DD156070A1 - METHOD AND MATERIAL FOR MAGNETIC-ABRASIVE WORKING OF WORKPIECES - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffes und einen Werkstoff fuer die magnetabrasive Bearbeitung. Das Ziel ist ein billiger, universell anwendbarer Werkstoff fuer hohe Abrasivleistungen und Oberflaechenqualitaet. Das Wesen der Erfindung ist die Herstellung und ein Werkstoff, der aus unerwuenschten Rueckstaenden bei der schmelztechnischen Korundherstellung erzeugt wird und insbesondere aus 64 Gewichtsteilen Eisen, 23 Gewichtsteilen Aluminiumoxid, 6 Gewichtsteilen Silizium und insbesondere aus insgesamt 7 Gewichtsteilen Titan, Kalzium, Magnesium, Kupfer und Mangan besteht, der eine spezifische Saettigungsmagnetisierung zwischen 1,0 und 1,5 mal 10 hoch -2 T cm hoch 3 g hoch -1 und eine Koerzitivfeldstaerke zwischen 1,5 und 2 mal 10 hoch 3 A m hoch -1 aufweist und der in einer Korngroesse zwischen 20 und 350 mym bei Magnetfeldern einer Induktion in Luft zwischen 0,2 und 2,0 Tesla zur Bearbeitung von Werkstoffen verwendet wird. Anwendungsgebiete sind ferro-, para- und diamagnetische Werkstuecke, deren Oberflaechen und/oder Kanten abrasiv bearbeitet werden, beispielsweise Zahnflanken und/oder an ihnen haftender Grat.The invention relates to a method for producing a material and a material for the magnetabrasive machining. The goal is a cheap, universally applicable material for high abrasives and surface quality. The essence of the invention is the production and a material which is produced from undesirable residues in the melted corundum production and in particular from 64 parts by weight of iron, 23 parts by weight of alumina, 6 parts by weight of silicon and in particular of 7 parts by weight of titanium, calcium, magnesium, copper and manganese which has a specific Saettigungsmagnetisierung between 1.0 and 1.5 times 10 high -2 T cm high 3 g high -1 and a coercive field strength between 1.5 and 2 times 10 high 3 A m high -1 and has in one Grain size between 20 and 350 microns in magnetic fields of an induction in air between 0.2 and 2.0 Tesla is used for machining materials. Areas of application are ferro-, para- and diamagnetic workpieces, the surfaces and / or edges of which are abraded, for example tooth flanks and / or burrs adhering to them.
Description
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffes und einen Werkstoff zur magnetabrasiven Bearbeitung, von Werkstücken aller Art, Ge-stalt und OberfIachenform·, insbesondere zur Erhöhung der Abtragsleistung und der Oberflächenqualität solcher Werkstücke. - . - 'The invention relates to a method for producing a material and a material for magnetabrasive machining of workpieces of all kinds, shape and OberfIachenform ·, in particular to increase the removal rate and the surface quality of such workpieces. -. - '
.Charakteristik der bekannten, technischen,,Lösungen * · ' - ·..Ch arak teristik the known technical "solutions * · '- ·.
Bekannt ist ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffes und ein Werkstoff zur magnetabrasiven Bearbeitung von Werkstücken, der aus einer Mischung unterschiedlicher Gewichtsprozente (z.B. 20 bis 30 %) Elektrokorund (AIgOo) und unterschiedlicher Gewichtsprozente (z.B. 80 bis 70 %) technischem Eisen (Fe) besteht.Known is a method for producing a material and a material for magnetabrasive machining of workpieces, which consists of a mixture of different weight percent (eg 20 to 30 %) electrocorundum (AlgOo) and different weight percentages (eg 80 to 70 %) of technical iron (Fe) ,
Zur Herstellung dieses Materials werden zuerst Eisen und Aluminiumoxid in definierten Ausgangskorngroßen hergestellt bzw. durch einen Mahlprozeß erzeugt und gesiebt. Danach werden beide Komponenten in gleichen oder unterschiedlichen Gewichtsprozenten miteinander gemischt. Im'Anschluß daran wird diese Mischung bei unterschiedlichen Temperaturen (z.B. 1100 0C bis 1200 0C) in bestimmter Atmosphäre (z.B. reduzierende H2-Atmosphäre) gesintert. Das so entstandene Sinterprodukt wird dann in Walzenbrechern j Kugelmühlen o.a. zerkleinert bzw. gemahlen ^ und zuletzt auf die für den Abrasivvorgang erforderliche Korngröße ausgesiebt. 'To produce this material, iron and alumina are first produced in defined starting grain sizes or produced and sieved by a grinding process. Thereafter, both components are mixed in equal or different percentages by weight. Im 'connection thereto, this mixture is sintered at different temperatures (eg 1100 0 C to 1200 0 C) in a certain atmosphere (eg reducing H 2 atmosphere). The resulting sintered product is then comminuted or ground in roll crushers, j ball mills, and finally sifted to the grain size required for the abrasive process. '
Der entscheidende Nachteil dieses Abrasivmittels liegt in dem aufwendigen Herstellungsverfahren, das teuer und energieintensiv ist. Die eingesetzten Werkst offkomponenten müssen sowohl vor'als auch nach dem Sinterprozeß durch aufwendige Zer-The decisive disadvantage of this abrasive is the complex manufacturing process, which is expensive and energy-intensive. The off-set components used must be replaced by complex decomposition both before and after the sintering process.
kleinerungs- bzvi?* Mahlprozesse und sich anschließende Siebprozesse für die Erzeugung der erforderlichen jeweils auch unterschiedlichen Korngrößen aufbereitet werden.kleinerungs- bzvi? * milling processes and subsequent screening processes for the production of the required in each case also different grain sizes are processed.
Ein weiterer wesentlicher Nachteil besteht darin, daß die ferromagnetische Matrix aus weichem Eisen besteht und sowohl die erzielbaren Abtragleistungen als auch die erreichbaren Oberflächenqualitäten relativ gering sind.Another significant disadvantage is that the ferromagnetic matrix is made of soft iron and both the achievable removal rates and the achievable surface qualities are relatively low.
Hinzukommt, daß sich während der Bearbeitung eines Werkstückes bereits nach relativ kurzer Bearbeitungsdauer die Elektrokorundteilchen von den Eisenteilchen lösen, und damit die weitere magnetabrasive Bearbeitung der Werkstückoberfläche zum Erliegen kommt. , In addition, dissolve during processing of a workpiece after a relatively short processing time, the Elektrokorundteilchen from the iron particles, and thus the further magnetabrasive processing of the workpiece surface comes to a standstill. .
Um vor allem den zuletzt genannten Nachteil zu beseitigens wurden im Urheberschein Nr„ 476970 der UdSSR ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffes und ein Werkstoff für das magnetabrasive Bearbeiten von 'Werkstücken vorgeschlagene - . ..;,:In order especially to eliminate the disadvantage latter s a process for the production of a material and a material for the magnetabrasive Editing 'workpieces proposed were in the author's certificate number "476970 USSR -. ..;,:
Bei diesem.Verfahren werden die diamagnetischen Eiektrokorundteilchen? die das Abrasivmedium darstellen, metallisiert, d.h. mit einem ferromagnetischen Material oberflächenbeschichtets z.B. auf chemischem Wege, und danach werden 40 bis 60 Gewichtsprozent dieses beschichteten Elektrokorunds mit 60 bis 40 Gewichtsprozent technisch reinem Eisen gemischt und als Abrasivwerkstoff für die magnetabrasive Bearbeitung verwendet«In this method, the diamagnetic Eikorkorundteilchen ? representing the abrasive medium, metallized, that is, with a ferromagnetic material surface-coated s, for example, chemically, and then 40 to 60 weight percent of said coated Elektrokorunds be mixed with 60 to 40 weight percent of commercially pure iron and used as Abrasivwerkstoff for magnetabrasive machining "
Nachteilig ist jedoch? daß die chemische Oberflächenbeschichtung z.B. auf galvanischem Wege ebenfalls aufwendig und energieintensiv ist j daß die Spitzen, Ecken und Kanten der Korundteilchen durch die Beschichtung gerundet werden, daß dadurch der Abrasiveffekt gemindert wird und daß zugleich die Oberfläche wesentlich weicher wird, als die Elektrokorundteilchen ohne Beschichtung, daß sich diese Oberfläche schnell abnutzt und der- beabsichtigte Effekt bereits nach kurzer Bearbeitungsdauer wiederum wegfällt» - The disadvantage, however, is ? that the chemical surface coating is also expensive and energy-intensive by way of galvanization j that the tips, corners and edges of the corundum particles are rounded by the coating, thereby reducing the abrasive effect and at the same time making the surface substantially softer than the electrocorundum particles without coating, that this surface wears off quickly and the intended effect disappears again after a short processing time »
Das Ziel der Erfindung ist die Beseitigung; der Nachteile der bisher- bekannten Verfahren bei der Herstellung von Werkstoffen für eine magnetabrasive Bearbeitung von Werkstücken»The object of the invention is the elimination; the disadvantages of the previously known methods in the production of materials for a magnetabrasive machining of workpieces »
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Werkstoffes und einen Werkstoff zur magnetabrasiven Bearbeitung von Werkstücken aller Art, insbesondere zur Erhöhung der Abtragsleistung und der Oberflächenqualität zu schaffen, dessen Herstellung einfach und billig ist, dessen Ausgangsmaterialien möglichst als Abfallprodukt anfallen und dessen Eigenschaften, wie Härte, Kornstruktur, spezifische Sättigungsmagnetisierung und. Koerzitivfeidstärke in solchen Bereichen liegen, die gut für die magnetabrasive Bearbeitung geeignet sind.The invention has for its object to provide a method for producing a material and a material for magnetabrasive machining of workpieces of all kinds, especially for increasing the removal rate and the surface quality, whose production is simple and inexpensive, the starting materials as possible incurred as a waste product and its Properties, such as hardness, grain structure, specific saturation magnetization and. Coercive field strengths are in those ranges that are well suited for magnetabrasive machining.
wird bei dem Verfahren erfindungsgemäß ;dadurch -.-.λ..·,,.u·- gelöst, daß solche bei der schmelztechnischen Korundherstel-;, -v lung anfallenden stark eisenhaltigen und hierbei5 unerwünschten5 Λ "< Rückstände, die vorzugsweise aus etwa 50 bis 80 Gewichtspro- : j5ent-:Eise.n ,<Fe) ,- aus 15 bis 30- Gewichtsprozent Aluminiumoxid;; λ,;.; ο ro (Al2Oo) und aus 3 bis 9 Gewichtsprozent Silizium (Si) r ggf. zu- ..;„ sätzlich aus 0,5 bis 12 Gewichtsprozent geeigneten anderen -Werkstoffen wie insbesondere Titan (Ti)-, Kalzium (Ca), Magnesium (Mg), Kupfer (Cu) und Mangan (Mn) bestehen, während und/ oder nach dem für die Korundherstellung erforderlichen Zerkleinerungsprozeß und vorzugsweise magnetischem Abscheideprozeß gesammelt bzw. aufgefangen und/oder aussortiert werden, daß von diesen danach zur Erhöhung des Reinheitsgrades des Werkstoffes das im losen Zustand befindliche Al2Oo und andere nichtferromagnetische Stoffe abgeschieden werden, z.B. durch nochmalige Magnetscheidung und/oder Flotation und/oder Blasluft, und daß danach die verbleibenden Rückstände bzw. der Werkstoff in solche Korngrößen gesiebt oder zerkleinert werden bzw. wird, die für die jeweilige magnetabrasive Bearbeitung und Bearbeitungsqualität erforderlich sind.dissolved in the melt that technical Korundherstel- ;, -v lung "those obtained iron-rich, and in this case undesired 5 5 Λ <residues, preferably - characterized -.- .. λ · ,, · .u; in the method according to the invention. from about 50 to 80% by weight: iron, <Fe), - from 15 to 30% by weight of aluminum oxide; λ,;,; ro (Al 2 Oo) and from 3 to 9% by weight of silicon (Si ) r where applicable, plus ..; 'additionally from 0.5 to 12 percent by weight of other suitable -Werkstoffen such as in particular titanium (Ti) -, calcium (Ca), magnesium (Mg), of copper (Cu) and manganese (Mn) during, and / or after the crushing process and preferably magnetic separation process required for the production of corundum are collected or collected and / or sorted out that are thereafter to increase the degree of purity of the material in the loose state Al 2 Oo and other non-ferromagnetic substances are deposited , eg by repeated magnet divorce and / or flotation and / or blowing air, and that thereafter the remaining residues or the material are sieved or crushed into such grain sizes, which are required for the respective magnetabrasive processing and processing quality.
Ausführungsbeispiel . ''' · Embodiment. '' '·
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment.
Bei der magnetabrasiven Bearbeitung von Werkstücken, unabhängig davon, ob diese ferromagnetisch sind, also beispielsweise ausIn the magnetabrasive machining of workpieces, regardless of whether they are ferromagnetic, so for example
4 II/OOQ 3 4 II / OOQ 3
Stahl und/oder Nickel bestehen, oder ob sie ferromagnetisch sind, also z.B, aus Aluminium oder Messing bestehen, hat sich immer wieder ergeben, daß die entsprechenden Verfahren zur Herstellung der Abrasivmittel und die danach hergestellten abra siven Werkstoffe den Anforderungen in der Praxis nicht gerecht wurden, weil eine universelle Anwendbarkeit bei gleichzeitiger hoher Abtragsleistung und Oberflächenqualität und außerdem eine billige Herstellung bei geringen Kosten der Ausgangswerkstoffe niemals mit ein- und demselben Werkstoff realisierbar war. · . . .Steel and / or nickel exist, or whether they are ferromagnetic, ie, for example, consist of aluminum or brass, it has been found time and again that the corresponding process for the preparation of the abrasive and abra siven materials produced after that do not meet the requirements in practice were because universal applicability with high removal rate and surface quality and also a cheap production at low cost of the starting materials was never feasible with one and the same material. ·. , ,
Aus diesem Grunde wurden Möglichkeiten untersucht, den erfindungsgemäßen Werkstoff aus Abfällen zu erzeugen und so billig aufzubereiten und in Abhängigkeit seiner magnetischen leerte so zu -beeinflussen und anzuwenden,. daß jeweils die vorgenannten bzw» optimalen Abrasivergebnisse erzielt werden«.' .For this reason, ways were investigated to produce the material according to the invention from waste and thus to prepare cheap and so-influence and apply depending on its magnetic emissions,. that in each case the aforementioned or "optimal abrasion results are achieved." ,
Nach umfangreicher Ideensuche wurde schließlich festgestellt, daß solche bei der schmelztechnischen Korundherstellung anfal- !enden, -stark eisenhaltigen und hierbei unerwünschten Rück- .' stände in vorteilhafter Weise dann verwendet werden können, wenn diese aus etwa 50 bis 80 Gewichtsteilen Eisen (Pe), aus 15-30 Gewichtsteilen Aluminiumoxid (AIoO-,) und aus 3-*9 Gewichtsteilen Aluminiumoxid (AIpO-,) und aus 3-9 Gewichtsteilen Silizium (Si) gegebenenfalls zusätzlich aus bis zu 12 Gewichtsteilen geeigneten anderen Elementen ·., wie insbesondere Titan (Ti), Kalzium (Ca), Magnesium (Mg), Kupfer (Cu) und Mangan (Mn), bestehen, und wenn diese Rückstände bzw« Mischung während und/ oder nach dem für die Korundherstellung erforderlichen Zerkleinerungsprozeß und vorzugsweise magnetischem Abscheideprozeß gesammelt bzw. aufgefangen und/oder aussortiert werden»After extensive search for ideas was finally found that such in the melting technical corundum anfal-! Ends, strong iron-containing and this undesirable back. ' can advantageously be used if these consist of about 50 to 80 parts by weight of iron (Pe), 15-30 parts by weight of aluminum oxide (AloO-) and 3-9 parts by weight of aluminum oxide (AIpO-) and of 3 to 9 parts by weight. 9 parts by weight of silicon (Si) optionally additionally of up to 12 parts by weight of other suitable elements, such as in particular titanium (Ti), calcium (Ca), magnesium (Mg), copper (Cu) and manganese (Mn), and if these residues or "mixture during and / or after the comminution process required for the production of corundum and preferably magnetic separation process collected or collected and / or sorted out"
Vorteilhafterweise werden von diesen Rückständen bzw, dieser Mischung insbesondere zur Erhöhung ihres Reinheitsgrades bzw» des erfindungsgemäßen Werkstoffes das im losen Zustand befindliche Aluminiumoxid (AIgOo) und andere nichtferromagnetische Stoffe abgeschieden, z.B. durch nochmalige Magnetabscheidung und/oder Flotation, und/oder Blasluft« Der nunmehr erzeugte Werkstoff wird anschließend in, solche Korngrößen gesiebt oder zerkleinert, die.für die.jeweilige abrasive Bearbeitung und. BearbeituLigsquali·tat erforderlich sind«Advantageously, of these residues or of this mixture, in particular to increase their degree of purity or of the material according to the invention, the dissolved alumina (AlgOo) and other non-ferromagnetic substances are deposited, e.g. by repeated magnetic separation and / or flotation, and / or blown air. The material now produced is then sieved or comminuted in such particle sizes, for the respective abrasive processing and. Machining skills are required «
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Auf diese Weise wird also nur ein sehr billiger Abrasivwerkstoff erzeugt, der universell für hohe Abtragsleistungen und Oberflächenqualitäten in Abhängigkeit seiner erzeugten Korngrößen, seiner magnetabrasiven Parameter und der hierfür optimierten magnetischen Verfahrensparameter, wie insbesondere der Induktion, anwendbar ist.In this way, therefore, only a very inexpensive abrasive material is produced, which is universally applicable for high removal rates and surface qualities depending on its grain sizes produced, its magnetabrasiven parameters and optimized for this purpose magnetic process parameters, in particular induction.
Erfindungsgemäß hat sich weiterhin herausgestellt, daß optimale Ergebnisse bei der magnetabrasiven Bearbeitung von Werkstükken insbesondere dann erzielt werden können, wenn der Werkstoff insbesondere aus ca. 64 Gewichtsteilen Eisen (Fe), ca. 23 Gewichtsteilen Aluminiumoxid (AIpOo)und ca. 6 Gewichtsteilen Silizium (Si) besteht und wenn diesem als vorteilhafte Anwendung noch ca. bis 12 Gewichtsteile geeignete andere Elemente, insbesondere insgesamt ca. 7 Gewichtsteile Titan (Ti), Kalcium (Ca), Magnesium (Mg), Zupfer (Cu) und Mangan (Mn) beigegeben werden.According to the invention, it has further been found that optimum results can be achieved in the magnetabrasive machining of workpieces, in particular if the material consists in particular of about 64 parts by weight of iron (Fe), about 23 parts by weight of aluminum oxide (AIpOo) and about 6 parts by weight of silicon ( Si) and if this as an advantageous application still about 12 parts by weight of other suitable elements, in particular a total of about 7 parts by weight of titanium (Ti), calcium (Ca), magnesium (Mg), copper plating (Cu) and manganese (Mn) added become.
Weiterhin hat sich herausgestellt, daß der erfindungsgemäße Werkstoff für die magnetabrasive Bearbeitung von ferromagnetischen und auch nichtferromagnetischen Werkstücken dann verwandt werden kann, wenn dieser in Korngrößen zwischen ca. 20 /Um und etwa 350/Um hergestellt wird.Furthermore, it has been found that the material according to the invention for the magnetic abrasive machining of ferromagnetic and non-ferromagnetic workpieces can then be used when this is produced in particle sizes between about 20 / Um and about 350 / Um.
Als Werkstoff für die magnetabrasive Bearbeitung von vierkstücken aller Art besteht dieser vorzugsweise aus solchen Rückständen der schmelztechnischen Korundherstellung, dieAs a material for the magnetabrasive processing of vierkstücken of all kinds, this preferably consists of such residues of the melting technology corundum production, the
- ca. 64 Gewichtsteile Fe- about 64 parts by weight of Fe
- ca. 23 Gewichtsteile- about 23 parts by weight
- ca. 23 Gewichtsteile Al2Oo- About 23 parts by weight Al 2 Oo
- ca. 6 Gewichtsteile Si und insgesamt- About 6 parts by weight of Si and total
- ca. 7 Gewichtsteile Ti, Ca, Mg, Cu und Mn, gegebenenfalls- About 7 parts by weight of Ti, Ca, Mg, Cu and Mn, optionally
auch weitere Elemente geringer Konzentration, enthalten und die jeweils anwendungsfallabhängig auf die genannten Korngrößen ausgesondert und/oder zerkleinert werden, wobei die spezifische Sättigungsmagnetisierung 6" = tj^t des Werkstoffes zwischen 1,0 und 1,5 . 10 T cnr g und seine Koerzitivfeldstärke HQ zwischen 1,5 und 2 . 10^ Am"""1 liegt.also contain other elements of low concentration, and which, depending on the application, are separated out and / or comminuted to the mentioned particle sizes, the specific saturation magnetization 6 "= tj ^ t of the material between 1.0 and 1.5, 10 T cnr g and its coercive field strength H Q is between 1.5 and 2.10 ^ Am """ 1 .
Dieser Werkstoff wird dann zur Bearbeitung zwischen Vferkstück und Magnetpolanordnung gebracht un"d durch solche Magnetfelder beeinflußt, die eine Induktion B in -Luft zwischen ca. 0,2 bis ca. 2,0 Tesla (T) aufweisen. Auf diese .Weise ist ein sehr billiger, universell anwendbarer Werkstoff und ein sehr billigesThis material is then placed between the Vferkstück and Magnetpolanordnung for processing and is influenced by such magnetic fields having an induction B in-air between about 0.2 to about 2.0 Tesla (T) very cheap, universally applicable material and a very cheap one
fa?fa?
Verfahren zn seiner Herstellung'insbesondere aus Abfallpro dukten, entwickelt worden, mit dem Werkstücke aller Art in vorteilhafter Weise bearbeitet und auch entgratet werden können» ·Processes for its production have been developed, in particular from waste products, with which workpieces of all kinds can be advantageously processed and also deburred.
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