DE1803233A1 - Schleifscheibe - Google Patents

Description

■ ΓΜ Ji-CHKr . ·: Α,-ÜJLaK

Norton Company, Worcester 6, Massachusetts, Y.St.A«

Schleifscheibe

Die Erfindung betrifft eine Schleifscheibe zum elektrochemischen Schleifen.

Weil eine verglaste Scheibe aus keramischer Masse besteht, wird sie bei verhältnismäßig hohen !Temperaturen gebrannt und ist schwierig leitfähig 2SU machen. Eine Technik besteht darin, die Soheibe mit einer leitfähigen Substanz zu Imprägnieren. Dies macht eine erhöhte Zahl von Folgesohritten wie Trocknen und Brennen erforderlioh» Zusätzlich ist die Imprägnierung, welche die Porenwände in der Scheibe bedeckt, meM ungleichförmig, was zu Verschiedenheiten in der Ausführung bei einer Scheibe im Vergleich zur anderen führt. Die Imprägnierung ist auch häufig innerhalb einer einzigen Scheibe ungleichförmig, woraus sich innerhalb der Soheibe verschiedene innere Leitfähigkeiten ergeben.

Beim elektrochemischen Schleifen neigen harzartige Scheiben dazu, ihre Form länger als ihre verglasten Gegenstücke beizubehalten, jedoch sind letztere leiohter zu formen. Spezielle Formen, die die Entfernung einer bedeutenden Materialmenge nach dem Formgießen erforderlioh machen, sind viel leichter herzustellen als verglaste Produkte.

In der vorausgehenden Patentanmeldung ..... (USA-Fall 639 326) wird eine glasverbundene Schleifscheibe vorgeschlagen, bei welcher ein spezieller, niedrigschmelzender, glasartiger Glasverbund metallisches Silber einverleibt enthält. Eine solche Soheibe besitzt ausgzeiohnete elektrische Eigenschaften zum elektrochemischen Schleifen. Eine derartige Soheibe hat jedoch den oben erwähnten Nachteil gegenüber harzartigen Scheiben hinsieht

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lieh ihrer Unfähigkeit, eine gegebene: Form beizubehalten oder so lang wie Scheiben vom Harztyp geformt zu bleiben·

Erfindungsgemäß wird eine Schleifscheibe zum elektrochemischen Schleifen zugänglioh gemacht, die aus der porösen Struktur eines keramischen Verbunds, Schleifkörnern und fein verteiltem Metall besteht, daa die elektrischen Leitwege innerhalb des Gebildes bildet, wobei mindestens 20 VoIe-^ des Schleifanteils der Scheibe ein auegehärtetes festes Polymerisat sind, das die Poren darin füllt.

Die erfindungsgemäße Scheibe behält den Vorteil, eich wio die glasverbundene Scheibe des Standes der Technik leicht formen zu lassen, während sie ausgezeichnete elektrische Eigenschaften behält und zusätzlich in einer Weise eine Form beibehält, die den harzverbundenen Scheiben vergleiohbar ist.

TJm einen leitfähigen Schleifkörper gemäß der Erfindung herzustellen, wird fein verteiltes leitfähiges Pulver mit einem keramischen Verbundmaterial gemischt. Die Schleifteilchen werden dann zunächst benetzt und mit einem Gemenge des Verbundmaterials und leitfähigen Pulvers vereinigt, um ein Gesamtgemisch zu bilden. Das Gesamtgemisch wird dann zu einer geeigneten Form wie einer Schleifscheibe gegossen. Nach dem fließen wird die Schleifeinheit bei einer unter dem Schmelzpunkt des leitfähigen Pulvers liegenden Temperatur gebrannt·

Wenn sie in ein Schleifsystem eingesetzt ist* wird eine leitfähige Schleifscheibe gemäß der Erfindung durch einen Motor angetrieben und zusammen mit einer Quelle für elektrische Energie verwendet _f was einen Teilkreis zwischen der ScHeifschelbe und dem zu bearbeitenden Material schafft» Der Kreis wird geschlossen, indem zwischen die Front der Schleif scheibe und des Materials ein Elektrolyt gebracht wird.

Die gebrannte Scheibe wird nach dem Kühlen mit einem aushärtbaren Harz imprägniert, so daß mindestens 75$ der verfügbaren (offenen) Poren in der Scheibe gefüllt sind. Das Harz wird dann zum ausgehärteten Zustand gehärtet. Der Begriff "ausgehärtet" bezieht sioh hier auf vernetzte feste

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Polymerisate, die, wenn sie genügend hoch erhitzt werden, sich eher zersetzen als schmelzen· Solche auehärtbaren Harze können bei Raumtemperatur gehärtet werden, und die Verwendung des Begriffes "auehärtbar" bedeutet nicht unbedingt, daß die Anwendung einer erhöhten Temperatur beim Härtungevorgang notwendigerweise erfolgt·

Unter Bezugnahme auf die anliegende Zeiohnung wird daselbst ein Verfahre zum Imprägnieren der Scheibe mit Harz wiedergegeben. Eine Scheibe 10 wir auf eine Platte 11 gelegt, die in einem Behälter 12 ruht. Der Zwisohenrau» zwischen dem Behälter und der Soheibe wird duroh die Mittel 13 abgeschlossen, und das Loch, das normalerweise in einer Schleifscheibe gebildet wird, wird durch den Pflog 14 verschlossen. Eine Verbindung 15 erlaubt, an den Behälter 12 ein Vakuum anzulegen. Wenn das flüssige Harz auf die Soheibe 10 gegossen worden ist, wird das Vakuum angelegt, um das Harz in alle zur Verfügung stehenden Poren zu ziehen. Naoh dem Härten des Harzes zum festen ausgehärteten Zustand ist die Soheibe gebrauchsfertig·

Bei einer bevorzugten Aueführungeform der Erfindung ist das feine, leitfähige Pulver, das in dem Verbund für die Soheibe verwendet wird, aus Silber, aus Einzelteilohen einer durohsohnittliohen Größe von etwa 1/2 bis 1 Mikron und liegt bis zu annähernd θ Vol.-$ des Gesamtgemisohes für eine Sohleifmittelgröße von annähernd 80 grit vor. Die Grit-Größe bezieht aioh auf die Auswahl der Korngröße, wie sie in Simplified Practioe Recommendation 118 - 50 des United States Department of Commerce erläutert wird.

Im allgemeinen hängt die riohtige Silbermenge von der Grit-Größe ab) wenn die Grit-Größe abnimmt, wächst der Silbergehalt an, da es eine größere Gesamtfläche an durch dae Pulver zu bedeokendem Schleifmittel gibt.Mit verhältnismäßig feinen Schleifmitteln von 120 grit, haben sich 9 Vol.-96 Silber als zufriedenstellend erwiesen. Für 100-grit-Soheiben, wird bei 4»8 Vol.-$ Silber eine im wesentlichen nicht-leitfähige Soheibe gefertigt; die zum elektrochemischen Schleifen ungeeignet ist, während 6% eine stark leitfähige Soheibe ergeben, die sich zum elektrochemischen Schleifen eignet. Mit einem 46-grit-Schleifmittel sind nur Affc Silber erforderlich, während «it nur 256 Silber diese 46-grit-Scheibe nioht-leitfähig ist. Die

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am A tag

Volumenprozente beziehten eich auf das Gesamtvolumen aua Schleif mitteln? Verbund (Silber ©ingesohlossen,) und Poren.

Sillier ist das bevorzugt zu verwendende Metall, da es nioiai einer störenden Oxidation beim Brennen der Scheiben'unterworfen ist» Andere Metalle wie Platin sind brauchbar, jedoch teuer» Kupfer ist unerwünschtj, wenn nicht die Teilchen gegen Oxidation durch einen Silber- oder anderen überzug geschützt sind» Reduzierende oder Stiokstoffatmosphären können für den keramischen Tertrand nachteilig sein und sind la dea -aeisten Fällen nicht au empfehlen» oTbjjleieli deren Anwandung das öxidatioasprobloa ftöia Brennern der Seheibe !beseitigen wSrie» Obwohl dos? grosoatmäie silbo^g©=· halt höher als 9fo gehalten werden kann₅ ist ueaig am orroiehoa₉ aaeh&os der notwendige Leitfähigkeltsspiegel erreiekt tior&en. 1Ot₉ ataSes feoi opeziellen Anwendungen_$ vo eiiar !iohe Leitfähighoitoa O2?oüas©ht oißdo In solchen Fällen, wird die obere Grease des Silise^gelialtoa "amr dtareii dio Malischen Eigenschaften der gebrannten Sciaoifee

- , 3ol;?,«ifaittel feantn eiaee der gswölailieli feei (Los iGSotGllBag "©a "".»ViliiVIu/Äeiiseii vsrwendeten Materialieia, ceia_P υίο SilloiBEQQsi)i4o loi <ninem Vorauchsmodell ier Irfiadiing war das SeliioifaitüOl "7OSO©liaelsoao fonerde uai erreielite bis 4® foIo-fS eloo

Der restliche Bestandteil des Gesamt gemische 3 la% tao bundmaterial· Ib Falle von glasartigen. Torbusidea ssotola-fe iac terial aus glasähnlicliei¹' Masse, ii© "bei θϊηθϊ? mater 4qh Saaiaelspiaakt dos leit fähigen Metal !pulver s liegenden Temperatur vesoehmllBto lo2?zionü."b&sB

Verbund· eind solche, die bei 600 - SOO⁰S peifea« Biao bolel© Hasao b©- steht haupteächlioh aue Toa und Glas.

Neben Glaafritte und lon kann dme ferTbuaiaaterial gutotanzen. i?ie latriaicarbonatj d«h· Sodaasoh«_f und Borsäure enthalten» Bei ©inem Tersiacliiemodell der Erfindung bestand da» Terbundmaterial ame 50 Sew.-$ ßlaefritte, 35 Gew.-ji plastischem Ton, gewöhnlich als "Imperial" ball clay bezeichnet! 7 Sew.-^ Sodaasohe und θ G-ew.«$ Borsäure#

Das Herstellungsverfahren für die leitfähigen Schleifscheiben gemäß der

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BAD ORIGINAL

	sei	wi·	folgt	- 5 -	1803233
				zusammengefaßt·
Erfindung

Anfangs wird fein verteiltes leitfähiges Pulver mit einer anorganischen glasartigen Verbundmagββ vermengt, die einen niedrigeren Schmelzpunkt als das leitfähige Pulver hat. Dann werden benetzte Schleifmittelteilchen mit dem Gemenge aus dem leitfähigen Pulver und Verbundmaterial vereinigt, um ein Sesamt"gemisch" zu bilden· Das Gesamtgemisch wird in eine Form gegossen und verpreßt, danach findet das Brennen bei einer unterhalb des Schmelzpunktes des leitfähigen Pulvers liegenden Temperatur statt·

Das leitfähige Metallpulver ist im Handel bis herunter zu einer durchschnittlichen Teilchengröße von annähernd 1/2 bis 1 Mikron erhältlich.

Beim nächsten Verfahrenssohritt wird das leitfähige Pulver grob mit einem anorganischen Verbundmaterial gemischt, das die vorher beschriebenen Bigensohaften besitzt. Das leitfähige Pulver und Verbundmaterial wird dann innigst vermengt. Bei einem Versuchsmodell der Erfindung wurde Silberpulver innig mit einem Verbundmaterial vermengt, zunächst Kugelton (im Orig. ball clay) und Bleiglas, indem diese zweimal durch ein Sieb von 100 mesh Masohenweite geschiokt wurde.

Beim vierten Verfahrensschritt wird das Schleifmittel mit Wasser gemisohij bis es gleichförmige naß ist. Bei einem Versuchsmodell der Erfindung wurde das Schleifmittel in Form verschmolzener Tonerde in einen Mischer gegeben, zu welchem Wasser gefügt wurde, bis die Tonerde gleichmäßig naß war.

Mit fortlaufendem Misohen wird das Verbund-Leitfähigkeitspulver-Gemisch langsam zu dem benetzten Schleifmittel gegeben und gemischt, bis das Schleifmittel gleichmäßig überzogen erscheint·

Für ein Versuchsmodell der Erfindung erreichte das Gemisch bis 48 VoL- <$> Schleifmittel, 10 Vol.-$ Verbundmaterial, 8 Vol.-$ Silber und Rest Wasser Bei einem Test betrugen die eigentlichen Mengen 600 g Schleifmittel, 113g Verbundmaterial mit einer Basis Bleioxid, 268,2 g feines Silberpulver und 19»5 oa Wasser.

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Wenn das Gesamtgemiseh hergestellt worden ist, wlr€ ©s in- ©ine Form gegossen. Für ein Versuchsmodell bestand die öufiform aus her· kömmliohen Bestandteilen, darunter ein Gußbanö, ©ine Aohse, Boden· platte und Deckplatte. Der Gußdruck lag annähernd bei 472,5 kg/cm'

Nachdem der Guß fertiggestellt ist, wird die Scheibe getrocknet und unter Luft gebrannt, um das Verbundmaterial richtig zu verschmelzen. Bei einem Versuchsmodell der Erfindung wurde die gegossene Scheibe von Raumtemperatur auf eine Brenntemperatur von 800°C bei einer Geschwindigkeit von 100⁰C je Stund® erhitzt, und, nachdem die Brenntemperatur von 800°C erreicht worden war, diese während zwei Stunden aufrecht erhalten. Ss muss bemerkt-werden, dass die Brenntemperatur von 800°C unter dem Schmelzpunkt des leitfähigen Silberpulvers liegt und gleichzeitig weit unter der typischen Brenntemperatur von 1200⁰C für glasverbundene Scheiben. Die letztere Temperatur, die oberhalb des Schmelzpunktes von Silber liegt, würde zur Bildung einer großen Zahl von Tröpfchen aus metallischem Silber führen, die das Netzwerk der Leitungswege aufbrechen würden, wodurch die Eignung der Scheibe für elektrochemisches Schleifen wesentlich herabgesetzt würde.

Ein Verbund der folgenden Zusammensetzung wurde hergestelltί Material Gew.-$

Glasfritte 50

Imperial Ball Clay 35

Sodaasche γ " '

Borsäure 8

Das Glasfrittenmaterial hatte die folgende Zusammensetzung: Oxid flew.-ff

PbO 59,2

SiO₂ 20,0

B₂O₃ 14,4

Na₂O 6,4

Ein Gemisch aus Silberpulver* 120-grit-Aluminiuinoxid, 120-grit-Siliziu'mcarbid und dem obigen Verbund wurde zu folgenden Anteilen zusammengestellt 5

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klvmina. 44,4

Siliziumearfaid 9,1

ßlftsverbund 14 5

Silberpulver 32,0

Bae Seraisoh wurde in die Form von Scheiben mit einem Durchmesser von 15,24 am, einer Dicke von 1,27 cm und einem Loch in der Mitte von 3,18 em gegossen. Die gegossenen Scheiben wurden auf 80O⁰G bei einer Geschwindigkeit von 10O⁰C je Stunde erhitzt und auf 800 C zwei Stunden gehalten, um den Verbund reifen zu lassen. Wach dem Abkühlen wurden die Scheiben mit einem Epoxy-Harz imprägniert, um 85£ der verfügbaren Poren auszufüllen* Das flüssige Harzsystera wurde in die Seheibe mit einem Vakuum gesogen, was mittels eines in der Zeichnung wiedergegebenen GerEtes erfolg te« Die Flüssigkeit wird auf die Scheibe gegossen und ein Vakuum angelegt. Wenn die Flüssigkeit die Poren gefüllt zu haben scheint, wird das Vakuum aufgehoben und die Scheibe sum Härten entfernt. Das Epoxy-Harz dieses Bai^piels war Bakelite«^:.. 3794 (von Union Carbide erhältlieh) :;;iu Bakelite«; .: :-.i;ivteI 0803; mit einem Gewichtsverhältnis von Harz zu L:;_-jü^caittel von 100 zu 37*5. Bei diesem und bei anderen Beispielen wurden ver schiedene handelsübliche Materialien als Vertreter der allgemeinen Klasse von Harzen ausgewählt. In einigen Fällen sind alle Ein· aelheiten ihrer genauen Zusammensetzung nicht zugänglich, jedoch wird nicht angenommen, daß das -/erwendete Harz jeweils entscheidend ist,. Das Härten wurde durchgeführt, indem die Scheiben bei 50 C 2k Stunden lang gehalten wurden. Das Härten kann bei Raumtemperatur während mehrerer Tage ausgeführt werden.

Die nach dem vorhergehenden Beispiel hergestellte Scheibe wurde mit einer gleichartigen, jedoch nicht imprägnierten Scheibe beim elektrolytisehen Schleifen von rostfreiem Stahl verglichen.

Die Prüfbedingungen waren folgende:

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BADORfGJNAL

Vorschubgeschwindigkeit 5*8l cm je Minute

Einschneidtiefe 0,01016 cm / Qang Qesamtgang 58,1 cm

Material rostfreier Stahl 410

Elektrolyt Nat-sriumchlorid in

Wasser,

0,4556 kg je 4,5^6 Li ter

Das Versuchsergebnis war:

Scheibe Scheibenver- entfern- Schleif- Am- Volt schleiß tes Material verhält- pere (cm) (cm) nis

nicht be handelt	0,	017	o,	127	7,	5	275	10
Harz-be- handelt	0,	OO4o6	0,	152	52,	5	500	11

Die an der Scheibenspindel gemessene Leistung war in jedem Fall 200 Watt.

Die Ergebnisse dieses Versuchs zeigen bei identischen Arbeitsbedingungen, daß die elektrischen Eigenschaften der Scheibe die gleichen bleiben, während die Lebensdauer der Scheibe wesentlich verbessert wird. Trotz der zugenommenen Dauerhaftigkeit der Sehet be - wie dies durch die Soheibenversohleißwerte hervorgehoben wird - waren die Form- und Auskleidungseigenschaften des Harzbehandelten Produktes nicht ernstlich verschlechtert. Andere Harze können zum Imprägnieren verwendet werden, wie phenolische Harze, Polyester, Polyurethane, Polyimide und Melamine.

Spezielle Harze, die, wenn sie zum Imprägnieren der leitfähigen glasverbundenen Scheiben, wie hier vorgeschlagen, verwendet werden, Schleifscheiben von überlegener Dauerhaftigkeit ergeben, wie in den oben beschriebenen Versuchen beschrieben worden ist, sind folgende;

Phenolische:

Bakelite BRC 2592, 100$, bei 15O⁰C 10 Stunden nach Imprägnierung erhitzt.

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Polyester;

Vibrin 117*· 100 Teile, 3 Teile (Gewichts-) Benzoylperoxid-Katalysator, bei 120⁰C 30 Minuten nach Imprägnierung erhitzt. Vibrin wird durch Marco Chemical Division der W„R_e Grace Company geliefert. Der Benzoylperoxid-Katalysator besteht aus 50$ Benzoylperoxid in eingemischtem Weichmacher und wird von der Reiohhold Chemicals Inc. verkauft· Nach der Imprägnierung wird die Scheibe 30 Minuten bei 12O⁰C erhitzt, um die Härtung durchzuführen.

Polyurethan:

Adiprene L-I67, 100 Gewichtsteile, und Moca, 20 Gewichtsteile, werden gemischt und der Scheibe einimprägniert„ Adiprene ist die Vorstufe für ein Polyurethan-Elastomeres, was durch E,I duPont verkauft wird_ei Moca wird auch von duPont verkauft und ist ein Aktivator (4,4^l-Methylen-bis-(2-chloranilin) ). Die imprägnierte Scheibe wird durch Erhitzen auf 100⁰C während 3 Stunden gehärtet.

Polybenzimidazol-Harz;

Imidite 28.01, ein Einflüssigkeitssystem, verkauft durch Whittaker Corporation, wird der Scheibe nach der oben beschriebenen Methode zuimprägniert. Das Härten erfolgt durch Erhitzen auf 295°C während einer Stunde.

Melamin-Aldehyd-Harz;

Cymel 30I, 100$, ein Einflüssigkeltssystem von säurekatalysiertem Methoxy-methyl-melamin, das durch die American Cyanamide geliefert wird, wird der Scheibe zuimprägniert und 8 Stunden auf 125°C erhitzt.

Die in dieser Erfindung verwendbaren keramisch verbundenen Scheiben enthalten vor dem Imprägnieren Schleifmittelkörner, die durch gewöhnlich als "Bindestellen (im Orig. bonding posts)" bezeichnete Lagen des keramischen Glasverbunds am Platz gehalten werden. Das Hauptvolumen der Gesamtscheiberibestandteile wird normalerweise von dem Schleifmittel eingenommen] eine typische Scheibe enthält 405έ oder mehr Schleifmittel, 10$ oder mehr Verbund, und der Rest besteht in der Porosität, wovon die meiste offen liegt und zur Imprägnierung zur Verfügung steht. Für erfindungsgemäß brauchbare Produkte sollte die nichtimprägnierte Scheibe eine Porosität

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von mindestens 25$ haben, und die Poren müssen bei dem Imprägnierungsverfahren zum mindestens 80# vom Scheibenanteil gefüllt werden, der zum Schleifen eingesetzt wird, d.h. vom ringförmigen Außenteil der Scheibe. Obwohl das Produkt im wesentlichen porenfrei 1st, da die Poren mit Harz gefüllt sind, wird das Produkt als ein Produkt mit gefüllten Poren beschrieben. Das fertige Produkt ist im wesentlichen ein System von zwei Elementen, das erste Element besteht aus Schleifmittelkörnern, die durch die glasartigen Verbundstellen zusammengehalten werden, welches eine innere zusammenhängende leitfähige Phase enthält, und das zweite Element besteht aus einer zusammenhängenden Phase (i.Orlg. intercommunicating) aus festem Harz.

Claims (2)

Patentansprüche

1.) Schleifscheibe zum elektrochemischen Schleifen, bestehend aus einer porösen Struktur eines keramischen Verbunds, Schleifmittelkörnern und fein verteiltem Metall, das innerhalb der Struktur elektrische Leitwege bildet, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 20$ des Volumens des Schleifteils der Scheibe ein ausgehärtetes festes Polymerisat ist, das die Poren darin füllt.

2.) Scheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens 75$ der verfügbaren offenen Poren mit Harz gefüllt sind.

N 570 Bl/G.

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