ES2298728T5

ES2298728T5 - Método de rectificación de rodillos

Info

Publication number: ES2298728T5
Application number: ES04718528T
Authority: ES
Inventors: Kris V. Kumar; Biju Varghese
Original assignee: Diamond Innovations Inc
Current assignee: Diamond Innovations Inc
Priority date: 2003-12-23
Filing date: 2004-03-08
Publication date: 2013-12-05
Anticipated expiration: 2024-03-08
Also published as: CA2548235C; DE602004010849D1; EP1706221B1; WO2005068099A1; US20090068928A1; EP1706221B9; TWI325796B; CA2690126A1; ATE381391T1; DE602004010849T2; ES2298728T3; KR20060121246A; JP2007517675A; CA2690126C; CA2548235A1; US20070099548A1; EP1706221B2; BRPI0417290A; US8029338B2; DE602004010849T3

Abstract

Un procedimiento de rectificado de un rodillo ferroso que tiene una superficie giratoria del rodillo con una muela abrasiva giratoria, teniendo el rodillo ferroso una dureza mayor que 65 DSC y un diámetro mínimo de al menos 254 mm (10 pulgadas) y una longitud de al menos 609,6 mm (2 pies), comprendiendo el procedimiento: a) montaje de una muela abrasiva en un husillo de máquina y reglaje del ángulo entre el eje de rotación de la muela abrasiva y el eje de rotación del rodillo en menos de 25 grados aproximadamente; b) puesta de la muela giratoria en contacto con una superficie giratoria del rodillo y que atraviesa la muela a través de una longitud de rodillo axial, a la vez que mantiene una proporción entre tolerancia de conicidad axial (TC) y compensación de desgaste de muela radial (CDM) mayor que 10; y c) rectificado de la superficie del rodillo a una rugosidad de superficie Ra menor que 5 micrómetros, dejando a la vez la superficie del rodillo sustancialmente libre de marcas de avance, marcas de vibraciones e irregularidades de superficie.

Description

Método de rectificación de rodillos

Campo técnico

La presente invención se refiere a un método de rectificación de rodillos hasta una calidad geométrica deseada.

Antecedentes de la invención

El laminado es un procedimiento de conformación usado para producir bandas, planchas o láminas de grosor variable en industrias como las industrias del acero, aluminio, cobre y papel. Los rodillos se realizan de formas variables (perfiles) con tolerancias geométricas específicas y especificaciones de integridad de superficie para cumplir con las necesidades de la aplicación de laminado. Los rodillos están hechos normalmente de hierro, acero, carburo cementado, granito o materiales compuestos de los mismos. En las operaciones de laminado, los rodillos experimentan un desgaste considerable y cambios en la calidad de superficie y requieren así un remodelado

periódico mediante mecanizado o rectificación, es decir, “rectificación de rodillos”, para devolver al rodillo a las

tolerancias geométricas requeridas al tiempo que se deja la superficie libre de líneas de avance, marcas de vibración e irregularidades de superficie como marcas de arañazos y/o degradación térmica de la superficie de rodillo. Los rodillos se rectifican con una muela abrasiva que atraviesa la superficie de rodillo adelante y atrás en una máquina de rectificación de rodillos dedicada (fuera de línea) o según se instala en un laminador de bandas con un aparato de rectificación de rodillos (en línea) unido al soporte de rodillo en un laminador.

El reto con estos dos métodos es restaurar el rodillo a su geometría de perfil correcta con una retirada de material mínima y sin marcas de avance visibles, marcas de vibración visibles o irregularidades de superficie. Las líneas de avance o marcas de avance son impresiones del borde delantero de la muela en la superficie de rodillo correspondientes a la distancia que avanza la muela por revolución del rodillo. Las marcas de vibración corresponden a líneas de contacto entre muela y pieza de trabajo que se producen periódicamente en la circunferencia del rodillo bien debido a un error de liberación de la muela o bien debido a vibraciones que proceden de múltiples fuentes en el sistema de rectificación tal como desequilibrio de la muela abrasiva, cojinetes de husillo, estructura de máquina, ejes de avance de máquina, accionamientos de motor, impulsos hidráulicos y eléctricos. Tanto las marcas de avance como las marcas de vibración son indeseables en el rodillo, ya que afectan a la durabilidad del rodillo en servicio y producen una calidad de superficie no deseada en el producto acabado. Las irregularidades de superficie en el rodillo se asocian con una marca de arañazo y/o con la degradación térmica de la superficie de trabajo del rodillo después de la rectificación. Las marcas de arañazos se producen o bien por partículas abrasivas sueltas liberadas por la muela o bien por material de virutas de rectificación que araña la superficie de rodillo de una manera aleatoria. Normalmente se usa una inspección visual del rodillo dependiendo de la aplicación para aceptar o rechazar el rodillo por marcas de arañazos. La degradación térmica de la superficie de rodillo se produce por un calor excesivo en el proceso de rectificación que da como resultado un cambio en la microestructura del material de rodillo en o cerca de la superficie rectificada y/o a veces da como resultado grietas en el rodillo. Se emplean métodos de inspección ultrasónica y con corrientes turbulentas para detectar la degradación térmica en los rodillos después de la rectificación.

Normalmente, para un método de rectificación de rodillos fuera de línea, una máquina de rectificación está equipada de manera que el eje de rotación de muela abrasiva es paralelo al eje de rotación de rodillo de trabajo y la muela giratoria en contacto con la superficie de rodillo giratoria se atraviesa a lo largo del eje del rodillo hacia delante y atrás para producir la geometría deseada. Las máquinas de rectificación de rodillos están disponibles comercialmente de una serie de vendedores que suministran equipos a la industria de la rectificación de rodillos que incluyen Pomini (Milán, Italia), Waldrich Siegen (Alemania), Herkules (Alemania) y otros. La forma de muela abrasiva usada en la rectificación de rodillos fuera de línea es normalmente una muela de tipo I, en la que la cara de diámetro exterior de la muela realiza la rectificación.

En la industria de la rectificación de rodillos es una práctica común rectificar materiales de rodillo de hierro y acero con muelas abrasivas que comprenden abrasivos convencionales tales como óxido de aluminio, carburo de silicio o mezclas de los mismos, junto con cargas y abrasivos secundarios en un sistema de muela de resina de unión orgánica, por ejemplo, una matriz de resina fenólica o de resina de tipo goma laca. También se conoce en la industria el uso de diamante como abrasivo primario en una muela abrasiva hecha con una matriz de unión de resina fenólica para rectificar materiales de rodillo hechos de carburo cementado, granito o materiales de rodillo no ferrosos. Las muelas abrasivas de uniones inorgánicas o de uniones vitrificadas o cerámicas no han tenido éxito en las aplicaciones de rectificación de rodillos en comparación con las muelas de unión de resina orgánica, porque las primeras tienen una baja resistencia al impacto y una baja resistencia a la vibración en comparación con las últimas. Se sabe que las muelas de unión de resina orgánica funcionan mejor en las aplicaciones de rectificación de rodillos debido a su bajo módulo E (1 GPa a 12 GPa) en comparación con las muelas de uniones vitrificadas inorgánicas, que tienen un módulo E superior (18 Gpa a 200 GPa). Otro problema asociado con el sistema de muela convencional de unión vitrificada es que su naturaleza quebradiza provoca que el borde de muela se rompa durante el proceso de rectificación, dando como resultado marcas de arañazos e irregularidades de superficie en el rodillo de trabajo.

El documento US-2003/0194954 A da a conocer un método de rectificación de un rodillo ferroso que tiene una superficie de rodillo giratoria con una muela abrasiva giratoria, comprendiendo el método:

montar una muela abrasiva en un husillo de máquina;

poner la muela giratoria en contacto con una superficie de rodillo giratoria y que atraviesa la muela a través de una longitud de rodillo axial; y

rectificar la superficie de rodillo.

La publicación de solicitud de patente estadounidense n.º 20030194954 A1 da a conocer muelas abrasivas de rodillo que consisten esencialmente en abrasivos convencionales tales como abrasivo de óxido de aluminio o abrasivo de carburo de silicio y mezclas de los mismos, aglomeradas con materiales de aglutinante y carga seleccionados en un sistema de unión de resina fenólica para proporcionar una vida útil mejorada de la muela abrasiva con respecto a un sistema de unión de resina de goma laca. En los ejemplos, se demuestra una proporción de rectificación acumulativa G de 2,093 después de rectificar 19 rodillos, lo que representa una mejora de 2 a 3 veces la G observada para muelas de unión de resina de goma laca. La proporción de rectificación G representa la proporción de volumen de material de rodillo retirado con respecto al volumen de la muela desgastada. Cuanto mayor es el valor de G, más larga es la vida útil de la muela. Sin embargo, incluso con estas muelas abrasivas mejoradas la velocidad de desgaste de la muela abrasiva sigue siendo bastante grande en la rectificación de rodillos de acero, y esa compensación de desgaste de muela (WWC) radial continua se emplea durante el ciclo de rectificación para cumplir con las tolerancias de conicidad (TT) geométricas en el rodillo. En la técnica, la tolerancia de conicidad TT corresponde a la variación de tamaño permisible en el rodillo desde un extremo del rodillo al otro extremo. La WWC se realiza moviendo de manera continua el eje de avance de muela abrasiva hacia la superficie de rodillo en función del avance longitudinal axial de la muela. El requisito de WWC en la rectificación de rodillos dicta la necesidad de controles de máquina sofisticados así como una complejidad añadida en el ciclo de rectificación.

Existe una segunda desventaja con las muelas abrasivas que emplean abrasivos convencionales de la técnica anterior. Las muelas experimentan un rápido desgaste de muela durante el proceso de rectificación de rodillos, requiriendo múltiples pasadas de rectificación de corrección para generar un perfil de rodillo y una conicidad dentro de la tolerancia deseada, que es normalmente inferior a 0,025 mm. Estas pasadas adicionales de rectificación dan como resultado la retirada de material costoso de rodillo, lo que lleva a una reducción en la vida útil del rodillo de trabajo. Normalmente en la técnica anterior, la proporción TT/WWC oscila entre 0,5 y 5 (expresándose en la que TT y WWC en unidades coherentes) para cumplir con las especificaciones de rodillo con abrasivos convencionales. Es particularmente deseable una proporción más alta de TT con respecto a WWC para maximizar la vida útil del rodillo y la vida útil de la muela abrasiva, y así mejorar la eficiencia del proceso de rectificación de rodillos.

La tercera desventaja de las pasadas de rectificación de corrección es el aumento del tiempo del ciclo, que reduce así la productividad del proceso. La pérdida de tiempo productivo también se produce debido a los frecuentes cambios de muela que resultan del desgaste acelerado de las muelas de unión de resina orgánica. Aún una cuarta desventaja a que se enfrentan las muelas de abrasivos convencionales es que el diámetro útil de la muela disminuye normalmente de 36 - 24 pulgadas (914 a 610 mm) a lo largo de la vida útil de la muela, cuya compensación puede dar como resultado una gran acción de voladizo del cabezal de husillo de rectificación. El aumento continuo en la acción de voladizo da como resultado una rigidez continuamente cambiante del sistema de rectificación, provocando inconsistencias en el proceso de rectificación de rodillos.

Una serie de otras referencias de la técnica anterior, es decir, los documentos de patente europea EP03444610 y EP0573035 y la patente estadounidense n.º 5569060 y la patente estadounidense n.º 6220949, dan a conocer un método de rectificación de rodillos en línea, el documento de patente japonesa JP06226606A da a conocer un aparato y operación de rectificación de rodillos fuera de línea, en el que se usa una muela de cara de disco plana (una muela de cara en forma de vaso) de tipo 6A2 para rectificar el rodillo. El eje de muela abrasiva en este tipo de sistema de rectificación es perpendicular al eje de rodillo de trabajo, de manera que la cara de lado axial (cara de trabajo) de la muela se presiona con una fuerza constante en contacto de deslizamiento de fricción con la superficie de rodillo circunferencial exterior. En este diseño, el eje de husillo de muela está inclinado ligeramente de manera que el contacto con la superficie de rodillo de trabajo se produce en la cara delantera de la muela. La muela abrasiva en este método o bien se acciona de manera pasiva con la ayuda del par de torsión del rodillo de trabajo, o bien se acciona de manera positiva por un motor de husillo de rectificación.

En otra referencia de la técnica anterior, el documento de patente europea EP 0344610 da a conocer una muela de cara en forma de vaso usada en la rectificación de rodillos en línea que tiene dos elementos de anillo anulares abrasivos unidos de manera integral, comprendiendo las muelas abrasivos de óxido de aluminio, carburo de silicio, CBN o diamante en dos sistemas de unión diferentes tales como sistemas de unión orgánicos o inorgánicos para cada elemento abrasivo, respectivamente. La capa abrasiva de unión vitrificada (que tiene un módulo E superior de 19,7 -69 GPa) es el elemento de anillo interior, y el elemento de anillo exterior está hecho con un sistema de unión de resina orgánica (módulo E inferior de 1 - 9,8 GPa) para evitar el astillado y el agrietamiento de la muela. Como las velocidades de desgaste de muela abrasiva no son las mismas para los dos elementos de diferentes sistemas de unión, en la rectificación del rodillo pueden producirse frecuentemente errores de perfil, marcas de vibración y de arañazos.

Las patentes estadounidenses n.os 5.569.060 y 6.220.949 dan a conocer una muela de CBN de unión de resina fenólica de cara en forma de vaso con un diseño de cuerpo de muela flexible diferente para absorber las intensas vibraciones inducidas en los soportes de laminador mientras se rectifica el rodillo de trabajo. Con un diseño de cuerpo de muela flexible descrito en este documento, la fuerza de contacto entre la cara de muela y la superficie de rodillo se controla normalmente a una magnitud constante (entre 30 - 50 kgf/mm de anchura de la cara de muela abrasiva) durante el proceso de rectificación para conseguir un contacto uniforme a lo largo de la cara de muela de trabajo.

Este tipo de diseño de muela flexible se aplica también en el método de rectificación fuera de línea dado a conocer en la publicación de patente japonesa JP06226606A. La rectificación con una flexión de muela constante o una carga de muela constante con una muela abrasiva de cara en forma de vaso significa que la velocidad de retirada de material depende del afilado de la muela y del tipo de material de rodillo que está rectificándose. Dado que el desgaste en el rodillo de trabajo en la operación de laminado no siempre es uniforme, puede ser muy difícil cuando el desgaste del rodillo de trabajo es grande (por encima de 0,010 mm), ya que se desarrolla un contacto no uniforme entre la cara de muela en forma de vaso y la superficie de rodillo. Esto da como resultado un desgaste de muela desigual, que afecta a la capacidad de corte o al afilado de la muela a lo largo de su cara de trabajo, provocando una retirada de material no uniforme en el rodillo de trabajo a lo largo de su longitud axial y dando como resultado errores de perfil y vibración en el proceso.

Entonces es posible un proceso de rectificación estable con una muela abrasiva de CBN con cara en forma de vaso rectificando frecuentemente los rodillos y corrigiendo las irregularidades de superficie antes de que se desarrolle una cantidad grande de desgaste en el rodillo. Con este enfoque es concebible que la proporción TT/WWC pueda aumentarse por encima de 10 en comparación con la muela abrasiva convencional de tipo 1 que se usa en el método de rectificación fuera de línea. Sin embargo, un factor limitativo del diseño de muela con cara en forma de vaso es que puede suponer un reto y una dificultad considerable mantener la proporción TT/WWC por encima de 10 cuando se rectifican rodillos de diversas formas como una corona convexa, corona cóncava o un perfil numérico continuo a lo largo del eje del rodillo.

Los métodos de rectificación de rodillos fuera de línea y en línea ofrecen dos enfoques diferentes para rehacer la superficie de los rodillos de trabajo y los rodillos de apoyo con sus diferentes disposiciones cinemáticas y estrategias de proceso de rectificación. El artículo de rectificación usado en el método fuera de línea se usa para rectificar una única especificación de material de rodillo de trabajo, o más a menudo múltiples especificaciones de material de rodillo de trabajo tales como hierro, acero HSS de alta velocidad, acero con alta aleación de cromo, etc., durante la vida útil de la muela. Por otra parte, la muela en línea sólo rectifica una única especificación de material de rodillo de trabajo que se usa para resistir durante la vida útil de la muela. Por tanto, las especificaciones de artículo de muela abrasiva y los métodos de fabricación de muelas usados para preparar un diseño de muela de disco plano con cara en forma de vaso (tipo 6A2) no pueden traducirse para preparar una muela abrasiva de tipo 1 ya que sus métodos de aplicación son significativamente diferentes.

Según se mencionó anteriormente, la rectificación sin marcas de vibración y marcas de avance es extremadamente importante en la rectificación de rodillos laminadores. La patente japonesa JP11077532 da a conocer un dispositivo para rectificar rodillos sin vibración. En este dispositivo, unos sensores de vibración montados en el cabezal de husillo de rectificación y el soporte de rodillo monitorizan continuamente el nivel de vibración durante el proceso de rectificación y ajustan las velocidades de rotación de la muela abrasiva y el rodillo de manera que no superen un nivel umbral de vibración. Sin embargo, este método requiere que la proporción de velocidad entre la velocidad de revolución de la muela abrasiva y la velocidad de revolución del rodillo se mantenga constante, lo que añade complejidad en la rectificación de un rodillo de buena calidad.

Existe la necesidad de un método de rectificación de rodillos mejorado y simplificado para rectificar los rodillos de trabajo de varias formas de perfil y especificaciones de material ferroso con una única especificación de muela de manera que la proporción TT/WWC sea superior a 10. Maximizando TT/WWC se garantiza un ahorro de costes significativo en materiales de rodillo caros. Existe también la necesidad de una muela abrasiva que tenga una vida útil mejorada de la muela abrasiva para mejorar la calidad de rodillo, reduciendo así el coste total de consumibles en el taller de rodillos y en el laminador de bandas.

Sumario

La presente invención se refiere a solucionar uno o más de los problemas descritos anteriormente.

La invención se refiere a un método según la reivindicación 1.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es una vista en sección transversal de una realización de la muela superabrasiva para su uso en operaciones de rectificación de rodillos.

Las figuras 2A-2D son vistas en sección transversal de las diferentes realizaciones de configuraciones de muela mientras que las figuras 2E - 2P son modificaciones adicionales que pueden aplicarse a las figuras 2A - 2D.

La figura 3 es una vista en sección transversal de una muela superabrasiva que tiene múltiples secciones.

Las figuras 4A y 4B son diagramas que ilustran la diferencia en el ciclo de rectificación entre una muela abrasiva de la técnica anterior que emplea óxido de aluminio y/o carburo de silicio convencional de unión de resina orgánica, y una realización de la presente invención, que emplea una muela de CBN de unión de resina o de unión vitrificada.

Las figuras 5A - 5C ilustran la amplitud de velocidad de vibración frente a la frecuencia en operaciones de rectificación de rodillos.

Descripción detallada

Por motivos de sencillez y de ilustración, los principios de la invención se describen con referencia principalmente a una realización de la misma. Además, en la siguiente descripción, se exponen numerosos detalles específicos con el fin de proporcionar una comprensión minuciosa de la invención. Sin embargo, será evidente para el experto en la técnica, que la invención puede ponerse en práctica sin limitación a estos detalles específicos. En otros casos, no se han descrito en detalle métodos y estructuras bien conocidos con el fin de no oscurecer innecesariamente la invención.

También debe observarse que tal como se usa en el presente documento y en las reivindicaciones adjuntas, las formas en singular “un”, “una” y “el/la” incluyen la referencia en plural a menos que el contexto indique claramente lo contrario. Salvo que se defina de otra manera, todos los términos técnicos y científicos usados en el presente documento tienen los mismos significados que se entienden comúnmente por el experto en la técnica. Aunque puede usarse cualquier método similar o equivalente a los descritos en el presente documento en la práctica o las pruebas de las realizaciones de la presente invención, a continuación se describen los métodos preferidos.

Los métodos del presente documento para su uso contemplan un uso profiláctico así como un uso curativo en la terapia de una condición existente. Según se usa en el presente documento, el término “aproximadamente” significa más o menos el 10% del valor numérico del número con el que se está usando. Por tanto, aproximadamente el 50% significa en el intervalo del 45% - 55%. Con el fin de que la invención descrita en el presente documento pueda comprenderse más completamente, se expone la siguiente descripción detallada.

En una realización de la invención, una muela abrasiva mejorada para aplicaciones de rectificación de rodillos incluye una muela abrasiva de unión inorgánica, por ejemplo, un sistema de unión vitrificada o cerámica, en el que se usa un material superabrasivo, por ejemplo, nitruro de boro cúbico, como material abrasivo primario.

Sistema de unión vitrificada. Los ejemplos de sistemas de unión vitrificada para su uso en determinadas realizaciones de la invención pueden incluir las uniones caracterizadas por una resistencia mecánica mejorada conocidas en la técnica, para su uso con granos abrasivos fundidos convencionales de óxido de aluminio o MCA (también denominado alfa-alúmina de sol gel sinterizado), tales como los descritos en las patentes estadounidenses n.os 5.203.886; 5.401.284; 5.863.308; y 5.536.283, que se incorporan al presente documento como referencia.

En una realización de la invención, el sistema de unión vitrificada consiste esencialmente en materiales inorgánicos que incluyen pero no se limitan a arcilla, caolín, silicato de sodio, alúmina, carbonato de litio, bórax pentahidratado, bórax decahidratado o ácido bórico, y ceniza de sosa, sílex, wollastonita, feldespato, fosfato de sodio, fosfato de calcio y diversos otros materiales que se han usado en la fabricación de uniones vitrificadas inorgánicas.

En otra realización, se usan fritas en combinación con los materiales de unión vítrea en bruto o en lugar de los materiales en bruto. En una segunda realización, los materiales de unión anteriormente mencionados en combinación incluyen los siguientes óxidos: SiO2, Al2O3, Na2O, P2O5, Li2O, K2O y B2O3. En otra realización, incluyen óxidos de tierras alcalinas, como CaO, MgO y BaO, junto con ZnO, ZrO2, F, CoO, MnO2, TiO2, Fe2O3, Bi2O3 y/o combinaciones de los mismos. En aún otra realización, el sistema de unión comprende un vidrio de borosilicato alcalino.

En una realización de la invención, el sistema de unión puede incluir contenidos optimizados de óxido fosforoso, óxido de boro, sílice, álcali, óxidos de álcali, óxidos de tierras alcalinas, silicatos de aluminio, silicatos de circonio, silicatos hidratados, aluminatos, óxidos, nitruros, oxinitruros, carburos, oxicarburos y/o combinaciones y/o derivados de los mismos, manteniendo las proporciones correctas de óxidos, para una unión de baja temperatura de alta resistencia y tenacidad (por ejemplo, resistente a la propagación de grietas).

En otra realización, el sistema de unión comprende al menos dos fases vítreas amorfas con el rendimiento de grano CBN 10 de mayor resistencia mecánica para la base de unión. En otra realización de la invención, la muela superabrasiva comprende aproximadamente del 10 - 40% en volumen de materiales inorgánicos tales como frita de vidrio, por ejemplo, vidrio de borosilicato, feldespato y otras composiciones de vidrio.

Las composiciones de unión vítrea adecuadas están disponibles comercialmente de Ferro Corp. de Cleveland, Ohio, y otros.

Componente de superabrasivos. El material superabrasivo puede seleccionarse de cualquier material superabrasivo adecuado conocido en la técnica. Un material superabrasivo es aquel que tiene una dureza Knoop de al menos aproximadamente 3.000 kg/mm2, preferiblemente al menos aproximadamente 4.200 kg/mm2. Dichos materiales incluyen diamante sintético o natural, nitruro de boro cúbico (CBN) y mezclas de los mismos. Opcionalmente, el material superabrasivo puede proporcionarse con un recubrimiento como níquel, cobre, titanio, o cualquier metal conductor o resistente al desgaste que pueda depositarse en el cristal superabrasivo. Los materiales de CBN superabrasivos recubiertos están disponibles comercialmente de una diversidad de fuentes como Diamond Innovations, Inc. de Worthington, OH, con el nombre comercial de Borazon CBN; Element Six con el nombre comercial ABN, y Showa Denko con el nombre comercial SBN.

En una realización, los materiales superabrasivos son partículas de CBN monocristalinas o microcristalinas, o cualquier combinación de los dos tipos de CBN de diferente tenacidad (véase, por ejemplo la publicación de solicitud de patente internacional n.º WO-03/043784A1). En una realización de la invención, el material superabrasivo incluye CBN de un tamaño de grano que oscila entre un tamaño de malla de aproximadamente 60/80 y un tamaño de malla de aproximadamente 400/500. En aún otra realización, el componente superabrasivo comprende CBN o diamante de un tamaño de grano que oscila entre un tamaño de malla de aproximadamente 80/100 y un tamaño de aproximadamente 22 - 36 micrómetros (equivalente a un tamaño de malla de aproximadamente 700/800).

En una realización de la invención, el material superabrasivo tiene un índice de friabilidad de al menos 30. En una segunda realización, el material superabrasivo tiene un índice de friabilidad de al menos 45. En una tercera realización, el material superabrasivo tiene un índice de friabilidad de al menos 65. El índice de friabilidad es una medida de la tenacidad y es útil para determinar la resistencia del grano a la fractura durante la rectificación. Los valores de índice de friabilidad dados son el porcentaje de grano retenido en una criba después de una prueba de friabilidad. Este procedimiento incluye una prueba de impacto de baja carga y alta frecuencia y se usa por los fabricantes de granos superabrasivos para medir la tenacidad del grano. Los valores más altos indican mayor tenacidad.

En una realización de la invención, la muela abrasiva comprende aproximadamente del 10 a aproximadamente el 60% en volumen de un material superabrasivo. En una segunda realización, el material superabrasivo primario es nitruro de boro cúbico (CBN) en el intervalo de aproximadamente el 20 a aproximadamente el 40% en volumen, en un sistema de unión vitrificada o unión de resina.

Los ejemplos de materiales que pueden usarse como componente de superabrasivos de la invención incluyen, pero no se limitan a, BORAZON® CBN tipo I, de calidades 1000, 400, 500 y 550, disponible de Diamond Innovations, Inc. de Worthington, Ohio, EE.UU.

Componentes de porosidad. Las composiciones de las muelas abrasivas de determinadas realizaciones de la invención contienen desde aproximadamente el 10 hasta aproximadamente el 70% en volumen de porosidad. En una realización, desde aproximadamente el 15 hasta aproximadamente el 60% en volumen. En otra realización, desde aproximadamente el 20 hasta aproximadamente el 50% en volumen de porosidad.

La porosidad se forma tanto por los espacios naturales proporcionados por la densidad de empaquetamiento natural de los materiales como por medios inductores de poros convencionales, incluyendo, pero sin limitarse a, perlas de vidrio huecas, cáscaras de nueces molidas, perlas de material plástico o compuestos orgánicos, partículas de vidrio en espuma y alúmina en burbujas, granos alargados, fibras y combinaciones de los mismos.

Otros componentes. En una realización de la invención, se usan granos abrasivos secundarios para proporcionar aproximadamente del 0,1 a aproximadamente el 40% en volumen, y en una segunda realización, hasta el 35% en volumen. Los granos abrasivos secundarios usados pueden incluir, pero no se limitan a, granos de óxido de aluminio, carburo de silicio, sílex y granate, y/o combinaciones de los mismos.

En la fabricación de muelas abrasivas que contienen estas uniones, puede añadirse una pequeña cantidad de aglutinantes orgánicos a los componentes de unión en polvo, en frita o en bruto, como adyuvantes de moldeo o procesamiento. Estos aglutinantes pueden incluir dextrinas y otros tipos de cola, un componente líquido, tal como agua o etilenglicol, modificadores de viscosidad o pH y adyuvantes de mezclado. El uso de aglutinantes mejora la uniformidad de la muela abrasiva y la calidad estructural de la muela precocida o prensada en bruto y la muela cocida. Dado que la mayoría de, si no todos, los aglutinantes se queman durante la cocción, no se convierten en parte de la herramienta abrasiva o unión acabada.

Proceso para la preparación de los cuerpos de muela superabrasivos. Los procesos para fabricar una muela de unión vítrea son bien conocidos en la técnica. En una realización de la invención, la capa abrasiva de CBN de unión vítrea se fabrica con o sin una capa de soporte de cerámica o bien por un método de prensado en frío y sinterizado o bien por un método de sinterizado en prensa caliente.

En una realización del método de prensado en frío, la mezcla de muela de unión vítrea se prensa en frío en un molde según la forma de la muela, y a continuación se cuece el producto moldeado en una estufa u horno para sinterizar completamente el vidrio.

En una realización del método de prensado en caliente, la mezcla de muela de unión vítrea se coloca en un molde y se somete a presión y temperatura simultáneamente para producir una muela sinterizada. En un ejemplo, la carga en la prensa para moldeo oscila entre aproximadamente 25 toneladas y aproximadamente 150 toneladas. Las condiciones de sinterización oscilan entre aproximadamente 600ºC y aproximadamente 1.100ºC, dependiendo de la química de frita de vidrio, la geometría de la capa abrasiva y la dureza deseada en la muela. La capa abrasiva de CBN de unión vitrificada puede ser un producto de borde continuo o borde segmentado que se une o adhiere a un núcleo de cuerpo de muela.

El material de núcleo de muela puede ser metálico (los ejemplos incluyen aleación de aluminio y acero) o no metálico (los ejemplos incluyen cerámica, unión de resina orgánica o un material compuesto), al que el borde o segmento de capa abrasiva de CBN de unión vítrea de trabajo o activa se une o liga con un adhesivo epoxídico. La elección del material de núcleo se ve influida por el peso máximo de la muela que puede usarse en el husillo de máquina de rectificación, la velocidad máxima operativa de la muela, la rigidez máxima de la muela para rectificar sin vibración y los requisitos de equilibrado de la muela para cumplir con una calidad mínima G-1 según el código ANSI S2.19.

Los materiales metálicos usados son normalmente acero en aleación con carbono medio o una aleación de aluminio. Los cuerpos de núcleo metálicos se mecanizan de manera que la carrera radial y axial es inferior a 0,0125 mm

(0,0005”) y los cuerpos se limpian adecuadamente para tener la capa abrasiva de CBN de unión vitrificada unida o

pegada sobre los mismos.

Los materiales de cuerpo de muela no metálicos pueden tener una unión de resina orgánica o una unión vítrea inorgánica que incluya abrasivos de óxido de aluminio y/o carburo de silicio que se someten a tratamiento de poro con materiales poliméricos para resistir al agua o a la absorción de refrigerante de rectificación en el núcleo. El material de núcleo no metálico puede fabricarse de la misma forma que una muela abrasiva de unión de resina orgánica o una muela abrasiva de unión vítrea inorgánica, con la salvedad de que no se aplican como una superficie de muela abrasiva.

La capa abrasiva de CBN de unión vítrea puede ligarse al núcleo no metálico con un adhesivo epoxídico, y a continuación puede acabarse la muela abrasiva según la geometría y el tamaño correctos para la aplicación. En un ejemplo, se da acabado a la muela fabricada para dimensiones de arrastre de muela, se prueba la velocidad a 60 m/s y se equilibra dinámicamente a G-1 o mejor mediante código ANSI S2.19. A continuación se aplica la muela abrasiva de esta invención en un método de rectificación fuera de línea en máquinas de rectificación de rodillos del tipo como el fabricado por Waldrich Siegen, Pomini, Herkules y otros.

En este ejemplo, la muela abrasiva de CBN vitrificada se monta en un adaptador de muela y se sujeta al husillo de rectificación. A continuación se alisa la muela con un disco de diamante giratorio de manera que la carrera radial en la muela sea inferior a 0,005 mm. A continuación se equilibra dinámicamente la muela abrasiva en el husillo de máquina a la velocidad operativa máxima de 45 m/s, de manera que la amplitud de desequilibrio sea inferior a 0,5 !m. Es preferible que la amplitud de desequilibrio de muela abrasiva sea inferior a 0,3 !m.

Muelas abrasivas superabrasivas. En una realización de la invención, la capa abrasiva de muela abrasiva se emplea en una configuración tal como se ilustra en la figura 1, que muestra una sección transversal de una muela, con la periferia exterior circular (en forma de un anillo) que comprende un sistema de unión vitrificada con una composición superabrasiva, por ejemplo, de abrasivo de CBN, que se sinteriza en un material de base inorgánico como óxido de aluminio vitrificado o un material no cerámico como capa 12 de soporte para formar un único elemento.

La capa 12 de soporte puede ser también un elemento separado hecho de un material inorgánico o un material orgánico al que se fija la capa abrasiva de CBN por medio de un adhesivo. La capa de CBN en sí misma, o junto con 12, puede ser de un diseño segmentado o un elemento de borde continuo que está unido por medio de una capa 13 adhesiva al núcleo 14 de muela. En una realización de la invención, se usa un diseño de muela de capa abrasiva segmentado.

El núcleo 14 de muela puede comprender materiales metálicos o poliméricos, y la capa 13 de unión adhesiva puede comprender materiales de unión orgánicos o inorgánicos. En otra realización, la muela abrasiva puede estar hecha sin la capa 12 de soporte.

En otras realizaciones de la invención, el elemento de muela superabrasiva puede ser de configuraciones de muela diferentes tal como se ilustra en las figuras 2A - 2F, como muelas redondeadas en las esquinas, en corona (corona convexa o corona cóncava), cilíndricas o de relieve cónico, y similares. Estas configuraciones pueden conseguirse a través de alisado o por moldeo de los segmentos abrasivos a la forma deseada con dimensiones tal como se muestran en la tabla 1:

Tabla 1 - Configuraciones de muela abrasiva de CBN a modo de ejemplo para aplicaciones de rectificación de rodillos

Diámetro de muela, D: 400 mm -1000 mm

Anchura de muela, W: 6 mm -200 mm

Grosor de capa de CBN, T: 3 mm -25 mm

Grosor de capa de soporte, X: 0 mm -25 mm

A: 0,002 mm -1 mm

B: 0,1 W -0,9 W

C: 0,005 mm -3 mm

D: 0,005 mm -10 mm

10 En una realización de la invención, el elemento abrasivo de CBN de muela abrasiva puede tener una configuración tal como se ilustra en la figura 3 con el uso de muelas de sección múltiple que tienen diferentes composiciones superabrasivas en la capa abrasiva, en un sistema de unión vitrificada inorgánica o de unión de resina orgánica. El uso de muelas de sección múltiple se ilustra con las múltiples secciones 111, 112, 113 en la muela, y/o el uso de

15 anchuras de sección variables. Las anchuras de sección pueden variar del 2% al 40% de la anchura total de muela (W).

En otras realizaciones para maximizar el rendimiento de rectificación, una combinación de la configuración de muela (tal como se ilustra en las figuras 2A - 2F) puede combinarse con muelas de sección múltiple que tienen variables 20 variadas y optimizadas tal como composiciones superabrasivas de diferentes tamaños de malla, o índices de friabilidad.

Los cambios en el tamaño de malla y la concentración de abrasivo pueden afectar al módulo elástico relativo de las diferentes secciones de la muela. Así, en algunas aplicaciones el uso de CBN de tamaño de malla variable y la

25 concentración en las secciones exteriores de la muela y la diferente anchura de sección puede optimizarse y/o equilibrarse para un rendimiento óptimo en términos de vibración, marcas de avance y/o la capacidad de rectificar perfiles complejos. En una realización de la invención, el uso de muelas abrasivas que comprende una concentración más alta de CBN o diamante proporciona un acabado de superficie mejorado y prolongación de la vida útil, aunque puede ser más proclive a marcas de vibración.

30 Aplicaciones de las muelas abrasivas. En una realización de la invención, se usa una muela de CBN para rectificar rodillos de geometrías de perfil de rodillo variables, por ejemplo, un perfil de rodillo en corona o un perfil numérico continuo de amplitud y periodo variables a lo largo del eje del rodillo, en una máquina de rectificación accionada por CNC de manera que la proporción TT/WWC es superior a 10.

35 Debe observarse que los métodos y principios de la presente invención, con el uso de una muela de CBN, pueden aplicarse también a sistemas de unión distintos de unión vitrificada inorgánica, por ejemplo, muelas de CBN de unión de resina, para conseguir resultados similares en la rectificación de rodillos.

40 En otra realización, se usa una muela de CBN vitrificada que tiene la misma especificación de muela y geometría de muela que una muela abrasiva de la técnica anterior, para rectificar diferentes materiales de rodillo de trabajo (tal como rodillo de hierro, rodillo de acero rico en cromo, rodillo HSS forjado y materiales de rodillo HSS fundido) aleatoriamente con geometrías de perfil variables sin tener que alisar la muela para un cambio de material de rodillo

o un cambio en la geometría de perfil de rodillo, similar a la muela abrasiva comparativa de la técnica anterior.

45 Pueden usarse las muelas abrasivas a modo de ejemplo de la invención para rectificar rodillos de trabajo en laminadores de banda, que son normalmente de más de 610 mm de longitud, con un diámetro de al menos 250 mm. Los rodillos de trabajo pueden ser de varias formas, por ejemplo, cilindro recto, perfil en corona y otros perfiles polinómicos complejos a lo largo del eje del rodillo. Normalmente se rectifican para tolerancias exigentes tales como:

50 tolerancia de forma de perfil inferior a 0,025 mm, tolerancia de conicidad inferior a 15 nanómetros por mm de longitud, error de esfericidad inferior a 0,006 mm, y con requisitos de acabado de superficie de Ra inferior a 1,25 micrómetros, sin marcas de vibración visibles, marcas de avance, degradación térmica del material de rodillo y otras irregularidades de superficie tales como marcas de arañazos y grietas por calor en la superficie de rodillo. En una segunda realización, el acabado de superficie Ra es inferior a 5 micrómetros. En una tercera realización, el acabado de superficie Ra es inferior a 3 micrómetros.

En aún otra realización, se usa una muela de CBN de unión vitrificada para la rectificación de materiales de rodillo de trabajo sin marcas de vibración ni marcas de avance discernibles. La vibración se suprime equilibrando dinámicamente la muela en la máquina y eligiendo los parámetros de rectificación de manera que no se generen frecuencias resonantes y armónicos en el sistema durante la rectificación. Las marcas de avance en la superficie de rodillo se eliminan variando las velocidades de avance longitudinal de muela abrasiva en cada pasada de rectificación y/o variando las velocidades de retirada de material para cada pasada de rectificación.

En otra realización, la vibración de rodillo se suprime induciendo una variación controlada en la muela de CBN de unión vitrificada y/o la amplitud y el periodo de velocidad de rotación de rodillo de trabajo durante el proceso de rectificación, en el que la proporción de la velocidad de muela abrasiva con respecto a la velocidad de rodillo no es constante.

Las figuras 4A y 4B son ilustraciones que muestran la diferencia en el ciclo de rectificación entre una muela de la técnica anterior que comprende óxido de aluminio y/o carburo de silicio convencional en un sistema de unión de resina orgánica, y una muela abrasiva de unión de CBN de una realización de la invención, respectivamente.

Tal como se ilustra en la figura 4A, la muela abrasiva W que está en contacto con la superficie de rodillo R en la posición A1 se hace avanzar a una profundidad de A2 (correspondiente al avance de extremo radial de muela EI = A1 menos A2) y se atraviesa a lo largo del eje del rodillo a la posición B1 en el otro extremo del rodillo. Como la muela de la técnica anterior comparativa se desgasta continuamente al ir de A2 a B1, se añade una compensación de desgaste de muela (WWC) a la corredera de cabezal de muela abrasiva para compensar la disminución en el radio de muela, de manera que el resultado neto de retirar material a lo largo del rodillo de trabajo es igual a la cantidad de avance de extremo EI. La trayectoria de herramienta T1 ilustra la compensación de desgaste de muela que se aplica, siendo la magnitud igual a A2 menos B1. Después de que la muela alcanza la posición B1, la muela abrasiva se hace avanzar aún más hacia la posición B2 y se atraviesa a la posición A3, con compensación de desgaste de muela a lo largo de la trayectoria de herramienta T2. El procedimiento se aplica hacia delante y atrás hasta que el rodillo de trabajo está acabado según la tolerancia geométrica. En la práctica de rectificación de rodillos de la técnica anterior, la proporción TT/WWC normalmente oscila entre 0,25 y 5 para una tolerancia de conicidad de rodillo de 0,025 mm.

La figura 4B ilustra una realización de la presente invención con una muela de CBN de unión vitrificada, y con compensación de desgaste de muela nula o mínima que es inferior a 1 nanómetro por mm de longitud del rodillo. A la muela abrasiva W que está en contacto con la superficie de rodillo R se le da una cantidad de avance de extremo EI = A1 menos A2, y se atraviesa a lo largo del eje del rodillo a la posición B1. Tal como se ilustra, la trayectoria de herramienta T1 es recta y requiere, en todo caso, muy poca compensación de desgaste de muela, ya que la muela abrasiva en esta invención retira el material uniformemente a lo largo del eje del rodillo de trabajo correspondiente a la cantidad de avance de extremo EI. En la posición de muela B1, la muela abrasiva se hace avanzar aún más hacia la superficie de rodillo a la posición B2 y se atraviesa a lo largo del rodillo a la posición A3. La trayectoria de herramienta T2 es paralela a T1 y no implica compensación de desgaste de muela. Este proceso se repite hasta que la cantidad de desgaste en el rodillo de trabajo se elimina y se alcanza la geometría de rodillo de trabajo deseada. La proporción de TT/WWC en esta realización es superior a 10.

En una realización de la invención para una tolerancia de conicidad de rodillo de 0,025 mm, la proporción TT/WWC es superior a 10 (en comparación con una proporción inferior a 3 tal como se da a conocer en la publicación de patente estadounidense n.º 20030194954). En una segunda realización de la invención, la proporción TT/WWC es superior a 25. En una tercera realización adicional de la invención, la proporción de TT/WWC es superior a 50.

En una realización de una operación de rectificación de rodillos, la muela abrasiva se equilibra dinámicamente en el husillo de máquina de rectificación con respecto a una amplitud de desequilibrio inferior a 0,5 !m a la velocidad operativa. La velocidad operativa puede oscilar entre 20 m/s y 60 m/s. Las muelas superabrasivas de la invención pueden usarse en la rectificación de rodillos en caliente y en frío de rodillos de hierro y acero (materiales ferrosos en general), opcionalmente de una dureza superior a 65 SHC, como los usados en las industrias del acero, aluminio, cobre y papel. El ángulo entre el eje de rotación de muela abrasiva y el eje de rotación de rodillo es preferiblemente de aproximadamente 25 grados o menos y opcionalmente, está próximo a cero grados, aunque son posibles otros ángulos. Las muelas pueden usarse para rectificar rodillos de diferentes perfiles, que incluyen pero no se limitan a rodillos rectos, rodillos en corona y rodillos de perfil numérico continuo para cumplir con las tolerancias geométricas y de tamaño de manera que la proporción de TT/WWC es superior a 10.

La extremadamente alta resistencia al desgaste de los materiales superabrasivos, por ejemplo, CBN, garantiza que la cantidad de material retirado estará muy próxima a la retirada de material teórica (aplicada). Por tanto, en una realización de la invención, la cantidad de material de rectificación de rodillos retirado usando muelas abrasivas de CBN se establece de manera que se minimiza la pérdida de material de rodillo, al mismo tiempo que se alcanza la tolerancia de perfil de rodillo. Esto se consigue estableciendo el material de rodillo que va a retirarse basándose en el perfil de desgaste inicial del rodillo y la carrera radial en el rodillo.

En una realización, el proceso de rectificación de rodillos se establece de manera que se utiliza la mayor velocidad de muela abrasiva posible sin provocar un desequilibrio desfavorable de la muela durante las pasadas de desbastado y acabado, por ejemplo, una velocidad de muela abrasiva de desde 18 m/s hasta 60 m/s para muelas de

CBN con diámetros de hasta 762 mm (30”). En otra realización con muelas de CBN que tienen diámetros que oscilan entre 762 mm (30”) y 1016 mm (40”), la velocidad de muela abrasiva se limita a 45 m/s basándose en el

diseño de máquina y el límite de seguridad en la máquina de rectificación de rodillos. En otra realización más de

máquinas de rectificación de rodillos que emplean muelas abrasivas de CBN de más de 762 mm (30”) de diámetro,

las velocidades de rectificación se establecen superiores a 45 m/s. Las velocidades de trabajo (rodillo) pueden seleccionarse de manera que pueden maximizarse las velocidades de avance longitudinal. La velocidad de muela abrasiva y las velocidades de avance longitudinal pueden reducirse en las pasadas de acabado con el fin de conseguir una superficie de rodillo libre de marcas de avance y marcas de vibración, y que siga cumpliendo con los requisitos de rugosidad de superficie.

En una realización, las velocidades de trabajo usadas para rectificación de rodillos que emplean las muelas superabrasivas están en el intervalo de desde 18 m/min hasta 200 m/min. En otra realización de muelas abrasivas que comprenden CBN en un sistema de unión vitrificada inorgánica, el rendimiento de muela en términos de proporción de rectificación (G) oscila entre 35 y 1200, para la rectificación de una combinación de materiales de rodillo que van desde rodillos de hierro en moldes a rodillos de acero de alta velocidad. Esto se compara con la proporción de rectificación (G) típica de las muelas de técnica anterior que emplean óxido de aluminio, de 0,5 a 2,093. El proceso de rectificación de rodillos puede realizarse usando múltiples pasadas con avance longitudinal rápido a través del rodillo (rectificación de avance longitudinal) o en una única pasada con gran profundidad de corte usando velocidades de avance longitudinal lentas (rectificación de avance lento). Puede obtenerse una reducción sustancial en el tiempo de ciclo usando el método de rectificación de avance lento para rectificación de rodillos.

En una realización de la operación de rectificación de rodillos, se retira una cantidad mínima de material del rodillo de trabajo para llevar el rodillo a la geometría de perfil correcta desde el estado desgastado, siendo el material retirado en el diámetro de rodillo inferior a aproximadamente 0,2 mm (más desgaste de rodillo) en comparación con una retirada superior a 0,25 mm (más desgaste de rodillo) con una muela de la técnica anterior que emplea óxido de aluminio en una unión de resina orgánica. Preferiblemente, la retirada de material es inferior a aproximadamente 0,1 mm, inferior a aproximadamente 0,05 mm, e incluso más preferiblemente, inferior a aproximadamente 0,025 mm. Esto representa un aumento de al menos el 20% en uso útil del rodillo en el laminador de bandas en caliente antes de su sustitución por un rodillo nuevo.

En otra realización de la invención, puede conseguirse un aumento en la calidad de superficie eliminando marcas de vibración y/o marcas de avance controlando el periodo y la amplitud de frecuencia de rotación de muela abrasiva, y/o controlando el periodo y la amplitud de frecuencia de rotación de rodillo de trabajo de manera continua durante el proceso de rectificación.

En otra realización más de la invención, la operación de rectificación de rodillos que emplea la muela de CBN vitrificada de la invención puede llevarse a cabo con una compensación de error de perfil y una compensación de error de conicidad mínimas o inexistentes. En el caso de que se necesite compensación, se aplican sólo compensación de error de perfil y compensación de conicidad para corregir desalineaciones de rodillos en la máquina o variaciones de temperatura en el sistema de máquina o debido a otros errores de rodillo como carrera axial y radial cuando se monta en la máquina.

EJEMPLOS. En el presente documento se proporcionan ejemplos para ilustrar la invención pero no pretenden limitar el alcance de la invención. En algunos de los ejemplos, el rendimiento de rectificación de una realización del CBN vitrificado unido de manera inorgánica se compara con una muela abrasiva convencional del estado de la técnica comercialmente disponible y representativa (óxido de aluminio o una mezcla de óxido de aluminio y carburo de silicio como material abrasivo primario) que se usa en un taller de rectificación de rodillos de producción.

Datos de muelas de prueba: En los Ejemplos 1 y 2, las muelas comparativas C1 son muelas de tipo 1A1 con 812,8 mm (32”) de diámetro x 101,6 mm (4”) de anchura x 304,8 mm (12') de profundidad. Debe observarse que las muelas abrasivas de rodillos convencionales tienen normalmente un diámetro útil mínimo de 24”.

Las muelas de este ejemplo tienen una dimensión de 762 mm (30’) de D x 86,4 mm (3,4”) de A x 309,8 mm (12”) de P, con 1/8” de grosor útil de capa de CBN, diseño de capa abrasiva de CBN segmentada unida al núcleo de aluminio. Para las muelas de este ejemplo para la evaluación se usan tres muelas abrasivas de CBN vitrificadas comerciales hechas según formulaciones especificadas por Diamond Innovations, Inc. de Worthington, OH:

CBN-1: Borazon CBN Tipo-I, concentración baja, dureza de unión media

CBN-2: Borazon CBN Tipo-I, concentración alta, dureza de unión alta

CBN-3: Borazon CBN Tipo-I, concentración alta, dureza de unión alta.

Las muelas de CBN vitrificadas en los ejemplos se alisan con un disco de diamante giratorio, de manera que la carrera radial es inferior a 0,002 mm (en algunas carreras, inferior a 0,001 mm) según las siguientes condiciones: 5 Dispositivo: herramienta para reavivar muelas de alimentación giratoria 1/2HP

Tipo de muela: muela de diamante de unión metálica 1A1

10 Tipo de diamante: MBS-950 de Diamond Innovations, Inc. de Worthington, OH.

Tamaño de muela: 152,4 mm (6,0”) (diámetro exterior) x 2,5 mm (0,1”) (anchura)

Velocidad de muela: superior a 18 m/s

15 Proporción de velocidad de reavivado: 0,5 unidireccional

Avance/rev: 0,127 mm/rev

20 Avance/pasada: 0,002 mm/pasada.

Después del alisado, las muelas de CBN vitrificadas se equilibran dinámicamente en el husillo de rectificación a una velocidad de muela de 45 m/s y una amplitud de desequilibrio inferior a 0,5 !m (preferiblemente inferior a 0,3 !m).

25 La muela comparativa C-1 se alisa con una única herramienta de punta de diamante por la práctica normal en la industria. La muela comparativa también se equilibra en la misma medida que las muelas de CBN vitrificadas de la invención en las pruebas.

Ejemplo 1 - Rendimiento de rectificación de rodillos de hierro: En este ejemplo, las pruebas de comparación de

30 rectificación de rodillos se realizan en una máquina de rectificación de rodillos 100HP Waldrich Siegen CNC en la que el eje de rotación de muela abrasiva es sustancialmente paralelo al eje de rotación de rodillo, de manera que el ángulo es inferior a aproximadamente 25 grados. Las dimensiones del rodillo de hierro son 760 de diámetro x 1850 de longitud, mm. Durante la rectificación se aplica un refrigerante sintético soluble en agua a una concentración del 5% V. La velocidad de flujo del refrigerante y las condiciones de presión son las mismas para la muela convencional

35 y la muela de CBN vitrificada en esta evaluación. Los rodillos de hierro endurecidos tienen una cantidad de desgaste radial de 0,23 mm que ha de corregirse en la operación de rectificación de manera que la tolerancia de conicidad sea inferior a 0,025 mm y la tolerancia de perfil sea inferior a 0,025 mm. Las condiciones de rectificación para la muela convencional comparativa y la muela de CBN vitrificada son casi equivalentes en velocidad de muela, velocidad de avance longitudinal, velocidad de trabajo y profundidad de corte por pasada. En la tabla 2 se

40 proporcionan los resultados de rectificación.

Tabla 2

Parámetros de rectificación: Muela comparativa C-1 Muelas de CBN vitrificadas CBN-1, CBN-2, CBN-3

Material de rodillo: Hierro endurecido 70 SHC Hierro endurecido 70 SHC

TT/WWC mm: 0,5-5 >2000

n.º de rodillos de trabajo rectificados: 4 4

Resultados de rectificación:

Material promedio retirado en diámetro, mm: 0,4 0,2

Potencia de rectificación máxima kW/mm: 0,45 0,29

Calidad de conicidad y perfil de corona: Dentro de espec Dentro de espec

Marcas de avance y vibración: Dentro de espec Dentro de espec

Marcas visuales de arañazos: Dentro de espec Dentro de espec

Rugosidad de superficie, Ra: Dentro de espec Dentro de espec

Degradación térmica: Dentro de espec Dentro de espec

Proporción de rectificación, G: Muela C1 = 2,62 CBN-1 = 100

CBN-2 = 400

CBN-3 = >2000

Tal como se muestra en la tabla, para las muelas abrasivas de este ejemplo, CBN-1, CBN-2 y CBN-3 producen una proporción de rectificación muy alta G, que oscila entre 38 veces y 381 veces la de la muela comparativa C-1 de la técnica anterior. También, la proporción de TT/WWC para muelas abrasivas de CBN es 400 veces superior a la de la

5 muela comparativa para la rectificación de los rodillos según la especificación.

También como se muestra, la potencia de rectificación máxima por unidad de anchura de la muela para muelas de CBN es un 35% inferior a la de la muela comparativa. Los resultados también muestran que se requiere un 50% menos de retirada de material con las muelas de CBN en comparación con la muela comparativa de la técnica

10 anterior para corregir el rodillo a la geometría deseada. Esta retirada de material reducida aumenta la vida útil en servicio del rodillo de hierro en un 50%, un ahorro de coste significativo para el laminador de rodillos.

Ejemplo 2 - Rendimiento de rectificación de rodillos HSS forjados: En este ejemplo, se usan las mismas muelas que en el ejemplo 1 para rectificar un rodillo de trabajo HSS forjado que tiene un perfil polinómico complejo a lo largo del

15 eje del rodillo.

Las muelas no se alisan y siguen en la misma condición después de la rectificación de los rodillos de hierro endurecidos en la misma máquina de rectificación. Los rodillos de trabajo HSS tienen un desgaste radial inicial de 0,030 mm y han de rectificarse de manera que las tolerancias de forma de perfil y conicidad sean inferiores a 0,025

20 mm. Las condiciones de rectificación en términos de velocidad de muela, velocidad de trabajo, velocidad de avance longitudinal y profundidad de corte son equivalentes tanto para la muela comparativa como para la muela de CBN vitrificada. Las dimensiones del rodillo HSS usado son 760,5 de diámetro x 1850 de longitud, mm.

Las condiciones de rectificación y los resultados se proporcionan a continuación en la tabla 3. 25

Tabla 3

Parámetros de rectificación: Muela comparativa C-1 Muela de CBN vitrificada CBN-1, CBN-2, CBN-3

Material de rodillo: HSS forjado, 80 SHC HSS forjado, 80 SHC

TT/WWC: 0,5-5 >2000

n.º de rodillos de trabajo rectificados: 4 4

Resultados de rectificación:

Material promedio retirado en diámetro, mm: 0,35 0,2

Potencia de rectificación máxima kW/mm: 0,5 0,35

Calidad de conicidad y perfil: Dentro de espec Dentro de espec

Marcas de avance y vibración visuales: Dentro de espec Dentro de espec

Marcas visuales de arañazos: Dentro de espec Dentro de espec

Rugosidad de superficie, Ra: Dentro de espec Dentro de espec

Degradación térmica: Dentro de espec Dentro de espec

Proporción de rectificación, G: Muela C1 = 1,27 CBN-1 = 35 CBN-2 = 200 CBN-3 = 1000

En la rectificación de los rodillos de HSS, la proporción de rectificación G para las muelas CBN-1, CBN-2 y CBN-3

30 oscila entre 27 y 787 veces la de la muela comparativa C-1 con abrasivos convencionales de unión de resina orgánica. La proporción de TT/WWC es al menos 400 veces mayor para muelas abrasivas de CBN que la de la muela comparativa para rectificar los rodillos dentro de la especificación. La potencia de rectificación máxima por unidad de anchura de rectificación para las tres muelas de CBN es un 30% inferior a la de la muela comparativa C-1. También se observa que se requiere menos retirada de material por la muela de CBN vitrificada para dar acabado al rodillo de trabajo desgastado según la geometría deseada final. Así la vida útil del rodillo de HSS puede prolongarse adicionalmente al menos un 35%, con el resultado de ahorros significativos de coste de rodillos para el laminador de rodillos y el taller de rodillos.

5 Así, pueden rectificarse eficazmente múltiples materiales de rodillos con la muela de CBN de unión vitrificada inorgánica de la invención, proporcionando en este ejemplo una vida útil prolongada de la muela en más de dos órdenes de magnitud con respecto a la práctica de la técnica anterior que emplea una muela de unión de resina orgánica que contiene abrasivos convencionales como material abrasivo primario.

10 Ejemplo 3 - Método de supresión de vibraciones para una muela de CBN vitrificada: En este ejemplo, se demuestra el efecto de la variación de velocidad de rotación de muela para la muela de CBN de unión vitrificada durante el proceso de rectificación para suprimir la vibración. Como el sistema de CBN de unión vitrificada inorgánica tiene normalmente un módulo E alto (10 - 200 GPa), en comparación con las muelas de unión de resina orgánica de la técnica anterior (módulo E entre 1 - 10 GPa) y la tasa de desgaste de la muela de CBN de la invención es bastante

15 baja, se observan fácilmente los armónicos de máquina debido a una vibración autoexcitada durante la rectificación en el rodillo como marcas de vibración a distintas frecuencias de armónicos del sistema de máquina.

Tal como se ilustra en las figuras 5A - 5C, los solicitantes han descubierto sorprendentemente que es posible evitar marcas de vibración discernibles disipando las amplitudes de armónicos en un espectro de frecuencias más amplio,

20 en vez de concentrarse a ciertas frecuencias.

En un ejemplo, se monta un acelerómetro piezoeléctrico en el alojamiento del cojinete del husillo de máquina de rectificación y se monitoriza la vibración generada durante el proceso de rectificación. La figura 5A muestra la amplitud de velocidad de vibración frente a la frecuencia medida cuando se rectifica un rodillo de trabajo con una

25 muela de CBN vitrificada de la invención, a una velocidad de muela de 942 rpm. Las amplitudes de vibración se concentran en 3084, 4084 y 5103 ciclos por minuto. La magnitud de velocidad de vibración está en un máximo a 0,002 ips a 4084 cpm.

En la figura 5B, la amplitud de rpm de husillo de muela abrasiva fluctúa en un 10% en un periodo de 5 segundos. Se

30 observa que la velocidad de vibración se reduce ligeramente y se dispersa por una frecuencia más amplia en vez de estar concentrada.

En la figura 5C, las rpm del husillo fluctúan a una amplitud del 20% y un periodo de 5 segundos. Se observa que la amplitud de velocidad de vibración se reduce adicionalmente a menos de 0,001 ips, y se distribuye por un intervalo

35 de frecuencia más amplio sin distinción de armónicos.

En una realización del método de la invención, esta técnica de variación de velocidad de husillo se emplea en conjunción con la muela de CBN de unión vitrificada para suprimir la vibración. La técnica de variación de velocidad de husillo descrita en el presente documento se aplica a una amplitud de variación de velocidad entre 1 - 40% y a un

40 periodo de desde 1 hasta 30 segundos durante el proceso de rectificación. La variación de velocidad puede estar en la velocidad de rotación de muela abrasiva, la velocidad de rodillo de trabajo o en ambas velocidades. En un ejemplo, la técnica se aplica con una variación de frecuencia de rotación de muela (rpm) a una amplitud de +/- 20% con un periodo de 5 segundos.

45 En otra realización, se obtiene la supresión de vibraciones haciendo fluctuar la velocidad de rodillo de trabajo de forma independiente o simultánea con la fluctuación de velocidad de muela abrasiva. En una tercera realización, la supresión de vibraciones se obtiene sorprendentemente usando la técnica de variación de velocidad de husillo en conjunción con una muela abrasiva convencional de la técnica anterior, es decir, una muela que emplea abrasivos principalmente convencionales.

50 La tabla 4 es un resumen de resultados obtenidos en la rectificación de una amplia variedad de materiales de rodillo (8 rodillos de hierro, 4 rodillos de HSS forjado y 4 rodillos de HSS fundido) usando una realización de la muela de la presente invención, CBN-2, en un entorno típico de producción.

55 Tabla 4

Resultados de rectificación: Muela comparativa C-1 Muela de CBN vitrificada CBN-2

Material promedio retirado en diámetro, mm: 0,35 0,2

Potencia de rectificación máxima, kW/mm: 0,5 0,35

Calidad de conicidad y perfil: Dentro de espec Dentro de espec

Marcas de avance y vibración: Dentro de espec Dentro de espec

Marcas de arañazos: Dentro de espec Dentro de espec

Rugosidad de superficie, Ra: Dentro de espec Dentro de espec

Degradación térmica: Dentro de espec Dentro de espec

Proporción de rectificación promedio, G: 1,27 200

Los resultados de la tabla 4 demuestran la capacidad de rendimiento de la muela de CBN en este ejemplo para rectificar una amplia variedad de materiales de rodillo de una manera significativamente más eficiente que la muela comparativa de la técnica anterior. Los resultados muestran que los rodillos pueden rectificarse con CBN-2 según

5 especificaciones de rodillo de acabado con más del 40% de reducción en promedio de material retirado y con el 30% menos de potencia de rectificación con respecto a la muela comparativa C-1. Además, la proporción de rectificación G para CBN-2 es al menos 150 veces la de la muela comparativa C-1.

Aunque la invención se ha descrito con referencia a una realización preferida, los expertos en la técnica

10 comprenderán que pueden realizarse varios cambios y que los equivalentes pueden sustituirse por elementos de los mismos sin apartarse del alcance de las reivindicaciones. Se pretende que la invención no se limite a la realización particular dada a conocer como el mejor modo para llevar a cabo esta invención, sino que la invención incluye todas las realizaciones que entran dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Método de rectificación de un rodillo ferroso que tiene una superficie de rodillo giratoria con una muela abrasiva giratoria, teniendo el rodillo ferroso una dureza superior a 65 SHC y un diámetro mínimo de al menos 254 mm (10 pulgadas) y una longitud de al menos 609,6 mm (2 pies), comprendiendo el método:

a) montar una muela abrasiva en un husillo de máquina y ajustar el ángulo entre el eje de rotación de muela abrasiva y el eje de rotación de rodillo en menos de aproximadamente 25 grados;

b) poner la muela giratoria en contacto con una superficie de rodillo giratoria y que atraviesa la muela a través de una longitud de rodillo axial, mientras se mantiene una proporción de tolerancia de conicidad axial (TT) con respecto a compensación de desgaste de muela radial (WWC) superior a 10; y

c) rectificar la superficie de rodillo hasta una rugosidad de superficie Ra inferior a 5 micrómetros mientras se deja la superficie de rodillo sustancialmente libre de marcas de avance, marcas de vibración, e irregularidades de superficie,

en el que dicha muela abrasiva incluye una capa que comprende un material superabrasivo que tiene una dureza Knoop superior a 3000 KHN, seleccionado del grupo de diamante natural, diamante sintético, nitruro de boro cúbico, y mezclas de los mismos, con o sin un abrasivo secundario con una dureza Knoop inferior a 3000 KHN, en un sistema de unión,

en el que el material superabrasivo comprende nitruro de boro cúbico, y la cantidad de nitruro de boro cúbico en dicho sistema de unión de muela abrasiva está en el intervalo del 10 al 60% en volumen,

en el que la muela abrasiva se hace girar a desde 18 hasta 60 m/s,

en el que dicha muela abrasiva tiene una velocidad de avance longitudinal de al menos 50 mm/min,

en el que se retira material del rodillo a una velocidad superior a 2 cc/min, y en el que la rectificación se lleva a cabo a una proporción G de al menos 20.
2.

Método según la reivindicación 1, en el que el rodillo se rectifica hasta una rugosidad de superficie Ra inferior a 3 micrómetros.
3.

Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, en el que la superficie de rodillo ferroso está sustancialmente libre de degradación térmica del material de rodillo.
4.

Método según cualquier reivindicación anterior, en el que la proporción de TT con respecto a WWC es superior a 25.
5.

Método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el sistema de unión es uno de: a) una unión vitrificada que comprende al menos uno de arcilla, feldespato, cal, bórax, sosa, frita de vidrio, materiales fritados y combinaciones de los mismos; y b) un sistema de unión de resina que comprende al menos una de una resina fenólica, una resina epoxídica, una resina de poliimida, y mezclas de las mismas.
6.

Método según cualquier reivindicación anterior, comprendiendo además dicho método la etapa de retirar material del rodillo ferroso en una pasada o múltiples pasadas.
7.

Método según cualquier reivindicación anterior, en el que la muela abrasiva tiene un eje de rotación que es sustancialmente paralelo al eje de rotación del rodillo.
8.

Método según cualquier reivindicación anterior, en el que dicho rodillo ferroso es un sólido de revolución que tiene una geometría de superficie seleccionada de uno de: una corona convexa, una corona cóncava, un perfil numérico continuo y una forma polinómica a lo largo del eje del rodillo, que se rectifica hasta una tolerancia de perfil de forma inferior a 0,05 mm.
9.

Método según cualquier reivindicación anterior, en el que dicha muela abrasiva retira una cantidad de rectificación de material inferior a aproximadamente 0,2 mm del diámetro de rodillo desgastado mínimo.
10.

Método según cualquier reivindicación anterior, en el que dicha muela abrasiva consigue la rectificación del rodillo ferroso con o sin una pasada de corrección de error de conicidad o perfil.
11.

Método según cualquier reivindicación anterior, comprendiendo además el método mantener, durante la rectificación, al menos una o ambas de una velocidad de rotación de muela abrasiva y una velocidad de rotación de rodillo laminador que se varían en una cantidad del +/- 1 al 40% en amplitud, con un periodo de

1 a 30 segundos.
12.

Método según la reivindicación 11, en el que dicha velocidad de rotación de muela se varía a una amplitud

del +/- 20% con un periodo inferior a 5 segundos. 5
13. Método según cualquier reivindicación anterior, en el que el rodillo tiene un diámetro de al menos 457,2 mm (18 pulgadas) y una longitud de al menos 609,6 mm (2 pies).
14. Método según cualquier reivindicación anterior, en el que se retira material del rodillo a una velocidad 10 superior a 20 cc/min.
15. Método según cualquier reivindicación anterior, en el que se retira material del rodillo a una velocidad superior a 35 cc/min.