MX2010013669A - Articulos abrasivos espumados autoenlazados y maquinado con los articulos. - Google Patents

Abstract

Un artículo abrasivo espumado autoenlazado y un método para maquinado que usa tal artículo. El método de maquinado incluye proporcionar una pieza de trabajo con una superficie de trabajo y eliminar material de la superficie de trabajo moviendo un abrasivo con respecto a la superficie de trabajo, en donde el abrasivo comprende un cuerpo abrasivo espumado que consiste en granos abrasivos y una porosidad de al menos aproximadamente 66%vol.

Description

ARTICULOS ABRASIVOS ESPUMADOS AUTOENLAZADOS Y MAQUINADO CON LOS ARTICULOS Campo de la invención La presente se refiere a artículos abrasivos para uso en maquinado y más particularmente al uso de abrasivos espumados en procesos de maquinado . . .

Antecedentes de la invención Los abrasivos usados en aplicaciones de maquinado típicamente incluyen artículos abrasivos enlazados y artículos abrasivos revestidos. Los artículos abrasivos revestidos en general incluyen un artículo recubierto en capas incluyendo un soporte y un revestimiento adhesivo para fijar los granos abrasivos al soporte, el ejemplo más común es el papel de lija. Las herramientas abrasivas enlazadas consisten en compuestos abrasivos rígidos, típicamente monolíticos tridimensionales en forma de ruedas, discos, segmentos, puntas montadas, piedras para amolar y otras formas de herramientas, que pueden montarse a un aparto de maquinado, tal como un aparato de amolar o pulir. Tales herramientas abrasivas enlazadas generalmente tienen tres fases incluyendo granos abrasivos, material de enlace y porosidad.

Se ha demostrado que ciertas cantidades de porosidad dentro de estructuras abrasivas enlazadas pueden mejorar la eficiencia de maquinado y proteger la calidad de la pieza de Ref. 216354 trabajo que se está maquinando de daños térmicos o mecánicos. Sin embargo, las limitaciones de fabricación y las necesidades de propiedades mecánicas (por ejemplo, resistencia) restringen el porcentaje de porosidad, que además depende del tamaño de gránulo, la presencia de granos abrasivos aglomerados y el tipo de material de enlace.

Las técnicas de fabricación incluyen el uso de formadores de poros, tales como burbujas de cristal, orgánicos y similares en la formación abrasiva enlazada, dado que la porosidad natural resultante de la compactación regular de los granos abrasivos es generalmente insuficiente para lograr una porosidad alta. Sin embargo, tales formadores de poros tienden a formar poros cerrados y no la porosidad abierta adecuada para mejorar la eficiencia de maquinado. De hecho, la creación de porosidad cerrada excesiva puede requerir mayores fuerzas de maquinado para una eliminación de material efectiva y aumentar el daño térmico a la pieza de trabajo. Asimismo, el uso de ciertos formadores de poros puede requerir un proceso sustractivo en el que los formadores de poros se "queman" del artículo abrasivo durante la formación, lo que acarrea otros obstáculos de fabricación.

Breve descripción de la invención De acuerdo con una modalidad, un método de maquinado incluye proporcionar una pieza de trabajo con una superficie de trabajo y eliminar material de la superficie de trabajo moviendo un abrasivo con respecto a la superficie de trabajo, en donde el abrasivo comprende un cuerpo de abrasivo espumado que consiste en granos abrasivos y una porosidad de al menos aproximadamente 66%vol. La porosidad puede estar dentro de un intervalo entre 75%vol. y 95%vol., o más particularmente dentro de un intervalo entre aproximadamente 77 %vol . y aproximadamente 90%vol. En ciertas modalidades, la porosidad es de al menos aproximadamente 75%vol., al menos aproximadamente 80%vol., o al menos 85% vol . Adicionalmente , los poros pueden tener un tamaño promedio de al menos aproximadamente 1 micrón, y variar en tamaño en un amplio intervalo entre aproximadamente 10 micrones y aproximadamente 2000 micrones. En ciertas instancias, el cuerpo abrasivo espumado autoenlazado puede estar caracterizado en términos de fracciones de poros grandes, FPX, representando la fracción de poros dentro del artículo abrasivo espumado con un diámetro promedio mayor a "x" micrones. En ejemplos particulares, el artículo abrasivo espumado autoenlazado tiene una FP30o dentro de un intervalo entre aproximadamente 15% y aproximadamente 50%. En un caso, la FP30o es de al menos aproximadamente 20%, o al menos aproximadamente 25%, o incluso al menos aproximadamente 30%. En otros artículos ejemplares, el cuerpo abrasivo espumado autoenlazado tiene una FP450 (es decir, una fracción de poros con un tamaño promedio mayor a 450 micrones) dentro de un intervalo entre aproximadamente 5% y aproximadamente 30%. En instancias más particulares, la FP450 es de al menos aproximadamente 10%, tal como al menos aproximadamente 12%, o incluso al menos aproximadamente 15%. En una configuración en particular, el artículo abrasivo espumado tiene una FP750 dentro de un intervalo entre aproximadamente 1% y aproximadamente 10%. En ciertas modalidades distintas, la FP7S0 no es mayor a aproximadamente 8%, no es mayor a aproximadamente 5% o incluso no es mayor a aproximadamente 2%.

Los granos abrasivos pueden seleccionarse del grupo de materiales que consiste en óxidos, boruros, nitruros, carburos y cualquier combinación de los mismos. En ciertas instancias, los granos abrasivos son alúmina y carburo de silicio, y en algunos casos el cuerpo abrasivo espumado puede consistir esencialmente en alúmina o carburo de silicio.

El cuerpo abrasivo espumado autoenlazado puede tener un espesor mayor a aproximadamente 60 mm. Adicionalmente el cuerpo abrasivo espumado autoenlazado puede tener una densidad dentro de un intervalo entre aproximadamente 0,3 g/cm3 y 1,35 g/cm3, de modo tal que la densidad no sea mayor a aproximadamente 1,2 g/cm3, o que no sea mayor a aproximadamente 1,0 g/cm3. El cuerpo abrasivo también puede ser resistente por su volumen de porosidad, de modo tal que por ejemplo, el Módulo de Ruptura (MOR) del cuerpo abrasivo espumado autoenlazado esté dentro de un intervalo entre aproximadamente 1 MPa y aproximadamente 20 MPa. Por ejemplo, en ciertas configuraciones el MOR es de al menos aproximadamente 5 MPa, o al menos aproximadamente 8 MPa.

De acuerdo con otra modalidad, un método para pulir una pieza de trabajo usando un material de espuma abrasivo autoenlazado incluye proporcionar una pieza de trabajo con una superficie de trabajo, y eliminar material de la superficie de trabajo moviendo un abrasivo espumado con respecto a la superficie de trabajo. El abrasivo espumado incluye un cuerpo abrasivo autoenlazado conteniendo granos abrasivos enlazados entre sí para formar una estructura rígida y al menos aproximadamente 70%vol. de porosidad formando una red de canales interconectados a través de la estructura, incluyendo la porosidad poros con un tamaño promedio dentro de un intervalo entre 10 micrones y aproximadamente 2000 micrones, y una fracción de poro de los poros con un diámetro promedio mayor a 300 micrones (FP30o) de al menos aproximadamente 15%.

Breve descripción de las figuras La presente divulgación puede comprenderse mejor, y sus numerosas características y ventajas serán aparentes para aquellos expertos en la técnica mediante la referencia de las figuras adjuntas.

La FIG. 1 ilustra una imagen ampliada de una porción de un abrasivo espumado de acuerdo con una modalidad.

La FIG. 2 ilustra una imagen ampliada de una porción de un abrasivo espumado de acuerdo con una modalidad.

La FIG. 3 ilustra una imagen ampliada de una porción de un abrasivo espumado de acuerdo con una modalidad.

La FIG. 4 ilustra una gráfica de potencia con respecto a material eliminado acumulado para un abrasivo enlazado convencional y un abrasivo espumado de acuerdo con una modalidad.

La FIG. 5 ilustra una gráfica de fuerza normal con respecto a material eliminado acumulado para un abrasivo enlazado convencional y un abrasivo espumado de acuerdo con una modalidad.

La FIG. 6 ilustra una gráfica de fuerza tangencial con respecto a material eliminado acumulado para un abrasivo enlazado convencional y un abrasivo espumado de acuerdo con una modalidad.

La FIG. 7 ilustra una gráfica de rugosidad de superficie promediada con respecto a material eliminado acumulado para un abrasivo enlazado convencional y un abrasivo espumado de acuerdo con una modalidad.

La FIG. 8 ilustra una gráfica de rugosidad de superficie cuadrática media con respecto a material eliminado acumulado para un abrasivo enlazado convencional y un abrasivo espumado de acuerdo con una modalidad.

La FIG. 9 ilustra una gráfica de ondulación promediada con respecto a material eliminado acumulado para un abrasivo enlazado convencional y un abrasivo espumado de acuerdo con una modalidad.

La FIG. 10 ilustra una gráfica de ondulación total con respecto a material eliminado acumulado para un abrasivo enlazado convencional y un abrasivo espumado de acuerdo con una modalidad.

La FIG. 11 ilustra una gráfica de módulo de elasticidad (EMOD) con respecto a porcentaje en volumen de porosidad para un abrasivo enlazado convencional y un abrasivo espumado de acuerdo con una modalidad.

La FIG. 12 ilustra una gráfica de penetración de chorro de arena (SBP) con respecto a porcentaje en volumen de porosidad para un abrasivo enlazado convencional y un abrasivo espumado de acuerdo con una modalidad.

La FIG. 13 ilustra una vista en perspectiva de una herramienta abrasiva de acuerdo con una modalidad.

La FIG. 14 ilustra una vista transversal de una herramienta abrasiva de acuerdo con una modalidad.

La FIG. 15 ilustra una vista transversal de una herramienta abrasiva de acuerdo con una modalidad.

La FIG. 16 ilustra una vista en perspectiva de una herramienta abrasiva de acuerdo con una modalidad.

La FIG. 17 ilustra una vista en perspectiva de una herramienta abrasiva de acuerdo con una modalidad.

La FIG. 18 ilustra una vista transversal de una herramienta abrasiva incluyendo una máquina de amolar de acuerdo con una modalidad.

Descripción detallada de la invención La siguiente divulgación se refiere a un artículo abrasivo adecuado para aplicaciones de maquinado. De acuerdo con una modalidad, se forma un artículo abrasivo espumado a través de un proceso particular de modo tal que el artículo abrasivo final es un abrasivo espumado autoenlazado incluyendo granos abrasivos enlazados entre sí sin el uso de un material de enlace (por ejemplo, un material de enlace vitreo) usado comúnmente en abrasivos enlazados convencionales .

Más específicamente, el artículo abrasivo espumado se forma mediante un proceso particular, sin el uso de formadores de poros o una estructura reticulada subyacente (por ejemplo, esponja) sobre los que se forma una suspensión cerámica. La formación de un artículo puede iniciarse mediante la preparación de una mezcla conteniendo partículas abrasivas en una suspensión, al menos un agente de gelificacion y al menos un agente espumante. La mezcla se realiza a una temperatura mayor a la temperatura de gelificacion del agente de gelificacion, de modo que se evita la gelificacion hasta que se obtiene una espuma. La formación de espuma introduce una gran cantidad de burbujas dentro de la mezcla, que más adelante formarán la porosidad dentro del abrasivo espumado final. Después de la formación de espuma, se da forma a la mezcla y se enfría hasta formar un cuerpo de espuma gelificado parcialmente solidificado. Después de la gelificación, la mezcla se seca y cuece de modo que se obtiene un abrasivo espumado. Típicamente, el proceso de cocción incluye la sinterización de los granos abrasivos para que se enlacen entre sí a temperaturas que superan los 1000°C y dentro de un intervalo entre aproximadamente 1400°C a aproximadamente 2300°C. Ál abrasivo espumado formado de este modo puede darse una variedad de formas, incluso aquellas adecuadas para aplicaciones de maquinado, tales como rueda de amolar o pulir.

De acuerdo con una modalidad en particular, se agrega un agente estabilizante a la mezcla. El agente estabilizante es sensible a velocidades de corte particulares, de modo que después de la disminución de la velocidad de mezcla, la viscosidad de la mezcla puede aumentarse en un orden de magnitud, para formar una mezcla espumada estable, que luego se enfría para formar un cuerpo de espuma gelificado. El cuerpo de espuma gelificado luego se trata térmicamente para formar el artículo abrasivo espumado final. Tal proceso facilita la formación de artículos abrasivos espumantes macizos grandes y se describe en la publicación WO 2006/018537, cuya divulgación se incorpora a la presente en su totalidad.

De acuerdo con una modalidad, el artículo abrasivo espumado puede incluir granos abrasivos con una dureza adecuada para facilitar operaciones de maquinado, tales como amolar y pulir, y tener la capacidad para formar una estructura autoenlazada a través del tratamiento térmico. De acuerdo con una modalidad en particular, los granos abrasivos pueden incluir cerámicas tales como óxidos, boruros, nitruros, carburos y cualquier combinación de los mismos. En una modalidad más particular, los granos abrasivos pueden incluir óxidos y nitruros y más particularmente, alúmina y carburo de silicio. En ciertas modalidades, los granos abrasivos del abrasivo espumado son granos de carburo de silicio en su totalidad. Además, en otras modalidades, los granos abrasivos consisten esencialmente en granos de alúmina .

Los artículos abrasivos espumados descritos en la presente pueden formarse de modo tal que sean particularmente robustos, con una espesor adecuado para uso en aplicaciones de maquinado y pulido. Por consiguiente, en una modalidad, el cuerpo del artículo abrasivo espumado tiene un espesor dentro de un intervalo entre aproximadamente 60 mm y aproximadamente 200 mm. En ciertas modalidades distintas, el espesor del cuerpo abrasivo espumado es de al menos aproximadamente 70 mm, tal como de al menos aproximadamente 80 mm, al menos aproximadamente 100 mm, o incluso al menos aproximadamente 125 mm.

De acuerdo con una modalidad, el abrasivo espumado es una estructura altamente porosa, y por consiguiente, tiene una densidad particularmente baja. De hecho, los artículos abrasivos espumados, descritos en la presente tienen un alto grado de porosidad, la mayor parte de la cual es porosidad abierta definiendo una red de canales interconectados a través de la estructura. Como tal, de acuerdo con una modalidad, el abrasivo espumado tiene una densidad dentro de un intervalo entre aproximadamente 0,3 g/cc3 y aproximadamente 1,35 g/cc3. En ciertas modalidades distintas, el abrasivo espumado tiene una densidad no mayor a 1,2 g/cc3, no mayor a aproximadamente 1,0 g/cc3, o incluso no mayor a aproximadamente 0,75 g/cc3.

Un ejemplo de un artículo abrasivo espumado autoenlazado se fabrica formando una mezcla de un polvo de alúmina usando 99% de partículas de alúmina pura con una distribución de tamaño de partícula dentro de un intervalo de 0,1 micrones a 200 micrones, y presente dentro de la mezcla en aproximadamente 65%p. La mezcla incluye adicionalmente 0,6%p. de poliacrilato de amonio como un dispersante, 2,4%p. de gelatina como un agente de gelificación y 0,1% de un agente estabilizante, tal como xantana proporcionado como una goma de xantana o Satiaxane™ comercializado por SKW Biosystems. El agente espumante es PVA comercializado como Rhodoviol 4/125 de Rhodia PMC y está presente en la mezcla en una cantidad de 2,2%p. La mezcla también puede contener un plastificante en una cantidad menor de l,0%p., y la parte restante de la mezcla es agua.

La formación de tal mezcla se lleva a cabo combinando tres mezclas formadas por separado, A, B y C. La mezcla A incluye una suspensión de granos abrasivos y agua. La mezcla B contiene el agente de gelificación, el estabilizante y agua, que se mezcla continuamente a una temperatura por encima de la temperatura de gelificación del agente de gelificación . La mezcla C contiene el agente espumante en agua. Las mezclas A y C se agregan a la mezcla B mientras se calienta y agita la mezcla B hasta que se obtiene una mezcla espumada. Se da forma a la mezcla espumada (por ejemplo, vertiéndola en un molde) y se enfría para formar un cuerpo de espuma gelificado, y posteriormente se seca y cuece para formar el producto formado de este modo ilustrado en las imágenes de microscopía electrónica de barrido de las FIGs . 1-3.

Las FIGs. 1-3 proporcionan imágenes ampliadas de porciones de un artículo abrasivo espumado, ilustrando particularmente el tamaño y la forma de los poros del artículo abrasivo espumado. Las modalidades ilustradas tienen un tamaño de poro promedio que es" de al menos aproximadamente 1 micrón y un tamaño de poro dentro de un intervalo entre aproximadamente 10 micrones y 2000 micrones. La combinación de diferentes tamaños de poros facilita una cantidad mayor de poros por volumen de unidad facilitando una eficiencia de compactación mejorada de los poros y por consiguiente un artículo altamente poroso.

Tal como se ilustra adicionalmente en las FIGs . 1-3, la porosidad del artículo abrasivo espumado incluye poros identificables individualmente con formas sustancialmente esféricas, que generalmente hace contacto entre sí para formar una red interconectada de poros. Por ejemplo, en referencia más detallada a la FIG. 3, los poros 301 y 302 tienen contornos sustancialmente esféricos y lados redondeados bien definidos 305, mostrando que los poros se forman a partir de las burbujas formadas en el proceso de formación de espuma y generalmente mantienen la forma esférica de las mismas.

En referencia adicional a la porosidad del artículo abrasivo espumado, las modalidades se han caracterizado en términos de fracciones de poros grandes, FPX, representando la fracción de poros dentro del artículo abrasivo espumado con un diámetro promedio mayor a "x" micrones. De acuerdo con una modalidad, el artículo abrasivo espumado tiene una FP30o dentro de un intervalo entre aproximadamente 15% y aproximadamente 50%. En ciertas modalidades distintas, la FP3oo es de al menos aproximadamente 20%, al menos aproximadamente 25% o incluso al menos aproximadamente 30%.

De acuerdo con otra modalidad, el artículo abrasivo espumado tiene una FP450 dentro de un intervalo entre aproximadamente 5% y aproximadamente 30%. En ciertas modalidades distintas, la FP450 es de al menos aproximadamente 10%, tal como de al menos aproximadamente 12% o incluso de al menos aproximadamente 15%.

De acuerdo con otra modalidad, el artículo abrasivo espumado tiene una FP750 dentro de un intervalo entre aproximadamente 1% y aproximadamente 10%. En otras modalidades, la FP750o no es mayor a aproximadamente 8%, no mayor a aproximadamente 5%, o incluso no mayor a aproximadamente 2%.

Tal como se indicó anteriormente, las modalidades del artículo abrasivo espumado tienen un intervalo de tamaños de poro que permiten un porcentaje mayor de poros por volumen de unidad mientras se mantiene la integridad estructural del abrasivo espumado, y por consiguiente una porosidad general mayor dentro del artículo final. Como tal, de acuerdo con una modalidad, el artículo abrasivo espumado tiene una porosidad de al menos aproximadamente 66%vol. Más particularmente, la porosidad puede estar dentro de un intervalo entre aproximadamente 68%vol. y aproximadamente 95%vol., tal como entre aproximadamente 75%vol. y aproximadamente 95%vol. o incluso dentro de un intervalo entre aproximadamente 77%vol. y aproximadamente 90%vol. En ciertas modalidades, la porosidad es de al menos aproximadamente 70%vol., al menos aproximadamente 75%vol., al menos aproximadamente 80%vol., o incluso al menos aproximadamente 85%vol .

Aunque el artículo abrasivo espumado tiene un volumen de poros considerable, cabe destacar que el artículo tiene rendimiento mecánico suficiente para uso en aplicaciones de maquinado. Por ejemplo, en una modalidad, el cuerpo abrasivo tiene un Módulo de Ruptura (MOR) dentro de un intervalo entre aproximadamente 1 MPa y aproximadamente 20 MPa. En otras modalidades, el MOR es de al menos aproximadamente 3 MPa, al menos aproximadamente 5 MPa, o incluso al menos aproximadamente 8 MPa .

En referencia ahora a las FIGs . 4-10, se proporcionan varias gráficas demostrando el rendimiento mecánico y parámetros de una artículo abrasivo enlazado convencional en comparación con el artículo abrasivo espumado descrito en la presente. Las pruebas de maquinado llevadas a cabo para generar las gráficas ilustradas en las FIGs. 4-10 se completaron en una pieza de trabajo de metal. La evaluación se completó usando una prueba de maquinado de diámetro interno, llevada a cabo en una velocidad de eliminación de material de aproximadamente 1 mm3/s/mm. El artículo abrasivo enlazado convencional (CEl) es una rueda abrasiva enlazada Saint-Gobain que contiene granos de alúmina sol-gel, con una calidad de L, y un enlace vitreo MI. El artículo abrasivo espumado autoenlazado (El) incluía los mismos granos de alúmina sol-gel. La Tabla 1 a continuación muestra en detalle la composición y ciertas características del abrasivo enlazado convencional (CE1) en comparación con el artículo abrasivo espumado autoenlazado.

Tabla 1 La FIG. 4 ilustra la potencia de unidad con respecto al material eliminado acumulado de una pieza de trabajo para el artículo abrasivo enlazado convencional con respecto al artículo abrasivo espumado descrito en la presente. Las gráficas muestran los aspectos de operación de fricción de CEl y El, siendo indeseables requisitos de potencia de unidad más alta. La gráfica 401 está asociada con CE1, mientras que la gráfica 403 está asociada con El. Tal como se ilustra en la FIG. 4, la cantidad de potencia necesaria para eliminar el mismo volumen de material de la pieza de trabajo es considerablemente más alta para CE1, gráfica 401. Tal como debe quedar claro, las pérdidas de fricción asociadas con El son considerablemente más bajas que CE1, resultando en una eliminación de material más eficiente, menor acumulación de calor y daño térmico emergente al producto abrasivo y la pieza de trabajo.

Las FIGs . 5 y 6 ilustran un gráfico de la fuerza normal con respecto al material eliminado acumulado de una pieza de trabajo, y una gráfica de fuerza tangencial con respecto al material eliminado acumulado de una pieza de trabajo, respectivamente, para CE1 y El. Las gráficas de fuerza con respecto a material eliminado acumulado muestran los aspectos de operación de fricción de CE1 y El, observándose que es indeseable una necesidad mayor de fuerza. En la FIG. 5, la gráfica 501 está asociada con CE1, mientras que la gráfica 503 está asociada con El. En la FIG. 6, la gráfica 601 está asociada con CE1, mientras que la gráfica 603 está asociada con El. Tal como se ilustca, la cantidad de fuerza aplicada a CE1 necesaria para eliminar el mismo volumen de material es sustancialmente mayor que la de El para las FIGs. 5 y 6. Tal como se ilustra en las FIG. 5 y 6, la fuerza necesaria para amolar efectivamente asociada con El es considerablemente más baja que CE1, resultando en una eliminación de material más eficiente, menor acumulación de calor y daño térmico emergente al producto abrasivo y la pieza de trabajo.

Las FIGs . 7 y 8 ilustran gráficas de rugosidad de superficie promediada (Ra) con respecto a material eliminado acumulado, y rugosidad de superficie cuadrática media (Rz) con respecto a material eliminado acumulado, respectivamente, para CE1 y El. Las gráficas de rugosidad de superficie con respecto a material eliminado acumulado muestran la efectividad de pulido de CE1 y El, siendo menos adecuada una mayor rugosidad de superficie en una pieza de trabajo maquinada. En la FIG. 7, la gráfica 701 está asociada con CE1, mientras que la gráfica 703 está asociada con El. En la FIG. 8, la gráfica 801 está asociada con CE1, mientras que la gráfica 803 está - asociada con El. Tal como se ilustra en ambas FIGs. 7 y 8, CE1 demuestra un aumento en la rugosidad de superficie, de modo que con mayor pulido la superficie de la pieza de trabajo se vuelve más rugosa. En cambio, El demuestra una rugosidad de superficie promediada sustancialmente constante, y de hecho, una disminución en la rugosidad de superficie cuadrática media con aumento de material eliminado. Tal como debe quedar claro en las FIGs. 7 y 8, el cambio en la rugosidad de superficie asociado con El es considerablemente menor que CE1, resultando en un acabado de superficie superior como una función del material eliminado .

Las FIGs. 9 y 10 ilustran una gráfica de ondulación promediada (Wa) de una superficie de trabajo con respecto al material eliminado acumulado, y ondulación total (Wt) de una superficie de trabajo con respecto al material eliminado acumulado, respectivamente, para CE1 y El. Las gráficas de ondulación promediada con respecto a material eliminado acumulado muestran la efectividad de pulido de CE1 y El, siendo indeseada una ondulación mayor. En la FIG. 9, la gráfica 901 está asociada con CE1, mientras que la gráfica 903 está asociada con El. En la FIG. 10, la gráfica 1001 está asociada con CE1, mientras que la gráfica 1003 está asociada con El. Tal como se ilustra, CE1 tiene un mayor aumento en la ondulación de la pieza de trabajo para el mismo volumen de material eliminado en comparación con El. Con respecto al control dimensional de la pieza de trabajo como una función de la eliminación de material, las FIGs. 9 y 10 ilustran que El es superior a CE1 para eliminación eficiente de material mientras se mantiene una superficie más lisa.

Las FIGs. 11 y 12 demuestran adicionalmente las diferencias entre las presentes modalidades y los abrasivos enlazados convencionales. Particularmente, las FIGs. 11 y 12 demuestran rigidez y dureza mejoradas de los artículos abrasivos espumados con respecto a productos abrasivos enlazados convencionales, lo cual en vista de la estructura altamente porosa, es bastante inesperado.

La FIG. 11 ilustra dos gráficas de módulo de elasticidad (EMOD) con respecto a porcentaje de porosidad para CEl y El. La gráfica 1101 está asociada con el abrasivo enlazado convencional (CEl) , mientras que la gráfica 1103 está asociada con el abrasivo espumado (El) . Tal como se ilustra, El tiene mayor rigidez para una porosidad dada en comparación con CEl y por consiguiente tiene mayor rigidez con porosidad mejorada, lo que es deseable para aplicaciones de amolación. Por ejemplo, CEl tiene una porosidad de 50% en un valor de EMOD de 30 GPa, mientras que El puede tener una porosidad de 70% en un valor de EMOD equivalente (30 GPa) . Por consiguiente, El es capaz de proporcionar mayores capacidades de eliminación de virutas a través de la porosidad interconectada y altamente porosa mientras proporciona una rigidez mayor o al menos comparable.

La FIG. 12 ilustra dos gráficas de penetración de chorro de arena (SBP) con respecto a porcentaje de porosidad para CEl y El. Generalmente, la prueba de penetración de chorro de arena se lleva a cabo en la industria de los abrasivos para medir la dureza de un producto abrasivo, o por el contrario la resistencia al desgaste de los productos. Tal como lo ilustra CEl, a medida que la porosidad de un producto abrasivo enlazado convencional aumenta, la dureza disminuye y la resistencia al desgaste aumenta. En comparación, El demuestra que para una porosidad considerablemente mayor, la resistencia al desgaste es sustancialmente menor que en CE1. Además, la resistencia al desgaste de El no aumenta tan rápido con el aumento de la porosidad como CE1 demostrando resistencia al desgaste mejorada con respecto a un intervalo mayor de porosidades y un intervalo más amplio de porosidades. Por consiguiente, El es capaz de proporcionar mayores capacidades de eliminación de virutas a través de la porosidad interconectada y altamente porosa mientras proporciona mayor resistencia al desgaste.

Las FIGs . 13-16 ilustran herramientas abrasivas con una estructura abrasiva espumada de acuerdo con modalidades de la presente. Particularmente, a las presentes herramientas abrasivas se les puede dar la forma de ruedas abrasivas, o más ampliamente, estructuras rotatorias, con una abertura u "orificio para el eje" extendiéndose a través de una porción central de la herramienta abrasiva para engranar con un portaherramientas o dispositivo para conectar a una máquina de amolar. Tal como se apreciará e ilustrará adicionalmente , las herramientas abrasivas pueden tener la forma de discos, conos, embudos y similares. En estas diversas configuraciones, un contorno externo de la herramienta que se encuentra en un plano transversal extendiéndose en forma perpendicular al eje central que se extiende a través del orificio para eje, es generalmente circular. En ciertas estructuras de herramienta abrasiva, el cuerpo de la estructura abrasiva espumada dentro del plano puede ser una estructura continua del material abrasivo espumado extendiéndose a través de la circunferencia alrededor del eje central. Además, en modalidades particulares, la herramienta puede tener una estructura discontinua, por ejemplo, la herramienta puede tener una estructura segmentada en la que una pluralidad de segmentos abrasivos espumados se enlazan a un sustrato en un patrón generalmente circular.

Por consiguiente, en referencia a la FIG. 13, se ilustra una vista en perspectiva de una herramienta abrasiva de acuerdo con una modalidad. Tal como se ilustra, la herramienta abrasiva 1300 incluye un cuerpo abrasivo espumado 1301 en forma de un disco. La herramienta abrasiva 1300 además incluye una abertura 1303 extendiéndose a través de un centro del cuerpo abrasivo 1301 definiendo un eje rotatorio de modo tal que el cuerpo abrasivo puede rotarse durante las aplicaciones de amolar. La abertura 1303 está también configurada para engranar con un portaherramientas, de modo tal que el cuerpo abrasivo 1301 puede acoplarse a una máquina de amolar. En tales instancias, el portaherramientas puede incluir una abrazadera u otro dispositivo que agarra el cuerpo abrasivo extendiéndose a través de la abertura 1303 y engranando el cuerpo abrasivo 1301 en ambos lados de la abertura 1303 fijando el cuerpo abrasivo a la máquina de amolar .

Tal como se ilustra adicionalmente en las vistas transversales de las FIGs . 14 y 15, el cuerpo abrasivo puede tener otras formas, tales como un embudo 1400, cono 1500 o similares. En tales modalidades, el cuerpo abrasivo puede incluir adicionalmente rebordes que definen un rebaje. Tal como en otras modalidades, el cuerpo abrasivo incluye una abertura que se extiende a través del cuerpo y define un eje rotatorio (r) para engranar con un portaherramientas o dispositivo. El plano transversal x-x' , perpendicular al eje rotatorio (r) , contiene una periferia externa que es generalmente circular.

La FIG. 16 incluye una vista en perspectiva de una herramienta abrasiva de acuerdo con una modalidad. Tal como se ilustra, la herramienta abrasiva 1600 incluye un cuerpo abrasivo espumado 1601. Además, de acuerdo con una modalidad, el artículo abrasivo tiene dimensiones de longitud, ancho y espesor, en donde la longitud < el ancho < el espesor. En una modalidad particular, el cuerpo abrasivo 1601 tiene una relación de aspecto primaria definida como la relación de la longitud con respecto al espesor no menor a aproximadamente 2:1, tal como no menor a aproximadamente 3:1, 5:1 o incluso no menor a aproximadamente 10:1. El cuerpo abrasivo puede tener adicionalmente una segunda relación de aspecto definida como la relación de la longitud con respecto al ancho. En ciertas modalidades, la relación de aspecto secundaria no puede ser menor a aproximadamente 2:1, no menor a aproximadamente 3:1, 4:1 incluso no menor a aproximadamente 5:1. En ciertas modalidades, la relación de aspecto secundaria no es mayor a aproximadamente 10:1.

En referencia a las dimensiones reales, en ciertas modalidades, la longitud (1) del cuerpo abrasivo 1601 no es mayor a aproximadamente 25 cm, tal como no mayor a aproximadamente 20 cm y más particularmente dentro del intervalo entre 6 cm y aproximadamente 20 cm. En ciertas modalidades distintas, el ancho (a) del cuerpo abrasivo 1601 no es mayor a aproximadamente 10 cm, tal como no mayor a aproximadamente 8 cm, y particularmente dentro de un intervalo entre aproximadamente 2 cm y aproximadamente 6 cm. Con respecto al espesor (e) de tales herramientas abrasivas, de acuerdo con ciertas modalidades, el espesor no es mayor a aproximadamente 5 cm, tal como no mayor a aproximadamente 4 cm y particularmente dentro de un intervalo entre aproximadamente 0,5 cm y aproximadamente 3 cm.

Tal como se ilustra adicionalmente en la FIG. 16, el cuerpo abrasivo 1601 puede tener una forma cuboide (prisma rectangular) de modo tal que en ciertas modalidades, el cuerpo abrasivo 1601 tiene un contorno transversal rectangular como se define mediante las dimensiones de espesor (e) y ancho (a). Además, en otras modalidades, el cuerpo abrasivo 1601 puede tener un contorno transversal cuadrado .

Además, como se ilustra en la FIG. 17, la herramienta abrasiva 1700 puede tener una forma cilindrica, de modo tal que el cuerpo abrasivo 1701 puede tener una forma transversal circular. Adicionalmente , como se ilustra, la herramienta abrasiva 1700 incluye una porción de extremo 1703 que está configurada para engranarse con un dispositivo o portaherramientas de una máquina de amolar para acoplar la herramienta abrasiva 1700 a una máquina de amolar. De acuerdo con una modalidad particular, la herramienta abrasiva 1700 incluye una porción de extremo 1703 que tiene dimensiones diferentes a las del cuerpo abrasivo 1701 para acoplarse adecuadamente con un portaherramientas o dispositivo de una máquina de amolar. Como se ilustra en la FIG. 17, la porción de extremo 1703 tiene mayores dimensiones a aquellas del cuerpo abrasivo 1701. Además, en una modalidad alternativa, la porción de extremo 1703 puede tener dimensiones que son más pequeñas que aquellas del cuerpo abrasivo 1701.

Se apreciará adicionalmente que las herramientas abrasivas descritas en la presente pueden incluir una o más características de una o más modalidades descritas en la presente. Por ejemplo, puede formarse una herramienta abrasiva teniendo las geometrías combinadas de las FIG. 16 y 17, de modo tal que la herramienta abrasiva tienen una porción que tiene una forma rectangular y una porción que tiene una forma cilindrica.

En referencia a la FIG. 18, se proporciona una ilustración transversal de una máquina de amolar. La máquina de amolar 1800 incluye una carcasa 1801 con un motor 1803 contenido dentro de la carcasa 1801 y un brazo 1805 conectado al motor 1803 en un extremo. En el extremo del brazo 1805 opuesto al extremo conectado al motor 1803, el brazo 1805 se conecta al portaherramientas 1807, que está configurado para engranar y conectarse a una herramienta abrasiva espumada 1809 de acuerdo con modalidades de la presente.

Tal como se ilustra adicionalmente en la FIG. 18 y de acuerdo con una modalidad, el portaherramientas 1807 puede incluir dos placas, diseñadas para engranar superficies principales opuestas de la herramienta abrasiva 1809 y conectar la herramienta abrasiva 1809 al brazo 1805. Como se ilustra adicionalmente, el portaherramientas 1807 puede incluir un tornillo 1811 configurado para extenderse a través de una abertura (por ejemplo, el orificio para eje) en la herramienta abrasiva 1809 proporcionando una fuerza compresiva sobre las placas y sujetando la herramienta abrasiva 1809 dentro del portaherramientas 1807. Se apreciará sin embargo, que pueden utilizarse otros portaherramientas.

Durante la operación, el motor 1803 puede operarse para rotar el brazo 1805. Dada la conexión de los componentes ilustrados y descritos anteriormente, la rotación del brazo 1805 facilita la rotación de la herramienta abrasiva 1809 que facilita un proceso de amolar o pulir cuando una pieza de trabajo se pone en contacto con la herramienta abrasiva rotatoria 1809. Se apreciará que la FIG. 18 ilustra una máquina de amolar incorporando una herramienta abrasiva de rueda de amolar, sin embargo, para otras formas y configuraciones de las herramientas abrasivas descritas en la presente, pueden usarse otros portaherramientas adecuados.

Se divulgaron en la presente métodos para maquinar una pieza de trabajo usando un artículo abrasivo espumado altamente poroso que se aparta del estado de la técnica. Tradicionalmente, se creyó que cerámicas con tal alta porosidad, especialmente abrasivos autoenlazados, estarían limitados en su aplicación a filtros y materiales de soporte de catalizador, dado que tales volúmenes grandes de porosidad no proporcionarían la durabilidad mecánica necesaria para aplicaciones abrasivas. Además, aunque se ha sugerido que cerámicas autoenlazadas, y más particularmente cerámicas reticuladas formadas fundiendo una suspensión cerámica, pueden ser adecuadas para aplicaciones de maquinado, la porosidad de estos artículos generalmente se ha limitado a menos de 65%vol, (Ver, por ejemplo, U.S. 5.221.294) dado que las estructuras con mayor porosidad carecerían de la durabilidad necesaria para facilitar un proceso de maquinado.

Sin embargo, se ha descubierto que los artículos abrasivos espumados autoenlazados de acuerdo con las modalidades de la presente tienen una porosidad que supera 65%vol y no son solo adecuados para aplicaciones de maquinado, sino que proporcionan un rendimiento excepcional . Sin ánimo de ceñirse a ninguna teoría en particular, los inventores observan que el artículo abrasivo espumado tiene una porosidad sustancialmente diferente a las estructuras convencionales. En particular, el tamaño de los poros dentro del artículo abrasivo espumado varía en un orden de al menos una orden de magnitud, si no dos órdenes de magnitud, entre los poros más pequeños y más grandes. Además, la forma de los poros está bien definida, es sustancialmente esférica (es decir, similar a burbujas) y tiene superficies curvas lisas. La forma de los poros similares a burbujas, en combinación con la variedad de tamaños permite una compactacion cerrada de los poros por volumen de unidad y, por lo tanto, una porosidad mayor en la estructura general. Adicionalmente, la naturaleza de compresión cerrada de los poros permite un porcentaje mayor de porosidad interconectada dentro de la estructura en comparación con materiales convencionales . La combinación de tales características permite la creación de un artículo abrasivo espumante autoenlazado que es inesperadamente fuerte y resistente a la ruptura mecánica, que es particularmente adecuado para maquinado y particularmente para aplicaciones de pulido. Aunque se han desarrollado y utilizado tales materiales abrasivos espumados autoenlazados en aplicaciones industriales, tales como aplicaciones refractarias, la tecnología actual no ha usado tales materiales para aplicaciones abrasivas. Esto no sorprende dado el pobre rendimiento de los productos abrasivos convencionales con porosidad aumentada tal como se informa, por ejemplo en, U.S. 5.221.294. Por consiguiente, fue inesperado descubrir que los abrasivos espumados autoenlazados altamente porosos de acuerdo con la modalidades de la presente no solo tienen propiedades abrasivas efectivas, sino que tienen un rendimiento considerable.

El objeto divulgado anteriormente debe considerarse como ilustrativo, y no como restrictivo, y se pretende que las reivindicaciones adjuntas cubran todas las modificaciones, mejoras y otras modalidades, que se encuentran dentro del verdadero alcance de la presente invención. Por consiguiente, en la medida máxima permitida legalmente, el alcance de la presente invención debe determinarse mediante la interpretación más amplia permitida de las siguientes reivindicaciones y sus equivalentes, y no estará restringido o limitado por la descripción detallada precedente .

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (15)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones:

1. Un método de maquinado caracterizado porque comprende: proporcionar una pieza de trabajo con una superficie de trabajo; y eliminar material de la superficie de trabajo moviendo un abrasivo con respecto a la superficie de trabajo, en donde el abrasivo comprende un cuerpo abrasivo espumado autoenlazado que comprende granos abrasivos y una porosidad de al menos aproximadamente 66%vol.

2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la porosidad es de al menos aproximadamente 70%vol.

3. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque la porosidad está dentro de un intervalo entre aproximadamente 75%vol y aproximadamente 95%vol.

4. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1, 2 ó 3, caracterizado porque el cuerpo abrasivo espumado autoenlazado comprende poros con un tamaño promedio de al menos aproximadamente 1 micrón.

5. El método de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el cuerpo abrasivo espumado autoenlazado comprende una fracción de poros con un diámetro promedio mayor a 300 micrones (FP30o) de al menos aproximadamente 15%.

6. El método de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el cuerpo abrasivo espumado autoenlazado comprende una fracción de poros con un diámetro promedio mayor a 450 micrones (FP450) de al menos aproximadamente 5%.

7. El método de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque el cuerpo abrasivo espumado autoenlazado comprende una fracción de poros con un diámetro promedio mayor a 750 micrones (FP750) de no más de aproximadamente 10%.

8. Una herramienta abrasiva caracterizada porque comprende : un cuerpo abrasivo espumado autoenlazado con granos abrasivos y una porosidad de al menos aproximadamente 66%vol, en donde el cuerpo abrasivo está configurado para engranar con un portaherramientas de una máquina de amolar.

9. La herramienta abrasiva de conformidad con la reivindicación 8, caracterizada porque la porción de acoplamiento del cuerpo abrasivo comprende una abertura que se extiende a través de un centro del cuerpo abrasivo y define un eje rotatorio del cuerpo abrasivo, estando la abertura configurada para engranar con un portaherramientas de una máquina de amolar.

10. La herramienta abrasiva de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 8 ó 9, caracterizada porque el cuerpo abrasivo tiene una forma alargada definida mediante una longitud, un ancho y un espesor.

11. La herramienta abrasiva de conformidad con la reivindicación 10, caracterizada porque la longitud < el ancho <_ el espesor y el cuerpo abrasivo tiene una relación de aspecto primaria definida como la relación de la longitud con respecto al espesor de no menos de aproximadamente 2:1.

12. Una herramienta abrasiva caracterizada porque comprende : un cuerpo abrasivo espumado autoenlazado con granos abrasivos y una porosidad de al menos aproximadamente 66%vol; y una abertura que se extiende a través de un centro del cuerpo abrasivo y define un eje rotatorio del cuerpo abrasivo, estando la abertura configurada para engranar con un portaherramientas de un máquina de amolar.

13. La herramienta abrasiva de conformidad con la reivindicación 12, caracterizada porque la porosidad es de al menos aproximadamente 70%vol.

14. La herramienta abrasiva de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 12 ó 13, caracterizada porque la porosidad incluye poros identificables individualmente con forma sustancialmente esférica que hacen contacto sustancialmente con poros adyacentes, formando una red interconectada de poros.

15. La herramienta abrasiva de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 12, 13 ó 14, caracterizada porque el cuerpo abrasivo espumado autoenlazado comprende poros con un tamaño promedio de al menos aproximadamente 1 micrón.