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SCHLEIFWERKZEUG Die Erfindung bezieht sich auf ein Schleifwerkzeug,auf
Basis von Diamant, kubischem Bornitrid sowie anderen hochfesten Schleifmitteln,
das für die Be#rbeitung von Hartmetallen, Stählen, Gußeisen, Keramik und anderen
Werkzeug- und Konstruktionswerkstoffen bestimmt ist.
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Weit bekannt sind Scleifwerkzeuge, die aus Diamant oder kubischem
Bornitrid als Hauptschleifmittelkomponente, einem organischen Bindemittel und Füllstoffen
bestehen. Als Füllstoffe werden üblicherweise Karbide und Oxyde hochschmelzender
Metalle wie Kupfer, Silber, Zirkonium sowie weitere Metalle und Mineralien angewandt,
die den Schleifmittelwerkzeugen notwendige physikalisch mechanische Eigenschaften
(Wärmeleitfähigkeit, Festigkeit, Gleiteingeschaft
) verleihen. Alle
diese Füllstoffe sind dem zu boarbeitenden Werkstoff gegenüber inert; das Spezifische
das Werkstoffes, für den das Schleifmittelwerkzeug bestimmt war, wurde bei er einführung
solcher Füllstoffe in das Schleifmittelwerkzeug nicht berücksichtigt.
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Als Mangel der bekannten Schleifwerkzeuge erwelst sich deren ungenügende
Leistungsfähigkeit, die modernen Produktionsanforderungen nicht entspricht, sowie
deren niedrige Standzeit auf beim Schleifen. Mit der Vergrößerung der Schleiftiefe/mehr
als 0,02 mm für je einen Doppelhub des Schleifmaschinentisches bei der Bearbeitung
von Hartmetallen und mehr als 0,005 mm bei der Bearbeitung von Stählen nimmt der
Verschleiß der Werkzeuge rasch zu. Versuche, die Geschwindigkeit bei der Bearbeitung
von Keramik zu erhöhens fuhren ebenfalls ein schroffes Ansteigen des Diamantenverbrauches
herbei.
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Die vorliegende Erfindung bezweckt die Behebung der angeführten Nachteile.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde , ein Schleifwerkzeug mit
einer erhöhten Leistungsfähigkeit und Verschleißfestigkeit für die Bearbeitung verschiedener
Werkstoffe wie Hartmetalle, Stähle, Keramik u.a. zu schaffen.
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Dlese Aufgabe wirddadurch gelöst, daB in das Schleifwerkzeug, das
aus einer Masse gefertigt ist, die außer der Schleifmittelkomponente en organisches
Bindemittel und einen
Füllstoff enthält, erfindungsgemäß zur Füllstoffzusammensetzung
ein Stoff gehört, der gegenüber dem zu bearbeitenden Werkstoff oberflächenaktiv
ist, einen Schmelzpunkt ist, der für ein Schmelzen unter Einwirkung der bei der
Bearbeitung auftretenden hohen Temperaturen ausreicht, und der im Bearbeitungsbereich
in Form von aktiven Atomen auftritt.
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In die Zusammensetzung der Masse fur die Fertigung des Schleifwerkzeuges
kann als oberflächenaktiver Stoff mindestens ein leichtschmelzendes Metall in einer
Menge von bis 1/3 des Gesamtmassevolumens eingeführt werden.
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Bestandteile des Schleifwerkzeuges können folgende Komponenten (in
Vol.%) sein: Diamant .................................. 6 - 50 Kupfer...................................
5 - 25 Phenolformaldehydharz.................... 15 - 50 Wismut...................................
5 - 30 Das Schleifwerkzeug kann auch folgende Zusammensetzung (in Vol.%) haben:
Kubisches Bornitrid...................... 6 - 50 Borkarbid................................
5 - 25 Kupfer................................... 5 - 30 Phenolformaldehydharz.................15-50
Wismut............................... 5 - 30 Das Wesen der vorliegenden Erfindung
besteht im folgenden.
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Es wurde festgestellt, daß das Verfahren der. mechanischen Bearbeitung
jedes beliebigen Werkstoffes wesentlich erleichtert wird, wenn im BearbeitungsbereichAtome
eines Stoffes vorhanden sind, der gegenüber diesem zu bearbeitenden Werkstoff oberflächen
aktiv ist. Der oberflächenaktive Stoff, der auf frischen wird Oberflächen der zu
bearbeitenden Werkstoffe adsorbiert, bewirkt eine Herabsetzung der Oberflächenenergie
dieses Werkstoffes von und eine Verminderung/dessen Festigkeit, d.h. eine Erleichterung
dessen Bearbeitung. Dadurch schleift das Schleifkorn - der Kristall aus Diamant
oder kubischen Bornitrid-einemWerkstoff, dessen Festigkeit herabgesetzt ist; infolgedessen
kann die Schleiftiefe vergrößert werden, und die Beanspruchung des Kristalls vermindert
sich. Dies führt zu einer erhöhung der Bearbeitungsleistung und der Verschleißfestigkeit
des Schleifwerkzeuges.
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Die störkste Senkung de Festigkeit von Festkörpern und folglich größte
Erleichterung der Bearbeitung sind von den Stoffen Schmelzen/zu erwarten, die ihrre
molekularen Natur nach dem zu bearbeitenden Werkstoff verwandt sind (Rebinder-Effekt).
Für Werkzeug- und Konsturktionswerkstoffe mit metallischer Bindung (Hartnetalle,
Stähle, Gußeisen) sind solche adsorbtionsaktiven ch Stoffe leitschmelzende Metalle.
Für Werkstoffe mit Ionenbindungs.
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art, z.B. Keramik, sind lonogene Verbindungen, d.h. leichtschmelzende
Salze aktiv.
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Leichtschmelzende Füllstoffe werden in das Schleifwerkzeug
bei
seiner Fertigung im feindisperspulverigen Zustand, gleichmäßig verteilt in der Bindung,
eingeführt. Die beim Schleifen auftretenden hohen lokalen Temperaturen rufen das
Schmelzen des in das Schleifwerkzeug eingeführten leichtschmelzenden Füllstoffes
(Metall oder Salz) hervor, so daß im Schleifbereich Atome des oberflächenaktiven
Stoffes stets vorhanden sind, welche eine Herabsetzung der Festigkeit des zu bearbeitenden
Werkstoffes und ErLeichterung seiner Bearbeitung bewirken.
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Die einführungs<in das Schleifwerkzeug>von leicht### schmelzenden
metallischen Füllstoffen (Zinn,
BLei, Zink sowie deren Legierungen><->erleichtert erheblich die Bearbeitung
jedes beliebigen Metallwerkstoffs. Dennoch kammman für jedes Hartmetall bzw. jede
Gruppe von Metallwerkstoffen eine Schleifwerkzeugzusammensetzung finden, die optimal
sein wird.
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So zum Beispiel ist es empfehlenswert, in die Masse für die Fertigung
eines Schleifwerkzeuges, das für die Bearbeitung von Hartmetallen und Schnellschnittstählen
bestimmt wird, ein leichtschmelzenden Metall wie Wismut als Füllstoff einzuführen.
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Unz das Wesen der Erfindung besser zu erläutern, wird anhand von
. Beispielen die Zubereitung der Masse und die Fertigung des Schleifwerkzeuges daraus
beschrieben.
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Für die Zubereitung der Schleifmittelmasse werden vorbe
handelte
und abgewogene Pulver von Diamant oder kubischen Rornitrid, organischem Bindemittel
und Füllstoffen in eine Mischvorrichtung eingebracht und dort bis zur Erreichung
des homogenen Zustandes gemischt. Aus der Masse wird das Schleifwerkzeug im Warmpreßverfahren
gefertigt. Dabei beträgt die Preßtemperatur 215#5°C und der Preßdruck 600-800 kp/cm².
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Aus der Schleifmittelmasse können Schleifwerkzeuge verschiedener
Art gefertigt werden: Schleifscheibe von allen typen, Feinziehschleifsteine usw.
Das gefertigte Werkzeug wird auf die Schneidfähigkeit feprüft, indem es, aufgestellt
auf einer Schleifmaschine, genormte Probenstücks aus Hartmetall bzw. Stahl schleift.
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Die Hauptkennziffern, die von der Leistungsfähigkeit der Schleifscheiben
zuegen, sind spezifischer Schleifmittelverbrauch, der als Verhältnis der Masse des
verbrauchten Schleifmittels (Diamant, kubisches Bornitrid) zur Masse des abgeschliffenen
Werkstoffes bestimmt wird, und die maximal zulässige Schleiftiefe, d.h. die Bearbeitungsleistung.
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Konkrete Beispiele der Massenzusammensetzung für Schleifwerkzeuge
auf Basis von Diamanten (in Vol.%) sowie des spezifischen Diamantenverbrauches beim
einsatz von daraus gefertigten Topf-Schleifscheiben werden in der Tabelle 1 angeführt.
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Die Prüfungsbedingungen für die Schleifscheiben sind wie folgt: Geschwindigkeit
der Schleifscheibe.......... 20 m/min Längsvorschub...............................
1 m/min
Quervorschub........................... 0, 08 mm/Doppelhub
des Schleifmaschinentisches Die Schleifscheiben wurden ohne Abkühlung dre Prüfung
unterzogen. Die Körnung des Diamantpulvers in den Scheiben betrug von 80/63 bei
einer durchschnittlichen Korngröße /100 /1m, die Diamantenkonzentration - 100%.
Es wurde ein Hartmetall-Probestück, bestehend aus 15% Titankarbid, 6% Kobalt und
79% Wolframkarbid geprüft.
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Tabelle a lfd. Nr. Komponentenverhältnis in % spezifischer der ange-
bezogen auf Volumen Diamantenverführten Diamant Kupfer Wismut Kadmium Phenol- brauch
in Belsple- formalde- mg/g le hydharz 1 6 28,9 15,1 - 56 1,5 2 25 25 20 - 30 0,8
3 25 25 10 10 30 1,0 4 45 5 30 - 20 1,7 Wie aus der Tabelle ersichtlich ist, weisen
die Massen, die Wismut enthalten, den geringsten spezifischen Diamantenverbrauch
auf; Eine Erhohung der Arbeitsfähigkeit der Schleifscheiben trltt auch in Erscheinung,
wenn in den Massen andere leichtschmelzende Metalle/Kadmium, Zinn, Zink, Blei/ angewandt
werden, obwohl hier die Schleifscheibenabnutzung etwas höher liegt. Bei den
Prüfungen
der Schleifscheiben, die keine leichtschmelzende metalder lischen Füllstoffe enthalten,
ist/spezifische Diamantenverbrauch unter den gleichen Prüfungsbedingungen um das
2-3 fache größer.
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Die Erhöhung der Leistungsfähigkeit und Verschleißfestigkeit der Schlelfschelben
ermöglicht deren erfolgreichen Einsatz bel der Bearbeitung von Hartmetallen.
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Konkrete Beispiele für die Zusammensetzungen von Schleifwerkzeugen(in
Vol.%) auf Basis von kubischem Bornitrid, die für der die Bearbeitung von Stahllegierungen
bestimmt sind, sowie/ spezifische Verbrauch von kublschem Bornitrid beim Einsatz
von Topschleifscheiben sind in der Tabelle 2 angeführt.
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Die Prüfungsbedingungen sind wie folgt: Geschwindigkeit der Schleifschiebe
-20 m/min Längsvorschub des Schleifmaschinentisches - 1 m/min Quervorschub des Schleifmaschinentisches
- 0, 02 mm/Doppelhub Die Schleifscheiben wurden unter Abkühlung geprüft. Die Teilchengröße
des kubischen Bornitrides betrug im Durchschnitt 100 µm, dessen Konzentration -
100%.
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Geprüft wurde Schnellarbeitsstahl.
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Tabelle 2 lfd. Nr. Komponentenvehältnis in Vol.% Spezider an- kubisches
Borkar- Kupfer Kad- Wismut Phenol- fischer geführt- Bornitrid bid mium formal- Verbrauch
ten Bei- dehyd- des kubispiele harz schen Bornitrides in mg/g 1 6 20 30 14 - 30
1,7 2 25 5 20 25 2 25 1,0 3 25 10 20 15 5 25 1,2 4 50 5 5 10 - 30 2,0 2 25 15 10
- 10 40 1,0 Die obenangeführte Tabelle zeigt, daß sich eine Masse für die Fertigung
eines Schleifwerkzeuges, welche in ihrer Zusammensetzung Wismut enthält, durch einen
geringen Vebrauch des kubischen Bornitrides beim Einsatz dieses Schleifwerkzeuges
für die Bearbeitung von Stahllegierungen auszeichnet. Im Falle des Ersatzes von
Wismut durch ein anderes leichtschmelzendes Metall /, Zinn, Zink, Blei@/ wird die
Abnutzung des Schleifwerkzeuges etwas höher sein. Trotzdem ist jedoch dessen Verschleißfestigkeit
und Leistungsfähigkeit im Vergleich zu einem, das im seiner Masse keine leichteschmelzenden
Metalle nthält, bedeutend hoher.