DE19520404A1 - Verfahren zum Herstellen von Schleifwerkzeugen und danach hergestelltes Werkzeug - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung bildet ein Verfahren zum Herstellen von Schleifwerkzeugen bestehend aus einem Grundkörper, der einen Schleifbelag trägt, welcher aus Superschleifmitteln wie Diamantkörnungen oder Körnungen aus kubisch-kristallinem Bornitrid besteht, die in einer Bindung fein verteilt angeordnet sind.

In der industriellen Fertigungstechnik werden insbe­ sondere kunstharzgebundene Schleifscheiben zum Schleifen von Werkzeugen benutzt, die mit harten und verschleißfesten Werkstoffen, wie beispielsweise Hartmetallen oder keramischen Materialien, bestückt sind. Daneben werden kunstharzgebundene Schleifschei­ ben für die Bearbeitung hochlegierter Stähle einge­ setzt. Die Hartstoffkörnung derartiger Schleifschei­ ben besteht dafür aus natürlichem oder künstlichem Diamant oder kubisch-kristallinem Bornitrid als Schleifmittel. Als Bindungen derartiger Su­ perschleifmittel finden in der Regel duroplastische Harze Verwendung, wie Phenolharze, die zusätzlich zu den feinverteilt angeordneten Hartstoffkörnern noch sogenannte Füller enthalten, welche für eine Stabili­ sierung des Kunststoffgerüstes und seiner Elastizität beitragen. Solche Füller bestehen beispielsweise aus Silziumcarbid in unterschiedlichen Körnungsgrößen. Als Bindung können auch Melaminharze, Poliamide, Po­ liimide und Polisulfone Anwendung finden.

Nach bekannten Verfahren für die Herstellung von Schleifscheiben oder allgemein Schleifwerkzeugen wie aber auch beispielsweise Werkzeugen zum Abrichten von Schleifscheiben werden die Harze, Füller und Super­ schleifmittel als Mischung in Preßformen aus gehärte­ tem Stahl eingegeben und unter hohem Druck und ent­ sprechenden Temperaturen auf entsprechende Grundkör­ per bzw. Schleifmittelträger gepreßt, um sie in einen ausgehärteten duroplastischen Zustand zu überführen.

Für Phenolharze, Melaminharze und ähnliche Harze wer­ den dafür Preßtemperaturen von beispielsweise 180-200°C und Drücke von 150 bis 300 bar beziehungsweise 1500-3000 Newton/cm² angewandt. Für Poliimidharze sind hingegen noch höhere Temperaturen, nämlich bis 350°C, und höhere Preßdrücke, wie bis 4000 Newton, erforderlich.

Diese bekannten Verfahren der Herstellung von Schleifscheiben sind aufwendig, weil sie der Anwen­ dung gehärteter und geschliffener Preßformen bedür­ fen, die infolge der Wandreibung mit Superschleifmit­ teln fortlaufend bei ihrer Verwendung einem Ver­ schleiß unterliegen, so daß sie nur für eine geringe Anzahl von Pressungen geeignet sind. Hinzu kommt als Nachteil die Notwendigkeit der Verfügung über eine Preßform aus einem hochwertigen Stahl, welche der je­ weiligen Form und Abmessung der Schleifscheiben ange­ paßt ist.

Umfangsschleifscheiben mit beispielsweise 2 mm Belag­ tiefe und einer Schleifbelaglänge von mehreren hun­ dert Millimetern lassen sich nach diesem bekannten Verfahren nicht aus einem Stück herstellen, sondern müssen aus mehreren einzelnen Schleifscheiben zusam­ mengesetzt werden. Dabei ergibt sich das Problem der Verbindung an den Nahtstellen, die in Umfangsrichtung in der Regel nicht parallel sein dürfen, weil sich andernfalls, beispielsweise beim sogenannten Ein­ stechschleifen sichtbare Schleifspuren auf den zu be­ arbeitenden Werkstücken ergeben.

Schließlich ist ein Mangel der bekannten Verfahren darin zu erblicken, daß nur eine sehr geringe Anzahl von Schleifscheiben unter einer einzelnen Presse in einem Preßarbeitsgang hergestellt werden kann.

Um bei der Herstellung von Schleifscheiben auf die Verwendung von Preßformen verzichten zu können, ist vorgeschlagen, ein Werkzeug mit seinem Schleifbelag in einer Folie vakuumverpackt in einem Autoklaven zu pressen. Dies setzt jedoch die Anwendung einer kom­ plizierten Vakuumtechnik voraus, die in der Praxis schwer zu handhaben ist, weil sie die Verwendung von Folien voraussetzt, die sehr hohen Drücken und Tempe­ raturen standzuhalten vermögen.

Aufgabe der Erfindung ist es, das Verfahren zum Her­ stellen von Schleifwerkzeugen wirtschaftlicher zu ge­ stalten. Gemäß der Erfindung ist dafür vorgesehen, daß das Werkzeug in einer Flüssigkeit mit einer Ver­ dampfungstemperatur von höher als 180°C eingetaucht in einem Autoklaven isostatisch heiß gepreßt wird. Dieses Verfahren bringt gegenüber vorbekannten Ver­ fahren den Vorteil, daß es nicht einer Verwendung be­ sonderer Preßformen aus hochwertigem Stahl bedarf, andererseits aber auch nicht einer Vakuumverpackung in besonders geeigneten Folien, die hohen Temperatu­ ren und Drücken standzuhalten vermögen. Für ein Ver­ pressen des Schleifbelages unter hohen Temperaturen bedarf es lediglich des Eintauchens des Werkzeuges in eine Flüssigkeit, die sich im Autoklaven befindet, und zwar vorzugsweise in einem Behälter, der sich im Autoklaven befindet und geeignet ist sowohl für die Aufnahme der Flüssigkeit wie auch des zu bearbeiten­ den Werkzeuges. Als Flüssigkeit kommt dabei insbeson­ dere ein Öl wie vorzugsweise Silikonöl in Betracht, da die Verdampfungstemperatur höher liegt als 180°C, so daß ein Heißpressen unter hoher Temperatur und ho­ hem Druck innerhalb des Autoklaven stattfinden kann.

Da der Schleifbelag porös ist und die Gefahr besteht, daß beim Heißverpressen innerhalb einer Flüssigkeit diese in die Poren eindringt, hat es sich als zweck­ mäßig gezeigt, wenn der Schleifbelag des Werkzeuges oder das gesamte Werkzeug vor seinem Eintauchen in das Bad mit einem Schutzfilm versehen wird, der bei­ spielsweise aus einer Klebschicht beziehungsweise ei­ nem Klebstoff besteht, welcher nach dem Heißverpres­ sen leicht zu entfernen ist.

Um dem Umstand Rechnung zu tragen, daß bestimmte Bin­ demittel wie Phenolharze während ihrer Aushärtung Gase absondern, kann vor dem Heißpressen des Werkzeu­ ges im Autoklaven eine Vorbehandlung stattfinden in der Art einer Vorverdichtung des Belages und einer Entgasung beispielsweise in einem Ofen. Statt dessen kann aber auch ein kaltes Vorpressen und Vorverdich­ ten beispielsweise in einem Autoklaven stattfinden, wobei der Vorteil genutzt werden kann, daß sich eine Vielzahl von Schleifwerkzeugen unterschiedlicher Art und Größe gleichzeitig in einem einzigen Arbeitsgang behandeln lassen. Danach kann dann das Heißverpressen im Bad, das heißt unter Ausnutzung der umgebenden Flüssigkeit in einem Behälter erfolgen bei dem durch die Flüssigkeit der Druck in der Druckkammer des Autoklaven auf das Werkzeug übertragen beziehungs­ weise ausgeübt wird. Daneben besteht die Möglichkeit, die Werkzeuge für eine Vorbehandlung oder Nachbehand­ lung in einem Umluftofen zu entgasen unter einer da­ für geeigneten Temperatur. Dafür hat es sich als vor­ teilhaft gezeigt, wenn die einzelnen Werkzeuge nicht zwischen den einzelnen Verfahrensschritten fortlau­ fend erneut in Folien verpackt eingeschweißt zu wer­ den brauchen.

Nach dem isostatischen Heißpressen lassen sich die Werkzeuge mechanisch fertigbearbeiten, und zwar bei­ spielsweise durch Fertigdrehen und Nachschleifen im Bereich des Schleifbelages zum Zwecke seiner Freile­ gung. Diese Fertigbearbeitung ist vergleichbar der Bearbeitung von Schleifwerkzeugen, die nach den be­ kannten Verfahren unter Verwendung gehärteter Formen hergestellt werden.

Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt sich im übrigen noch dadurch vereinfachen, daß die Schleifbeläge für ihren vorläufigen Halt am Grundkörper mit einem Kleber befestigt werden, mit dem auch Vertiefungen des Grundkörpers auszustreichen sind, wobei vorzugsweise als Kleber ein Kunststoff auf Phenolharzbasis in Betracht zu ziehen ist.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen somit insbesondere in dem Fortfall der Anwendung hochwertiger Preßformen für die Herstellung von Schleifwerkzeugen und damit in einer erheblichen Kostenreduzierung. Darüber hinaus entfallen auch jene Kosten, welche bei der alternativen Herstellung unter Verwendung von Folien und der mehrfachen Anwendung der Vakuumtechnik auftreten. Da sich gleichzeitig Schleifscheiben beliebiger Form und Anzahl in einem Autoklaven heiß verpressen lassen, ist ihre Fertigung besonders flexibel durchzuführen.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf eine Zeichnung erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1: Eine Schleifscheibe in einer Flüssigkeit lie­ gend im Autoklaven und

Fig. 2: einen Teilschnitt einer halbfertigen Top­ schleifscheibe.

Die in Fig. 1 wiedergegebene Anordnung für die Her­ stellung von Schleifwerkzeugen weist einen sogenann­ ten HIP-Autoklaven 1 auf (hot isostatic pressure), der aus einem topfförmigen Behälter besteht sowie einem Deckel. In dem Autoklaven 1 steht ein Gefäß 2 für die Aufnahme eines flüssigen Druckmittels bzw. einer Flüssigkeit 3 bei der es sich um ein Silikonöl handelt. In der Flüssigkeit 3 steht ein Schleifwerk­ zeug. Das Schleifwerkzeug setzt sich zusammen aus einem Grundkörper 4 beispielsweise aus Aluminium, der mit einem Schleifbelag 5 beschichtet ist, der sich zusammensetzt aus einer Diamantkörnung und einer Bin­ dung aus einem Kunstharz. Der poröse Schleifbelag 5 ist mit einer dünnen Klebschicht 6 beschichtet, um das Eindringen von Silikonöl 3 in die Poren des Schleifbelages 5 zu verhindern.

Der Innenraum des Autoklaven 1 ist angefüllt mit einem inerten Gas wie Argon, mit dem sich bei einer Temperatur von 200°C ein Druck ausüben läßt von 300 bis 500 bar (3000 bis 5000 Newton/cm²), der über das Silikonöl zum Zwecke eines Heißverpressens des Schleifbelages 5 auf das Werkzeug zu übertragen ist.

Der Grundkörper 4 steht zwischen zwei Platten 8 und 8′, die in der Art von Seitenwänden ein seitliches Austreten des Schleifbelages 5 beim Verpressen ver­ hindern.

Wenn bei dem in Fig. 1 wiedergegebenen Ausführungs­ beispiel lediglich ein Schleifwerkzeug in dem Auto­ klaven 1 stehend wiedergegeben ist, so versteht sich doch, daß sich unter anderen Größenverhältnissen in einem handelsüblichen Autoklaven den jeweiligen Bedürfnissen entsprechend gleichzeitig verschiedenar­ tige Schleifwerkzeuge von unterschiedlicher Größe und Form nach ihrem Eintauchen in die Druckflüssigkeit 3 unter hohem Druck und hohen Temperaturen bearbeiten lassen.

Die in Fig. 2 teilweise und im Schnitt wiedergege­ bene Topfschleifscheibe besitzt einen Grundkörper 4, der aus einem Kunstharz oder einem Metall oder aus einer Kombination von beiden besteht. Auf seiner Außenseite ist der Grundkörper 4 mit einer ringförmi­ gen Vertiefung 12 versehen, die durch Drehen eingear­ beitet ist und sich bis nahe an den oberen Rand des Grundkörpers 4 erstreckt. In diese Vertiefung 12 wird der Schleifbelag 5 in pastöser Form beziehungsweise in einem teigartigen Zustand eingegeben. Zuvor wird die Vertiefung 12 mit einem Kleber 6 ausgestrichen. Der Schleifbelag 5 besteht aus den Superschleifmit­ teln, die fein verteilt sind in einer Bindung aus Phenolharz, der ein Füller beziehungsweise Füllstoff zugesetzt ist, beispielsweise aus Siliciumkarbid.

Beim Aushärten des Kunstharzes beziehungsweise der Bindung der Diamantkörner unter einem Überdruck in der Größenordnung von 200 bar und einer Temperatur von etwa 200°C wird der Schleifbelag 5 auf eine ge­ ringere Höhe zusammengepreßt, so daß nach dem isostatischen Heißpressen eine Nachbearbeitung des Grundkörpers 4 zum Zwecke der Freilegung des Schleif­ belages 5 zweckmäßig ist. Dafür wird der obere Rand­ bereich des Grundkörpers 4 um die Höhe "H" abgedreht. Außerdem kann eine Nachbearbeitung des außen freilie­ genden Schleifbelages 5 durch Schleifen erfolgen.

Claims (12)

1. Verfahren zum Herstellen von Schleifwerkzeugen beste­ hend aus einem Grundkörper, der einen Schleifbelag trägt, welcher aus Hartstoffkörnern wie Diamantkör­ nungen oder Körnungen aus kubisch-kristallinem Borni­ trid besteht, die in einer Bindung gleichmäßig ver­ teilt angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (1) in einer Flüssigkeit (3) mit einer Verdampfungstemperatur von höher als 160°C einge­ taucht in einem Autoklaven isostatisch heiß gepreßt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Flüssigkeit in einem offenen Behälter befindet, der im Autoklaven steht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Flüssigkeit ein Öl verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Flüssigkeit ein Silikonöl verwendet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifbelag (5) vor dem Eintauchen in die Flüssigkeit mit einem Schutzfilm (6) beschichtet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifbelag (5) vor dem Eintauchen in die Flüssigkeit (3) mit einem Kleber (6) beschichtet wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifbelag (5) vor seiner Weiterverarbei­ tung in einen zähflüssigen, teigartigen Zustand ver­ setzt wird.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleif­ belag (5) in eine oder mehrere vorgeformte Vertiefun­ gen (12) des Grundkörpers (4) eingebracht wird und nach dem isostatischen Heißpressen durch Abdrehen des Grundkörpers (4) und Nachschleifen freigelegt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Heißpressen des Belages (5) im Autoklaven un­ ter einem Druck von 150 bis 400 bar (1500 bis 4000 Newton/cm)² erfolgt.

10. Schleifwerkzeug mit einem Grundkörper, der einen Schleifbelag trägt, welcher aus Hartstoffkörnern wie Diamantkörnungen oder Körnungen aus kubisch-kristal­ linem Bornitrid besteht, die in einer Bindung gleich­ mäßig verteilt angeordnet sind, dadurch gekennzeich­ net, daß der Schleifbelag (5) in einer Flüssigkeit (3) isostatisch heiß gepreßt ist.

11. Schleifwerkzeug nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schleifbelag in einer vorgeformten Vertiefung (12) des Grundkörpers (4) angeordnet ist.

12. Schleifwerkzeug, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (1) hergestellt ist nach dem Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche.