ES2303397B1

ES2303397B1 - Metodo de rectificado de rodillos de laminador.

Info

Publication number: ES2303397B1
Application number: ES200450060A
Authority: ES
Inventors: Anne M. Bonner; Dean S. Matsumoto; Edward L. Lambert; Eric Bright
Original assignee: Saint Gobain Abrasives Inc
Current assignee: Saint Gobain Abrasives Inc
Priority date: 2002-04-11
Filing date: 2003-03-21
Publication date: 2009-05-01
Anticipated expiration: 2023-03-21
Also published as: CA2479713C; AU2003225955A1; FI20041294A; CH697296B1; EP2767364B1; JP5580977B2; CN100506477C; GB2405410B; NO20044912L; AT500376A2; JP2009034817A; EP2767364A3; AT500376B1; RO123589B1; DK200401739A; HUP0500181A2; CZ305225B6; LU91109B1; JP4199130B2; AR039109A1

Abstract

Método de rectificado de rodillos de laminador.

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 llevarse 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.

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.

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Ejemplo 1

Aglomerados de Grano de Abrasivo/Aglomerante Vitrificado

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.

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TABLA 1-1 Aglomerados de Grano de Abrasivo/Aglomerante Vitrificado

1

Ruedas Abrasivas

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).

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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.

TABLA 1-2 Composiciones de las ruedas

2

3

Pruebas de Rectificado

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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TABLA 1-3 Resultados de la prueba de rectificado

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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.

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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.

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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.

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Aglomerados de Grano de Abrasivo/Material Aglomerante Vitrificado

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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Ruedas Abrasivas

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.

TABLA 2-2 Composición de la Rueda

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Pruebas de Rectificado

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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Condiciones de Rectificado A

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.

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Condiciones de Rectificado B

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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TABLA 2-3 Resultados de la Prueba de Rectificado/Condiciones de Rectificado A

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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.

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.

TABLA 2-4 Resultados de la Prueba de Rectificado/Condiciones de Rectificado B

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8

9

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

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;

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;

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.

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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;

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.