DE3030506C2

DE3030506C2 -

Info

Publication number: DE3030506C2
Application number: DE3030506A
Authority: DE
Inventors: Charles V. Petersham Mass. Us Rue; Kesh S. Holden Mass. Us Narayanan
Original assignee: Norton Co
Current assignee: Saint Gobain Abrasives Inc
Priority date: 1979-08-17
Filing date: 1980-08-12
Publication date: 1990-05-17
Also published as: FI75582C; JPS5754275B2; IT8068280A0; CA1129216A; ES8106430A1; FR2463663A1; LU82704A1; NL8004570A; BE884713A; JPS5633269A; ATA404280A; AU6107880A; ZA804619B; ES494157A0; SE8005438L; AU522526B2; DE3030506A1; SE450001B; GB2058817A; US4253850A

Description

Schruppscheiben für die Bearbeitung von Stahlwerkstücken enthalten üblicherweise in erster Linie Schleifkorn, Phenolharz und Füllstoffe. Als Schleifkorn kommt Schmelztonerde, geschmolzene oder gesinterte Tonerde/Zirkonerde, Sinterkorund, Sinterbauxit oder in geringerem Umfang Siliciumcarbid in Frage. Das Phenolharz ist im allgemeinen ein wärmehärtendes Gemisch aus einem phenolischen Novolak und Hexamethylentetramin. Der Füllstoffgehalt kann weit schwanken, je nach Hersteller und Endanwendung. So eignen sich Eisenpyrite und Kaliumfluoroborat zum Bearbeiten von korrosionsbeständigen Stählen, während Siliciumcarbid für Kohlenstoffstähle wirksamer ist.

Bei der Herstellung von Schleifkörpern, insbesondere Schleifscheiben, versteht man unter "Bindung" im allgemeinen Kunststoff und Füllstoffe, welche mit dem Schleifkorn und anderen verfahrensbedingten Zusätzen wie Netzmitteln gemischt werden, um eine heißpreßbare und in der Wärme nachhärtbare Formmasse zu erhalten.

Bisher enthielten heißgepreßte Schruppscheiben für Stähle 50 bis 60 Vol.-% Schleifkorn, Rest Bindung, welche zumindest 42% - häufig bis zu 70 Vol.-% - Phenolharz neben dem Füllstoff enthielt. Bisher war man der Ansicht, daß die Standzeit einer Schleifscheibe weitgehend eine Funktion des Schleifkorngehaltes ist. In "Abrasives" 1971, Seite 14, wird von einem auf diesem Gebiet als Autorität anerkannten Wissenschaftler ausgeführt, daß man eine deutliche Verbesserung der Haltbarkeit von Schleifscheiben auf dem Gebiet des Grobschleifens erreichen kann, wenn man den höchstmöglichen Anteil an Schleifkorn in die organische Bindung einbringt.

Aus der US-PS 36 32 320 ist bekannt, daß die Wirksamkeit beim Schleifen abnimmt, wenn der Schleifkornanteil in der Schleifscheibe unter 15 Gew.-% (32 Vol.-%) absinkt und der Füllstoffgehalt auf maximal 40 Gew.-% (44 Vol.-%) begrenzt ist.

Nach der US-PS 27 34 813 wird das Problem des Verglasens oder Verschmierens der Schleifscheibe dadurch zu lösen versucht, daß der Schleifkörper einen hohen Füllstoffanteil und einen relativ geringen Harzanteil in der Bindung enthält. Nach diesem Stand der Technik werden 7 bis 14 Gew.-Teile wärmehärtendes Harz auf 160 Gew.-Teile Schleifkorn angewandt und ein Füllstoff, der 67 bis 95 Gew.-% der Bindung, welche das Harz einschließt, ausmacht. Der wesentliche Gesichtspunkt dieses Standes der Technik ist die Verringerung des Harzgehaltes.

Aus den US-PS 31 83 071 und 31 56 545 sowie 34 81 723 sind Schleifkorngehalte bis herunter zu 40 Vol.-% bekannt. Das Beispiel in der US-PS 31 83 071 beruht auf dem Verdrängungsformverfahren der US-PS 28 60 961, wobei die Bindung als heißes viskoses fließfähiges Medium hergestellt wird, welches ungeeignet ist für genormte Heißpreßvorgänge. Nach der US-PS 31 56 545 besteht die Schleifscheibe aus 56 Vol.-% Schleifkorn, 21,6% Phenolharz, 7,41% Netzmitteln und Rest 15% Füllstoff.

Nach den US-PS 31 83 071 und 31 56 545 bestehen die Schleifkörper aus 40 bis 64 Vol.-% Schleifmittel und 60 bis 36 Vol.-% Bindung, welche nach ersterer 43,3% Harz und 56,7% Füllstoff und andere Bestandteile einschließlich 19,1% Furfurol enthält, welches wohl ein Teil der Harzmenge wird. Bei einem Schleifkörper aus 40 Vol.-% Schleifkorn und 60 Vol.-% Bindung enthält diese 25,98% Harz, Rest 34,02% Füllstoffe und andere Bestandteile einschließlich 11,4 Vol.-% - bezogen auf Schleifscheibe - Furfurol. Eine solche Schleifscheibe hat somit einschließlich des Furfurolgehaltes einen Harzgehalt von 37,44% und einen um das Furfurol verringerten Füllstoffgehalt von 22,56 Vol.-% - bezogen auf Schleifscheibe -.

Aus der US-PS 38 64 101 sind Schleifkörper bekannt, die 30 bis 50 Vol.-% Schleifkorn mit einer Körnung von 8 µm-3,46 mm (grit 600 bis 10) und 26,7 bis 53 Vol.-% harzartiges spannungsaufnehmendes abstandhaltendes Material enthält, welches das Harz sowohl in Form eines gehärteten Pulvers als auch als flüssiges Harz enthält und in dem der Anteil an anorganischem Füllstoff oder Abstandhalter etwa 4 bis 24,2% bei einer Porosität von 0,5 bis 25% beträgt.

Aus der GB-PS 12 67 647 sind Schleifkörper bekannt, die 40 bis 60 Vol.-% Schleifkorn, 10 bis 40 Vol.-% Harz und 2 bis 25 Vol.-% Füllstoff enthalten. Für die Praxis besonders bevorzugt wird ein Schleifkornanteil von etwa 53 bis 60 Vol.-%. Die Herstellung dieser bekannten Schleifscheiben geschieht durch Kalt- oder Heißpressen.

Aus der US-PS 28 11 430 sind Schruppscheiben bekannt, die hohe Dichte, also eine Porosität <15% besitzen sollen, die eine übliche Harzbindung aufweisen und bei denen der Anteil an Schleifkorn 54 bis 64 Vol.-% beträgt, während der Anteil an Bindung 36 bis 46 Vol.-% sein soll. Davon sollen 16 bis 26 Vol.-% Bindeharz, 1 bis 4 Vol.-% Kalk und 8 bis 20% Füllstoff ausmachen.

Aufgabe der Erfindung ist es, in organisch gebundenen, heißgepreßten Schleifkörpern oder Schleifringen für das Schruppen von Metallwerkstücken bei zumindest gleichbleibender Schleifleistung den benötigten Anteil an Schleifkorn herabzusetzen und damit die Einstandskosten für die Schleifkörper zu verringern.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Schleifkörper und Schleifringe gelöst, während besondere Ausgestaltungsformen in den Unteransprüchen angegeben sind.

Erfindungswesentlich ist also bei Absenkung des Volumenanteils an Schleifkorn die beträchtliche Erhöhung des Volumenanteils an Füllstoff, während gegenüber den bekannten Schleifscheiben der Volumenanteil an Harz in der gleichen Größenordnung verbleibt. Zu beachten ist auch, daß bei den erfindungsgemäßen Schruppscheiben hohe Dichte angestrebt wird, also das Porenvolumen maximal 8% ausmachen soll.

Bei den bekannten Schleifscheiben-Herstellungsverfahren wird Schleifkorn durch Bindung ersetzt, um eine weichere Schleifwirkung zu erreichen. Mit sinkendem Anteil an Schleifkorn steigt der Anteil an Bindung (Füllstoff und Harz). Hingegen ist bei dem erfindungsgemäßen Schleifkörper der Volumenanteil an Schleifkorn viel geringer und wird ausschließlich durch Füll stoff ersetzt, während der Harzanteil innerhalb des gesamten Schleifkörpers im wesentlichen konstant bleibt.

Die erfindungsgemäßen Schleifkörper können gegebenenfalls in üblicher Weise verstärkt sein, z. B. mit Scheiben von offenen Glasfasergeweben, Glasfasern oder anderem Fasermaterial, und/ oder einen festen inneren, nicht schleifenden feinen Mittenteil, anliegend an dem äußeren schleifenden Teil der Schleifscheibe oder des Schleifkörpers, aufweisen.

Das Schleifmittel kann in einer Anzahl üblicher Körnungen angewandt werden; diese liegt bevorzugt für Schruppscheiben bei relativ grobem Korn wie 0,71-6,85 mm (4 bis 36 grit).

Übliche Bindemittel auf der Basis organischer Harze werden mit den verschiedensten Füllstoffen gemischt. Als Bindemittel bevorzugt man ein wärmehärtbares Gemisch eines Pulvers aus phenolischem Novolak und 10% Vernetzungsmittel in der Art von Hexamethylentetramin. Derartige Produkte sind als lang fließfähige, wärmehärtende Harze im Handel erhältlich. Man kann aber auch andere wärmehärtende phenolische Novolake mit 8 bis 16% Hexamethylentetramin anwenden. Als wärmehärtende Harze kommen auch Phenoxy-, Phenol/Furfurol-, Anilin/Formaldehyd-, Harnstoff/Formaldehyd-, Epoxy-, Kresol/Aldehyd-, Resorcin/Aldehyd-, Harnstoff/Aldehyd-, Melamin/Formaldehyd-Harze und deren Gemische in Frage. Die wärmehärtenden Harze können mit geringen Mengen verschiedener harzartiger Stoffe modifiziert werden, wie Epoxy-, Vinylharze, Polyvinylchlorid, Polyvinylbutyral, Polyvinylformal, Polyvinylacetat, sowie auch Vernetzungsmitteln, wie Paraformaldehyd oder Hexamethylentetramin, und Weichmachern oder Lösungsmitteln, wie Furfurol, Propylensulfit, Kresol, Furfurylalkohol, oder deren Gemischen

Bevorzugt wird der Harzanteil des Schleifkörpers bei variierendem Schleifkorngehalt entsprechender Körnung im Bereich von 18 bis 24 Vol.-% konstant gehalten.

Bekanntlich können die verschiedensten organischen und anorganischen Füllstoffe und deren Gemische in Schleifkörper eingebracht werden, um deren Festigkeit zu erhöhen, die Einstandskosten herabzusetzen und vor allem die Schleifwirkung zu verbessern. Sie können die verschiedensten organischen und anorganischen Stoffe unterschiedlicher Feinheit umfassen, wobei die Korngröße wesentlich kleiner sein soll als die des Schleifkorns. Verwendbare Füllstoffe sind Kryolith, Fluorspat, Magnesia, Siliciumcarbid, Tonerde, Natriumchlorid, Eisenpyrite, Eisensulfid, Calciumoxid, Kaliumsulfat oder -fluoroborat, Copolymere von Vinylidenchlorid und Vinylchlorid (Saran B), Polyvinylidenchlorid, Polyvinylchlorid, andere Fasern, Sulfide, Sulfate, Halogenide, Chloride, Fluoride und deren Gemische.

Brauchbare Füllstoffe sind in der Tabelle I aufgezählt. So eignet sich ein Gemisch von Kaliumsulfat, Eisensulfid, Siliciumcarbid, Copolymer von Vinylidenchlorid und Vinylchlorid (Saran B), Calciumoxid und Glasstapelfasern (6 mm). Mit Ausnahme des Copolymeren sind somit die Bestandteile dieser Füllstoffe anorganischer Natur. Bevorzugt macht der Anteil an anorganischen Stoffen zumindest 80 Vol.-% in dem schleifenden Teil des Schleifkörpers aus.

Zur Erhöhung der Sicherheit kann der erfindungsgemäße Schleifkörper mit den verschiedensten, üblicherweise angewandten anorganischen Fasern aus kurzen oder langen Stücken und/oder in Form eines offenmaschigen Glasfasergewebes verstärkt sein. Das Glasfasergewebe kann wie üblich aus verzwirnten oder im wesentlichen nicht verzwirnten Fadenbündeln oder Vorgarnen von Endlosfäden aufgebaut sein.

Wenn gewünscht, kann die Schruppscheibe mit einem feinen harten Mittenbereich ausgestattet sein; dies erreicht man dadurch, indem man anfänglich die Form in einen inneren und einen äußeren Bereich durch Einlegen eines dünnen kreisförmigen Bandes unterteilt und nun zur Bildung des Schleifringes nach der Erfindung die äußere Kammer mit der Zusammensetzung für den schleifenden Teil füllt, während in die innere Kammer verschiedenste übliche Mischungen anorganischer Stoffe und wärmehärtender Harze kommen.

Beispiele für die Zusammensetzung und die Bestandteile zur Herstellung der schleifenden Teile von Schleifkörpern nach der Erfindung sind in den Tabellen I bis IV zusammengefaßt.

Eine erste Charge von 6 heißgepreßten Scheiben - 40,64 cm Durchmesser, 5,08 cm Dicke und 15,24 cm Durchmesser der Bohrung - wurde hergestellt aus einem Gemisch, dessen Bestandteile in der Tabelle I aufgeführt sind, wobei das Schleifkorn eine Körnung von 2,1 mm (14 grit) hatte und erhalten worden ist aus einem extrudierten Sinterbauxit ("Norton 76 A", US-PS 30 79 243). Der Schleifkorngehalt wurde zwischen 50 und 25 Vol.-% der Scheibe variiert.

Mit sinkendem Schleifkorngehalt stieg der Füllstoffgehalt an. Der Harzgehalt wurde für die Scheiben A-D konstant gehalten. Schließlich wurden zwei weitere Scheiben E und F mit konstant 25% Schleifkorngehalt und höheren Harzgehalten hergestellt.

Die Formmassen wurden dadurch erhalten, daß die Bestandteile der Bindung aus Füllstoffen und Harzen trocken gemischt wurden. Das Schleifkorn wurde mit 33 cm³ Furfurol je kg Schleifkorn angefeuchtet und die Bindung mit dem angefeuchteten Schleifkorn gemischt und schließlich mit 44 cm³ "CARBOSOTA"-Brand je kg Kunststoff gemischt. "CARBOSOTA" ist die Handelsbezeichnung für ein Netzmittel auf der Basis von raffiniertem Kohlenteer von Creosotöl. Vorzugsweise machen die Netzmittel Furfurol und "CARBOSOTA" weniger als 3 Vol.-% des schleifenden Teils aus und werden schließlich Teil des Anteils an gehärtetem Harz.

Gegebenenfalls können jedoch die schleifenden Teile auch noch bis zu 5 Vol.-% Netzmittel in Form von Furfurol, Furfurylalkohol, flüssigem Harz, CARBOSOTA oder deren Gemische enthalten.

Tabelle I

Zusammensetzung in Vol.-% ausschließlich Poren und Netzmittel

Die Gemische wurden in Formen eingebracht und 1 h bei 160°C unter einem Preßdruck von 351,5 kg/cm² verpreßt, dann entformt und 24 h bei 200°C nachgehärtet.

Die so erhaltenen Schleifscheiben wurden geprüft durch 3minütiges Schleifen eines Werkstücks aus korrosionsbeständigem Stahl der Spezifikation 18-8 unter einem Anpreßdruck von 181,4 kg und einer Umfangsgeschwindigkeit von 48,3 m/s. Die Ergebnisse sind in der Tabelle II zusammengefaßt.

Tabelle II

In der Tabelle III ist die relative Schleifwirkung in %, bezogen auf Scheibe A, aufgeführt.

Tabelle III

Aus dieser Zusammenstellung ergibt sich, daß die Schleifwirkung bei etwa 38 Vol.-% Schleifkorn in der Schleifscheibe ein Maximum erreicht. Scheiben mit 25% Schleifkorn schneiden um 16% langsamer als Scheiben mit 50% Schleifkorn, wobei das Verhältnis G 10% geringer ist.

Das Verhältnis G definiert die Menge an abgehobenem Metall je Volumeneinheit Schleifscheibe und wird häufig als Richtwert für die Verbraucher der Schleifscheiben herangezogen. Daraus ergibt sich aber auch, daß bei etwa 38% Schleifkorn eine Mehrleistung von 50% erreichbar ist. Weiters ergibt sich aus der Zusammensetzung E mit 25% Schleifkorn und etwas mehr Harz, daß das Schleifverhältnis nur etwa 90% des Schleifverhältnisses der Scheibe A ausmacht, obwohl die Zusammensetzung E nur halb soviel Schleifkorn wie A enthält. Diese gesteigerte Leistung bei der Anwendung der Schleifkörper zeigt, daß eine Scheibe mit 25% Schleifkorn zumindest 2mal soviel Metall je Einheit Schleifkorn gegenüber einer Schleifscheibe mit 50% Schleifkorn abzuheben vermag. Andererseits entnimmt man der Tabelle aber auch, daß die Scheibe F mit 25% Schleifkorn, einem höheren Harzgehalt und einem geringeren Füllstoffgehalt nicht die Leistung zeigt wie die Scheiben E und D.

Es wurde eine zweite Serie von Schleifscheiben für das Schruppen mit einer Porosität von im wesentlichen Null mit niederem Gehalt an Schleifkorn, hohem Gehalt an Füllstoff und konstantem Gehalt an Harz durch Heißpressen hergestellt mit einem Durchmesser von 40,64 cm, einer Dicke von 5,08 cm und einem Bohrungsdurchmesser von 15,24 cm. Die mit diesen Scheiben erhaltenen Ergebnisse sind in der Tabelle IV zusammengefaßt.

Tabelle IV

Zusammensetzung in Vol.-% ausschließlich Poren und Netzmittel

Im Gegensatz zu den Massen der Tabelle I variieren die Massen der Tabelle IV von üblicherweise 60 Vol.-% Schleifkorn bis herunter zu 30 Vol.-%. Jede Scheibe enthielt ein Gemisch der gleichen üblichen Füllstoffe, von denen sich einige von denen in der Tabelle I genannten unterscheiden. Das Volumen des Harzes wurde konstant gehalten, jedoch in die Scheiben keine Glasstapelfasern eingebracht. Auch wurde ein gröberes Schleifkorn (grit 12; 2,55 mm) aus extrudiertem Sinterbauxit verwendet und wie üblich vorgemischt. Das Heißpressen erfolgte in 1 h bei 160°C unter einem Preßdruck von 351,5 kg/cm², woran sich ein Nachhärten von 24 h bei 175°C anschloß.

Es wurde die Schleifleistung der Scheiben ermittelt und dabei als Bezug die Schleifscheibe mit 60 Vol.-% Schleifkorn als 100% angenommen. Bei der Schleifprüfung wurde ein Stab aus korrosionsbeständigem Stahl der Spezifikation 304 bei einem Anpreßdruck von 181,6 kg und einer Umfangsgeschwindigkeit der Scheibe von 48,3 m/s 30 min lang abgearbeitet. Die Ergebnisse sind in den Tabellen V und VI zusammengestellt.

Tabelle V

Tabelle VI

Aus den Tabellen V und VI ergibt sich, daß eine 50%ige Verringerung des Schleifkorngehaltes von üblicherweise 60 Vol.-%, ohne daß dies auf Kosten des Abschliffs oder des Verhältsnisses G geht, möglich ist. Von besonderer Bedeutung ist eine 33,33%ige Verringerung des Schleifkornanteils (von 60 auf 40 Vol.-%), die mit einer Erhöhung des Verhältnisses G auf 44% mit nur einer 7%igen Verringerung des Abschliffs verbunden ist, was praktisch konstant ist für Schleifkornmengen zwischen 30 und 60% in den Scheiben G bis J.

Den Tabellen ist auch zu entnehmen, daß das Maximum des Verhältnisses G bei etwa 40 Vol.-% liegt und überraschenderweise das Verhältnis G bei 30 Vol.-% in der Scheibe J etwas besser ist als die Normscheibe G mit 60 Vol.-%. Obwohl die Scheibe J mit 30% ein geringeres Schleifverhältnis hat, ist der Abschliff größer als bei den Scheiben H und I mit 50 bzw. 40% und nur etwas geringer als bei der Scheibe G mit 60%.

Selbstverständlich lassen sich nach der Erfindung auch Schleifscheiben und Schleifkörper mit gröberem Schleifkorn als 36 grit (etwa 0,71 mm) anwenden, die unter hoher Geschwindigkeit, hohen Anpreßdrücken und Temperaturen arbeiten und fest sein müssen, um einen schnellen Materialabtrag zu ermöglichen.

Claims

1. Organisch gebundener, heißgepreßter Schleifkörper oder Schleifring für das Schruppen von Metallwerkstücken aus Schleifkorn in Form von Schmelztonerde, Sintertonerde, Sinterbauxit, geschmolzenem oder gesintertem Al₂O₃/ZrO₂, Siliciumcarbid oder deren Gemischen in einer Körnung von etwa 0,5 bis 4,76 mm, wärmegehärtetem Harz und Füllstoffen, wobei zumindest 80 Vol.-% der Füllstoffe aus anorganischem Material bestehen und die Korngröße des Füllstoffes wesentlich kleiner als die des Schleifkorns ist mit maximal 8 Vol.-% Poren, gekennzeichnet durch 18 bis 24 Vol.-% wärmegehärtetes Harz, 29 bis 56 Vol.-% Füllstoffe und 24 bis 45 Vol.-% Schleifkorn.

2. Schleifkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmegehärtete Harz ein Phenol/Formaldehyd-, ein Phenol/Furfurol-, ein Anilin/Formaldehyd-, ein Harnstoff/Formaldehyd-, ein Phenoxy- oder ein Epoxy-Harz ist.

3. Schleifkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff Eisenpyrit, Kaliumsulfat, Kryolith, Eisensulfid, Feldspat, Natriumchlorid, Kaliumfluoroborat, Siliciumcarbid, Magnesia, Tonerde, Calciumoxid, Glasstapelfasern, Copolymere von Vinylidenchlorid und Vinylchlorid, Polyvinylidenchlorid, Polyvinylchlorid oder deren Gemische sind.

4. Schleifkörper nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff ein Gemisch von Eisenpyrit, Kryolith, Calciumoxid und einem Copolymeren von Vinylidenchlorid und Vinylchlorid und das wärmehärtende Harz ein Phenolharz ist.

5. Schleifkörper nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Füllstoff ein Gemisch von Kaliumsulfat, Eisenpyrit, Calciumoxid, Glastapelfasern und einem Copolymeren von Vinylidenchlorid und Vinylchlorid ist.