MXPA00009855A - Articulos abrasivos aglutinados llenados con una mezcla de aceite/cera - Google Patents

Abstract

Se provee un artículo abrasivo para propósitos de esmerilado de precisión;y el artículo comprende 3 a 25%en volumen de aglutinante vitreo, 3 a 56%en volumen de grano abrasivo de MCA y 28 a 68%en volumen de poros;sustancialmente toda la porosidad en el artículo abrasivo estáimpregnada con un componente lubricante que consiste de una mezcla de aceite y cera, que tiene una relación en peso de aceite-cera de aproximadamente 3:1 hasta aproximadamente 1:4.

Description

ARTÍCULOS ABRASIVOS AGLUTINADOS LLENADOS CON UNA MEZCLA DE ACEITE/CERA MEMORIA DESCRIPTIVA Esta invención se refiere a herramientas abrasivas para esmerilado de precisión. En forma más específica, pertenece a herramientas abrasivas aglutinadas, vitrificadas, impregnadas con un componente lubricante para mejorar el rendimiento de esmerilado, particularmente en procedimientos de esmerilado en seco. Las operaciones de esmerilado de precisión eliminan metal de un artículo a una velocidad moderadamente alta para lograr un artículo terminado configurado en forma precisa que tenga un tamaño y calidad de superficie especificados. Los ejemplos típicos de esmerilado de precisión incluyen el terminado de componentes de cojinetes y el maquinado de partes de motor hasta tolerancias finas. Con frecuencia se utilizan refrigerantes y lubricantes para mejorar la eficiencia de las partes metálicas de esmerilado de precisión. Un método de enfriamiento y lubricación "en húmedo" implica bañar la zona de esmerilado en forma continua durante el corte con cantidades abundantes de líquido a baja temperatura, nuevo o recirculante.

Típicamente, el líquido es una composición acuosa que contiene concentraciones menores de auxiliares de procesamiento. El líquido reduce la temperatura de la zona de esmerilado para proteger a la herramienta y la pieza de trabajo de la degradación térmica. También lava la herramienta para retirar el barro de amolado que podría de alguna otra manera desafilar al abrasivo si se permite que llene los espacios entre las partículas abrasivas o que se suelde en las superficies de la partícula. Existen numerosos impedimentos para el esmerilado en húmedo. Para nombrar algunos, el proceso es complicado de operar; el líquido debe ser recuperado para ser utilizado o desechado en una forma ambientalmente segura; la presencia de auxiliares de procesamiento contribuye a la dificultad de recuperación y por lo tanto aumenta el costo de operación; el líquido acuoso puede corroer partes de la maquinaria de esmerilado; y no es agradable trabajar con el líquido en un medio ambiente muy frío. El esmerilado de precisión también puede lograrse mediante un método "en seco". No se aplica flujo de líquido para lavado en forma externa a la zona de esmerilado. Para esmerilar en seco metales difíciles de esmerilar o sensibles al calor, tales como el acero inoxidable, sigue siendo deseable el lubricar la zona de esmerilado. Para lograr esta lubricación, tradicionalmente se han suministrado lubricantes al sitio de esmerilado local aplicando periódicamente lubricante sólido a la superficie de la herramienta de esmerilado, o llenando los poros de los abrasivos apropiados tales como aquellos en las herramientas abrasivas vitreas con aditivos seleccionados. Se han utilizado productos químicos, tales como el azufre, y otros materiales de relleno lubricantes. Estos aditivos reducen la carga y el embotamiento de las partículas abrasivas del abrasivo, hacen que la herramienta tenga una acción de corte sin problemas y reducen la incidencia de quemadura. Por lo común los aditivos se agregan al abrasivo después de calcinar el aglutinante para evitar la degradación térmica de los aditivos y permitir la formación adecuada del abrasivo durante la fabricación de la herramienta. El esmerilado en seco provee la característica ventajosa de que se consume muy poco lubricante debido a que el lubricante se deposita directamente en la zona de esmerilado. Además, no es necesario que el lubricante sea soluble en agua debido a que no se utiliza agua fría para llevarlo a la zona de esmerilado. Desafortunadamente, los aditivos colocados en los poros, especialmente líquidos de baja viscosidad, no son retenidos en la herramienta abrasiva durante mucho tiempo. Estos tienden a distribuirse en forma no uniforme en la rueda después de períodos prolongados de reposo, y pueden ser expulsados parcial o completamente de la rueda con el tiempo. En la aplicación importante de esmerilado de precisión en seco utilizando ruedas abrasivas operadas a alta velocidad, la fuerza centrífuga tiende a expulsar los aditivos líquidos de baja viscosidad que residen en los poros. Los aditivos expulsados salpican el área de trabajo y reducen la cantidad de aditivos disponibles en el sitio de esmerilado que ayudan al proceso de esmerilado. Se desea proveer herramientas abrasivas aglutinadas, vitreas, que sean cargadas con concentraciones, distribuidas en forma uniforme, de lubricantes de baja viscosidad predominantemente y que puedan suministrar tales lubricantes al sitio de esmerilado a lo largo de la vida completa del abrasivo. Se han sugerido diversos materiales como abrasivos porosos para herramientas abrasivas para mejorar el rendimiento de esmerilado. La cera parafina es un ejemplo de uno de tales materiales. Véase, por ejemplo, la patente E.U.A. No. A-325,503 para Katzenstein. La cera parafina se vuelve pegajosa a una temperatura relativamente baja y tiende a ocasionar carga de la superficie de la rueda de esmerilado, una característica no deseable en los procedimientos de esmerilado de precisión. Se reportó un material con base de ácido esteárico que es superior a la cera parafina en A. Kobayashi, et al, Anpals of the C. I. R. P.. Vol. XIII, pp. 425-432, 1996. La patente E.U.A. No. A-4, 190,986 a Kunimasa enseña que se puede lograr una mejoría en la eficiencia de esmerilado y una reducción en el quemado de la pieza de trabajo agregando una mezcla caliente de ácidos alifáticos superiores y alcoholes superiores a los poros de las piedras de esmerilado aglutinadas con resina. La patente describe que, a diferencia de las herramientas aglutinadas con resina, las herramientas aglutinadas vitrificadas no muestran una mejoría en la eficiencia de esmerilado. Se reporta que en las herramientas aglutinadas vitrificadas el aditivo funciona únicamente como un lubricante, y no se observó una mejoría en la eficiencia de esmerilado. La patente E.U.A. No. A-3,502,453 a Baratto describe herramientas abrasivas aglutinadas con resina que contienen esferas vacías llenadas con lubricante, tales como el aceite SAE 20 encapsulado en una cápsula de urea-formaldehído. El grafito se utiliza en las herramientas superabrasivas aglutinadas con resina descritas en la patente E.U.A. A-3,664,819 a Sioui. El grafito mejora la eficiencia de esmerilado y lubrica la pieza de trabajo durante las operaciones de esmerilado en seco. La patente E.U.A. A-4,239,501 a Wirth enseña la aplicación a la superficie de corte de una herramienta abrasiva de una combinación de nitrito de sodio y una cera, tal como parafina, cerato y ácido esteárico o ceras microcristalinas. Se sabe que el azufre es un lubricante excelente para el esmerilado de precisión de partes metálicas. En M.A. Younis, et al, Transaction of the CSME. Vol. 9, No. 1 , pp. 39-34, 1985, se reportó que el azufre es superior a las ceras y barnices como un auxiliar de esmerilado impregnado en las herramientas de esmerilado. Sin embargo, los intentos previos para utilizar herramientas cargadas con azufre, particularmente ruedas abrasivas con alta velocidad de giro, han sido problemáticos. Debido a la combustión que se presenta a las temperaturas de esmerilado, las herramientas abrasivas que contienen azufre únicamente se utilizan en procedimientos de esmerilado en húmedo. Frecuentemente, solo después de una operación breve, la fuerza centrífuga tiende a redistribuir el azufre dentro de una rueda de esmerilado. Debido a que el azufre tiene una densidad relativamente alta, la rueda se puede desbalancear, empezando a vibrar y hacerse inutilizable para el esmerilado de precisión.

Los aceites para corte azufrados han sido utilizados como una alternativa para las herramientas de esmerilado abrasivas impregnadas con azufre con el fin de evitar los problemas de balance, pero los aceites generalmente tienen viscosidad baja. Por lo tanto, las ruedas abrasivas cargadas con tales aceites presentan las mismas limitaciones discutidas anteriormente. El esmerilado en húmedo es la forma preferida para esmerilar con precisión a alta velocidad cuando se utilizan auxiliares de procesamiento con base de azufre. El azufre normalmente se utiliza en forma de un aceite para cortar metales de alta viscosidad, soluble en agua o dispersable en agua el cual se mezcla con el refrigerante. Esto es una utilización no eficiente del azufre debido a que se debe agregar una cantidad en exceso de aceite azufrado al volumen grande de refrigerante líquido. El azufre también es un contaminante ambiental y el refrigerante gastado debe ser tratado para eliminar los materiales azufrados antes de desecharlo. Por lo tanto, ninguno de los aditivos de esmerilado de la técnica antecedente ha sido completamente satisfactorio para ser utilizado en herramientas abrasivas aglutinadas y vitrificadas para operaciones de esmerilado de precisión, particularmente debido a que los efectos ambientales del azufre y otros auxiliares de esmerilado activos hacen más difícil el manejarlos. La necesidad de auxiliares de esmerilado mejorados para operaciones de esmerilado de precisión se vuelve más aguda con la introducción de granos abrasivos de sol-gel de alumina concresionada durante los años de la década de 1980. Se sabe que las herramientas abrasivas que contienen grano abrasivo de alúmina sol-gel concresionada sembrados o sin sembrar, también conocidos como grano abrasivo de alúmina alfa microcristalina (MCA), proveen rendimiento de esmerilado superior sobre una variedad de materiales. La fabricación, características y rendimiento de estos granos de MCA en diversas aplicaciones se describen en, por ejemplo, patentes E.U.A. Nos. -A-4,623, E.U.A. -A-4,314,827, E.U.A. -A-4,744,802, -A-4,898,597 y -A-4,543,107. La morfología del grano de MCA está diseñada para ocasionar la microfractura de las partículas de grano durante el esmerilado. La capacidad de microfractura prolonga la vida del grano abrasivo desgastando de cada partícula de grano una porción a la vez en vez de desalojar una partícula completa. Esto también expone superficies nuevas de abrasivo, causando en efecto que el abrasivo se afile por sí mismo durante el esmerilado. Debido a su filo extraordinario con respecto a otros granos abrasivos, el grano de MCA está caracterizado por la capacidad de cortar con una mínima cantidad de energía de esmerilado cuando se utiliza para procedimientos de esmerilado en seco que utilizan una herramienta aglutinada vitrificada. El valor umbral de energía necesaria para iniciar el esmerilado en seco con grano de MCA esencialmente es cero. Bajo condiciones de esmerilado en húmedo que utilizan un refrigerante con base acuosa, el grano de MCA no tiene un rendimiento tan adecuado con respecto a la cantidad de energía necesaria para iniciar el esmerilado. Debido a que muchas operaciones de esmerilado de precisión no pueden tolerar procedimientos de esmerilado en seco, incluso con grano de MCA, ha sido necesario desarrollar un componente lubricante que sea efectivo como refrigerante y como auxiliar de esmerilado para herramientas abrasivas aglutinadas y vitrificadas que contienen grano de MCA. El componente lubricante de la invención es efectivo con granos de MCA en procedimientos de esmerilado ya sea en seco o en húmedo. La presente invención es un artículo abrasivo para esmerilado de precisión, que comprende 3 a 25% en volumen de aglutinante vitreo, 3 a 56% en volumen de grano abrasivo de MCA y 28 a 68% en volumen de poros, en el cual sustancialmente toda la porosidad abierta en al artículo abrasivo ha sido impregnada con un componente lubricante que consiste de una mezcla uniforme de aceite y cera, teniendo una relación en peso de aceite:cera de aproximadamente 3:1 hasta aproximadamente 1 :4. Los artículos abrasivos para esmerilado de precisión se elaboran mediante un método que comprende los pasos de: (a) mezclar aproximadamente 20-75% en peso de aceite y 25-80% en peso de cera a una temperatura por encima del punto de ablandamiento de la cera para formar un componente lubricante mezclado uniformemente; (b) proveer un artículo abrasivo que comprenda aproximadamente 3 a 25% en volumen de aglutinante vitreo, 3 a 56% en volumen de grano abrasivo y 28 a 68% en volumen de poros; (c) calentar el componente lubricante a una temperatura en la cual el componente lubricante esté en estado líquido y mantenga al componente lubricante en un estado líquido; (d) calentar el artículo abrasivo a una temperatura 20 a 30°C más alta que la temperatura del componente lubricante líquido; (e) poner en contacto el artículo abrasivo con el componente lubricante líquido sin sumergir el artículo abrasivo en el componente lubricante líquido; (f) hacer girar el artículo abrasivo a una velocidad efectiva para evitar la entrada de gas mientras que se mantiene en contacto con el componente lubricante líquido para impregnar uniformemente el artículo abrasivo con el componente lubricante; (g) retirar el artículo abrasivo del contacto con el componente lubricante después que el artículo abrasivo ha absorbido una cantidad efectiva de componente lubricante para llenar sustancialmente todos los poros abiertos; y (h) continuar girando el artículo abrasivo mientras se enfría el artículo abrasivo para solidificar en forma uniforme el componente lubricante líquido impregnado dentro de los poros. Además, la invención provee un método de esmerilado de precisión que comprende los pasos de: (a) proveer un artículo abrasivo que comprende un aglutinante vitreo y un grano abrasivo de MCA que tenga poros que contengan una cantidad efectiva de un componente lubricante consistente esencialmente de aproximadamente 20-75% de aceite y 20-80% en peso de cera; en el cual el aceite incluye una cantidad efectiva de aditivo de aceite para corte azufrado; y (b) mientras se baña en forma continua una superficie de una pieza de trabajo metálica en un refrigerante líquido libre de azufre, colocar el artículo abrasivo en contacto abrasivo en movimiento con la pieza de trabajo hasta que la superficie obtenga un terminado de esmerilado de precisión. Además se provee un método de esmerilado de precisión en seco que incluye los pasos de: (a) proveer un artículo abrasivo, que comprende 3 a 25% en volumen de aglutinante vitreo, 3 a 56% en volumen de grano abrasivo de MCA y 28 a 63% en volumen de poros, en el cual sustancialmente toda la porosidad abierta en el artículo abrasivo está impregnada con un componente lubricante que consiste de una mezcla de un aceite y cera que tenga una relación en peso aceite era de aproximadamente 3:1 hasta aproximadamente 1 :4 en una cantidad efectiva para enfriar y lubricar durante el esmerilado; (b) colocar el artículo abrasivo en contacto abrasivo en movimiento con una pieza de trabajo seca hasta que la superficie obtenga un terminado esmerilado de precisión; con lo cual la superficie de la pieza de trabajo está sustancialmente libre de daño térmico. La estructura abrasiva calcinada debe contener poros que puedan ser llenados con un componente lubricante.

El grano abrasivo es un grano abrasivo de alúmina alfa microcristalina (MCA). El término "grano abrasivo de MCA" se refiere a grano de alúmina que tenga un tipo específico de morfología de alúmina alfa microcristalina, densa, fabricada mediante cualquiera de un número de procedimientos con siembra o sin siembra para elaborar materiales cerámicos sol - gel concrecionados. El grano abrasivo preferido para ser utilizado en la presente invención puede ser obtenido de Saint-Gobain Industrial Ceramics Corporation, Worcester, MA, y de 3M Corporation, Minneapolis, MN. Tal como se utiliza en la presente invención, el término "granos de alúmina sol-gel concrecionados" se refiere a granos de alúmina elaborados mediante un procedimiento que comprende peptidizar un sol de un óxido de aluminio monohidratado de forma que se forme un gel, secar y calcinar el gel para concrecionarlo, y después romperlo, tamizarlo y dimensionar el gel concrecionado para formar granos policristalinos elaborados a partir de microcristales de alúmina alfa (por ejemplo, por lo menos aproximadamente 95% de alúmina). Además de los microcristales de alúmina alfa, el sol inicial puede también incluir hasta 15% en peso de espínela, mulita, dióxido de manganeso, dióxido de titanio, dióxido de magnesio, óxidos de metal de tierras raras, polvo de óxido de circonio o un precursor de dióxido de circonio (el cual se puede agregar en cantidades más grandes, por ejemplo 40% en peso o más), u otros aditivos o precursores del mismo compatibles. Estos aditivos se incluyen frecuentemente para modificar propiedades tales como resistencia a la fractura, dureza, friabilidad, mecánica de fractura o comportamiento de secado. Se han reportado muchas modificaciones de grano abrasivo sol - gel concrecionado de alúmina alfa. Todos los granos dentro de esta clase son apropiados para ser utilizados en la presente invención y el término grano de MCA queda definido para incluir cualquier grano que comprenda por lo menos 60% de microcristales de alúmina alfa que tenga por lo menos 95% de densidad teórica y una dureza Vickers (500 gramos) de por lo menos 18 GPa. Típicamente el tamaño de los microcristales puede estar en el intervalo de aproximadamente 0.2 hasta aproximadamente 1.0 mieras, de preferencia menos de 0.4 mieras para el grano sembrado, y desde más de 1.0 hasta aproximadamente 5.0 mieras para el grano sin sembrar. , Una vez que se ha formado el gel, este puede ser configurado mediante cualquier método conveniente tal como compactación, moldeo o extrusión y después se seca cuidadosamente para producir un cuerpo no agrietado con la forma deseada. El gel puede ser configurado y cortado en tamaños apropiados para calcinarlo o simplemente diseminarlo hacia cualquier forma conveniente y secarlo, típicamente a una temperatura por debajo de la temperatura de formación de espuma del gel. Se puede utilizar cualquiera de los métodos de eliminación de agua, incluyendo extracción con solvente, para eliminar el agua libre del gel para formar un sólido. Después de que el sólido se seca, éste puede ser cortado o trabajado en máquina para formar una forma deseada o triturarlo o romperlo mediante cualquiera de los medios apropiados, tales como con un molino de martillos o de bolas, para formar partículas o granos. Se puede utilizar cualquiera de los métodos para moler al sólido. Después de configurar, el gel seco puede ser calcinado para eliminar esencialmente todos los compuestos volátiles y transformar los diversos componentes de los granos en materiales cerámicos (óxidos de metal). El gel seco se calienta generalmente hasta que el agua libre y la mayoría del agua ligada se elimina. El material calcinado se concreciona después mediante calentamiento y se mantiene dentro de un intervalo de temperatura apropiado hasta que sustancialmente todo el óxido de aluminio monohidratado se convierte a microcristales de alúmina alfa. Con las alúminas sol-gel sembradas, los sitios de nucleación se introducen en forma deliberada en o se crean in situ en la dispersión de óxido de aluminio monohidratato. La presencia de los sitios de nucleación en la dispersión disminuye la temperatura a la cual la alúmina alfa se forma y produce una estructura cristalina extremadamente fina. Las semillas apropiadas son conocidas en la técnica. Generalmente estas tienen una estructura cristalina y parámetros de red tan cercanos como sea posible a aquellos de la alúmina alfa. Las semillas que pueden ser utilizadas incluyen por ejemplo alúmina alfa en forma de partículas, óxido férrico alfa (Fe2?3), y los precursores de alúmina alfa o de óxido férrico alfa que se convierten respectivamente a alúmina alfa o a óxido férrico alfa a una temperatura por debajo de la temperatura a la cual la alúmina monohidratada se transformará en alúmina alfa. Estos tipos de semillas son, sin embargo, dados como ilustración y no como una limitación. Para que las partículas de semilla sean efectivas de preferencia deben tener un tamaño de submicra. De preferencia, si se utiliza una alúmina sol-gel sembrada, la cantidad de material de semilla no debe ser mayor de aproximadamente 10% en peso de la alúmina hidratada y normalmente no existe beneficio alguno para cantidades por encima de aproximadamente 5% en peso. Si la semilla es adecuadamente fina (un área de superficie de aproximadamente 60 m2 por gramo o más) se pueden utilizar, de preferencia, cantidades desde aproximadamente 0.5 hasta 10% en peso, más preferido de aproximadamente 1 hasta 5% en peso. Las semillas también se pueden agregar en forma de un precursor que se convierta en la forma de semilla activa a una temperatura por debajo de la cual se forma la alúmina alfa. También se pueden utilizar abrasivos con base de alúmina sol-gel sin sembrar. Este abrasivo se puede elaborar mediante el mismo procedimiento descrito anteriormente excepto por que se introducen partículas de semillas. Se pueden agregar suficientes óxidos de metal de tierras raras o sus precursores al sol o gel para proveer por lo menos aproximadamente 0.5% en peso y de preferencia aproximadamente 1 a 30% en peso de óxido de metal de tierras raras después de la calcinación. Se pueden utilizar otros modificadores de cristal, tales como MgO, para elaborar el abrasivo de alúmina sol-gel que se utiliza en la presente invención. El grano de MCA preferido para ser utilizado de conformidad con la presente invención se selecciona a partir de grano de alúmina sol-gel sembrado y sin sembrar, tal como se describe por Leitheiser et al., (U.S-A-4,314,827); Schwabel (U.S.-A-4,744,802); Cottringer et al. (U.S.-A-4,623,364), Bailéis et al. (U.S.-A-5.034.360), Hiraiwa et al. (U.S.-A-5,387,268), Hasegawa et al. (U.S.-A-5.192,339), y Winkler, et al. (U.S.-A-5,302,564), cuyas descripciones se incorporan en la presente invención para referencia. Las herramientas abrasivas de la invención comprende granos abrasivos de MCA, un aglutinante vitrificado, típicamente con 28 a 68% en volumen de porosidad en la herramienta, y, opcionalmente, uno o más granos abrasivos secundarios, materiales de relleno y/o aditivos. Las herramientas abrasivas comprenden de 3 a 56% el volumen de grano abrasivo de MCA, de preferencia de 10 a 56% en volumen. La cantidad de grano abrasivo utilizado en la herramienta y el porcentaje de abrasivo secundario pueden variar ampliamente. Las composiciones de las herramientas abrasivas de la invención tienen, de preferencia, un contenido total de grano abrasivo desde aproximadamente 34 hasta aproximadamente 56% en volumen, más preferido desde aproximadamente 40 hasta aproximadamente 54% en volumen, y más preferido aún desde aproximadamente 44% hasta aproximadamente 52% en volumen de grano. El abrasivo de MCA de preferencia provee desde aproximadamente 5 hasta aproximadamente 100% en volumen del grano abrasivo total de la herramienta y más preferido desde aproximadamente 30 hasta aproximadamente 70% en volumen del abrasivo total en la herramienta. Cuando se utilizan granos abrasivos secundarios, tales granos abrasivos de preferencia proveen desde aproximadamente 0.1 hasta aproximadamente 80% en volumen del grano abrasivo total en la herramienta, y más preferido, desde aproximadamente 30 hasta aproximadamente 70% en volumen. Los granos abrasivos secundarios que pueden ser utilizados incluyen, pero no se limitan a, óxido de aluminio, alúmina - zirconia, carburo de silicio, nitruro de boro cúbico, diamante, granos de pedernal y granate, y combinaciones de los mismos. Las composiciones de las herramientas abrasivas contienen porosidades para portar el componente lubricante de la herramienta. Las composiciones de las herramientas abrasivas de la invención de preferencia contienen desde aproximadamente 28 hasta aproximadamente 63% en volumen de porosidades abiertas, más preferido, contienen desde aproximadamente 28 hasta aproximadamente 56% en volumen, y más preferido aún contienen desde aproximadamente 30 hasta aproximadamente 53% en volumen. La porosidad se puede formar mediante el espacio inherente creado por la densidad de empaquetamiento natural de los materiales utilizados para elaborar la herramienta abrasiva o mediante una combinación de la separación inherente y la adición a la herramienta abrasiva de medios inductores de poros convencionales, incluyendo pero no limitándose a, perlas de vidrio vacías, cascaras de nuez molida, glóbulos de material plástico o de compuestos orgánicos, partículas de vidrio espumado y alúmina en burbujas, y combinaciones de los mismos. La porosidad consiste de dos tipos: la porosidad abierta y la porosidad cerrada. La porosidad cerrada se forma, por ejemplo, mediante la adición de alúmina en burbujas u otro cuerpo vacío, materiales separadores de pared cerrada agregados a las herramientas abrasivas. La porosidad abierta son áreas vacías remanentes dentro de la herramienta que permiten el flujo de aire y otros fluidos hacia dentro y hacia fuera del cuerpo de la herramienta. La porosidad abierta se crea ya sea mediante la separación controlada de los componentes durante el moldeo, compactación y calcinación y/o mediante el uso de materiales formadores de poros, tales como partículas de materiales orgánicos, los cuales se queman durante la calcinación del aglutinante vitrificado, dejando espacios vacíos en el aglutinante. Tal como se utiliza en la presente invención, "porosidad abierta" es la porosidad interconectada que está disponible para ser impregnada con el componente lubricante de la invención. Las herramientas abrasivas de la presente invención se aglutinan con un aglutinante vitreo o vidrioso. El aglutinante vitreo utilizado contribuye en forma significativa el rendimiento de esmerilado de precisión de las herramientas abrasivas de la presente invención. Para el grano de MCA, se prefieren aglutinantes de baja temperatura de calcinación para evitar el daño térmico a la superficie de grano lo cual ocasiona pérdida de rendimiento del grano de MCA. Ejemplos de aglutinantes apropiados para grano de MCA se describen en las patentes Números. -A-4,543,107;-A-4,898,597;-A-5,203,886;-A-5,401 ,284;-A-5536,283; y E.U.A. Patente No.-A-5,863,308. Las materias primas apropiadas para ser utilizadas en estos aglutinantes incluyen arcilla de bola de Kentucky número 6, caolín, alúmina, carbonato de litio, bórax pentahidratado o ácido bórico y carbonato de sodio, pedernal y wolastonita. Se pueden utilizar vidrios porosos además de las materias primas o en lugar de las materias primas. Estos materiales de aglutinante en combinación de preferencia contienen por lo menos uno de los siguientes óxidos: SiO2, AI2O3, Na2O, Li2O, y B2O3. El componente lubricante es un material ceroso que se selecciona por su carácter apropiado para impregnar las herramientas abrasivas aglutinadas vitrificadas y por su efectividad para incrementar el rendimiento de esmerilado del grano abrasivo de MCA en el esmerilado en húmedo y en seco. El componente lubricante es una mezcla de aceite y cera. El aceite es por lo general un líquido hidrofóbico, no polar, de baja viscosidad. El aceite se selecciona principalmente por su capacidad para lubricar o de alguna otra manera tratar las superficies de la herramienta o la pieza de trabajo durante el esmerilado. El aceite también podría enfriar la zona de esmerilado. Se pueden utilizar muchos de los aceites lubricantes y de los aceites para trabajo de metales, conocidos en la técnica. Los aceites representativos para ser utilizados en la presente invención incluyen aceites minerales o de petróleo de hidrocarburos de cadena larga, tales como aceites nafténicos y aceites parafínicos; tri-, di- y monogliceridos que se presentan en la naturaleza los cuales son líquidos a temperatura ambiente, incluyendo aceites vegetales, tales como aceite de colza, aceite de coco y aceite de ricino; y aceites animales, tales como el aceite de esperma. También se pueden utilizar aceites sintéticos y mezclas de aceites.

El aceite también puede servir como un vehículo interno para suministrar en la zona de esmerilado algunas sustancias químicamente activas, modificadores de fricción y lubricantes para presión extrema, tales como los aceites grasos, ácidos grasos y esteres de ácido graso azufrados; esteres y ácidos grasos clorados; aditivos cloroazufrados; y mezclas de los mismos. El fluido para trabajo de metales Trim® OM-300 es un aceite comercial preferido disponible de Master Chemical Corporation, Perrysburg, Ohio. Se cree que éste contiene una mezcla de aceite de petróleo, aceite de manteca azufrado, polímero alquénico clorado y esteres grasos clorados. El segundo ingrediente importante de componente lubricante es una cera compatible con aceite. Tal como se utiliza en la presente invención, "cera" se refiere a materiales hidrofóbicos que tienen , un estado sólido a temperatura ambiente (es decir, un punto de fusión y un punto de ablandamiento por encima de 30°C, de preferencia por encima de 40°C más preferido por encima de 50°C), tal como cierto materiales de hidrocarburo que tienen porciones oxigenadas (grasas) alifáticas de cadena larga, y opcionalmente éster, alcohol, ácido, amida o amina de ácido graso, o grupos fosfato ácidos de alquilo. Las ceras han sido definidas como una clase química que incluye esteres de ácidos grasos con alcoholes diferentes al glicerol y, por lo tanto, difieren de los aceites y grasas los cuales son esteres de ácidos grasos con glicerol. Los hidrocarburos saturados de alto peso molecular (por ejemplo, cadena alifática de por lo menos C12) y los alcoholes de ácido graso (por ejemplo cadena alifática de por lo menos C12) son las ceras preferidas para ser utilizadas en la presente invención. Las ceras utilizadas en la invención comprenden una mayoría de grupos alifáticos de C12-C30. Para una facilidad de fabricación, las ceras preferidas tienen una temperatura de punto de ablandamiento de aproximadamente 35 a 115°C (método de prueba de punto de ablandamiento con aparato Ring-and-Ball; ASTM E 28-67, 1982) de modo que éstas se vuelven fluidas al calentarlas para mezclarlas con el aceite, aunque permanecen como sólidos o como un gel viscoso a temperatura ambiente. La cera realiza alguna lubricación y enfriamiento, sin embargo, su función primaria es la de encapsular el aceite para evitar que el aceite sea expulsado fuera del abrasivo o se vuelva a distribuir dentro del abrasivo antes del esmerilado, y la de mejorar la resistencia de la película oleosa en el sitio de esmerilado. Se pueden utilizar muchas ceras sintéticas y naturales, tales como la cera carnauba, la cera de polietileno, la cera Accu-Lube( en forma de gel o sólida, una mezcla comercial que comprende alcoholes de ácido graso de cadena larga que se puede conseguir de ITW Fluid Products Group of Norcross, Georgia) y cera Micro-Drop (un producto que contiene ácido graso de cadena larga disponible de Trico Mfg. Corp., de Pewaukee, Wl), así como mezclas de estas ceras. Con el fin de impregnar al artículo abrasivo aglutinado vitreo, la cera se calienta para fundirla y se agrega el aceite caliente a la cera con una agitación suave hasta que se obtiene una mezcla uniforme. La mezcla líquida aceite/cera se puede impregnar directamente sobre el abrasivo o la mezcla puede ser enfriada hasta que solidifique para volverla a fundir e impregnarla posteriormente. La proporción de aceite a cera en el lubricante queda gobernada por el deseo de proveer tanto aceite como sea posible para enfriar y lubricar, sin permitir que el aceite sea expulsado del abrasivo. Las ceras Accu-Lube y Micro-Drop tienen puntos de fusión relativamente bajos (por ejemplo, menos de 50°C), y se cree que comprenden un componente oleoso en una relación en peso de aceite a cera de por lo menos 1 :4. Por lo tanto estas ceras pueden ser utilizadas como el componente lubricante para impregnar las ruedas mezclando o no una cantidad adicional de un aceite. El componente lubricante de la invención de preferencia contiene por lo menos 50% en peso de aceite. Se ha descubierto que se puede mezclar hasta el 80% en peso de aceite con cera carnauba o cera de polietileno para proveer una mezcla sólida, fuerte a temperatura ambiente. La cera parafina no forma una mezcla apropiada con el aceite. Por consiguiente, la cera carnauba (también llamada cera de Brasil, una mezcla que contiene esteres de ácidos grasos insaturados hidroxilados que tienen aproximadamente 12 átomos de carbono en la cadena de ácido graso, y alcoholes e hidrocarburos, con un punto de ablandamiento de aproximadamente 85°C) y cera polietileno (hidrocarburo de alto peso molecular con un punto de ablandamiento de aproximadamente 110.5°C) son las ceras preferidas para mezclarlas con el aceite para elaborar el componente lubricante. La cera carnauba es la más preferida. Se puede determinar fácilmente si es que una cera es apropiada o no para ser utilizada en la presente invención preparando una mezcla en estado fundido de por lo menos aproximadamente 50% en peso de aceite en la cera. La mezcla después de deja enfriar. Si la mezcla fría solidifica hasta una consistencia uniforme (es decir, que no forme grumos, según se determina mediante inspección visual) y, a temperatura ambiente, el producto solidificado es quebradizo, no plástico, pero se quiebra cuando se flexiona, entonces los ingredientes seleccionados son aceptables. Las ceras que tienen características de viscosidad tixotrópica a la temperatura de impregnación son preferidas para ser utilizadas en la presente invención. Esta característica de adelgazamiento con el esfuerzo cortante es benéfico durante la manufactura de la herramienta abrasiva así como durante la operación de esmerilado. Las ceras preferidas, por ejemplo ceras de carnauba y polietileno, y los productos Accu-Lube y Micro-Drop tienen características de viscosidad apropiadas a los intervalos de temperatura críticos para la fabricación y uso. La herramienta abrasiva aglutinada, vitrea, se forma mediante métodos convencionales. Por ejemplo, el grano de MCA y una mezcla de aglutinantes se empacan en una preforma de rueda en un molde para elaborar una rueda abrasiva no curada. La rueda no curada se calienta después para calcinar el aglutinante. El grano de MCA sin curar y la mezcla de aglutinante también se puede mezclar y moldear o configurar para formar segmentos abrasivos. Después de la calcinación, los segmentos pueden ser aglutinados o soldados al centro de una herramienta de corte.

En la preparación para impregnación de la rueda mediante un método preferido, la mezcla de aceite y cera se calienta por encima del punto de fusión del ingrediente de cera con el punto de fusión más alto. Esto se puede lograr por ejemplo colocando la mezcla en un canal sumergido en un baño de medio líquido de transferencia de calor controlado a una temperatura apropiada. El aceite de silicón es un medio aceptable. La herramienta abrasiva también se calienta hasta una temperatura por encima del punto de fusión de la cera antes de la impregnación. Mientras se mantiene a temperatura elevada, la herramienta se sumerge en la mezcla líquida aceite/cera durante un tiempo suficiente para que la mezcla penetre los poros del abrasivo. Una rueda precalentada se puede montar en un eje horizontal y girar a una velocidad circunferencial moderadamente lenta de aproximadamente 10-15 cm velocidad lineal. La rueda giratoria después se baja lentamente hacia la mezcla aceite/cera fundida, o la mezcla puede ser elevada para sumergir la porción abrasiva de la rueda. Se debe tomar cuidado para evitar que el aire entre a la mezcla aceite/cera lo cual podría evitar la impregnación completa de los poros. El nivel de la mezcla fundida aceite/cera de preferencia debe mantenerse por debajo del nivel de impregnación para permitir que el aire se escape y evitar los sacos de aire. El peso de la herramienta puede ser inspeccionado para determinar en que momento la herramienta abrasiva ha absorbido suficiente aceite/cera. Como alternativa, una inspección visual de la herramienta mostrará un ligero cambio de color en la rueda a medida que la mezcla de aceite/cera penetra a los poros y el procedimiento se completa cuando la rueda entera ha cambiado de color. Cuando la impregnación se ha completado, la rueda de preferencia se retira lentamente de la mezcla, y se deja enfriar. De preferencia la rueda debe continuar girando hasta que el enfriamiento se termina para reducir el potencial de crear una distribución no balanceada de componente lubricante en la rueda. En un método alternativo para impregnar las ruedas de la invención, se coloca un lado plano de la rueda sobre una parrilla de calefacción, se coloca un bloque de la mezcla aceite/cera en el lado superior opuesto de la rueda y la parrilla debajo de la rueda se calienta hasta una temperatura que sea por lo menos tan alta como la temperatura de fusión de la mezcla aceite/cera. A medida que la rueda se calienta, la mezcla aceite/cera se funde y se difunde hacia los poros de la rueda, ayudada por la gravedad. En un ejemplo de este método, la impregnación de una rueda de 127 mm con componente lubricante Accu-lube se realiza calentando la rueda a 100°C. La impregnación se completa en aproximadamente 10 minutos cuando el material Accu-lube de color azul se vuelve visible alrededor de la circunferencia y en la parte inferior de la rueda. Este técnica evita el atrapamiento de aire y da una rueda impregnada uniformemente. Se pueden utilizar otros métodos para fabricar las ruedas de la invención, con la condición que se obtenga una dispersión uniforme del componente lubricante en sustancialmente todos los poros de la rueda. Esta invención se ilustra a continuación mediante ejemplos de ciertas modalidades representativas de la misma, en las cuales todas las partes, proporciones y porcentajes están en peso a menos que se indique de otra manera. Todas las unidades de pesos y medidas no obtenidas originalmente en unidades SI han sido convertidas a unidades SI.

EJEMPLOS EJEMPLO 1 Se utilizaron los siguientes materiales en los ejemplos: Cera P.E.: Cera de polietileno tipo Polyset 22015 proveniente de The International Group., Inc., Wayne, PA Cera Carnauba: hojuelas, provenientes de Aldrich, Milwaukee, Wl (contiene una cantidad importante de ácidos grasos de C-24). Cera Parafina: completamente refinada tipo 1633 (699157 H), proveniente de Boler Petroleum Co, Ardmore, PA. Gel Accu-Lube: proveniente de ITW Fluid Products Group, Norcross, GA (el análisis GC-MS mostró una cantidad importante de una mezcla de alcohol cetílíco y 9-octadecan-1-ol).

Cera Micro-Drop: proveniente de Trico Mfg. Corp., Pewaukee, Wl (el análisis GC-MS mostró una cantidad importante de ácidos grasos de cadena larga (> 12C). Azufre: azufre cristalino proveniente de H.M. Royal, Inc. Trenton, N.J. OM-300: fluido para trabajo de metales Trim® OM-300 de aceite de petróleo con aceite azufrado, polímero alquénico clorado y esteres grasos clorados provenientes de Master Chemical Corporation, Perrysburg, Ohio. OA-770: aditivo para cortar metal cloro azufrado que contiene 10% en peso de azufre/11 % en peso de cloro en un aceite, proveniente de Witco Chemical, Greenwich, Connecticut. OA-377: aditivo para cortar metal azufrado que contiene 36% en peso de azufre en un aceite, proveniente de Witco Chemical Co. OA-702: aditivo para cortar metal de éster clorado que contiene 34% en peso de cloro en un aceite, proveniente de Witco Chemical Co.

Pruebas de mezclado de aceite/cera EJEMPLO COMPARATIVO 1 Se fundió una muestra de cera P.E (9 g) aproximadamente a 100°C, y se agregó 1 g de azufre sólido a la cera fundida con agitación manual. El azufre no se dispersa en la cera, pero permanece más bien como una gota individual sumergida en la cera. Este experimento se repitió con cera carnauba, cera parafina, gel Accu-Lube y cera Micro-Drop en lugar de la cera P.E. La cera carnauba se calentó aproximadamente a 80°C y las otras ceras se calentaron aproximadamente a 50°C. En cada caso, el azufre no se mezcló con la cera. Por lo tanto, estas muestras de combinaciones azufre/cera no son aceptables para ser utilizadas en la invención.

EJEMPLO COMPARATIVO 2 Se agregó una cantidad suficiente de aceite OM-300 con agitación a cera parafina fundida como en el ejemplo comparativo 1 para elaborar una concentración de aceite OM-300 al 10%. La solución se dejó enfriar a temperatura ambiente. La observación visual mostró que el aceite y la cera no se mezclaron bien. La mezcla del producto fue suave y por lo tanto se consideró "débil" e inaceptable para ser utilizada en la invención.

Componente lubricante 1 Se repitió el procedimiento del ejemplo comparativo 2 con cera PE en lugar de cera parafina. El aceite OM-300 se mezcló bien con la cera PE y el producto fue resistente, es decir, a temperatura ambiente fue quebradizo y se quebró cuando se flexionó. El experimento se repitió con 25, 40 y 50% en peso de aceite OM-300 en la mezcla, respectivamente. En cada caso, los ingredientes se mezclaron bien, aunque al 50% en peso, el producto parecía tener una superficie no uniforme. La mezcla de producto se consideró fuerte a todas las concentraciones y fue aceptable para ser utilizada en la invención.

Componente lubricante 2 Se repitió el procedimiento del ejemplo comparativo 2 con cera carnauba a concentraciones de 10, 25, 40, 50, 60 y 75% en peso de aceite Om-300. Todas las mezclas fueron aceptables para ser utilizadas en la invención. Las mezclas que contienen por lo menos 25% en peso se prefirieron.

Componente lubricante 3 Se repitió el procedimiento del ejemplo comparativo 2 con gel Accu-Lube. Las mezclas de producto al 10 y 25% de aceite OM-300 se consideraron aceptables para ser utilizadas en la invención.

Componente lubricante 4 Se repitió el procedimiento del ejemplo comparativo con cera Micro-Drop. Las mezclas de producto al 10 y 20% de aceite OM-300 se consideraron aceptables para ser utilizadas en la invención.

Componente lubricante 5 Se preparó una mezcla 50/50% en peso de aceite OM 300/cera PE tal como en el ejemplo comparativo 1. La mezcla de producto fue fuerte y aceptable, pero parecía tener grumos.

Componente lubricante 6 Se preparó una mezcla 50/50% en peso de aceite OA-770/cera carnauba tal como en el ejemplo comparativo 1. La mezcla de producto fue fuerte y parecía lisa y bien mezclada y fue aceptable. El producto de una mezcla 75/25% en peso de aceite OA-770/cera carnauba dio resultados similares a la mezcla 75% en peso de aceite OM-300/cera y fue aceptable.

Componente lubricante 7 Se preparó una mezcla 50/50% en peso de aceite OA-770/cera PE tal como en el ejemplo comparativo 1. La mezcla del producto fue fuerte y parecía lisa y bien mezclada y fue aceptable. Se obtuvieron los mismos resultados con mezclas 50/50% en peso de cera PE con aceite OA 377 y aceite OA 702, respectivamente.

Componente lubricante 8 Se preparó una mezcla 50/50% en peso de aceite OA-770/cera Accu-Lube tal como en el ejemplo comparativo 1. La mezcla de producto fue bastante fuerte y parecía lisa y bien mezclada y fue aceptable para ser utilizada en la invención. Se obtuvieron los mismos resultados con mezclas 50/50% en peso de aceite Accu-Lube con aceite OA 3770 y aceite OA 702, respectivamente. Los componentes lubricantes que contienen Accu-Lube fueron más suaves que los componentes con cera PE o carnauba a temperatura ambiente y menos deseables para ser utilizados en los artículos abrasivos de la invención.

Componente lubricante 9 Se prepararon mezclas de aceite de coco y cera carnauba a 25/75, 50/50 y 75/25% en peso tal como en el ejemplo comparativo 2 y se encontró que estaban bien mezcladas y aceptables para ser utilizadas en la invención. Se obtuvieron los mismos resultados con mezclas 25/75, 50/50 y 75/25% en peso de aceite de coco con gel Accu-Lube y cera Micro-Drop, respectivamente. Al 50 y 75% en peso de aceite de coco ya sea en Accu-Lube o Micro-Drop, las mezclas fueron bastantes suaves a temperatura ambiente y por lo tanto, menos deseables para ser utilizadas como un tratamiento para artículos abrasivos que las mezclas que contienen menos de 50% de aceite de coco.

Componente lubricante 10 Se prepararon mezclas de aceite de ricino y cera carnauba a 25/75, 50/50 y 75/25% en peso tal como en el ejemplo comparativo 2 y se encontró que estaban bien mezcladas y aceptables para ser utilizadas en la invención. Se obtuvieron los mismos resultados con mezclas al 25/75, 50/50 y 75/25% en peso de aceite de ricino con gel Accu-Lube y cera Micro-Drop, respectivamente. A concentraciones de 50 y 75% de aceite de ricino ya sea en Accu-Lube o Micro-Drop, las mezclas fueron bastantes suaves a temperatura ambiente y de esta manera, menos deseables para ser utilizadas como un tratamiento para artículos abrasivos que las mezclas que contienen menos de 50% de aceite de ricino.

Componente lubricante 11 Se prepararon mezclas de aceite de colza y cera carnauba a concentraciones de 40/60, 50/50, 60/40, 70/30 y 80/20% en peso tal como en el ejemplo comparativo 2 y se encontró que estaban bien mezcladas y aceptables para ser utilizadas en la invención. Se obtuvieron los mismos resultados con los mismos porcentajes en peso con mezclas de aceite de colza con gel Accu-Lube y cera Micro-Drop, respectivamente. A concentraciones de 50% en peso y cantidades mayores de aceite de colza en cualquiera de Acuu-Lube o Micro-Drop, las mezclas fueron bastantes suaves a temperatura ambiente y por lo tanto, menos deseables para ser utilizadas como un tratamiento para artículos abrasivos que las mezclas que contienen menos del 50% de aceite de colza. Estas pruebas de mezclado demuestran que un componente lubricante apropiado para impregnar las herramientas abrasivas de la invención puede ser elaborado como una mezcla calentada simple de ceras seleccionadas y aceite. La cera carnauba y la cera PE fueron los mejores vehículos para la cera para cantidades grandes de aceite, y por lo tanto, las ceras preferidas para ser utilizadas en la mezcla aceite/cera del componente lubricante de la invención. El componente lubricante no se pudo preparar mezclando la cera con azufre elemental. Si se utiliza azufre, tiene que agregarse a la cera como un aditivo en un vehículo oleoso para corte para asegurar la distribución del azufre. La cera parafina no es apropiada para ser utilizada en el componente lubricante en la invención. A diferencia de la cera carnauba, la cera parafina es pegajosa y ocasiona la carga de la superficie de la rueda de esmerilado. Además, la cera parafina no puede ser mezclada con aceites para formar una mezcla aceite/cera.

Valor de relajación de la cera y medidas de viscosidad Se probaron las ceras (parafina, carnauba, polietileno, Micro-drop y Accu-lube) en cuanto a los cambios de viscosidad a lo largo de un intervalo de velocidades de corte a cinco puntos de temperatura entre 25°C y el punto de fusión de cada cera. Las pruebas se condujeron en un reómetro capilar Kayeness Galaxy IV, obtenido de Kayeness, Inc., Honey Brook, PA, el cual se trabajó a los valores de fuerza, velocidades de ariete y velocidades de esfuerzo cortante mostrados en el cuadro siguiente. El reómetro se equipó con un tubo capilar para muestra de 8.00 mm de longitud con un diámetro de orificio de 1.05 mm. La viscosidad de las ceras se calculó a partir del esfuerzo y las velocidades de corte mediante la fórmula ?=v/?, en la cual ? es la viscosidad en Poise, i es la tensión de esfuerzo tangencial en kilodinas/cm2, y ? es la velocidad de esfuerzo tangencial en sec"1. Para cada cera, existió una relación lineal entre la velocidad de esfuerzo cortante logarítmica y los valores de viscosidad logarítmica a través de las temperaturas probadas. Las ceras apropiadas para ser utilizadas en el componente lubricante de la invención se caracterizaron por un comportamiento de viscosidad adelgazante con el esfuerzo cortante (o tixotrópico) a medida que la velocidad de corte se incrementó a través de todas las temperaturas probadas.

CUADRO DE LOS VALORES DE RELAJACIÓN DE LA CERA Y VISCOSIDAD LOGARÍTMICA Viscosidad log uerza Velocidad Velocidad Log de la Cera Accu- Cera Cera Micro- Cera Cera P.E.

Kp de ariete de corte velocidad Lube 45°C parafina Orop carnauba 90°C cm/min sec ' de corte 45°C 75°C 38.1 30.480 399.00 2.601 2.48714 3.93465 4.35516 3.72222 2.58995 19.6 5.080 66.54 1.823 3.26576 4.42503 5.06154 4.60478 3.27989 7.5 0.610 7.98 0.902 3.70935 4.92684 6.03384 5.32635 4.05177 2.9 0.102 1.33 0.124 4.26564 5.30042 6.96011 5.93466 4.71795 1.6 0.030 0.40 -0.398 4.85548 5.55445 6.25565 5.21450 EJEMPLO 2 Preparación de la herramienta abrasiva Se utilizaron los siguientes procedimientos para impregnar las ruedas de esmerilado abrasivas con la mezcla aceite/cera e ilustrar un método preferido de tratamiento de la rueda de conformidad con la invención.

Rueda 1 Se seleccionó una rueda abrasiva producida en forma comercial (127.0 x 12.7 x 22.2 mm) que comprende 9.12% en volumen de aglutinante vitreo, 48% en volumen de grano abrasivo y 42.88% en volumen de poros. La rueda pesó 556.88 g, incluyendo un eje. La rueda se calentó a 150°C y después se hizo girar a 17 revoluciones/minuto y se sumergió parcialmente en una mezcla de 60% en peso de aceite OM-300/40% en peso de cera carnauba mantenida a 110°C durante aproximadamente 2 a 5 minutos. La revolución de la rueda en la mezcla aceite/cera continua hasta que la impregnación se completó visualmente. La rueda se retiró de la cera y se dejó enfriar hasta temperatura ambiente mientras seguía girando a la misma velocidad. El peso de la rueda impregnada y el eje fue 605.90 g. La rueda absorbió aproximadamente 15% en peso del componente lubricante y los poros estaban sustancialmente llenos de componente lubricante.

Rueda 2 Se seleccionó una rueda abrasiva (127.0 x 12.7 x 22.2 mm) que comprende 9.12% en volumen de aglutinante vitreo, 48% en volumen de grano abrasivo y 42.88% en volumen de poros. La rueda pesó 323.50 g, excluyendo el eje. La rueda se calentó a 150°C y después se hizo girar a 17 revoluciones/minuto y se sumergió parcialmente en una mezcla de 50% en peso de aceite OA 770/50% en peso de cera carnauba mantenida a 106°C durante aproximadamente 2 a 5 minutos hasta que la impregnación se completó visualmente. La rueda se retiró de la cera y se dejó enfriar a temperatura ambiente mientras seguía girando a la misma velocidad. El peso de la rueda impregnada fue 373.74 g. La rueda absorbió aproximadamente 15% en peso del componente lubricante y los poros abiertos estaban sustancialmente llenos de componente lubricante. Se preparó una sección transversal de una de las ruedas impregnadas con el método descrito anteriormente y se observó que no tenía variación radial visible en la impregnación de componente lubricante. Por lo tanto, sustancialmente toda la porosidad abierta en la rueda se impregnó en forma uniforme con el componente lubricante utilizando este método de tratamiento para rueda. Se prepararon ruedas adicionales en un modo similar con cada uno de los componentes aceite/cera utilizados para caracterizar y definir la invención. Las ruedas se calentaron a una temperatura de 20 a 30°C por encima de la temperatura del componente lubricante líquido y cada componente lubricante se calentó hasta que la cera se había fundido completamente (por ejemplo, cera P.E. a 110°C; cera carnauba 85°C; y ceras Accu-Lube y Micro-Drop a 50°C). Para composiciones de ruedas similares a aquellas descritas anteriormente, esta técnica también proporcionó ruedas tratadas que contenían aproximadamente 15% en peso de componente lubricante.

EJEMPLO 3 Prueba de esmerilado Se compararon herramientas abrasivas tratadas con el componente lubricante con herramientas abrasivas sin tratamiento bajo operaciones de esmerilado en seco y en húmedo. Se seleccionaron muestras de ruedas abrasivas de grano de alumina sol/gel sembrado/aglutinante vitrificado (ruedas comerciales SG80-K8-HA4 de Norton Company) (127.0 x 12.7 x 22.2 mm) con un peso de aproximadamente 356 g cada una para la prueba. Las muestras de las ruedas de esmerilado (ruedas 9 y 10) se impregnaron con una mezcla de componente lubricante de 50% en peso de aditivo de aceite para corte cloroazufrado OA-770 y 50% en peso de cera carnauba preparada como se describe en el ejemplo 1. El componente lubricante se impregnó en el abrasivo en forma sustancialmente como se describe en el ejemplo 2 para la rueda 2. El peso de componente lubricante en las ruedas 9 y 10 fue de aproximadamente 50 g cada una. La rueda 9 se utilizó para realizar la prueba de esmerilado cilindrico en seco descrita a continuación. La rueda 10 se utilizó en la prueba de esmerilado cilindrico en húmedo descrita a continuación. Se impregnó otra muestra de estas ruedas (rueda 11 ) con gel Accu-Lube (aproximadamente 50 g) de conformidad con el procedimiento del ejemplo 2 (excepto porque la rueda se calentó a 120°C y la cera a 88°C). La rueda tratada se utilizó para esmerilar en seco la pieza de trabajo como se describe a continuación. Las muestras sin tratamiento de estas ruedas (control 3-1 y control 3-2) se utilizaron para esmerilar la pieza de trabajo de acero inoxidable con y sin refrigerante respectivamente.

Condiciones de esmerilado: Máquina: Heald Grinder Modo: esmerilado con pistón cilindrico externo Ruedas: SG80-K8-HA4 (127.0 x 12.7 x 22.2 mm) Velocidad de la rueda: 6542 rpm (43 m/s) Velocidad de trabajo: 150 rpm (0.8 m/s) Material de trabajo: acero 52100, reserva cilindrica (Rc 60) 102 mm de diámetro x 6.35 mm de espesor Achura del esmeril: 6.35 mm Alimentación: 0.76 mm de diámetro Refrigerante: (si se utiliza) refrigerante E-200 H.M. Royal, Inc., Trenton, N.J. Modo de corte: disco de diamante giratorio 2466 rpm (0.127 mm/rev) guía (0.025 mm) de profundidad diametral del corte Las pruebas se realizaron a través de un intervalo de velocidades de alimentación que dieron como resultado fuerzas aplicadas en el intervalo de 22 a 133 N. Los detalles y resultados de la prueba de esmerilado a una fuerza aplicada de 88.96 N se muestran en el cuadro 1. Los resultados demuestran que en ausencia de un refrigerante aplicado en forma externa (es decir, esmerilado en seco), la rueda abrasiva novedosa de la invención dio una relación G más alta y una capacidad de esmerilado superior (relación G/energía específica) a una energía específica menor que cualquiera de las ruedas abrasivas no impregnadas. En ambas pruebas, tanto el esmerilado en seco como en húmedo, la rueda abrasiva novedosa consumió sustancialmente menos energía que cualquiera de las ruedas no impregnadas. En la prueba de esmerilado en húmedo, cuando se trabaja con refrigerante aplicado externamente, la capacidad de esmerilado de la rueda abrasiva novedosa fue muy similar a la de las ruedas no impregnadas a todas las fuerzas aplicadas. Por lo tanto, las ruedas de la invención ofrecen mejoras significativas para operaciones de esmerilado en las cuales la quemadura de la pieza de trabajo debe ser evitada y el refrigerante externo no es deseable debido a razones ambientales u otras razones.

CUADRO I EJEMPLO 4 Prueba de esmerilado Este ejemplo ilustra los beneficios, con relación a una muestra de control sin tratamiento, de diversas ruedas tratadas con el componente lubricante. La cera carnauba se utilizó ya sea a 100% en peso de los componentes lubricantes o a un 20% en peso, en combinación con cualquiera de aceite de ricino, aceite de coco o aceite de colza. Se impregnaron ruedas de prueba (ruedas SG80-K8-HA4 comerciales de Norton Company) mediante el método descrito en el ejemplo 2. Las ruedas de control y prueba contenían aproximadamente 48% en volumen de grano abrasivo de alúmina sol-gel sembrado, 9.12% en volumen de aglutinante vitrificado y aproximadamente 42.88% en volumen de porosidad. Los pesos de rueda después de la impregnación se muestran a continuación.

Las muestras tratadas con base de cera carnauba y las muestras de control se evaluaron en una prueba de esmerilado de diámetro exterior de esmerilado en seco bajo las siguientes condiciones. Los resultados se muestran en el cuadro II.

Condiciones de esmerilado Máquina: Heald Grinder Modo: esmerilado con pistón cilindrico externo Ruedas: SG80-K8-HA4 (127.0 x 12.7 x 22.2 mm) Velocidad de la rueda: 6280 rpm (42 m/s) Velocidad de trabajo: 150 rpm (0.8 m/s) Material de trabajo: a 52100, reserva redonda (Rc 60) 101.6 mm D.O.x 6.35 mm de espesor Refrigerante: ninguno Modo de corte: disco de diamante giratorio (0.127 mm/rev) guía (0.025 mm) de profundidad diametral del corte CUADRO II En el terminado de la superficie todas las muestras tratadas fueron superiores a la muestra de control sin tratamiento. A niveles de fuerza aplicada mayores, todas las muestras tratadas fueron superiores a la muestra de control no tratada en cuanto a eficiencia de esmerilado y parámetros de potencia. La muestra de control sin tratamiento tenía relaciones G mayores a niveles de fuerza aplicada menores, pero la relación G y la velocidad de remoción de material disminuyó rápidamente a medida que se aplicó más fuerza. Esto es una característica bastante indeseable en las operaciones de esmerilado de precisión la cual se eliminó en su mayor parte por las ruedas de la invención. En forma notable, en esta prueba de esmerilado en seco la energía específica necesaria para esmerilar y el índice de capacidad de esmerilado (relación G/energía específica) fueron significativamente superiores para las ruedas tratadas que para las ruedas sin tratamiento. En todas las fuerzas aplicadas, la relación G, la potencia, el terminado de superficie y la capacidad de esmerilado de las muestras de componente aceite/cera fueron similares a, o ligeramente mejores que, la muestra de control con 100% de cera de carnauba. Se observó que la rueda tratada con 100% de cera carnauba dejó un residuo no deseable, difícil de eliminar en la parte de trabajo después de esmerilar. Las combinaciones cera/aceite también dejaron un residuo en la pieza de trabajo, pero, a diferencia del residuo de100% de cera, el residuo de cera/aceite se limpió fácilmente de la pieza de trabajo. El residuo de cera carnauba puede ocasionar la carga de la superficie de la rueda durante ciertas operaciones de esmerilado.

EJEMPLO 5 Prueba de esmerilado Este ejemplo ilustra los beneficios, relativos a las muestras de control tratadas con azufre, de las ruedas tratadas con componente lubricante que contienen un intervalo de porcentajes en peso de cera carnauba a aceites que contienen azufre. Estas muestras también se compararon con un componente lubricante que contiene una relación 1 :3 de cera carnauba y aceites sin aditivos. Las ruedas tratadas y los controles se probaron en una prueba de esmerilado con pistón ID bajo las condiciones de esmerilado en húmero necesarias para evitar la combustión de las ruedas de control tratadas con azufre. Se impregnaron ruedas de prueba (ruedas SG80-J8-VS comerciales de Norton Company) (76.0 x 12.7 x 22.2 mm) mediante el método descrito en el ejemplo 2. Las ruedas contenían aproximadamente 48% en volumen de grano abrasivo de alúmina sol-gel sembrada, 7.2% en volumen de aglutinante vitrificado y aproximadamente 44.8% en volumen de porosidad. Los pesos de las ruedas después de la impregnación se muestran a continuación. La rueda de control con azufre fue una rueda comercial impregnada con aproximadamente 15% de azufre elemental (SG80-J8-VS-TR22) que se obtuvo de Norton Company, Worcester, MA.

Condiciones de esmerilado: Maquina: Heald CF #2 Grinder Modo: esmerilado con pistón ID en húmedo Ruedas: SG80-K8 VS (76.0 x 12.7 x 22.2 mm) Velocidad de la rueda: 11 ,307 rpm (44 m/s) Velocidad de trabajo: 150 rpm (0.8 m/s) Material de trabajo: acero 52100 (Rc 60) (178.8 x 6.35 x 101.6 mm) Alimentación: 1.524 mm de diámetro Velocidades de alimentación: (2 valores) 2.44 y 4.88 mm/min Refrigerante: refrigerante transparente Trim® (1 :20 con agua desionizada), Master Chemical Corp. Perrysburg, OH Modo de corte: diamante de disco giratorio (0.127 mm/rev) guía (0.025 mm) profundidad diametral del corte.

CUADRO III Muestra Velocidad de MRR Z's WWR Z's Unidad de Enerqía Capacidad de rueda Tratamiento alimentación (mm3/ (mm3/ Relación G potencia específica de mm/min s«mm) s«mm) (W/mm) W»s/mm3 esmerilado mm3 Control Ninguno 2.44 5.42 0.05 108.6 378 69.79 1.56 6-1 4.88 14.73 0.16 94.1 932 58.15 1.62 18 75/25 Aceite 2.44 5.87 0.04 143.1 422 71.96 1.99 OM-377/ cera 4.88 15.23 0.14 106.6 894 58.73 1.81 carnauba 19 40/60 Aceite 2.44 6.04 0.04 139.2 365 60.51 2.30 OM-377/ cera 4.88 14.70 0.12 123.4 743 50.58 2.44 carnauba .*-. 60/40 Aceite 2.44 5.78 0.05 128.0 403 69.74 1.84 -J OM-377/ cera 4.88 14.57 0.13 113.3 857 58.81 1.93 carnauba 21 20/80 Aceite 2.44 5.97 0.05 131.1 391 65.44 2.00 OM-377/ cera 4.88 15.01 0.13 115.9 869 57.9 2.00 carnauba 22 75/25 Aceite 2.44 5.93 0.05 131.8 378 63.71 2.07 OM-300/ cera 4.88 15.06 0.18 84.4 794 52.7 1.60 carnauba Control 100% de 2.44 6.00 0.05 124.3 517 85.46 1.45 azufre 6-2 Commercial 4.88 15.09 0.15 104.1 1058 70.13 1.48 Bajo las condiciones de esmerilado en húmedo, las ruedas de la invención fueron superiores a las ruedas tratadas con azufre en cuanto a la capacidad de esmerilado y la energía específica, lo que demuestra un balance deseable entre los parámetros de rendimiento, incluyendo la energía necesaria para esmerilar y las velocidades de eliminación de material. Por lo tanto, las ruedas tratadas de la invención son un sustituto aceptable para las ruedas de esmerilado impregnadas con azufre. Todas las ruedas tratadas (excepto por la rueda #22 tratada con aceite OM-300) fueron superiores a la rueda de control sin tratar en cuanto a la capacidad de esmerilado, pero tenían requerimientos de energía específicas equivalentes. Aunque el rendimiento de la rueda 22 tratada con aceite OM-300 fue ligeramente inferior a la velocidad de alimentación más alta, el rendimiento global fue aceptable. Debido a que el aceite OM-300 contiene solamente una cantidad menor de azufre, con relación al aceite OM-377, la rueda tratada con aceite OM-300 será seleccionada para ser utilizada en operaciones de esmerilado en donde el azufre sea un problema ambiental. Tal como se demuestra en el ejemplo 3, si las ruedas tratadas y sin tratamiento se prueban bajo condiciones de esmerilado en húmedo, es probable que todas las ruedas impregnadas con aceite y cera demuestren incluso relaciones G más altas y consuman incluso menos energía que la rueda de control sin tratamiento. Aunque se ha seleccionado formas específicas de la invención para ilustrarlas en los dibujos y ejemplos, y la descripción precedente se indica en términos específicos para el propósito de describir estas formas de la invención, está descripción no pretende limitar el alcance de la invención la cual queda definida en las reivindicaciones.

Claims (18)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Un artículo abrasivo para esmerilado de precisión, que comprende 3 a 25% en volumen de aglutinante vitreo, 3 a 56% en volumen de grano abrasivo de MCA, y 28 a 68% en volumen de porosidad abierta, caracterizado además porque sustancialmente toda la porosidad en el artículo abrasivo ha sido impregnada con un componente lubricante que consiste de una mezcla uniforme de aceite y cera, que tiene una relación en peso de aceite:cera de aproximadamente 3:1 hasta aproximadamente 1 :4.

2.- El artículo abrasivo de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el artículo abrasivo comprende aproximadamente 10 a 56% en volumen de grano abrasivo de MCA y el grano abrasivo de MCA se selecciona del grupo que consiste esencialmente de grano de alúmina-sol gel sembrada concrecionada y grano de alúmina-sol gel sin sembrar concrecionada y combinaciones de las mismas.

3.- El artículo abrasivo de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el artículo abrasivo comprende también aproximadamente 0.1 a 53% en volumen de por lo menos un grano abrasivo secundario.

4.- El artículo abrasivo de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el aceite está por lo menos en aproximadamente 60% en peso de la mezcla de aceite y cera.

5.- El artículo abrasivo de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la cera en la mezcla aceite y cera es cera carnauba.

6.- El artículo abrasivo de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la cera en la mezcla aceite y cera es una mezcla de compuestos alifáticos que contienen una mayoría de por lo menos un compuesto alifático de C16 a C24.

7.- El artículo abrasivo de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la cera en la mezcla aceite y cera es cera de polietileno.

8.- El artículo abrasivo de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la cera en la mezcla aceite y cera comprende esteres de ácidos grasos que tienen una cadena de hidrocarburo de por lo menos 12 átomos de carbono.

9.- El artículo abrasivo de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el aceite en la mezcla aceite y cera incluye una cantidad efectiva de aditivo de aceite para corte azufrado.

10.- El artículo abrasivo de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado además porque la cantidad de aditivo de aceite para corte azufrado es de por lo menos aproximadamente 10% en peso del aceite.

11.- El artículo abrasivo de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el artículo abrasivo es una rueda de esmerilado.

12.- Un método para fabricar un artículo abrasivo para esmerilado de precisión que comprende los pasos de: (a) mezclar aproximadamente 20-75% en peso de aceite y 25-80% en peso de cera a una temperatura por encima del punto de ablandamiento de la cera para formar un componente lubricante mezclado uniformemente; (b) proveer un artículo abrasivo que comprenda aproximadamente 3 a 25% en volumen de aglutinante vitreo, 3 a 56% en volumen de grano abrasivo y 28 a 68% en volumen de poros; (c) calentar el componente lubricante a una temperatura en la cual el componente lubricante esté en estado líquido y mantenga al componente lubricante en un estado líquido; (d) calentar el artículo abrasivo a una temperatura 20 a 30°C más alta que la temperatura del componente lubricante líquido; (e) poner en contacto el artículo abrasivo con el componente lubricante líquido sin sumergir el artículo abrasivo en el componente lubricante líquido; (f) hacer girar el artículo abrasivo a una velocidad efectiva para evitar la entrada de gas mientras que se mantiene en contacto con el componente lubricante líquido para impregnar uniformemente el artículo abrasivo con el componente lubricante; (g) retirar el artículo abrasivo del contacto con el componente lubricante después que el artículo abrasivo ha absorbido una cantidad efectiva de componente lubricante para llenar sustancialmente todos los poros abiertos; y (h) continuar girando el artículo abrasivo mientras se enfría el artículo abrasivo para solidificar en forma uniforme el componente lubricante líquido impregnado dentro de los poros.

13.- El método de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado además porque la cera es cera carnauba y porque el aceite está en por lo menos el 60% en peso del componente lubricante.

14.- Un método de esmerilado de precisión que comprende los pasos de: (a) proveer un artículo abrasivo que comprende un aglutinante vitreo y un grano abrasivo de MCA que tenga poros que contengan una cantidad efectiva de un componente lubricante consistente esencialmente de aproximadamente 20-75% de aceite y 20-80% en peso de cera; caracterizado además porque el aceite incluye aditivo de aceite para corte azufrado y el componente lubricante está presente en una cantidad efectiva para enfriar y lubricar durante el esmerilado; y (b) mientras se baña en forma continua una superficie de una pieza de trabajo metálica en un refrigerante líquido libre de azufre, colocar el artículo abrasivo en contacto abrasivo en movimiento con la pieza de trabajo hasta que la superficie obtenga un terminado de esmerilado de precisión, y la superficie esté sustancialmente libre de daño térmico.

15.- El método de conformidad con la reivindicación 14, caracterizado además porque la cantidad de aditivo de aceite parea corte azufrado es aproximadamente 10-40% en peso del aceite en el componente lubricante del artículo abrasivo.

16.- Un método de esmerilado de precisión en seco que incluye los pasos de: (a) proveer un artículo abrasivo, que comprende 3 a 25% en volumen de aglutinante vitreo, 3 a 56% en volumen de grano abrasivo de MCA y 28 a 68% en volumen de porosidad abierta, caracterizado porque sustancialmente toda la porosidad abierta en el artículo abrasivo está impregnada con un componente lubricante que consiste de una mezcla uniforme de aceite y cera, que tenga una relación en peso aceite:cera de aproximadamente 3:1 hasta aproximadamente 1 :4 en una cantidad efectiva para enfriar y lubricar durante el esmerilado; (b) colocar el artículo abrasivo en contacto abrasivo en movimiento con una pieza de trabajo seca hasta que la superficie obtenga un terminado esmerilado de precisión; con lo cual la superficie de la pieza de trabajo está sustancialmente libre de daño térmico.

17.- El método de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado además porque el aceite en la mezcla de aceite y cera incluye una cantidad efectiva de aditivo de aceite para corte azufrado.

18.- El método de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado además porque la cantidad de aditivo de aceite para corte azufrado es aproximadamente 10 a 40% en peso del aceite en el componente lubricante del artículo abrasivo.