FR2891486A1 - Outil abrasif ayant une structure permeable. - Google Patents
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Abstract
L'outil abrasif aggloméré comprend :a. un mélange de grains abrasifs, incluant :i. des grains abrasifs filamentaires d'alumine sol-gel ayant un rapport de forme longueur : largeur en coupe transversale supérieur à environ 1,0, ou des agglomérats de tels grains ; etii. des granules de grains abrasifs agglomérés incluant une pluralité de grains abrasifs maintenus selon une forme tridimensionnelle par un matériau liant ;b. un agglomérant ; etc. au moins environ 35 % en volume de porosité
Description
Dans de nombreuses opérations de meulage, la porosité de l'outil de
meulage, et en particulier la porosité de nature interconnectée ou rendant perméable, améliore l'efficacité de l'opération de meulage et la qualité de la
pièce d'oeuvre soumise au meulage. En particulier, il a été constaté que le pourcentage volumique de porosité interconnectée ou de perméabilité aux fluides est un facteur significatif déterminant de la performance de meulage des outils abrasifs. La porosité interconnectée permet l'élimination des débris de meulage (boues de meulage) et le passage du fluide de refroidissement au sein de la meule au cours du meulage. De même, la porosité interconnectée offre un accès aux fluides de meulage, tels que les lubrifiants, entre les grains abrasifs en mouvement et la surface de la pièce d'oeuvre. Ces caractéristiques sont particulièrement importantes dans les procédés de coupe profonde et de précision modernes (par exemple, la rectification passe profonde) pour un meulage fortement efficace où une grande quantité de matériau est éliminée au cours d'une passe de rectification passe profonde sans sacrifier la précision de la dimension de la pièce d'oeuvre.
Des exemples de tels outils abrasifs ayant une structure très ouverte et perméable incluent les outils abrasifs utilisant des grains abrasifs allongés ou semblables à des fibres. Les brevets U.S. n 5 738 696 et 5 738 697 divulguent des procédés de fabrication d'abrasifs agglomérés utilisant des grains abrasifs allongés ou semblables à des fibres ayant un rapport de forme d'au moins environ 5:1. Un exemple de tels outils abrasifs employant des grains abrasifs filamentaires est actuellement disponible dans le commerce sous la marque ALTOS auprès de Saint-Gobain Abrasives, Worcester, MA (USA).
Les outils abrasifs ALTOS emploient, comme grains abrasifs filamentaires, des grains de céramique d'alumine sol-gel frittée (Saint-Gobain Abrasives, Worcester, MA - USA) ayant un rapport de forme moyen d'environ 7,5:1, tels que les abrasifs Norton TG2 ou TGX (appelés ci-après "TG2"). Les outils abrasifs ALTOS sont des outils de meulage fortement poreux et perméables qui ont montré avoir de forts taux d'enlèvement de métaux, un maintien de la forme améliorée et une longue durée de vie de meule, en même temps qu'un risque fortement réduit de dommages métallurgiques (voir, par exemple, Norton Company Technical Service Bulletin, Juin 2002, "Altos High Performance Ceramic Aluminum Oxide Grinding Wheels"). Les outils abrasifs ALTOS utilisent des grains abrasifs qui n'incluent que le grain abrasif filamentaire, par exemple le grain TG2, pour obtenir l'ouverture structurelle maximale selon les théories de garnissage fibre- fibre (voir, par exemple, les brevets U.S. n 5 738 696 et 738 697). On pense généralement que mélanger le grain TG2 avec une quantité significative d'autres brins non-filamentaires, tels que des grains sensiblement sphériques, compromettrait soit l'ouverture de la structure soit le fini de surface d'une pièce d'oeuvre métallique. Cependant, les grains TG2, bien que très durables, ne sont pas suffisamment friables pour certaines applications et les grains TG2 sont plus coûteux à fabriquer que la plupart des grains en forme de blocs ou de sphères.
Par conséquent, il existe un besoin en un outil abrasif plus friable et plus économique ayant des caractéristiques de performance similaires à la performance d'outils abrasifs employant des grains abrasifs filamentaires, tels que les outils abrasifs ALTOS.
Il a maintenant été découvert que des outils abrasifs agglomérés faits d'un mélange de grains abrasifs filamentaires constitués d'alumine solgel, ou d'agglomérats de tels grains, et de granules de grains abrasifs agglomérés peuvent avoir une performance améliorée par rapport à celle d'outils faits avec 100 % soit de grains abrasifs filamentaires faits d'alumine sol-gel soit de granules de grains abrasifs agglomérés. Par exemple, la 2891486 3 déposante a découvert que des outils abrasifs agglomérés incorporant un mélange de TG2, ou d'agglomérats de TG2, et des granules de grains abrasifs en alumine agglomérés, ont une structure fortement poreuse et perméable et manifestent d'excellentes performances dans diverses applications de meulage sans compromettre la qualité du fini de surface. Sur la base de cette découverte, il est divulgué ici un outil abrasif comprenant un mélange de grains abrasifs filamentaires faits d'alumine sol-gel, ou d'agglomérats de tels grains, et des granules de grains abrasifs agglomérés, ainsi qu'un procédé de production d'un tel outil abrasif. Un outil abrasif comprenant des agglomérats de grains abrasifs filamentaires faits d'alumine sol-gel et un procédé de production d'un tel outil abrasif sont également divulgués ici.
Dans une forme d'exécution, la présente invention concerne un outil abrasif aggloméré comprenant un mélange de grains abrasifs, un composant agglomérant et au moins environ 35 % en volume de porosité. Le mélange de grains abrasifs inclut des grains abrasifs filamentaires faits d'alumine sol-gel, ou des agglomérats de tels grains, et des granules de grains abrasifs agglomérés. Les grains abrasifs filamentaires faits d'alumine sol-gel ont un rapport de forme longueur/largeur en coupe transversale supérieur à environ 1,0. Les granules de grains abrasifs agglomérés incluent une pluralité de grains abrasifs maintenus selon une forme tridimensionnelle par un matériau de liaison.
Dans une forme d'exécution, l'invention concerne un outil abrasif aggloméré comprenant des agglomérats qui inclut des grains abrasifs filamentaires faits d'alumine sol-gel, des grains abrasifs nonfilamentaires et un matériau liant; un composant agglomérant; et au moins environ 35 % en volume de porosité. Les grains abrasifs non-filamentaires et les grains abrasifs filamentaires faits d'alumine sol-gel sont maintenus selon une forme tridimensionnelle par le matériau liant.
2891486 4 La présente invention inclut également un procédé de fabrication d'un outil abrasif aggloméré. Selon ce procédé, un mélange de grains abrasifs est formé, le mélange incluant des grains abrasifs filamentaires faits d'alumine sol-gel, ou des agglomérats de tels grains, et des granules de grains abrasifs agglomérés, comme il est décrit ci- dessus. Le mélange de grains abrasifs est ensuite combiné avec un composant agglomérant. Le mélange combiné de grains abrasifs et de composant agglomérant est moulé en un composite conformé incluant au moins environ 35 % en volume de porosité. Le composite conformé du mélange de grains abrasifs et de composant agglomérant est chauffé pour former l'outil abrasif aggloméré.
L'invention peut atteindre les performances voulues sans compromettre la qualité de fini de surface ou le caractère ouvert de la structure du produit résultant. Les outils abrasifs employant un mélange de grains abrasifs filamentaires faits d'alumine sol-gel, ou d'agglomérats de tels grains, et les granules de grains abrasifs agglomérés, peuvent former un réseau fibre-fibre et, simultanément, former un réseau non-fibreux, tel qu'un réseau pseudo-sphère-sphère, dans la même structure. Les outils abrasifs selon l'invention, tels qu'une meule, ont une structure poreuse qui est fortement perméable au passage de fluides et possèdent une performance de meulage remarquable avec de forts taux d'enlèvement de matière. La performance des outils abrasifs selon l'invention peut être adaptée aux applications de meulage en ajustant la teneur en grains du mélange pour porter à un maximum soit la friabilité soit la ténacité ou pour équilibrer les deux. Une forte perméabilité des outils abrasifs selon l'invention est particulièrement avantageuse en combinaison avec de forts taux d'enlèvement de métaux, réduisant à un minimum la production de chaleur dans la zone de meulage et rendant ainsi plus longue la durée de vie, tout en réduisant les risques de dommages métallurgiques.
Dans le dessin: La Figure est une image de microscopie électronique à balayage (SEM') de l'agglomérat de 75 % de grains abrasifs Norton TG2 et 25 % de grains abrasifs Norton 38A pour un outil abrasif aggloméré selon l'invention.
Les objectifs, caractéristiques et avantages précités de l'invention, ainsi que d'autres, apparaîtront à la lecture de la description particulière suivante de formes d'exécution préférées de l'invention. Un outil abrasif aggloméré selon la présente invention a une structure très ouverte, perméable, avec une porosité interconnectée. L'outil abrasif aggloméré a une porosité d'au moins environ 35 %, de préférence comprise entre environ 35 % et environ 80 %, par rapport au volume de l'outil. Dans une forme d'exécution préférée, environ 30 % en volume, au moins, de la porosité totale est de la porosité interconnectée. Par conséquent, les outils abrasifs agglomérés selon l'invention ont une forte porosité interconnectée, et conviennent particulièrement à des procédés de coupe profonde et de précision modernes, tels que la rectification passe profonde. Dans le présent contexte, l'expression "porosité interconnectée" se réfère à la porosité de l'outil abrasif consistant en les interstices entre particules de grains abrasifs agglomérés, lesquels interstices sont ouverts au passage d'un fluide. L'existence de la porosité interconnectée est confirmée habituellement en mesurant la perméabilité de l'outil abrasif au passage de l'air ou de l'eau dans des conditions contrôlées, tel que dans les procédés de test divulgués dans les brevets U.S. n 5 738 696 et 5 738 697.
Dans le présent contexte, l'expression "grains abrasifs filamentaires" est utilisée pour se référer à des grains abrasifs céramiques filamentaires ayant une section transversale généralement constante le long de leur longueur, la longueur étant supérieure à la dimension abrégé de la nomenclature anglaise "scanning electron microscopy" maximale en coupe transversale. La dimension maximale en coupe transversale peut atteindre environ 2 mm, mais elle est de préférence inférieure à environ 1 mm, et mieux inférieure à environ 0,5 mm. Les grains abrasifs filamentaires peuvent être droits, courbes, courbés ou vrillés de telle sorte que la longueur est mesurée le long du corps plutôt que nécessairement en ligne droite. De préférence, les grains abrasifs filamentaires pour la présente invention sont courbes ou vrillés.
Les grains abrasifs filamentaires pour la présente invention ont un rapport de forme supérieur à 1,0, de préférence d'au moins 2:1, et mieux d'au moins environ 4:1, par exemple d'au moins environ 7:1 et dans la gamme comprise entre environ 5:1 et environ 25:1. Dans le présent contexte, l'expression "rapport de forme" ou "rapport de forme entre la longueur et la largeur en section transversale" se réfère au rapport entre la longueur le long de la dimension principale ou la plus longue et l'étendue la plus grande du grain le long de toute dimension perpendiculaire à la dimension principale. Lorsque la section transversale est autre que circulaire, par exemple polygonale, la mesure la plus longue prise perpendiculairement à la direction longitudinale est utilisée pour déterminer le rapport de forme.
Dans le présent contexte, l'expression "granules de grains abrasifs agglomérés" ou "grains agglomérés" se réfère à des granules tridimensionnels comprenant des grains abrasifs et un matériau liant, les granules ayant une porosité d'au moins 35 % en volume. A moins que les grains filamentaires soient décrits comme constituant tout ou partie des grains dans les granules, les granules de grains abrasifs agglomérés consistent en grains abrasifs en forme de blocs ou de sphères ayant un rapport de forme d'environ 1,0. Des exemples de granules de grains abrasifs agglomérés sont représentés par les agglomérats décrits dans le brevet U.S. n 6 679 758 B2. Les outils abrasifs agglomérés selon l'invention sont faits de mélanges de grains comprenant des grains abrasifs filamentaires, soit sous forme lâche et/ou soit sous forme agglomérée, avec des granules de grains abrasifs agglomérés comprenant des grains en forme de blocs ou de sphères ayant un rapport de forme d'environ 1,0. En variante, les outils selon l'invention sont faits de granules de grains abrasifs filamentaires agglomérés contenant des grains abrasifs en forme de blocs ou de sphères ayant un rapport de forme d'environ 1,0. Chacun de ces outils peut inclure facultativement, dans le mélange de grains, un ou plusieurs grains abrasifs secondaires sous forme lâche.
Dans une forme d'exécution, le mélange comprend les grains abrasifs filamentaires faits d'alumine sol-gel et les granules de grains abrasifs agglomérés. Dans cette forme d'exécution, le mélange inclut environ 5-90 %, de préférence environ 25-90 %, mieux environ 45-80 %, en poids, des grains abrasifs filamentaires faits d'alumine sol-gel par rapport au poids total du mélange. Le mélange inclut en outre environ 5-90 %, de préférence environ 25- 90 %, mieux environ 45-80 %, en poids, de granules de grains abrasifs agglomérés. Le mélange contient facultativement un maximum d'environ 50 %, de préférence d'environ 25 %, en poids, de grains abrasifs secondaires qui ne sont ni les grains filamentaires ni les grains agglomérés. Les quantités sélectionnées de grains filamentaires, de grains agglomérés et de grains abrasifs secondaires facultatifs totalisent 100 % en poids du mélange de grains total utilisé dans les outils abrasifs selon l'invention. Des grains abrasifs secondaires convenant au mélange facultatif avec les grains filamentaires et les grains agglomérés sont décrits ci-dessous. Dans une autre forme d'exécution, le mélange comprend des agglomérats de grains abrasifs filamentaires faits d'alumine sol-gel et des granules de grains abrasifs agglomérés. Les agglomérats des grains abrasifs filamentaires faits d'alumine sol-gel comprennent une pluralité de grains abrasifs filamentaires faits d'alumine 2891486 8 sol-gel et un second matériau liant. Les grains abrasifs filamentaires faits d'alumine sol-gel sont maintenus selon une forme tridimensionnelle par le second matériau liant.
Les agglomérats de grains abrasifs filamentaires faits d'alumine sol-gel comprennent en outre, facultativement, des grains abrasifs secondaires. Les grains abrasifs secondaires et les grains abrasifs filamentaires sont maintenus selon une forme tridimensionnelle par le second matériau liant. Les grains abrasifs secondaires peuvent inclure un ou plusieurs des grains abrasifs connus dans la technique pour une utilisation dans des outils abrasifs, tels que les grains d'alumine, y compris de l'alumine fondue, de l'alumine sol-gel frittée non-filamentaire, de la bauxite frittée et analogues, du carbure de silicium, de l'alumine-zircone, de l'oxynitrure d'aluminium, de l'oxyde de cérium, du sous-oxyde de bore, du grenat, du silex, du diamant, y compris le diamant naturel et synthétique, du nitrure de bore cubique (CBN11), et leurs combinaisons. Excepté lorsque de l'alumine sol-gel frittée est utilisée, les grains abrasifs secondaires peuvent avoir n'importe quelle forme, y compris des formes de type filamentaire. De préférence, les grains abrasifs secondaires sont des grains abrasifs non-filamentaires.
Les quantités de grains abrasifs filamentaires dans un agglomérat de grains abrasifs filamentaires sont habituellement comprises dans la gamme d'environ 15-95 %, de préférence d'environ 35-80 %, mieux d'environ 45-75 %, en poids par rapport au poids total de l'agglomérat.
La quantité de grains abrasifs secondaires dans un agglomérat de grains abrasifs filamentaires est habituellement comprise dans la gamme d'environ 5-85 %, de préférence d'environ 5-65 %, mieux d'environ 10-55 %, en poids par rapport au poids total de l'agglomérat. Comme dans le cas des mélanges de grains filamentaires et de " abrégé de la nomenclature anglaise "cubic boron nitride" grains agglomérés, des grains secondaires peuvent facultativement être ajoutés aux grains filamentaires agglomérés pour former le mélange total de grains dans les outils abrasifs selon l'invention. Là encore, un maximum d'environ 50 %, de préférence d'environ 25 %, en poids des grains abrasifs secondaires facultatifs peut être mélangé avec les agglomérats de grains filamentaires pour aboutir au mélange de grains total utilisé dans les outils abrasifs.
Les grains abrasifs filamentaires faits d'alumine sol-gel incluent des polycristaux d'alumine sol-gel frittée. De l'alumine sol-gel ensemencée ou non-ensemencée peut être incluse dans les grains abrasifs filamentaires faits d'alumine sol-gel. De préférence, des grains abrasifs filamentaires en alumine sol-gel ensemencée sont utilisés pour le mélange de grains abrasifs. Dans une forme d'exécution préférée, les grains abrasifs d'alumine sol-gel frittée incluent majoritairement des cristaux d'alpha-alumine ayant une taille inférieure à environ 2 pm, mieux n'excédant pas environ 1-2 pm, et mieux encore inférieure à environ 0,4 pm.
Des grains abrasifs en alumine sol-gel peuvent être fabriqués par les procédés connus dans la technique (voir, par exemple, les brevets U.S. n 4 623 364; 4 314 827; 4 744 802; 4 898 597; 4 543 107; 4 770 671; 4 881 951; 011 508; 5 213 591; 5 383 945; 5 395 407 et 6 083 622). Par exemple, ils sont habituellement fabriqués en formant un gel d'alumine hydratée qui peut également contenir des quantités variables d'un ou plusieurs oxydes comme modificateurs (par exemple, MgO, ZrO2 ou des oxydes de métaux de terres rares), ou des matériaux d'ensemencement/nucléation (par exemple, a-Al2O3r (3-Al2O3, y-Al2O3r a-Fe2O3 ou les oxydes de chrome), puis en séchant et frittant le gel (voir, par exemple, le brevet U.S. n 4 623 364).
Habituellement, les grains abrasifs filamentaires en alumine sol-gel peuvent être obtenus par une diversité de procédés, comme par extrusion ou filage d'un sol ou d'un gel d'alumine hydratée en grains filamentaires continus, séchage des grains filamentaires ainsi obtenus, découpe ou rupture des grains filamentaires aux longueurs voulues, puis cuisson des grains filamentaires à une température qui, de préférence, n'excède pas environ 1500 C. Des procédés préférés de fabrication des grains sont décrits dans les brevets U.S. n 5 244 477, 5 194 072 et 5 372 620. L'extrusion est particulièrement utile pour les sols ou gels d'alumine hydratée ayant un diamètre compris entre environ 0,254 mm et environ 1,0 mm et qui, après séchage et cuisson, sont grossièrement équivalents en diamètre à celui des ouvertures de tamis utilisées pour les abrasifs respectivement de 100 grits (125 pm) à 24 grits (686 pm).
Le filage est particulièrement utile pour les grains filamentaires ayant des dimensions inférieures à environ 100 pm de diamètre après cuisson.
Les gels convenant le mieux pour l'extrusion ont généralement une teneur en solides d'environ 30-68 %. La teneur optimale en solides varie avec le diamètre du filament en cours d'extrusion. Par exemple, on préfère une teneur en solides d'environ 60 % pour les grains abrasifs filamentaires ayant, à l'état durci, un diamètre grossièrement équivalent à l'ouverture de maille pour un grain abrasif écrasé de 50 grits (de l'ordre de 330 pm). Si les grains abrasifs filamentaires en alumine sol-gel sont formés par filage, il est souhaitable d'ajouter environ 1 % à 5 % d'un auxiliaire de filage non formateur de verre, tel que le poly(oxyde d'éthylène), au sol à partir duquel le gel est formé pour conférer au gel des propriétés souhaitables en matière de viscosité et d'élasticité en vue de la formation des grains abrasifs filamentaires. L'auxiliaire de filage est éliminé des grains abrasifs filamentaires par combustion au cours de la calcination ou de la cuisson.
Lorsque des grains abrasifs filamentaires en alumine sol-gel ensemencée sont utilisés pour le mélange de grains abrasifs, au cours du procédé d'extrusion ou de filage d'un sol ou gel d'alumine hydraté en grains filamentaires continus, on ajoute de préférence une quantité efficace d'un matériau d'ensemencement cristallin d'une taille inférieure au pm qui favorise une transformation rapide de l'alumine hydratée contenue dans le gel en cristaux d'alpha-alumine très fins. Des exemples de matériaux d'ensemencement sont tels que décrits plus haut. Les grains en gel extrudés peuvent être générés sous diverses formes voulues en extrudant le gel au travers de filières ayant la forme voulue pour la section transversale des grains. Il peut s'agir, par exemple, d'une section transversale carrée, en losange, ovale, tubulaire ou en étoile. En général, cependant, la section transversale est circulaire.
Les grains filamentaires continus initialement formés sont de préférence rompus ou coupés en longueurs de la dimension maximale voulue pour l'application de meulage prévue. Après que les grains de gel filamentaires ont été conformés comme on le souhaite, qu'ils ont été coupés ou écrasés, et séchés si besoin est, ils sont transformés en la forme finale de grains abrasifs par une cuisson régulée. En général, une température pour l'étape de cuisson est comprise dans une gamme allant d'environ 1 200 C à environ 1 350 C. Habituellement, le temps de cuisson est compris dans une gamme allant d'environ 5 minutes à 1 heure. Cependant, d'autres températures et durées peuvent être utilisées. Pour des grains d'une taille supérieure à environ 0,25 mm, on préfère précuire le matériau séché à environ 400-600 C pendant une durée allant d'environ plusieurs heures à environ 10 minutes pour chasser les produits volatils restants et l'eau liée qui pourraient provoquer des fissures dans les grains au cours de la cuisson. En particulier pour les grains formés à partir de gel ensemencé, une cuisson excessive fait que les grains plus gros absorbent la plupart des grains plus petits adjacents, réduisant ainsi l'uniformité du produit à l'échelle microstructurelle.
Les granules de grains abrasifs agglomérés pour le mélange de grains abrasifs selon la présente invention sont des granules tridimensionnels qui incluent une pluralité de grains abrasifs et un matériau liant. Les granules de grains abrasifs agglomérés ont une dimension moyenne qui est environ 2 à 20 fois supérieure à la taille moyenne des grains abrasifs. De préférence, les granules de grains abrasifs agglomérés ont un diamètre moyen compris dans la gamme allant d'environ 200 à environ 3 000 pm.
Habituellement, les granules de grains abrasifs agglomérés ont une masse volumique à l'état faiblement tassé (LPDiii), par exemple, d'environ 1,6 g/cm3 pour des grains d'une taille de 120 grits (106 pm)et d'environ 1,2 g/cm3 pour des grains d'une taille de 60 grits (250 pm), et une porosité d'environ 30 à 88 % en volume. Les granules de grains abrasifs agglomérés filamentaires fabriqués à partir de grains TG2 ont une densité à l'état faiblement tassé d'environ 1,0 g/cm3. Pour la plupart des grains, la masse volumique à l'état faiblement tassé des grains abrasifs agglomérés est approximativement 0,4 fois égale à la masse volumique à l'état faiblement tassé des mêmes grains mesurés en tant que grains non agglomérés, libres. Les granules de grains abrasifs agglomérés ont de préférence une valeur de résistance à l'écrasement minimale d'environ 0,2 MPa.
Les granules de grains abrasifs agglomérés peuvent inclure un ou plusieurs grains abrasifs connus pour convenir à une utilisation dans des outils abrasifs, tels que les grains d'alumine, y compris l'alumine fondue, l'alumine sol-gel frittée non filamentaire, la bauxite frittée et analogue; le carbure de silicium; l'alumine-zircone, y compris l'aluminezircone cofondues et l'alumine-zircone frittée; l'oxynitrure d'aluminium; le sous-oxyde de bore; le grenat; le silex; le diamant, y compris le diamant naturel et synthétique; le nitrure de "' abrégé de la nomenclature anglaise "loose packing density" bore cubique (CBN) ; et leurs combinaisons. Des exemples supplémentaires de grains abrasifs convenables incluent les grains abrasifs d'alumine sol-gel frittée non ensemencée qui incluent l'alpha-alumine microcristalline et au moins un oxyde comme modificateur, tel que des oxydes de métaux de terres rares, par exemple CeO2r Dy2O3, Er2O3, Eu2O3, La2O3, Nd2O3, Pr2O3r Sm2O3, Yb2O3 et Gd2O3, des oxydes de métaux alcalins (par exemple Li2O, Na2O et K2O), des oxydes de métaux alcalino-terreux (par exemple MgO, CaO, SrO et BaO) et des oxydes de métaux de transition (par exemple HfO2r Fe2O3r MnO, NiO, TiO2, Y2O3, ZnO et ZrO2) (voir, par exemple, les brevets US 5 779 743, 4 314 827, 4 770 671, 4 881 951, 5 429 647 et 5 551 963. Des exemples spécifiques de grains abrasifs en alumine sol-gel frittée non ensemencée incluent des aluminates de terres rares représentés par la formule LnMA111O19, dans laquelle Ln est un ion de métal trivalent, tel que La, Nd, Ce, Pr, Sm, Gd ou Eu, et M est un cation de métal divalent, tel que Mg, Mn, Ni, Zn, Fe ou Co (voir, par exemple, le brevet US 5 779 743). De tels aluminates de terres rares ont généralement une structure cristalline hexagonale, quelquefois appelée structure cristalline de type magnétoplombite. Une diversité d'exemples de granules de grains abrasifs agglomérés peut être trouvée dans le brevet US 6 679 758 B2 et dans la demande de brevet US 2003/0194954.
Toute taille et forme de grains abrasifs peut être utilisée. De préférence, la taille des granules de grains abrasifs agglomérés pour le mélange de grains abrasifs est choisie pour réduire à un minimum la perte de porosité et de perméabilité de la meule. Des tailles de grain convenant à une utilisation dans les granules de grains abrasifs agglomérés vont d'une taille de grain abrasif ordinaire (c'est-à-dire supérieure à environ 60 et jusqu'à environ 7 000 pm) à une taille de grain microabrasif (par exemple allant d'environ 0,5 à environ 60 pm), et des mélanges de ces tailles. Pour une opération de meulage donnée, il peut être souhaitable d'agglomérer des grains abrasifs ayant une taille de grain plus petite qu'une taille de grain abrasif (non aggloméré) normalement sélectionné pour ce type d'opération de meulage. Par exemple, un abrasif aggloméré ayant une taille de grain de 80 grits (180 pm) peut remplacer un abrasif de 54 grits (300 pm), un abrasif aggloméré de 100 grits (125 pm) peut remplacer un abrasif de 60 grits (250 pm) et un abrasif aggloméré de 120 grits (106 pm) peut remplacer un abrasif de 80 grits (180 pm).
Une taille agglomérée préférée pour des grains abrasifs types est comprise entre environ 200 et environ 3 000 pm, mieux entre environ 350 et environ 2 000 pm, mieux encore entre environ 425 et environ 1 000 pm, de diamètre moyen. Pour un grain microabrasif, une taille agglomérée préférée va d'environ 5 à environ 180 pm, mieux d'environ 20 à environ 150 pm, mieux encore d'environ 70 à environ 120 pm, de diamètre moyen.
Dans les granules de grains abrasifs agglomérés pour l'invention, les grains abrasifs sont habituellement présents en une quantité allant d'environ 10 à environ 95 % en volume de l'agglomérat. De préférence, les grains abrasifs sont présents en une quantité allant d'environ 35 à environ 95 % en volume, mieux d'environ 48 à environ 85 % en volume, de l'agglomérat. Le complément de l'agglomérat comprend du matériau liant et des pores.
Comme avec les granules de grains abrasifs agglomérés, les agglomérats de grains abrasifs sol-gel filamentaires pour l'utilisation selon la présente invention sont des granules tridimensionnels qui incluent une pluralité de grains abrasifs sol-gel filamentaires et un second matériau liant. De préférence, l'agglomérat des grains abrasifs sol-gel filamentaires incluten outre des grains abrasifs secondaires comme il est décrit plus haut. Dans un exemple spécifique, les grains abrasifs secondaires sont de forme non filamentaire. Dans une forme d'exécution, un agglomérat de grains abrasifs sol-gel filamentaires qui inclut une pluralité de grains abrasifs sol-gel filamentaires et de grains abrasifs secondaires peut être utilisé pour le mélange de grains abrasifs en combinaison avec les granules de grains abrasifs agglomérés. Dans une autre forme d'exécution, un agglomérat de grains abrasifs sol-gel filamentaires qui inclut une pluralité de grains abrasifs sol-gel filamentaires et de grains abrasifs secondaires peut être utilisé comme abrasif pour les outils abrasifs selon l'invention sans mélange avec les granules de grains abrasifs agglomérés. Des caractéristiques types des agglomérats de grains abrasifs sol-gel filamentaires sont telles que discutées ci-dessus pour les granules de grains abrasifs agglomérés.
En sélectionnant différentes tailles de grain pour les mélanges de grains filamentaires et de grains non filamentaires, on peut régler les performances de meulage des outils abrasifs contenant les grains agglomérés. Par exemple, un outil utilisé dans une opération de meulage fonctionnant à un taux d'enlèvement de matière (MRRI") relativement élevé peut être fabriqué avec des agglomérats de grains comprenant des grains d'alumine carrés ou en blocs de 46 grits (355 pm) et des grains TG2 de 80 grits (180 pm). De même, des outils fabriqués à la demande pour des opérations à fort MRR peuvent contenir des agglomérats formés uniquement de grains d'alumine carrés ou en blocs de 46 grits (355 pm) mélangés avec des grains non agglomérés, libres, TG2 de 80 grits (180 pm). Selon un autre exemple, un outil utilisé dans une opération de meulage nécessitant un fini de surface fin et maîtrisé, sans rayure, de la surface de la pièce d'oeuvre, peut être fait avec des agglomérats de grains comprenant des grains d'alumine carrés ou en blocs de 120 grits (106 pm) et des grains TG2 de 80 grits (180 pm). Dans un mode d'exécution formant variante, des outils conçus pour des opérations de meulage débouchant sur une fine qualité de surface ou de polissage peuvent contenir des agglomérats formés juste de grains d'alumine carrés ou en blocs de 120 grits (106 pm) mélangés " abrégé de la nomenclature anglaise "material removal rate" avec des grains non agglomérés, libres, de TG2 de 80 grits (180 pm).
On peut utiliser n'importe quel matériau agglomérant (liant) pour les outils abrasifs agglomérés connus dans l'art en tant que matériau liant des granules de grains abrasifs agglomérés (appelé ci-après "le premier matériau liant") et en tant que second matériau liant des agglomérats de grains abrasifs filamentaires sol-gel. De préférence, les premier et second matériaux de liaison incluent chacun indépendamment un matériau inorganique, tel que des matériaux céramiques, des matériaux vitrifiés, des matériaux agglomérants vitrifiés et leurs combinaisons, mieux des matériaux céramiques et vitrifiés du type utilisé comme systèmes agglomérants pour outils abrasifs agglomérés vitrifiés. Ces matériaux agglomérants vitrifiés peuvent être un verre précuit broyé en une poudre (une fritte) ou un mélange de diverses matières premières, tels que l'argile, le feldspath, la chaux, le borax et la soude, ou une combinaison de matériaux frittés et bruts. De tels matériaux fondent et forment une phase vitreuse liquide à des températures allant d'environ 500 à environ 1 400 C et ils mouillent la surface des grains abrasifs pour créer, au refroidissement, des piliers d'agglomérant, maintenant ainsi les grains abrasifs au sein d'une structure composite. Des exemples de matériaux liants convenables pour une utilisation dans les agglomérats peuvent être trouvés, par exemple, dans le brevet US 6 679 758 B2 et dans la demande de brevet US 2003/0194954. Des matériaux liants préférés sont caractérisés par une viscosité d'environ 345 à 53 300 poises à environ 1 180 C, et par un point de fusion d'environ 800 à environ 1 300 C.
Dans une forme d'exécution préférée, les premier et second matériaux de liaison sont chacun indépendamment une composition agglomérante vitrifiée comprenant une composition d'oxyde cuite formée de SiO2, B2O3, Al2O3, d'oxydes alcalino-terreux et d'oxydes alcalins. Un exemple de la composition d'oxyde cuite inclut 71 en poids de SiO2 et B2O3, 14 % de Al2O3r moins de 0,5 % en poids d'oxydes alcalino-terreux et 13 % en poids d'oxydes alcalins.
Les premier et second matériaux de liaison peuvent également être un matériau céramique, y compris la silice, les silicates alcalins, alcalinoterreux, alcalins et alcalino-terreux mixtes, les silicates d'aluminium, les silicates de zirconium, les silicates hydratés, les aluminates, les oxydes, les nitrures, les oxynitrures, les carbures, les oxycarbures, et leurs combinaisons et dérivés. En général, les matériaux céramiques diffèrent des matériaux vitreux ou vitrifiés en ce sens que les matériaux céramiques comprennent des structures cristallines. Certaines phases vitreuses peuvent être présentes en combinaison avec les structures cristallines, en particulier dans les matériaux céramiques à l'état non raffiné. Les matériaux céramiques à l'état brut, tels que les argiles, les ciments et minéraux, peuvent être utilisés ici. Des exemples de matériaux céramiques spécifiques convenant à une utilisation ici incluent la silice, les silicates de sodium, la mullite et autres aluminosilicates, la zircone-mullite, l'aluminate de magnésium, le silicate de magnésium, les silicates de zirconium, le feldspath et d'autres aluminosilicates alcalins, les spinelles, l'aluminate de calcium, l'aluminate de magnésium et d'autres aluminates alcalins, la zircone, la zircone stabilisée par l'oxyde d'yttrium, l'oxyde de magnésium, l'oxyde de calcium, l'oxyde de cérium, l'oxyde de titane, et d'autres additifs de terres rares, le talc, l'oxyde de fer, l'oxyde d'aluminium, la boehmite, l'oxyde de bore, l'alumine-oxynitrure, le nitrure de bore, le nitrure de silicium, le graphite et les combinaisons de ces matériaux céramiques.
En général, les premier et second matériaux liants sont chacun indépendamment utilisés sous forme de poudre et, le cas échéant, ils sont ajoutés à un véhicule liquide pour garantir un mélange uniforme, homogène, du matériau liant avec les grains abrasifs au cours de la fabrication des agglomérats.
Une dispersion de liants organiques est de préférence ajoutée aux composants du matériau liant en poudre en tant qu'auxiliaires de moulage ou de traitement. Ces liants peuvent inclure des dextrines, de l'amidon, de la colle de protéine animale, et d'autres types de colle; un composant liquide, tel que de l'eau, un solvant, des modificateurs de viscosité ou de pH, et des auxiliaires de mélange.
L'utilisation de liants organiques améliore l'uniformité de l'agglomérat, en particulier l'uniformité de la dispersion du matériau liant sur les grains, et la qualité de la structure des agglomérats précuits ou verts, ainsi que celle de l'outil abrasif cuit contenant les agglomérats. Du fait que les liants organiques sont éliminés par combustion au cours de la cuisson des agglomérats, ils ne deviennent pas partie des agglomérats finis, pas plus que de l'outil abrasif fini. Un promoteur d'adhérence inorganique peut être ajouté au mélange pour améliorer l'adhérence des matériaux liants aux grains abrasifs, selon les besoins, pour améliorer la qualité du mélange. Le promoteur d'adhérence inorganique peut être utilisé avec ou sans liant organique dans la préparation des agglomérats.
Bien que l'on préfère des matériaux liants fondant à une température élevée, dans les agglomérats selon l'invention, le matériau liant peut également comprendre d'autres liants inorganiques, liants organiques, matériaux agglomérants organiques, matériaux agglomérants métalliques ou leurs combinaisons. On préfère les matériaux liants utilisés dans l'industrie des outils abrasifs comme agglomérants pour abrasifs à agglomérants organiques, abrasifs appliqués, abrasifs à agglomérants métalliques et analogues.
Le matériau liant est présent à raison d'environ 0,5 à environ 15 % en volume, de préférence d'environ 1 à environ 10 % en volume, et, mieux, d'environ 2 à environ 8 % en volume de l'agglomérat.
Le pourcentage volumique de porosité préféré au sein de l'agglomérat est aussi élevé que techniquement possible dans les limites de la résistance mécanique de l'agglomérat nécessaire à la fabrication d'un outil abrasif et à son utilisation à des fins de meulage. La porosité peut aller d'environ 30 à environ 88 % en volume, de préférence d'environ 40 à environ 80 % en volume, et mieux d'environ 50 à environ 75 % en volume. Une portion (par exemple allant jusqu'à environ 75 % en volume) de la porosité au sein des agglomérats est de préférence présente sous la forme d'une porosité interconnectée, ou d'une porosité perméable au passage de fluides, y compris de liquides (par exemple un liquide de refroidissement pour meulage et de la boue de meulage), et de l'air.
La densité des agglomérats peut être exprimée de diverses manières. La densité globale des agglomérats peut être exprimée en tant que LPD. La densité relative des agglomérats peut être exprimée en pourcentage de densité relative initiale, ou sous la forme d'un rapport entre la densité relative des agglomérats aux composants utilisés pour fabriquer les agglomérats, en prenant en compte le volume de porosité interconnectée dans les agglomérats.
La densité relative moyenne initiale, exprimée en pourcentage, peut être calculée en divisant la LPD par une densité théorique des agglomérats en supposant une porosité nulle. La densité théorique peut être calculée selon le procédé de la règle volumétrique des mélanges à partir du pourcentage pondéral et de la masse volumique du matériau de liaison et des grains abrasifs contenus dans les agglomérats. Pour les agglomérats utilisables selon l'invention, une densité relative maximale exprimée en pourcentage est d'environ 50 % en volume, une densité relative maximale exprimée en pourcentage d'environ 30 % en volume étant davantage préférée.
La densité relative peut être mesurée par une technique de volume de fluide déplacé de façon à inclure la porosité interconnectée et à exclure la porosité des cellules fermées. La densité relative est le rapport entre le volume des agglomérats mesuré par déplacement de fluide et le volume des matériaux utilisés pour fabriquer les agglomérats. Le volume des matériaux utilisés pour fabriquer les agglomérats est une mesure du volume apparent reposant sur les quantités et les densités de tassement des grains abrasifs et du matériau liant utilisé pour fabriquer les agglomérats. Dans une forme d'exécution préférée, une densité relative maximale des agglomérats est de préférence d'environ 0,7, une densité relative maximale d'environ 0,5 étant davantage préférée.
Les agglomérats de grains abrasifs peuvent être formés par une diversité de techniques en de nombreuses tailles et formes. Ces techniques peuvent être mises en oeuvre avant, pendant ou après la cuisson du mélange de grains et de matériau liant à l'état initial ("vert"). L'étape de chauffage du mélange pour provoquer la fusion et l'écoulement du matériau liant, et par conséquent l'adhérence du matériau liant aux grains et la fixation des grains en une forme agglomérée, est appelée ici cuisson, calcination ou frittage. Tout procédé connu dans la technique pour agglomérer des mélanges de particules peut être utilisé pour préparer les agglomérats abrasifs. Par exemple, on peut utiliser les procédés divulgués dans le brevet U.S. n 6 679 758 B2 et dans la demande de brevet U.S. n 2003/0194954.
Dans une forme d'exécution préférée, les agglomérats de grains abrasifs, tels que les granules de grains abrasifs agglomérés frittés, sont préparés par les étapes suivantes: i) alimentation d'un four de calcination rotatif en grains abrasifs et matériau liant, à un débit d'alimentation régulé ; ii) rotation du four à une vitesse régulée; iii) chauffage du mélange à un rythme de chauffage déterminé par le rythme d'alimentation et la vitesse du four jusqu'à une température comprise dans une gamme allant d'environ 80 C à environ 1300 C; iv) culbutage des grains et du matériau liant dans le four jusqu'à ce que le matériau liant adhère aux grains et qu'une pluralité de grains adhèrent les uns aux autres pour créer les granules agglomérés frittés; et v) récupération des granules agglomérés frittés, depuis le four. De préférence, les granules agglomérés frittés ont une densité à l'état faiblement tassé égale ou inférieure à environ 1,6 g/cm3.
Selon un exemple du procédé utilisé ici pour fabriquer les agglomérats, le mélange initial de grains et de matériau liant est aggloméré avant la cuisson du mélange de façon à créer une structure mécanique relativement faible, appelée ici "agglomérat vert" ou "agglomérat précuit". Dans cet exemple, les grains abrasifs et les matériaux liants peuvent être agglomérés à l'état vert par un certain nombre de techniques différentes, par exemple dans un granulateur à table, puis introduits dans un appareil de calcination rotatif à des fins de frittage. Les agglomérats verts peuvent être placés sur un plateau ou une clayette et cuits au four, sans culbutage, au cours d'un procédé continu ou par lots.
Les grains abrasifs peuvent être transportés dans un lit fluidisé, puis mouillés avec un liquide contenant le matériau liant pour faire coller le matériau liant aux grains, tamisés pour ajuster la taille des agglomérats et enfin cuits dans un four ou un appareil de calcination.
La granulation sur table peut être mise en oeuvre en introduisant les grains dans un bol de mixeur, et en dosant un composant liquide contenant le matériau liant (par exemple, de l'eau, ou un liant organique et de l'eau) sur les grains, en mélangeant, pour agglomérer les grains ensemble. Une dispersion liquide du matériau liant, facultativement avec un liant organique, peut être pulvérisée sur les grains, après quoi les grains enrobés peuvent être mélangés pour former des agglomérats.
On peut utiliser un appareil d'extrusion à basse pression pour extruder une pâte de grains et de matériau liant en tailles et formes qui sont séchées pour former des agglomérats. Une pâte peut être faite à partir des matériaux liants et des grains avec une solution de liant organique, et extrudée en une forme voulue, par exemple des particules filamentaires, au moyen de l'appareil et du procédé divulgués dans le brevet U.S. n 4 393 021.
Dans un procédé de granulation à sec, une feuille ou un bloc fait des grains abrasifs noyés dans une dispersion ou une pâte du matériau liant peut être séché(e), après quoi un compacteur à rouleaux peut être utilisé pour briser le composite de grains et de matériau liant.
Selon un autre procédé de fabrication des agglomérats verts ou précurseurs, le mélange du matériau liant et des grains peut être introduit dans un dispositif de moulage et le mélange être moulé pour former des formes et tailles précises, par exemple, de la manière divulguée dans le brevet U.S. n 6 217 413 B1.
Dans un second exemple de procédé utilisable ici pour la fabrication d'agglomérats, un simple mélange, de préférence un mélange sensiblement homogène, des grains et du matériau liant (facultativement avec un liant organique) est introduit dans un appareil de calcination rotatif (voir, par exemple, U.S. 6 679 758). Le mélange est culbuté à un nombre de tours par minute prédéterminé et selon une inclinaison prédéterminée, en appliquant de la chaleur. Des agglomérats sont formés tandis que le mélange de matériaux liants chauffe, fond, s'écoule et adhère aux grains. Les étapes de cuisson et d'agglomération sont mises en oeuvre simultanément à des vitesses et volumes régulés d'introduction et d'application de chaleur. La vitesse d'introduction est généralement réglée pour donner un écoulement occupant grossièrement 8-12 en volume, du tube (c'est-à-dire de la portion formant four) de l'appareil de calcination rotatif. L'exposition à la température maximale au sein de l'appareil est choisie pour maintenir la viscosité des matériaux liants à l'état liquide à une viscosité d'au moins environ 1000 poises. Cela évite un écoulement excessif du matériau liant sur la surface du tube et une perte de matériau liant depuis la surface des grains abrasifs. Le procédé d'agglomération pour agglomérer et cuire les agglomérats peut être mis en oeuvre au cours d'une étape de procédé unique ou au cours de deux étapes séparées, de préférence au cours d'une étape de procédé unique.
Des machines de calcination rotatives convenables peuvent être obtenues auprès de Harper International, Buffalo, N.Y., ou auprès d'Alstom Power, Inc., Applied Test Systems, Inc., et autres fabricants d'équipements.
L'appareil peut facultativement être équipé de dispositifs électroniques, de commandes agissant en cours de fabrication et de détection, d'un système de refroidissement, de divers modèles d'appareils d'alimentation et autres dispositifs optionnels.
Lorsque l'on agglomère des grains abrasifs avec des matériaux liants ayant une plus basse température de durcissement (par exemple, d'environ 80 à environ 500 C), on peut utiliser un appareil formant four rotatif équipé d'un séchoir rotatif. Le séchoir rotatif fournit de l'air chauffé à l'extrémité de décharge du tube pour chauffer le mélange de grains abrasifs, durcissant ainsi le matériau liant et le solidarisant aux grains, pour ainsi agglomérer les grains abrasifs tandis qu'ils sont collectés depuis l'appareil. Telle qu'utilisée ici, l'expression "four de calcination rotatif" est illustrée par de tels dispositifs formant séchoir rotatif.
Dans un troisième exemple de procédé utilisable ici pour la fabrication d'agglomérats, un mélange des grains abrasifs, des matériaux de liaison et d'un système liant organique est introduit dans un four, sans préagglomération, et chauffé. Le mélange est chauffé à une température suffisamment élevée pour faire que le matériau liant fonde, s'écoule et adhère aux grains, puis refroidi pour fabriquer un composite. Le composite est écrasé et tamisé pour réaliser les agglomérats frittés.
Dans un quatrième exemple, les agglomérats ne sont pas frittés avant de fabriquer l'outil abrasif, mais les agglomérats "verts" sont moulés avec le matériau agglomérant pour former un corps d'outil et le corps est cuit pour former l'outil abrasif. Dans un procédé préféré de mise en oeuvre de ce procédé, un matériau liant vitrifié, de viscosité élevée (lorsqu'il est fondu pour former un liquide), est utilisé pour agglomérer les grains à l'état vert. Les agglomérats verts sont séchés au four et mélangés avec une seconde composition agglomérantes vitrifiée, de préférence de plus faible viscosité, et moulés en la forme d'un outil abrasif vert. Cet outil vert est cuit à une température qui est efficace pour fondre le matériau liant vitrifié de viscosité élevée, sans pour autant le faire s'écouler. La température de cuisson est sélectionnée pour être suffisamment élevée pour faire fondre la composition de matériau liant en un verre, agglomérant ainsi les grains et faisant que la composition agglomérante s'écoule, lie les agglomérats et forme l'outil. Il n'est pas essentiel de sélectionner des matériaux de viscosités différentes et des matériaux ayant différentes températures de fusion pour mettre en oeuvre ce procédé. D'autres combinaisons de matériaux liants et de matériaux agglomérants connues dans la technique peuvent être utilisées dans cette technique de fabrication d'outils abrasifs à partir d'agglomérats à l'état vert.
Les outils abrasifs agglomérés selon l'invention incluent généralement tout type de produits abrasifs classiques. Des exemples de tels produits abrasifs classiques incluent les meules, les disques de coupe et les pierres à roder, qui sont constitués d'un composant agglomérant et d'un mélange de grains abrasifs, ou d'agglomérats de grains abrasifs filamentaires sol-gel, comme il est décrit ci-dessus. Des procédés convenables de fabrication d'outils abrasifs agglomérés sont divulgués dans les brevets U.S. n 5 129 919, 5 738 696 et 5 738 697.
On peut employer, selon la présente invention, n'importe quel agglomérant normalement utilisé dans des articles abrasifs. Les quantités d'agglomérant et d'abrasif varient habituellement entre environ 3 % et environ 25 % d'agglomérant et entre environ 10 % et environ 70 % de grains abrasifs, en volume, de l'outil. De préférence, le mélange de grains abrasifs est présent dans l'outil abrasif aggloméré en une quantité allant d'environ 10-60 %, mieux d'environ 20-52 %, en volume de l'outil. De même, lorsque les agglomérats de grains abrasifs sol-gel filamentaires sont utilisés sans mélange avec les granules abrasifs agglomérés, la quantité d'agglomérats de grains abrasifs filamentaires sol-gel présents dans l'outil abrasif aggloméré est en une quantité d'environ 10-60 %, mieux d'environ 20-52 %, en volume de l'outil. Une quantité préférée d'agglomérant peut varier en fonction du type d'agglomérant utilisé pour l'outil abrasif.
Dans une forme d'exécution, les outils abrasifs selon l'invention peuvent être agglomérés avec un agglomérant formé par une résine. Des agglomérants convenables formés de résine incluent les résines phénoliques, les résines urée-formaldéhyde, les résines mélamine- formaldéhyde, les résines uréthane, les résines acrylates, les résines polyesters, les résines aminoplastes, les résines époxy, et leurs combinaisons. Des exemples d'agglomérants convenables formés par une résine et de techniques de fabrication de tels agglomérants peuvent être trouvés, par exemple, dans les brevets U.S. n 6 251 149; 6 015 338; 5 976 204; 827 337 et 3 323 885. Habituellement, les agglomérants formés par une résine sont contenus dans les compositions des outils abrasifs en une quantité d'environ 3 %-48 % en volume. Il peut, en outre, être ajouté facultativement aux agglomérants formés d'une résine des additifs tels que des fibres, des auxiliaires de meulage, des lubrifiants, des agents mouillants, des tensioactifs, des pigments, des colorants, des agents antistatiques (par exemple, du noir de carbone, de l'oxyde de vanadium, du graphite, etc.), des agents de couplage (par exemple, des silanes, des titanates, des zircoaluminates, etc.), des plastifiants, des agents de mise en suspension, et analogues. Une quantité type pour de tels additifs est d'environ 0-70 % en volume de l'outil.
Dans une autre forme d'exécution, le composant agglomérant de l'outil comprend un matériau inorganique sélectionné dans le groupe consistant en les matériaux céramiques, les matériaux vitrifiés, les compositions d'agglomérants vitrifiés, et leurs combinaisons. Des exemples d'agglomérants convenables peuvent être trouvés dans les brevets U.S. n 4 543 107; 4 898 597; 203 886; 5 025 723; 5 401 284; 5 095 665; 5 711 774; 5 863 308 et 5 094 672. Par exemple, des agglomérants vitreux convenant à l'invention incluent des agglomérants vitreux classiques utilisés pour les grains abrasifs en alumine fondue ou en alumine sol-gel. De tels agglomérants sont décrits dans les brevets U.S. n 5 203 886, 5 401 284 et 5 536 283. Ces agglomérants vitreux peuvent être cuits à des températures relativement basses, par exemple d'environ 850-1200 C. D'autres agglomérants vitreux convenant à une utilisation dans l'invention peuvent être cuits à des températures inférieures à environ 875 C. Des exemples de ces agglomérants sont divulgués dans le brevet U.S. n 5 863 308. De préférence, il est employé dans l'invention des agglomérants vitreux qui peuvent être cuits à une température dans la gamme allant d'environ 850 C à environ 1200 C. Dans un exemple spécifique, l'agglomérant vitreux est un boro-aluminosilicate alcalin (voir, par exemple, les brevets U.S. n 5 203 886, 5 025 723 et 711 774).
Les agglomérants vitreux sont contenus dans les compositions des outils abrasifs, habituellement en quantité inférieure à environ 28 % en volume, telle qu'entre environ 3 et environ 25 % en volume; entre environ 4 et environ 20 % en volume; et entre environ 5 et environ 18,5 en volume.
Le composant agglomérant de l'outil abrasif et les matériaux liants, incluant les premier et second matériaux liants, peuvent inclure facultativement le même type de compositions d'agglomérants, tel qu'une composition d'agglomérants vitrifiés comprenant une composition d'oxydes cuits de SiO2, B2031 Al203, d'oxydes alcalino-terreux et d'oxydes alcalins.
Les grains abrasifs filamentaires sol-gel, en combinaison avec les grains abrasifs agglomérés, ou les agglomérats de grains abrasifs filamentaires sol-gel avec ou sans mélange avec les granules de grains abrasifs agglomérés, permettent la production d'outils abrasifs agglomérés ayant une structure fortement poreuse et perméable. Cependant, il peut facultativement être incorporé dans les meules selon l'invention des milieux classiques inducteurs de pores tels que des billes creuses en verre, des billes pleines en verre, des billes creuses en résine, des billes pleines en résine, des particules de verre alvéolées, de l'alumine globulaire, et analogues, offrant ainsi encore plus de latitude pour ce qui est du nombre de variations en matière de qualité et de structure.
Les outils abrasifs agglomérés selon l'invention contiennent de préférence, en volume, d'environ 0,1 % à environ 80 % de porosité. Mieux, ils contiennent, en volume, d'environ 35 % à environ 80 %, et mieux encore d'environ 40 % à environ 68 %, de porosité par rapport au volume de l'outil.
Lorsqu'on utilise un agglomérant formé d'une résine, le mélange combiné des grains abrasifs et du composant agglomérant formé par la résine est durci à une température, par exemple, dans la gamme allant d'environ 60 C à environ 300 C pour fabriquer un outil abrasif résinoïde. Lorsqu'un agglomérant vitreux est employé, le mélange combiné des grains abrasifs et du composant agglomérant vitreux est cuit à une température, par exemple, dans la gamme allant d'environ 600 C à environ 1350 C pour fabriquer un outil abrasif vitrifié.
Lorsqu'on utilise un agglomérant vitreux, les outils abrasifs vitrifiés sont habituellement cuits par des procédés connus de l'homme de l'art. Les conditions de cuisson sont fondamentalement déterminées par l'agglomérant réel et les abrasifs utilisés. La cuisson peut être mise en oeuvre sous atmosphère inerte ou à l'air. Dans certaines formes d'exécution, les composants combinés sont cuits à l'atmosphère de l'air ambiant. Telle qu'utilisée ici, l'expression "atmosphère de l'air ambiant" se réfère à de l'air tiré de l'environnement, sans traitement.
Les procédés de moulage et de pressage pour former des outils abrasifs, tels que des meules, des pierres, des pierres à roder, et analogues, peuvent être mis en oeuvre par des procédés connus dans la technique. Par exemple, le brevet U.S. n 6 609 963 divulgue un tel procédé convenable.
Habituellement, les composants sont combinés par mélange mécanique. Des ingrédients supplémentaires, tels que, par exemple, un liant organique, peuvent être inclus comme cela est connu dans la technique. Les composants peuvent être combinés successivement ou au cours d'une seule étape. Lemélange résultant peut être facultativement tamisé pour éliminer les agglomérats qui peuvent s'être formés au cours du mélange.
Le mélange est placé dans un moule approprié à des fins de pressage. Des poinçons conformés sont habituellement utilisés pour enfermer le mélange. Dans un exemple, les composants combinés sont moulés et pressés selon une forme convenable de couronne de meulage. Le pressage peut être fait par tout moyen convenable, comme par pressage à froid ou pressage à chaud comme il est décrit dans le brevet U.S. n 6 609 963. On préfère des procédés de moulage et de pressage qui évitent d'écraser le corps creux.
On préfère le pressage à froid, et celui-ci inclut généralement l'application, à la température ambiante, d'une pression initiale suffisante pour maintenir ensemble les pièces de l'assemblage du moule.
Lorsque l'on utilise un pressage à chaud, la pression est appliquée avant, ainsi que pendant, la cuisson. En variante, la pression peut être appliquée à l'assemblage du moule après qu'un article a été enlevé d'un four, ce qui est appelé "estampage à chaud".
Dans certaines formes d'exécution où l'on utilise des corps creux, de préférence au moins 90 % en poids des corps creux restent intacts après le moulage et le pressage. L'article abrasif est enlevé du moule et refroidi à l'air. Au cours être aiguisé et soumis à un test Les outils meulage de tout compris l'acier outils trempé ;d'une étape ultérieure, l'outil cuit peut terminé selon une pratique standard, puis de vitesse avant utilisation.
abrasifs selon l'invention conviennent au type de métaux, tels que divers aciers, y inoxydable, la fonte d'acier, l'acier à les fontes de fer, par exemple le fer ductile, le fer malléable, le fer à graphite sphéroïdal, la fonte et le fer modulaire; et des métaux tels que le chrome, le titane et l'aluminium. En particulier, les outils abrasifs selon l'invention sont efficaces dans des applications de meulage où il y a une grande zone de contact avec la pièce d'oeuvre, telles qu'une rectification 25 passe profonde, une rectification de flanc d'engrenage, et une rectification de surface, et en particulier lorsque l'on utilise des matériaux difficiles à meuler et sensibles à la chaleur tels que les alliages à base de nickel.
L'invention est davantage décrite par les exemples 30 non-limitatifs suivants.
EXEMPLES
Exemple 1. Préparation de meules à partir d'un mélange de deux matières premières agglomérées Diverses combinaisons d'agglomérats de grains abrasifs filamentaires sol-gel et de granules de grains abrasifs agglomérés ont été préparées pour fabriquer des meules abrasives expérimentales, comme il est décrit dans le Tableau 1. Dans ce tableau, "TG2" représente un exemple de grain abrasif filamentaire en alumine solgel ensemencée obtenue auprès de Saint-Gobain Abrasives, Worcester, MA (USA). Des grains abrasifs en alumine fondue Norton 38A, qui sont disponibles auprès de la même société, ont été utilisés comme granules de grains abrasifs agglomérés (ci-après "38A").
Un jeu de meules expérimental a été formulé avec différents rapports de grains TG2 par rapport aux agglomérats de grains 38A. De telles meules renfermant un mélange de grains abrasifs filamentaires en alumine sol-gel, ou des agglomérats de tels grains, et des granules de grains abrasifs agglomérés sont appelées ci-après meules du type "grains agglomérés-TG2". Quatre meules grains agglomérés-TG2 (20)-(23) ont été faites avec des montants globaux de 10, 30, 50 et 75 % en poids de TG2 et, respectivement, 90, 70, 50 et 25 % en poids de grains 38A. Les meules ont été faites à partir de deux matières premières d'agglomérats: a) agglomérats de 75 % en poids de TG2 (rapport de forme 8:1) et de 25 % en poids de 38A ayant une taille de particule de l'ordre de 102 pm (maille 120 selon la norme américaine) (38A-120) dans 3 % en poids de Matériau Liant C décrit dans le Tableau 2 du brevet US 6 679 758 B2 (la composition cuite comprend 71 % en poids de composants formateurs de verre (SiO2 + B203) ; 14 % en poids de Al203; < 0,5 % en poids d'oxyde(s) alcalino-terreux RO (CaO, MgO) ; 13 % en poids d'oxyde(s) alcalin(s) R20 (Na2O, K20, Li2O) ; la masse volumique est de 2,42 g/cm3 et la viscosité à 1 180 C est de 345 poises) ; b) agglomérats de 38A ayant une taille de particule de l'ordre de 203 pm (maille 60 selon la norme américaine) (38A-60) dans 3 % en poids de Matériau Liant C. La matière première a) contient des agglomérats constitués de 75 % en poids de grains TG2 ayant une taille de particule de l'ordre de 145 pm (maille 80 selon la norme américaine) et 25 % en poids de grains d'alumine fondue 38A ayant une taille de particule de l'ordre de 102 pm (maille 120 selon la norme américaine) (38A-120). La matière première b) contient des agglomérats de grains d'alumine fondue 38A ayant une taille de particule de l'ordre de 203 pm (maille 60 selon la norme américaine) (38A-60). Pour chaque matière première, on a utilisé 3 % en poids de Matériau Liant C comme matériau liant. Les agglomérats a) et b) ont été préparés dans un four rotatif par le procédé décrit à l'Exemple 5 du brevet US 6 679 758 B2, excepté que le four a été mis en oeuvre à 1 150 C. La figure montre une image de microscopie électronique à balayage (SEM) de l'agglomérat a) formé d'un mélange de 75 % en poids de TG2 et 25 % en poids de 38A-120, agglomérés avec 3 % en poids de Matériau de Liaison C. Comme le montre la Figure, les grains fins de 38A-120 ont débouché sur une bonne couverture des grains filamentaires TG2.
Quatre mélanges différents de grains abrasifs selon l'invention ont, en conséquence, été obtenus en faisant varier le rapport de mélanges entre les agglomérats a) et b), comme cela est résumé dans le Tableau 1.
Tableau 1. Mélanges de grains abrasifs pour les outils abrasifs (20)-(23) Echantillon n TG2/(TG2 + 38A), (75 % poids TG2 + 38A-60 + 3 % poids poids 25 % poids 38A-120) Matériau Liant C + 3 % poids Matériau Liant C (23) 10 13 87 (22) 30 40 60 (21) 50 67 33 (20) 75 100 0 Des meules ayant une taille finie de 50,8 cm x 2,5 cm x 20,3 cm (20 pouces x 1 pouce x 8 pouces) ont été fabriquées en mélangeant les grains abrasifs et les agglomérats avec le Matériau Liant C, en moulant le mélange en une meule et en cuisant les meules moulées à 950 C. On a utilisé la fraction d'agglomérats -12/+ [agglomérats retenus inférieurs à 1346 pm (maille 12 selon la norme américaine)].
En tant que témoin, on a préparé une meule employant 5 100 % d'agglomérats classiques de 38A-120 [échantillon (24) ] comme abrasif par le procédé décrit à l'Exemple 7 du brevet U.S. n 6 679 758 B2.
D'autres meules standard (27) et (28) ont employé des abrasifs qui incluaient, respectivement, 100 % de 38A-120 non-aggloméré et 100 % de 38A-60 non-aggloméré, et des meules standard (25) et (26) ont employé des abrasifs qui incluaient 100 %, respectivement, de TG2-80 non-aggloméré et de TG2-120 non-aggloméré. Ces meules standard sont des produits du commerce obtenus auprès de Saint-Gobain Abrasives, Inc., Worcester, MA (USA), et elles sont indiquées chacune avec leur désignation du commerce dans le Tableau 2. Les meules employant des agglomérats classiques, tels que des agglomérats de 38A, sont appelées ci-après "meules témoins à grains agglomérés". De même, les meules employant des grains abrasifs filamentaires sol-gel classiques, tels que les grains TG2, sont appelées ci-après "meules TG2".
Exemple 2. Propriétés mécaniques des meules de
l'Exemple 1
A. Module d'élasticité Toutes les données concernant le module d'élasticité ont été mesurées au moyen d'une machine Grindosonic, par le procédé décrit dans J. Peters, "Sonic Testing of Grinding Wheels", Advances in Machine Tool Design and Research, Pergamon Press, 1968.
Les propriétés physiques des meules grains agglomérés-TG2 (20)-(23) sont présentées dans le Tableau 2 ci-dessous et comparées aux meules standard de grains agglomérés (24) ; aux meules TG2 standard (25) et (26) et aux meules classiques standard (27) et (28). Comme le montre le Tableau 2, les modules d'élasticité des meules standard TG2 (25) et (26) sont similaires à celui de la meule standard 38A-60 (28). Le module d'élasticité des meules standard TG2 (26) avait la plus forte valeur parmi celles des meules testées. La meule en grains agglomérés (24) s'est comportée de façon tout à fait inattendue, ayant une réduction du module d'élasticité allant jusqu'à environ 40 %, par comparaison avec les meules TG2 (25) et (26). Il est intéressant de noter que les modules d'élasticité des meules grains agglomérés-TG2 (20)-(23) étaient de 37 à 42 % inférieurs à ceux des meules TG2 (25) et (26). Il est remarquable que les modules d'élasticité des meules grains agglomérés-TG2 (20)-(23) n'ont pas subi de changement significatif avec le rapport TG2/38A, restant proche du module d'élasticité de la meule en grains agglomérés (24).
Tableau 2. Caractéristiques des meules abrasives de l'Exemple 1 Meules Composition Masse Module Module Dureté (% pds de mélange des meules volum. Mastic. rupture (sablage) abrasif dans les meules) % volumique Etat cuit (GPa) (MPa) g/cm3 Aggl. Abras. Liantb Porosité Meule comparative (25) N/A 38 6,4 55,6 1,67 23,5 23 1,61 TG2-80 E13 VCF3a Meule comparative (26) N/A 36,2 8,2 55,6 1,66 24,2 21,0 1,46 TG2-120 E13 VCF3a (20) 75% TG2 38 36,2 8,2 55,6 1,63 14,5 14,6 2,81 (21) 50% TG2 38 36,2 8,2 55,6 1,64 13,8 16,5 2,32 (22) 30% TG2 38 36,2 8,2 55,6 1,64 14,3 17,9 2,32 (23)10% TG2 38 36, 2 8,2 55,6 1,64 15,2 21,2 2,81 Meule comparative (27) NIA 36,2 8,2 55,6 1, 67 15,9 28 2,90 38Al20-E13 VCF2a Meule comparative (24) 38 36,2 8,2 55,6 1,64 14,9 24,6 2,84 % 38Al20 Meule comparative (28) N/A 38,4 7,7 53,9 1, 75 23,5 NIA 1,35 38A60-K75 LCNNa a Les meules témoins comparatives sont des produits du commerce obtenus auprès de 20 Saint-Gobain Abrasives, Inc. (Norton Company), et elles sont identifiées chacune par leur désignation alphanumérique.
b Les valeurs en pourcentage volumique de liant (agglomérant) pour les meules employant des agglomérats incluent le pourcentage volumique du matériau de liaison vitreux utilisé sur les grains pour faire les agglomérats plus l'agglomérant de la meule.
Les valeurs de sablage démontrent que les meules expérimentales étaient plus tendres que les meules comparatives en grains non-agglomérés 25, 26 et 28.
B. Module de rupture Le module de rupture a été déterminé sur des éprouvettes pour les échantillons (20)-(27) de l'Exemple 1, en utilisant une machine de test mécanique Instron modèle MTS 1125 comportant un dispositif de flexion à 4 points avec une envergure de support de 7,62 cm (3 pouces), une envergure d'application de charge de 2,54 cm (1 pouce) et une vitesse d'application de charge de 0,127 mm/min (0,050 pouce/minute) de la tête de traverse. Les mesures ont été faites en appliquant la force à l'échantillon jusqu'à la rupture et en enregistrant la force au point de rupture. Les résultats sont résumés dans le Tableau 2 ci-dessus. Comme on peut le voir dans le Tableau 2, la meule de grains agglomérés (24) manifeste généralement un module de rupture tout à fait similaire aux produits standard (25), (26) et (27). En général, de plus faibles modules de rupture que ceux de ces produits ont été observés pour les produits grains agglomérés-TG2 (20)-(23) (voir Tableau 2). Tandis que les données de module de rupture des meules grains agglomérés-TG2 (20)-(22), excepté la meule grains agglomérés-TG2 (23), ont été relativement inférieures à celles des meules standard (25), (26) et (27), elles sont relativement élevées par comparaison avec le module de rupture de 13-16 MPa mesuré sur des meules classiques en grains agglomérés employant des agglomérats 38A60 (voir Tableau 6-2 de WO 03/086 703). Ainsi, les données de module de rupture des meules grains agglomérés-TG2 (20)-(23) suffisent toujours à offrir assez de résistance mécanique pour des opérations de meulage, comme illustré dans l'Exemple 3 ci-dessous.
La chute du module de rupture observée sur les meules grains agglomérésTG2 (20)-(23) peut être due au fait que ces meules grains agglomérés-TG2 étaient plus tendres que ce à quoi on pouvait s'attendre compte tenu de leur composition. On pense que la chute de masse volumique à l'état cuit, rapportée dans le Tableau 2, est due à l'absence de retrait. Cette chute de densité indique également que les meules grains agglomérés-TG2 ont résisté au retrait au cours du traitement thermique par rapport aux meules comparatives, ayant une composition identique en pourcentage volumique mais fabriquées sans grains agglomérés (c'est-à-dire que le pourcentage volumique des grains, de l'agglomérant et des pores est de 100%). Cette caractéristique des meules grains agglomérés- TG2 est révélatrice d'avantages potentiels significatifs pour la fabrication des meules et les opérations de finissage.
La rigidité (le module d'élasticité) relativement faible des meules grains agglomérés-TG2 selon l'invention, qui a été obtenue sans sacrifier la résistance mécanique (modèle de rupture), est tout à fait unique et inattendue. C. Test de vitesse/vitesse d'éclatement Les propriétés de résistance mécanique déterminent généralement si un composite peut être utilisé comme outil abrasif aggloméré au cours d'une opération de meulage. Pour les meules vitrifiées, il est employé une relation pour lier la résistance mécanique (module de rupture) d'une éprouvette composite à effort de traction en rotation qui entraîne la défaillance de ce même composite. Par suite, le module de rupture mesuré sur une éprouvette peut fournir une estimation rapide et précise de la vitesse d'éclatement d'une meule fabriquée par le même procédé et en utilisant la même formulation que l'éprouvette.
Le test de vitesse d'éclatement des meules peut être 35 effectué directement selon le test standardisé décrit dans ANSI Standard B7.1-1988 (1995).
Les opérations de rectification passe profonde classiques font traditionellement fonctionner les meules à une vitesse de 33m/s (6500 pieds/minute) avec une vitesse de fonctionnement maximale d'environ 43,2 m/s (environ 8500 pieds/min). Les valeurs de test de vitesse d'éclatement de toutes les meules grains agglomérés-TG2 (20)-(23) ont été totalement acceptables pour une utilisation dans des opérations de rectification passe profonde.
Exemple 3. Performance de meulage des meules de
l'Exemple 1
Les meules grains agglomérés-TG2 (20)-(23) de l'Exemple 1 ont été testées dans des opérations de rectification passe profonde par rapport à des meules comparatives du commerce (25), (26) et (27), recommandées pour une utilisation dans de telles opérations de rectification passe profonde. La meule à grains agglomérés (24) (échantillon du laboratoire) et une meule à grains agglomérés du commerce (29), obtenue auprès de Saint-Gobain Abrasives, Inc., Worcester, MA (USA), ont également été testées comme meules témoin.
La rectification passe profonde est une application de meulage à faible force (grande surface de contact) couramment utilisée pour enlever de grandes quantités de matériaux et pour des matériaux sensibles à la brûlure. Trois caractéristiques principales de produits font qu'une meule pour rectification passe profonde fonctionne mieux: i) une plus faible puissance de meulage; ii) une faible sensibilité à la brûlure; et iii) une faible compensation de dressage. La réduction de la puissance de meulage peut permettre de meuler à un plus fort taux d'enlèvement de matière. La réduction de la sensibilité à la brûlure peut permettre également de meuler à un plus grand taux d'enlèvement de matière. La réduction de la compensation de dressage, tout en maintenant un fort taux d'enlèvement de matière et une absence de brûlure, peut permettre d'augmenter la durée de vie de la meule.
Toutes les meules utilisées pour les tests de rectification passe profonde avaient la même taille de 50,8 x 2,54 x 20,32 cm (20 x 1 x 8 pouces) et elles ont été testées en utilisant la machine Hauni-Blohm Profimat 410.
Il a été mis en oeuvre un test de rectification en coin selon lequel la pièce d'oeuvre est inclinée d'un petit angle (0,05 ) par rapport au chariot de la machine sur lequel elle est montée. Cette géométrie a débouché sur une augmentation de la profondeur de coupe, une augmentation du taux d'enlèvement de matière et une augmentation de l'épaisseur des copeaux au fur et à mesure que la rectification a progressé du début à la fin. Au cours de ces passes de rectification, l'augmentation continue de profondeur de coupe a donné une augmentation continue de taux d'enlèvement de matière (MRR) sur la longueur du bloc [20,3 cm (8 pouces)] Ainsi, les données de rectification ont été obtenues sur une gamme de situations au cours d'une passe unique. L'évaluation de la performance de la meule dans le test en coin a, en outre, été aidé par des mesures électroniques et par l'enregistrement de la puissance de la broche et des forces de meulage. La détermination précise des conditions [taux d'enlèvement de matière (MRR), épaisseur des copeaux, etc.) qui ont produit des résultats inacceptables, tels qu'une brûlure au meulage ou une rupture de la meule, a facilité la caractérisation des comportements de la meule et le classement des performances relatives entre produits.
Conditions de rectification standard pour les tests de rectification passe profonde en 30 coin: i. Machine: Hauni-Blohm Profimat 410 ii. Mode: rectification passe profonde en coin iii. Vitesse périphérique de la meule: 28 m/sec (5500 pieds/min) iv. Vitesse de la table: a varié de 12,7 à 44,4 cm/min (de 5 à 17,5 pouces/min) 35 v. Refroidissement: Master Chemical Trim E210 200, à une concentration de 10% avec de l'eau de puits désionisée, 272 I/min (72 gallons/min) vi. Matériau de la pièce usinée: Inconel 718 (42 HRc) vii. Mode de dressage: diamant rotatif, continu viii. Compensation de dressage: 0,25, 0,5 ou 1,5 micromètre/tour (10, 20 ou 60 micropouces/tour) ix. Rapport de vitesse: +0,8 Conditions de rectification standard pour les tests de rectification passe profonde en fente: i. Machine: Hauni-Blohm Profimat 410 ii. Mode: rectification passe profonde en fente iii. Vitesse périphérique de la meule: 28 m/sec (5500 pieds périphérique/min) iv. Vitesse de la table: a varié de 12,7 à 44,4 cm/min (de 5 à 17,5 pouces/min) v. Refroidissement: Master Chemical Trim E210 200, à une concentration de 10% avec de l'eau de puits désionisée, 272 I/min (72 gallons/min) vi. Matériau de la pièce usinée: Inconel 718 (42 HRc) vii. Mode de dressage: diamant rotatif, continu viii. Compensation de dressage: 0,38 micromètre/tour (15 micro-pouces/tour) ix. Rapport de vitesse: +0,8 Une brûlure de la pièce d'oeuvre, un fini rugueux de surface ou une perte de la forme en coin a constitué un échec. L'usure de la meule n'a pas été enregistrée car il s'agissait d'un test de rectification avec dressage continu. Le taux d'enlèvement de matière auquel s'est produit un échec (MRR maximal) a été noté.
A. Rectification en coin de meules grains agglomérés- TG2 avec une taux d'avancée du dressage de 0,5 pm/tour (20 p-pouce"/tour) Le Tableau 3 résume les taux d'enlèvement de matière maximaux MRR et les énergies de rectification spécifiques des meules testées (20)-(27) à une taux dressage de 0,5 pm/tour (20 p-pouce/tour) profondeur initiale de coupe en coin (0,01 pouce). Avant que se produise un standard à grains agglomérés (24) a d'enlèvement de matière 53 % inférieur à la valeur de la " -pouce = micropouce.
d'avancée du échec, donné et avec une de 0,025 cm la meule un taux meule TG2 (25) (Tableau 3). Les meules grains agglomérés-TG2 (22 et 23) employant 10 % et 30 % en poids de TG2 ont donné des MRR similaires à celui de la meule standard en grains agglomérés (24). La meule grains agglomérés-TG2 (21) employant 50 % en poids de TG2 a donné un taux d'enlèvement de matière maximal très similaire aux valeurs des meules TG2 (25) et (26) [respectivement environ 12 % et environ 6 % inférieures à celles des meules TG2 (25) et (26)]. De façon tout à fait surprenante, la meule grains agglomérés-TG2 (20) employant 75 % en poids de TG2 a donné la valeur de MRR la plus élevée parmi les meules testées, ce qui était 25 % supérieur à la valeur de la meule TG2 (25). Ainsi, les données de MRR des meules grains agglomérés-TG2 démontrent les avantages significatifs de la combinaison des technologies de grains agglomérées et de TG2.
Ces résultats suggèrent que certaines combinaisons de technologies de grains agglomérés et TG2 peuvent permettre des performances de meulages supérieures à celles de la technologie TG2. Ces performances de supériorité inattendues des meules grains agglomérés-TG2 selon l'invention par rapport aux meules TG2 font de la présente invention, c'est-à-dire de la combinaison des technologies grains agglomérés et TG2, une technologie d'ouverture.
Tableau 3. Résultats des tests de rectification avec un taux d'avancée du dressage de 0,5 pm/tour (20 p-pouce/tour) et une profondeur initiale du coin coupé de 0,254 mm (0,01 pouce) Meules Composition des meules MRRa max Energie Amélior. Mode % volumique mm3/s/mm spécif. MRR d'échec du vs TG2 meulage (%) (J/mm) Aggl. Abras. Liantb Porosité Meule comparative (25) * N/A 38 6,4 55,6 12,2 29,9 N/A brûlure TG2-80 E13 VCF3a Meule comparative (26)* N/A 36,2 8,2 55,6 10,1 33,15 N/A brûlure TG2-120 E13 VCF3a (20) 75% TG2 38 36,2 8,2 55,6 15,45 26,1 27 brûlure (21) 50% 1G2 38 36,2 8,2 55,6 10,7 29,4 -12 brûlure (22) 30% TG2 38 36,2 8,2 55,6 6,5 38, 1 -47 brûlure (23) 10% TG2 38 36,2 8,2 55,6 5,83 - -48 brûlure Meule comparative (27)* N/A 36,2 8,2 55,6 5,8 48,1 -53 brûlure 38Al20-E13 VCF2a Meule comparative (24)* 38 36,2 8,2 55,6 5,8 46,95 -53 brûlure 100% 38Al20 *Les meules témoins comparatives sont des produits du commerce obtenus auprès de Saint-Gobain Abrasives, Inc. (Norton Company).
a Taux d'avancée du dressage: 0,5 pm/tour (20 p-pouce/tour) ; vitesse de la meule: 28 m/sec (5500 pieds/min) ; profondeur initiale du coin coupé = 0,254 mm (0,01 pouce) b Les valeurs pour les pourcentages volumiques des meules employant des agglomérats incluent le pourcentage volumique du matériau de liaison vitreux utilisé sur les grains pour faire les agglomérats, plus l'agglomérant de la meule.
B. Comparaison des meules grains agglomérés-TG2 avec des meules TG2 classiques Les données de MRR de meules grains agglomérés-TG2 à une profondeur initiale de coin coupé différente de celle de la section A de l'Exemple 3 ont été comparées aux données MRR de la meule standard TG2 (25) (voir Tableau 4). Les données MRR du Tableau 4 ont été obtenues à une profondeur initiale de coin coupé de 1,27 mm (0,05 pouce). Comme le montre le Tableau 4, même dans cette condition différente, la meule grains agglomérés-TG2 (20) a donné la valeur de MRR maximal la plus élevée parmi les meules testées, ce qui constituait une amélioration de 43,8 % par rapport à la meule TG2 (25).
Tableau 4. Résultats des tests de rectification avec un taux d'avancée du dressage de 0,5 pm/tour (20 p-pouce/tour) et une profondeur initiale du coin coupé de 1,27 mm (0,05 pouce) Meules Composition des meules MRRa max Energie Amélior. Mode volumique mm3/s/mm spécif. MRR d'échec du vs TG2 meulage (%) (J/mm) Aggl. Abras. Liantb Porosité Meule comparative (25)* NIA 38 6,4 55,6 12,8 56,3 N/A brûlure TG2-80 E13 VCF3 (20) 75% 1G2 38 36, 2 8,2 55,6 18,4 42,3 +43,8 brûlure (21) 50% TG2 38 36,2 8,2 55,6 10,6 52, 2 -18 brûlure Meule comparative (28)* NIA 38,4 7,7 53,9 8,1 55,1 -37 brûlure 38A60-K75 LCNN Meule comparative (29)* 38 36,4 10,7 52,9 10,2 46, 5 -20 brûlure 100% 38A60 *Les meules témoins comparatives sont des produits du commerce obtenus auprès de Saint-Gobain Abrasives, Inc. (Norton Company).
a Taux d'avancée du dressage: 0,5 pm/tour (20 p-pouce/tour) ; vitesse de la meule: 28 m/sec (5500 pieds/min) ; profondeur initiale du coin coupé = 1,27 mm (0,05 pouce) b Les valeurs pour les pourcentages volumiques des meules employant des agglomérats incluent le pourcentage volumique du matériau de liaison vitreux utilisé sur les grains pour faire les agglomérats plus l'agglomérant de la meule.
C. Effet du taux d'avancée du dressage sur le taux 15 d'enlèvement de matière L'effet du taux d'avancée du dressage sur le taux d'enlèvement de matière a également été examiné sur les produits TG2, grains agglomérésTG2 et standard 38A. Les données du test de meulage représentées dans le Tableau 5 ont été mises en oeuvre à trois taux de compensation de dressage, à savoir 0,25, 0,50 et 1,5 pm/tour (10, 20 et 60 p-pouce/tour).
Le taux d'enlèvement de matière maximal de la meule standard 38A (27) a montré une variation logarithmique fonction du taux d'avancée du dressage. Au contraire, la meule TG2 (25) a permis une augmentation constante du taux d'enlèvement de matière, permettant à la meule d'être utilisée pour des applications de forte productivité. Les données du Tableau 5 montrent que les meules grains agglomérés-TG2 (20-23) ont manifesté une variation du MRR qui est allé de celui de la meule standard 38A (27) à celui de la meule TG2 (25) en fonction de la teneur en TG2. En particulier, les meules grains agglomérés-TG2 (20) et (21) ont montré une augmentation linéaire du MRR en fonction du taux d'avancée du dressage, ce qui indique que ces meules se sont comportées d'une façon similaire à la meule TG2 (25). Il est noté que la meule grains agglomérés- TG2 (20) a manifesté des valeurs de MRR de 58 % supérieures à celles de la meule TG (25) à un très faible taux d'avancée du dressage de 0,25 pm/tour (10 p-pouce/tour). Il est également noté que la meule grains agglomérés-TG2 (21) a produit des données MRR très similaires à celles de la meule TG (25) pour différents taux d'avancée du dressage, en particulier à 0,25 pm/tour (10 p-pouce/tour) et 0,50 pm/tour (20 p-pouce/tour). Ces résultats indiquent que l'efficacité de meulage des meules grains agglomérés-TG2 selon l'invention peut être supérieure à celle des meules TG2 classiques lorsque les taux de compensation sont réduits, par exemple, entre 0,12 et 0,25 pm/tour (entre 5 et 10 p-pouce/tour).
Tableau 5: Résultats des tests de meulage - Taux d'avancée du dressage Meules Composition des meules MRRa max Amélior. MRR MRRa max Amélior. MRR MRRa max Amélior. MRR 0/0 volumique mm3/s/mm vs TG2 (%) mm3/s/mm vs TG2 (%) mm3/s/mm vs TG2 ( /o) Aggl. Abras. Liante Porosité à0,25pm 0,5 pm à1, 5pm Meule comparative (25)* N/A 38 6,4 55,6 6,2 N/A 12,2 N/A 15,4 N/A TG280 E13 VCF3a (20) 75% TG2 38 36,2 8,2 55,6 9,8 58 15,5 27 25,1 usure ex. (21) 50% TG2 38 36,2 8,2 55,6 5,8 -6 10,7 -12 31 usure coin (22) 30% TG2 38 36,2 8,2 55,6 4,5 -27 6,5 -47 N/A N/A (23) 10% TG2 38 36,2 8,2 55,6 N/A N/A 5,8 -52 N/A N/A Meule comparative (27)* N/A 36,2 8,2 55,6 3,9 -37 5,8 -53 7,7 -50 38Al20-E13 VCF2a * Les meules témoins comparatives sont des produits du commerce obtenus auprès de Saint-Gobain Abrasives, Inc. (Norton Company).
a Vitesse de la meule: 28 m/sec (5500 pieds/min) ; profondeur initiale du coin coupé = 1,27 mm (0,05 pouce) b Les valeurs pour les pourcentages volumiques des meules employant des agglomérats incluent le pourcentage volumique du matériau de liaison vitreux utilisé sur les grains pour faire les agglomérats plus l'agglomérant de la meule.
Bien que cette invention ait été particulièrement illustrée et décrite en référence à des formes d'exécution préférées de celle-ci, il sera compris par l'homme de l'art que diverses modifications de forme et de détail peuvent lui être faites sans sortir de la portée de l'invention telle quedéfinie par les revendications annexées.
Claims (24)
1 - Outil abrasif aggloméré, comprenant: a. un mélange de grains abrasifs, incluant: i. des grains abrasifs filamentaires d'alumine sol-gel ayant un rapport de forme longueur: largeur en coupe transversale supérieur à environ 1,0, ou des agglomérats de tels grains; et ii. des granules de grains abrasifs agglomérés incluant une pluralité de grains abrasifs maintenus selon une forme tridimensionnelle par un matériau liant; b. un agglomérant; et c. au moins environ 35 % en volume de porosité.
2 - Outil abrasif aggloméré selon la revendication 1, qui a une structure perméable à l'écoulement des fluides.
3 - Outil abrasif aggloméré selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le mélange inclut environ 5-90 % en poids de grains abrasifs filamentaires d'alumine sol-gel par rapport au poids total du mélange.
4 - Outil abrasif aggloméré selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel lesdits grains abrasifs filamentaires d'alumine sol-gel ont un rapport de forme d'environ 4:1 et comprennent majoritairement des cristaux d'alpha-alumine ayant une taille inférieure à environ 2 pm.
- Outil abrasif aggloméré selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, qui comprend une porosité totale d'environ 35-40 % en volume.
6 - Outil abrasif aggloméré selon la revendication 5, 30 dans lequel au moins 30 % en volume de la porosité totale est de la porosité interconnectée.
7 - Outil abrasif aggloméré selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel les granules de grains abrasifs agglomérés comprennent au moins un type de grains abrasifs sélectionné dans le groupe consistant en l'alumine fondue, l'alumine sol-gel frittée non filamentaire, la bauxite frittée, l'alumine-zircone cofondues, l'alumine- zircone frittée, le carbure de silicium, le nitrure de bore cubique; le diamant, le silex, le grenat, le sous-oxyde de bore, l'oxynitrure d'aluminium, et leurs combinaisons.
8 - Outil abrasif aggloméré selon la revendication 7, dans lequel les granules de grains abrasifs agglomérés comprennent de l'alumine fondue.
9 - Outil abrasif aggloméré selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel le composant agglomérant et le matériau liant comprennent chacun, indépendamment, un matériau inorganique sélectionné dans le groupe consistant en les matériaux céramiques, les matériaux vitrifiés, les compositions d'agglomérants vitrifiés et leurs combinaisons.
- Outil abrasif aggloméré selon la revendication 9, dans lequel le matériau liant est une composition d'agglomérant vitrifié comprenant une composition d'oxyde cuite formée de SiO2, B2O3, Al2O3, d'oxydes alcalinoterreux et d'oxydes alcalins.
11 - Outil abrasif aggloméré selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel les granules de grains abrasifs agglomérés ont une taille d'environ 2 à environ 20 fois supérieure à la taille moyenne des grains abrasifs.
12 - Outil abrasif aggloméré selon la revendication 11, dans lequel les granules de grains abrasifs agglomérés ont un diamètre compris dans la gamme allant d'environ 200 à environ 3 000 pm.
13 - Outil abrasif aggloméré selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, dans lequel le composant agglomérant est un agglomérant formé d'une résine.
14 - Outil abrasif aggloméré l'une quelconque des revendications 1 à 13, dans lequel le mélange de grains abrasifs comprend des agglomérats de grains abrasifs filamentaires d'alumine sol-gel, lesdits agglomérats comprenant une pluralité de grains abrasifs filamentaires d'alumine solgel et un second matériau liant, ladite pluralité de grains abrasifs filamentaires d'alumine sol- gel étant maintenue selon une forme tridimensionnelle par ledit second matériau liant.
- Outil abrasif aggloméré selon la revendication 14, dans lequel lesdits agglomérats de grains abrasifs filamentaires d'alumine sol-gel comprennent, en outre, des grains abrasifs secondaires non-filamentaires, lesdits grains abrasifs secondaires non-filamentaires et lesdits grains abrasifs filamentaires d'alumine sol-gel étant maintenus selon une forme tridimensionnelle par ledit second matériau liant.
16 - Outil abrasif aggloméré selon la revendication 15, dans lequel un agglomérat de grains abrasifs filamentaires d'alumine sol-gel inclut environ 5-95 % en poids de grains abrasifs filamentaires d'alumine solgel par rapport au poids total de l'agglomérat.
17 - Outil abrasif aggloméré, comprenant: a. des agglomérats comprenant: i. des grains abrasifs filamentaires d'alumine sol-gel ayant un rapport de forme longueur: largeur en coupe transversale supérieur à environ 1,0; ii. des grains abrasifs non-filamentaires; et iii un matériau liant, lesdits grains abrasifs non-filamentaires et lesdits grains abrasifs filamentaires d'alumine sol-gel étant 25 maintenus selon une forme tridimensionnelle par un matériau liant; b. un agglomérant; et c. au moins environ 35 % en volume de porosité.
18 - Outil abrasif aggloméré selon la revendication 30 17, qui a une structure perméable à l'écoulement des fluides.
19 - Outil abrasif aggloméré selon la revendication 17 ou 18, dans lequel les grains abrasifs agglomérés non-filamentaires comprennent au moins un type de grains abrasifs sélectionné dans le groupe consistant en l'alumine fondue, l'alumine sol-gel frittée non filamentaire, la bauxite frittée, l'alumine-zircone cofondues, l'alumine- zircone frittée, le carbure de silicium, le nitrure de bore cubique; le diamant, le silex, le grenat, le sous-oxyde de bore, l'oxynitrure d'aluminium, et leurs combinaisons.
- Outil abrasif aggloméré selon la revendication 18 ou 19, dans lequel l'agglomérat inclut environ 5-90 % en poids de grains abrasifs filamentaires d'alumine sol-gel par rapport au poids total du mélange.
21 - Outil abrasif aggloméré selon l'une quelconque des revendications 17 à 20, qui comprend une porosité 10 totale d'environ 35-80 % en volume.
22 - Outil abrasif aggloméré selon la revendication 21, dans lequel au moins 30 % en volume de la porosité totale est de la porosité interconnectée.
23 - Procédé de fabrication d'un outil abrasif aggloméré, comprenant: a. la formation d'un mélange d'abrasifs, ledit mélange comprenant: i. des grains abrasifs filamentaires d'alumine sol-gel ayant un rapport de forme longueur: largeur en coupe transversale supérieur à environ 1,0, ou des agglomérats de tels grains; ii. des granules de grains abrasifs agglomérés comprenant une pluralité de grains abrasifs 25 maintenus selon une forme tridimensionnelle par un matériau liant; b. la combinaison dudit mélange d'abrasifs avec un composant agglomérant; c. le moulage du mélange combiné d'abrasifs et de composant agglomérant en un composite conformé comprenant au moins environ 35 % en volume de porosité ; et d. le chauffage du composite conformé pour former l'outil abrasif aggloméré.
24 - Procédé selon la revendication 23, dans lequel l'outil abrasif aggloméré comprend une porosité totale d'environ 35-80 % en volume.
- Procédé selon la revendication 24, dans lequel au moins 30 % en volume de la porosité totale de l'outil abrasif aggloméré est de la porosité interconnectée.
26 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 5 23 à 25, dans lequel la température de fusion du matériau liant est comprise dans la gamme allant d'environ 800 C à environ 1300 C.
27 - Procédé selon l'une quelconque des revendications 23 à 26, dans lequel les granules de grains abrasifs 10 agglomérés sont des granules agglomérés frittés.
28 - Procédé selon la revendication 27, qui comprend, en outre, les étapes de fabrications des granules agglomérés frittés par É alimentation d'un four de calcination rotatif en grains 15 abrasifs et matériau liant, à un débit d'alimentation régulé ; É rotation du four à une vitesse régulée; É chauffage du mélange à un rythme de chauffage déterminé par le rythme d'alimentation et la vitesse du four jusqu'à une température comprise dans une gamme allant d'environ 80 C à environ 1300 C; É culbutage des grains et du matériau liant dans le four jusqu'à ce que le matériau liant adhère aux grains et qu'une pluralité de grains adhèrent les uns aux autres pour créer les granules agglomérés frittés; et É récupération des granules agglomérés frittés, depuis le four.
29 - Procédé selon la revendication 28, dans lequel l'étape d'alimentation du four de calcination rotatif, en grains abrasifs et matériau liant, inclut les étapes de réalisation d'un mélange sensiblement homogène des grains abrasifs et du matériau liant, puis l'introduction du mélange dans le four de calcination rotatif.
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