Brevet FR2334707A1 — publié le 19770708

la présente invention concerne les mélanges pour la fabrication des outils abrasifs. Ze mélange faisant l'objet de l'invention peut Outre utilisé avec une efficacité maximale pour la fabrication d'outils abrasifs destinés à l'usinage sans arrosage des carbures métalliques, des aciers alliés trempés, des alliages de titane et d'autres matériaux difficilement usinables. On connaît un mélange pour la fabrication d'outils abrasifs, contenant un abrasif métallisé agrégé, obtenu par frittage soudant sous vide de poudres abrasives et métalliques, avec un élément adhésio actif. Dans ce qui suit, pour plus de commodité, le mélange pour la fabrication d'outils abrasifs sera dit mélange abrasifs. On connaît un mélange abrasif employé pour la fabrication des outils, composé de poudres de diamant métallise agré, d'un agglomérant à base de résine phénol-formaldéhyde et d'une charge. La charge utilisée est une poudre de carbure de bore à grosseur des particules de 2 à 3 numéros de grains plus baa que celui de l'abrasif principal. I1 convient de rapporter aux principaux inconvénients du mélange abrasif mentionné le lustrage des meules obtenues en le mettant en oeuvre, surtour dans le cas d'usinage simultané d'un carbure et d'un acier, ce qui résulte du fait que les produits dtusinage, sous forme de poussière de carbure et de copeaux fins, se trouvant dans la zone d'attaque, sont pressés dans l'agglomérant organique auquel ils adhérent. En s'accumulant progressivement, ces produits augmentent les forces de frottement et provoquent l'accroissement de la force de coupe, de la vibration de l'outil et de la pièce à usiner, l'altération de l'état de surface et même des brulures sur la surface usinée.L'utilisation ultérieure d'un tel outil n'est possible qu'après délustrage de la surface active au moyen d'un bâton abrasif. Le carbure de bore utilisé en tant que charge secroft la résistance à l'usure et la résistance mécanique de l'agglomérant dans l'outil, mais, ayant un coefficient de frottement relativement élevé et une conductivité thermique basse, il contribue en mEme temps à l'augmentation des forces de frottement au cours de l'usinage et, par conséquent, de la température dans la zone de coupe. C'est pourquoi l'emploi d'un tel outil n'est efficace que pour l'usinage des carbures à des régimes modérés, par exemple pour l'affenage des outils avec des avances transversales ne dépassant pas 0,03 mn par course aller et retour. Les mélanges abrasifs, dans lesquels la charge est du sulfate de baryum et du talc, ont pour inconvénient, en premier lieu, une conductivité thermique insuffisante. L'évacuation de la chaleur de la zone d'attaque n'a il e uque grSce à sa diffusion par l'enrobage métallique des abrasifs agrégés. C'est pourquoi, avec un tel outil, on ne peut usiner efficacement sans arrosage, par exemple, un carbure métallique, par suite de l'apparition de brdlures sur la surface usinée et de l'usure accrue de outil En outre, le processus lui-meme de fabrication de ce mélange est assez compliqué, car le sulfate de baryrm exige un traitement spécial à l'eau, un frottage de la masse floconneuse obtenue à travers un tamis, un séchage et un tamisage. Ce n'est qu'après un tel traitement que le sulfate de baryum se trouve mélangé aux autres constituants du mélange. On connaît aussi des mélanges pour outils abrasifs à agglomérant organique, dans lesquels on emploie des abrasifs métallisés agrégés. Toutefois, le brevet ayant pour objet ces mélange ne concerne que des mélanges dans lesquels les éléments abrasifs sont des agrégats de structure paticulière, conditionnée par leur méthode de fabrication, connue comme étant une méthode de frittage soudant sous vide d'un mélange de poudres abrasives et métalliques, contenant un élément adhésio-actif, suivi du concassage de l'agglomérat poreux jusqu'à obtention de particules (agrégats) de grosseur déterminée.Ces agrégats sont remarquables en ce que chaque grain est enrobé d'une fine couche de métal (i à 20 microns) et lié aux grains voisins par un pont métallique au point de contact, en formant des vides intergranulaires qui sont ensuite remplis par l'agglomérant fondu, lors de la fabrication de l'outil. La force de retenue de tels agrégats par 1' agglomérant organique de la meule est évidemment plus grande que la force de retenue des agrégats élaborés par d'autres procédés. On s'est proposé de créer un mélange pour outils abrasifs dont la composition chimique serait telle qu'elle permettrait d'obtenir des outils à grand rendement, ayant une bonne résistance à l'usure et susceptibles de travailler à des régimes plus sévères sans arrosage. La solution consiste en un mélange pour la fabrication d'outils abrasifs, contenant un abrasif métallisé agrégé, obtenu par frittage soudant sous vide avec utilisation d'additions adhésio-actives, un agglomérant à base de résine phénol-formaldéhyde et une charge, mélange qui, d'après l'invention, contient 25 à 55* volume d'abrasif métallisé agrégé, 30 à 70* en volume d'agglomérant à base de résine phénol-formaldéhyde et, en tant que charge, 15 à 25% en volume de bisulfure de molybdène. On sait que les agglomérants à base de résine phénolformaldéhyde sont très employés en tant qu'agglomérants organiques, glace à leur adhésion relativement forte aux corps solides, leur thermostabilité élevée et leur bas coefficient de frottement. Le processus de fabrication des outils aggloméré avec une telle résine est relativement simple. On sait que les abrasifs métallisés agrégés, fabriqués par frittage soudant sous vide avec emploi d'additions adhésio-actives, sont mieux retenus dans l'agglomérant organique gr ce à leur surface relativement grande et fortement développée et à la présence de vides intergranulaires. Les grains abrasifs constituant les particules agrégées ont un pouvoir abrasif accru glace au renforcement (cicatrisation) des grains au cours du frittage soudant. Tout cela permet, toutes autres conditions étant égales, par ailleurs, d'appliquer une charge bien plus grande sur chaque grain, c' est-à-dire qu'un outil réalisé avec de telles poudres agrégées est susceptible de travailler à des régimes très sévères. On connaît également l'emploi du bisulfure de molybdène, doué de hautes propriétés antifriction et d'une bonne conductivité thermique, en tant que charge dans les matériaux composites, y compris les mélanges abrasifs. Les auteurs de la présente invention ont établi que, dans un mélange abrasif contenant un abrasif métallisé agrégé, les teneurs volumiques en agglomérant et en bisulfure de molybdène doivent se situer dans les limites suivantes : agglomérant à base de résine phénol-formaldéhyde 30 à 50ffi0, bisulfure de molybdène 15 à 25ffi. Une teneur volumique en bisulfure de molybdène inférieure à 15 nuit à la capacité de travail des outils aux régimes accrus. Les outils se lustrent et provoquent des brûlures sur la surface usinée. Une teneur volumique en bisulfure de molybdène supérieure à 25% abaisse la tenue de la couche chargée d'abrasif, ce qui se traduit par une consommation accrue d'abrasif. En mEme temps, les auteurs ont établi que dans les autres mélanges à base d'abrasifs métallisés (mais non agrégés) et d'abrasifs non métallisés, la présence de 15 à 25% en volume de bisulfure de molybdène entrasse une baisse notable de la capacité de travail des outils, par suite de l'abaissement de la force de fixation des grains d'abrasif dans l'agglomérant. Il est à noter que la composition du mélange abrasif proposé est simple ; l'agglomérant et la charge sous forme de poudres fines se mélangent facilement entre eux en donnant une masse hompgène dant tout son volume, ce qui a une influence favorable sur la qualité des outils. De la sorte, le mélange abrasif ayant une composition conforme à l'invention permet d'obtenir d'une façon simple et sure des outils abrasifs doués d'un haut pouvoir abrasif et d'une tenue élevée lorsqu'ils sont utilisés sans refroidissement à des régimes accrus (par exemple, pour l'affûtage avec des avances transversales sapérieures à 0,04 mm par course aller et retour). Les auteurs ont établi en ouvre que les outils abrasifs fabriqués avec le mélange abrasif proposé peuvent être efficacement utilisés pour l'usinage sans arrosage des carbures métalliques, des aciers alliés trempés, des combiaaisons carbure-acier, des alliages de titane et d'autres matériaux. De plus, la composition proposée de mélange abrasif permet de fabriquer des outils ausi bien pour le dégrossissage que pour la finition des matériaux in diqués. Pour l'usinage des carbures métalliques, il est avantageux d'utiliser un mélange ayant la composition volumique suivante abrasif métallisé agrégé 25 à 50 % agglomérant à base de résine phéno5-formal- déhyde 35 à 50 % bisulfure de molybdène 15 à 25 % L'abrasif préférentiel ett le diamant. Pour l'usinage de diverses combinaisons de carbures métalliques et d'aciers à coupe rapide, il est avantageux d'utiliser un mélange ayant la composition volumique suivante abrasif métallisé agrégé 30 à 50 % agglomérant 30 à 45 % bisulfure de v ke 20 à 25 % Dans ce cas l'abrasif préférentiel est une combinaison de diamant (nitrure de bore cubique) et d'autres abrasifs (carbure de bore, corindon artificiel, carbure de silicium, etc), selon le genre de matériau à usiner. Pour l'usinage des aciers alliés trempés, des alliages de titane et autres, il est avantageux d'utiliser un mélange ayant la composition volumique suivante abrasif métallisé agrégé 46 à 55 % agglomérant 30 à 36 % bisulfure de molybdène 15 à 18 % L'abrasif préférentiel est, dans ce cas, le nitrure de bore cubique en combinaison avec d'autres abrasifs(diamant, corindon artificiel, borure de zirconium, etc). Le mélange proposé pour la fabrication d'outils abrasifs est doué d'avantages notables, comparativement aux mélanges connus, ce qui est confirmé expérimentalement. Dans ce qui suit, plusieurs exemples concrets de mélange abrasif faisant l'objet de l'invention sont décrits à titre non limitatif. EXEEPIE 1. Avec un mélange abrasif ayant la composition volumique suivante poudre de diamant métallisé agrégé (granulométrie au départ 250/200) 50%, poudre d'agglomérant à base de résine phénol-formaldéhyde 35%, poudre de bisulfure de molybdène 15g, on a fabriqué par une méthode connue une meule du type boisseau, à dimensions de la couche abrasive 150 x 10 x 3 dm. La meule a été essayée sur des plaquettes de carbure de tungstène contenant 15% de cobalt. L'usinage a été exécuté sur une affûteuse à avances longitudinale et transversale mécaniques , sans arrosage. Pour une avance longitudinale de 1 ,5 m:mn et une avance transversale de 0,1 mm par course aller et retour, le coefficient de meulage était G = 150, et la rugosité de la surface usinée se situait dans la marge Ra = 0,35 à 0,60 microns. EXEMPLE 2. Avec un mélange abrasif ayant la composition volumique suivante : poudre de diamant métallisée agrégé (granulométrie au départ 28/20) 25%, poudre d'agglomérant à base de résine phénol-formaldéhyde 50%, poudre de bisulfure de molybdène 25fui on a fabriqué par une méthode connue une meule du type boisseau, à dimensions de la couche diamantée 150x20x3 mm. La meule a été essayée en finition sur des plaquettes de carbure métallique à 6 de cobalt. L'usinage a été exécuté sur une affEteuse à avances longitudinale et transversale mécaniques, sans arrosage. Pour une avance longitudinale de 0,5 m/mn et une avance transversale de 0,005 me par course aller et retour, la rugosité de la surface usinée se situait dans la marge Ra = 0,038 à 0,015 microns. EXEMPLE 3. Avec un mélange abrasif ayant la composition volumique suivante : poudre de diamant métallisé agrégé (granulométrie au départ 100/80) 32s poudre d'agglomérant à base de résine phénol-formaldéhyde 48% poudre de bisulfure de molybdène 20% on a fabriqué par une méthode de connue une meule du type bxfiseaW à dimensions de la couche diamantée 125x10x3 mm. La meule a été essayée sur des plaquettes de carbure à 6 de cobalt. L'usinage a été exécuté sur une affffteuse à avances longidudinale et transversale mécaniques, sans arrosage. Pour une avance longitudinale de 2 m/mn et une avance transversale de 0,06 mIL par course aller et retour, le coefficient de meulage était G = 250, et la rugosité de la surface usinée se situait dans la marge Ra = 0,015 à 0,6 microns. EXEMPLE 4. Avec un mélange abrasif ayant la composition volumique suivante : abrasif métallisé agrégé (mélange de poudre de diamant à granulométrie au départ de 125/100 et de poudre de carbure de bore à granulométrie au départ de 100/80, dans la proportion 2/1) 40% poudre d'agglomérant à base de résine phénol-formaldébyde 38* poudre de bisulfure de molybdène 22 on a fabriqué par une méthode connue une meule du type boisseau à dimensions de la couche diamantée 150x10x3 mm, La meule a été essayée sur du carbure métallique à 6% de cobalt, en combinaison avec un acier à 0,5 de carbone dans la proportion 1/3. L'usinage a été exécuté sur une affEteuse à avances longitudinal et transversale mécaniques, sans arrosage. Pour une avance longitudinale de 1 ,5 m/mn et une avance transversale de 0,08 mm par course aller et retour, le coefficient de meulage était G = 105. Ia rugosité de la surface usinée sur la partie carbure de l'éprouvette sesituait dans la marge Ra = 0,30 à 0,12 microns. EXEMPLE 5. Avec un mélange abrasif ayant la composition volumique suivante 1 abrasif métallisé agrégé (mélange de poudre de nitrure de bore cubique à granulométrie au départ de 100/80 et de poudre de borure de zirconium à granulométrie au départ de 80/63, dans la proportion 1/2) 55 poudre d'agglomérant à base de résine phénol-formaldhéyde 30% poudre de bisulfure de molybdène 15%. on a fabriqué par une méthode connue une meule du type boisseau à dimensions de la couche diamantée 125 x 5 x 3 mm. La meule a été essayée sur des éprovuettes en alliage de titane. L'usinage a été exécuté sur une affûteuse à avances longitudinle et transversale mécaniques, sans arrosage. Pour une avance longitudinale de 1 m/mn et une avance transversale de 0,03 mm par course aller et retour, le coefficient de meulage était G = 16 et la rugosité de la surface usinée se situait dans la marge Ra = 0,40 à 0,55 microns. EXEPLE 5. Avec un mélange abrasif ayant la composition volumique suivante poudre de nitrure de bore cubique métallisé agrégé (granulométrie au départ 40/28) 50% poudre d'agglomérant à base de résine phénol-formaldéhyde 30fui0 poudre de bisulfure de molybdène 20%, on a fabriqué par une méthode connue une meule du type boisseau, à dimensions de la couche diamantée 125Z10x3 mm. la meule a été essayée en finition sur des éprouvettes en acier allié trempé. L'usinage a été exécuté sur une affffteuse à avances longitudinale et transversale mécaniques, sans arrosage. Pour une avance longitudinale de 0,5 i/an et une avance transversale de 0,005 mm par course aller et retour, la rugosité de la surface se situait dans la marge Ra = 0,07 à 0,03 microns. EXEMPLE 7. Avec un mélange abrasif ayant la composition volumique suivante : abrasif métallisé agrégé (mélange de nitrure de bore cubique à granulométrie au départ de 100/80 et de corindon artificiel à grantllomdtrie au départ de 80/63, dans la proportion 1/t) 30% poudre d'agglomérant à base de résine phénol-formaldéhyde 45%, poudre de bisulfure de molybdène 25k on a fabriqué par une méthode connue une meule du type boisseau à dimensions de la couche abrasive 125x5s3 mi. La meule a été essayée sur des éprouvettes en acier rapide, allié au vanadium et au molybdène. L'usinage a été exécuté sur une affûteuse à avances longitudinale et transversale mécaniues, sans arrosage. Pour une avance longitudinale de 1,5 m/mn et une avance transversale de 0,05 mm par course aller et retour, le coefficient de meulage était G = 200, et la rugosité de la surface usinée se situait dans la marge Ra = 0,50 à 0,20 microns. EXEMPLE 8. Avec un mélange abrasif ayant la composition volumique suivante : poudre métallisée agrée de nitrure de bore aubique à granulométrie au départ de 160/125 46% poudre d'agglomérant à base de ré sine phénol-formaldéhyde 36% poudre de bisulfure de molybdène 18% on a fabriqué par une méthode connue une meule du type boisseau à dimensions de la couche abrasive 1 50x5x3 a. La meule a été essayée sur des éprouvettes en acier allié trempé à 0,9 de carbone. L'usinage a été exécuté sur une affûteuse à avances longitudinale et transversale mécaniques, sans arrosage. Pour une avance longitudinale de 1 m/n et une avance transversale de 0,06 min par course aller et retour, le coefficient de meulage était G = 280, et la rugosité de la surface usinée se situait dans la marge Ra = 0,60 à 0,30 microns. EXEMPLE 9. Avec un mélange abrasif ayant la composition volumique suivante abrasif métallisé agrégé (mélange de poudre de diamant et de poudre de nitrure de bore cubique à granulométrie au départ de 100/80, dans la proportion 1/1) 52s poudre d'agglomérant à base de résine phnol-formaldébyde 32% poudre de bisulfure de molybdène 16 on a fabriqué par une méthode connue une meule du type boisseau à dimensions de la couche abrasive 150x10s3 mm. La meule a été essayée sur un carbure en combinaison avec de l'acier, dans la proportion 1/4. L'usinage a été exécuté sur une affdteuse à avances longitudinale et transversale mécaniques, sans arrosage. Pour une avance longitudinale de 1,5 m/mn et une avance transversale de 0,06 mm par course aller et retour, le coefficient de meulage était G = 160 et la rugosité de la surface du carbure se situait dans la marge Ra = 0,075 à 0,045 microns. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n' ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICADIONS 1. Mélange pour la fabrication d'outils abrasifs, du type contenant un abrasif métallisé agrégé, obtenu par friztage soudant sous vide avec utilisation d'additions adhésio-actives, un agglomérant à base de résine phénol-formaldébyde et une charge, caractérisé en ce que ladite charge est du bisulfure de molybdène introduit à raison de 15 à 25 en volume et que les autres constituants et leurs taux volumiques sont les suivants : abrasif métallisé agrégé 25 à 55% agglomérant à base de résine phénol-formaldéhyde 30 à 50* 2. Mélange selon la revendication 1, caractérisé en ce que sa composition volumique est la suivante : abrasif métallisé agrégé 25 à 50% agglomérant à base de résine phénol-formaldéhyde 35 à 50% bisulfure de molybdène 15 à 25% 3. Mélange selon la revendication 1, caractérisé en ce que sa composition volumique est la suivante : abrasif métallisé agrégé 30 à 50% agglomérant à base de résine phénol-formaldéhyde 30 à 45% bisulfure de molybdène 20 à 25%. 4. Mélange selon la revendication 1, caractérisé en ce que sa composition volumique est la suivante : abrasif métallisé agrégé 46 à 55% agglomérant à base de résine phénol-formaldéhyde 30 à 36* bisulfure de molybdène 15 à 18%.