DE19511157A1 - Abrichten von Schleifoberflächen aus kristallinem Bornitrid (CBN) - Google Patents

Description

Das technische Gebiet der Erfindung ist das Abrichten von Schleifbändern und Schleifscheiben, insbesondere solchen aus kristallinem Bornitrid (CBN).

Bisher war die Abrichtung von Schleifbänder und Schleifscheiben aus CBN deshalb sehr schwierig, weil die CBN-Körner auf dem Schleifband oder der -scheibe sehr hart und etwas "schlüpfrig" sind, d. h. sie lassen sich ziemlich leicht aus ihrer Bindung oder Befestigung lösen. Aufgrund ihrer Härte - die kaum geringer als die von Diamanten ist - ist ein erheblicher Kraftaufwand erforderlich, um die CBN-Körner mit einer Diamant-Abrichtscheibe zu bearbeiten. Da die CBN-Körner etwas schlüpfrig sind, bleiben sie nur schwer auf dem Befestigungsmittel haften, wenn die hohe Bearbeitungskraft auf sie einwirkt.

Eine typische Diamant-Abrichtscheibe verwendet Diamanten, deren Durchmesser etwa zwischen 0,7 mm und 2,0 mm liegt. Wenn die Abrichtscheibe neu ist, ist der Kontaktbereich relativ klein. Wenn sich die Abrichtscheibe abnutzt, wird die Kontaktfläche immer größer, da sich die Diamantpartikel bis zu ihrem maximalen Durchmesser abnutzen. Die Abrichtkraft erhöht sich dabei mit der Vergrößerung der Kontaktfläche und demgemäß beginnen die CBN- Körner sich aus ihrem Haftmittel zu lösen, lange bevor die Diamanten abgenutzt sind.

Wenn sich die Diamanten auf der Abrichtscheibe abnutzen, kommen zusätzliche benachbarte Diamanten in Kontakt mit dem abzurichtenden Band bzw. der abzurichtenden Scheibe, was den Kontaktbereich ebenfalls wesentlich vergrößert, mit dem Ergebnis, daß sich die Abrichtkraft erhöht und die Abrichtgualität verschlechtert. Diese Qualitätsverschlechterung beginnt sogar bevor die CBN-Körner anfangen, sich aus ihrer Befestigung zu lösen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Abrichtvorrichtung bzw. -scheibe zu schaffen, bei der die beim Abrichten an die CBN-Körner anzulegende Kraft reduziert wird, so daß diese sich nicht lösen oder verschieben. Auch soll die Kontaktkraft während der Lebensdauer der Abrichtscheibe gleichmäßig und konstant gehalten und jede wesentliche Krafterhöhung vermieden werden, so daß die Abrichtgualität gleichbleibend ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Größe der Diamantpartikel auf der Abrichtscheibe auf einen Durchmesser von etwa 0,150 mm reduziert wird. Dadurch wird sichergestellt, daß der Kontaktbereich klein bleibt und daß die CBN-Körner sich nicht lösen (Anspruch 1, Anspruch 8, 10). Auch ist die radiale Umfangsfläche der Abrichtscheibe gegenüber der Drehachse geneigt und nicht, wie in üblichen Abrichtvorrichtungen, parallel zur Drehachse angeordnet. Es ist erfindungsgemäß nur eine einzige Schicht von Diamantpartikeln auf der Umfangsfläche aufgebracht. Wenn sich die Abrichtscheibe abnutzt, werden neue, kleine Diamantpartikal freigesetzt, so daß die Abrichtscheibe im Grunde dauerhaft das gleiche leistet wie im Neuzustand, und zwar ohne merkliche Erhöhung der aufgewendeten Kraft.

Vorteil der Erfindung ist es außerdem, daß die Abrichtvorrichtung relativ einfach und kostengünstig aufgebaut ist; widerstandsfähig und langlebig ist und relativ kostengünstig hergestellt werden kann.

Der Neigungswinkel gegenüber der Drehachse sollte nicht zu flach sein, bewährt haben sich Winkel im Bereich zwischen 30° und 75° (gegenüber der Drehachse) bzw. 15° bis 60° der Ebene senkrecht zur Drehachse der Abrichtscheiben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine teilweise weggebrochene Seitenansicht einer Vorrichtung zum Abrichten vom Schleifbändern mit erfindungsgemäß aufgebauten Abrichtscheiben 28, 30.

Fig. 2 ist eine Draufsicht auf die in Fig. 1 gezeigte Vorrichtung.

Fig. 3 ist eine vergrößerte Teilansicht einer erfindungsgemäßen Abrichtscheibe 28, die die Oberfläche eines Schleifbandes 30 kontaktiert.

Fig. 4 ist ein vergrößerter Ausschnitt des Teils im Kreis 4 von Fig. 3 und zeigt eine noch unbenutzte (neue) Abrichtscheibe.

Fig. 5 ist eine der Fig. 4 ähnliche Ansicht, zeigt jedoch den Zustand der Abrichtscheibe 28 nach längerer Benutzung.

Fig. 6 zeigt eine vergrößerte Detailansicht einer Abrichtscheibe 100 des Standes der Technik beim Kontaktieren der Oberfläche des Schleifbandes 30.

Fig. 7 ist ein vergrößerter Ausschnitt des Teils im Kreis 7 von Fig. 6 und zeigt die unbenutzte Abrichtscheibe 100 des Standes der Technik.

Fig. 8 ist eine der Fig. 7 ähnliche Ansicht, zeigt jedoch die Abrichtscheibe 100 des Standes der Technik nach längerer Benutzung.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine Abrichtvorrichtung 10 mit einer Basis 12, auf der ein langgestreckter Schlitten 14 angebracht ist. Der Schlitten 14 ist in einer auf der Basis 12 ausgebildeten schwalbenschwanzförmigen Führung 16 längsverschieblich geführt. Der Schlitten 14 wird durch ein an der Basis angebrachtes Kugelumlaufgetriebe und einen Motor 18 hin- und herbewegt.

Eine Welle 20 ist an oder auf Halterungen 22 und 24 drehbar auf dem Schlitten 14 gelagert. Die Welle 20 erstreckt sich in Längsrichtung des Schlittens und wird von einem Motor 26 angetrieben. Mehrere Scheiben oder Räder 28 sind zueinander beabstandet auf der Welle 20 befestigt.

Mehrere seitlich zueinander beabstandete Schleifbänder 30 sind auf einer seitlichen Verlängerung 32 der Basis 12 angebracht. Jedes Schleifband 30 läuft um eine Riemenscheibe 34. Die Riemenscheiben sind in seitlichem Abstand zueinander auf einer Achse oder Welle 36 angebracht, die mit ihren Enden auf - an dem Basisfortsatz 32 montierten - seitlichen Trägern oder Verstrebungen 38 drehbar gelagert ist. Die Welle 36 wird von einem auf dem Basisfortsatz 32 angebrachten Motor 40 angetrieben. Ein Antriebsriemen 42 ist über eine Riemenscheibe 44 auf der Welle 36 und über eine Riemenscheibe 46 auf der Antriebswelle des Motors 40 geführt.

Die Schleifbänder laufen in zu der Welle 20 senkrechten Ebenen um, auf weicher die Abrichtscheiben 28 montiert sind. Auf der Rückseite bzw. Innenfläche jedes Schleifbandes ist eine Stützvorrichtung 47 vorgesehen, um dieses mit der zugehörigen Abrichtscheibe in Kontakt zu halten. Jede der Andrück- Vorrichtungen 47 umfaßt eine Nase 48, die sich mit der Rückseite des zugehörigen Schleifbandes in Kontakt befindet. Jede Nase 48 ist in einer Hülse 50 verschieblich gelagert und wird von einem Motor und Kugelumlaufgetriebe 52 zu der zugehörigen Abrichtscheibe hin- und von dieser wegbewegt. Die Vorrichtungen 47 sind ebenfalls auf dem Basisfortsatz 32 angebracht.

Für jedes Band 30 ist eine Bandaufnahme- oder Umlenk-Einheit 54 (Bandspeicher) zur Straffung bei losem bzw. durchhängendem Band vorgesehen, während die Bänder in den von den Riemenscheiben 34 und Nasen 48 definierten Bahnen umlaufen.

Jedes Band 30 ist aus einem geeigneten flexiblen Material hergestellt und hat Schleifkörner 56 aus kristallinem Bornitrid (CBN; cubic boron nitride), die an seiner Außenfläche mit einem geeigneten Befestigungs- bzw. Bindungsmittel 58 haften.

Jede Abrichtscheibe 28 umfaßt einen Körper 60 mit einer kegelstumpfförmigen, radial außenliegenden Oberfläche 62, die spitzwinklig zu der Ebene senkrecht zu der Drehachse 64 der Scheibe 28 verläuft. Diamantkörner oder -partikel 66 haften in einer Haftschicht 68 an der radial außenliegenden Oberfläche der Abrichtscheibe 28. Das Haftmittel kann zum Beispiel eine Nickelplatte oder -beschichtung sein.

Der spitze Winkel der radialen Außenfläche 62 der Abrichtscheibe 28 zur Senkrechten ihrer Drehachse 64 kann im Bereich von etwa 15° bis etwa 60° und vorzugsweise bei etwa 45° liegen.

Der Körper der Abrichtscheibe kann aus einem relativ weichen Stahl bestehen, das heißt, ein Stahl der durch die Schleifkörner auf dem Schleifband abgetragen wird, ohne einen merklichen Abrichteffekt zu haben.

Die Diamantkörner 66 auf den Umfangsflächen der Abrichtscheiben 28 haben vorzugsweise einen Durchmesser von etwa 0,150 mm und sind vorzugsweise in einer einzigen Schicht von etwa 0,150 mm Dicke oder etwas mehr aufgebracht.

Die Fig. 3 und 4 zeigen eine neue oder ungebrauchte Abrichtscheibe 28, die eine Schleifoberfläche eines Schleifbandes 30 kontaktiert. Fig. 4 zeigt, daß mit einer einzigen Schicht von Diamantpartikeln mit einem mittleren Durchmesser von 0,150 mm das Ausmaß des Kontaktbereichs "a", gemessen über einen einzigen Diamantpartikel, etwa 0,150 mm beträgt.

Fig. 5 zeigt, daß selbst nach einer deutlichen Benutzungsdauer, wenn die Umfangsfläche der Abrichtscheibe erkennbar abgetragen ist, das Ausmaß des Kontaktbereichs "b", gemessen über einen Diamantpartikel, immer noch das gleiche ist, das heißt, etwa 0,150 mm. Da dieser Bereich gleich bleibt und da deshalb die Kraft ebenfalls gleich bleibt, während sich die Abrichtscheibe 28 quer über das Schleifband 30 bewegt, ist der Abrichtvorgang sehr genau und gleichmäßig, da er nicht von einer sich ändernden Kraft beeinflußt wird.

Der Gesamtkontaktbereich, unabhängig davon, ob die Abrichtscheibe neu oder gebraucht ist und unabhängig von der Scheibendicke und dem Scheibendurchmesser, beträgt etwa 0,0176 mm. Der Stahlkörper der Scheibe, der sich zwar abnutzt, jedoch keine Schleif- oder Schneidwirkung hat, ist darin nicht berücksichtigt.

Fig. 6 zeigt eine neue, ungebrauchte Abrichtscheibe 100 des Standes der Technik, bei der die radiale äußere Umfangsfläche 102 parallel zu der Drehachse 104 angeordnet ist. Die Diamantpartikel 106 haben durchschnittlich einen wesentlich größeren maximalen Durchmesser von etwa 2 mm. Die Diamantpartikel sind mit einem Haftmittel 108 an der radialen Außenfläche 102 befestigt, welches dasselbe sein kann wie das bei den Abrichtscheiben 28.

Fig. 7 zeigt die Diamantpartikel 106 in einer einzigen Schicht. Wenn die Scheibe 100 neu ist, ist das Ausmaß des Kontaktbereichs "c", gemessen über einen einzigen Diamantpartikel, mit etwa 0,500 mm relativ klein. Der gesamte Kontaktbereich, gemessen über die Abrichtscheibe 100 - angenommen, daß diese eine Dicke oder Breite von 3/4 inch oder 19,05 mm hat - beträgt etwa 2,0 mm. Jedoch nach einer gewissen Benutzungsdauer (Fig. 8), wenn die Abrichtscheibe 100 abgenutzt ist, beträgt das Ausmaß des Kontaktbereichs "d", gemessen über einen einzigen Diamantpartikel, etwa 2 mm - dies entspricht dem maximalen durchschnittlichen Partikeldurchmesser -, und der gesamte Kontaktbereich einer 3/4-inch Abrichtscheibe liegt bei etwa 31,4 mm. Demnach legt eine Abrichtscheibe des Standes der Technik viel mehr Kraft an das abzurichtende Schleifband (oder die Schleifscheibe) an, was wiederum mehr CBN-Körner aus der Bindung 58 herausreißt.

Zudem ist die Kraft nicht nur größer, sondern sie variiert auch beträchtlich, da - wenn die Abrichtscheibe am Rand des Schleifbandes startet - die Kraft vergleichsweise gering ist, jedoch zunimmt, je mehr die Abrichtscheibe mit dem Schleifband in Kontakt kommt, je mehr Berührungsfläche also zwischen Band 30 und Richtscheibe 100, 102 entsteht. Die Kraft ist am größten, wenn sich die gesamte Breite der Abrichtscheibe mit dem Schleifband in Kontakt befindet, sie verringert sich jedoch wieder, wenn die Abrichtscheibe am anderen Rand das Schleifband verläßt.

Diese sich ändernde Kraft bzw. dieser sich ändernde Druck veranlaßt die Abrichtscheibe - anstatt einer gleichmäßigen und flachen Oberfläche - Ungleichmäßigkeiten (meist: hügelförmig) auf das Schleifband aufzubringen. Von einem Planieren oder Einebnen kann dann nicht mehr gesprochen werden.

Claims (11)

1. Vorrichtung insbesondere Werkzeug - zum Abrichten oder Planieren von Schleifbändern (30) oder Schleifscheiben mit Schleifpartikeln (56) aus kristallinem Bornitrid (CBN), umfassend

• - eine Abrichtscheibe (28) mit einem eine Drehachse (64) aufweisenden Körper (60) und mit einer radial außenliegenden Umfangsfläche (62), die keil- oder kegelstumpfförmig ist, insbesondere bezüglich einer Ebene senkrecht zur Drehachse (64) spitzwinklig geneigt ist;
• - Diamantpartikel oder Abrichtdiamanten (66) auf oder in der radial außenliegenden Umfangsfläche (62, 68).

2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (60) der Abrichtscheibe (28) aus einem Material besteht, das weicher ist als die Diamantpartikel (66).

3. Werkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (60) der Abrichtscheibe (28) aus relativ weichem Stahl besteht.

4. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Diamantpartikel (66) in einer einzigen, relativ dünnen Schicht (68) auf oder in der radial außenliegenden Umfangsfläche (62) verteilt aufgebracht sind.

5. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Diamantpartikel (66) eine durchschnittliche Dicke von etwa 0,150 mm haben.

6. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsfläche (62) der Abrichtscheibe (28) einen Neigungswinkel von etwa 15° bis 60° bezüglich der Ebene senkrecht zur Drehachse (64) aufweist.

7. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangsfläche (62) der Abrichtscheibe (28) einen Neigungswinkel von etwa 45° bezüglich der Drehachse (64) aufweist.

8. Verfahren zum Planieren (Abziehen, Abrichten) von Schleifoberflächen (30, 58) mittels Scheiben (28), wobei die Oberfläche der Scheiben (28) gegenüber der Schleifoberfläche (30, 58) geneigt ist (62) und die geneigte Scheibenfläche (62) mit Anpreßdruck quer über die Schleifoberfläche (58) geführt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem Planierpartikel (66) in Der Scheibenoberfläche (62) etwa in der Größenordnung der Schleifpartikel (56) in der Schleifoberfläche (58) sind.

10. Richtscheibe (28) für ein Verfahren oder ein Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der

• (a) eine mit harten Planierpartikeln (66) versehene Planierfläche (62, 68, 66) umfänglich angeordnet ist;
• (b) die Planierfläche gegenüber der Drehachse (64) der Scheibe (28) geneigt ist.

11. Richtscheibe nach Anspruch 10, bei der die Neigung deutlich ist, insbesondere zwischen 30° und 75°.