Brevet FR2486851A1 — publié le 19820122

La présente invention concerne des meules à agglo- mérant constitué par des polymères organiques. De façon plus particulière, l'invention concerne des meules agglomérées au moyen d'une résine phénolique durcie par de l'hexaméthylène tétramine, ces meules étant utilisées par exemple comme meu- les d'ébarbage et meules de tronçonnage. De telles meules sont déjà connues d'après le bre- vet des Etats-Unis d'Amérique n0 3 406 020 et le brevet bri- tannique n0 1 207 766. Lorsqu'on prépare de telles meules agglomérées au moyen d'une résine, on mélange une quantité dosée de grains abrasifs avec une composition de liant à base de résine phé- nolique pulvérulente, on comprime ensuite le mélange résul- tant pour obtenir la forme désirée et on fait durcir la ré- sine. Afin d'améliorer l'accrochage et la liaison de la ré- sine aux grains abrasifs, on a trouvé qu'il convenait de mouiller les grains avec du furfural avant de les mélanger à la composition de résine. Les brevets précités décrivent un tel processus de préparation des meules. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique précité indi- que plus particulièrement que, dans la préparation de meules abrasives agglomérées par une résine phénolique, on mélange divers additifs aux grains et à la composition de liant dans le but d'obtenir une meule ayant une résistance en flexion améliorée. On mentionne aussi divers types de grains abrasifs tels que des grains d'alumine, de corindon, de carbure de silicium et de diamant, à introduire dans la meule liée par une résine novolaque avec comme agent de durcissement de l'hexaméthylène tétramine. On utilise environ 2 à 50 % d'a- gent de durcissement par rapport au poids de résine novola- que, la plage préférée allant de 3 à 20 %, et notamment de 7 à 15 %. Par ailleurs, ce brevet indique qu'on utilise de 0 à 100 parties d'un agent mouillant pour 100 parties de ré- sine novolaque, l'agent mouillant étant choisi dans un grou- pe constitué par une résine résole liquide, du crésol, du furfural et de l'alcool de furfural. L'agent mouillant est mélangé avec les grains abrasifs dans la proportion d'envi- ron 40 parties d'agent liquide mouillant de résine phénoli- que à 80 parties de liant 'à base de résine novolaque pulvé- rulente; dans une autre formule, on envisage de 10 à 20 parties de furfural pour 120 parties de résine novolaque solide. On ajuste la formulation de telle sorte que le mé- lange de grains abrasifs, d'agent mouillant et de liant ré- sineux coule librement à la température ambiante et le seul critère pour déterminer la quantité d'agent mouillant à uti- liser est que le mélange doit continuer à couler relativement librement jusqu'au moment o il est chargé dans le moule. Le brevet britannique envisage la fabrication d'une meule d'ébarbage de fonderie à commande manuelle et auto- dressage avec un liant à base de résine, la meule ayant en volume 22 à 26 % de pores et l'abrasif étant des grains de spinelle ou de mullite ou de mélange de ces grains abrasifs. Le brevet décrit la préparation de meules ayant cette poro- sité et ne contient qu'un seul commentaire surla préparation du mélange de grains abrasifs et de liant résineux à partir duquel est moulée la meule, en envisageant l'utilisation du furfural; il y est dit quele furfural est utilisé de maniè- re classique comme plastifiant dans la proportion de 55 cm3 par kilogramme de résine de liaison sèche. Aucune mention n'est faite de la quantité d'hexaméthylène tétramine utili- sée. La présente invention propose une amélioration de la technique antérieure, en indiquant une relation entre la quantité de furfural utilisée comme agent mouillant sur les grains et la quantité d'agent de durcissement utilisé dans la résine de liaison. Chaque fois qu'on emploie ici le terme "mélange", ce terme désigne, comme il est bien connu dans la technique des meules, un mélange plus ou moins granulaire de grains abrasifs revêtus d'un polymère ou d'une résine pulvérulente non durcie. De même, lorsqu'on utilise les termes "liant" ou "résine de liaison", ces termes désignent un liant constitué par de la résine seule et ceux qui contiennent un ou plusieurs des corps suivants bien connus dans la technique: charges, adjuvants de meulage, agents de renforcement. On a découvert que, pour toute meule donnée, le rendement de meulage maximal peut être atteint de façon plus sûre lorsqu'on applique une quantité déterminée d'agent mouillant à base de furfuralsur les grains avant leur mélange avec la résine phénolique pul- vérulente de liaison. Le furfural est utilisé pour mouiller les grains et est ajouté à ceux-ci dans une certaine propor- tion par rapport à l'agent de prise à base d'hexaméthylène tétramine utilisé, lequel est lui-même ajouté en une quan- tité déterminée à la résine de liaison pour obtenir les ca- ractéristiques recherchées de durée de vie de la meule durcie. On sait que l'on peut améliorer la durée de vie d'une meule à liaison phénolique,telle qu'une meule d'ébar- bage ou une meule de tronçonnage, en augmentant la densité des liaisons croisées de la résine phénolique de liaison, ce qui est obtenu en augmentant la quantité d'agent de durcis- sement à base d'hexaméthylène tétramine utilisé avec la ré- sine novolaque. On a maintenant trouvé qu'il y a une seule relation entre la quantité d'agent mouillant à base de fur- fural appliqué sur les grains et la quantité d'agent dedur- cissement utilisé dans la composition de résine novolaque de liaison, la quantité d'agent mouillant pouvant varier de la manière indiquée ci-après afin de régler le rapport de meulage de la meule durcie. C'est en conséquence un but de la présente inven- tion de procurer une meule avec une durée de vie et des rap- ports de meulage améliorés. Un autre but est de procurer un processus de mé- langeage pour satisfaire la relation entre la quantité de furfural utilisé pour mouiller les grains et la quantité d'agent de durcissement à base d'hexaméthylène tétramine dans la résine de liaison afin d'obtenir une meule ayant une durée de vie et un rapport de meulage améliorés. Un autre but est d'indiquer la manière de produire des meules d'ébarbage et de tronçonnage, ou analogues, ayant un rapport de meulage optimal pour leurs -compositions spéci- fiques respectives. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillées donnée ci-après à titre d'exemple, d'une réalisation de l'invention en liaison avec la figure unique qui est un graphique montrant la variation du rapport de meulage des meules abrasives.réalisées selon l'invention en faisant varier les additions d'agent mouillant à base de furfural par rapport à la quantité d'agent de durcissement à base d'hexaméthylène tétramine dans la résine. Bien que l'on envisage ci-après principalement les résines novolaques, c'est-à-dire les condensats phénolformal- déhyde, il est bien entendu qu'on peut utiliser d'autres polymères phénoliques, par exemple des résines phénolformal- déhyde modifiées, des résines phénolfurfural, etc. Le terme "résine phénolique" tel qu'il est utilisé ici, désigne des résines durcissables à l'hexaméthylène tétramine. Parmi les meules classiques agglomérées à la ré- sine, qui sont utilisées pour des opérations de meulage les plus difficiles, on peut citer les meules de tronçonnage, les meules d'ébarbage de billettes et les meules d'ébarbage de fonderie utilisées respectivement pour tronçonner des barres d'acier, préparer des billettes d'acier à des fins de laminage et d'opérations analogues, et pour des- opérations d'ébarbage en fonderie. La plupart de ces meules sont cons- tituées par des grains abrasifs liés par une composition de liant à base de résine novolaque et contenant un agent de durcissement à base d'hexaméthylène tétramine pour obtenir une liaison thermodurcissable ayant une bonne durée de vie. La quantité d'agent de durcissement utilisée a un effet di- rect sur la durée de vie de la structure de la meule durcie, du fait que la densité des liaisons croisées de la meule est modifiée par l'utilisation d'une quantité plus ou moins grande de cet agent. Cependant, et jusqu'ici, on n'avait pas fait la relation entre la durée de vie et la quantité de furfural et le pourcentage d'hexaméthylène tétramine dans la résine novolaque. On a maintenant trouvé que le rapport de meulage d'une meule, c'est-à-dire la quantité de métal pouvant être enlevée par meulage par volume unitaire de la meule consom- mé dans l'opération de meulage, peut être rendu optimal pour tout liant donné à base de résine phénolique en utilisant une quantité optimale de furfural pour mouiller les grains à mé- langer à la résine phénolique de liaison en proportion à l'agent de durcissement à base d'hexaméthylène tétramine présent dans la composition résineuse de liaison. Bien que, dans le passé, on ait mouillé les grains avec du furfural avant de les mélanger avec une composition comportant une résine novolaque pulvérulente et éventuellement des charges, on n'avait pas constaté que la proportion d'agent mouillant appliquée sur les grains était en relation avec la quantité d'agent de durcissement utilisée dans la composition de liant à base de résine phénolique. Plus particulièrement, on n'a- vait pas constaté jusqu'ici que le rapport de meulage de la meule durcie pouvait être réglé en faisant varier la quanti- té de furfural utilisée comme agent mouillant sur les grains en fonction de la quantité d'hexaméthylène tétramine utilisée comme agent de durcissement dans la résine novolaque utilisée comme agglomérant. En se reportant aux données du dessin, on peut voir que lorsqu'on utilise du furfural comme agent mouillant pour les grains abrasifs dans des meules liées par de la résine novolaque contenant de l'hexaméthylône tétramine comme agent de durcissement, on peut obtenir les meilleurs rapports de meulage dans les meules durcies en utilisant une quantité d'hexaméthylène tétramine comprise entre 9 et 14 % dans le mélange de liaison et en utilisant de 20 à 60 cm3 de furfu- ral par kilogramme de résine phénolique pour mouiller des grains avant le mélangeage avec la composition pulvérulente de résine. Sur la figure, on peut voir que, lorsqu'on aug- mente la quantité de furfural proportionnellement à la quan- tité d'hexaméthylène tétramine dans la composition de résine novolaque, le rendement de meulage est amélioré dans les meu- les obtenues. Pour chaque pourcentage d'agent de durcisse- ment dans la composition résineuse entre 9 et 14 %, il y a une quantité optimale de furfural que l'on doit utiliser pour mouiller les grains avant de faire le mélange avec cette résine de liaison pulvérulente pour rendre maximal le rap- port de meulage de la meule ayant cette composition de liant phénolique particulière. Conformément à la présente inven- tion, on peut formuler une résine phénolique de liaison à utiliser avec un lot donné de grains abrasifs pour obtenir la meilleure durée de vie d'une meule en utilisant plus ou moins d'hexaméthylène tétramine comme agent de durcissement, et une quantité spécifique correspondante de furfural pour obtenir les propriétés de meulage optimales de la meule ter- minée. A titre de comparaison, on prépare deux meules d'ébarbage pour montrer l'avantage que l'on retire en dé- terminant la quantité d'agent mouillant en fonction de l'a- gent de durcissement utilisé. Les meules d'ébarbage pour l'acier sont constituées par des grains abrasifs d'alumine et de zircone d'une granulométrie de 10, et sont agglomérées au moyen d'une résine phénolique utilisée de façon classique pour obtenir des meules très denses. On mouille les grains dans chaque meule avec du furfural avant de les mélanger avec une préparation de résine novolaque pulvérulente conte- nant 14 % d'hexaméthylène tétramine comme agent de durcisse- ment. Dans une meule, la quantité de furfural était 17 cm3 par kilogramme de résine dans la meule, et, dans l'autre meule, la quantité de furfural était 40 cm3 par kilogramme de résine. Les meules sont ensuite comprimées à chaud et dur- cies de manière classique de façon à obtenir des meules de 406 mm de diamètre, 50,8 mm d'épaisseur avec un trou de 152 mm dans le centre. Les deux meules sont montées sur une ma- chine d'ébarbage de 22,4 kw et fonctionnent avec une force d'application de 182 kg à une vitesse surfacique de 48,3 m par seconde. On utilise ces meules pour meuler un acier fai- blement allié, AISI 4140. On mesure le taux d'usure de la meule en cm3 par heure et l'enlèvement de métal en kilogram- mes par heure, en même temps qu'on mesure la puissance néces- saire pour entraîner chaque meule pendant l'essai. Les résul- tats de meulage comparatifs obtenus sont les suivants: a) la meule constituée par des grains mouillés par 37,5 cm3 de furfural par kilogramme de mélange résineux avant mélange montre une usure de meule de 418 cm3 par heure, le métal est enlevé au taux de 52,94 kg/heure, à 20,40 kw, ce. qui donne un rendement de meulage de 0,127 kg/cm3; b) la meule identique à la meule précédente, sauf que les grains sont mouillés avec 88 cm3 de furfural, montre un taux d'usure de 341 cm3/heure, le métal est enlevé au taux de 50,45 kg/heure avec une puissance de 18,88 kw, ce qui donne un rendement de meulage plus efficace de 0,148kg/ cm3. Ces résultats montrent que la meule contenant 88 cm3 de furfural a un rendement de meulage amélioré, comme on pouvait s'y attendre en observant sur le dessin la cour- be correspondant à 14 % d'hexaméthylène tétramine. C'est environ la même quantité de métal qui est enlevée dans cha- que essai, mais la meule de 88 cm3 exige moins de puissance. Avec certaines compositions de meules,on ne peut pas ajou- ter de grandes quantitésde fulfural aux grains abrasifs pen- dant la préparation du mélange, ou bien on obtient un mélan- ge qui est difficile ou impossible à manipuler. Pour résou- dre ce problème on ajoute une partie dé la quantité totale de furfural directement aux grains abrasifs et on ajoute le reste, seul ou en mélange avec un deuxième liquide, au mé- lange après que la résine ait été ajoutée à l'abrasif. L'exemple suivant est un exemple de ce type de meule. Dans un deuxième essai, on prépare des meules de tronçonnages comprimées à chaud constituées par une résine novolaque de liaison contenant 9 % d'hexaméthylène tétramine comme agent de durcissement. On prépare ainsi deux meules avec des grains abrasifs d'alumine d'une granulométrie de 24, chaque meule ayant un diamètre de 610 mm, une épaisseur de 4,8 mm et un trou central de 44,5 mm de, diamètre. Dans une meule, on utilise 33 cm3 de furfural par kilogramme de résine pour mouiller les grains avant mélangeage avec la ré- sine pulvérulente de liaison, après quoi on ajoute du furfu- ral au mélange de grains abrasifs et de résine pour porter la quantité totale de furfural à 123,1 cm3 par kilogramme de résine. - Dans la préparation de l'autre meule, on ajoute directement 30 cm3 de furfural aux grains abrasifs, une deu- xième quantité de furfural étant ajoutée à ce mélange de ré- sine et de grains abrasifs pour porter la quantité totale de furfural à 156,9 cm3 par kilogramme de résine. On exécute plusieurs essais avec les meules ainsi obtenues. On utilise une machine Tabor Hydraulic Chop de tronçonnage à sec pour entraîner les meules à 2200 tours par minute. On tronçonne des barres rondes d'acier inoxydable "304", de 30,8 mm de diamètre, chaque tronçonnage nécessi- tant 6 secondes. Les données obtenues montrent que les meu- les préparées avec des grains mouillés avec 123,1 cm3 de furfural par kilogramme de résine ont un rendement de meu- lage moyen de 0,089, tandis que les meules préparées avec des grains mouillés avec 156,9 cm3 de furfral ont un rende- ment de meulage moyen de 0,069, comme on pourrait s'y atten- dre en considérant la courbe de 9 % sur la figure. On effectue un autre essai avec ces meules de tron- çonnage sur une machine à meuler pour -obtenir un tronçonnage en plongée en utilisant 20 kw de puissance pour entraîner une machine à tronçonner à châssis basculant Fox. On effectue un tronçonnage en plongée de 50,8 mm sur de l'acier C 10/18 CR. Cette machine tourne à 1900 tours par minute. Pendant cet essai, la meule préparée avec 123,1 cm3 de furfural a un rendement de meulage de 0,0274,tandis que la meule pré- parée avec 156,9 cm3 de furfural a un rendement de meulage- de 0,0238. Ces essais confirment que, lorsqu'on applique la même puissance à différentes meules de tronçonnage réalisées avec des quantités différentes de furfur.al en fonction de l'hexaméthylène tétramine utilisé comme agent de durcisse- ment, on obtient un rendement de meulage plus élevé lorsqu'on utilise une quantité moindre de furfural dans une composition résineuse à 9 % d'hexaméthylène tétramine, ce qui confirme la relation au furfural. On a réalisé en laboratoire plusieurs essais dif- férents dans des conditions contrôlées pour comparer la ré- sistance relative des compositions de meules agglomérées à la résine et ensuite durcies. Pour ces essais, on moule et on durcit de la même manière que les meules d'ébarbage dé- crites ci-dessus, des barreaux ayant les mêmes grains abra- sifs et la même composition de résine de liaison que celle utilisée dans une composition standard de meule. On mesure la résistance en flexion de chacun des barreaux durcis en utilisant une portée de 50,8 mm avec un mode de flexion en trois points sur une machine d'essais Instron pour détermi- ner les résistances à rupture moyennes. Cet essai de flexion montre que la résistance de la meule est maintenue même si on fait varier le furfural pour optimiser le rendement de meulage, tandis que la durée de vie est également accrue, comme il apparaît des données suivantes. On prépare un certain nombre de barreaux de 127 x 12,7 x 6,35 mm avec des grains abrasifs d'alumine et de zir- cone d'une granulométrie de 24 avec une résine de liaison modifiée qui contient un agent mouillant "Carbosota" utili- sé avec une résine phénolique pulvérulente en une quantité d'environ 44 cm3 par kilogramme de résine. Dans ces barreaux, l'abrasif est lié par une résine novolaque contenant respec- tivement des additions de 9 et de 14 % d'hexaméthylène té- tramine utilisée comme agent de durcissement, avec respec- tivement 37,5, 88 et 132 cm3 de furfural pour mouiller les grains; le mélange est ainsi: % en volume % en poids Grains ZrO2-A1203 54 71,9 Liant résineux 46 28,1 On essaie les barreaux durcis obtenus pour déter- miner la résistance moyenne a rupture en répétant quatre fois ces essais pour chaque quantité de furfural. La résis- tance moyenne pour une valeur de 88 cm3 est de 1 019kg/cm2, pour une valeur de 40 cm3, elle est de 1 083 kg/cm2 et pour une valeur de 132 cm3, elle est de 995 kg/cm2. Ces données montrent que la résistance de la meule reste élevée lorsqu'on ajoute des quantités plus grandes d'hexaméthylènetétramine comme agent de durcissement. L'addition de furfural aux grains pendant le mélangeage en fonction de la quantité d'hexaméthy- lène tétramine présente conserve la résistance de la liaison lorsque la teneur en hexaméthylène tétramine augmente. La constatation que la quantité idéale de furfural ajoutée aux grains est fonction de la quantité d'hexaméthylène tétramine servant d'agent de durcissement dans la résine de liaison est importante, car elle sert à améliorer la durée de vie et le rendement de meulage des meules modernes, caracté- ristiques que l'on recherche du fait de l'introduction dans l'industrie de nouvelles machines à meuler l'acier de plus grande puissance. Lorsqu'on utilise ces machines plus puis- santes à leur pleine capacité pour-ébarber, par exemple des billettes d'acier, il est souhaitable d'avoir les meules les plus durables. L'invention permet d'obtenir des meules plus durables que celles jusqu'ici connues en combinant des quan- tités appropriées de furfural et d'hexaméthylène tétramine. On a en général observé que certaines combinaisons de furfural utilisé comme agent mouillant avec des grains abrasifs agglomérés au moyen d'une résine phénolique novo- laque contenant de l'hexaméthylène tétramine comme agent de durcissement pour obtenir une meule a des effets sur le ren- dement de meulage, la durée de vie et la résistance de la meule obtenue. Lorsque les quantités d'hexaméthylène tétra- mine dépassent 12 % en poids de résine pour atteindre 20 % dans certains cas, on doit faire varier la quantité de fur- fural proportionnellement-de 44 cm3 de furfural par kilo- gramme de résine pour mouiller les grains jusqu'à 132 cm3 de furfural par kilogramme de résine. Des meules réalisées selon cette invention sont, par ailleurs, produites par des techniques connues pour le mélangeage, l'utilisation d'addi- tifs tels que des charges, des adjuvants de meulage, etc., pour la compression à chaud ou à froid, et le durcissement du mélange de résine phénolique pour obtenir la meule dési- rée. Bien qu'il ait été décrit ci-dessus la forme pré- férée de cette invention, il est possible d'y apporter des modifications sans s'écarter de la portée des revendications suivantes. Il est bien entendu que la présente invention est indépendante du type d'abrasif utilisé, notamment: alumine fondue et frittée, mélange d'alumine et de zircone fondu et fritté, carbure de silicium, spinelle, silex, mullite, ni- trure de bore cubique, carbure de bore, diamant, etc., et leurs mélanges. 1l REVENDICATIONS 1. Meule agglomérée au moyen de résine phénolique, dans laquelle on utilise de l'hexaméthylène tétramine comme agent de durcissement et du furfural comme agent mouillant appliqué, au moins en partie, sur les grains abrasifs dans la préparation du mélange constituant la meule, caractérisé en ce que la quantité de furfural utilisée est comprise entre44 et 132 cm3 par kilogramme de résine, le furfural étant incor- poré dans la composition en une quantité croissante lorsque la quantité d'hexaméthylène tétramine utilisée comme agent de durcissement dans la résine augmente en poids de 12 à 20%. 2. Mélange abrasif pour préparer des meules d'ébar- bage et de tronçonnage, dans lesquelles les grains abrasifs sont liés par une résine phénolique pulvérulente contenant de l'hexaméthylène tétramine comme agent de durcissement, carac- térisé en ce que les grains abrasifs sont mouillés par du fur- fural, que ces grains mouillés sont mélangés à la résine pul- vérulente et qu'on ajoute une quantité supplémentaire de fur- fural à ce mélange pour amener la quantité totale de furfural à une quantité proportionnelle à la quantité d'hexaméthylène tétramine dans la résine. 3. Mélange abrasif selon la revendication 2, carac- térisé en ce que la quantité de furfural présente-est comprise entre 44 et 132 cm3 par kilogramme de résine. 4. Mélange abrasif selon la revendication 2, carac- térisé en ce que la quantité d'hexaméthylène tétramine utili- sée comme agent de durcissement est comprise entre 12 et 20 % en poids de la résine et qu'on ajoute une quantité de furfural comprise entre 44 et 132 cm3 parkilogramme de résine. 5. Mélange abrasif selon la revendication 1, carac- térisé en ce que la quantité d'héxaméthylène tétramine dans la résine est de 14 % en poids de résine et qu'on ajoute 88 cm3 de furfural par kilogramme de mélange résineux. 6. Mélange abrasif selon l'une quelconque des reven- dications 1 à 5, caractérisé en ce que la résine phénolique est une résine novolaque. 7. Procédé pour améliorer le rendement de meulageet la durée de vie d'une meule abrasive liée par de la résine, dans laquelle les grains abrasifs sont mouillés par du furfu- ral avant de mélanger les grains à une résine novolaque pul- vérulente contenant de l'hexaméthylène tétramine comme agent de durcissement, caractérisé en ce qu'on mouille les grains avec du furfural, on mélange ensuite les grains mouillés par le furfural avec une résine novolaque pulvérulente contenant de l'hexaméthylène tétramine comme agent de durcissement, on ajoute facultativement une deuxième quantité de furfural au mélange de résine et d'abrasif et avant de mouiller les grains, on dose une quantité totale de furfural fonction de la quan- tité d'hexaméthylène tétramine dans la résine de liaison, cette quantité étant comprise entre 44 et 132 cm3 de furfural par kilogramme de résine lorsque la quantité d'agent de durcisse- ment varie de 12 à 20 % en poids du mélange résineux.