DE1652914A1

DE1652914A1 - Schleifwerkzeug und Verfahren zu dessen Herstellung

Info

Publication number: DE1652914A1
Application number: DE19681652914
Authority: DE
Inventors: Hollstrom Gunnar E; Blackmer Paul W
Original assignee: Norton Co
Current assignee: Saint Gobain Abrasives Inc
Priority date: 1967-02-23
Filing date: 1968-02-23
Publication date: 1971-04-29
Also published as: SE346724B; US3540162A; FR1553617A; GB1177191A

Description

8 MÜNCHEN 9O

DR.ING. F. WtTESTHOFF schWEI^hsthass, * DIPL. ING. G. PULS ^{TlMMK 8a Οβ 51} DR.E.V.PECHMANN ΐηίβωΜίω,Βί PJOTtOTPlTIST PATENTANWÄLTE

»B.-ING. D. BEHBENS. ^) ^529 1 4

1A-34 260

Beschreibung

zu der Patentanmeldung

NORTON COMPANY,
Worcester, Massachusetts, U.S.A.

betreffend
Schleifwerkzeug und Verfahren zu dessen Herstellung.

Die Erfindung bezieht sich auf Schleifwerkzeuge, die unter Verwendung von Siliziumkarbid, Diamanten und Körnern aus Metalloxyden hergestellt werden, sowie auf Verfahren zum Herstellen solcher Werkzeuge· Insbesondere betrifft die Erfindung ein Diamantschleifwerkzeug mit einem chemisch neutralen füllmaterial und einer Matrix, die aus einem metallischen Bindematerial besteht·

Der Stand der Technik bezüglich der Verwendung von Schleifwerkzeugen, der zu verwendenden Rohstoffe, der Qualitäten Vorschriften und der Herstellung von Diamantsohleifwerkzeugen unter Verwendung von Bindemitteln geht aus der von Kirk-Otbmer veröffentlichten Encyclopedia of Chemical Technology, zweite Auflage, Band 1, Seite 25, 28, 31 bie 33, 37 und 38 sowie Band 4, Seite 293 und 301 hervir.

Bei der Herstellung von gebundenen Diamantsohleifwerkzeugen können sowohl natürliche als auoh synthetische Diamanten verwendet werden, und derartige Erzeugnisse werden in «reter

109818/0404

linie als gebundene Diamantsegmente verwendet, die auf [Dragkörpern oder Naben so angeordnet werden, daß man Diamantschleifscheiben oder Diamantkreissägen erhält. Es sind Diamant· schleifscheiben erhältlich, bei denen die Größe der Diamantkörner in einem Bereich liegt, der durch Siebe mit 16 bis 2000 Maschen je Zoll (16 to 2000 mesh) bestimmt istf der bevorzugte Kerngrößenbereich liegt zwischen 46 und 400 Maschen je Zoll (46 to 400 mesh). Die Korngröße wird jeweils mit Hilfe von Sieben nach amerikanischer Norm ermittelt. Derartige Diamantschleifscheiben sind mit den Standardkonzentrationen von 25» 50, 75 und 100 erhältlich, wobei die Konzentration 100 einem Volumenanteil der Diamanten von 25$ entspricht, während die Konzentration 50 einem Volumenanteil der Diamanten von 12,5$ entspricht, usw.

Bei einer bestimmten Anwendungsform gebundener Diamantschleifscheiben wird die Arbeitsfläche der Schleifscheibe während der Herstellung mit einem Profil versehen, das der Form entspricht, mit der ein Werkstück versehen werden soll. Ein bekanntes Verfahren dieser Art ist in dem U.S.A.-Patent 3 288 580 beschrieben. Die nach diesem Verfahren hergestellte Schleifscheibe ist jedoch insbesondere tür Präzisionsschleifarbeiten bestimmt, und sie besitzt nur eine einzige Schicht aus Diamanten· Wenn sich diese Schicht abgenutzt hat, ist die Schleifscheibe daher nicht mehr brauchbar·

Im Hinblick auf die gemäß dem Stande der Technik bestehenden Einschränkungen besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, ein gebundenes Diamanteohleifwerkzeug bzw. Erzeugnis

109818/(U(H

-3- Ί6&29Η

zu schaffen, das mit einer dickeren Diamantschicht versehen ist.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Schaffung eines Diamantschleiferzeugnisses, z.B. einer Schleifscheibe, das mit einer profilierten Schleiffläche versehen ist.

Ferner sieht die Erfindung ein gebundenes Diamantschleifwerkzeug vor, das ein chemisch neutrales Füllmaterial umfaßt, dessen !Teilchen die gleiche Größe haben wie die Diamanten und die Diamantschichten voneinander trennen, wobei außerdem eine Verbindungsmatrix vorgesehen ist, die aus einem Spritzoder Druckgußmetall besteht«

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung.

Das erfindungsgemäße gebundene Schleifwerkzeug wird dadurch zu einer Schleifscheibe geformt, daß zuerst mit Hilfe einer maschinellen Bearbeitung ein äußerer Formring aus einer Aluminiumlegierung hergestellt wird. Ein zweites Bauteil, das später den Tragkörper der Schleifscheibe bildet, wird innerhalb des Formrings konzentrisch mit diesem so angeordnet, daß zwischen dem Formring und dem zweiten Bauteil ein ringförmiger Zwischenraum verbleibt. Wenn die Umfangsflache der fertigen Schleifscheibe profiliert werden soll, wird die Innenfläche des Formrings durch eine maschinelle Bearbeitung entsprechend profiliert. Auch der Tragkörper, der später die Nabe der Schleifscheibe bildet, wird entsprechend dem gewünschten Profil ebenfalls maschinell bearbeitet; diese Nabe kann

109818/ruO'·

16629U

kann als Scheibe aus einer Aluminiumlegierung hergestellt und in dem Formring konzentrisch mit diesem angeordnet werden. Bei normalen Schleifscheiben mit zylindrischer Umfangsfläehe wird der Formring, durch den die Form des die Diamanten enthaltenden Teils bestimmt wird, mit einer zylindrischen Innenfläche versehen, und in diesem Fall hat auch die Umfangsflache des liabenteils eine im wesentlichen zylindrische Form.

Wenn das einen kleineren Durchmesser aufweisende Nabenteil in dem Formring konzentrisch mit diesem angeordnet wird, begrenzen die beiden '-i-'eile einen ringförmigen Eaum von bekanntem Volumen, der bei einem weiteren Arbeitsschritt mit einem Material gefüllt wird, das die Diamantkörner enthält, um die Schleifscheibe fertigzustellen. Das Gewicht der Diamantkörner, das für eine bestimmte Diamantenkonzentration benötigt wird, wird für das so gegebene Volumen berechnet. Auch das Gewicht der 'feilchen aus einer Aluminiumlegierung sowie von 'feilchen aus Antimon, die benötigt werden, um den verbleibenden Eaum auszufüllen, wird berechnet. Die Aluminiumlegierung wird vorzugsweise in einem Volumenverhältnis von zwei Raumteilen Aluminium auf ein Raumteil Antimon verwendet. Die leuchen aus der Aluminiumlegierung und die Antimonteilchen werden so gesiebt, daß sich die gleiche Korngröße ergibt, die für die Diamantkörner gewählt wurde; dann werden die entsprechenden Mengen an Diamantkörnern, Teilchen aus der Aluminiumlegierung und Antimonteilchen abgemessen, und die Materialien werden in einer drehbaren Trommel gemischt; das SQ erhaltene Gemisch wird in den freien. Raum zwischen dem Wabenteil und dem Formring geschüttet.

1 0 9 8 1 8 / Π Λ 0 a

1662914

Die Teilchen aus der Aluminiumlegierung und die Antimonteilchen, welche die gleiche Korngröße gaben wie die Diamanten, bewirken, daß die Diamanten gleichmäßig in dem .Ringraum zwischen dem Ifabenteil und dem lormring verteilt werden. Nachdem die Diamantkörner in der beschriebenen Weise angeordnet worden sind, wird die !form in eine Spritz- oder Druckgießmaschine eingebaut, und ein geschmolzenes Metall wird in den üingraum zwischen dem iOrmring und dem Itfabenteil eingerührt, um die Hohlräume zwischen den Diamantkörnern und den nicht als Schleifmittel wirkenden FüllmaterialkÖrnern auszufüllenο

Dann wird der ü'orinring entfernt, um die Außenfläche der Schleifscheibe freizulegen, und das Habenteil bzw. das Mittelstüok der Form wird maschinell bearbeitet bzw. mit einer Bohrung versehen, so daß die Schleifscheibe in der üblichen Weise von der Habe einer Schleifmaschine aufgenommen werden kann. Hunmehr Kann die Diamantsohleifscheibe endgültig fertiggestellt werden, wobei die Arbeitsfläche der Schleifscheibe gebrauchsfertig gemacht wird, bevor die Scheibe geprüft und zu dem Versand gebracht wird.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematisolier Zeichnungen an einem Ausfünrungsbeispiel näher erläutert.

fig. 1 zeigt in einem vergrößerten Seilschnitt den Diamanten enthaltenden ^x'eil einer erfindungsgemäßen Schleifscheibe und läßt die Berührungsfläche zwischen dem das Schleifmittel enthaltenden ^xeil und dem Nabenteil erkennen,

i09818/rU04

Fig. 2 ist ein Teilschnitt durch einen Formring zum Herstellen der Schleifscheibe nach üig. 1.

Pig. 3 ist ein Teilschnitt durch einen Formring, der mit dem Mittelstück der Form bzw. dem Uabenteil vereinigt ist, wobei der Raum zwischen diesen beiden Teilen mit Schleifmittelkörner gefüllt ist, zwiscüen denen ein Füllmaterial verteilt ist.

Mg. 4 zeigt in einem Teilschnitt eine fertige Schleifscheibe nach der Erfindung.

In Fig. 1 erkennt man den das Schleifmittel enthaltenden Teil 2 einer Schleifscheibe, der an einer Schleifscheibennabe 1 befestigt ist. Der das Schleifmittel enthaltende Teil besitzt eine profilierte Schleif- oder Arbeitsfläche 3, während das imbenteil 1 an seinem Umfang mit einer profilierten und geriffelten Fläche 4 versehen ist. Die Schleifmittelkörner 5, bei denen es sich vorzugsweise um Diamantkörner nandelt, werden durch ein Bindematerial 6 in ihrer Lage genalten, wobei das Bindematerial Füllstoffteilchen 13 enthält.

G-emäß Fig_f 2 besitzt der äußere Formring 7 eine zur Lagebestimmung dienende Bohrung 8, einen Hohlraum 9 und eine profilierte Innenfläche 10. Ein Verfahren zum Herstellen der Form, ziun Vereinigen der i'orm mit dem iiabenteil und zum Durchführen des Arbeitsgangs zum Einspritzen eines flüssigen Metalls ist in dem U.S.A.-Patent 3 2üö 530 beschrieben· In Fig. 3 ist der Mittelteil 11 der Form mit seinem zur Lagebe-

109818/rUtH

_ ₇ _ 1B529H

Destimmung dienenden zapfenförmigen Abschnitt 12 in den äußeren Jformring eingesetzt worden. Zwischen dem Mittelteil der Form und dem Formung sind die Schleifmittelkörner 5 und die nicht als Schleifmittel wirkenden FüTlmaterialteilchen verteilt.

Die fertige Schleifscheibe nach Fig. 1 ist in Fig. in einem Kleineren Maßstabe dargestellt, und man erkennt, daß die Habe 1 mit einer zentralen Aufnahmebohrung 14 versehen worden ist.

Der äußere Formring Y nach der Erfindung wird vorzugsweise mit Hilfe einer maschinellen Bearbeitung aus einer billigen Xluminiumknetlegierung hergestellt, die als hauptsächliche Legierungselemente Kupfer und Magnesium sowie kleinere Mengen von Eisen, Uiekel und Titan enthält. Ein Schneidwerkzeug aus Schnellarbeitsstahl mit einem seitlichen Spanwinkel von 3° und einem Stirnwintel von 15° bis 25° icann dazu benutzt werden, die viand 10 des Formrings auf einer tferkzeugmacherdrehbank in der gewünschten Weise zu profilieren_o

Der Hittelteil der Form wird vorzugsweise aus dem gleichen Material hergestellt wie der Formring, doch sei bemerkt, daß man in manenen Fällen auch bekannte Materialüompdisitionen für Diamantschleifscneiben verwenden kann«.

Die verwendeten Schleifmittelkörner können aus Siliziumkarbid, Äluminiumoxyd oder anderen bekannten Schleifmitteln bestenen, doch werden gemäß der Erfindung vorzugsweise Diamanten verwendet, bei denen es sich um Naturdiamanten oder

1 0 9 8 1 8 / η /. o /·.

-Q- 16S29H

um künstliche Diamanten handeln kann; die Körnungsnummer (grit) der Diamanten liegt zwischen etwa 80 und 200, wobei insbesondere eine Körnungsnummer von 100 bevorzugt wird. Neben den genormten Diamantenkonzentrationen von 25» 50, 75 und 100 eignen sich die erfindungsgemäßen Diamantwerkzeuge insbesondere für Diamantenkonzentrationen bis zu 200, d.h. bis zu 50 Volumenprozent. Es sei jedoch bemerkt, daß sich die Erfindung auch in einem Konzentrationsbereich von bis zu 300 bzw* 75 Volumenprozent anwenden läßt.

Bei dem neutralen Füllmaterial des die Diamanten enthaltenden !Teils handelt es sich vorzugsweise um ein Gemisch von Spänen, die durch Verkleinern und Sieben der Späne gewonnen werden, welche bei der Bearbeitung des lOrmrings entstehen; diese Späne werden mit pulverförmigen Antimon gemischt. Das Volumenverhältnis zwischen dem Pulver aus der Aluminiumlegierung und dem Antimonpulver beträgt vorzugsweise 2:1. Die neutralen Füllstoffe werden so gesiebt, daß ihre Korngröße der Korngröße der verwendeten Diamanten entspricht, damit sich die Diamanten gleichmäßig über alle !Teile des Gemisches verteilen und sich nicht aus einem locker gepackten Gemisch absetzen·

Die Spritzgußlegierung, die vorzugsweise als Bindemittel für den die Diamanten enthaltenden Teil der Schleifscheibe verwendet wird, umfaßt vorzugsweise 65 $ einer bekannten Zinkspritzgußlegierung, die die Kupfer und Aluminium als die hauptsächlichen Legierungselemente enthält, ferner etwa 32 $> Kadmium und etwa 3 % eines handelsüblichen Silberlots. Gemäß der Erfindung wird als Bindemittel eine Legierung

1 0 9 8 1 8 / 0 k 0 L

-9- 1B629U

verwendet, deren Schmelzpunkt tiefer liegt als der Schmelzpunkt des neutralen Füllmaterials, und daher ist es möglich, auch andere Legierungen zu verwenden, die den gestellten Anforderungen entsprechen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Formen eines DiamantsenleifWerkzeugs wird der Formring ? so bearbeitet, daß er die aus Fig. 2 ersichtliche Form erhält. Bann wird das Mittelstüek 11 der form hergestellt, das an seiner ümfangsflache vorzugsweise ein Profil erhält, welches dem Profil des Formrings entspricht; dieses Mittelstüek wird dann in den Formring eingesetzt. Das Gemisch aus den Diamanten 6 und dem neutralen Füllmaterial 13» die beide annähernd die gleiche Teilchengröße aufweisen, wird dann in den Hohlraum zwischen dem Mittelstüek 11 und dem Formring 7 geschüttet. Dieser üohlraum oder Spalt kann bei einer Schleifscheibe mit einer zylindrischen ümfangsflache zweckmäßig eine Breite von etwa 3>2 mm erhalten, und bei einer profilierten Schleifscheibe sieht man einen entsprechenden Rauminhalt des Spaltes oder Hohlraums vor. Das mit Hilfe einer Mischtrommel hergestellte G-emisch aus Diamantkörnern und neutralen Teilchen kann in den üpalt dadurch eingeführt werden, daß man die zusammengesetzte ii'orm dreht, nachdem das locker gepackte Gemisch aus Diamantkörnern und neutralen Teilchen gleichmäßig verteilt worden ist, werden diese Materialien dadurch miteinander sowie mit dem Mittelstüek 11 verbunden, daß man die zusammengesetzte Form in eine Spritzgießvorrichtung einbaut und dem Spalt ein geschmolzenes Spritzgußmetall zuführt, um die Poren zwischen den Diamantkornern und den Teilchen des Füllmaterials auszufüllen·

16S29U

Danach wird, die gefüllte !Form abgekühlt» und der äußere Formring 7 wird durch eine geeignete maschinelle Bearbeitung oder auf andere Weise entfernt. Hierauf wird der zur Lagebe— stimBtung dienende Zapfenabschnitt 12 des Mittelstücks (fig. 5) mit Hilfe einer maschinellen Bearbeitung beseitigt, und das Mittelstück wird mit der zentralen Befestigungsbohrung 14 versehen, so daß man eine Schleifscheibe der in Fig. 4 gezeigten Art erhält.

Ss sei bemerkt, daß sich die Erfindung neben Schleifscheiben auch auf andere gebundene Schleifmittelerzeugnisse bezieht. Die gemäß der Erfindung hergestellten Diamantwerkzeuge sind dadurch gekennzeichnet, daß sie lange Zeit hindurch zur Ausführung von üchleifarbeiten benutzt werden können, wobei es nur in einem geringen Ausmaß erforderlich ist, darauf zu achten, daß die Arbeitsfläche ihre richtige tform behält. Wenn sich jedoch beim Gebrauch die Profilform einer erfindungsgemäßen schleifscheibe verändert, kann man ein beliebiges geeignetes Verfahren zum Abrichten von Schleifscheiben anwenden, um die ursprüngliche Profilform wieder herzustellen, so daß sich die Benutzungsdauer der Schleifscheibe entsprechend verlängert.

Es sei bemerkt, daß man bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel die verschiedensten Abänderungen und •Abwandlungen vorsehen kann, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.

Patentansprüche; 109818/040«

Claims

Patentansprüche

1. Schleifwerkzeug, bestehend aus einem drehbaren Werkzeugträger und einem mit ihm verbundenen Schleifkörper aus gebundenem Schleifkorn bestimmter Körnungsnummer, dadurch gekennzeichnet , daß der Schleifkörper (2) ein neutrales Eüllkorn (13) etwa der gleichen Körnungsnummer wie das Schleifkorn (5) und als den Zwischenraum zwischen den Körnern ausfüllendes Bindemittel (6) ein Spritzgußmetall enthält.

2. Schleifwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Schleifkorn (5) aus Diamant besteht und eine Körnungsnummer von etwa 80 - 200 hat·

3. Schleifwerkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das diamantene Schleifkorn (5) eine Körnungsnummer von etwa 100 hat.

4. Schleifwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 - 3 , dadurch gekennzeichnet , daß das Füllkorn (13) eine Mischung aus Körnern einer Aluminiumlegierung und aus Antimonkörnern ist.

109818/0404

_#_ Ί6629Η

5. Schleifwerkzeug „naeh. einem der Ansprüche 1-4» dadurch gekennzeichnet , daß der Schmelzpunkt des Bindemittels (6) tiefer liegt als der Schmelzpunkt des Füllkorns (13).

6. Verfahren zum Herstellen eines Schleifwerkzeugs nach einem der Ansprüche 1-5» dadurch gekennzeichnet , daß eine Mischung aus dem Schleifkorn und dem Füllkorn in an sich bekannter Weise in den Hohlraum einer Druckgußform, welche durch den Werkzeugträger und an weiteren die äußere Gestalt des Schleifkörpers bestimmenden Formkörper gebildet ist,und anschließend das metallische Spritzgußbindemittel durch Druckgießen eingebracht und nach Abkühlung und Verbindung des Schleifkörpers mit dem Werkzeugträger das Schleifwerkzeug aus dem Formkörper herausgenommen und ggf. nachbearbeitet wird.

109818/rU(U