DE2014863C3 - Schleifkörper oder -werkzeug - Google Patents

Description

Schleifscheiben, die Diamanten in einem Polyimidbinder enthalten, haben, insbesondere für das Naßschleifen von Hartmetall, einen breiten Eingang in die Technik gefunden. Diese Polyimid-Schleifscheiben sind gegenüber den entsprechenden Schleifscheiben auf Phenolharzbasis von wesentlichem Vorteil. Phenolharz-Schleifschcibcn lassen sich durch Einsatz von Diamanten vergüten, die einen glatten Oberzug eines Metalls, wie Kupfer oder Nickel, aufweisen und ergeben im allgemeinen im Vergleich mit einer entsprechenden, nichtüberzogene Diamanten enthaltenden Schleifscheibe eine Verbesserung des »Schleifverhältnisses« (Kehrwert des spezifischen Schleifscheibenverschleißes) von 80 bis 100%. Beim Einbau der gleichen, mit glattem Metall überzogenen Diamanten in polyimidharzgebundene Schleifscheiben jedoch tritt nur eine mäßige Verbesserung des Schleifverhältnisses von 10 bis 20% ein. Dies gilt auch für die aus der BE-PS 6 86 805 bekannten Schleifwerkzeuge, bei welchen synthetische Diamanten mit einem glatten Metallüberzug versehen und in einem wegen seiner Wärmebeständigkeit bekannten koaleszierten Polyimid gebunden sind.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, einen Schleifkörper bzw. ein Schleifwerkzeug mit einem Polyimidbinder und darin eingebetteten metallüberzogenen, synthetischen Diamanten zur Verfügung zu stellen, der bzw. das im Vergleich zu den bekannten derartigen Schleifkörpern bzw. -werkzeugen verbesserte Eigenschaften und insbesondere ein erhöhtes Schleifverhältnis aufweist.

Gegenstand der Erfindung ist ein Schleifkörper oder -werkzeug aus einem zu mindestens 50 Vol.-% aus koalesziertem, aromatischem Polyimid bestehenden Binder und darin eingebetteten, einen Metallüberzug aufweisenden synthetischen Diamanten, der bzw. das dadurch gekennzeichnet ist, daß der Metallüberzug stachelartige Vorsprünge mit einer Höhe von 0,3 bis 30 μΐη und einer Breite an der Basis von 0,3 bis 30 μίτι aufweist.

Die Metallüberzüge der erfindungsgemäß verwendeten Diamanten sind somit nicht - wie unter dem Abtastelektronenmikroskop zu erkennen und wie bei herkömmlichen metallüberzogenen Diamanten — glatt, sondern weisen Stachel- bzw. widerhakenartige Vorsprünge (nachfolgend kurz »Stachel«) auf. Gegenüber Schleifkörpern bzw. -werkzeugen mit nichlüberzogenen Diamanten Werden im Falle der erfindungsgemäßen Schleifkörper bzw. 'wefkzeuge Verbesserungen des Schleifverhältnisses von z.B. 100% erzielt. Dieses Ergebnis ist besonders überraschend, da die Diamanten mit glatten Metallüberzügen keine Wesentliche Verbes^ serung polyimidgebundener Schleifscheiben ergeben haben, Darüber hinaus haben die Diamanten mit Stachelmetallüberzügen in phenoiharzgebundenen Schleifscheiben keine so starke Verbesserung des Schleifverhältnisses wie in den polyimidgebundenen Scheiben erbracht. Hieraus läßt sich folgern, daß die ϊ Stachelmetallüberzüge auf den Diamanten selektiv in Polyimid-Schleifkörpern bzw. -werkzeugen von Vorteil sind.

Das erfindungsgemäße Schleifwerkzeug besitzt insbesondere die Form einer Schleifscheibe, bei der der

in Schleifkörper zu einem an einem Träger befindlichen Randteil ausgebildet ist.

Der Grad, in dem Diamanten mit Stachelmetallüberzügen die Schleifeigenschaften polyimidgebundener Schleifscheiben zu verbessern vermögen, wird von der

Ii Qualität der Basis, der nichtüberzogenen Diamanten, beeinflußt Nach H. B. D y e r und A. R. R ο y (»A New Synthetic Diamond Grit and Its Application to Heavier Carbide Grinding Operations« in »Diamond Abrasives and Tools«, ]. Burls, Editor, Pergamon Press, Ltd, London, 1964, S. 111 ff.) werden bei der Herstellung eines synthetischen, handelsüblichen Diamantkorns vier Charakteristiken berücksichtigt, nämlich

(a) die Oberfläche,

(b) die Form,

(c) die Festigkeit und
(d) die Gleichmäßigkeit.

Die Oberfläche wird anhand der Zugehörigkeit zu drei Typen definiert, wobei die Diamanten
1. ebene, glatte Flächen an Einkristallen,

so 2. nichtebene, glatte Flächen mit einspringenden

Winkeln an Einkristallen bzw.
3. Oberflächen mit Anzeichen für polykristalline

Aggregate
aufweisen. Die Form wird als blockartig, zwischenför-

ii mig bzw. plattenartig definiert. Die Festigkeit der Diamanten hängt sowohl von der Form als auch der Oberfläche ab, wobei am festesten Diamanten der Zwischenform mit einspringenden Oberflächen und am schwächsten blockartige mit glatten Oberflächen sind.

w Eine Gleichmäßigkeit der Diamantteilchen in einem Handelskorn, insbesondere in bezug auf die Festigkeit, ist einer Ungleichmäßigkeit unter Vorliegen von Teilchen mit einem Gesamtdurchschnittswert für die gewünschte Eigenschaft zu bevorzugen.

4Ί Diamanten, deren Eigenschaften insgesamt ein optimales Verhalten in Polyimid-Schleifscheiben zeigen, sind weiter in der US-PS 33 85 684 beschrieben.

Erfindungsgemäß bevorzugt werden Diamanten mii einer Korngröße von 'Ao bis Vio mm.

w Die Aufbringung des Metallüberzugs -uf die Diamanten kann leicht erfolgen, indem man zunächst die Diamanten, z. B. mit Königswasser, reinigt. Nach genügender Reinigung werden die Diamanten in eine langsam umlaufende Trommel eingegeben, die ein

r> galvanisches Bad enthält. Durch den Umlauf der Trommel und Anlegen einer zweckentsprechenden Spannung bewirkt man die galvanische Abscheidung des Metalls auf der Oberfläche der Diamantkristalle. Das Metall soll auf eine Gewichtszunahme, bezogen auf die nichtüberzogenen Diamanten, von 45 bis 75% aufgebracht werden, was eine durchschnittliche Zunahme der linearen Abmessung der Diamanten von 10 bis 15% bedeutet.
Aufgrund der Natur der elektrolytischen Abscheidun-

gen hat der anfällende Metallüberzug einen Stachelcharakten Die Stacheln bedecken aufgrund ihrer etwas komplexen pyramidenförmigen bis konischen Natur den größten Teil der Diamantoberfläche. Als Metalle

zur Bildung des Überzugs werden Nickel, Kupfer, Tantal, Niob und Kobalt bevorzugt. Weitere geeigente Überzugsmetalle sind in der BE-PS 6 86 805 beschrieben.

Das als Binder dienende Polyimid soll eine inhärente Viskosität von mindestens 0,1, vorzugsweise von 0,3 bis 5, bestimmt bei 35°C an einer 0,5 gewichtsprozentigen Lösung in 96%iger Schwefelsäure, aufweisen. Bei Polyimiden, die nicht zu 0,5% in 96%iger Schwefelsäure bei 35" C löslich sind und aus denen ein fester Körper durch Koaleszieren (Zusammenwachsen) erhältlich ist, wird das Vorliegen einer inhärenten Viskosität von über 0,1 unterstellt.

Die geformte Schleifmasse bzw. der Schleifkörper enthält im allgemeinen 6 bis 35 VoI.-% Diamanten, 3 bis 17,5 VoI.-% Metallüberzug auf den Diamanten und 47 bis 91 VoI.-% aromatisches Polyimid. Gewünschtenfalls kann man einen Teil der Harzphase (bis zu 50 Vol.-%) durch ein anderes Schleifmittel, wie Siliciumcarbid oder Aluminiumoxid, einen Füllstoff, wie Glas, oder ein Metall in Pulver-t*Jer Faserform ersetzen.

Aus der diamanthaltigen Masse wird im allgemeinen ein Randteil gebildet, bei dem die Diamanten im koaleszierten Polyimidbinder eingebettet, und der dann auf einem Kern befestigt wird. Für den Kern wird Aluminium bevorzugt, aber auch andere Materialien, wie aluminiumgefülltes Phenol-Formildehyd-Harz, sind verwendbar.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.

Herstellung und Prüfung von Schleifscheiben

Zur Bildung einer diamanthaltigen Masse stellt man eine Mischung von 25 Vol. % Diamanten und 75 Vol.-% Metallüberzug und Polyimidharz her. Dann erzeugt man Polyimid-Schleifscheiben mit einem Aluminiumkern und einem aus dem Diamant/Harz-Gemisch formgepreßten Randteil. Das Randtreil wird mit Hilfe eines Epoxyklebers mit dem Kern verbunden.

Zur Prüfung werden die Schleifscheiben auf einem handelsüblichen Schleifgerät montiert und nach Abrichten und Einlaufen auf Carbid zum Oberflächenschliff eines 5,1x22,9 oder 10,7 χ 28,4 cm-Werkstücks aus handelsüblichem Hartmetall bei folgenden Bedingungen eingesetzt:

Scheibengeschwindigkeit	4000
U/Min.	1914
m/Min. (Oberfläche)	15,2
Tischgeschwindigkeit, m/Min.	0,025
Tiefenvorschub, mm/Umkehr	1,27
Quervorschub, cm/Durchgang	überflutet mit
Kühlung	2.7%igem, wäß
	rigem Internatio
	nal2l8X

Bei der Diamant-Kennzeichnung in der nachstehenden Tabelle bedeuten:

Diamanten mit einer Korngröße von 180

a nichtüberzogen;

b mit einem glatten Nickelüberzug mit einer durchschnittlichen Dicke gleich ungefähr 10 bis 15% der durchschnittlichen Linearabmessung der Diamanten;

c mit einem Stachelüberzug aus Nickel mit einer durchschnittlichen Dicke gleich 10 bis 15% der durchschnittlichen Linearabmessung der Diamanten, wobei die Stacheln ungefähr einen Durchmesser von 0,3 bis 8 μιπ an der Basis und eine Höhe von 0,3 bis 8 μΐη aufweisen und sich an jedem Stachel mehrere kleinere Vorsprünge befinden;

Diamanten mit einer Korngröße von 120

d nichtüberzogen;

e mit einem Stachelüberzug aus Nickel mit einer durchschnittlichen Dicke gleich 10 bis 15% der durchschnittlichen Linearabmessung der Diamanten, wobei die Stacheln ungefähr einen Durchmesser von 20 bis 30 μηι an der Basis haben und sich an jedem großen Stachel einige kleine Vorsprünge befinden.

Tabelle

in — Beispiel	Diamani	Korngröße	Konzen	-Schleifver-
			tration	hältnis
1	a	180	100	130
.. 2	b	180	100	153
" 3	C	180	100	360
4	d	120	100	70
5	e	120	100	180 bis 210
6	e	120	75	100
7	a	180	75	77
'" 8	C	180	75	165

Das Schleifverhällnis, d. h. das Verhältnis des Volumens des abgetragenen Materials zum Volumen des verschlissenen Scheibenmaterials, wird durch to Mittelung der Ergebnisse von mindestens drei einzelnen Schleifversuchen bestimmt, Wobei in jedem Versuch etwa 19 bis 23 cm³ Material abgetragen werden,

Die in der Tabelle aufgeführten Werte zeigen, daß die erfindungsgemäße Schleifscheibe von Beispiel 3 ein viel höheres Schleifverhältnis als die mit einen glatten Überzug aufweisenden Diamanten versehene Scheibe von Beispiel 2 besitzt, die ihrerseits nur eine geringe Verbesserung gegenüber der Scheibe von Beispiel 1 (mit nichtüberzogenen Diamanten) erbringt. Beispiel 3 zeigt auch eine wesentliche Verbesserung gegenüber Beispiel 5, in dem Diamanten mit einem anderen Überzug eingesetzt werden und welches eine beträchtliche Verbesserung gegenüber den Beispielen 1,2 und 4 zeigt. Die gleichen Verhältnisse gelten für die Scheiben von Beispiel 6 bis 8 mit einer Konzentration von 75. Gegensätzliche Ergebnisse werden bei herkömmlichen, phenolharzgebundenen Scheiben erhalten, bei denen die mit einem glatten Überzug versehenen Diamanten sich den nichtüberzogenen Diamanten als überlegen erweisen, aber mit stachelüberzogenen Diamanten keine Verbesserung gegenüber den mit einem glatten Überzüg-versehenen eintritt.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Schleifkörper oder -werkzeug aus einem zu mindestens 50 Vol.-% aus koalesziertem, aromatischem Polyimid bestehenden Binder und darin eingebetteten, einen Metallüberzug aufweisenden synthetischen Diamanten, dadurch gekennzeichnet, daß der Metallüberzug stachelartige Vorsprünge mit einer Höhe von 03 bis 30 μπι und einer Breite an der Basis von 0,3 bis 30 μπι aufweist.