Brevet FR2364095A1 — publié le 19780407

La présente invention concerne des outils de meulage abrasifs et elle a trait, plus particulièrement a des outils abrasifs dans lesquels l'abrasif est formé par des cristaux, tels que des diamants, et un procédé de liaison de ces cristaux à l'outil. Le meulage de matériaux durs de résistance mécanique élevée ou matériaux resistant à l'abrasion tels que des métaux, des cermets, des pierres, des céramiques, des polymères chargés, du caoutchouc, etc., s'effectue généralement au moyen d'outils abrasifs liés par un un métal. Ces outils comprennent un noyau sur lequel sont liés des cristaux de résistance mécanique élevée, tels que des cristaux de diamant ou de nitrure de bore cubique. Ces cristaux sont normalement liés au noyau par électrodéposition ou brasage. Ces procédés, cependant, conduisent à la formation de vides entre les cristaux qui piègent la boue d'émeulage et favorisent le lustrage, le chargement de l'outil et la rupture prématurée indéterminable de l'outil. En outre, pendant l'utilisation, les cristaux du fait de leur résistance mécanique, sont expulsés du liant, réduisant ainsi le rendement de l'outil. Jusqu'à présent, les seuls procédés utilisés pour remédier à ces inconvénients de rupture prématurée et d'expulsion des cristaux consistaient à utiliser une couche très épaisse d'alliage de brasage. Cependant, la couche de liaison épaissie obtenue par ces procédés favorisaient l'enduction des cristaux de coupe par l'alliage rendant ainsi l'outil inutilisable. De plus, comme ces outils sont des matériaux composites à couche unique, la taille des cristaux abrasifs n'est pas facile. Selon la présente invention, on réalise un outil qui remédie aux inconvénients de rupture prématurée et d'expulsion des cristaux dans des outils à cristaux liés par électro-déposition et brasage par remplissage des interstices entre les cristaux liés avec un second liant de renforcement en matériaux non métalliques tels qu'une matrice d'époxy ou de résine chargée. La suite de la description se réfère aux figures annexées qui représentent respectivement Figure 1, une vue en perspective avec certaines parties écla tées, représentant un outil de meulage abrasif selon la présente invention, et Figure 2, une vue partielle agrandie de l'outil de la figure 1 montrant les couches de liaison. La figure 1 représente un outil de meulage abrasif 10 selon la présente invention. L'outil 10 est une meule qui comprend un noyau cylindrique 12 formé d'acier ou de carbure et un arbre de diamètre réduit 14 en acier ou carbure se prolongeant à partir du noyau. L'arbre 14 est inséré dans un porte outil qui le maintient pour faire tourner l'outil. Comme le montre mieux la figure 2, un grand nombre de cristaux 16 sont disposés sur la phériphérie de la surface du noyau 12. Les cristaux 16 peuvent être des cristaux de diamant ou de nitrure de bore cubique et sont liés au noyau par une couche de retenue 18. La couche 18 représente environ 25 % de l'épaisseur des cristaux et peut être obtenue par électro-déposition ou brasage comme décrit ci-dessous. Recouvrant la couche 18 et entourant les cristaux 16, se trouve une couche non métallique extérieure 20 de résine époxy ou phénolique chargée ou similaire. On a représenté l'outil 10 comme un outil cylindrique, mais on notera que l'on peut également utiliser d'autres formes d'outils telles que des meules de forme, des meules boisseaux; etc. On peut réaliser l'outil 10 soit par brasage, soit par électrodéposition. Par brasage, on dégraisse le noyau 10 à la vapeur ou par des techniques de dégraissage similaires. On revêt alors le noyau avec une pâte de flux de brasage poisseuse. On saupoudre la surface du noyau revêtue du flux avec des cristaux abrasifs pour former une couche unique de cristaux et on utilise ainsi le flux poisseux pour maintenir les cristaux en position sur le noyau. La composition de la brasure et du flux est de pre- férence un mélange de borax et d'eau avec de la poudre L.M. Nicrobraze, granulométrie 45 microns, disponible dans le commerce auprès de Wall Colmonoy, Detroit, Michigan. Les cristaux peuvent être non revêtus ou revêtus de préférence avec une composition de 1 à 1 1/2 % en poids de nickel, produit par dépôt non électrolytique de nickel-phosphore (nickel mélange avec 5 à 10 % en poids de phosphore) en utilisant de l'hypophosphite de sodium et revêtu électrolytiquement en plus avec 13 à 14 z en poids de nickel-cobalt, la teneur en nickel étant comprise entre 30 et 45% en poids. Le procédé de revêtement de chacun des cristaux est bien connu dans la technique et l'on pourra en particulier se réfèrer au brevet du Royaume Uni nO 1.154.598. L'ensemble constitué par le noyau, le flux et les cristaux de diamant, est alors chauffé dans un four à haute température, en utilisant une atmosphère d'azote ou d'hydrogène à environ 10500C pendant une période allant de 2 à 30 minutes et brasé. La période de chauffage est une fonction de la taille et de la géométrie de l'outil. Après brasage, on nettoie l'outil de la glaçure de bore superficielle engendrée par le flux. Ensuite, les cristaux sont revêtus avec une résine époxy ou autres, résistant à haute température, chargée avec du carbure de silicium de granulométrie inférieure à 10 microns et durcie dans un four de durcissement classique. L'étape finale consiste à nettoyer l'excès de résine en surface pour mettre à nu les cristaux abrasifs. Pour l'électrodéposition, on nettoie d'abord le noyau dans une solution de nettoyage électrolytique,undécapant alcalin fort. Après nettoyage, on recouvre rapidement le noyau avec du cuivre électrolytique, on rince avec de l'eau pour éliminer la solution de sel de cuivre d'amorçage. L'outil recouvert est alors placé dans un lit de cristaux de diamant ou de nitrure de bore cubique et immergé dans une solution électrolytique de nickel. Les cristaux sont alors fixés initialement sur le noyau en utilisant une technique d'-électro-déposition classique. Après fixation initiale, on enlève l'outil du lit et de la solution et on l'inspecte en ce qui concerne l'uniformité d'électro-déposition et on la recouvre à nouveau rapidement avec du cuivre et on effectue une électro-déposition jusqu'à 25 % de la hauteur du cristal dans une solution de nickel en utilisant une 2 densité de courant de 215 ampères/m2. L'outil ainsi revêtu électrolytiquement est enfin revêtu à nouveau avec une résine époxy ou phénolique ou une résine analogue et nettoyé comme décrit ci-dessus. Les cristaux de diamant ou de nitrure de bore peuvent être liés au noyau soit par le procédé de brasage, soit par le procédé d'-électro-déposition. De préférence, les cristaux de nitrure de bore cubique sont liés par le procédé d'électro-dêposition car les cristaux de nitrure de bore cubique tendent à flotter lors du procédé de brasage, ce qui milite contre une bonne liaison au noyau. L'utilisation d'une couche de renforcement non métallique de résine époxy ou phénolique chargée avec la liaison métallique, permet l'utilisation pratiquement complète des cristaux abrasifs sans interférence du liant ou chargement du liant. En outre, la couche de liaison métallique 18 fournit un excellent dissipateur de chaleur qui coopère avec le cristal pour définir de bons trajets thermiques pour les outils à refroidissement par la masse du noyau et bien meilleur que dans une résine classique liée pour laquelle les trajets thermiques sont mal définis. Un outil selon la présente invention présente une triple avantarge sur les outils de l'art antérieur. La couche métallique fixe fermement les cristaux au noyau de l'outil ou support, et le revêtement non métallique, qui remplit les espaces entre les cristaux, supporte chaque cristaux contre une rupture et également empêche le chargement de la meule par des débris de la pièce usinée. Cette unique combinaison permet aux cristaux de se rompre à la superficie limitée de la surface de travail lors de l'utilisation pour fournir une surface fortement abrasive et la couche non métallique s'écaille à la rupture pour éviter une détérioration ou une vitrification prématurées de la surface abrasive. Bien que l'on ait décrit deux compositions résineuses pour la couche non métallique, les specia- listes seront à même d'utiliser d'autres compositions de couche de renforcement non métallique pour améliorer les performances des meules. REVENDICATION S 1 - Outil abrasif caractérisé en ce qu'il comprend un élément de support, un grand nombre de cristaux abrasifs choisis dans le groupe comprenant les cristaux de diamant et de nitrure de bore cubique, ces cristaux étant partiellement noyés dans une couche métallique'liée à l'élément de support et une couche de résine revêtant ladite couche métallique et entourant partiellement les cristaux, ces cristaux étant apparents à leur extrémité opposée à l'élément de support. 2 - Outil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche métallique comprend du nickel. 3 - Outil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche métallique comprend du cuivre. 4 - Outil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche à une épaisseur d'environ 25 % de l'épaisseur des cristaux. 5 - Outil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les cristaux sont des cristaux de diamant. 6 - Outil selon la revendication 1, caractérisé en ce que les cristaux sont des cristaux de nitrure de bore cubique. 7 - Outil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ces cristaux sont revêtus individuellement avec une composition de 1 à 1 1/2 % en poids de nickel déposé non électrolytiquement. 8 - Outil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'outil est une meule. 9 - Outil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la couche non métallique est une composition résineuse. 10 - Outil selon la revendication 9, caractérisé en ce que la composition résineuse est une résine d'époxy chargée. 11 - Outil selon la revendication 9, caractérisé en ce que la composition résineuse est une résine phénolique. 12 - Outil de meulage composite caractérisé en ce qu'il comprend un élément de support, un grand nombre de cristaux abrasifs choisis dans le groupe comprenant les cristaux de diamant et de nitrure de bore cubique, ces cristaux étant noyés jusqu'à une profondeur d'environ 25 % de la hauteur du cristal dans une couche-métallique liée au support et une couche résineuse revêtant la couche métallique et entourant partiellement ces cristaux, ces cristaux étant apparents à leurs extrémités opposées au support. 13 - Outil selon la revendication 12, caractérisé en ce que la couche résineuse est une résine d'époxy chargée. 14 - Outil selon la revendication 12, caractérisé en ce que la couche résineuse est une résine phénolique. 15 - Procédé de fabrication d'un outil abrasif composite caractérisé à ce qu'il consiste à lier un grand nombre de cristaux abrasifs sur un noyau ayant une couche métallique et à revêtir cette couche de liaison métallique et à remplir les interstices entre les cristaux avec une couche de renforcement non métallique pour renforcer les cristaux. 16 - Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce -que la couche de renforcement non métallique est une composition résineuse.