Aglomerados de granos abrasivos, procedimiento para su producción así como su uso para la producción de agentes abrasivos.

Aglomerados de granos abrasivos, constituidos por un gran número de granos abrasivos,

seleccionándose los granos abrasivos del grupo de corindón, corindón fundido, corindón sinterizado, corindón de circonio, carburo de silicio, carburo de boro, nitruro cúbico de boro, diamante y/o mezclas de los mismos, y unidos entre sí con un aglutinante inorgánico,

caracterizados porque la base para el aglutinante comprende

- un aluminosilicato,

- vidrio soluble y

- agua, estando compuesto el aglutinante por de aproximadamente el 20 a aproximadamente el 80% en peso de vidrio soluble, de aproximadamente el 20 a aproximadamente el 80% en peso de agua y de aproximadamente el 1 a aproximadamente el 25% en peso de aluminosilicato, en cada caso con respecto al peso total del aglutinante, ascendiendo la razón de cantidades molares de Al2O3 con respecto a SiO2 en el aglutinante a desde aproximadamente 1:2 hasta aproximadamente 1:20, pudiendo endurecerse el aglutinante a una temperatura de ≤ 450ºC.

Aglomerados de granos abrasivos, procedimiento para su producción asi como su uso para la producción de agentes abrasivos.

La presente invención se refiere a aglomerados de granos abrasivos a base de granos abrasivos del grupo de los granos abrasivos convencionales, tales como por ejemplo corindón, corindón fundido, corindón sinterizado, corindón de circonio, carburo de silicio y carburo de boro así como del grupo de los superabrasivos, tales como por ejemplo nitruro cúbico de boro y diamante, y/o mezclas de los mismos, estando unidos granos abrasivos de partículas finas con ayuda de un aglutinante Inorgánico para dar aglomerados de granos abrasivos resistentes.

La presente Invención se refiere también a un procedimiento para la producción de aglomerados de granos abrasivos de este tipo así como a su uso en agentes abrasivos.

Los aglomerados de granos abrasivos se conocen desde hace tiempo en muchas variaciones y se utilizan habitualmente en agentes abrasivos aglutinados, tales como por ejemplo discos abrasivos, o agentes abrasivos sobre un soporte, tales como por ejemplo bandas abrasivas. Los aglomerados de granos abrasivos están constituidos por regla general por granos abrasivos individuales, las partículas primarias, que se agrupan por medio de un aglutinante para dar un aglomerado de granos abrasivos. Para ello se utilizan como agentes aglutinantes o bien aglutinantes orgánicos o inorgánicos, empleándose como aglutinantes orgánicos a menudo resinas fenólicas, mientras que como aglutinantes inorgánicos se utilizan materiales de unión vitreos o cerámicos.

La gran ventaja de los aglomerados de granos abrasivos consiste en que pueden utilizarse granos abrasivos de partículas finas como partículas primarias, a partir de los cuales se forma entonces un grano de aglomerado, que en comparación con un grano individual de un tamaño comparable muestra un mecanismo de desgaste completamente diferente durante el proceso de abrasión.

Mientras que un grano individual de tamaño comparable por regla general se embota o se destruye según las circunstancias de presión durante el proceso de abrasión, en los aglomerados de granos abrasivos pueden seleccionarse las condiciones de abrasión de manera dirigida de tal manera que granos individuales (desgastados) se rompan del conjunto, de modo que siempre se formen nuevos cantos de corte y por tanto el grano de aglomerado tiene por un lado una vida útil alta y muestra por otro lado un rectificado en frío y una superficie rectificada homogénea. Otra ventaja de los aglomerados de granos abrasivos consiste en que de esta manera pueden utilizarse los granos abrasivos más finos para procesos de abrasión y herramientas abrasivas, para los que de lo contrario no son adecuados debido a su reducido tamaño de grano.

En el documento DE 103 92 532 B4 se describen aglomerados de granos abrasivos, que comprenden un gran número de granos abrasivos, que se mantienen unidos con un material aglutinante, presentando el material aglutinante una temperatura de fusión de entre 500°C y 1400°C. En el documento DE 103 92 532 B4 se describe también un procedimiento para la producción de aglomerados de granos abrasivos de este tipo, mezclándose los granos abrasivos con un agente aglutinante y sometiéndose a continuación en un horno tubular rotatorio en un intervalo de temperatura de entre 145°C y 1300°C a un tratamiento térmico. Los aglomerados de granos abrasivos así obtenidos tienen una porosidad total de entre el 35% en volumen y el 80% en volumen, estando unidos entre sí al menos el 30% en volumen de los poros. En este procedimiento de producción se generan aglomerados de forma alargada, que muestran una relación de dimensiones de longitud con respecto a la sección transversal, de al menos 5:1. Como agentes aglutinantes se utilizan materiales de unión vitreos, materiales cerámicos, agentes aglutinantes inorgánicos y combinaciones de los mismos. Los aglomerados de granos abrasivos así obtenidos se utilizarán sobre todo en agentes abrasivos aglutinados para controlar el porcentaje y las propiedades de la porosidad en el agente abrasivo y mantener la porosidad en forma de una porosidad permeable, unida entre sí.

En el documento DE 10 2005 007 661 A1 se describen cuerpos abrasivos, que están formados por granos abrasivos unidos entre sí por unión de material por medio de un aglutinante y presentan al menos aproximadamente un contorno externo esférico, debiendo presentar los cuerpos abrasivos una porosidad de al menos el 35% en volumen. Estos aglomerados de granos abrasivos están formados por granos abrasivos individuales, cuyo tamaño de partícula se encuentra en el intervalo de entre 0,05 pm y 10 pm, que entonces se juntan para formar aglomerados con un diámetro externo en el intervalo de entre 10 pm y 150 pm. En las herramientas abrasivas se utilizan estos aglomerados como granulaciones casi constantes, con una clasificación estrecha. Como aglutinantes se usan preferiblemente aglutinantes orgánicos, tales como por ejemplo resinas fenólicas, poliuretano, resinas epoxídicas, resinas de urea y polivinilbutiral. Los granos abrasivos de aglomerado están concebidos en particular para su utilización en agentes abrasivos sobre un soporte, en los que se utilizan para un mecanizado abrasivo muy fino de superficies de piezas de trabajo.

La producción de aglomerados de granos abrasivos es en principio relativamente poco complicada y se basa en la mayoría de los casos únicamente en reunir granos abrasivos individuales con un agente aglutinante, formar un

aglomerado de granos abrasivos y tratarlos a continuación térmicamente. A este respecto, según el tipo del agente aglutinante usado deben respetarse condiciones de temperatura muy diferentes.

Mientras que en los aglutinantes inorgánicos se utilizan por regla general temperaturas que se encuentran claramente por encima de los 500°C, los aglomerados con aglutinantes orgánicos se endurecen en la mayoría de los casos a temperaturas relativamente reducidas de entre 200°C y 300°C.

Los sistemas de aglutinante inorgánico conocidos tienen la ventaja de que con ellos pueden generarse uniones muy resistentes, lo que sin embargo requiere siempre temperaturas relativamente altas, por lo que no pueden utilizarse sistemas de agente aglutinante inorgánico para granos abrasivos sensibles a la temperatura, tales como por ejemplo corindón de circonio eutéctico, nitruro cúbico de boro o diamante.

Por el contrario, los agentes aglutinantes orgánicos tienen a su vez la desventaja de que la propia unión es menos resistente. Además, en el caso de utilizar aglutinantes orgánicos existe el problema de que las mezclas de aglutinante y granos abrasivos más finos tienden a pegarse a los bordes del aparato. Esto conduce, en particular en caso de un cambio de producto, a un elevado esfuerzo de limpieza, dado que en la producción de granos abrasivos de aglomerado debe garantizarse por regla general que el aglomerado de granos abrasivos esté constituido por granos abrasivos con una distribución de tamaños de grano estrecha. La contaminación con granos más gruesos conduciría, por ejemplo en operaciones de abrasión en las que tiene prioridad el mecanizado de gran precisión de superficies de piezas de trabajo, tal como por ejemplo el mecanizado de capas de pintura decorativas, a problemas considerables, dado que por contaminaciones de este tipo con granos gruesos se producen arañazos, que sólo pueden eliminarse de nuevo posteriormente, si acaso, con un esfuerzo muy considerable. En el caso de los agentes aglutinantes orgánicos debe mencionarse además del ensuciamiento de los aparatos además también la problemática medioambiental, dado que el uso de aglutinantes o disolventes orgánicos está asociado en la mayoría de los casos con una molestia por olor y riesgos para la salud.

Por tanto, sigue existiendo el problema de encontrar un sistema de aglutinante para aglomerados de granos abrasivos, que no presente las desventajas del estado de la técnica.

Este objetivo se soluciona mediante aglomerados de granos abrasivos con las características de la reivindicación 1. Formas de realización preferidas de los aglomerados de granos abrasivos según la invención son objetos de las reivindicaciones dependientes correspondientes.

También es un objetivo de la invención poner a disposición un procedimiento para la producción de aglomerados de granos abrasivos. Este objetivo se soluciona mediante un procedimiento con las características de la reivindicación 15.

Ya en 1976 en la publicación J. Davidovits: "Solid phase synthesis of a mineral blockpolymer by low temperature polycondensation of aluminosilicate polymers". Simposio Internacional sobre Macromoléculas de la I.U.P.A.C., Estocolmo;... [Seguir leyendo]

1. Aglomerados de granos abrasivos, constituidos por un gran número de granos abrasivos, seleccionándose los granos abrasivos del grupo de corindón, corindón fundido, corindón sinterizado, corindón de circonio, carburo de silicio, carburo de boro, nitruro cúbico de boro, diamante y/o mezclas de los mismos, y unidos entre sí con un aglutinante inorgánico, caracterizados porque la base para el aglutinante comprende -un aluminosilicato, -vidrio soluble y -agua, estando compuesto el aglutinante por de aproximadamente el 20 a aproximadamente el 80% en peso de vidrio soluble, de aproximadamente el 20 a aproximadamente el 80% en peso de agua y de aproximadamente el 1 a aproximadamente el 25% en peso de aluminosilicato, en cada caso con respecto al peso total del aglutinante, ascendiendo la razón de cantidades molares de Al2O3 con respecto a SiO2 en el aglutinante a desde aproximadamente 1:2 hasta aproximadamente 1:20, pudiendo endurecerse el aglutinante a una temperatura de â 450º C.

2. Aglomerados de granos abrasivos según la reivindicación 1, caracterizados porque el aglutinante comprende además al menos un fluoruro alcalino complejo, seleccionado del grupo de Na3AlF6, K2NaAlF6, Na2SiF6, K2SiF6, NaBF4 y KBF4, ascendiendo el porcentaje en peso del fluoruro alcalino a de aproximadamente el 1% en peso a aproximadamente el 15% en peso, con respecto al peso total del aglutinante.

3. Aglomerados de granos abrasivos según la reivindicación 1, caracterizados porque el aglutinante comprende además un fosfato con un porcentaje en peso de desde aproximadamente el 20% en peso

hasta aproximadamente el 60% en peso, con respecto al peso total del aglutinante.

4. Aglomerados de granos abrasivos según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizados porque el porcentaje del aglutinante asciende a de aproximadamente el 1 a aproximadamente el 15% en peso, con respecto

a los granos abrasivos unidos entre sí.

5. Aglomerados de granos abrasivos según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizados porque el aglutinante puede endurecerse a una temperatura de entre 200º C y 400º C.

6. Aglomerados de granos abrasivos según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizados porque el aluminosilicato se selecciona del grupo de metacaolines, cenizas volantes, escorias de siderurgia, arenas finas y

arcillas activas.

7. Aglomerados de granos abrasivos según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizados porque el aluminosilicato es una red tridimensional generada mediante la policondensación de Al2O3 y SiO2 reactivo de

tetraedros de SiO4 y AlO4.

8. Aglomerados de granos abrasivos según una de las reivindicaciones 3 a 7, caracterizados porque la red tridimensional presenta además tetraedros de PO4.

9. Aglomerados de granos abrasivos según una de las reivindicaciones 1 a 8,

caracterizados porque el aglutinante comprende además cargas y/o agentes auxiliares de abrasión, seleccionados del grupo de los sulfuros, fosfatos, carbonatos y/o halogenuros y/o compuestos complejos que contienen sulfuro, fosfato, carbonato y/o halogenuro del grupo de los elementos Na, Li, K, Mg, Ca, Al, Mn, Cu, Sn, Fe, Ti, Sb y/o Zn.

10. Aglomerados de granos abrasivos según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizados porque el aglutinante presenta un porcentaje de aproximadamente el 2% en peso a aproximadamente el 15% en peso de grano fino seleccionado del grupo de corindón, corindón fundido, corindón sinterizado, corindón de circonio, carburo de silicio, carburo de boro, nitruro cúbico de boro, diamante y/o mezclas de los mismos como carga, presentando el grano fino un tamaño de grano medio de entre aproximadamente 0, 5 μm y aproximadamente 30 μm.

11. Aglomerados de granos abrasivos según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizados porque los granos abrasivos primarios presentan una distribución de granos bimodal, encontrándose la diferencia porcentual entre los tamaños de grano medios de ambos máximos de distribución de granos entre aproximadamente el 30% y aproximadamente el 70%.

12. Aglomerados de granos abrasivos según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizados porque el tamaño de grano medio de las partículas primarias asciende a entre 30 μm y 200 μm y el diámetro medio de los

aglomerados de granos abrasivos a entre 0, 05 mm y 3 mm.

13. Aglomerados de granos abrasivos según una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizados porque la porosidad de los aglomerados de granos abrasivos asciende a de aproximadamente el 10% en volumen a

aproximadamente el 50% en volumen.

14. Aglomerados de granos abrasivos según una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizados porque los aglomerados de granos abrasivos presentan una resistencia a la fractura por compresión (CFF) según VollstÃdt

de al menos 10 N, preferiblemente al menos 40 N.

15. Procedimiento para la producción de aglomerados de granos abrasivos, constituidos por un gran número de granos abrasivos unidos entre sí por medio de un aglutinante inorgánico, seleccionándose los granos abrasivos del grupo de corindón, corindón fundido, corindón sinterizado, corindón de circonio, carburo de silicio, carburo de boro, nitruro cúbico de boro, diamante y/o mezclas de los mismos, que comprende las etapas de -mezclar los granos abrasivos con un aglutinante;

- secar los cuerpos verdes de aglomerado de granos abrasivos así obtenidos a una temperatura de entre 100º C y 150º C; y -endurecer los aglomerados de granos abrasivos secados a una temperatura de desde aproximadamente 200º C hasta aproximadamente 450º C,

caracterizado porque como aglutinante se utiliza -un aluminosilicato, -vidrio soluble y -agua, ascendiendo la razón de cantidades molares de Al2O3 con respecto a SiO2 en el aglutinante a desde aproximadamente 1:2 hasta aproximadamente 1:20, estando compuesto el aglutinante por de aproximadamente el 20 a aproximadamente el 80% en peso de vidrio soluble, aproximadamente del 20 al 80% en peso de agua y de aproximadamente el 1 a aproximadamente el 25% en peso de aluminosilicato, en cada caso con respecto al peso total del aglutinante.

16. Procedimiento según la reivindicación 15, caracterizado porque el aglutinante comprende además un fluoruro alcalino complejo y/o un fosfato.

17. Uso de aglomerados de granos abrasivos según una de las reivindicaciones 1 a 14 para la producción de agentes abrasivos sobre un soporte y agentes abrasivos aglutinados.