ES2952611T3 - Procedimiento para la producción de cuerpos abrasivos delgados - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a un método para producir cuerpos abrasivos (2) aglomerados cerámicos delgados, en el que se obtienen varios cuerpos abrasivos (2) aglomerados cerámicos delgados a partir de un cuerpo moldeado (1) cerámico sinterizado. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento para la producción de cuerpos abrasivos delgados

Sector de la técnica

La presente invención se refiere a un procedimiento para la producción de cuerpos abrasivos unidos de manera cerámica.

Estado de la técnica

Las herramientas abrasivas unidas o también cuerpos abrasivos se usan en la técnica en particular para el mecanizado de superficies. Para la producción de las herramientas abrasivas unidas se procesan granos abrasivos, por ejemplo aquellos a base de óxido de aluminio o bien corindón, carburo de silicio, diamante o CBN, con un aglutinante y dado el caso otros aditivos, tal como por ejemplo materiales de relleno, sustancias activas para la abrasión, formadores de poros o adhesivos temporales, para dar una mezcla que, entonces, se prensa en un molde prensa para dar una pieza moldeada deseada. El cuerpo verde producido a este respecto se seca a continuación, dado el caso se libera a temperaturas adecuadas de los formadores de poros añadidos y a continuación se cuece cerámicamente.

Dependiendo del fin de uso, las herramientas abrasivas presentan distintos diámetros y espesores, en donde el esfuerzo de trabajo para la producción de cuerpos abrasivos individuales es casi independiente de cómo de gruesa sea una muela o qué diámetro presenta. Los cuerpos abrasivos delgados pueden garantizar sólo un pequeño desgaste durante la rectificación. Así, el esfuerzo para la producción de cuerpos abrasivos delgados, calculado con respecto al desgaste que puede conseguirse con estos cuerpos abrasivos, es relativamente alto en comparación con cuerpos abrasivos más gruesos. Dado que en la producción de cuerpos abrasivos, el esfuerzo de trabajo constituye una gran parte de los costes de producción, el uso de cuerpos abrasivos delgados es comparativamente caro. Si bien pueden reducirse los costes de producción mediante la automatización, sin embargo esto se calcula solo cuando pueden producirse cantidades grandes de muelas.

El documento WO 2010/129813 A2 divulga un procedimiento para la producción de un cuerpo abrasivo de diamante policristalino. Un molde se llena de varias capas de granos de diamante, y cada una de estas capas se rodea de un sustrato de carburo de wolframio que contiene cobalto. En el molde se realiza entonces un procedimiento de sinterización a alta temperatura y alta presión. Durante el proceso de sinterización, el cobalto del sustrato de carburo de wolframio se infiltra en las capas de diamante, donde éste cataliza una recristalización de los granos de diamante. Debido a ello se unen entre sí los granos de diamante, y se produce un cuerpo de diamante policristalino (PCD), que está unido con el sustrato de carburo de wolframio. El apilamiento así producido de capas de carburo de wolframio y PCD se extrae del molde y se corta en discos. El sustrato de carburo de wolframio se separa entonces y el catalizador se separa por lavado del material de PCD residual. Mediante la separación por lavado se mejora la estabilidad térmica del material de PCD y resulta un cuerpo de TSP puro.

El documento US 4.807.402 forma la base del preámbulo de la reivindicación 1 y divulga un procedimiento para la producción de cuerpos abrasivos de diamante o CBN. Un molde se llena de varios estratos de una estructura de capas, en donde cada estrato comprende una capa de soporte y capas abrasivas en ambos lados. Entre los dos estratos individuales están previstos discos separadores. Esta estructura de capas se somete al mismo tiempo a alta presión y a alta temperatura para unir entre sí la capa de soporte y las capas abrasivas.

Objeto de la invención

El objetivo de la presente invención es encontrar un procedimiento para reducir los costes de la producción de cuerpos abrasivos delgados, sin que a este respecto se produzcan pérdidas de calidad.

Este objetivo se resuelve mediante un procedimiento según la reivindicación 1.

En la discusión con el objetivo mencionado tuvieron los inventores de la presente solicitud la idea fundamental de fabricar en grandes moldes de prensa en primer lugar cuerpos moldeados cilíndricos gruesos y dividir éstos entonces en cuerpos abrasivos delgados individuales. Las primeras pruebas no reivindicadas consistían en cortar varios discos delgados de un cilindro. Para ello se fabricó un cuerpo base cilíndrico para cuerpos abrasivos unidos de manera cerámica convencionales con corindón como grano abrasivo. El cilindro se cortó tras la sinterización con ayuda de una sierra de diamantes en discos y los cuerpos abrasivos delgados así obtenidos se giraron de manera planoparalela y a continuación se sometieron a una prueba de abrasión. Las pruebas de abrasión dieron como resultado que la calidad de los cuerpos abrasivos delgados obtenidos de ese modo puede compararse con la de cuerpos abrasivos individuales producidos convencionalmente. Sin embargo, pronto se puso de manifiesto que el corte de los cilindros en discos individuales es relativamente costoso y requiere tiempo, de modo que el objetivo original de producir cuerpos abrasivos delgados de manera económica pudo realizarse de esto modo solo de manera condicionada.

Basándose en la idea fundamental, los inventores de la presente solicitud han perfeccionado entonces la idea y han fabricado varios cuerpos abrasivos delgados en un proceso de prensado en un único molde de prensa, habiendo llenado el molde con la masa de grano abrasivo, aglutinante y aditivos, necesaria para un cuerpo abrasivo delgado, habiendo alisado la masa y habiéndola cubierto con un disco intermedio para llenar entonces con la masa para el siguiente cuerpo abrasivo. También este método no reivindicado proporcionó cuerpos abrasivos cualitativamente buenos, en donde se mantiene sin embargo el ahorro de costes en límites, dado que los cuerpos abrasivos deben procesarse posteriormente tras el proceso de prensado como cuerpo abrasivo individual y por consiguiente se racionalizó únicamente el prensado de los cuerpos abrasivos. A esto hay que añadir que la colocación de los discos intermedios requiere manejo adicional, lo que reduce adicionalmente el ahorro de costes.

La solución del problema de acuerdo con la invención preveía finalmente formar una capa intermedia delgada mediante esparcimiento de partículas inertes sobre la masa introducida por llenado y alisada para el cuerpo abrasivo individual deseado. Sobre la capa intermedia se introdujo por llenado entonces la masa para el siguiente cuerpo abrasivo individual, que tras el alisado se cubrió de nuevo con una capa intermedia de partículas inertes. Este proceso se repitió hasta el llenado completo del molde, en donde la masa para el último cuerpo abrasivo individual ya no se cubrió. Durante el prensado con alta presión se compacta el cuerpo moldeado estructurado en forma de capas de manera que éste pueda extraerse como un cuerpo coherente del molde de prensa y a continuación pueda secarse y sinterizarse o bien cocerse. El cuerpo moldeado sinterizado así obtenido está estructurado por capas, en donde la cohesión de las capas intermedias delgadas de partículas inertes, que no contienen aglutinante, no es muy pronunciada. A este respecto, debe señalarse que el rozamiento radial entre los cuerpos abrasivos individuales es muy grande, de modo que los cuerpos abrasivos pueden desplazarse uno contra otro sólo con dificultad, sin embargo pueden despegarse fácilmente. Del cuerpo moldeado sinterizado así obtenido pueden sacarse ahora los cuerpos abrasivos individuales deseados a la altura de las capas intermedias sin gran esfuerzo mecánico. Los cuerpos abrasivos deben girarse entonces tan solo de manera planoparalela para poder usarse como cuerpos abrasivos delgados.

Los cuerpos abrasivos estructurados en forma de capas se han descrito en numerosos documentos. Así describe el documento EP 1 189 731 B1 un procedimiento y un dispositivo para la producción de cuerpos abrasivos delgados mediante prensado de al menos una capa, que está formada de granos abrasivos, y dos capas que no contienen granos abrasivos y rodean los discos abrasivos, en donde las dos capas sin granos abrasivos están previstas como capas de refuerzo.

En el documento DE 3442230 C2 se describe un procedimiento para la producción de un cuerpo abrasivo con varias capas abrasivas, entre las cuales se encuentra en cada caso una capa amortiguadora inactiva para la abrasión, que amortigua la oscilación, que está constituida preferentemente por un polímero. En este caso se trata de facilitar un procedimiento para la producción de cuerpos abrasivos insonorizados.

El documento DE 10062473 A1 describe un anillo de rectificado así como un procedimiento para la producción de un anillo de rectificado, en donde se forma el cuerpo base del anillo de rectificado mediante un apilamiento de discos. Los discos individuales se unen con capas de adhesivo o aglutinante de manera fija entre sí para dar el anillo de rectificado deseado.

El documento DE 35 45 308 A1 describe cuerpos abrasivos de múltiples capas, que están estructurados para la insonorización por capas con intercalación al menos de una capa de materiales que amortiguan oscilaciones, en donde se lleva al molde la capa de materiales que amortiguan oscilaciones en forma de un polvo no aglomerado, de grano fino y/o de un granulado.

Todos los documentos citados anteriormente tienen como objetivo la producción de cuerpos abrasivos de múltiples capas, en donde la estructura de múltiples capas tiene siempre un fondo técnico y con ello es parte indispensable del cuerpo abrasivo fabricado en su uso. Un cuerpo abrasivo de múltiples capas, que sirve como cuerpo base para la producción de cuerpos abrasivos individuales, para producir de esta manera económicamente cuerpos abrasivos delgados, no pudo determinarse en el estado de la técnica.

Por tanto, la presente invención indica un procedimiento para la producción de cuerpos abrasivos unidos de manera cerámica, en donde en una primera etapa se proporciona en un molde una masa suficiente para varios cuerpos abrasivos individuales delgados de al menos una mezcla de granos abrasivos y aglutinante. La mezcla puede contener opcionalmente de manera adicional materiales de relleno activos para la abrasión y/o inactivos para la abrasión, aditivos y formadores de poros. La masa se prensa por arrastre de forma en el molde con ayuda de una prensa, y el cuerpo verde así obtenido se sinteriza a continuación para dar un cuerpo moldeado. El cuerpo moldeado sinterizado se divide tras el enfriamiento en discos individuales.

Según el procedimiento descrito anteriormente, por consiguiente, se produce en un molde de prensa un cuerpo abrasivo sobredimensionado o cuerpo moldeado cilíndrico y a continuación se divide en discos individuales delgados.

El llenado del molde con la al menos una mezcla se realiza por porciones, en donde en primer lugar se llena el molde con una porción suficiente para un cuerpo abrasivo individual, a continuación se alisa la masa y entonces se cubre con una capa intermedia y este proceso se repite con frecuencia hasta que se haya llenado el molde.

En una forma de realización no reivindicada se forma la capa intermedia mediante colocación de un disco intermedio. El disco intermedio puede estar constituido por un material discrecional, que no contrae ninguna reacción con la mezcla de granos abrasivos. Así pueden usarse por ejemplo chapas metálicas delgadas, que pueden producirse de manera relativamente económica y pueden reutilizarse sin problemas.

De acuerdo con la invención, se forma la capa intermedia, sin embargo, mediante esparcimiento de partículas inertes sobre la masa introducida por llenado y alisada para el cuerpo abrasivo individual deseado. Las partículas inertes adecuadas son, por ejemplo, granos sueltos de corindón, que se esparcen sobre la masa introducida por llenado y alisada para el cuerpo abrasivo individual deseado. El espesor de capa de la capa intermedia de granos sueltos de corindón asciende ventajosamente a de 0,5 mm a 5 mm, preferentemente a aprox. 1 mm. A este respecto debe seleccionarse el espesor de capa suficientemente grueso, de modo que no realice ninguna adhesión de los discos abrasivos adyacentes, y al mismo tiempo suficientemente bajo, para que pueda procesarse posteriormente el cuerpo moldeado de múltiples capas tras el prensado de manera cohesiva y por completo. El tamaño de grano de los granos sueltos de corindón asciende ventajosamente a de F60 a F1000 según FEPA.

Naturalmente, pueden usarse también otras partículas discrecionales para la capa intermedia, siempre que éstas no muestren ninguna reacción con la mezcla de granos abrasivos-aglutinante. Sin embargo, se propone el uso de corindón, dado que el procedimiento de acuerdo con la invención está previsto preferentemente para la producción de cuerpos abrasivos unidos de manera cerámica con granos abrasivos a base de óxido de aluminio o corindón.

A este respecto, el procedimiento no está limitado a la producción de cuerpos abrasivos con igual grosor y composición, sino que pueden producirse en un proceso de prensado cuerpos abrasivos delgados con distinto grosor (espesor), que a continuación se sinterizan como cuerpo moldeado coherente en un ciclo de sinterización. Es posible incluso producir, según el procedimiento de acuerdo con la invención, cuerpos abrasivos con diferente composición, cuando se llena el molde de prensa con distintas mezclas en porciones y se separan con una capa intermedia. Bajo la condición de que los cuerpos verdes obtenidos a partir de las distintas mezclas pueden cocerse con el mismo ciclo de sinterización, puede usarse de nuevo una capa de corindón suelto como capa intermedia. Si los respectivos cuerpos verdes debían requerir distintos ciclos de sinterización, por el contrario se propone colocar de otra manera en la invención reivindicada chapas metálicas como capas intermedias, de modo que los cuerpos verdes pueden procesarse posteriormente por separado tras el proceso de prensado. A este respecto ha de añadirse que en principio naturalmente es posible también seleccionar distintas capas intermedias para un proceso de prensado, cuando deben producirse, por ejemplo, distintos discos abrasivos.

Descripción de las figuras

Las formas de realización preferidas de la invención se describen a continuación por medio de los dibujos, en donde éstos están pensados únicamente como explicación y no deben ser interpretados como restrictivos. En los dibujos muestran:

figura 1 una representación en perspectiva de los componentes individuales de una combinación para el proceso de cochura;

figura 2 una representación en despiece ordenado de la figura 1;

figura 3 una vista en perspectiva desde arriba de la figura 1;

figura 4 un organigrama esquemático para el procedimiento de acuerdo con la invención.

Descripción detallada de la invención

La figura 1 muestra los componentes individuales de una combinación para el proceso de cochura. Esta combinación comprende un cuerpo moldeado 1, que está constituido por varios cuerpos abrasivos 2 y capas intermedias 3. A la combinación pertenece también un posacrisoles 4, en el que se coloca el cuerpo moldeado 1 durante el proceso de cochura así como durante el transporte hacia el horno de cochura y desde el horno. Para un mejor resumen se han representado también en cada caso por separado la capa intermedia 3 y el cuerpo abrasivo 2 en la figura 1. La capa intermedia 3 puede estar formada de granos sueltos de corindón. El posacrisoles 4 es un soporte cerámico refractario, que puede usarse de nuevo tras el proceso de cochura para el siguiente ciclo de cochura.

La figura 2 muestra desde una perspectiva lateral una combinación para un proceso de cochura de un cuerpo moldeado 1 sinterizado de múltiples capas, que está constituido en total por cuatro cuerpos abrasivos 2, que están unidos entre sí en cada caso a través de una capa intermedia 3. La capa intermedia 3 puede estar formada en el presente caso, por ejemplo, de granos sueltos de corindón, que deben compactarse durante el prensado tanto que la capa intermedia 3 cohesione el cuerpo moldeado 1 sin aglutinante adicional. En comparación con los cuerpos abrasivos 2, la capa intermedia 3 está configurada de manera relativamente delgada, de modo que se garantice que el cuerpo moldeado 1 cohesione por completo y pueda procesarse de manera correspondiente. A este respecto, la estabilidad de la capa intermedia 3 es, sin embargo, suficientemente baja de modo que los cuerpos abrasivos 2 individuales pueden desprenderse del apilamiento tras la sinterización con una carga mecánica baja a lo largo de la capa intermedia 3 y pueden separarse uno de otro. La capa intermedia 3 actúa con ello como una perforación. El cuerpo moldeado 1 sinterizado está colocado sobre un posacrisoles 4 cerámico, sobre el que se deposita éste tras el prensado para que se conduzca entonces hacia el horno de sinterización.

La figura 3 muestra el cuerpo moldeado 1 sinterizado de la figura 2 desde una perspectiva algo distinta, en donde el observador mira en la vista superior hacia el interior del apilamiento de cuerpos abrasivos. El cuerpo moldeado 1 de múltiples capas constituido por capas de cuerpos abrasivos 2 y capas intermedias 3 se ha colocado sobre un posacrisoles 4 cerámico, que está previsto como soporte para el transporte del cuerpo verde desde la prensa hacia el horno de sinterización.

En la figura 4 se ha ilustrado un organigrama simplificado para la producción económica de herramientas abrasivas delgadas unidas de manera cerámica. En primer lugar se mezclan granos abrasivos, un aglutinante cerámico, un formador de poros y dado el caso adhesivo y aditivos (etapa 21). A continuación, la masa así producida se separa del mezclador, se tamiza y se añade a un molde (etapa 22). El llenado del molde se realiza por porciones, en donde en primer lugar se llena el molde con una porción suficiente para un cuerpo abrasivo individual, a continuación se alisa la masa y entonces se cubre con una capa intermedia, en donde este proceso se repite con frecuencia hasta que se haya llenado el molde. A continuación se prensa la masa introducida por llenado junto con capas intermedias con una prensa (etapa 23). El cuerpo verde así obtenido se seca dado el caso y se cuece en un horno (etapa 24). Tras la cochura y el enfriamiento se separan y se aíslan los cuerpos abrasivos, por ejemplo, mediante carga mecánica baja a lo largo de la capa intermedia del cuerpo moldeado sinterizado (etapa 25).

Producción de cuerpos abrasivos

En una prueba de abrasión debía comprobarse si el procedimiento de preparación modificado tiene una influencia sobre el rendimiento abrasivo. Para ello se usaron para todos los cuerpos abrasivos sometidos a prueba las mismas partes constituyentes de materia prima reproducidas en la tabla 1, de modo que mediante la prueba de abrasión es posible una comparación directa de los cuerpos abrasivos producidos en distintas condiciones. Las cantidades de los componentes individuales se refieren en cada caso al grano abrasivo (100 %).

T l 1

Los componentes se introdujeron en un mezclador de tambor y se mezclaron en 23 etapas de mezclado de aprox. 60 minutos, hasta que pudo distinguirse ópticamente una homogeneidad y una no aglomeración de la masa. A continuación se extrajo la masa del mezclador y se separó por tamizado. La masa tamizada se añadió a un molde para la producción de un disco de comparación y se prensó por arrastre de forma con una prensa con presiones de 90 bar. El cuerpo verde así obtenido tenía las dimensiones (diámetro x altura x perforación) 280 x 35 x 157 mm y se coció en un horno hasta una temperatura máxima de 1200 °C con un programa de cochura predeterminado.

La misma masa se añadió por porciones en un molde más alto con igual diámetro, en donde se llenó el molde con una porción suficiente para el cuerpo abrasivo individual, a continuación se alisó la masa y entonces se cubrió con una capa intermedia y se repitió este proceso con frecuencia hasta que el molde se había llenado con una masa para en total cuatro cuerpos abrasivos. Como capa intermedia se seleccionó una capa de corindón especial blanco en la granulación F80 con un espesor de capa de aprox. 1 mm.

Pruebas de abrasión

Los cuerpos abrasivos acabados tenían las propiedades descritas en la siguiente tabla 2. La muestra A se fabricó de manera convencional como disco individual en un molde pequeño. En el caso de la muestra B se trataba de un trozo de borde del cuerpo moldeado de múltiples capas sinterizado. La muestra C se tomó del centro del cuerpo moldeado de múltiples capas sinterizado. Para la prueba de la abrasión se determinó en una primera etapa el volumen de viruta por tiempo límite o bien el equivalente espesor de viruta límite h^eq_th hasta que se produzca un sobrecalentamiento de abrasión y en una segunda etapa se determinó el volumen de viruta por tiempo límite o bien el equivalente espesor de viruta límite h^eq_v con respecto a la superación del límite de abrasión permitido. Ambos valores están registrados igualmente en la tabla 2.

T l 2

Los discos se sometieron a prueba en una máquina Reishauer RZ 260 con el uso de aceite refrigerante y una herramienta para reavivar muelas de diamante. Como piezas de trabajo se seleccionó una rueda de prueba del material 16MnCr5.

En la prueba de sobrecalentamiento de abrasión se trabajó mediante aumento sistemático del avance axial (avance en Z) con valores de corte y condiciones de corte por lo demás iguales en tres etapas con tres carreras de igualación, una carrera de desbastado y una carrera de alisado. De esta manera pudo garantizarse en la 2a etapa para la carrera de desbastado un suministro uniforme. La detección del sobrecalentamiento de abrasión se realizó tras la carrera de desbastado (3a etapa) por medio de corrosión con nital.

La prueba de abrasión se realizó con una tecnología comparable, en donde en la 2a etapa durante la carrera de desbastado se trabajó con avance en Z variable y tras la carrera de desbastado (3a etapa) se determinó la abrasión en la zona de uso del tornillo sinfín de amolar durante la carrera de desbastado. En caso de una superación de una desviación de forma del perfil fff > 6 μm según la norma DIN 3960 con velocidad de abrasión predeterminada se consigue el límite de rendimiento.

Puede determinarse que pueden fabricarse sin problemas en un proceso de prensado varios cuerpos abrasivos delgados unidos de manera cerámica sin pérdidas de calidad. Los costes de producción por cuerpo abrasivo pueden reducirse claramente en particular debido a la racionalización del proceso de prensado y de la etapa de sinterización. Con el uso de corindón suelto como partículas inertes para la capa intermedia puede realizarse un ahorro de costes de hasta el 30 %.

Lista de referencias

1 Cuerpo moldeado

2 Cuerpo abrasivo

3 Capa intermedia

4 Posacrisoles

21 Etapa de procedimiento (mezclar)

22 Etapa de procedimiento (llenar)

23 Etapa de procedimiento (prensar)

24 Etapa de procedimiento (sinterizar)

25 Etapa de procedimiento (separar)

Claims (7)

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para la producción de cuerpos abrasivos (2) unidos de manera cerámica, en donde

- se proporciona una masa suficiente para varios cuerpos abrasivos individuales (2) de al menos una mezcla de granos abrasivos y aglutinante en un molde, en donde la mezcla puede contener opcionalmente de manera adicional materiales de relleno activos para la abrasión y/o inactivos para la abrasión, aditivos y formadores de poros,

- el llenado del molde con la al menos una mezcla se realiza por porciones, en donde en primer lugar se llena el molde con una porción suficiente para un cuerpo abrasivo individual (2), a continuación se alisa la masa y entonces se cubre con una capa intermedia (3) y este proceso se repite con frecuencia hasta que se haya llenado el molde y

- la masa en el molde se prensa por arrastre de forma con ayuda de una prensa hidráulica,

caracterizado por

- que la capa intermedia (3) se forma mediante esparcimiento de partículas inertes, que no muestran reacción con la mezcla de granos abrasivos-aglutinante, sobre la masa introducida por llenado y alisada para el cuerpo abrasivo individual (2) deseado,

- que el cuerpo verde así obtenido se sinteriza a continuación para dar un cuerpo moldeado (1) y

- que el cuerpo moldeado (1) sinterizado se divide tras el enfriamiento en cuerpos abrasivos (2) individuales.

2. Procedimiento según la reivindicación 1,

caracterizado por que

la capa intermedia (3) de partículas inertes presenta un espesor de capa de 0,5 a 5 mm.

3. Procedimiento según la reivindicación 1,

caracterizado por que

la capa intermedia (3) de partículas inertes presenta un espesor de capa de aproximadamente 1 mm.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3,

caracterizado por que

la capa intermedia (3) se forma mediante esparcimiento de granos sueltos de corindón sobre la masa introducida por llenado y alisada para el cuerpo abrasivo individual (2) deseado.

5. Procedimiento según la reivindicación 4,

caracterizado por que

el tamaño de grano de los granos sueltos de corindón asciende a de F60 a F1000 según FEPA.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores,

caracterizado por que

todos los cuerpos abrasivos (2) presentan el mismo grosor y la misma composición.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1-5,

caracterizado por que

los cuerpos abrasivos (2) no presentan todos el mismo grosor y la misma composición.