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Schleifkorn und daraus hergestellte Formkörper zur Bearbeitung von Werkstoffen
Die Erfindung befasst sich in erster Linie mit einem Werkstoff, der zur Bearbeitung anderer Werkstoffe dienen soll, u. zw. einer solchen, die als schleifend, feilend oder wetzend anzusehen ist. Der Werkstoff, im nachfolgenden als Schleifkorn bezeichnet, besteht gemäss der Erfindung aus hilfsmetallhaltigem Sinterhartmetall, wobei unter Sinterhartmetall im Sinne der Erfindung
Metallkarbide zu verstehen sind, die in an sich bekannter Weise mit Metallen der Eisengruppe, den sogenannten Hilfsmetallen, zusammengesintert sind. Unter Anpassung an den Verwendungszweck können die verschiedensten Zusammensetzungen verwendet werden, so z. B.
Hartmetalle aus Wolframkarbid und Kobalt, Titankarbid und Nickel oder Wolframkarbid, Titankarbid und Kobalt, wie überhaupt alle möglichen Zusammensetzungen der Karbide der Elemente Wolfram, Molybdän, Titan, Zirkon, Vanadin, Tantal, Niob einzeln oder zu mehreren mit Metallen der Eisengruppen.
An Stelle der Metallkarbide können aber auch andere sinterfähige Hartstoffe, die mit einem niedrig schmelzenden Hilfsmetall auf dem Sinterwege verbunden werden können, angewendet werden, wie z. B. Boride, Silizide, Nitride usw.
Das in an sich bekannter Weise zum dichten Körper gesinterte Hartmetall wird auf mechanischem Wege zerstossen und für die Verwendung zweckmässig auf verschiedene Korngrössen abgesiebt. Als zweckmässig haben sich Korngrössen von etwa O'l bis 3 mm erwiesen.
Das Schleifkorn gemäss der Erfindung weist besondere Vorteile auf, sowohl bezüglich der Korneigenschaften selbst als auch bezüglich der durch geeignete Bindemittel daraus herzustellenden Formkörper für die schleifende, feilende, wetzende oder bohrende Bearbeitung von Werkstoffen, die mit den bisher bekannten Schleifkornwerkstoffen nicht zu erzielen waren.
Bekanntlich hat man bisher als Schleifkornwerkstoffe in überwiegendem Masse Siliziumkarbid (Karborund) oder auch geschmolzenes Aluminiumoxyd (Korund) verwendet. Die genannten Stoffe weisen an sich zwar eine genügende Härte auf, so dass mit ihnen praktisch sämtliche in Frage kommenden harten Werkstoffe bearbeitet werden können, indes haben die Körner den Nachteil, dass sie ausserordentlich spröde sind und zum Splittern neigen. Dies führt dazu, dass während des Schleifvorganges der Verschleiss der unter Verwendung eines derartigen Kornes hergestellten Arbeitskörper ausserordentlich gross ist und vielfach sogar grösser als der erstrebte "Verschleiss" des zu bearbeitenden Werkstoffes.
Die Bindung der bekannten Schleifkornarten erfolgt im allgemeinen mit Metalloxyden (keramische Bindung) oder mit Kunstharz oder kunstharzähnlichen
Stoffen. Während das mit Kunstharz oder kunstharzähnlichen Stoffen eingebundene Schleifkorn einen nur verhältnismässig beschränkten Anwendungsbereich hat, z. B. für Trenn-oder Schneidscheiben, weisen die mit Hilfe von Metalloxyde eingebundenen Schleifkömer geringe Festigkeit und Elastizität auf und zeigen ausserdem den Nachteil, dass das Schleifkorn nicht hinreichend von der Grundmasse festgehalten wird.
Andere Hartstoffe, wie Karbide hochschmelzender Metalle, die ihrer Härte wegen wohl geeignet wären, haben sich für die genannten Zwecke nicht eingeführt, weil sie im allgemeinen nur in der Form äusserst feinkörniger fester Stücke zu erhalten sind und somit wegen ihres feinen Komes für Zwecke unbrauchbar sind, bei denen es auf eine kratzende, schleifende, feilende oder wetzende Bearbeitung ankommt.
Dies gilt auch für die dicht gesinterten Hartmetalle, bei denen ein oder mehrere Schwermetallkarbide mit einem Hilfsmetall der Eisengruppe durch Sintern zu einem festen Körper verbunden sind.
Die geschilderten Nachteile werden durch die Erfindung behoben, deren Gegenstand ein Schleifkorn ist, das aus einem durch Zerstossen zerkleinerten, hilfsmetallhaltigem Sinterhartmetall in einer Korngrösse von 0-1 bis 3 mm besteht.
Es hat sich gezeigt, dass man auf diese Weise einen hervorragenden Schleifstoff erhält. Die erzielten Körner sind ausserordentlich scharfkantig und ausserdem weisen sie eine bemerkenswerte Zähigkeit auf, die den bisher bekannten Schleifkornarten nicht eigen war, so dass das
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Aussplittern und Zerbröckeln während des Schleifvorganges weitgehend vermindert wird. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass die Menge aussplittemden und zertrümmerten Kornes sich gerade in den Grenzen hält, die für die schleifende, wetzende, feilende, kratzende und bohrende Bearbeitung erforderlich ist.
Neben diesem ausschliesslich im Schleifkorn
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korn gemäss der Erfindung noch bedeutende
Vorteile bezüglich der Bindung und damit für die Herstellung von Formkörpern.
Gemäss der Erfindung können die unter Verwendung des neuartigen Hartmetallschleifkomes hergestellten Formkörper für die vorzugsweise schleifende, feilende, wetzende oder bohrende Bearbeitung von Werkstoffen auf die verschiedenste Art und Weise hergestellt sein.
Es sind zu unterscheiden solche, die ohne zusätzliche Bindemittel hergestellt sind und solche, bei denen Bindemittel verschiedener Art zur Anwendung gelangen. Auf diese Weise kann das
Schleifkorn gemäss der Erfindung zur Herstellung von Formkörpern verwendet werden, die den verschiedenen Ansprüchen der Bearbeitungstechnik gerecht werden.
Zunächst können die Formkörper gemäss der Erfindung aus Schleifkorn ohne Bindemittelzusatz hergestellt werden. Hiezu verwendet man das durch Zerstossen von Hartmetallstücken erzielte Schleifkorn, das infolge der Zertrümmerung einen nicht unerheblichen Anteil an ausserordentlich feinem Korn enthält. Dieses Gemenge wird lose in Formen, zweckmässig aus Graphit, eingefüllt und bis zur Sintertemperatur erhitzt. Es entsteht auf diese Weise ein fest zusammenhängender Formkörper.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, dass die gröberen Körner-das eigentliche Schleifkorn - auch bei diesem Sintervorgang ihre Scharfkantigkeit beibehalten und die erhaltenen Formkörper somit für die angegebenen Zwecke hervorragend geeignet sind.
Es ergibt sich aber auch die Möglichkeit, Formkörper unter Verwendung von Bindemitteln herzustellen. Als Bindemittel kommen vornehmlich Metalle in Frage, u. zw. hat es sich als zweckmässig erwiesen, der Masse des Formkörpers 1-40% des metallischen Bindemittels zuzusetzen. Das metallische Bindemittel besteht nach der Erfindung aus Metallen der Eisengruppe, d. h. also aus Nickel, Kobalt oder Eisen, wobei diese Metalle einzeln oder zu mehreren verwendet werden können. Zur Erhöhung der Härte oder zur Beeinflussung anderer physikalischer Eigenschaften des metallischen Bindemittels können aber auch Legierungen dieser Metalle mit Schwermetallen, wie Wolfram, Molybdän, Titan, Zirkon, Vanadin, Tantal, Niob und Chrom oder deren Karbide Anwendung finden, desgleichen Legierungen der Eisenmetalle mit Schwermetallen und Schwermetallkarbiden.
Besonders bewährt haben sich einerseits Kobalt und anderseits Schwermetallkarbid-Kobalt-Legierungen. Im all- gemeinen wird in den Fällen, in denen Legierungen der Eisenmetalle mit Schwermetallkarbiden als Bindemittel verwendet werden, der Anteil der Eisenmetalle höher zu wählen sein als bei dem Hartmetall, das als Schleifkorn benutzt wird.
Die Herstellung der Masse für die Formkörper erfolgt erfindungsgemäss so, dass zunächst in an sich bekannter Weise durch Sintern ein hilfsmetallhaltiges Hartmetall hergestellt wird, also beispielsweise eine Legierung aus Wolframkarbid und Kobalt, wobei der Kobaltgehalt beispielsweise etwa 5% beträgt. Der gesinterte Hartmetallkörper wird dann in einem Mörser oder in einer mörserähnlichen Vorrichtung zerstossen.
Auch die Verwendung einer Spindelpresse hat sich für diesen Arbeitsvorgang als sehr zweckmässig erwiesen. Nach dem Zerstossen liegt das gesinterte Hartmetall in Form von scharfkantigen Körnern der verschiedensten Grössen vor. Die scharfkantigen Körner des zerstossenen Hartmetalls werden durch Absieben der Grösse nach klassifiziert. Welche Korngrösse für die weitere Verarbeitung ausgewählt wird, hängt von dem Verwendungszweck ab, für den der Formkörper gedacht ist. Gelegentlich kann es auch zweckmässig sein, Körner einer gröberen Klasse mit solchen einer weniger groben Klasse in bestimmten Verhältnissen zu mischen. Den Schleifkörnern wird nunmehr das Bindemittel beigemischt. Je nachdem, ob die fertige Masse ein Bindemittel enthalten soll, das aus Metallen oder Legierungen besteht, werden die Metalle selbst oder Gemische beigefügt.
Die Beimischung erfolgt als feinstgemahlenes Pulver. Die Mischung dieser Metallpulver oder Metallpulvergemische mit dem Schleifkorn muss ausschliesslich durch mechanische Umwälzung erfolgen. Keinesfalls darf, wie bei der üblichen Hartmetallherstellung, das Mischen etwa in einer Kugelmühle erfolgen, weil sonst die Hartmetallschleifkörner ihre Scharfkantigkeit verlieren oder vollkommen zu Pulver zertrümmert würden. Die innige Mischung aus Pulver und Schleifkorn wird lose oder unter leichtem Druck in eine Form gefüllt, die zweckmässig aus Graphit besteht und einer Sinterung unterworfen. Die Sinterung erfolgt bei Temperaturen zwischen 1400 und 1550 , wobei die Temperatur etwa 1-2 Stunden aufrechterhalten wird.
Es wird auf diese Weise eine fest zusammenhängende, etwas poröse Masse erzeugt, in der die vollkommen unverändert erhalten gebliebenen Schleifkörner fest eingebettet sind. Durch Anwendung bestimmter Formen kann der Masse durch diesen Vorgang jede gewünschte, beispielsweise zylindrische, scheibenförmige, rohrförmige Gestalt od. dgl. erteilt werden.
Der Herstellungsvorgang sei noch an zwei Beispielen erläutert : Ein handelsübliches Wolfram- karbid-Kobalt-Hartmetall mit etwa 4-5% Kobalt wird, nachdem es in üblicher Weise zu festen Formstücken zusammengesintert ist, mit Hilfe einer Spindelpresse zerdrückt. Aus dem zerkleinerten Hartmetall werden Schleifkörner mit
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einem Durchmesser von 0-5 bis 1 mm abgesiebt.
Diese Schleifkörnerwerden in einer Mischtrommel mit etwa einem Fünftel ihres Gewichtes eines
Pulvergemisches, bestehend aus nicht gesintertem
Wolframkarbidpulver und etwa 13% Kobalt- metallpulver vermengt. Die Bestandteile werden im feinstgemahlenen Zustand verwendet, wie er beispielsweise durch Nassmahlen erzielt werden kann.
Das Gemenge, bestehend aus Schleif- korn und dem Pulvergemisch Wolframkarbid-
Kobalt wird in eine grosse Graphitform ein- gefüllt und anschliessend zwei Stunden auf 1500 erhitzt. Durch diesen Sintervorgang entsteht eine Masse, in welcher die groben Schleifkömer zu einer porösen, sehr festen Masse verbunden sind, in der die Schleifkörner vollkommen unverändert erhalten geblieben sind.
Nach einem weiteren Beispiel wird ein in üblicher Weise durch Sintern hergestelltes Hart- metall verwendet, das aus 85% Titankarbid,
10% Molybdänkarbid und 5% Nickel besteht.
Das Hartmetall wird in einem Mörser zer- schlagen. Infolge der hohen Sprödigkeit des
Titankarbids zeigt das auf diese Weise her- gestellte Schleifkorn schärfere und stärker gezackte Schleifkanten als das Schleifkorn aus
Wolframkarbid-Kobalt-Hartmetall. Das Schleifkorn wird in drei verschiedenen Körnungen abgesiebt, u. zw. mit 1. 5 mm, 0, 5 mm und 0. 1 mm
Durchmesser und aus diesen Absiebungen ein
Schleifkorngemenge hergestellt, das zu je einem Drittel aus Körnern der genannten Grössen besteht. Dieses Körnergemisch wird mit
15 Gewichtsprozent eines Gemenges von Nickelmetall-und Molybdänmetallpulver gemischt. Dieses Gemisch wird in eine ringartige Form aus Sinterkorund eingefüllt und bei etwa 1525 gesintert. Die so erzeugten zylindrischen Hohlkörper eignen sich besonders zum Schleifen keramischer Erzeugnisse.
Als Schleifkornhartmetall eignet sich auch besonders ein solches, das unmittelbar durch Reduktion aus Erzen oder Erzmischungen hergestellt ist, wobei gegebenenfalls bei der Aufarbeitung Zähmetalle zugesetzt oder solche Erze gewählt werden, die hinreichende Mengen Zähmetall enthalten. Derartige Erze sind beispielsweise Wolframit, Reinit, Ferberit, Hybnerit, Tantalit, Colombit, Anatas und Rutil. Von diesen hat sich besonders das Titanerz Rutil bewährt, das im wesentlichen aus Titandioxyd und geringen Verunreinigungen an Kieselsäure und Eisenoxyd besteht.
Ausser metallischen Bindemitteln können aber auch organische Bindemittel verwendet werden, wie sie an sich für die Schleifkörper-Herstellung unter Verwendung von vorzugsweise Karborund bekannt sind. Als solche Bindemittel kommen in Frage : Kunstharz und kunstharzähnliche Stoffe oder Gummi und gummiartige Erzeugnisse. Das durch Zerstossen oder Zertrümmern von gesintertem Hartmetall erzeugte Schleifkorn wird mit dem pulverförmigen organischen Bindemittel gemengt und, wie aus der Technik der Kunstharz- erzeugung bekannt ist, gegebenenfalls unter leichtem Druck, auf Polymerisationstemperatur erhitzt und so die gewünschte Verfestigung zu einem Formkörper beliebiger Gestalt herbeigeführt. Gegenüber den Schleifkörper aus
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zwecke gewisse Vorteile, jedoch ist ihr Anwendungsgebiet verhältnismässig begrenzt.
In vielen Fällen kann es zweckmässig sein, für die Herstellung der Formkörper zur Erhöhung von Sondereigenschaften nicht ausschliesslich ein Schleifkorn aus Sinterhartmetall zu verwenden, sondern ein Gemenge aus Sinterhartmetall-Schleif- korn und anderen Schleifkornarten zu benutzen.
Vorzugsweise kommt als zusätzliches Schleifkorn Diamant in Frage und ausserdem haben sich Boride, Nitride, Silizide und Karbide als zweckmässig erwiesen.
Ein Formkörper, der neben SinterhartmetallSchleifkorn noch Diamant enthält, wird vorzugsweise für den Feins-und Läppschliff von Hartmetall, insbesondere von Hartmetall-Werkzeugen, Verwendung finden. Auch für das Bohren von Glas und harten keramischen Werkstoffen haben sich derartige Formkörper als hervorragend geeignet erwiesen, da es bei diesem Bohrvorgang ja im wesentlichen nicht auf eine spanabhebende Bearbeitung, sondern auf ein Kratzen und Schleifen ankommt. Die Korngrösse der Diamanten kann ganz unterschiedlich sein und die Menge der zugesetzten Diamanten soll zweckmässig etwa 5-20% der gesamten Masse betragen.
Die zusätzlichen Hartkörper, wie Boride, Nitride, Silizide, Karbide, werden vorzugsweise auf dem Schmelzwege erzeugt und auf die geeignete Korngrösse zerstossen. Als besonders geeignet haben sich erwiesen : Titanborid, Chromborid, Titan-Carbon-Nitrid, Zirkonsilizid,
Siliziumkarbid und Borkarbid.
Durch die Beimengung der oben genannten Hartstoffe zum Sinterhartmetall-Schleifkorn, gemäss der Erfindung, lassen sich in Anpassung an den jeweiligen Verwendungszweck eine grosse Menge von Abwandlungen der Eigenschaften erzielen. So kann beispielsweise die hervorragende Zähigkeit des Sinterhartmetall-Schleif- komes gepaart werden mit der ausserordentlich hohen Härte des Diamanten oder aber auch mit der grossen Sprödigkeit, beispielsweise des Karborund-Komes, das dann zur Bildung vergleichsweise grosser Mengen von Schleifstaub Veranlassung gibt, das zwischen Schleifkörpern und Werkstück seine Schleifwirkung ausübt.
Sämtliche beschriebenen Gemische lassen sich nach den beschriebenen Verfahren in die verschiedensten Formen bringen. So lassen sich z. B. Schleifscheiben, walzen-und röhrenförmige Schleifkörper, Schieilrädchen, Schleif- stifte, Wetzstähle od. dgl. herstellen. Diese Schleifkörper können für jede nicht spanende Bearbeitung wie Kratzen, Feilen, Wetzen,
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Schleifen, Bohren u. dgl. der verschiedensten Werkstoffe verwendet werden. Eine Masse mit feinem Schleifkorn ist beispielsweise besonders geeignet als sogenannter Wetzstahl zum Schärfen von Messerschmiedwaren, insbesondere wenn diese aus rostfreien Stählen hergestellt sind ; Quarz, Glas und keramische Erzeugnisse aller Art lassen sich mit Körpern gemäss der Erfindung einer feilenden Bearbeitung unterziehen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Schleifkorn, dadurch gekennzeichnet, dass es aus einem durch Zerstossen zerkleinerten, hilfsmetallhaltigen Sinterhartmetall mit einer Korngrösse von 0-1 bis 3mm besteht.