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Feinschleif- oder Polierkörper und Verfahren zu seiner Herstellung
Bei der Oberflächenbearbeitung von Präzisionswerkstücken sind zur Erzielung der
gewünschten Oberfläche mehrere Arbeitsgänge notwendig, die sich normalerweise in
einen Schleif- und in einen Poliervorgang aufteilen lassen. Beim Schleifen wird
meistens mit starr gebundenen Schleifmitteln gearbeitet, d. h., das körnige Schleifmittel,
wie Korund, Siliziumcarbid, Diamant usw., ist auf einem Schleifmittelträger, beispielsweise
eine Schleifscheibe oder einem Schleifband, aufgeklebt. Während des Schleifvorganges
werden die einzelnen Körner abgenutzt, wodurch die Schleifleistung absinkt und infolge
der nun erhöhten Reibung der Schleifkörner diese aus ihrem Verband im Schleifmittelträger
allmählich herausgerissen werden. Da es insbesondere bei Schleifscheiben mit sehr
feiner Körnung, wie sie zum Feinschleifen verwendet werden, außerordentlich schwierig
ist, die Korngröße aller Teilchen genau gleich zu halten, kommt es vor, daß vorzugsweise
gröbere herausgerissene Teilchen Riefen auf der zu bearbeitenden Oberfläche erzeugen,
die nur dadurch beseitigt werden können, daß die ganze Oberfläche erneut, und zwar
bis auf die Tiefe dieser Riefen abgetragen wird. Nachdem bei diesem fortgesetzten
Feinschleifprozeß erneut auch gröbere Körnchen ausbrechen können, läßt sich mit
diesem Verfahren eine hochwertige Oberfläche nicht erzielen. Deswegen verwendet
man im allgemeinen zum Feinschleifen und noch mehr zum Polieren sogenannte lose
und lose gebundene, also bewegliche Schleifmittel, das sind mehr oder weniger pulverförmige
Schleifmittel, die in einer Flüssigkeit aufgeschlämmt oder auf Trägerkörpern beweglich
befestigt sind. Besondere Schwierigkeiten ergeben sich naturgemäß beim Bearbeiten
von Glasflächen, falls diese eine hohe Präzision aufweisen müssen, wie es bei optischen
Linsen u. dgl. der Fall ist. Solche Glasflächen werden meistens zuerst durch sogenanntes
Glasfräsen bearbeitet, das mit Hilfe von diamantbesetzten Schleifwerkzeugen, also
mit starr gebundenen Schleifmitteln erfolgt. Die bei diesem Arbeitsgang in der Glasoberfläche
erzeugten Riefen werden anschließend durch ein- oder mehrmaliges Schleifen mit losem
Korn, d. h. mit z. B. in Wasser aufgeschlämmten Schleifmitteln, wie Elektrokoründ
oder Siliziumcarbid, beseitigt. Die Glasfläche besitzt nach dem Schleifvorgang ein
mattscheibenartiges Aussehen und wird erst durch den folgenden Poliervorgang durchsichtig
und glänzend. Dieser Poliervorgang wird mit lose gebundenem Korn durchgeführt, wobei
der Poliermittelträger mit einem nachgiebigen Stoff, wie z. B. Pech überzogen ist,
in den sich die Poliermittelteilchen elastisch einbetten. Um eine einwandfreie polierte
Oberfläche zu erhalten, ist es notwendig, daß alle Poliermittelteilchen die gleiche
Korngröße haben, was bei Korngrößen unter 1 Mikron sehr schwierig zu erreichen ist.
Etwas größere Teilchen, die beim Polieren aus dem nachgiebigen Poliermittelträger
zufällig herausgerissen werden, erzeugen auf der Glasoberfläche neue Riefen, die
nur sehr schwer wieder entfernt werden können und meist eine Endbearbeitung von
Hand erfordern.
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Diese Nachteile können an sich bei einem Feinschleif- und Polierkörper
nicht eintreten, der in einem Bindemittel eingebettete Schleifkörperchen mit einem
Verhältnis der Länge zum Durchmesser von mindestens 10:1 enthält, da hierbei die
Schleifkörperchen fest auf ihrer ganzen Oberfläche von dem Bindemittel umgeben und
dadurch fest in ihm verankert sind, so daß ein Herausbrechen nicht zu befürchten
ist. Bei einem bekannten Schleifkörper dieser Art werden als Schleifkörperchen Glasfasern
verwendet. Dieser Werkstoff hat den Nachteil, daß er sehr spröde ist und schon bei
geringer Beanspruchung bricht. Dieser bekannte Schleifkörper ist daher praktisch
nur für Radierzwecke, nicht jedoch für industrielle Zwecke brauchbar, da die abgebrochenen
Glasfaserteilchen Riefen auf der zu polierenden Oberfläche erzeugen und somit ebenso
nachteilig wirken wie die aus dem Schleifmittelträger herausgerissenen Schleifkörner
bei den üblichen Schleifscheiben.
Der Erfinder hat sich die Aufgabe
gestellt, einen Feinschleif- oder Polierkörper mit in einem Bindemittel eingebetteten
stab- oder fadenförmigen Schleifkörperchen mit einem Verhältnis der Länge zum Durchmesser
von mindestens 10: 1 zu schaffen, dem die geschilderten Nachteile nicht anhaften.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als -Schleifkörperchen Whisker
hoher Festigkeit verwendet werden. Unter dem Begriff »Whisker« werden dabei mono-
oder polykristalline Fäden aus Metallen oder Metallverbindungen verstanden, die
sich durch eine außerordentlich große Festigkeit auszeichnen. Die Verwendung derartiger
Whisker zur Verstärkung von weniger festen Werkstoffen, z. B. durch Einlagerung
in eine Matrix, ist bekannt. Bei der Erfindung dagegen werden solche Whisker zur
Werkstoffabtragung verwendet, wobei sich gegenüber der Verwendung von Glasfasern
der Vorteil ergibt, daß die Whisker jedenfalls bei den beim Schleifen oder Polieren
auftretenden Kräften nicht abbrechen, so daß die Gefahr des Entstehens von Schleifriefen
durch abgebrochene Teilchen nicht besteht.
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Es ist zwar bekannt, in eine Schleifscheibe Metalldrahtstückchen oder
auch Stahlwolle einzubetten. Dies erfolgt jedoch ausschließlich zu dem Zweck, die
beim Schleifvorgang auftretende Wärme von der Schleiffläche in das Innere der Schleifscheibe
abzuführen, während der Schleifvorgang selbst mit Hilfe des üblichen kornförmigen
Schleifmittels, z. B. Aluminiumoxyd, durchgeführt wird, das gleichmäßig in dem Schleifmittelträger
verteilt ist und durch die ungenügende Verankerung in dem Schleifmittelträger der
Gefahr des Herausbrechens ausgesetzt ist.
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Da die Whisker einen sehr kleinen Querschnitt haben, der in der Größenordnung
von 10-smm2 liegen kann, ist die Lage der Whisker in dem Bindemittel für den Schleif-
bzw. Poliervorgang an sich ohne Bedeutung. Um jedoch eine möglichst große Oberfläche
für das Festhalten der Whisker in dem Bindemittel bei möglichst kleinem mechanisch
an- . greifendem Querschnitt zur Verfügung zu haben, ist es zweckmäßig, die Whisker
in bekannter Weise parallel zueinander und senkrecht zur Arbeitsfläche anzuordnen.
Auf diese Weise wird erreicht, daß bis auf die Stirnflächen der Whisker die gesamte
Oberfläche von dem Bindemittel umschlossen ist.
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Als besonders geeignet haben sich Whisker aus Fe, A1203 oder Fe203,
nitrierte Whisker sowie Whisker aus Wolfram, Molybdän oder Titancarbid erwiesen,
die, falls sie nicht selbst aus magnetischem ; Material bestehen, mit einem Metall
überzogen werden können, um eine Ausrichtung parallel zueinander und senkrecht zur
Arbeitsfläche mit Hilfe eines Magnetfeldes zu ermöglichen, wie dies für andere Schleifkörperchen
bereits bekannt ist.
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An Stelle von Whiskern können erfindungsgemäß als Schleifkörperchen
auch Blättchenkristalle mit anisotropen Festigkeits- bzw. Härteeigenschaften verwendet
werden, die mit ihren gleitfähigen Gitterebenen senkrecht zur Arbeitsfläche angeordnet
sind. i Hierfür eignen sich besonders Molybdändisulfidpartikeln und natürliche Blättchengraphitpartikeln.
Diese Stoffe, die normalerweise als Schmiermittel Verwendung finden, haben senkrecht
zu ihren gleitfähigen Gitterebenen eine beträchtliche Härte, die z. B. im Fall von
Blättchengraphit derjenigen von Diamant entspricht. Voraussetzung für die Verwendung
dieser Stoffe als Schleifkörperchen ist naturgemäß, daß die Blättchenkristalle mit
ihren gleitfähigen Gitterebenen senkrecht zur Arbeitsfläche angeordnet werden, was
in an sich bekannter Weise mit Hilfe eines Magnetfeldes erreicht werden kann, wobei
nicht magnetisierbare Blättchenkristalle vorher in an sich ebenfalls bekannter Weise
mit einem entsprechenden Metall überzogen werden müssen. Während Molybdändisulfid
stets in Form von Blättchenkristallen vorliegt, ist bei Graphit nur natürlicher
Blättchengraphit verwendbar, da Kunstgraphit isotrope Festigkeits- und Härteeigenschaften
hat, sich also nicht in einer bestimmten Richtung ausrichten läßt.
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Es sind aus Quarz, Aluminiumoxyd oder Siliciumcarbid bestehende Schleifkörner
für Schleifkörper beliebiger Form bekannt, wobei auf die Oberfläche der Schleifkörner
kolloidaler, isotroper, spröder, kristalliner Kohlenstoff aufgeklebt wird, um die
Schleifwirkung zu verbessern. Zusätzlich kann hierbei auf die Oberfläche der Schleifkörner
natürlicher Graphit aufgeklebt oder aufgeschmiert werden, um die beim Schleifen
auftretende Wärme gering zu halten und eine hochwertige Oberfläche an dem zu bearbeitenden
Werkstück zu erhalten. Selbst wenn durch den aufgeklebten Kohlenstoff die Schleifwirkung
verbessert werden sollte, wird die Werkstoffabtragung praktisch ausschließlich von
den Schleifkörnern selbst durchgeführt. Sowohl die Schleifkörner als auch der aufgeklebte
kristalline Kohlenstoff sind nur über einen geringen Teil ihrer Oberfläche in dem
Bindemittel gehalten, so daß auch hier die Gefahr des Ausbrechens einzelner Teilchen
besteht.
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Als Bindemitel haben sich bekannte Kunststoffe, wie Athoxilin- und
Polyesterharze, gut bewährt.
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Die Herstellung des erfindungsgemäßen Schleif-oder Polierkörpers kann
dadurch erfolgen, daß in bekannter Weise in einem Gefäß die magnetisierbaren, gegebenenfalls
mit einem entsprechenden Metallüberzug zu versehenden Stab- oder blättchenförmigen
Schleifkörperchen, also Whisker oder metallüberzogene Blättchenkristalle aus natürlichem
Blättchengraphit oder Molybdändisulfid, die einen Durchmesser bzw. eine Dicke von
weniger als 50 #tm haben, durch ein Magnetfeld parallel zueinander und senkrecht
zu der künftigen Arbeitsfläche ausgerichtet und in dieser Lage durch das Bindemittel
fixiert werden. Das Bindemittel, z. B. das vorher erwähnte Polyesterharz, wird beispielsweise
in flüssigem Zustand in das Gefäß eingebracht oder eingedampft und fixiert nach
dem Erstarren die Schleifkörperchen in der durch das Magnetfeld bestimmten Lage.
Das gleiche Ergebnis kann dadurch erzielt werden, daß die magnetisierbaren Schleifkörperchen
in das noch flüssige Bindemittel eingebracht werden und dieses Gemisch der Wirkung
eines Magnetfeldes ausgesetzt wird, wodurch die Schleifkörperchen in der vorher
beschriebenen Weise ausgerichtet und in dieser Lage durch das erstarrende Bindemittel
fixiert werden. Um eine größere Konzentration der Schleifkörperchen zu erzielen,
kann der Abstand der Schleifkörperchen voneinander nach dem Ausrichten durch das
Magnetfeld, aber vor dem Erstarren des Bindemittels durch Druck senkrecht zur Längsrichtung
der Schleifkörperchen, also parallel zur Arbeitsfläche, verringert werden. Dies
kann in der Praxis dadurch erfolgen, daß die Seitenwände des Gefäßes zum Teil verschiebbar
ausgeführt sind. Die Schleifkörperchen bleiben bei diesem Vorgang in ihrer zueinander
parallelen
Lage und ordnen sich auf Grund des ihnen anhaftenden
Magnetismus im wesentlichen in gleichem Abstand voneinander.
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Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Polierkörpers ist
in der Zeichnung im Schnitt dargestellt. Der Polierkörper 1 besteht aus einem erhärtbaren
Kunststoff 2 geringerer Festigkeit, in den stab-oder haarförmige Schleifkörperchen
3, z. B. sogenannte Whisker, eingebettet sind, die eine hohe Festigkeit und Härte
haben. Beim Polieren wird der Kunststoff 2 an der Stirnfläche 4 stärker abgetragen
als die Schleifkörperchen 3, so daß diese stets geringfügig vorstehen. Die abgetragenen
Kunststoffteilchen werden durch die beim Polieren normalerweise verwendete Flüssigkeit
abgeführt.