DE102013212661A1

DE102013212661A1 - Schleifkorn

Info

Publication number: DE102013212661A1
Application number: DE102013212661.1A
Authority: DE
Inventors: Petra Stedile
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-06-28
Filing date: 2013-06-28
Publication date: 2014-12-31

Abstract

Es wird ein Schleifkorn mit zumindest einem ersten Kornbereich (12a–d) und zumindest einem zweiten Kornbereich (14a–d), die zur Erzielung eines Selbstschärfungseffekts zumindest eine voneinander abweichende Eigenschaft aufweisen, vorgeschlagen.

Description

Stand der Technik
Es sind bereits selbstschärfende Schleifkörner, bei denen durch einen Abbruch von Materialteilen aus einem homogenen Schleifkornmaterial während eines Schleifbetriebs neue Schleifkanten entstehen, bekannt. Diese selbstschärfenden Schleifkörner weisen homogene Materialeigenschaften, die über einen Gesamtbereich des Korns identisch sind, auf.
Offenbarung der Erfindung
Es wird ein Schleifkorn mit zumindest einem ersten Kornbereich und zumindest einem zweiten Kornbereich, die zur Erzielung eines Selbstschärfungseffekts zumindest eine voneinander abweichende Eigenschaft aufweisen, vorgeschlagen.
Unter einem „Schleifkorn“ soll insbesondere ein vorzugsweise keramischer, kristalliner und/oder metallischer Körper mit zumindest einer Schleifkante verstanden werden. Abhängig von einer gewünschten Anwendung und einem gewünschten Feinheitsgrad weisen die Schleifkörner einen Durchmesser zwischen zehn Millimeter und einem halben Mikrometer auf. Insbesondere kann das Schleifkorn eine definierte Geometrie aufweisen. Unter „Schleifkörnern mit einer definierten Geometrie“ sollen insbesondere Schleifkörner verstanden werden, die zumindest im Wesentlichen eine identische und vorherbestimmte Form, beispielsweise eine Stab- oder Tetraederform, aufweisen. Insbesondere sind Schleifkörner mit einer definierten Geometrie durch einen Prozess hergestellt worden, der gezielt Schleifkörner mit der zumindest im Wesentlichen vorherbestimmten Form herstellt. Unter einer „zumindest im Wesentlichen identischen Form“ soll insbesondere verstanden werden, dass die Schleifkörner bis auf produktionsprozessbedingte Abweichungen eine identische Form und vorzugsweise eine identische Größe aufweisen. Unter einem „Kornbereich“ soll insbesondere ein makroskopischer Bereich des Korns verstanden werden, der eine lineare Ausdehnung in Raumrichtungen von zumindest einem Mikrometer aufweist. Vorzugsweise weist ein Kornbereich ein Volumen auf, das zumindest ein Zehntel, vorteilhaft zumindest ein Fünftel und bevorzugt zumindest eine Hälfte eines Gesamtvolumens des Schleifkorns ausmacht. Unter einem „Selbstschärfungseffekt“ soll insbesondere ein Effekt verstanden werden, der einem Abstumpfen des Schleifkorns durch Materialabrieb in einem Schleifbetrieb entgegenwirkt. Insbesondere wird bei dem Selbstschärfungseffekt während eines Schleifbetriebs die zumindest eine Schleifkante des Schleifkorns beispielsweise durch Verformung des Schleifkorns und/oder speziell vorgesehene Materialabtragsorte des Schleifkorns dahingehend beeinflusst, dass die zumindest eine Schleifkante scharf gehalten wird und/oder neue Schleifkanten erzeugt werden. Unter „voneinander abweichende Eigenschaften“ sollen insbesondere Materialeigenschaften wie beispielsweise eine voneinander abweichende Härte, Duktilität oder Dichte verstanden werden. Vorzugsweise sind Positionen der Kornbereiche mit den voneinander abweichenden Eigenschaften derart im Schleifkorn angeordnet, dass eine Position einer Schleifkante an dem Schleifkorn und/oder eine Hauptabtragsrichtung der Schleifkante im Wesentlichen vorherbestimmt sind. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Schleifkorns kann insbesondere ein Schleifkorn mit Selbstschärfungseffekt erreicht werden.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass der zumindest eine erste Kornbereich von einer Hartphase und der zumindest eine zweite Kornbereich von einer Weichphase gebildet ist. Unter einer „Hartphase“ und einer „Weichphase“ sollen insbesondere Bereiche verstanden werden, bei denen eine Härte der Hartphase zumindest um fünf Prozent, vorteilhaft zumindest um zehn Prozent und vorzugsweise zumindest um zwanzig Prozent größer ist als eine Härte der Weichphase. Die Hartphase und die Weichphase können grundsätzlich von Kornbereichen des Schleifkorns aus unterschiedlichen Materialien oder von Kornbereichen des Schleifkorns aus demselben Material, von denen zumindest ein Kornbereich einer Härtungs- und/oder Weichmacherbehandlung wie beispielsweise einer Thermobehandlung unterzogen wurde, bestehen. Grundsätzlich können die Hartphase und die Weichphase auch in einem Rapid-Prototyping-Verfahren mittels Laser hergestellt werden, wobei durch Anpassung von Laserparametern eine unterschiedliche Härte erreicht wird. Vorzugsweise sind der zumindest eine erste Kornbereich und der zumindest eine zweite Kornbereich zumindest im Wesentlichen stabförmig ausgebildet, wodurch hohe Standzeiten erreicht werden können. Grundsätzlich können die Hartphase und die Weichphase auch Seitenbereiche eines geometrischen Körpers, beispielsweise eines quaderförmigen, eines würfelförmigen oder eines pyramidalen Körpers, bilden, wobei insbesondere ein würfelförmiger Körper vorteilhaft streubar ist. Insbesondere wird in einem Schleifbetrieb die Weichphase stärker abgeschliffen als die Hartphase, so dass sich in einem Schleifbetrieb durch einen hauptsächlich an der Weichphase stattfindenden Materialabtrag ein sich stetig ändernder Verlauf einer Schleifkante ausbildet, wodurch die Schleifkante stets scharf bleibt. Insbesondere ändert sich durch den Materialabtrag stets ein Winkel zwischen Schleifkante und einem zu bearbeitenden Werkstück. Es kann insbesondere auf prozesstechnisch einfache Weise ein Schleifkorn mit Selbstschärfungseffekt erreicht werden.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der zumindest eine erste Kornbereich von einer Duktilphase gebildet und der zumindest eine zweite Kornbereich von einer Sprödphase gebildet ist. Unter einer „Duktilphase“ und einer „Sprödphase“ sollen insbesondere zwei Phasen verstanden werden, die sich hinsichtlich ihres Verhaltens unter einer Druckbelastung voneinander unterscheiden, indem die Duktilphase sich zumindest weitgehend plastisch verformt, wogegen die Sprödphase unter Druckbelastung unter Abbruch einzelner Teile spröde bricht. Insbesondere weist die Duktilphase eine zumindest doppelt, vorteilhaft zumindest vierfach und besonders vorteilhaft zumindest zehnmal so hohe Duktilität wie die Sprödphase auf. Insbesondere entsteht durch einen Abbruch von Material der Sprödphase unter Belastung bei einem Schleifprozess eine neue Schleifkante. Ferner wird durch eine plastische Verformung der Duktilphase eine Änderung eines Winkels zwischen der Schleifkante und dem zu bearbeitenden Werkstück erreicht, wodurch einer Abnutzung der Schleifkante entgegengewirkt wird. Die Duktilphase und/oder die Sprödphase kann insbesondere in einem Herstellungsprozess durch Füllung eines Hohlraums in einer Grundform aus einem spröden oder duktilem Material mit einem duktilem oder spröden Material in das Schleifkorn eingebracht werden oder kann durch eine thermische Behandlung zu einer Erhöhung oder Verringerung einer Sprödigkeit oder Duktilität eines Materials oder durch Erzeugung einer Zweitphase während eines Sintervorgangs erhalten werden. Grundsätzlich ist es auch vorstellbar, dass das Schleifkorn in einem Rapid-Prototyping-Verfahren durch Lasereinwirkung auf eine Pulvermenge eines Grundmaterials erzeugt wird und durch geeignete Wahl von Laserparametern während einer Herstellung die Duktilphase und die Sprödphase erzeugt werden. Es kann insbesondere auf prozesstechnisch einfache Weise ein Schleifkorn mit Selbstschärfungseffekt erreicht werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass der zumindest eine erste Kornbereich einen Schleifkorninnenbereich bildet. Unter einem „Schleifkorninnenbereich“ soll ein Kornbereich verstanden werden, der auf zumindest vier Raumseiten von einem anderen Kornbereich, insbesondere dem zweiten Kornbereich, umgeben ist. Insbesondere kann durch eine Anordnung der Duktilphase in dem Schleifkorninnenbereich unter Belastung in einem Schleifprozess eine Veränderung eines Winkels einer Schleifkante an einem Schleifkornaußenbereich durch plastische Verformung der Duktilphase in dem Schleifkorninnenbereich und eine dadurch bewirkte Verformung des Schleifkorns erreicht werden, wodurch einer Abschleifung der Schleifkante entgegengewirkt werden kann. Es kann insbesondere eine vorteilhafte Anordnung der Duktilphase zur Erzielung eines möglichst hohen Selbstschärfungseffekts erreicht werden.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass der zumindest eine zweite Kornbereich von zumindest einem Hohlraum gebildet ist, der von dem zumindest einen ersten Kornbereich begrenzt ist. Insbesondere wird der zumindest eine erste Kornbereich im Schleifbetrieb abgetragen. Wird durch Materialabtrag ein Hohlraum freigelegt, so wirkt eine Kante des ersten Kornbereichs, die an den Hohlraum und einen Außenraum angrenzt, als eine Schleifkante, so dass in einem Schleifbetrieb neue Schleifkanten erzeugt werden. Vorzugsweise weisen die Hohlräume eine scharfkantige, von einer runden Form abweichende Form auf. Grundsätzlich können die Hohlräume mittels einer geeigneten Form in einem Herstellungsprozess gezielt an vorher bestimmten Stellen in das Schleifkorn eingebracht sein. Alternativ kann der Herstellungsprozess derart ausgebildet sein, beispielsweise durch gezielte Einbringung eines in einem Herstellungsprozess, insbesondere in einem Guß- oder Sinterprozess, ausgasendem Stoffs, das in dem Schleifkorn Hohlräume ausgebildet werden. Es kann insbesondere mit einer einfachen Konstruktion ein Schleifkorn mit Selbstschärfungseffekt erreicht werden.
Ferner wird ein Schleifmittel mit erfindungsgemäßen Schleifkörnern vorgeschlagen.
Das erfindungsgemäße Schleifkorn soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann das erfindungsgemäße Schleifkorn zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten abweichende Anzahl aufweisen.
Zeichnung
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind vier Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:
1 ein erfindungsgemäßes, stabförmiges Schleifkorn mit einem als Hartphase ausgebildeten ersten Kornbereich und einem als Weichphase ausgebildeten zweiten Kornbereich vor einem Schleifbetrieb,
2 das erfindungsgemäße Schleifkorn aus 1 nach dem Schleifbetrieb,
3 eine alternative Ausbildung eines Schleifkorns mit einer Hartphase und einer Weichphase,
4 ein erfindungsgemäßes Schleifkorn mit einem als Duktilphase ausgebildeten ersten Kornbereich und einem als Sprödphase ausgebildeten zweiten Kornbereich vor einem Schleifbetrieb,
5 das erfindungsgemäße Schleifkorn aus 4 nach dem Schleifbetrieb, und
6 ein erfindungsgemäßes Schleifkorn mit einem als Hohlräume ausgebildeten zweiten Kornbereich.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt ein erfindungsgemäßes, ausgebildetes Schleifkorn 10a mit einem ersten Kornbereich 12a und einem zweiten Kornbereich 14a, die zur Erzielung eines Selbstschärfungseffekts zumindest eine voneinander abweichende Eigenschaft aufweisen. Der erste Kornbereich 12a ist von einer Hartphase 16a gebildet und der zweite Kornbereich 14a ist von einer Weichphase 18a gebildet. Das Schleifkorn 10a ist stabförmig ausgebildet, wobei der erste Kornbereich 12a und der zweite Kornbereich 14a ebenfalls stabförmig ausgebildet sind und mit Langseiten aneinandergrenzen. Eine Schleifkante des Schleifkorns 10a ist von einer Seite des Schleifkorns gebildet, an der sich kurze Seiten des ersten Kornbereichs 12a und des zweiten Kornbereichs 14a befinden.
Der erste Kornbereich 12a und der zweite Kornbereich 14a unterscheiden sich somit in einer Materialeigenschaft einer Materialhärte. In einem Schleifbetrieb wird aufgrund der unterschiedlichen Materialhärten der Hartphase 16a und der Weichphase 18a mehr Material von der Weichphase 18a als von der Hartphase 16a abgetragen, wodurch sich in dem Schleifbetrieb ein stetig ändernder Schleifkantenverlauf (2) ausbildet und die Schleifkante scharf gehalten wird. Aufgrund des Selbstschärfungseffekts und einer hohen Länge des ersten Kornbereichs 12a und des zweiten Kornbereichs 14a erreicht ein erfindungsgemäßes Schleifkorn 10a eine hohe Standzeit. Für einen Schleifbetrieb sind erfindungsgemäße Schleifkörner 10a in einem Schleifmittel gebunden, wobei das Schleifmittel neben den erfindungsgemäßen Schleifkörnern 10a eine Schleifmittelunterlage umfasst. Die erfindungsgemäßen Schleifkörner 10a weisen eine elektrische Polarisierung auf, die sich entlang einer größten Längsausdehnung erstreckt, so dass die Schleifkörner 10a bei einer Aufbringung auf die Schleifmittelunterlage durch ein elektrostatisches Streuverfahren zumindest weitgehend ausgerichtet werden. Auf dem Schleifmittel sind somit die Schleifkanten der erfindungsgemäßen Schleifkörner 10a weitgehend in eine vorgesehene Bearbeitungsrichtung ausgerichtet.
In den 3 bis 6 sind drei weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt. Die nachfolgenden Beschreibungen und die Zeichnungen beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, grundsätzlich auch auf die Zeichnungen und/oder die Beschreibung der anderen Ausführungsbeispiele, insbesondere der 1 bis 2 verwiesen werden kann. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der Buchstabe a den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in den 1 bis 2 nachgestellt. In den Ausführungsbeispielen der 3 bis 6 ist der Buchstabe a durch die Buchstaben b bis d ersetzt.
3 zeigt eine alternative Ausbildung eines erfindungsgemäßen Schleifkorns 10b mit einem ersten Kornbereich 12b und einem zweiten Kornbereich 14b, die zur Erzielung eines Selbstschärfungseffekts zumindest eine voneinander abweichende Eigenschaft aufweisen. Das Schleifkorn 10b weist eine würfelförmige Grundform auf, wobei zwei aneinandergrenzende Seiten des Schleifkorns 10b von dem als Hartphase 16b ausgebildeten ersten Kornbereich 12b und die restlichen Seiten des Schleifkorns 10b von dem als Weichphase 18b ausgebildeten zweiten Kornbereich 14b gebildet sind. Der erste Kornbereich 12b und der zweite Kornbereich 14b weisen unterschiedliche Schichtdicken auf, wobei der zweite Kornbereich 14b eine wesentlich größere Schichtdicke aufweist. Durch den in einem Schleifbetrieb größeren Materialabtrag der Weichphase entsteht auf die in dem vorherigen Ausführungsbeispiel dargestellte Weise ein Selbstschärfungseffekt. Die Hartphase 16a bildet zwei aneinandergrenzende Seiten des würfelförmigen Schleifkorns 10b, so dass bei einer beliebigen, durch eine Streuung bewirkte Ausrichtung des Schleifkorns 10b stets Seitenkanten des Schleifkorns 10b, an denen Hartphase 16b und Weichphase 18b aneinandergrenzen, oder eine Ecke des Schleifkorns 10b, in der Hartphase 16b und Weichphase 18b aneinandergrenzen, einem Werkstück zugewandt sind. Somit ist bei fast beliebiger Orientierung des Schleifkorns 10b ein Bereich mit aneinandergrenzender Hartphase 16b und Weichphase 18b dem Werkstück zugewandt, so dass eine selbstschärfende Schleifkante erreicht wird. Ist eine Seite mit der Hartphase 16b obenliegend, so wird aufgrund einer gegenüber der Weichphase 18b geringen Schichtdicke der Hartphase 16b eine obenliegende Hartphase 16b recht schnell abgetragen.
4 zeigt ein weiteres alternatives Schleifkorn 10c mit einem ersten Kornbereich 12c und einem zweiten Kornbereich 14c, die zur Erzielung eines Selbstschärfungseffekts zumindest eine voneinander abweichende Eigenschaft aufweisen. Der erste Kornbereich 12c ist von einer Duktilphase 20c gebildet und der zweite Kornbereich 14c ist von einer Sprödphase 22c gebildet. Die Duktilphase 20c weist eine zehnfach höhere Duktilität auf als die Sprödphase 22c. In einem Schleifbetrieb bricht bei der Sprödphase 22c durch Druckbelastung mit einer hohen Wahrscheinlichkeit ein Materialstück ab, so dass in dem Schleifbetrieb eine neue Schleifkante entsteht (5). Durch die Sprödphase 22c wird somit ein Selbstschärfungseffekt erreicht. In dem Schleifbetrieb kann sich die Duktilphase 20c plastisch unter dem Druck gegenüber einem Werkstück verformen, wodurch eine Verformung des Schleifkorns 10c und eine Änderung eines Winkels zwischen der Schleifkante und einem Werkstück während des Schleifbetriebs erreicht wird (5). Mittels der Duktilphase 20c wird somit ebenfalls ein Selbstschärfungseffekt erreicht. Das Schleifkorn 10c weist eine zylindrische Grundform mit einer zulaufenden Spitze auf.
In 6 ist in einer Schnittdarstellung ein weiteres alternatives Schleifkorn 10d mit einem ersten Kornbereich 12d und einem zweiten Kornbereich 14d, die zur Erzielung eines Selbstschärfungseffekts zumindest eine voneinander abweichende Eigenschaft aufweisen, dargestellt. Der zweite Kornbereich 14d ist von Hohlräumen 28d gebildet, die von dem ersten Kornbereich 12d begrenzt ist. In einem Schleifbetrieb wird der erste Kornbereich 12d abgetragen. Wird durch Materialabtragung ein Hohlraum 28d freigelegt, so wirken Ränder des ersten Kornbereichs 12d, die den Hohlraum 28d begrenzen, als Schleifkanten zur Bearbeitung eines Werkstücks. Durch Freilegung weiterer Hohlräume 28d im Schleifbetrieb werden so stets neue Schleifkanten erzeugt und ein Selbstschärfungseffekt des Schleifkorns 10d erreicht. Die Hohlräume 28d weisen einen dreieckigen Querschnitt mit spitzen Winkeln auf, so dass sie bei einer Freilegung scharfkantige Schleifkanten ausbilden. Das Schleifkorn 10d weist einen kugelförmigen ersten Kornbereich 12d auf und kann für eine gleichbleibende Schleifleistung in einer beliebigen Orientierung auf einer Schleifmittelunterlage aufgebracht werden. Grundsätzlich können einzelne oder alle Hohlräume 28d mit Kanälen mit einer Außenseite des Schleifkorns verbunden sein, so dass schon zu einem Beginn eines Schleifprozesses Schleifkanten zur Verfügung stehen. Grundsätzlich kann das Schleifkorn 10d anstellen einer kugelförmigen Grundform eine davon abweichende Grundform aufweisen.

Claims

Schleifkorn mit zumindest einem ersten Kornbereich (12a–d) und zumindest einem zweiten Kornbereich (14a–d), die zur Erzielung eines Selbstschärfungseffekts zumindest eine voneinander abweichende Eigenschaft aufweisen.
Schleifkorn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine erste Kornbereich (12a–b) von einer Hartphase (16a–b) gebildet und der zumindest eine zweite Kornbereich (14a–b) von einer Weichphase (18a–b) gebildet ist.
Schleifkorn nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine erste Kornbereich (12c) von einer Duktilphase (20c) gebildet und der zumindest eine zweite Kornbereich (14c) von einer Sprödphase (22c) gebildet ist.
Schleifkorn nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine erste Kornbereich (12c) einen Schleifkorninnenbereich (24c) bildet.
Schleifkorn nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine zweite Kornbereich (14d) von zumindest einem Hohlraum (28d) gebildet ist, der von dem zumindest einen ersten Kornbereich (12d) begrenzt ist.
Schleifmittel mit Schleifkörnern (10a–d) nach einem der Ansprüche 1 bis 5.