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.
Precision machining grinding tool and method for producing the same The object of the invention is a precision machining grinding tool, which has cushioning surface parts, is composed of grinding material particles that are evenly connected to one another by particles of at least one synthetic resin, which synthetic resin particles are at least as large as the grinding material particles and in the tool bodies are evenly distributed in such a way that synthetic resin particles lying in the grinding surface form the cushioning parts of the surface when the tool is used.
The aim of this design is to avoid the impacts or impulses against the surface to be processed, which are caused by the mechanical vibrations during grinding, in order to obtain an extremely smooth and precise surface.
The invention also relates to a method for producing the inventive grinding tool, characterized in that grinding material particles and synthetic resin particles are mixed together in a certain ratio, the mixture is brought into a metallic form and it is hot-pressed in the same to bind the components together for the purpose of obtaining a molded structure that one or more synthetic resin monomers, which may be the same as those of the binding synthetic resin and are mixed together to form a unit phase, e.g.
B. with admixture of a plasticizer and / or admixture of a polymerization accelerator, polymerized together to a low degree that this low-grade polymer is used to impregnate the above-mentioned molding and finally the polymerization is completed on the molding by heating for the purpose of tempering and stabilizing.
Extraordinary smoothness and precision equal to an optical plane is very generally desirable when grinding. However, it is difficult to achieve this result even with modern superfinishing processes such as superfinishing, lapping, honing, polishing. The only previously known method for achieving this goal is the so-called precision lens grinding process, which is carried out on optical glass or crystal. However, this process is restricted to these special materials and not applicable to the metals used in the construction.
The only method of achieving finely machined surfaces on metal is that used to finish thickness gauges. Extraordinary skill and patience are required to carry out this procedure. The basis of this process is that the smoothness and flatness of the finely machined surface of the lapping tool is transferred to the workpiece surface. However, producing such a lapping surface and maintaining its accuracy is only possible for a specialist with more than 10 years of experience.
With the tool according to the invention, any metal can be machined with the highest degree of smoothness and accuracy without the need for exceptional skill or long experience. In order to achieve smoothness and flatness at the same time, the abrasive material grains, which are evenly spaced from one another, can have a size of 0.5 to 1 u.
In the usual metalworking processes, a honing or lapping tool or a scraper is operated with different movements with respect to the workpiece. Therefore, periodic or aperiodic vibrations cannot be avoided. In other words, there is not only the movement tangential to the surface to be machined, which is of course necessary for grinding, lapping, etc., but also the angular movement that affects the quality, accuracy and smoothness of the surface achieved is detrimental.
For example, on a grinding machine, a perfect rotation of the grinding wheel at around 5000 to 6000 rpm cannot be made vibration-free, even if the grinding wheel is optimally seated on the grinding spindle, the latter is optimally positioned and the whole is perfectly balanced.
It turns out that a conventional grinding or honing tool with a bond of the abrasive material grains by a glass binder or a binder made of silicate, resin, rubber, synthetic resin or the like touches the workpiece surface directly with the hard abrasive material grains, and as a result of the inevitable vibrations Impacts or impulses are transmitted to the workpiece surface at right angles.
In the usual fine machining grinding tool, the function of the above-mentioned bandage is purely that of holding the abrasive grains together, without the latter being cushioned to avoid the transfer of shock.
It is well known in the art that when the binding capacity of a binder, which is expressed by the hardness, is chosen appropriately, the worn abrasive material grains are omitted so that the underlying, not yet worn abrasive material grains can be effective and so the grinding tool at its effectiveness retains. This effect is called self-training.
Although the above explanation is quite reasonable as long as it relates to conventional grinding tools or honing tools, a different type of tool is required to achieve a better effect in the case of a very small amount of metal removed, so that the grinding action of the grains is reduced to one extremely thin workpiece surface remains limited, as in the optical fine grinding process.
In general terms, abrasives are much harder than conventional building materials, so that they are usually not scratched or worn out by these building materials to the extent that these building materials are scratched or removed by the abrasives. Nonetheless, grains of abrasive material from an abrasive tool fall out of bond while working. This is so because the grains of grinding material, which are as it were immersed in the material of the workpiece, are somehow held captive or broken away as a result of the vibration shocks caused by the rotation of the grinding tool.
Thus, the abrasive material grains on the tool surface gradually fall off, and at the same time the workpiece surface is damaged or scratched as a result of the reaction considerably Lich, which of course has a very detrimental effect on its quality. With the ultra-fine machining grinding tool according to the invention, much better results with regard to smoothness, flatness and accuracy of the workpiece surface can very easily be achieved.
In the tool according to the invention, the synthetic resin particles forming the cushioning the surface parts can be evenly distributed in the structure of the closely interconnected grains of abrasive material. Since, in general, a grinding or honing tool wears out very slowly in its movements with respect to the workpiece surface, the outer most points of the cushioning surface parts can be exposed to the plastic particles primarily on the tool surface, these points together forming an envelope surface , in which the grains of abrasive material can be placed tightly around the synthetic resin particles.
These plastic particles can form outwardly directed flat peaks which are surrounded by grains of abrasive material as central parts of these peaks. If such a grinding surface is brought into frictional contact with the surface to be processed, the tips of the plastic particles touch the workpiece surface first and only afterwards, when the grinding pressure is increased, can the abrasive material grains located behind the plastic tips with the Workpiece surface come into contact due to extremely small elastic deformations of the plastic particles,
whereby a very soft grinding effect can be achieved. During the grinding process, the exposed elastic tips of the synthetic resin particles, the padding, can be used to dampen the inevitable shocks that are due to the vibrations. The contact between the grinding tool and the workpiece surface can be so soft and light that the hammering or chiseling effect, which caused the roughness of the workpiece surface with the grinding tools commonly used up to now, is considerably reduced. In this way, a roughness of z.
B. only about 0.002 lc (2-10-6 mm) and an extreme dimensional accuracy can be achieved as with the aforementioned optical polishing process.
Two exemplary embodiments of the grinding tool according to the invention are illustrated in the accompanying drawing.
Fig. 1 shows schematically the structure of the grinding surface of conventional grinding tools.
Fig. 2 and 3 are photomicrographs of the grinding surface of two embodiments of the inventive precision finishing grinding tool.
4 to 7 are interference photomicrographs showing the processing progress achieved in the course of processing with the grinding tools shown in FIGS. 2 and 3, and FIGS. 8 to 10 are a multi-beam interference photomicrograph, a phase contrast photomicrograph (Reflection) or an elections micrograph of surfaces ground with the tools.
As shown in FIG. 1, in conventional grinding or honing tools the binding material particles made of rubber or plastic are not arranged in such a way that they can dampen the impacts or impulses acting on the grinding material grains. On the other hand, it can be seen from FIGS. 2 and 3 that these grinding tools differ significantly from a conventional grinding tool with regard to their structure.
Let us consider e.g. B. the embodiment shown in FIG. This Fig. 2 is a photomicrograph of the grinding tool surface, which is composed of carborundum particles (abrasive) with a grain size of 250 (indicated here and below in Tyler sieve mesh sizes) and synthetic resin particles with a grain size of 70 enlarged 85 times.
It clearly shows the black synthetic resin particles on the outside of the grinding surface, which are evenly scattered under the white carborundum particles. 3 is a photomicrograph of the surface of an abrasive tool composed of Crz03 abrasive particles less than 1 cs. Grain size and synthetic resin particles with a grain size of 300, enlarged 350 times, whereby the gray-white particles are those from Crz0s, while the black and gray-black,
the additional external amorphous particles are made of synthetic resin. 4 to 7 are interference photomicrographs of the surface of an 18-8 stainless steel, which surface was first 10 minutes with a carborundum grinding tool with a grain size of 400 and then with a Crz03 grinding tool according to FIG. 3 for 20 minutes has been finished; the photomicrographs were taken at 5 minute intervals; the division spacing in these figures corresponds to 0.1 mm.
As can be seen from these four figures and from FIGS. 8 to 10, which show the further grinding progress, which latter are the finest surface representations today, the flatness precision that is achieved with the grinding tool mentioned is such that the roughness is only 2 10- (1 mm and the Newton rings are monochromatic. In other words, the tool can be used to process a metallic surface to a level of quality that corresponds to that of optical glass.
8 is a multiple-beam micrograph (70x magnification) of a polished chrome surface with a 1-1v hardness of 500; Fig. 9 is a phase contrast photomicrograph (1250 times magnification) with positive low contrast of the ground surface of 18-8 stainless steel having an Hv hardness of 270, and Fig. 10 is an electron microscope photograph (15,000 times magnification) the polished chrome surface. .
In the case of the grinding tool corresponding to the above figures, the grain size of the grinding material grains is selected according to the degree of roughness of the surface to be ground or the surface to be achieved in the range from 0.5-1, u to several 100 meshes; the grains of abrasive material are evenly bonded to one another with synthetic resin.
Additional synthetic resin particles made of the same or different synthetic resin and the same or larger grain size as the abrasive material particles, i.e. with a grain size of more than 10 to several times <B> 100 </B> meshes, are in the mixed combination of abrasive material particles and binding synthetic resin particles evenly scattered. These synthetic resin particles are obtained by mechanical methods such. B. grinding, or by emulsion or suspension polymerization. They form the cushioning surface parts when using the tool.
To produce the grinding tools according to FIGS. 2 and 3, the following procedure is used, for example: Grinding material particles and fine particles of a synthetic resin polymer are mixed together in a specific mixing ratio, the mixture is poured into a metallic mold and hot-pressed in the same to form a solid association of the 'file and to get the predetermined shape, whereupon one or more synthetic resin monomers that are the same or different from those of the synthetic resin binding mentioned above,
be mixed together to form a unit phase with or without the addition of a plasticizer and with or without admixture of a polymerization accelerator, and then polymerized together to a low degree, whereupon the molded structure is impregnated with these low-degree polymerized particles, whereby they are through the pre-sintered association before geous are absorbed or not absorbed by abrasive particles and resin particles;
then the polymerisation on the shaped structure is completed by heating or in some other way for the purpose of tempering and stabilizing.
With this method, a high production rate and a low cost price can be achieved due to the rapid circulation of the metallic molds. In addition, the properties of the grinding tool obtained can be influenced in order to increase its quality by adding monomers, plasticizers, low-grade polymer, polymerization accelerators, etc. after the pre-sintered abrasive structure has been processed to the exact extent.
In the manufacture of the usual grinding tools, great care must be taken when mixing the grinding material particles and the binder particles together so that an intimate mixing is achieved; this problem does not arise in the described method, since the abrasive particle binding process can be carried out effectively while maintaining the distribution of the synthetic resin particles among the abrasive particles.
If a higher grinding effect is desired, the proportion of grinding material grains should be as large as possible so that the grinding material particles are just held together by the synthetic resin particles.
Although the resin particles are softened by the heating and obtain the maximum plasticity, their bond strength cannot be expected to affect the abrasive particles, which are spaced about two or three times the diameter of the resin particles, because the Bond strength in the pre-sintered state of the association has a certain limit. If such a grinding tool is used with an insufficiently strong bond to carry out a processing, it will not withstand the grinding pressure and collapse.
Therefore other treatments are necessary in order to increase the bond strength so much that after the hot pressing process, which can be seen as a kind of pre-sintering, the grinding pressure is withstood.
As already mentioned, the presintered grinding wheel structure is dipped into a monomer in order to then be removed and further heated for the purpose of polymerizing the monomer after removal of the superfluous monomer droplets. In this case, the monomer penetrates into the deepest points through the capillary gaps between the abrasive material particles, dissolving the surfaces of the distributed synthetic resin particles in order to create a body or body with them.
to form a phase, and the binding process of the abrasive material particles is completed by transition to the solid state as the polymerization progresses.
Although only one monomer was used in the immersion annealing process in the aforementioned example, two or more types of monomers can also be used instead, and a plasticizer can be added if desired. In addition, a polymerization accelerator can be used to increase the production rate.
Slightly porous products can be obtained, if so desired, by adding foaming agents or by rapidly increasing the temperature.
The monomer is used in the state of a low-grade polymerized product, since a low viscosity is suitable for the tempering process due to a previous low-grade polymerization.
Some specific examples of the manufacturing process are given below.
<I> Example 1 </I> 5 g silicon carbide (grain size 1000) and 2 g polymethyl methacrylate particles are evenly mixed together, placed in a metallic mold, heated to 140 C, cooled to room temperature under a pressure of about 100 kgicm2 and the structure finished taken out of the metallic form.
The intermediate product pre-sintered in this way is immersed in monomethyl methacrylate to a low degree, after impregnation with the same, and the excess monomer is allowed to drip off the product, whereupon the intermediate product is completely polymerized and solidified in a bath whose temperature is kept at 50-100 C, thereby obtaining the final product.
<I> Example 2 </I> 6 g of cerium oxide and 3 g of methyl methacrylate and butyl methacrylate copolymer particles are pre-sintered as in Example 1. The intermediate product is immersed in a low-grade polymer that has been obtained by mixing and dissolving 50 cm of monomethyl methacrylate, 5 cm 3 of monomethyl acrylate, 5 cm 3 of dibutyl phthalate and 0,
1 g of benzoyl peroxide, and the whole thing is completely polymerized in a bath kept thermostatically at a temperature of 80 ° C. after the excess low-grade polymer has been allowed to drip off. The desired degree of tempering can easily be obtained in this product by controlling the immersion time, the viscosity of the monomeric low-grade polymer, etc.
Diamond powder, boron carbide, silicon carbide, aluminum oxide, other metallic oxides etc. can be used as abrasive material particles, regardless of their grain size.
The binding resin particles can be either of a certain shape or not, and both polymeric resins, such as. B. methacrylic resin, styrene resin, vinyl resin, etc. as well as condensation synthetic resin such. Polyester resin, phenolic resin, urea resin, etc. can be used.
The compatibility between the synthetic resin particles and the low-polymerized polymer used in the annealing is not absolutely necessary, but poor compatibility can have a special effect on the product.
The compatibility of the plasticizer is also not so important. Therefore, the ranges for the selection of the synthetic resin, the monomer and the plasticizer, the latter two of which are used for tempering, are so wide that any synthetic resin can be used, so to speak.