Brevet FR2340803A1 — publié le 19770909

La présente invention concerne les produits abrasifs et plus particulièrement les meules. On sait que dans de nombreuses applications mettant en oeuvre les meules, en particulier la rectification de précision, il ne se produit pas une utilisation totale des abrasifs de la meule. Il est fréquemment nécessaire de remettre la meule en condition par dressage et rectification, ce qui représente souvent une partie importante de l'opération de meulage. Pendant la remise en condition de la surface de la meule, une grande partie de l'abrasif est enlevée pendant le taillage avec un outil en diamant. Cependant, dans quelques applications, le prix des outils de rectification peut dépasser le prix des meules. Les observations montrent tout à fait clairement que le nombre des grains actifs (les particules qui sont susceptibles de prendre part à l'opération de meulage) est de beaucoup inférieur au nombre total des particules qui sont présentes dans une section droite typique d'une meule, quelquefois de l'ordre de 2 % en volume, comparé au 50 % en volume de particules dans la meule elle-méme. Lorsqu'une meule est usée, les grains actifs s'émoussent et s'usent. Davantage de grains apparaissent à la surface, accroissant ainsi le nombre des grains actifs, mais, avec les grains moussés toujours présents à la surface, la surface commence à ressembler à une section droite typique de meule. Une telle surface est décrite comme "lustrée" et n'est plus susceptible d'assurer efficacement des opérations de rectification.Par consé quent, on peat To1. r'.'AC t ffUt. }toneratilBn ftR remise en condition est essentiellement une opération de réduction de la concentration d'abrasif actif à la surface de la meule. L'invention a pour objet,entre autres,une meule dans laquelle la concentration des grains ressemble davantage à la concentration des grains actifs à la surface de la meule, comme il est prescrit pour obtenir de bons résultats de rectification. Cependant la fabrication des meules avec de faibles concentrations d'abrasifs (c'est a dire une concentration en volume inférieure à 20 %) n'est pas facile. La plupart des abrasifs conventionnels (par exemple l'alumine et ses divers dérivés et le carbure de silicium) sont utilisés dans des produits à liant vitrifié ou résinoide ou à base de caoutchouc, et beaucoup de ces produits ont des structures poreuses. La plupart de ces structures sont obtenues par des procédés qui comprennent le passage de la matrice de liaison par un état liquide au cours de la fabrication . 3 moins cTue les qrains aJ-raslt > ne soient illsceptibless de former un système de ponts auto-porteurs pendant l'état de fluidité du liant, la structure peut s'effondrer. Par conséquent, le nombre des structures développées avec des abrasifsclassiques a été limité par cette nécessité fonctionnelle, et en raison du bon marché relatif des abrasifs classiques par rapport à n'importe quel diamant, le besoin d'une meule à faible concentration d'abrasif est passé inaperçu. Certainement le besoin de structure plus ouverte a été reconnu dans l'industrie des meules, dans le but d'utiliser et d'évacuer les débris d'abrasif, mais les concentrations de grains inférieures qui en résultent n'ont pas été reconnues comme un besoin primaire et en pratique ont été obtenues seulement à un degré limité. Selon un aspect de la présente invention, on fournit un procédé de fabrication n produit atsrPc.if ^ mnreb l? liaison des particules abrasives dans une matrice, dans laquelle est incluse une charge réfractaire particulaire qui a une porosité d'au moins 30 % et qui est moins abrasive que lesdites particules d'abrasif. Selon un autre aspect de la présente invention, on fournit un produit abrasif comprenant des particules abrasives liées ensemble dans une matrice qui comporte une charge réfractaire particulaire qui a une porosité d'au moins 30 % et qui est moins abrasive que lesdites particules d'abrasif. Le terme de charge est employé ici pour désigner une matière de remplissage dont la fonction n'est pas d'agir comme abrasif ni directement de lier les particules abrasives ensemble mais plutôt de contribuer à la réduction de la concentration en volume des particules abrasives. La charge peut être de nature totalement non abrasive ou en variante elle peut avoir un degré limité d'action abrasive en comparaison de celle des particules abrasives principales. La présence de la charge permet au produit d'avoir une concentration en volume d'abrasif actif beaucoup pus bible que ce ne serait le cas autrement. Une propriété importante des charges est la facilité avec laquelle elles peuvent être éliminées ou enlevées auand elles atteignent la surface de rectification, donnant l'effet recherché d'auto-conditionnement sans que cela soit au détriment de l'opération de rectification. Si les charges sont trop persistantes à la sUrFace, on n'obtient pas tous les bénéfices de la faible concentration de grain. Un facteur qui doit être considéré quand on utilise des char ges est la résistance du produit abrasif. Dans de nombreux cas, la résistance d'un produit abrasif a une importance critique, en particulier quand le produit est une meule qui doit tourner. Dans les produits classiques, la résistance dépend du contact étroit des grains et de la nature de la matrice qui a ete choisie comme agent de liaison. L'utilisation des charges peut aller à l'encontre de cette résistance nécessaire. L'utilisation, comme charge, de matériaux solides ou de matériaux de porosité limitée aui sont suffisamment doux pour etre enlevés à la surtaxe conduit 3 res produits de résistance Inadéquate, en particulier, quand on a besoin d'obtenir de faibles concentrations d'abrasif. Les matériaux tels que le talc, la dolomite, le calcaire et le graphite entrent dans tette catégorie. Cependant, des matériaux cui ont un taux de porosité plus élevé, c'est à dire avec une porosité supérieure à 30 %, peuvent offrir un compromis acceptable et en particulier les matériaux à porosité fermée.Un matériau à mince paroi sphérique dans lequel la cellule reste essentiellement intacte peut fournir la résistance élevée recherchée en raison de sa géométrie sphérique, mais la surface se maintient peu une fois nue la cellule a été brisée, quand elle parvient à la surface, et un tel matériau est ainsi susceptible d'apporter la propriété essentielle d'une charge. Tandis que la terre réfractaire expansée et la brique réfractaire broyée présentent des avantages, l'objectif souhaité est obtenu en utilisant de préférence un matériau en alumino-silicate à spheres à minces parois qui peut être obtenu sous les marques de commerce "Ash Cénosphères, Fillite, 'rmosphères et Eccosphères". De tels matériaux ont l'avantage de pouvoir etre utilisés dans une grande variété de liants déjà utilisés dans la fabrication des produits abrasif s, v compris les matériaux résinoïdes et polymé- roues, les liants à substrats inorqanîaues tels que le phosphate, le silicate, l'oxychlorure de magnésium et le chlorophosphate- hydrate d'aluminium et plus particulièrement dans les liants vitrifiés en raison de leur nature relativement inerte et réfractaire. En plus de l'incorporation de charge comme moyen pour réduire la concentration d'abrasifs, une reduction supplémentaire peut être obtenue dans les liants vitrifies par l'inclusion de charges combustibles produisant une porosité particulaire. L'emploi de ces charges temporaires est déjà un usage établi pour produire les structures ouvertes. Parmi les charges combustibles appropriées, il y a des produits naturels broyés tels aue la coque de noix de coco, la coque de noix, les noyaux d'olives, la sciure de bols et diverses graines aussi bien que d'autres matériaux carbonés ou organiques tels que le graphite, le coke, le naphtalène et les sucres.Quand ils sont utilises dans un système de liants qui est cuit à température élevée, cette charge bru le en laissant des porosités qui donnent un espacement plus grand entre les particules abrasives et par conséquent elle contribue à réaliser une faible concentration d'abrasifs. L'alumine cellulaire peut à volonté être incorporée comme charge réfractaire. L'alumine cellulaire a déjà été employée de façon limitée dans les meules et elle produit par elle-même un certain effet abrasif. Il est connu de réaliser des meules a structures ouvertes du type déjà mentionné et on a trouvé que cela peut aider à réaliser des faibles concentrations d'abrasif si on l'utilise comme charge incorporée dans la matrice d'un produit abrasif comprenant des particules abrasives liées ensemble dans une matrice. I1 est connu que 1'alumine cellulaire est utilisée toute seule dans des applications de meulage specifiques tels que le meulage par caoutchouc quand aucun autre abrasif n'est employé, mais pour la rectification de précision des matériaux d'ingénièrie, les performances de telles-meules sont en-deça de celles obtenues par les structures formant l'objet de la présente invention. Les produits abrasifs selon la présente invention comprennent des structures dans lesquelles le liant qui peut être un liant vitrifié ou un substrat polymeriaue ou inorganique, est distribué de telle manière sue la liaison de l'abrasif dans la matrice est plus forte aue la liaison de la charge à elle-même à l'intérieur de la matrice. En d'autres termes, l'abrasif est plus tortement lié tandis que q'- c--.rt rq 'esi ' ci tortement.Cette carac- téristique particulière apporte une contribution importante à l'efficacité du produit abrasit et peut ctre obtenue par des procédés tels que, dans le cas des liants vitrioles, enduction préalable tses particules abrasives avec un revêtement de liant vitrifie fondu sur l'abrasif avant préparation du produit luimême. De même, dans un liant polymérique, l'enduction préalable peut etre effectuée avec un produit polymérique approprié partiellement polymérisé sur les particules abrasives.Le matériau d'enduction préalable peut avoir ou non la méme composition que le liant de la matrice mais il doit être choisi de telle maniée que dans la préparation finale du produit lui-même il s'associe étroitement avec le liant principal pour former un milieu liant continu efficace. Parmi les liants polvmériques thermo-durcissahles qui peuvent convenir, il y a les résines époxy, les résines polyurêthane et phénolformaldéhydes t parml les liants à substrat inorganique qui peuvent convenir, il y a les phosphate, silicate, et oxychlorure de magnésium et le chlorophosphatehydrate d'aluminium. Avec ce qui est proposé ci-dessus, on peut déjà obtenir des produits abrasif-s ayant une concentration volumique de particules abrasives de l'ordre de 0,5 % 20 % et plus spécifiquement de 1 à 10 % ou même de 2 à 5 %. Ceci donne un avantage de prix de revient immédiat. En outre, tant italumine que le carbure de silicium ont des poids spécifiques élevés par rapport aux liants normaux (par exemple 3,2 à 3,9 gr par cm3). Par conséquent des produits comprenant une faible concentration de tels abrasifs auront des densités beaucoup faibles que les produits classiques, dans certains cas inférieures à 1 qr/cm .Dans le cas d'une meule, la plupart de l'intensité consommée par un fl-U1 n rntation est directement proportionnelle à sa propre masse, et par conséquent on a l'avantage de pouvoir utiliser des meules à faible intensité à des vitesses équivalentes sans abaisser le facteur de sécurité du produit. Parmi les abrasifs employa, il y a l'alumine, la zirconealumine et d'autres abrasifs alumineux et le carbure de silicium. On donne ci-après des exemples de meules particulières réalisées conformément à la présente invention Exemple 1 Un mélange constitué de 1 partie 150 grains d'abrasif de carbure de silicium vert, 0,81 " d'un mélange de liant vitrifié, 1,75 " de fillite 52/7/s 0,13 " de liant sucre 0,05 " d'eau 2 a été comprimé à 150 kg par cm et cuit 1040 C . I1 v a eu entre 2 et 3 % de contraction linéaire à la cuisson, la structure finale avait une densité de 1,24 g. par cm3 et une composition volumique de grain 10,9 % liant 11,1 % charge 76,4 % porosité 1,6 % Dans un essai de rectification à plongeur cylindrique avec un acier peu allié EN16T, on a enregistré une valeur M/W de 10,0 et une finition de surface de 50 microns. Exemple 2 Un mélange constitué de 1 partie de 180 grains abrasifs d'oxyde d'alumine 8,35 " mélange de liant vitrifié 7,35 " de fillite 52/7/s 1,33 " d'eau a été comprimé à 150 kg par cm et cuit à 1040 "C . I1 y a eu entre 2 et 3 % de concentration linéaire à la cuisson et la structure finale avait une densité de 1,25 gr par cm et une composition volumique de grain 2 % liant 25 % charge 70 % porosité 3 % Dans le même essai de ci-dessus on a enregistré une valeur M/w de 18 et une finition de surface de 35 microns. Exemple 3 Un mélange constitué de 1 partie 180 grains d'abrasif d'oxyde d'aluminium 1,91 " résine époxy 0,36 " fillite 52/7/s a été coulé dans un moule, laissé reposer 24 heures puis chauffé pendant 6 heures à 65 UC. La strcuture finale avait une densité de 1,24g par cm3 et une composition volumique de grain 9,6 % liant 63,0 e charge 17;0 % porosité 10,4 % Dans le méme essai que ci-dessus on a enregistré une valeur de ;'/w de 2 et une finition de surface de 25 microns. Exemple 4 Un me lange constitué de : i partie 180 grains d'abrasif d'oxyde d'aluminium 0,42 " de résine phénolformaldehyde 1,41 ' de fillite 52/7/s a été comprimé à 150 kg par cm 2 et cuit 200 C. La structure 3 finale avait une densité de 1,14 g par cm et une composition volumique de grains 10,3 % liant 10,4 % charge 71,9 E porosité 7,4 % Dans le même essai crue ci-dessus r, a enregistré une valeur de m/W de 3 et une finition de surface de 100 microns. Tandis que d'autres facteurs doivent également etre pris en consideration, une faible concentration volumique de grains dan une meule et avoir pour résultat le la meule soit auto-dressée. üne meule auto-dressable est essentiellement une meule qui lors de son usure se remet d'elle-meme automatiquement en condition de sorte que la surface est susceptible de conserver de bonnes propretés de rectification sans avoir besoin d'une opération de dressage indépendante. il est reconnu que la propriété de maintenlr l'auto-dressage peut conduire à une certaine perte de profil de la meule, en particulier pour les applications de meulage de forme en plongeur. D'un autre côté une meule peut facilement être dressée et profilée pour les applications de meulage de forme a l'aide d'un profileur en galet de diamant. Un prof pileur en galet de diamant est un petit diamant en forme de roue oui meule la surface de la meule abrasive jusqu'3 la forme ou au profil reauis, mais malheureusement ne donne pas effectivement sa condition à la meule. En pratioue il ne réduit pas la concentration de qrain à la surface de la meule jusqu'au point nécessaire pour obtenir un hon meulage et par conséquent, truand on utilise une meule pour la première operation de rectification, la surface de la meule a tendance à se comporter comme si elle était lustrée. Cependant une meule avec une teneur en abrasif choisie suffisamment basse ne soutfrira pas de cet inconvénient. REVENDICATIONS 1- Procédé de fabrication d'un produit abrasif comprenant des particules abrasives liées t:nsemble dans une matrice carac térisé en ce qu'une charqe réfractaire particulaire, qui a une porosité d'au moins 30 % et qui est moins abrasive que lesdites particules abrasives est incorporée dans la matrice. 2- Procédé selon la revendication 1 caractérise en ce que la charge réfractaire a une porosité à cellule fermée. 3- Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que la charge réfractaire est un produit alumino-silicate à spheres creuses à parois minces. 4- Procédé selon une des revendications 1 à 3 caractérise en ce que le liant est un liant vitrifié. 5- Procédé selon une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le liant est un substrat résinoide polymérique ou inorganique. 6- Procédé selon la revendication 4 carant^ri ,I i n incorpore à la matrice des charges temporaires pour produire la porosité. 7- Procédé selon une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que l'abrasif est préenduit avec un liant avant d'etre introduit dans la matrice. 8- Procédé selon une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce crue l'abrasif est un des produits suivants: alumine, zirconealumine, ou autre abrasif alumineux ou carbure de silicium. 9- Produit abrasif comprenant des particules abrasives liées ensemble dans une matrice caractérisé en ce que la matrice comprend une charge réfractaire particulaire qui a une porosité d'au moins 30 % et qui est moins abrasive que les particules abrasives. 10- Produit abrasif selon la revendication 9 caractérisé en ce que la charge réfractaire a une porosité à cellules fermées. 11- Produit abrasif selon une des revendications 9 ou 10 caractérisé en ce que la charge réfractaire est un produit aluminosilicate à spheres creuses à parois minces. 12- Produit abrasif selon une des revendications 9 à il caractérisé en ce que le liant est un liant vitrifié. 13- Produit abrasif selon une des revendications 9 à il caractérisé en ce que le liant est un substrat résinoide, poly mériaue ou inorganieue. 14- Produit abrasif selon la revendication 12 caractérisé en ce qu'une charge temporaire provoquant la porosité est incorporée à la matrice. 15- Produit abrasif selon une des revendications 9-à 14 caractérisé en ce que le liant est de préférence distribué dans la matrice de sorte que les liens des abrasifs à la matrice soient plus forts que les liens entre particules de charge. 16- Produit abrasif selon une des revendications 9 à 15 caractérisé en ce que l'abrasif est un des produits suivants alumine, zircone-alumine, ou autre abrasif alumineux ou carbure de silicium. 17- Produit abrasif tel qu'obtenu dans un des exemples 1 à 4. 18- Procédé de fabrication d'un produit abrasif tel que décrit dans un des exemples 1 à 4.