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Die Erfindung betrifft harzgebundene Schleifkörper mit synthetischen RD-Diamentteilchen.
Es sind drei Arten von synthetischem Diamant bekannt. Die erste Art wird als harzgebundener Diamant ("resin bond diamond" (RD)), die zweite Art als metallgebundener Diamant ("metal bond diamond" (MD)), und die dritte Art ist als Sägediamant ("saw diamond" (SD)) bezeichnet. Die Diamantart RD weist eine unregelmässige Form auf und neigt dazu, zu brechen, wenn sie abschleifenden Behandlungen ausgesetzt wird, wobei die Bruchstellen ständig frische Oberflächen darstellen. MD- und SD-Diamanten anderseits zeigen im allgemeinen einen blockigen Kristall von hoher Schlagfestigkeit. Diese Teilchen neigen dazu, eher durch Abrieb als durch Bruch abgenützt zu werden.
Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung von synthetischen RD-Diamantteilchen, u. zw. solchen von länglicher Gestalt, wobei das Verhältnis der längeren Achse zur kurzen Querachse mindestens 3 : 1,
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Achsen das in seinem Verlauf vorzugsweise ungleichmässig starke Rückgrat der Teilchenform darstellen und sich in der kristallographischen Richtung < 100 > erstrecken, zur Herstellung harzgebundener
Schleifkörper, in welchen die RD-Diamantteilchen überwiegend mit ihren längeren Achsen quer zur
Arbeitsfläche ausgerichtet sind.
Die verwendeten Diamanten sind bröckelig und brechen während des Schleifens, so dass fortwährend frische, scharfe Schneidepunkte zur Verfügung stehen.
Das Länge-Breite-Verhältnis ist bei grösseren Teilchen deutlicher ausgeprägt. Vorzugsweise liegen die
Teilchen im Korngrössenbereich von 0, 097 bis 0, 25 mm, insbesondere entweder im Bereich von 0, 149 bis
0, 18 mm oder 0, 134 bis 0, 149 mm.
Die Teilchen können ein verdicktes Ende aufweisen.
Die erfindungsgemäss verwendeten Teilchen, besonders jene mit einem verdickten Ende, besitzen im allgemeinen keine einheitliche Breite. Daher wird in diesen Fällen die kurze Achse mit den grössten Dimensionen zur Bestimmung des Verhältnisses der langen Achse zur kurzen Achse herangezogen. Die lange Achse ist im allgemeinen eindeutig definiert ; doch wenn dies nicht der Fall ist, wird die lange Achse der grössten Längserstreckung des Teilchens zur Verhältnisbestimmung herangezogen.
Die Darstellungen in Fig. 1 und 2 veranschaulichen Beispiele für die erfindungsgemäss verwendeten Diamantteilchen. Fig. 1 entspricht einer Darstellung in 550facher Vergrösserung, und Fig. 2 entspricht einer Darstellung in 2750facher Vergrösserung.
In bezug auf Fig. 1 und 2, stellt das mit "X" bezeichnete Teilchen ein Beispiel für ein erfindungsgemäss zu verwendendes längliches Teilchen dar. Dieses Teilchen besitzt ein verdicktes Ende --30-- und ein dünnes Ende --32--. Das Teilchen besitzt eine lange Achse --34--. Die kurze Achse ist, wie oben erwähnt, die Breite des breiten Endes, d. h. die Querachse mit den grössten Dimensionen, und ist angedeutet zwischen --36 und 38--. Die lange Achse --34-- stellt das Rückgrat für die gerippte Oberfläche dar, wobei die Rippen bei --40-- gezeigt sind.
Das Rückgrat liegt in der kristallographischen Richtung < 100 > , wobei die kristallographische Richtung durch Pfeil A angedeutet ist, und die Rippen --40- sind Spuren der kristallographischen lll}-Ebenen. Die kristallographischen zeebenen sind deutlich auf den beiden Figuren angemerkt. Es ist festzustellen, dass das Teilchen ein ähnliches Erscheinungsbild aus den Richtungen B oder C oder von der umgekehrten, nicht abgebildeten Seite gesehen, bietet.
Die erfindungsgemäss zu verwendenden Diamantteilchen können durch in der Technik bekannte Verfahren metallbeschichtet sein. Solche beschichtete Teilchen werden insbesondere für harzgebundene Schleifräder verwendet.
Bei einem solchen harzgebundenen Schleifrad ist ein Nabenteil und ein damit verbundener Betriebsteil vorgesehen, wobei der Betriebsteil die Arbeitsfläche des Rades darstellt und eine effektive Menge der oben beschriebenen länglicher RD-Diamantteilchen enthält, die so in einer Harzmatrix enthalten sind, dass ihre langen Achsen im wesentlichen quer zur Arbeitsfläche ausgerichtet sind. Ausser den ausgerichteten Teilchen kann der Betriebsteil einige nicht-ausgerichtete erfindungsgemäss zu verwendende Teilchen und einige zum Stand der Technik gehörende bekannte Teilchen enthalten. Harzgebundene Schleifräder sind in der Technik gut bekannt, wie auch ihre Herstellungsmethode. Sie werden erzeugt, indem eine geeignete Form um einen Nabenteil angeordnet wird, im allgemeinen aus einem Material wie z. B.
Bakelit, wobei eine Mischung aus pulverisierten Harzausgangskomponenten, Diamantteilchen und Füllstoff in die Form gegeben
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und Druck und Hitze dem Forminhalt zum Trocknen und Härten des Harzes zugeführt wird. Das Harz kann ein Polyimidharz oder ein Phenolformaldehydharz sein.
Die Diamantteilchenmenge im Betriebsteil des Rades wird je nach der Art des Rades verschieden sein.
Im allgemeinen wird der Diamantteüchengehalt (inklusive ausgerichteter, erfindungsgemäss zu verwenden- der Diamanten und anderer Diamantteilchen) etwa 10 bis 25 Vol.-% des Betriebsteiles ausmachen.
Die erfindungsgemäss verwendeten Teilchen können im Betriebsteil mittels eines aufgedrückten
Kraftfeldes unter Verwendung bekannter Techniken ausgerichtet werden. Das aufgedrückte Feld kann ein elektrostatisches Feld sein. Die Teilchen können auch mit einem magnetischen Material, wie z. B. einem ferromagnetischen Metall, beschichtet und die Teilchen mittels eines von aussen aufgedrückten Magnetfeldes ausgerichtet sein.
Fig. 3 veranschaulicht schematisch ein Segment eines harzgebundenen Rades, das erfindungsgemäss längliche, synthetische und ausgerichtete RD-Diamantteilchen enthält. In Fig. 3 wird der Nabenteil des
Rades durch --10-- bezeichnet und der Betriebsteil durch--12--. Die erfindungsgemäss verwendeten Teilchen --14-- sind in einer Harzmatrix so fixiert, dass ihre langen Achsen im wesentlichen quer zur Arbeitsfläche --16-- verlaufen, d. h. die langen Achsen sind im wesentlichen radial ausgerichtet.
Die erfindungsgemäss verwendeten Teilchen im Rad sind vorzugsweise metallbeschichtet, wobei das Metall vorzugsweise Nickel ist.
Die erfindungsgemäss zu verwendenden RD-Diamantteilchen von länglicher Gestalt werden hergestellt, indem man einen Kern aus einem Lösemetall für Kohlenstoff mit einem kohlenstoffhaltigen Material in Form einer Hülse umgibt und in eine Reaktionszone einbringt, und die Reaktionszone geeigneten Temperaturund Druckbedingungen eine für das Wachstum der Diamanten genügend lange Zeit aussetzt, wobei in der kohlenstoffhaltigen Hülse Schwächezonen erzeugt werden und wobei bewirkt wird, dass das Lösemetall die Schwächezonen durchdringt und dabei längliche RD-Diamantteilchen erzeugt werden, von denen jedes eine lange Achse und eine kurze Querachse besitzt und das Verhältnis der langen Achse zur kurzen Achse mindestens 3 : 1, vorzugsweise mindestens 5 : 1, beträgt.
Die für das Diamantwachstum notwendigen Bedingungen sind bekannt, und Details können z. B. den US-PS Nr. 2, 941, 248, 2, 947, 610 und 2, 947, 609 entnommen werden.
Die Wirksamkeit der länglichen RD-Diamantteilchen in harzgebundenen Schleifrädern wurde untersucht. RD-Diamantteilchen im Korngrössenbereich von 0, 149 bis 0, 18 mm, die etwa 80% erfindungsgemäss zu verwendende längliche Teilchen enthielten, wurden unter Anwendung bekannter Techniken Nickelplattiert (55%-Masse bezogen auf die Masse des beschichteten Teilchens). Die plattierten Teilchen wurden in einer Menge von 12,5 Vol.-% - bezogen auf die nicht-plattierten Teilchen-mit diesen gemischt, sowie mit 25 Vol.-% Phenolformaldehydharzbildner und etwa 62, 5% konventionellen pulverisierten anorganischen Füllmaterialien, wie z. B. Siliziumkarbid. Die Mischung wurde um eine Bakelitnabe in der oben beschriebenen Art in eine Form gegossen.
Vor dem Erstarren und Härten des Harzes wurden die länglichen Teilchen so orientiert, dass im wesentlichen alle langen Achsen quer zur Arbeitsfläche des Rades ausgerichtet waren, d. h. sie waren radial orientiert, wobei ein Magnetfeld zur Anwendung kam.
Auf die in der Form befindliche Mischung wurde Druck ausgeübt und die Temperatur erhöht, um Erstarren und Härten des Harzes zu bewirken. Das resultierende Rad besass einen Harzbetriebsteil mit einer 50er Konzentration Diamantteilchen.
Das Rad war ein in der Fachwelt unter der Bezeichnung D1A1 bekanntes Rad mit peripherer Diamantschleifschicht der Dimension 12, 7 x 0, 48 cm, von dem ein Ausschnitt in Fig. 3 dargestellt ist. Seine Wirksamkeit unter Schleifbedingungen wurde an einem Werkstück der Zusammensetzung : 72% Wolfram-
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Tischbewegung von 15, 24 m/min, eines Quervorschubes von 1, 27 mm, eines Tiefenvorschubes von 0, 025 mm, einer Spindelgeschwindigkeit von 3700 Umdr/min und eines gesamten Tiefenvorschubes von 1, 016 mm geprüft. Es wurde festgestellt, dass unter diesen Bedingungen das durchschnittliche Schleifverhältnis ("G-ratio") des Rades, bis zur Zerstörung geprüft, 82 betrug.
Wie bekannt, ist das Schleifverhältnis das Verhältnis der entfernten Werkstückmenge zur Menge des während des Schleifvorganges verbrauchten Schleifradteiles. Je höher das Schleifverhältnis, desto besser das Schleifrad.
Zu Vergleichszwecken wurde ein ähnliches Schleifrad unter Verwendung von im Handel erhältlichen RD-Diamantgriess derselben Grösse hergestellt. Die Plattierung des Griesses, die Herstellung und Charakteristika des Rades waren so wie die für das erfindungsgemäss längliche Teilchen enthaltende Rad
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beschrieben, nur dass keine Orientierung vorhanden war. Das resultierende Schleifrad wurde in derselben
Art wie das unter erfindungsgemässer Verwendung der länglichen RD-Diamantteilchen hergestellte, die Teilchen radial orientiert enthaltende Rad getestet.
Es wurde festgestellt, dass ein bekanntes, plattierten Diamantgriess enthaltendes Rad ein Schleifverhältnis von nur 56 besass. Ausserdem war der Energieverbrauch des bekannten, plattierten Diamantgriess enthaltenden Rades höher als der Energieverbrauch eines Rades, welches entsprechend der Erfindung ausgebildete und ausgerichtete RD-Diamantteilchen enthielt.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verwendung von synthetischen RD-Diamantteilchen, u. zw. solchen von länglicher Gestalt, wobei das Verhältnis der längeren Achse zur kurzen Querachse mindestens 3 : 1, vorzugsweise mindestens 5 : 1 beträgt, die Teilchen längs ihrer längeren Achse eine gerippte Oberfläche aufweisen und die Rippen nur Spuren von kristallographischen {l11} -Ebenen enthalten, die längeren Achsen das in seinem Verlauf vorzugsweise ungleichmässig starke Rückgrat der Teilchenform darstellen und sich in der kristallographischen Richtung < 100 > erstrecken, zur Herstellung harzgebundener Schleifkörper, in welchen die RD-Diamantteilchen überwiegend mit ihren längeren Achsen quer zur Arbeitsfläche ausgerichtet sind.