ES2303397A1 - Metodo de rectificado de rodillos de laminador. - Google Patents
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- B24D3/20—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially organic
- B24D3/28—Resins or natural or synthetic macromolecular compounds
- B24D3/32—Resins or natural or synthetic macromolecular compounds for porous or cellular structure
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
- B24D3/00—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents
- B24D3/34—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents characterised by additives enhancing special physical properties, e.g. wear resistance, electric conductivity, self-cleaning properties
- B24D3/348—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents characterised by additives enhancing special physical properties, e.g. wear resistance, electric conductivity, self-cleaning properties utilised as impregnating agent for porous abrasive bodies
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Abstract
El rectificado de rodillos de laminador se lleva a cabo con ruedas de rectificar abrasivas resistentes a las trepidaciones, que tienen valores relativamente bajos del coeficiente de elasticidad y valores relativamente altos de la velocidad de estallido. Las operaciones de rectificado pueden llevase a cabo con un alto rendimiento, con vibración controlada de la rueda, generándose así una calidad superficial óptima en los rodillos de laminador rectificados.
Description
Método de rectificado de rodillos de
laminador.
Esta solicitud es una solicitud de continuación
en parte de la Solicitud de EE.UU. N° 10/120.969, presentada con
fecha 11 de abril de 2002.
El invento se refiere a un método de rectificado
de rodillos de laminador y a herramientas abrasivas usadas en el
rectificado de rodillos de laminador.
El rectificado de rodillos de laminador es un
proceso de rectificado cilíndrico en el que una rueda abrasiva
rectifica y suaviza la superficie de un rodillo de laminador. Un
rodillo de laminador es un rodillo metálico grande (por ejemplo, de
2,1 m de longitud, 0,6 m de diámetro), hecho típicamente de acero
forjado, diseñado para uso en el acabado de las superficies de
chapas metálicas. En el rectificado de la superficie del rodillo de
laminador, la rueda de rectificar debe comunicar un acabado
superficial liso uniforme al rodillo. Cualquier imperfección, tal
como la de patrones de rectificado, lineas de alimentación, marcas
aleatorias, muescas, y similares, creadas en la superficie del
rodillo durante el proceso de rectificado, serán transferidas a las
chapas metálicas que estén siendo procesadas por medio del
rodillo.
Con sistemas de rectificado inestables, las
condiciones del rectificado hacen que la amplitud de la vibración
entre la rueda de rectificar y la pieza de trabajo aumente con el
tiempo. Esto se traduce en una serie de ondulaciones que se
desarrollan y se van formando a lo largo de las superficies tanto
de la rueda de rectificar como de la pieza de trabajo. A este
proceso se le denomina como de vibración regenerativa o de
autoexcitación y ha venido siendo asociado con ciertas
imperfecciones en la superficie de los rodillos de laminador a
continuación del rectificado ("marcas por vibración de la
herramienta"). Los operarios que efectúan el rectificado de
rodillos de laminador desean ruedas de rectificar "resistentes a
las vibraciones", que tengan la capacidad de permanecer con la
forma redonda y mantener un carácter de elásticas a medida que
progresa el rectificado y se va desgastando la rueda. Se han
desarrollado modelos de vibración en el rectificado (Inasaki I.,
Grinding Chatter - Origin and Suppression, CIRP Proceedings,
2001) para explicar la relación entre las propiedades de la rueda
(tales como la de una menor rigidez del contacto y una mayor
amortiguación) y la supresión de la vibración autoexcitada.
La industria del rectificado de rodillos de
laminador emplea típicamente ruedas de rectificar ligado con laca
para reducir al mínimo los daños en el rodillo durante el
rectificado. En las ruedas para rectificado de rodillos de
laminador se prefieren ligaduras con resina de laca por su
relativamente bajo coeficiente de elasticidad (por ejemplo, de 1,3
GPa frente a los 5 - 7 GPa para las ligaduras con resina fenólica).
Entre las ligaduras orgánicas usadas comercialmente en la
fabricación de ruedas de rectificar, las ligaduras fenólicas son
preferidas por su resistencia, coste, disponibilidad, y por
consideraciones relativas a la fabricación. En contraste con ellas,
las resinas de laca son materiales naturales obtenidos de insectos,
son relativamente costosas, inconsistentes en su composición y en
su calidad, y de más difícil uso en la fabricación de ruedas. Entre
los diversos tipos de ruedas de rectificar con ligadura orgánica,
las ruedas ligadas con laca se caracterizan por su relativamente
baja resistencia mecánica, expresada como una relativamente baja
"velocidad de estallido" (la velocidad de rotación a la cual la
fuerza centrifuga hace que la rueda se desintegre), y una más
corta vida de la rueda. En las operaciones de rectificado de
rodillos de laminador, las ruedas ligadas con laca están limitadas
a velocidades de rotación de la rueda más bajas (por ejemplo, de
1.200 a 2.400 metros por minuto de velocidad periférica) y a una
más corta vida de la rueda. La operación con la rueda ligada con
laca es problemática, requiriendo frecuentes ajustes de la
velocidad de la rueda, del régimen de alimentación de ataque, y de
otros parámetros, para evitar la vibración a medida que se va
reduciendo el diámetro de la rueda por desgaste de la rueda y por
cambios en la amplitud de la vibración.
Como alternativa a las ruedas ligadas con laca,
se ha sugerido, en la Patente de EE.UU. N°
A-5.104.424, usar una combinación de granos de
carburo de silicio y de sol gel de alúmina sinterizada en una rueda
con ligadura de alto coeficiente de elasticidad, para controlar la
forma de la superficie del rodillo durante el rectificado. Este
diseño de la herramienta no ha sido útil comercialmente.
Subsiste por tanto la necesidad en la industria
de mejores herramientas para el rectificado con abrasivo y de
procedimientos de rectificado adecuados para la fabricación y el
reacondicionamiento de rodillos de laminador que tengan un acabado
superficial de alta calidad, entregadas con un coste de
funcionamiento efectivo.
Se ha descubierto que se pueden emplear ruedas
de rectificar únicas hechas de componentes de herramientas
abrasivas corrientes, tales como de ligadura de resina fenólica, y
de grano de alúmina usual, que preferiblemente hayan sido
aglomeradas con materiales aglutinantes seleccionados, para que
proporcionen procesos de rectificado de rodillos de laminador más
eficaces que los mejores procedimientos de rectificado de rodillos
de laminador comerciales conocidos.
El invento es un método para rectificar rodillos
de laminador. que comprende los pasos de:
a) proporcionar una rueda de rectificar
seleccionada;
b) montar la rueda en una máquina de rectificado
de rodillos de laminador;
c) llevar la rueda a contacto con un rodillo de
laminador en rotación que tenga una superficie cilíndrica;
d) hacer que la rueda recorra a través de la
superficie del rodillo de laminador, manteniendo un contacto
continuo de la rueda con la superficie del rodillo de laminador;
y
e) rectificar la superficie del rodillo de
laminador hasta obtener un valor del acabado superficial de 10 a 50
Ra, al tiempo que se deja la superficie sustancialmente libre de
líneas de alimentación, de marcas de vibración, y de
irregularidades superficiales.
En un método alternativo de rectificado de
rodillos de laminador de acuerdo con el invento, el método de
rectificado de rodillos de laminador comprende los pasos de:
a) proporcionar una rueda de rectificar
seleccionada;
b) montar la rueda en una máquina de rectificado
de rodillos de laminador y hacer rotar la rueda;
c) llevar la rueda a contacto con un rodillo de
laminador en rotación que tenga la superficie cilíndrica;
d) hacer que la rueda recorra a través de la
superficie del rodillo de laminador, manteniendo un contacto
continuo de la rueda con la superficie del rodillo de
laminador;
e) rectificar la superficie del rodillo de
laminador; y
f) repetir los pasos c) a e);
en que la rueda permanece
sustancialmente libra de vibraciones a medida que se va consumiendo
la rueda en los pasos de
rectificado.
Las ruedas de rectificar resistentes a las
vibraciones, útiles en el método del invento, pueden seleccionarse
de entre:
a) ruedas que comprendan grano abrasivo,
ligadura de resina fenólica, porosidad del 36 al 54% en volumen,
una densidad máxima después de curadas de 2,0 g/cc, y una velocidad
de estallido de al menos 1800 metros por minuto de velocidad
periférica;
b) ruedas que comprendan al menos un 20% en
volumen de aglomerados de grano abrasivo, ligadura de resina
orgánica y del 38 al 54% en volumen de porosidad; y
c) ruedas que comprendan del 22 al 40% en
volumen de grano abrasivo y del 36 al 54% en volumen de porosidad,
ligadas con una ligadura de resina orgánica, y que tengan un valor
máximo del coeficiente de elasticidad de 12 GPa y una velocidad de
estallido mínima de 1800 metros por minuto de velocidad
periférica.
El método de rectificado de rodillos de
laminador del invento es un proceso de rectificado cilíndrico
llevado a cabo con ruedas de rectificar de ligadura orgánica
seleccionada que tengan estructuras de rueda y propiedades físicas
no usuales. Estas ruedas permiten que los rodillos de laminador
reciban un acabado superficial más rápidamente y de un modo mucho
más eficiente de lo que era posible con los métodos de la técnica
anterior del rectificado de rodillos de laminador empleando ruedas
de rectificar usuales. Según el método del invento, el rectificado
de rodillos de laminador se lleva a cabo sin daños por vibración de
la rueda que puedan medirse, durante la vida de las ruedas de
rectificar seleccionadas.
Por el método del invento, se monta una rueda de
rectificar seleccionada sobre un árbol de una máquina de
rectificado de rodillos de laminador y se hace rotar
preferiblemente a una velocidad de 1200 a 2850 metros por minuto de
velocidad periférica, y más preferiblemente de 1800 a 2550 metros
por minuto de velocidad periférica. Cuando se sustituye con la
rueda de rectificar seleccionada las ruedas de la técnica anterior
(por ejemplo, las ruedas de ligadura con laca), este método permite
operar a velocidades de rotación de la rueda más altas, sin
vibraciones, en relación con las velocidades mantenidas para evitar
las vibraciones en los métodos de la técnica anterior (por ejemplo,
de 1200 a 2100 m/min de velocidad periférica). El método resistente
a las vibraciones puede ser puesto en práctica a cualquier
velocidad especificada para la máquina de rectificado de rodillos
de laminador particular que esté siendo hecha funcionar, con tal de
que la velocidad no exceda de las limitaciones de seguridad de la
rueda seleccionada (es decir, de los limites de velocidad de
estallido de la rueda).
Pueden obtenerse máquinas de rectificado de
rodillos de laminador adecuadas de la firma Herkules, de
Meuselwitz, Alemania, Waldrich Siegen, de Burbach, Alemania, y
Pomini (Techint Company) de Milan, Italia, y de otros varios
fabricantes de equipo que suministran equipo a la industria del
rectificado de rodillos de laminador.
Después de que la rueda en rotación sea llevada
a contacto con un rodillo en rotación (por ejemplo, a una velocidad
de 12 a 24 m/min de velocidad periférica), se hace que la rueda
vaya recorriendo gradualmente la superficie del rodillo en
rotación, para arrancar material de la superficie, dejando en el
rodillo un acabado liso, fino. El recorrido a través del rodillo se
efectúa a una velocidad de 254 a 381 centímetros por minuto. En un
rodillo típico que mida 2,1 m de longitud por 0,6 m de diámetro, el
paso del recorrido transversal lleva de 0,6 a 1,0 minutos para
completarse. Durante este paso, la rueda está en contacto continuo
con la superficie del rodillo, condición que se sabia en el pasado
que daba lugar a trepidación y vibración de la rueda regenerativa.
A pesar de tal contacto superficial continuo, la amplitud de la
vibración de la rueda se mantiene en un régimen bastante constante
durante la vida de la rueda, y la rueda permanece sustancialmente
libre de vibraciones desde el principio del
\hbox{rectificado hasta que se consume la rueda en los pasos de rectificado.}
En la puesta en práctica del método del invento,
el acabado superficial del rodillo rectificado debe estar libre de
ondulaciones, de lineas, de marcas, y demás irregularidades
superficiales. Si tales irregularidades permanecen, serán
transferidas de la superficie del rodillo a la superficie de las
chapas metálicas que estén siendo laminadas mediante el rodillo
defectuoso. Si no se puede controlar de una manera eficaz el
proceso de rectificado de rodillos de laminador, se obtendrá como
resultado un desperdicio de fabricación significativo. Según un
método preferido, la superficie del rodillo se acaba hasta una
medida de su acabado superficial de aproximadamente 10 a 50 Ra, y
preferiblemente hasta una medida de aproximadamente 18 a 30 Ra. Tal
como aquí se usa, la unidad "Ra" es una unidad normalizada por
la industria para la calidad del acabado superficial, que
representa la altura de la rugosidad media, es decir, la distancia
absoluta media desde la linea media del perfil dé la rugosidad
dentro de la longitud de evaluación. La rueda de rectificar
preferida tiene una cara abierta afilada capaz de crear una calidad
superficial caracterizada por de 64 a 72 picos (o rayas) por
centímetro. El recuento de picos ("Pc", es decir, una norma de
la industria que representa el número de picos por centímetro que
se proyectan a través de una banda seleccionada centrada alrededor
de la linea media) es un parámetro importante de la superficie de
las chapas metálicas que hayan de ser pintadas durante la
fabricación de las partes de las carrocerías de los automóviles.
Una superficie con demasiados pocos picos es tan indeseable como
una superficie con demasiados picos, o como una superficie con una
excesiva rugosidad.
Aunque el método de rectificado de rodillos de
laminador aquí descrito se ha ilustrado en una operación hecha en
un rodillo de laminador en frío, el invento es también útil para
dar el acabado a superficies de rodillos de laminador usados en las
operaciones en rodillos de laminador en caliente. En el rectificado
de rodillos usados para operaciones en rodillos de laminador en
frío, la rueda de rectificar seleccionada comprende preferiblemente
partículas abrasivas de tamaños entre el 120 y el 46 (de 142 a 508
micrómetros), mientras que las ruedas usadas en el rectificado de
rodillos para operaciones en rodillos de laminador en caliente
comprenden preferiblemente tamaños de grano mayores, por ejemplo de
partículas abrasivas de un tamaño 36 (de 710 micrómetros).
Las ruedas de abrasivo ligado especificadas para
poner en práctica el proceso de rectificado de rodillos de
laminador del invento se caracterizan por una combinación, que
previamente es desconocida, de la estructura de la rueda y de sus
propiedades físicas. Tal como aquí se usa, la denominación de
"estructura de la rueda" se refiere a los porcentajes
relativos en volumen del grano abrasivo, de la ligadura (incluidas
las cargas, si se usan), y de la porosidad que contenga la rueda de
rectificar. El "grado" de dureza de la rueda se refiere a la
letra de designación que se asigna al comportamiento de la rueda en
una operación de rectificado. Para un tipo de ligadura dado, el
grado es función de la porosidad de la rueda, del contenido de
granos, y de ciertas propiedades físicas, tales como la densidad
curada, el coeficiente de elasticidad y la penetración del chorro
de arena (esta última es más típica de las ruedas con ligadura
vitrificada). El "grado" de la rueda predice cuanta resistencia
al desgaste tendrá la rueda durante el rectificado, y cómo será de
dura la rueda al rectificar, es decir, cuanta potencia se
necesitará para usar la rueda en una operación de rectificado dada.
La letra de designación del grado de la rueda se asigna de acuerdo
con una escala de grados de la firma Norton Company conocida en la
técnica, en la que los grados más blandos se han designado como A y
los grados más duros se han designado como Z (véase, por ejemplo,
la Patente de EE.UU. N° A-1.983.082, de Howe y
otros). Adaptando los grados de las ruedas, quienes sean expertos
en la técnica pueden sustituir usualmente una especificación de una
rueda nueva en vez de una rueda conocida, y predecir que la rueda
nueva se comportará de manera similar, o mejor, que la rueda
conocida.
En una desviación de las actuaciones de una
rueda con ligadura orgánica conocida, las ruedas especificadas para
poner en práctica el método de rectificado de rodillos de laminador
que aquí se preconiza, se caracterizan por ser de un grado más
bajo, es decir, que son más blandas, que los de las ruedas
conocidas que proporcionan un rendimiento de actuaciones
comparable. Se prefieren las ruedas que tienen un grado Norton de
aproximadamente B a G, en una escala de ligadura con resina
fenólica. Las ruedas útiles para el invento presentan valores más
bajos del coeficiente de elasticidad que los de las ruedas
conocidas que tengan volúmenes de porosidad equivalentes, pero,
bastante inesperadamente, presentan valores más altos de la
relación G (la relación G es la relación de régimen de arranque de
material/régimen de desgaste de la rueda).
Las herramientas con abrasivo ligado pueden
tener una densidad de menos de 2,0 g/cc, preferiblemente tienen una
densidad de menos de 1,8 g/cc, y lo más preferiblemente tienen una
densidad de menos de 1,6 g/cc.
Las herramientas con abrasivo ligado útiles en
el invento son ruedas de rectificar que comprenden aproximadamente
del 22 al 40% en volumen, preferiblemente del 24 al 38% en volumen,
y lo más preferiblemente del 16 al 36% en volumen de grano de
abrasivo.
En una realización preferida, las herramientas
con abrasivo ligado orgánico comprenden aproximadamente del 8 al
24% en volumen, más preferiblemente del 10 al 22% en volumen, y lo
más preferiblemente del 12 al 20% en volumen de ligadura orgánica.
Junto con el grana de abrasivo y la ligadura, estas herramientas
comprenden aproximadamente del 36 al 54% en volumen de porosidad,
preferiblemente del 36 al 50% en volumen de porosidad, y lo más
preferiblemente del 40 al 50% en volumen de porosidad, incluyendo
esta porosidad, preferiblemente, al menos el 30% en volumen de
porosidad interconectada. Para cualquier rueda dada, la suma de los
porcentajes en volumen de grano, ligadura y porosidad es igual al
100%.
Las herramientas con abrasivo ligado orgánico
comprenden, preferiblemente, del 20 al 38% en volumen de aglomerado
de grano de abrasivo sinterizado, del 10 al 26% en volumen de
ligadura orgánica, y del 38 al 50% en volumen de porosidad. Los
aglomerados de grano de abrasivo porosos hechos con materiales de
ligadura inorgánicos (por ejemplo, materiales de ligadura
vitrificados o cerámicos), son preferidos para uso en estas ruedas
de rectificar, debido a que los mismos permiten la fabricación de
una estructura de rueda abierta, con porosidad interconectada. A
pesar del volumen de la porosidad que se consigue con estos
aglomerados de grano, las ruedas conservan su resistencia mecánica,
su resistencia al desgaste de la rueda, y sus características de
actuaciones de rectificado agresivo de una rueda de rectificar que
tenga una designación de grado mucho más duro.
Las ruedas útiles para el invento tienen un
coeficiente de elasticidad de menos de 12 GPa, preferiblemente de
menos de 10 GPa, y lo más preferiblemente de menos de 8 GPa. Entre
otras características, una rueda fabricada con una cantidad
efectiva de aglomerados de grano de abrasivo (por ejemplo, de al
menos el 30% en volumen del contenido de grano de abrasivo y de al
menos el 20% en volumen del volumen total de la rueda después de
curada) presenta un coeficiente de elasticidad más bajo que el de
las ruedas para rectificado de rodillos de laminador normales. Como
ruedas normales se incluyen las hechas con el mismo contenido de
porosidad sin el uso de aglomerados de grano de abrasivo. Las
herramientas con abrasivo ligado del invento tienen una estructura
desusadamente porosa. En la estructura de la herramienta, el
diámetro medio de los aglomerados sinterizados es igual o menor que
una dimensión media de los poros de la porosidad
\hbox{interconectada, cuando se mide la porosidad interconectada en un punto de máxima abertura.}
La cantidad de porosidad interconectada puede
venir determinada por la medición de la permeabilidad a los fluidos
de la herramienta, de acuerdo con el método de la Patente de EE.UU.
N° A-5.738.698. Tal como aquí se usa, Q/P = la
permeabilidad a los fluidos de una herramienta abrasiva, donde Q
significa el caudal expresado en cc de flujo de aire, y P significa
la presión diferencial. El término Q/P representa la presión
diferencial medida entre la estructura de la herramienta abrasiva y
la atmósfera para un caudal dado de un fluido (por ejemplo, de
aire). Esta permeabilidad relativa Q/P es proporcional al producto
del volumen de poros por el cuadrado del tamaño de los poros. Se
prefieren los tamaños de poro mayores. La configuración geométrica
del poro y el tamaño del grano de abrasivo son otros factores que
afectan a la relación Q/P, proporcionando el tamaño de grano mayor
una más alta permeabilidad relativa.
Las herramientas abrasivas útiles para el
invento se caracterizan por valores más altos de la permeabilidad a
los fluidos que los de las herramientas de la técnica anterior
usadas para rectificar rodillos de laminador. En general, las
herramientas abrasivas usadas en el método de rectificado del
invento tienen preferiblemente valores de la permeabilidad a los
fluidos al menos aproximadamente un 30% más altos que los valores
de las herramientas abrasivas de la técnica anterior usadas en el
rectificado de rodillos de laminador.
El experto práctico puede determinar los
parámetros exactos de la permeabilidad a los fluidos relativa para
tamaños y formas, tipos de ligadura, y niveles de porosidad
particulares del aglomerado, aplicando para ello la Ley de D'Arcy a
los datos empíricos para un tipo dado de herramienta abrasiva.
La porosidad dentro de la rueda abrasiva surge
del espaciamiento abierto proporcionado por la densidad de
empaquetado natural de los componentes de la herramienta, en
particular de los aglomerados de abrasivo y, opcionalmente,
añadiendo para ello los medios usuales que induzcan poros. Como
medios adecuados para inducir poros se incluyen, aunque sin quedar
limitados a ellos, las esferas de vidrio huecas, las esferas huecas
o los glóbulos de material plástico o de compuestos orgánicos,
partículas de vidrio esponjadas, mullita en burbujas y alúmina en
burbujas, y combinaciones de los mismos. Las herramientas pueden
ser fabricadas con inductores de la porosidad de células abiertas,
tales como los glóbulos de naftaleno, u otros gránulos orgánicos,
que pueden ser retirados después de moldear la herramienta, para
dejar espacios vacíos dentro de la matriz de la herramienta, o bien
que pueden ser fabricados con medios de células cerradas que
induzcan poros huecos (por ejemplo, esferas de vidrio huecas). Las
herramientas abrasivas preferidas del invento, o bien no contienen
medios inductores de poros añadidos, o bien contienen una pequeña
cantidad de medios inductores de poros añadidos, efectivos para
proporcionar una herramienta abrasiva con un contenido de porosidad
del que al menos el 30% en volumen sea de porosidad
interconectada.
Las herramientas acabadas contienen
opcionalmente granos de abrasivo secundarios, cargas, ayudas para
el rectificado, y medios inductores de poros, y combinaciones de
estos materiales. Cuando se use un grano de abrasivo en combinación
con los aglomerados abrasivos, los aglomerados proporcionan
preferiblemente desde aproximadamente el 30 hasta aproximadamente el
100% en volumen del grano de abrasivo total de la herramienta, y, lo
más preferiblemente, desde aproximadamente el 40 hasta
aproximadamente el 70% en volumen del abrasivo total en la
herramienta. Cuando se usen tales granos de abrasivo secundarios,
estos granos de abrasivo proporcionan preferiblemente desde
aproximadamente 0,1 hasta aproximadamente un 70% en volumen del
grano de abrasivo total de la herramienta, y lo más
preferiblemente, desde aproximadamente el 30 hasta aproximadamente
el 60% en volumen. Como granos de abrasivo no aglomerados
secundarios adecuados se incluyen aunque sin quedar limitados a
ellos, los de varios óxidos de aluminio, sol gel de alúmina,
bauxita sinterizada, carburo de silicio,
alúmina-zirconia, oxinitruro de aluminio, cerio,
subóxido de boro, nitruro de boro cúbico, diamante, sílex, diamante
y granos de sílex, y combinaciones de los mismos.
Las herramientas abrasivas del presente invento
están preferiblemente ligadas con una ligadura orgánica. Cualquiera
de las varias ligaduras de resina orgánica termoendurecedoras
conocidas en la técnica de la fabricación de herramientas
abrasivas, puede ser seleccionada para su uso aquí. Se prefieren
las ligaduras de resina fenólica. Pueden encontrarse ejemplos de
ligaduras y técnicas adecuadas para fabricar tales ligaduras en,
por ejemplo, la Patente de EE.UU. Números 6.251.149 B1, 6.015.338,
5.976.204, 5.827.337, y 3.323.885, las cuales quedan aquí
incorporadas por sus referencias. La ligadura y el método de
fabricación descritos en la solicitud de patente de EE.UU. cedida
en común N° 10/060.982, cuyo contenido queda aquí incorporado por
su referencia, y los de la patente de EE.UU. N° 3.323.885, son los
preferidos para su uso aquí. Las herramientas con ligadura orgánica
pueden ser mezcladas, moldeadas y curadas o sinterizadas de acuerdo
con varios métodos de procesado, y con varias proporciones de grano
o de aglomerado abrasivo, componentes de ligadura y de porosidad.
como es sabido en la técnica.
La densidad y la dureza de las herramientas
abrasivas vienen determinadas por la selección de los aglomerados,
el tipo de ligadura y demás componentes de la herramienta, el
contenido de porosidad junto con el tamaño y el tipo de molde y de
proceso de prensado seleccionados.
Las ruedas abrasivas pueden ser moldeadas y
prensadas por cualesquiera medios conocidos en la técnica,
incluidas las técnicas de prensado en caliente, en templado y en
frío. Se ha de poner cuidado en seleccionar una presión de moldeo
para formar las ruedas en crudo, para evitar triturar una cantidad
excesiva de los aglomerados de grano de abrasivo (por ejemplo, de
más del 50% en peso de los aglomerados) y para conservar la
estructura tridimensional de los aglomerados. La máxima presión
aplicada para fabricar las ruedas del invento depende de la forma,
el tamaño, el grosor y el componente de ligadura de la rueda
abrasiva, y de la temperatura de moldeo. Los aglomerados del
invento tienen una resistencia mecánica suficiente como para
soportar los pasos de moldeo y de prensado que se siguen en los
procesos típicos de fabricación comerciales para fabricar
herramientas abrasivas.
Las ruedas abrasivas pueden ser curadas por
métodos conocidos por los expertos en la técnica. Las condiciones
de curado vienen determinadas principalmente por la ligadura real y
los adhesivos usados, y por el tipo de material de ligadura
contenido en el aglomerado de grano de abrasivo. Dependiendo de la
composición química de la ligadura seleccionada, una ligadura
orgánica puede ser caldeada a una temperatura de 120 a 250°C,
preferiblemente de 160 a 185°C, para que proporcione las
propiedades mecánicas necesarias para rectificar metales u otros
materiales.
Los aglomerados de grano de abrasivo que son
aquí útiles son estructuras tridimensionales o gránulos, incluidos
los materiales compuestos porosos sinterizados de grano de abrasivo
y material de ligadura. Los aglomerados tienen una densidad de
empaquetado suelto (LPD) \leq 1,6 g/cc, una dimensión media de
aproximadamente 2 a 20 veces el tamaño de partícula abrasiva medio,
y una porosidad de aproximadamente el 30 al 88% en volumen. Los
aglomerados de grano de abrasivo tienen preferiblemente un valor de
la resistencia al estallido mínimo de 0,2 MPa.
El grano de abrasivo puede incluir uno o más de
los granos de abrasivo conocidos para uso en las herramientas
abrasivas, tales como granos de alúmina, incluidos la alúmina
fundida, la alúmina sinterizada y sol gel de alúmina sinterizada,
bauxita sinterizada, y similares, carburo de silicio,
alúmina-zirconia, aluminoxinitruro, ceria (óxido de
cerio), boro, subóxido, granate, sílex, diamante, incluidos el
diamante natural y el sintético, nitruro de boro cúbico (CBN), y
combinaciones de los mismos. Se puede usar grano de abrasivo de
cualquier tamaño o forma. Por ejemplo, el grano puede incluir
granos de gel sol de alúmina sinterizada alargados que tengan una
alta relación de esbeltez, del tipo descrito en la Patente de
EE.UU. N° 5.129.919.
Los tamaños de grano adecuados para uso aquí
están en el margen de tamaños de partículas abrasivas regulares
(por ejemplo, de más de 60 y de hasta 7000 micrómetros). Para una
operación de rectificado con un abrasivo dado, puede ser deseable
aglomerar un grano de abrasivo para obtener un tamaño de partícula
abrasiva menor que un tamaño de partícula abrasiva de grano de
abrasivo (no aglomerado) normalmente seleccionado para esta
operación de rectificado con abrasivo. Por ejemplo, se puede
sustituir por un tamaño de partícula abrasiva 80 aglomerado a un
abrasivo de tamaño de partícula abrasiva 54, por un tamaño de
partícula abrasiva 100 aglomerado a un abrasivo de tamaño de
partícula abrasiva 60, y por un tamaño de partícula
\hbox{abrasiva 120 aglomerado a un abrasivo de tamaño de partícula abrasiva 80.}
El tamaño de aglomerado sinterizado preferido
para granos de abrasivo típicos está comprendido entre
aproximadamente 200 y 3000, más preferiblemente entre 350 y 2000, y
los más preferiblemente entre 425 y 1000 micrómetros de diámetro
medio.
El grano de abrasivo está presente en
aproximadamente de un 10 a un 65% en volumen, más preferiblemente
de un 35 a un 55% en volumen, y lo más preferiblemente de un 48 a
un 52% en volumen del aglomerado.
Como materiales aglutinantes útiles para
fabricar los aglomerados se incluyen, preferiblemente, los
materiales cerámicos y vitrificados, preferiblemente de la clase
usada como sistemas de ligadura para herramientas abrasivas ligadas
vitrificadas. Estos materiales de ligadura vitrificados pueden ser
un vidrio precaldeado, molido en forma de un polvo (una frita), o
bien una mezcla de varios materiales crudos tales como arcilla,
feldespato, cal, bórax, y sosa, o una combinación de materiales
fritados y crudos. Tales materiales se funden y forman una fase de
vidrio líquido a temperaturas que varían desde aproximadamente 500
hasta 1400°C y que mojan la superficie del grano de abrasivo para
crear puestos de ligadura al enfriarse, manteniendo así el grano de
abrasivo dentro de una estructura compuesta. En la Tabla
1-1 que sigue se dan ejemplos de materiales
aglutinantes adecuados para uso en los aglomerados. Los materiales
aglutinantes preferidos se caracterizan por una viscosidad de
aproximadamente 345 a 55.300 poise, a una temperatura de 1180°C, y
por una temperatura de fusión de aproximadamente 800 a 1300°C.
En una realización preferida, el material
aglutinante es una composición de ligadura vitrificada que
comprende una composición de óxido caldeada del 71% en peso de
SiO_{2} y B_{2}O_{3}, el 14% en peso de Al_{2}O_{3},
menos del 0,5% en peso de óxidos de tierras alcalinotérreos, y el
13% en peso de óxidos alcalinos.
El material aglutinante puede ser también un
material cerámico, incluidos, aunque sin quedar limitados a ellos,
la silice, los silicatos alcalinos, los alcalinotérreos, y las
mezclas de alcalinos y alcalinotérreos, los silicatos de aluminio,
los silicatos de circonio, los silicatos hidratados, los
aluminatos, los óxidos, los nitruros, los oxinitruros, los
carburos, los oxicarburos, y combinaciones y derivados de los
mismos. En general, los materiales cerámicos difieren de los
materiales vítreos o vitrificados en que los materiales cerámicos
comprenden estructuras cristalinas. Puede haber presentes algunas
fases vítreas en combinación con las estructuras cristalinas, en
particular en los materiales cerámicos en un estado de no
refinados. Pueden usarse aquí materiales cerámicos en estado de
crudos, tales como las arcillas, los cementos y los minerales. Como
ejemplos de materiales cerámicos específicos adecuados para uso
aquí se incluyen, aunque sin quedar limitados a ellos, la sílice,
los silicatos sódicos, la mullita, y otros aluminosilicatos, la
zirconia-mullita, el aluminato de magnesio, el
silicato de magnesio, los silicatos de circonio, el feldespato, y
otros silicatos alúmino-alcalinos, las espinelas,
el aluminato cálcico, el aluminato magnésico, y otros aluminatos
alcalinos, la zirconia, la zirconia estabilizada con itria, la
magnesia, la calcia, el óxido de cerio, la titania, u otros
aditivos de tierras raras, el talco, el óxido de hierro, el óxido
de aluminio, la bohemita, el óxido de boro, el óxido de cerio, el
oxinitruro de alúmina, el nitruro de boro, el nitruro de silicio,
el grafito, y combinaciones de estos materiales
cerámicos.
cerámicos.
El material aglutinante se usa en forma en
polvo, y puede añadirse a un vehículo líquido para asegurar que se
obtiene una mezcla uniforme y homogénea de material aglutinante con
grano de abrasivo durante la fabricación de los aglomerados.
Preferiblemente, se añade una dispersión de
aglomerantes orgánicos a los componentes de material aglomerante en
polvo como ayuda para el moldeo o el procesado. Esos aglomerantes
pueden incluir dextrinas, almidón, cola de proteínas animales, y
otros tipos de colas; un componente líquido, tal como agua,
disolvente, modificadores de la viscosidad o del pH; y ayudas para
el mezclado. El uso de aglomerantes orgánicos mejora la uniformidad
del aglomerado, en particular la uniformidad de la dispersión de
material aglomerante en el grano, y la calidad estructural de los
aglomerados precaldeados o crudos, así como la de la herramienta
abrasiva caldeada que contenga los aglomerados. Puesto que los
aglomerantes se queman durante el caldeo de los aglomerados, no
pasan a formar parte del aglomerado acabado ni de la herramienta
abrasiva acabada.
Se puede añadir a la mezcla un promotor de la
adherencia inorgánico, para mejorar la adherencia de los materiales
aglomerantes al grano de abrasivo en la medida necesaria para
mejorar la calidad de la mezcla. El promotor de la adherencia
inorgánico puede ser usado, con o sin un aglomerante orgánico, en
la preparación de los aglomerados.
Aunque en los aglomerados del invento se
prefieren materiales aglomerantes de alta temperatura de fusión, el
material aglomerante puede también comprender otros aglomerantes
inorgánicos, aglomerantes orgánicos, materiales de ligadura
orgánicos, materiales de ligadura metálicos, y combinaciones de los
mismos. Se prefieren los materiales aglomerantes usados en la
industria de las herramientas abrasivas como ligaduras para
abrasivos ligados orgánicos, abrasivos recubiertos, abrasivos con
ligadura metálica, y similares.
El material aglomerante está presente en
aproximadamente del 0,5 al 15% en volumen, más preferiblemente del
1 al 10% en volumen, y lo más preferiblemente del 2 al 8% en
volumen del aglomerado.
El % en volumen de la porosidad preferido dentro
de un aglomerado es el más alto que sea técnicamente posible,
dentro de las limitaciones relativas a la resistencia mecánica del
aglomerado necesario para fabricar una herramienta abrasiva y para
rectificar con ella. La porosidad puede variar del 30 al 88% en
volumen, preferiblemente del 40 al 80% en volumen, y lo más
preferiblemente del 50 al 75% en volumen. Una parte (por ejemplo,
de hasta el 75% en volumen) de la porosidad dentro de los
aglomerados está preferiblemente presente como porosidad
interconectada, o bien porosidad permeable al flujo de fluidos,
incluidos los líquidos (por ejemplo, el refrigerante para el
rectificado y los fangos de rectificado), el aire y el material de
ligadura de resina fundida durante el curado de la rueda. Se cree
que los materiales de ligadura orgánicos migran al interior de los
espacios vacíos intersticiales de los aglomerados de grano de
abrasivo sinterizado mientras la rueda está siendo curada
térmicamente, reforzando con ello la ligadura del grano y abriendo
la estructura de la rueda para volúmenes de porosidad anteriormente
inalcanzables, sin una pérdida esperada de resistencia
mecánica.
La densidad de los aglomerados puede venir
expresada de una serie de formas. La densidad volumétrica de los
aglomerados puede venir expresada como la LPD (Densidad de
Empaquetado Suelto). La densidad relativa de los aglomerados puede
venir expresada como un porcentaje de la densidad relativa inicial,
o bien como una relación de la densidad relativa de los
aglomerados a los componentes usados para fabricar los aglomerados,
teniendo en cuenta el volumen de la porosidad interconectada en los
aglomerados.
Se puede calcular la densidad relativa media
inicial, expresada como un porcentaje, dividiendo para ello la LPD
(\rho) por una densidad teórica de los aglomerados (\rho_{0}),
suponiendo porosidad cero. Se puede calcular la densidad teórica de
acuerdo con la regla volumétrica del método de mezclas, a partir
del porcentaje en peso y de la gravedad especifica del material
aglomerante y del grano de abrasivo contenidos en los aglomerados.
Para los aglomerados sinterizados del invento, la densidad relativa
máxima, en tanto por ciento, es del 50% en volumen, siendo la más
preferida una densidad relativa máxima de un porcentaje del 30% en
volumen.
La densidad relativa puede medirse mediante una
técnica de volumen de desplazamiento de fluido, de modo que se
incluya la porosidad interconectada y se excluya la porosidad de
las células cerradas. La densidad relativa es la relación del
volumen del aglomerado sinterizado, medido mediante el
desplazamiento de fluido, al volumen de los materiales usados para
fabricar el aglomerado sinterizado. El volumen de los materiales
usados para fabricar el aglomerado es una medida del volumen
aparente, basada en las cantidades y densidades de empaquetado del
grano de abrasivo y del material aglomerante usados para fabricar
los aglomerados. Para los aglomerados sinterizados del invento, la
densidad relativa máxima de los aglomerados sinterizados es
preferiblemente de 0,7, siendo la más preferida una densidad
relativa máxima de 0,5.
Los aglomerados usados en las herramientas
abrasivas ligadas de que aquí se trata pueden ser fabricados por
los métodos descritos en la Solicitud de Patente de EE.UU. de
propiedad común N° 10/120.969, la cual queda aquí incorporada por
su referencia. Como en ella se expone, se alimenta una simple
mezcla del grano y el material aglomerante (opcionalmente con un
aglomerante orgánico) a un aparato de calcinar rotativo, y se
caldea el aglomerante (por ejemplo aproximadamente desde
aproximadamente 650 a aproximadamente 1400°C) para formar un vidrio
o ligadura vitrificada que retenga al grano de abrasivo unido en un
aglomerado. Cuando se aglomera grano de abrasivo con materiales
aglomerantes de más baja temperatura de curado (por ejemplo, de
aproximadamente desde aproximadamente 145 a aproximadamente 500°C),
se puede usar una realización alternativa de este aparato de horno
rotativo. La realización alternativa, una secadora rotativa, va
equipada para suministrar aire calentado al extremo de descarga del
tubo para calentar la mezcla de grano de abrasivo, curar el
material aglomerante, ligarlo al grano, y aglomerar con ello el
grano de abrasivo tal como es recogido del aparato. Tal como aquí
se usa, la denominación de "horno de calcinar rotativo"
incluye tales dispositivos de secadoras rotativas.
En otro método de fabricación de los aglomerados
de granos de abrasivo, se puede hacer una pasta de los materiales
aglomerantes y del grano con una solución de aglomerante orgánico y
extruirla en forma de partículas alargadas con el aparato y por el
método que se describen en el documento
US-A-4.393.021, y luego
sinterizarla.
En un proceso de granulación en seco, una hoja o
un bloque hechos de grano de abrasivo empotrado en dispersión o
pasta del material aglomerante puede ser secado y luego se puede
usar un compactador de rodillo para romper el material compuesto de
grano y material aglomerante, seguido de un paso de
sinterizado.
Según otro método de fabricación de aglomerados
en crudo o precursores, se puede añadir la mezcla del material
aglomerante y el grano a un dispositivo de moldeo, y moldear la
mezcla para obtener formas y tamaños precisos, por ejemplo, de la
manera que se ha descrito en la Patente de EE.UU. N° 6.217.413
B1.
En otro proceso, útil aquí para la fabricación
de los aglomerados, se alimenta una mezcla de grano de abrasivo,
los materiales aglomerantes y un sistema de aglomerante orgánico a
un horno, sin preaglomeración y calentada. Se calienta la mezcla
hasta una temperatura lo suficientemente alta como para hacer que
el material aglomerante se funda, fluya, y se adhiera al grano, y
luego se enfría para fabricar un material compuesto. Se tritura y
se tamiza el material compuesto para fabricar los aglomerados
sinterizados.
Los ejemplos que siguen se dan a modo de
ilustración del invento, y no a modo de limitación.
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
1
Se usaron materiales aglomerantes vitrificados
(véase la Tabla 1-1, y las notas al pie b y c) para
fabricar muestras de grano de abrasivo aglomerado AV2 y AV3. Los
aglomerados fueron preparados de acuerdo con el método de
calcinación rotativa descrito en el documento US Ser. No.
10/120.969, Ejemplo 1, usando los materiales que se describen a
continuación. Los aglomerados AV2 se fabricaron con el 3% en peso
de Aglomerante A. La temperatura del calcinador se estableció en
1250°C, el ángulo del tubo fue de 2,5°, y la velocidad de rotación
fue de 5 rpm. Los aglomerados AV3 se hicieron con el 6% en peso de
Aglomerante E, a una temperatura del calcinador de 1200°C, con un
ángulo del tubo de 2,5 - 4°, y una velocidad de rotación de 5 rpm.
El grano de abrasivo fue un grano de abrasivo de alúmina fundida
38A, de un tamaño 80 de la partícula abrasiva, obtenido de la firma
Saint-Gobain Ceramics and Plastics Inc., de
Worcester, MA, EE.UU.
Los aglomerados de grano vitrificado fueron
probados en cuanto a su densidad de empaquetado suelto, su densidad
relativa y su tamaño. Los resultados de la prueba se han
relacionado en la siguiente Tabla 1-1. Los
aglomerados consistieron en una pluralidad de partículas abrasivas
individuales (por ejemplo, de 2 a 40 partículas abrasivas) ligadas
juntas mediante material aglomerante vitrificado en puntos de
contacto de partícula abrasiva con partícula abrasiva, junto con
áreas vacías visibles. La mayor parte de los aglomerados eran lo
suficientemente resistentes a la compresión como para conservar un
carácter tridimensional después de haber sido sometidos a
operaciones de mezclado y moldeo para la fabricación de la rueda
abrasiva.
\newpage
\global\parskip0.890000\baselineskip
Se usaron las muestras de aglomerado AV2 y AV3
para fabricar ruedas de rectificar abrasivas experimentales (tipo
1) de un tamaño, acabadas, de 12,7 x 1,27 x 3,18 cm.
Las ruedas experimentales se hicieron añadiendo
los aglomerados en una mezcladora de paletas giratorias (una
mezcladora Foote-Jones, obtenida de la firma
Illinois Gear, Chicago, IL, EE.UU.) y mezclando con los aglomerados
una resina fenólica líquida (resina V-1181 de la
firma Honeywell International Inc., Friction Division, Troy, NY,
EE.UU.) (el 22% en peso de mezcla de resina). A los aglomerados
mojados se añadió una resina fenólica en polvo (resina Durez Varcum®
29-717 obtenida de la firma Durez Corporation, de
Dallas, TEMPERATURA, EE.UU.) (el 78% en peso de mezcla de resina).
En la Tabla 1-2 que sigue se han reflejado las
cantidades en tantos por ciento en peso del aglomerado abrasivo y
la ligadura de resina usados para fabricar estas ruedas y la
composición de las ruedas acabadas (incluido el tanto por ciento en
volumen del abrasivo, la ligadura, y la porosidad en las ruedas
curadas).
\global\parskip1.000000\baselineskip
Los materiales fueron mezclados durante un
periodo de tiempo suficiente como para obtener una mezcla uniforme
y reducir al mínimo la cantidad de ligadura suelta. Después de
mezclar, se tamizaron los aglomerados a través de un tamiz de malla
24, para romper cualesquiera masas de resina grandes. Se puso la
mezcla uniforme de aglomerado y ligadura en moldes, y se aplicó
presión para formar ruedas en la etapa en crudo (no curada). Estas
ruedas en crudo fueron retiradas de los moldes, envueltas en papel
recubierto y curadas por calentamiento a una temperatura máxima de
160°C, se clasificaron, se acabaron y se inspeccionaron de acuerdo
con las técnicas de fabricación de ruedas de rectificar comerciales
conocidas en el arte. Se midió el coeficiente de elasticidad de la
rueda acabada, y los resultados se han reflejado en la Tabla
1-2 que sigue.
El coeficiente de elasticidad se midió usando
una máquina Grindosonic, por el método descrito por J. Peters en su
publicación titulada "Sonic Testing of Grounding Wheels"
Advances in Machine Tool Designs and Research, Pergamon
Press, 1968.
Las ruedas experimentales fueron probadas en una
prueba de rectificado de rodillos de laminador simulada en
comparación con las ruedas disponibles comercialmente ligadas con
resina fenólica (C-1 - C-3,
obtenidas de la firma Saint-Gobain Abrasives, Inc.,
de Worcester, MA, EE.UU.). Las ruedas ligadas con laca preparadas
en laboratorio (C-4 y C-5) a partir
de una mezcla de resina de laca, fueron también probadas como
ruedas comparativas. Se seleccionaron las ruedas comparativos
debido a que tenían composiciones, estructuras y propiedades
físicas equivalentes a las de las ruedas usadas en las operaciones
de rectificado de rodillos de laminador comerciales.
Para simular el rectificado de rodillos de
laminador en un escenario de laboratorio, se llevó a cabo una
operación de rectificado en ranura de contacto continuo en una
máquina de rectificar superficies. En las pruebas se emplearon las
siguientes condiciones de rectificado:
- Máquina de rectificar:
- rectificadora de superficies Brown & Sharpe
- Modo:
- dos rectificados en ranura de contacto continua, inversión al final de la carrera antes de perder el contacto con la pieza de trabajo
- Refrigerante:
- Trim Clear relación 1:40 de refrigerante:agua desionizada
- Pieza de Trabajo:
- 40,64 x 10,16 cm de acero 4340, dureza Rc50
- Velocidad de la pieza de trabajo:
- 7,5 m/min
- Velocidad de la rueda:
- 5730 rpm
- Alimentación hacia abajo:
- 0,254 cm total
- Profundidad de corte:
- 0,0013 cm en cada extremo
- Tiempo de contacto:
- 10,7 minutos
- Preparación:
- Diamante de una sola punta, con una alimentación transversal de 25,4 cm/min, 0,0025 mm comp.
Durante el rectificado se midió la vibración de
la rueda con equipo IRD Mechanalysis (Analizador Modelo 855
"Analyzer/Balancer", obtenido de la firma Entek Corporation, de
North Westerville, Ohio, EE.UU.). En una pasada de rectificado
inicial, se registraron niveles de vibración a diversas frecuencias
(como velocidades en unidades de cm/s) usando un procedimiento
rápido de transformada de Fourier (FFT), a los dos y a los ocho
minutos después de preparada la rueda. Después de la pasada de
rectificado inicial, se efectuó una segunda pasada de rectificado y
se registró el aumento relacionado con el tiempo del nivel de
vibración para una frecuencia objetivo seleccionada (57.000 cpm, la
frecuencia observada durante la pasada inicial) durante la
totalidad de los 10,7 minutos que la hora permaneció en contacto
con la pieza de trabajo. Mientras se efectuaban las pasadas de
rectificado se registraron los regímenes de desgaste de la rueda
(WWR), los regímenes de arranque de material (MRR) y otras
variables del rectificado. Estos datos, junto con la amplitud de la
vibración para cada rueda después de 9-10 minutos
de rectificado en contacto continuo, se han reflejado en la Tabla
1-3 que sigue.
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Puede verse que las ruedas experimentales
presentaban el más bajo régimen de desgaste de la rueda y los más
bajos valores de la amplitud de la vibración. Las ruedas
comerciales comparativas fabricadas con ligadura de resina fenólica
(38A80-G8 B24, -K8 B24 y -O8 B24) tenían bajos
regímenes de desgaste de la rueda, pero tenían valores de la
amplitud de la vibración inaceptablemente altos. Se predijo que
esas ruedas crearían trepidación por vibración en una operación de
rectificado de rodillos de laminador real. Las ruedas comparativas
fabricadas con ligadura de resina de laca (Mezcla de Laca 53A80J7 y
Mezcla de Laca 53A80L7) tenían altos regímenes de desgaste de la
rueda pero valores de la amplitud de la vibración aceptablemente
bajos. Las ruedas experimentales fueron superiores a todas las
ruedas comparativas en todo un margen de niveles de potencia
(amplitud de la vibración casi constante a 10-23 hp,
y valor del WWR consistentemente más bajo) y las ruedas
experimentales presentaban relaciones G (relaciones de régimen de
desgaste de la rueda/régimen de arranque de material) superiores, lo
que evidenciaba excelente rendimiento y vida de la rueda.
\newpage
Se cree que el coeficiente de elasticidad
relativamente bajo y la porosidad relativamente alta de las ruedas
experimentales crean una rueda resistente a la trepidación, sin
sacrificar vida de la rueda ni rendimiento del rectificado.
Bastante inesperadamente, se observó que las ruedas experimentales
rectificaban con mejor rendimiento que el de las ruedas que
contenían porcentajes de grano más altos en volumen, y que tenían
un valor del grado de la rueda más duro. Aunque se fabricaron las
ruedas experimentales para obtener un grado de dureza relativamente
blando (es decir, un grado A-E en la escala de
durezas de la rueda de rectificar de la firma Norton Company), las
mismas rectificaban con mayor agresividad, con menor desgaste de la
rueda, proporcionando una relación G más alta que las de las ruedas
comparativas que tenían un valor del grado de dureza
significativamente más duro (es decir, de grados
G-O en la escala de durezas de la rueda de
rectificar de la firma Norton Company). Estos resultados fueron
significativos e
inesperados.
inesperados.
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Ejemplo
2
Se prepararon ruedas experimentales que
contenían grano aglomerado, en una operación de fabricación
comercial, y se sometieron a prueba en una operación de rectificado
de rodillos de laminador comercial donde en el pasado se habían
usado las ruedas ligadas con laca.
\vskip1.000000\baselineskip
Se usaron materiales aglomerantes vitrificados
(Aglomerante A de la anterior Tabla 1-1) para
fabricar la muestra AV4 de grano de abrasivo aglomerado. La muestra
AV4 era similar a la muestra AV2, excepto en que se fabricó un
tamaño de lote comercial para la muestra AV4. Los aglomerados
fueron preparados de acuerdo con el método de calcinación rotativa
descrito en el documento US Ser. No. 10/120.969, Ejemplo 1. El
grano de abrasivo era un grano de abrasivo 38A de alúmina fundida,
de un tamaño de partícula abrasiva 80, obtenido de la firma
Saint-Gobain Ceramics and Plastics, Inc., de
Worcester, MA, EE.UU., y se usó un 3% en peso de Aglomerante A. Se
estableció la temperatura del calcinador en 1250°C, el ángulo del
tubo fue de 2,5 grados, y la velocidad de rotación fue de 5 rpm.
Los aglomerados fueron tratados con solución de sileno (hidruro de
silicio) al 2% (obtenida de la firma Crompton Corporation, de South
Charleston, West Virgina, EE.UU.).
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Se usó la muestra de aglomerado AV4 para
fabricar ruedas de rectificar (tamaño de la rueda acabada: 91,4 cm
de diámetro x 10,2 cm de anchura x 50,8 cm de agujero central (tipo
1).
Las ruedas abrasivas experimentales se
fabricaron con equipo de fabricación comercial, mezclando para ello
los aglomerados con resina fenólica liquida (resina
V-1181 de la firma Honeywell International Inc.,
Friction Division, de Troy, NY, EE.UU.) (el 22% en peso de mezcla
de resinas) y resina fenólica en polvo (resina Durez Varcum®
29-717 obtenida de la firma Durez Corporation, de
Dallas, TEMPERATURA, EE.UU.) (el 78% en peso de mezcla de resinas).
Las cantidades en tanto por ciento en peso de aglomerado abrasivo y
ligadura de resina usadas en esta rueda se han reflejado en la
Tabla 2-2 que sigue. Los materiales fueron
mezclados durante el periodo de tiempo suficiente como para obtener
una mezcla uniforme. La mezcla uniforme de aglomerado y ligadura
fue puesta en moldes, y se aplicó presión para formar ruedas en la
etapa en crudo (no curadas). Estas ruedas en crudo fueron retiradas
de los moldes, envueltas en papel recubierto y curadas por
calentamiento, hasta una temperatura máxima de 160°C, clasificadas,
acabadas e inspeccionadas de acuerdo con las técnicas de
fabricación de ruedas de rectificar comerciales conocidas en el
arte. Se midió el coeficiente de elasticidad y la densidad en
estado de calentada de la rueda acabada, y los resultados se han
reflejado en la Tabla 2-2 que sigue. Se midió la
velocidad de estallido de la rueda y se determinó que la velocidad
máxima de funcionamiento era de 2850 m/min de velocidad
periférica.
En la Tabla 2-2 se describe la
composición de las ruedas (incluido el % en volumen de abrasivo, de
ligadura y de porosidad en las ruedas curadas). Estas ruedas tenían
una estructura de porosidad visiblemente abierta, uniforme,
desconocida en las ruedas de rectificar con ligadura orgánica
anteriormente fabricadas en una operación
comercial.
comercial.
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\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Estas ruedas abrasivas experimentales fueron
probadas en dos operaciones de rectificado comerciales para el
acabado de rodillos de laminador en frío. Después de ser
rectificados, estos rodillos de acero forjado serán usados para
laminar y acabar la superficie de chapas de metal (por ejemplo, de
acero). En las operaciones comerciales se usan tradicionalmente
ruedas comerciales ligadas con laca (es corriente el grano de
abrasivo de alúmina de partícula abrasiva 80) y estas ruedas se
hacen funcionar normalmente a 1950 m/min de velocidad periférica,
con una velocidad máxima de aproximadamente 2400 m/min de velocidad
periférica. Las condiciones de rectificado se relacionan a
continuación y los resultados de la prueba se han reflejado en las
Tablas 2-3 y 2-4.
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Máquina rectificadora: Farrel Roll Grinder, de
40 hp
Refrigerante: Stuart Sintético con agua
Velocidad de la rueda: 780 rpm
Pieza de trabajo: Rodillos de trabajo de
laminador de acero forjado en tándem, dureza 842 Equotip, 208x64
cm
Velocidad de la pieza de trabajo (Rodillo): 32
rpm
Avance transversal: 254 cm/min
Alimentación continua: 0,0229 mm/min
Alimentación frontal: 0,0203 mm/min
Acabado superficial requerido:
18-30 Ra de rugosidad, 160 picos como máximo.
\vskip1.000000\baselineskip
Máquina rectificadora: Pomini Roll Grinder, de
150 hp
Refrigerante: Stuart Sintético con agua
Velocidad de la rueda: 880 rpm
Pieza de trabajo: Rodillos de trabajo de
laminador de acero forjado en tándem, dureza 842 Equotip, de 208 x
64 cm
Velocidad de la pieza de trabajo (Rodillo): 32
rpm
Avance transversal: 254 cm/min
Alimentación continua: 0,0279 mm/min
Alimentación frontal: 0,508 mm/min
Acabado superficial requerido:
18-30 Ra de rugosidad, aproximadamente
160-180 picos
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\vskip1.000000\baselineskip
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\vskip1.000000\baselineskip
Bajo las condiciones de rectificado A, las
ruedas de rectificar experimentales presentaban excelentes
actuaciones de rectificado, consiguiéndose relaciones G
significativamente más altas que las observadas en las operaciones
comerciales en el pasado bajo estas condiciones de rectificado con
ruedas ligadas con laca. Sobre la base de la pasada experiencia en
el rectificado de rodillos de laminador bajo las condiciones de
rectificado A, las ruedas experimentales 2-1,
2-2 y 2-3 habían sido consideradas
demasiado blandas (con valores del grado de dureza de la firma
Norton Company de B-D) como para que tuviesen un
rendimiento de rectificado comercialmente aceptable, y por
consiguiente estos resultados, que presentan excelentes relaciones
G, eran muy inusuales. Además, el acabado superficial del rodillo
estaba libre de marcas por trepidación y estaba dentro de las
especificaciones en cuanto a la rugosidad superficial
(18-30 Ra) y al número de picos en la superficie
(aproximadamente 160). Las ruedas experimentales presentaban una
calidad del acabado superficial que anteriormente se observaba
únicamente en ruedas ligadas con
laca.
laca.
Una segunda prueba de rectificado de la rueda
experimental 2-3, bajo las condiciones de
rectificado B, confirmó las sorprendentes ventajas que tenia el uso
de las ruedas del invento en una operación de rectificado en frío
de rodillos con acabado comercial durante un dilatado periodo de
prueba. Estos resultados se han reflejado en la Tabla
2-4 que sigue.
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\vskip1.000000\baselineskip
La relación G acumulativa para la rueda
experimental 2-4 después de rectificar 19 rodillos
y de un desgaste de aproximadamente 7,72 cm del diámetro de la
rueda fue de 2,093. Esta relación G representa una mejora de
2-3 veces en cuanto a las relaciones G observadas
para ruedas de rectificar comerciales (por ejemplo, las ruedas
ligadas con laca C-6 y C-7
descritas en el Ejemplo 1) usadas para rectificar rodillos bajo las
Condiciones de Rectificado A o B. La velocidad de rotación de la
rueda y el régimen de arranque de material excedían de los
correspondientes a las ruedas comerciales comparativas usadas en
esta operación de rectificado de rodillos, demostrándose así,
además, el inesperado rendimiento del rectificado posible con el
método de rectificado del invento. El acabado superficial del
rodillo conseguido mediante la rueda experimental era aceptable
bajo las normas de producción comercial. Los resultados
acumulativos observados después de rectificar 19 rodillos confirman
la uniformidad de funcionamiento de la rueda experimental y la
beneficiosa resistencia de la rueda al desarrollo de lóbulos,
vibración y trepidación en la rueda, a medida que se va consumiendo
la rueda en la operación de rectificado.
Claims (56)
1. Un método para rectificar rodillos de
laminador, que comprende los pasos de:
a) proporcionar una rueda de rectificar que
comprenda grano de abrasivo, ligadura de resina fenólica, del 36 al
54% en volumen de porosidad, una densidad máxima curada de 2,0
g/cc, y una velocidad de estallido de al menos 1800 m/min de
velocidad periférica;
b) montar la rueda en una máquina de rectificar
rodillos;
c) llevar la rueda a contacto con un rodillo de
laminador en rotación que sea de superficie cilíndrica;
d) hacer avanzar transversalmente la rueda a
través de la superficie del rodillo de laminador, manteniendo un
contacto continuo de la rueda con la superficie del rodillo de
laminador; y
e) rectificar la superficie del rodillo de
laminador hasta un valor del acabado superficial de 10 a 50 Ra, al
tiempo que se deja la superficie sustancialmente libre de líneas de
alimentación, marcas producidas por la trepidación, e
irregularidades superficiales.
2. El método según la reivindicación 1, en el
que se hace girar la rueda a una velocidad de 1200 a 2850 m/min de
velocidad periférica.
3. El método según la reivindicación 1, en el
que se hace girar la rueda a una velocidad de 2100 a 2850 m/min de
velocidad periférica.
4. El método según la reivindicación 1, en el
que el rectificado se lleva a cabo hasta un valor del acabado
superficial de 18 a 30 Ra.
5. El método según la reivindicación 1, en el
que la rueda tiene un valor máximo del coeficiente de elasticidad
de 10 GPa.
6. El método según la reivindicación 1, en el
que la rueda tiene un valor máximo del coeficiente de elasticidad
de 8 GPa.
7. El método según la reivindicación 1, en el
que la rueda comprende del 22 al 40% en volumen de grano de
abrasivo, del 36 al 50% en volumen de porosidad, y del 8 al 26% en
volumen de ligadura de resina fenólica.
8. El método según la reivindicación 1, en el
que la rueda comprende del 24 al 38% en volumen de grano de
abrasivo, del 40 al 50% de porosidad, y del 12 al 22% en volumen de
ligadura de resina fenólica.
9. El método según la reivindicación 1, en el
que la porosidad de la rueda comprende al menos el 30% en volumen
de porosidad interconectada.
10. El método según la reivindicación 1, en el
que la rueda está sustancialmente libre de material inductor de
poros.
11. El método según la reivindicación 1, en el
que la rueda tiene un grado de dureza de B a G en la escala de
grados de dureza de la firma Norton Company.
12. El método según la reivindicación 1, en el
que el paso de rectificado se lleva a cabe con una relación G de 2
a 3 veces la relación G de una rueda comparable que tenga una
ligadura de resina de laca.
13. El método según la reivindicación 1, en el
que se repiten los pasos c) a e) para rodillos de laminador
consecutivos, y en el que la rueda permanece sustancialmente libre
de vibraciones a medida que la rueda se va consumiendo en esos
repetidos pasos de rectificado.
14. El método según la reivindicación 1, en el
que el rectificado se lleva a cabo hasta un acabado superficial de
un valor de recuento de picos de 64-72 picos por
centímetro.
15. Un método para rectificar rodillos de
laminador, que comprende los pasos de:
a) proporcionar una rueda de rectificar que
comprenda al menos un 20% en volumen de aglomerados de grano de
abrasivo, ligadura de resina orgánica y del 38 al 54% en volumen de
porosidad:
b) montar la rueda en una máquina de rectificado
de rodillos de laminador;
c) llevar la rueda a contacto con un rodillo de
laminador en rotación que sea de superficie cilíndrica;
d) hacer avanzar la rueda transversalmente a
través de la superficie del rodillo de laminador, manteniendo
contacto continuo de la rueda con la superficie del rodillo de
laminador; y
e) rectificar la superficie del rodillo de
laminador hasta un valor del acabado superficial de 10 a 50 Ra, al
tiempo que se deja la superficie sustancialmente libre de líneas de
alimentación, marcas por trepidación, e irregularidades
superficiales.
16. El método según la reivindicación 15, en el
que se hace girar la rueda a una velocidad de 1200 a 2850 m/min de
velocidad periférica.
17. El método según la reivindicación 15, en el
que se hace girar la rueda a una velocidad de 2100 a 2850 m/min de
velocidad periférica.
18. El método según la reivindicación 15, en el
que el rectificado se lleva a cabo hasta un valor del acabado
superficial de 18 a 30 Ra.
19. El método según la reivindicación 15, en el
que la rueda tiene un valor máximo del coeficiente de elasticidad
de 10 GPa.
20. El método según la reivindicación 15, en el
que la rueda tiene un valor máximo del coeficiente de elasticidad
de 8 GPa.
21. El método según la reivindicación 15, en el
que los aglomerados de grano de abrasivo son aglomerados
sinterizados porosos de grano de abrasivo y material de ligadura
inorgánico.
22. El método según la reivindicación 15, en el
que la rueda comprende del 28 al 38% en volumen de aglomerados de
grano de abrasivo, del 38 al 50% en volumen de porosidad, y del 8
al 26% en volumen de ligadura de resina orgánica.
23. El método según la reivindicación 15, en el
que la rueda comprende del 24 al 36% en volumen de grano de
abrasivo, del 40 al 50% en volumen de porosidad, y del 10 al 24% en
volumen de ligadura de resina orgánica.
24. El método según la reivindicación 15, en el
que la porosidad de la rueda comprende al menos un 30% en volumen
de porosidad interconectada.
25. El método según la reivindicación 15, en el
que la rueda está sustancialmente libre de material inductor de
poros.
26. El método según la reivindicación 15, en el
que el paso de rectificar se lleva a cabo con una relación G de 2 a
3 veces la relación G de una rueda comparable que tenga una
ligadura de resina de laca.
27. El método según la reivindicación 15, en el
que se repiten los pasos c) a e) para rodillos de laminador
consecutivos, y en el que la rueda permanece sustancialmente libre
de trepidación a medida que se va consumiendo la rueda en esos
repetidos pasos de rectificado.
28. El método según la reivindicación 15, en el
que el rectificado se lleva a cabo hasta un valor de recuento de
picos del acabado superficial de 64-72 picos por
centímetro.
29. El método según la reivindicación 15, en el
que la rueda tiene una densidad máxima de 2,0 g/cc.
30. Un método para rectificar rodillos de
laminador, que comprende los pasos de:
a) proporcionar una rueda de rectificar que
comprenda del 22 al 40% en volumen de grano de abrasivo y del 36 al
54% en volumen de porosidad, ligada con una ligadura de resina
orgánica, y que tenga un valor máximo del coeficiente de
elasticidad de 12 GPa y una velocidad de estallido mínima de 1800
m/min de velocidad periférica;
b) montar la rueda en una máquina de rectificado
de rodillos de laminador y hacer rotar la rueda;
c) llevar la rueda a contacto con un rodillo de
laminador en rotación que sea de superficie cilíndrica;
d) hacer avanzar a la rueca transversalmente a
través de la superficie del rodillo de laminador, manteniendo
contacto continuo de la rueda con la superficie del rodillo de
laminador; y
e) rectificar la superficie del rodillo de
laminador hasta un valor del acabado superficial de 10 a 50 Ra, al
tiempo que se deja la superficie sustancialmente libre de líneas de
alimentación, marcas de trepidación e irregularidades
superficiales.
\newpage
31. El método según la reivindicación 30, en el
que se hace rotar la rueda a una velocidad de 1200 a 2850 m/min de
velocidad periférica.
32. El método según la reivindicación 30, en el
que se hace rotar la rueda a una velocidad de 2100 a 2850 m/min de
velocidad periférica.
33. El método según la reivindicación 30, en el
que se lleva a cabo el rectificado hasta un valor del acabado
superficial de 18 a 30 Ra.
34. El método según la reivindicación 30, en el
que la rueda tiene una densidad máxima de 2,0 g/cc.
35. El método según la reivindicación 30, en el
que la rueda tiene un valor máximo del coeficiente de elasticidad
de 10 GPa.
36. El método según la reivindicación 30, en el
que la rueda comprende del 22 al 38% en volumen de grano de
abrasivo, del 36 al 50% en volumen de porosidad, y del 8 al 26% en
volumen de ligadura de resina orgánica.
37. El método según la reivindicación 30, en el
que la rueda comprende del 24 al 36% en volumen de grano de
abrasivo, del 40 al 50% en volumen de porosidad, y del 12 al 22% en
volumen de ligadura de resina orgánica.
38. El método según la reivindicación 30, en el
que la porosidad de la rueda comprende al menos el 30% en volumen
de porosidad interconectada.
39. El método según la reivindicación 30, en el
que la rueda está sustancialmente libre de material inductor de
poros.
40. El método según la reivindicación 30, en el
que la rueda tiene un grado de dureza de B a G en la escala de
grados de dureza de la firma Norton Company.
41. El método según la reivindicación 30, en el
que el paso de rectificar se lleva a cabo con una relación G de 2 a
3 veces la relación G de una rueda comparable que tenga una
ligadura de resina de laca.
42. El método según la reivindicación 30, en el
que se repiten los pasos c) a e) para rodillos de laminador
consecutivos, y en el que la rueda permanece sustancialmente libre
de trepidación a medida que se va consumiendo la rueda en esos
repetidos pasos de rectificado.
43. El método según la reivindicación 30, en el
que se lleva a cabo el rectificado hasta un valor del acabado
superficial de un recuento de picos de 64-72 picos
por centímetro.
44. Un método para rectificar rodillos de
laminador, que comprende los pasos de:
a) proporcionar una rueda de rectificar que
comprenda del 22 al 40% en volumen de grano de abrasivo, y del 36
al 54% en volumen de porosidad, ligada con una ligadura de resina
orgánica, y que tenga un valor máximo del coeficiente de
elasticidad de 12 GPa y una velocidad de estallido mínima de 1800
m/min de velocidad periférica.
b) montar la rueda en una máquina para
rectificado de rodillos de laminador y hacer rotar la rueda;
c) llevar la rueda a contacto con un rodillo de
laminador en rotación que sea de superficie cilíndrica;
d) hacer avanzar transversalmente a la rueda a
través de la superficie del rodillo de laminador, manteniendo
contacto continuo de la rueda con la superficie del rodillo de
laminador;
e) rectificar la superficie del rodillo de
laminador; y
f) repetir los pasos c) a e);
en que la rueda permanece
sustancialmente libre de trepidación a medida que se va consumiendo
la rueda en los pasos de
rectificado.
45. El método según la reivindicación 44, en el
que se hace rotar la rueda a una velocidad de 1200 a 2850 m/min de
velocidad periférica.
46. El método según la reivindicación 44, en el
que se hace rotar la rueda a una velocidad de 2100 a 2850 m/min de
velocidad periférica.
47. El método según la reivindicación 44, en el
que el rectificado se lleva a cabo hasta un valor del acabado
superficial de un recuento de picos de 64-72 picos
por centímetro.
48. El método según la reivindicación 44, en el
que la rueda tiene una densidad máxima de 2,0 g/cc.
49. El método según la reivindicación 44, en el
que la rueda tiene un valor máximo del coeficiente de elasticidad
de 10 GPa.
50. El método según la reivindicación 44, en el
que la rueda comprende del 22 al 38% en volumen de grano de
abrasivo, del 36 al 50% en volumen de porosidad, y del 8 al 26% en
volumen de ligadura de resina orgánica.
51. El método según la reivindicación 44, en el
que la rueda comprende del 24 al 36% en volumen de grano de
abrasivo, del 40 al 50% en volumen de porosidad, y del 12 al 22% en
volumen de ligadura de resina orgánica.
52. El método según la reivindicación 44, en el
que la porosidad de la rueda comprende al menos el 30% en volumen
de porosidad interconectada.
53. El método según la reivindicación 44, en el
que la rueda está sustancialmente libre de material inductor de
poros.
54. El método según la reivindicación 44, en el
que la rueda tiene un grado de dureza de B a G en la escala de
grados de dureza de la firma Norton Company.
55. El método según la reivindicación 44, en el
que el paso de rectificar se lleva a cabo con una relación G de 2 a
3 veces la relación G de una rueda comparable que tenga una
ligadura de resina de laca.
56. El método según la reivindicación 44, en el
que la rueda comprende al menos un 20% en volumen de aglomerados de
grano de abrasivo, y los aglomerados de grano de abrasivo son
aglomerados sinterizados porosos de grano de abrasivo y material
aglomerante inorgánico.
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