Feinstbearbeitungsschleifwerkzeug und Verfahren zur Herstellung desselben Gegenstand der Erfindung ist ein Feinstbearbei- tungsschleifwerkzeug, das polsternde Oberflächen teile besitzt, zusammengesetzt ist aus Schleifmaterial partikeln, die gleichmässig miteinander verbunden sind durch Partikeln mindestens eines Kunstharzes, welche Kunstharzpartikeln mindestens so gross sind wie die Schleifmaterialpartikeln und im Werkzeug körper gleichmässig so verteilt sind, dass in der Schleiffläche liegende Kunstharzpartikel beim Ver wenden des Werkzeuges die polsternden Flächenteile bilden.
Mit dieser Ausbildung wird bezweckt, die Stösse oder Impulse gegen die zu bearbeitende Oberfläche, welche durch die mechanischen Vibrationen während des Schleifens verursacht werden, zu vermeiden, zwecks Erhaltens einer ausserordentlich glatten und genauen Oberfläche.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemässen Schleifwerk- zeuges, dadurch gekennzeichnet, dass man Schleif materialpartikel und Kunstharzpartikel in einem be stimmten Verhältnis zusammenmischt, die Mischung in eine metallische Form bringt und sie in derselben heiss zusammenpresst, um die Bestandteile zusammen zubinden zwecks Erhaltens eines Formgebildes, dass man separat eines oder mehrere Kunstharzmonomere, welche die gleichen sein können wie diejenigen des Bindekunstharzes und zu einer Einheitsphase zu sammengemischt sind, z.
B. mit Zumischung eines Weichmachers und/oder Beimischung eines Poly- merisationsbeschleunigers, niedriggradig zusammen polymerisiert, dass man dieses niedriggradige Poly- merisat verwendet zur Imprägnierung des oben genannten Formgebildes und schliesslich die Poly- merisation vervollständigt am Formgebilde durch Erhitzung zwecks Temperns und Stabilisierens.
Eine ausserordentliche Glätte und Genauigkeit gleich einer optischen Ebene ist beim Schleifen ganz allgemein erwünscht. Jedoch ist es sogar mit den modernen Feinstbearbeitungsverfahren, wie Super- finishin.g, Läppen, Honen, Polieren, schwierig, dieses Resultat zu erreichen. Die einzige bisher bekannte Methode zur Erreichung dieses Ziels ist der soge nannte Präzisionslinsenschleifprozess, den man an optischem Glas oder Kristall ausübt. Dieses Ver fahren ist jedoch auf diese speziellen Werkstoffe be schränkt und nicht für die in der Konstruktion ver wendeten Metalle anwendbar.
Das einzige Verfahren zur Erzielung von feinstbearbeiteten Oberflächen am Metall ist dasjenige, das zur Fertigbearbeitung von Dickenlehren verwendet wird. Zur Ausübung dieses Verfahrens sind ausserordentliche Geschick lichkeit und Geduld notwendig. Die Grundlage dieses Verfahrens beruht darin, dass man die Glätte und Flachheit der feinstbearbeiteten Oberfläche des Läppwerkzeuges auf die Werkstückoberfläche über trägt. Jedoch ist die Erzeugung einer solchen Läpp- oberfläche und die Beibehaltung ihrer Genauigkeit nur einem Spezialisten mit mehr als 10jähriger Er fahrung möglich.
Mit dem erfindungsgemässen Werkzeug kann jedes Metall mit einem Höchstmass an Glätte und Ge nauigkeit bearbeitbar sein, ohne dass eine ausser gewöhnliche Geschicklichkeit oder eine lange Er fahrung notwendig sind. Um die Glätte und Flach heit zugleich zu erreichen, können die in gleich mässigen Abständen voneinanderliegenden Schleif materialkörnchen von einer Grösse von 0,5 bis 1 ,u sein.
In den üblichen Metallbearbeitungsprozessen wird ein Hon- oder Läppwerkzeug oder ein Schaber mit verschiedenen Bewegungen in bezug auf das Werk stück betätigt. Deshalb können dabei periodische oder aperiodische Vibrationen nicht vermieden wer- den. Mit andern Worten, es findet nicht nur die Be wegung tangential zur zu bearbeitenden Oberfläche, die selbstredend beim Schleifen, Läppen usw. erfor derlich ist, sondern auch die dazu winkelrechte Be wegung statt, die der Güte, der Genauigkeit und der Glätte der erzielten Oberfläche abträglich ist.
Bei spielsweise kann auf einer Schleifmaschine eine perfekte Drehung der Schleifscheibe bei etwa 5000 bis 6000 U./min selbst beim besten Sitz der Schleif scheibe auf der Schleifspindel, der besten Lagerung dieser letzteren und einer perfekten Auswuchtung des Ganzen nicht vibrationsfrei gemacht werden.
Es ergibt sich, dass ein übliches Schleif- oder Honwerk- zeug mit einer Bindung der Schleifmaterialkörner durch ein gläsernes Bindemittel oder ein Bindemittel aus Silikat, Harz, Gummi, Kunstharz oder derglei chen die Werkstückoberfläche unmittelbar mit den harten Schleifmaterialkörnern berührt, und infolge der unvermeidlichen Vibrationen Stösse oder Impulse winkelrecht auf die Werkstückoberfläche übertragen werden.
Im üblichen Feinstbearbeitungsschleifwerk- zeug ist die Funktion des ebenerwähnten Binde mittels eben rein die eines Zusammenhaltens der Schleifkörnchen, ohne dass eine Polsterung dieser letzteren zur Vermeidung der Stossübertragung ge geben ist.
Es ist in Fachkreisen gut bekannt, dass, wenn die Bindefähigkeit eines Bindemittels, die durch die Härte ausgedrückt wird, geeignet gewählt ist, die ab genützten Schleifmaterialkörnchen wegfallen, damit die darunterliegenden, noch nicht abgenützten Schleifmaterialkörnchen wirksam werden können und so das Schleifwerkzeug seine Wirksamkeit bei behält. Diesen Effekt nennt man das Selbstabrich ten .
Obwohl die obige Erklärung recht vernünftig ist, sofern sie auf übliche Schleifwerkzeuge oder Hon- werkzeuge sich bezieht, so ist zur Erzielung eines besseren Effektes im Falle eines sehr kleinen Metall- abtrages ein anderer Typ von Werkzeug erforderlich, so dass die Schleifwirkung der Körnchen auf eine extrem dünne Werkstückoberfläche beschränkt bleibt, wie im optischen Feinstschleifverfahren.
Allgemein ausgedrückt sind Schleifmittel viel härter als übliche Baustoffe, so dass sie üblicherweise nicht verkratzt oder abgenützt werden durch diese Baustoffe in dem Masse, wie diese Baustoffe durch die Schleifmittel gekratzt oder abgetragen werden. Nichtsdestoweniger fallen Schleifmaterialkörnchen eines Schleifwerkzeuges beim Arbeiten aus der Bin dung. Dem ist so, weil die in das Material des Werkstückes gleichsam eingetauchten Schleifmaterial- körnchen irgendwie gefangen gehalten oder weg gebrochen werden infolge der Vibrationsstösse anläss- lich der Drehung des Schleifwerkzeuges.
Somit fallen die Schleifmaterialkörnchen an der Werkzeugober fläche nach und nach ab, und zugleich wird die Werkstückoberfläche infolge der Reaktion beträcht lich beschädigt oder verkratzt, was sich auf ihre Güte natürlich sehr abträglich auswirkt. Mit dem erfindungsgemässen Feinstbearbeitungs- schleifwerkzeug können sehr leicht viel bessere Re sultate hinsichtlich Glätte, Flachheit und Genauig keit der Werkstückoberfläche erzielbar sein.
Im er findungsgemässen Werkzeug können die die polstern den Flächenteile bildenden Kunstharzpartikelchen gleichmässig in der Struktur der dicht miteinander verbundenen Schleifmaterialkörnchen verteilt sein. Da im allgemeinen ein Schleif- oder Honwerkzeug sich bei seinen Bewegungen in bezug auf die Werkstück oberfläche sehr langsam abnützt, können die äusser sten Stellen der die polsternden Flächenteile bilden den Kunststoffpartikelchen in erster Linie der Werk zeugoberfläche ausgesetzt sein, wobei diese Stellen zusammen eine Hüllfläche bilden, in der die Schleif materialkörnchen eng um die Kunstharzpartikelchen gesteckt sein können.
Diese Kunststoffpartikelchen können nach aussen gerichtete flache Kuppen bilden, durch die Schleifmaterialkörnchen umgeben werden als Mittelteile dieser Kuppen. Wenn eine solche Schleiffläche mit der zu bearbeitenden Fläche in Reibberührung gebracht wird, so berühren die Kuppen der Kunststoffpartikelchen die Werkstück oberfläche zuerst und erst nachher, wenn der Schleif druck erhöht wird, können die Schleifmaterialkörn- chen, die hinter den Kunststoffkuppen gelegen sind, mit der Werkstückoberfläche in Berührung kommen infolge extrem kleiner elastischer Deformationen der Kunststoffpartikelchen,
wodurch eine sehr weiche Schleifwirkung erzielt werden kann. Beim Schleif vorgang können die frei liegenden elastischen Kuppen der Kunstharzpartikelchen, die Polster bil den, zur Abdämpfung der unvermeidlichen, auf die Vibrationen zurückführenden Stösse. Die Berührung zwischen dem Schleifwerkzeug und der Werkstück oberfläche kann so weich und leicht sein, dass die Hämmer- oder Meisselwirkung, die bei den bisher üblicherweise verwendeten Schleifwerkzeugen die Rauheit der Werkstückoberfläche hervorrief, erheb lich vermindert wird. Auf diese Weise kann mit dem erfindungsgemässen Schleifwerkzeug eine Rauhigkeit von z.
B. nur etwa 0,002 lc (2 - 10-6 mm) und eine extreme dimensionale Genauigkeit erreichbar sein wie beim eingangs erwähnten optischen Polier verfahren.
Vom erfindungsgemässen Schleifwerkzeug sind in beiliegender Zeichnung zwei beispielsweise Ausfüh rungsformen veranschaulicht.
Fig. 1 zeigt schematisch die Struktur der Schleif oberfläche üblicher Schleifwerkzeuge.
Fig. 2 und 3 sind Mikrophotographien der Schleif oberfläche von zwei Ausführungsbeispielen des erfin dungsgemässen Feinstbearbeitungsschleifwerkzeuges.
Die Fig. 4 bis 7 sind Interferenzmikrophotogra- phien, welche den im Zuge der Bearbeitung mit dem in Fig. 2 und 3 gezeigten Schleifwerkzeugen erzielten Bearbeitungsfortschritt darstellen, und die Fig. 8 bis 10 sind eine Vielfachstrahl-Inter- ferenzmikrophotographie, eine Phasenkontrastmikro- photographie (Reflexion) bzw. eine Elektionsmikro- photographie von mit den Werkzeugen geschliffenen Flächen.
Wie in der Fig. 1 dargestellt, sind bei den üblichen Schleif- oder Honwerkzeugen die Binde materialpartikel aus Gummi oder Kunststoff nicht so angeordnet, dass sie die auf die Schleifmaterialkörn- chen einwirkenden Stösse oder Impulse abdämpfen können. Hingegen ersieht man aus den Fig. 2 und 3, dass diese Schleifwerkzeuge sich hinsichtlich ihrer Struktur von einem üblichen Schleifwerkzeug deutlich unterscheiden.
Betrachten wir z. B. das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel. Diese Fig. 2 ist eine Mikro photographie der Schleifwerkzeugoberfläche, die sich zusammensetzt aus Carborundum-Partikeln (Schleif mittel) mit einer Korngrösse von 250 (hier und nach folgend in Tyler -Siebmaschengrössen angegeben) und Kunstharzpartikeln mit einer Korngrösse von 70 in 85facher Vergrösserung.
Sie zeigt klar die schwarzen aussenliegenden Kunstharzpartikel der Schleiffläche, die unter den weissen Carborundum- partikeln gleichmässig verstreut sind. Fig. 3 ist eine Mikrophotographie der Oberfläche eines Schleif- werkzeuges, die sich zusammensetzt aus Crz03 Schleifpartikeln mit weniger als 1 cs. Korngrösse und Kunstharzpartikeln mit einer Korngrösse von 300, in 350facher Vergrösserung, wobei die grauweissen Par tikeln diejenigen aus Crz0s sind, während die schwarzen und die grauschwarzen,
die zusätzlichen aussenliegenden amorphen Partikel aus Kunstharz sind. Die Fig. 4 bis 7 sind Interferenzmikrophoto- graphien der Oberfläche eines 18-8 -rostfreien Stahles, welche Oberfläche zuerst 10 Minuten mit einem Carborundum-Schleifwerkzeug mit einer Korn grösse von 400 und dann mit einem Crz03 Schleif werkzeug gemäss Fig. 3 während 20 Minuten fertig bearbeitet wurde; die Mikrophotographien wurden in Zeitabständen von je 5 Minuten aufgenommen; der Teilstrichabstand in diesen Figuren entspricht 0,1 mm.
Wie aus diesen vier Figuren und aus den den wei teren Schleiffortschritt zeigenden Fig. 8 bis 10 her vorgeht, welch letztere die heutzutage feinsten Oberflächendarstellungsweisen sind, ist die Eben heitspräzision, die mit dem erwähnten Schleifwerk zeug erreicht wird, so, dass die Rauhigkeit nur noch 2 10-(1 mm beträgt und die Newton-Ringe mono chromatisch sind. Mit andern Worten, es kann mit dem Werkzeug eine metallische Oberfläche auf einen Gütegrad bearbeitet werden, der demjenigen eines optischen Glases entspricht.
Dabei ist Fig. 8 eine Vielfachstrahlmikroferenzphotographie (70fache Ver grösserung) einer geschliffenen Chromoberfläche mit einer 1-1v-Härte von 500; Fig. 9 ist eine Phasen kontrastmikrophotographie (1250fache Vergrösse rung) mit positivem niedrigem Kontrast der geschlif fenen Oberfläche eines 18-8 -rostfreien Stahles mit einer Hv-Härte von 270, und Fig. 10 ist eine Elek- tronenmikroskopphotographie (15 000fache Vergrö sserung) der geschliffenen Chromoberfläche. .
Beim den obigen Figuren entsprechenden Schleif werkzeug ist die Korngrösse der Schleifmaterialkörn- chen gemäss dem Rauheitsgrad der zu schleifenden bzw. der zu erzielenden Fläche gewählt im Bereich von 0,5-1 ,u bis mehrere 100 Maschen; die Schleif materialkörnchen sind mit Kunstharz gleichmässig miteinander verbunden.
Zusätzliche Kunstharzparti- kel aus gleichem oder anderem Kunstharz und glei cher oder grösserer Korngrösse wie die Schleifmate- rialpartikelchen, also mit einer Korngrösse von mehr mals 10 bis mehrmals<B>100</B> Maschen, sind im Misch verband aus Schleifmaterialpartikeln und Binde kunstharzpartikeln gleichmässig verstreut. Diese Kunstharzpartikel werden erhalten durch mecha nische Verfahren, wie z. B. Mahlen, oder durch Emulsions- oder Suspensionspolymerisation. Sie bil den bei der Verwendung des Werkzeuges polsternde Oberflächenteile.
Zur Herstellung der Schleifwerkzeuge nach Fig. 2 und 3 wird beispielsweise wie folgt vorgegangen: Schleifmaterialpartikelchen und feine Partikeln eines Kunstharzpolymerisates werden in einem spezifi schen Mischungsverhältnis zusammengemischt, die Mischung in eine metallische Form gegeben und in derselben heiss gepresst, um einen festen Verband der 'feile und das vorbestimmte Formgebilde zu erhal ten, worauf separat ein oder mehrere Kunstharz monomere, die gleich sind oder verschieden wie die jenigen des eben erwähnten Binde-Kunstharzes,
zu einer Einheitsphase zusammengemischt werden mit oder ohne Zufügung eines Weichmachers und mit oder ohne Beimischung eines Polymerisationsbe- schleunigers, und darauf in einem niedrigen Grad zusammenpolymerisiert werden, worauf mit diesen niedriggradig polymerisierten Partikeln das Form gebilde imprägniert wird, wobei sie durch den vor teilhaft vorgesinterten Verband von Schleifmaterial partikeln und Kunstharzpartikeln absorbiert oder nicht absorbiert werden;
dann wird die Polymerisa- tion am Formgebilde abgeschlossen durch Erhitzung oder anderswie, zwecks Temperns und Stabilisierens.
Bei diesem Verfahren kann eine hohe Produk tionszahl und ein niedriger Gestehungspreis erzielt werden, zufolge des raschen Umlaufs der metalli schen Formen. Ausserdem können die Eigenschaften des erhaltenen Schleifwerkzeuges zwecks Vergrösse rung dessen Qualität beeinflusst werden durch das Hinzufügen von Monomeren, von Weichmachern, von niedriggradigem Polymerisat, von Polymerisations- beschleunigern usw., nachdem das vorgesinterte Schleifkörpergebilde auf genaues Mass bearbeitet worden ist.
Bei der Herstellung der üblichen Schleifkörper muss viel Sorgfalt angewendet werden beim Zusam- menmischen der Schleifmaterialpartikel und der Bindemittelpartikel, damit eine innige Durchmischung erzielt wird; diese Schwierigkeit tritt beim beschrie benen Verfahren nicht auf, da der Schleifmaterial partikelbindeprozess wirksam durchgeführt werden kann unter Beibehaltung der Verteilung der Kunst harzpartikel unter den Schleifmaterialpartikeln.
Wird eine höhere Schleifwirkung erwünscht, so soll der Anteil an Schleifmaterialkörnchen so gross wie nur möglich sein, so dass die Schleifmaterial- partikel gerade noch durch die Kunstharzpartikel zu sammengehalten werden.
Obwohl die Kunstharzpartikel durch die Erwär mung erweicht werden und die maximale Plastizität erhalten, kann nicht erwartet werden, dass ihre Bin dungsstärke sich auf die Schleifmaterialpartikeln aus wirkt, die in einem Abstand von etwa zwei- oder dreimal dem Durchmesser der Kunstharzpartikeln gelegen sind, da die Bindungsstärke im vorgesinterten Zustand des Verbandes eine gewisse Grenze hat. Wird ein solches Schleifwerkzeug mit einer im ganzen ungenügenden Bindungsstärke zur Durchführung einer Bearbeitung verwendet, so wird es den Schleif druck nicht aushalten und zusammenbrechen.
Deshalb sind noch andere Behandlungen notwendig, um die Bindungsstärke so weit zu erhöhen, dass nach dem Heisspressvorgang, der als eine Art Vorsinterung an gesehen werden kann, der Schleifdruck ausgehalten wird.
Das vorgesinterte Schleifscheibengebilde wird, wie bereits erwähnt, in ein Monomer getaucht, um dann herausgenommen und weitererhitzt zu werden zwecks Polymerisierens des Monomers nach Weg nahme der überflüssigen Monomertropfen. In diesem Fall dringt das Monomer in die tiefsten Stellen ein durch die kapillaren Spalte zwischen den Schleif materialpartikeln hindurch unter Auflösen der Ober flächen der verteilten Kunstharzpartikeln, um mit ihnen einen Körper bzw.
eine Phase zu bilden, und der Bindeprozess der Schleifmaterialpartikel wird ab geschlossen durch übergang in den festen Zustand bei fortschreitender Polymerisation.
Obwohl beim Tauchtemperprozess im vorerwähn ten Beispiel nur ein, Monomer verwendet wurde, sind anstatt dessen auch zwei oder mehrere Monomer- typen anwendbar, und es kann gewünschtenfalls ein Weichmacher hinzugefügt werden. Ausserdem kann ein Polymerisationsbeschleuniger verwendet werden zwecks Erhöhung der Produktionszahl.
Es können leicht poröse Produkte erhalten wer den, wenn dies gewünscht wird, durch Hinzufügung von Aufschäummitteln oder auch durch rasche Er höhung der Temperatur.
Das Monomer wird im Zustand eines niedrig- gradig polymerisierten Produktes verwendet, da eine niedrige Viskosität durch eine vorgängige niedrig- gradige Polymerisation für den Temperungsprozess geeignet ist.
Nachfolgend werden einige spezifische Beispiele des Herstellungsverfahrens angeführt.
<I>Beispiel 1</I> 5 g Siliziumkarbid (Korngrösse 1000) und 2 g Polymethylmethacrylatpartikel werden gleichmässig zu sammengemischt, in eine metallische Form gegeben, auf 140 C erhitzt, unter einem Druck von etwa 100 kgicm2 auf Raumtemperatur abgekühlt und das Gebilde aus der metallischen Form herausgenommen.
Das derart vorgesinterte Zwischenprodukt wird niedriggradig polymerisiert in Monomethylmethacrylat getaucht, nach Imprägnierung mit demselben wieder herausgenommen und das überflüssige Monomer vom Produkt abtropfen gelassen, worauf das Zwischen produkt vollständig polymerisiert und verfestigt wird in einem Bad, dessen Temperatur auf 50-100 C ge halten wird, wodurch man das Endprodukt erhält.
<I>Beispiel 2</I> 6 g Ceroxyd und 3 g Methylmethacrylat und Buthylmethacrylat Copolymerisatpartikeln werden wie im Beispiel 1 vorgesintert. Das Zwischenprodukt wird in ein niedriggradiges Polymerisat getaucht, das man erhalten hat durch Mischen und Auflösen von 50 cm-- Monomethylmethaerylat, 5 cm3 Monomethyl- acrylat, 5 cm3 Dibuthylphthalat und 0,
1g Benzoyl- peroxyd, und das Ganze wird vollständig polymeri siert in einem thermostatisch auf einer Temperatur von 80 C gehaltenen Bad nach Abtropfenlassen des überflüssigen niedriggradigen Polymerisates. In die sem Produkt kann der gewünschte Temperungsgrad leicht erhalten werden durch Steuerung der Eintauch- zeit, der Viskosität des monomerischen niedriggradi- gen Polymerisates usw.
Als Schleifmaterialpartikel können verwendet werden Diamantpulver, Borkarbid, Siliziumkarbid, Aluminiumoxyd, andere metallische Oxyde usw., unbekümmert um ihre Korngrösse.
Die Binde-Kunstharzpartikel können entweder von oder ohne bestimmte Form sein, und sowohl polymerische Kunstharze, wie z. B. Methacrylharz, Styrolharz, Vinylharz usw. als auch Kondensations kunstharz, wie z. B. Polyesterharz, Phenolharz, Harnstoffharz usw., können verwendet werden.
Die Verträglichkeit zwischen den Kunstharzparti- kel und dem niedriggradig polymerisierten Polymer, das beim Tempern verwendet wird, ist nicht unbe dingt erforderlich, aber eine schlechte Verträglichkeit kann einen speziellen Effekt auf das Produkt haben.
Auch die Verträglichkeit des Weichmachers ist nicht so wichtig. Deshalb sind die Bereiche für die Auswahl des Kunstharzes, des Monomers und des Weichmachers, wovon die letzten zwei für das Tem- pern verwendet werden, so weit, dass sozusagen irgendein Kunstharz verwendet werden kann.