DE2056820A1 - Schleifkörper - Google Patents

Description

205682Q

N 625

PATENTANWÄLTE
Jnß. HaJ^1-S r:U°CHKE

Norton Company, Worcester / Massachusetts (V.St.VoA.)

Schleifkörper

Gegenstand der Erfindung sind Schleifwerkzeuge, wie Schleifscheiben zum Abschleifen von Harten Mate rialien, wie gekittete Karbide und Werkzeugstähle, welche Schleifwerkzeuge aus organisch gebundenen Diamanten und kubischem Bornitrid bestehen.

Die Erfindung betrifft im besonderen einen Schleifkörper, wie eine Schleifscheibe, die aus Diamantsplit oder aus Borkarbid in Form kubischer Kristalle besteht, wobei die Schleifkörner durch einen nicht schmelzbaren organischen Verband mit einander verbunden sind, der insgesamt ein Füllmaterial von volumenmäßig 15 - 70$ des Volumens des Verbandes enthält sowie ein fein zerteiltes Verstärkungsfüllmaterialο

Von allen Diamantschleifscheibenherstellern wurde bisher die Verwendung eines flüssigen Kühlmittels beim Schleifen von gekitteten Karbidwerkzeugen empfohlen. Bei dem Trockenschliff mit herkömmlichen Schleifscheiben ist die Abnutzung fünf- bis

109822/1349

sechsmal so groß als bei Benutzung eines geeigneten flüssigen Kühlmittels bei den gleichen Schleifscheiben, wenn gekittete Karbide geschliffen werden.

Obwohl in Patentschriften die Verwendung von Trockenfilmschmiermitteln verschiedener Arten vorgeschlagen wird, mit denen die Schleifscheibe imprägniert wird, oder die dem Gemisch zugesetzt werden, aus dem die Schleifscheibe hergestellt wird, so konnte mit solchen trockenen Schmiermitteln die Leistung von Diamantschleifscheiben beim Trockenschiff von Karbiden nicht wesentlich verbessert werden»

Wird ein Teil der normalerweise im Harzverband verwendeten Füllstoffe durch Graphit einer hoch kristallinischen Form mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von weniger als 300 Mikron und vorzugsweise von 1-50 Mikron ersetzt, so können Schleifwerkzeuge aus Diamant oder kubischem Bornitrid hergestellt werden, die beim Trockenschliff von harten Materialien eine außerordentlich gute Leistung aufweisen, wenn die Schleifkörner (aus Diamant oder Bornitrid) mit einem Metallbelag versehen werden₀ Beim typischen durchschnittlichen Schleifen werden mit einem Gehalt von 16 vol.^ Graphit im Verband anscheinend die günstigsten Ergebnisse erzielt» Je nach dem besonderen Verwendungszweck muss der Graphitgehalt im Verband zwischen 5 und 40 volo$ betragen und vorzugsweise 12 — 35$° Der Verband enthält ferner einen Verstärkungsfüllstoff von der Art, die im allgemeinen zum Verstärken von Kunstharzen verwendet wird. Diese Stoffe bestehen aus fein zerteilten festen, anorganischen und kristallinischen Materialien, die in bezug auf das Harz chemisch stabil sind sowie thermisch stabil bei den Temperaturen, denen das Werkzeug ausgesetzt wird, wobei die Festigkeit mindestens gleich der Festigkeit des Harzes sein soll· Von be sonderem Nutzen ist zerkleinertes Siliziumkarbid. Gute Ergebnisse können jedoch auch erzielt werden mit fein zerteiltem Aluminiumoxid, Kirkonoxid, Magnesia, Siliziumoxid, Asbest und mit Metallen, wie Silber, Kupfer, Nickel, Kobalt und Eisen in Form feiner Pulver. Der verstärkende Füllstoff soll im Verband in einer Menge von 15-60 # vorhanden sein.

U) 9 H :> 2 I I 3 U 9

Graphit ist im Handel erhältlich mit verschiedenen Partikelgrößen und in verschiedenen Sorten und zwar als natürlicher oder synthetischer Graphit. Zum Erzielen der besten Ergebnisse soll der durchschnittliche Partikeldurchmesser kleiner als 300 Mikron sein und vorzugsweise kleiner als 50 Mikron, jedoch nicht kleiner als 1 Mikron. Der im Handel erhältliche Graphit v/eist eine unterschiedliche Kristallbildungsfähigkeit auf. Je besser diese ist, umso besser ist der Graphit für die Zwecke der Erfindung geeignet. Ein hoch kristallinischer Graphit weist die Form von Flocken auf, welche Sorte zu bevorzugen ist« In der Natur vorkommender Graphit, der bis zu einer Partikelgröße von 43 Mikron und weniger zerkleinert worden ist, weist die Form von Flocken auf und für die Zwecke der Erfindung sehr befriedigende Eigenschaften. Die besten Ergebnisse wurden mit einem solchen Material erzielt, dessen durchschnittliche Partikelgröße 10 kikron betrug (die Dicke der Flocken bleibt unberücksichtigt). Für die Erfindung kann Graphit verwendet werden, der mit einem Metallbelag (Nickel) nach dem amerikanischen Patent 3 402 035 versehen worden ist«. Es wurden jedoch keine Vorteile mit einer Umkleidung des Graphits mit Nickel erreicht im Gegensatz zum Zusetzen des Nickels als unabhängiges Füllmaterial.

Das verwendete besondere Bindeharz ist im allgemeinen nicht kritisch, und es können die herkömmlichen Harze verwendet werden, die für die Herstellung von Schleifscheiben benutzt werden. Erwünscht sind mechanische Festigkeit und Hitzefestigkeit. Es können verwendet werden die bekannten Phenolaldehyd-Harze, Melaminaldehydharze, Urea-aldehydharze, Polyesterharze und Epoxidharze unter Einschluss der Epoxid-novolacs sowie die herkömmlichen Modifizierungsmittel, Weichmacher und Füllstoffe.

Ziemlich neu sind im wesentlichen lineare Polymere sowie durch Wärme ausgehärtete Polymere (wie die Polymide, die in dem französischen Patent Nr„ 1 455 514 offenbart sind), welche Materialien zum Herstellen eines Verbandes zwischen Schleifmittelkömern verwendet werden können. Diese Harze sowie die obengenannten querverketteten Harze sind nicht schmelzbar im Gegensatz zu den häufiger verwendeten thermoplastischen linearen Polymeren mit bestimmten Erweichungsbereichen, die immer wieder erweichbar

1 υ 2 « 1 2 I 1 3 4 9

Beispiele für solche Harze sind offenbart in den amerikanischen Patentschriften Nr. 3 329 489 (Polybenzimidazol), Nr. 3 295 940 und Nr, 3 385 684 (Polymide). Ferner können auch die in dem amerikanischen Patent Nr* 3 303 170 offenbarten Polysulfidharze verwendet werden»

Unter sonst gleichen Bedingungen können natürlich auch beste Ergebnisse erreicht werden mit Harzen, die die günstigste Festigkeit ausweisen und hitzefest sind«

Es ist für die Erfindung wesentlich, dass das Schlaifmittel, und zwar der Diamantsplit oder das kubische Bornitrid einen Metallbelag trägt, der die Schleifkörner so einkapselt, dass die Menge des Metalls bei jedem Partikel 10 - 70 vol.fo beträgt. Mit einem Metallbelag versehene Diamanten dieser Art sind im französischen Patent Ure 1 142 688 (Soulard), in den belgischen Patenten 683 508 und 698 428 sowie im französischen Patent 1 522 735 offenbart. Für die Metallüberzüge können verwendet werden Kupfer, Silber, Nickel, Kobalt, Molybdän und allgemein jedes Metall, dessen Schmelzpunkt höher als ungefähr 260⁰C liegt, und das im Schleifwerkzeug chemisch stabil ist. Obwohl für das Nasschleifen der Volumenprozentsatz des Metallbelags höher sein kann, so soll jedoch für den nach der Erfindung vorgesehenen Trockenschliff der Volumenprozentsatz des Metallbelags zwischen 10 und 60$ liegen.

Es sind im Handel Diamanten erhältlich, die mit Nickeloder mit Kupferüberzügen versehen sind, deren Volumenprozentsatz 10 - 50$ beträgt. Diese Metallbeläge können durch elektrisches Ablagern auf einem dünnen Silberbelag erze-ugt werden, der seinerseits auf den Sohleifkörnerη chemisch niedergeschlagen worden ist. Diese Beläge oder Überzüge brauchen daher nicht nur aus einem einzelnen Metall zu bestehen, und für die Erfindung sind sehr viele verschiedene Überzüge aus Metallen und Metalllegierungen von Nutzen.

Die Korngröße des Schleifmittels ist für die Erfindung nicht wesentlich; jedoch werden für Diamantschleifscheiben Schleifkörner mit einer Größe von 60 bis 220 (ohne Belag gerechnet) allgemein verwendet.

10 9 8 2 2/1349

_ 5 —

Ein Zusatz von unbelegten Schleifkörnern bei einer Schleifscheibe, die hauptsächlich aus mit einem Metallbelag versehenen Sohleifkörnern besteht, braucht die Leistung der Schleifscheibe nicht unbedingt herabzusetzen. In diesen PäH-en sollen die Schleifwerkzeuge volumenmäßig mindestens 7$ des metallüberzogenen Schleifmittels enthalten, wobei der Metallüberzug volumenmäßig mindestens 10$ bis zu 70$ des Volumens des Schleifmittels plus Überzug beträgt» Der G-esamtgehalt des Schleifmittels plus Metallbelag soll 50$ des Volumens des Schleifwerkzeuges nicht übersteigen.

Die Erfindung wird nunmehr ausführlich beschrieben. In der beiliegenden Zeichnung ist die g

3?igo1 eine schaubildliche Darstellung eines Schleifkörpers nach der Erfindung,

Pig.2 eine schaubildliche Darstellung eines gebrauchsfertigen Schleifwerkzeuges mit dem in der Pig.1 dargestellten Schleifkörper und die

Mg.3 eine schaubildliche Darstellung eines Schleifwerkzeuges mit einem auf eine andere Weise angebrachten Schleifkörper nach der Fig»1.

Die Schleifwerkzeuge nach der Erfindung können durch Pressen des Gemisches in einer entsprechend ausgestalteten 3?oim hergestellt werden. Die Form kann erhitzt und das Harz in der ]?orm gänzlich oder teilweise ausgehärtet werden. "

Die Fig»1 zeigt einen typischen Schleifkörper 10, während die Hg«2 den an einem Kern 20 befestigten Schleifkörper zeigt, der zusammen mit dem Kern eine gerade Schleifscheibe bildet. Die Fig.3 zeigt einen an einem beoherförmigen Kern, befestigten Schleifkörper, der zusammen mit dem Kern eine sogenannte Topfecheibe bildet. Als Material für den Kern wird geeignete-rweise ein mit Aluminium gefülltes Harz verwendet, wie in dem amerikanischen Patent Nr. 2 150 886 offenbart ist. Der Schleifkörper kann zusammen mit dem Kern geformt oder auch nach der Herstellung am Kern befestigt werden.

1 09822/1349

In dem nachstehenden

Beispiel

wird die typische Zusammensetzung eines für die Herstellung von Schleifwerkzeugen nach der Erfindung geeigneten Gemisches beschrieben.

Gewichts- Volumenteile teile

Pulver aus Phenol-aldehyd-Polymer (BRP 5980, erhältlich von der Union Carbide Corporation) mit 9% Hexamethylenetramin und mit einem Zusatz von 10$ Kalk

39,1	52,8
26,0	15,0
30,4	25,0
4,5	7,2

fein zerteiltes Siliziumkarbid (800 grit)

Naturgraphitflocken, die durch ein Sieb mit einer Maschenweite von 43 Mikron hindurchfallen

Furfural

Bei der Herstellung eines Schleifwerkzeuges unter Verwendung dieses Gemisches wird das Schleifmittel mit Furfural angefeuchtet, und das Gemisch aua dem Bindemittel, dem Füllstoff und dem Graphit wird zugesetzt , und das Ganze wird zu einer homogenen Masse verarbeitet. Hiernach braucht das Gemisch nur in eine entsprechend ausgestaltete Form eingefüllt und heiß gepresst zu werden. Bei Verwendung des oben beschriebenen Gemisches wird das fertige Werkzeug aus der Fona entfernt und in einem Ofen weiter ausgehärtet. Das Formen erfolgt im allgemeinen unter einem Druck von 1*575 kg/cm bei einer Temperatur von 16O⁰C und wird unge fähr 20 Minuten lang durchgeführt. Das abschließende Aushärten kann 24 Stunden lang bei einer Temperatur von 175⁰C in einem Ofen an der Luft oder in einer Atmosphäre durenge führt werden» Durch Begulieren der Aushärtungstemperatur kann die Härte oder die Güte des Verbandes bestimmt werden, die je nach dem besonderen Verwendungszweck verschieden sein kann. Diese Verfahren sind an sich bekannt und bilden keinen Teil der Erfindung·

Das obenstehende Beispiel ist typieoh für einen Verband

109822/1349 '

bei einem Schleifwerkzeug, dessen Diamantkonzentration verhältnismäßig hoch sein soll (ζ·Β* 15 - 40$ des gesamten Volumens des Schleifwerkzeuges)ο Soll die Diamantkonzentration geringer sein, so soll der Gehalt des verstärkenden Füllmaterials erhöht, werden.

Der ausgehärtete Schleifkörper wird, wie üblich, an einem Kern oder Halter befestigt, so dass ein Schleifwerkzeug nach den Figuren 2 und 3 hergestellt wird. Bei den nachstehend angeführten Beispielen wurden Topfscheiben normaler Ausführung und mit den angegebene-n Abmessungen verw-endet_e Alle Versuche wurden ohne Verwendung eines flüssigen Kühlmittels durchgeführt.

Es wurde eine Reihe von Schleifscheiben hergestellt und | Untersuchungen beim Trockenschleifen von gekittetem Wolframkarbid durchge-führt, und die Ergebnisse wurden mit einander verglichen. Die bearbeiteten Werkstücke bestanden aus normaler}. Stücken Carboloy 44-A mit den Abmessungen 4 x 12_t7 mnJ-o Die Schleifscheibe bestand aus einer normalen 10-em-Topfscheibe (Type D6A9) mit einer Schleifbreite von 3»2 mm. Die Schleifmaschine bestand aus einer Plächenschleifmaschine_β Die Drehzahl betrug 3600 U/min und der Quervorschub betrug 254 cm/min, während die Zustellung bei jeder Umkehrung der Bewegung des Tisches 0,05 tarn betrug. Die Körnung des Diamantsplits betrug 150 grit, und das Schleifmaterial war mit einem Belag entweder von 56 Gew«# Nickel oder 50 Gew_e$ Kupfer versehen. Der Diamantgehalt des Schleifwerkzeuges betrug 16 volo# ohne das Volumen des Metallbelags gerechnet. ™ Bei den zu untersuchenden Schleifscheiben wurde der Verband nach dem Beispiel I verwendet mit der Ausnahme, dass kein Graphitfüllstoff verwendet und der Siliziumkarbidgehalt auf 35 vol^ des Verbandes erhöht wurde. Die zu untersuchenden Schleifscheiben wurden aus der im Beispiel I angegebenen Zusammensetzung hergestellt.

In der Tabelle 1 sind die Ergebnisse der Untersuchungen zusammengestellt, aus denen die Vorzüge der Erfindung anhand des in Watt gemessenen leistungsverbrauchs und des SohleifVerhältnisses zu ersehen sind. Als Sohleifverhältnis wird das Verhältnis des entfernte η Karbids zum Volumen der Schleifscheibenabnutzung

10 9822/1349

bezeichnet. Die Bedeutung des SohleifVerhältnisses ist offenbar darin zu sehen, dass eine Schleifscheibe mit einem Schleifverhältnis von 100 zehnmal so viele Teile wegschleift, bevor die Schleifscheibe abgenutzt ist, als eine Schleifscheibe mit einem Schleifverhältnis von 10_e Die verbrauchte Leistung soll so niedrig wie möglich sein, damit eine Beschädigung des Werkstückes und der Schleifscheibe durch Hitze vermieden wird ο Außerdem besteht natürlich eine Grenze, bis zu der ein gegebener Motor belastet werden kann. Ein normaler 1,5-PS-Motor wäre daher für normale Schleifscheiben und für die in der Tabelle 1 angegebenen Leistungen nicht ausreichend, kann Jedoch bei den untersuchten Schleifscheiben verwendet werden.

Tabelle

Diamant Belag

Schleif- Leistungs-Verhältn. verbrauch Watt

normale Schleifscheibe Prüfscheibe (Beispiel II)

normale Schleifscheibe Prüfscheibe (Beispiel III)

Ni
Ni

Ou
Cu

72,2
321,0

36,2
444,0

1235 865

1200 840

In der Tabelle 2 sind die Ergebnisse bei einem anderen verkitteten Wolframcarbid für eine normale Schleifscheibe und für eine Schleifscheibe nach der Erfindung zusammengestellt. Als normale Schleifscheiben wurden die gleichen Schleifscheiben verwendet wie nach der Tabelle 1. Die Schleifscheiben nach der Erfindung enthielten die gleiche Menge Diamant und Graphit, wie in der Tabelle 1 angeführt; jedoch war der Siliziumkarbidgehalt um 5$ geringer*

Tabelle 2

Schleif- Leistungsverhältn· verbrauch Watt

normale Schleifscheibe Prüfscheibe (Beispiel IV)

51,3
133,0

1015 770

Um die Wichtigkeit der Verwendung eines mit einem Metallbelag versehenen Schleifmittels aufzuzeigen, sind in der Tabelle 3A die Ergebnisse gegenübergestellt, die mit einer, kein

1 0 9B?2/1349

Graphit sondern nur Diamanten ohne Belag enthaltenden Schleifscheibe und mit einer Schleifscheibe erhalten wurden, die im Verband 7,5$ Graphit und ferner Diamanten ohne Belag enthielt* In den Verbänden beider Schleifscheiben betrug das Gesamtvolumen des Püllmaterials 35$· Diese Schleifscheiben bestanden aus Topfscheiben, Type 11V9 mit einem Durchmesser von 12,7 cm und mit einem 3,2 mm breiten Band. Obwohl die Ie is tungs aufnahme etwas herabgesetzt werden konnte, so wurde jedoch das Schleifverhältnis nicht wesentlich erhöht. Aus der Tabelle 3B ist jedoch zu ersehen, dass das Sohleifverhältnis wesentlich erhöht wird, wenn die belagfreien Diamanten nach der Tabelle 3A durch Diamanten ersetzt w erden, die einen Ifiekelbelag tragen. Bei belagfreien Diamanten betrug die Erhöhung des SohleifVerhältnisses nur 9*5$, bei Verwendung von mit Nickel belegten Diamanten jedoch 27,4$· Bei allen Schleifscheiben nach der Tabelle 3 betrug der Diamantgehalt volumenmäßig 17$. Die Prüfbedingungen waren im übrigen die gleichen.

Tabelle 3A

Schleif- * Leistungsverhältnis verbrauch Watt

normale Schleifscheibe Prüfechleifscheibe (Beispiel IV)

Tabelle

28,4
31,1

1325 1215

3B

Schleif- Leistungsverhältnis verbrauch Watt

normale Sohleifsche-ibe Prüfschleifscheibe (Beispiel VI)

50,0
63,7

H25 1425

Um die Vorzüge der Erfindung bei Schleifscheiben mit kubi-Bchem Bornitrid anstelle von Diamant darzulegen, wurden Schleifscheiben mit der Zueammeneetzung nach der Tabelle 1 hergestellt mit der Ausnahme, dass in allen Jällen der Diamant durch kubisches Bornitrid mit der gleichen Korngröße verwendet wurde, wobei Schleifarbeiten an zwei normalen Werkzeugstählen T15 und M3 durchgeführt wurden. Das kubische Bornitrid war mit einem

109822/1349

Nickelbelag von 50 Gew,# ver sehen. Die Schleifscheiben bestanden aus Topfscheiben mit einem Durchmesser von 95,2 mm (11V9) mit einem 3,2 mm breiten Hand. Die Werkstücke bestanden aus gegebenen Werkzeug stähl en mit den Abmessungen 6,3!? mm χ 12,7 mm. Im übrigen wurden die Untersuchungen unter den gleiche η Bedingungen durchge-führt wie nach der Tabelle 1. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in der nach stehenden Tebelle 4 zusammengestellt.

Tabelle 4

Stahl T1.5 M3

Schleif- Leistungs- Schleif- Leistungs-

verhältn. verbrauch verhältn. verbrauch Watt Watt

normale Schleifscheibe 19 850 39 650 Prüfscheibe (Beisp.VI) 17 715 44 640

Um die Verwendbarkeit von anderen Füllstoffen als Siliziumkarbid aufzuzeigen, wurde eine normale 10-c,-Schleifscheibe (Type 6A9) > wie in der Tabelle 1 angeführt, verglichen mit einer gleichen Schleifscheibe, die im Verband 15 volo# Graphit und 11,69ε Nickelpulver enthielt. Beide Schleifscheiben enthielten 16 νο1·?δ mit Nickel beschichteten Diamanten, Korngeöße 150 grit. Der Graphit bestand aus natürlichem Plockengraphit mit einer Feinheit von weniger als 43 Mikron.

Die Schleifbedingu ngen waren die gleichen, wie in der Tabelle 1 angegeben, jedoch wurde ein härterer Karbid geschliffen. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 5 angeführt.

Tabelle 5

Schleif- Leistungsverhältn» verbrauch Watt

normale Schleifscheibe 77,5 1t50

Prüfscheibe (Beisp. VII) 94,8 790

Patentansprüche

109822/1349

Claims (2)

1. Patentansprüche

   1«, Schleifkörper, z<,B. Schleifscheibe, der (die) Schleifkörner aus Diamant oder aus Bornitrid in Form kubischer Kristalle enthält, welche Schleifkörner durch einen nicht schmelzbaren organischen Verband zusammengehalten werden, der 15 bis 70$ des Gesamtvolumens des Verbandes eines Füllmaterials enthält, der seinerseits einen fein zerteilten verstärkenden Füllstoff enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifkörner mit einem Metallbelag versehen sind, und g dass das Füllmaterial 5 bis 40$ des Gesamtvolumens des Verbandes Graphit mit einer Partikelgröße von 300 Mikron oder weniger enthält.
2. 2. Schleifkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleifkörper Schleifkörner ohne Belag und volumenmäßig mindestens 7fl einen Metallbelag tragende Schleifkörner enthält, welcher Belag volumenmäßig 10 - 70# des Volumens der mit einem Belag versehenen Schleifkörner beträgt»

   3· Schleifk-örper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennze ichnet, dass der Belag aus Nickel oder Kupfer besteht.

   4· Schleifkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der verstärkende Füllstoff aus Siliziumkarbid oder aus mindeste-ns eine-m Metall Silber, Kupfer, Aluminium, Eisen, Nickel oder Kobalt beste-ht.

   5· Schleifkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt des Schleifmittels 7 - 40$ des Volumens des Schleifkörpers beträgt.

   109622/1349

   6# Schleifkörper nach einem der Ansprüche 1 bis 4» dadurch gekennzeichnet, dass der Graphit flockig ist und durch ein Sieb mit einer Maschenweite von 43 Mikron hindurchfällt„

   10 9822/1349