Brevet FR2329410A1 — publié le 19770527

La présente invention se rapporte aux articles abrasifs et elle concerne plus particulièrement de nouveaux outils abrasifs tels que des meules comportant un élement contenant des particules abrasives liées par une résine fixé sur un élément de support. la présente invention- est applicable a' des articles abrasifs tels que des meules périphériques (comme des types 1V1, lxi, 131, 1À1 et 12A1), des meules en forme de coupe évasée (comme du type 11V9) et des meules en forme de coupe à dresser (comme des types 1 1Â2, 12 & et 6A9). les désignations de meules indiquées ci-dessus se réfèrent au Standard Identification Oode for Diamond Wheel Chapes des E.U.A., tel qutapprouvé le 2 Septembre 1966 par le Standard Institute des E.U.A.En vue d'une présentation claire et pour éviter les répétitions inutiles, l'invention sera décrite ci-après avec référence particulière aux meules en forme de coupe évasée du type 1179. Des articles abrasifs tels que des meules comportant une portion abrasive constituée de particules abrasives liées par une résine fixee sur un élément de support sont connu. Par exemple, le brevet des B.U.A. n 9 389 117 décrit une meule en forme de coupe constituée d'un élément abrasif annulaire formant jante, constitué de diamants liés par une résine, fixé au bord périphérique extérieur d'un support ou élément dorsal en forme de coupe à base d'une résine phénol-formaldéhyde et dsune poudre d'aluminium. Comme indiqué dans le brevet précité, il est nécessaire quand on utilise la meule en forme de coupe d'enlever une partie de la matière dorsale près de l'élément abrasif annulaire formant jante de manière à fournir à l'élément abrasif formant jante une dépouille pour meulage. Une telle opération est appelée "dressage de la meule". Comme indiqué aussi dans le brevet précité, le dressage de la meule est une opération difficile, spécialement quand ltélément dorsal est moulé à partir d'un mélange de poudre d'aluminium et de résine phénol-formaldéhyde (principalement parce que l'aluminium de l'élément dorsal a tendance à sétaler sur la surface de l'élément dorsal lors du contact avec l'outil de dressage).Le brevet des B.U.A. n 3 389 117 prétend surmonter cette difficulté en ajoutant un élément spécial d'allia- ge à l'élément dorsal, de manière à rendre l'élément dorsal facile à dresser. En contraste direct avec le brevet mentionné ci-dessus, le but principal de la présente invention est de fournir un arti cle abrasif, tel qu'une meule en forme i couple, qui évite ou supprime la nécessité d'un dressage de la meule. Selon la présente invention, il est prévu un article abrasif comprenant un élément de support ayant une surface annulaire de support et un élément abrasif annulaire fixé à la surface annulaire de support de l'élément de support, l'élément abrasif annulaire comprenant un moyen abrasif annulaire lié par une résine et un élément annulaire de soutien constitué dtune résine poreuse susceptible d'abrasion fixé à une surface du moyen abrasif annulaire et à la surface annulaire de support de l'4lé- ment de support. La description qui va suivre, en regard du dessin annexé, donnée à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut etre réalisée, les particularités qui ressortent tant du texte que du dessin faisant, bien entendu, partie de ladite invention. La figure 1 est une vue en perspective d'une meule en forme de coupe selon ltinventlon. La figure 2 est une vue en coupe de la meule de la figure 1. la meule 10 décrite ici pour illustrer l'invention, comme représenté sur les figures, comprend un élément de support 11, d'une configuration générale en forme de coupe, ayant une section droite sensiblement en forme de U dans laquelle une partie plate 12 forme la base du U et une partie 13 s'étendant vers l'ex- térieur forme les branches du U. La partie 13 de l'élément de support 11 se termine dans un plan horizontal pour former une surface annulaire de support 14. L'élément de support 11 peut Btre formé d'une matière appropriée quelconque, par exemple d'aluminium. L'élément de support 11 présente habituellement une ouverture 18 dans le centre de sa partie 12 qui est utile pour monter la meule finie sur un élément de support approprié tel qu'un arbre tournant. Un élément abrasif annulaire 15 est fixé à la surface annulaire 14 de l'élément de support 12 au moyen d'un adhésif approprié quelconque tel qu'un adhésif époxy, par exemple de l1a- dhésif en feuille Ru424 d'American Cyanamid. L'élément abrasif annulaire 15 comprend un moyen abrasif annulaire 16 lié par une résine et un élément annulaire de soutien 17. Le moyen abrasif annulaire 16 lié par une résine est de préférence de la matière abrasive consistant en diamant liée par une résine polyimide. L'élément annulaire de soutien 17 est en résine époxy expansée ou, de préférence, en polyimide poreux. La particularité essentieLle de la meule selon la présente invention réside dans l'élément annulaire de soutien 17 qui est tune nature fragile et friable et est donc enlevé par abrasion ou usure à mesure que le moyen abrasif 16 est consommé en service, ce qui évite la nécessité d'un dressage de la meule. P1UB particulièrement, l'élément de soutien 17 est de préférence en polyimide poreux. L'élément de soutien en polyimide poreux 17 peut être formé par un pro cédé de moulage à chaud sous basse pres slon et de frittage ou par un procédé de formage direct et de frittage libre. Le procédé de moulage à chaud sous basse pression comporte le compactage-de la résine polyimide sous une pression plus basse que de coutume, par exemple une pression de 210 à 35 kg/cm2, et ensuite la coalescence du polyimide compacté à des températures de plus de 300 C tandis qu'on maintien la pression appliquée ci-dessua de manière à produire un objet en polyimide moulé ayant une densité inférieure à 92 % de la densité -normale de la résine polyimide après coalescence complète. le procédé de moulage à chaud sous basse pression est substantiellement tel que décrit à la page 43 du Product Licensing Index, Novembre 1970. le pro cédé de formage direct et de frittage libre (appelé ci-après DFS) comprend les étapes consistant à soumettre une composition d'une poudre de polyimide capable de coalescence et d tun polymère de formaldéhyde en particules solides à une force de compression d'au moins 700 kg/cm2 environ, de préférence de 7 000 kg/cm2, à une température de préférence voisine de la température ambiante (25 C) de manière à former une préforme, et à chauffer ensuite la préforme de manière à obtenir un article de forme déterminée en polyimide poreux ayant des pores qui communiquent entre eux. L'étape de chauffage cause la coalescence de la poudre de polyimide dans la préforme et en même temps dégrade thermiquement et dépolymérise le polymère de formaldéhyde en particules solides qui se dégage à l'état gazeux, laissant ainsi des vides dans la préforme pour donner un article de forme déterminée en polyimide poreux ayant des pores qui communiquent entre eux. Ainsi, le polymère de formaldéhyde en particules solides dans la composition joue le rôle ou sert de charge fugitive ou passagère qui se dégage durant l'étape initiale de chauffage. La séquence de chauffage du procédé DFS peut de préférence être conduite d'une manière échelonnée comme en faisant varier la vitesse de chauffage de la préforme dans et au cours de plus d'un cycle de chauffage. En particulier, il est préférable de chauffer la préforme à une vitesse sensiblement uniforme de la température ambiante à 800C environ en élevant la température de la préforme par incréments de 50C à des intervalles de trente minutes et ensuite de continuer à chauffer la préforme à une température de 15000 environ avec une élévation de la température de 70C par heure, et ensuite de continuer à chauffer la préforme à une vitesse plus grande, par exemple à raison de 1,50C par minute, jusqu'à une température de plus de 30000 environ, de préférence de 4000C environ, et ensuite de maintenir la préforme à cette dernière température pendant un laps de temps approprié, comme par exemple trois heures. le cycle de chauffage ci-dessus empoche une rupture ou craquèlement involontaire et/ou indésirable de la atruc- ture de la préforme. Ainsi, le polymère de formaldéhyde en particules solides se décompose comme par dépolymérisation en formaldéhyde gazeux durant la séquence initiale de chauffage du procédé et la libération ou ltévacuation du formaldéhyde gazeux eans retenue du formaldéhyde gazeux dans la préforme est avantageuse car, autrement, le formaldéhyde gazeux emprisonné dans la préforme pourrait produire une pression suffisante durant la séquence de chauffage pour briser la préforme.Pour nette raison, la concentration du polymère de formaldéhyde en particules solides dans la composition et dans la préforme doit être suffisante pour donner des pores reliés entre eus dans la préforme qui fournisssent des passages appropriés pour permettre la libération du formal- déhyde gazeux. La concentration du polymère de formaldéhyffe en particules solides dans la composition et dans la préforme doit être d'au moins 5 % environ en poids, par rapport au poids total de la composition ou de la préforme. Ensuite, la préforme est de préférence chauffée à une température de plus de 3000C environ pour causer la coalescence des particules de polyimide et donner un article de forme déterminée en polyimide poreux. Une particularité essentielle du procédé DFss décrit ci-dessus est que le polymère de formaldéhyde en particules soli- des se pyrolyse proprement en donnant du formaldéhyde gazeux qui se dégage de la préforme sans y laisser de résidus de formaldéhyde et sans qu il en rdsulte un changement dans la densité de la phase polyimide de la préforme qui subit en même temps une coalescence pour donner un article de forme déterminée en polyimide poreux. Ainsi, la structure poreuse de l'article de forme déterminée en polyimide correspond de manière sen-siolenent identique à la grosseur des particules et à la distribution du polymère de formaldéhyde en particules solides présent initialement dans la préforme.On peut régler comme on le désire la grosseur des pores de l'article de forme déterminée en polyimide poreux en utilisant des polymères de formaldéhyde en particules solides ayant des grosseurs de particules vs.riawles et/ou particulières. Par exemple, on peut utiliser des polymères de formaldéhyde en particules de grosseur uniforme ou on peut utiliser des mélanges de polymères de formaldéhyde en particules de grosseurs différentes pour préparer les articles de forme déterminée en polyimide poreux. Le paraformaldéhyde sous la forme de poudre disponible dans le commerce est constitué de particules solides dures d'une granulométrie correspondant à une grosseur moyenne typique de 20 microns environ comme déterminé en utilisant un micromérographe du commerce. Cette technique -d1analyse fait intervenir une sédimentation en utilisant un gaz comme fluide de sédimentation. Les particules se déposent dans le tube de sédimentation sur un plateau de balance et on obtient un graphique du poids en fonction du temps. GrAce à un étalonnage approprié, on obtient une courbe continue de distribution des grosseurs de particules dans l'intervalle de grosseurs de 1 à 250 microns. Référence : i. allas, ',Particle Size Neasurement", Chaman and Hall, Ltd., Londres 1968, page 99. Les particules de paraformaldéhyde sont dures et non poreuses. Ainsi, les pores laissés dans les moulages en formaldéhyde poreux ont la grosseur et la distribution des grosseurs des particules initiales de paraformaldéhyde dans les préformes. La grosseur et la distribltion des pores et le volume des pores sont ainsi réglés de manière délibérée. Si on désire des pores plus gros ou plus petits, on peut tamiser la poudre de parafo- maldéhyde de manière à obtenir une fraction granulométrique plus grossière ou plus fine. En variante, les particules relativement petites peuvent etre éliminées par élutriation à 11 aide d'un gaz. Quand on désire des particules plus grosses que celles qui peuvent Btre obtenues à partir de la poudre de paraformaldéhyde, du paraformaldéhyde en paillettes peut étre broyé et tamisé à la grosseur désirée. Le volume de pores est réglé simplement par la quantité de paraformaldéhyde utilisée dans la composition initiale. Les polymères de formaldéhyde en particules solides appropriés comprennent le paraformaldéhyde et des polymères supérieurs de formaldéhyde qui sont plus généralement appelés polyacétals et comprennent ou sont caractérisés par une chaîne linéaire de polymère contenant des mailles ou groupes constitutifs -tH20)-. Le polymère préféré de formaldéhyde dans la composition est un polyoxyméthylène qui n'a pas été stabilisé contre la dégradation thermique comme par exemple par coiffage (blocage terminal) des extrémités de la chaine du polymère linéaire avec des groupes terminaux stabilisants. Ainsi, le polymère préféré de formaldéhyde est du paraformaldéhyde, qui est un polymère linéaire de masse moléculaire peu élevée disponible dans le commerce sous la forme d'une poudre fine.Des polymères de formaldéhyde sont décrits plus complètement dans le brevet des E,U.B, n 2 768 994 et sont vendus sous la marque Delrin par E.I. du Pont de Nemours and Oom- pany, Zinc. Les polymères Delrin ont habituellement été stabilisés contre la dégradation thermique, mais ces polymères peuvent être utilisés. Les polymères appropriés de formaldéhyde comprennent aussi, par exemple, le trioxane. Le polymère de formaldéhyde constitue jusqu'à 50 % environ du poids de la composition. Le polyimide du moyen abrasif annulaire 16 et de l'élément annulaire de soutien 17 comprend un polyimide capable de coalescence caractérisé par la maille suivante dans laquelle R est un radical aromatique tétravalent contenant au moins un cycle de six atomes de carbone caractérisé par une insaturation du type benzénique, les quatre groupes carbonyle de cette maille étant fixés sur des atomes de carbone séparés en paires, les groupes carbonyle de chaque paire étant fixés à des atomes de carbone adjacents dans le radical R; et Rl est un radical aromatique divalent.Des polyimides utilisables pour le procédé selon l'invention sont ceux à base, par exemple, de diannydri- de pyromellitique et de 4,4'-oxydianiline ou à base de dianhydride 3,3',4,4'-benzophénone tétracarboxylique et de 4,4'-oxydianiline ou métaphénylènediamine ne. es polyimides utilisables et leurs pou- dres sont décrits plus complètement dans les brevets des E.U.A. n 3 179 b31 et 3 249 5t8. es polyimides précédents peuvent être utilisés isolément ou en mélange. La poudre de polyimide constitue au moins 50 % en poids de la composition à mouler quand la composition est constituée de polyimide non chargé et d 'un polymère de formaldéhyde. Des charges appropriées telles que, par exemple, du carbure de silicium, du graphite, etc., peuvent être incorporées dans la résine tolyimide pour donner une composition d'un polyimide chargé et d'un polymère de formaldéhyde. l'exemple non limitatif suivant montrera bien comment la présente invention peut Titre mise en oeuvre Toutes les parties et tous les pourcentages y sont en poids, à moins d'indi- cation contraire. Exemple ~ Un polyformaldéhyde granulaire non coiffé (non bloqué terminalement) est broyé dans un moulin à pulvériser et tamisé de manière à produire une fraction composée de particules ayant une grosseur comprise entre 124 et 246 microns. Un mélange de 74,7 g de polyformaldéhyde avec 86,2 g de poly-N,N'(4,4' oxydiphénylène) pyromellitimide contenant environ 40 % en poids de graphite est préparé par mélange à sec sur des cylindres. la quantité du polyformaldéhyde dans le mélange est de 50 % en volume. Un disque ayant un diamètre de 10,16 cm et une épaisseur de 1,27 cm est préformé en comprimant le mélange de polyformaldéhyde et de polyimide à 3 500 kg/cm2, et le disque préformé est soumis au cycle thermique suivant dans une atmosphère d'azote : a) chauffage rapide à 150 C, t) chauffage lent à 17500 à une vitesse de 5 C/h, c) chaumage isotherme à 17500 pendant 16 heures, d) chauffage rapide à 2000C, e) chauffage isotherme à 2000C pendant 30 minutes, f) refroidissement à la température ambiante, g) chauffage à 400O à une vitesse de 1,5 C par minute, h) chauffage isotherme à 4000C pendant 3 heures, et i) refroidissement à la température ambiante. Le disque est usiné de manière à former une pince de soutien pour une meule en forme de coupe évasée 11V9 de 9,525 cm de la construction représentée sur les figures 1 et 2. La meule est assemblée en applio;tiant un adhésif en feuille (HT424 kmerican Cyanamid) entre l'élément de soutien 17 en polyimide poreux et une jante abrasive 16 au diamant lié au moyen de polyimide et en pressant les éléments ensemble à une pression d'environ 5,6 kg/cm2 et à une température d'environ 177ou pendant une période comprise entre 40 et 60 minutes. L'élément abrasif annulaire résultant 15 est fixé à un élément de support en aluminium il en appliquant de l'adhésif en feuille (bu424) entre la surface annulaire de support 14 et l'élément abrasif annulaire 15 et en pressant les éléments ensemble à une pression d'environ 5,6 kg/cm2 et à une température d'environ 17700 pendant une période comprise entre 40 et 60 minutes. La meule en forme de coupe évasée est utilisée pour meuler des blocs de carbure de tungstène et durant l'utilisation la pièce de soutien en polyimide poreux est usée en mtme temps que la jante abrasive au diamant est consommée sans au'on ait à interrompre l'opération de meulage pour usiner ou dresser l'élé- ment de soutien. REVhNDIOAXIONS 1. Un article abrasif comprenant un élément de support ayant une surface annulaire de support, et un élément abrasif annulaire fixé à la surface annulaire de support de 1' élé- ment de support, lXélément abrasif annulaire comprenant un moyen abrasif annulaire lié par une résine, caractérisé en ce que l'é- lément abrasif annulaire comprend en outre un élément annulaire de soutien constitué d'une résine poreuse susceptible d'abrasif fixé à une surface du moyen abrasif annulaire et à la surface annulaire de support de l'élément de support. 2. Un article abrasif selon la revendication i, caractérisé en ce que la résine du moyen abrasif annulaire lié par une résine est une résine polyimide. 3. Un article abrasif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément annulaire de soutien est en résine polyimide poreuse