ES2308246T3 - Composiciones para articulos abrasivos. - Google Patents

Abstract

Un artículo abrasivo estructurado (20), que comprende: (a) un soporte (21) que tienen una cara frontal; (b) una pluralidad de materiales compuestos abrasivos (22) en la cara frontal, comprendiendo cada uno de los materiales compuestos abrasivos: (i) una pluralidad de partículas cerámicas abrasivas (24) que tienen un tamaño medio de partícula de al menos 85 micrómetros; y (ii) un constituyente orgánico que comprende un agente aglomerante curable por radiación (23), constituyente orgánico que ocupa 15-40% en peso del material compuesto abrasivo (22) en el que el artículo abrasivo (20), durante el uso, produce una primera velocidad de corte y un primer acabado superficial en un primer momento y una segunda velocidad de corte y un segundo acabado superficial en un segundo momento, estando separados el primer y el segundo momento por al menos 20 minutos; en el que la segunda velocidad de corte no es mayor que 50% menos que la primera velocidad de corte, caracterizado porque los materiales compuestos (22) tienen una altura, medida desde la cara frontal del soporte (21), de al menos 500 micrómetros.

Description

Composiciones para artículos abrasivos.

Campo de la descripción

Esta descripción se dirige a un artículo abrasivo, particularmente un artículo abrasivo estructurado, a métodos para fabricarlo, y a métodos para usarlo. Más específicamente, el artículo abrasivo estructurado tiene una topografía grande e incluye grandes partículas cerámicas abrasivas.

Antecedentes

Los artículos abrasivos se han usado sin problemas durante cientos de años para desgastar y acabar superficies de piezas. Estas aplicaciones han variado desde los procedimientos de rectificación de metales a alta presión para la eliminación de materiales gruesos al pulido fino, tal como de lentes oftálmicas. En general, los artículos abrasivos están constituidos por una pluralidad de partículas abrasivas aglomeradas conjuntamente (por ejemplo, una muela abrasiva o de rectificado aglomerada) o a un soporte (por ejemplo, un abrasivo revestido). Típicamente, para un abrasivo revestido hay una única capa, o algunas veces dos capas, de partículas abrasivas. Una vez que estas partículas abrasivas se desgastan, el abrasivo revestido está esencialmente desgastado y típicamente se desecha.

Una solución a esta única capa de partículas abrasivas se describe en las patentes de EE.UU. Nos. 4.652.275 (Bloecher et al.); 4.799.939 (Bloecher et al.) y 5.039.311 (Bloecher). Los artículos abrasivos revestidos que se describen en estas referencias tienen una pluralidad de aglomerados abrasivos ligados a un soporte. El aglomerado abrasivo es una masa conformada que comprende partículas abrasivas, un agente aglomerante, opcionalmente un material auxiliar de rectificado, y opcionalmente otros aditivos. Estos aglomerados abrasivos esencialmente dan lugar a un revestimiento tridimensional de partículas abrasivas que forman el artículo abrasivo.

Otro revestimiento tridimensional de partículas abrasivas es una película abrasiva para el rectificado a muela. Una película para el rectificado a muela, como la descrita en las patentes de EE.UU. Nos. 4.644.703 (Kaczmarek et al.), 4.773.920 (Chasman et al.) y 5.015.266 (Yamamoto), se fabrica de una suspensión de material abrasivo que comprende partículas de abrasivo y un agente aglomerante, que se liga a un soporte. Aunque estas películas para el rectificado a muela han tenido un amplio éxito comercial en aplicaciones de pulido en las que se desea un acabado superficial fino en una pieza, estas películas para el rectificado a muela no siempre tienen la velocidad deseada de corte para otras muchas aplicaciones.

Un desarrollo más reciente en revestimientos tridimensionales de partículas abrasivas ha proporcionado artículos abrasivos que con frecuencia se denominan "abrasivos estructurados". En la patente de EE.UU. No. 5.152.917 (Pieper et al.) se describen, por ejemplo, varias construcciones de artículos abrasivos estructurados. Pieper enseña un material abrasivo estructurado que da lugar a una velocidad de corte relativamente alta y un acabado superficial relativamente fino de la superficie de la pieza. El material abrasivo estructurado comprende materiales compuestos abrasivos precisamente conformados, no al azar, que están ligados a un soporte.

Otras referencias dirigidas a artículos abrasivos estructurados y a métodos para fabricarlos incluyen las patentes de EE.UU. Nos. 5.855.632 (Stoetzel et al.), 5.681.217 (Hoopman et al.), 5.435.816 (Spurgeon et al.), 5.378.251 (Culler et al.), 5.304.223 (Pieper et al.), y 5.014.468 (Ravipati et al.).

Pieper, y las otras patentes de materiales abrasivos estructurados, son un avance significativo en la técnica de los materiales abrasivos, sin embargo siempre hay espacio para la mejora de la eliminación de materiales grandes y de la duración de la vida.

Sumario

La presente solicitud se dirige a un artículo abrasivo estructurado, y a un método para fabricar un artículo abrasivo. El artículo abrasivo es un artículo abrasivo estructurado compuesto de una pluralidad de materiales compuestos abrasivos tridimensionales, comprendiendo cada material compuesto partículas abrasivas en un agente aglomerante. Los materiales compuestos son materiales compuestos "grandes", que tienen una altura de al menos 500 micrómetros (0, 02 pulgadas). Las partículas abrasivas tienen un tamaño medio de partícula de al menos 85 micrómetros. En realizaciones, las partículas abrasivas de los materiales compuestos son partículas cerámicas "gruesas" que tienen un tamaño medio de partícula de al menos 100 micrómetros. En algunas realizaciones, las partículas cerámicas usadas tienen un tamaño medio de partícula de al menos 400 micrómetros.

Los materiales compuestos de topografía grande, junto con las partículas cerámicas abrasivas grandes, proporcionan un artículo abrasivo que tiene un corte más constante, una vida de corte más larga, y un acabado superficial más constante que los artículos abrasivos revestidos/fabricados de forma convencional del mismo tamaño y tipo de partículas abrasivas. Adicionalmente, los materiales compuestos de topografía grande, junto con las partículas cerámicas abrasivas grandes, proporcionan un artículo abrasivo que tiene un corte más constante, una vida de corte más larga, y un acabado superficial más constante que los artículos abrasivos estructurados que tienen una topografía más pequeña, incluso con las mismas partículas abrasivas.

La presente invención se dirige a un artículo abrasivo estructurado que comprende un soporte que tiene una cara frontal y una pluralidad de materiales compuestos abrasivos en la cara frontal. Cada uno de los materiales compuestos abrasivos tiene una pluralidad de partículas cerámicas abrasivas que tienen un tamaño medio de partícula de al menos 85 micrómetros, y un constituyente orgánico que comprende un agente aglomerante curable por radiación, ocupando el constituyente orgánico 15-40% en peso del material compuesto abrasivo. Los materiales compuestos tienen una altura, medida desde la cara frontal del soporte, de al menos 500 micrómetros. Durante el uso, el artículo abrasivo produce una primera velocidad de corte y un primer acabado superficial en un primer momento y una segunda velocidad de corte y un segundo acabado superficial en un segundo momento, estando separados el primer y el segundo momento por al menos 20 minutos, siendo la segunda velocidad de corte no mayor que 50% menos que la primera velocidad de corte. En algunas realizaciones, la segunda velocidad de corte no es mayor que 30% menos que la primera velocidad de corte, e incluso no mayor que 15% menos.

Las partículas cerámicas abrasivas pueden tener un tamaño medio de partícula de al menos 100 micrómetros, de al menos aproximadamente 200 micrómetros, o de aproximadamente 100-400 micrómetros. Las partículas cerámicas abrasivas pueden estar sembradas o no. Adicional o alternativamente, las partículas cerámicas abrasivas pueden incluir al menos un agente modificador tipo óxidos de tierras raras, tales como un óxido de itrio, neodimio, lantano, cobalto y magnesio.

La altura de los materiales compuestos abrasivos, medida desde la cara frontal del soporte, puede ser al menos 600 micrómetros, o al menos 750 micrómetros. Esta altura puede definirse al menos parcialmente mediante una función parabólica. La función parabólica puede incluir una función raíz cuadrada.

El artículo abrasivo se construye rectificando la superficie en un primer momento para obtener una primera velocidad de corte y un primer acabado superficial, y rectificando la superficie en un segundo momento 20 minutos después del primer momento para obtener una segunda velocidad de corte que no es mayor que 50% menos que la primera velocidad de corte. Preferiblemente, el segundo momento para obtener una segunda velocidad de corte no es mayor que 30% menos que la primera velocidad de corte, o, moliendo la superficie en un segundo momento para obtener una segunda velocidad de corte que no es mayor que 15% menos que la primera velocidad de corte. El segundo momento puede ser 30 minutos después del primer momento.

La invención también se dirige a un método para fabricar un artículo abrasivo estructurado. Las etapas incluyen proporcionar un soporte que tiene una cara frontal y aplicar una pluralidad de materiales compuestos abrasivos sobre la cara frontal. cada uno de los materiales compuestos abrasivos comprende una pluralidad de partículas cerámicas abrasivas que tienen un tamaño medio de partícula de al menos 85 micrómetros, y un constituyente orgánico que comprende un agente aglomerante curable por radiación, ocupando el constituyente orgánico 15-40% en peso del material compuesto abrasivo. Teniendo los materiales compuestos una altura, medida desde la cara frontal del soporte, de al menos 500 micrómetros. El método también puede incluir proporcionar una suspensión que comprende un precursor del agente aglomerante y la pluralidad de partículas cerámicas abrasivas dispersadas en el mismo, proporcionando una herramienta de producción que tiene una pluralidad de cavidades en la misma, revestir la suspensión en las cavidades, poner en contacto la suspensión con la cara frontal del soporte, curar el precursor del agente aglomerante, y separar la suspensión de la herramienta de producción.

El precursor del agente aglomerante puede curarse antes de que la suspensión se separe de la herramienta de producción, o, la suspensión puede separarse antes de que se cure. Asimismo, la suspensión puede revestirse en las cavidades antes de que la suspensión se ponga en contacto con la cara frontal del soporte, o, después.

Breve Descripción de los Dibujos

La Fig. 1 es una vista trasversal, alargada, de un artículo abrasivo según la presente invención que tiene una primera topografía estructurada de material abrasivo.

La Fig. 2 es una vista lateral y superior esquemática en perspectiva de una segunda topografía estructurada de material abrasivo.

La Fig. 3 es un diagrama esquemático de un procedimiento para fabricar el artículo abrasivo de las Figs.1 y 2.

La Fig. 4 es un diagrama esquemático de otro procedimiento para fabricar el artículo abrasivo de las Figs.1 y 2.

La Fig. 5 es una fotomicrografía del artículo abrasivo del ejemplo 16.

La Fig. 6 es una fotomicrografía del artículo abrasivo del ejemplo 17.

Descripción detallada

En muchas operaciones de rectificado, se desean una constancia de la velocidad de corte y un acabado predecible a lo largo de la vida del abrasivo. Existen algunas aplicaciones, por ejemplo, desmazarotado basto a mano de piezas moldeadas y forjadas, en las que se desea una velocidad de corte continuamente descendente, ya que un corte inicial muy agresivo consigue la mayor parte del trabajo, después de lo cual el artículo alcanza un punto final de embotamiento de filos, coronamiento, o desgaste. Sin embargo, las operaciones de rectificado de ejes y rodillos y sin centros/cilíndrico similares ejemplifican casos en los que una velocidad de corte y un acabado "planos" son de importancia primaria.

Los productos aglomerados tales como el abrasivo revestido "Multicut" de 3M y el abrasivo revestido en partículas "366FA Trizact" exhiben unas curvas de corte y acabado más uniformes que los artículos abrasivos convencionales comparables (es decir, revestidos/fabricados de una única capa) en aplicaciones de rectificado sin centros. Sin embargo, los productos Multicut de 3M y los convencionales ligados al soporte con resinas de consolidación/encolado están perdiendo prestaciones frente a los productos aglomerados de "Grano Compacto" ("CG") de VSM en las gamas de grado de grano intermedio y grueso (por ejemplo, grado 50 (tamaño medio de partícula aprox. 500 micrómetros) a grado 180 (tamaño medio de partícula aprox. 85 micrómetros). Los productos aglomerados de "Grano Compacto" ("CG") de VSM, tales como "KK718X Vitex", representan un valor de referencia de mercado en gran parte del segmento de mercado del rectificado sin centros.

Los artículos abrasivos estructurados, tales como los descritos en la sección de antecedentes de esta solicitud, proporcionan acabados superficiales muy consistentes con una vida de uso del producto excepcionalmente larga. Los productos de materiales abrasivos estructurados comercialmente disponibles actualmente, tales como los disponibles en 3M Company de St. Paul, MN con el nombre comercial "Trizact" utilizan partículas abrasivas de óxido de aluminio fundido y carburo de silicio que tienen tamaños medios de partícula que varían de 3 micrómetros (grado WA5000) a aproximadamente 125 micrómetros (grado P 120). Estos productos se dirigen a aplicaciones de pulido y acabado de grado fino. Los abrasivos estructurados de mayor grado no han estado disponibles antes de la presente invención debido a restricciones basadas en la herramienta de producción usada para fabricar los artículos abrasivos
estructurados.

Los artículos abrasivos de la presente descripción extienden el concepto de consistencia en el acabado y vida prolongada para incluir altas y sostenidas velocidades de corte adecuadas para aplicaciones de dimensionado, mezcla y otras aplicaciones de rectificado para la eliminación de materiales utilizando típicamente artículos abrasivos o artículos abrasivos aglomerados convencionales ligados al soporte con resinas de consolidación/encolado de las gamas de grado grueso e intermedio (por ejemplo, grado 50 (tamaño medio de partícula aprox. 500 micrómetros) a grado 180 (tamaño medio de partícula aprox. 85 micrómetros).

Los artículos abrasivos de la presente descripción retienen su velocidad de corte durante un prolongado período de tiempo. En las típicas condiciones de rectificado, artículo abrasivo de topografía grande con grandes partículas cerámicas abrasivas tendrá una disminución de la velocidad de corte de, usualmente, no mayor que aproximadamente 50%, durante la vida esperada (usualmente al menos 20 minutos) del artículo abrasivo. Para algunos artículos, la disminución de la velocidad de corte no es mayor que aproximadamente 30%, y para otros artículos, la disminución de la velocidad de corte no es mayor que aproximadamente 15%. La cantidad de disminución de la velocidad de corte está basada en varias condiciones tales como, por ejemplo, el tamaño de partícula del material abrasivo y el ensayo de rectificado que se use.

En la siguiente descripción de realizaciones preferidas, se hace referencia a los dibujos que la acompañan, los cuales forman una de sus partes, y en los que se muestra, a modo de ilustración, realizaciones específicas en las que puede practicarse la invención.

Con referencia a la Fig. 1, se muestra un artículo abrasivo (20) según la presente descripción. El artículo abrasivo (20) comprende una pluralidad de materiales compuestos abrasivos (22) ligados al soporte (21). Los materiales compuestos abrasivos (22) comprenden una pluralidad de partículas abrasivas (24) que están dispersas en un agente aglomerante (23). Los materiales compuestos abrasivos (22) están definidos por bordes laterales (25), que en esta realización, son lineales.

Partículas cerámicas abrasivas

Los materiales compuestos abrasivos (22) comprenden partículas cerámicas abrasivas (24) grandes o gruesas. Se ha encontrado que los artículos abrasivos que tienen grandes partículas cerámicas abrasivas (24) en un material compuesto abrasivo (22) de topografía grande tienen una mayor velocidad de corte y una vida más larga teniendo una velocidad de corte constante a lo largo de la vida, en comparación con un artículo abrasivo que tiene aglomerados abrasivos de gran tamaño de partícula ligados al soporte con revestimientos convencionales de resinas de encolado y de consolidación. Mediante el uso del término "grande" cuando se refiere al tamaño de partícula del material abrasivo, lo que se pretende son partículas abrasivas que tengan un tamaño medio de partícula de al menos 40 micrómetros (aprox. grado P360 o ANSI 320). Mediante el uso del término "grueso" cuando se refiere al tamaño de partícula del material abrasivo, lo que se pretende son partículas abrasivas que tengan un tamaño medio de partícula de al menos 100 micrómetros (aprox. grado P180 o ANSI 150). En algunas realizaciones, las partículas cerámicas abrasivas tienen un tamaño medio de partícula de al menos 400 micrómetros (aprox. grado 60).

El tamaño medio de partícula de las partículas cerámicas abrasivas adecuadas para los artículos abrasivos de la presente descripción es al menos 40 micrómetros, usualmente al menos 50 micrómetros, y preferiblemente al menos 85 micrómetros. Para algunos artículos abrasivos de la presente invención, el tamaño de las partículas cerámicas abrasivas es al menos 100 micrómetros. Otras realizaciones tienen partículas cerámicas abrasivas de al menos 200 micrómetros, algunas de al menos 300 micrómetros, y con frecuencia de al menos 400 micrómetros. Los tamaños específicos de partículas abrasivas (esto es, tamaños medios de partícula) de algunos artículos abrasivos preferidos incluyen aproximadamente 45, 65, 80, 100, 160, 300 micrómetros, y 400 micrómetros.

En la técnica de los materiales abrasivos es bien conocido que las partículas abrasivas se dimensionan según el "grado" o la "malla", que es una distribución o intervalo de tamaños de partícula, más que todas las partículas que tienen el mismo tamaño. Véase, por ejemplo, ANSI B74.18-1996 "For Grading of Certain Abrasive Grain on Coated Abrasive Material" para estándares de grados de partículas abrasivas. Como se usa en la presente memoria, cuando se proporciona un tamaño de partícula, lo que se quiere decir es el tamaño medio de partícula de la distribución de partículas.

Las partículas abrasivas usadas en los materiales compuestos abrasivos son partículas cerámicas abrasivas policristalinas, típicamente fabricadas por un procedimiento sol gel. Las partículas abrasivas cerámicas de alfa-alúmina también pueden fabricarse de polvos de alfa-alúmina sinterizada (óxido de aluminio). Las partículas cerámicas abrasivas típicamente tienen una dureza de Mohs de al menos 9.

Las partículas abrasivas sinterizadas fabricadas por el método sol-gel se producen en general por un procedimiento que incluye preparar una dispersión de una alúmina monohidrato a la cual puede añadirse un agente modificador, gelificar la dispersión, secar la dispersión gelificada, triturar la dispersión gelificada secada para formar partículas, calcinar las partículas, y quemar las partículas para formar partículas abrasivas. Se han desarrollado y descrito varias adaptaciones y modificaciones de este procedimiento básico ya que el procedimiento fue descubierto y descrito primero en la técnica. La etapa de quemado se lleva a cabo para sinterizar los granos a temperaturas por debajo de la temperatura de fusión del óxido de aluminio. El procedimiento sol-gel para fabricar partículas abrasivas de alúmina se describe más completamente en las patentes de EE.UU. Nos. 4.314.827 y 4.518.397 (Leitheiser et al.). Variaciones de este procedimiento incluyen añadir semillas de alfa-alúmina o de óxido de hierro a la dispersión.

Ejemplos de partículas cerámicas abrasivas adecuadas comercialmente disponibles incluyen "Cerpass" de Norton Company de Worchester, MA, y "Alodur CCCPL" de Treibacher-Schleifmittel, Villach, Austria. Varios productos comercialmente disponibles de 3M incorporan partículas cerámicas abrasivas. Una partícula cerámica abrasiva particular adecuada para usar en los artículos abrasivos, la cual está disponible en productos abrasivos disponibles en 3M, se conoce con el nombre comercial "Cubitron 321". Esta partícula cerámica abrasiva es una partícula de alúmina no sembrada que tiene aditivos de itrio, neodimio, lantano, cobalto y magnesio.

Referencias que describen varias composiciones y métodos para fabricar partículas cerámicas incluyen: la patente de EE.UU. No. 4.623.364 (Cottringer et al.), que describe el uso de una siembra de alfa-alúmina; la patente de EE.UU. No. 4.964.883 (Morris et al.), que describe el uso de una siembra de óxido de hierro; la patente de EE.UU. No. 4.881.951 (Monroe et al.), que describe la adición de materiales tipo óxidos de tierras raras al sol gel; la patente de EE.UU. No. 5.611.829 (Monroe et al.), que describe la combinación de óxido de hierro y sílice; la patente de EE.UU. No. 5.312.789 (Wood), que describe la impregnación de las partículas con aditivos, tales como óxidos de tierras raras, antes de la sinterización; y la patente de EE.UU. No. 5.201.916 (Berg et al.), que describe el moldeo de partículas cerámicas.

Tamaño del material compuesto abrasivo

Los materiales compuestos abrasivos (22) de la descripción comprenden una topografía de gran escala, o, grandes estructuras prismáticas. Se ha encontrado que los artículos abrasivos que tienen grandes partículas cerámicas abrasivas (24) en un material compuesto abrasivo (22) de topografía grande tienen una velocidad de corte más constante y una vida más larga, en comparación con los productos aglomerados grandes fabricados convencionalmente tales como los artículos abrasivos Multicut, VSM CG, y 366FA Trizact.

La altura máxima de material compuesto abrasivo (22), medida desde la superficie del soporte sobre el que está ligado el material compuesto, es al menos aproximadamente 500 micrómetros de alto, usualmente al menos aproximadamente 750 micrómetros de alto, y, en una realización, al menos aproximadamente 1000 micrómetros de alto.

El material compuesto abrasivo (22) puede ser de cualquier forma, pero preferiblemente es de una forma geométrica tal como un cubo, pilar, columna, cono, cono truncado, semiesfera, pirámide, pirámide truncada y formas geométricas semejantes. Las formas preferidas son las pirámides de tres y cuatro lados. En general, se prefiere que el área de la superficie transversal del material compuesto abrasivo disminuya alejándose del soporte o a lo largo de su altura. Esta área superficial variable da lugar a una presión no uniforme cuando el material compuesto abrasivo se desgasta durante el uso. Adicionalmente, durante la fabricación del artículo abrasivo, esta área superficial variable da lugar a una liberación más fácil del material compuesto abrasivo de la herramienta de producción.

En general, al menos hay 25 materiales compuestos abrasivos individuales por cm cuadrado. En algunos casos, al menos hay 50 materiales compuestos abrasivos individuales/cm cuadrado. Un material compuesto preferido es una es una pirámide de base cuadrada que tiene caras laterales lineales que se juntan en un pico o ápice. Otro material compuesto preferido, ilustrado en la Fig. 2, es un pirámide modificada que tiene una base de cuatro lados, siendo la geometría de las caras de la pirámide una función parabólica. Esto es, la pirámide tiene en general caras curvadas, definidas, al menos parcialmente, por una parábola, que se juntan en un ápice. En algunos diseños, la función parabólica incluye una función raíz cuadrada. En particular, el material compuesto abrasivo 30 tiene cuatro lados (viéndose sólo tres lados 34a, 34b, 34c en la Fig. 2). Los lados (34a, 34b, 34c) están definidos por un borde en la base (viéndose sólo dos bordes en la base 36a, 36b) y por bordes laterales (38a, 38b, 38c, 38d) que se juntan en el pico (35). Cada uno de los bordes laterales (38a, 38b, 38c, 38d) está definido por una función parabólica basada en el borde de la base (36a, 36b) etc. Tales pirámides se describen en detalle en la solicitud del cesionario que tiene el número de publicación WO 2005/035195, registrada en igual fecha que la presente memoria. En ambas de estas agrupaciones preferidas del material compuesto, el tamaño de la base de cada material compuesto puede ser el mismo para cada material compuesto adyacente, o, el tamaño de la base de cada material compuesto puede diferir de cada material compuesto adyacente. Un ejemplo de tamaños de la base variables para materiales compuestos adyacentes se describe, por ejemplo, en la patente de EE.UU. No. 5.672.097 (Hoopman et al.).

Como se especificó anteriormente, los materiales compuestos abrasivos (22), que comprenden las partículas cerámicas abrasivas (24) dispersadas en un agente aglomerante (23), están ligados al soporte (21).

Soporte

El soporte 21 tiene una superficie frontal y una trasera y puede ser cualquier soporte convencional de abrasivos. Ejemplos de soportes adecuados incluyen películas de polímeros, telas tricotadas o tejidas, papeles, fibras vulcanizadas, materiales no tejidos, sus versiones principales y sus combinaciones. Cualquiera de estos soportes puede reforzarse pata proporcionar una tenacidad y una resistencia al estiramiento acrecentadas. El soporte puede tener medios de unión sobre su superficie trasera para permitir fijar el abrasivo revestido resultante a una almohadilla soporte o de apoyo. Ejemplos me medios de unión adecuados incluyen un adhesivo piezosensible, una superficie de un sistema de unión de enganche y nudo corredizo, un sistema de unión de engranaje, como se describe en la patente de EE.UU. No. 5.201.
101 (Rouser et al.), y una proyección trenzada, como se describe en la patente de EE.UU. No. 5.316.812 (Stout et al.).

Agente aglomerante

Las partículas cerámicas abrasivas están dispersadas en un agente aglomerante orgánico para formar el material compuesto abrasivo. El agente aglomerante se deriva de un precursor del agente aglomerante que comprende una resina orgánica polimerizable. Durante la fabricación de los artículos abrasivos, el precursor del agente aglomerante se expone a una fuente de energía que ayuda a la iniciación de la polimerización o al proceso de curado. Ejemplos de fuentes de energía incluyen energía térmica y por radiación, la última incluyendo rayos de electrones, luz ultravioleta y luz visible. Durante este procedimiento de polimerización, la resina se polimeriza y el precursor del agente aglomerante se convierte en un agente aglomerante solidificado. Tras la solidificación del precursor del agente aglomerante, se forma el material compuesto abrasivo. El agente aglomerante en el material compuesto abrasivo es también responsable en general de adherir el material compuesto abrasivo al soporte.

Hay dos clases preferidas de resinas para usar en los artículos abrasivos estructurados de la presente invención, las resinas curables por condensación y las polimerizables por adición. Los precursores preferidos del agente aglomerante incluyen resinas polimerizables por adición porque estas resinas se curan fácilmente por exposición a energía de radiaciones. Las resinas polimerizables por adición pueden polimerizar a través de un mecanismo catiónico o a través de un mecanismo de radicales libres. Dependiendo de la fuente de energía que se utiliza y de la química del precursor del agente aglomerante algunas veces se prefiere un agente de curado, un iniciador o un catalizador para ayudar a iniciar la polimerización.

Ejemplos de resinas orgánicas típicas y preferidas incluyen resinas fenólicas (tanto resol como novolac), resinas urea-formaldehído, resinas melamina formaldehído, uretanos con grupos acrilato, epóxidos con grupos acrilato, compuestos etilénicamente insaturados, derivados de aminoplastos que tienen grupos carbonilo insaturados colgantes, derivados de isocianuratos que tienen al menos un grupo acrilato colgante, derivados de isocianatos que tienen al menos un grupo acrilato colgante, éteres vinílicos, resinas epoxi, y sus mezclas y combinaciones. El término "acrilato" engloba acrilatos y metacrilatos.

Los uretanos con grupos acrilato son ésteres de diacrilatos de poliésteres o poliéteres terminados en grupos hidroxi y extendidos con grupos isocianato NCO. Ejemplos de uretanos con grupos acrilato comercialmente disponibles incluyen los conocidos con los nombres comerciales "UVITHANE 782", disponibles en Morton Thiokol Chemical, y "CMD 6600", "CMD 8400", y "CMD 8805", disponibles en Radcure Specialties.

Las resinas epoxi con grupos acrilato son ésteres de diacrilatos de resinas epoxi, tales como los ésteres de diacrilatos de una resina epoxi de bisfenol A. Ejemplos de resinas epoxi con grupos acrilato comercialmente disponibles incluyen las conocidas con los nombres comerciales "CMD 3500", "CMD 3600", y "CMD 3700", disponibles en Radcure Specialities.

Los compuestos etilénicamente insaturados incluyen compuestos tanto monómeros como polímeros que contienen átomos de carbono, hidrógeno, y oxígeno, y opcionalmente, nitrógeno y los halógenos. Los átomos de oxígeno o de nitrógeno o ambos están en general presentes en grupos éter, éster, uretano, amida y urea. Los compuestos etilénicamente insaturados tienen preferiblemente un peso molecular de menos que aproximadamente 4,000 y preferiblemente son ésteres fabricados por la reacción de compuestos que contienen grupos alifáticos monohidroxílicos o polihidroxílicos y ácidos carboxílicos insaturados, tales como ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido itacónico, ácido crotónico, ácido isocrotónico, ácido maleico, y ácidos semejantes.

Ejemplos representativos de resinas etilénicamente insaturadas con grupos acrilatos incluyen metacrilato de metilo, metacrilato de etilo estireno, divinilbenzeno, vinil tolueno, diacrilato de etilenglicol, metacrilato de etilenglicol, diacrilato de hexanodiol, diacrilato de trietilenglicol, triacrilato de trimetilolpropano, triacrilato de glicerol, triacrilato de pentaeritritol, metacrilato de pentaeritritol, tetraacrilato de pentaeritritol y tetraacrilato de pentaeritritol. Otras resinas etilénicamente insaturadas incluyen ésteres de monoalilo, polialilo y polimetalilo y amidas de ácidos carboxílicos, tales como ftalato de dialilo, adipato de dialilo, y N,N-dialiloadipamida. Aún otros compuestos que contienen nitrógeno incluyen tris(2-acriloiloxietil)isocianurato, 1,3,5-tri(2-metilacriloxietil)-triazina, acrilamida, metilacrilamida, N-metilacrilamida, N,N-dimetilacrilamida, N-vinilpirrolidona, y N-vinilpiperidona.

Las resinas de aminoplastos y sus derivados tienen al menos un grupo carbonilo alfa, beta insaturado colgante por molécula u oligómero. Estos grupos carbonilo insaturados pueden ser grupos del tipo acrilato, metacrilato o acrilamida. Ejemplos de tales materiales incluyen N-(hidroximetil)acrilamida, N,N'-oxidimetilenobisacrilamida, orto y para fenol acrilamidometilado, resinas novolac fenólicas acrilamidometiladas, y sus combinaciones. Estos materiales se describen más en las patentes de EE.UU. Nos. 4.903.440 y 5.236.472.

Los derivados de isocianuratos que tienen al menos un grupo acrilato colgante y los derivados de isocianatos que tienen al menos un grupo acrilato colgante se describen en la patente de EE.UU. No. 4.652.274 (Boettcher et al.). Un material derivado de isocianuratos preferido para los artículos abrasivos estructurados es un triacrilato de tris(hidroxietil)isocianurato.

Las resinas epoxi, también adecuadas para los artículos abrasivos estructurados de la presente invención, tienen un grupo oxirano y son polimerizadas mediante la apertura del anillo. Tales resinas epóxido incluyen resinas epoxi de monómeros y oligómeros. Ejemplos de algunas resinas epoxi preferidas incluyen 2,2-bis[4-(2,3-epoxipropoxi)-fenil propano] (diglicidil éter of bisfenol) y materiales comercialmente disponibles con los nombres comerciales "Epon 828", "Epon 1004", y "Epon 1001F" disponibles en Shell Chemical Co., "DER-331", "DER-332", y "DER-334" disponibles en Dow Chemical Co. Otras resinas epoxi adecuadas incluyen glicidil éteres de resinas fenol formaldehído novolac (por ejemplo, "DEN-431" y "DEN-428" disponibles en Dow Chemical Co.). Para las resinas epoxi, puede añadirse un agente de curado catiónico adecuado para polimerizar el epóxido vía un mecanismo catiónico; Los agentes de curado catiónicos generan una fuente de ácido para iniciar la polimerización de una resina epoxi.

Para las resinas curables mediante radicales libres se prefiere con frecuencia que la suspensión de material abrasivo incluya además un agente de curado por radicales libres. Sin embargo, en el caso de una fuente de energía de rayos de electrones, el agente de curado es menos necesario porque el rayo de electrones en sí mismo genera radicales libres. Ejemplos de iniciadores térmicos de radicales libres incluyen peróxidos, por ejemplo, peróxido de benzoilo, azo compuestos, benzofenonas y quinonas. Cuando se usan con fuentes de energía de luz visible o ultravioleta, estos agentes de curado se denominan con frecuencia fotoiniciadores. Ejemplos de iniciadores, que cuando se exponen a la luz ultravioleta generan una fuente de radicales libres, incluyen peróxidos orgánicos, azo compuestos, quinonas, benzofenonas, nitroso compuestos, haluros de acrilo, hidrazonas, mercapto compuestos, compuestos de pirilio, triacrilimidazoles, bisimidazoles, cloroalquiltriazinas, éteres de benzoína, cetales de bencilo, tioxantonas, derivados de acetofenona, y sus mezclas. Ejemplos de iniciadores que cuando se exponen a una radiación en el visible generan una fuente de radicales libre, pueden encontrarse en la patente de EE.UU. No. 4.735.632 (Boettcher et al.). El iniciador preferido para usar con luz visible es "Irgacure 369" comercialmente disponible en Ciba Geigy
Corporation.

La concentración de agente aglomerante, y de otros materiales orgánicos (tales como cualquier iniciador, agentes de condensación, etc.) en el material compuesto abrasivo curado es usualmente aproximadamente 10-50% en peso del material compuesto total. En algunas realizaciones, la concentración de estos constituyentes orgánicos es aproximadamente 15-40% en peso.

Aditivos opcionales

Como se describió anteriormente, los materiales compuestos abrasivos (22) comprenden partículas cerámicas abrasivas (24) dispersadas en un agente aglomerante (23). Los materiales compuestos (22) pueden incluir otros aditivos para modificar las propiedades de los materiales compuestos (22).

El material compuesto abrasivo (22) puede incluir partículas de un agente diluyente u otras partículas de cargas para modificar la eficacia del material compuesto abrasivo. El tamaño de partícula de estas partículas opcionales puede ser del mismo orden de magnitud que las partículas cerámicas abrasivas, pero típicamente será más pequeño. Ejemplos de partículas adecuadas incluyen yeso, mármol, piedra caliza, cuarzo, sílice, burbujas de vidrio, bolas de vidrio, silicato de aluminio y compuestos semejantes.

Pueden estar presentes partículas abrasivas secundarias junto con las partículas cerámicas abrasivas grandes. Preferiblemente, cualquier partícula abrasiva secundaria tiene un tamaño medio de partícula más pequeño que las partículas cerámicas abrasivas grandes. Ejemplos de partículas abrasivas utilizables incluyen óxido de aluminio fundido (que incluye óxido de aluminio marrón, óxido de aluminio tratado térmicamente y óxido de aluminio blanco), carburo de silicio verde, carburo de silicio, cromia, alúmina zirconia, diamante, óxido de hierro, ceria, nitruro de boro cúbico, carburo de boro, granate, y sus combinaciones. También podrían usarse partículas de óxido de aluminio.

Las partículas cerámicas abrasivas grandes, las partículas de cargas o las partículas abrasivas secundarias pueden tener un revestimiento en la superficie o un tratamiento sobre la misma. El revestimiento de la superficie puede tener muchas funciones diferentes. En algunos casos, el revestimiento de la superficie aumenta la adhesión de las partículas abrasivas o de otras partículas al agente aglomerante, altera las características de abrasión de la partícula abrasiva, y funciones semejantes. Ejemplos de revestimientos de la superficie incluyen agentes de condensación, sales de haluros, óxidos metálicos incluyendo sílice, nitruros metálicos refractarios, carburos metálicos refractarios y compuestos semejantes.

Dentro del material compuesto abrasivo puede estar presente un material auxiliar de rectificado. Los materiales auxiliares de rectificado engloban una amplia variedad de materiales diferentes y pueden ser de base orgánica o inorgánica. Ejemplos de grupos químicos de materiales auxiliares de rectificado incluyen ceras, compuestos tipo haluros orgánicos, sales de haluros y metales y sus aleaciones. Ejemplos de ceras cloradas incluyen tetracloronaftaleno, pentacloronaftaleno; y poli (cloruro de vinilo). Los ejemplos de sales de haluro incluyen: cloruro de sodio, criolita de potasio, criolita de sodio, criolita de amonio, tetrafluoroborato de potasio, tetrafluoroborato de sodio, fluoruros de silicio, cloruro de potasio, cloruro de magnesio. Ejemplos de metales incluyen, estaño, plomo, bismuto, cobalto, antimonio, cadmio, hierro, titanio, otros materiales auxiliares de rectificado varios incluyen azufre, compuestos orgánicos de azufre, grafito y sulfuros metálicos. Estos ejemplos de materiales auxiliares de rectificado se dan sólo como representativos. Un material auxiliar de rectificado preferido para usar en artículos abrasivos estructurados es la criolita, y otros es tetrafluoroborato de potasio (KBF_{4}).

Los materiales compuestos abrasivos pueden incluir adicional o alternativamente más aditivos opcionales, tales como, por ejemplo, agentes lubricantes, agentes humectantes, materiales tixotrópicos, tensioactivos, pigmentos, colorantes, agentes antiestáticos, plastificantes y agentes de suspensión. Las cantidades de estos materiales, y de todos los materiales, se seleccionan para proporcionar las propiedades deseadas.

Métodos para fabricar artículos abrasivos

Un método para fabricar el artículo abrasivo de la invención se ilustra esquemáticamente en la Fig. 3; Este método puede en general denominarse como un procedimiento de "cinta" o "bobina", con referencia a la herramienta de producción que se usa para proporcionar la superficie estructurada.

La herramienta de producción (46) es una longitud extendida que tiene una pluralidad de cavidades sobre una superficie, deja una estación de desenrrollamiento (45). La suspensión de material abrasivo es revestida en la herramienta de producción (46) y en las cavidades de una estación de revestimiento (44). La estación de revestimiento (44) puede utilizar una técnica de revestimiento convencional, tal como una máquina revestidora de matriz por goteo, una máquina revestidora de cuchilla, una máquina revestidora de cortina, una máquina revestidora de matriz a vacío o una máquina revestidora de matriz. La suspensión puede calentarse y/o someterse a energía de ultrasonidos o sufrir otro procesado antes de realizar el revestimiento con el fin de disminuir la viscosidad de la suspensión. Preferiblemente, la presencia de burbujas de aire en la suspensión es mínima. En algunas realizaciones, la técnica de revestimiento preferida es usar una matriz a vacío que porta un fluido.

La herramienta de producción (46) revestida se pone en contacto con el soporte 41, el cual viene de una estación de desenrrollamiento (42). El soporte (41) y la suspensión se ponen en contacto tal que la suspensión moje la superficie frontal del soporte (41). En la Fig. 3 se usa un rodillo de presión (47) por contacto para facilitar el contacto, y el rodillo de presión (47) por contacto también fuerza a la construcción resultante contra un tambor soporte (43).

Una fuente de energía (48) (preferiblemente una fuente de luz visible) transmite una cantidad suficiente de energía a la suspensión para curar al menos parcialmente al precursor del agente aglomerante. Esta energía puede transmitirse a través del soporte o a través de la herramienta. La expresión "cura parcial" quiere decir que el precursor del agente aglomerante se polimeriza hasta tal estado que la suspensión no fluye de un tubo de ensayo invertido. El precursor del agente aglomerante puede además curarse una vez que se ha separado de la herramienta de producción.

Después de realizar el revestimiento, la herramienta de producción (46) se rebobina en un mandrino (49) para que la herramienta de producción (46) pueda reutilizarse. El artículo abrasivo (120) resultante se bobina en el mandrino (121). Si el precursor del agente aglomerante no se cura completamente, el precursor del agente aglomerante puede curarse completamente, por ejemplo, por exposición a una fuente de energía. Detalles y variaciones adicionales para fabricar artículos abrasivos según este primer método se describen en las patentes de EE.UU. Nos. 5.152.917 (Pieper et al.) y 5.435.816 (Spurgeon et al.).

Aunque el método anteriormente descrito incluye al menos parcialmente realizar el curado del agente aglomerante mientras que la suspensión de material abrasivo está en las cavidades de la herramienta, se entiende que todo el curado podría hacerse después de la separación de la herramienta de producción.

En un método alterno, la suspensión de material abrasivo puede revestirse directamente sobre el soporte (41) más que en las cavidades de la herramienta de producción (46). El soporte revestido con la suspensión se pone entonces en contacto con la herramienta de producción (46) tal que la suspensión fluya al interior de las cavidades de la herramienta de producción (46). Las etapas restantes para preparar el artículo abrasivo son las mismas que se detallaron anteriormente.

Otro método para fabricar un artículo abrasivo estructurado se ilustra en la Fig. 4; este método puede denominare en general como método del "tambor", refiriéndose a la herramienta de producción usada para generar la superficie estructurada.

Una suspensión de material abrasivo (54) se reviste en el interior de las cavidades de una herramienta de producción (55) en la estación de revestimiento (53). La suspensión (54) puede revestirse sobre la herramienta (55) mediante cualquier técnica adecuada, tal como el revestimiento con matriz por goteo, revestimiento con rodillos, revestimiento con cuchilla, revestimiento con cortina, revestimiento con matriz a vacío o revestimiento con matriz. De nuevo, es posible procesar la suspensión antes de revestir para disminuir la viscosidad y/o minimizar el número de burbujas.

Desde una estación de desenrrollamiento (52), el soporte (51) se pone en contacto con una herramienta de producción (55) que contiene la suspensión de material abrasivo mediante un rodillo de presión (56) tal que la suspensión moje la superficie frontal del soporte (51). A continuación, el precursor del agente aglomerante en la suspensión se cura al menos parcialmente por exposición a una fuente de energía (57). El artículo abrasivo (59) resultante se separa de la herramienta de producción (55) mediante los rodillos de presión (58) y se bobina en una estación de rebobinado (60).

Aunque el método anteriormente descrito incluye al menos parcialmente curar el agente aglomerante mientras que la suspensión de material abrasivo está en las cavidades de la herramienta, se entiende que todo el curado podría hacerse después de la separación del soporte (51) y la suspensión (54) de la herramienta de producción (55).

En un método alterno, la suspensión de material abrasivo puede revestirse directamente sobre el soporte (51) más que en las cavidades de la herramienta de producción (55). El soporte revestido con la suspensión se pone entonces en contacto con la herramienta de producción (55) tal que la suspensión fluya al interior de las cavidades de la herramienta de producción (55). Las etapas restantes para preparar el artículo abrasivo son las mismas que se detallaron anteriormente.

Se prefiere que precursor del agente aglomerante sea curado mediante energía de radiación. La energía de radiación puede transmitirse a través de la herramienta de producción en tanto y cuanto la herramienta de producción no absorba apreciablemente la energía de radiación. Adicionalmente, la fuente de energía de radiación no debe degradar apreciablemente la herramienta de producción. Se prefiere usar una herramienta de producción termoplástica y luz ultravioleta o visible.

Ejemplos

Los siguientes ejemplos no limitantes ilustrarán más la invención. Todas las partes, porcentajes, relaciones, etc., en los ejemplos son en peso, salvo que se indique lo contrario. A lo largo de los ejemplos se usan las siguientes abreviaciones listadas en la tabla 1.

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(Tabla pasa a página siguiente)

TABLA 1

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1

2

3

Procedimiento general 1 para fabricar artículos abrasivos

Se preparó una suspensión de material abrasivo mezclando las partículas abrasivas, el precursor del agente aglomerante y otros materiales listados a continuación en la tabla 2. La suspensión se mezcló durante aproximadamente 10 minutos a aproximadamente 1200 rpm usando un mezclador de alta cizalla.

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TABLA 2

4

El soporte para los artículos abrasivos fue un soporte de poliéster X-peso que tenía un tratamiento de preapresto con un látex/resina fenólica (85 partes/15 partes basadas en una resina curada) en el lado frontal del soporte. El preapresto se aplicó al soporte y a continuación se calentó para separar sustancialmente cualquier compuesto volátil y gelificar la resina fenólica.

La herramienta de producción fue una herramienta transparente de polipropileno a la que se había estampado una herramienta maestra de corte para moletear laminada con níquel. La herramienta de polipropileno tenía una pluralidad de cavidades definidas por un patrón del tipo piramidal de base rectangular (incluyendo de base cuadrada). Las caras de las pirámides se colocaron de tal forma que sus bases estaban empalmadas unas con otras. Las características del perfil de rasgos y las dimensiones nominales de los tipos de rasgos de las pirámides de la herramienta fueron como se describen en la tabla 3.

TABLA 3

5

Los artículos abrasivos de los ejemplos 1-15 se fabricaron en un aparato similar al ilustrado en la Fig. 3, usando una cinta sin fin de herramienta de producción. El procedimiento operó a aproximadamente 15 metros/minuto. La suspensión de material abrasivo se revistió con cuchilla con una anchura de aproximadamente 18 cm sobre el lado frontal del soporte. El hueco de la cuchilla se ajustó para que fuera aproximadamente 457-635 micrómetros. El soporte revestido con la suspensión se puso en contacto con las cavidades de la herramienta de producción bajo la presión de un rodillo de presión, y a continuación la suspensión se irradió con luz visible con dos lámparas de luz visible (bombillas "D", comercialmente disponibles en Fusion Corp.) que operaban a 236,3 vatios/cm. La presión del apriete entre la herramienta de producción y el soporte fue aproximadamente 60 libras (27 kg). Después que el artículo abrasivo se separó del aparato de la Fig. 3, se calentó durante 24 horas a 115ºC para curar completamente, cuando se necesitó, los materiales compuestos y el tratamiento del soporte. El artículo abrasivo no se flexionó antes del ensayo.

Procedimiento general 2 para fabricar artículos abrasivos

Los artículos abrasivos de los ejemplos 16-17 se formaron extendiendo a mano la mezcla en suspensión sobre el lado frontal del soporte, rociando polvo de CaSi sobre la superficie, presionando la herramienta en la suspensión, separando el material abrasivo formado sin curar, y curando las muestras fuera de la herramienta con luz visible a 7,5 metros/minuto usando una bombilla "D" de 600 vatios.

La tabla 4 sumariza las partículas abrasivas usadas en los ejemplos 1-17 y la herramientas usadas para formar los materiales compuestos.

TABLA 4

6

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Los artículos abrasivos, fabricados como se describió anteriormente, se ensayaron según las siguientes descripciones de los procedimientos de ensayo I a III. También se ensayaron numerosos artículos abrasivos comercialmente disponibles, listados en la tabla 8. Los resultados de los ensayos se dan en la tabla 9.

Procedimiento de ensayo I

El artículo abrasivo se formó en una cinta sin fin de 7,6 cm x 335 cm. La cinta se instaló en una rectificadora Standard Tool Backstand usando las condiciones descritas en la tabla 5. Las piezas se mantuvieron a mano en posición horizontal y el borde delgado de la pieza se presionó contra la muela de contacto con una fuerza de aproximadamente 120 N, que se midió con un dinamómetro sostenido a mano (Shimpo FGV-50). La pieza fue atravesada una vez a lo largo de la cara de la muela de contacto a una velocidad de 5 cm/s para realizar un ciclo de ensayo. La cantidad media de material eliminado de cada una de las primeras 16 piezas se registró como el corte inicial (g/ciclo), y la cantidad media de material eliminado de cada una de las últimas 16 piezas se registró como el corte final(g/ciclo). La cantidad total acumulada de material eliminado a lo largo de la duración del ensayo (80 ó 240 ciclos) se registró como el corte total (g). La pieza se posicionó para que la cara horizontal de la pieza fuera en general paralela al eje de rotación de la muela de contacto, y la línea de contacto con la cinta abrasiva estuviera en una localización de aproximadamente 25 cm por debajo del eje de la muela de contacto.

TABLA 5

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7

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Procedimiento de ensayo II

El artículo abrasivo se formó en una cinta sin fin de 30 cm x 244 cm. La cinta se instaló sobre la herramienta de acabado de cabeza plana ACME usando las condiciones descritas más adelante en la tabla 6. El área de corte efectiva de la cinta fue 15 cm x 244 cm y la superficie de rectificado de las piezas midió 15 cm x 1.2 m. Las piezas se alimentaron continuamente en la máquina sobre una cinta transportadora que se desplazaba a 10,7 m/min. El ensayo se realizó hasta que se rectificaron 366 m de láminas de piezas, y la muela de contacto de la máquina se ajustó hacia abajo a lo largo del ensayo para mantener una presión constante sobre las piezas. La presión de rectificado se monitorizó mediante el desplazamiento del amperaje del motor de propulsión de la cinta por encima de un estado de funcionamiento sin carga. La cantidad acumulada de material eliminado de las primeras 5 láminas de piezas (30,5 m o un ciclo) se registró como el corte inicial (g/ciclo), y la cantidad de material eliminado de las últimas 5 láminas de piezas se registró como el corte final (g/ciclo). La cantidad total de material eliminado durante el ensayo (366 m) se registró como el corte
total.

TABLA 6

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8

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Procedimiento de ensayo III

El artículo abrasivo se formó en una cinta sin fin de 10 cm x 137 cm. La cinta se instaló sobre la rectificadora sin centros ACME Centerless usando las condiciones descritas más adelante en la tabla 7. Las piezas fueron barras redondas de acero al carbono 1045 o de acero inoxidable 304 de 3,2 cm de diámetro x 91 cm de longitud. Cada pieza se pasó 5 ciclos a través de la máquina ACME bajo un torrente de refrigerante dirigido a la interfase cinta-pieza. La dirección de procesado de la barra se invirtió en cada ciclo. La cantidad media de material eliminado en los primeros 5 ciclos de un ensayo se registró como el corte inicial (g/ciclo). La cantidad media de material eliminado en los últimos 5 ciclos de un ensayo se registró como el corte final (g/ciclo). La muela reguladora de la rectificadora ACME Centerless se ajustó manualmente para mantener una presión constante sobre la pieza a lo largo de cada ciclo de rectificado. La presión de rectificado se monitorizó mediante la lectura del amperaje del motor de propulsión de la cinta drive motor por encima de un estado de cero. La duración de los ensayos fue 30, 60, 65, u 80 ciclos, como se indique. Para cualquier ejemplo, los ensayos se terminaron cuando la velocidad de corte disminuyó a al menos 60% del corte inicial registrado para ese ejemplo. La cantidad total acumulada de material eliminado a través de la duración de un ensayo se registró como el corte total (g).

TABLA 7

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9

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Medida del acabado superficial

El acabado superficial (Ra) de las piezas ensayado según el procedimiento de ensayo 3 se midió al final de cada quinto ciclo de rectificado. Ra es la media aritmética de la profundidad del rayado expresada en micrómetros (um). Ra se midió usando un perfilómetro Mahr Perthometer (Modelo M4P, disponible en Mahr Corporation, Cincinnati,
OH).

TABLA 8

10

11

12

TABLA 9

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13

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Ejemplos 1-2 y ejemplos comparativos A-B

Los ejemplos 1-2 y los ejemplos comparativos A-B se ensayaron según el procedimiento de ensayo I. Los resultados de los ensayos de la tabla 9 muestran la constancia de corte y la vida mejoradas de los artículos abrasivos que tienen topografía grande y grandes partículas cerámicas cuando se comparan con los artículos abrasivos revestidos convencionales y los artículos abrasivos revestidos aglomerados convencionales en una aplicación de rectificado a mano simulada de piezas de acero inoxidable.

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Ejemplos 3-4 y ejemplo comparativo C

Los ejemplos 3-4 y el ejemplo comparativo C se ensayaron según el procedimiento de ensayo II usando piezas de acero inoxidable 304. Los resultados del ensayo de la tabla 9 muestran una velocidad de corte mejorada, una constancia de corte mejorada y una vida prolongada de los artículos abrasivos que tienen topografía grande y grandes partículas cerámicas (ejemplo 3) cuando se comparan con el ejemplo que tiene topografía grande pero partículas abrasivas no cerámicas (ejemplo 4) y cuando se comparan con artículos abrasivos revestidos convencionales en una aplicación de rectificado simulada de materiales planos por vía húmeda.

Ejemplos 5-6 y ejemplos comparativos D-G

Los ejemplos 5-6 y los ejemplos comparativos D-G se ensayaron según el procedimiento de ensayo III usando piezas de acero dulce 1045. Los resultados de los ensayos de la tabla 9 muestran una constancia de corte mejorada, una consistencia en el acabado mejorada, y una vida prolongada de los artículos abrasivos que tienen topografía grande y grandes partículas cerámicas comparados con los artículos abrasivos revestidos aglomerados convencionales en una aplicación simulada de rectificado sin centros por vía húmeda.

Ejemplos 7-8 y ejemplos comparativos H-K

Los ejemplos 7-8 y los ejemplos comparativos H-K se ensayaron según el procedimiento de ensayo III usando piezas de acero inoxidable 304. Los resultados de los ensayos de la tabla 9 muestran una constancia de corte mejorada, una consistencia en el acabado mejorada, y una vida prolongada de los artículos abrasivos que tienen topografía grande y grandes partículas cerámicas cuando se comparan con artículos abrasivos revestidos convencionales y cuando se comparan con artículos abrasivos revestidos aglomerados convencionales en una aplicación simulada de rectificado sin centros por vía húmeda.

Ejemplos 9-11 y ejemplo comparativo L

Los ejemplos 9-11 y el ejemplo comparativo L se ensayaron según el procedimiento de ensayo III usando piezas de acero dulce 1045. Los resultados de los ensayos de la tabla 9 muestran una constancia de corte mejorada, una consistencia en el acabado mejorada, y una vida prolongada del artículo abrasivo que tiene topografía grande y grandes partículas cerámicas cuando se compara con un artículo abrasivo aglomerado convencional. Los resultados de los ejemplos 10 y 11 muestran una velocidad de corte mejorada, una consistencia de corte mejorada, y una vida prolongada del artículo abrasivo de la invención (ejemplo 10), cuando se compara con el ejemplo que tiene una topografía grande pero que contiene partículas abrasivas no cerámicas (ejemplo 11).

Ejemplo 12 y ejemplo comparativo M

El ejemplo 12 y el ejemplo comparativo M se ensayaron según el procedimiento de ensayo III usando piezas de acero dulce 1045. Los resultados de los ensayos de la tabla 9 muestran una constancia de corte mejorada, una consistencia en el acabado mejorada, y una vida prolongada del artículo abrasivo que tiene una topografía grande y grandes partículas cerámicas cuando se compara con un artículo abrasivo aglomerado convencional en una aplicación simulada de rectificado sin centros por vía húmeda.

Ejemplos 13-15 y ejemplo comparativo N

Los ejemplos 13-15 y el ejemplo comparativo N se ensayaron según el procedimiento de ensayo III usando piezas de acero dulce 1045. Los resultados de los ensayos de la tabla 9 muestran una constancia de corte mejorada y una vida prolongada del artículo abrasivo que tiene una topografía grande y grandes partículas abrasivas cerámicas (ejemplo 15) cuando se compara con un artículo abrasivo aglomerado convencional en una aplicación simulada de rectificado sin centros por vía húmeda. Los resultados de los ejemplos 13-15 muestran una velocidad de corte mejorada, una constancia de corte mejorada y una vida prolongada del artículo abrasivo que tiene una topografía grande y grandes partículas cerámicas abrasivas (ejemplo 15) cuando se comparan con los ejemplos que tienen topografía grande pero que contienen partículas abrasivas no cerámicas (ejemplos 13-14) en una aplicación simulada de rectificado sin centros por vía húmeda.

Ejemplos 16-17

En las Figs. 5 y 6 se muestran fotomicrografías de los ejemplos 16 y 17. Estas fotomicrografías muestran materiales compuestos abrasivos de topografía grande fabricados por curado fuera de la herramienta de producción.

El alcance de la invención se define por las reivindicaciones adjuntadas más adelante.

Claims (10)

1. Un artículo abrasivo estructurado (20), que comprende:

(a)

un soporte (21) que tienen una cara frontal;

(b)

una pluralidad de materiales compuestos abrasivos (22) en la cara frontal, comprendiendo cada uno de los materiales compuestos abrasivos:

(i)

una pluralidad de partículas cerámicas abrasivas (24) que tienen un tamaño medio de partícula de al menos 85 micrómetros; y

(ii)

un constituyente orgánico que comprende un agente aglomerante curable por radiación (23), constituyente orgánico que ocupa 15-40% en peso del material compuesto abrasivo (22)

en el que el artículo abrasivo (20), durante el uso, produce una primera velocidad de corte y un primer acabado superficial en un primer momento y una segunda velocidad de corte y un segundo acabado superficial en un segundo momento, estando separados el primer y el segundo momento por al menos 20 minutos;

en el que la segunda velocidad de corte no es mayor que 50% menos que la primera velocidad de corte, caracterizado porque los materiales compuestos (22) tienen una altura, medida desde la cara frontal del soporte (21), de al menos 500 micrómetros.

2. El artículo abrasivo estructurado (20) según la reivindicación 1, en el que la segunda velocidad de corte no es mayor que 30% menos que la primera velocidad de corte.

3. El artículo abrasivo estructurado (20) según la reivindicación 2, en el que la segunda velocidad de corte no es mayor que 15% menos que la primera velocidad de corte.

4. El artículo abrasivo (20) según la reivindicación 1, en el que las partículas cerámicas abrasivas (24) tienen un tamaño medio de partícula de al menos 200 micrómetros.

5. El artículo abrasivo (20) según la reivindicación 1, en el que los materiales compuestos (22) tienen una altura, medida desde la cara frontal del soporte, de al menos 600 micrómetros.

6. El artículo abrasivo (20) según la reivindicación 1, en el que el material compuesto abrasivo (22) comprende una altura definida al menos parcialmente por una función parabólica.

7. El artículo abrasivo (20) según la reivindicación 1, en el que las partículas cerámicas abrasivas (24) comprenden al menos un agente modificador tipo óxido de tierras raras.

8. El artículo abrasivo (20) según la reivindicación 1, en el que las partículas cerámicas abrasivas (24) son alúmina cerámica sembrada.

9. El artículo abrasivo (20) según la reivindicación 1, en el que las partículas cerámicas abrasivas (24) son alúmina cerámica no sembrada.

10. Un método para fabricar un artículo abrasivo (20), que comprende:

(a)

proporcionar un soporte (21) que tiene una cara frontal;

(b)

aplicar una pluralidad de materiales compuestos abrasivos (22) en la cara frontal, comprendiendo cada uno de los materiales compuestos abrasivos (22):

(i)

una pluralidad de partículas cerámicas abrasivas (24) que tienen un tamaño medio de partícula de al menos 85 micrómetros; y

(ii)

un constituyente orgánico que comprende un agente aglomerante (23) curable por radiación, constituyente orgánico que ocupa 15-40% en peso del material compuesto abrasivo (22); materiales compuestos (22) que tienen una altura, medida desde la cara frontal del soporte (21), de al menos 500 micrómetros.