DE2500665A1

DE2500665A1 - Keramische schleifscheiben und verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE2500665A1
Application number: DE19752500665
Authority: DE
Inventors: Ii Cecil M Jones
Original assignee: Norton Co
Current assignee: Saint Gobain Abrasives Inc
Priority date: 1974-01-15
Filing date: 1975-01-09
Publication date: 1975-07-17
Also published as: JPS5949146B2; SE407356B; US3913281A; JPS50132590A; GB1485187A; ZA75255B; AU7731975A; FR2257392B1; FR2257392A1; IT1027287B; SE7500349L; BR7500287A

Description

Keramische Schleifscheiben und Verfahren zu deren Herstellung

Die Erfindung betrifft Schleifscheiben!die in der Hauptsache aus Tonerde-Schleifkorn in einer Bindung aus gebranntem Ton bestehen und Füllstoffe und Flußmittel enthalten und insbesondere angewandt werden für das Fertigschleifen von Stahlkugeln als Kugellager, wobei Feinheit und Menge des Schleifkorns und die relativen Anteile an Bindeton einschließlich kristallinen Füllstoffen und Flußmittel sowie Druck- und Brennbedingungen variiert werden können zur gezielten Modifizierung der Schleifeigenschaften der gebrannten keramischen Schleifscheiben im Hinblick auf ein schärfteres oder weicheres Sohleifmaterial«

Bei der Herstellung bekannter keramischer Schleifscheiben werden seit vielen Jahren unterschiedliche Anteile und Arten von Tonen und Schleifkorn angewandt. Bei der Erfindung handelt es sich um die Erreichung einer bestimmten Bindung und um die Herstellung der Schleifscheiben insbesondere zum Fertigschleifen von Kugeln als Kugellager. Bisher hat man

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ORIGINAL INSPECTED

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für das Schleifen der Kugeln sehr dichte harte Schleifscheiben mit einer glasigen Bindung angewandt. Die Stahlkugeln laufen um eine Werkstück-Halteplatte j die zur Führung der Kugeln in ihrer Oberfläche Nuten aufweist, während die Schleifscheiben über einem Tisch oder dergleichen gedreht werden, damit die Kugeln gegen die ebene Seitenfläche der Schleifscheibe gepreßt v/erden. Die jetzt angewandten Schleifscheiben für das Kugelschleifen weisen eine glasige Bindung auf und besitzen noch eine gewisse Porosität, die weitgehendst verringert wird während des Brennens zur Aktivierung der glasigen Bindung. Die Sch le if scheibe muß dann nach dem Brennen abgerichtet werden, um sie für das Kugelschleifen geeignet zu machen.

Üblicherweise sind Schleifscheiben aufgebaut aus Schleifkorn und Bindung mit einem gewissen Porenanteil, v/obei der Schleifkornanteil im allgemeinen zwischen 40 und 60 ¥ol.-# liegt. Um die gewünschte Härte zu erreichenjWird ausreichend Bindemittel zugesetzt. Je mehr Bindemittel das Aus gangsgemisch enthält, um so härter wird die Schleifscheibe nach dem Brennen, Für das Kugelschleifen benötigt man eine sehr harte und verschleißfeste Schleifscheibe. Diese Härte erreicht man durch vergrößerten Anteil an glasiger Bindephase innerhalb der Schleifscheibe, bei Verringerung der Porosität, so daß normalerweise ein glasig gebundenes Schleifmaterial für das Kugelschleifen etwa die Hälfte Schleifkorn und die Hälfte Bindung bei einer Porosität von unter 5 % aufweist. Beim Brennen schrumpft eine Schleifscheibe mit einem Anteil von 50 G-ew„-$ Bindemittel im Gemisch bis zu etwa 10 ^. Wenn so ein großer Volumenanteil an Bindemittel vorliegt, so muß bei einer sehr hohen Temperatur gebrannt werden, um das Bindemittel etwas 'weniger viskos zu machen. Wenn die relativ große Masse an Bindemittelbestandteilen diesen etwas flüssigeres Zustand erreicht , so bleibt die geometrische Integrität des kaltgepreßten Scheibenformlings nicht vollständig erhalten,· so daß im der gebrannten Scheibe die Kanten etwas abgerundet sind, ein gewisses Verziehen zeigen und es auf der Auflagefläche zu einer gewissen Verformung kommen kann. Darüber hinaus besteht auch die Gefahr,

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daß Sand oder Steinchen aus der Obenzustellung; oder den Brennauflagen auf der Unterseite von zumindest einigen üblichen Schleifscheiben hängen bleiben·

Wegen dieser Unzulänglichkeiten müssen die bekannten glasiggebundenen Schleifscheiben auf entsprechende Dimensionen, Ebenheit der Flächen und ToleranzenjWie sie von den Hers teilet von Lagerkugeln gefordert werden, abgerichtet werden nach dem Brennen, indem überschüssiges Material abgeschliffen wird, welches man im Hinblick auf die etwa 1O$ige Schrumpfung und "Verzerrung vorsehen muß. Bedenkt man, daß es sich hier um eine dichte harte keramische Scheibe handelt, so ist dieses Abziehen, Schleifen oder Schneiden, wie man es üblicherweise für glasig gebundene Schleifscheiben anwenden mußjsehr schwierig, langwierig und aufwendig· Durch die Unterschiedlichkeiten der Ausgangsprodukte für die glasige Bindung kann die Schrumpfung nicht immer exakt vorausberechnet werden· So kommt es immer wieder zu Ausschuß oder es wird ein übermäßiges Abrichten erforderlich· Es zeigte sich auch, daß Unterschiede im Schrumpfen zu unterschiedlichen Schleifeigenschaften führen; so ist beispielsweise eine Schleifscheibe als weich zu bezeichnen und nicht den Anforderungen entsprechend, wenn kein ausreichendes Schrumpfen· während des Brennvorgangs . eintritt,

.Aus US-PS 1 910 031 ist eine glasig gebundene Schleifscheibe enthaltend Tonerde-Schleifkorn bekannt. Aus US-PS 2 475 565 ist eine Schleifscheibe mit glasiger Bindung und Diamant als Schleifkorn bekannt, wobei für die Bindung sowohl Bentonit als auch Ion oder Kaolin angewandt wird. Aus US-PS 1 572 730, 2 290 107 und 2 360 841 sind Schleifscheiben mit Tonerde, als Schleifkorn bekannt, bei denen Manganoxid als Flußmittel oder Sinterhilfsmittel für die keramische Bindung in Gegenwart von Tonerde angewandt wird. Aus US-PS 3 089 764 ist ein Schleifmittel für das Trommelschleif en bekannt, wobei das. JD oner demit

Schleifkorn einer Feinheit ν,οη 0,125 bis 0,062 mm Aluminiumoxid

wurde, '

und Kieselsäure gebundenes FR-PS 2 151 509 ist eine Schleifscheibe für die Bearbeitung von Kugeln für Lager bekannt, welche keramisch gebunden ist und ß-Tonerde und Siliciumcarbidpulver zur Füllung der Poren aufweist.

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Die Erfindung betrifft nun eine spezielle Masse zur Herstellung von Schleifscheiben, die sich insbesondere für die Bearbeitung von Kugeln für lager eignen. Es wurde festgestellt, daß man eine bestimmte kristalline keramische Bindung herstellen kann, die - zusammen mit Variationen über dem relativen Gewiehtsanteil von Schleifkorn für ein gegebenes Gewicht an Bindemasse - angewandt werden kann zur Herstellung von Schleifscheiben mit keramischer Bindung unter Anwendung unterschiedlicher Drucke beim Kaltpressen, wobei man zu vorhersagbar härteren oder weicheren Schleifmitteln mit vorbestimmten Schleifeigenschaften, insbesondere wie man sie speziell für das Schleifen von Stahlkugeln für lagerzwecke benötigt, kommen kann. Weiters wurde festgestellt, daß die Schleifwirkung der dafür hergestellten Schleifscheibe vorausgesagt werden kann aus der Kenntnis der Porosität, d.h. der Dichte des 3?ormlings, und des Elastizitätsmoduls. Die Einstellung der Porosität und Veränderung des Elastizitätsmoduls geschieht im Hinblick auf die gewünschten Schleifeigenschaften der Scheibe durch Änderung der relativen G-ewichtsanteile an Schleifkorn gegenüber dem Gewichtsteil an Bindemasse enthaltend kristalline Füllstoffe. Schließlich läßt sich die Porosität auf einen bestimmten Elastizitätsmodul bei gegebenem Schleifkorngehalt durch unterschiedliche Pormdrucke einstellen. Die mikroskopische Porosität nach dem Brennen der Masse aus Bindemittel und Schleifkorn ist in direkter Relation zum Elastizitätsmodul in der Weise, daß bei steigendem Schleifkornanteil gegenüber dem Bindemittelanteil in dem Vorgemisch für die Schleifscheibe der Elastizitätsmodul und die Dichte des gebrannten Produktes geringer ist. Mit steigendem Porenvolumen der Masse wird die Schleifwirkung der Scheibe weicher und sinngemäß vice versa. Man kann also nach der Erfindung den relativen Gewiehtsanteil eines gegebenen Schleifkorns in Beziehung bringen zu dem Gewicht einer speziellen Bindemasse, um eine Schleifscheibe gegebener Porosität, bestimmten Elastizitätsmoduls und vorhersehbarer Schleifleistung zu gewinnen, so daß eine solche Schleifscheibe unmittelbar nach dem Brennen zur Anwendung gelangen

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kann.ohne daß ein Abrichten oder nur ein minimales Abrichten erforderlich wird.

Schließlich ist au beachten, daß während des Brennens die Bindemasse nicht so fließfähig wird, daß es zu einem ungebührlichen Verfließen, Verzerren oder Schrumpfen kommt. Die grüne Scheibe oder der Preßling behält also beim Brennen weitgehendst seine Form und Dimensionen, so daß man in den meisten Fällen auf ein Abrichten verzichten kann.

Die Erfindung wird an den Figuren weiter erläutert:

Fig. 1 zeigt in einem Diagramm die Abhängigkeit des Elastizitätsmoduls der gebrannten Scheibe von der beim Kaltpressen erreichten Dichte?

Fig. 2 zeigt in einem Diagramm die Abhängigkeit des Elastizitätsmoduls und der Porosität von der Dichte der gebrannten Scheibe j

Fig. 3 zeigt die Änderung des Elastizitätsmoduls mit dem Anteil an Schleifkorn und dessen Körnung.

In der Schleifscheibentechnik ist bekannt, daß je größer der Elastizitätsmodul ist,um so härter die Schleifwirkung, um so dauerhafter die Schleifscheibe, jedoch manchmal um so geringer der Abschliff ist_o Andererseits kann man durch Verringerung des Elastizitätsmoduls ein schnelleres und weicheres Schneidwerkzeug herstellen, jedoch wird dessen Standzeit herabgesetzt sein.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Ausgangsgemisches und Kaltpressen auf die angegebenen Dichten (Fig,1) kann man eine gebrannte Schleifscheibe speziellen Elastizitätsmoduls herstellen, die entsprechende Standzeit, relative Härte bzw. Weichheit aufweist um die Anforderungen für das Schleifen von Stahlkugeln als Kugellager zu erfüllen. Diese Einstellbarkeit an Standzeit und Schnittgeschwindigkeit erreicht man durch Anwendung von

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S cli le if kor η verschiedener !"einheit. Bach Pig. 3 sinkt der Elastizitätsmodul für ein Schleifkorn aus Schmelztonerde mit einer Körnung von 0,149 mm schneller mit zunehmendem Schleifkorngehalt gegenüber einer weniger stark geneigten Kurve bei zunehmendem Anteil an Schmelztonerde mit einer Körnung von 62 >um. Eine ähnliche Beziehung zwischen Schleifkorngehalt und Bindemittelgehalt besteht"bei Siliciumcarbid gegebener Peinheitj nur daß die die Terringerung des Elastizitätsmoduls zeigende Kurve etwas steiler ist als bei Tonerdekorn der gleichen Größe. Als Schleifkorn bevorzugt man Aluminiumoxid, weil dieses mit der keramischen Bindungsmasse verträglicher ist als Siliciumcarbid, worauf wohl auch der Unterschied in der Änderung des Elastizitätsmoduls bei Siliciumcarbid einerseits und Aluminiumoxid andererseits beruhen dürfte.

Wie aus 3?ig. 2 hervorgeht, ist der Elastizitätsmodul _ der Schleifscheiben abhängig sowohl von der Dichte als auch der Porosität des gebrannten Produktes. Wie man den Kurven entnehmen kann, steigt mit steigender Brenndichte der Elastizitätsmodul und sinkt die Porosität. Zwischen diesen drei Eigenschaften, nämlich Elastizitätsmodul, Dichte und Porosität der Schleifscheibej besteht eine feste Beziehung. Pur die erfindungsgemäßen Ausgangsmassen zur Herstellung der Schleifscheiben kann der Elastizitätsmodul und/oder das Porenvolumen aus der Dichte des grünen Preßlings (Pig_o1) vorhergesagt werden. Das Gewichtsverhältnis von Schleifkorn zu Bindemasse beim üblichen Kaltpressen bestimmt die Dichte des gebrannten Produktes, so daß schneller schneidende weiche Scheiben oder langsamer schneidende harte Scheiben ge nach Bedarf sich herstellen lassen.

Zur Einstellung der Eigenschaften der Schleifscheiben nach der Erfindung für einen gegebenen Preßdruck kann man vier Bestandteile des Ausgangsgemisches variieren, nämlich 1. Bindeton mit Bentonitzusatz; 2. Plußmittel in Porm von Mangandioxidj Soda bzw.- Natriumoxid; 3. Körnung eines feinen kristallinen Tonerdezusatzes und 4. Schleifkorn.

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Für das Ausgangs gemisch der erfindungs gemäßen. Schleif Scheiben wird vorzugsweise ausgegangen von einem üblichen verglasenden Bindeton der nicht nur Aluminiumoxid, Siliciumdioxid und verschiedene niederschmelzende Oxide für die Aktivierung der Bindung beim Brand zur Verfugung stellt sondern auch der Masse eine gewisse !Formbarkeit verleiht, d.h. der Ton verdichtet sich gut und gibt während des Pressens ~eine hohe Grünfestigkeit. An sich ist die Art des Tons nicht kritisch,jedoch sollte man einen Bindeton anwenden.

In der Ausga'ngsmasse für die Schleifscheibe soll der Tongehalt etwa 20 Gew.-$ ausmachen und noch etwa 1 fo Bentonit vorliegen, um ein besseres Verdichten beim Kaltpressen oder in manchen Fällen auch Warmpressen zu erreichen. Anfänglich wirkt der Bentonit dahingehend, daß er den Schmelzpunkt des Bindetongemisches verringert, jedoch kann man an sich auch ohne Bentonit arbeiten. Wird Bentonit angewandt₍ so soll dessen Anteil nicht mehr als 4 fo oder evtl. 5 $> im Hinblick auf ungefährliche Brennschrumpfung betragen. Der Tongehalt des Ausgangsgemisches kann zwischen 10 und 30 Gew.-$ betragen. Unter 10 $ verdichtet sich die Masse ungenügend und die Bindung ist nicht ausreichend. Über etwa 30 fo erreicht man keine optimalen Bedingungen., weil ein Teil des Tonerde-Füllstoffs nicht zur Wirkung kommen kann.

Der zweite wesentliche Bestandteil des Aus gangsgemisches ist die Manganverbindung. Bevorzugt wendet man Mangandioxid an, welches beim Brennen als Flußmittel für den Tonvwirkt. Dieses Flußmittel regelt die Verdichtung des Produktes beim Brennen und die erhaltene Brenndichte ist abhängig vom Flußmittelgehalt und der Brenntemperatur. Ist beispielsweise keine Manganverbindung vorhanden, so erhält man eine harte dichte Schleifscheibe nur bei einer Brenntemperatur in der Größenordnung von 1600 bis 165O⁰C. Bei 5 % Mangandioxid liegt die Brenntemperatur merklich niederer. Etwa 7 % w^ngandioxid werden bevorzugt, weil dann ein sehr günstiges Brennen bei einer Temperatur entsprechend dem Orton-Kegel 12 möglich ist. Bei solchen Brennbedingungen würde ein Mangandioxidgehalt von weniger als 5 $> zu einem weichen

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Produkt führeα· Bei höheren Temperaturen jenseits des bevorzugten Bereichs kann man jedoch das Gemisch zu optimaler Scheibendichte brennen. Wird der Mangangehalt des Ausgangsgemisches auf etwa 9 % erhöht und entsprechend Orton-Kegel gebrannt, so tritt Lunker- und Blasenbildung und ein Auseinanderlaufen des Produktes auf. Für die üblichen Brennbedingungen Orton-Kegel 10 bis 16 soll der Mangandioxidgehalt des Ausgangsgemisches vorzugsweise zwischen 6 und 8 Gew.-^ liegen· Der Mangandioxidgehalt steht in einer Beziehung zu der für das Produkt wünschenswerten Brenntemperatur. Bei tieferen Temperaturen wird mehr Mangan benötigt und umgekehrt.

Man kann annehmen, daß MnO₂ als keramisches Flußmittel wirkt und den Gehalt des Bindetons an AIpO^ und SiOp bei tieferer Temperatur verflüssigt und ein viskoseres Glas liefert, so daß unter der Oberflächenspannung man eine Schleifscheibe der gewünschten Dichte und Elastizitätsmoduls erhält. Durch dieses geregelte. Schrumpfen der Bindemasse um das Schleifkorn werden die aus dem Preßvorgang zurückgebliebenen Poren verkleinert, so daß man ein dichtes Produkt erhält.

Während des Brennens verliert MnO₂ Sauerstoff unter Bildung von Mn₂O, und gegebenenfalls auch Mn^O,. Dieser freie Sauerstoff reduziert Kohlenstoff im Bindeton und bewirkt eine vollständige Oxidation der Glasbildner wie SiO,

'2*

Wie oben bereits angedeutet^wird in das Ausgangsgemisch als Füllstoff auch noch Soda eingebracht, natriumoxid in einer Menge von etwa 1,5 $ Trockengewicht dient als zusätzliches Flußmittel.um die Bindemasse fließfähiger zu machen· Wenn Soda als Füllstoff der Bindemasse angewandt wird, braucht eine getrennte Zugabe nicht unbedingt erfolgen, vorausgesetzt, daß das fertige Ausgangsgemisch für die Scheibe etwa 1,5 bis 1,6 fo Soda (Natriumoxid) enthält.

Die glasige keramische Bindung unter dem Einfluß von MnO₂ und Soda bewirkt eine feste Haftung des Tonerde-Schleifkorns. Es ist bekannt, daß das Bindemittel die Oberfläche benetzen muß.

-9- + (wasserfreie Soda)

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Dieses viskose G-las bildet sich unter dem Einfluß des Flußmittels bei tieferen Temperaturen und besitzt ©ine solche Oberflächenspannung, daß es die Sohleifkörnteilchen zusammenzieht, obv/ohl deren Oberflächen nicht in der Art eines Klebstoffs benetzt werden· Die viskose glasige Bindemasse ist ein kräftiges lösungsmittel für Tonerde-Schleifkorn, so daß die Oberfläche des Schleifkorns in dem fließfähigen Glas angelöst wird, womit eine innige Berührung oder Benetzung des Schleifkorns mit dem G-las stattfindet.

Als MnOp- liefernde Verbindungen kann man verschiedene Mangan-Verbindungen und Rohprodukte anwenden, v/ie eine Kombination der Oxide von Mangan, Aluminium und Silicium, z.B. Pyrolusit, Hausmannit, Manganit, Rhodochrosit, Rhodonit, Spessarit. Pyrolusit wird wegen seiner leichten Verfügbarkeit und geringen Kosten bevorzugt. Das Natriumoxid kann man in Form von Natriumcarbonat einbringen, welches unter Kohlendioxidabspaltung gebildet wirdjOder es liegt als Bestandteil von einer oder mehrerer Komponenten des Ausgangsgemisches vor.

Der dritte wesentliche Bestandteil des Aus gangsgemisches ist kristalline Tonerde in der Form von Staub, wie er in Staubabscheidern anfällt und/oder aus dem Bauxitaufschluß nach Bayer. Solche kristalline Tonerde ergibt einige Schleifeigenschaften bei der Anwendung der gebrannten Schleifscheibe. Sie wird erfindungsgemäß in erster Linie der Bindemasse zugesetzt. Dieser Bestandteil des Ausgangsgemisches führt zu einer im wesentlichen kristallinen Bindung mit ihren harten dauerhaften und verschleißarmen Eigenschaften und trägt noch in gewissem Ausmaß bei der Schleifeinwirkung der Aluminiumoxid-Kristalle bei. Es wird angenommen, daß dieses feine Aluminiumoxid, welches homogen durch die Bindemasse verteilt ist, die Überlegenheit der erfindungsgemäßen Schleifscheiben gegenüber den üblichen Scheiben für das Schleifen von Kugeln als Kugellager bewirkt. Man kann beliebiges kristallines feines Aluminiumoxid anwenden, dessen Korngröße manchmal bis 100 um reicht, jedoch meistens unter 50 um liegt. Man kann aber auch für das Rohgemisch eine

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durchschnittliche Feinheit zwischen 7 und 12 am anwenden. In dem Ausgangsgemisch soll der Anteil an Tonerde-Füllstoff etwa 15 bis 60 Gew.-$ betragen.

Gewisse Schmelztonerden enthalten Natriumoxid. Wenn man ein solches Material zerkleinert, so reichert sich Natriumoxid, welches die ß-Modifikation der Tonerde begünstigt, in den Staubabscheidern an, da ß-Tonerde weicher als cL-Tonerde ist. Die weichere ß~Tonerde wird feiner aufgemahlen und sammelt sich · daher in den Staubabscheidern. Wendet man nun nach der Erfindung diese Stäube als Füllstoffe an, so reicht deren Katriumoxidge-

auch halt aus. Wird Bayer-Tonerde angewandt, so muß deren Fatriumoxidgehalt ausreichen für entsprechenden Prozentsatz im Ausgangsgemisch.

Der vierte wesentliche Bestandteil ist das primäre Schleifkorn, welches in zweifacher Hinsicht wirkt: 1.) gröberes Schleifkorn beschleunigt den Abschliff von den Stahlkugeln und 2.) gröberes Schleifkorn aus Schmelztonerde dient in Verbindung mit der Bindemasse zur Einstellung des Elastizitätsmoduls über die Porosität. Wie bereits erwähnt,beeinflußt Porosität und Elastizitätsmodul die Schleifscheibe entweder hinsichtlich langsamerem oder schnellerem.Abschliff. Die Abschliffgeschwindigkeit und Schleifleistung der Schleifscheibe steht in einer direkten Beziehung zu den Änderungen des G-ewichtsanteils Schleifkorn zum G-ewichtsanteil Bindemasse. Steigt der Schleifkorngehalt, so steigt auch die Porosität. Schrumpft während des Brennens das Volumen der Bindemasse einschließlich der feinen Tonerde aus den Staubabscheidern und/oder der Bayer-Tonerde, so bewirken die gröberen Teilchen des Sohleifkorns, das bereits vorgeschrumpft ist, die Ausbildung von Poren, da diese ja nicht mehr schrumpfen, wenn die Bindemasse schrumpft. Dieses unterschiedliche Schrumpfverhalten zwischen vorgeschrumpftent Schleifkorn und Bindemasse einschließlich dem Aluminiumoxid-haltigen Bindeton, Manganoxid-Flußmittel und Aluminiumoxid in Form von Staub oder Bayer-Tonerde erklärt die Tatsache, warum das Schleifkorn den Elastizitätsmodul herabsetzt durch Verringerung der Dichte und Vergrößerung der Porosität in einstellbarer und vorhersagbarer Weise,

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Ein Mengenbereich von gröberem Schleifkorn geht aus den 3?ig. 1 und 3 hervor. Der Schleifkornanteil in Bezug auf den Anteil an Bindemasse soll zumindest 10 % ausmachen und kann bis zu 50 io steigen für Schmelztonerde, wobei sich diese obere Grenze bezieht auf das gesamte Gewicht der Bindemasse einschl. dem Aluminiumoxid aus dem Bayer-Verfahren und/oder den Staubabscheidern. 50 Gew.-fo Schleifkorn sind offensichtlich die obere Grenze. Die restlichen 50 °/> sind der Bindemasse zuzurechnen und umfassen den Ton, die Manganverbindung, Soda bzw. Natriumoxid, ' den Aluminiumoxid-Füllstoff aus dem Staubabscheider und/oder dem Bayer-Verfahren, Man kann auf diese V/eise eine gebrannte Schleifscheibe herstellen, deren Elastizitätsmodul nicht unter etwa 110 liegt. Man kann zwar den Anteil an grobem Schleifkorn bis auf 0 senken, vorausgesetzt, daß man den feinen Füllstoff bis auf etwa 60 Gew.-$, bezogen auf Schleifscheibe, erhöht, jedoch wird dies nicht bevorzugt._ in erster Linie wegen der Schwierigkeit beim Pressen derartiger Ausgangsgemische auf die gewünschte Dichte und wegen der höheren Schrumpfung beim Brennen und schließlich auch wegen der übermäßigen Härte der auf diese Weise erhaltenen Schleifscheiben, die nur ein sehr langsames Schleifen zulassen. Solche harte dichte Schleifscheiben widerstehen extrem hohen Drücken. Wenn die zur Verfugung stehenden Produktionseinrichtungen, deren volle Nutzung gestatten, so kann man ein solches Ausgangsgemisch als sehr zweckmäßig bezeichnen.

Nach der Erfindung können Schleifscheiben mit einem Durchmesser von 610 bzw. 915 mm einer Stärke von 76 bzw, 100 mm und einer Bohrung von 304 bzw. 457 mm herstellen und für das Kugelschleifen anwenden, wobei diese Schleifscheiben zwischen sehr hart und sehr weich eingestellt werden können.

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	hart	20	bis	weich	20	20	hart	bis	weich
	io	1	io		1	1	io	io	*
Bindeton	20	7	20	7	7	20	20	20
Bentonit	1	25	1	25	25	1	1	1
Mangandioxid	7	22	7.	10	-	7	7	7
Stäube	25	25	25	37	47	25	25	25
Bayer-Tonerde	32		16			34	16	—
Schmelztonerde	150/um 15	31		-	• -	—.
_»_	62 /um		13	31	47

Bei den Stäuben handelt es sich um außerordentlich reine feinste Schmelztonerde mit einer bestimmten Konzentration an feinem ß-Aluminiumoxid. Sie fallen an in Staubabscheidern nach Zerkleinerungsvorrichtungen für Aluminiumoxid· Diese Stäube haben im allgemeinen eine weiche Form und eine Feinheit zwischen 2 und 50 am mit einigem Überkorn bis 100 jam. Die mittlere Feinheit der Stäube beträgt etwa 7 bis 12 jam. Die Teilchengröße der kristallinen Bayer-Tonerde schwankt zwischen etwa 2 und 15/um und liegt im Mittel bei 1 jam. Die Schmelztonerde wurde erhalten durch Einschmelzen von Bauxit im Lichtbogenofen.

Die trockenen Gemische obiger Komponenten wurden mit 6 Gew.-^ Wasser angemacht und unter einem Druck von 140 kg/cm kaltgepreßt, an der Luft getrocknet und bei einer Brenntemperatur entsprechend Orton-Kegel 12 gebrannt.

fo Schleifkorn	Dichte	Porenvolumen	Elastizitätsmodul
150 /um	g/cm⁵	io	dyn/cm
15	3,25	4	170
25	3,20	6	160.
31	3,10	9	145
37	3,00	12	130
47 .	2,80	18	110

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Die chemische Analyse einer solchen Schleifscheibe ergab 79 ft Al₂O₃, 13 ft SiO₂, 6,4 ft Mn₅O^ und λ,6 ft andere Oxide.

Wird als !Füllstoff nur Bayer-Ionerde und keine Stäube angewandt, so muß man Natriumoxid einbringen. Die Zusammensetzung ist dann 20 ft Bindeton, 1 ft Bentonit, 7 %-Mn 0 , 40,5 ft Bayer-Tonerde, 1,5 fo Na₂O (Soda ash) und 30 ft Schmelztonerde 150 mn. Eine solche Schleifscheibe mit 10 Gew.-ft Schmelztonerde als Schleifkorn zum Kugelschleifen hält viermal so lang als eins übliche:: Schleifscheibe mit gleichem Schleifkorn und Sohle ifkorηgehalt, gedoch nur bei halber Schnittgeschwindigkeit gegenüber der handelsüblichen Schleifscheibe. Dieser Mangel an Schnittgeschwindigkeit wird leicht kompensiert durch Erhöhung des SohleifkorngehaIts gegenüber dem Bindemittelgehalt, wodurch der Elastizitätsmodul herabgesetzt, die Porosität erhöht und damit auch die Schnittgeschwindigkeit vergrößert wird.

Das Terpressen d^es Ausgangsgemisches soll zwischen etwa 35 und 70 kg/cm betragen. Der Formling wird dann in üblicher Weise getrocknet. Grundsätzlich kan_n_ man auch mit einem Preßdruck zwischen I4 und HO kg/cm verpressen. Beim Heißpressen genügt ein Druck bis etwa 35 kg/cm entsprechend der Festigkeit der Form.

Die Brennbedingungen entsprechen den üblichen; bevorzugt wird in einem Tunnelofen gebrannt, insbesondere in Sand auf einer Auflage bei Temperaturen in der Größenordnung von 1300 bis 135O⁰G (Orton-Kegel 12). Die Schleifscheiben schrumpfen linear 5 bis 9 ft· Die geometrische Integrität der Scheiben bleibt aufrecht und es gibt keine Anzeichen für ein Schmelzen oder Auseinanderlaufen oder sonstige Anzeichen, daß die Bindemasse schmilzt oder sich verflüssigt während des Brennens. Irgendwelche Oberflächenfehler des grünen Formkörpers zeigen sich an den Scheiben auch nach dem Brennen.

Each dem Brennen sind die Scheiben noch immer zylindrisch und

die Flächen plan ,so daß sie unmittelbar in

Futter eingesetzt werden können, die man normalerweise für das

* (0,5 - 1 t/sq.in.) ** (0,2-2 t/sq.in.) _-,,

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Schleifen von Kugeln für Kugellager anwendet, ohne.daß ein langwieriges und kostspieliges Abrichten erforderlich ist. Durch .die erfindungsgemäßen Maßnahmen erreicht man nicht nur die Einsparung der Kosten für verschiedene Abricht- und Nachbearbeitungsvorgänge, wie dies für die bekannten Schleifscheiben der Fall war, sondern sie ermöglichen auch eine schnellere Auslieferung an die Verbraucher. Nach beendetem Brennen der Schleifscheiben ist nur noch eine Qualitätskontrolle auf Risse, Toleranz, Elastizitätsmodul und Dichte erforderlich. Im allgemeinen werden keine v/eiteren Nachbehandlungen mehr nötig.

Um nun den Forderungen der Abnehmer nachzukommen stehen nach der Erfindung die verschiedensten Aus gangsgemische für die Herstellung von Schleifscheiben mit einem Elastizitätsmodul von 110 bis hinauf zu etwa 170 bis 180 (Fig.1) zur Verfügung, wobei das angewandte Schleifkorn eine Feinheit von 62 um bzw. 0,149 mm besitzen kann und aus zerkleinerter Schmelztonerde besteht. Die Ausgangsgemische, mit dem entsprechenden Elastizitätsmoduli und Dichten werden in der Fig. 1 von den linien A und B begrenzt und enthalten 10 bis 50 % Schleifkorn. Die Schrumpfung ist derart, daß ein Nachbearbeiten im allgemeinen nicht erforderlich ist. Werden die Rohlinge nicht zumindest einigermaßen verpreßt, so lassen sich die grünen Formkörper nicht handhaben. Die Linie A gibt Elastizitätsmodul und Porosität (Dichte) der gebrannten Schleifscheiben an, wenn die rohen Formkörper unter einem Druck von 14 kg/cm verpreßt wurden. Die Linie B zeigt die Ergebnisse nach einem Preßdruck von 140 kg/cm (0,2 bzw. 2 t/sq.in,). Zu hohe Preßdrucke können zu einer Schichtenbildung führen, so daß man bevorzugt· innerhalb des in Fig. 1 angegebenen Bereichs arbeitet.

In manchen Fällen kann ein geringfügiges Nacharbeiten der gebrannten Schleifscheiben notwendig werden. Normalerweise sind jedoch solche Nacharbeiten, nicht nötig. Spezielle Formen und Vertiefungen kann man bereits in die ungebrannten Formkörper einbringen, so daß auch in dieser Hinsicht an den gebrannten Scheiben keine Nacharbeit mehr notwendig ist. Das

* (240 bzw. 100 mesh USSS) -15-

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Schleifkorn, kann eine Korngröße von 62 Aim, 0,1, 0,150 oder
0,177 mm aufweisen. Die Reinheit des Sohleifkorns beeinflußt nur das Verhältnis Schleifkorn/Bindemittelmasse für die Einstellung des Elastizitätsmoduls und der linearen Schrumpfung während des Brandes.

Man kann als Schleifkorn auch Siliciumcarbid in einer Menge
von 4 bis 12 Gew«-% anwenden. Bei Tonerde-Schleifkorn liegen die Mengenverhältnisse zwisehen 15 und 47 Gew.-%, Die Anwendung von Siliciumcarbid kann zu Schwierigkeiten beim Brand unfl. einer nachteiligen Beeinflussung des Aussehens der Schleifscheiben führen und macht eher ein Nacharbeiten erforderlich, als dies bei Tonerde-Schleifkorn der Pail ist.

Patentansprüche

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zur Herstellung von harten dichten.keramischen Schleifscheiben für die Bearbeitung von Kugeln als Kugellager, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Ausgangsgemisch verpreßt und brennt, in dem die keramische Bindemasse 10 bis'30 Gew.-$ Bindeton, 15 bis 60 Gew.-^ Füllstoff in Form von kristalliner vx. -Tonerde mit einer Korn-

. ö?ffioU-größe < 44 .flm^und Schleifkorn mit einer Körnung von maximal 0,177 mm in Form von Al₂O, und/oder SiO in einem Mengenanteil von O bis 50 Gew.-fy und zusätzlich zumindest 5 bis 9 Gew.-?' Manganoxid enthalten sind.

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2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch zeichnet, daß man als Füllstoff Stäube aus der Zerkleinerung von Tonerde oder Aluminiumoxid aus dem Bayer-Verfahren anwendet.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Ausgangsgemisch enthaltend 20 io Bindeton, 1 $> Bentonit, 7 i° MnO₂, 25 # Tonerde-Stäube, 17 $> Bayer-Tonerde und 30 $ Schleifkorn aus Schmelztonerde, Körnung 0,150 mm anwendet.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Ausgangsgemisch,enthaltend 20 io Bindeton, 1 # Bentonit, 7 % MnO₂, 25 f» Tonerdestäube, 39 % Bayer-Tonerde und 8 <?o Schleifkorn aus Siliciumcarbid, Körnung 0,150 mm,anwendet.

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5« Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß man dem Aus gangsgemisch noch Natriumoxid oder eine ffatriumoxid-liefernde Substanz zusetzt.
6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß im Aus gangsgemisch der Mangandioxidgehalt 6 bis 8 °/o beträgt.
7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch g e k e η η zeich, net, daß die Korngröße des !Tonerde-Füllstoff s 2 bis 15 yUm beträgt.
8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß man das Aus gangsgemisch unter einem Druck von 14 bis 140 kg/cm verpreßt.

9· Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß man den Scheibenpreßling in einem üemperaturbereich von etwa 1300 bis 1465 (Orton-Kegel 10 bis 16) brennt.

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