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Schleifwerkzeuq
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Die Erfindung betrifft Schleifwerkzeuge, insbesondere Schleifscheiben,
die als Schleifkörnung kubisches Bornitrid oder Diamant enthalten und besonders
für das Schleifen von gehärteten, legierten Werkzeugstählen und anderen gehärteten
Stahlteilen verwendet werden können. Die Bearbeitung solcher Werkstücke durch Schleifen
erfolgt mit oder ohne Zuführung eines flüssigen Kühlschmiermittels, d.h. durch Naß-
oder Trockenschleifen.
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Bekannt sind Schleifscheiben mit Bornitrid-Schleifkörnung oder Diamant-Schleifkörnung
in Kunstharzbindung. Der Schleifbelag einer solchen Schleifscheibe besteht aus der
Schleifkörnung und der Bindung und ist mit dem Grundkörper der Schleifscheibe verbunden.
Die Kunstharzbindung besteht aus einem oder mehreren organischen Harzen und einem
oder mehreren Füllstoffen.
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Als Harze werden vorzugsweise solche mit relativ guter thermischer
Beständigkeit verwendet, wie Phenolharz, Polyimid, Epoxid oder Polytetrafluoräthylen.
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Unter Füllstoffen sind nicht allein Materialien zu verstehen, die
einen Anteil des Belagvolumens nur auszufüllen hätten, sondern die darüber hinaus
den Schleifprozeß vorteilhaft beeinflussen. Bekannte, für Bindungen verwendete Füllstoffe
in Form von Körnungen oder Pulvern sind Siliziumkarbid, Borkarbid, Aluminiumoxid
und Metalle. Eine weitere, bekannte Gruppe von Füllstoffen sind Festschmierstoffe
mit Schichtgitter-Kristallstruktur, wie beispielsweise Graphit, hexagonales, weiches
Bornitrid und Molybdändisulfid. Von diesen Füllstoffen wird vorzugsweise Graphit
verwendet, weil er außer der Schmierwirkung auch eine relativ gute Wärmeleitfähigkeit
hat.
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Als Schleifkörnung eignet sich kubisches Bornitrid für das Schleifen
von Stahlwerkstücken häufig besser als Diamant, doch gibt es auch Fälle, wo Diamant
vorteilhafter ist, z.B. beim gleichzeitigen Schleifen von Stahl und Hartmetall.
Beide Schleifkörnungen werden mit oder ohne Metallüberzug verwendet, der z.B. aus
einer Nickellegierung besteht. Der Metallüberzug bewirkt einen verringerten Verschleiß
des Schleifbelages, verursacht aber höhere Schleiftemperatur und größere Schnittkräfte.
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Ein Nachteil der bekannten Schleifwerkzeuge liegt jedoch in der relativ
starken Abnutzung der Schleifscheibe und der zu
hohen am Werkstück
erzeugten Temperaturen. Dabei ist davon auszugehen, daß die Abnutzung der Schleifscheibe
umgekehrt proportional durch das Schleifverhältnis G ausgedrückt wird, V wobei G
w X Verhältnis der Volumenanteile von abge-V s schliffenem Werkzeug zum abgenutzten
Schleifbelag der Scheibe ist. Für die Leistungsfähigkeit sind außer einem hohen
Schleifverhältnis G auch die Temperatur am Werkstück Tw und die Leistungsaufnahme,
d.h. die Antriebsleistung der Schleifscheibe P maßgeblich, denn für gehärtete Stähle
ist die 5 Werkstücktemperatur beim Schleifen kritisch, da durch überhöhte Temperatur
der Härtungszustand beeinträchtigt wird.
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Bei einer Schleifscheibe, die am Werkzeug kleinere Temperaturen erzeugt,
läßt sich der Schleifvorgang beschleunigen, woraus sich ein größerer wirtschaftlicher
Wert der Schleifscheibe ergibt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Schleifwerkzeug zu schaffen, das
durch die Beschaffenheit seiner Bindung eine höhere Leistungsfähigkeit erbringt.
Gemäß der Erfindung ist als Lösung vorgesehen, daß zusätzlich zu dem Füllstoff Graphit
als ein weiterer Füllstoff Calciumfluorid vorgesehen ist, wobei das Volumenverhältnis
der beiden Füllstoffe im Bereich von 1:9 bis 9:1 liegt und das Gesamtvolumen der
beiden Füllstoffe 5% bis 70% des Bindungsvolumens beträgt.
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Als Graphit sind dabei sowohl Naturgraphit als auch Elektrographit
geeignet. Die Körnungsgröße des Graphits kann in
weitem Bereich
variiert werden bis zu maximal etwa 0,35 mm.
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Vorzugsweise sind Körnungen im Bereich bis maximal 212 um zu verwenden.
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Als Calciumfluorid sind handelsübliche Sorten geeignet, die entweder
durch Zerkleinerung von natürlichen Kristallen oder durch chemische Verfahren hergestellt
wurden. Die geeigneten Körnungsgrößen des Calciumfluorids liegen im Bereich bis
zu maximal 0,25 mm. Vorzugsweise eignen sich Körnungen im Bereich bis maximal 0,15
mm.
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Zusätzlich können vorteilhafterweise weitere Füllstoffe, wie z0B0
Siliziumkarbid, der Bindung zugesetzt werden, um eine Anpassung an spezielle Schleifbedingungen
zu erreichen.
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Durch Kombination verschiedener organischer Harze läßt sich eine zusätzliche
Anpassung an spezielle Schleifbedingungen erreichen.
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Bei Versuchen mit den Füllstoffen Graphit und Calciumfluorid CaF2,
zeigte sich, daß jeder dieser beiden Füllstoffe allein oder in Verbindung mit anderen
gebräuchlichen Füllstoffen angewendet, zu keinen wesentlichen Verbesserungen der
Schleifresultate führte. Bei der kombinierten Anwendung ergab sich jedoch als ein
deutlicher synergistischer Effekt eine bisher unerreichte Steigerung der Leistungsfähigkeit.
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Versuchsergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle wiedergegeben.
| Füllstoffvolumenanteile in der |
| Ver- Schleifresul tate |
| such- Bindung |
| Nr. SiC Graphit Calciumfluorid G Tw Ps |
| % °C % |
| 1 44 - - 73,6 225 109 |
| 2 22 22 - 100 215 100 |
| 3 - 44 - 84,3 196 89,6 |
| 4 - - 44 78,3 192 87r |
| 5 - 24 20 208 194 85,2 |
| 6 6 12 17 15 223 202 94,8 |
Für die Versuche wurde eine typische Form von Schleifscheiben verwendet mit einem
Außendurchmesser von 95 mm. Der Schleifbelag hatte einen Querschnitt von 9,5 mm
. 3,2 mm. Als Schleifkörnung wurde kubisches Bornitrid der Körnungsgröße 0,18...0,15mm
verwendet. Der Volumenanteil der Bornitrid-Schleifkörnung betrug 18%. Der Metallüberzug
auf den Schleifkörnern bestand aus einer Nickel-Phosphor-Legierung, und dessen Volumenanteil
im Schleifbelag betrug 11%. Der übrige Volumenanteil des Schleifbelages
von
71% bestand aus der Kunstharzbindung.
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Bei den Angaben bezüglich der Kunstharzbindung beziehen sich die Volumenanteile
der Füller auf 100 Volumenanteile der Bindung.
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Die Schleifversuche wurden unter gleichen Bedingungen mit gleichem
Werkstück aus Chrom-Vanadium-legiertem Schnellarbeitsstahl HSS im Trockenschleifverfahren
durchgeführt. Die geschliffene Fläche des Werkstückes betrug 3 mm x 20 mm. Das Werkstück
wurde maschinell an der Schleiffläche der Schleifscheibe 95 mm . 3 mm in gleichmäßigen
Hüben vorbeigeführt. Dabei betrug die Zustellung je Doppelhub 0,15 mm.
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In der Tabelle sind die G-Werte relativ zu dem Beispiel Nr. 2 angegeben.
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Die Werkstücktemperaturen wurden laufend durch einen Infrarotsensor
von der Schleiffläche des Werkstückes abgenommen. Der angegebene Wert T C 0c) ist
der Mittelwert der aufgenommenen w Temperaturkurve.
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Die Leistungsaufnahme des Schleifmotors, abzüglich der Leerlaufleistung,
wurde ebenfalls laufend aufgenommen und als Schleifarbeit mit einem Schreiber aufgezeichnet.
In der Tabelle sind die daraus errechneten mittleren Werte der Leistungsaufnahme
Ps, , relativ zu Versuch Nr. 2 angegeben.
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Die Fülleranteile der Schleifscheiben in den Versuchen Nr. 1 und 2
entsprechen bekannten Ausführungen. Die Ergebnisse der Beispiele Nr. 3 und 4 ergaben
sich aus Vorversuchen. Die Beispiele Nr. 5 und 6 bilden Ausführungsbeispiele gemäß
der Erfindung.
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Aus der vergleichenden Aufstellung ist erkennbar, daß allein mit Graphit
oder Calciumfluorid als Füllstoff die Werkstücktemperatur T und die Antriebsleistung
P5 gesenkt werden können, daß w damit aber keine wesentliche Steigerung des G-Wertes,
d.h. eine Verringerung des Schleifscheibenverschleißes zu erreichen ist.
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Die in den Versuchen Nr. 5 und 6 erreichten Werte zeigen hingegen,
daß durch die Kombination von Graphit mit Calciumfluorid mehr als eine Verdoppelung
des G-Wertes erreicht wird, während Werkstücktemperatur und Schleifscheibenantriebsleistung
relativ niedrig sind. Das Beispiel Nr. 6 zeigt, daß durch Siliciumkarbid als weiteren
Füllstoff der G-Wert noch gesteigert wird, doch steigen Werkstücktemperatur und
Antriebsleistung dabei wieder. Es hängt also von den speziellen Bedingungen des
Schleifprozesses und des Werkstücks ab, welcher der Ausführungen Nr. 5 oder Nr.
6 der Vorzug zu geben ist. Eine ähnliche Wirkung wie der Zusatz von SiC als Füllstoff
haben Zusätze von Al 203 oder B4C.
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Bei weiteren Schleifversuchen an unterschiedlichen Werkstückquerschnitten
mit entsprechend angepaßten Zustellbeträgen und mit variierten Zusammensetzungen
der Schleifbelagbindungen
zeigten sich optimale Resultate nach
den beschriebenen Kriterien durch Änderungen des Volumenverhältnisses von Graphit
und Calciumfluorid. Der vorteilhafte Variationsbereich lag dabei zwischen 1:9 bis
9:1, bezogen auf 10 Teile der Gesamtmenge von Graphit und Calciumfluorid.
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Allgemein wurde darüber hinaus erkannt, daß mit steigender Beanspruchung
der Schleifscheibe auch das Volumenverhältnis dieser Füllstoffe umso kritischer
wurde. Bei hoher mechanischer und thermischer Beanspruchung der Schleifscheibe liegt
das optimale Volumenverhältnis von Graphit und Calciumfluorid im Bereich von 7:3
und 4/6o Die Werte von Werkstücktemperatur und Antriebsleistung lassen sich noch
weiter senken, wenn bis zu 33% Volumen des organischen Harzes in der Bindung aus
Polytetrafluoräthylen bestehen. Der G-Wert wird durch diesen Harzanteil aber verringert.
In Anwendungsfällen, wo die Wärmeentwicklung besonders kritisch ist, ist solch eine
Variante der erfindungsgemäßen Bindung ebenfalls von Vorteil.