Una herramienta abrasiva consolidada que comprende una mezcla de granos abrasivos,

un ligante y porosidad,caracterizada porque:

la mezcla de granos abrasivos comprende:

i) aglomerados 5 que incluyen granos abrasivos filamentosos de sol-gel de alúmina que tienen una ratio de dimensioneslongitud-a-anchura de sección transversal de al menos 2:1, y granos abrasivos no filamentosos; en dondela cantidad de grano abrasivo filamentoso en el aglomerado está dentro de un intervalo de 15-95% en peso conrespecto al peso total del aglomerado; y

ii) gránulos de grano abrasivo aglomerado que incluyen una pluralidad de granos abrasivos mantenidos en unaforma tridimensional por un primer material aglutinante, en donde los granos abrasivos en los gránulos de granoabrasivo aglomerados tienen una ratio de dimensiones longitud-a-anchura de sección transversal de aproximadamente1;

en donde la porosidad es 35 a 80 por ciento en volumen.

Herramientas abrasivas que tienen estructura permeable.

En muchas operaciones de rectificación, la porosidad de la herramienta de rectificación, particularmente porosidad de naturaleza permeable o interconectada, mejora la eficiencia de la operación de rectificación y la calidad de la pieza de trabajo que se rectifica. Particularmente, se ha encontrado que el porcentaje en volumen de porosidad interconectada o permeabilidad a los fluidos es un determinante importante de la eficiencia de rectificación de las herramientas abrasivas. La porosidad interconectada permite la eliminación de los desechos de rectificación (fangos de rectificación) y el paso de fluido de refrigeración en el interior de la muela durante la rectificación. Asimismo, la porosidad interconectada proporciona acceso a los fluidos de rectificación tales como lubricantes entre los granos abrasivos móviles y la superficie de la pieza de trabajo. Estas características son particularmente importantes en el corte profundo y los procesos de precisión modernos (v.g., rectificación con avance gradual ("creepfeed") ) para rectificación de alta eficiencia en la que una gran cantidad de material se elimina en un paso de rectificación profundo sin sacrificio la exactitud de la dimensión de la pieza de trabajo.

Ejemplos de tales herramientas abrasivas que tienen una estructura muy abierta y permeable incluyen herramientas abrasivas que utilizan granos abrasivos alargados o semejantes a fibras. Las Patentes U.S. Núms. 5.738.696 y

5.738.697 describen métodos para fabricar abrasivos consolidados que utilizan granos abrasivos alargados o semejantes a fibras que tienen una ratio de dimensiones de al menos aproximadamente 5:1. Un ejemplo de tales herramientas abrasivas que emplean granos abrasivos filamentosos está disponible actualmente en el comercio bajo la marca comercial ALTOS™ de Saint-Gobain Abrasives de Worcester, MA.

Las herramientas abrasivas ALTOS™ emplean granos cerámicos sinterizados de sol-gel de alúmina (Saint-Gobain Abrasives de Worcester, MA) una ratio media de dimensiones de aproximadamente 7, 5:1, tales como Norton® TG2

o TGX Abrasives (en lo sucesivo "TG2") , como un grano abrasivo filamentoso. Las herramientas abrasivas ALTOS™ son herramientas de rectificación sumamente porosas y permeables que han demostrado exhibir tasas elevadas de eliminación de metal, retención mejorada de la forma y larga vida de la muela, junto con un riesgo muy reducido de deterioro metalúrgico (véase, por ejemplo Norton Company Technical Service Bulletin, junio 2002, "Altos High Performance Ceramic Aluminum Oxide Grinding Muelas") . Las herramientas abrasivas ALTOS™ utilizan granos abrasivos que incluyen únicamente el grano abrasivo filamentoso, v.g., grano TG2, para alcanzar un grado de apertura estructural máxima de acuerdo con las teorías de empaquetamiento fibra-fibra (véase, por ejemplo, las Patentes

U.S. Núms. 5.738.696 y 5.738.697) . Se cree generalmente que la mezcladura de granos TG2 con una cantidad significativa de otros granos no filamentosos, tales como los granos de tipo esférico, podría poner en riesgo la apertura estructural o poner en riesgo el acabado superficial de una pieza de trabajo metálica. Sin embargo, los granos TG2, aunque muy duraderos, no son suficientemente friables para ciertas aplicaciones y el grano TG2 es más costoso de fabricar que la mayoría de los granos compactos o de forma esférica.

Por esta razón, hay necesidad desarrollar una herramienta abrasiva más friable y más eficaz en costes que tenga características de eficiencia similares a la eficiencia de las herramientas abrasivas que emplean granos abrasivos filamentosos, tales como las herramientas abrasivas ALTOS™.

WO 03/086703 se refiere a herramientas abrasivas consolidadas que tienen estructuras porosas e incluyen aglomerados de grano abrasivo que tienen cualquier tamaño o forma, aglomerados que pueden incluir menos de 10% en volumen de granos abrasivos alargados sinterizados de sol-gel de alúmina.

US 2003/0194947 se refiere a herramientas abrasivas consolidadas que tienen estructuras porosas e incluyen aglomerados de grano abrasivo sin mencionar formas específicas de los granos abrasivos, tales como una forma alargada.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

Se ha descubierto ahora que las herramientas abrasivas consolidadas construidas a partir de una mezcla de un aglomerado que incluye granos abrasivos filamentosos de sol-gel de alúmina y granos abrasivos no filamentosos, y gránulos de grano abrasivo aglomerados pueden tener una eficiencia mejorada con relación a las construidas con 100% de grano abrasivo filamentoso de sol-gel de alúmina o gránulos de grano abrasivo aglomerados. Por ejemplo, los Solicitantes han encontrado que las herramientas abrasivas consolidadas que incorporan un aglomerado de TG2, y gránulos de grano abrasivo aglomerado de alúmina tienen una estructura sumamente porosa y permeable, y exhiben eficiencia excelente en diversas aplicaciones de rectificación sin poner en riesgo la calidad del acabado superficial. Basándose en este descubrimiento, se describen en esta memoria una herramienta abrasiva que comprende una mezcla de un aglomerado que incluye grano abrasivo filamentoso de sol-gel de alúmina y granos abrasivos no filamentosos, y gránulos de grano abrasivo aglomerados, y un método de producción de una herramienta abrasiva de este tipo.

La materia que constituye el objeto de la presente invención es una herramienta abrasiva consolidada como se define en la reivindicación 1 y un método de fabricación de una herramienta abrasiva consolidada como se define en la reivindicación 15. Las reivindicaciones subordinadas se refieren a realizaciones preferidas de los mismos.

La herramienta abrasiva consolidada comprende una mezcla de granos abrasivos, un componente ligante y 35 a 80% en volumen de porosidad. La mezcla de granos abrasivos incluye aglomerados que incluyen granos abrasivos filamentosos de sol-gel de alúmina y granos abrasivos no filamentosos, y gránulos de grano abrasivo aglomerados. El grano abrasivo filamentoso de sol-gel de alúmina tiene una ratio de dimensiones de longitud a anchura de sección transversal de al menos 2:1, y los granos abrasivos en los gránulos de grano abrasivo aglomerado tienen una ratio de dimensiones de longitud a anchura de sección transversal de aproximadamente 1. La cantidad de grano abrasivo filamentoso en el aglomerado está comprendida dentro de un intervalo de 15-95% en peso con respecto al peso total del aglomerado. Los gránulos de grano abrasivo aglomerado incluyen una pluralidad de granos abrasivos mantenidos en una forma tridimensional por un material aglutinante.

En el método, se forma una mezcla de granos abrasivos, en donde la mezcla incluye aglomerados que incluyen grano abrasivo filamentoso de sol-gel de alúmina y granos abrasivos no filamentosos, y gránulos de grano abrasivo aglomerados, como se ha descrito arriba. La mezcla de granos abrasivos se combina luego con un componente ligante. La mezcla combinada de granos abrasivos y componente ligante se moldea en un material compuesto conformado que incluye 35 a 80% en volumen de porosidad. El material compuesto conformado de la mezcla de granos abrasivos y componente ligante se calienta para formar la herramienta abrasiva consolidada.

La invención puede conseguir la eficiencia deseada sin poner en compromiso la calidad de acabado superficial o la apertura estructural del producto resultante. Las herramientas abrasivas que emplean aglomerados que incluyen grano abrasivo filamentoso de sol-gel de alúmina y granos abrasivos no filamentosos, y gránulos de grano abrasivo aglomerados, pueden formar un retículo fibra-fibra y formar al mismo tiempo un retículo no fibroso, tal como un retículo de pseudo-esfera-esfera, en la misma estructura. Las herramientas abrasivas de la invención, tales como una muela abrasiva, tienen una estructura porosa que es sumamente permeable al flujo de fluidos, y tienen una eficiencia de rectificación excelente con tasas elevadas de eliminación de metal. La eficiencia de las herramientas abrasivas de la invención puede adaptarse a aplicaciones de rectificación por ajuste de los contenidos de la mezcla de granos para maximizar la friabilidad o la tenacidad o equilibrar ambas propiedades. Una permeabilidad alta de las herramientas abrasivas de la invención es particularmente ventajosa en combinación con tasas elevadas de eliminación de metal, minimización de la generación de calor... [Seguir leyendo]

1. Una herramienta abrasiva consolidada que comprende una mezcla de granos abrasivos, un ligante y porosidad, caracterizada porque: la mezcla de granos abrasivos comprende: i) aglomerados que incluyen granos abrasivos filamentosos de sol-gel de alúmina que tienen una ratio de dimensiones longitud-a-anchura de sección transversal de al menos 2:1, y granos abrasivos no filamentosos; en donde la cantidad de grano abrasivo filamentoso en el aglomerado está dentro de un intervalo de 15-95% en peso con respecto al peso total del aglomerado; y ii) gránulos de grano abrasivo aglomerado que incluyen una pluralidad de granos abrasivos mantenidos en una forma tridimensional por un primer material aglutinante, en donde los granos abrasivos en los gránulos de grano abrasivo aglomerados tienen una ratio de dimensiones longitud-a-anchura de sección transversal de aproximadamente 1; en donde la porosidad es 35 a 80 por ciento en volumen.

2. La herramienta abrasiva consolidada de la reivindicación 1, en donde la herramienta abrasiva consolidada tiene una estructura permeable al flujo de fluido.

3. La herramienta abrasiva consolidada de la reivindicación 2, en donde la mezcla incluye aproximadamente 5-90 por ciento del grano abrasivo filamentoso de sol-gel de alúmina en peso con respecto al peso total de la mezcla.

4. La herramienta abrasiva consolidada de la reivindicación 3, en donde el grano abrasivo filamentoso de sol-gel de alúmina tiene una ratio de dimensiones de al menos 4:1 y comprende predominantemente cristales de alfa-alúmina que tiene un tamaño menor que aproximadamente 2 micrómetros.

5. La herramienta abrasiva consolidada de la reivindicación 3, que comprend.

4. 68 por ciento en volumen de porosidad total.

6. La herramienta abrasiva consolidada de la reivindicación 5, en donde al menos 30 por ciento en volumen de la porosidad total es porosidad interconectada.

7. La herramienta abrasiva consolidada de la reivindicación 1, en donde los gránulos de grano abrasivo aglomerados comprenden al menos un tipo de grano abrasivo seleccionado del grupo constituido por alúmina fundida, sol-gel de alúmina no filamentosa sinterizada, bauxita sinterizada, alúmina-circonia cofundida, alúmina-circonia sinterizada, carburo de silicio, nitruro de boro cúbico, diamante, sílex, granate, subóxido de boro, oxinitruro de aluminio, y combinaciones de los mismos.

8. La herramienta abrasiva consolidada de la reivindicación 1, en donde el componente ligante y el material aglutinante comprenden cada uno independientemente un material inorgánico seleccionado del grupo constituido por materiales cerámicos, materiales vitrificados, composiciones ligantes vitrificadas y combinaciones de los mismos.

9. La herramienta abrasiva consolidada de la reivindicación 8, en donde el material aglutinante es una composición ligante vitrificada que comprende una composición de óxidos calcinados de SiO2, B2O3, Al2O3, óxidos alcalinotérreos y óxidos alcalinos.

10. La herramienta abrasiva consolidada de la reivindicación 1, en donde los gránulos de grano abrasivo aglomerados tienen una dimensión de tamaño dentro de un intervalo comprendido entre aproximadamente 2 y 20 veces mayor que el tamaño medio de malla de los granos abrasivos.

11. La herramienta abrasiva consolidada de la reivindicación 10, en donde los gránulos de grano abrasivo aglomerados tienen un diámetro comprendido en un intervalo que va desde 200 a 3000 micrómetros.

12. La herramienta abrasiva consolidada de la reivindicación 1, en donde los aglomerados que incluyen grano abrasivo filamentoso de sol-gel de alúmina incluyen un segundo material aglutinante.

13. La herramienta abrasiva consolidada de la reivindicación 12, en donde el grano abrasivo no filamentoso y el grano abrasivo filamentoso de sol-gel de alúmina se mantienen en una forma tridimensional por el segundo material aglutinante.

14. La herramienta abrasiva consolidada de la reivindicación 12 ó 13, en donde el primer material aglutinante, el segundo material aglutinante y/o el componente ligante incluyen el mismo tipo de composición ligante.

15. Un método de fabricación de una herramienta abrasiva consolidada, que comprende: a) formar una mezcla de abrasivos; b) combinar la mezcla de abrasivos y un componente ligante; c) moldear la mezcla combinada de abrasivos y componente ligante en un material compuesto conformado que comprende porosidad; y

d) calentar el material compuesto conformado para formar la herramienta abrasiva consolidada; caracterizado porque la mezcla de abrasivos comprende: i) aglomerados que incluyen granos abrasivos filamentosos de sol-gel de alúmina que tienen una ratio de dimensiones longitud-a-anchura de sección transversal de al menos 2:1, y granos abrasivos no filamentosos; en don

de la cantidad de grano abrasivo filamentoso en el aglomerado está comprendida dentro de un intervalo de 15-95% en peso con respecto al peso total del aglomerado;

y ii) gránulos de grano abrasivo aglomerados que incluyen una pluralidad de granos abrasivos mantenidos en una forma tridimensional por un primer material aglutinante, en donde los granos abrasivos en los gránulos de grano

abrasivo aglomerados tienen una ratio de dimensiones de longitud-a-anchura de sección transversal, de aproximadamente 1; y en donde la porosidad es 35 a 80% en volumen.

16. El método de la reivindicación 15, en donde la herramienta abrasiva consolidada comprend.

4. 68% en volumen de porosidad total.

1.

17. El método de la reivindicación 16, en donde al menos 30 por ciento en volumen de la porosidad total es porosidad interconectada.

18. El método de la reivindicación 15, en donde los gránulos de grano abrasivo aglomerados son gránulos aglomerados sinterizados.