Brevet FR2008603A1 — publié le 19700123

S'. 1 2008603 La présente invention concerne un procédé et une composition utilisables pour une opération de polissage ou_de rectification à la suite de laquelle de la matière se trouve enlevée à partir d'une pièce par abrasion de la surface de cette 5 pièce par un outil abrasif tel qu'une meule de rectification,dans laquelle l'abrasif est du nitrure de bore cubique, tout en appliquant simultanément au moins un de certains lubrifiants secs à la surface travaillante de la meule de rectification. XI convient ici de se référer au brevet E.U.A. n°2.947.617 10 délivré le 2 août 1960 à Robert H. Wentorf, Jr., et cédé à la demanderesse. Ce brevet décrit et revendique un nitrure de bore à structure cristalline cubique qui est analogue à celle de la blende (minerai de zinc) ; ce composé a une dureté qui approche " celle du diamant. De tels grains de nitrure de bore à structure 15 cristalline cubique constituent un abrasif fréquemment dénommé "borazon"• En raison de son extrême dureté, le borazon est une excellente matière en grains abrasifs pour meules de rectification et autres outils abrasifs similaires. Les grains peuvent être 20 liés et agglomérés de façon à constituer des meules de rectification et outils analogues soit au moyen d'un liant métallique, soit au moyen d'un liant constitué par une résine organique, soit encore au moyen d'un liant vitreux. XI est connu que, dans tout système abrasif, le frdttement 25 représente une source majeure de consommation d'énergie. Plusieurs effets peuvent résulter de ce phénomène. Le frottement est symptomatique d'un contact glissant qui, dans le cas de la rectification, intervient à l'interface séparant le cristal abrasif de la pièce à rectifier. Ce contact intime, conjointement avec 30 la chaleur engendrée par le frottement, peut provoquer une usure de l'abrasif ou de 1*adhésif et peut avoir pour résultat une réaction chimique défavorable entre l'abrasif et la pièce à rectifier. En outre, la chaleur de frottement peut provoquer une défaillance prématurée de la liaison, une défaillance de l'abra-35 sif par contraintes thermiques, et peut endommager la pièce d'une manière intolérable. Par conséquent, il est bien connu d'appliquer un lubrifiant à l'interface séparant la meule de la pièce au cours d'opérations de rectification. On utilise généralement des lubrifiants liquides tels que des huiles émulsifiables qui 40 servent en outre de milieu de refroidissement ; toutefois, il 69 15754 2 2008603 ! est connu aussi que l'on peut utiliser des lubrifiants solides tels, par "exemple, que le graphite. Ainsi, le brevet Eotï.A. n° 3.321.287 décrit 1'utilisation d'un lubrifiant â base de graphite avec des meules de rectification de divers types et 5 signale la possibilité de prolonger d'environ 25% la durée de service des meules. On a découvert que, dans le cas d'un outil de rectification au borazon, si on amène certains lubrifiants solides secs jusqu'à la surface travaillante de l'article abrasif au cours 10 de l'opération de rectification, il en résulte un accroissement de l'efficacité de rectification d'un ordre de grandeur bien supérieur à celui auquel on était en droit de s'attendre. Par exemple, lors de la rectification de métaux ferreux avec des meules de rectification au borazon, on a observé des accroisse-15 ments de l'efficacité de rectification dé plus de 1000% grâce à l'utilisation d'un lubrifiant solide sec selon la présente invention. Les lubrifiants solides secs qui donnent d'aussi excellents résultats avec le borazon sont le nitrure de bore à structure cristalline hexagonale ou une substance ayant la 20 structure cristalline lamellaire de l'iodure de cadmium. Des exemples de ce dernier typé de substance sont le disulfure de molybdène, le disulfure de tungstène, et l'iodure de plomb. On doit reconnaître que l'on se trouve tout au moins présentement dans l'incapacité d'expliquer avec précision pourquoi un 25 tel lubrifiant donne des résultats aussi exceptionnels avec du borazon servant d'abrasif de rectification. On peut toutefois penser à une explication possible : le fait est que le borazon, dans une atmosphère oxydante et à chaud, se recouvre d'une mince couche superficielle d'oxyde. Le lubrifiant solide sec ou bien 30 minimise tout effet défavorable résultant de ce phénomène, ou bien coopère avec lui de façon à provoquer la grande amélioration d'efficacité. De plus, la rectification utilise des vitesses relativement grandes de déplacement relatif entre le grain abrasif et la surface de la pièce à rectifier et, en outre, est 35 une opération détachant de multiples copeaux plutôt qu'un seul copeau. Par conséquent, le frottement et .d'autres interactions entre le grain abrasif et la pièce à rectifier peuvent provoquer une usure inhabituellement forte de la meule de rectification dans le cas du borazon en raison de sa réactivité relativement 40 grande. On estime donc qu'un important aspect de la présente 69 15754 2008603 invention réside dans le positionnement du lubrifiant entre le grain abrasif et le copeau. Il convient cependant de noter que le graphite n'est pas compris dans la portée de la présente invention, bien que le graphite soit peut-être le lubrifiant à 5 sec le mieux connu et le plus largement utilisé et puisse apparaître, de par sa nature, comme étant capable de minimiser une oxydation du nitrure de bore allant jusqu'à la formation de l'oxyde. Le fait est pourtant que le graphite ne donne pas de résultats comparables à ceux des lubrifiants solides sus-spéci-10 fiés. Les lubrifiants solides qui sont compris dans la portée de la présente invention sont, en plus du nitrure de bore hexagonal, ceux des lubrifiants solides qui possèdent la structure cristalline lamellaire de l'iodure de cadmium. Cette structure cristalline est décrite d'une manière plus détaillée dans l'ou-15 vrage de A. P. Wells publié sous le titre "Structural Inorganic Chemistry" (chimie minérale structurale) par la Clarendon Press, 2eme édition, 1950, pages 278, 280 et 397. Le lubrifiant solide sec peut être amené jusqu'à la surface travaillante de la meule de rectification ou autre outil a-20 brasif au cours de l'opération de rectification en ayant recours à l'un quelconque de différents modes opératoires. Par exemple, le lubrifiant solide peut être incorporé à la composition même constituant l'outil de rectification. Il semblerait que ceci constitue le meilleur mode de mise en oeuvre de l'invention, en 25 particulier du point de vue de la commodité ; on a toutefois découvert qu'en fait on aboutit à de meilleurs résultats en appliquant le lubrifiant solide contre la surface travaillante de l'outil abrasif avec un solide pouvant s'user facilement et qui est donc relativement mou ; cette substance relativement 30 molle peut être constituée par le lubrifiant solide lui-même, ou peut le contenir. Un avantage de ce mode opératoire est qu'il permet d'appliquer à la surface travaillante une quantité de lubrifiant solide sec beaucoup plus grande que celle qu'il est possible en pratique de mettre en oeuvre en incorporant le lu-35 brifiant solide à l'outil abrasif lui-même. Par conséquent, lors de la mise en oeuvre du mode de réalisation préféré de l'invention, la surface travaillante de l'outil de rectification, pendant sa rotation ou tout autre déplacement au cours de l'opération de rectification, est en contact avec une baguette de ma-40 tière facile à abraser et contenant le lubrifiant solide sec de 69 15754 2008603 façon telle que, lorsque la surface travaillante de l'outil a-brasif touche la surface à rectifier, il s'y trouve déposé une mince couche dudit lubrifiant solide sec. Ceci place le lubrifiant entre le grain abrasif et le copeau. XI est inutile de pré-5 voir une autre lubrification ; il est inutile aussi d'appliquer un fluide de refroidissement comme lorsqu'on se sert de lubrifiants liquides, bien que l'on puisse mettre en oeuvre un tel refroidissement si on le désire. Selon le mode de réalisation considéré comme étant le plus 10 avantageux, la substance relativement molle et facile à abraser mise en contact avec la surface travaillante mobile de l'outil abrasif a base de borazon est essentiellement constituée par un mélange (lié à l'aide d'une résine) du lubrifiant solide sec avec un diluant actif tel que du soufre plus une substance fonc-15 tionnant comme adhésif pour mieux assurer un transfert et une adhérence du lubrifiant solide sur la surface de l'outil. Les résines organiques préférées destinées à servir de liant à l'égard de la substance lubrifiante sont des résines thermodurcis-sables, et plus spécialement des résines des types époxy et po-20 lyester. Les résines thermoplastiques, telles par exemple que celles des types acrylique et vinylique, sont utilisables aussi, bien qu'elles ne permettent pas de réaliser une liaison aussi forte qu'une résine du type époxy ou polyester. Certaines des résines thermodurcissables, par.exemple les résines phénoliques, 25 présentent l'inconvénient d'être notablement plus friables que les résines des types époxy ou.polyester. Comme ingrédient adhésif, on utilise de préférence un si-lane ; le gamma-aminopropyltriéthoxysilane est plus spécialement excellent. D'autres substances utilisables comme adhésifs sont 30 des alcools supérieurs (tels que 1'octadécanol) et la triétha-nolamine. En général, des composés organiques solides ou liquides comportant des radicaux amino ou hydroxyle fonctionnent comme adhésifs en améliorant l'adhérence du lubrifiant solide sec à la meule de rectification. Bien que l'ingrédient adhésif soit géné-35 ralement avantageux, il n'est pas essentiel. Il convient que les proportions précises d'ingrédients à utiliser dans la composition selon l'invention soient telles qu' elles permettent d'établir sur la surface de l'outil abrasif un mince dépôt de lubrifiant solide sec, ladite composition 40 ayant cependant une résistance mécanique et une dureté suffisant 69 15754 2008603 tes pour qu'elle ne risque pas de se .rompre ou de subir toute autre dégradation rapide au cours de l'opération de rectification. On a découvert qu'il est désirable d'utiliser en volumes de 30 à 60% de résine organique comme liant et au moins 30% de 5 lubrifiant solide sec. Lorsqu'on incorpore un adhésif à la composition, une proportion de 2 à 6% en volume est suffisante. La composition suivante, où les pourcentages d'ingrédients sont exprimés en volumes, s'est révélée remarquablement excellente : disulfure de molybdène 32%, soufre 22%, Y-aminopropyltriéthoxy-10 silane 4%, résine époxy 42%. Après avoir mélangé les ingrédients de façon aussi parfaite et intime que possible, on donne à cette composition la forme d'une baguette cylindrique mesurant par exemple environ 2,5 mm de diamètre, puis on durcit la résine époxy par 12 heures de 15 maintien à la température ambiante ordinaire, puis 3 heures de chauffage à 90°C. Lors de la mise en oeuvre de l'invention, une telle baguette se trouve consommée à l'allure d'environ 250 mm à l'heure aux vitesses normales de rectification. Ci-après sont donnés différents exemples spécifiques, -bien 20 entendu non limitatifs,de compositions lubrifiantes réalisées conformément à la présente invention : 1. Disulfure de molybdène 32,2%, soufre 21,6%, aminopro-pyltriéthoxysilane 3,8%, résine époxy 42,4%. 2. Identique à la composition (1), mais en utilisant de 25 l'iodure de plomb à la place du disulfure de molybdène. 3. Nitrure de bore pulvérisé à structure cristalline hexagonale 38,6%, aminopropyltriéthoxysilane 5,4%, résine époxy 56%. L'efficacité de rectification est déterminable et exprima-30 ble en se référant au rapport de rectification, qui est le rapport établi entre l'allure d'enlèvement de matière sur la pièce à rectifier et l'allure d'usure de la meule de rectificationo Plus ce rapport est élevé, plus l'efficacité de rectification est grande. La mise en oeuvre de la présente invention permet de 35 réaliser une augmentation du rapport de rectification aussi forte que 1000%. A titre d'exemple, lors de la rectification d'acier rapide M 2 avec une meule de rectification à grains de borazon liés à la résine, non lubrifiée, le rapport de rectification est de 33. En utilisant une meule de rectification iden-40 tique et toutes les autres conditions opératoires étant identi- 69 15754 2008603 quea à l'exception du fait que l'on lubrifie la meule de rectification, en utilisant une baguette de la composition (1) sus-spécifiée, le rapport de rectification est de 400i - - Bien que l'on préfère de beaucoup appliquer le lubrifiant 5 solide sec sur la.surface travaillante de l'outil abrasif à partir d'une masse solide et facile à abraser, on peut, si on le désire*; incorporer le lubrifiant à l'outil abrasif lui-même. Lorsqu'on opère ainsi, il est avantageux d'incorporer le lubrifiant solide sec à l'outil abrasif en une proportion en volumes 10 comprise entre environ 5 et 25% du volume total des constituants de la composition constituant l'outil abrasif. L'exemple spécifique suivant, bien entendu non limitatif, sert à illustrer un tel mode de réalisation de.1'invention (pourcentage en volumes): borazon en particules dont la granulométrie 15 correspond à des tamis extrêmes à ouver tures carrées mesurant respectivement 0,250 et 0,177 mm de côté 10 % disulfure de molybdène - - - 15 % carbure de silicium (comme charge, en pàr;— 20 ticules mesurant de là 10 microns) 20 % résine phénol-formaldéhyde comme liant 55 % On forme avec ces ingrédients un mélange homogène, on presse en forme de meule de rectification, puis on durcit le mélange. Le rapport de rectification est de 62, contre environ 30 pour 25 une meule analogue mais ne comportant pas de disulfure de. molybdène . 69 15754 2008603 REVENDICATIONS 1. Procédé pour enlever de la manière à partir d'une pièce à travailler par abrasion ou rectification, lequel procédé est caractérisé en ce qu'il consiste essentiellement : à provoquer 5 un déplacement relatif entre la pièce à travailler et un outil abrasif, comportant des grains de nitrure de bore à structure cristalline cubique, mis en contact avec la pièce ; et, simultanément, à amener jusqu'à la surface travaillante dudit outil abrasif un lubrifiant solide sec choisi parmi le groupe cons-10 titué par du nitrure de bore à structure cristalline hexagonale, un lubrifiant ayant la structure cristalline lamellaire générale de l'iodure de cadmium, et des mélanges d'au moins deux telles substances. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que 15 l'on amène ledit lubrifiant solide sec jusqu'à la surface travaillante dudit outil abrasif par mise en contact de ladite surface travaillante avec une masse solide contenant ledit lubrifiant solide sec. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce 20 que l'on utilise, comme susdit lubrifiant solide sec, du disulfure de molybdène. 4. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'on utilise, comme susdit lubrifiant solide sec, un mélange de disulfure de molybdène et de soufre. 25 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que l'on utilise, comme susdite masse solide, un mélange contenant le lubrifiant solide sec et qui est lié à l'aide d'une résine organique. 6. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que 30 l'on utilise un mélange comportant aussi une substance qui accroît l'adhérence du lubrifiant solide sec à la surface travaillante dudit outil abrasif après que le lubrifiant solide sec y a été transféré à partir de ladite masse. 7. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que 35 l'on utilise un mélange comportant du disulfure de molybdène et du soufre. 8. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on utilise une masse constituée par un mélange, lié à l'aide d'une résine, comprenant du disulfure de molybdène, du soufre 40 et un silane. 69 15754 2008603 9. Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'on constitue ladite masse à partir d'un mélange contenant en volumes environ 32% de disulfure de molybdène, 22% de soufre, 4% de Y-aminopropyltriéthoxysilane, et 42% d'une résine époxy. 5 10. Masse lubrifiante applicable à des outils abrasifs comportant des grains de nitrure de bore à structure cristalline cubique pour réaliser une lubrification à la surface dudit outil au cours d'une opération de polissage ou de rectification, laquelle masse est caractérisée en ce qu'elle comprend un mélange 10 contenant en volumes de 30 à 60% d'une résine organique servant de liant et au moins 30% d'un lubrifiant solide sec choisi parmi le groupe constitué par du nitrure de bore à.structure cristalline hexagonale, une matière ayant la structure cristalline lamellaire générale de l'iodure de cadmium, et des mélanges d'au 15 moins deux telles substances. 11. Masse selon la revendication 10, "caractérisée en ce que la résine organique servant de liant est choisie parmi le groupe constitué par une résine époxy et une résine du type polyester.