AT524577B1

AT524577B1 - Verfahren zur Herstellung eines keramisch gebundenen Schleifwerkzeugs

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Publication number: AT524577B1
Application number: ATA50362/2021A
Authority: AT
Original assignee: Tyrolit Schleifmittelwerke Swarovski Kg
Priority date: 2021-05-12
Filing date: 2021-05-12
Publication date: 2022-07-15
Also published as: KR20240001246A; MX2023013411A; CN117295586A; AT524577A4; BR112023023232A2; WO2022236348A1; EP4344419A1

Abstract

Verfahren zur Herstellung eines keramisch gebundenen Schleifwerkzeugs (1), insbesondere Honrings, wobei die folgenden Verfahrensschritte in chronologischer Reihenfolge durchzuführen sind: - in einem ersten Verfahrensschritt werden zumindest ein Schleifmittel (2), insbesondere Korund, SiC, Aluminiumoxid und/oder Superschleifmittel, zumindest ein anorganisches Bindemittel (3), insbesondere als Niederbrandbindung ausgebildet, und zumindest ein organisches Bindemittel (4), insbesondere in Form von Epoxidharz, bereitgestellt und vermischt, - das zumindest eine Schleifmittel (2), das zumindest eine anorganische Bindemittel (3) und das zumindest eine organische Bindemittel (4) werden in einem Kaltpressverfahrensschritt (5) zu einem kaltgepressten Grünling (6) vorgepresst, - der kaltgepresste Grünling (6) wird in einem Heißpressverfahrensschritt (7) zu einem heißgepressten Grünling (8) verpresst, - der heißgepresste Grünling (8) wird in einem Brennverfahrensschritt (9) zu einem Schleifwerkzeugrohling (10), insbesondere Honringrohling, gebrannt, wobei während dem Brennverfahrensschritt (9) das zumindest eine organische Bindemittel (4) zumindest teilweise ausgebrannt wird, und - der Schleifwerkzeugrohling (10) wird in einem nachgelagerten Verfahrensschritt (11) zu dem Schleifwerkzeug (1), in welchem Schleifmittel (2) eingebettet ist, nachbearbeitet.

Description

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines keramisch gebundenen Schleifwerkzeuges, insbesondere Honrings. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein keramisch gebundenes Schleifwerkzeug, insbesondere Honring, umfassend einen Grundkörper und wenigstens ein Schleifmittel, welches in dem Grundkörper über zumindest ein anorganisches Bindemittel eingebettet ist.

[0002] Ein Schleifwerkzeug in Form eines Honrings ist bereits aus der EP 0 692 342 A2 bekannt, in welcher im Herstellungsverfahren des Honrings Bindemittel in Form von Kunstharz mit feinkörnigem Schleifmittel und keramisch gebundenem grobkörnigen Schleifmittel vermischt wird, um bei dem resultierenden Honring eine erhöhte Bruchfestigkeit über eine reduzierte Sprödheit durch das integrierte Kunstharz gewährleisten zu können.

[0003] Ein weiteres Schleifwerkzeug ist bereits aus der Schrift US 2003/194947 A1 bekannt.

[0004] Keramisch gebundene Schleifwerkzeuge werden beispielsweise in einem Kaltpressverfahren gefertigt, wobei insbesondere eine Standzeit und/oder Bearbeitungseigenschaften des hergestellten Schleiftwerkzeuges signifikant von einem Kornvolumen und/oder einem Bindungsvolumen relativ zu einem Porenvolumen des Schleifwerkzeuges abhängen. In der Praxis haben sich Klebersysteme in Form von Dextrine als günstig erwiesen, welche sich in der Herstellung von besonders dichten Spezifikationen jedoch als unzulänglich erwiesen haben.

[0005] Nachteilig am Stand der Technik ist, dass Schleifwerkzeuge mit einem besonders hohen Kornvolumen und/oder Bindungsvolumen in der Praxis nicht lediglich über Spezifikationsabwandlungen, wie eine Erhöhung des Kornanteiles und/oder des Bindungsanteiles in Schleifwerkzeugrohlingen, erzeugbar sind, da insbesondere Pressen für eine erforderliche Verdichtung der Schleifwerkzeugrohlinge zu leistungsschwach sind. Ein hohes Kornvolumen und/oder Bindungsvolumen ist jedoch essenziell für Schleiftwerkzeugs-Eigenschaften wie hohe Standzeit oder günstige Abrichtcharakteristika, wobei diese im Stand der Technik nur unzureichend erfüllt werden können.

[0006] Die objektive technische Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zur Herstellung eines keramisch gebundenen Schleifwerkzeuges sowie ein keramisch gebundenes Schleifwerkzeug anzugeben, bei welchen die Nachteile des Stands der Technik zumindest teilweise behoben sind, und welche sich insbesondere durch ein hohes Kornvolumen und/oder Bindungsvolumen im Schleifwerkzeug auszeichnen, um die Standzeit und/oder Bearbeitungseigenschaften des Schleifwerkzeuges steigern zu können.

[0007] Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.

[0008] Es ist demnach erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Verfahren folgende, in chronolo-

gischer Reihenfolge durchzuführende Verfahrensschritte umfasst:

- In einem ersten Verfahrensschritt werden zumindest ein Schleifmittel, insbesondere Korund, SiC, Aluminiumoxid und/oder Superschleifmittel, zumindest ein anorganisches Bindemittel, insbesondere als Niederbrandbindung ausgebildet, und zumindest ein organisches Bindemittel, insbesondere in Form von Epoxidharz, bereitgestellt und vermischt,

- das zumindest eine Schleifmittel, das zumindest eine anorganische Bindemittel und das zumindest eine organische Bindemittel werden in einem Kaltpressverfahrensschritt zu einem kaltgepressten Grünling vorgepresst,

- der kaltgepresste Grünling wird in einem Heißpressverfahrensschritt zu einem heißgepressten Grünling verpresst,

- der heißgepresste Grünling wird in einem Brennverfahrensschritt zu einem Schleifwerkzeugrohling, insbesondere Honringrohling, gebrannt, wobei während dem Brennverfahrensschritt das zumindest eine organische Bindemittel zumindest teilweise ausgebrannt wird, und

- der Schleifwerkzeugrohling wird in einem nachgelagerten Verfahrensschritt zu dem Schleifwerkzeug, in welchem Schleifmittel eingebettet ist, nachbearbeitet.

[0009] Durch diesen zweistufigen Pressprozess mit anschließendem Brennprozess wird ermöglicht, sehr dichte Spezifikationen mit gegenüber dem Stand der Technik erhöhten Kornvolumen und Bindungsvolumen zu generieren. Die durch das Verfahren entstehenden Schleifwerkzeugrohlinge und Schleifwerkzeuge eignen sich in besonderer Weise für anspruchsvolle Schleifarbeiten, wobei insbesondere Druckbeständigkeit, Härte, Abnützungsverhalten et cetera gegenüber herkömmlich gefertigten keramisch gebundenen Schleifwerkzeugen verbessert werden.

[0010] Durch den erhöhten Kornanteil und Bindungsanteil können auch bei für das Schleifwerkzeug fordernden Schleifbearbeitungen hohe Standzeiten erreicht werden. Beispielsweise kann über eine Bestimmung der Massendichte des Schleifwerkzeuges, insbesondere bei bekannter Zusammensetzung des Schleifwerkzeuges, auf die vorliegende Spezifikation des Schleifwerkzeuges rückgeschlossen werden. Mikroskopische Untersuchungen des Schleifwerkzeuges können bereits hinreichend sein, um das vorliegende Kornvolumen, Bindungsvolumen und Porenvolumen des Schleifwerkzeuges zu ermitteln.

[0011] Der Fachterminus Grünling wird in diesem Kontext als ein Rohling während des Herstellungsprozesses zur Bildung des Schleifwerkzeugrohlings definiert, wobei der kaltgepresste Grünling, der heißgepresste Grünling als auch der Schleiftwerkzeugrohling formstabil aus einer Pressform oder einem Ofen entnommen werden können.

[0012] Die Nachbearbeitung des Schleifwerkzeugrohlings zur Bildung des Schleifwerkzeuges ist im Allgemeinen beliebig und kann beispielsweise die Bearbeitungsschritte Stoßen, Schaben, Fräsen oder dergleichen umfassen. Eine Leistung bezogen auf Abrichtzyklen konnte bei den erfindungsgemäß hergestellten Honringen gegenüber gebräuchlichen keramisch gebundenen Honringen mit aus dem Stand der Technik bekannten hohen Dichten signifikant (um 300%) gesteigert werden.

[0013] Anstelle der in der Praxis üblicherweise für Schleifwerkzeuge respektive Honringe genutzten Dextrine als Kleber wird erfindungsgemäß ein organisches Bindemittel als Kleber verwendet, welches besonders bevorzugt Epoxidharz beziehungsweise Kunstharz darstellt. Dies birgt den Vorteil, dass Pressverfahrensschritte aus dem Herstellungsbereich von kunstharzgebundenen Schleifwerkzeugen auch bei keramisch gebundenen Schleiftwerkzeugen angewendet werden können, um besonders dichte Spezifikationen von Schleiftwerkzeugen bilden zu können, wobei Kornvolumen- und/oder Bindungsvolumen-Steigerungen bei keramisch gebundenen Schleifwerkzeugen mittels Pressen - insbesondere bei Raumtemperaturen - durch eine physikalische und praktisch limitierte Verdichtung beschränkt sind.

[0014] Insbesondere durch den Ausbrennvorgang des organischen Bindemittels und dem Aufschmelzen des anorganischen Bindemittels kann das Kornvolumen und Bindungsvolumen gesteigert werden. Beispielsweise finden sich in der für den Kaltpressvorgang aufbereiteten Mischung 50 Vol% bis 65 Vol%, vorzugsweise 55 Vol%, Kornvolumen und 10 Vol% bis 35 Vol%, vorzugsweise 22 Vol%, Bindungsvolumen, welche sich in Verbindung mit einem fertigungstechnisch bedingt gebildeten Porenvolumen im Schleifwerkzeugrohling zu 55 Vol% Kornvolumen und 20 Vol% Bindungsvolumen manifestieren können, wobei der Schleifwerkzeugrohling in hohem Maße für anspruchsvolle abrasive Schleifarbeiten geeignet ist.

[0015] Wie eingangs ausgeführt, wird Schutz auch begehrt für ein keramisch gebundenes Schleifwerkzeug, insbesondere Honring, umfassend - einen Grundkörper und - wenigstens ein Schleifmittel, welches in dem Grundkörper über zumindest ein anorganisches Bindemittel eingebettet ist, wobei - ein Kornvolumen des Schleifmittels im Bereich zwischen 50 Vol% und 65 Vol%, insbesondere zwischen 53 Vol% und 58 Vol%, und - ein Bindungsvolumen eines Bindemittels im Bereich zwischen 10 Vol% und 35 Vol%, insbesondere zwischen 18 Vol% und 26 Vol%, des Schleifwerkzeuges liegt, wobei das Kornvolumen und das Bindungsvolumen zusammen maximal 100 Vol% des Schleifwerkzeuges betragen.

[0016] Differenzen zwischen einer Summe an Kornvolumen und Bindungsvolumen (anorganisches Bindemittel und etwaiges organisches Bindemittel) zu dem Gesamtvolumen des Schleifwerkzeuges können beispielsweise in Form eines Porenvolumens vorliegen.

[0017] Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass das Schleifwerkzeug durch ein solches Verfahren hergestellt ist.

[0018] Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.

[0019] Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das zumindest eine organische Bindemittel während dem Brennverfahrensschritt im Wesentlichen vollständig ausgebrannt wird und/oder in dem Maße ausgebrannt wird, sodass ein organisches Bindungsvolumen maximal 15 Vol%, vorzugsweise maximal 10 Vol%, des Schleifwerkzeugrohlings beträgt.

[0020] Der Anteil an organischem Bindemittel, welches für das zweistufige Pressverfahren unter Verwendung von Pressprozessen aus kunstharzgebundenen Schleifwerkzeugen genutzt wird, kann im Brennverfahrensschritt reduziert werden, wobei in Abhängigkeit von Anforderungen (beispielsweise gewünschte Dämpfungseigenschaften aufgrund von Restbeständen des Epoxidharzes) an das Schleifwerkzeug ein Maß an noch vorhandenem organischen Bindemittel über Betriebsparameter (zum Beispiel Druck und/oder Temperatur) im Brennverfahrensschritt adjustiert werden kann.

[0021] Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass der Kaltpressverfahrensschritt und der Heißpressverfahrensschritt in voneinander gesonderten Pressformen durchgeführt werden, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass die Pressform und/oder der kaltgepresste Grünling für den Heißpressverfahrensschritt vorgewärmt wird.

[0022] Bevorzugt werden zwei Pressformen verwendet, wobei vor, während oder nach dem Kaltpressvorgang die Pressform des Heißpressverfahrensschritt vorgewärmt wird, um einen vorgewärmten kaltgepressten Grünling in dieser Pressform zu platzieren. Im Allgemeinen ist auch denkbar, ausschließlich die Pressform oder der Grünling vorzuwärmen.

[0023] Als günstig hat sich erwiesen, dass der kaltgepresste Grünling in dem Kaltpressverfahrensschritt auf ein erstes Maß und der heißgepresste Grünling in dem Heißpressverfahrensschritt auf ein vom ersten Maß unterschiedenes zweites Maß gepresst wird, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass der heißgepresste Grünling auf einen Außendurchmesser zwischen 50 mm und 450 mm, einen Innendurchmesser zwischen 20 mm und 300 mm und/oder eine Breite zwischen 10 mm und 90 mm gepresst wird.

[0024] Die Pressform des Kaltpressverfahrensschrittes berücksichtigt hierbei einen Schwund in den weiteren Prozessschritten, wobei im Heißpressverfahrensschritt der kaltgepresste Grünling weiter verdichtet wird, um einen Schleifwerkzeugrohling mit gewünschten Maßen nach dem Brennverfahrensschritt herstellen zu können.

[0025] Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das zumindest eine organische Bindemittel in dem Heißpressverfahrensschritt im Wesentlichen vollständig vernetzt wird.

[0026] Im Allgemeinen ist während dem Heißpressverfahren aufgrund der vorliegenden Temperaturen das zumindest eine anorganische Bindemittel im Gegensatz zu dem zumindest einen organischen Bindemittel noch nicht aufgeschmolzen.

[0027] Als vorteilhaft hat sich erwiesen, dass in dem Brennverfahrensschritt das zumindest eine anorganische Bindemittel aufgeschmolzen wird, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass der Brennverfahrensschritt in einem Ofen durchgeführt wird.

[0028] Durch die hohen Temperaturen im Brennverfahrensschritt brennt das zumindest eine Bindemittel zumindest partiell, vorzugsweise vollständig, aus und über die Verbindung des zumindest einen Schleifmittels mit dem zumindest einen anorganischen Bindemittel entsteht der

Schleifwerkzeugrohling mit hohem Kornvolumen und/oder Bindungsvolumen.

[0029] Eine vorteilhafte Variante besteht darin, dass in dem Kaltpressverfahrensschritt ein Druck zwischen 20 bar und 300 bar, vorzugsweise zwischen 40 bar bis 60 bar, und/oder im Wesentlichen Raumtemperatur verwendet wird.

[0030] Durch den Kaltpressverfahrensschritt kann ein formstabiler kaltgepresster Grünling mit im Wesentlichen homogener Mischung der zugeführten Bestandteile zur weiteren Bearbeitung erwirkt werden.

[0031] Besonders bevorzugt ist, dass im Heißpressverfahrensschritt ein Druck zwischen 270 bar und 310 bar, vorzugsweise 275 bar bis 285 bar, und/oder eine Temperatur zwischen 150 °C und 200 °C, vorzugsweise zwischen 170 °C und 180 °C, verwendet wird.

[0032] Durch den Heißpressverfahrensschritt kann ein formstabiler heißgepresster Grünling für den Brennverfahrensschritt mit vernetztem organischem Bindemittel und vorliegendem anorganischem Bindemittel bedingt sein.

[0033] Bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass der Brennverfahrensschritt bei einer Temperatur zwischen 600 °C und 1300 °C, vorzugsweise zwischen 900 °C und 1000 °C, durchgeführt wird.

[0034] Abhängig von der Wahl der Bestandteile der organischen und/oder anorganischen Bindemittel kann eine geeignete Temperatur gewählt werden, welche eine stabile Bindung - insbesondere des zumindest einen anorganischen Bindemittels mit dem zumindest einen Schleifmittel gewährleistet, wobei die Temperatur bevorzugt derart gewählt ist, dass das zumindest eine organische Bindemittel zumindest partiell, vorzugsweise vollständig, während des Brennverfahrensschrittes ausbrennt und das zumindest eine anorganische Bindemittel während des Brennverfahrensschrittes, vorzugsweise im Wesentlichen vollständig, zur Einbettung des zumindest einen Schleifmittels aufschmilzt, wobei keine ungewünschten temperaturbedingten Schädigungen (wie Oxidation oder splitterfähiger Klumpenbildung aufgrund zu hoher Temperaturen) an dem zumindest einem anorganischen Bindemittel und Schleifmittel entstehen.

[0035] Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass ausgehend von einem Kornvolumen eines Schleifmittels, Bindungsvolumen der Bindemittel und/oder Porenvolumen des kaltgepressten Grünlings nach dem Kaltpressverfahrensschritt durch den Heißpressverfahrensschritt und/oder den Brennverfahrensschritt - das Kornvolumen des Schleifwerkzeugrohlings in einen Bereich zwischen 50 Vol% und 65 Vol%, vorzugsweise zwischen 53 Vol% und 58 Vol%, gesteigert wird und/oder - ein Bindungsvolumen des Schleifwerkzeugrohlings in einen Bereich zwischen 10 Vol% und 35 Vol%, vorzugsweise zwischen 18 Vol% und 26 Vol%, gesteigert wird und/oder - ein Porenvolumen des Schleifwerkzeuges in einen Bereich zwischen 10 Vol% und 40 Vol%, vorzugsweise zwischen 22 Vol% und 28 Vol%, reduziert wird, wobei das Kornvolumen, das Bindungsvolumen und das Porenvolumen des heißgepressten Grünlings und/oder des Schleifwerkzeugrohlings zusammen maximal 100 Vol% betragen.

[0036] Durch ein erhöhtes Kornvolumen und erhöhtes Bindungsvolumen kann ein dichtes, festes, stabiles und/oder insbesondere gegen Abnützung und/oder Werkzeugbruch beständiges Schleifwerkzeug erzeugt werden.

[0037] Weiters ist bevorzugt vorgesehen, dass der Grundkörper ringförmig und/oder einstückig ausgebildet ist, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass der Grundkörper an einer Innenmantelfläche und/oder an einer Außenmantelfläche eine mit einem verzahnten Werkstück in Kontakt bringbare Verzahnung aufweist.

[0038] In einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass das wenigstens eine Schleifmittel zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, aus Korund, vorzugsweise Edelund/oder Sinterkorund, SiC, Aluminiumoxid und/oder Superschleifmittel, vorzugsweise Diamant und/oder kubischen Bornitrid, ausgebildet ist.

[0039] Der Fachterminus Superschleifmittel ist in diesem Kontext als Schleifmittel mit besonders

günstigen abrasiven Eigenschaften und/oder besonders hohen Härten definiert, wie es beispielsweise bei Diamant und kubischen Bornitrid (CBN) der Fall ist. Beispielsweise können Zahnräder mit dem Schleifwerkzeug gehont werden.

[0040] Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Schleifwerkzeug maximal 15 Vol%, vorzugsweise maximal 10 Vol%, organisches Bindungsvolumen aufweist, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass das organische Bindungsvolumen aus der Gruppe der Thermoplaste und/oder Duroplaste, besonders bevorzugt im Wesentlichen Epoxidharz, ausgebildet ist.

[0041] Thermoplaste und/oder Duroplaste haben sich als besonders günstig für die Herstellung von Schleifwerkzeugen durch das erfindungsgemäße zweistufige Herstellungsverfahren erwiesen, wobei Epoxidharz besonders vorteilhafte Eigenschaften hinsichtlich Bindungsvermögen und thermischen Verhalten während des Heißpressverfahrensschrittes und Brennverfahrensschrittes aufweist.

[0042] Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Schleifwerkzeug wenigstens ein, vorzugsweise exakt ein, anorganisches Bindemittel umfasst, wobei das wenigstens eine anorganische Bindemittel in Form einer Niederbrandbindung ausgebildet ist.

[0043] Ein Beispiel für Niederbrandbindungen ist synthetisches, technisches Glas, welche gegen chemische Einwirkungen unempfindlich und unbeschränkt lagerfähig sind. Niederbrandbindungen haben sich aufgrund ihrer materialcharakteristischen Eigenschaften und Bearbeitbarkeit als besonders günstig in der Herstellung von Schleiftwerkzeugen erwiesen.

[0044] Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass das wenigstens eine anorganische Bindemittel SiO2, AI203, B20O3 und/oder zumindest ein Oxid umfassend Alkali und/oder Erdalkali umfasst.

[0045] Dadurch werden hohe Härten und Festigkeiten des Schleifwerkzeuges auch bei geringen Ofentemperaturen erreicht, wobei eine Bindung mit dem zumindest einem Schleifmittel, insbesondere Diamant, kubisches Bornitrit und/oder Sinterkorund, besonders effektiv herstellbar ist.

[0046] Im Allgemeinen sind jedoch auch anderweitige anorganische Bindemittel denkbar, wobei besonders bevorzugt anorganische Bindemittel genutzt werden, welche im Zuge des Brennverfahrensschrittes aufgrund einer hinreichenden Temperaturbeständigkeit nicht ausbrennen.

[0047] Als günstig hat sich erwiesen, dass das Schleifwerkzeug einen Außendurchmesser zwischen 50 mm und 450 mm, einen Innendurchmesser zwischen 20 mm und 300 mm und/oder eine Breite zwischen 10 mm und 90 mm aufweist.

[0048] Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Schleifwerkzeug ein Porenvolumen im Bereich zwischen 10 Vol% und 40 Vol%, vorzugsweise zwischen 22 Vol% und 28 Vol%, umfasst, wobei das Kornvolumen, das Bindungsvolumen und das Porenvolumen zusammen maximal 100 Vol% des Schleifwerkzeuges betragen.

[0049] Eine effektive Reduktion des Porenvolumens ist zur Bereitstellung hoher Dichten des Schleifwerkzeuges besonders bevorzugt, wobei das im Schleiftwerkzeug vorliegende Porenvolumen zu einem gewissen Grad, während einem abrasiven Bearbeitungsprozess zur Dämpfung von auf das Schleifwerkzeug wirkenden Kräften wirken kann.

[0050] Die Merkmale der Verfahrensansprüche sind auf die Vorrichtungsansprüche anwendbar und vice versa.

[0051] Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der Figurenbeschreibung unter Bezugnahme auf die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele im Folgenden näher erläutert. Darin zeigen:

[0052] Fig. 1 einen bevorzugten Ablauf eines Verfahrens zur Herstellung eines keramisch gebundenen Schleifwerkzeuges, schematisch dargestellt in einem Flussdiagramm,

[0053] Fig. 2 ein keramisch gebundenes Schleifwerkzeug gemäß einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel in einer perspektivischen Ansicht.

[0054] Fig. 1 zeigt ein Verfahren zur Herstellung eines keramisch gebundenen Schleifwerkzeugs 1 (vgl. Fig. 2) in Form eines Honrings, wobei in einem ersten Verfahrensschritt ein Schleifmittel 2 - beispielsweise Korund, SiC, Aluminiumoxid und/oder Superschleifmittel zusammen mit einem anorganischen Bindemittel 3 - beispielsweise zur Niederbrandbindung - sowie einem organischen Bindemittel 4 - beispielsweise in Form von Epoxidharz - bereitgestellt und vermischt werden. Die Vermischung der Masse zur Bildung des Schleifwerkzeugrohlings 10 kann im Allgemeinen in einer Pressform 12 eines Kaltpressverfahrensschrittes 5 oder gesondert erfolgen. Die einzelnen Bestandteile der Masse zur Bildung eines Schleiftwerkzeugrohlings 10 können im Allgemeinen in Reinform oder in Mischung vorliegen; zum Beispiel kann das Schleifmittel 2 aus Korund und Superschleifmittel zusammengesetzt sein.

[0055] Das Schleifmittel 2, das anorganische Bindemittel 3 und das organische Bindemittel 4 werden in dem Kaltpressverfahrensschritt 5 zu einem kaltgepressten Grünling 6 vorgepresst, welcher schematisch rechts der Pressform 12 des Kaltpressverfahrensschrittes 5 angedeutet ist. Der kaltgepresste Grünling 6 weist eine zentrale Durchgangsöffnung auf, welche im Allgemeinen jedoch nicht zwingend erforderlich ist. Der kaltgepresste Grünling 6 wird in dem Kaltpressverfahrensschritt 5 auf ein erstes Maß 13 gepresst.

[0056] Der kaltgepresste Grünling 6 wird in einem Heißpressverfahrensschritt 7 zu einem heißgepressten Grünling 8 verpresst, wodurch der Fertigungsprozess des Schleifwerkzeugrohlings 10 einem zweistufigen Pressprozess unterliegt.

[0057] In dem Kaltpressverfahrensschritt 5 wird in diesem Ausführungsbeispiel ein Druck von 50 bar und Raumtemperatur verwendet.

[0058] Der heißgepresste Grünling 8 wird in dem Heißpressverfahrensschritt 7 auf ein vom ersten Maß 13 unterschiedenes zweites Maß 14 gepresst. Der heißgepresste Grünling 8, welcher schematisch rechts der Pressform 12 des Heißpressverfahrensschrittes 7 angedeutet ist, wurde auf einen Außendurchmesser 15 von 300 mm, einen Innendurchmesser 16 von 138 mm und eine Breite 17 von 27 mm gepresst, wobei das Verfahren auf beliebige Geometrien und Dimensionen des Schleifwerkzeugrohlings 10 über dafür erforderliche Pressformen 12 und Betriebsparameter wie Druck und Temperatur adaptierbar ist.

[0059] Der Kaltpressverfahrensschritt 5 und der Heißpressverfahrensschritt 7 werden in voneinander gesonderten Pressformen 12 durchgeführt, wobei die Pressform 12 und der kaltgepresste Grünling 6 für den Heißpressverfahrensschritt 7 vorgewärmt werden.

[0060] Im Heißpressverfahrensschritt 7 wird gemäß dieser Ausführungsform ein Druck von 280 bar und eine Temperatur von 180 °C verwendet.

[0061] Im Allgemeinen können die Drücke und/oder Temperaturen während der Pressverfahrensschritte 5, 7 und/oder dem Brennverfahrensschritt 9 variieren, wobei durch einen Druckverlauf oder Temperaturverlauf materialcharakteristische Eigenschaften des Schleifwerkzeugrohlings 10 adjustiert werden können.

[0062] Das organische Bindemittel 4 wird im Zuge des Heißpressverfahrensschrittes 7 vollständig vernetzt.

[0063] Der heißgepresste Grünling 8 wird in einem Brennverfahrensschritt 9 zu dem Schleifwerkzeugrohling 10 als Honringrohling gebrannt, wobei während dem Brennverfahrensschritt 9 das organische Bindemittel 4 in Form von Epoxidharz teilweise ausgebrannt wird.

[0064] In dem Brennverfahrensschritt 9 wird das anorganische Bindemittel 3 aufgeschmolzen, wobei der Brennverfahrensschritt 9 in einem Ofen 18 durchgeführt wird. Der Brennverfahrensschritt 9 wird in diesem Ausführungsbeispiel bei einer Temperatur von 950 °C durchgeführt.

[0065] Das organische Bindemittel 4 in Form von Epoxidharz wird während dem Brennverfahrensschritt 9 in dem Maße ausgebrannt, sodass ein organisches Bindungsvolumen 10 Vol% des Schleifwerkzeugrohlings 10 beträgt.

[0066] Ausgehend von einem Kornvolumen eines Schleifmittels 2, Bindungsvolumen der Binde-

mittel 3, 4 und Porenvolumen des kaltgepressten Grünlings 6 nach dem Kaltpressverfahrensschritt 5 wird durch den Heißpressverfahrensschritt 7 und den Brennverfahrensschritt 9 in der gezeigten Ausführungsform

- das Kornvolumen des Schleifwerkzeugrohlings 10 auf 55 Vol% gesteigert,

- ein Bindungsvolumen des Schleifwerkzeugrohlings 10 trotz Ausbrennvorgang von Epoxid-

harz im Brennverfahrensschritt 9 auf 20 Vol% gesteigert und

- ein Porenvolumen des Schleifwerkzeuges 1 auf 25 Vol% reduziert, wobei das Kornvolumen, das Bindungsvolumen und das Porenvolumen des heißgepressten Grünlings 8 und des Schleifwerkzeugrohlings 10 zusammen jeweils 100 Vol% betragen.

[0067] Der Schleifwerkzeugrohling 10 wird in einem nachgelagerten Verfahrensschritt 11 zu dem Schleifwerkzeug 1, in welchem Schleifmittel 2 eingebettet ist, nachbearbeitet.

[0068] Fig. 2 zeigt ein keramisch gebundenes Schleifwerkzeug 1 in Form eines Honrings, welcher durch ein Verfahren gemäß Fig. 1 gefertigt wurde. Das Schleitwerkzeug 1 umfasst einen Grundkörper 19 und das Schleifmittel 2, welches in dem Grundkörper 19 über das anorganische Bindemittel 3 eingebettet ist.

[0069] Der Grundkörper 19 ist ringförmig und einstückig ausgebildet, wobei der Grundkörper 19 an einer Innenmantelfläche 20 eine mit einem verzahnten Werkstück in Kontakt bringbare Verzahnung 22 aufweist. Im Allgemeinen kann die Verzahnung 22 auch an einer Außenmantelfläche 21 angeordnet sein.

[0070] Das Schleifmittel 2 besteht aus einer Mischung aus Superschleifmitteln in Form von Diamant und kubischen Bornitrid, wobei das Schleifmittel 2 alternativ oder in Ergänzung auch anderweitige Schleifmittel 2 umfassen kann.

[0071] Das Schleifwerkzeug 1 weist die Dimensionen des gebrannten Schleifwerkzeugrohlings 10 nach Fig. 1 auf, wobei im Allgemeinen ein geringfügiger Schwund im Zuge des Brennverfahrensschrittes 9 auftreten kann. Der Außendurchmesser 15 beträgt 300 mm, der Innendurchmesser 16 beträgt 138 mm und die Breite 17 beträgt 27 mm.

[0072] Das Kornvolumen des Schleifmittels 2 liegt bei 55 Vol% des Schleitwerkzeuges 1, das Bindungsvolumen der Bindemittel 3, 4 liegt bei 20 Vol% des Schleifwerkzeuges 1 und das Porenvolumen liegt bei 25 Vol% des Schleifwerkzeuges 1.

[0073] Das Schleifwerkzeug 1 weist 10 Vol% organisches Bindungsvolumen auf, wobei das organische Bindungsvolumen als Epoxidharz aus der Gruppe der Thermoplaste und Duroplaste vorliegt.

[0074] Das Schleiftwerkzeug 1 umfasst ein anorganisches Bindemittel 3, wobei das anorganische Bindemittel 3 in Form einer Niederbrandbindung ausgebildet ist, wobei die Niederbrandbindung SiO2, AI203, B20O3 und Oxide aus Alkali und Erdalkali umfasst.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines keramisch gebundenen Schleifwerkzeugs (1), insbesondere Honrings, gekennzeichnet durch die folgenden in chronologischer Reihenfolge durchzuführenden Verfahrensschritte:

- in einem ersten Verfahrensschritt werden zumindest ein Schleifmittel (2), insbesondere Korund, SiC, Aluminiumoxid und/oder Superschleifmittel, zumindest ein anorganisches Bindemittel (3), insbesondere als Niederbrandbindung ausgebildet, und zumindest ein organisches Bindemittel (4), insbesondere in Form von Epoxidharz, bereitgestellt und vermischt,

- das zumindest eine Schleifmittel (2), das zumindest eine anorganische Bindemittel (3) und das zumindest eine organische Bindemittel (4) werden in einem Kaltpressverfahrensschritt (5) zu einem kaltgepressten Grünling (6) vorgepresst,

- der kaltgepresste Grünling (6) wird in einem Heißpressverfahrensschritt (7) zu einem heißgepressten Grünling (8) verpresst,

- der heißgepresste Grünling (8) wird in einem Brennverfahrensschritt (9) zu einem Schleifwerkzeugrohling (10), insbesondere Honringrohling, gebrannt, wobei während dem Brennverfahrensschritt (9) das zumindest eine organische Bindemittel (4) zumindest teilweise ausgebrannt wird, und

- der Schleifwerkzeugrohling (10) wird in einem nachgelagerten Verfahrensschritt (11) zu dem Schleifwerkzeug (1), in welchem Schleifmittel (2) eingebettet ist, nachbearbeitet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das zumindest eine organische Bindemittel (4) während dem Brennverfahrensschritt (9) im Wesentlichen vollständig ausgebrannt wird und/oder in dem Maße ausgebrannt wird, sodass ein organisches Bindungsvolumen maximal 15 Vol%, vorzugsweise maximal 10 Vol%, des Schleifwerkzeugrohlings (10) beträgt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Kaltpressverfahrensschritt (5) und der Heißpressverfahrensschritt (7) in voneinander gesonderten Pressformen (12) durchgeführt werden, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass die Pressform (12) und/oder der kaltgepresste Grünling (6) für den Heißpressverfahrensschritt (7) vorgewärmt wird.

4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der kaltgepresste Grünling (6) in dem Kaltpressverfahrensschritt (5) auf ein erstes Maß (13) und der heißgepresste Grünling (8) in dem Heißpressverfahrensschritt (7) auf ein vom ersten Maß (13) unterschiedenes zweites Maß (14) gepresst wird, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass der heißgepresste Grünling (8) auf einen Außendurchmesser (15) zwischen 50 mm und 450 mm, einen Innendurchmesser (16) zwischen 20 mm und 300 mm und/oder eine Breite (17) zwischen 10 mm und 90 mm gepresst wird.

5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das zumindest eine organische Bindemittel (4) in dem Heißpressverfahrensschritt (7) im Wesentlichen vollständig vernetzt wird.

6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in dem Brennverfahrensschritt (9) das zumindest eine anorganische Bindemittel (3) aufgeschmolzen wird, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass der Brennverfahrensschritt (9) in einem Ofen (18) durchgeführt wird.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei in dem Kaltpressverfahrensschritt (5) ein Druck zwischen 20 bar und 300 bar, vorzugsweise zwischen 40 bar bis 60 bar, und/oder im Wesentlichen Raumtemperatur verwendet wird.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei im Heißpressverfahrensschritt (7) ein Druck zwischen 270 bar und 310 bar, vorzugsweise 275 bar bis 285 bar, und/oder eine Temperatur zwischen 150 °C und 200 °C, vorzugsweise zwischen 170 °C und 180 °C, verwendet wird.

10.

11.

12.

13. 14.

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17.

Österreichisches AT 524 577 B1 2022-07-15

Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Brennverfahrensschritt (9) bei einer Temperatur zwischen 600 °C und 1300 °C, vorzugsweise zwischen 900 °C und 1000 °C, durchgeführt wird.

Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ausgehend von einem Kornvolumen eines Schleifmittels (2), Bindungsvolumen der Bindemittel (3, 4) und/oder Porenvolumen des kaltgepressten Grünlings (6) nach dem Kaltpressverfahrensschritt (5) durch den Heißpressverfahrensschritt (7) und/oder den Brennverfahrensschritt (9) - das Kornvolumen des Schleifwerkzeugrohlings (10) in einen Bereich zwischen 50 Vol% und 65 Vol%, vorzugsweise zwischen 53 Vol% und 58 Vol%, gesteigert wird und/oder - ein Bindungsvolumen des Schleifwerkzeugrohlings (10) in einen Bereich zwischen 10 Vol% und 35 Vol%, vorzugsweise zwischen 18 Vol% und 26 Vol%, gesteigert wird und/oder - ein Porenvolumen des Schleifwerkzeuges (1) in einen Bereich zwischen 10 Vol% und 40 Vol%, vorzugsweise zwischen 22 Vol% und 28 Vol%, reduziert wird, wobei das Kornvolumen, das Bindungsvolumen und das Porenvolumen des heißgepressten Grünlings (8) und/oder des Schleifwerkzeugrohlings (10) zusammen maximal 100 Vol% betragen.

Keramisch gebundenes Schleifwerkzeug (1), insbesondere Honring, umfassend - einen Grundkörper (19) und - wenigstens ein Schleifmittel (2), welches in dem Grundkörper (19) über zumindest ein anorganisches Bindemittel (3) eingebettet ist, dadurch gekennzeichnet, dass - ein Kornvolumen des Schleifmittels (2) im Bereich zwischen 50 Vol% und 65 Vol%, insbesondere zwischen 53 Vol% und 58 Vol%, und - ein Bindungsvolumen eines Bindemittels (3, 4) im Bereich zwischen 10 Vol% und 35 Vol%, insbesondere zwischen 18 Vol% und 26 Vol%, des Schleifwerkzeuges (1) liegt, wobei das Kornvolumen und das Bindungsvolumen zusammen maximal 100 Vol% des Schleiftwerkzeuges (1) betragen.

Schleifwerkzeug (1) nach Anspruch 11, wobei das Schleifwerkzeug (1) durch ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 hergestellt ist.

Schleifwerkzeug (1) nach Anspruch 11 oder 12, wobei der Grundkörper (19) ringförmig und/oder einstückig ausgebildet ist, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass der Grundkörper (19) an einer Innenmantelfläche (20) und/oder an einer Außenmantelfläche (21) eine mit einem verzahnten Werkstück in Kontakt bringbare Verzahnung (22) aufweist.

Schleifwerkzeug (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei das wenigstens eine Schleifmittel (2) zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, aus Korund, vorzugsweise Edel- und/oder Sinterkorund, SiC, Aluminiumoxid und/oder Superschleifmittel, vorzugsweise Diamant und/oder kubischem Bornitrid, ausgebildet ist.

Schleifwerkzeug (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei das Schleiftwerkzeug (1) maximal 15 Vol%, vorzugsweise maximal 10 Vol%, organisches Bindungsvolumen aufweist, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass das organische Bindungsvolumen aus der Gruppe der Thermoplaste und/oder Duroplaste, besonders bevorzugt im Wesentlichen Epoxidharz, ausgebildet ist.

Schleifwerkzeug (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei das Schleifwerkzeug (1) wenigstens ein, vorzugsweise exakt ein, anorganisches Bindemittel (3) umfasst, wobei das wenigstens eine anorganische Bindemittel (3) in Form einer Niederbrandbindung ausgebildet ist.

Schleifwerkzeug (1) nach Anspruch 16, wobei das wenigstens eine anorganische Bindemittel (3) SiO2, AI203, B203 und/oder zumindest ein Oxid umfassend Alkali und/oder Erdalkali umfasst.

18. Schleifwerkzeug (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 17, wobei das Schleiftwerkzeug (1) einen Außendurchmesser (15) zwischen 50 mm und 450 mm, einen Innendurchmesser (16) zwischen 20 mm und 300 mm und/oder eine Breite (17) zwischen 10 mm und 90 mm aufweist.

19. Schleifwerkzeug (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 18, wobei das Schleifwerkzeug (1) ein Porenvolumen im Bereich zwischen 10 Vol% und 40 Vol%, vorzugsweise zwischen 22 Vol% und 28 Vol%, umfasst, wobei das Kornvolumen, das Bindungsvolumen und das Porenvolumen zusammen maximal 100 Vol% des Schleitwerkzeuges (1) betragen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen