MXPA04009887A - Articulos abrasivos con estructuras y metodos novedosos de esmerilado. - Google Patents

Abstract

Herramientas abrasivas aglutinadas que tiene estructuras porosas que son permeables al flujo de fluido comprenden un porcentaje en volumen relativamente bajo de grano abrasivo y aglutinante, y un grado de dureza relativamente bajo, pero se caracterizan por excelente rendimiento de resistencia mecanica y esmerilado; se describen metodos para hacer las herramientas abrasivas utilizando grano abrasivo aglomerado.

Description

ARTICULOS ABRASIVOS CON ESTRUCTURAS Y METODOS NOVEDOSOS DE ESMERILADO SOLICITUDES RELACIONADAS Esta solicitud es una continuación en parte de E.U.A. con número de serie 10/120,969, presentada el 11 de abril de 2002, y una continuación en parte de E.U.A. número de serie 10/328,802, presentada el 24 de diciembre de 2002. El contenido completo de E.U.A. con número de serie 10/120,969 y E.U.A. con número de serie 10/328,802 se incorpora aquí por referencia.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION La invención se refiere a artículos o herramientas abrasivos aglutinados, tales como ruedas de esmerilado, segmentos de esmerilado, discos y piedras de esmerilado, que tienen estructuras de composición novedosas, a métodos de fabricación de dichas herramientas para crear esas estructuras de herramienta novedosas y a métodos de esmerilado, pulimento o acabado de superficie usando dichas herramientas. Las herramientas abrasivas aglutinadas consisten de materiales mixtos abrasivos rígidos y típicamente monolíticos tridimensionales, en forma de ruedas, discos, segmentos, puntos montados, muelas de esmerilar y otras formas de herramienta que tienen un agujero central u otro medio para montar sobre un tipo particular de aparato o máquina de esmerilado, pulimento o afilado. Estos materiales mixtos comprenden tres elementos o fases estructurales: grano abrasivo, aglutinante y porosidad. Las herramientas abrasivas aglutinadas se han fabricado en una variedad de "grados" y "estructuras" que se han definido de conformidad con la práctica en la técnica por la dureza y densidad relativas del material mixto abrasivo (grado) y por el por ciento en volumen de grado abrasivo, aglutinante y porosidad dentro del material mixto (estructura). Por casi 70 años, el grado y estructura de la herramienta se han considerado que son los predictores más confiables de dureza de herramienta abrasiva aglutinada, velocidad de desgaste de herramienta, demandas de potencia de esmerilado y consistencia de aplicación. El grado y estructura primero se establecieron como lineamientos de fabricación confiables en la patente de E.U.A. No.-A-1 ,983,082, de Howe, et al. Howe describe un método de fabricación volumétrico útil para superar las dificultades entonces persistentes con calidad de material mixto abrasivo inconsistente y rendimiento de esmerilado inconsistente. En este método, se seleccionan los porcentajes volumétricos relativos de los tres constituyentes estructurales para producir una herramienta con un grado de dureza objetivo y otras características físicas deseadas. Conociendo el volumen deseado de la herramienta acabada, los pesos del lote del grano abrasivo y componentes aglutinantes necesarios para hacer la herramienta se calculan a partir del volumen de la herramienta, los porcentajes volumétricos relativos y las densidades de material del grano abrasivo y componentes aglutinantes. De esta manera, fue posible crear una tabla de estructura estándar para una composición de aglutinante definida y, en operaciones de fabricación subsecuentes, para leer porcentajes volumétricos relativos de la tabla de estructura estándar a fin de fabricar herramientas abrasivas aglutinadas que tienen un grado de dureza consistente para un porcentaje en volumen dado de grano abrasivo, aglutinante y porosidad. Se observó que el rendimiento de esmerilado fue consistente de un lote de fabricación a otro cuando el grado y estructura se habían mantenido constante. Para muchas operaciones de esmerilado, el control de la cantidad y tipo de porosidad en el material mixto, particularmente la porosidad de una naturaleza permeable, o interconectada, se ha mostrado que mejora la eficiencia de esmerilado y protege la calidad de la pieza de trabajo que está siendo esmerilada contra daño térmico o mecánico. Cualquier material mixto abrasivo tridimensional consiste de la suma de los porcentajes de volumen relativos de sus tres constituyentes: grano abrasivo, aglutinante y porosidad. La suma de los porcentajes de volumen de estos constituyentes debe ser igual a 100 por ciento en volumen; por lo tanto, las herramientas que tienen un porcentaje alto de porosidad deben tener porcentajes proporcionalmente más bajos de aglutinante y/o grano abrasivo. En la fabricación de herramientas abrasivas aglutinadas, se puede lograr fácilmente porcentajes de volumen relativamente altos de porosidad (v.gr., 40-70% en volumen) en herramientas de esmerilado de precisión, hechas con materiales aglutinantes inorgánicos rígidos (v.gr., aglutinantes vitrificados o cerámicos) y tamaños de grano relativamente pequeños (v.gr., tamaños de grano de 46-220 granos), que en herramientas de esmerilado gruesas hechas con materiales aglutinantes orgánicos y tamaños de grano relativamente grandes (v.gr., tamaños de grano Norton de 12-120 granos). Materiales mixtos abrasivos muy porosos hechos con tamaños de grano más grandes, porcentajes en volumen más altos de grano y materiales aglutinantes orgánicos más suaves tienen una tendencia a desplomarse o estratificarse durante las etapas intermedias de moldeo y curación de la fabricación de la herramienta de esmerilado. Por estas razones, las herramientas abrasivas aglutinadas comercialmente disponibles hechas con materiales aglutinantes orgánicos a menudo se moldean para contener nada de porosidad y típicamente contienen no más del 30% en volumen de porosidad. Rara vez exceden 50% en volumen de porosidad. La porosidad natural que surge de compactar los granos abrasivos y partículas aglutinantes durante el moldeo por presión generalmente es insuficiente para lograr alta porosidad en herramientas abrasivas aglutinadas. Los inductores de porosidad, tales como alúmina de burbuja y naftaleno, se pueden añadir a las mezclas de material mixto abrasivo y aglutinante para permitir el moldeo por presión y manejo de un artículo abrasivo no curado poroso y para obtener un por ciento en volumen adecuado de porosidad en la herramienta final. Algunos inductores de poro (v.gr., alúmina de burbuja y esferas de vidrio) crearán porosidad de celda cerrada dentro de la herramienta. Los inductores de poros de celda cerrada añadidos para lograr altos porcentajes de porosidad impiden la formación de canales abiertos o porosidad ¡nterconectada, evitando o reduciendo así el flujo de fluido a través del cuerpo de la herramienta, lo que tiende así a incrementar las fuerzas de esmerilado y el riesgo de daño térmico. Los inductores de poros de celda abierta se deben quemar de la matriz abrasiva (v.gr., corazas de nuez y naftaleno), dando origen a varias dificultades de fabricación. Además, las densidades de inductores de poros, materiales aglutinantes y granos abrasivos varían significativamente, haciendo difícil controlar la estratificación de la mezcla abrasiva durante el manejo y moldeo, dando por resultado a menudo una pérdida de homogeneidad en la estructura tridimensional del artículo abrasivo acabado. Una distribución homogénea uniforme de los tres constituyentes del material mixto abrasivo se ha considerado un aspecto clave de calidad de herramienta consistente y, para pruebas de esmerilado, importante en la operación segura de ruedas a las velocidades de rotación altas necesarias para esmerilado (v.gr., aproximadamente 20.32 metros de superficie por segundo (m/s)). El por ciento en volumen de porosidad ¡nterconectada, o permeabilidad al fluido, se ha encontrado que es un determinante más significativo el rendimiento de esmerilado de artículos abrasivos que el simple por ciento en volumen de porosidad (véase patente de E.U.A. No.-A- 5,738,696 de Wu). La porosidad interconectada permite la remoción de desperdicios de esmerilado (virutas) y el paso de fluido de enfriamiento hacia ia rueda durante el esmerilado. La existencia de porosidad interconectada se puede confirmar midiendo la permeabilidad de la rueda al flujo de aire bajo condiciones controladas. La patente de E.U.A. No.-A-5,738,697 de Wu describe ruedas de esmerilado de alta permeabilidad que tienen una cantidad significativa de porosidad interconectada (40-80% en volumen). Esas ruedas se hacen de una matriz de partículas fibrosas que tienen una relación de aspecto de por lo menos 5:1. Las partículas fibrosas pueden ser grano abrasivo filamentoso o granos abrasivos no fibrosos ordinarios mezclados con varios materiales llenadores fibrosos tales como fibra de cerámica, fibra de poliéster y fibra de vidrio y esteras y aglomerados construidos con las partículas de fibra. Ahora se ha descubierto que las herramientas abrasivas aglutinadas se pueden hacer con un porcentaje relativamente alto de porosidad y un porcentaje relativamente bajo de grano abrasivo sin sacrificar firmeza o resistencia mecánica al desgaste de la herramienta, aun cuando el grado de dureza de la herramienta predijera la firmeza mecánica relativamente pobre. Para herramientas abrasivas aglutinadas orgánicas, es posible fabricar herramientas a porcentajes relativos de grano abrasivo, aglutinante y porosidad que forman estructuras desconocidas entre herramientas abrasivas aglutinadas comerciales. Estas estructuras novedosas incluyen herramientas abrasivas aglutinadas orgánicas en donde la fase continua de material mixto abrasivo consiste del constituyente de porosidad. En un método preferido para crear estas estructuras novedosas, una mayoría del grano abrasivo se ha aglomerado con un material aglutinante antes del mezclado, moldeo y procesamiento técnico de la herramienta abrasiva aglutinada. Se ha reportado que los granos abrasivos aglomerados proveen eficiencia de esmerilado por mecanismos no relacionados con la cantidad o carácter de la porosidad de la herramienta abrasiva aglutinada. El grano abrasivo se ha aglomerado para varios propósitos, entre ellos el principal es permitir el uso de un tamaño de partícula de grano abrasivo más pequeño ("grano") para lograr la misma eficiencia de esmerilado que el tamaño de grano abrasivo más grande, o para producir un acabado de superficie más suave sobre la pieza de trabajo que se está esmerilando en muchos casos, el grano abrasivo se ha aglomerado para lograr una estructura menos porosa y una herramienta de esmerilado más densa, que tenga granos abrasivos más fuertemente aglutinados. Las ruedas de muela para engranes de porosidad muy baja (v.gr., menor que aproximadamente 5% en volumen de porosidad) se han hecho a partir de materiales mixtos abrasivos aglutinados, vitrificados, triturados, reciclados, aglutinando los materiales mixtos en una resina epóxica. Estas ruedas de muela para engrane "combinadas" han estado comercialmente disponibles durante muchos años (de Saint-Gobain Abrasives, GmbH, anteriormente Efesis Schleiftechnik GmbH, Geroizhofen, Alemania). La patente de E.U.A. No.-A-2,216,728 de Benner describe agregados de grano abrasivo/aglutinante hechos de cualquier tipo de aglutinante. La razón para usar los agregados es lograr estructuras de rueda muy densas para retener diamante o grano de CBN durante las operaciones de esmerilado. Si los agregados se hacen con una estructura porosa, entonces es para el propósito de permitir que los materiales aglutinados inter-agregados fluyan hacia los poros de los agregados y densifiquen completamente la estructura durante la cocción. Los agregados permiten el uso de granos abrasivos finos que de otra manera se pierden en la producción. La patente de E.U.A. No.-A-3,982,359 de Elbel enseña la formación de agregados de aglutinante de resina y grano abrasivo que tienen valores de dureza mayores que los del aglutinante de resina usado para aglutinar los agregados dentro de una herramienta abrasiva. Las velocidades de esmerilado más rápidas y la vida de la herramienta más larga se logra en ruedas aglutinadas de hule que contienen los agregados. La patente de E.U.A. No.-A-4,799,939 de Bloecher enseña aglomerados desgastables de grano abrasivo, cuerpos huecos y aglutinante orgánico y el uso de estos aglomerados en abrasivos revestidos y abrasivos aglutinados. Aglomerados similares se describen en la patente de E.U.A. No.-A-5,039,311 de Bloecher, y la patente de E.U.A. No -A-4,652,275 de Bloecher, et al.

La patente de E.U.A. No.-A-5,129,189 de Wetchcer describe herramientas abrasivas que tienen una matriz de aglutinante de resina que contiene conglomerados, que tienen 5-90% en volumen de porosidad, de grano abrasivo, resina y material llenador, tal como criolita. La patente de E.U.A. No.-A-5,651 ,729 de Benguerel enseña una rueda de esmerilado que tiene un núcleo y un reborde abrasivo discreto hecho de un aglutinante de resina y aglomerados triturados de diamante o grano abrasivo de CBN con un aglutinante de metal o cerámica. Los beneficios establecidos de las ruedas hechas con los aglomerados incluyen espacios de tolerancia de rebabas altos, resistencia al desgaste alta, características de autoafilado, resistencia mecánica alta de la rueda y capacidad para aglutinar directamente el reborde abrasivo al núcleo de la rueda. En una modalidad, los rebordes de esmerilado aglutinados con diamante o CBN usados son triturados a un tamaño de 0.2 a 3 mm para formar los aglomerados. La patente británica No.-A-1 ,228,219 de Lippert describe conglomerados de grano y aglutinante añadidos a una matriz de aglutinante elástico de hule. El aglutinante que sostiene al grano dentro del conglomerado pueden ser materiales de cerámica o resina, pero debe ser más rígido que la matriz aglutinante elástica. La patente de E.U.A. No.-A-4,541 ,842 de Rostoker describe abrasivos revestidos y ruedas abrasivas hechas con agregados de grano abrasivo y una mezcla espumosa de materiales aglutinantes vitrificados con otras materias primas, tales como negro de humo o carbonatos, adecuados para la espumación durante la cocción de los agregados. Los "comprimidos" de agregados contienen un porcentaje más grande de aglutinante que el grano en una base de por ciento en volumen. Los comprimidos usados para hacer ruedas abrasivas son concrecionados a 900°C (a una densidad de 1.134 g/cc) y el aglutinante vitrificado usado para hacer la rueda se cuece a 880°C. Las ruedas hechas con 16% en volumen de comprimidos tuvieron un rendimiento de esmerilado a una eficiencia similar ai de las ruedas comparativas hechas con 46% en volumen de grano abrasivo. Los comprimidos contienen celdas abiertas dentro de la matriz aglutinante vitrificada, con los granos abrasivos más pequeños relativos agregados alrededor del perímetro de las celdas abiertas. Un horno giratorio se menciona para la cocción de agregados crudos preaglomerados que posteriormente fueron espumados y concrecionados posteriormente para hacer los comprimidos. El documento U.S.-A-6,086,467 de Imai, et al, describe ruedas de esmerilado que contienen grano abrasivo y agrupamientos de grano llenador que tienen un tamaño más pequeño que el grano abrasivo. El aglutinante vitrificado se puede usar y el grano llenador puede ser óxido de cromo. El tamaño de los agrupamientos de grano es de 1/3 o más del tamaño del grano abrasivo. Los beneficios incluyen el desgaste de aglutinante controlado y la retención de grano abrasivo en aplicaciones de esmerilado de fuerza baja que utilizan grano superabrasivo en donde el grano superabrasivo debe ser diluido para reducir al mínimo las fuerzas de esmerilado. Los agrupamientos de grano llenador se pueden formar con cera. No se describe concrecionamiento de los agrupamientos. El agolpamiento WO 01/85393 A1 de Adefris describe un artículo abrasivo tridimensional hecho de materiales mixtos abrasivos, ya sea configurados o irregulares, dispuestos para tener más de una monocapa de materiales mixtos abrasivos. El artículo puede contener porosidad de intermaterial mixto y porosidad de intra-material mixto. Los materiales mixtos incluyen granos abrasivos aglutinados en una primera matriz inorgánica u orgánica y el artículo abrasivo es aglutinado con un segundo material aglutinante inorgánico (metal o vitrificado o de cerámica) u orgánico para formar un artículo abrasivo que tiene de aproximadamente 20 a 80% en volumen de porosidad. El artículo preferido contiene grano abrasivo de diamante fino contenido en un primer y un segundo aglutinantes vitreos y el artículo se usa para esmerilar vidrio a un acabado de espejo. Un número de publicaciones han descrito herramientas abrasivas revestidas hechas con grano abrasivo aglomerado. Estas incluyen U.S.-A-2.194,472 de Jackson que describe herramientas abrasivas revestidas hechas con aglomerados de una pluralidad de grano abrasivo relativamente fino y cualquiera de los aglutinantes normalmente usados en herramientas abrasivas revestidas o aglutinadas. Los materiales mixtos inorgánicos del diamante del grano fino, CBN y otros granos abrasivos térmicamente degradables en una matriz de óxido de metal se han reportado como útiles en herramientas abrasivas revestidas (patente de E.U.A. No.-A-3,916,584 de Howard, et al). La patente de E.U.A. No.-A-3,048,482 de Hurst describe microsegmentos abrasivos asegurados de granos abrasivos de aglomerados y materiales aglutinados orgánicos en forma de pirámides u otras formas ahusadas. Los microsegmentos abrasivos configurados se adhieren a un respaldo fibroso y se usan para hacer abrasivos revestidos y para revestir la superficie de las ruedas de esmerilado delgadas. La patente de E.U.A. No.-A-4,311 ,489 de Kressner describe aglomerados de grano abrasivo fino (< 200 mieras) y criolita, opcionalmente con un aglutiante de silicato, y su uso en la fabricación de herramientas abrasivas revestidas. La patente de E.U.A. No.-A-5,500,273 de Holmes describe partículas configuradas en forma precisa o materiales mixtos de granos abrasivos y un aglutinante polimérico formado por polimerización de radicales libres. Los materiales mixtos se describen en la patente de E.U.A. No.-A-5,851 ,247 de Stoetzel, et al; patente de E.U.A. No.-A-5.714,259 de Holmes, et al; y patente de E.U.A. No.-A-5,342,419 de Hibbard, et al. Los documentos US-5,975,988, US 6,217,413 B1 y WO 96/10471 , todos de Christianson, describen artículos abrasivos revestidos que incluyen un respaldo y una capa abrasiva aglutinada orgánica en donde el abrasivo está presente como aglomerados configurados en forma de una pirámide de cuatro lados truncada o cubo. El documento U.S.-A- 6,056,794 de Stoetzel, et al, describe artículos abrasivos revestidos que tienen un respaldo, un aglutinante orgánico que contiene partículas inorgánicas dispersas dentro del mismo, y algomerados de partículas abrasivas aglutinados al respaldo. Las partículas abrasivas en los aglomerados y las partículas inorgánicas duras en el aglutinante orgánico son esencialmente del mismo tamaño. Los aglomerados pueden ser configurados aleatoriamente o en forma precisa y están hechos con un aglutinante orgánico. Las partículas inorgánicas duras pueden ser de cualquier número de partículas de grano abrasivas. El documento U.S. 6,319,108 B1 de Adefris, et al, describe un artículo abrasivo que comprende un respaldo rígido y materiales mixtos abrasivos de cerámica hechos de partículas abrasivas en una matriz de cerámica porosa. Los materiales mixtos se mantienen al respaldo con un revestimiento metálico tal como metal electrodepositado. El documento WO 01/83166 A1 de Mujumdar, et al, describe herramientas abrasivas de esmerilado de vidrio que comprenden materiales mixtos de diamante sostenidos a un respaldo con un aglutinante de resina. Un número de patentes describen herramientas abrasivas que comprenden resina u otros materiales mixtos aglutinantes orgánicos de grano abrasivo. La mayoría de estas herramientas son herramientas abrasivas revestidas en donde un aglutinante de resina se emplea para adherir los materiales de grano abrasivo al respaldo flexible. Ocasionalmente los aglutinantes metálicos o partículas desgastables se usan junto con los materiales mixtos abrasivos. Patentes representativas en este grupo incluyen la patente de E.U.A.-A-5,078,753 de Broberg, et al; la patente de E.U.A. No.-A-5,578,098 de Gagliardi, et al; patente de E.U.A. No.-A-5,127,197 de Brukvoort, et al.; patente de E.U.A. No.-A-5,318,604 de Gorsuch, et al.; patente de E.U.A. No.-A-5, 910,471 de Christianson, et al.; y patente de E.U.A. No.-A-6,217,413 de Christianson, et al. La patente de E.U.A. No.-A-4,355,489 de Heyer describe un artículo abrasivo (rueda, disco, banda, lámina, bloque y similar) hecho de una matriz de filamentos ondulados aglutinados entre sí en puntos de contacto manual y aglomerados abrasivos, que tienen un volumen de hueco de aproximadamente 70-97%. Los aglomerados se pueden hacer con aglutinantes vitrificados o de resina y cualquier grano abrasivo. La patente de E.U.A. No.-A-4,364,746 de Bitzer describe herramientas abrasivas que comprenden aglomerados abrasivos diferentes que tienen diferentes resistencias. Los aglomerados se hacen de grano abrasivo y aglutinantes de resina y pueden contener otros materiales tales como fibras cortadas, para añadir resistencia o dureza. La patente de E.U.A. No.-A-4,393,021 de Eisenberg et al, describe un método para hacer aglomerados abrasivos de grano abrasivo y un aglutinante de resina utilizando una malla de tamiz y haciendo rodar una pasta del grano y aglutinante a través de la malla para hacer extrusiones en forma de gusano. Las extrusiones son endurecidas calentando y después triturando para formar aglomerados. Independientemente de este cuerpo extemo de conocimiento referente a cómo hacer artículos abrasivos con grano aglomerado y eliminar o crear porosidad de herramienta, hasta ahora, nadie ha alterado exitosamente la estructura mixta básica de una herramienta abrasiva aglutinada monolítica tridimensional con grano aglomerado de tal manera que el grado y estructura de la herramienta ya no predicen rendimiento de esmerilado. Nadie ha utilizado grano aglomerado para hacer herramientas de por ciento en volumen de estructura que sea difícil o imposible de fabricar con grano abrasivo ordinario en aglutinantes orgánicos. En particular, sin sacrificar la resistencia mecánica, la vida de herramienta o rendimiento de herramienta, se ha encontrado que los porcentajes en volumen relativamente altos de porosidad (v.gr., por arriba de 30% en volumen) se puede lograr en herramientas abrasivas hechas con aglutinantes orgánicos. Alteraciones significativas en módulo elástico y otras propiedades físicas tanto de herramientas con aglutinante inorgánico y orgánico ahora se pueden lograr en las herramientas de la invención. En los abrasivos aglutinados hechos con materiales aglutinantes orgánicos, se ha considerado que los materiales aglutinantes son el factor más importante para alterar el grado y estructura para lograr resistencia mecánica o rigidez apropiada o suficiente. Muy sorprendentemente, la invención permite que las herramientas con contenido de grano abrasivo más bajo se hagan en una escala de contenidos de aglutinante en aplicaciones de esmerilado que demanden herramientas de resistencia mecánica alta que tengan resistencia al desgaste prematuro (definido como desgaste de estructura de herramienta que es más rápido que el desgaste de grano abrasivo). En aplicaciones de esmerilado de superficie de área de contacto grande, las herramientas de la invención realmente se desempeñan de una manera superior a las herramientas convencionales hechas con contenidos de aglutinante y grano abrasivo superiores. Ninguno de los desarrollos de la técnica anterior en grano abrasivo elaborado sugiere los beneficios en herramientas abrasivas aglutinadas debe usar ciertos granos abrasivos aglomerados dentro de una matriz de aglutinante orgánico o inorgánico para controlar la estructura tridimensional de la herramienta abrasiva aglutinada. En particular, es inesperado que estos aglomerados pudieran adaptarse para ajustar y controlar la ubicación y tipo de porosidad y matriz de aglutinante dentro de la estructura de las herramientas de la invención.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION La invención es una herramienta abrasiva aglutinada, que comprende un material mixto tridimensional de (a) una primera fase que comprende 24-48% en volumen de granos abrasivos aglutinados con 10-38% en volumen en material aglutinante orgánico y menos de 10% en volumen de porosidad; y (b) una segunda fase que consiste de 38-54% en volumen de porosidad; en donde la segunda fase es una fase continua con el material mixto, y la herramienta abrasiva aglutinada tiene una velocidad de estallido mínima de 20.32 m/s. La invención además incluye herramientas abrasivas aglutinadas que comprenden un material mixto tridimensional de (a) 22-46% en volumen de granos abrasivos aglutinados en 4-20% en volumen de material aglutinante inorgánico; y (b) 40-66% en volumen de porosidad interconectada; en donde una mayoría de los granos abrasivos están presentes como agrupaciones de espacio irregular dentro del material mixto; las herramientas abrasivas aglutinadas tienen valores de módulo elástico que son por lo menos 10% menor que los valores de módulo elástico para otras herramientas convencionales idénticas que tienen granos abrasivos regularmente separados dentro de un material mixto tridimensional; y las herramientas abrasivas aglutinadas presentan una velocidad de estallido mínima de 20.32 m/s. La invención además incluye un método para esmerilado de disco que comprende los pasos de: (a) proveer una rueda abrasiva aglutinada, que comprende un material mixto tridimensional de (i) una primera fase que comprende 24-48% en volumen de granos abrasivos aglutinados con 10-38% en volumen de material aglutinante orgánico y menos de 10% en volumen de porosidad; y (i¡) una segunda fase que consiste de 38-54% en volumen de porosidad; en donde la segunda fase es una fase continua dentro del material mixto y la herramienta abrasiva aglutinada tiene una velocidad de estallido mínima de 20.32 m/s. (b) montar la rueda abrasiva aglutinada sobre una máquina de esmerilado de superficie; (c) hacer girar la rueda; y (d) llevar una superficie de esmerilado de la rueda al contacto con una pieza de trabajo durante un período suficiente para esmerilar la pieza de trabajo; por lo que la rueda remueve material de la pieza de trabajo a una velocidad de remoción de material efectiva, la superficie de esmerilado de la rueda permanece sustancialmente libre de residuos de esmerilado y, después de que se ha completado el esmerilado, la pieza de trabajo es sustancialmente libre de daño térmico. La invención además incluye un método para esmenlado de alimentación lenta que comprende los pasos de: (a) proveer una rueda abrasiva aglutinada que comprende un material mixto tridimensional de (i) 22-46% en volumen de granos abrasivos aglutinados con 4-20% en volumen de material aglutinante inorgánico; y (i¡) 40-68% en volumen de porosidad interconectada; y en donde una mayoría de los granos abrasivos está presente como agrupaciones de espacio irregulares dentro del material mixto; la herramienta abrasiva aglutinada tiene un valor de módulo elástico que es por lo menos 10% menor que el valor de módulo elástico de una herramienta convencional de otra manera idéntica que tiene granos abrasivos separados regularmente dentro de un material mixto tridimensional; y la herramienta abrasiva aglutinada tiene una velocidad de estallido mínimo de 20.32 m/s; (b) montar la rueda abrasiva aglutinada en una máquina de esmerilado de alimentación lenta; (c) hacer girar la rueda; y (d) llevar una superficie de esmerilado de la rueda al contacto con una pieza de trabajo durante un período para esmerilar la pieza de trabajo; por lo que la rueda remueve material de la pieza de trabajo a una velocidad de remoción de material efectiva y, después del esmerilado, la pieza de trabajo es sustancialmente libre de daño térmico.

DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS La figura 1 es un diagrama ternario que contrasta el porcentaje en volumen relativo de estructuras de composición de herramientas abrasivas aglutinadas orgánicas estándares con el de herramientas abrasivas aglutinadas orgánicas de la invención. La figura 2 es un diagrama ternario que contrasta el porcentaje en volumen relativo de las estructuras de composición de herramientas abrasivas aglutinadas orgánicas estándares con el de herramientas abrasivas aglutinadas orgánicas de la invención hechas con aglomerados de grano abrasivo que contienen materiales aglutinantes inorgánicos. La figura 3 es un diagrama ternario que ¡lustra el intervalo de porcentaje en volumen de estructuras de composición de herramientas abrasivas aglutinadas inorgánicas estándares en donde aquellas de las herramientas abrasivas aglutinadas inorgánicas de la invención hechas con aglomerados de grano abrasivo que contienen materiales aglutinantes inorgánicos y un aglutinante inorgánico se caracterizan por valores de módulo elástico significativamente menores, pero valores de velocidad de estallido de rueda equivalentes en relación con las herramientas estándares. La figura 4 es una fotomicrografía de la superficie de una herramienta abrasiva aglutinada estándar hecha con un aglutinante orgánico, que ilustra una distribución uniforme de los tres constituyentes del material mixto abrasivo. La figura 5 es una fotomicrografía de la superficie de una herramienta abrasiva aglutinada de la invención hecha con un aglutinante orgánico, que ¡lustra la distribución no uniforme de los tres constituyentes del material mixto abrasivo, porosidad (áreas más oscuras) como una fase continua dentro del material mixto y una red reticulada de grano abrasivo anclado dentro del material aglutinante orgánico.

DESCRIPCION DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS Herramientas abrasivas aglutinadas Las herramientas abrasivas aglutinadas de la invención (ruedas de esmerilado, segmentos de esmerilado, discos de esmerilado, piedras y muelas de esmerilado, colectivamente referidas como herramientas o ruedas) se caracterizan por una combinación previamente desconocida de herramienta o estructura de rueda y propiedades físicas. Como se usa aquí, el término "estructura de rueda" se refiere al porcentaje en volumen de grano abrasivo, aglutinante y porosidad contenidos en la rueda de esmerilado. El "grado" de dureza de rueda se refiere a la designación de letras dada al comportamiento de la rueda en una operación de esmerilado. Para un tipo de aglutinante dado, el grado es una función de la pureza, contenido de grano y ciertas propiedades físicas, tales como densidad curada, módulo elástico y penetración de chorro de arena (este último es más típico de ruedas aglutinadas vitrificadas de la rueda). El "grado" de la rueda predice qué tan resistente al desgaste será la rueda durante el esmerilado y qué tan duro esmerilará la rueda, es decir, qué tanta potencia se necesitará para usar la rueda en una operación de esmerilado dada. La designación de letras para el grado de rueda se asigna de acuerdo con la escala de grado de Norton Company conocida en la técnica, en donde los grados más suaves son designados con la letra A y los grados más duros son asignados con la letra Z. Véase, v.gr., patente de E.U.A. No. -A-1 ,983,082, Howe, et al. Al hacer coincidir los grados de rueda, un experto en la técnica generalmente puede sustituir una rueda conocida por una nueva especificación de rueda y predecir que la nueva rueda tendrá un desempeño de una manera similar a la rueda conocida. En una desviación significativa e inesperada de estas prácticas, las herramientas de la invención se caracterizan por alteraciones en sus estructuras de material mixto monolíticas tridimensionales, en particular, en la cantidad y el carácter del constituyente de porosidad, de tal manera que el grado y estructura de la herramienta ya no predicen el rendimiento de esmerilado.

Cuando se hacen con aglutinante orgánico, las herramientas de la invención se pueden formular para producir por ciento en volumen de estructuras (v.gr., porosidad por arriba de 30% en volumen) que eran difíciles o imposibles de fabricar por los métodos de la técnica anterior. Estas técnicas novedosas se pueden hacer sin sacrificar la resistencia mecánica, vida de la herramienta o rendimiento de la herramienta. En un método preferido, estas estructuras se fabrican con una mezcla de grano abrasivo en donde una mayoría de grano abrasivo está en forma de aglomerados de grano abrasivo con un material aglutinante orgánico, el material aglutinante inorgánico o una mezcla de los dos. Cuando se hacen con un aglutinante inorgánico, las herramientas de la invención se pueden formular para producir por ciento en volumen idéntico de estructuras (véase figura 3) a herramientas convencionales, pero a un valor de módulo elástico significativamente más bajo, es decir, por lo menos 10% más bajo y a menudo tanto como 50% de valor de módulo elástico más bajo, sin ninguna pérdida efectiva en resistencia mecánica. Independientemente de esta caída en rigidez, las herramientas de la invención presentan valores de velocidad de estallido comercialmente aceptables y velocidades de remoción de material significativamente mejores en ciertas operaciones de esmerilado. En un método preferido, estas estructuras se fabrican con una mezcla de grano abrasivo en donde una mayoría del grano abrasivo está en forma de aglomerados de grano abrasivo con un material aglutinante inorgánico.

Las figuras 1-5 ilustran las estructuras novedosas de las herramientas de la invención. La figura 1 es un diagrama ternario marcado con dos zonas que definen dos conjuntos de ruedas (rueda de la técnica anterior y ruedas experimentales de la invención) hechas con material aglutinante orgánico. Las ruedas de la técnica anterior y las ruedas de la invención son igualmente adecuadas para usarse comercialmente en operaciones de esmerilado de superficie o línea de alto contacto, precisión, tal como esmerilado de disco o rodillo. Las ruedas convencionales tienen un por ciento en volumen de estructuras dentro de una zona aglutinada por 38 a 52% en volumen de grano, 12 a 38% en volumen de aglutinante y 15 a 37% en volumen de porosidad. Por el contrario, las ruedas de la invención tienen estructuras dentro de una zona aglutinada por 24 a 48% en volumen de grano, 10 a 38% en volumen de aglutinante y 38 a 54% en volumen de porosidad. Se puede ver que las ruedas de la invención están hechas con significativamente menos grano abrasivo que las ruedas convencionales y contienen pequeñas cantidades de aglutinante y cantidades relativamente grandes de porosidad. Lo que no se puede ver de este diagrama es que las ruedas de la invención están en una región en el diagrama ternario en donde los métodos de fabricación de la técnica anterior no se podrían usar para hacer ruedas de esmerilado. Las técnicas anteriores fallaron ya que la estructura mixta tridimensional se desplomó durante el procesamiento térmico, colapsando las áreas de porosidad o debido a que las ruedas de la técnica anterior carecían de suficiente resistencia mecánica para el uso seguro en operaciones de esmerilado. La figura 2 es un diagrama ternario que ilustra dos conjuntos de ruedas (rueda de la técnica anterior y ruedas experimentales de la invención) diseñadas para uso comercial en operaciones de esmerilado de área de contacto de línea continua, tales como esmerilado de rodillo. Las ruedas de la técnica anterior están hechas con material aglutinante orgánico y las ruedas de la invención están hechas con material aglutinante orgánico y aglomerados de grano abrasivo que contienen materiales aglutinantes inorgánicos. Las ruedas de la invención son muy superiores a las ruedas convencionales en todos los parámetros operacionales de operaciones de esmerilado por rodillo. Las ruedas convencionales nuevamente tienen estructuras con una zona aglutinada por 38 a 53% en volumen de grano, 12 a 38% en volumen de aglutinante y 15 a 37% en volumen de porosidad. Por el contrario, las ruedas de la invención tienen estructuras dentro de una zona aglutinada por 28 a 48% en volumen de grano, 10 a 33% en volumen de aglutinante (la suma de aglutinante orgánico en la rueda y material aglutinante inorgánico en los aglomerados) y 38 a 53% en volumen de porosidad. Se puede ver que las ruedas de la invención se pueden hacer con significativamente menos grano abrasivo y significativamente más porosidad que las ruedas convencionales. Lo que no se puede ver a partir del diagrama es que las ruedas de la invención se caracterizan por grados mucho más suaves que las ruedas convencionales y valores de módulo elástico inferiores que las ruedas convencionales (cuando se comparan a por ciento en volumen equivalente de material aglutinante), pero presentan deficiencia de esmerilado significativamente mejor en términos de vida de la rueda, velocidad de remoción de material y vibración o resistencia traqueteo de la rueda. La figura 3 es un diagrama ternario que ilustra dos conjuntos de ruedas (ruedas de la técnica anterior y ruedas experimentales de la invención) hechas con material aglutinante inorgánico, pero apropiadas para uso comercial en operaciones de esmerilado de superficie de área de contacto alta, tales como esmerilado de alimentación lenta. Las ruedas de la técnica anterior y las ruedas de la invención tienen estructuras dentro de una zona aglutinada por 22 a 46% en volumen de grano, 4 a 21 % en volumen de aglutinante y 35 a 77% en volumen de porosidad. Lo que no se puede ver a partir del diagrama es que, a un por ciento en volumen idéntico de estructura, las ruedas de la invención tienen un grado más suave y un valor de módulo elástico menor que las ruedas convencionales, pero las ruedas de la invención presentan rendimiento de esmerilado significativamente mejor en términos velocidad de remoción de material y calidad de la pieza de trabajo. Las figuras 4-5 ¡lustran el cambio en la cantidad y carácter de la porosidad de las herramientas de la invención en relación con herramientas convencionales. Se puede ver a partir de las figuras 4 (técnica anterior) y 5 (de la invención) que la porosidad (áreas más oscuras) en el material mixto abrasivo de la rueda de la invención es una fase continua de canales interconectados. El grano abrasivo y aglutinante aparecen como una red reticulada en la cual el grano abrasivo es anclado en el material aglutinante orgánico. Por el contrario, las ruedas convencionales tienen una estructura sustancialmente uniforme en donde la porosidad es difícilmente visible y claramente presente como una fase discontinua. De una manera similar, se ha observado para las herramientas aglutinadas inorgánicas de la invención que la porosidad en el material mixto abrasivo comprende porosidad interconectada. Los granos abrasivos de las ruedas de la invención son agrupados y separados de una manera irregular, a diferencia de la separación del grano regular y uniforme en ruedas de la técnica anterior comparables hechas con el mismo tipo de aglutinante inorgánico y materiales de grano. Todos los constituyentes e la rueda de la técnica anterior parecen ser separados de una manera uniforme y homogénea a través de la superficie de la rueda mientras que todos los constituyentes de la rueda de la invención están irregularmente separados y la estructura no es homogénea. Como se esperaría de una herramienta de aglutinante inorgánico (v.gr., aglutinante vitrificado) y los tamaños de grano abrasivo relativamente pequeños típicamente usados en dicha herramienta en comparación con el aglutinante orgánico y tamaños de grano más grandes ilustrados en las figuras 5, los canales de porosidad y la red de grano abrasivo y aglutinante son visualmente menos distintos en las herramientas de aglutinante inorgánico que en las herramientas de aglutinante orgánico. Varias propiedades de materiales de las herramientas abrasivas aglutinadas se han identificado como relacionadas con las estructuras de material mixto novedosas descritas aquí, incluyendo resistencia mecánica, módulo elástico y densidad. Las propiedades de resistencia mecánica determinan si un material mixto se puede usar como una herramientas abrasiva aglutinada en una operación de esmerilado comercial. Debido a que la mayoría de las herramientas abrasivas aglutinadas se usan en forma de ruedas de esmerilado abrasivas, la resistencia mecánica es predicha por la prueba de velocidad de estallido de rueda en donde la rueda se monta en un árbol dentro de una cámara protectora y después se hace girar a velocidades cada vez mayores hasta que el material mixto falla y la rueda estalla separándose. La velocidad de estallido se puede convertir a un punto de falla de esfuerzo a la tensión mediante ecuaciones conocidas (v.gr., Formulas for Stress and Strain, Raymond J. Roark, McGraw-Hill, 1965). Por ejemplo, si se supone un disco giratorio con un agujero central, la falla ocurre en el agujero en donde el esfuerzo a la tensión está a un máximo. s = esfuerzo a la tensión o resistencia al estallido (kg/cm2) R = radio de la rueda (cm) p = densidad de la rueda (27.7 g/cm3) r = radio de agujero (cm) ? = velocidad angular (radianes/segundos) k = constante (386.4) ? = relación de Poisson (0.2) s ((3 + u) x R2 + (1-?) ? r2) aplicando estas relaciones a un ejemplo de rueda de esmerilado, para una rueda de esmerilado de rodillo de 91.4 X 10.2 X 30.5 cm con una densidad de 1.46 g/cc (que contiene 30% de abrasivo + 22% de aglutinante + 48% de poros en volumen), si esta rueda tenía una velocidad de estallido medida de 20.32 m/s, entonces: velocidad angular = 20.32 _m_ = 44.4 radianes se3 seg ((3 + 0.2) X 91.42 + (1 -0.2) X30.52) =20.25 kg/cm si la velocidad de estallido fuera dos veces tan alta como 40.64 m/s o 88.8 radianes/seg, entonces el esfuerzo a la tensión s = 81.06 kg/cm2 en el punto en donde el material mixto sufre falla mecánica. Por lo tanto, "resistencia mecánica" se define aquí como la velocidad de estallido de rueda en metros por segundo para ruedas de esmerilado y, si la herramienta abrasiva aglutinada no es una rueda, como el esfuerzo a la tensión medido en el punto en donde el material mixto sufre falla mecánica completa. Otra propiedad material relevante para las herramientas abrasivas aglutinadas de la invención es la densidad de la herramienta. Las herramientas aglutinadas orgánicas de la invención, como se podría esperar a partir del por ciento en volumen de las composiciones de sus estructuras novedosas son menos densas que las herramientas convencionales comparables típicamente usadas en cualquier operación de esmerilado dada. Las herramientas aglutinadas orgánicas se caracterizan por densidad de menos de 2.2 g/cc, muy preferiblemente menos de 2.0 g/cc y muy preferiblemente menos de 1.8 g/cc. Como tal, para una aplicación de esmerilado dada (v.gr., cilindros de acero de esmerilado de disco) son aproximadamente 20 a 35% menos densos, y en promedio aproximadamente 30% menos densos, que las herramientas convencionales comparables usadas en la misma aplicación. Las herramientas aglutinadas inorgánicas de la invención se caracterizan por densidades comparables o ligeramente más bajas en relación con las densidades de herramientas convencionales comparables. Por ejemplo, las ruedas de esmerilado de diámetro interno de un tipo convencional generalmente tienen una densidad de aproximadamente 1.97 a 2.22 g/cc, mientras que las herramientas comparables de la invención varían de aproximadamente 1.8 a 2.2 g/cc. Las densidades de ruedas de esmerilado de alimentación lenta de la invención y ruedas convencionales comparables varían ambas de aproximadamente 1.63 a 1.99 g/cc. Sin embargo, para las herramientas aglutinadas inorgánicas de la invención, los valores de módulo elástico son significativamente menores, por lo menos 10%, preferiblemente por lo menos 25% y muy preferiblemente por lo menos 50%, menores que los valores para herramientas convencionales comparables. Para ruedas de esmerilado de diámetro interno, el módulo elástico de las herramientas de la invención varía de 25 a 50 GPa (los valores se determinaron con una máquina Grindosonic™, por el método descrito en J. Peters, "Sonic Testing of Grinding Wheels" Advances in Machine Tool Design and Research, Pergamon Press, 1968) a diferencia de los valores de módulo elástico de herramienta comparativa que típicamente varían de 28 a 55 GPa. Igual que para las ruedas de alimentación lenta, los valores de módulo elástico para las herramientas de la invención varía de 12 a 36 GPa, a diferencia de los valores de módulo elástico de la herramienta comparativa que típicamente varían de 16 a 38 GPa. Igual que para las ruedas de cuartos de herramientas (esmerilado de superficie de herramientas de metal endurecido) el módulo elástico de las herramientas de la invención varía de 12 a 30 GPa, en contraste con los valores de módulo elástico de herramienta comparativa que típicamente varían de 16 a 35 GPa. En general, para una aplicación de esmerilado seleccionada, mientras mayor sea el grado de herramienta convencional comparable necesario para la aplicación, mayor será el cambio descendente en valor de módulo elástico de la herramienta aglutinada inorgánica de la invención que suministra un rendimiento igual o mejor en esa aplicación. Como consecuencia, para una aplicación de esmerilado seleccionada, mientras mayor es el por ciento en volumen de grano abrasivo en una herramienta convencional comparable necesaria para la aplicación, mayor será el cambio descendente en valor de módulo elástico de la herramienta aglutinada inorgánica de la invención que suministra un rendimiento igual o mejor en esa aplicación. Las herramientas abrasivas aglutinadas de la invención tienen una estructura generalmente porosa de porosidad interconectada, lo que hace a la herramienta permeable a flujo de fluido y la porosidad, de hecho, se vuelve una fase continua dentro del material mixto abrasivo. La cantidad de porosidad interconectada se determina midiendo la permeabilidad de fluido de la herramienta de conformidad con el método de la patente de E.U.A. No. -A-5,738,696. Como se usa aquí, Q/P = la permeabilidad de fluido de una herramienta abrasiva, en donde Q significa la velocidad de flujo expresada como ce de flujo de aire, y P significa presión diferencial. El término Q/P representa la diferencia de presión medida entre la estructura de herramienta abrasiva y la atmósfera a una velocidad de flujo dada de un fluido (v.gr., aire). Esta permeabilidad relativa Q/P es proporcional al producto de volumen de poro y el cuadrado del tamaño del poro. Los tamaños de poro más grandes son preferidos. La geometría del poro y el tamaño de grano abrasivo son otros factores que afectan Q/P, en donde el tamaño de grano más grande produce permeabilidad relativa más alta. Las herramientas abrasivas útiles en la invención se caracterizan por valores de permeabilidad de fluido mayores que las herramientas de la técnica anterior comparables. Como se usa aquí, "herramientas de la técnica anterior comparables" son aquellas herramientas hechas con el mismo grano abrasivo y materiales aglutinantes a los mismos porcentajes en volumen de porosidad, grano y aglutinante que los de la invención. En general, las herramientas abrasivas de la invención tienen valores de permeabilidad de fluido de aproximadamente 25 a 100% más altos que los valores de las herramientas abrasivas de la técnica anterior comparables. Las herramientas abrasivas preferiblemente se caracterizan por valores de permeabilidad de fluido a por lo menos 10% más alta, muy preferiblemente por lo menos 30% más alta, que las herramientas de la técnica anterior comparables. Los parámetros de permeabilidad de fluido relativos exactos para tamaños y formas de aglomerado, tipos de aglutinante y niveles de porosidad pueden ser determinadas por el experto al aplicar la Ley de D'Arcy para datos empíricos para un tipo dado de herramienta abrasiva. La porosidad dentro de la rueda abrasiva surge de la separación abierta provista por la densidad de compactación natural de los componentes de la herramienta, particularmente los aglomerados abrasivos y adicionalmente añadiendo una menor cantidad de medios inductores de poros convencionales. Los medios conductores de poros adecuados incluyen pero nos e limitan a esferas de vidrio huecas, esferas huecas o glóbulos de material plástico o compuestos orgánicos, partículas de vidrio espumadas, burbuja de mullita y burbuja de aluminio, y combinaciones de las mismas. Las herramientas se pueden fabricar con inductores de porosidad de celda abierta, tales como glóbulos de naftaleno, corazas de nuez u otros gránulos orgánicos que se queman durante la cocción de la herramienta para dejar espacios huecos dentro de la matriz de la herramienta, o se pueden fabricar con medios inductores de poros huecos de celda cerrada (v.gr., esferas de vidrio huecas). Las herramientas abrasivas preferidas no contienen medios inductores de poros añadidos o contienen una cantidad menor (es decir, menor de 50% en volumen, preferiblemente menor de 20% en volumen y muy preferiblemente menor de 10% en volumen de la porosidad de la herramienta) de medios inductores de poros. La cantidad y tipo de inductor de poros añadido debe ser efectiva para producir una herramienta abrasiva con contenido de porosidad del cual por lo menos 30% en volumen es porosidad interconectada. Las herramientas abrasivas aglutinadas de la invención que tienen estas propiedades materiales y características estructurales preferiblemente hechas por un procedimiento en donde una mayor parte del grano abrasivo ha sido aglomerada con un material aglutinante antes de que los componentes de la herramienta sean mezclados, moldeados y térmicamente curados para formar un material mixto abrasivo. Estos aglomerados de grano abrasivo se pueden hacer con materiales aglutinantes inorgánicos o con materiales aglutinantes orgánicos.

Aglomerados abrasivos hechos con materiales aglutinantes orgánicos Los aglomerados hechos con materiales aglutinantes orgánicos que son útiles en la invención son estructuras tridimensionales o gránulos, incluyendo materiales mixtos curados de grano abrasivo y material aglutinante. Cualquiera de los materiales aglutinantes poliméricos termofraguables comúnmente usados en la industria de herramientas abrasivas como aglutinantes para abrasivos aglutinados orgánicos, abrasivos revestidos y similares son preferidos. Dichos materiales incluyen materiales de resina fenólica, materiales de resina epóxica, materiales de resina de fenol-formaldehído, materiales de resina de urea-formaldehído, materiales de resina de melamina-formaldehído, materiales de resina acrílica, composiciones de resina modificadas con hule, composiciones con llenador y combinaciones de los mismos. Los aglomerados hechos con material aglutinante orgánico tiene una densidad de compactación suelta (LPD) de < 1.5 g/cc, preferiblemente menor que 1.3 g/cc, una dimensión promedio de aproximadamente 2 a 10 veces el tamaño de grano abrasivo promedio o aproximadamente 200 a 3000 mieras, y un contenido de porosidad de aproximadamente 1 a 50%, preferiblemente 5 a 45% y muy preferiblemente 10 a 40% en volumen. Una porción mayor (es decir, por lo menos 50% en volumen) de la porosidad dentro de los aglomerados está presente como porosidad que es permeable al flujo de material aglutinante orgánico de fase líquida en los aglomerados durante la curación térmica de las herramientas abrasivas aglutinadas moldeadas de la invención. El grano abrasivo útil en aglomerados hechos ya sea con materiales aglutinantes orgánicos o inorgánicos pueden incluir uno o más de los granos abrasivos conocidos para usarse en herramientas abrasivas, tales como los granos de aluminio, incluyendo alúmina fusionada concrecionada y alúmina concrecionada con sol-gel, y similares, carburo de silicio, alúmina-zirconia, aluminoxinitruro, ceria, subóxido de boro, granate, feldespato, diamante, incluyendo diamante natural y sintético, nitruro de boro cúbico (CBN) y combinaciones de los mismos. Cualquier tamaño o forma de grano abrasivo se puede usar. Por ejemplo, el grano puede incluir algunos (v.gr., menos de 10% en volumen del grano abrasivo total en la herramienta) granos de alúmina de sol-gel concrecionados alargados que tienen una relación de aspecto alta del tipo descrito en la patente de E.U.A. No. 5,129,919. Los tamaños de grano adecuados para usarse aquí varían de granos abrasivos regulares (v.gr., mayores que 60 y hasta 7,000 mieras) hasta granos microabrasivos (v.gr., 0.5 a 60 mieras), y mezclas de esos tamaños. Para una operación de esmerilado abrasivo dado, puede ser conveniente aglomerar un grano abrasivo con un tamaño de grano menor que un tamaño de grano abrasivo (no aglomerado) normalmente seleccionado para esta operación de esmerilado abrasivo. Por ejemplo, el abrasivo de tamaño de grano 80 aglomerado puede sustituir al abrasivo de grano 54, el abrasivo de grano 100 aglomerado puede sustituir al abrasivo de grano 60 y el abrasivo aglomerado de grano 120 puede sustituir al de grano 80. Como se usa aquí, el tamaño de "grano" se refiere al tamaño de grano abrasivo en la escala de grano de Norton Company.

Aglomerados abrasivos hechos con materiales aglutinantes inorgánicos Los aglomerados hechos con materiales aglutinantes inorgánicos que son útiles en la invención son estructuras tridimensionales o gránulos, incluyendo materiales mixtos porosos concrecionados de grano abrasivo y material aglutinante cerámico o vitrificado. Los aglomerados tienen una densidad de compactación suelta (LPD) de < 1.6 g/cc, una dimensión promedio de aproximadamente 2 a 20 veces el tamaño de grano abrasivo promedio, y una porosidad de aproximadamente 30 a 88%, preferiblemente 30 a 60% en volumen. Los aglomerados de grano abrasivo preferiblemente tienen un valor de resistencia a la trituración mínimo de 0.2 MPa. El tamaño de aglomerado concrecionado preferido para granos abrasivos típicos varía de aproximadamente 200 a 3,000, muy preferiblemente de aproximadamente 350 a 2,000, muy preferiblemente de 425 a 1 ,000 mieras en diámetro promedio. Para grano microabrasivo, los tamaños de aglomerado concrecionado preferidos varían de 5 a 180, muy preferiblemente 20 a 150, muy preferiblemente aún de 70 a 120 mieras de diámetro promedio. El grano abrasivo está presente a aproximadamente 10 a 65% en volumen, muy preferiblemente 35 a 55% en volumen y muy preferiblemente aún 48 a 52% en volumen del aglomerado. Los materiales aglutinantes útiles para hacer los aglomerados preferiblemente incluyen materiales cerámicos y vitrificados, preferiblemente del tipo usado como sistemas de aglutinante para herramientas abrasivas aglutinadas vitrificadas. Estos materiales aglutinantes vitrificados pueden ser un vidrio precocido que sea molido en polvo (una frita), o una mezcla de varios materiales de partida tales como arcilla, feldespato, cal, bórax y sosa, o una combinación de materiales fritados y de partida. Dichos materiales se fusionan y forman una fase de vidrio líquido a temperaturas que varían de aproximadamente 500 a 1400°C y humedecen la superficie del grano abrasivo para crear postes de aglutinante al enfriarse, por lo tanto manteniendo el grano abrasivo dentro de una estructura mixta. Ejemplos de materiales aglutinantes adecuados para usarse en los aglomerados se dan en el cuadro 2 siguiente. Los materiales aglutinantes preferidos se caracterizan por una viscosidad de aproximadamente 345 a 55,300 poise a 1 180°C, y por una temperatura de fusión de aproximadamente 800 a 1 ,300°C. Sin embargo, dependiendo de los usos pretendidos de las herramientas y las propiedades deseadas, los aglomerados se pueden hacer con uno o más materiales inorgánicos seleccionados del grupo que consiste de materiales aglutinantes vitrificados, materiales aglutinantes de cerámica, materiales aglutinantes de vidrio-cerámica, materiales de sal inorgánicos y materiales aglutinantes metálicos y combinaciones de los mismos. En una modalidad preferida, el material aglutinante es una composición aglutinante vitrificada que comprende una composición de óxido cocida de 71 % en peso de Si02 y B203, 14% en peso de Al203, menos de 0.5% en peso de óxidos de metal alcalinotérreo y 13% en peso de óxidos de metal alcalino. En otra modalidad preferida, el material aglutinante puede ser un material cerámico incluyendo pero sin limitarse a sílice, metal alcalino, metal alcalinotérreo, silicatos de metal alcalino y metal alcalinotérreo mixtos, silicatos de aluminio, silicatos de zirconio, silicatos hidratados, aluminatos, óxidos, nitruros, oxinitruros, carburos, oxicarburos y combinaciones y derivados de los mismos. En general, los materiales de cerámica difieren de los materiales vitreos o vitrificados en que los materiales cerámicos comprenden estructuras cristalinas. Algunas fases vitreas pueden estar presentes en combinación con las estructuras cristalinas, particularmente en materiales de cerámica en un estado no refinado. Los materiales de cerámica en un estado de partida, tales como arcilla, cementos y minerales, se pueden usar aquí. Ejemplos de materiales de cerámica específicos adecuados para usarse aquí incluyen pero no se limitan a sílice, silicatos de sodio, mullita y otros alúmino silicatos, zirconia-mullita, aluminato de magnesio, silicato de magnesio, silicatos de zirconio, feldespato y otros aluminosilicatos de metal alcalino, espíneles, aluminato de calcio, aluminato de magnesio y otros aluminatos de metal alcalino, zirconia, zirconia estabilizada con ¡tria, magnesia, calcia, óxido de cerio, titania u otros aditivos de tierras raras, talco, óxido de hierro, óxido de aluminio, bohemita, óxido de boro, óxido de cerio, oxinitruro de alúmina, nitruro de boro, nitruro de silicio, grafito y combinaciones de estoa materiales de cerámica. Algunos de estos materiales aglutinantes de cerámica (v.gr., silicato de sodio) no requieren procesamiento térmico para formar aglomerados de grano abrasivo. Una solución del material aglutinante se puede añadir al grano abrasivo y la mezcla resultante se puede secar para adherir los granos entre sí como aglomerados. El material aglutinante inorgánico se usa en forma de polvo y se puede añadir a un vehículo líquido para asegurar una mezcla homogénea, uniforme de material aglutinante con grano abrasivo durante la fabricación de los aglomerados. Una dispersión de aglutinantes orgánicos preferiblemente se añade a los componentes de material aglutinante inorgánico en polvo como auxiliares de moldeo o procesamiento. Esos aglutinantes pueden incluir dextrinas, almidón, aglutinante de proteína animal y otros tipos de aglutinante; un componente líquido tal como agua, solvente, modificadores de viscosidad o pH; y auxiliares de mezclado. El uso de aglutinantes orgánicos mejora la uniformidad del aglomerado, particularmente la uniformidad de la dispersión de material aglutinante en el grano, y la calidad estructural de los aglomerados precocidos o crudos, así como la de la herramienta abrasiva cocida que contiene los aglomerados. Debido a que los aglutinantes se queman durante la cocción de los aglomerados, no se vuelven parte del aglomerado acabado ni de la herramienta abrasiva acabada. Un promotor de adhesión inorgánico se puede añadir a la mezcla para mejorar la adhesión de los materiales aglutinantes al grano abrasivo según es necesario para mejorar la calidad de la mezcla. El promotor de adhesión inorgánico se puede usar con o sin un aglutinante orgánico en la preparación de los aglomerados. El material aglutinante inorgánico está presente a aproximadamente 0.5 a 15% en volumen, muy preferiblemente 1 a 10% en volumen, y muy preferiblemente aún 2 a 8% en volumen del aglomerado. La densidad de los aglomerados de material aglutinante inorgánico se puede expresar en un número de formas. La densidad volumétrica de los aglomerados se puede expresar como LPD. La densidad relativa de los aglomerados se puede expresar como un porcentaje de la densidad relativa inicial, o como una relación de la densidad relativa de los aglomerados a los componentes usados para hacerlos aglomerados, tomando en cuenta el volumen de porosidad interconectada en los aglomerados. La densidad relativa promedio inicial, expresada como porcentaje, se puede calcular dividiendo el LPD (p) entre una densidad teórica de los aglomerados (p0), suponiendo una porosidad cero. La densidad teórica se puede calcular de acuerdo la regla volumétrica de un método de mezclas a partir del porcentaje en peso y la gravedad específica del material aglutinante y del grano abrasivo contenido en los aglomerados. Para los aglomerados inorgánicos concrecionados de la invención, una densidad relativa en por ciento máximo es de 50% en volumen, con una densidad relativa en por ciento máxima de 30% en volumen siendo más preferida. La densidad relativa se puede medir mediante una técnica de volumen de desplazamiento de fluido para incluir porosidad interconectada y excluir porosidad de celdas cerradas. La densidad relativa es la relación del volumen de los aglomerados inorgánicos concrecionados medido por el desplazamiento de fluido al volumen de los materiales usados para hacer los aglomerados inorgánicos concrecionados. El volumen de estos materiales usados para hacer el aglomerado es una medición del volumen aparente basado en las cantidades y densidades de compactacion del grano abrasivo y material aglutinante usado para hacer los aglomerados. Para los aglomerados concrecionados inorgánicos, una densidad relativa máxima de los aglomerados preferiblemente es de 0.7, siendo más preferida una densidad relativa máxima de 0.5.

Método de fabricación de aglomerados abrasivos Los aglomerados se pueden formar mediante una variedad de técnicas en numerosos tamaños y formas. Estas técnicas se pueden llevar a cabo antes, durante o después de la cocción de la mezcla de etapa inicial ("cruda") de grano y material aglutinante. El paso de calentamiento preferido de la mezcla para hacer que el material aglutinante se funda y fluya, adhiriendo así el material aglutinante al grano y fijando el grano en una forma aglomerada se puede referir aquí como curación, cocción, calcinación o concrecionado. Cualquier método conocido en la técnica para aglomerar mezclas de partículas se puede usar para preparar los aglomerados abrasivos.

En una primera modalidad del procedimiento usado aquí y para hacer aglomerados con materiales aglutinantes orgánicos, la mezcla inicial de grano y material aglutinante es aglomerada antes de curar la mezcla para crear una estructura mecánica relativamente débil referida como "aglomerados crudos". Para llevar a cabo la primera modalidad, el grano abrasivo y los materiales aglutinantes se pueden aglomerar en el estado crudo por un número de diferentes técnicas, v.gr., en un formador de comprimidos de charola, y después alimentar en un homo a 140-200°C para curación térmica. Los aglomerados crudos se pueden colocar en una charola o repisa y curar en un horno, con o sin revolvimiento, en un proceso continuo o discontinuo. Un tratamiento térmico se puede llevar a cabo en un aparato de lecho fluidizado alimentando grano aglomerado crudo al lecho. Una curación infrarroja o de UV se puede llevar a cabo en una mesa vibradora. Se pueden emplear combinaciones de esos procedimientos. El grano abrasivo se puede transportar a una charola de mezclado, se puede mezclar con los materiales aglutinantes orgánicos, después humedecer con solvente para adherir el material aglutinante al grano, tamizar para tamaño de aglomerado y después curar en un horno o un aparato secador giratorio. La formación de comprimidos en charolas se puede llevar a cabo añadiendo grano a un tazón de mezclador, y dosificando un componente líquido que contiene el material aglutinante (v.gr., agua o aglutinante orgánico y agua) sobre el grano, mediante mezclado, para aglomerar los entre sí. Un solvente se puede asperjar sobre una mezcla del grano y material aglutinante para revestir el grano con material aglutinante mientras se mezcla, y después el grano revestido puede ser recubierto para formar aglomerados. Un aparato de extrusión de baja presión se puede usar para extruir una pasta de grano y material aglutinante en tamaños y formas que son secados para formar aglomerados. Una pasta se puede hacer de los materiales aglutinantes y grano con una solución aglutinante orgánica y extruir en partículas alargadas con el aparato y método descritos en U.S. -A-4,393,021. En un procedimiento de granulación en seco, una lámina o bloque hecho de grano abrasivo incrustado en dispersión o pasta del material aglutinante se puede secar y después se puede usar un compactador de rodillos para romper el material mixto del grano y material aglutinante. En otro método para hacer aglomerados crudos o precursores, la mezcla del material aglutinante orgánico y el grano se pueden añadir a un dispositivo de moldeo y la mezcla se puede moldear para formar formas y tamaños precisos, por ejemplo, de la manera descrita en la patente de E.U.A. No. 6,217,413 B1. En una segunda modalidad del procedimiento útil aquí para hacer aglomerados, una simple mezcla del grano y el material aglutinante orgánico se alimenta a un aparato de calcinación giratorio. La mezcla se revuelve a rpm predeterminados, a lo largo de una inclinación predeterminada con la aplicación de calor. Los aglomerados se forman a medida que la mezcla de material aglutinante se calienta, se funde, fluye y se adhiere al grano. Los pasos de cocción y aglomeración se llevan a cabo en forma simultánea a velocidades y volúmenes controlados de alimentación y aplicación de calor. En un método preferido, el procedimiento de aglomeración se lleva a cabo mediante los métodos descritos en la solicitud de patente de prioridad relacionada, E.U.A. con No. de serie 10/120,969, presentada el 11 de abril de 2002. Cuando se aglomera grano abrasivo con materiales aglutinantes de curación (v.gr., de alrededor de 145 a aproximadamente 500°C) se puede usar una modalidad alternativa de este aparato de horno giratorio. La modalidad alternativa, un secador giratorio, es equipado para suministrar aire calentado al extremo de descarga del tubo para calentar la mezcla de grano abrasivo aglomerada cruda y el material aglutinante crudo, uniéndolo al grano. Como se usa aquí, el término "horno de calcinación giratorio" incluye dichos dispositivos secadores giratorios. Los aglomerados de grano abrasivo con materiales aglutinantes inorgánicos se pueden llevar a cabo mediante los métodos descritos en la solicitud de patente de prioridad relacionada, E.U.A. con No. de serie 10/120,969, presentada el 11 de abril de 2002 y por los métodos descritos en los ejemplos que aquí se dan.

Herramientas abrasivas hechas con aglomerados abrasivos Las herramientas abrasivas aglutinadas hechas con aglomerados incluyen ruedas de esmerilado abrasivas, ruedas segmentadas, discos, muelas de esmerilado, piedras y otros materiales mixtos abrasivos configurados rígidos, monolíticos o segmentados. Las herramientas abrasivas de la invención preferiblemente comprenden de 5 a 70% en volumen, muy preferiblemente de 10 a 60% en volumen, muy preferiblemente de 20 a 52% en volumen de aglomerados de grano abrasivo basados en el volumen mixto abrasivo total. De 10 a 100% en volumen, preferiblemente 30 a 100% en volumen, y por lo menos 50% en volumen del grano abrasivo en la herramienta está en forma de una pluralidad (v.gr., 2 a 40 granos) de granos abrasivos aglomerados entre sí con material aglutinante. Las herramientas de la invención opcionalmente pueden contener granos abrasivos secundarios añadidos, llenadores, auxiliares de esmerilado y medios inductores de poros, y combinaciones de estos materiales. El por ciento en volumen total de grano abrasivo en las herramientas (grano aglomerado y no aglomerado) puede variar de alrededor de 22 a aproximadamente 48% en volumen, muy preferiblemente de alrededor de 26 a aproximadamente 44% en volumen y muy preferiblemente de alrededor de 30 a aproximadamente 40% en volumen de la herramienta. La densidad y dureza de las herramientas abrasivas son determinadas por la selección de los aglomerados, tipo de aglutinante y otros componentes de herramienta, el contenido de porosidad, junto con el tamaño y tipo de molde y procedimiento de prensado seleccionado. Las herramientas abrasivas aglutinadas preferiblemente tienen una densidad de menos de 2.2 g/cc, muy preferiblemente de menos de 2.0 g/cc, y muy preferiblemente aún de menos de 1.8 g/cc. Cuando se usa un grano abrasivo secundario en combinación con los aglomerados abrasivos, los granos abrasivos secundarios preferiblemente proveen aproximadamente 0.1 a aproximadamente 90% en volumen del grano abrasivo total de la herramienta, y muy preferiblemente de alrededor de 0.1 a aproximadamente 70% en volumen, muy preferiblemente de 0.1 a 50% en volumen. Los granos abrasivos secundarios adecuados incluyen pero no se limitan a varios óxidos de aluminio, alúmina de sol-gel, bauxita concrecionada, carburo de silicio, alúmina-zirconia, aluminoxinitruro, ceria, sulfóxido de boro, nitruro de boro cúbico, diamante, granos de feldespato y granate y combinaciones de los mismos. Las herramientas abrasivas preferidas de la presente invención son aglutinadas con un aglutinante orgánico. Cualquiera de los diversos aglutinantes conocidos en la técnica de fabricación de herramientas abrasivas se pueden seleccionar para usarse aquí. Ejemplos de aglutinantes adecuados y materiales llenadores de aglutinante se pueden encontrar en las patentes de E.U.A. Nos. A-6,015,338; A-5,912,216; y 5,611 ,827, cuyo contenido se incorpora aquí por referencia. Los aglutinantes adecuados incluyen resinas fenólicas de varios tipos, opcionalmente con un agente de entrelazamiento tal como hexametilentetraamina, materiales de resina epóxica, materiales de resina de poliimida, materiales de resina de fenol-formaldehído, urea-formaldehído y melamina-formaldehído, materiales de resina acrílica y combinaciones de los mismos. Otras composiciones de resina termofraguables también se pueden usar aquí. Se pueden añadir aglutinantes o solventes orgánicos para pulverizar componentes aglutinantes, como auxiliares de moldeo o procesamiento. Estos aglutinantes pueden incluir furfural, agua, modificadores de viscosidad o pH y auxiliares de mezclado. El uso de aglutinantes a menudo mejora la uniformidad de la rueda y la calidad estructural de la rueda prensada precocida o cruda y la rueda curada. Puesto que la mayoría de los aglutinantes son evaporados durante la curación, no se vuelven parte del aglutinante acabado o herramienta abrasiva. Las herramientas abrasivas aglutinadas orgánicas de la invención pueden comprender de aproximadamente 10 a 50% en volumen, muy preferiblemente 12 a 40% en volumen, y muy preferiblemente aún 14 a 30% en volumen de aglutinante. El aglutinante está situado dentro del material mixto abrasivo tridimensional de tal manera que una primera fase de granos abrasivos y aglutinante comprensa menos del 10% en volumen de porosidad, y preferiblemente menos de 5% en volumen de porosidad. Esta primera fase aparece dentro de la matriz mixta de las herramientas abrasivas aglutinadas como una red reticulada de grano abrasivo anclado dentro del material aglutinante orgánico. En general, es conveniente tener una primera fase dentro del material mixto tridimensional que sea tan completamente denso como se pueda lograr dentro de las limitaciones de los materiales y procedimientos de fabricación. Junto con los aglomerados de grano abrasivo y el aglutinante, estas herramientas comprenden aproximadamente 38 a 54% en volumen, de porosidad, esta porosidad siendo una fase continua que incluye por lo menos 30% en volumen de porosidad interconectada. Las herramientas abrasivas aglutinadas orgánicas preferidas pueden comprender 24 a 48% en volumen de grano abrasivo, 10 a 38% en volumen de aglutinante orgánico y 38 a 54% en volumen de porosidad. Estas herramientas aglutinadas orgánicas tienen una velocidad de estallido mínima de 20.32 m/s, preferiblemente de 30.48 m/s. En una modalidad preferida, las herramientas abrasivas aglutinadas orgánicas pueden comprender, como una primera fase, 26-40% en volumen de granos abrasivos aglutinados con 10-22% en volumen de material aglutinante orgánico y menos de 10% en volumen de porosidad, y una segunda fase consiste de 38-50% en volumen de porosidad. Cuando se hacen con aglomerados de grano y materiales aglutinantes orgánicos, las herramientas abrasivas aglutinadas orgánicas pueden comprender, como una primera fase, 24-42% en volumen de granos abrasivos aglutinados con 18-38% en volumen de material aglutinante orgánico y menos de 0% en volumen de porosidad, y una segunda fse que consiste de 38-54% en volumen de porosidad. Cuando se hacen con aglomerados de grano y materiales aglutinantes orgánicos, las herramientas abrasivas aglutinadas orgánicas pueden comprender, como una primera fase, 28 a 48% en volumen de grano aglutinado con 10 a 33% en volumen de aglutinante (la suma de aglutinante orgánico en la rueda y el material aglutinante inorgánico en los aglomerados) y una segunda fase que consiste de 38 a 53% en volumen de porosidad. La herramienta preferiblemente comprende un mínimo de 1% en volumen de material aglutinante inorgánico, y muy preferiblemente comprende 2 a 12% en volumen de material aglutinante inorgánico. Dichas herramientas preferiblemente tienen un valor de módulo elástico máximo de 10 GPa y una velocidad de estallido mínima de 30.48 m/s. Cuando se evalúa en la escala de grados de Norton Company, estas herramientas abrasivas tienen un grado de dureza entre A y H, y ese grado de dureza es por lo menos un grado más suave que el de una herramienta convencional de otra manera idéntica hecha con granos abrasivos que no han sido aglomerados entre sí con material aglutinante inorgánico. Opcionalmente, la herramienta abrasiva aglutinada orgánica incluye una mezcla de una pluralidad de granos aglomerados entre sí con un material aglutinante inorgánico y una pureza de granos aglomerados entre sí con un material aglutinante orgánico. Cuando se hacen con un aglutinante inorgánico y aglomerados de grano y materiales aglutinantes inorgánicos, las herramientas abrasivas aglutinadas pueden comprender un material mixto tridimensional de (a) 22-467o en volumen de granos abrasivos aglutinados con 4-20% en volumen de material aglutinante inorgánico; y (b) 40-68% en volumen de porosidad interconectada; en donde una mayoría de los granos abrasivos están presentes como agrupadores de espacios irregulares dentro del material mixto. Esas herramientas abrasivas aglutinadas tienen valores de módulo elástico que son por lo menos 10% menores que los valores de módulo elástico para herramientas convencionales de otra manera idénticas que tienen granos abrasivos regularmente separados dentro de un material mixto tridimensional y presentan una velocidad de estallido mínima de 20.32 m/s, preferiblemente de 30.48 m/s. Las herramientas abrasivas aglutinadas inorgánicas preferidas comprenden 22-40% en volumen de granos abrasivos aglutinados con 8-20% en volumen de material aglutinante inorgánico, y 40-68% en volumen de porosidad interconectada. En una modalidad preferida, las herramientas abrasivas aglutinadas inorgánicas comprenden 34-42% en volumen de granos abrasivos aglutinados con 6-12% en volumen de material aglutinante inorgánico, y 46-58% en volumen de porosidad interconectada. Esta herramientas se hacen con un material aglutinante vitrificado, son sustancialmente libres de granos abrasivos de relación de aspecto alta y llenadores, y las herramientas son moldeadas y cocidas sin añadir materiales inductores de porosidad durante la fabricación. Las herramientas abrasivas aglutinadas vitrificadas preferidas son ruedas que tienen un grado de dureza entre A y M en la escala de grado de Norton Company, y el grado de dureza es por lo menos un grado más suave que el de una herramienta convencional de otra manera idéntica que tiene granos abrasivos regularmente separados dentro de un material mixto tridimensional. Las herramientas abrasivas aglutinadas vitrificadas preferidas se caracterizan por un valor de módulo elástico que es por lo menos 25% menor, preferiblemente por lo menos 40% menor que el valor del módulo elástico de una herramienta convencional de otra manera idéntica que tiene granos abrasivos regularmente separados dentro de un material mixto tridimensional y una velocidad de estallido mínima de 30.48 m/s. Las herramientas abrasivas aglutinadas vitrificadas preferidas hechas con aglomerados de grano en materiales aglutinantes inorgánicos incluyen ruedas de esmerilado de diámetro interno que contienen 40 a 52% en volumen de grano abrasivo y que tienen un valor de módulo elástico de 25 a 50 GPa. También se incluyen ruedas de esmerilado de superficie para aplicaciones en cuarto de herramientas que contienen 39 a 52% en volumen de grano abrasivo y que tienen un valor de módulo elástico de 15 a 36 GPa, y ruedas de esmerilado de alimentación lenta que contienen 30 a 40% en volumen de grano abrasivo y que tienen un valor de módulo elástico de 8 a 25 GPa. Para obtener una resistencia mecánica apropiada en la herramienta abrasiva aglutinada orgánica durante la fabricación de la herramienta y durante el uso de la herramienta en operaciones de esmerilado, por lo menos 10% en volumen del componente aglutinante total debe consistir de aglutinante orgánico añadido y no pueden ser material aglutinante usado en los aglomerados.

Las ruedas abrasivas se pueden moldear y prensar por cualesquiera medios conocidos en la técnica, incluyendo técnicas de prensado en caliente, tibio y frío. Se debe tener cuidado en seleccionar una presión de moldeo para formar las ruedas crudas ya sea para evitar que se trituren los aglomerados o triturar una cantidad controlada de los aglomerados (es decir, 0-75% en peso de los aglomerados) y conservar la estructura tridimensional de los aglomerados restantes. La presión aplicada apropiada para hacer las ruedas de la invención depende de la forma, tamaño, espesor y componente aglutinante de la rueda abrasiva, y de la temperatura de moldeo. En los procedimientos de fabricación comunes, la presión máxima puede variar de 35 a 704 kg/cm2. El moldeo o prensado preferiblemente se-llevan a cabo a aproximadamente 53 a 422 kg/cm2, muy preferiblemente a 42 a 352 kg/cm2. Los aglomerados de la invención tienen suficiente resistencia mecánica para resistir los pasos de moldeo y prensado llevados a cabo en procedimientos de fabricación comerciales para hacer las herramientas abrasivas. Las ruedas abrasivas se pueden curar mediante métodos conocidos por los expertos en la técnica. Las condiciones de curación son principalmente determinadas por el aglutinante real y abrasivos usados, y por el tipo de material aglutinante contenido en el aglomerado de grano abrasivo. Dependiendo de la composición química del aglutinante seleccionado, un aglutinante orgánico puede ser cocido a 150 a 250°C, preferiblemente a 160 a 200°C, para proveer las propiedades mecánicas necesarias para uso comercial en operaciones de esmerilado. La selección de aglutinante orgánico adecuado dependerá de qué procedimiento de aglomeración se use y de si es conveniente evitar el flujo del aglutinante orgánico calentado en los poros ¡ntra-aglomerado. Las herramientas aglutinadas orgánicas se pueden mezclar, moldear y curar de conformidad con varios métodos de procesamiento, y con varias proporciones de componentes de grano abrasivo o aglomerado, aglutinante y porosidad como son conocidos en la técnica. Las técnicas de fabricación adecuadas para hacer herramientas abrasivas aglutinadas orgánicas se describen en las patentes de E.U.A. Nos. A-6,015,338; A-5,912,216; y 5,611 ,827. Las técnicas de fabricación adecuadas para hacer herramientas abrasivas aglutinadas vitrificadas (u otro aglutinante inorgánico) de la invención se describen en la solicitud de patente de prioridad relacionada, E.U.A. con No. de serie 10/120,969, presentada el 11 de abril de 2002, en los ejemplos que aquí se dan y, por ejemplo, en US-A-5,738,696 y US-A-5,738,697.

Aplicaciones de esmerilado Las herramientas abrasivas de la invención son particularmente efectivas en aplicaciones de esmerilado que tienen contacto de área de superficie grande o contacto continuo prolongado entre la herramienta abrasiva y la pieza de trabajo durante el esmerilado. Dichas operaciones de esmerilado incluyen pero no se limitan a esmerilado de rodillo y disco, esmenlado de alimentación lenta, esmerilado de diámetro interno, esmerilado de cuarto de herramientas y otras operaciones de esmerilado de precisión. Las operaciones de esmerilado o pulimentación finas que usan grano abrasivo de tamaño de mieras o submicras se beneficiarán del uso de herramientas hechas con los aglomerados de la invención. Relativas a herramientas y sistemas de superacabado o pulimentación convencionales, las herramientas de la invención hechas con los aglomerados abrasivos de grano fino se desgastarán a fuerza de esmerilado más bajas con poco o nada de daño de superficie a la pieza de trabajo durante las operaciones de acabado de precisión (v.gr., para producir acabados de espejo sobre vidrio y componentes de cerámica). La vida de la herramienta sigue siendo satisfactoria debido a las estructuras aglomeradas dentro de la matriz tridimensional del cuerpo de la herramienta. Debido a la porosidad interconectada de las herramientas, en esmerilado de rodillo y disco, se incrementa el suministro de enfriador y remoción de residuos, lo que da por resultado operaciones de esmerilado más frías, ajuste de herramienta menos frecuente, daño térmico menor a la pieza de trabajo y menos desgaste de la máquina de esmerilado. Debido a que los granos abrasivos de tamaño de grano más pequeño en forma aglomerada dan eficiencia de esmerilado de un grano de tamaño de grano más grande, pero dejan un acabado de superficie más suave, la calidad de la parte de trabajo esmerilada a menudo mejora significativamente.

En un método preferido para esmerilado de disco, las herramientas abrasivas aglutinadas orgánicas que comprenden aglomerados de grano aglutinado con materiales aglutinantes orgánicos se montan sobre una máquina de esmerilado de superficie, girada a, v.gr.,20.32 a 33.02 m/s, y llevadas a contacto con una pieza de trabajo durante un periodo suficiente para esmerilar la pieza de trabajo. Con este método, la rueda remueve material de pieza de trabajo a una velocidad de remoción de material efectiva, la superficie de esmerilado de la rueda permanece sustancialmente libre de residuos de esmerilado y, después de que se ha completado el esmerilado, la pieza de trabajo es sustancialmente libre de daño térmico. En un método preferido para esmerilado de alimentación lenta, las ruedas abrasivas aglutinadas vitrificadas que comprenden aglomerados de grano aglutinado con materiales aglutinantes inorgánicos, que tienen un valor de módulo elástico que es por lo menos 10% menor que un valor de módulo elástico de una herramienta convencional de otra manera idéntica que tiene granos abrasivos regularmente separados con un material mixto tridimensional, y que tiene una velocidad de estallido mínima de 20.32 m/s se monta en una máquina de esmerilado de alimentación lenta. La rueda vitrificada es girada a una velocidad de 27.94 a 43.18 m/s y llevada a contacto con una pieza de trabajo durante un periodo suficiente para esmerilar la pieza de trabajo. Por este método, la rueda remueve material de pieza de trabajo a una velocidad de remoción de material efectiva y, después del esmerilado, la pieza de trabajo es sustancialmente libre de daño térmico.

Los siguientes ejemplos se proveen a manera de ilustración de la invención, y no en forma de limitación.

EJEMPLO 1 Una serie de muestras de grano abrasivo aglomerado que contienen materiales aglutinantes inorgánicos se prepararon en un aparato de calcinación giratorio (cocción eléctrica modelo # HOU-5D34-RT-28, 1 ,200°C de temperatura máxima, entrada de 30 KW, equipado con un tubo de metal refractario de 183 cm de largo y 14 cm de diámetro interno, fabricado por Harper International, Buffalo, New York). El tubo de metal refractario fue reemplazado por un tubo de carburo de silicio de las mismas dimensiones, y el aparato se modificó para operar a una temperatura máxima de 1 ,550°C. El procedimiento de aglomeración se llevó a cabo bajo condiciones atmosféricas, a un punto de fraguado de control de temperatura de zona caliente de 1 ,180°C, con una velocidad de rotación de tubo del aparato de 9 rpm, un ángulo de inclinación de tubo de 2.5 a 3 grados, y una velocidad de alimentación de material de 6-10 kg/hora. El rendimiento de granulos de flujo libre útiles (definido como de malla -12 a la charola) fue de 60 a 90% del peso total del material de abastecimiento de alimentación antes de la calcinación. Las muestras de aglomerado se hicieron a partir de una mezcla simple de grano abrasivo, material aglutinante y agua descrita en el cuado 1-1. Las composiciones de material aglutinante vitrificado usado para preparar las muestras se listan en el cuadro 2. Las muestras se prepararon a partir de tres tipos de granos abrasivos: alúmina fusionada 38A, alúmina fusionada 32A y alfa-alúmina de sol-gel concrecionada de grano Norton SG, obtenida de Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc., Worcester, MA, E.U.A., en los tamaños de grano listados en el cuadro . Después de la aglomeración en el aparato de calcinación giratorio, las muestras de grano abrasivo aglomeradas se tamizaron y se probaron para densidad de compactación suelta (LPD), distribución de tamaño y resistencia del aglomerado. Estos resultados se muestran en el cuadro 1-1.

CUADRO 1 -1 Características del ránulo aglomerado No. de Peso % en % en LPD DistribuDistribu% de Presión muestra de la peso del volumen g/cc ción de ción del densia 50% materia! mezcla material de -12/ tamaño tamaño dad de aglutikg aglutimaterial charola promepromerelativa fracción nante nante agluti- dio, dio, prometrituralíquido de (sobre , nante mieras tamaño dio da, MPa grano base de de malla qrano) 1 2.0 3.18 1.46 334 -40/+50 41.0 0.6±0.1 32A de 13.6 grano 60 Agua 0.3 Material 0.3 aglutinante A 2 6.0 8.94 1.21 318 -45/+50 37.0 0.5+0.1 38A de 13.6 grano 90 Agua 0.4 Material 0.9 aglutinante E 3 10.0 13.92 0.83 782 -20/+25 22.3 2.6±0.2 38A de 13.6 grano 120 Agua 0.5 Material 1.5 aglutinante C 4 6.0 8.94 1.13 259 -50/+60 31.3 0.3+0.1 32A de 13.6 grano 120 Agua 0.4 Material 0.9 aglutinante A 5 10.0 14.04 1.33 603 -25/+30 37.0 3.7+0.2 32A de 13.6 grano 60 Agua 0.5 Material 1.5 aglutinante E 6 2.0 3.13 1.03 423 -40/+45 28.4 0.7±0.1 32A de 13.6 grano 90 Agua 0.3 Material 0.3 aglutinante C 7 10.0 14.05 1.20 355 -45/+50 36.7 0.5±0.1 SG de 13.6 grano 90 Agua 0.5 Material 1.4 aglutinante A 8 2.0 3.15 1.38 120 -120/+ 40 39.1 — SG de 13.6 grano 120 Agua 0.3 Material 0.3 aglutinante E 9 6.0 8.87 1.03 973 -18/+20 27.6 — SG de 13.6 grano 60 Agua 0.4 Material 0.9 aglutinante C El % en volumen de material aglutinante de los aglomerados cocidos se calculó usando la LOI (pérdida durante el encendido) promedio de los materiales de partida del material aglutinante. Los aglomerados concrecionados se dimensionaron con tamices de prueba estándares de E.U.A. montados en un aparato de tamizado de vibración (Ro-Tap; Model RX-29; W.S. Tyler Inc. Mentor, OH). Los tamaños de malla del tamiz variaron de 18 a 140, según era apropiado para diferentes muestras. La densidad compactada suelta de los aglomerados concrecionados (LPD) se midió mediante el procedimiento de la American National Standard para densidad volumétrica de granos abrasivos. La densidad relativa promedio inicial, expresada como un porcentaje, se calculó midiendo la LPD (p) entre una densidad teórica de los aglomerados (p0), suponiendo una porosidad cero. La densidad teórica se calculó de acuerdo con el método de la regla volumétrica de mezclas a partir del porcentaje en peso y gravedad específica del material aglutinante y el grano abrasivo contenido en los aglomerados. La resistencia de los aglomerados se midió mediante una prueba de compactación. Las pruebas de compactación se realizaron usando un dado de acero lubricado de (2.54 cm) de diámetro en una máquina universal Instron® (modelo MTS 1125, 9072 kg) con una muestra de aglomerado de 5 gramos. La muestra de aglomerado se vació en el dado y se niveló ligeramente golpeando el exterior del dado. Un troquel superior se insertó y se bajó una cabeza de cruz hasta que se observó una fuerza ("posición inicial") en el registrador. Se aplicó presión a una velocidad constante de incremento (2 mm/min) a la muestra hasta un máximo de 180 Pa de presión. El volumen de la muestra de aglomerado (la LPD de la muestra), observado como un desplazamiento de la cabeza de cruz (la deformación), se registró como la densidad relativa como una función del logaritmo de la presión aplicada. El material residual se tamizó después para determinar el por ciento de fracción de trituración. Se midieron diferentes presiones para establecer una gráfica de la relación entre el logaritmo de la presión aplicada y el por ciento de la fracción de trituración. Los resultados se reportan en el cuadro 1-1 como el logaritmo de la presión en el punto en donde la fracción de trituración es igual a 50 por ciento en peso de la muestra de aglomerado. La fracción de trituración es la relación en peso de las partículas trituradas que pasan a través del tamiz más pequeño al peso del peso inicial de la muestra. Estos aglomerados tuvieron características de LPD, distribución de tamaño y resistencia de moldeo y retención de tamaño de gránulo en la fabricación comercial de ruedas de esmerilado abrasivas. Los aglomerados concrecionados acabados, tuvieron formas tridimensionales que variaban entre formas triangular, esférica, cúbica, rectangular y otras formas geométricas. Los aglomerados consistieron de una pluralidad de granos abrasivos individuales (v.gr., 2 a 20 granos) aglutinados entre sí por material aglutinante de vidrio en punto de contacto de grano a grano. El tamaño de grano del aglomerado incrementó con un incremento en la cantidad de material aglutinante en el gránulo del aglomerado en el intervalo de 3 a 20% en peso del material aglutinante. La resistencia a la compactación aglomerada se observó para todas las muestras 1-9, indicando que el material aglutinante vitreo había madurado y fluyó para crear un aglutinante efectivo entre los granos abrasivos del aglomerado. Los aglomerados hechos con 10% en peso de material aglutinante tuvieron una resistencia a la compactación significativamente mayor que aquellos hechos con 2 ó 6% en peso de material aglutinante. Los valores de LPD inferiores fueron un indicador de un grado de aglomeración más alto. La LPD de los aglomerados disminuyó al incrementar el % en peso de material aglutinante y al disminuir el tamaño de grano abrasivo. Diferencias relativamente grandes entre 2 y 6% en peso de material aglutinante, en comparación con diferencias relativamente pequeñas entre 6 y 10% en peso de material aglutinante indican que un % en peso de material aglutinante de menos del 2% en peso puede ser inadecuado para la formación de aglomerados. A los porcentajes en peso mayores, por arriba de aproximadamente 6% en peso, la adición de más material aglutinante puede no ser benéfica para hacer aglomerados significativamente más grandes o fuertes. Como se sugiere por los resultados de grano del aglomerado, las muestras de aglutinante C, que tenían la viscosidad de vidrio fundido más baja a la temperatura de aglomeración, tuvieron la LPD más baja de los tres materiales aglutinantes. El tipo de abrasivo no tuvo un efecto significativo sobre la LPD.

CUADRO 1 -2 Material aglutinante usado en los aglomerados vitrificados (a) La variación de material aglutinante A-1 expuesta (se usó para las muestras del ejemplo 2. (b) Las impurezas, (v.gr., Fe203 y Ti02 están presentes aproximadamente 0.1-2%.

EJEMPLO 2 Aglomerados de grano abrasivo/material aglutinante inorgánico Los materiales aglutinantes vitrificados se usaron para hacer muestras de grano abrasivo aglomerado AV2 y AV3. Los aglomerados se prepararon de acuerdo con el método de calcinación giratoria descrito en el ejemplo 1 , usando los materiales descritos más adelante. Los aglomerados AV2 se hicieron con 3% en peso de material aglutinante A (cuadro 1-2). La temperatura del calcinador se fijó a 1250°C, el ángulo de tubo fue de 2.5 grados y la rotación fue de 5 rpm. Los aglomerados AV3 se hicieron con 6% en peso de material aglutinante E (cuadro 1-2). A una temperatura de calcinador de 1200°C con un ángulo de tubo de 2.5-4° y una rotación de 5 rpm. El grano abrasivo fue un grano abrasivo de alúmina fusionada 38A, tamaño de grano 80, obtenido de Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc., Worcester, MA, E.U.A. Los aglomerados de grano vitrificados se probaron para densidad de compactacion suelta, densidad relativa y tamaño. Los resultados se listan en el cuadro 2-1 siguiente. Los aglomerados consistieron de una pluralidad de granos abrasivos individuales (v.gr., 2 a 40 granos) aglutinados entre sí por material aglutinante vitrificado en puntos de contacto de grano a grano, junto con áreas huecas visibles. La mayoría de los aglomerados fueron suficientemente resistentes a la compactacion para retener un carácter tridimensional después de ser sometidos a operaciones de mezclado y moldeo de rueda abrasiva.

CUADRO 2-1 Aglomerados de grano abrasivo/aglutinante vitrificado (a) Los porcentajes son sobre una base en sólidos total, sólo incluyen el material aglutinante vitrificado y grano abrasivo, y excluyen cualquier porosidad dentro de los aglomerados. Los materiales aglutinantes orgánicos temporales se usaron para adherir el aglutinante vitrificado al grano abrasivo (para AV2, se usó 2.83% en peso de aglutinante de proteína líquido AR30, y para AV3, se usó 3.77% en peso de aglutinante de proteína líquido AR30). Los materiales aglutinantes orgánicos temporales se quemaron durante el concrecionamiento de los aglomerados en el calcinador giratorio y el % en peso final de material aglutinante no los incluye.

Ruedas abrasivas Se usaron muestras de aglomerado AV2 y AV3 para hacer ruedas de esmerilado abrasivas experimentales (tipo 1 } (tamaño acabado 12.7 X 1.27 x 3.18 cm). Las ruedas experimentales se hicieron añadiendo los aglomerados al mezclador de paletas giratorio (un mezclador de Foote-Jones, obtenido de Illinois Gear, Chicago, IL), y mezclando con los aglomerados una resina fenólica líquida (resina V-118 de Honeywell International Inc. Friction División, Troy NY) (22% en peso de mezcla de resina). Una resina fenólica en polvo (resina 29-717 de Durez Varcum® obtenida de Durez Corporation, Dallas TX) (78% en peso de mezcla de resina) se aglomeró a los aglomerados húmedos. Las cantidades de por ciento en peso de aglomerado de abrasivo y aglutinante de resina usados para hacer estas ruedas y la composición de las ruedas acabadas (incluyendo % de volumen abrasivo, aglutinante y porosidad en las ruedas curadas) se listan en el cuadro 2-2, siguiente. Los materiales se mezclaron durante un período suficiente para obtener una mezcla uniforme y reducir al mínimo la cantidad de aglutinante suelto. Después del mezclado, los aglomerados se tamizaron a través de un tamiz de malla 24 para romper cualesquiera grumos de resina. La mezcla de aglomerado y aglutinante uniforme se colocó en moldes y se aplicó presión para aplicar ruedas de etapa cruda (no curada). Estas ruedas crudas se removieron de los moldes, se envolvieron en papel revestido y se curaron mediante calentamiento a una temperatura máxima de 160°C, se graduaron, se acabaron y se inspeccionaron de acuerdo con técnica de fabricación de ruedas de esmerilado comerciales conocidas en la técnica. El módulo elástico de la rueda acabada se midió y los resultados se muestran en el cuadro 2-2 siguiente. El módulo elástico se midió usando una máquina Grindosonic, por el método descrito en J. Peters, "Sonic Testing of Grinding Wheels" Advances in Machine Tool Desiqn and Research, Pergamon Press, 1968.

CUADRO 2-2 Composiciones de la rueda C-2 15 2.154 48 22 30 87.2 12.8 38A80-K8 B24 C-3 17 2.229 48 27 25 84.4 15.6 38A80-O8 B24 C-4 10.8 1.969 50 20 30 89.2 10.8 53A80J7 mezcla de laca C-5 12.0 2.008 50 24 26 87.3 12.7 53A80L7 mezcla de laca C-6° 9.21 2.203 48.8 24.0 27.2 86.9 13.1 aglutinante de laca nacional A80-Q6ES C-7D 8.75 2.177 47.2 27.4 25.4 84.9 15.1 aglutinante de laca Tyrolit FA80- 11 E15SS a. Las ruedas C-1 , C-2 y C-3 se hacen con un aglutinante de resina fenólico y estas especificaciones de rueda están comercialmente disponibles de Saint-Gobain Abrasives, Inc. Las ruedas de C-4 y C-5 se hacen de una resina de laca mezclada con una cantidad menor de aglutinante de resina fenólica. Estas especificaciones de rueda están comercialmente disponibles de Saint-Gobain Abrasives, Inc., Worcester, MA. Las muestras C-4 y C-5 se prepararon en el laboratorio de acuerdo con estas especificaciones comerciales, y se curaron a un grado de dureza de rueda final de J y L, respectivamente. b. Las ruedas de C-6 y C-7 no se probaron en las pruebas de esmerilado. Estas especificaciones de rueda comparativas están comercialmente disponibles de National Grinding Wheel Company/Radiac, Salem, IL, y de Tyrolit N.A., Inc., Westboro, MA. c. El % en volumen "Total" de aglutinante es la suma de la cantidad de material aglutinante vitrificado usado para aglomerar el grano y la cantidad de aglutinante de resina orgánica usada para hacer la rueda de esmerilado. El % en volumen "(orgánico") de aglutinante es la porción del % en volumen total de aglutinante que consiste de la resina orgánica añadida a los aglomerados para hacer la rueda de esmerilado.

EJEMPLO 3 Las ruedas experimentales del ejemplo 2 se probaron en una prueba de esmerilado de rodillo simulada en comparación con ruedas comercial mente disponibles aglutinadas con resina fenólica (C-1-C-3, obtenida de Saint-Gobain Abrasives, Inc., Worcester, MA). Las ruedas aglutinadas de laca preparadas en el laboratorio (C-4 y C-5) a partir de una mezcla de resina de laca también se probaron como ruedas comparativas. Las ruedas comparativas se seleccionaron debido a que tenían composiciones como estructuras y propiedades físicas equivalentes a aquellas ruedas usadas en operaciones de esmerilado de rodillo comerciales. Para simular el esmerilado de rodillo en un establecimiento de laboratorio, se condujo una operación de esmerilado de ranura de contacto continuo sobre una máquina de esmerilado de superficie. Las siguientes condiciones de esmerilado se emplearon en las pruebas. Máquina de esmerilado: esmeriladora de superficie Brown & Sharpe. Modo: dos esmerilado de ranura de contacto continuo, en reversa al final del golpe antes de la pérdida de contacto con la pieza de trabajo. Enfriador: Trim Clear 1.40 de enfriador: agua desionizada. Pieza de trabajo: acero 4340 de 40.64 x 10.16 cm, dureza Rc50. Velocidad de la pieza de trabajo: 7.625 m/minuto. Velocidad de la rueda: 5730 rpm. Velocidad de alimentación descendente: 6.254 cm en total. Profundidad de corte: 0.0027 cm en cada extremo. Tiempo de contacto: 10.7 minutos. Aditivo: diamante de punto individual, a alimentación transversal de 25.4 cm/minuto, 0.0025 cm de comp. La vibración de la rueda durante el esmerilado se midió con equipo IRD Mechanalysis (analizador modelo 855/balanceador, obtenido de Entek Corporation, North Westerville, Ohio). En una operación de esmerilado inicial, los niveles de vibración a varias frecuencias (como velocidad en unidades de centímetro/segundo) se registraron, usando un procedimiento de transformación de fourier rápida (FFT), a dos y ocho minutos después de aplicar el aditivo a la rueda. Después de la operación de esmerilado inicial, se realizó una segunda operación de esmerilado y se registró un aumento en vibración relacionado con el tiempo a una frecuencia objetivos seleccionada (57000 cpm, la frecuencia observada durante la operación inicial) durante los 10.7 minutos completos que la rueda permaneció en contacto la pieza de trabajo. Las velocidades de desgaste de rueda (WWR), velocidades de remoción de material (MRR) y otras variables de esmerilado se registraron a medida que se realizaron las operaciones de esmerilado. Estos datos, junto con la amplitud de vibración para cada rueda después de 9-10 minutos de esmerilado de contacto continuo, se muestran en el cuadro 3- , siguiente.

CUADRO 3-1 Resultados de prueba de esmerilado Se puede ver que las ruedas experimentales desplegaron la velocidad de desgaste de rueda más baja y los valores de amplitud de vibración más baja. Las ruedas comerciales comparativas hechas con aglutinantes de resina fenólica (38A80-G8 B24, -K8 B24 y -08 B24) tuvieron velocidades de desgaste de rueda bajas, pero tuvieron valores de amplitud de vibración inaceptablemente alta. Se podría predecir que estas ruedas crean resquebrajaduras por vibración en una operación de esmerilado de rodillo real. Las ruedas comparativas hechas con aglutinantes de resina de laca (mezcla de laca 53A80J7 y mezcla de laca 53A80L7), tuvieron velocidades de desgaste de rueda alta pero valores de amplitud de vibración aceptablemente bajos. Las ruedas experimentales fueron superiores a todas las ruedas comparativas en un intervalo de niveles de potencia (amplitud de vibración casi constante a 10-23 hp y WWR consistentemente bajo) y las ruedas experimentales desplegaron relaciones G superiores (velocidad de remoción de material/velocidad de desgaste de rueda), lo que evidenció una excelente eficiencia y vida de la rueda. Se cree que el módulo elástico relativamente bajo y la porosidad relativamente alta de las ruedas experimentales crea una rueda resistente a resquebrajaduras sin sacrificar la vida de la rueda y eficiencia de esmerilado. Muy inesperadamente, se observó que las ruedas experimentales esmerilaban de manera más eficiente que las ruedas que contenían porcentajes en volumen mayores de grano y que tenían grado de rueda más duro Aunque las ruedas experimentales se construyeron para producir un grado de dureza relativamente suave (es decir, grado A-E en la escala de dureza de rueda de esmerilado de Norton Company), esmerilaron en forma más agresiva, con menos desgaste de rueda, produciendo una relación de G mayor que las ruedas comparativas que tenían un valor de grado significativamente más duro (es decir, G-0 en la escala de dureza de rueda de esmerilado de Norton Company). Estos resultados fueron significativos e inesperados.

EJEMPLO 4 Las ruedas experimentales que contienen grano aglomerado se prepararon en una operación de fabricación comercial y se probaron en una operación de esmerilado de rodillo comercial en donde se han usado en el pasado ruedas aglutinadas de laca.

Aglomerados de grano abrasivo/material aglutinante inorgánico Se usaron materiales aglutinantes vitrificados (material aglutinante A del cuadro 1-2) se usaron para hacer una muestra de grano abrasivo aglomerado AV4. La muestra AV4 fue similar a la muestra AV2, excepto que un tamaño de lote comercial se fabricó para la muestra AV4. Los aglomerados se prepararon de acuerdo con el método de calcinación giratorio descrito en el ejemplo 1. El grano abrasivo fue grano abrasivo de alúmina fusionada 38A, tamaño de grano 80, obtenido de Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc., Worcester, MA, E.U.A., y se usó 3% en peso de material aglutinante A (cuadro 1-2). La temperatura del calcinador se fijó a 1250°C, el ángulo de tubo fue de 2.5 grados y la velocidad de rotación fue de 5 rpm. Los aglomerados se trataron con una solución de silano al 2% (obtenida de Crompton Corporation, South Charleston, West Virginia).

Ruedas abrasivas Se usó una muestra de aglomerado AV4 para hacer pruebas de esmerilado (tamaño acabado de 91.4 cm de diámetro X 10.2 cm de ancho X 50.8 cm de agujero central (tipo 1)). Las ruedas abrasivas experimentales se hicieron con equipo de fabricación comercial mezclando los aglomerados con resina fenólica líquida (resina V-1 181 de Honeywell International Inc., Friction División, Troy NY) (22% en peso de mezcla de resina ) y resina fenólica en polvo ( resina 29-717 Durez Varcum® obtenida de Durez Corporation, Dallas TX) (78% en peso de mezcla de resina). Las cantidades de por ciento en peso de aglomerado de abrasivo y aglutinante de resina usado en estas ruedas se listan en el cuadro 4-1 , siguiente. Los materiales se mezclaron durante un período suficiente para obtener una mezcla uniforme. La mezcla uniforme de aglomerado y aglutinante se colocó en moldes y se aplicó presión para obtener ruedas en etapa cruda (no curada) estas ruedas crudas se removieron de los moldes, se envolvieron en papel revestido y se curaron calentando a una temperatura máxima de 160°C, se graduaron, se acabaron y se inspeccionaron de acuerdo con las técnicas de fabricación de rueda de esmerilado comerciales conocidas en la técnica. El módulo elástico de rueda acabada y la densidad de cocción se midieron y los resultados se muestran en el cuadro 4-1 siguiente. La velocidad de estallido de rueda se midió y se determinó que la velocidad de operación máxima era de 48.3 m/s. La composición de las ruedas (incluyendo % en volumen de abrasivo, aglutinante y porosidad en las ruedas curadas) se describen en el cuadro 4-1. Estas ruedas tenían una estructura de porosidad visiblemente abierta, continua, relativamente uniforme desconocida en ruedas de esmerilado aglutinadas orgánicas previamente hechas en una operación comercial.

CUADRO 4-1 Composición de la rueda a. El % en volumen "total" de aglutinante es la suma de la cantidad de material aglutinante vitrificado usado para aglomerar el grano y la cantidad de aglutinante de resina orgánica usado para hacer la rueda de esmerilado. El % en volumen ("orgánico") de aglutinante es la porción del % en volumen total de aglutinante que consiste de la resina orgánica añadida a los aglomerados para hacer la rueda de esmerilado.

Pruebas de esmerilado Estas ruedas abrasivas experimentales se probaron en dos operaciones de esmerilado comerciales para el acabado de los rodillos de molienda en frío. Después de ser esmerilados, estos rodillos de acero forjado se usarían para laminar y acabar la superficie de láminas de metal (v.gr., acero). Las operaciones comerciales tradicionalmente usan ruedas comerciales con aglutinante de laca (grano abrasivo de alúmina de grano 80 es común) y estas ruedas normalmente son operadas a 33 m/s, con una velocidad máxima de aproximadamente 40.66 m/s. Las condiciones de esmerilado se listan a continuación y los resultados de la prueba se muestran en los cuadros 4-2 y 4-3.

Condiciones de esmerilado A: Máquina de esmerilado: Farrell Roll Grinder, 40 hp Enfriador: Stuart Synthetic con agua Velocidad de la rueda: 780 rpm Pieza de trabajo: acero forjado, rodillos de trabajo de molienda en tándem, dureza de 842 Equotip, 208 X 64 cm Velocidad de la pieza de trabajo (rodillo): 32 rpm Transversal: 254 cm/minuto Alimentación continua: 0.0023 cm/minuto Alimentación final: 0.0020 cm/minuto Acabado de superficie requerido: aspereza de 18-30 Ra, 160 picos máximo Condiciones de esmerilado B: Máquina de esmerilado: Pomini Roll Grinder, 150 hp Enfriador: Stuart Synthetic con agua Velocidad de la rueda: 880 rpm Pieza de trabajo: acero forjado, rodillos de trabajo de molienda en tándem, dureza de 842 Equotip, 208 X 64 cm Velocidad de la pieza de trabajo (rodillo): 32 rpm Transversal: 254 cm/minuto Alimentación continua: 0.003 cm/minuto Alimentación final: 0.005 cm/minuto Acabado de superficie requerido: aspereza de 18-30 Ra, 160- 180 picos.

CUADRO 4-2 Resultados de prueba de esmerilado/condiciones de esmerilado A Bajo condiciones de esmerilado A, las ruedas de esmerilado experimentales presentaron excelente rendimiento de esmerilado, logrando relaciones G significativamente mayores que las observadas en operaciones comerciales pasadas bajo estas condiciones de esmerilado con ruedas aglutinadas con laca. Con base en la experiencia pasada en esmerilado de rodillo bajo condiciones de esmerilado A, las ruedas experimentales 2.1, 2-2 y 2-3 se habrían considerado demasiado suaves (a valores de grado de dureza de Norton Company de B-D) para dar eficiencia de esmerilado comercialmente aceptable, por lo que estos resultados que muestran excelentes relaciones G eran altamente inusuales. Más aún, el acabado de la superficie del rodillo estaba libre de marcas de traqueteo y dentro de las especificaciones para aspereza de superficie (18-39 Ra) y número de picos de superficie (aproximadamente 160). Las ruedas experimentales suministraron una calidad de acabado de superficie previamente observada sólo con ruedas aglutinadas con laca. Una segunda prueba de esmerilado de la rueda experimental 3-3, bajo condiciones de esmerilado B, confirmó los sorprendentes beneficios de usar las ruedas de la invención en una operación de esmerilado en frío de rodillo de acabado comercial durante un período de prueba prolongado. Los resultados de prueba se muestran a continuación en el cuadro 4-3.

CUADRO 4-3 Resultados de prueba de esmerilado/condiciones de esmerilado B Rueda Cambio Velocidad Amps de AlimenAlimentaAspereza No. de experien de la la rueda tación ción final de rodillo. picos mental diámetro rueda m/s continua cm Ra en el 2-4 (cm) cm/min rodillo Rodillo 1 wwa 0.655 28.8 90 0.0023 0.0020 24 166 0.071 Rodillo 2 ww 0.861 42 105 0.0041 0.005 20 136 MR 0.081 Rodillo 3 WW 0.419 42.2 110 0.0028 0.005- 28 87 MR 0.076 Rodillo 4 WW 0.709 42.2 115 0.0028 0.005 29 179 MR 0.091 Rodillo 5 WW 0.249 42.2 115 0.0028 0.005 25 151 MR 0.046 Rodillo 6 WW 0.246 42.2 115 0.0028 0.005 MR 0.041 Rodillo 7 WW 0.183 42.2 115 0.0028 0.005 MR 0.122 Rodillo 8 WW 0.238 42.2 115 0.0028 0.005 MR 0.028 Rodillo 9 WW 0.114 42.2 115 0.0028 0.005 MR 0.053 Rodillo 10 WW 0.325 42.2 115 0.0028 0.005 MR 0.043 Rodillo 11 ww 0.543 42.2 115 0.0028 0.005 MR 0.046 Rodillo 12 WW 0.305 42.2 115 0.0028 0.005 MR 0.046 Rodillo 13 WW 0.299 42.2 115 0.0028 0.005 MR 0.066 Rodillo 14 WW 3.132 42.2 115 0.0028 0.005 MR 0.076 Rodillo 15 WW 0.546 42.2 115 0.0028 0.005 MR 0.076 Rodillo 16 WW 0.295 42.2 115 0.0028 L 0.005 XXX XXX MR 0.046 Rodillo 17 WW 0.358 42.2 115 0.0028 0.005 XXX XXX MR 0.053 Rodillo 18 WW 0.295 42.2 115 0.0028 0.005 XXX XXX MR 0.025 Rodillo 19 WW 0.0299 42.2 115 0.0028 0.005 MR 0.046 a. Medición de desgaste de la rueda b. Medición de material removido. La relación G acumulativa para la rueda experimental 2-4 fue de 2.093 después de esmerilar 19 rodillos y de sufrir desgaste de aproximadamente 7.62 cm desde el diámetro de la rueda. Esta relación G representa una mejora de 2 a 3 veces las relaciones G observadas para rueda de esmerilado comercial (v.gr., ruedas con aglutinante de laca, C-6 y C-7 descritas en el ejemplo 2) usadas para esmerilar rodillos bajo las condiciones de esmerilado A o B. La velocidad de rotación de la rueda y la velocidad de remoción de material excedió el de las ruedas comerciales comparativas usadas en esta operación de esmerilado de rueda, demostrando así además la eficiencia de esmerilado posible con el método de esmerilado de la invención. El acabado de superficie de rodillo logrado por la rueda experimental fue aceptable bajo las normas de producción comerciales. Los resultados acumulativos observados después de esmerilar 19 rodillos confirmó la operación de estado constante de la rueda experimental y la resistencia benéfica de la rueda para desarrollar lóbulos de rueda, vibración y resquebrajamiento a medida que la rueda es producida por la operación de esmerilado.

EJEMPLO 5 Aglomerados de grano abrasivo/aglutinante inorgánico Las muestras de aglomerado se hicieron a partir de una mezcla simple de grano abrasivo, material aglutinante y agua descritas en el cuadro 5-1. La composición de material aglutinante vitrificado usada para preparar las muestras fue material aglutinante C listado en el cuadro 1-2. El grano abrasivo fue un gran abrasivo de alúmina fusionada 38A, tamaño de grano 80, obtenido de Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc., Worcester, MA, E.U.A.

Las muestras de grano abrasivo aglomeradas se formaron a 1 ,150°C, utilizando un aparato de calcinación giratorio (modelo #HOU-6D60-RTA-28, Harper International, Buffalo, New York), equipado con un tubo metálico de 305 cm de largo, 15.6 cm de diámetro interno, 0.95 cm de espesor (Hastelloy), que tenía una longitud calentada de 152 cm con tres zonas de control de temperatura. Una unidad alimentadora Brabender® con velocidad de alimentación volumétrica de control ajustable se usó para medir la mezcla de grano abrasivo y material aglutinante en el tubo de calentamiento en el aparato de calcinación giratorio. El procedimiento de aglomeración se llevó a cabo bajo condiciones atmosféricas, con una velocidad de rotación del tubo del aparato de 3.5 a 4 rpm, un ángulo de inclinación de tubo de 2.5 a 3 grados, y una velocidad de alimentación de material de 6-10 kg/hora. Después de la aglomeración en el aparato de calcinación giratorio, las muestras de grano abrasivo aglomeradas se tamizaron y se probaron para densidad de compactación suelta (LPD) y distribución de tamaño. Estos resultados se muestran en el cuadro 5-1.

CUADRO 5-1 Características de gránulo aglomerado V1 a. El % en volumen de material aglutinante es un porcentaje del material sólido dentro del gránulo (es decir, material aglutinante y grano) después de la cocción, y no incluye el % en volumen de porosidad). El grano aglomerado VI se usó para hacer ruedas de esmerilado (tipo 1 ) (tamaño acabado: 50.8 X 2.54 X 20.3 cm). La composición de las ruedas (incluyendo el % en volumen de abrasivo, aglutinante y porosidad en las ruedas cocidas), densidad y propiedades mecánicas de las ruedas se describen en el cuadro 5-2. Las composiciones para ruedas experimentales 1 a 4 se seleccionaron para producir ruedas de grano de dureza F y composiciones para ruedas experimentales 5 a 8 se seleccionaron para producir ruedas de grado de dureza G. Para hacer las ruedas abrasivas, los aglomerados se añadieron a un mezclador junto con un aglutinante líquido y una composición de aglutinante vitrificado en polvo correspondiente a material aglutinante C del cuadro 1-2. Las estructuras del aglomerado fueron suficientemente resistentes a la compactación para retener una cantidad efectiva de aglomerados que tenían un carácter tridimensional después de ser sometido a operaciones de mezclado y moldeo de rueda abrasiva. Las ruedas después se moldearon, se secaron, se cocieron a una temperatura de 900°C, se graduaron, se acabaron, se equilibraron y se inspeccionaron de acuerdo con las técnicas de fabricación de rueda de esmerilado comerciales conocidas en la técnica. Las ruedas acabadas se probaron con seguridad de acuerdo con una prueba de velocidad de práctica comercial para asegurar que las ruedas tuvieran suficiente resistencia mecánica para movimiento de rotación cuando se montan en una máquina de esmerilado y suficiente resistencia mecánica para la operación de esmerilado. Todas las ruedas experimentales sobrevivieron a la prueba de velocidad máxima para el equipo de prueba (85.1 m/s) y, por lo tanto, tuvieron una resistencia mecánica suficiente para operaciones de esmerilado de alimentación lenta. La composición de las ruedas (incluyendo % en volumen de abrasivo, aglutinante y porosidad en las ruedas cocidas), densidad y propiedades mecánicas de las ruedas se describen en el cuadro 5-2.

CUADRO 5-2 Características de la rueda abrasiva a. Muestras de ruedas comparativas fueron productos comerciales obtenidos de Saint-Gobain Abrasives, Inc., Worcester, MA, y comercializados con las designaciones de rueda comercial indicadas para cada una en el cuadro 5-2. b. Los valores para % en volumen de aglutinante de las ruedas experimentales incluyen el % en volumen de material aglutinante vitrificado usado en los granos para hacer los aglomerados. c. Las ruedas se probaron para módulo de ruptura en una máquina de prueba mecánica Intron Modelo 1125 con un calibre de doblez de 4 puntos con un alcance de soporte de 7.62 cm, un alcance de carga de 2.54 cm y a una velocidad de carga de 0.127 cm por minuto de velocidad de cabeza cruzada. d. Las ruedas no se rompieron cuando se giraron a la velocidad máxima lograda con la máquina de prueba de estallido. Los valores de módulo elástico de las ruedas experimentales 1-4 variaron de 34 a 43% menores que el valor para la rueda comparativa de grado F, y los valores de módulo elástico de las ruedas experimentales 5-8 variaron de 45 a 54% menores que el valor para la rueda comparativa de grado G. Las ruedas que tenían un % en volumen idéntico de composiciones de grano, aglutinante y porosidad muy inesperadamente tuvieron valores de módulo elástico significativamente diferentes. La rueda experimental 1 tuvo un valor de módulo elástico 34% menor que el valor para la rueda comparativa de grado F, y la rueda experimental 5 tuvo un valor de módulo elástico 51 % menor que el valor para la rueda comparativa de grado G. En un experimento separado, las ruedas comparativas hechas a grados más suaves para ser caracterizadas por valores de módulo elástico relativamente bajo equivalente carecieron de resistencia mecánica suficiente para pasar la prueba de velocidad a 85.1 m/s. Los valores de la prueba de velocidad para las ruedas experimentales fueron completamente aceptables. Además, a un % en volumen idéntico de composiciones de grano, aglutinante y porosidad, la rueda experimental 1 mostró un módulo de ruptura solo 7% menor que la rueda comparativa de grado F, mientras que la rueda experimental 5 mostró un módulo de ruptura solo 3% menor que el de la rueda comparativa de grado G. Esta ligera caída en módulo de ruptura se esperaba, dada la ligera caída en densidad de las ruedas experimentales en relación con las ruedas comparativas. La caída en densidad también sugiere que las ruedas experimentales hayan resistido el encogimiento durante el procesamiento térmico, en comparación con las ruedas comparativas que tienen un % en volumen idéntico en composición, y esto representa ahorros potenciales significativos en costos de fabricación, tanto en costos de material como en operaciones de acabado. Las ruedas se probaron en una operación de esmerilado de alimentación lenta contra ruedas comerciales comparativas recomendadas para usarse en operaciones de esmerilado de alimentación lenta. Las ruedas comparativas tuvieron las mismas dimensiones de tamaño, % en volumen idéntico o similar de composiciones, grados de dureza equivalentes (el grado se determinó con base en el % en volumen de contenido de grano, aglutinante y porosidad) y químicas de aglutinante funcionalmente equivalentes, y de otra manera fueron ruedas comparativas adecuadas para estudio de esmerilado de alimentación lenta. Sin embargo, las ruedas comparativas se hicieron sin grano aglomerado y se necesitaron inductores de poro sacrificantes para lograr el % en volumen pretendido de porosidad y densidad de rueda. Las designaciones de rueda comerciales y las composiciones de rueda comparativas se describen en el cuadro 5-2 (ruedas comerciales (38A80F19VCF2 y 38A80G19VCF2). Se realizó una prueba de esmerilado de "cuna", la pieza de trabajo siendo inclinada a un ángulo pequeño en relación con la platina de la máquina sobre la cual está contada. Esta geometría da por resultado una profundidad de corte cada vez mayor, una velocidad de remoción de material cada vez mayor y un espesor de rebaba cada vez mayor a medida que el esmerilado progresa de inicio a fin. Por lo tanto, los datos de esmerilado son recopilados sobre una gama de condiciones en una sola operación. La evaluación de rendimiento de rueda en la prueba de cuña se añade además a través de la medición y registro de potencia de huso y fuerzas de esmerilado. La determinación precisa de condiciones (MRR, espesor de rebaba, etc.) que producen resultados, inaceptables tales como quemado por esmerilado o rompimiento de la rueda, facilita la caracterización del comportamiento de la rueda y la categorización del rendimiento del producto relativo.

Condiciones de esmerilado: Máquina: Hauni-BIohm Profimat 410 Modo: Esmerilado de alimentación lenta de cuña Velocidad de la rueda: 28 m/seg Velocidad de la mesa: Vanada de 12.7-44.4 cm/minuto Enfriador: Master Chemical Trim E210 200, a una concentración de 10% con agua de pozo desionizada, 272 l/min Material de la pieza de trabajo: Inconel 718 (42 HRc) Modo de cepillado: diamante giratorio, continuo Compensación de cepillado: 0.5 micras/rev Relación de velocidad: +0.8 En estas operaciones de esmerilado, el incremento continuo de profundidad de corte proveyó un incremento continuo en velocidad de remoción de material en la longitud del bloque (20.3 cm). La falla se denotó por quemadura de la pieza de trabajo, rompimiento de la rueda, acabado de superficie áspero y/o pérdida de forma de esquina. El desgaste de rueda del esmerilado, fue menor que la pérdida de compensación de cepillado continuo llevada a cabo durante la prueba de esmerilado. La energía de esmerilado específica y la velocidad de remoción de material a la cual ocurrió falla (MRR máxima) se observa en el cuadro 5-3.

CUADRO 5-3 Resultados de la prueba de esmerilado Rueda % en volumen de MRR % de Energía % de Aspecomposición de la rueda máxima mejora3 de esmejora3 reza de mm3/s/ merilasuperfi¬ „ . Abra- Agluti- „ mm do escie proAg om. a , b Poros s sivos nante pecífica medio J/mm3 um (1) 42.5 40.5 6.2 53.3 10.3 20 57.6 -17 0.77 (2) 40.4 38.5 6.5 55.0 10.2 18 55.1 -20 0.75 (3) 40.4 38.5 7.2 54.3 10.9 26 59.2 -15 0.72 (4) 39.4 37.5 8.2 54.3 10.1 18 59.2 -15 0.76 (5) 42.5 40.5 7.3 52.2 10.4 58 60.5 -23 0.77 (6) 40.4 38.5 9.3 52.2 9.4 42 65.2 -17 0.77 (7) 40.4 38.5 8.3 53.2 9.5 44 63.4 j -19 0.75 (8) 39.4 37.5 9.3 53.2 9.2 39 64.4 -18 0.77 Muestras % en volumen de MRR % de Energía % de Aspecomparaticomposición de la rueda máxima mejora3 de esmejora3 reza de vas3 mm3/s/ merilasuperfi¬ Grano no . . Abrasi Agluti- ~ mm do escie proAglom. a , b Poros aglomerado a -vos nante pecífica medio J/mm3 um 38A80- N/A 40.5 6.2 53.3 8.6 N/A 69.6 N/A 0.79 F19VCF2 38A80- N/A 40.5 7.3 52.2 6.6 N/A 78.2 N/A 0.76 G19VCF2 a. Para calcular los valores de % de mejora, las ruedas experimentales se compararon con el grado equivalente más cercano en una rueda comparativa. Las ruedas experimentales 1-4 se compararon con la rueda de grado F; y las ruedas experimentales 5-8 se compararon con la rueda de grado G. Como se puede ver a partir de los resultados de prueba de esmerilado en el cuadro 5-3, antes de que ocurriera falla, las ruedas experimentales presentaron valores de RR de 20 a 58% más altos en relación con los de las ruedas comparativas que tenían% en volumen de composiciones idénticas. En composiciones idénticas, las ruedas experimentales presentaron por lo menos una reducción del 17% en potencia necesaria para esmerilar (energía de esmerilado específica). Estas eficiencias de operación de esmerilado se lograron sin ninguna pérdida significativa de calidad de superficie de la pieza de trabajo que estaba siendo esmerilada. El resultado sugiere que las ruedas experimentales podrían ser operadas en operaciones de esmerilado de alimentación lenta comerciales a una velocidad de cepillado más baja con una MRR constante logrando así por lo menos un doble de la vida de la rueda.

EJEMPLO 6 Aglomerados de grano abrasivo/aglutinante inorgánico Las muestras de grano aglomeradas se hicieron a partir de una mezcla simple del grano abrasivo, material aglutinante y agua descritas en el cuadro 6-1. Las composiciones de material aglutinante vitrificado usadas para preparar las muestras eran material aglutinante C listado en el cuadro 1-2. El grano abrasivo fue un grano abrasivo de alúmina fusionada 38A, de tamaño de grano 60, obtenido de Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc., Worceester, MA, E.U.A. Las muestras de grano abrasivo aglomeradas se prepararon en un aparato de calcinación giratorio industrial (fabricado por Bartlett Inc. Stow, Ohio; modelo de gas de fuego directo) a una temperatura máxima de 1 ,250°C, equipado con un tubo refractario de 10.7 m de largo y 0.78 m de diámetro interno, con espesor de 0.58 m. El procedimiento de aglomeración se llevó a cabo bajo condiciones atmosféricas, en un punto de fijación de control de temperatura de zona caliente de 1 ,250°C, con una velocidad de rotación de tubo del aparato de 2.5 rpm, un ángulo de inclinación de tubo de 3 grados, y una velocidad de alimentación de material de 450 kg/hora. Después de la aglomeración en el aparato de calcinación giratorio, las muestras de grano abrasivo aglomeradas se tamizaron y se probaron para densidad de compactación suelta (LPD) y distribución de tamaño. Estos resultados se muestran en el cuadro 6- .

CUADRO 6-1 Características de qránulo aglomerado V2 a. El % en volumen de material aglutinante es un porcentaje del material sólido dentro del gránulo (es decir, material aglutinante y grano) después de la cocción, y no incluye el % en volumen de porosidad. Se usaron muestras de aglomerado para hacer ruedas de esmerilado (tipo ) tamaño acabado: 50.8 X 2.54 X 20.3 cm. Para hacer las ruedas abrasivas, los aglomerados se añadieron a un mezclador junto con un aglutinante líquido y una composición de aglutinante vitrificado en polvo correspondiente a material aglutinante C del cuadro 1-2. Las estructuras de los aglomerados fueron suficientemente resistentes a la compactación para retener una cantidad efectiva de aglomerados que tenían un carácter tridimensional después de ser sometidos a mezclados de rueda abrasiva y operaciones de moldeo. Las composiciones para las ruedas experimentales 9 a 11 se seleccionaron para producir ruedas de grado de dureza I, composiciones para ruedas experimentales 12 a 16 se seleccionaron para producir ruedas de grado de dureza K y composiciones para ruedas experimentales 17 a 19 se seleccionaron para producir ruedas de grado de dureza J. Las ruedas después se moldearon, se secaron, se cocieron a una temperatura máxima de 1,030°C, se graduaron, se terminaron, se equilibraron y se inspeccionaron de acuerdo con técnicas de fabricación de ruedas de esmerilado comerciales conocidas en la técnica. Las ruedas acabadas se probaron en cuanto a seguridad de acuerdo con una prueba de velocidad de la práctica comercial para asegurarse de que las ruedas tuvieran suficiente resistencia mecánica para movimiento de rotación cuando se montaran en una máquina de esmerilado y suficiente resistencia mecánica para la operación de esmerilado. Los resultados de la prueba de estallido se dan en el cuadro 6-2. Todas las ruedas experimentales tuvieron una resistencia mecánica suficiente para operaciones de esmerilado de alimentación lenta. Las operaciones de esmerilado de alimentación lenta comerciales tradicionalmente operan estas ruedas de esmerilado a 33 m/s con una velocidad máxima de aproximadamente 43.2 m/s. La composición de las ruedas (incluyendo % en volumen de abrasivo, aglutinante y porosidad en las ruedas cocidas), densidad, y propiedades del material de las ruedas se describen en el cuadro 6-2.

CUADRO 6-2 Características de la rueda abrasiva a. Las muestras de ruedas comparativas fueron productos comerciales obtenidos de Saint-Gobain Abrasives, Ltd., Stafford, RU, y marcadas con las designaciones de rueda indicadas para cada una en el cuadro 6-2. b. Los valores para el % en volumen de aglutinante de las ruedas experimentales incluyeron el % en volumen de material aglutinante identificado usado en los granos para hacerlos aglomerados. c. Esta rueda se asemeja a rueda comparativa 38A60-K75 LCNN en % en volumen de la composición, pero se ha hecho con un grano abrasivo de alfa-alúmina, de sol-gel concrecionado, alargado que tiene una relación de aspecto mayor que 4:1 , de acuerdo con US-A-5,738,696 y US-A-5,738,697 de Wu. Cabe notar que tiene menor densidad pero presenta un valor de módulo elástico muy similar en relación con 38A60K75 LCNN. Las ruedas que tenían % en volumen idéntico de composiciones de grano, aglutinante y porosidad muy inesperadamente tuvieron valores de módulo elástico significativamente diferentes. Notablemente, el valor de módulo elástico de una rueda comparativa (TG2-80 E13 VCF5) hecho al % en volumen de porosidad relativamente alto deseado y densidad relativamente baja por medio de partículas alargadas añadidas (grano abrasivo) más que con inductores de poro sacrificantes, no desplegó una caída en el valor de módulo elástico. De hecho, el valor de módulo elástico fue mayor que la rueda comparativa de equivalente más cercano y mucho mayor que las ruedas experimentales que tenían composiciones de % en volumen equivalente. A pesar de las propiedades de módulo elástico inferiores, los valores de prueba de velocidad para las ruedas experimentales fueron completamente aceptables. En composiciones de % en volumen idéntico de grano, aglutinante y porosidad, la rueda experimental 1 mostró valores de módulo de ruptura y velocidad de estallido sólo ligeramente menores. Las densidades de las ruedas experimentales fueron ligeramente menores que las de las ruedas comparativas que habían sido formuladas en una composición de % en volumen idéntico. Por lo tanto, se esperaba una pequeña caída en el módulo de ruptura. La caída en densidad también sugiere que las ruedas experimentales tuvieron encogimiento resistido durante el procesamiento térmico en relación con las ruedas comparativas que tenían una composición de % en volumen idéntico, y esto representa ahorros potenciales significativos en costos de fabricación, tanto en costos de material como en operaciones de acabado. Las ruedas se probaron en una operación de esmerilado de alimentación lenta usando la condición de esmerilado de prueba de cuña descrita en el ejemplo 5. Las ruedas se probaron contra ruedas comerciales comparativas recomendadas para usarse en operaciones de esmerilado de alimentación lenta. Las ruedas comparativas tuvieron las mismas dimensiones de tamaño, composiciones de % en volumen idéntico o similar, grado de dureza equivalentes (el grado se determinó con base en el % en volumen de contenidos de grano, aglutinante y porosidad) y químicas de aglutinante funcionalmente equivalentes, y fueron ruedas comparativas de otra manera adecuadas para un estudio de esmerilado de alimentación lenta. Sin embargo, las ruedas comparativas se hicieron sin grano aglomerado y se usaron inductores de poro sacrificantes para lograr el % en volumen pretendido de porosidad y densidad de la rueda. Las designaciones de rueda comerciales y las composiciones de las ruedas comparativas se describen en el cuadro 6-2 (ruedas comerciales 38A60-196 LCNN, 38A60-K75 LCNN y 38A60-J64 LCNN). Los resultados se dan a continuación en el cuadro 6-3.

CUADRO 6-3 Resultados de prueba de esmerilado a. Para calcular los valores de % de mejora, las ruedas experimentales se compararon con el grado equivalente más cercano en una rueda comparativa. Las ruedas experimentales 9-11 se compararon con la rueda de grado I; las ruedas experimentales 12-16 se compararon con la rueda de grado K; y las ruedas experimentales 17-19 se compararon con la rueda de grado J.

Como se puede ver a partir de los resultados de prueba de esmerilado en el cuadro 6-3, las ruedas experimentales mostraron una MRR mayor (10 a 68%) antes de que ocurriera la falla, en relación con las ruedas comparativas que tenían composiciones de % en volumen idéntico. En composiciones idénticas, las ruedas experimentales mostraron una reducción en potencia (3 a 31%) necesaria para esmerilar (energía de esmerilado específica). Estas eficiencias de operación de esmerilado se lograron sin ninguna pérdida significativa de calidad de superficie de la pieza de trabajo que estaba siendo esmerilada. El resultado sugiere que las ruedas experimentales podrían ser operadas en operaciones de esmerilado de alimentación lenta comerciales a una velocidad de cepillado menor con una MRR constante logrando así por lo menos un doble de la vida de la rueda.

EJEMPLO 7 Aglomerados de grano abrasivo/aglutinante orgánico Una serie de muestras de grano abrasivo aglomerado (A1-A8) se prepararon a partir de una mezcla de grano abrasivo y material aglutinante de resina fenólica (resina 19-717 Durez Varcum®, gravedad específica 1.28 g/cc, obtenida de Durez Corporation, Dallas TX) en las cantidades descritas en el cuadro 7-1. Todas las muestras se prepararon con grano abrasivo de alúmina fusionada 38A tratado con silano, obtenido de Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc., Worcester, MA, E.U.A., en los tamaños de grano (grano 80 ó 46) listados en el cuadro 7-1. El grano y el material aglutinante de resina se colocaron en el tazón de un mezclador (muestras A5-A8 en un mezclador Erich de alto esfuerzo cortante modelo número RV-02 fabricado por Erich Company, Gurnee, IL; la muestra A1 en un mezclador de charola hecho por Foote-Jones/lllinois Gear en Chicago, IL; y las muestras A2, A3 y A4 en un mezclador de charola hecho en forma personalizada por Boniface Tool and Die in Southbridge MA). El mezclado se inició a una velocidad de tazón fijada a 64 rpm y una velocidad de paletas fijada a 720 rpm (muestras A5-A8 en el mezclador EIrich); o una velocidad de tazón de 35 rpm y paletas estacionarias (muestra A1 en el mezclador Foote/Jones); o una velocidad de tazón de 35 rpm y velocidad de paletas de 75 rpm (muestras A2-A4 en el mezclador Boniface). Cuando se mezclaba, se roció suficiente solvente (furfural) en una niebla sobre la mezcla de grano y el material aglutinante para hacer que los granos de material aglutinante se aglomeraran entre sí. La aspersión de solvente sobre la mezcla se continuó solo hasta que los granos y el material aglutinante habían formado aglomerados. En la muestra de preparación A1 , el solvente fue rociado manualmente sobre los componentes secos con una botella de plástico. En las muestras de preparación A2-A8, el solvente se roció sobre los componentes secos como una niebla continua en cantidades medidas usando un generador de enfriador de niebla de herramienta, obtenido de Wesco Company, Chatsworth, CA. El procedimiento de algomeración se llevó a cabo bajo condiciones atmosféricas a temperatura ambiente. Después de la aglomeración en el mezclador, las muestras de grano abrasivo aglomeradas en húmedo se tamizaron a través de un tamiz US de malla 3.5 y se secó durante la noche bajo condiciones ambientales. Las muestras Las muestras se volvieron a tamizar en un tamiz más grueso (tamiz estándar de UA #8 para aglomerados de grano 46, tamiz #20 para aglomerados de grano 80) y se extendieron en una sola capa sobre una charola de horneado revestida con fluoropolímero (aproximadamente 45 x 30 cm). Los aglomerados después se curaron en un horno de laboratorio (Despatch número de modelo VRD-1-90-1 E de Despatch Industries, Minneapolis MN) bajo condiciones atmosféricas, calentado a una temperatura máxima de 160°C y mantenido a esa temperatura durante 30 minutos. Los aglomerados curados se pasaron por rodillo bajo una barra de acero de 3.81 cm operada manualmente para triturar parcialmente y separar aglomerados más grandes en aglomerados más pequeños. Los aglomerados curados se dimensionaron con tamices de prueba estándares de E.U.A. montados en un aparato de tamizado vibratorio (Ro-Tap; Model RX-29; W.S. Tyler Inc. Mentor, OH). Los tamaños de malla de tamiz variaron de 10 a 45 para aglomerados hechos con grano 46 y 20 a 45 para aglomerados hechos con grano abrasivo de tamaño de grano 80. El rendimiento de aglomerados de flujo libre útiles de las muestras A1-A8, definidos como aglomerados que tenían una distribución de tamaño del tamaño de malla indicado (tamaño de tamiz de estándar de E.U.A.) como un % en peso del peso total de la mezcla de grano antes de la aglomeración se muestra a continuación en el cuadro 7-1. Los aglomerados se probaron para densidad de compactación suelta (LPD), densidad relativa y distribución de tamaño y se caracterizaron visualmente, antes y después de usarse para hacer herramientas de esmerilado abrasivas. La densidad de compactación suelta de los aglomerados curados (LPD) se midió por el procedimiento de la American National Standard para densidad volumétrica de granos abrasivos. La densidad relativa promedio inicial, expresada como porcentaje, se calculó dividiendo la LPD (p) entre una densidad teórica de los aglomerados (p0), suponiendo porosidad cero. La densidad teórica se calculó de acuerdo con el método de regla volumétrica de mezclas a partir del porcentaje en peso y gravedad específica del material aglutinante y del grano abrasivo contenido en ios aglomerados. Estos aglomerados tuvieron características de LPD, densidad relativa y distribución de tamaño adecuadas para usarse en la fabricación comercial de ruedas de esmerilado abrasivas. Los resultados de las pruebas de aglomerado se muestran en el cuadro 7-1. Los aglomerados curados, acabados, tuvieron muestras tridimensionales que variaban entre formas triangular, esférica, cúbica, rectangular, cilindrica y otras formas geométricas. Los aglomerados consistieron de una pluralidad de granos abrasivos individuales (v.gr., 2 a 40 granos) unidos entre sí por material aglutinante de resina en puntos de contacto de grano a grano. Con base en densidad del material y cálculos volumétricos, la porosidad de los aglomerados en volumen fue de aproximadamente 18% en volumen. Las estructuras de los aglomerados fueron suficientemente resistentes a la compactacion para retener una cantidad efectiva de aglomerados que retenían un carácter tridimensional inicial después de ser sometidos a mezclado de rueda abrasiva y operaciones de moldeo.

CUADRO 7-1 Características de qránulo aglomerado No. de Peso de % en % en % en LPD Tamaño % de % de muestra la peso de peso de . volug/cc promerendidensimezcla: mezcla solvenmaterial men de -20/+45 dio, miento dad grano, kg te en la aglutimatefracción mieras (intervarelativa solvente, mezcla nante rial de la (malla) lo de promematerial (base de aglumalla -25Z+45 tamaño dio aglutinante sólidos tinante tamaño de malla) totales) de tamiz Ejemplo 1 12 3.5 10 25.5 1.11 500 70 34 A1 mezclas (36) (-20 a 38A grano @ 1 kg +45) 80, cada una furfural resina fenólica A2 5 kg 2.5 10 25.5 1.17 500 70 35.8 38A grano (36) (-20 a 80, +45) furfural resina fenólica A3 5 kg 2.5 10 25.5 1.2 500 70 36.7 38A grano (36) (-20 a 80, +45) furfural resina fenólica Ejemplo 2 5 kg 2.5 9.1 23.6 1.20 500 70 36.1 A4 (36) (-20 a 38A grano +45) 80, furfural resina fenólica A5 6 2.0 10 25.5 0.97 500 80 29.7 38A grano mezclas (36) (-20 a 80, @ 2.5 kg +45) furfural cada una resina fenólica Ejemplo 3 25 1.9 10 25.5 1.10 500 80-85 33.7 A6 mezclas (36) (-20 a 38A grano @ 5 kg +45) 80, cada una furfural resina fenólica Ejemplo 4 2.5 kg 2.0 10 25.5 1.07 400 66 32.7 A7 (14) (-10 a 38A grano +20) 46, furfural resina fenólica A8 2.5 kg 2.0 10 25.5 0.94 1400 64 28.7 38A grano (14) (-10 a 46, +20) o furfural (-14 a resina +20) fenólica Ejemplo 5 2.5 kg 2.0 10 25.5 1.09 500 >90 33.4 A9 (36) (-20 a 38A grano +45) 80, furfural material aglutinante A A10 2.54 kg 2.0 11.3 25.5 1.10 500 >90 33.2 38A grano (36) (-20 a 80, +45) furfural material aglutinante B A11 2.57 kg 1.9 12.6 25.5 1.15 500 >90 32.7 38A grano (36) (-20 a 80, +45) furfural material aglutinante C A12 2.61 kg 1.5 13.8 25.5 1.10 500 >90 32.2 38A grano (36) (-20 a 80, +45) furfurai material aglutinante D A13 2.65 kg 1.5 15.0 25.5 1.08 500 >90 31.2 38A grano (36) (-20 a 80, +45) furfurai material aglutinante E a. El % en volumen de material aglutinante es un porcentaje del material sólido dentro del gránulo (es decir, el material aglutinante y grano) después de curación, y no incluye el % en volumen de porosidad. El % en volumen de material aglutinante de los aglomerados curados se calculó suponiendo que no había porosidad y no había pérdidas de mezcla.

Ruedas abrasivas Las muestras de aglomerado A1, A2 y A3 se usaron para hacer ruedas de esmerilado abrasivas de copa del tipo 6 (tamaño acabado: 8.9 X 9.5 X 2.2-1.3 cm de reborde). Para hacer las ruedas abrasivas experimentales, los aglomerados se mezclaron manualmente en lotes de 250 gramos con una composición de aglutinante de resina fenólica hasta que se obtuvo una mezcla uniforme. La composición de aglutinante de resina fue una mezcla de 22% en peso de resina fenólica (V-1181 de Honeywell International Inc., Friction División, Troy NY) y 78% en peso de resina fenólica en polvo (resina 29-717 Durez Varcum® de Durez Corporation, Dallas TX). La mezcla de aglomerado y aglutinantes uniforme se colocó en moldes y se aplicó presión para formar ruedas de etapa cruda (no curada). Estas ruedas crudas se removieron de los moldes, se envolvieron en papel revestido y se curaron calentando a una temperatura máxima de 160°C, se terminaron y se inspeccionaron de acuerdo con técnicas de fabricación de ruedas de esmerilado conocidas en la técnica. Las ruedas acabadas se probaron en cuanto a seguridad de acuerdo con una prueba de velocidad de la práctica comercial para asegurarse de que las ruedas tuvieran suficiente resistencia mecánica para movimiento de rotación cuando se montaran en una máquina de esmerilado y suficiente resistencia mecánica para la operación de esmerilado. Todas las ruedas experimentales sobrevivieron a una prueba de velocidad de 7200 rpm y por lo tanto, tuvieron suficiente resistencia mecánica para operaciones de esmerilado de superficie. Las composiciones de las ruedas (incluyendo % en volumen de abrasivo, aglutinante y porosidad de las ruedas curadas) se describen en el cuadro 7-2.

CUADRO 7-2 Características de la rueda abrasiva a. A 46% en volumen de grano abrasivo, las ruedas comparativas contenían un % en volumen mayor de grano abrasivo (es decir, 12-16% en volumen más) que las ruedas experimentales hechas ya sea con 30 ó 34% en volumen de grano abrasivo. b. Los valores para el % en volumen de aglutinante de las ruedas abrasivas incluyen el % en volumen de material aglutinante de resina usado en los granos para hacerlos aglomerados y el aglutinante usado para hacer las ruedas. Con base en observaciones de prueba preliminares, las ruedas experimentales se formularon (componentes de porcentaje en volumen) a un grado de dureza D en la escala de grado de dureza de Norton Company para ruedas comerciales. c. Muestras de ruedas comparativas fueron formulaciones de producto comerciales obtenidas de Saint-Gobain Abrasives, Inc., Worcester, MA, y vendidas bajo las designaciones de rueda alfanuméricas designadas para cada una en el cuadro 7-2. Las ruedas contenían aglutinante de resina fenólica, CaF2 y esferas de mullita huecas, grano abrasivo de alúmina 38A y tenían un grado de dureza (escala d& grado de dureza de Norton Company) ya sea de L o P, según se indica. Estas ruedas experimentales se probaron en una operación de esmerilado de superficie y se encontró que eran adecuadas para uso comercial. Las ruedas experimentales se probaron contra pruebas comparativas descritas en el cuadro 7-2 que son recomendadas para uso comercial en operaciones de esmerilado de superficie. Las ruedas comparativas tenían las mismas direcciones de tamaño, los mismos tipos de grano abrasivo de aglutinante y eran de otra manera ruedas comparativas adecuadas para evaluar las ruedas experimentales en un estudio de esmerilado de superficie, pero estaban hechas sin grano aglomerado. Los resultados de estas pruebas de esmerilado se muestran en el cuadro 7-3.

Prueba de esmerilado Las ruedas de la invención y las ruedas comparativas se probaron en un área de contacto alto, prueba de esmerilado de superficie diseñada para simular las operaciones de esmerilado de disco comercial. Se usaron las siguientes condiciones.

Condiciones de esmerilado: Máquina: Okuma GI-20N, Esmerilado de DE/DI Modo de esmerilado: Esmerilado de superficie (careado); prueba de simulación de disco Velocidad de rueda: 6,000 rpm; 27.9 m/seg Velocidad de trabajo: 10 rpm; 0.106 m/seg Velocidad de alimentación de entrada: 0.0044 mm/s/0.0089 mm/s Enfriador: Trim VHPE210, 5% de relación con agua de pozo desionizada Material de pieza de trabajo: acero 52100 de 20.3 cm de diámetro interno por 17.8 cm de diámetro interno X 1.27 cm de borde, dureza de Rc-60 Aditivo: Diamante agrupado: comp. 0.0025 cm, 0.025 cm anterior CUADRO 7-3 Resultado de la prueba de esmerilado Rueda D 0.0533 0.402 66.42 2713 165.1 358.8 40.84 0.0267 0.109 33.37 2474 305.5 664.1 74.13 W1 - - - - - 0.0267 0.062 33.50 1975 54.2 1804 58.95 W2 0.0533 0.231 66.73 2792 288.6 961.9 41.84 0.0267 0.061 33.48 2154 548.8 1829 64.35 W3 0.0533 0.244 66.73 2892 273.5 911.7 43.34 0.0267 0.059 33.53 2194 56636 1889 i 65.43 W4 0.0267 0.116 33.43 1915 289.1 850.4 57.28 a. La fracción de % en volumen de relación G/abrasivo es una medición de rendimiento de esmerilado del grano en la rueda. El cálculo normaliza el rendimiento de esmerilado para explicar las diferencias significativas el % en volumen de grano abrasivo entre las ruedas experimentales y comparativas. Se puede ver fácilmente que el grano abrasivo en las ruedas experimentales suministra una eficiencia de esmerilado significativamente mejor sobre una base de fracción de volumen (es decir, se necesita menos grano para suministrar el mismo nivel de eficiencia de esmerilado). Los resultados muestran que las ruedas de esmerilado hechas de conformidad con la invención eran resistentes al desgaste de rueda, pero capaces de ser operadas a velocidades de alimentación de entrada y velocidades de velocidad (MRR) equivalentes a las ruedas de esmerilado comparativas más cercanas, con tiempo de vida de rueda (WWR) más largos a energía de esmerilado específicas equivalentes o energía de esmerilado específicas inferiores en la vida de la rueda equivalente. La rueda experimental (W4) que tenía un grano abrasivo de % en volumen más alto (34%) inesperadamente presentó una velocidad más alta de desgaste de rueda que las otras ruedas experimentales que contenían menos grano abrasivo (30%). A alimentación de entrada de 0.0267, todas las ruedas experimentales presentaron energía específica menor a una MRR dada que las ruedas comparativas. Puesto que la energía de esmerilado específica inferior de correlación con el potencial de quemado inferior, las ruedas de la invención se prevé que presenten menos quemado de la pieza de trabajo que las ruedas comparativas. Además, en relación con las ruedas comparativas, las ruedas experimentales suministran significativamente mejor eficiencia de esmerilado sobre una base de fracción de volumen de grano abrasivo (es decir, se necesita menos grano para suministrar el mismo nivel de eficiencia de esmerilado). Este resultado desafía el conocimiento convencional en tecnología de abrasivos aglutinados de que una rueda de grano más alto que contiene más grano resistirá el desgaste y suministrará mejor vida de rueda y eficiencia de esmerilado que una rueda de grado inferior (más suave). Por lo tanto, el rendimiento superior de las ruedas de la invención fue significativo e inesperado.

EJEMPLO 8 Ruedas abrasivas Se usaron muestras de aglomerado A4 y A5 para hacer ruedas de esmerilado de copa de tipo 6 (tamaño acabado 12.7 X 5.08 X 1.59 - 3.81 cm de reborde. Las ruedas abrasivas experimentales se hicieron de acuerdo con el método descrito en el ejemplo 7, anterior. Se observó durante el moldeo y prensado de las ruedas crudas usando los aglomerados que cierta compresión de la mezcla fue necesaria para llegar a una rueda curada que tuviera suficiente resistencia mecánica para usarse en esmerilado de superficie. Si el molde se llenó con la mezcla de aglutinante y aglomerados, y esencialmente no ocurrió compresión durante el moldeo de tal manera que los aglomerados retuvieron su LPD original, entonces las ruedas experimentales curadas resultantes no mostraron beneficio en esmerilado versus ruedas comparativas. Sin embargo, si se aplicó suficiente presión a la mezcla moldeada de aglomerados y aglutinante para comprimir el volumen de mezcla por lo menos 8% en volumen, entonces las ruedas presentaron un rendimiento de esmerilado mejorado en pruebas de esmerilado de la superficie. Se observó que los valores de volumen de compresión en el intervalo de 8-35% en volumen (con base en la LPD original del aglomerado y el volumen de mezcla colocado en el molde) produjo ruedas operativas que presentaron los beneficios de la invención. Se observó además que la trituración de 8 a 15% en volumen de los aglomerados no cambió el rendimiento de esmerilado de la rueda hecha con dichos aglomerados. Las ruedas acabadas se probaron en cuanto a seguridad de acuerdo con una prueba de velocidad de la práctica comercial para asegurarse de que las ruedas tuvieran suficiente resistencia mecánica para movimiento de rotación cuando se montaran en una máquina de esmerilado y suficiente resistencia mecánica para la operación de esmerilado. Todas las ruedas experimentales sobrevivieron a una prueba de velocidad de 6308 rpm y por lo tanto, tuvieron suficiente resistencia mecánica para operaciones de esmerilado de superficie. Las composiciones de las ruedas (incluyendo % en volumen de abrasivo, aglutinante y porosidad de las ruedas curadas) se describen en el cuadro 8-1.

CUADRO 8-1 Características de la rueda abrasiva Rueda módulo % en volumen de % en % en PermeaDensi¬ (muestras de elástico composición de la rueda peso de peso de bilidad al dad aglomerados GPa agloaglutiaired de la del ejemplo 2, AbraAglutiPoromerado nante rueda cuadro 7-1) sivo3 nante11 sidad g/cc Grado No. de muestra W5 (A4)D 3.290 30 24 46 87.4 12.6 7.9 1.492 W6 (A4)D 3.305 34 20 46 92.4 7.6 7.5 1.599 W7 (A4)A 1.458 30 18 52 92.2 7.8 10.8 1.415 W8 (A5)D 3.755 34 20 46 93.3 6.7 5.8 1.599 W9 (A4)G 4.615 30 30 40 83.1 16.9 4.4 1.569 No. de muestra módulo % en % en % en % en % en PermeaDensicomparativa elástico voluvoluvolum peso de peso de bilidad al dad (designación GPa men de men de en de abraaglutiaired De la comercial)c grano aglutiporosivo nante rueda nante sidad g/cc C2I 14.883 46.0 21.2 32.8 86.6 13.4 1.1 2.098 38A80 19 B18 No. de aglomerado C2L 18.001 .46.0 25.0 29.0 84.6 15.4 0.7 2.149 38A80-L9 B18 No. de aglomerado C2P 20.313 46.0 31.0 23.0 81.6 18.4 0.3 2.228 38A80 P9 B18 No. de aglomerado C2T 25.464 46.0 38.3 5.7 78.2 21.8 0.1 2.325 38A80-T9 B18 No. de aglomerado a. A 46% en volumen de grano abrasivo, las ruedas comparativas contenían un % en volumen mayor de grano abrasivo (es decir, 12-16% en volumen más) que las ruedas experimentales hechas ya sea con 30 ó 34%o en volumen de grano abrasivo. b. Los valores para % en volumen de aglutinante de las ruedas experimentales incluyen el % en volumen de material aglutinante de resina usado en los granos para hacer los aglomerados y el % en volumen de aglutinante usado para hacer las ruedas. Las ruedas W5, W6 y W8 se hicieron a un grado D en la escala de grados de Norton. La rueda W7 se hizo a un grado A y la rueda W9 se hizo a un grado G de dureza en la escala de grado de dureza de Norton Company para ruedas comerciales. c. Muestras de ruedas comparativas fueron formulaciones de producto comerciales obtenidas de Saint-Gobain Abrasives, Inc., Worcester, MA, y vendidas bajo las designaciones de rueda alfanuméricas designadas para cada una en el cuadro 8-1. Las ruedas contenían aglutinante de resina fenólica, CaF2 y esferas de mullita huecas, grano abrasivo de alúmina 38A y tenían un grado de dureza (escala de grado de dureza de Norton Company) ya sea de I, L, P o T, según se indica. d. El fluido (aire) se da en unidades de cc/seg/2.54 cm y se mide con una boquilla de 1.1 cm por el método describo en las patentes de E.U.A. Nos. 5,738,696 y 5,738,697. En la examinación visual en las vistas de sección transversal de las ruedas experimentales curadas, la resina fenólica mostrada para aglutinar los aglomerados entre sí en las ruedas pareció haberse llevado hacia las áreas huecas alrededor de la superficie de los aglomerados, llenando todas las áreas huecas. Esto no se observó en las ruedas crudas o en las ruedas hechas con una resina para rueda de alta velocidad. Estas observaciones sugieren que el aglutinante estaba siendo absorbido hacia áreas huecas de los aglomerados durante la operación de curación térmica. Esta migración de aglutinante durante el caso de curación se creé que ha disminuido efectivamente la porosidad intra-aglomerada y ha incrementado efectivamente la porosidad interaglomerado, en relación con una distribución teórica de porosidad dentro y entre aglomerado. El resultado neto fue la creación de una estructura mixta, que contenía una matriz de grano abrasivo/aglutinante dentro de una fase continua que comprendía porosidad y una naturaleza interconectada.

Estas ruedas experimentales se probaron en una operación de esmerilado de superficie y se encontró que eran adecuadas para uso comercial. Las ruedas experimentales se probaron contra las ruedas comparativas descritas en el cuadro 8-1 que se usaron comercialmente en operaciones de esmerilado de superficie. Las ruedas comparativas tuvieron las mismas dimensiones de tamaño, los mismos tipos de grano abrasivo y aglutinante y de otra manera fueron ruedas comparables para evaluar las ruedas experimentales en un estudio de esmerilado de superficie, pero se hicieron sin grano aglomerado. Las condiciones de prueba y resultados se dan a continuación en el cuadro 8-2.

Condiciones de prueba Las ruedas de la invención y las ruedas comparativas se probaron en un área de contacto alta, pruebas de esmerilado de superficie diseñada para simular las operaciones de esmerilado de disco comerciales. Se usaron las siguientes condiciones.

Condiciones de esmerilado: Máquina: Rail Grinder; potencia máxima: 45 HP Modo de esmerilado: Esmerilado de careado (prueba de simulación de disco) Velocidad de rueda: 4202 rpm; 27.9 m/seg Velocidad de trabajo: 3 rpm; 192 m/seg Velocidad de alimentación: 0.0686 mm/rev y 0.1016 mm/rev Tiempo de esmerilado: 5 minutos Encendido: 10 seg Enfriador: Trim Clear, relación de 2% con agua de pozo desionizada Material de pieza de trabajo: Acero 1070 de 1.22 m de diámetro externo X 1.18 m de diámetro interno X 1.91 cm de reborde, grueso de Brinnell HB 300-331 ; sin aditivo CUADRO 8-2 Resultados de prueba de esmerilado Muestra AlimentaWWR MRR Potencia Relación G Relación Energía (cuadro ción de (mm3/s) (mm3/s) (W) MRR/ G/fracción específi¬ 8-1 ) y entrada WWR de voluca de grado (mm/rev) men de esmeriabrasivo3 lado J/mm3 C2 I 0.0686 18.35 125.07 5368 6.81 14.81 42.92 0.1016 35.65 128.51 5100 3.60 7.84 39.69 C2 L 0.0686 13.83 155.37 7242 1 1.24 24.43 46.61 0.1016 28.93 173.32 7372 5.99 13.02 42.54 C2 P 0.0686 11.96 168.04 8646 14.05 30.53 51.45 0.1016 24.91 200.38 9406 8.04 17.49 46.94 0.0686 11.56 171.39 8700 14.83 32.23 50.76 0.1016 25.29 198.16 8906 7.84 17.03 44.94 C2 T 0.0686 8.56 190.95 10430 22.31 48.51 54.62 0.1016 21.03 226.52 11012 10.77 23.42 48.61 0.0686 8.33 192.48 10013 23.10 50.22 52.02 0.1016 20.56 230.27 10857 11.20 24.35 47.15 W5 D 0.0686 9.50 184.57 7962 19.42 64.74 43.14 0.1016 23.87 207.37 8109 8.69 28.96 39.10 0.0686 9.83 182.44 7731 18.56 61.85 42.38 0.1016 24.11 206.15 7970 8.55 28.50 38.66 W6 D 0.0686 13.57 157.10 6267 11.58 34.04 39.89 0.1016 30.08 165.42 6096 5.50 16.17 36.85 0.0686 13.98 154.66 6142 11.07 32.54 39.72 0.1016 27.93 179.91 6463 6.44 18.95 35.93 W7 A 0.0686 23.25 91.73 3278 3.95 13.15 35.73 0.1016 39.67 101.05 3330 2.55 8.49 32.95 0.0508 15.15 82.10 3083 5.42 18.07 37.56 0.0686 23.14 92.44 3321 3.99 13.31 35.93 0.1016 39.33 103.27 3434 2.63 8.75 33.26 0.0508 14.73 84.94 3179 5.77 19.22 37.43 W8 D 0.0686 13.48 158.01 6523 11.72 34.47 41.28 0.1016 28.04 179.60 6810 6.41 18.84 37.92 0.0686 12.94 161.36 6533 12.47 36.67 40.49 0.1016 26.04 192.77 7139 7.40 21.77 37.03 W9 G 0.0686 5.15 214.05 10317 41.57 138.6 48.20 0.1016 16.84 254.80 10761 15.13 50.42 42.23 0.0686 5.39 213.34 10274 39.58 131.9 48.16 0.1016 16.72 255.62 10677 15.28 50.95 41.77 a. La fracción de relación G/% de volumen de abrasivo es una medición del rendimiento de esmerilado del grano en la rueda. El cálculo normaliza el rendimiento de esmerilado para explicar las diferencias significativas de % en volumen de grano abrasivo entre las ruedas experimentales y comparativas. Se puede ver fácilmente que el grano abrasivo en las ruedas experimentales proporciona una eficiencia de esmerilado significativamente mejor sobre una base de fracción de volumen (es decir, se necesita menos grano para proveer el mismo nivel de eficiencia de esmerilado). Los resultados muestran que las ruedas de esmerilado hechas de conformidad con la invención tuvieron ya sea tiempos de vida de rueda (WWR) más largos a energías de esmerilado específicas equivalentes o energías de esmerilado específicas más bajas a una vida de rueda equivalente. Puesto que la energía de esmerilado específica más baja se correlaciona con el potencial de quemado más bajo, se prevé que la rueda de la invención presenten menos quemado de pieza de trabajo que las ruedas comparativas. Además, en relación con las ruedas comparativas, las ruedas experimentales proveyeron una eficiencia de esmerilado significativamente mejor sobre una base de fracción de volumen de grano abrasivo (es decir, se necesita menos grano para proveer el mismo nivel de eficiencia de esmerilado). Este resultado desafía el conocimiento convencional en la tecnología de abrasivos aglutinados de que una rueda de grado superior que tiene más grano resistirá el desgaste y proveerá una vida de rueda y eficiencia de esmerilado mejores que una rueda de grado más bajo (más suave). Por lo tanto, las ruedas de esmerilado experimentales que tienen suficiente resistencia mecánica para aceptación comercial, pero grados de dureza medibles comparativamente bajos y cantidades comparativamente altas de porosidad interconectada, que existen como una fase continua dentro de la matriz abrasiva de la rueda, se podrían fabricar y operar de conformidad con la invención.

EJEMPLO 9 Ruedas abrasivas La muestra de aglomerado A6 se usó para hacer ruedas de esmerilado de copa de tipo 6 (tamaño acabado: 12.7 X 5.08 X 1.59 - 3.81 cm de reborde. Las ruedas abrasivas experimentales se hicieron de conformidad con el método descrito en el ejemplo 7 anterior. Las ruedas acabadas se probaron en cuanto a seguridad de conformidad con la prueba de velocidad de la práctica comercial para asegurarse de que las ruedas tuvieran suficiente resistencia mecánica para movimiento de rotación cuando se montan en una máquina de esmerilado y suficiente resistencia mecánica para la operación de esmerilado. Todas las pruebas experimentales sobrevivieron la prueba de velocidad a 6308 rpm y por lo tanto, tuvieron resistencia mecánica suficiente para operaciones de esmerilado de superficie. Las composiciones de las ruedas (incluyendo % en volumen de abrasivo, aglutinante y porosidad de las ruedas curadas) se describen en el cuadro 9-1.

CUADRO 9-1 Características de la rueda abrasiva a. Los valores para el % en volumen de aglutinante de las ruedas experimentales incluyen el % en volumen de material aglutinante de resina usado sobre los granos para hacer los aglomerados y el % en volumen de aglutinante para hacer las ruedas. La observación visual de las ruedas experimentales curadas, igual que en el ejemplo 8, demostraron migración del aglutinante hacia áreas huecas en la superficie o dentro de los aglomerados. Nuevamente, el resultado neto fue la creación de una estructura mixta que contenía una matriz de grano abrasivo /aglutinante con una fase continua que comprendía porosidad de una naturaleza interconectada. Estas ruedas experimentales se probaron en la operación de esmerilado de superficie del ejemplo 8 y se encontró que eran adecuadas para uso comercial. Los resultados de esmerilado de rueda experimental se compararon con los resultados para las cuatro ruedas comparativas descritas en el cuadro 8-1. Las ruedas comparativas tuvieron las mismas dimensiones de tamaño, el mismo tipo de grano abrasivo y fueron de otra manera adecuadas para evaluar las ruedas experimentales en este estudio de esmerilado de superficie, pero se hicieron sin grano aglomerado. Los resultados de estas pruebas de esmerilado se muestran en el cuadro 9-2.

CUADRO 9-2 Resultados de prueba de esmerilado #3.924 a. La fracción de relación G/% de volumen de abrasivo es una medición del rendimiento de esmerilado del grano en la rueda. El cálculo normaliza el rendimiento de esmerilado para explicar las diferencias significativas de % en volumen de grano abrasivo entre las ruedas experimentales y comparativas (muestra C2L, en el cuadro 8-1 ). Se puede ver fácilmente que el grano abrasivo en las ruedas experimentales proporciona una eficiencia de esmerilado significativamente mejor sobre una base de fracción de volumen (es decir, se necesita menos grano para proveer el mismo nivel de eficiencia de esmerilado).

Las ruedas experimentales de grado de dureza relativamente bajo (A y D) desplegaron WWR mayor pero potencia menor que las ruedas comparativas que se operaron en la misma operación de esmerilado (v.gr., muestra C2L, una rueda de grado L, en el cuadro 8-1 ). Las ruedas comparables en el cuadro 8-1 (grado L a grado P) fueron de más de 8 grados más duras (en la escala de Norton Company) que las ruedas experimentales W10 y W11. Inesperadamente, el rendimiento de las ruedas experimentales (relación G, MRR y consumo de energía inferior) excedió el de las ruedas comparables en la mayoría de las operaciones de esmerilado de prueba. Además, en relación con las ruedas comparativas, las ruedas experimentales proveyeron una eficiencia de esmerilado significativamente mejor sobre una base de fracción de volumen de grano abrasivo (es decir, se necesita menos grano para proveer el mismo nivel de eficiencia de esmerilado). Este resultado desafía el conocimiento convencional en la tecnología de abrasivos aglutinados de que una rueda de grado superior que tiene más grano resistirá el desgaste y proveerá una vida de rueda y eficiencia de esmerilado mejores que una rueda de grado más bajo. Por lo tanto, las ruedas de esmerilado experimentales que tenían suficiente resistencia mecánica para aceptación comercial, pero grados de dureza medible comparativamente bajos y porosidad interconectada comparativamente alta se pudieron fabricar y operar de conformidad con la invención.

EJEMPLO 10 Ruedas abrasivas Las muestras de aglomerado A7 y A8 se usaron para hacer ruedas de esmerilado (tamaño de acabado 12.7 X 5.08 X1.59 - 3.81 cm de reborde. Para las ruedas W12 y W13, se usó una muestra de aglomerado tamizado a un intervalo de distribución de tamaño de malla -10/+20. Para la rueda W14, se usó una muestra de aglomerado tamizada a un intervalo de distribución de tamaño de malla de -14/+20. Las ruedas abrasivas experimentales se hicieron de conformidad con el método descrito en el ejemplo 7 anterior. Las ruedas acabadas se probaron en cuanto a seguridad de conformidad con una prueba de velocidad de la práctica comercial para asegurarse de que las ruedas tuvieran suficiente resistencia mecánica para movimiento rotacional para cuando se montaran en una máquina de esmerilado y suficiente resistencia mecánica para la operación de esmerilado. Todas las ruedas experimentales sobrevivieron a una prueba de velocidad de 6308 y por lo tanto tuvieron suficiente resistencia mecánica para operaciones de esmerilado de superficie. La composición de las ruedas (incluyendo el % en volumen de abrasivo, aglutinante y porosidad en las ruedas curadas) se describen en el cuadro 10-1 .

CUADRO 10-1 Características de la rueda abrasiva a. A 46% en volumen de grano abrasivo, las ruedas comparativas contenían un % en volumen mayor de grano abrasivo (es decir, 16% en volumen más) que las ruedas experimentales hechas ya sea con 30% en volumen de grano abrasivo. b. Los valores para % en volumen de aglutinante de las ruedas experimentales incluyen el % en volumen de material aglutinante de resina usado en los granos para hacer los aglomerados y el % en volumen de aglutinante usado para hacer las ruedas. c. Muestras de ruedas comparativas fueron formulaciones de producto comerciales obtenidas de Saint-Gobain Abrasives, Inc., Worcester, MA, y vendidas bajo las designaciones de rueda alfanuméricas designadas para cada una en el cuadro 10-1. Las ruedas contenían aglutinante de resina fenólica, CaF2 y esferas de mullita huecas, grano abrasivo de alúmina 38A y tenían un grado de dureza (escala de grado de dureza de Norton Company) ya sea de L, según se indica. d. El fluido (aire) se da en unidades de cc/seg/2.54 cm y se mide con una boquilla de 1.1 cm por el método describo en las patentes de E.U.A. Nos. 5,738,696 y 5,738,697. La observación visual de las ruedas experimentales curadas, como en los ejemplos 8 y 9, demostró la migración del aglutinante hacia las ruedas huecas en la superficie o en los aglomerados. El resultado neto fue la creación de una estructura mixta, que contenía una matriz de grano abrasivo/aglutinante dentro de una fase continua que consistía de porosidad de una naturaleza interconectada. Estas ruedas experimentales se probaron en una operación de esmerilado de superficie y se encontró que eran adecuadas para uso comercial. Las ruedas experimentales se probaron contra las ruedas comparativas descritas en el cuadro 10-1 que se usaron comercialmente en operaciones de esmerilado de superficie. La rueda comparativa tuvo las mismas dimensiones de tamaño, mismos tipos de grano abrasivo y aglutinante y fue de otra manera adecuada para evaluar las ruedas experimentales en un estudio de esmerilado de superficie, pero se hizo sin aglomerados. Las condiciones de la prueba de esmerilado y los resultados se dan a continuación y en el cuadro 10-2.

Condiciones de esmerilado: Máquina: Rail Grinder; potencia máxima: 45 HP Modo de esmerilado: Esmerilado de careado (prueba de simulación de disco) Velocidad de rueda: 4202 rpm; 5500 por minuto 27.9 m/seg Velocidad de trabajo: 6 rpm; 0.383 m/seg Velocidad de alimentación: 0.0254 mm/rev, 0.0356 mm/rev, 0.0508 mm/s y 0.0686 mm/rev Tiempo de esmerilado: 15 minutos a cada velocidad de alimentación; 45 HP Encendido: 10 seg Enfriador: Trirn Clear, relación de 2% con agua de pozo desionizada Material de pieza de trabajo: Acero AISI 1070 de 1.22 m de diámetro externo X 1.18 m de diámetro interno X 1.91 cm de reborde, grueso de Brinnell HB 300-331 Aditivo: ninguno CUADRO 10-2 Resultados de la prueba de esmerilado a. La fracción de relación G/% de volumen de abrasivo es una medición del rendimiento de esmerilado del grano en la rueda. El cálculo normaliza el rendimiento de esmerilado para explicar las diferencias significativas de % en volumen de grano abrasivo entre las ruedas experimentales y comparativas. Se puede ver fácilmente que el grano abrasivo en las ruedas experimentales proporciona una eficiencia de esmerilado significativamente mejor sobre una base de fracción de volumen (es decir, se necesita menos grano para proveer el mismo nivel de eficiencia de esmerilado). Para las ruedas experimentales, la potencia consumida fue ligeramente mayor, pero la WWR fue significativamente menor que las ruedas comparativas. Se cree que las ruedas experimentales habían sido operadas en la MRR Inferior usadas para las ruedas comparativas, las ruedas experimentales habrían obtenido menos potencia. Una vez más, en relación con las ruedas comparativas, las ruedas experimentales suministraron eficiencia de esmerilado significativamente mejor sobre una base de fracción de volumen de grano abrasivo (es decir, se necesita menos grano para suministrar el mismo nivel de eficiencia de esmerilado). Este resultado desafía el conocimiento convencional en tecnología de abrasivos aglutinados de que una rueda con grado más alto resistirá el desgaste y proveerá una vida de rueda y eficiencia de esmerilado mejores que una rueda de grado más bajo (más suave).

EJEMPLO 11 Aglomerados de grano abrasivo/aglutinante orgánico Varios materiales aglutinantes (como se describe en el cuadro 1 1-1 , siguiente) se usaron para hacer muestras de grano abrasivo aglomerado A9-A13 (cuadro 7-1 ). Igual que en el ejemplo 7 anterior, estos aglomerados se prepararon a partir de una mezcla de grano abrasivo, material aglutinante que contenía resina fenólica (resina 29-717 Durez Varcum®, gravedad específica 1.28 g/cc, obtenida de Durez Corporation, Dallas TX), junto con el llenador listado en el cuadro 11-1. El grano y los materiales aglutinantes se usaron en las cantidades descritas en el cuadro 1 1 -1 . Todas las muestras se prepararon con grano abrasivo de alúmina 38A, tratado con silano, fusionado, de tamaño de grano 80, obtenido de Saint- Gobain Ceramics & Plastics, Inc., Worcesteer, MA, E.U.A. El grano y el material aglutinante de resina se colocaron en el tazón de un mezclador EIrich de alto esfuerzo cortante (número de modelo RV-02 fabricado por EIrich Company, Gurnee, IL). El mezclado se inició a una velocidad de tazón fijada a 64 rpm y a una velocidad de paleta fijada a 720 rpm. Mientras se mezclaba, suficiente solvente (furfural) se roció como una niebla, a una velocidad controlada, sobre la mezcla de grano y el material aglutinante para hacer que los granos y el material aglutinante se ' aglomeraran juntos. La aspersión de solvente sobre la mezcla se continuó sólo hasta que los granos y el material aglutinante habían formado aglomerados (es decir, rociando a una velocidad de 15-20 g/min durante 7 minutos en un lote que incluía 2.25 kg de grano junto con la cantidad de material aglutinante indicada en el cuadro 11-1). La aspersión se llevó a cabo con un generador de enfriador de niebla para herramienta obtenido de Wesco Company, Chatsworth, CA. El procedimiento de aglomeración se llevó a cabo bajo condiciones atmosféricas a temperatura ambiente. Después de la aglomeración en el mezclador, las muestras de grano abrasivo aglomerado húmedo se tamizaron a través de un tamiz estándar de 3.5 U:S. y se secaron durante la noche bajo condiciones ambientales. Las muestras después se volvieron a tamizar a una distribución de granulo de -20/+45 y se extendieron en una sola capa sobre una charola de horneado revestida con fluoropolímero (aproximadamente 45 x 30 cm). Los aglomerados después se colocaron en un horno bajo condiciones atmosféricas, la temperatura se incrementó a una temperatura máxima de 160°C y los aglomerados se mantuvieron a una temperatura máxima durante 30 minutos para curar el material aglutinante de resina. Los aglomerados curados se hicieron pasar bajo una barra de acero de 3.81 cm operada manualmente para triturar parcialmente y separar aglomerados más grandes en aglomerados más pequeños y después tamizar a la distribución de tamaño deseada. El rendimiento de los aglomerados de flujo libre útiles, definidos como gránulos que tienen una distribución de tamaño de malla -20 a +45 (tamaño de tamiz estándar de E.U.A.), fue de >90% en peso del peso total de la mezcla de grano antes de la aglomeración. Los aglomerados se probaron para densidad de compactación suelta (LPD), densidad relativa y distribución de tamaño y se caracterizaron visualmente, antes y después de usarse para hacer herramientas de esmerilado abrasivas. Los resultados se muestran en el cuadro 7-1. Estos aglomerados tuvieron características de LPD, densidad relativa y distribución de tamaño adecuadas para usarse en la fabricación comercial de ruedas de esmerilado abrasivas. Los aglomerados curados, acabados, tenían formas tridimensionales que variaban entre formas triangular, esférica, cúbica, rectangular, cilindrica y otras formas geométricas.

Los aglomerados consistieron de una pluralidad de granos abrasivos individuales (v.gr., 2 a 40 granos) aglutinados entre sí por material aglutinante de resina en los puntos de contacto de grano a grano. Las estructuras de los aglomerados fueron suficientemente resistentes a la compactación para retener un carácter tridimensional después de ser sometidas a mezclado de rueda abrasiva y operación de moldeo (es decir, una porción insignificante (v.gr., <20% en peso) de los aglomerados se redujo a estructuras de grano abrasivo individuales durante el procesamiento de la rueda). Se observó que los aglomerados hechos con una combinación de materiales de resina y llenador fueron menos pegajosos y se separaban más fácilmente que los aglomerados hechos con resina y sin llenador. Además, cantidades ligeramente más pequeñas de solvente fueron necesarias cuando se añadió llenador a la resina. Por lo tanto, con modificaciones menores, los mismos métodos usados para hacer aglomerados con materiales aglutinantes de resina fenólica también se podrían usar para hacer aglomerados de grano abrasivo con materiales aglutinantes orgánicos cuando los materiales llenadores inorgánicos (deseados para incorporarse en la rueda de esmerilado) se habían añadido a los materiales aglutinantes orgánicos.

CUADRO 11-1 Material aglutinante usado en algomerados A9-A13 a. La resina fenólica fue resina 29-717 Durez Varcum® de Durez Corporation, Dallas TX. b. El llenador se obtuvo de Min-Chem Canadá, Inc., Oakville Ontario Canadá en un tamaño de partículas <45 mieras (malla -325) y se mezcló con el componente de resina en polvo antes de la adición de grano y material líquido.

Ruedas Abrasivas Muestras de aglomerado A9 a A13 se usaron para hacer ruedas de esmerilado (tamaño acabado: 12.7 X 5.08 X 1.59 - 3.81 cm de reborde. Las ruedas abrasivas experimentales se hicieron de conformidad con el método descrito en el ejemplo 7 anterior. Las ruedas acabadas se probaron en cuanto a seguridad de conformidad con la prueba de velocidad de la práctica comercial para asegurarse de que las ruedas tuvieran suficiente resistencia mecánica para movimiento de rotación cuando se montan en una máquina de esmerilado y suficiente resistencia mecánica para la operación de esmerilado. Todas las pruebas experimentales sobrevivieron la prueba de velocidad a 6308 rpm y por lo tanto, tuvieron resistencia mecánica suficiente para operaciones de esmerilado de superficie. La composición de las ruedas (incluyendo % en volumen de abrasivo, aglutinante y porosidad en las ruedas curadas) se describen en el cuadro 11-2.

CUADRO 11-2 Características de la rueda abrasiva C5T 24.545 46.0 38.3 15.7 78.2 21.8 2.325 38A80-T9 B18 No. de aglomerado C5De 9.183 48 6 46 96.1 3.9 1.973 No. de aglomerado C5J 15.796 48 18 34 89.2 10.8 2.126 No. de aglomerado a. A 46% en volumen de grano abrasivo, las ruedas comparativas contenían un % en volumen mayor de grano abrasivo (es decir, 16% en volumen más) que las ruedas experimentales hechas ya sea con 30% en volumen de grano abrasivo. b. Los valores para % en volumen de aglutinante de las ruedas experimentales incluyen el % en volumen de material aglutinante de resina usado en los granos para hacer los aglomerados y el % en volumen de aglutinante usado para hacer las ruedas. c. Muestras de ruedas comparativas C5L, C5P y C5T fueron formulaciones de producto comerciales obtenidas de Saint-Gobain Abrasives, Inc., Worcester, MA, y vendidas bajo las designaciones de rueda alfanuméricas designadas para cada una en el cuadro 11.2. Las ruedas contenían aglutinante de resina fenólica, CaF2 y esferas de mullita huecas, grano abrasivo de alúmina 38A y tenían un grado de dureza (escala de grado de dureza de Norton Company) ya sea de L, P o T según se indica. d. El fluido (aire) se da en unidades de cc/seg/2.54 cm y se mide con una boquilla de 1.1 cm por el método describo en las patentes de E.U.A. Nos. 5,738,696 y 5,738,697.

Estas ruedas experimentales se probaron en una operación de esmerilado de superficie y se encontró que eran adecuadas para uso comercial. Las ruedas experimentales se probaron contra las ruedas comparativas C5L, C5P y C5T descritas en el cuadro 11-2, que son productos comerciales vendidos para usarse en operaciones de esmerilado de superficie. Las ruedas comparativas tuvieron las mismas dimensiones de tamaño, los mismos tipos de grano abrasivo y aglutinante y fueron de otra manera adecuados para evaluar las ruedas experimentales en un estudio de esmerilado de superficie pero se hicieron sin aglomerados. También incluida en esta prueba de esmerilado estaba la rueda experimental W5 y la rueda comparativa CLP del cuadro 8-1. En una prueba posterior bajo condiciones de esmerilado idénticas, se probaron dos ruedas comparativas adicionales (C5D y C5J). Las ruedas comparativas C5D y C5J se hicieron de conformidad con el método descrito para las ruedas experimentales del ejemplo 7, excepto que las composiciones mostradas en el cuadro 11-2 se usaron en lugar de aquellas mencionadas en el ejemplo 7. Estas ruedas se hicieron en grados de ruedas más suaves (D y J) y se probaron para comparar el rendimiento de rueda experimental con una rueda convencional que tenía grado de coincidencia (es decir, el mismo o similar % en volumen de grano, aglutinante y porosidad). Se hicieron asignaciones de grado basadas en la composición del aglutinante seleccionado para la rueda, junto con los porcentajes en volumen de grano abrasivo, aglutinante y porosidad en la rueda acabada. Las condiciones y resultados de prueba de esmerilado se dan más adelante y en el cuadro 11-3.

Condiciones de esmerilado: Máquina: Rail Grinder; potencia máxima: 45 HP Modo de esmerilado: Esmerilado de cara (prueba de simulación de disco) Velocidad de rueda: 4202 rpm; 27.9 m/seg Velocidad de trabajo: 3 rpm; 192 m/seg Velocidad de alimentación: 0.0508 mm/rev y 0.0686 mm/rev y 0.1016 mm/rev Tiempo de esmerilado: 15 minutos en cada velocidad de alimentación Encendido: 10 seg Enfriador: Trim Clear, relación de 2% con agua de pozo desionizada Material de pieza de trabajo: Acero AISI 1070 de 1.22 m de diámetro externo X 1.18 m de diámetro interno X 1.91 cm de reborde, grueso de Brinnell HB 300-331 Aditivo: ninguno CUADRO 11-3 Resultados de la prueba de esmerilado Muestra AlimentaWWR MRR Potencia Relación Relación Energía de la ción de (mm3/s) (mm3/s) (W) G G/fracción específica rueda entrada de volumen de esmeri¬ (cuadro (mm/rev) de abrasivo3 lado J/mm3 1 1-1 ) grado C5 L 0.1016 34.56 135.01 4772 3.91 8.49 35.35 0.0686 19.48 116.97 4247 6.00 13.05 36.31 C5 P 0.1016 29.44 169.57 6373 5.76 12.52 37.59 0.0686 17.04 133.48 5033 7.83 17.02 37.71 0.1016 31.90 152.95 5716 4.79 10.42 37.37 0.0686 17.84 128.11 4888 7.18 15.61 38.15 0.0508 12.63 98.81 3796 7.83 17.01 38.41 C5 T 0.1016 25.56 195.72 7963 7.66 16.64 40.69 0.0686 15.18 146.05 5920 9.62 20.9 40.54 0.1016 23.20 2 1.72 8554 9.13 19.8 40.40 0.0686 11.92 168.04 7168 14.09 30.6 42.66 0.0508 11.16 108.76 4577 9.75 21.2 42.08 C2 P 0.1016 26.09 192.17 7664 7.36 16.01 39.88 0.0686 13.21 159.34 6678 12.06 26.2 41.91 0.0508 6.83 137.94 6004 20.19 43.9 43.53 W15 D 0.1016 21.89 220.73 7706 10.09 33.6 34.91 0.0686 10.78 175.74 6570 16.30 54.3 37.38 W16 D 0.1016 34.81 133.39 4088 3.83 12.77 30.65 0.0686 18.43 124.16 4014 6.74 22.5 32.33 0.1016 31.65 154.66 5072 4.89 16.3 32.80 0.0686 21.98 99.63 3319 4.53 15.11 33.31 W17 D 0.1016 27.88 180.1 1 5942 6.46 21.5 32.99 0.0686 15.05 146.86 5186 9.76 32.5 35.31 W18 D 0.1016 28.62 175.14 5550 6.12 20.4 31.69 0.0686 15.62 143.20 4801 9.17 30.6 33.53 W19 D 0.1016 32.16 151.22 4536 4.70 15.7 29.99 0.0686 20.43 110.47 3577 5.41 18.02 32.38 0.0508 1 1.14 108.85 3773 9.77 32.6 34.67 0.1016 30.83 160.25 5076 5.20 17.32 31.67 0.0686 16.17 139.36 4446 8.62 28.72 31.90 0.0508 8.42 127.20 4166 15.10 50.3 32.75 W5 D 0.1016 23.45 210.01 7314 8.95 29.8 34.83 0.0686 11.91 168.15 6163 14.12 47.1 36.65 0.0508 5.18 149.09 5684 28.78 95.9 38.13 C5DD 0.1016 48.80 59.19 1858 1.21 2.53 31.38 0.0686 36.78 54.51 1722 1.48 3.09 31.59 0.0508 35.23 59.70 1993 1.69 3.53 33.39 C5JD 0.1016 22.38 217.7 9033 9.73 20.3 41.49 0.0686 11.20 173.3 7376 5.47 32.2 42.55 0.0508 6.67 140.5 6024 21.07 43.9 42.89 0.1016 19.59 236.1 10260 12.05 25.1 43.47 0.0686 9.62 183.6 8294 19.07 39.7 45.19 0.0508 4.73 151.9 7018 32.13 66.9 46.19 a. La fracción de relación G/% de volumen de abrasivo es una medición del rendimiento de esmerilado del grano en la rueda. El cálculo normaliza el rendimiento de esmerilado para explicar las diferencias significativas de % en volumen de grano abrasivo entre las ruedas experimentales y comparativas. Se puede ver fácilmente que el grano abrasivo en las ruedas experimentales proporciona una eficiencia de esmerilado significativamente mejor sobre una base de fracción de volumen (es decir, se necesita menos grano para proveer el mismo nivel de eficiencia de esmerilado). b. Las ruedas C5D y C5J se probaron en una fecha posterior que las muestras restantes, pero bajo condiciones de prueba de esmerilado idénticas. Las ruedas experimentales mostraron una potencia ligeramente menor pero WWR comparable que las ruedas comparativas. Esto es una sorpresa dada la diferencia de grados (D versus L-T). Una vez más, en relación con las ruedas comparativas, las ruedas experimentales en general proveyeron eficiencia de esmerilado significativamente mejor sobre una base de fracción de volumen de grano abrasivo (es decir, se necesita menos grano para suministrar el mismo nivel de eficiencia de esmerilado). La muestra C5J se cooperó a velocidades de MRR mayores, por lo que los datos para esta rueda son consistentes con la tendencia general. Las muestras C2P y W5D, probadas en una prueba de esmerilado separada, muestran mejor rendimiento que las ruedas restantes, pero las diferencias entre las experimentales y comparativas son consistentes con la tendencia general. Estos resultados son contrarios al conocimiento convencional en la tecnología de abrasivos aglutinados de que una rueda de grado mayor que tiene más grano resistirá el desgaste y proveerá una vida de rueda y eficiencia de esmerilado mejores que una rueda de grado más suave. Por lo tanto, las ruedas de esmerilado experimentales que tienen resistencia mecánica suficiente para aceptación comercial, pero grados de dureza medibles comparativamente bajos, podrían ser fabricadas por la invención y dar rendimiento de esmerilado efectivo para propósitos comerciales.

EJEMPLO 12 Aglomerados de grano abrasivo/aglutinante vitrificado Un material aglutinante vitrificado (material aglutinante A del cuadro 1-2) se usó para hacer una muestra de grano abrasivo aglomerado AV1. Los aglomerados se prepararon a partir de una mezcla de grano abrasivo y material aglutinante vitrificado por el método de calcinación giratoria descrito en el ejemplo 1 , excepto que se usó 2.6% en peso de material aglutinante A para hacer aglomerados AV1 y el grano fue un grano abrasivo 38A de alúmina fusionada, tamaño de grano 80, obtenido de Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc., Worcester, MA, E.U.A. Los aglomerados concrecionados se humedecieron con una solución acuosa al 2% en peso de gama-amino propil trietoxi silano (Witco Corporation, Friendly, West Virginia) (9.2 ml/lb sobre aglomerados de grano de tamaño de grano 80) para revestir los aglomerados con silano, después se secaron a 120°C y se tamizaron para remover cualesquiera grumos generados durante el tratamiento con silano. El rendimiento de aglomerados de flujo libre útiles, definidos como gránulos que tenían una distribución de tamaño de malla -20/+45 (tamaño del tamiz estándar de E.U.A.) fue de 86% en peso del peso total de la mezcla de grano antes de la aglomeración. Los aglomerados de grano vitrificado se probaron para densidad de compactación suelta (LPD = 1.04), densidad relativa (0.268) y distribución de tamaño (malla -20/+45) y se caracterizaron visualmente antes y después de ser usados para hacer herramientas de esmerilado abrasivas. Estos aglomerados tuvieron características de LPD, densidad relativa y distribución y tamaño adecuadas para usarse en la fabricación comercial de ruedas aglutinantes abrasivas. Los aglomerados curados acabados tenían formas tridimensionales que variaban entre formas triangular, esférica, cúbica, rectangular, cilindricas y otras formas geométricas. Los aglomerados consistieron de una pluralidad de granos abrasivos individuales (v.gr., 2 a 40 granos) unidos entre sí por material aglutinante vitrificado en puntos de contacto de grano a grano, junto con áreas huecas visibles. Las estructuras de los aglomerados fueron suficientemente resistentes a la compactación para retener un carácter tridimensional después de ser sometidas a mezclado de rueda abrasiva y operaciones de moldeo (es decir, una porción insignificante (v.gr., <20% en peso) de los aglomerados se redujo a granos abrasivos individuales durante el procesamiento de la rueda).

Aglomerados de grano abrasivo/aglutinante orgánico El grano abrasivo (grano 38A, tamaño de grano 80, obtenido de Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc., Worcester, MA) y el material aglutinante de resina (material aglutinante E, del cuadro 11-1 ) se colocaron en un tazón de un mezclador Eirich de alto esfuerzo cortante (modelo número R07 fabricado por Eirich Company, Gurnee, IL). El mezclado se inició a una velocidad de tazón fijada a 460 rpm (dirección de las manecillas del reloj) y una velocidad de paleta fijada a 890 rpm (dirección contraria a las manecillas del reloj). Mientras se mezclaba, suficiente solvente (furfural) se roció como una niebla, a una velocidad controlada, sobre la mezcla de grano y el material aglutinante para hacer que los granos y el material aglutinante se algomeraran entre sí. La aspersión de solvente sobre la mezcla se continuó solo hasta que los granos y el material aglutinante habían formado aglomerados (es decir, aspersión a una velocidad de 380-390 cc/min) durante un total de 2.5 minutos en un lote incluyendo 49.5 kg de grano junto con la cantidad de material aglutinante indicado en el cuadro 12-1 ). La aspersión se llevó a cabo en un aparato de Spraying Systems (modelo AutoJet 38660 obtenido de Spraying Systems, Wheaton IL). El procedimiento de aglomeración se llevó a cabo bajo condiciones atmosféricas a temperatura ambiente. El aglomerado A14 se hizo pasar dos veces a través de un transportador vibratorio de 1.83 m (Eriez Magnetics, número de modelo HS/115, Erie PA) para evaporar el solvente. El aglomerado después se mezcló con un grano abrasivo suelto (grano 80, 38A) a 1 parte de algomerado y 2 partes de abrasivo suelto y después se colocó en un horno (modelo número VRD-1-90-1 E de Despatch Industries, Minneapolis MN), bajo condiciones atmosféricas. La temperatura se incrementó a una temperatura máxima de 160°C, y los aglomerados se mantuvieron a temperatura máxima durante 30 minutos para curar el material aglutinante de resina. Después de la curación, el abrasivo suelto se desprendió de los aglomerados por el procedimiento de dimensionamiento final.

CUADRO 12-1 Características de gránuío aglomerado a. El % en volumen de material aglutinante es un porcentaje del material sólido dentro del gránulo (es decir, material aglutinante y grano) después de curación, y no incluye el % en volumen de porosidad. El % en volumen de material aglutinante de los aglomerados curados se calculó suponiendo que no había porosidad y no había pérdidas de mezcla.

Ruedas Abrasivas Las muestras de aglomerado AV1 y A14 se usaron para hacer ruedas de esmerilado (tamaño de acabado 12.7 X 5.08 X 1.59 -3.81 cm de reborde. Las ruedas abrasivas experimentales se hicieron de conformidad con el método descrito en el ejemplo 7. Las ruedas acabadas se probaron en cuanto a seguridad de acuerdo con la prueba de velocidad y la práctica comercial ara asegurarse de que las ruedas tuvieran suficiente resistencia mecánica para movimiento de rotación cuando se montaran en una máquina de esmerilado y suficiente resistencia mecánica para la operación de esmerilado. Todas las ruedas experimentales sobrevivieron una prueba de velocidad de 6308 y por lo tanto tuvieron suficiente resistencia mecánica para operaciones de esmerilado de superficie. La composición de las ruedas (incluyendo el tipo y relación de aglomerados, % en volumen de abrasivo, aglutinante y porosidad en las ruedas curadas) se describen en el cuadro 12-2.

CUADRO 12-2 Características de la rueda abrasiva Rueda, grado de Mezclas de % en volumen de % en % en Permeaaglomerado aglomerado composición de la rueda peso de peso de bilidad al (Ejemplo 6, Aglutinante AbraAglutiPoroagloaglutiaired cuadro 12-1 ) v¡í./aglu- sivo3 nante11 sidad merado nante Tamaño tinante de resina W20 D 0/100 30 24 46 88.9 11.1 6.3 resina W21 D 25/75 30 24 46 86.9 13.1 5.8 W22 D 50/50 30 24 46 84.9 15.1 5.7 W23 D 75/25 30 24 46 82.8 17.2 5.2 W24 D 100/0 30 24 46 80.8 19.2 4.6 vitrificado W25 G 0/100 30 30 40 84.7 15.3 3.8 resina W26 G 25/75 30 30 40 83.6 16.4 3.7 W27 G 50/50 30 30 40 80.8 19.2 3.6 W28 G 75/25 30 30 40 78.9 21.1 3.3 W29 G 100/0 30 30 40 76.8 23.2 2.8 vitrificado No. de muestra % en % en % en % en % en Permeacomparativa voluvoluvolum peso de peso de bilidad af (designación men de men de en de abraaglutiaired comercial)0 grano aglutiporosivo nante nante sidad C6I Ninguno 46.0 21.2 32.8 86.6 13.4 1.1 38A80-I9 B18 C6L 46.0 25.0 29.0 84.6 15.4 0.7 38A80-L9 B18 C6P 46.0 31.0 23.0 81.6 18.4 0.3 38A80-P9 B18 C6T 46.0 38.3 15.7 78.2 21.8 0.1 38A80-T9 B18 a. A 46% en volumen de grano abrasivo, las ruedas comparativas contenían un % en volumen mayor de grano abrasivo (es decir, 16% en volumen más) que las ruedas experimentales hechas ya sea con 30% en volumen de grano abrasivo. b. Los valores para % en volumen de aglutinante de las ruedas experimentales incluyen el % en volumen de material aglutinante de resina usado en ios granos para hacer los aglomerados y el % en volumen de aglutinante usado para hacer las ruedas. c. Muestras de ruedas comparativas fueron formulaciones de producto comerciales obtenidas de Saint-Gobain Abrasives, Inc., Worcester, MA, y vendidas bajo las designaciones de rueda alfanuméricas designadas para cada una en el cuadro 12-2. Las ruedas contenían aglutinante de resina fenólica, CaF2 y esferas de mullita huecas, grano abrasivo de alúmina 38A y tenían un grado de dureza (escala de grado de dureza de Norton Company) ya sea de I, L, P o T, según se indica. d. La permeabilidad al fluido (aire) se da en unidades de cc/seg/2.54 cm y se mide con una boquilla de 1.1 cm por el método describo en las patentes de E.U.A. Nos. 5,738,696 y 5,738,697. La observación visual de las ruedas experimentales curadas, como en el ejemplo 7, demostraron la migración del aglutinante hacia las áreas huecas intra-aglomerado. Se tomaron fotomicrografías (amplificación de 46X) de las superficies de esmerilado de rueda comparativa C6L y rueda experimental W20D (cuadro 12-2). Estas imágenes aparecen como las figuras 4 y 5. Se puede ver a partir de la figura 4 (rueda comparativa) y la figura 5 (rueda experimental) que la porosidad (áreas más oscuras) en el material mixto abrasivo de la invención existe como una fase continua de canales interconectados. El grano abrasivo y aglutinante aparecen como una red reticulada en la cual el grano abrasivo es anclado en los materiales aglutinantes orgánicos. Por el contrario, la rueda comparativa tiene estructura sustancialmente uniforme en donde la porosidad es difícilmente visible y aparece como una fase discontinua. Estas ruedas experimentales se probaron en una operación de esmerilado de superficie y se encontró que eran adecuadas para uso comercial. Las ruedas experimentales se probaron contra las ruedas comparativas, descritas en el cuadro 12-2, que se usan comercialmente en operaciones de esmerilado de superficie. Un intervalo de grado de dureza de Norton Grade I a T se seleccionó para las ruedas comparativas para confirmar un cambio de grado observado en las ruedas experimentales (es decir, el grado de dureza más bajo en las ruedas experimentales podría tener un rendimiento tan bueno como elevado de dureza mayor de las ruedas convencionales). Las ruedas comparativas tuvieron las mismas dimensiones de tamaño, mismo tipo de grano abrasivo y fueron de otra manera adecuadas para evaluar las ruedas experimentales en un estudio de esmerilado de superficie, pero se hicieron sin aglomerados. Las condiciones y resultados de prueba de esmerilado se dan más adelante en el cuadro 12-3.

Condiciones de Esmerilado Máquina: Rail Grinder; potencia máxima: 45 HP Modo de esmerilado: Esmerilado de careado (prueba de simulación de disco) Velocidad de rueda: 4202 rpm; 27.9 m/seg Velocidad de trabajo: 3 rpm; 192 m/seg Velocidad de alimentación: 0.0686 mm/rev y 0.1016 mm/rev Tiempo de esmerilado: 15 minutos en cada velocidad de alimentación Encendido: 10 seg Enfriador: Trim Clear, relación de 2% con agua de pozo desionizada Material de pieza de trabajo: AISI Acero 1070 de 1.22 m de diámetro externo X 1.18 m de diámetro interno X 1.91 cm de reborde, grueso de Brinnell HB 300-331 Aditivo: ninguno CUADRO 12-3 Resultados de la prueba de esmerilado a. La fracción de relación G/% de volumen de abrasivo es una medición del rendimiento de esmerilado del grano en la rueda. El cálculo normaliza el rendimiento de esmerilado para explicar las diferencias significativas de % en volumen de grano abrasivo entre las ruedas experimentales y comparativas. Se puede ver fácilmente que el grano abrasivo en las ruedas experimentales proporciona una eficiencia de esmerilado significativamente mejor sobre una base de fracción de volumen (es decir, se necesita menos grano para proveer el mismo nivel de eficiencia de esmerilado). Los resultados de prueba demuestran que las pruebas experimentales que tienen un grado D o G en la escala de grados de dureza de Norton se desempeñan de una manera equivalente a las ruedas comparativas que tienen un grado de dureza de grado P a T. El rendimiento de las ruedas experimentales fue particularmente sorprendente ya que estas ruedas contenían sólo 30% en volumen de grano abrasivo, mientras qué las ruedas comparativas contenían 46% en volumen de grano abrasivo. Por lo tanto, las ruedas de la invención aumentan al máximo el rendimiento de esmerilado de los granos individuales, incrementando el rendimiento de grano por una cantidad significativa.

Claims (16)

NOVEDAD DE LA INVENCION REIVINDICACIONES

1.- Una herramienta abrasiva aglutinada, que comprende un material mixto tridimensional de (a) una primera fase que comprende 24-48% de granos abrasivos aglutinados con 30% en volumen de material aglutinante orgánico y menos de 10% en volumen de porosidad; y (b) una segunda fase que consiste de 38-54% en volumen de porosidad; en donde la segunda fase es una fase continua dentro del material mixto, y la herramienta abrasiva aglutinada tiene una velocidad de estallido mínima de 20.32 m/s.

2. - La herramienta abrasiva aglutinada de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque la primera fase del material mixto comprende 26-40% en volumen de granos abrasivos aglutinados con 10-22% en volumen de material aglutinante orgánico y menos de 10% de porosidad, y la segunda fase consiste de 38-50% en volumen de porosidad.

3. - La herramienta abrasiva aglutinada de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque la primera fase del material mixto comprende 24-42% en volumen de granos abrasivos aglutinados con 18-38% en volumen de material aglutinante orgánico, y la segunda fase consiste de 38-54% en volumen de porosidad.

4. - La herramienta abrasiva aglutinada de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque 10 a 100% en volumen de los granos abrasivos en la primera fase del material mixto están en forma de una pluralidad de granos aglomerados junto con un material aglutinante orgánico.

5. - La herramienta abrasiva aglutinada de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque 10 a 100% en volumen de los granos abrasivos en la primera fase del material mixto están en forma de una pluralidad de granos aglomerados junto con un material aglutinante inorgánico.

6. - La herramienta abrasiva aglutinada de conformidad con la reivindicación 5, caracterizada además porque el material mixto comprende un mínimo de 1% en volumen de material aglutinante inorgánico.

7. - La herramienta abrasiva aglutinada de conformidad con la reivindicación 5, caracterizada además porque el material mixto comprende de 2 a 12% en volumen de material aglutinante inorgánico.

8. - La herramienta abrasiva aglutinada de conformidad con la reivindicación 5, caracterizada además porque la herramienta abrasiva aglutinada tiene un valor de módulo elástico máximo de 10 GPa y una velocidad de estallido mínima de 30.48 m/s.

9. - La herramienta abrasiva aglutinada de conformidad con la reivindicación 5, caracterizada además porque la herramienta abrasiva aglutinante tiene un grado de dureza entre A y H en la escala de grados de Norton Company, y el grado de dureza de la herramienta abrasiva aglutinante es por lo menos un grado más suave que el de una herramienta convencional de otra manera idéntica hecha con granos abrasivos que no han sido aglomerados junto con un material aglutinante inorgánico.

10. - La herramienta abrasiva aglutinada de conformidad con la reivindicación 5, caracterizada además porque el material aglutinante inorgánico se selecciona del grupo que consiste de materiales aglutinantes vitrificados, materiales aglutinantes de cerámica, materiales aglutinantes de vidrio-cerámica, materiales de sal inorgánica y materiales aglutinantes metálicos, y combinaciones de los mismos.

11. - La herramienta abrasiva aglutinada de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque 10 a 100% en volumen de los granos abrasivos en la primera fase del material mixto están en forma de una mezcla de una pluralidad de granos aglomerados junto con un material aglutinante inorgánico y una pluralidad de granos aglomerados con un material aglutinante orgánico.

12. - La herramienta abrasiva aglutinada de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque la primera fase del material mixto es una red reticulada de grano abrasivo anclado dentro del material aglutinante orgánico.

13. - La herramienta abrasiva aglutinada de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque el material aglutinante orgánico se selecciona del grupo que consiste de materiales de resina fenólica, materiales de resina epóxica, materiales de resina de poliamida, materiales de resina de fenol-formaldehído, materiales de resina de urea-formaldehído, materiales de resina de melamina-formaldehído, materiales de resina acrílica y combinaciones de los mismos.

14. - La herramienta abrasiva aglutinada de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque por lo menos 50% en volumen de los granos abrasivos en la primera fase del material mixto están en forma de una pluralidad de granos aglomerados junto con un material aglutinante orgánico.

15. - Una herramienta abrasiva aglutinada, que comprende un material mixto tridimensional de (a) 22-46% en volumen de granos abrasivos con 4-20% en volumen de material aglutinante orgánico; y (b) 40-68% en peso de porosidad interconectada; en donde una mayoría de los granos abrasivos están presentes como agrupadores de espacio irregular dentro del material mixto tridimensional; la herramienta abrasiva aglutinada tiene un valor de módulo elástico que es por lo menos 10% menor que el valor de módulo elástico de una herramienta convencional de otra manera elástica que tiene granos abrasivos regularmente separados dentro de un material mixto tridimensional; y la herramienta abrasiva aglutinada tiene una velocidad de estallido mínima de 20.32 m/s.

16. - La herramienta abrasiva aglutinada de conformidad con la reivindicación 15, caracterizada además porque el material mixto tridimensional comprende 22-40% en volumen de granos abrasivos aglutinados con 8-14% en volumen de material aglutinante inorgánico, y 40-64% en volumen de porosidad interconectada. 7. - La herramienta abrasiva aglutinada de conformidad con la reivindicación 15, caracterizada además porque el material mixto tridimensional comprende 34-42% en volumen de granos abrasivos aglutinados con 6-12% en volumen de material aglutinante inorgánico, y 46-58% en volumen de porosidad interconectada. 18.- La herramienta abrasiva aglutinada de conformidad con la reivindicación 15, caracterizada además porque la porosidad interconectada se ha formado sin añadir materiales inductores de porosidad durante la fabricación y el material mixto es sustancialmente libre de partículas de relación de aspecto alta de granos abrasivos y llenadotes. 19.- La herramienta abrasiva aglutinada de conformidad con la reivindicación 15, caracterizada además porque 10 a 100% en volumen de los granos abrasivos en el material mixto están en forma de una pluralidad de granos aglomerados junto con un material aglutinante inorgánico. 20. - La herramienta abrasiva aglutinada de conformidad con la reivindicación 15, caracterizada además porque por lo menos 50% en volumen de los granos abrasivos en el material mixto están en forma de una pluralidad de granos aglomerados junto con un material aglutinante inorgánico. 21. - La herramienta abrasiva aglutinada de conformidad con la reivindicación 15, caracterizada además porque el material aglutinante inorgánico se selecciona del grupo que consiste de materiales aglutinantes vitrificados, materiales aglutinantes de cerámica, materiales aglutinantes de vidrio-cerámica, materiales de sal inorgánica y materiales aglutinantes metálicos, y combinaciones de los mismos. 22. - La herramienta abrasiva aglutinada de conformidad con la reivindicación 15, caracterizada además porque la herramienta abrasiva aglutinada tiene un grado de dureza entre A y en la escala de grados de Norton Company, y el grado de dureza de la herramienta abrasiva aglutinante es por lo menos un grado más suave que el de una herramienta convencional de otra manera idéntica que tiene granos abrasivos regularmente separados dentro de un material mixto tridimensional. 23. - La herramienta abrasiva aglutinada de conformidad con la reivindicación 15, caracterizada además porque la herramienta abrasiva aglutinada tiene un valor de módulo elástico que es por lo menos 25% menor que el valor de módulo elástico de una herramienta convencional de otra manera idéntica que tiene granos abrasivos regularmente separados dentro de un material mixto tridimensional; y la herramienta abrasiva aglutinada tiene una velocidad de estallido mínima de 30.48 m/s. 24. - La herramienta abrasiva aglutinada de conformidad con la reivindicación 15, caracterizada además porque la herramienta abrasiva aglutinada tiene un valor de módulo elástico que es por lo menos 40% menor que el valor de módulo elástico de una herramienta convencional de otra manera idéntica que tiene granos abrasivos regularmente separados dentro de un material mixto tridimensional; y la herramienta abrasiva aglutinada tiene una velocidad de estallido mínima de 30.48 m/s. 25. - La herramienta abrasiva aglutinada de conformidad con la reivindicación 15, caracterizada además porque la herramienta abrasiva aglutinada es una rueda de esmerilado de diámetro interno y la rueda contiene 40 a 52% en volumen de grano abrasivo y tiene un valor de módulo elástico de 25 a 50 GPa. 26.- La herramienta abrasiva aglutinada de conformidad con la reivindicación 15, caracterizada además porque la herramienta abrasiva aglutinada es una rueda de esmerilado de cuarto de herramientas y la rueda contiene 39 a 52% en volumen de grano abrasivo y tiene un valor de módulo elástico de 15 a 36 GPa. 27.- La herramienta abrasiva aglutinada de conformidad con la reivindicación 15, caracterizada además porque la herramienta abrasiva aglutinada es una rueda de esmerilado de alimentación lenta y la rueda contiene 30 a 40% en volumen de grano abrasivo y tiene un valor de módulo elástico de 8 a 25 GPa. 28.- Un método para esmerilado de disco, que comprende los pasos de: (a) proveer una rueda abrasiva aglutinada, que comprende un material mixto tridimensional de (i) una primera fase que comprende 24-48% en volumen de granos abrasivos aglutinados con 10-38% en volumen de material aglutinante orgánico y menos de 10% en volumen de porosidad; y (¡i) una segunda fase que comprende 38-54% en volumen de porosidad; en donde la segunda fase es una fase continua dentro del material mixto, y la herramienta abrasiva aglutinada tiene una velocidad de estallido mínima de 20.32 m/s; (b) montar la rueda abrasiva aglutinada sobre una máquina de esmerilado de superficie; (c) hacer girar la rueda; y (d) llevar una superficie de esmerilado de la rueda a contacto con una pieza de trabajo durante un período suficiente para esmerilar la pieza de trabajo; por lo que la rueda remueve material de la pieza de trabajo a una velocidad de remoción de material efectiva, la superficie de esmerilado de la rueda permanece sustancialmente libre de residuos de esmerilado y, después de que se ha completado el esmerilado, la pieza de trabajo es sustancialmente libre de daño térmico. 29. - El método para esmerilado de disco de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado además porque la rueda abrasiva aglutinada tiene una velocidad de estallido mínima de 30.48 m/s. 30. - El método para esmerilado de disco de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado además porque la rueda abrasiva aglutinada es girada a una velocidad de 20.32 a 33.02 m/s. 31.- El método para esmerilado de disco de conformidad con la reivindicación 28, caracterizado además porque la rueda abrasiva aglutinada es un disco plano, que tiene una cara circular y un perímetro radial y la superficie de esmerilado de la rueda es la cara circular el disco. 32.- Un método para esmerilado de alimentación lenta, que comprende los pasos de: (a) proveer una rueda abrasiva aglutinada que comprende un material mixto tridimensional de (i) 22-46% en volumen de granos abrasivos aglutinados con 4-20% en volumen de material aglutinante inorgánico; y (ii) 40-68% en volumen de porosidad interconectada; en donde una mayoría de los granos abrasivos están presentes como agrupadores de espacio irregular dentro del material mixto tridimensional; la herramienta abrasiva aglutinada tiene un valor de módulo elástico que es por lo menos 10% menor que el valor de módulo elástico de una herramienta convencional de otra manera elástica que tiene granos abrasivos regularmente separados dentro de un material mixto tridimensional; y la herramienta abrasiva aglutinada tiene una velocidad de estallido mínima de 20.32 m/s; (b) montar la rueda abrasiva aglutinada sobre una máquina de esmerilado de alimentación lenta; (c) hacer girar la rueda; y (d) llevar una superficie de esmerilado de la rueda a contacto con una pieza de trabajo durante un período suficiente para esmerilar la pieza de trabajo; por lo que la rueda remueve material de la pieza de trabajo a una velocidad de remoción de material efectiva y, después del esmerilado, la pieza de trabajo es sustancialmente libre de daño térmico. 33. - El método para esmerilado de alimentación lenta de conformidad con la reivindicación 32, caracterizado además porque la rueda abrasiva aglutinada tiene una velocidad de estallido mínima de 30.48 m/s. 34. - El método para esmerilado de alimentación lenta de conformidad con la reivindicación 32, caracterizado además porque la rueda abrasiva aglutinada es girada a una velocidad de 27.94 a 43.18 m/s. 35.- El método para esmerilado de alimentación lenta de conformidad con la reivindicación 32, caracterizado además porque la rueda abrasiva aglutinada tiene dos caras circulares y un perímetro radial y la superficie de esmerilado de la rueda es el perímetro radial.