DE1544643C3 - Schleifkörper, insbesondere für elektrolytisches Schleifen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schleifkörper insbesondere für elektrolytisches Schleifen, der sich aus einem wärmeleitfähigen Pulver, Kunstharz-Bindemitteln und dem Schleifwerkstoff zusammensetzt.

Beim elektrolytischen Schleifen müssen sowohl die den Schleifkörper bildende Masse als auch das Werkstück elektrisch leitfähig sein, während der eigentliche Schleifwerkstoff, dessen Partikel aus der Oberfläche des Schleifkörpers herausragen, elektrisch isolierend wirken müssen, um die Gefahr von Kurzschlüssen auszuschließen. Bisher erwiesen sich im wesentlichen nur solche Schleifkörper für das elektrolytische Schleifen brauchbar, bei denen als Bindemittel für den Schleifkörper Sintermetallpulver verwendet wurde. Versuche, keramische Schleifscheiben mit einer leitfähigen Substanz zu versehen oder Schleifkörper aus einer Mischung von Kunstharz und Graphit aufzubauen, führten zu keinen befriedigenden Ergebnissen. Schleifkörper mit Kunstharz-Bindemittel bringen den weiteren Nachteil mit sich, daß die beim Schleifen, insbesondere von sehr harten Materialien, erzeugte Wärme durch die Kunstharz-Bindung nicht in ausreichendem Maße abgeführt werden kann, und deshalb die Partikel des Schleifwerkstoffs sich vorzeitig aus ihrer Bindung lösen und die Standfestigkeit des Körpers erheblich beeinträchtigen.

Ausgehend von der Erkenntnis (FR-PS 72398), daß eine physikalische Größe, beispielsweise die thermische Expansion in einem zusammengesetzten Werkstoff, direkt von den spezifischen Werten dieser Größe beeinflußt wird, die den einzelnen in den zusammengesetzten Werkstoff eingebrachten Stoffen eigen ist, hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, diese zusammengesetzte Wirkung der Einflüsse, insbesondere des wärmeleitfähigen Pulvers und der Kunstharz-Bindemittel, weitgehend zu beseitigen, da sie schwer zu kontrollieren und zu beeinflussen ist.

Die Aufgabe wird dadurch gelöst, daß der Schleifkörper aus 70 bis 80 Gewichtsprozent Metallpulver mit einer Wärmeleitfähigkeit von 0,500 cal/cmVcm/ sec/ ° C oder mehr und einem elektrischen Widerstand von weniger als 3 μΩ/cm bei 68° C, 8 bis 16 Gewichtsprozent Kunstharz-Bindemitteln und dem Rest Schleifwerkstoff besteht.

Soweit der Schleifkörper in bekannter Weise aus einer Tragscheibe und einem auf deren Umfang aufgesetzten Ring besteht, soll nach der Erfindung die Tragscheibe zu 80 bis 95 Gewichtsprozent aus den wärmeleitfähigen Materialien Kuper und Silber und der Rest aus Kunstharz-Bindemitteln bestehen. Der Pulveranteil der Scheibe kann dabei vorteilhaft 92 Gewichtsprozent betragen.

Bei dieser Zusammensetzung wird im Schleifkörper eine zusammenhängende Art von Metall-Matrix, die sich aus dem Metallpulver bildet, geschaffen. Diese Matrix behält ihre Wärmeleitfähigkeit und die entsprechende elektrische Leitfähigkeit des Ausgangsstoffes auch im Schleifkörper bei, so daß beim Arbeiten mit dem Schleifkörper, besonders beim elektrolytischen Schleifen, diese beiden physikalischen Größen maßgebend sind. Die physikalische Festigkeit des Körpers ergibt sich dagegen aus dem ebenfalls eine zusammenhängende Matrix bildenden Kunstharz- =5 Bindemittel-Bestandteil.

Es wird also ein Schleifkörper geschaffen, in dem zusammenhängende Matrizen zweier einander physikalisch unähnlicher Stoffe, beispielsweise Kupfer und Kunstharz, in- und durcheinandergreifen, wobei die besonderen physikalischen Eigenschaften des jeweiligen Stoffes als Eigenschaften des Schleifkörpers selbst zur Wirkung kommen, d. h., von der einen Matrix werden dem Schleifkörper die physikalischen Eigenschaften der guten thermischen Leitfähigkeit und der elektrischen Leitfähigkeit mitgegeben, während die andere Matrix der erstgenannten als eine Art Haltegerüst dient und dem gesamten Schleifkörper die notwendige Festigkeit verleiht.

Versuche haben gezeigt, daß die erwähnten zusammenhängenden Matrizen beider Stoffarten sich in wirksamer Weise nur dann bilden, wenn für deren Zusammensetzung der von der Erfindung ermittelte Bereich eingehalten wird. Nur in diesem Bereich erhält der Schleifkörper die erwünschte Kombination von hoher Wärmeleitfähigkeit und elektrischer Leitfähigkeit bei entsprechend mechanischer Festigkeit. _

Herstellung und Ergebnisse von Anwendungsversuchen der erfindungsgemäßen Schleifkörper werden nachstehend in Verbindung mit den Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in perspektivischer Darstellung eine Schleifscheibe und in

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie H-II durch Fig. 1.

Die Schleifscheibe 10 weist eine Tragscheibe 11 mit einem Außenring 12 mit der den Schleifvorgang bewirkenden äußeren Fläche 14 auf.

Als wärmeleitfähige Metallpulver können rein metallische Pulver oder auch Pulver aus Metall-Legierungen verwendet werden. Der Schleifwerkstoff kann aus Diamanten oder anderen Werkstoffen, wie beispielsweise geschmolzenem, natürlichem oder gesintertem Aluminium, Schmirgel, Schleifoxyden oder Hartcarbiden bestehen Als Bindemittel eignet sich Phenol-Formaldehyd-Harz oder anderes Kunstharz, wie es für Schleifscheiben Verwendung findet.

Für die Herstellung einer Tragscheibe, die trotz der Kunstharz-Bindung elektrisch leitfähig ist, werden 80

bis 95 Gewichtsprozent Kupferpulver mit einem geeigneten Benetzungsmittel gründlich gemischt und dann der entsprechenden Menge Kunstharz von 20 bis 5 Gewichtsprozent zugemischt. Die Mischung wird über zwei Stunden bei 106° C in einer flachen Pfanne vorgetrocknet und anschließend in körnigem Zustand in die gewünschte Form eingebracht, warmgepreßt und 21 Stunden bei einer Temperatur von nicht über 204° C getrocknet. Nach dem Trocknen wird die Scheibe auf die gewünschten genauen Abmessungen gebracht und vor dem Zusammenbau mit dem Ring mit Zement überzogen.

Bei Herstellung des Rings wird Kupfer-Pulver von 70 bis 85 Gewichtsprozent mit dem Schleifmittel von 20 bis 1 Gewichtsprozent gründlich gemischt, das Benetzungsmittel hinzugegeben und dann das pulverisierte Harz mit 16 bis 8 Gewichtsprozent hinzugemischt. Diese Mischung wird auf die Tragscheibe 11 aufgebracht, ebenfalls warm gepreßt und über den gleichen Zeitraum und bei der gleichen Temperatur wie der Tragring getrocknet.

Statt der Verwendung eines den Schleifwerkstoff enthaltenden Ringes kann auch eine einstückige Scheibe in Schleifwerkstoff enthaltender Zusammensetzung hergestellt werden.

Bei einem Vergleich des Schleifscheiben-Verschleißes pro Zeiteinheit zwischen bekannten Schleifscheibenausbildungen und denen nach der Erfindung ergaben sich für bekannte Schleifscheiben Werte zwischen 0,119 und 0,208 mm und für Schleifscheiben nach der Erfindung solche von 0,00508 bis 0,02032 mm.

Beim Schleifen von Hartmetall-Werkzeugen wurden unter gleichen Bedingungen mit Scheiben bekannter Ausbildung 1960 Werkstücke und mi ι Scheiben nach der Erfindung 2862 Stücke fertiggestellt. Beim Gratschleifen stand einer durchschnittlichen Lebensdauer üblicher Schleifscheiben von 37,2 Stunden eine Lebensdauer von 58,5 Stunden der Scheiben nach der Erfindung gegenüber. Beim Schleifen von Hartmetallsägen stand die Zahl von 20000 Spitzen der von 35000 Spitzen gegenüber.

Beim Glasschleifen zeigt die Scheibe nach der Erfindung zwar keine Vorteile gegenüber Scheiben herkömmlicher Bauart, was die Lebensdauer und die Schnittgeschwindigkeit angeht, jedoch sind die erzielten Schnitte völlig glatt und gratfrei.

Bei einem Vergleich der Eigenschaften beim elektrolytischen Schleifen wurde eine normale harzgebundene Schleifscheibe mit einem 120 Schleifdiamanten enthaltenden Ring verwendet, wobei Ring und Tragscheibe Kupferpulver enthielten. Die Drehzahl der Scheibe betrug 3450 U/min. Es wurde Wolfram-Karbid unter Flutkühlung geschliffen. Das Werkstück war ein dreieckiges Prisma mit 12,7 mm Dreiecksseitenlänge und 50,8 mm Höhe. Bei Anwendung einer üblichen, metallgebundenen Schleifscheibe und einer Stromdichte von 3 Volt und 30 Ampere betrug die Werkstückabnahme 0,09 cm³/min. Bei Anwendung der Schleifscheibe nach der Erfindung unter den gleichen Bedingungen ergab sich nur eine unwesentliche Zunahme der Werkstückabnahme in Höhe von etwa 5 Prozent. Anschließend wurde dann die Schleifscheibe nach der Erfindung unter Erhöhung der

ίο Stromdichte auf 10 Volt bei 115 Ampere angewandt, d. h. unter Bedingungen, bei denen eine normale Schleifscheibe wegen der übermäßigen Funkenbildung nicht mehr verwendbar war; hierbei ergab sich eine Steigerung der Werkstückabnahme um über 80

Prozent, das heißt auf 0,16 cmVmin. Ein meßbarer Verschleiß der Scheibe trat dabei nicht auf.

Im Rahmen eines weiteren Vergleichs wurde eine Scheibe mit Aluminiumoxyd als Schleifwerkstoff verwendet. Der Durchmesser der Scheibe betrug 203,2 mm bei 28,57 mm Schleifflächenbreite und einer Bohrung von 7,62 mm. Es wurden 400 rostfreie Stahlstücke geschliffen mit einer Flächenschleifmaschine, deren Scheibenumfangsgeschwindigkeit 1524 m/min betrug. Das Schleifen fand bei elektrolytischer Flutkühlung statt. Die Werkstücke waren 28,5 mm breit und hatten einen Radius von 17,4 mm. Die Werkstückdicke betrug 0,3 mm und das Ziel des Schleifens war, einen glatten, vollständig gratfreien Finish bei 0,2 mm zu erreichen. Bei der Verwendung üblicher Scheiben mit Metall-Bindung ist es notwendig, die Scheibe mittels eines Abrichtdiamanten genau auf die Schablone einzuschleifen, was etwa zwei Stunden in Anspruch nimmt, während die Scheibe nach der Erfindung in etwa 4 Minuten auf die gewünschte Form abgezogen werden konnte. Die erzielten Oberflächenqualitäten waren denen, die mit üblichen Scheiben erzielt wurden, gleichwertig. Ein meßbarer Verschleiß ließ sich an der Scheibe nicht feststellen.

Die Scheibe nach der Erfindung ist sowohl für übliches Schleifen als auch für elektrolytisches Schleifen geeignet. Beim elektrolytischen Schleifen können erheblich höhere Stromdichten als bei herkömmlichen Scheiben ohne Lichtbogen- und Funkenbildung angewendet werden, wodurch sich die Werkstückabnahme erheblich erhöht. Ferner kann die Scheibe leichter als übliche Scheiben auf die gewünschte Form abgezogen werden.

Es hat sich ferner noch gezeigt, daß Scheiben nach der Erfindung bis zu dreifach schwerer ausgebildet sein können als übliche Scheiben gleicher Größe. Diese Gewichtserhöhung führt, wie sich beim praktischen Betrieb gezeigt hat, zu einer Dämpfung der Maschinenvibration, die sich wiederum vorteilhaft auf die Güte der Schleiffläche auswirkt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schleifkörper insbesondere für elektrolytisches Schleifen, zusammengesetzt aus einem wärmeleitfähigen Pulver, Kunstharz-Bindemitteln und Schleifwerkstoff, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung aus 70 bis 80 Gewichtsprozent Metallpulver mit einer Wärmeleitfähigkeit von 0,500 cal /cnr/cm/sec/⁰ C oder mehr und einem elektrischen Widerstand von weniger als 3 μΩ/cm bei 68° C, 8 bis 16 Gewichtsprozent Kunstharz-Bindemitteln und dem Rest Schleifwerkstoff besteht.

2. Schleifkörper nach Anspruch 1, bestehend aus einer Tragscheibe und einem auf deren Umfang aufgesetzten den Schleifwerkstoff enthaltenden Ring, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragscheibe (11) zu 80 bis 95 Gewichtsprozent aus den wärmeleitfähigen Materialien Kupfer und Silber und der Rest aus Kunstharz-Bindemitteln besteht.

3. Schleifscheibe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Pulveranteil in der Scheibe (11) 92 Gewichtsprozent beträgt.