Brevet FR2176512A1 — publié le 19731102

La présente invention concerne le domaine de la fabrication des outils de meulage, et plus précisément elle concerne les liants céramiques pour les outils de meulage. L'invention peut etre appliquée avec le maximum d'efficacité à la fabrication des outils de meulage en corindon artificiel et en nitrure de bore hexagonal. On a délà proposé des liants céramiques pour les outils de meulage liants fabriqués à base de verre borosilicaté et comportant divers agents minéralisateurs. (Voronov S.G. "Accroissement de la vitesse de fonctionnement des meules" Journal "Abrasifs" NIIMACH, Moscou,NOS 1952; Lyubomudrov B.N., Vasilev N.N. et Falkovski B.I. "Outils de meulage et leur fabrication", Machgiz; Moscou 1953, Ivachinnikov V.T. "Sélection des caractéristiques des meules pour différentes opérations de meulage",aaison d'édition de livres de l'Oural du Sud, Chelyabinsk, 1966). Ainsi, par exemple, pour la fabrication des outils de meulage en corindon artificiel on utilise un liant constitué par les ingrédients suivants : un verre borosilicaté (40% en poids) et comme additif minéralisateur, du feldspath (20% en poids en association avec une argile réfractaire (30% en poids) et du talc (10% en poids). Parmi les inconvénients majeurs de ce liant connu, on notera le nombre de ses ingrédients et la présence dans la composition du liant de quantités importantes d'ingrédients réfractaires (feldspath, argile réfractaire, talc) responsables de sa réfractarité élevée qui se situe entre 11400C et 11800C. La réfractarité élevée du liant nécessite le frittage des outils de meulage (fabriqués à base de ce liant) à une température non inférieure à 12700C. Dans le produit fini, ce liant manque d'homogénéité et contient fréquemment des grains non fondus des ingrédients de départ, ce qui compromet dans une très large mesure la résistance mécanique de l'outil de meulage. En outre, ledit liant présente un faible pouvoir mouillant à l'égard de la surface du corindon artificiel : meme à la température de 12500C l'angle de mouillage du corindon artificiel reste supérieur à 55. La résistance mécanique relativement faible des outils de meulage fabriqués à base de ce liant connu, qui vaut environ 125 kg/cm, limite leur domaine d'utilisation dans les opérations de meulage rapide de pièces. L'invention se propose de supprimer les inconvénients précités. L'invention a pour objet un liant céramique pour outils de meulage, à base de verre borosilicaté avec un additif minéralisateur, qui serait meilleur marché et plus facile à fabriquer, par rapport aux liants céramiques connus de ce type , et qui permettrait à son tour un mode opératoire simple et économique pour la fabrication des outils de meulage présentant un haut rendement de meulage allié à une solidité et à une résistance à l'usure accrues. Le problème ainsi posé est résolu gracie à un liant céramique pour outils de meulage préparé à base de verre borosilicaté et contenant un additif minéralisateur , qui est constitué, selon l'invention, par 70 à 90% en poids de verre borosilicaté et 10 à 30% en poids de talc en tant qu'additif minéralisateur. Il est de notoriété commune que le verre borosilicaté contribue à l'accroissement de la résistance mécanique des liants céramiques et à l'amélioration de leur pouvoir mouillant et de leurs aptitudes réactionnels. La basse température de fusion du verre borosilicaté (8200C) entraine une plus faible réfractarité du liant préparé à base de ce verre, facteur particulièrement important pour la fabrication des outils de meulage avec frittage à basse température. La présence dans le liant du talc, qui est un minéralisateur actif et un catalyseur pour la formation du spinelle de magnésium renforçant la phase vitreuse du liant au cours du frittage des outils de meulage, permet d'obtenir une structure céramique solide et assure aux outils d'excellentes caractéristiques physico-mécaniques. Nous avons établi que dans le liant céramique à base de verre borosilicaté les taux de verre borosilicaté et de talc doivent être compris dans les limites suivantes, en % en poids : verre borosilicaté 70 à 90, talc 10 à 30. Si le taux de talc dans le liant selon l'invention est inférieur à 10% en poids , celui-ci n'exerce pas d'influence appréciable sur le processus de formation du minéral, alors que si ce taux est supérieur à 30Z en poids, le talc compromet meme les propriétés du liant, car il provoque le grossissement des néoformations de spinelle. La formation d'une structure à gros grains du liant céramique pendant le frittage des outils de meulage diminue dans une mesure considérable la résistance mécanique de ceux-ci. Le taux de verre borosilicaté dans le liant en question est limité en rapport avec la proportion de talc utilisée pour la préparation du liant. Les liants céramiques à base de verre borosilicaté, contenant du talc en tant qu'additif minéralisateur présentent une basse réfractarité qui, pour les compositions proposées, se situe entre 840 et 1020du. L'angle de mouillage de la surface de corindon artificiel, pour les compositions proposées, varie de 17 à 350, ce qui permet de classer ces liants céramiques parmi les liants à haut pouvoir d'adhésion assurant un accrochage solide du liant avec la matière abrasive pendant le frittage des outils de meulage. I1 convient également de noter que le liant selon l'invention ne contient que deux ingrédients assez peu croûteux (verre borosilicaté, talc) qui sont facilement miscibles et donnent un mélange homogène dans tout le volume, ce qui, à son tour, a des retentissements favorables sur la qualité des outils de meulage et en réduit l'usure. On peut dire-en guise de conclusion qu'un liant céramique ayant une composition conforme à l'invention présente une faible réfractarité, un pouvoir mouillant élevé et une forte réactivité qui permettent un mode opératoire simple et économique pour la fabrication d'outils de meulage présentant à la fois me grandeeficadté, rnesolidité accrue et une forte résistance à l'usure. Une solution heureuse du problème posé est fournie par les compositions chimiques du liant ot les ingrédients sont engagés dans les proportions suivantes, exprimées en % en poids Oxyde de silicium SiO2 65,8 à 67,3 Oxyde d'aluminium A1203 4,6 à 5,0 Oxyde de bore B203 12,6 à 16,2 Oxyde ferréux FeO 0,8 à 1,0 Oxyde de magnésium MgO 4,2 à 10,0 Oxyde de calcium CaO moins de 0,1 Oxyde de sodium Na2O 2,9 à 3,7 Oxyde de potassium K20 1,6 à 2,0 Le choix de la composition des liants céramiques a été essentiellement motivé par le souci de procurer des outils de meulage qui soient d'une fabrication facile et peu conteuse et présentent de hautes caractéristiques physico-mécaniques et de bonnes papdétés du point de vue utilisation. La demanderesse a constaté que les outils de meulage fabriqués à base du liant céramique selon l'invention avec un taux diminué de verre borosilicaté et un taux de talc augmenté sont particulièrement indiqués pour le dégrossissage rapide. Les outils de meulage à base d'un liant céramique3 dont les taux de verre borosilicaté et de talc sont voisins des taux optima moyens, peuvent être utilisés avec le maximum d'efficacité pour le moulage fin et de précision, à des vitesses de coupe supérieures à 50 m/s. Un liant céramique à taux de verre borosilicaté augmenté et à taux de talc diminué peut être utilisé du fait de sa réfractarité diminuée, pour la fabrication des outils de meulage en nitrure de bore hexagonal contenant comme matière de charge du corindon artificiel Les liants ayant les compositions proposées offrent des avantages considarables sur ceux de compositions connues, ce qui est confirmé expérimentalement. L'exemple suant illustre l Invention sans toutefois en limiter la portée Exemele Pour la préparation d'un liant céramique selon l'invention pour outils de meulage, on utilise un verre borosilicaté et un talc, dont les com positions chimiques sont indiquées dans le tableau ciçaprès. Ingrédients Taux, % en poids Perte à la SiO2 A1203 B203 FeO MgO CaO Na20 K2O calcination Verre borosilicaté 68,04 5 20 17,99 0,69 1,34 - 4,16 2,22 0,66 Talc 60,40 3,29 - 1,61 30,22 0,12 0,08 0,05 4,50 Onredat enpoudreun liant céramique contenant 80% en poids de verre borosilicaté et 20% en poids de talc, et dont la composition exprimée en % en poids est la suivante : Si02 66,51, Al2O3 4,82, B203 14,39, FeO 0,94, MgO 7,11 CaO 0,03, Na20 3,35, K20 1,80; perte à la calcination 0,90.Ensuite, on le fait passer à travers un tamis à mailles de 0,063 mm jusqu'à ce qu'il ne reste que 3% de refus. la réfractarité du liant est de 9300C et l'angle de mouillage de la surface du corindon artificiel à la température de 1250 C est compris entre 23 et 270. Le liant ainsi obtenu est mélangé avec une dextrine puis avec une matière abrasive, par exemple du corindon artificiel blanc, humidifié au préalable par du verre soluble de composition suivante, en % en poidsfSiOZ 29,7; Na20 11,8; H20 58,5. La masse abrasive pour la fébrication des outils de meulage présente la composition suivante, en parties en poids : matière abrasive dont les grains ont une taille d'environ 400 microns 100,0 ; liant céramique selon l'invention 9,4. verre soluble 4,1; dextrine 2S0; la masse spécifique apparente de la masse abrasive est de 2,26 g/cm . La composition de la masse abrasive peut varier selon les caractéristiques requises de l'outil de meulage. S'il y a lieu, pour améliorer les caractéristiques de moulage de la masse abrasive, on peut incorporer dans sa composition une argile plastique (en proportion allant jusqu'à 20% en poids par rapport à la masse totale du liant). Les outils de meulage sont frittés dans un four à chambre selon un procédé connu, la température maximale étant de 12700C et la durée de maintien à cette température d'environ 2 heures. La résistance mécanique des échantillons fraichement moulés est de 0,71 kg/cm (flexion), celle des échantillons séchés pendant 2 heures à la température de 1200C est de 18,9 kg/cm (flexion), celle des échantillons frittésetde 165,0 kg/cm (extension). La faible réfractarité du liant selon l'invention permet de fritter les outils de meulage à la température de 10000C et de réduire de 1,5 fois la durée du cycle de frittage par rapport à la durée du cycle de frittage des outils de meulage fabriqués à base des liants connus de ce type. La résistance à la rupture des échantillons frittés est séduite de façon insignifiante. Le frittage des outils de meulage fabriqués à base du liant selon l'invention à la température de 10000C pendant 10 heures offre la possibilité d'en réduire de façon appréciable le prix de revient, grâce à la réduction de la durée du cycle de frittage des outils,à la réduction de la dépense d'énergie et à l'augmentation de la durée de service des fours de frittage et des dispositifs de transport. La mise en oeuvre du liant céramique de la composition proposée qui est meilleur marché et plus facile à préparer, permet d'augmenter de 1,3 fois la résistance mécanique des outils de meulage, d'accroître de 1,5 fois la résistance à l'usure et le rendement unitaire et d'abaisser de 2500C la température de frittage par rapport à la température de frittage des outils de meulage fabriqués à base des liants céramique connus. La stabilité moyenne entre les redressages (exprimée en nombre de pièces traitées) des outils de meulage fabriqués à base du liant céramique selon l'invention est 3,6 fois supérieure à la stabilité moyenne des outils de meulage fabriqués à base du liant céramique connu, ce qui donne un accroîs sement de 2 fois le rendement de meulage. R E V E N D I C A T I O N S 1. Liant céramique pour outils de meulage à base de verre borosilicaté et contenant un additif minéralisateur, caractérisé en ce qu'il contient 70 à 90% en poids de verre borosilicaté et, comme additif minéralisateur, il contient 10 à 30% en poids de talc. 2. Liant céramique selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il présente la composition chimique suivante, en % en poids oxyde de silicium SiO2 .... 65,8 à 67,3 oxyde d'aluminium Al203 .... 4,6 à 5,0 oxyde de bore B203 .... 12,6 à 15,2 oxyde ferreux FeO .... 0,8 à 1,0 oxyde de magnésium MgO .... 4,2 à 10,0 oxyde de calcium CaO .... moins de 0,1 oxyde de sodium Na2O .... 2,9 b 3,7 oxyde de potassium K20 .... 1,6 à 2,0