DE2333303A1 - Schleifmasse und daraus hergestellter gegenstand - Google Patents

Description

Schleifmasse und daraus hergestellter Gegenstand

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Schleifmassen und aus derartigen Schleifmassen hergestellte Gegenstände.

Ein strömendes, flüssiges Schmiermittel oder Kühlmittel wird oft während des Schleifens auf der Oberfläche eines Werkstückes zugeführt, um Reibung und Wärmeerzeugung herabzusetzen. Beim Werkzeugschleifen und Fräsen ist jedoch oft infolge der GröBe und Form der zu schleifenden Teile sowie ihrer Stellung gegenüber der schleifenden Fläche die Verwendung flüssiger Schmiermittel ausgeschlossen. Dennoch ist es wünschenswert, ein Schmiermittel zu verwenden, um Wärme und Reibung zu vermeiden, die zu einem schnellen Verschleiß der Schleifscheibe sowie zum starken Erhitzen und Verlust des Härtegrades der Werkstückfläche beitragen, die dem SchleifVorgang unterworfen ist.

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Wenn Feststoffschmiermittel, wie zum Beispiel Graphit oder Molybdändisulfid in einer Abriebfläche enthalten sind, um eine innere Schmierung hervorzurufen, hat eine derartige Abriebfläche im allgemeinen ein schwaches Gefüge, was zu einem schlechten Schleif- oder Abriebwirkungsgrad führt. Um die Festigkeit des Gefüges zu erhöhen, sind sowohl flüssige als auch feste Schmiermittel vor dem Einbringen in die Abriebmasse in einem Hüllen- oder Schalenstoff eingeschlossen worden. Eine derartige Schleifmasse ist in der USA-Patentschrift 3 5o2 453 offenbart.

Einige Jahre, nachdem die synthetische Herstellung von Diamanten im Jahre 1955 bekanntgegeben wurde, wurden die bei der Synthese von Diamanten angewandten Verfahren unter Verwendung von extrem hohen Drücken und Temperaturen zur Erzeugung einer kubischen Kristallform von Bornitrid verwendet, eines extrem harten Stoffes, wie er zuvor unbekannt war. Diese Form des Bornitrids wurde in der USA-Patentschrift 2 947 617 offenbart und beansprucht. Später wurde eine extrem harte Form eines hexagonalen kristallinen Bornitrids unter Verwendung der Verfahren mit extrem hohen Drücken und hohen Temperaturen erzeugt. Diese Form des Bornitrids wurde in der USA-Patentschrift 3 212 851 offenbart und beansprucht. Beide erwähnten extrem harten Abriebformen des Bornitrids werden nachstehend als kubisches Bornitrid oder Abriebbornitrid bezeichnet, um sie von der weichen hexagonalen Form des Bornitrids zu unterscheiden, die hinsichtlich des Kristallgefüges dem Graphit ähnlich ist und ebenso wie Graphit als Schmiermittel dient.

Während Abriebbornitrid und Diamant die beiden härtesten bekannten Stoffe sind, ist Abriebbornitrid etwas weniger hart als Diamant. Da die Herstellungskosten des Abriebbornitrids etwa die gleichen sind wie bei Diamant, wurde es viele Jahre hindurch kommerziell nicht verwertet. In

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jüngerer, Vergangenheit wurde jedoch entdeckt, daß kubisches Bornitrid mit einer dünnen Nickelbeschichtung Abriebeigenschaften hat, die denjenigen des Diamanten für das Schleifen vieler extrem harter Stahllegierungsn überlegen sind.

Einige Jahre hindurch wurden die Abriebteilchen, die in Schleifscheiben verwendet wsrden, mit einem Metall beschichtet, wie zum Beispiel Nickel. Wahrend diese Beschichtung für gewöhnlich sehr dünn ist, zum Beispiel 3o u oder weniger, ergibt das höhere spezifische Gewicht des Metalls ein Teilchen, das zu 5o - 7o Gewichtsprozent aus Metall besteht. Während eine typische Beschichtung vorwiegend aus Nickel zusammengesetzt ist, können die zur Beschichtung der Abriebteilchen angewandten Verfahren auch dazu führen, daß andere Stoffe vorhanden sind. Beispielsweise können phosphorhaltige Verbindungen, die bei typischen stromlosen Beschichtungsverfahren vorhanden sind, bis zu 15 oder 2o Gewichtsprozent Phosphor in der Nickelschicht hervorrufen. Dieser Phosphor kann eine Verbindung mit dem Mickel eingehen. Während also die Beschichtung der. Abriebteilchen hier als "Nickel"-Beschichtung bezeichnet wird, ist darauf hinzuweisen, daß kleinere Mengen anderer Stoffe ebenfalls vorhanden sein können.

Kunstharzgebundene Schleifscheiben, die nickelbeschichtete Abriebteilchen verwenden, ergeben eine erhebliche Verbesserung in ihrer Schleifleistung gegenüber Schleifscheiben, bei denen die Abriebteilchen nicht mit Nickel beschichtet sind. Dennoch ist ein Schmiermittel wünschenswert, um eine höchstmögliche Leistung zu erzielen*

Gemäß der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Schleifmasse eine Grundmasse aus einem Kunstharzstoff, 1o bis 3o Volumenprozent Abriebteilchen aus kubischem Bornitrid, die in der gesamten Grundmasse verteilt sind und mit Nickel beschitet sind, und Io bis 3o Volumenprozent von in Metall eingekap-

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selten Schmiermittelteilchen, wobei die Metalleinkapselung Nickel, Kupfer oder Kobalt sein kann, und die in der gesamten Grundmasse verteilt sind, wobei die genannten Volumenanteile auf dem Gesamtvolumen der Grundmasse, der beschichteten Abriebteilchen und der eingekapselten Schmiermittelteilchen beruhen.

Während die oben für die Abriebteilchen angegebenen Volumenprozente nicht das Volumen der Nickelbeschichtung umfassen, weisen die Abriebteilchen in allen Fällen eine Nickelbeschichtung auf. Etwa Io bis 3o Volumenprozent kubischer Bornitridteilchen und 1o bis 3o Volumenprozent von in Metall eingekapselten Schmiermittelteilchen werden in eine Grundmasse aus Kunstharzstoff, wie z.B. Phenolformaldehyd oder Polymid eingebracht, um die Abriebmasse gemäß der vorliegenden Erfindung herzustellen. Die Grundmasse besteht zu mindestens 15 Volumenprozent aus dem.Kunstharzstoff. Infolgedessen ist es oft erforderlich, die Anteile der Schmiermittelteilchen und der Abriebteilchen so zu ändern, daß sie unter den hier angegebenen maximalen Werten liegen.

Die Einkapselung von Schmiermitteln mit bestimmten Metallen ist nicht Teil der vorliegenden Erfindung. Dennoch werden im Interesse einer vollständigen Offenbarung die nachfolgenden Beispiele der Einkapselung von Molybdändisulfid angegeben. Ein Liter entionisiertes Wasser wird auf 65° C erwärmt. 5o Milliliter eines Palladiumchloridaktivators, wie zum Beispiel des von der MacDermid Company vertriebenen Macuplex ABS, wird dem erwärmten Wasser zugesetzt. Unter Rühren werden 5o Gramm Molybdändisulfid der Mischung beigegeben, und das Rühren wird 1o Minuten fortgesetzt. Sodann wird das Rühren beendet und die Mischung für 1o Minuten stehengelassen. Sodann wird die Lösung dekantiert und 1 Liter deionisiertes Wasser wird unter Rühren zugesetzt. Die Mischung wird dann 5 Minuten stehengelassen, um sich

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abzusetzen, woraufhin sie dekantiert wird.

Das behandelte Molybdändisulfid wird dann in einen sauberen 2-Liter-Becher gegeben, und ein Liter einer auf 6o° C erwärmtenLösung zur stromlosen Vernickelung wird unter Rühren zugesetzt. Das Rühren wird bei 60 2o Minuten lang durchgeführt. Wenn eine übermäßige Schaumbildung während dieser Zeit auftritt, wird Isopropy!alkohol zugesetzt, bis die Schaumbildung aufhört. Die Lösung wird dann für fünf Minuten stehengelassen, um sich abzusetzen, wonach sie dekantiert wird, und ein Liter deionisiertes Wasser unter Rühren zugesetzt wird. Die Lösung wird dann weitere 5 Minuten stehengelassen, um sich abzusetzen, wonach sie dekantiert wird. Zu diesem Zeitpunkt wird ein weiterer Liter einer auf 6o° C erwärmten Lösung zur stromlosen Vernickelung unter Rühren zugesetzt. Nach 2o-minütigem Rühren wird die Lösung für 5 Minuten stehengelassen, um sich abzusetzen, und dann dekantiert. Das Endprodukt besteht aus in Nickel eingekapselten Molybdändisulfidteilchen. Die Vernickelungsschritte können wiederholt werden, wenn eine dickere Nickelschicht erwünscht ist. Kupfer- oder Kobaltlösungen können anstelle der Nickellösung verwendet werden, um in Kupfer oder Kobalt eingekapselte Schmiermittelteilchen zu erzeugen.

Während bei dem obengenannten Verfahren Molybdändisulfid als Schmiermittel verwendet worden ist, könnten auch andere Schmiermittel, wie z.B. Graphit, weiches hexagonales Bornitrid, ,Paraffin, Bienenwachs usw. anstelle des Molybdändisulfids verwendet werden, um ein in Metall eingekapseltes Endprodukt zu erhalten.

Die erfindungsgemäße Abriebmasse wird in erster Linie als die Schleiffläche einer Schleifscheibe verwendet. Solche Schleifscheiben werden nach der "Konzentration"

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der Abriebmasse (ohne die Nickelbeschichtung) klassifiziert. Beispielsweise hat die am häufigsten verwendete Schleifscheibe eine Konzentration 100. Bei einer Schleifscheibe mit der Konzentration 100 ist der Abriebstoff
in einer Menge von 25 Volumenprozent der gesamten Masse vorhanden. Wenn die Nickelbeschichtung mit dem Abriebstoff gerechnet wird, enthält eine Schleifscheibe mit der Konzentration 100 etwa 41 Volumenprozent Abriebstoff plus Beschichtung. Diese Zahl kann je nach der Größe der Abriebteilchen und der Dicke der Nickelbeschichtung etwas schwanken.

Eine Schleifscheibe mit der Konzentration 50 enthält
12 1/2 \tiumenprozent Abriebstoff oder, wenn die Nickelbeschichtung mit dem Abriebstoff gerechnet wird, etwa
20 Volumenprozent. Die vorliegende Erfindung findet Anwendung auf alle Schleifscheibenkonzentrationen, Natürlich enthalten die Schleifscheiben mit geringerer Konzentration auch einen geringeren Anteil des Abriebstoffes. Bei derartigen Schleifscheiben kann der Anteil des die Grundmasse bildenden Harzstoffes und der Anteil des Schmiermittels nach oben geändert werden, um für besondere Erfordernisse die beste Schleifscheibe zu erzielen. Umgekehrt erfordert eine höhere Konzentration des Abriebstoffes geringere Werte für die Grundmasse und Schmiermittel. In diesem Fall muß sorgfältig vermieden werden, daß der Grundmassengehalt auf einen Wert herabgesetzt wird, bei dem die Schleifscheibe nicht mehr genügend
Kohäsion aufweist, um wirkungsvoll zu arbeiten.

Die vorliegende Erfindung ergibt eine sehr gute Schleifscheibe mit der Konzentration 100, wie es durch das nachfolgende Beispiel 1 gezeigt wird:.

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Ζόόο'όϋ'ό

Bestandteil Volumenprozent

Phenolharz 37,5ο

Kubisches Bornitrid Cmit Nickel beschichtet 43,43

In Nickel eingekapseltes Molybdänsulfid 19,57 Fural-Benetzungsmittel 1,5o

Das mit Nickel beschichtete Bornitrid wurde mit dem Fural-Benetzungsmittel gründlich vermischt und umgerührt, bis die Fläche jedes Abriebteilchens mit einer dünnen Schicht des Benetzungsmittels bedeckt war. Das Harz und das eingekapselte Molybdändisulfid wurden innigmiteinander vermischt und dann mit dem benetzten Abriebstoff vereinigt und gründlich vermischt, bis jedes Abriebteilchen mit der Mischung aus Harz und Schmiermittel beschichtet war.

Die Mischung wurde dann in den ringförmigen Teil einer bekannten Form zur Formung von Schleifscheiben mit Diamant oder kubischem Bornitrid als Schleifmittel gebracht. Die Schleifscheibe wurde sodann geformt und wärmegehärtet. Eine derartige Schleifscheibe hatte bei einem Schleifversuch an M2-Stahl ein Schleifverhältnis (Verhältnis des abgeschliffenen Werkstückgewichtes zu dem Gewicht des Schieifscheibenverschleisses) von 2Θ7 im Gegensatz zu einem Schleifverhältnis von 1o4 bei einer Vergleichsschleifscheibe. Die Schleifscheiben waren einander gleich, mit der Abweichung, daß bei der Schleifscheibe mit dem Schleifverhältnis 1o4 die 19,7 Volumenprozent des eingekapselten Molybdändisulfids durch 19,7 Volumenprozent Siliciumcarbid-Füllstoff ersetzt waren.

Die nachfolgenden Beispiele 2-7 veranschaulichen die Erfindung bei der Verwendung von Schleifscheiben mit mehreren

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Eisen auf Kupfer	181
Zinn auf Kobalt	199
15 Gew.% Nickel auf	2o9
25 Gew.% Kobalt
Kupfer	215
Kobalt	215
g Gew.% Nickel auf
3o Gew.% Kupfer	224

verschiedenen Metallen zur Einkapselung des Schmierstoffes:

Beispiel No.: Metalleinkapselung Schleifverhältnis

der Scheibe

Bei den Beispielen 2-7 bestanden die Werkstücke alle aus M-4-Stahl, um einander so ähnlich wie möglich zu sein. Das Schmiermittel war Mo^bdändisulfid mit einer Teilchengröße von 44 - 63 ju . Alle Versuchsbedingungen wurden sorgfaltig kontrolliert, um bei der angewandten Trockenschleifweise einheitliche Bedingungen zu gewährleisten.

Während keines der Versuchsergebnisse der Beispiele 2-7 als unbefriedigend angesehen werden konnte, sei erwähnt, daß Kupfer und Kobalt ausgezeichnete Einkapselungsmetalle waren, und daß Überschichtungen von Eisen auf Kupfer oder Zinn auf Kobalt die Wirkung hatten, die Schleifverhältnisse herabzusetzen. Eine Überschichtung einer Kobalteinkapselung mit 15 Gewichtsprozent Nickel führte zu einer geringfügigen Herabsetzung des Schleif^verhältnisses. Eine mit 9 Gewichtgprozent Nickel überschichtete Kupfereinkapselung ergab das beste Schleifverhältnis von allen. Die Netalle Nickel, Kobalt und Kupfer sind somit die besten Einkapselungsmetalle.

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Claims (7)

1. Patentansprüche

   Schleifmasse, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Grundmasse aus einem Harzstoff, 1o - 3o Volumenprozent in der Grundmasse verteilten kubischen Bornitrid-Abriebteilchen, die mit Nickel beschichtet sind, und 1o -3o Volumenprozent von in Metall eingekapselten Schmiermittelteilchen besteht, die inder Grundmasse verteilt sind und in Nickel, Kupfer oder Kobalt eingekapselt sein könne, wobei die Volumenanteile nach dem Gesamtvolumen der Grundmasse, der beschichteten Abriebteilchen und der eingekapselten Schmiermittelteilchen berechnet sind«
2. 2. Schleifmasse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie die Oberfläche einer Schleifscheibe ist.
3. 3. Schleifmasse nach Anspruch 1-2, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundmasse ein Phenal-Formaldehyd-Polymerisationsprodukt ist.
4. 4. Schleifmasse nach den Ansprüchen 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schmiermittel Molybdändisulfid iat.
5. 5. Schleifmasse nach den Ansprüchen 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß das Einkapsslangsmetall Nickel ist.
6. 6. Schleifmasse nach den Ansprüchen 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das Einkapselungsmetall Kupfer ist.
7. 7. Schleifmasse nach den Ansprüchen 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Einkapselungsmetall Kobalt ist.

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