DE3142792A1

DE3142792A1 - Schleifscheibe

Info

Publication number: DE3142792A1
Application number: DE19813142792
Authority: DE
Inventors: Akio Kuroatsu; Akio Yokohama Kanagawa Kuromatsu
Original assignee: Ohyo Jiki Laboratory Co Ltd; Nicco Machine Tool Co Ltd
Current assignee: Ohyo Jiki Laboratory Co Ltd; Nicco Machine Tool Co Ltd
Priority date: 1981-05-21
Filing date: 1981-10-28
Publication date: 1982-12-09
Also published as: GB2098892A; FR2506200B1; US4490158A; FR2506200A1; JPS57194824A; US4532019A; GB2098892B

Description

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Möh!straße37 D-6000 München 80,

Tel.: 089/982085-87 Telex: 0529802 hnkl d Telegramme: ellipsoid

6208

28. Okt. 1981

NICCO MACHINE TOOL COMPANY LTD. und
OHYO JIKI LABORATORY COMPANY LTD.,
Tokio bzw. Yokohama, Japan

Schleifscheibe

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28. OM. 1981

"Schleifscheibe¹

Die Erfindung betrifft eine verbesserte Schleifscheibe, die ein Werkstück mittels kombinierter mechanischer und ■10 elektrochemischer Einwirkung zu bearbeiten vermag.

Für das präzise Schleifen von Metallen, Keramik und anderen Werkstoffen wird üblicherweise das mechanische Schleifverfahren unter Verwendung von Schleifscheiben aus Teilchen aus grünem Karborund, weißem Alundum, Diamant, Bonitrid und dgl. angewandt. Dieses mechanische Verfahren ist jedoch mit verschiedenen Nachteilen behaftet, nämlich

1. niedrige Schleifgeschwindigkeit

2. nahezu völlige Nichteignung für das Schleifen von ultraharten Legierungen, durch Abschrecken gehärtetem Stahl, Sendust-Legierung und Verbindungen Seltener Erden

3. mögliche Verformung des Werkstücks aufgrund der Beanspruchungen beim Schleifvorgang

4. schneller Verschleiß der Schleifscheibe.

Für das Schleifen von schwer zu bearbeitenden Werkstoffen wird seit einiger Zeit das elektrolytische Verfahren angewandt, bei dem eine aus Graphit bestehende Schleifscheibe als Elektrode dient. Bei Verwendung eines geeigneten,

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elektrisch leitenden Schleifschmiermittels bzw. Schneidöls kann bei diesem Verfahren der elektrische Strom von der aus Graphit bestehenden Schleifscheibe auf das zu bearbeitende Werkstück übertragen und dessen Werkstoff somit elektrochemisch erodiert und aufgelöst werden. Bei diesem Verfahren hängt die Wirksamkeit des Schleifvorgangs von den elektrischen und elektrochemischen Eigenschaften des Werkstoffs, nicht aber von seinen chemischen Eigenschaften ab. Mit einer entsprechenden Schleifscheibe ]0 kann somit ein Werkstoff bearbeitet werden, der sich nach dem rein mechanischen Verfahren praktisch nicht schleifen läßt. Dennoch ist auch dieses Verfahren mit verschiedenen Nachteilen behaftet:

1.Da das elektrisch leitende Schleifschmiermittel bzw. Schneidöl eine unmittelbare Berührung zwischen der Schleifscheibe und dem Werkstück verhindert, lassen sich gleichmäßige und genaue Bearbeitungsergebnisse nur schwierig erzielen.

2. Zur Erzielung eines höheren Genauigkeitsgrads muß ein Fein- oder Nachschleifvorgang nach dem mechanischen Verfahren durchgeführt werden.

3. Aus dem genannten Grund läßt sich die hohe Schleifgeschwindigkeit, die an sich einen Vorteil des elektro-Iytischen Verfahrens darstellt, nicht voll ausnutzen.

Bekannt ist auch eine Schleifscheibe aus porösem grünen Karborund, deren Oberfläche stromlos verkupfert ist, um sie elektrisch leitend zu machen. Mit dieser Schleifscheibe lassen sich die mechanische und die elektrolytische Schleifbearbeitung gleichzeitig durchführen, doch

ist auch diese Lösung mit ihr eigenen Nachteilen behaftet: 35

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1. Da sich die elektrische Leitfähigkeit im Laufe der
Zeit ändern kann, ist es schwierig, während des
SchleifVorgangs die optimalen elektrolytischen Bedingungen einzuhalten.

2. Da zur Ermöglichung eines Eindringens der Galvanisierflüssigkeit eine poröse Schleifscheibe verwendet wird, ist die Schleifscheibe selbst sehr spröde und einem
schnellen Verschleiß bzw. Abrieb unterworfen.

3. Es erweist sich als schwierig, eine derartige Schleifscheibe ohne Absplitterungen und Risse herzustellen.
Insbesondere ist es schwierig, eine trennscheibendünne (blade thin) Schleifscheibe dieser Art herzustellen.

4. Mit einer solchen Schleifscheibe allein läßt sich keine genaue und gleichmäßige Oberflächenbearbeitung erreichen.

5. Da für die Endbearbeitung ein mechanischer Schleifvor» gang erforderlich ist, kann der durch die Schleifscheibe ausgeübte Druck zu einer Verformung des Werkstücks
während des Schleifvorgangs oder im Anschluß an diesen führen.

Aufgabe der Erfindung ist damit insbesondere die Ausschaltung der Mangel des Standes der Technik durch Schaffung einer verbesserten, wirtschaftlichen und dauerhaften Schleifscheibe, die in geringerem Maße Verschleiß bzw. Abrieb und Bruch unterworfen ist und keine Verformung des
Werkstücks herbeiführt und die zudem eine höhere Genauigkeit und eine überlegene Oberflächenfeinbearbeitung, d.h. Oberflächengüte, ohne zusätzliches mechanisches Schleifen

gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird bei einer Schleifscheibe der angegebenen Art erfindungsgemäß gelöst durch mindestens eine elektrisch leitende Zone und mindestens eine Schleifzone auf der ümfangs- bzw. Randfläche der Schleifscheibe, die ihrerseits elektrisch leitfähig oder nicht leitfähig ist.

Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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Fig. 1 eine perspektivische Darstellung einer Schleifscheibe mit Merkmalen nach der Erfindung,

Fig. 2 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Ausschnitt aus der Schleifscheibe nach Fig. 1,

Fig. 3 eine Fig. 2 ähnelnde Darstellung einer anderen Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 4 bis 6 teilweise auseinandergezogene perspektivische Darstellungen anderer Ausführungsformen der Erfindung,

Fig. 7 bis 12 perspektivische Teildarstellungen von Schleifscheiben gemäß weiteren Ausführungsformen der Erfindung und

Fig.13 eine vereinfachte schaubildliche Darstellung der

erfindungsgemäßen Schleifscheibe im Betrieb. 30

Eine Schleifscheibe (Fig. 1 und 2) wird in herkömmlicher Weise durch Verpressen von Teilchen grünen Karborunds, weißen Alundums, rosa Alundums, Siliziumoxids o.dgl. zusammen mit einem zweckmäßigen Bindemittel unter Erwärmung *" hergestellt. Für die Schleifscheibe können auch andere als

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β rs 9 <*

] die angegebenen Teilchen verwendet werden, sofern sie sich nicht schnell abreiben und ein gutes Isoliervermögen besitzen.

β In die Außenumfangs- bzw. Randfläche (rim) der Schleifscheibe sind eine oder mehrere Rahdrillen 2 eingestochen, die parallel zur Wellenachse oder unter einem Winkel σε. dazu angeordnet und auf gleiche oder ungleiche Abstände um die Kranzfläche herum verteilt sein können.

In der Seite bzw. Flanke der Schleifscheibe sind Flankenrillen 3 ausgebildet, die am einen Ende in die Randrillen 2 übergehen und mit dem anderen Ende bis zu einer Elektro- bzw. Leiterscheibe 4 reichen, die im Mittelbe-

"15 reich der Flanke der Schleifscheibe vorgesehen ist. Die Verlaufsrichtung der Flankenrillen 3 kann parallel zum Radius der Schleifscheibe oder unter einem Winkel ß dazu liegen. Wahlweise können die Randrillen 2 so tief sein, daß sie bis zur Leiterscheibe 4 reichen. In diesem Fall dienen die Randrillen 2 auch als Flankenrillen 3.

Im Zentrum der Schleifscheibe ist eine Wellen-Bohrung 5 vorgesehen, in die eine Leiterhülse 6 an der Innenfläche der Schleifscheibe anliegend eingesetzt ist. Die Leiterscheibe 4 an der Schleifscheibenflanke ist mit der Leiterhülse 6 verbunden. Leiterscheibe und -hülse können durch Auftragen einer Leiterplaste bzw. eines Leiterlacks, durch Belegen mit Blattmetall oder durch Anwendung eines der folgenden Verfahren ausgebildet sein:

Vakuumaufdampfung, Aufspritzen bzw. -sprühen, Trockenplattieren bzw. -galvanisieren (Vakuum- oder Druckaufdampfung usw.), elektrolytfreies Galvanisieren, Metallbesprühung und Bedrucken.

in der Mitte der Schleifscheibenflanke ist ein ringför-

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■J miger Strom-Kollektor 7 vorgesehen.

Die Rand- und Flankenrillen 2 bzw. 3 sind mit elektrisch leitendem Material ausgefüllt, so daß Leiterzonen 10 und Leiterbahnen 12 gebildet werden. Als leitende Materialien können (aus)gehärtete Massen aus pulverisiertem Metall, wie Ag, C, Ni u.dgl., oder (aus)gehärtete Massen aus pulverisierten Legierungen dieser Metalle und Kunstharzklebern, wie Phenol, Epoxy, Adarlit u.dgl., verwendet werden. Zusätzlich empfiehlt es sich, Teilchen aus harten nicht-metallischen Verbindungen, wie Diamant, Karborund, Siliziumoxid, Bornitrid, Borkarbid u.dgl., oder gebundene (cemented) Massen, wie Aluminiumoxid, Wolfrämkarbid, Titankarbid, Titannitrid, Tantalkarbid, Niobkarbid u.dgl., oder Gleitmittel, wie Graphit, Kohlenstoff, Molybdändisulfid u.dgl., oder Gemische dieser Massen hinzuzufügen. Unter bestimmten Bedingungen können Teilchen bzw. Bruchstücke (fragments) von Metallen, wie Ag, Cu, Ni ο.dgl., oder von Legierungen dieser Metalle, Superlegierungen oder ein Cermet verwendet werden.

Die Oberfläche der an den Schleifscheibenflanken unter einem Winkel ß zum Radius ausgebildeten Leiterbahnen 12 kann auf der Höhe der Schleifscheibenoberfläche liegen.

Vertiefte bzw. "eingelassene" Leiterbahnen können jedoch dazu dienen, Schleif-Schneidöl an die Oberfläche des Werkstücks heranzubringen und damit (z.B.) das Schleifen einer Rille oder Nut wirkungsvoller zu gestalten. Der Randkranz (rim) der Schleifscheibe außerhalb der Rillen 2 bildet die Schleifzone 11.

Bei diesem Ausführungsbeispiel sind elektrische Entladungs- bzw. Leiterzonen 10 durch die Randrillen 2 und ihre Füllung aus einem Leitermaterial gebildet. Es ist jedoch auch möglich, elektrisch leitende Zonen ohne Anord-

] nung der Randrillen, sondern durch Imprägnierung des Randkranzes mit. einem elektrisch leitenden Material aus-

tr

zubilden. In jedem Fall sind die elektrisch leitenden bzw. Leiterzonen in der Umfangs- oder Randfläche der Schleifscheibe erfindungswesentlich.

Während die Leiterscheiben 4 bei der beschriebenen Ausführungsform nur an der Seite bzw. Flanke der Schleifscheibe angeordnet sind, können sie gemäß Fig. 3 auch im Inneren der Schleifscheibe angeordnet sein. Zu diesem Zweck wird eine ringförmige, elektrisch leitende bzw. Leiterscheibe 4 so in die Schleifscheibe eingebettet, daß ihr Außenumfang die Sohlen der Randrillen 2 erreicht oder etwas darüber hinausragt und ihr Innenumfang mit der Leiterhülse 6 verbunden ist, so daß elektrischer Strom von der Leiterhülse zu den Randrillen fließen kann.

In weiterer Ausführungsform der Erfindung gemäß Fig. 4 können anstelle der elektrisch leitenden bzw. Leiterzonen auch Isolierzonen an der Randfläche einer elektrisch leitenden Schleifscheibe vorgesehen sein. Die Schleifscheibe 1 wird wiederum in an sich bekannter Weise durch Verpressen von Teilchen aus grünem Karborund,'weißem Alundum, Siliziumoxid u.dgl. mit einem geeigneten Bindemittel unter Erwärmung hergestellt. Diese Schleifscheibe wird durch Aufbringen von Ag, Ni, Cu, Kohlenstoff ο»dgl. elektrisch leitfähig gemacht. Wahlweise kann eine durch Vorpressen von grünem Karborund, weißem Alundum u.dgl. hergestellte Schleifscheibe verwendet werden, die einer Behandlung für elektrische Leitfähigkeit unterworfen wird. Auf die Randfläche der Schleifscheibe wird mittels Sxlberverspiegelung Ag aufgebracht. Ni und Cu können durch elektrolytfreie Galvanisierung aufgebracht werden. Bei Verwendung von Kohlenstoff kann die Schleifscheibe einfach damit imprägniert werden. Jedes dieser Verfahren

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■j ist geeignet, die Schleifscheibe elektrisch leitend zu machen.

In der ümfangs- bzw. Randfläche der Schleifscheibe sind Rillen 2 vorgesehen, die zur Bildung der Schleifzonen 11 mit Isoliermaterial ausgefüllt sind. Geeignete Isoliermaterialien können dadurch hergestellt werden, daß Teilchen harter Oxide oder Karbidverbindungen, wie grüner Karborund, weißes Alundum, Keramik, Diamant, Bornitrid,

IQ Borkarbid u.dgl., oder gebundene (cemented) Massen, wie Wolframkarbid, Titankarbid, Titannitrid, Tantalkarbid, Niobkarbid u.dgl., mit Phenol, Epoxy, Feldspat und dgl. vermischt und durch Wärmebehandlung (aus)gehärtet werden. Die rillenfreie Fläche des Schleifscheibenrands, und nicht die Rillen, bilden dabei die Leiterzonen 10 der Schleifscheibe.

Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Schleifscheiben also durch die Randrillen und ihre Ausfüllung mit einem Isoliermaterial .gebildet. Es ist jedoch auch möglich, die Schleifzonen in der Weise auszubilden, daß die Rillen weggelassen und stattdessen imprägnierungsfreie oder galvanisierungsfreie Bereiche in mindestens einer Zone über den Schleifscheibenrand hinweg vorgesehen werden, wenn die Schleifscheibe vorher imprägniert oder galvanisiert worden ist, um sie leitfähig zu machen.

Bei den beschriebenen Ausfuhrungsformen sind die Schleifund Leiterzonen an der Umfangs- bzw. Randfläche einer Schleifscheibe aus einem Schleifmaterial ausgebildet worden. Gemäß Fig. 5 können die Schleif- und Leiterzonen jedoch auch auf der Umfangsfläche einer Scheibe aus Metall ausgebildet sein. In diesem Fall besteht der Mittelteil der Schleifscheibe 1 aus leitfähigem Metall. Auf die Umfangsfläche dieser Grundscheibe 1 aus Metall sind mehrere

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leitfähige Schleifsteine 13 aufgesetzt, die in Anpassung an den Umfang der Grundscheibe 1 (bogenförmig) gekrümmt
sein sollten, während die Zwischenräume zwischen den
Schleifsteinen mit Isoliermaterial 14 ausgefüllt sind.

Diese leitfähigen Schleifsteine bilden die Leiterzonen 10, während die mit dem Isoliermaterial ausgefüllten Zwischenräume die Schleifzonen 11 bilden.

Wahlweise können bei einer Metall-Grundscheibe gemäß

Fig. 6 mehrere zahnartige Vorsprünge 14 vorgesehen und
als Leiterzonen 10 benutzt werden. Die Lücken zwischen
den Zähnen sind dabei mit bogenförmigen, isolierenden
Schleifsteinen 15 ausgefüllt, welche die Schleifzonen 11 bilden.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen sind
die Leiter- und Schleifzonen auf der Umfangs- bzw. Randfläche der Schleifscheibe vorgesehen, doch können sie
auch in der Weise ausgebildet sein, daß in beiden Seitenflächen bzw. Flanken einer Schleifscheibe 1 aus einem

leitfähigen oder isolierenden Schleifmaterial zahlreiche Radialrillen 16 vorgesehen und entweder mit einem isolierenden oder einem leitfähigen Material ausgefüllt werden. Diese Rillen können gemäß Fig. 7 einen rechteckigen oder gemäß Fig. 8 einen dreieckigen Querschnitt besitzen und beim Preßformen der Schleifscheibe selbst geformt
worden sein.

Wenn die Schleifscheibe selbst leitfähig ist, werden die Rillen mit Isoliermaterial ausgefüllt; bei einer isolierenden Schleifscheibe werden die Rillen dagegen mit Leitermaterial ausgefüllt. Bei Anwendung dieser Radialrillen bedecken die Leiter- und Schleifzonen den Umfang der
Schleifscheibe.
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Anstelle der Verwendung von leitfähigem Schleifmaterial oder Metall können die Radialrillen 17 gemäß Fig. 9 Leiterbahnen oder Leiterzonen 18 bilden, indem sie mit einer hauptsächlich aus Silber oder Kupfer bestehenden Flüssigkeit beschichtet oder (durch Einspritzen) ausgefüllt werden. Im Fall von derart beschichteten Rillen 17 kann Strom zur Umfangs- bzw. Randfläche der Schleifscheibe fließen, weil die Rillen diese Fläche mit dem Kollektor verbinden. Die Rillenüberzüge 18 bilden an der Umfangs- bzw. Randfläche der Schleifscheibe Leiterzonen 10, während die restlichen Teile dieser Fläche als Schleifzonen 11 dienen.

Wahlweise können Leiterschichten oder -platten im Inneren der Schleifscheibe 1 vorgesehen sein, indem mehrere leitfähige Platten 20 oder Stäbe 21 in die Schleifscheibe eingebettet sind (vgl. Fig. 10 bzw. 11).

Wahlweise können gemäß Fig. 12 in einer dünnen Schleifscheibe 1 mehrere Radialrillen 20 ausgebildet sein, in

welche Leiterplatten bzw. -stäbe eingelegt sind. Auf diese Schleifscheibe sind eine oder mehrere weitere dünne Schleifscheiben 1' aufgelegt, so daß eine Schleifscheibe mit Leiter- und Schleifzonen erhalten wird. 25

Für die Herstellung der Schleifscheibe werden keinerlei neuartige Werkstoffe benötigt, sondern lediglich an sich bekannte Werkstoffe, wie "Gründkarbid" u.dgl., die nach an sich bekannten Verfahren verpreßt werden. Die Schleifscheibe läßt sich damit kostengünstig herstellen.

Im folgenden ist ein Verfahren zum Schleifen mittels der erfindungsgemäßen Schleifscheibe erläutert.

Gemäß Fig. 13 wird Strom an den Kollektor 7 und an ein

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Werkstück M angelegt. Die Schleifscheibe 1 wird in Drehung versetzt, während gleichzeitig eine Elektrolytflüssigkeit 19 gegen die Schleifscheibe 1 gespritzt wird» Hierbei fließt elektrischer Strom zwischen den Leiterzonen und dem Werkstück M, so daß auf elektrolytischem Wege geschliffen wird, während gleichzeitig die Schleifzonen der Schleifscheibe ein mechanisches Schleifen bewirken.

Im folgenden sind Faktoren erläutert, welche die elektrolytischen und mechanischen Schleifvorgänge beeinflussen.

A. Schnelligkeit und Genauigkeit des Schleifvorgangs hängen von der Stromstärke, der Breite und Zahl der Leiterzonen, vom Winkel der Leiterzonen gegenüber der Welle sowie von den die Leiterzonen und andere Elemente bildenden Werkstoffen ab. Durch entsprechende Wahl und Einstellung dieser Bedingungen und Faktoren entsprechend dem zu schleifenden Werkstoff, der Genauigkeit, dem Zustand der Werkstücksoberfläche und anderen Erfordernissen lassen sich höchst zufriedenstellende Ergebnisse erzielen.

B. Eine Schleifscheibe muß Leitfähigkeit und Stabilität besitzen. Die Größe der Leitfähigkeit wird durch den elektrischen Widerstandsgrad der leitenden Teile, wie Leiterscheiben, Leiterzonen und Leiterbahnen, bestimmt.

C. Um die Leiterzonen und -bahnen abrieb- bzw. ver-

schleißfest zu machen, empfiehlt es sich, den diese Zonen bildenden Werkstoffen ausreichende Mengen an abriebfesten Stoffen zuzusetzen. Wenn die leitenden Teile schmal und tief sind, ist ihr elektrischer Widerstand ziemlich groß. Wenn hierbei die Leitfähigkeit der verbindenden Teile auf einem großen Wert ge-

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halten wird, kann die Leitfähigkeit der Schleifscheibe beim Schleifvorgang durch Einstellung des Leitfähigkeitsgrads der leitenden Teile genau gesteuert werden.

D. Wenn andererseits der Leitfähigkeitsgrad der leitenden Teile groß ist oder diese Teile breit und flach sind, ist ihr elektrischer Widerstand niedrig. In diesem Fall kann die Leitfähigkeit der Schleifscheibe einwandfrei dadurch gesteuert werden, daß Werkstoff(e), Form und Dicke der verbindenden Teile so gewählt und eingestellt werden, daß ihr elektrischer Widerstand hoch wird.

E. Wenn das Schleif(scheiben)material einen hohen Leitfähigkeitsgrad besitzen soll, müssen sowohl die leitenden Teile als auch die verbindenden Teile einen niedrigen elektrischen Widerstand besitzen. Hierbei kann die Leitfähigkeit der Schleifscheibe durch Einstellung des Widerstandswerts sowohl der leitenden als auch der verbindenden Teile gesteuert werden.

Wie vorstehend erläutert, führt die erfindungsgemäße Schleifscheibe das mechanische und das elektrolytische Schleifen (Zerspanen) wechselweise bzw. gleichzeitig durch.

Die Erfindung vereinigt und vervielfacht somit die Vorteile der bisherigen mechanischen und elektrolytischen Schleifverfahren, so daß auch schwer bearbeitbare Werkstoffe, die bisher kaum geschliffen werden konnten, schnell und genau bearbeitet werden können.

Im Gegensatz zum bisherigen elektrolytischen Schleifen ist ein abschließendes Feinschleifen auch dann nicht nötig, wenn ein hoher Genauigkeitsgrad gefordert wird.

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Bei Bearbeitung mit der erfindungsgemäßen Schleifscheibe erhält die geschliffene Fläche eines Werkstücks dieselbe Ofcerflächengüte wie beim bisherigen mechanischen Schleifen. Mit anderen Worten: da die Schleifzonen die elektrochemisch erodierte Fläche des Werkstücks glätten, braucht die Schleifscheibe im Gegensatz zu den bisherigen Schleifscheiben nicht so stark gegen das Werkstück zugestellt zu werden/ daß während des Schleifvorgangs oder danach eine Verformung des Werkstücks hervorgerufen wird=

Das erfindungsgemäß verwendete Schleif(stein)material braucht zudem auch nicht porös zu sein, wie dies beim elektrolytischen Verfahren bisher nötig war. Für die erfindungsgemäße Schleifscheibe eignet sich hervorragend das beim bisherigen mechanischen Schleifverfahren verwendete, handelsübliche Schleifmaterial. Die Schleifscheibe ist demzufolge dauerhaft bzw. robust, riß- und abriebbeständig und mittels einer Diamantabziehvorrichtung o.dgl. ohne weiteres in eine dünne Trennscheibenform bringbar.

Leerseite

Claims

28. OKt. 1981

5 PATENTANSPRUCH

Schleifscheibe, gekennzeichnet durch mindestens eine elektrisch leitende Zone (10) und mindestens eine Schleifzone (11) auf der Umfangs- bzw. Randfläche der Schleif-10 scheibe (1), die ihrerseits elektrisch leitfähig oder nicht leitfähig ist.