Brevet FR2456769A1 — publié le 19801212

La présente invention concerne le domaine de la fabrication des outils abrasifsetanotamment pour objet une composition pour la fabrication de la partie active des outils, en particulier des outils fabriqués en diamant, en nitrure de bore cubique et dtautres matériaux extra-durs. L'invention peut être appliquée avec une efficacité maximale à la fabrication des outils pour l'usinage par abrasion des matériaux diffkileme usinables, tels que les alliages réfractaires et durs, les aciers cémentés e nitrurés. On cannait actuellement diverses compositions pour la fabrication d'outils abrasifs a agglomérants organiques, métalliques ou céramiques. Toutefois, les outils fabriqués avec ces compositions ne permettent pas d'usiner efficacement les aciers et les alliages réfractaires. Notamment, les outils à agglomérants organiques, bien qu'assurant une qualité satisfaisante de la surface usinée, sont caractérisés par une consommation spécifique importante de diamant, ce qui se traduit par un pri: élevé de l'usinage des matériaux. On connalt des tentatives faites en vue d'augmenter la tenue des outil, à agglomérant organique, en employant en tant que charge métallique des métaux doues d'une grande conductivité électrique et ayant une surface non oxydée. De telles compositions, de I'avis de ceux qui les ont conçues, permettent d'utiliser les outils obtenus pour l'abrasion électrochimique, ce qui assure un accroissement de la tenue des outils. Toutefois, en tant que charge de ce genre on emploie en règle genérale des matériaux coûteux, par exemple l'argent (voir brevets américains nO 3 433 730, 3 547 609, anglais nO 1 137 965, ouest-allemand nO 1544 643) le cuivre enrobé soit d'or, soit de platine (voir brevets anglais nO 1 177 854, ouest-allemand nO 1 752 504). Les outils à agglomérants métalliques ne permettent pas non plus l'usinage efficace des materiaux indiqués plus haut, vu qu ils n'assurent pas la qualité requise de la surface usinée. Les outils à agglomérant céramique utilisés à l'heure actuelle, bien qu'assurant une qualité satisfaisante de l'usinage, présentent un inconvénient notable, consistant en leur faible résistance à l'usure. La composition la plus prometteuse de ce point de vue est une composi contenant un abrasif, une charge métallique et un liant organique, à laquE en vue-de conférer à ltoutil la conductivité électrique nécessaire, on aj Toutefois, la consommation spécifique de ces compositions abrasives reste encore importante. Le but de l'invention est de supprimerlesinconvénients indiqués. On s'est proposé pour cela de mettre au point une composition pour la fabrication d'outils abrasifs, dans laquelle l'agglomérant contiendrait des constituants qui confèreraient une résistance mécanique plus élevée aux outils, tout en améliorant leur conductivité électrique, grâce à la destruction des films d'oxyde enrobant les charges métalliques. La solution consiste en une composition pour la fabrication d'outils abrasifs, comprenant un abrasif, une charge métallique et un agglomérant organique, dans laquelle, d'après l'invention, il y a en plus un agglomérant minéral, cet agglomérant étant au moins l'une des substances du groupe des sels ayant un point de ramollissement correspondant à la plage de température de polymérisation de l'agglomérant organique, et les constituants indiqués étant pris dans les proportions volumiques suivantes abrasif de 12,5 à 37,5%, charge métallique de 30 à 60%, substance du groupe des sels de 5 à 30%, agglomérant organique le solde. Ici et plus loin, par "groupe de sels" on entend l'ensemble des sels proprement dits et leurs mélanges, y compris leurs eutectiques. Grâce à l'addition d'un agglomérant minéral à la composition et à la correspondance du point de ramollissementde- cet agglomérant à la température de polymérisation de l'agglomérant organique, on obtient lors de la fabrication des outils un mouillage simultané de l'abrasif et de la charge métallique par I'agglomérant organique et par le constituant salin fondu. De ce fait, lors du refroidissement subséquent, des liaisons supplémentaires apparaissent entre l'abrasif et les particules de métal, ce qui accrott le grade des outils. En outre, le constituant salin détruit les films d'oxyde enrobant les particules métalliques de la charge et accroît ainsi la conductivité électrique des outils. Le choix des pourcentages de constituants de la composition est dicté par les considérations suivantes. La diminution du taux d'abrasif au-dessous de 12,559 entrain un fort abaissement du pouvoir coupant de l'outil, et son augmentation au-dessus de 37,52 entralne un accroissement inutile du prix. Si le taux de la charge métallique est inférieur à 30%, la conductivité électrique de l'outil sera insuffisante pour son exploitation pratique, et s'il est supérieur à 60%, l'aptitude à l'auto-affûtage de l'outil en cours d'utilisation s'altère. L'addition d'une quantité de constituant salin supérieure à 30% altère l'aptitude à la conservation de l'outil, et l'abaissement de cette quantité au-dessous de 5% ne donne pas une augmentatio: sensible de la tenue de l'outil. Pour abaisser le frottement et augmenter la profondeur d'abrasion admissible, il est avantageux d'ajouter à la composition au moins un antifriction, la proportion volumique des constituants étant la suivante abrasif de 12,5 à 37,5%, charge métallique de 30 à 50%, substance du groupe des sels de 5 à 20%, antifriction de 5 à 15%, agglomérant organique le solde. Un taux d'antifriction inférieur à 5% ne donne aucun abaissement sensible du frottement, et un taux d1antifriction supérieur à 15% diminue le grade de l'outil. Les outils sont fabriqués, à partir de la composition décrite plus haut de la façon suivante. Les constituants de la composition, pris dans les proportions indiquées plus haut, sont mélangés, versés dans une matrice de compression, chauffés jusqu a la température de polymérisation de l'agglomérant organique, puis comprimés sous une pression de 500 à 800 kg/cm2 . Au cours du chauffage, les sels fondent et décapent le métal, en détruisant les films d'oxyde. Les contacts qui se forment entre les particules de métal confèrent un conductivité électrique satisfaisante à l'outil. Lors du refroidissement de la composition, les agglomérants minéral et organique se solidifient simultanément, ce qui confère un grade élevé à l'outil. En tant qu'agglomérant minéral on peut utiliser aussi bien les sels qu les mélanges de sels, y compris les eutectiques, ayant le point de ramollissement requis. Par exemple, si l'on utilise en tant qu'agglomérant organique une résine phénol-formol, dont la plage de température de polymérisation se situe entre 180 à 220"C, on peut prendre en tant qu'agglomérant minéral un mélange de chlorures de cuivre et de sodium ou de chlorures de cuivre et d'étain, dont le point de ramollissement est 2000C. Si l'on utilise en tant qu'agglomérant un polyamide, dont la plage de température de polymérisation se situe entre 280 et 3300C, on prend des composants salins dont le point de ramollissement se situe dans la plage indiquée. Tels sont, par exemple, le diiodure d'étain ou l'eutectique des chLorures de sodium, de potassium et de cuivre, dont le point de ramollissement est 3000C. Si le point de ramollissement de l'agglomérant mineral est plus élevé que la limite supérieure de la plage de température de polymérisation de l'agglomérant organique, les constituants de l'agglomérant minéral ne se ramolliront pas, car, lors de la fabrication de l'outil la composition n1 est chauffée que jusqu'à la temperature de polymérisation de l'agglomérant organique. Le constituant salin n'aura donc aucune action de liaison et, de surcrott, augmentera la fragilité de l'outil. Si le point de ramollissement de l'agglomérant minéral est au-dessous de la limite inferiewre de la plage de température de polymérisation de l'agglomerant organique, le constituant salin fondra trop tot au cours du chauffage de la composition et fuira dans les interstices de la matrice. I1 s'ensuivra, premièrement une forte augmentation de la porosité de l'outil et, en conséquence, un abaissement de son grade, et deuxiemement le collage des parties de la matrice entre elles par les films de sel solidifié. Le démontage de la matrice présentera alors des difficultés. Pour obtenir une composition homogène, avant de mettre l'agglomérant minéral en oeuvre, on le broie, puis on sasse la composition obtenue. Avant de remplir la matrice pour la compression, on enduit ses surfaces de graisse graphitée afin de prévenir l'adhérence de la composition à la matiere de la matrice par frittage. Ci-après sont décrits des exemples concrets mais non limitatifs illustrant l'obtention de la composition conforme à l'invention. Exemple 1 Avec une composition contenant, en volume - en tant qu'abrasif diamant 25%, - en tant que charge métallique cuivre 35%, - en tant qu'agglomérant organique résine phénol-formol 15%, - en tant qu'agglomérant minéral mélange comprenant 82% en poids de CuCl et 18% en poids de NaCl 25%, on fabrique par le procédé décrit plus haut une meule cylindrique. La température de compression est de 210 C. La conductivité électrique de la partie active de l'outil ainsi obtenu est de 3,7 m/#.mm2, et sa dureté HB, de 97 unités. Le meulage électrochimique d'un alliage réfractair au molybdene, est exécuté par cette meule avec une consommation spécifique de diamant de 3,5 mg/g, ce qui est bien plus bas que dans le cas d'utilisation de meules en compositions connues. Exemple 2 Avec une composition contenant, en volume diamant 12,5%, cuivre 37,5%, résine phénol-formol 20%, mélange de sels CuCl et NaCl (de même composition que dans l'exemple 1) 30%, on fabrique par le procédé décrit plus haut une meule cylindrique. La température de compression est de 2100 C. La conductivité électriqu de l'outil ainsi obtenu est de 4,3 m/g .mm2, et sa dureté EB, de 95 unités La consommation spécifique de diamant lors du meulage d'un alliage réfractaire de molybdene est de 3,7 mg/g. Exemple 3 Avec une composition contenant, en volume diamant 25%, charge métallique comprenant 4 parties en poids de cuivre et 1 partie en poids d'étain 30%, résine phenol-lormol 20%, mélange comprenant 15 parties en poids de CuCl et 85 parties en poids de SnClz 25%, on fabrique par le procédé décrit plus haut une meule boisseau. la température de compression est de 210 C. Avec la meule ainsi obtenue on usine un alliage dur au régime suivant vitesse périphérique de la meule, 20 m/s ; avance longitudinale, 1,5 m/mm avance transversale, 0,1 0,1 mm/course aller-retour. A ce régime, la consommat spécifique de diamant siest élevée à 0,2 mg/g, ce qui est de 3 a 5 fois mo que dans le cas d'utilisation de meules en compositions connues. Exemple 4 Avec une composition contenant, en volume diamant 37,5%, cuivre 30%, résine phénol-formol 27,5%, mélange de sels CuCl et SnC1 (de même composition que dans l'exemple 3) 5%, on fabrique par le procédé décrit plus haut une meule cylindrique. La température de compression est de 215 C. La consommation spécifique de diamant lors du meulage d'un acier nitrure avec l'outil ainsi obtenu est de 4,3 Fg/g. Exemple 5 Avec une composition contentant, en volume : - en tant qutabrasif : diamant 25%, carbure de bore 12,5, - en tant que charge métallique cuivre 30%, - en tant qu'agglomérant organique résine époxyde 15%, - en tant qu'agglomérant minéral acétate de cuivre 17,O/o on fabrique par le procédé décrit plus haut un outil de superfinition. La température de compression est dc 100 110 C, la pression, de 200 kg/cm2. A l'aide de l'outil ainsi obtenu on effectue la superfinition de pièces en alliages durs. Le rendement de la superfinition est de 1,7 fois plus grand que dans le cas d'utilisation d'outils en compositions connues. Exemple 6 Avec une composition contenant, en volume diamant 12,5X, cuivre 60%, - en tant qu'agglomérant organique polyimide 22,5%, - en tant qu'agglomérant minéral diiodure d'étain 5%, on fabrique par le procédé décrit plus haut une meule boisseau. La température de compression est de 3000C. La conductivité électrique de l'outil ainsi obtenu est de 5,5 m/n,IIlm2. La consommation spécifique de diamant lors du meulage d'un alliage dur au régime indiqué dans l'exemple 3 est de 0,15 mg/g, ctest-à-dire de 4 à 5 fois moins que la consommation dans le cas d'utilisation de meules en composition connues. Exemple 7 Avec une composition contentant, en volume - en tant qu'abrasif nitrure de bore cubique 25, - en tant que charge métallique cuivre 35%, résine phénol-formol 15%, mélange de sels NaCI et CuCl (de même composition que dans l'exemple 3) 15%, - en tant qu'antifriction nitrure de bore hexagonal 10%, on fabrique par le procédé décrit plus haut une meule boisseau. La température de compression est de 2150C. A laide de l'outil ainsi obtenu on meule un acier rapide au régime suivant : vitesse de'la meule, 20 m/s ; avance longitudinale, 1 m/mn ; avance transversale 0,06 mm/course aller-retour. Dans ce cas la consommation spécifique de nitrure de bore cubique est de 1,5 mg/g. Exemple 8 Avec une composition, contenant en volume : nitrure de bore cubique 25%, cuivre 25%, résine phénol-formol 25%, eutectique des sels WaCl et CuCl 10%, - en tant qu'antifriction graphite 5X, nitrure de bore hexagonal 10%, on fabrique par le procédé décrit plus haut une meule cylindrique. La temperature de compression de l'outil est de 215 C. Lors du meulage dtun acier cémenté avec l'outil ainsi obtenu, le rendement est 2 fois plus grS que dans le cas d'utilisation de meules en compositions connues. Exemple 9 Avec une composition contenant, en volume diamant 25%, cuivre 35%, polyimide 15%, eutectique des sels WaCl et CuCl 20%, bisulfure de molybdène 5X, on fabrique par le procédé décrit plus haut une meule cyiindrique, La température de compression de l'outil est de 300 C. Lors du meulage d'un acier cémenté avec l'coutil ainsi obtenu, le rendement est 3 fois plus grand que dans le cas d1utilisation de meules en compositions connues. Aucun changement de phase n'est observé dans la couche superficielle des pièces meulées. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits qui n1 ont été donnes qu'a titre d'exemple, En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens decrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Composition pour la fabrication d'outils abrasifs, du type comprend un abrasion, une charge métallique et un agglomérant organique, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un agglomérant minéral, cet agglomérant étai au moins l'une des substances du groupe des sels ayant un point de ramollissement correspondant à la plage de température de polymérisation de l'agglomérant organique. 2. Composition suivant la revendication 1, caractériséeen ce qu'elle contient (en volume) abrasif de 12,5 à 37,5, charge métallique de 30 à 60%, substance du groupe des sels de 5 à 30%, agglomérant organique le solde. 3. Composition selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre au moins un antifriction, les proportions volumiques des constituants de la composition étant alors les suivantes abrasif de 12,5 à 37,5%, charge métallique de 30 à -50%, substance du groupe des sels de 5 a 20%, antifriction de 5 à 15%, agglomérant organique le solde. 4. Outil abrasif caractérisé en ce qu'il comporte application de la composition faisant l'objet de l'une des revendications 1, 2 et 3.