MXPA06007156A - Muela rectificadora para aplicacion de rectificacion de rodillos y metodo de rectificacion de rodillos de la misma. - Google Patents

Abstract

Rodillos de hierro y acero son rectificados a requerimientos de calidad de produccion con una muela rectificadora que requiere compensacion por desgaste de la muela, compensacion de error de perfil o compensacion de error de inclinacion minimas durante el proceso de rectificacion. La muela rectificadora consiste esencialmente de un material superabrasivo seleccionado del grupo de diamante natural, diamante sintetico, nitruro de boro cubico y mezclas de los mismos, en un sistema aglutinante, para una muela rectificadora con vida de la muela prolongada, y que remueve una cantidad minima de material del rodillo para lograr la geometria de rodillo deseada.

Description

MUELA RECTIFICADORA PARA APLICACIÓN DE RECTIFICACIÓN DE RODILLOS Y MÉTODO DE RECTIFICACIÓN DE RODILLOS DE LA MISMA CAMPO TÉCNICO La presente invención se relaciona con una muela rectificadora para usarse en aplicaciones de rectificación de rodillos ferrosos y un método para rectificar rodillos hasta una calidad geométrica deseada. La invención también se relaciona con muelas rectificadoras que comprenden nitruro de boro cúbico como el sistema abrasivo primario en un aglutinante.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La laminación es un proceso de formación usado para producir tiras, placas o láminas de diferentes espesores en industrias como las industrias del acero, aluminio, cobre y papel. Los rodillos se hacen de varias formas (perfiles) con tolerancias geométricas y especificaciones de integridad superficial específicas para satisfacer las necesidades de la aplicación de laminación. Los rodillos son hechos típicamente de hierro, acero, carburo cementado, granito o composiciones de los mismos. En las operaciones de laminación, los rodillos experimentan desgaste y cambios considerables en la calidad de la superficie y de este modo requieren una reformación periódica por maquinado o rectificación, es decir, "rectificación del rodillo", para llevar el rodillo nuevamente a las tolerancias geométricas requeridas, dejando a la vez la superficie libre de líneas de alimentación, defectos de rectificación e irregularidades en la superficie como marcas de rayaduras y/o degradación térmica de las superficies del rodillo. Los rodillos son rectificados con una muela rectificadora que atraviesa la superficie del rodillo de atrás hacia delante sobre una máquina rectificadora de rodillos dedicada (fuera de línea) o instalada en una laminadora de tiras con un aparato rectificador de rodillos (en línea) unido al soporte del rodillo en una laminadora. El desafío con ambos de esos métodos es reestablecer el rodillo a su perfil geométrico correcto con una remoción mínima de material y sin marcas de alimentación visibles, defectos de rectificación visibles o irregularidades en la superficie. Las líneas de alimentación o marcas de alimentación son impresiones del borde delantero de la muela sobre la superficie del rodillo correspondiente a la distancia que avanza la rueda por revolución del rodillo. Los defectos de rectificación corresponden a las líneas de contacto de trabajo de la muela que ocurren periódicamente sobre la circunferencia del rodillo ya sea debido a un error de desplazamiento hacia fuera de la muela o debido a vibraciones que surgen de fuentes múltiples en el sistema de rectificación como desequilibrio de la muela rectificadora, cojinetes de husillo, estructura de la máquina, ejes de alimentación de la máquina, controladores o accionadores de motor, impulsos hidráulicos y eléctricos. Tanto las marcas de alimentación como los defectos de rectificación son indeseables en el rodillo, puesto que afectan la durabilidad del rodillo en servicio y producen una calidad de superficie indeseable en el producto terminado. Las irregularidades en la superficie del rodillo están asociadas con marcas de rayaduras y/o la degradación térmica de la superficie de trabajo del rodillo después de la rectificación. Las marcas por rayadura son causadas por partículas abrasivas sueltas liberadas de la muela o material en forma de virutas metálicas de la rectificación que rayan la superficie del rodillo de manera aleatoria. De manera normal, se usa una inspección visual del rodillo dependiendo de la aplicación para aceptar o rechazar el rodillo con marcas de rayaduras. La degradación térmica de la superficie del rodillo es causada por el calor excesivo en el proceso de rectificación, lo que da como resultado un cambio en la microestructura del material del rodillo en o cerca de la superficie rectificada y/o algunas veces da como resultado grietas en el rodillo. Se emplean métodos de inspección con corriente parásita y ultrasónica para detectar la degradación térmica en los rodillos después de la rectificación.

Típicamente para un método de la rectificación de rodillos fuera de línea, una máquina rectificadora es equipada de modo que el eje de rotación de la muela rectificadora sea paralelo al eje de rotación del rodillo de trabajo y la muela giratoria en contacto con la superficie del rodillo giratorio sea atravesada a lo largo del eje del rodillo hacia atrás y adelante para producir la geometría deseada. Las máquinas rectificadoras de rodillo se encuentran comercialmente disponibles de un número de vendedores que distribuyen equipo a la industria rectificadora de rodillos incluyendo Pomini (Milán, Italia) , Waldrich Siegen (Alemania), Herkules (Alemania), y otras. La forma de la muela rectificadora usada en la rectificación de rodillos fuera de línea es típicamente una muela del Tipo 1, donde la cara de diámetro externo de la muela efectúa la rectificación . Es una práctica común en la industria rectificadora de rodillos rectificar materiales de rodillos de hierro y acero con muelas rectificadoras que comprenden abrasivos convencionales como el óxido de aluminio, carburo de silicio o mezclas de los mismos, junto con cargas y abrasivos secundarios en un sistema de muela de resina aglutinada con material orgánico, por ejemplo, una resina del tipo de la laca selladora o una matriz de resina fenólica. También se sabe en la industria como usar el diamante como abrasivo primario en una muela rectificadora hecha con una matriz aglutinada con resina fenólica para rectificar materiales de rodillos hechos de carburo cementado, materiales de rodillo de granito o no ferrosos. Las muelas abrasivas aglutinadas .con material inorgánico o vitrificadas o aglutinadas con cerámica no han sido exitosas en aplicaciones de rectificación de rodillos en comparación con las ruedas aglutinadas con resina orgánica, debido a que las primeras tienen una baja resistencia al impacto y baja resistencia a los defectos de rectificación en comparación con las últimas. Se sabe que las ruedas aglutinadas con resina orgánica funcionan mejor en aplicaciones de rectificación de rodillos debido a su bajo módulo E (IGPa - 12GPa) en comparación con las muelas aglutinadas, vitrificadas con material inorgánico, las cuales tienen un módulo E más alto (18GPa - 200 GPa) . Otro problema asociado con el sistema de muela convencional aglutinada, vitrificada, es que su naturaleza frágil hace que el borde de la rueda se rompa durante el proceso de rectificación, dando como resultado marcas de rayaduras e irregularidades en la superficie en el rodillo de trabajo. La Publicación de Patente Estadounidense No. 20030194954A1 describe muelas rectificadoras de rodillos que consisten esencialmente de abrasivos convencionales como abrasivo de óxido de aluminio o abrasivo de carburo de silicio y mezclas de los mismos, aglomerados con materiales aglutinantes y de carga seleccionados en un sistema aglutinante de resina fenólica para dar una vida de la muela rectificadora mejorada sobre un sistema aglutinante de resina de laca selladora. En los ejemplos, se demuestra una relación de rectificación acumulativa G de 2.093 después de rectificar 19 rodillos, lo que representa una mejora de 2 - 3 veces la G observada para muelas aglutinadas con resina de laca selladora. La relación de rectificación G representa la relación del volumen del material del rodillo removido al volumen de la muela desgastada. A mayor el valor de G, mayor la vida de la muela. Sin embargo, aún con esas muelas rectificadoras mejoradas, la velocidad de desgaste de la muela rectificadora es aún muy grande en la rectificación de rodillos de acero, dado que se emplea la compensación de desgaste radial continuo de la muela (WWC) durante el ciclo de rectificación para satisfacer las tolerancias de inclinación geométrica (TT) en el rodillo. En la técnica, la tolerancia de inclinación TT corresponde a la variación de tamaño permisible en el rodillo de un extremo del rodillo al otro extremo. La WWC se efectúa moviendo continuamente el eje de alimentación de la muela rectificadora hacia la superficie del rodillo como función del desplazamiento axial de la muela. El requerimiento de WWC en la rectificación del rodillo dicta la necesidad de controles de máquinas sofisticados así como mayor complejidad al ciclo de rectificación.

Existe una segunda desventaja con las ruedas rectificadoras que emplean abrasivos convencionales de la técnica anterior. Las muelas experimentan un desgaste rápido de la muela durante el proceso de rectificación de rodillos, requiriendo pases de rectificación correctivos múltiples para generar un perfil de inclinación del rodillo dentro de la tolerancia deseada, la cual es típicamente menor de 0.025 mm. Esos pases de rectificación adicionales dan como resultado la remoción de material del rodillo caro, conduciendo a una reducción en la vida útil del rodillo de trabajo. Típicamente en la técnica anterior, la relación de TT/WWC cambia de 0.5 a 5 (donde TT y WWC se expresan en unidades consistentes) para satisfacer las especificaciones del rodillo con abrasivos convencionales. Una relación mayor de TT a WWC es particularmente deseable para maximizar la vida útil del rodillo y la vida de la muela abrasiva, y de este modo mejorar la eficiencia del proceso de rectificación del rodillo. La tercera desventaja de los pasos de rectificación correctivos es que el tiempo del ciclo se incrementa, reduciendo de este modo la productividad del proceso. La pérdida de tiempo productivo también ocurre debido a cambios frecuentes de la muela, lo que da como resultado un desgaste acelerado de las muelas abrasivas con resina orgánica. Una cuarta desventaja más afrontada por las muelas abrasivas convencionales es que el diámetro útil de la muela disminuye típicamente de 36 a 24 pulgadas (914-610 mm) durante la vida de la rueda, la compensación de lo cual puede dar como resultado una acción voladiza grande del cabezal del husillo de rectificación. El incremento continuo en la acción voladiza da como resultado un cambio continuo de la rigidez del sistema de rectificación, produciendo inconsistencias en el proceso de rectificación del rodillo. Un número de otras referencias de la técnica anterior, es decir, los documentos de patente Europea EP03444610 y EP0573035 y la Patente Estadounidense No. 5,569,060 y la Patente Estadounidense No. 6,220,949, describen un método de rectificación de rodillos en línea, el documento de patente Japonesa JP06226606A describe un aparato y operación de rectificación de rodillos fuera de línea, donde una muela de cara discoidal plana (una muela de cara acopada) Tipo-6A2 es usada para rectificar el rodillo. El eje de la rueda rectificadora en este tipo de sistema de rectificación es perpendicular al eje de rodillo de trabajo, de modo que la cara lateral axial (cara de trabajo) de la muela sea prensada con una fuerza constante en contacto deslizante por fricción con la superficie circunferencial externa del rodillo. En este diseño, el eje del husillo de la muela está ligeramente inclinado de modo que el contacto con la superficie de rodillo de trabajo ocurra sobre la cara delantera de la muela. La muela rectificadora en este método es accionada pasivamente con la ayuda de torsión del rodillo de trabajo, accionada de manera opuesta por un motor de husillo de rectificación. En otra referencia de la técnica anterior, el documento de Patente Europea EP 0344610 describe una muela de cara acopada usada en la rectificación de rodillos en línea que tiene dos miembros anulares abrasivos unidos integralmente, donde la muelas comprenden abrasivos de óxido de aluminio, carburo de silicio, CBN o diamante en dos sistemas aglutinantes diferentes como sistemas aglutinantes orgánicos o inorgánicos para cada miembro abrasivo respectivamente. La capa abrasiva aglutinada, vitrificada (que tiene el módulo E más alto 19.7-69 GPa) es el miembro anular interno; y el miembro anular externo está hecho con un sistema aglutinado con resina orgánica (módulo E más bajo 1- 9.8 GPa) para evitar la fragmentación y agrietamiento de la muela. Puesto que las velocidades de desgaste de la muela abrasiva no son las mismas para los dos miembros de diferentes sistemas aglutinantes, con frecuencia pueden experimentarse errores de perfil, defectos de rectificación y marcas por rayaduras en la rectificación del rodillo. Las Patentes Estadounidenses Nos. 5,569,060 y 6,220,949 describen una muela de CBN aglutinada con resina fenólica, de cara acopada, con un diseño de cuerpo de muela flexible diferente para absorber las fuertes vibraciones inducidas en el soporte de la laminadora mientras se rectifica el rodillo de trabajo. Con un diseño de cuerpo de muela flexible aquí, la fuerza de contacto entre la cara de la muela y la superficie del rodillo es controlada típicamente a una magnitud constante (entre 30-50 kgf/mm de ancho de la cara de la muela rectificadora) durante el proceso de rectificación para lograr un contacto uniforme a lo largo de la cara de la muela de trabajo. Este tipo de diseño de muela flexible también se aplica al método de rectificación fuera de línea descrito en la publicación de patente Japonesa JP06226606A. La rectificación con una flexión de la muela constante o una carga de muela constante con una muela rectificadora de cara acopada significa que la velocidad de remoción del material depende del filo de la muela y el tipo de material del rodillo que esté siendo rectificado. Puesto que el desgaste sobre el rodillo de trabajo en la operación de laminación no siempre es uniforme, puede ser muy desafiante cuando el desgaste del rodillo de trabajo sea mucho (exceda de 0.010 mm) a medida que se desarrolle un contacto no uniforme entre la cara acopada de la muela y la superficie del rodillo. Esto da como resultado un desgaste no uniforme de la muela, afectando la capacidad de corte o el filo de la muela a lo largo de su cara de trabajo, produciendo una remoción no uniforme de material en el rodillo de trabajo a lo largo de su longitud axial y dando como resultado errores de perfil y defectos de rectificación en el proceso. Un proceso de rectificación estable con una muela abrasiva de CBN de cara acopada es entonces posible rectificando frecuentemente los rodillos y corrigiendo las irregularidades en la superficie antes de que se desarrolle una gran cantidad de desgaste sobre el rodillo. Con este método es concebible que la relación de TT/WWC pueda incrementarse más allá de 10 en comparación con la muela abrasiva convencional del tipo 1 que es usada en el método de rectificación fuera de línea. Un factor limitante del diseño de muela de cara acopada, sin embargo, es que puede presentar un desafío y dificultad considerable mantener la relación TT/WWC mayor de 10 cuando se rectifiquen rodillos de varias 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 métodos diferentes para reformar la superficie de los rodillos de trabajo y los rodillos de soporte con sus diferentes arreglos cinemáticas y estrategias del proceso de rectificación. El artículo de rectificación usado en el método fuera de línea es usado para rectificar una sola especificación de material de rodillo de trabajo, o más frecuentemente especificaciones de material de rodillo de trabajo múltiples como hierro, acero de alta velocidad-HSS, acero de aleación alta en cromo, etc., durante la vida útil de la muela. Por otro lado, las rectificaciones de muelas en línea únicamente sobre una especificación de un material de rodillo de trabajo en ese soporte sobre la vida de la muela. Por lo tanto, las especificaciones del artículo en forma de muela rectificadora y los métodos de fabricación de la muela usados para fabricar un diseño de muela discoidal plana de cara acopada (Tipo 6A2) no pueden ser trasladados para fabricar una muela rectificadora del Tipo 1 puesto que sus métodos de aplicación son significativamente diferentes. Como se mencionó al principio, la rectificación sin defectos de rectificación y marcas de alimentación es extremadamente importante en la rectificación de rodillos de laminación. La patente Japonesa JP11077532 describe un dispositivo para rectificar rodillos sin defectos de rectificación. En este dispositivo, detectores de vibración montados sobre el cabezal del husillo de rectificación y el soporte del rodillo verifican continuamente el nivel de vibración durante el proceso de rectificación y ajustan las velocidades rotacionales de la muela rectificadora y el rodillo, de modo que no excedan un nivel de vibración defectuosa umbral. Este método, sin embargo, requiere que la relación de velocidad entre la velocidad en revoluciones de la muela rectificadora y la velocidad en revoluciones del rodillo se mantenga constante, lo cual agrega complejidad a una rectificación de un rodillo con 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 materiales ferrosos con una sola especificación de muela de modo que la relación de TT/WWC sea mayor de 10. La maximización de TT/WWC asegura ahorros de costos significativos en materiales de rodillos caros. También existe la necesidad de una muela rectificadora que tenga una vida de la muela abrasiva mejorada para mejorar la calidad del rodillo, reduciendo por lo tanto el costo total de consumibles en la cilindrería y en el molino de tiras.

SUMARIO La presente invención está dirigida a resolver uno o más de los problemas descritos anteriormente. Las modalidades de la invención incluyen una muela abrasiva mejorada y un método de rectificación simplificado para rectificar una amplia variedad de materiales de rodillos ferrosos (por ejemplo, hierro y aleaciones de acero) y formas de rodillo usadas en molinos de tiras en caliente y en frío. En una modalidad, la muela rectificadora está comprendida de nitruro de boro cúbico (CBN) en un sistema aglutinante que tiene una vida de rectificación prolongada, de modo que la relación TT/WWC puede ser significativamente mayor de 10 y el rodillo no exhibe marcas de alimentación y marcas por rayaduras visuales sustancialmente. En otra modalidad, un método de aplicación de la muela rectificadora de CBN de modo que sea removida una cantidad de rectificación mínima de 0.2 mm del diámetro del rodillo usado para lograr la especificación geométrica y visual deseada del rodillo maquinado. En otra modalidad de la invención, un método de aplicación de una muela rectificadora CBN para rectificar rodillos sin defectos de rectificación y marcas de alimentación permite hacer variar la velocidad de la muela rectificadora y/o la velocidad del rodillo sin verificar los niveles de vibración, y sin tener que mantener una relación de velocidad constante. En una modalidad, la invención pertenece a un método de rectificación de rodillos ferrosos de dureza mayor de 65 SHC (Dureza Shore C medida con un Escleroscopio) y que tienen un diámetro mínimo de al menos- 25.4 cm (10 pulgadas) y una longitud de al menos 0.6096 mts. (2 pies) En esta modalidad, el método puede incluir los pasos de: a) montar la muela rectificadora sobre el husillo de una máquina y establecer el ángulo entre el eje rotacional de la muela rectificadora y el eje rotacional del rodillo, de modo que los ejes estén paralelos entre sí o tengan una inclinación que sea menor de 25 grados; b) poner la muela giratoria en contacto con la superficie de un rodillo giratorio y desplazar la muela a través de la longitud axial del rodillo, de modo que la relación TT/WWC sea mayor de 10; y c) rectificar la superficie del rodillo de modo que esté sustancialmente libre de marcas de alimentación y defectos de rectificación visuales. En otra modalidad, la invención se relaciona con un método para rectificar rodillos ferrosos de dureza mayor de 65 SHC (Dureza Shore C medida con un Escleroscopio) que incluye los pasos de rectificar los rodillos con una muela rectificadora que consiste esencialmente de un material superabrasivo seleccionado del grupo de diamante natural, diamante sintético, nitruro de boro cúbico, u otros materiales con una dureza Knoop mayor de 3000 KHN y abrasivos secundarios con una dureza Knoop menor de 3000 KHN, en un aglutinante vitrificado orgánico o en un sistema aglutinante de resina, y donde la rectificación se lleva a cabo manteniendo la relación de TT/WWC mayor de 10 para una rugosidad superficial sobre el rodillo que sea menor de 1.25 micrómetros Ra. En una modalidad de la invención, el material superabrasivo primario es nitruro de boro cúbico (CBN) en el intervalo del 15 al 50%, en volumen, en un sistema aglutinante vitrificado o aglutinante de resina. En una modalidad, la invención también se relaciona con un método de rectificación de rodillos sin defectos de rectificación y marcas de alimentación visibles, donde al menos una de la velocidad rotacional de la muela rectificadora y la velocidad rotacional del rodillo varía en una cantidad del 1 al 40% en amplitud, con un periodo de 1 a 30 segundos.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una vista en corte transversal de una modalidad de la muela superabrasiva de la invención para usarse en operaciones de rectificación de rodillos. Las Figuras 2A-2D son vistas en corte transversal de las diferentes modalidades de configuraciones de muela de la presente invención; mientas que las Figuras 2E-2F son modificaciones adicionales que pueden ser aplicadas sobre las Figuras 2A-2D. La Figura 3 es una vista en corte transversal de una modalidad de la invención, para una muela superabrasiva que tiene secciones múltiples. Las Figuras 4A y 4B son diagramas que ilustran la diferencia en el ciclo de rectificación entre una muela rectificadora de la técnica anterior que emplea óxido de aluminio y/o carburo de silicio convencional aglutinado con resina orgánica, y una modalidad de la presente invención, que emplea una muela de CBN aglutinada, vitrificada o aglutinada con resina.

Las Figuras 5A-5C ilustran la amplitud de la velocidad de vibración contra la frecuencia en las operaciones de rectificación de rodillo.

DESCRIPCIÓN DETALLADA Por propósitos de simplicidad e ilustración, los principios de la invención son descritos refiriéndose principalmente a una modalidad de la misma. Además, en la siguiente descripción, se exponen numerosos detalles específicos para proporcionar una comprensión completa de la invención. Será evidente sin embargo, a un experto en la técnica, esta dimensión puede ser practicada sin limitación a esos detalles específicos. En otros casos, no han sido descritos con detalle métodos y estructuras bien conocidas, de modo que no se oscurezca de manera innecesaria la invención. También debe notarse que, como se usa aquí y en las reivindicaciones anexas, las formas singulares "un", "una", y "el" incluyen referencia a los plurales a menos que el contexto dicte claramente otra cosa. A menos que se defina de otro modo, todos los términos técnicos y científicos usados aquí tienen los mismos significados que son comúnmente comprendidos por un experto en la técnica. Aunque pueden ser usados cualesquier métodos similares y/o equivalentes a aquellos descritos aquí en la práctica o pruebas de las modalidades de la presente invención, ahora son descritos los métodos preferidos. Todas las publicaciones y referencias mencionadas aquí se incorporan como referencia. Nada aquí constituirá una admisión de que la invención no tiene derecho a adelantarse a esa descripción en virtud de la técnica anterior. Los métodos de uso de la presente contemplan el uso profiláctico así como el uso curativo en terapia de una condición existente. Como se usa aquí, el término "aproximadamente" significa más o menos 10% del valor numérico del número con el cual se este usando. Por lo tanto, aproximadamente el 50% significa en el intervalo de 45%-55%. De modo que la invención aquí descrita pueda ser comprendida de manera más completa, se exponen la siguiente descripción detallada. En una modalidad de la invención, una muela rectificadora mejorada para aplicaciones de rectificación de rodillos incluye una muela rectificadora aglutinada con material inorgánico, por ejemplo con un sistema de aglutinante vitrificado o de cerámica, donde un material superabrasivo, por ejemplo, nitruro de boro cúbico, es usado como el material abrasivo primario.

Sistema Aglutinante Vitrificado . Los ejemplos de sistemas aglutinantes vitrificados para usarse en ciertas modalidades de la invención pueden incluir aglutinantes caracterizados por resistencia mecánica mejorada conocidos en la técnica, para usarse con el óxido de aluminio fusionado convencional o granalla abrasiva MCA (también conocida como sol gel de alfa-alúmina sinterizada) , como aquellas descritas en las Patentes Estadounidenses Nos. 5,203,886; 5,401,284; 5,863,308; y 5,536,283, las cuales se incorporan aquí como referencia. En una modalidad de la invención, el sistema aglutinante vitrificado consiste esencialmente de materiales inorgánicos que 'incluyen pero no se limitan a arcilla, Kaolín, silicato de sodio, alúmina, carbonato de litio, pentahidrato de bórax, decahidrato de bórax o ácido bórico, y carbonato de sodio anhidro, pedernal, wollastonita, feldespato, fosfato de sodio, fosfato de calcio, y varios otros materiales que han sido usados en la elaboración de aglutinantes vitrificados inorgánicos-. En otra modalidad, los primeros se usan en combinación con los materiales aglutinantes vitrios crudos o en lugar de materiales crudos. En una segunda modalidad, los materiales aglutinantes mencionados anteriormente en combinación incluyen los siguientes óxidos: Si02, A1203, Na20, P205, Li20, K20 y B203. En otra modalidad, incluyen óxidos alcalinotérreos, como CaO, MgO y BaO, junto con ZnO, Zr02, F, CoO, Mn02, Ti02, Fe203, Bi203, y/o combinaciones de los mismos. En otra modalidad, además el sistema aglutinante comprende un vidrio de borosilicato alcalino. En una- modalidad de la invención, el sistema aglutinante puede incluir un contenido optimizado de óxido fosforoso, óxido de boro, sílice, álcali, óxidos alcalinos, óxidos alcalinotérreos, silicatos de aluminio, silicatos de zirconio, silicatos hidratados, aluminatos, óxidos, nitruros, oxinitruros, carburos, oxicarburos y/o combinaciones y/o derivados de los mismos, manteniendo las relaciones correctas de óxidos, para una alta resistencia, tenacidad (por ejemplo, resistencia a la propagación de grietas o fisuras) , aglutinación a baja temperatura. En otra modalidad, el sistema aglutinante comprende al menos dos fases vitreas amorfas con el grano de CBN para producir resistencia mecánica mayor para la base aglutinante. En otra modalidad de la invención, la muela superabrasiva comprende aproximadamente 10-40% en volumen de material inorgánico como frita de vidrio, por ejemplo, vidrio de borosilicato, feldespato y otras composiciones vitreas. Las composiciones aglutinantes vitreas adecuadas se encuentran comercialmente disponibles de Ferro Corp. de Cleveland, Ohio, y otras.

Componente superabrasivo . El material superabrasivo puede ser seleccionado de cualquier material superabrasivo adecuado conocido en la técnica. Un material superabrasivo es uno que tiene una dureza de Knoop de al menos aproximadamente 3000 kg/mm2, preferiblemente de al menos aproximadamente 4200 kg/mm2. Esos materiales incluyen diamante natural o sintético, nitruro de boro cúbico (CBN) , y mezclas de los mismos. Opcionalmente, el material superabrasivo puede ser provisto con un recubrimiento como níquel, cobre, titanio, o cualquier metal resistente al desgaste o conductor que pueda ser depositado sobre el cristal superabrasivo. Los materiales de CBN superabrasivos recubiertos se encuentran comercialmente disponibles de una variedad de fuentes como Diamond Innovations, Inc. de Worthington, OH, bajo el nombre comercial de Borazon CBN; Element Six bajo el nombre comercial de ABN, y Showa Denko bajo el nombre comercial de SBN. En una modalidad, los materiales superabrasivos son partículas de CBN monocristalinas o microcristalinas, o cualquier combinación de los dos tipos de CBN o diferente tenacidad (véase por ejemplo la publicación de solicitud de patente Internacional No. WO 03/043784A1) . En una modalidad de la invención, el material superabrasivo incluye CBN de un tamaño de grano que fluctúa de tamaño de malla de aproximadamente 60/80 hasta un tamaño de malla de aproximadamente 400/500. En otra modalidad, el componente superabrasivo comprende CBN o diamante de un tamaño de grano que fluctúa de un tamaño de malla de aproximadamente 80/100 hasta un tamaño de aproximadamente 22-36 micrómetros (equivalente a un tamaño de malla de aproximadamente 700/800) . En una modalidad de la invención, el material superabrasivo tiene un índice de friabilidad de al menos 30.

En una segunda modalidad, el material superabrasivo tiene un índice de friabilidad de al menos 45. En una tercera modalidad, 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 de los granos a la fractura durante la rectificación. Los valores del índice de friabilidad se dan en por ciento de granos retenidos sobre un tamiz después de una prueba de friabilidad. Este procedimiento incluye una prueba de impacto de baja carga, de alta frecuencia y es usado por los fabricantes de granos superabrasivos para medir la tenacidad de' los granos. Valores más grandes indican mayor tenacidad. En una modalidad de la invención, la muela rectificadora comprende de aproximadamente 10 hasta aproximadamente 60% en volumen de un material superabrasivo. En una segunda modalidad, el material superabrasivo primario es nitruro de boro cúbico (CBN) en el intervalo de aproximadamente 20 hasta aproximadamente 40% en volumen, en un sistema de aglutinante vitrificado o aglutinante de resina. Los ejemplos de materiales que pueden ser usados como el componente superabrasivo de la invención incluyen, pero no se limitan a, CBN BORAZON® Tipo I, grados 1000, 400, 500 y 550 disponibles de Diamond Innovations, Inc., de Worthington, Ohio, EUA.

Componentes de la Porosidad. La composición de las muelas rectificadoras de ciertas modalidades de la invención contiene una porosidad de aproximadamente 10 hasta aproximadamente 70% en volumen. En una modalidad, de aproximadamente 15 hasta aproximadamente 60% en volumen. En otra modalidad, una porosidad de aproximadamente 20 hasta aproximadamente 50% en volumen. La porosidad es formada por la separación natural proporcionada por la densidad de empaquetamiento natural de los materiales y por medios inductores de poros convencionales, incluyendo, pero sin limitarse a, perlas de vidrio huecas, cascaras de nuez trituradas, perlas de material plástico o compuestos orgánicos, partículas de vidrio espumado y alúmina en burbujas, granos alargados, fibras y combinaciones de los mismos.

Otros Componentes . En una modalidad de la invención, los granos abrasivos secundarios son usados para proporcionar de aproximadamente 0.1 hasta aproximadamente 40% en volumen, y en una segunda modalidad, hasta 35% en volumen. Los granos abrasivos secundarios usados pueden incluir, pero no se limitan a, óxido de aluminio, carburo de silicio, pedernal y granos de granata y/o combinaciones de los mismos. En la fabricación de muelas rectificadoras que contienen esos aglutinantes, puede ser agregada una pequeña cantidad de aglutinantes orgánicos a los componentes aglutinantes pulverizados, fritos o crudos, como adyuvantes de moldeo o procesamiento. Esos aglutinantes pueden incluir dextrinas y otros tipos de cementos, un componente líquido como el agua o etilen glicol, modificadores de la viscosidad o pH y adyuvantes de mezclado. El uso de aglutinantes proporciona a la muela rectificadora uniformidad y la calidad estructural de una muela prequemada o prensada sin tratar y la muela quemada. Debido a que la mayoría sino es que todos los aglutinantes se queman durante ignición no se convierten en parte de la herramienta aglutinada o abrasiva terminada.

Proceso para Fabricar los Cuerpos de Muelas Superabrasivas . Los procesos para fabricar una muela aglutinada vitrea son bien conocidos en la técnica. En una modalidad de la invención, la capa abrasiva de CBN aglutinada vitrea es fabricada con o sin una capa de soporte de cerámica por un método de prensado y sinterización en frío o por un método de prensado y sinterización en- caliente. En una modalidad el método de prensado en frío, la mezcla de la muela aglutinada vitrea es prensada en frío en un molde a la forma de la muela, y el producto moldeado es entonces quemado en un horno o estufa para sinterizar completamente el vidrio.

En una modalidad del método de prensado en caliente, la mezcla de la muela aglutinada vitrea es colocada en un molde y sometida a presión y temperatura simultáneamente para producir la muela sinterizada. En un ejemplo, la carga en la prensa para el moldeo fluctúa de aproximadamente 25 tons hasta aproximadamente 150 tons. Las condiciones de la sinterización fluctúan de aproximadamente 600 °C hasta aproximadamente 1100°C dependiendo de la química de la frita de vidrio, la geometría de la capa abrasiva y la dureza deseada en la muela. La capa abrasiva de CBN aglutinada vitrificada puede ser un producto de reborde continuo o reborde segmentado que esté aglutinado o pegado al núcleo del cuerpo de la muela. El material del núcleo de la muela puede ser metálico (los ejemplos incluyen aleación de aluminio y acero) o no metálico (los ejemplos incluyen cerámica, aglutinante de resina orgánica o un material compuesto) , al cual el reborde o segmento de capa abrasiva de CBN aglutinada vitrea activa o de trabajo se une o aglutina con un adhesivo epoxi. La elección del material del núcleo es influenciada por el peso máximo de la muela que puede ser usado en el husillo de la máquina rectificadora, velocidad de operación máxima de la muela, rigidez máxima de la muela para rectificar sin defectos de rectificación o requerimientos de equilibrio de la muela para satisfacer un grado de calidad mínimo G-1 por el código ANSÍ S2.19. Los materiales metálicos usados son típicamente aleación de acero con carbón medio o una aleación de aluminio. Los cuerpos centrales metálicos son maquinados de modo que el desplazamiento radial y axial sea menor de 0.0005" (< 0.0125 mm) , y los cuerpos sean limpiados adecuadamente para tener la capa abrasiva de CBN aglutinada vitrificada unida o pegada sobre ellos. Los materiales no metálicos del cuerpo de la muela pueden tener un aglutinante de resina orgánica o un aglutinante vitreo inorgánico, incluyendo abrasivos de óxido de aluminio y/o carburo de silicio que son porosos tratados con materiales poliméricos para resistir la absorción de agua o fluido refrigerante de rectificación en el núcleo. El material del núcleo no metálico puede ser fabricado de la misma manera que una muela rectificadora aglutinada con resina orgánica o una muela rectificadora aglutinada vitrea inorgánica excepto que no son aplicados como una superficie de muela rectificadora. La capa abrasiva de CBN aglutinada vitrea puede ser unida al núcleo no metálico con un adhesivo epoxi, y la muela rectificadora puede entonces ser terminada a la geometría y tamaños correctos - para la aplicación. En un ejemplo, la muela fabricada es terminada a las dimensiones de estiramiento de la muela, la velocidad probada 60 m/s, y equilibrada dinámicamente a G-1 o mejor por el código ANSÍ S2.19. La uela^ rectificadora en esta invención es entonces aplicada en un método de rectificación fuera de línea en máquinas rectificadoras de rodillo del tipo como las fabricadas por Waldrich Siegen, Pomini, Herkules y otros. En este ejemplo, la muela rectificadora de CBN vitrificada es montada sobre un adaptador de muela y sujetada al husillo de rectificación. La muela es entonces rectificada con un disco de diamante giratorio de modo que el desplazamiento radial de la muela sea menor que 0.005 mm. La muela rectificadora es entonces equilibrada dinámicamente sobre el husillo de la máquina a la velocidad de operación máxima de 45 m/s, de modo que la amplitud de desequilibrio sea menor de 0.5 µm. Se prefiere tener una amplitud de desequilibrio de la muela rectificadora de menos de 0.3 µm.

Muelas Rectificadoras Superabrasivas En una modalidad de la invención, la capa abrasiva de la muela rectificadora es empleada en una configuración como se ilustra en la Figura 1, la cual muestra un corte transversal de una muela, con la periferia externa circular (en forma de un anillo) que comprende un sistema aglutinante vitrificado con una composición superabrasiva, por ejemplo, abrasión de CBN, sinterizada sobre un material base inorgánico como óxido de aluminio vitrificado o material no cerámico como la capa de soporte 12 para formar un solo miembro. La capa de soporte 12 también puede ser un miembro separado constituido de un material inorgánico o un material orgánico al cual la capa abrasiva de CBN es fijada por medio de un adhesivo. La capa de CBN en sí, o junto con 12 puede ser de un diseño segmentado o un miembro de reborde continuo que sea unido por medio de una capa adhesiva 13 al núcleo de la muela (14) . En una modalidad de la invención, se usa un diseño de muela de capa abrasiva segmentada. El núcleo de la muela 14 puede comprender materiales metálicos o poliméricos, y la capa de unión adhesiva 13 puede comprender materiales aglutinantes orgánicos o inorgánicos. En otra modalidad, la muela rectificadora puede ser producida sin la capa de soporte 12. En otras modalidades de la invención, el miembro de la muela superabrasiva puede ser de configuraciones de muela diferentes como se ilustra en las Figuras 2A-2F, como muelas de esquinas redondeadas, coronadas (corona convexa o corona cóncava), cilindricas o de relieve inclinado o similares. Esas configuraciones pueden ser logradas a través de torneado o por moldeo de los segmentos abrasivos en la forma deseada con dimensiones como se muestra en la Tabla 1: Tabla 1 - Configuraciones de muela rectificadora de CBN ejemplares para aplicaciones de rectificación de rodillos En una modalidad de la invención, el miembro abrasivo de CBN de la muela rectificadora puede tener una configuración como se ilustra en la Figura 3, el uso de muelas multisección que tengan diferentes composiciones superabrasivas en la capa abrasiva, en un sistema de aglutinante vitrificado inorgánico o aglutinante de resina orgánica. El uso de muelas de secciones múltiples es ilustrado con las secciones múltiples 111, 112, 113 en la muela, y/o el uso de varios anchos de sección. Los anchos de sección pueden variar del 2% hasta el 40% del ancho' total de la muela (W) . En otras modalidades para maximizar el desempeño de la rectificación, puede ser combinada una combinación de la configuración de la muela (como se ilustra en las Figuras 2A- 2F) con muelas de secciones múltiples que tengan varias variantes y variables optimizadas como composiciones superabrasivas de diferentes tamaños de malla, o índices de friabilidad. Los cambios en el tamaño de malla y en la concentración de abrasivo pueden afectar el módulo elástico relativo de las diferentes secciones de la muela. De este modo, en algunas aplicaciones el uso e CBN de varios tamaños de malla y concentración sobre las secciones externas de la muela y diferentes anchos de sección puede ser optimizado y/o equilibrado para un desempeño óptimo en términos de defectos de rectificación, marcas de alimentación y/o la capacidad de rectificar perfiles complejos. En una modalidad de la invención, el uso de muelas rectificadoras que comprenden una alta concentración de CBN o diamante proporciona un terminado superficial mejorado y vida incrementada, aunque puede ser propensa a errores de rectificación.

Aplicaciones de las Muelas Rectificadoras de la Invención. En una modalidad de la invención, se usó una muela de CBN para rectificar rodillos de diferentes geometrías del perfil del rodillo, por ejemplo, un perfil de rodillo coronado o un perfil numérico continuo de amplitud y periodo variable a lo largo del eje del rodillo, en una máquina rectificadora accionada por CNC de modo que la relación de TT/WWC es mayor de 10.

Deberá notarse que los métodos y principios de la presente invención con el uso de una muela de CBN, también pueden ser aplicados a los sistemas- aglutinantes diferentes al aglutinante vitrificado inorgánico, por ejemplo muelas de CBN aglutinadas con resina para lograr resultados similares en la rectificación de rodillos. En otra modalidad, es usada una muela de CBN vitrificada • que tiene la misma especificación de muela y geometría de muela que una muela rectificadora de la técnica anterior para rectificar diferentes materiales de rodillos de trabajo (como rodillos de hierro, rodillos de acero con un alto contenido de cromo, rodillos de HSS forjados y materiales de rodillos de HSS vaciados) al azar con varias geometrías de perfil sin tener que rectificar la muela con el cambio del material del rodillo o un cambio en la geometría de perfil del rodillo, de manera similar a la muela rectificadora comparativa de la técnica anterior. Las muelas rectificadoras ejemplares de la invención pueden ser usadas para rectificar rodillos de trabajo en laminadoras de tiras, las cuales son típicamente mayores de 610 mm de longitud, con un diámetro de al menos 250 mm. Los rodillos de trabajo pueden ser de varias formas, por ejemplo, cilindros correctos, perfiles coronados, y otros perfiles polinomiales complejos a lo largo del eje del rodillo. Ellos son rectificados típicamente a tolerancias demandantes como: tolerancias en la forma del perfil de menos de 0.025 mm, tolerancia de bisel o inclinación de menos de 15 nanómetros por mm de longitud, error de redondez de menos de 0.006 mm, y con requerimientos de terminado superficial de Ra menores de 1.25 micrómetros, sin defectos de rectificación, marcas de alimentación, degradación térmica del material del rodillo, y otras irregularidades superficiales visibles como marcas de rayaduras y grietas por calor sobre la superficie del rodillo. En una segunda modalidad, el terminado superficial Ra es de menos de 5 micrómetros. En una tercera modalidad, el terminado superficial Ra es menor de 3 micrómetros. En otra modalidad más, es usada una muela de CBN aglutinada vitrificada para rectificar materiales de rodillos de trabajo sin ningún defecto de rectificación y marcas de alimentación discernibles . Los defectos de rectificación son suprimidos equilibrando dinámicamente la muela en la máquina y eligiendo los parámetros de rectificación de modo que se generen frecuencias resonantes y armónicas en el sistema durante la rectificación. Las marcas de alimentación sobre la superficie del rodillo son eliminadas haciendo variar las velocidades de desplazamiento de la muela abrasiva en cada paso de rectificación y/o haciendo variar las velocidades de remoción del material por cada pase de rectificación. En otra modalidad, los defectos de rectificación del rodillo son suprimidos induciendo una variación controlada en la muela de CBN aglutinada vitrificada y/o la amplitud y periodo de la velocidad rotacional del rodillo de trabajo durante el proceso de rectificación, donde la relación de la velocidad de la muela rectificadora a la velocidad del rodillo no es constante. Las figuras 4A y 4B son ilustraciones que muestran una 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 aglutinante de resina orgánica, y una muela rectificadora aglutinada con CBN de una modalidad de la invención, respectivamente. Como se ilustra en la - Figura 4A, la muela rectificadora W que está en contacto con la superficie del rodillo R en la posición de Al se hace avanzar a una profundidad de A2 (correspondiente al extremo radial de la muela en la alimentación El = Al menos A2) y se hace desplazar a lo largo del eje del rodillo a la posición Bl en el otro extremo del rodillo. Puesto que la muela comparativa de la técnica anterior se desgasta continuamente yendo de A2 a Bl, se agrega compensación al desgaste de la muela (WWC) al deslizamiento del cabezal de la muela rectificadora para compensar la disminución del radio de la muela, de modo que el resultado neto de remover material a lo largo del rodillo de trabajo sea igual a la cantidad alimentada final El. La trayectoria de la herramienta TI ilustra la compensación del desgaste de la rueda que se aplicó, con la magnitud siendo igual a A2 menos Bl . Después de que la rueda alcanza la posición Bl, la muela rectificadora se hace avanzar aún más hasta la posición B2 y se desplaza hasta la posición A3, con la compensación del desgaste de la muela a lo largo de la trayectoria de la herramienta T2. El procedimiento es aplicado hacia atrás y hacia delante hasta que el rodillo de trabajo es terminado a la tolerancia geométrica. En la práctica de rectificación de rodillos de la técnica anterior, la relación TT/WWC típicamente fluctúa de 0.25 a 5 para una tolerancia de bisel o inclinación del rodillo de 0.025 mm. La Figura 4B ilustra una modalidad de la presente invención con una muela de CBN aglutinada vitrificada, y con una compensación de desgaste de la muela de cero o mínima que es menor de 1 nanómetro por mm de longitud del rodillo. A la muela rectificadora W que está en contacto con la superficie del rodillo R se le da una cantidad de alimentación final El = Al menos A2, se desplaza a lo largo del eje del rodillo hasta la posición- Bl. Como se ilustra, la trayectoria de la herramienta TI es recta y requiere poca si la hay, compensación de desgaste de la muela, puesto que la muela rectificadora en esta invención remueve material uniformemente a lo largo del eje del rodillo de trabajo correspondiente a la alimentación alimentada final El. En la posición de la muela Bl, la muela, rectificadora se hace avanzar aún más hacia la superficie del rodillo hasta la posición B2 y se desplaza a lo largo del rodillo hasta la posición A3. La trayectoria de la herramienta T2 es paralela a TI y no implica compensación por el desgaste de la muela. Este proceso se repite hasta que la cantidad de desgaste en el rodillo de trabajo es removida y se logra la geometría del rodillo de trabajo deseada. La relación de TT/WWC en esta modalidad es mayor de 10. En una modalidad de la invención para una tolerancia de bisel o inclinación del rodillo de 0.025 mm, la relación de TT/WWC es mayor de 10 (en comparación con una relación de menos de 3 como se describe en la Publicación de Patente Estadounidense No. 20030194954) . En una segunda modalidad de la invención, la relación de TT/WWC es mayor de 25. En una tercera modalidad más de la invención, la relación de TT/WWC es mayor de 50. En una modalidad de una operación de rectificación de rodillos, la muela rectificadora es equilibrada dinámicamente sobre el husillo de la máquina rectificadora a una amplitud de desequilibrio de 0.5 µm a la velocidad de operación. La velocidad de operación puede fluctuar de 20 m/sec a 60 m/sec. Las muelas superabrasivas de la invención pueden ser usadas en una rectificación de rodillos en caliente y en frío de rodillos de hierro y acero (materiales ferrosos en general) , opcionalmente de dureza mayor de 65 SHC, como aquellos usados en las industrias del acero, aluminio, cobre y papel. El ángulo entre el eje rotacional de la muela rectificadora y el eje rotacional del rodillo es, de manera preferiblemente de aproximadamente 25 grados o menos y opcionalmente, cercano a cero grados, aunque son posibles otros ángulos. Las ruedas pueden ser usadas para rectificar rodillos de diferentes perfiles, incluyendo pero sin limitarse a rodillos rectos, rodillos coronados y rodillos de perfil numérico continuo para satisfacer tolerancias geométricas y de tamaño de modo que la relación de TT/WWC sea mayor de 10. La resistencia al desgaste extremadamente alta de los materiales superabrasivos, por ejemplo, CBN, asegura que la cantidad de material removido sea muy cercana a la relación teórica de material (aplicado) . Por lo tanto en una modalidad de la invención, la cantidad de material de rectificación del rodillo removida usando muelas rectificadoras de CBN se fija para minimizar la pérdida de material del rodillo, logrando a la vez la tolerancia del perfil del rodillo al mismo tiempo. Esto se logra fijando el material del rodillo a ser removido sobre la base del perfil de desgaste inicial del rodillo y el desplazamiento radial en el rodillo. En una modalidad, el proceso de rectificación de rodillos se fija para utilizar la velocidad de la muela rectificadora más alta posible sin producir un desequilibrio adverso de la muela durante los pases de corrugado y terminado, por ejemplo, velocidad de la muela rectificadora de 18 m/s a 60 m/s para muelas de CBN con diámetros de hasta 76.2 centímetros (30"). En otra modalidad con muelas de CBN que tienen diámetros que fluctúan de 76.2 a 101.6 centímetros (30" a 40"), la velocidad de la muela abrasiva se limita a 45 m/s sobre la base del diseño de la máquina y el límite de seguridad en la máquina rectificadora de rodillos. En otra modalidad más las máquinas rectificadoras de rodillos que emplean muelas rectificadoras de CBN mayores de 76.2 centímetros (30") de diámetro, las velocidades de rectificación se fijan mayores de 45 m/s. Las velocidades (del rodillo) de trabajo pueden ser seleccionadas de modo que las velocidades de desplazamiento puedan ser maximizadas. La velocidad de la muela rectificadora y las velocidades de desplazamiento pueden ser disminuidas en los pases de terminado para lograr una superficie de rodillo que esté libre- de marcas de alimentación y defectos de rectificación, y los requerimientos de rugosidad superficial. En una modalidad, las velocidades de trabajo usadas para rectificar rodillos empleando muelas superabrasivas están en el intervalo de 18 m/min hasta 200m/min. En otra modalidad de muelas rectificadoras que comprende CBN en un sistema aglutinante vitrificado inorgánico, el desempeño de la muela en términos del intervalo de la relación de Rectificación (G) de 35 a 1200, para rectificar una combinación de materiales de rodillos que van desde rodillos de hierro enfriado hasta de acero de alta velocidad. Esto se compara con la relación de Rectificación típica (G) en las muelas de la técnica anterior que emplean óxido de aluminio, de 0.5 a 2.093. El proceso de rectificación de rodillos puede ser efectuado usando pases múltiples con desplazamiento rápido a través del rodillo (rectificación transversal) o en un solo pase con una profundidad de corte grande usando velocidades de. desplazamiento lentas (rectificación por deformación-alimentación) . La reducción sustancial en el tiempo de ciclo puede ser obtenida usando el método de rectificación por deformación-alimentación para la rectificación de rodillos. En una modalidad de la operación de rectificación de rodillos, es removida una cantidad mínima de material del rodillo de trabajo para llevar el rodillo a la geometría de perfil correcta desde la condición desgastada, con el material removido sobre el diámetro del rodillo siendo menor de aproximadamente 0.2 mm (más el desgaste del rodillo) en comparación con una remoción mayor de 0.25 mm (más el desgaste del rodillo) con una muela de la técnica anterior que emplea óxido de aluminio en un aglutinante de resina orgánico. Preferiblemente, la remoción de material es menor de aproximadamente 0.1 mm, menor de aproximadamente 0.05 mm, y de manera aún más preferible, menor de aproximadamente 0.025 mm. Esto representa un incremento de al menos 20% en el uso útil del rodillo en la laminadora de tiras en caliente antes de ser reemplazado por un rodillo nuevo. En otra modalidad de la invención, un incremento en la calidad de la superficie puede ser logrado eliminando los defectos de rectificación, y/o marcas de alimentación controlando la amplitud y periodo de la frecuencia rotacional de la muela rectificadora, y/o controlando la amplitud y periodo de la frecuencia rotacional del rodillo de trabajo continuamente durante el proceso de rectificación. En otra modalidad más de la invención, la operación de rectificación de rodillos que emplea la muela de CBN vitrificada de la invención puede ser llevada a cabo con compensación de error de perfil y compensación de error de inclinación o bisel mínima o nula. En el caso de que sea necesaria una compensación, la compensación de error del perfil y compensación de inclinación o bisel se aplican únicamente para corregir desalineaciones del rodillo en la máquina o variaciones de temperatura en el sistema de la máquina o debido a otros errores del rodillo como el desplazamiento axial y radial cuando se monte en la máquina.

EJEMPLOS. Los ejemplos se proporcionan aquí para ilustrar la invención pero no pretenden limitar el alcance de la invención. En algunos ejemplos, el desempeño de la rectificación de una modalidad de CBN vitrificado aglutinado inorgánicamente de la invención es comparado contra una muela rectificadora de abrasivo convencional del estado de la técnica comercialmente disponible y representativo (óxido de aluminio o una mezcla de óxido de aluminio y carburo de silicio como el material abrasivo principal) que es usada en la producción de un taller de rectificación de rodillos.

Datos de la Muela de Prueba: En los Ejemplos 1 y 2, las muelas comparativas Cl son muelas del tipo 1A1 con un diámetro de 81.28 centímetros (32") x un Ancho de 10.16 (4") x una Profundidad de 30.48 centímetros (12"). Deberá notarse que las muelas rectificadoras de rodillos abrasivas convencionales típicamente tiene un diámetro útil mínimo de 60.96 centímetros (24"). Las muelas de este ejemplo tienen una dimensión de 76.2 centímetros (30") D x 8.63 centímetros (3.4") W x 30.48 centímetros (12") H, con un espesor de 3.1 milímetros (1/8") de la capa de CBN útil, con un diseño de capa abrasiva de CBN segmentada unida a un núcleo de aluminio. Tres muelas rectificadoras de CBN vitrificado comerciales fabricadas a las formulaciones especificadas por Diamond Innovations, Inc de Worthington, OH, se usaron para las muelas de este ejemplo para la evaluación: CBN-1; CBN Borazon Tipo-I, baja concentración, dureza de unión media CBN-2; CBN Borazon Tipo-I, alta concentración, dureza de unión alta CBN-3; CBN Borazon Tipo-I, alta concentración, dureza de unión alta. Las muelas de CBN vitrificadas en los ejemplos son rectificadas con un disco de diamante giratorio, de modo que el desplazamiento radial sea de menos de 0.002 mm (en algunos ensayos, menor de 0.001 mm) bajo las siguientes condiciones: Dispositivo: Reavivador impulsado giratorio de 1/2HP Tipo de rueda: rueda de diamante unida a metal 1A1 Tipo de diamante: MBS-950 de Diamond Innovations, Inc. de Worthington, OH. Tamaño de la rueda: 15.24 centímetros (6.0") (OD) x 0.25 centímetros (0.1") (W) Velocidad de la rueda: mayor de 18 m/s Relación de la velocidad del reavivador: 0.5 unidireccional Avance/rev: 0.127 mm/rev Alimentación/pase: 0.002 mm/pase. Después de rectificar, las muelas de CBN vitrificadas son equilibradas dinámicamente sobre el husillo de rectificación a una velocidad de la muela a 45 m/s y una amplitud de desequilibrio menor de 0.5 m (preferiblemente menor de 0.3 µm) .

La muela comparativa C-l es rectificada con una herramienta de diamante de un solo punto como en la práctica normal en la industria. La muela comparativa también es equilibrada en el mismo grado que con las muelas de CBN vitrificado de la invención en las pruebas.

Ejemplo 1 - Desempeño de la Rectificación de Rodillos de Hierro: En este ejemplo, se condujeron pruebas de comparación de rectificación de rodillos en una máquina rectificadora de rodillos 100HP Waldrich Siegen CNC donde el eje rotacional de la muela rectificadora está sustancialmente paralela al eje rotacional del rodillo, de modo que el ángulo es menor de aproximadamente 25 grados. Las dimensiones del rodillo de hierro son de 760D x 1850L, mm. Se aplicó un fluido refrigerante soluble en agua, sintético, a una concentración de 5V% durante la rectificación. La velocidad de flujo y condiciones de presión del fluido refrigerante son las mismas para la muela convencional y la muela de CBN vitrificado de esta 'evaluación. Los rodillos de hierro endurecidos tienen un desgaste radial de 0.23 mm que tiene que ser corregido en la operación de rectificación de modo que la tolerancia de inclinación o bisel sea menor de 0.025 mm y la tolerancia del perfil sea menor de 0.025 mm. Las condiciones de rectificación para la muela convencional comparativa y la muela de CBN vitrificado son casi equivalentes para la velocidad de la rueda, velocidad de desplazamiento, velocidad de trabajo y profundidad de corte por pase. Los resultados de la rectificación se dan a continuación en la Tabla 2.

Tabla 2 Parámetros de Rectificación Muela Comparativa Muelas de CBN C-l Vitrificado CBN- 1, CBN-2, CBN-3 Material del rodillo Hierro Endurecido Hierro Endurecido 70 SHC 70 SHC TT/WWC mm 0.5-5 >2000 # de rodillos de trabajo rectificados Resultados de la Rectificación: Material promedio removido 0.4 0.2 del diámetro, itim Potencia de Rectificación 0.45 0.29 Máxima, kW/mm Perfil coronado y calidad Dentro de lo Dentro de lo de inclinación esperado esperado Defectos de rectificación y Dentro de lo Dentro de lo marcas de Alimentación esperado esperado Como se muestra en la tabla, para las muelas rectificadoras de este ejemplo, CBN-1, CBN-2, y CBN-3 producen una relación de rectificación G muy alta, que fluctúa de 38 veces a 381 veces la de la muela comparativa C-1 de la técnica anterior. También, la relación de TT/WWC para muelas rectificadoras de CBN es 400 veces mayor que la de la muela comparativa para la rectificación de rodillos a la especificación. Como se muestra también, la potencia de rectificación máxima por ancho unitario de la muela para muelas de CBN es 35% menor que la de la muela comparativa. Los resultados también muestran que se requirió una remoción de material 50% menor con las muelas de CBN en comparación con la muela comparativa de la técnica anterior para corregir el rodillo a la geometría deseada. Esta remoción reducida de material incrementa la vida útil de servicio del rodillo de hierro en un 50%; un ahorro de costos significativo para la laminadora de rodillos.

Ejemplo 2 - Desempeño de la Rectificación de Rodillos de HSS Forjados: En este ejemplo, se usaron las mismas muelas que en el Ejemplo 1 para rectificar un rodillo de trabajo de HSS forjado que tiene un perfil polinomial complejo a lo largo del eje del rodillo. Las muelas no se rectificaron y continuaron en la misma condición después de la rectificación de los rodillos de hierro endurecidos sobre la misma máquina rectificadora. Los rodillos de trabajo de HSS tienen un desgaste radial inicial de 0.030 mm que tienen que ser rectificados de modo que las tolerancias y formas del perfil sean menores de 0.025 mm. Las condiciones de la rectificación en términos de la velocidad de la muela, velocidad de trabajo, velocidad de desplazamiento y profundidad del corte son equivalentes para ambas de la muela comparativa y la muela de CBN vitrificado. Las dimensiones del rodillo de HSS usados son 760.5Dx 1850L, mm. Las condiciones de la rectificación y los resultados se dan en la siguiente Tabla 3.

Tabla 3 En la rectificación de los rodillos de HSS, la relación de rectificación G para las muelas CBN-1, CBN-2 y CBN-3 fluctúa de 27 a 787 veces la de la muela comparativa Cl con abrasivos convencionales aglutinados con resina orgánica. La relación de TT/WWC es al menos 400 veces mayor para las muelas rectificadoras de CBN que la de la muela comparativa para rectificar los rodillos dentro de la especificación. La potencia de rectificación máxima por ancho unitario de la rectificación para las tres muelas de CBN es 30% menor que la muela comparativa C-l. También se observó que se requiere menor remoción de material por la muela de CBN vitrificado para terminar el rodillo de trabajo desgastado hasta la geometría deseada final. La vida del rodillo de HSS puede de este modo extenderse al menos un 35%, dando como resultado ahorros de costos significativos en el rodillo a la laminadora de rodillos y la cilindrería.

De este modo, pueden ser rectificados de manera eficiente materiales de rodillo múltiples con la rueda de CBN aglutinada vitrificada, inorgánica de la invención, en este ejemplo proporcionando una vida extendida de la muela en más de dos órdenes de magnitud sobre la práctica de la técnica anterior que emplea una muela aglutinada con resina orgánica que contiene abrasivos convencionales como el material abrasivo principal.

Ejemplo 3- Método de supresión de los defectos de rectificación para una muela de CBN vitri icado : En este ejemplo, se demuestra el efecto de la variación de la velocidad rotacional de la muela a la muela de CBN aglutinado vitrificado durante el proceso de rectificación para suprimir los defectos de rectificación. Puesto que el sistema de CBN aglutinado vitrificado inorgánico típicamente tiene un módulo E alto (10-200 GPa) , en comparación con las muelas aglutinadas con resina orgánica de la técnica anterior (módulo E entre 1-10 GPa) y la velocidad de desgaste de la muela de CBN de la invención es muy baja, las armónicas de la máquina debidas a la vibración de autoexcitación durante la rectificación son fácilmente observadas en el rodillo como defectos de rectificación a diferentes frecuencias armónicas del sistema de la máquina. Como se ilustra en las FIGURAS 5A-5C, las Solicitantes han descubierto de manera sorprendente, que es posible evitar defectos de rectificación discernibles disipando las amplitudes de las armónicas sobre un espectro de frecuencia más amplio, en lugar de ser concentradas a ciertas frecuencias. En un ejemplo, se monta un acelerómetro piezoeléctrico sobre el alojamiento del cojinete del husillo de la máquina rectificadora y la vibración generada durante el proceso de rectificación es verificada. La FIGURA 5A muestra la amplitud contra la frecuencia de la velocidad de vibración medida cuando se rectifica un rodillo de trabajo con una muela de CBN vitrificado de la invención, a una velocidad de la muela de 942 rpm. Las amplitudes de vibración se concentran en 3084, 4084 y 5103 ciclos por minuto. La magnitud de la velocidad de vibración es máxima a 0.002 ips a 4084 cpm. En la FIGURA 5B, la amplitud en rpm del husillo de la muela rectificadora fluctúa en un 10% en un periodo de 5 segundos. Se observa que la velocidad de vibración disminuye ligeramente y se dispersa sobre una frecuencia más amplia en lugar de concentrarse. 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 la velocidad de vibración disminuye aún más a menos de 0.001 ips, y se distribuye sobre un intervalo de frecuencia más alto sin armónicas distintas.

En una modalidad del método de la invención, es empleada la técnica de variación de la velocidad del husillo en conjunto con la muela de CBN aglutinado vitrificado para suprimir los defectos de rectificación. La técnica de variación de la velocidad del husillo aquí es aplicada a amplitud de variación de la velocidad de entre 1-40% y a un periodo de 1 a 30 segundos durante el proceso de rectificación. La variación de velocidad puede ser en la velocidad rotacional de la muela rectificadora y la velocidad del rodillo de trabajo, o en ambas velocidades. En un ejemplo, la técnica es aplicada con una variación de la frecuencia rotacional de la muela (rpm) a una amplitud de +/-20% con un periodo de 5 segundos. En otra modalidad, se obtiene una supresión de defectos de rectificación haciendo fluctuar la velocidad del rodillo del trabajo independiente o simultáneamente con la fluctuación de la velocidad de la muela rectificadora. En una tercera modalidad, la supresión de los defectos de rectificación se obtiene, de manera sorprendente, usando la técnica de variación de velocidad del husillo en conjunto con una muela rectificadora convencional de la técnica anterior, es decir, una muela que emplea principalmente abrasivos convencionales. La tabla 4 es un resumen de los 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 4 HSS vaciado) usando una modalidad de la muela de la presente invención, CBN-2, en un ambiente de operación típico.

Tabla 4 Los resultados en la Tabla 4 demuestran la capacidad de desempeño de la muela de CBN en este ejemplo para rectificar una amplia variedad de materiales de rodillo en una forma eficiente más significativa que la muela comparativa de la técnica anterior. Los resultados . muestran que los rodillos pueden ser rectificados con CBN-2 hasta especificaciones de rodillos terminados con una reducción superior al 40% en la remoción promedio de material y con 30% ' menos potencia de rectificación en relación a la muela comparativa C-l. Además, la relación de rectificación G para CBN-2 es al menos 150 veces la de la muela comparativa C-l. Aunque la invención ha sido descrita con referencia a una modalidad preferida, aquellos expertos comprenderán que pueden hacerse varios cambios y los elementos equivalentes de la misma pueden ser sustituidos sin apartarse del alcance de la invención. Se pretende que la invención no se limite a la modalidad particular descrita como el mejor modo' para llevar a cabo esta invención, sino que la invención incluya todas las modalidades que caigan dentro del alcance de las reivindicaciones anexas. Todas las citas referidas aquí se incorporan expresamente como referencia.

Claims (40)

1. REIVINDICACIONES 1. Un método para rectificar un rodillo ferroso que tiene una superficie de rodillo giratoria con una muela rectificadora giratoria, teniendo el rodillo ferroso una dureza mayor de 65 SHC y un diámetro mínimo de al menos 25 centímetros (10 pulgadas) y una longitud de al menos 6.09 centímetros (2 pies), el método se caracteriza porque comprende : a) montar la muela rectificadora sobre el husillo de una máquina y fijar el ángulo entre el eje rotacional de la muela rectificadora y el eje rotacional del rodillo a menos de aproximadamente 25 grados; b) poner la muela giratoria en contacto con una superficie del rodillo giratorio y desplazar la muela a través de una longitud axial del rodillo, manteniendo a la vez una relación de tolerancia de inclinación axial (TT) a la compensación por desgaste de la muela radial (WWC) mayor de 10; y c) rectificar la superficie del rodillo a una rugosidad superficial Ra de menos de 5 micrómetros mientras se deja la superficie del rodillo sustancialmente libre de marcas de alimentación, defectos de rectificación e irregularidades en la superficie.
2. 2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el rodillo se rectifica a una rugosidad superficial de Ra de menos de 3 micrómetros.
3. 3. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el rodillo se rectifica a una rugosidad superficial de Ra de menos de 1.25 micrómetros.
4. 4. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la superficie del rodillo ferroso está sustancialmente libre de degradación térmica del material del rodillo.
5. 5. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la relación de TT a WWC es mayor de 25.
6. 6. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la relación de TT a WWC es mayor de 50.
7. 7. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el rodillo ferroso tiene un diámetro de al menos 45 centímetros (18 pulgadas) y una longitud de al menos 6.09 centímetros (2 pies).
8. 8. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la muela rectificadora incluye una capa que comprende un material superabrasivo que tiene una dureza de Knoop mayor de 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 de Knoop menor de 3000 KHN, en un sistema aglutinante.
9. 9. El método de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el material superabrasivo es nitruro de boro cúbico.
10. 10. El método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque la cantidad de nitruro de boro cúbico en el sistema aglutinante de la muela rectificadora está en el intervalo de 10 a 60% en volumen.
11. 11. El método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque la cantidad de nitruro de boro cúbico en el sistema aglutinante de la muela rectificadora está en el intervalo de 20 a 50% en volumen.
12. 12. El método de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el sistema aglutinante es uno de: a) un aglutinante vitrificado 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 aglutinante de resina que comprende al menos una de una resina fenólica, resina epoxi, resina de poliimida y mezclas de las mismas.
13. 13. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la muela rectificadora se hace girar de 3600 a 12000 fpm.
14. 14. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el método comprende además el paso de remover material del rodillo ferroso en un pase o pases múltiples.
15. 15. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el material de rodillo es removido a una velocidad mayor de 2 cc/min.
16. 16. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el material de rodillo es removido a una velocidad mayor de 20 cc/min.
17. 17. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el material de rodillo es removido a una velocidad mayor de 35 cc/min.
18. 18. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la rectificación se lleva a cabo a una relación G de al menos 20.
19. 19. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la muela rectificadora tiene un eje de rotación que es sustancialmente paralelo al eje rotacional del rodillo.
20. 20. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el rodillo ferroso es un sólido de revolución que tiene una geometría superficial seleccionada de una de: una corona convexa, una corona cóncava, un perfil numérico continuo, y una forma polinomial a lo largo del eje del rodillo, rectificada a una tolerancia de perfil de forma de menos de 0.05 mm.
21. 21. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la muela rectificadora tiene una velocidad de desplazamiento de al menos 50 mm/min.
22. 22. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la muela rectificadora remueve una cantidad de material rectificado de menos de aproximadamente 0.2 mm del diámetro del rodillo desgastado mínimo.
23. 23. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la muela rectificadora remueve una cantidad de material rectificado de menos de aproximadamente 0.1 mm del diámetro del rodillo desgastado mínimo.
24. 24. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la muela rectificadora remueve una cantidad de material rectificado de menos de aproximadamente 0.05 mm del diámetro del rodillo desgastado mínimo.
25. 25. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la muela rectificadora remueve una cantidad de material rectificado de menos de aproximadamente 0.025 mm del diámetro del rodillo desgastado mínimo.
26. 26. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la muela rectificadora logra la rectificación del rodillo ferroso con o sin un pase de corrección de errores de perfil o inclinación.
27. 27. Un método para rectificar un rodillo ferroso que tiene una superficie de rodillo giratoria con una muela rectificadora giratoria, el método se caracteriza porque comprende: a) montar la muela rectificadora sobre el husillo de una máquina; b) poner la muela giratoria en contacto con una superficie del rodillo giratorio y desplazar la muela a través de una longitud axial del rodillo; y c) rectificar la superficie del rodillo mientras se mantiene al menos una o ambas de la velocidad rotacional de la muela rectificadora y la velocidad rotacional del rodillo de laminación varía en una cantidad de +/- 1 a 40% en amplitud, con un periodo de 1 a 30 segundos.
28. 28. El método de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado porque la frecuencia rotacional de la muela (rpm) varía en una amplitud de +/- 20% con un periodo de menos de 5 segundos.
29. 29. El método de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado porque el rodillo se rectifica a una rugosidad superficial de Ra de menos de 3 micrómetros.
30. 30. El método de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado porque la superficie del rodillo está sustancialmente libre de degradación térmica del material del rodillo.
31. 31. El método de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado porque la relación de TT a WWC es mayor de 25.
32. 32. El método de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado porque el rodillo tiene un diámetro de al menos 45.72 centímetros (18 pulgadas) y una longitud de al menos 6.09 centímetros (2 pies) .
33. 33. El método de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado porque la muela rectificadora incluye una capa que comprende un material superabrasivo que tiene una dureza de Knoop mayor de 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 de Knoop menor de 3000 KHN, en un sistema aglutinante.
34. 34. El método de conformidad con la reivindicación 33, caracterizado porque el material superabrasivo es nitruro de boro cúbico.
35. 35. El método de conformidad con la reivindicación 34, caracterizado porque la cantidad de nitruro de boro cúbico en el sistema aglutinante de la muela rectificadora está en el intervalo de 10 a 60% en volumen.
36. 36. El método de conformidad con la reivindicación 33, caracterizado porque el sistema aglutinante es uno de: a) un aglutinante vitrificado 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 aglutinante de resina que comprende al menos una de una resina fenólica, resina epoxi, resina de poliimida y mezclas de las mismas.
37. 37. El método de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado porque la muela rectificadora se hace girar de 3600 a 12000 fpm.
38. 38. El método de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado porque la rectificación se lleva a cabo a una relación G de al menos 20.
39. 39. El método de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado porque la muela rectificadora tiene un eje de rotación que es sustancialmente paralelo al eje rotacional del rodillo.
40. 40. El método de conformidad con la reivindicación 27, caracterizado porque la muela rectificadora remueve una cantidad de material rectificado de menos de aproximadamente 0.2 mm del diámetro del rodillo desgastado mínimo.