desgaste radial inicial de 0,030 mm y han de rectificarse de manera que las tolerancias de conicidad y de perfil sean menores que 0,025 mm. Las condiciones de rectificado en términos de velocidad de la muela, velocidad de trabajo, velocidad de avance longitudinal y profundidad de corte son equivalentes para la muela comparativa y la muela vitrificada de NBC. Las dimensiones del rodillo HSS usado son 760,5 de diámetro x 1.850 de longitud, mm.

Las condiciones de rectificado y los resultados se suministran a continuación en la Tabla 3.

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TABLA 3

3

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En rectificado de los rodillos HSS, la proporción de rectificado G para las muelas CBN-1, CBN-2 y CBN-3 está comprendida entre 27 y 787 veces la de la muela comparativa C-1 con abrasivos convencionales de aglomerante de resina orgánica. La proporción de TC/CDM es al menos 400 veces mayor para muelas de NBC abrasivas que la de la muela comparativa para rectificar los rodillos dentro de la especificación. La potencia máxima de rectificado por unidad de anchura de rectificado para las tres muelas de NBC es un 30% menor que la de la muela comparativa C-1. También se observa que se requiere menos eliminación de material por la muela vitrificada de NBC para dar acabado al rodillo de trabajo desgastado según la geometría final deseada. La vida del rodillo HSS puede así prolongarse al menos en el 35%, con el resultado de ahorros importantes de coste de rodillos para el laminador de rodillos y el taller de rodillos.

Así, pueden rectificarse eficazmente múltiples materiales de rodillos con la muela aglomerada vitrificada inorgánica de NBC de la invención, proporcionando en este ejemplo una vida extendida de la muela en más de dos órdenes de magnitud con respecto a la práctica de la técnica anterior que emplea una muela aglomerada de resina orgánica que contiene abrasivos convencionales como material abrasivo primario.

Ejemplo 3

Procedimiento de supresión de vibraciones para una muela vitrificada de NBC

En este ejemplo, se demuestra el efecto de la variación de la velocidad rotación de la muela para la muela aglomerada vitrificada de NBC durante el procedimiento de rectificado para suprimir la vibración. Como el sistema de NBC vitrificado de aglomerante inorgánico tiene normalmente un módulo E alto (10 a 200 GPa), en comparación con las muelas aglomeradas de resina orgánica de la técnica anterior (módulo E entre 1 y 10 GPa) y la tasa de desgaste de la muela de NBC de la invención es bastante baja, se observan fácilmente los armónicos de la máquina debido a vibración autoexcitada durante el rectificado en el rodillo como marcas de vibraciones a distintas frecuencias de armónicos del sistema de la máquina.

Según se ilustra en las fig. 5A a 5C, los solicitantes han descubierto sorprendentemente que es posible evitar marcas de vibraciones discernibles disipando las amplitudes de armónicos en un espectro de frecuencias más amplio, en vez de concentrarse a ciertas frecuencias.

En un ejemplo, se monta un acelerómetro piezoeléctrico en el alojamiento del cojinete del husillo de la máquina de rectificado y se monitoriza la vibración generada durante el procedimiento de rectificado. La fig. 5A muestra la amplitud de la velocidad de vibración frente a la frecuencia medida cuando se rectifica un rodillo de trabajo con una muela vitrificada de NBC de la invención, a una velocidad de muela de 942 rpm. Las amplitudes de vibración se concentran en 3.084, 4.084 y 5.103 ciclos por minuto. La magnitud de la velocidad de vibración está en un máximo a 0,005 cps a 4.084 cpm.

En la fig. 5B, la amplitud de rpm del husillo de la muela abrasiva se hace fluctuar en el 10% en un periodo de 5 segundos. Se observa que la velocidad de vibración se reduce ligeramente y se dispersa en una frecuencia más ancha en vez de estar concentrada.

En la fig. 5C, las rpm del husillo se hacen fluctuar a una amplitud del 20% y un periodo de 5 segundos. Se observa que la amplitud de la velocidad de vibración se reduce aún más a menos de 0,0025 cps, y se distribuye en un intervalo de frecuencia más amplio sin distinción de armónicos.

En una forma de realización del procedimiento de la invención, esta técnica de variación de la velocidad del husillo se emplea en conjunción con la muela aglomerada vitrificada de NBC para suprimir la vibración. La técnica de variación de la velocidad del husillo descrita en la presente memoria descriptiva se aplica a una amplitud de variación de la velocidad entre el 1 y el 40% y a un periodo de 1 a 30 segundos durante el procedimiento de rectificado. La variación de velocidad variación puede estar en la velocidad de rotación de la muela abrasiva, la velocidad del rodillo de trabajo o en ambas velocidades. En un ejemplo, la técnica se aplica con una variación de frecuencia de rotación de la muela (rpm) a una amplitud de +/- 20% con un periodo de 5 segundos.

En otra forma de realización, la supresión de vibraciones se obtiene haciendo fluctuar la velocidad del rodillo de trabajo de forma independiente o simultánea con la fluctuación de velocidad de la muela abrasiva. En una tercera forma de realización, la supresión de vibraciones se obtiene sorprendentemente usando la técnica de variación de velocidad del husillo en conjunción con una muela abrasiva convencional de la técnica anterior, es decir, una muela que emplea principalmente abrasivos convencionales.

La Tabla 4 es un resumen de resultados obtenidos en rectificado de una amplia variedad de materiales de rodillos (8 rodillos de hierro, 4 rodillos HSS forjados y 4 rodillos HSS fundidos) usando una forma de realización de la muela de la presente invención, CBN-2, en un entorno típico de producción.

TABLA 4

4

Los resultados de la Tabla 4 demuestran la alta capacidad de rendimiento de la muela de NBC en este ejemplo para rectificar una amplia variedad de materiales de rodillos de una manera significativamente más eficiente que la muela comparativa de la técnica anterior. Los resultados demuestran que los rodillos pueden rectificarse con CBN-2 para especificaciones de rodillo de acabado con más del 40% de reducción en promedio de material eliminado y con el 30% menos de potencia de rectificado con respecto a la muela comparativa C-1. Además, la proporción de rectificado G para CBN-2 es al menos 150 veces la de la muela comparativa C-1.

Aunque la invención se ha descrito con referencia a una forma de realización preferida, los expertos en la materia comprenderán que pueden realizarse varios cambios y pueden sustituirse con equivalentes los elementos de los mismos sin apartarse del ámbito de las reivindicaciones. Se pretende que la invención no se limite a la forma de realización particular desvelada como el mejor modo para efectuar esta invención, sino que la invención incluya todas las formas de realización que se encuadren dentro del ámbito de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (21)

1. Un procedimiento de rectificado de un rodillo ferroso que tiene una superficie giratoria del rodillo con una muela abrasiva giratoria, teniendo el rodillo ferroso una dureza mayor que 65 DSC y un diámetro mínimo de al menos 254 mm (10 pulgadas) y una longitud de al menos 609,6 mm (2 pies), comprendiendo el procedimiento:

a) montaje de una muela abrasiva en un husillo de máquina y reglaje del ángulo entre el eje de rotación de la muela abrasiva y el eje de rotación del rodillo en menos de 25 grados aproximadamente;

b) puesta de la muela giratoria en contacto con una superficie giratoria del rodillo y que atraviesa la muela a través de una longitud de rodillo axial, a la vez que mantiene una proporción entre tolerancia de conicidad axial (TC) y compensación de desgaste de muela radial (CDM) mayor que 10; y

c) rectificado de la superficie del rodillo a una rugosidad de superficie R_{a} menor que 5 micrómetros, dejando a la vez la superficie del rodillo sustancialmente libre de marcas de avance, marcas de vibraciones e irregularidades de superficie.

2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que el rodillo se rectifica a una rugosidad de superficie R_{a} de menos de 3 micrómetros.

3. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, en el que la superficie del rodillo ferroso está sustancialmente libre de degradación térmica del material del rodillo.

4. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la proporción entre TC y CDM es mayor que 25.

5. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicha muela abrasiva incluye una capa que comprende un material superabrasivo que tiene una dureza Knoop mayor que 3.000 KHN, seleccionado entre el grupo de diamante natural, diamante sintético, nitruro de boro cúbico y mezclas de los mismos, con o sin un abrasivo secundario con dureza Knoop menor que 3.000 KHN, en un sistema de aglomerante.

6. El procedimiento de la reivindicación 5, en el que el material superabrasivo comprende nitruro de boro cúbico, y la cantidad de nitruro de boro cúbico en dicho sistema de aglomerante de muela abrasiva está en el intervalo del 10 al 60% en volumen.

7. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 5 y 6, en el que el sistema de aglomerante es uno de: a) un aglomerante vitrificado que comprende al menos uno entre arcilla, feldespato, cal, bórax, sosa, vidrio poroso, materiales vitrificados y combinaciones de los mismos; y b) un sistema de aglomerante de resina que comprende al menos una entre una resina fenólica, resina epoxídica, resina de poliimida, y mezclas de las mismas.

8. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la muela abrasiva se hace girar de 18 a 60 m/s.

9. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicho procedimiento comprende además la etapa de retirar material de rodillo ferroso en una pasada o múltiples pasadas.

10. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el rectificado se efectúa en una proporción G de al menos 20.

11. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la muela abrasiva tiene un eje de rotación que es sustancialmente paralelo al eje de rotación del rodillo.

12. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicho rodillo ferroso es un sólido de revolución que tiene una geometría de superficie seleccionada entre una de: una corona convexa, una corona cóncava, un perfil numérico continuo y una forma polinómica a lo largo del eje del rodillo, rectificado para una tolerancia de perfil de forma menor que 0,05 mm.

13. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicha muela abrasiva tiene una velocidad de avance longitudinal de al menos 50 mm/min.

14. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicha muela abrasiva retira una cantidad de rectificado de material menor que 0,2 mm aproximadamente del diámetro de rodillo desgastado mínimo.

15. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicha muela abrasiva consigue el rectificado del rodillo ferroso con o sin una pasada de corrección de error de conicidad o perfil.

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16. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el procedimiento comprende además, durante el rectificado, el mantenimiento de al menos una o las dos entre una velocidad de rotación de la muela abrasiva y una velocidad de rotación del laminador variables en una cantidad de +/- el 1 al 40% de amplitud, con un periodo de 1 a 30 segundos.

17. El procedimiento de la reivindicación 16, en el que dicha velocidad rotación de la muela se varía en una amplitud de +/- el 20% con un periodo de menos de 5 segundos.

18. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el rodillo tiene un diámetro de al menos 457,2 mm (18 pulgadas) y una longitud de al menos 609,6 mm (2 pies).

19. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que material del rodillo se elimina a una velocidad mayor que 2 cc/min.

20. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que material del rodillo se elimina a una velocidad mayor que 20 cc/min.

21. El procedimiento de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que material del rodillo se elimina a una velocidad mayor que 35 cc/min.