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Title:
METHOD FOR PRODUCING AN ABRASIVE TOOL
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2002/038339
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention concerns a method for making a tool comprising at least a machining tip (1) consisting of one or several materials, in particular diamond-based, and a support (3) for the tip(s), the method comprising for the tip or each tip, the shaping of a cavity (2) in the support, according to the desired shape for the tip, setting the support such that the cavity has an opening (4) upwards, filling the cavity with the material(s) (6) constituting said tip, setting a mass (7) of a bonding metal alloy on the material(s) constituting the filling, the alloy being selected to have at least a melting temperature less than that of the support and of the constituting materials, raising the temperature of the whole assembly thus formed, until the bonding alloy melts, so as to allow the alloy to melt and naturally infiltrate so that it fills all the interstices between the constituting materials and between the latter and the wall of the cavity, and cooling the whole infiltrated assembly.

Inventors:
GILLET THIERRY (BE)
Application Number:
PCT/BE2000/000137
Publication Date:
May 16, 2002
Filing Date:
November 10, 2000
Export Citation:
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Assignee:
DIAMANT BOART SA (BE)
GILLET THIERRY (BE)
International Classes:
B24D3/08; B24D5/06; B24D7/06; B24D18/00; (IPC1-7): B24D3/08; B24D5/06; B24D18/00
Foreign References:
US6039641A2000-03-21
US4861350A1989-08-29
EP0365843A11990-05-02
US3343308A1967-09-26
US5030276A1991-07-09
Attorney, Agent or Firm:
Claeys, Pierre (Holidaystraat 5, Diegem, BE)
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Claims:
REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication d'un outil comportant au moins une plaquette d'usinage (1) constituée d'une ou de plusieurs matières, notamment à base de diamant, et un support (3) de la ou des plaquettes (1), le procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend pour la ou chaque plaquette (1), un façonnage d'une cavité (2) dans le support (3), suivant la forme souhaitée pour la plaquette (1), une pose du support (3) de manière à ce que la cavité (2) présente une ouverture (4) vers le haut, un remplissage de la cavité (2) avec la ou les matières (6) constitutives de ladite plaquette (1), une pose d'une masse (7) d'un alliage métallique de liaison sur la ou les matières constitutives (6) de remplissage, l'alliage étant choisi pour présenter une température de fusion inférieure à celle du support (3) et de la ou des matières constitutives (6), une élévation de la température de l'ensemble ainsi formé, jusqu'à la fusion de l'alliage de liaison (7), de manière à laisser fondre et s'infiltrer naturellement l'alliage (7) pour qu'il remplisse tous les interstices entre la ou les matières constitutives (6) et entre celle (s)ci et la paroi de la cavité (2), et un refroidissement de l'ensemble infiltré.
2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par un choix de la ou des matières constitutives (6) sous forme de granules, de préférence sensiblement sphériques.
3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce que les granules précités sont constitués, pour au moins une part, de grains de diamant enrobés et, pour la part restante, de granules de remplissage.
4. Procédé suivant la revendication 3, caractérisé par un choix d'un poids spécifique de mme ordre de grandeur pour les grains de diamant enrobés et pour les granules de remplissage.
5. Procédé suivant l'une ou l'autre des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que les grains de diamant enrobés et/ou les granules de remplissage présentent des pores à mme d'tre remplis par l'alliage métallique (7) en mme temps que les interstices susdits.
6. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisé en ce que les granules ont une dimension sensiblement égale, comprise entre 300 et 2000 micromètres, de préférence entre 500 et 1500 micromètres.
7. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le façonnage comporte un creusement de la cavité (2) de part en part à travers l'épaisseur du support (3), le support étant posé alors sur un plateau (9), notamment en graphite ou céramique, agencé pour obturer une ouverture (11) de la cavité (2) tournée vers le bas.
8. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le façonnage comporte un creusement de la cavité (2) de manière à ce que celleci débouche sur un côté (12) orienté latéralement du support (3) lorsque celuici est posé pour présenter vers le haut une ouverture (4) de remplissage, le procédé comportant alors une fermeture, notamment à. l'aide d'un élément en graphite ou céramique, de ce côté latéral (12) à l'endroit où y débouche la cavité (2).
9. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le façonnage de la cavité (2) dans le support (3) est réalisé de manière à ce qu'une paroi (13) de celleci s'étend le long d'un côté (12) orienté latéralement du support (3) lorsque celuici est posé pour présenter vers le haut une ouverture (4) de remplissage, le procédé comportant alors, après l'étape de refroidissement, un usinage dudit côté (12) du support (3) de façon à enlever la matière du support (3) jusqu'à soit en réduire l'épaisseur pour qu'elle soit comprise entre 0,1 et 3 millimètres soit y mettre à nu sur ce côté latéral (12) la matière de la plaquette (1) afin de la rendre active de ce côté.
10. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que, lorsque le support (3) a une forme tubulaire (14) et que les cavités (2) sont façonnées de manière à déboucher à une extrémité (16) de cette forme tubulaire (14), cette extrémité (16) est tournée vers le haut, elle est entourée d'un moule (17) sur sa face extérieure et/ou munie d'un noyau (18) pour sa face intérieure, afin de délimiter chaque cavité (2) à remplir.
11. Procédé suivant la revendication 10, caractérisé par un choix de graphite comme matière du moule (17) et/ou du noyau (18).
12. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé par un choix d'une dimension de saillie de la ou des plaquettes (1) par rapport au support (3) de l'ordre de 50 à 2000 et de préférence de 50 à 250 micromètres.
13. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé par un choix d'une matière du support (3) dont le degré d'usure est sensiblement du mme ordre de grandeur que celui de. la ou des plaquettes (1).
Description:
"Procédé de réalisation d'un outil abrasif' La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication d'un outil comportant au moins une plaquette d'usinage constituée d'une ou de plusieurs matières, notamment à base de diamant, et un support de la ou des plaquettes.

Une technique connue consiste à fabriquer des segments ou plaquettes abrasives par frittage et à les braser ou souder sur un support, tel qu'un disque pour former un disque de sciage. Braser ou souder est coûteux en temps.

Une autre technique connue consiste à placer dans une matrice une tôle, comme support, et des volumes de poudre adéquate pour former des plaquettes, à fermer la matrice par une matrice complémentaire et à soumettre cet ensemble à des température et pression de frittage pour obtenir une jonction métallurgique entre les différents constituants, avec diffusion entre poudre et tôle. Ces matrices sont des éléments coûteux à fabriquer et les opérations nécessaires sont longues et donc coûteuses.

De plus, le frittage susdit est une opération délicate parce que le diamant ne supporte qu'au maximum environ 900° C, température insuffisante pour un frittage des métaux de la poudre. Cette température trop basse doit tre compensée par une forte pression qui est souvent difficile et coûteuse à mettre en oeuvre.

La présente invention a pour but d'éviter les inconvénients cités ci-dessus et de procurer un procédé qui permet de fabriquer les outils visés, d'une manière simple, rapide et économique, en utilisant au moins partiellement ledit support en tant que moule pour le façonnage de

la ou des plaquettes et en supprimant la mise sous pression des éléments constitutifs de ces dernières, afin d'éviter des variations incontrôlables de leurs dimensions et en particulier de leur épaisseur par rapport à celle du support.

A cet effet, suivant l'invention, ledit procédé comprend, pour la ou chaque plaquette, (a) un façonnage d'une cavité dans le support, suivant la forme souhaitée pour la plaquette, (b) une pose du support de manière à ce que la cavité présente une ouverture vers le haut, (c) un remplissage de la cavité avec la ou les matières constitutives de ladite plaquette, (d) une adjonction d'une masse d'un alliage métallique de liaison à la ou aux matières constitutives de remplissage, l'alliage étant choisi pour présenter une température de fusion inférieure à celle du support et de la ou des matières constitutives, (e) une élévation de la température de l'ensemble ainsi formé par le support, lesdites matières constitutives et la masse précitée, jusqu'à la fusion de l'alliage de liaison, de manière à laisser fondre et s'infiltrer naturellement l'alliage pour qu'il remplisse tous les interstices entre la ou les matières constitutives et entre celle (s)-ci et la ou les parois de la cavité, et (f) un refroidissement de l'ensemble infiltré.

D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront des revendications secondaires et de la description des dessins qui sont annexés au présent mémoire et qui illustrent schématiquement, à titre d'exemples non limitatifs, des formes de réalisation particulières d'outils obtenus par le procédé suivant l'invention.

La figure 1 montre en plan un disque dans lequel sont découpées, sur une moitié, des cavités à distance du côté latéral et, sur l'autre moitié, des cavités ouvertes vers ce côté latéral, et dans lequel sont façonnées des plaquettes.

La figure 2 montre, en coupe et en élévation, le disque de la figure 1 posé sur un plateau (mais représenté à distance pour la clarté du dessin), les cavités remplies avant infiltration.

La figure 3 montre un agrandissement, avec brisure, d'une partie de la figure 2, une masse posée sur les granules et grains disposés dans les cavités.

La figure 4 montre l'application de l'invention lorsque le support est un tube de carottage.

Les figures 5 et 6 montrent respectivement des formes de réalisation, suivant le procédé de l'invention, d'un disque à encoches (avec représentation partielle) et d'une lame droite (avec brisure).

Dans les différentes figures, les mmes notations de référence désignent des éléments identiques ou analogues.

Le procédé de l'invention comprend (figure 1) pour chaque plaquette 1, un façonnage d'une cavité 2 dans le support 3, suivant la forme souhaitée pour la plaquette 1. Le support 3 est alors posé (figure 2) de manière à ce que la cavité 2 présente une ouverture 4 vers le haut.

La cavité 2 est remplie avec la ou les matières constitutives 6 de la plaquette 1. Une masse 7 (figure 3) d'un alliage métallique de liaison peut tre disposée sur la ou les matières constitutives de remplissage 6 ou mme tre au moins en partie mélangée à celle (s)-ci avec, le cas échéant, un surplus posé sur ou sous elles pour compenser un tassement de cette masse 7 par fusion.

L'alliage est choisi pour présenter une température de fusion inférieure à celle du support 3 et de la ou des matières constitutives 6. Il s'agit par exemple d'un alliage de brasure connu, tel que de cuivre et d'argent. Ladite masse 7 peut tre constituée de fils, de blocs, de poudre, etc.. Du côté gauche de la figure 2, la cavité 2 présente un fond.

La température de l'ensemble ainsi formé est augmentée jusqu'à obtenir la fusion de l'alliage de liaison 7, de manière à le laisser fondre et s'infiltrer naturellement pour qu'il remplisse tous les interstices entre la ou les matières constitutives 6 et entre celle (s)-ci et la paroi de la cavité 2. Enfin, cet ensemble infiltré est refroidi.

Par ce procédé de l'invention, la ou les matières constitutives 6 qui peuvent se présenter sous forme de granules, de préférence sensiblement sphériques, peuvent tre mises préalablement en forme, directement dans le support 3, de manière à ce que, par exemple, l'épaisseur de la plaquette 1 résultante soit au moins à fleur avec l'épaisseur du support 3, ou en déborde d'une valeur choisie. Cette situation est conservée après infiltration puisqu'il n'y a pas eu de mise sous pression, et que l'on n'a pas approché la température de fusion de la ou des matières constitutives. On peut ainsi fabriquer un disque de sciage dont les segments 1 abrasifs, sur son pourtour extérieur, sont aussi minces que la tôle qui leur sert de support 3. Grâce à cela, les efforts de sciage de ce disque sont réduits par rapport à ceux de disques usuels qui, à cause des procédés de fabrication connus, ont des segments plus épais que l'épaisseur nécessaire pour ladite tôle et doivent. donc enlever inutilement plus de matière de l'objet à scier que doit le faire un disque de sciage obtenu par le procédé de l'invention.

Les granules précités peuvent tre constitués, pour au moins une part, de grains de diamant enrobés et, pour la part restante, de granules de remplissage comme par exemple des granules de fonte prévus pour du grenaillage, du carbure en gros grains, des grains de quartz ou d'alumine, etc.. Plusieurs grains fins de diamant peuvent tre enrobés pour former chaque fois un grain diamanté ; un grain diamanté peut ne comporter qu'un gros grain de diamant enrobé.

Un choix d'un poids spécifique de mme ordre de grandeur pour les grains de diamant enrobés, en choisissant à cet effet la matière de l'enrobage, et pour les granules de remplissage, en choisissant leur matière, assurera aisément une bonne répartition des uns entre les autres. Ledit enrobage est formé par exemple à partir de poudres métalliques et organisé pour donner un grain solide et manipulable.

II peut tre avantageux que les grains de diamant enrobés et/ou les granules de remplissage présentent des pores à mme d'tre

remplis par l'alliage métallique. 7 en mme temps que les interstices susdits : ceci peut augmenter sensiblement la cohésion de l'ensemble réalisé.

Pour améliorer encore leur répartition réciproque, les granules, comme éventuellement les grains diamantés, ont de préférence une dimension sensiblement égale, comprise entre 300 et 2000 micromètres, ou mme entre 500 et 1500 micromètres. Ces dimensions sont nettement supérieures à celles des poudres usuellement utilisées dans le métier.

Le façonnage de la cavité 2 peut comporter un creusement de part en part à travers l'épaisseur du support 3 comme montré du côté droit de la figure 2. Le support 3 est posé alors (figure 2 ou 3) sur un plateau 9, notamment en graphite ou céramique, agencé pour obturer l'ouverture 11, tournée vers le bas, de la cavité 2.

En variante, le façonnage de la cavité 2 peut comporter un creusement de celle-ci de manière à ce qu'elle débouche sur un côté 12 orienté latéralement du support 3 lorsque celui-ci est posé pour présenter vers le haut l'ouverture 4 de remplissage. Dans ce cas, on ferme ce côté latéral 12 à l'endroit où y débouche la cavité 2, notamment à l'aide d'un élément en graphite ou céramique.

Dans une autre variante de l'invention, le façonnage de la cavité 2 est réalisé de manière à ce qu'une paroi 13 (figures 1 et 3) de celle-ci s'étend le long du côté 12 orienté latéralement du support 3, lorsque celui-ci est posé pour présenter vers le haut l'ouverture de remplissage 4. Alors, après l'étape de refroidissement susdite, on peut prévoir un usinage dudit côté 12 de façon à y enlever la matière du support 3 jusqu'à soit en réduire l'épaisseur pour qu'elle soit comprise entre 0, 1 et 3 millimètres soit y mettre à nu sur ce côté latéral 12 la matière de la plaquette 1 afin de la rendre active de ce côté.

La technique de l'invention est applicable bien sûr également (figure 6) à des lames droites 20 pour du sciage en va-et-

vient, les segments 1 fabriqués suivant l'invention pouvant tre alignés à fleur du côté latéral 12 de sciage. Des trous 21 servent à la fixation de la lame 20 dans un cadre connu en soi.

La figure 5 montre un disque sur lequel les segments 1 sont disposés à distance du côté latéral 12 et peuvent s'étendre à travers l'épaisseur du support 3 pour tre actifs sur les deux faces de celui-ci.

Dans une variante de ce disque, un segment 1 sur deux pourrait tre actif sur une face et chaque second segment 1 actif sur l'autre face. Le disque représenté comporte un genre d'encoches 23 connues, disposées entre chaque segment 1. D'autres genres ou dispositions d'encoches 23, mme en d'autres endroits du disque, sont applicables.

II doit tre entendu que l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et que bien des modifications peuvent y tre apportées sans sortir du cadre des revendications.

Entre autres, lorsque le support 3 a (figure 4) une forme tubulaire 14, comme un outil pour du carottage dans du béton, et que les cavités 2 sont façonnées de manière à déboucher à une extrémité 16 de cette forme tubulaire 14, cette extrémité 16 est tournée vers le haut, elle est entourée d'un moule 17 sur sa face extérieure et/ou munie d'un noyau 18 pour sa face intérieure, afin de délimiter ladite cavité 2 à remplir. Du graphite peut tre choisi comme matière pour le moule 17 et/ou le noyau 18.

La matière d'enrobage des grains de diamant comme celle des granules de remplissage, celle de l'alliage d'infiltration 7 et celle du support 3 sont avantageusement choisies parmi les matières qui présentent un retrait nul ou insensible lors du refroidissement.

De ce fait, et comme le procédé de l'invention assure une stabilité de dimension en cours et après fabrication, on peut choisir et obtenir une dimension de saillie de la ou des plaquettes 1 par rapport au support 3 de l'ordre de 50 à 2000 micromètres et de préférence de 50 à 250 micromètres.

Dans ce cas notamment, on choisira la matière du support 3 parmi celles dont le degré d'usure est sensiblement du mme ordre de grandeur que celui de la ou des plaquettes 1, puisque le support 3 peut entrer en contact avec l'objet à usiner et doit s'éliminer en mme temps que la ou les plaquettes 1 s'usent. Un acier non durci peut tre utilisé à cet effet pour le support 3.

L'invention permet donc une fabrication peut coûteuse des outils visés puisqu'elle simplifie et pratiquement supprime dans de nombreux cas les fabrication et utilisation de coûteux moules et/ou matrices et/ou outillages de façonnage et de frittage sous pression.

Légendes des figures 1 plaquette/segment 2 cavité 3 support 4 ouverture de 2 6 matière (s) constitutive (s) 7 (masse d') alliage métallique 9 plateau 11 autre ouverture de 2 12 côté latéral de 3 13 paroi de 2 14 forme tubulaire de 3 16 extrémité de 14 17 moule 18 noyau 20 lame droite 21 trous de fixation 23 encoches