DE1956559A1 - Diamenten enthaltendes Schleifwerkzeug und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Description

PotentonwalHn Dr. Frauke E. TraBin. 6 Hrn., Kriigeralr. 5

An das

Deutsohe Patentamt

8 München 2

D- «FRANKFURT A. M. 1. ■?· ^OV. 1969 KrSgentrafie 5 Ar

Professor Olle B. Lindström Lorensviksvägen 14,
Tä"by, Schweden

Diamanten enthaltendes Schleifwerkzeug und Verfahren zu dessen Herstellung.

Die vorliegende Erfindung "betrifft Werkzeuge wie Schleifscheiben und Sägen mit Schleifmittelpartikeln, die Schleifkörner aus Diamanten enthalten sowie ein Verfahren zur Herstellung solcher Schleifwerkzeuge. Die Diamanten in den Schleifmittelpartikeln gemäß der Erfindung können teilweise durch Schleifkörner anderer Art ersetz* werden, "beispielsweise durch Körner aus Siliziumkarbid, Metalloxyden usw.,

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von ungefähr gleicher Größe und Form wie die in den Schleifmittelpart ike In enthaltenen Diamanten. Die Erfindung hat sich als besonders vorteilhaft bei Schleifscheiben erwiesen, die Diamanten enthalten. Um eine kenkrece Beschreibung des Gegenstandes der Erfindung geben zu können, sollen deshalb als Beispiel Diamantschleifscheiben herangezogen werden.

Der Diamant, das härteste in der Natur vorkommende Material-, der nun auch auf synthetischem Wege hergestellt v/ird, hat als wirksamer Bestandteil in Schleifscheiben weite ' Anwendung gefunden. Der Stand der Technik findet sich in Kirk-Obhmer, Encyklopedia of Chemical -Technology, zweite Auflage, YoI. 1, insbesondere auf den Seiten 25, 28, 31-33» 37 und 38, sowie Vol. 4-, auf den Seiten 293 und 301. Das Bindemittel für die Diamanten kann Kunststoff (kunststoffgebundene Scheiben) oder Metall (metallgebunaene Scheiben) sein.

Bei gewissen Zusammenhängen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, freie Diamanten mit einem Metallüberzug zu versehen. Kunststoffgebundene Diamantschleifscheiben mit solchen freien, metallüberzogenen Diamanten haben eine längere Lebensdauer als Scheiben mit nicht belegten Diamanten. Man nimmt an, daß dies u.a. darauf zurückzuführen ist, daß die thermische Beanspruchung an der Grenzfläche zwischen

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den metallüberzogenen Diamanten und der Kunststoffphase geringer wird, leicht /belegte Diamanten pflegen nach, einer gewissen Zeit Schleifarbeit auch aufzureißen und sich von der Scheibe zu lösen. Die Metalleinfassung der metallüberzogenen Diamanten hält die Diamantensplitter noch eine weitere Zeit fest, so daß der Diamant langer für die Schleifarbeit genutzt werden kann, als es bei freien Diamanten ohne Metallüberzug der Pail ist.

Schleifwerkzeuge gemäß der vorliegenden Erfindung haben mit kunotstoffgebundenen Scheiben mit metallüberzogenen Diamanten gemeinsam, daß sie im Prinzip dieselben drei Materialbescandteile enthalten, nämlich: Diamant, Metall und Kunststoff (von Zusätzen, die zwecks Erhöhung der mechanischen Festigkeit und der Lebensdauer an der K.inssstoffphase beigegeben werden, wird hier abgesehen). In den Schleifwerkzeugen gemäß der vorliegenden Erfindung sind diese drei Materialien indessen auf eine neue Weise angeordnet worden, was, wie sich gezeigt hat, zu einer unerwarteten und bedeutenden Verbesserung der Eigenschaften geführt hat.

Die Erfindung ist in Abb. 1 dargestellt. Die mit Diamanten exemplifizierten Schleifkörner sind in Metallpart-ikeln 2 angeordnet, die ihrerseits in einer zusammenhängenden Kunst st off phase 3 angeordnet sinci. Ein Metallpartikel

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gemäß 2 in Abb 1 mit eingeschlossenen und benachbart liegenden voneinander getrennten Sohleifkörnern, wird in der Folge Schleifmittelpartikel genannt. Das Charakteristische für ein Schleifmittelpartikel gemäß der Erfindung ist, daß es mindestens zwei benachbart liegende hauptsächlich durch Metall getrennte Schleiflcörner enthält, von denen mindestens eines ein Diamant fe ist.

Im übrigen sind die Schleifscheiben in konventioneller Weise aufgebaut, mit einem aktiven Teil, der mindestens eine Schicht mit in Kunststoff eingebetteten Schlerfraittelpartikeln enthält, einem inaktiven Teil sowie einem Zentrumsorgan.

Die Struktur der Zusammensetzung, die Schleifscheiben gemäß der Erfindung aufweisen, kann als ein Hybride " zwischen der Struktur bei der metallgebundenen Scheibe und der Struktur bei der kunststoffgebundenen Scheibe angesehen werden. Kunststoffgebundene Schleifscheiben mit metallüberzogenen Diamanten gemäß dem "früheren Stand der Technik weisen im Unterschied zu Schleifscheiben gemäß der Erfindung eine einheitliche Struktur hinsichtlich der Verteilung der Diamanten auf. Die einzelnen Diamanten sind außer durch die Metallschicht auf den betrachteten Diamant-en, immer durch eine Kunst st off phase getrennt.

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. ' Jeder Diamant ist somit allen übrigen gleichgestellt. Zwei benachbart liegende Diamanten in Scheiben gemäß der Erfindung sind dagegen nur durch eine metallische Phase getrennt. Diamanten'in verschiedenen Schleifmittelpartikeln sind außerdem durch eine Kunststoffphase getrennt wie in kunststoffgebundenen Scheiben des üblichen Typs. Nur Diamanten, die.im gleichen Schleifmittelpartikel vorkommen, können vom Standpunkt der Struktur

her, als gleichgestellt angesehen werden.

Scheiben gemäß der Erfindung weisen bedeutend bess.ere Eigenschaften auf als sowohl die kunststoffgebundenen als auch die metallgebundenen Scheiben. Diese Verbesserung kann von den Kenntnissen über die Eigenschaften der früher bekannten Schleifscheiben-Typen her nicht vorausgesehen werden. Dies ist nicht so verwunderlich, da der Aufbau der Schleifmittelpartikel der neuen Scheiben ganz deutliqh ein anderer ist als bei den üblichen Scheiben.

Einer der Gründe für das gute Leistungsvermögen der Schleifscheiben gemäß der Erfindung scheint der zu sein, daß die in einem Schleifmittelpartikel enthaltenen Schleifkörner eine verstärkende und versteifende Wirkung auf die Schleifmittelpartikel ausüben. Die unterschiedlichen Schleif- · körner in einem Sohleifmittelparftikel üben auch eine Art Verschliißwirkung aufeinander auaV Ein derart mechanische^ j Zusammenwirken kann bei freien ,Sohleifkömern gemäß dem ;" ' früheren Stand der Technik gewiß nicht aufkommen. Das

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" ■ Verhältnis der Menge Metall zu der Menge Diamant in einem Schleifmittelpartikel wird so abgestimmt, daß die "gegenseitig verstärkende Wirkung der Schleifkörner unter Beibehaltung einer gewissen Elastizität bei dem Schleifmittelpartikel gut ausgebildet ist. Es ist zweckmäßig, die Metallmenge auf einem solchen Niveau zu halten, daß ein direkter Kontakt zwischen den Diamanten im Schleifmittelpartikel nur in Ausnahmefällen zustande kommt. Die ·

»gegenseitig armierende Wirkung der Schleifkörner wird gut ■

ausgebildet, wenn die metallische Phase zwischen den benachbart liegenden Diamantflächen 0,0001 - 0,01 mm beträgt. Es ist auch zweckmäßig in den Schleifmitxelpartikeln verhältnismäßig kleine Diamanten zu verwenden, wodurch die Anzahl der Scherflächen erhöht wird. Die Arbeitsgeschwindigkeit kann hoch gehalten werden, ohne daß die thermischen Belastungen auf der Kunststoffphase in entsprechendem Grade zunehmen.

In der vorstehenden Darstellung der Erfindung ist der Versuch gemacht worden, ihre technische Wirkungsweise zu beleuchten. Die Verhältnisse sind indessen sehr kompliziert, und das, was vorstehend über die Wirkungsmechanismen etc. gesagt worden ist, soll nur als ein Vorschlag zu den Erklärungen betrachtet werden. Auoh wenn die Besprechung in Bezug auf Diamant-Schleifscheiben vorgenommen worden ist, gelten die Ausführungen in entsprechenden Teilen auch für andere Anwendungen der Erfindung. Material mit

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einer Zusammensetzungs-Struktur gemäß AIdTd. 1 kann somit vorteilhafterweise in dem aktiven Teil ähnlicher Werkzeuge zum Sägen, Feilen etc. angeordnet werden.

Die Erfindung soll nun näher beschrieben werden. Auch hierbei ist es praktisch, die Diamantsohleifscheibe als konkretes Objekt für die Darstellung zu nehmen.

Die Diamanten, die in Schleifscheiben verwendet werden,

liegen im allgemeinen in der Größenordnung zwischen 0,007 - 1,190 mm. Oft wird die Größenordnung von Ό,Ο37 0,350 mm verwendet. Die Erfindung kann für Schleifkörner mit den oben angegebenen Größen angewandt werden. Es ist jedoch besonders vorteilhaft, Diamanten innerhalb der Größenordnung 0,074 - 0,177 mm zu verwenden. Eine Größe von ungefähr 0,100 mm ist dabei besonders günstig für die Anwendung der Erfindung.

Die Metall/Diamant-Quote für ein Schleifmittelpartikel kann innerhalb relativ weiter Grenzen variieren. Eine technische Wirkung kann bei einem so hohen Wert der Metall/ Diamant-Quote wie 20 zu 4,8 Volumenprozent Diamanten festgestellt werden. Als vorteilhaft hat sich jedoch eine Metall/Diamant-Quote innerhalb des Bereichs 0,25 - 5 erwiesen. Ein besonders vorteilhafter Bereich ist 0,5 -

Die Größe des Schleifmittelpartikels gemäß der Erfindung, das offensichtlich mindestens zwei Schleifkörner enthalten... * soll, von denen eines ein Diamant ist, kann innerhalb weiten. Grenzen von 0,015 bis 5 mm und darüber variieren, je nach der speziellen Anwendung. Ein in Schleifscheiben oft zweckmäßiger Größenbereich ist 0,2 bis 1 mm. Die Anzahl der Schleifkörner in einem Schleifmittelpartikel bestimmt sich: u.a. aus der für die betreffende Anwendung optimalen Schleifkorngröße und der optimalen Größe des Schleifmittel— parüikels. Bei besonders kleinen Diamanten, z.B. mit 0,007 mm " Durchmesser, kann die Anzahl der Schleifkörner in einem ; "■-■-■-. , Partikel bis zu 50 und darüber betragen. Bei Diamanten mit; ungefähr 0,07 Partikeldurchmesser ist es zweckmäßig 3 bis 10 Diamanten in jedem Schleifnittelpartikel anzuordnen. ^TJngefähr 5 Schleifkörner pro Schleifmittelpartikel haben sich oft als angemessene Anzahl erwiesen.

Das Verhältnis zwischen dem Volumen für die Schleifmittelpartikel und ceni der zusammenhaltenden Kunst st off phase einschließlich deren Zusätze kann, ,je nach der speziellen Anwendung, innerhalb weiter Grenzen variieren,. Das Verhältnis zwischen Volumen der Kunststoffphase und (fern Volumen der Sohle if mii, telpartikel in dem aktiven Teil der Schleifscheibe kann oft innerhalb des Bereichs 0,3 bis 20 liegen. Ein Volumenverhältnis von ungefähr 1 ist oftmals besonders günstig.

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Da. die spezielle Zusammensetzungsstruktur das Charakteristische bei der Erfindung ist, ist die technische Wirkung nicht kritisch abhängig von der Zusammensetzung in der Metallphase, Kunststoffphase und Sohleifkörnern. Die Metallphase soll ein gutes Wärmeleitungsνermögen, gute Festigkeit und Elasbizizät besitzen. Metalle, die als Konstruktionsmaterial verwendet werden, können allein oder in Legierung miteinander verwendet werden. Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, Metalle wie Nickel, Kobalt oder Silber oder Legierungen davon zu verwenden. Die · Metallphase kann durch Gießen, Sintern, galvanische Ausfällung, Verdampfung oder durch eine Kombination di-eser Prozesse, aufgebaut werden. Die Metallphase kann auch Metallkörner enthalten, die in die zusammenhängende Phase durch Gießen etc eingeschlossen worden sind.

Solche polymere Materialien, die im allgemeinen für kunststoffgebundene Diamantschleifscheiben mit freien Diamanten verwendet werden, sind auch für Schleifscheiben mit Schleifmittelpartikeln gemäß der Erfindung geeignet. Beispiele für solche Materialien sind Epoxiharze, Karbamidharze, Phenolharze und Polyesterkunststoffe. Die Kunststoffphase kann durch Einmischung von beispielsweise Metall- oder Glasfiber verstärkt werden. Zweckmäßig ist es auch, andere Füll- und Zusatzmaterialien wie Siliziumkarbid, Kalziumoxyd etc. einzumischen. Ein Beispiel für eine geeignete Harz-• komposition ist ein Phenolharz mit Zusatz von 60 $> Siliziumkarbid und 1,2 io Kalziumoxyd, gehärtet mit 38,8 ^σβ> Hexa

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bei 160⁰C während 20 Minuten, und nachgehärtet bei 15O⁰C während 24 Stunden.

Die Schleifmittelpartikel können durch mechanischen Abbau hergestellt werden, beispielsweise durch Zerbrechen und/oder Zermahiung von größeren Körpern, die z.B. mittels solcher Methoden hergestellt wurden, die für die Herstellung des ■ aktiven 'Teils in metallgebundenen Scheiben angewandt oder vorgeschlagen werden. Schleifmittelpartikel von geeigneter Form und Größe werden beispielsweise durch Sintern

aussortiert. Nicht-akzeptiertes Material kann zweckmäßigerweise wieder in den früheren Ablauf des Herstellungsprozesses zurückgeführt werden. ' ~ "

Ein Seispiel für ein geeignetes Verfahren zur Herstellung von solchen Körpern ist das nachstehende Spritzgußverfahren. Die Form wird zweckmäßigerweise aus einer billigen, bearbeiteten Aluminiumlegierung hergestellt, die, neben geringeren Mengen Eisen, Nickel und 2itan, Kupfer und Magnesium als primäre legierungselemente enthält.

Die Schleifkörner werden mit einem metallischen Füllmittel vermischt, das aus einer Spänemischung besteht, die hergestellt worden ist durch Pulverisierung und Siebung von Spänen, die durch Bearbeitung der Form hergestellt wurden, wobei diese Späne mit Antimonpulver vermischt werden. Das Volumenverhältnis zwischen Aluminiumlegierungspulver und

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Antimon ist vorzugsweise 2 : 1. Die metallischen Füllmittel werden auf die entaprechende Korngröße der Diamanten gesiebt, so daß die Diamanten gleichmäßig in der gesamten Mischung verteilt werden können, damit sie nicht aus einer lose verdichteten Mischung herausfallen.

Die Spritzgußlegierung besteht vorzugsweise aus 65 7° konventioneller Spritzgui3zinklegierung, die als hauptsächliche Legierungselemente Kupfer und Aluminium enthält, ungefähr 32 $ Kadmium und ungefähr 3 $ kommerziellen Silbers. Gemäß dem vorliegenden bekannten Verfahren erhält man eine bindende Legierung mit einem Schmelzpunkt, der niedriger als der Schmelzpunkt für das metallische Füllmittel ist, weshalb andere Legierungen, die die erforderlichen Voraussetzungen erfüllen, verwende: verden können.

Die Mischung aus Diamanten, evtl. übrigen Schleifkörnern und metallischem Material wird dann in die Form eingebracht. Die Mischung aus Dia~ar."körnern und metallischen Füllmittel, welche durch Taumeln hergestellt worden ist, kann in die Form eingestreut oder zugeführt werden, indem die .Form gedreht wird. Die lose verdichtete Mischung aus Diamanten und metallischem Material, wird dann, nachdem diese gleichmäßig verteilt ist, zusammengebunden, indem man die Form in eine Spritzgußmaschine bringt und ein

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geschmolzenes Spritzgußmetall zusetzt, um die Poren zwischen den Diamanten und den inerten Füllmitteln auszu- :■ , füllen. Das Aggregat wird danach abgekühlt und die Form · wird durch Bearbeitung oder durch andere Weise entfernt. ,,;

Die auf diese Weise hergestellten Körper werden zerkleinert ^ wonach Partikel von geeigneter Form und Größe für das Ein- gießen in Schleifwerkzeuge aussortiert werden. . -^

Pulvermetallurgische Methoden können ebenfalls mit Vor- . ;:_; ü-eil angewandt werden. Es ist z.B. zweckmäßig, eine Ml- '■."' schung aus Nickelpulver und nach bekannter Weise nickelbelegte Diamanten zu zusammenhängenden Körpern warmzu-· pressen, die dann weiter zu Schleifmittelpartikeln bearbeitet werden. Metallbelegte Diamanten können auch - > miütels Spritzguß zu Körpern geformt werden, die dann weiterbearbeitet werden. ^:■

Größere Schleifmittelparuikel können auch direkt in vorgesehenen Größe und Form mibtels verschiedener -Gieß- und pulverr.echanisoher Verfahren hergestellt werden^ wobei die Zerkleinerungs- und Sortierungselemente eliminiert werden.

Galvanische LIeanöden von der Ari , wie sie zur Herstellung von metallbelegten Diamanten für Schleifscheiben gemäß dem früheren Stand der Technik angewandt werden, können

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ebenfalls angewandt werden. Diamanten, die mit einer

zu

dünnen Metallschicht·versehen sind, werden/zusammenhängenden Partikeln agglomeriert, die dann auf galvanischem Wege mit einem Metallüberzug versehen werden. Hierbei ist es zweckmäßig mit einer niedrigen Stromdichte zu arbeiten, so daß Metall in die Poren ausgefällt wird, die zwischen den Schleifkörnern in den Agglomeraten vorkommen. Gralvanische Metallausfällung ist auch eine geeignete Schlußbehandlung von gemäß den oben genannten Verfahren hergestellten Schleifmittelpartikeln.

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Claims (8)

1. Patentansprüche

   π·/ Werkzeuge zur schleifenden, sägenden oder feilenden Bearbeitung mit eines aktiven l'eil, besuehend -aus einem zusammenhängenden Körper aus einem gehärteten synthetischen Harz, in welchen Körper ein aktiver Teil vorhanden ist, der aus mindestens einer, Schleifmit-uelpartikel aus Metall enthaltenden, Oberschicht besteht, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Schleifmiütelpartikel mindestens ZWeI₁ hauptsächlich durch Metall getrennte Schleifkörner enthält, von denen mindestens eines ein Diamant; ist.
2. 2. Werkzeuge gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis zwischen den Volumen der in den Schleifmittelpartikeln enthaltenen metallischen Phase und der Schleifkörner innerhalb der' Grenzen 0,25 - 5 liegt.
3. 3. Werkzeuge gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifmittelpartikel zwischen 5-85 Volumenprozente des Volumens des aktiven Teils ausmachen.
4. 4. Werkzeuge gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet;, daß die Sohleifkörner in einem Schleifmittelpartikel aus Diamanten bestehen, deren Größe zwischen 0,037 - 0,350 mm variiert.'

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5. 5 . Werk25»ti#·-g^mäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

   daß das Metallen den Schleifmittelpartikeln"hauptsächlich aus Nickel besteht. ~ ' .
6. 6. Werkzeuge gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zusammenhängende Körper aus gehärtentem synthetischen Harz, in dem Schleifmit lelpartikel angeordnet sind, aus einem Harz auf Phenolbasis besteht.
7. 7. Werkzeuge gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug eine Schleifscheibe mit einem- Mittelabschnitt mit einem darum angeordneten aktiven Teil ist.
8. 8. Verfahren zur Herstellung eines Schleifwerkzeuges, dadurch gekennzeichnet., daß Schleifmittelpartikel aus Metall, die mindestens zwei hauptsächlich durch Lie tall getrennte Schleifkörner enthalten, von denen mindestens eines ein Diamant; ist, in einem gehärteten synthetischer. Harz gebunden werden, so da:? ein zusammenhängender Körper gebildet, wird, welcher Körper der aktive Jeil in den: ■ Schleifwerkzeug ist.

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