DE1652916B2

DE1652916B2 - Schleifscheibe

Info

Publication number: DE1652916B2
Application number: DE1652916A
Authority: DE
Inventors: Chester Griswold West Chester Pa. Bragaw (V.St.A.)
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1966-11-02
Filing date: 1967-11-02
Publication date: 1978-11-30
Also published as: DE1652916A1; GB1188678A; GB1195114A; US3471276A; SE335231B; BE705978A; CH484982A; CH457177A; SE333103B; BE705977A; DE1652916C3

Description

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Die Erfindung betrifft eine Schleifscheibe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einer aus der US-PS 3179 631 bekannten Schleifscheibe nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 wird für den Schleifbelag der Schleifscheibe ein festes, koalesziertes, aromatisches Kunstharz verwendet, das eine hohe Festigkeit und eine hohe Temperaturbeständigkeit aufweist Unter »Koaleszenz« wird in diesem Zusammenhang ein »Verschmelzen« eines aromatischen Polyimidharzpulvers zu einer Form infolge einer Kombinationseinwirkung von Wärme und Druck bei einer Temperatur unterhalb des Kristallschmelzpunkts des Polyimids verstanden, wobei die Kristallstruktur und Form der ursprünglichen Harzpulverteilchen im wesentlichen nicht gestört werden. Diese Schleifscheiben besaßen den Nachteil, daß der Schleifkörper an den Kanten splitterte, seine Kittkraft verliert und vom Kern an jenen Stellen abblätterte, wo der Schleifkörper beim Gebrauch dünn geworden war. Infolgedessen wurde die Schleifscheibe unbrauchbar, wobei ein Teil des darin enthaltenen Diamantschleifmaterials verlorenging. Zudem flogen die abgelösten Stücke von der Scheibe mit hoher Geschwindigkeit fort und gefährdeten die Personen, welche die Schleifscheibe benutzten.

Einer aus der GB-PS 5 46 697 bekannte Schleifscheibe ist aus Segmemten aufgebaut, von denen jedes mit einem schwalbenschwanzförmigen Fuß hergestellt wird, damit es im Kern der Schleifscheibe verankert werden kann, wodurch das Problem der Verformung während des Trocknens und Sinterns der keramischen Matrix einer einstückigen Schleifscheibe vermieden werden soll. Bei dieser Schleifscheibe bestehen die Segmente aus Schleifkorn und Bindemittel, wobei das Schleifkorn mindestens teilweise aus Diamant besteht, welcher dann in der Nähe der Oberfläche des Sehleifbelags konzentriert ist.

Der Eiändung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schleifscheibe zu schaffen, bei welcher das Diamantschleifmaterial vollständig ausgenützt werden kann und keine Gefährdung von Personen durch abgelöste Scheibenstücke besteht

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Kennzeichens des Patentanspruchs 1 gelöst

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung ist eine Ablösung eines dünn gewordenen Schleifkörpers nicht mehr möglich, so daß alle im Schleifkörper enthaltenen Diamantkörner restlos ausgenützt werden können.

Die Verwendung einer diamantkornfreien Zwischenschicht zwischen dem Schleifbelag und dem Kern der Schleifscheibe ist an sich aus der US-PS 32 71911 bekannt, jedoch erfolgt in der bekannten Anordnung die Verwendung eines Zwischenrings aus Phenolharzen lediglich deshalb, um die Montage des Schleifkörpers auf dem Kern zu erleichtern. In der bekannten Anordnung wird die Schleifkörperschicht auf einem inneren Ring aufgegossen, der dann auf den Durchmesser des Kems ausgeschnitten und auf diesen aufgebracht wird.

,Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend näher beschrieben.

Der Schleifbelag der erfindungsgemäßen Schleifscheibe besteht zu 90 bis SO VoI.-% aus einem festen, verschmolzenen, aromatischen Polyimid und zu 10 bis 35 Vol.-% aus Diamantkörnern.

Die Diamantkörner haben im allgemeinen Korngrößen von 10 bis 200 μ. Gegebenenfalls kann der Schleifbelag außerdem inerte Füllstoffe, wie Glas, Metallfasern, Metallpulver, Siliciumcarbid, Alundum, Molybdänsulfid oder Siliciumdioxyd, enthalten.

Die Zwischenschicht besteht aus einem synthetischen Harz mit einer Einfriertemperatur von mindestens 300⁰C und einem bei Raumtemperatur nach der ASTM-Prüfnorm D-790 bestimmten Elastizitätsmodul von mindestens 2200 N/mm². Solche Harze sind z. B. aromatische Polyimide, die unter der Einwirkung hoher Temperaturen und Drücke koaleszierbar sind, Novolak-Phenolharze, Polybenzimidazole, Polyamid-imide, Polyimine und Polybenzoxazole. Von diesen werden die aromatischen Polyimide und die Novolak-Phenolharze bevorzugt Wenn das Absplittern des äußeren Teiles des Verbundschleifkörpers in der wirksamsten Weise verhindert werden soll, soll die innere Schicht des Verbundschleifkörpers einen Elastizitätsmodul aufweisen, der nicht mehr als doppelt so groß ist wie der Elastizitätsmodul der äußeren Schicht desselben. Dies läßt sich durch Einlagern von Füllstoffen in die Masse erreichen, aus der die Zwischenschicht der Schleifscheibe hergestellt wird. Im allgemeinen verwendet man 10 bis 60Vol.-% Füllstoffe, bezogen auf die Gesamtmasse der Zwischenschicht, d.h. die Zwischenschicht enthält 90 bis 40Vol.-% Kunstharz. Geeignete Füllstoffe sind Aluminium oder sonstige Metallteilchen, Glas, Metallfasern, Siliciumcarbid, Aluminiumoxyd und Siliciumdioxyd. Wenn die Zwischenschicht aus einem Novolak-Phenolharz besteht, verwendet man zweckmäßig einen Füllstoff mit einem nach der ASTM-Prüfnorm D-790 bestimmten Elastizitätsmodul von weniger als 5300 N/mm², um den Elastizitätsmodul der Masse herabzusetzen. Zu solchen Füllstoffen gehören aromatische Polyimide und andere hochschmelzende Harze. Die Zwischenschicht ist im allgemeinen mindestens etwa 1,27 mm und vorzugsweise etwa 3,18 mm dick, um das Absplittern des Verbundschleifkörpers bei der Verwen-

dung zu verhindern. Bei größeren Dicken als 12,7 mm wird der Schleifkörper im Verhältnis zum Kern zu biegsam und neigt dazu, sich bei der Verwendung zu biegen und das Einhalten bestimmter Toleranzen des zu schleifenden Werkstückes zu erschweren.

Bei der Herstellung des Verbundschleifkörpers müssen die beiden Teile des Sculeifkörpers möglichst konzentrisch sein. Ein weiterer Vorteil des Verbundschleifkörpers ergibt sich aus der Verwendung von als Schleifmittel wirkenden Füllstoffen, wie Siliciumcarbid oder Aluminiumoxyd, zur Anpassung des Elastizitätsmoduls der Zwischenschicht an denjenigen des Schleifbelages. Die Zwischenschicht und der Schleifbelag brauchen aber nicht genau konzentrisch zu sein, da die Schleifscheibe nicht unbrauchbar wird, wenn die äußere Diamantschicht nicht abreibt und die schleifmittelhaltige Zwischenschicht freigelegt wird. Die vertreibende Diamantschicht kann dann immer noch verwendet werden, wenn auch mit verminderter Leistung, bis sie sich vollkommen abgenutzt hat Das Schleifmittel in der Zwischenschicht verhindert das Auskolken der Schleifscheibe und trägt auch oft selbst zur Schleifwirkung bei. Man kann zwar auch nicht als Schleifmittel wirkende Füllstoffe, wie Aluminiumpulver, verwenden, um den Elastizitätsmodul der Zwischenschicht zu steuern; diese sind jedoch weniger zu empfehlen. Die Freilegung der aluminiumhaltigen Schicht gegenüber der abzuschleifenden Oberfläche führt zum Vorschmieren und zum Auskolken der Schleifscheibe.

Der Werkstoff des Kerns soll einen Elastizitätsmodul von mindestens 44 200 N/mm² haben, was bedeutet, daß der Kern vorzugsweise aus einem Metall, wie Aluminium, besteht, das wesentlich steifer ist als das geformte Harz, aus dem der Schleifbelag und die Zwischenschicht besteht Jedoch können auch Kunstharzkerne verwendet werden, wenn ihr Elastizitätsmodul hoch genug ist, um ein Biegen, das zu Schwierigkeiten bei der Einhaltung der Toleranzen führt, zu verhindern.

Die Schleifscheiben gemäß der Erfindung haben im allgemeinen Durchmesser von 10 bis SO cm und eine Breite von 0,16 bis 2,54 cm.

Der Schleifbelag ist aus wirtschaftlichen Erwägungen hinsichtlich der Herstellungskosten der Schleifscheibe und der erforderlichen Menge an Schleifmaterial mindestens etwa 2,54 mm dick und soll im allgemeinen nicht dicker als etwa 6,35 mm sein, um ein Biegen zu vermeiden.

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Beispiel 1

Es werden zwei Kunstharzmassen hergestellt, indem man ein als Bindemittel dienendes lineares aromatisches Polyimidharz mit einer Einfriertemperatur von mehr als 500⁰C und einem bei Raumtemperatur bestimmten Elastizitätsmodul von mehr als 2460 N/mm², welches durch Umsetzung von 4,4'-Oxydianilin mit Pyromellithsäuredianhydrid gemäß der USA-Patentschrift 3249 588 hergestellt worden ist, mit (A) 25Vol.-% Diamantkörnern mit einer Korngröße von 84 μ und mit (B) 25Vol.-% Siliciumcarbidkörnern mit einer Korngröße von 125 μ vermischt Die Harzmasse (A) wird durch leichtes Verdichten bis zu einer Schichthöhe von 1,27 cm in einen Hohlraum gepreßt, der von einer kreisförmigen Form mit einem Durchmesser von 15.2 cm und einem Kern mit einem Durchmesser von 14,6 cm gebildet wird. Die Harzmasse (B) wird dann durch leichtes Verdichten bis zu einer Schichthöhe von 1,27 cm in den Hohlraum gepreßt, der zwischen dem Vorformling (A) und einem Kern mit einem Durchmesser von 14 cm gebildet wird. Der Verbundvorformling wird dann weiter unter einem Druck von 207 bar verdichtet Hierauf wird die Form mit dem Verbundvorformling auf 270⁰C erhitzt und unter einen Druck von 3450 bar gesetzt Der hierbei erhaltene Vorformling wird aus der Form herausgenommen und 16 Stunden im Vakuumofen auf 300°C erhitzt, um die Imidbildung des Harzes zu vervollständigea Hierauf wird der Vorformling 30 Minuten in einer inerten Atmosphäre bei 450⁰C frei gesintert Der so erhaltene Schleifkörper wird dann auf einen mit einem Epoxyharzkitt beschichteten Aluminiumkern aufgeschrumpft Nach dem Aushärten des Kittes wird die so erhaltene Diamantschleifscheibe in eine Schleifmaschine eingesetzt und zum Schleifen eines Werkstückes aus Wolframcarbid von 114 cm² unter Spülkühlung mit einer 2,7 %igen wäßrigen Lösung einer Schleiffflüssigkeit verwendet, bis der diamanthaltige Schleifkörper bis zur inneren, siliciumcarbidhaltigen Schicht abgenutzt ist Dieser Versuch erfolgt bei einer Umfangsgeschwindigkeit der Schleifscheibe von 1913 m/Min., einer Tischgeschwindigkeit von 15,2 m/Min., einem Tiefenvorschub von 0,0254 mm je Tischumsceuerung und einem Planvorschub von 2,54 mm je Arbeitsgang. Hierbei findet kein Absplittern des Schleifkörpers und keine Ablösung vom Kern statt

Beispiel 2

Dieses Beispiel erläutert eine Schleifscheibe, bei der der Schleifkörper nur aus einer einzigen diamanthaltigen Schicht besteht, also keine Zwischenschicht vorgesehen ist Es wird eine diamanthaltige Harzmasse hergestellt, indem man 25 Vol.-% Diamantkörner mit einer Korngröße von 125 μ und 75 Vol.-% eines aus 4,4'-Oxydianilin und Pyromellithsäuredianhydrid gemäß der USA-Patentschrift 32 49 588 hergestellten Polyimidharzes vermischt 18,62 g dieser Harzmasse werden durch Verdichten unter einem Druck von 275 bar um den Hohlraum zwischen einer kreisförmigen Form mit einem Durchmesser von 15,2 cm und einem Kern mit einem Durchmesser von 14,6 cm gepreßt Dann wird die Form mit Inhalt auf 300⁰C erhitzt und weiter unter einem Druck von 3450 bar verdichtet Der so erhaltene Vorformling wird dann 16 Stunden im Vakuumofen auf 300⁰C gehalten, um die Imidbildung des Harzes zu vervollständigen. Hierauf wird der Vorformling 25 Minuten in einer inerten Atmosphäre bei 450°C frei gesintert. Der so erhaltene Schleifkörper wird auf einen mit einem Epoxyharzkitt beschichteten Aluminiumkern aufgeschrumpft Durch Einwirkenlassen von Druck auf die einander gegenüberliegenden Flächen des Kerns mittels eines Paares von Eindruckgesenken mit erhabenen, ringförmigen Lagerflächen mit einem Ringdurchmesser von 10,2 cm und einem halbkreisförmigen Querschnitt mit einem Radius von 6,35 mm wird der Kern so stark ausgedehnt, daß die gesamte bleibende Deformation des Schleifkörpers 0,75% beträgt Dann wird der Kitt 2 Stunden bei 75°C ausgehärtet. Die Schleifscheibe wird in eine Schleifmaschine eingesetzt und zum Abschleifen der Oberfläche eines Werkstückes aus Wolframcarbid mit

einer Abmessung von 5,9 cm X 22,9 cm unter den folgenden Bedingungen verwendet:

Umfangsgeschwindigkeit: 1913 m/Min.

(4000 min"')

Tischgeschwindigkeit:

Tiefenvorschub:

Planvorschub:
Kühlung:

15,2 m/Min.
0,0254 mm je Tischumsteuerung
1,27 mm je Arbeitsgang

Spülung mit 2,7%iger
wäßriger Lösung
gemäß Beispiel 1.

Das Schleifverhältnis, d. h. das Verhältnis des Volumens des von dem Carbid abgeschliffenen Materials zu dem Volumen des von der Schleifscheibe abgeschliffenen Materials, wird für verschiedene Dicken des Schleif körpers bestimmt Vorher wurde die Schleifscheibe durch Abschleifen von Stahl jeweils auf die bei dem Versuch verwendete Dicke gebracht Die Ergebnisse finden sich in Tabelle I.

stellt worden ist, dann durch Verdichten unter einem Druck von 275 bar in den Hohlraum eingepreßt, der von dem Korn und dem zuvor verdichteten diamanthaltigen Vorformling gebildet wird. Die Form mit Inhalt wird dann auf 300°C erhitzt und weiter unter einem Druck von 3510 bar verdichtet Dieser Vorformling wird 16 Stunden im Vakuumofen auf 300^cC gehalten, um die Imidbildung des Harzes zu vervollständigen. Der VerbundvorfoTmling wird dann 25 Minuten in einer inerten Atmosphäre bei 450⁰C frei gesintert Der so erhaltene Verbundschleif körper wird auf einen mit Epoxyharzkitt beschichteten Aluminiumkern aufgeschrumpft Hierauf wird der Kern gemäß Beispiel 2 so stark ausgedehnt, daß die gesamte bleibende Deformation des Schleifkörpers 0,60% beträgt Dann wird der Kitt 4 Stunden bei 70⁰C ausgehärtet Die Schleifscheibe wird in eine Schleifmaschine eingesetzt und nach Beispiel 2 geprüft. Hierbei wird die Schleifscheibe durch Abschleifen von Stahl auf die jeweilige Versuchsdicke gebracht Die Ergebnisse finden sich in Tabelle IL

	Schleifverhältnis	Tabelle II	Schleifverhältnis
Tabelle I
		²⁵ Dicke der äußeren
Dicke der	130	Schleifkörperschicht, mm	128
Schleifscheibe, mm	126		130
	114	2,41	133
1,905 bis 2,54	104	30 1,80	126
1,80	103	1,22	111
1,14	0,635
0,635	0,000 bis 0,254
0,000 bis 0,254

Wie Tabelle I zeigt, nimmt das Schleifverhältnis um so mehr ab, je mehr man sich beim Schleifen dem Kern d3r Schleifscheibe nähert.

Beispiel 3

Eine diamanthaltige Harzmasse wird nach Beispiel 2 unter Verdichtung bei einem Druck von 275 bar hergestellt. Der erste Formkern wird dann durch einen Kern mit einem Durchmesser von 14 cm ersetzt und eine Harzmasse, die durch Vermischen von 6,5 g Siliciumcarbid mit einer Korngröße von 60 μ, 1,7 g Aluminiumpulver und 7,92 g Polyimidpulver herge-Diese Ergebnisse zeigen, daß das Schleifverhältnis während der Lebensdauer der Schleifscheibe im wesentlichen konstant bleibt Der niedrigere Wert des Schleifverhältnisses für die Abnutzung auf den letzten Bruchteil eines Millimeters ist zu erwarten, da die diamanthaltige Schicht nicht ganz gleichmäßig abgeschliffen wird, weil die beiden Schichten des Schleifkörpers nicht genau konzentrisch sind.

Die Schleifscheiben gemäß der Erfindung eignen sich für die meisten Schleifarbeiten und bieten den größten Vorteil gegenüber den herkömmlichen Diamantschleifscheiben unter sehr scharfen Schleifbedingungen, wie sie beim Schleifen von Wolframcarbid unter Kühlung auftreten.

Claims

Patentansprüche:

1. Schleifscheibe mit einem Kern und einem Schleifbelag aus in einem festen, koaleszierten, aromatischen Poiyimidharz gebundenem Diamant, dadurch gekennzeichnet, daß in bekannter Weise zwischen Kern und Schleifbelag eine diamantkomfreie Zwischenschicht vorgesehen ist, bestehend aus einem Kunstharz mit einer Einfriertemperatur von mindestens 300⁰C und einem Elastizitätsmodul von mindestens 2200 N/mm² und 10 bis 60Vol.-% inertem Füllstoff, wobei der Elastizitätsmodul der Zwischenschicht maximal doppelt so groß ist wie jener des Schleifbelags, is

2. Schleifscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunstharz der Zwischenschicht ein aromatisches Polyimid- oder ein Phenolharz ist

3. Schleifscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff in der Zwischenschicht aus Siliciumcarbid besteht