DE1924247A1 - Verfahren zum Schleifen eines Werkstueckes mittels eines kubisches Bornitrid als Schleifmittel enthaltenden Schleifwerkzeuges - Google Patents

Verfahren zum Schleifen eines Werkstueckes mittels eines kubisches Bornitrid als Schleifmittel enthaltenden Schleifwerkzeuges

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Description

Verfahren zum Schleifen eines Werkstückes mittels eines kubisches Bornitrid als Schleifmittel enthaltenden Schleifwerkzeuges
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schleifen eines Werkstückes unter Verwendung eines kubisches Bornitrid als Schleifmittel enthaltenden Schleifwerkzeuges, bei dem der Arbeitsfläche des Schleifwerkzeuges ein Trockenschmiermittel zugeführt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin einen zur Durchführung dieses Verfahrens geeigneten Sohmierkörper.
In der US-Patentschrift 2 9^7 617 ist ein Verfahren zur Herstellung von kubisches Kristallgitter vom Zinkblendetyp aufweisendem kubischem Bornitrid beschrieben, dessen Härte angenähert der Härte von Diamant entspricht. Kubisches Bornitrid wird häufig auoh als "Borazen" bezeichnet.
Kubisches Bornitrid ist wegen seiner extremen Härte ausserordentlich gut als Schleifmittel für Schleifscheiben und Schleifwerkzeuge geeignet. Es lässt sich unter Verwendung von metalli-
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Patentanwälte Dipl.-Ing. Martin Licht, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann
8 MÖNCHEN 2, THE RES I ENSTRASSE 33 · Telefon: 281202 ■ Telegrammadresse! Lipalli/München Bayer. Vereinsbank München, Zweigst Oskar-von-Miller-Ring, Kto.-Nr. 882495 · Postscheck-Konto: München Nr. 1633 97
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sehen, aus organischen Harzen bestehenden oder keramischen Bindemitteln zu Schleifscheiben oder dergleichen verformen.
Beim Schleifen wird bekanntlich ein Grossteil der zur Verfugung stehenden Antriebsenergie zur Überwindung der Reibung zwischen Werkstück und der relativ dazu bewegten Arbeitsfläche des Schleifwerkzeuges verbraucht. Aufgrund des innigen Kontaktes zwischen Werkstück und Arbeitsfläche des Schleifwerkzeuges sowie der durch Reibung erzeugten Wärme können neben Abnutzung des Schleifmittels und des Bindemittels auch chemische Reaktionen zwischen Schleifmittel und Werkstück auftreten. Die Reibungswärme kann zusätzlich ein frühzeitiges Versagen der Bindung, eine Zerstörung des Schleifmittels infolge thermischer Spannungen und Beschädigungen des Werkstückes verursachen. Es ist bereits bekannt, beim Schleifen ein Schmiermittel zwischen Werkstück und Schleifscheibe zu verwenden. Gewöhnlich werden flüssige Schmiermittel wie emulgierbare Öle verwendet, die zusätzlich als Kühlmittel dienen. Bekannt ist jedoch auch die Anwendung fester Schmiermittel wie beispielsweise Graphit. Beispielsweise ist in der US-Patentschrift 321 287 ausgeführt, dass bei Verwendung eines Graphitschmiermittels bei verschiedenartigen Schleifseheiben eine Verbesserung der Lebensdauer der Schleifscheiben um ungefähr 25 % erzielt wird.
Es hat sich nun herausgestellt, dass im Falle eines Schleifwerkzeuges mit kubischem Bornitrid als Schleifmittel ein unerwartet hoher Anstieg des Schleifvermögens erzielt wird, falls die Arbeitsfläche des Schleifwerkzeuges mit bestimmten Trockenschmiermitteln versorgt wird. Beim Schleifen von Werkstücken aus Eisen oder Eisenlegierungen wurde beispielsweise bei Ver- . Wendung eines Trockenschmiermittels nach der Erfindung eine um etwa 1000 % höhere Schleifleistung erzielt. Bei den Trocken- ' schmiermitteln, die bei Verwendung von kubischem Bornitrid als Schleifmittel ausgezeichnete Ergebnisse liefern, handelt es sich um hexagonales Bornitrid oder um einen die lamellare Kristallstruktur von Cadmiumjodid aufweisenden Stoff. Beispiele für den
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letztgenannten Stoff sind Molybdändisulfid, Wolframdisulfid und Bleijodid. Es ist nicht genau zu erklären, wieso mit den vorgenannten Trockenschmiermitteln bei Verwendung von kubischem Bornitrid als Schleifmittel ungewöhnlich stark verbesserte Ergebnisse erzielt werden. Man nimmt jedoch an, dass dabei die Tatsache eine Rolle spielt, dass sich bei kubischem Bornitrid in einer oxidierenden Atmosphäre und in erwärmtem Zustand eine dünne Oxidoberflächenschicht bildet. Entweder vermindert das Trockenschmiermittel darauf zurückzuführende schädliche Einflüsse oder trägt in Zusammenarbeit dazu zu einer höheren Leistungsfähigkeit bei. Da beim Schleifen verhältnismässig hohe Relativgeschwindigkeiten zwischen Schleifkorn und Werkstück verwendet werden und nicht nur ein Span sondern viele Späne gleichzeitig abgelöst werden, kann aufgrund der Reibung und der anderen Wechselbeziehungen zwischen Schleifkorn und Werkstück ein ungewöhnlich hoher Schleifscheibenabrieb auftreten, falls als Schleifmittel kubisches Bornitrid verwendet wird, das ja eine verhältnismässig hohe Reaktionsfähigkeit aufweist. Ein wichtiges Erfindungsmerkmal ist daher auch die Anordnung des Schmiermittels zwischen Schleifkorn und Span. Graphit zählt nicht zu den erfindungsgemäss verwendbaren Schmiermitteln, obwohl es vielleicht das bestbekannte und am meisten verwendete Trockenschmiermittel ist und aufgrund seiner Natur die Oxidation von Bornitrid herabsetzen könnte. Mit Graphit erzielt man jedoch auch nicht angenähert so gute Ergebnisse wie mit den erfindungsgemässen Trockenschmiermitteln, nämlich hexagonalem Bornitrid und Stoffen mit der laaiellaren Kristallstruktur von Cadmiumjodid. Diese lamellare Kristallstruktur ist eingehend beschrieben in dem Buch von A. F. Wells, "Structural Inorganic ChemistryMClarendon Press, 2. Ausgabe, 1950, Seiten 278, 280 und 397.
Das Trockenschmiermittel kann der Arbeitsfläche der Schleifscheibe oder des Schleifwerkzeuges während des Schleifvorganges in verschiedener Weise zur Verfugung gestellt werden. Beispielsweise kann das Trockenschmiermittel in das Schleifwerkzeug selbst eingebracht sein. Vom Standpunkt der Bequemlichkeit wäre dies die praktischste Lösung, jedoch hat sich herausgestellt,
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dass man die besten Ergebnisse erzielt, wenn man das Trocken·" schmiermittel auf die Arbeitsfläche des Schleifwerkzeuges mittels eines festen, leicht abreibbaren und daher verhältnismässig weichen Körpers aufbringt, der aus dem Trockenschmiermittel besteht oder das Trockenschmiermittel enthält. Dies hat auch den Vorteil, dass eine weitaus grössere Menge Trockenschmiermittel an der Arbeitsfläche zur Verfügung steht als im Falle des in das Schleifwerkzeug selbst eingearbeiteten Trockenschmiermittels. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung steht daher die Arbeitsfläche des Schleifwerkzeuges während ihrer in Form einer Dreh- oder sonstigen Bewegung aufweisenden Schleifbewegung mit einem Stab aus leicht abreibbarem Material in Kontakt, der das Trockenschmiermittel enthält, so dass sich auf der am Werkstück angreifenden Arbeitsfläche des Schleifwerkzeuges ein dünner Belag aus Trockenschmiermittel befindet. Dadurch wird das Schmiermittel zwischen das Schleifkorn und den Span gebracht. Es ist weder eine weitere Schmierung nach die Verwendung eines Kühlmittels, beispielsweise in Form einer SchmierflUssigkeit, erforderlieh, obwohl eine solche gewünschtenfalls verwendet werden kann.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
der
besteht verhältnismässig weiche, leicht abreibbare Körper, der sich in Kontakt mit der bewegenden Arbeitsfläche des kubisches Bornitrid als Schleifmittel enthaltenden Werkzeuges befindet, im wesentlichen aus einer harzgebundenen Mischung aus dem Trockenschmiermittel, einem Verdünnungsmittel wie Schwefel und einem als Haftmittel wirkenden Material, das den Übergang des Trockenschmiermittels zur Arbeitsfläche des Schleifwerkzeuges und die Haftung des Schmiermittels an der Arbeitsfläche verbessert. Bevorzugte organische Haze als Bindemittel für den Schmierkörper sind wärmehärtende Harze, besonders Epoxy- und Polyesterharze. Thermoplastische Harze, wie beispielsweise Acryl- und Vinylharze, können ebenfalls verwendet werden, gewährleisten jedoch keine so starke Bindung wie die Epoxy- oder Polyesterharze. Bestimmte wärmehärtende Harze wie beispielsweise Diphenolharze haben im Vergleich zu den Epoxy- oder Polyester-
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harzen den Nachteil, daß sie etwas spröde sind.
Als Haftmittel verwendet man vorzugsweise ein Silan, insbesondere Gammaaminopropyltriathoxysilan. Andere Materialien, die gut als Haftmittel geeignet sind, sind höhere Alkohole wie Octadecanol und Triäthanolamin. Im allgemeinen wirken feste oder flüssige organische Verbindungen mit Amin- oder Hydroxylgruppen als Haftmittel, indem sie die Haftung des Trockenschmiermittels am Schleifwerkzeug verbessern. Der Zusatz eines Haftmittels ist zwar wünschenswert, jedoch nicht wesentlich. Die genaue Zusammensetzung der Bestandteile für die Herstellung des Schmierkörpers sollte so sein, daß auf die Arbeitsfläche des Schleiierkzeuges ein dünner Belag aus Trockenschmiermittel aufgebracht wird und der Körper trotzdem soviel Festigkeit und Härte aufweist, daß ein Zerbrechen oder eine schnelle Abnützung des Körpers beim Schleifen vermieden wird. Als geeignet für den Schmierkörper hat sich ein Gemisch aus 30 - 60 Volumenprozent Harz und mindestens 30 Volumenprozent Trockenschmiermittel erwiesen. Bei Zusatz eines Haftmittels, reichen 2-6 Volumenprozent Haftmittel aus. Als besonders vorteilhaft hat sich eine Mischung aus 32 Volumenprozent Molybdändisulfid, 22 Volumenpozent Schwefel, h Volumenprozent Gammaaminopropyltriathoxysilan und 42 Volumenprozent Epoxyharz erwiesen.
Nach gründlicher Durchmischung wird die Mischung zu einem zylindrischen Stab mit einem Durchmesser von beispielsweise 2,5 mm verformt und das Epoxyharz dann 12 Stunden lang bei Zimmertemperatur gehärtet und anschliessend 3 Stunden lang bei 900C nachgehärtet. Bei normalen Schleifgeschwindigkeiten werden von diesem Stab pro Stunde 25 cm verbraucht.
Nachfolgend sind drei Ausführungsbeispiele für Schleifiiiittelzusammensetzungen angeführt:
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-G-
1. 32,2 % Molybdändisulfid, 21,6 % Schwefel, 3,8 % Aminopropyl triathoxys i lan und h2,k °/o Epoxyharz.
2. Wie (l), jedoch anstelle von Molybdändisulfid Bleijodid.
3. 38,6 c/o hexagonales Bornitrid in Pulverform, 5f^ fo Aminopropyltriathoxysilan und 56 % Epoxyharz.
Das Schleifvermögen kann bestimmt und ausgedrückt werden durch das Schleifverhältnis, d.h., durch das Verhältnis von Werkstiickabschliffrate zu Schleifscheibenverschleißrate. Je höher dieses Verhältnis ist, desto größer ist das Schleifver-" mögen. Beim Verfahren nach der Erfindung erzielt man eine Verbesserung des Schleifverhältnisses bis zu 1000 %. Beispielsweise wurde beim Schleifen eines Schnellarbeitsstahles mit einer nicht-geschmierten harzgebundenen Schleifscheibe mit Schleifkorn aus kubischem Bornitrid ein Sclileifverhältnis von 33 festgestellt, bei Anwendung einer gleichen Schleifscheibe unter gleichen Schleifbedingungen^ jedoch Schmierung der Schleifscheibe mit einem Schmierstab mit der Zusammensetzung nach der oben angeführten Ausführungsform 1, betrug jedoch das Schleifverhältnis ^00.
Obwohl das Aufbringen des Trockenschmiermittels auf die Arbeitsfläche des Schleifwerkzeuges vorzugsweise mittels eines festen, leicht abreibbaren Körpers erfolgt, kann gegebenenfalls das Schmiermittel auch in das Schleifwerkzeug selbst eingearbeitet sein. Im letztgenannten Fall enthält das Schleifwerkzeug bezogen auf sein Gesamtvolumen vorzugsweise ungefähr 5-25 Volumenprozent Trockenschmiermittel. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung besteht eine Schleifscheibe aus 10 Volumenprozent kubischem Bornitrid (mit einer Körnung von 60 - 80 (Maschen pro Zentimeter)), 15 Volumenprozent Molybdändisulf id, 20 Volusieiiprozent Siliciumcarbid (als Füllstoff mit einer Teilchengröße von i - iO Mikrometer) und 55 Volumenprozent Phenolformaldehydharz . (als Bindemittel).
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BAD ORIGINAL
Die einzelnen Bestandteile wurden zu einer homogenen Mischung vermischt, die dann zu einer Schleifscheibe verpresst und
gehärtet wurde. Im Vergleich zu einem Schleifverhältnis
von 30, das ohne Zusatz von Molybdändisulfid gemessen wurde,
wurde mit der ein erfindungsgemäßes Trockenschmiermittel enthaltenden Schleifscheibe ein Schleifverhältnis von 62 festgestellt.
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Claims (11)

PATENTANWÄLTE^ Dipl.-Ing. MARTIN LICHT fATENTANWÄLTE LICHT, HANSMANN, HERRMANN Dr. REINHOLD SCHMIDT MÖNCHEN 2 · THERES I ENSTRASSE 33 ' Dipl.-Wirtsch.-lng. AXEL HANSMANN Dipl.-Phys. SEBASTIAN HERRMANN GENERAL ELECTRIC Schenectady 5> N.COMPANY Y.Mönchen, den12. Mai 196cRiver Road 1Ihr ZeichenUnser ZeichenV. St. A.He/De Patentanme!dung; "Verfahren zum Schleifen eines Werkstückes mittels eines kubisches Bornitrid als Schleifmittel enthaltenden Schleifwerkzeuges." PATENTANSPRÜCHE
1.) Verfahren zum Schleifen- eines Werkstückes unter Verwendung eines'kubisches Bornitrid als Schleifkorn enthaltenden Schleifwerkzeuges, dessen am Werkstück anliegende Arbeitsfläche relativ zum Werkstück bewegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Arbeitsfläche des Schleifwerkzeuges gleichzeitig ein Trockenschmiermittel aus hexagonalem Bornitrid und/oder einem Stoff mit einer lamellaren Kristallstruktur von der Art des Cadmiumjodids zur Verfügung gestellt wi r d.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trockenschmiermittel der Arbeitsfläche des Schleifwerkzeuges durch einen an der Arbeitsfläche anliegenden, das Trockenschmiermittel enthaltenden festen Körper zugeführt wi rd.
3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Trockenschmiermittel Molybdändisulfid verwendet wird.
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Patentanwälte Dipl.-ing. Martin Licht, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Axel Hansmann, Dipl.-Phys. Sebastian Herrmann
8 MÖNCHEN 2, THERESI ENSTRASSE 33 · Telefon: 281202 · Telegramm-Adresse: Lipatli/München Bayer. Vereinsbank München, Zweigst. Oskar-von-Miller-Ring, Kto.-Nr. 882495 · Poslscheck-Konto: München Nr. 1633 97
Oppenauer Büro: PATENTANWALT DR. REINHOLD SCHMIDT
4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Trockenschmiermittel ein Gemisch aus Molybdändisulfid und Schwefel verwendet wird.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 2-4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Körper verwendet wird, der aus einer harzgebundenen, das Trockenschmiermittel enthaltenden Mischung besteht.
6. Verfahren nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß der Mischung ein Material zugesetzt wird, das eine Erhöhung des Haftvermögens des auf die Arbeitsfläche des Schleifwerkzeuges aufgebrachten Trockenschmiermittels auf der Arbeitsfläche bewirkt.
7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Molybdändisulfid und Schwefel enthaltende Mischung verwendet wird.
8. Verfahren nach Anspruch 5> dadurch gekennzeichnet, daß ein Körper aus einer !ungebundenen Mischung aus Molybdändi— sulfid, Schwefel und Silan verwendet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, daß ein Körper aus 32 Volumenprozent Molybdändisulfid, 22 Volumenprozent Schwefel, 4 Volumenprozent Gammaaminopropyltriäthoxy— silan und 42 Volumenprozent Expoxyharz verwendet wird.
10. Schmierkörper für die Durchführung des Verfahrens nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß er aus einer Mischung aus 30 - 60 Volumenprozent Kunstharz und mindestens 30 Volumenprozent Trockenschmiermittel in Form von hexagonalem Bornitrid und/oder einem Stoff mit einer lamellaren Kristallstruktur nach Art von Cadmiumjodid besteht.
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11. Schmierkörper nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunstharz ein Epoxyharz oder Polyesterharz ist.
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