DE3301925A1

DE3301925A1 - Verfahren zur herstellung von schleifkoerpern

Info

Publication number: DE3301925A1
Application number: DE19833301925
Authority: DE
Inventors: Rainer 7534 Birkenfeld Augustin; Karl Dipl.-Chem. Dr. 7530 Pforzheim Elbel
Original assignee: Sea Schleifmittel Entwicklung Anwendung GmbH
Current assignee: Sea Schleifmittel Entwicklung Anwendung GmbH
Priority date: 1983-01-21
Filing date: 1983-01-21
Publication date: 1984-07-26
Also published as: DE3380484D1; US4541843A; ATE45908T1; EP0114280B1; EP0114280A2; EP0114280A3

Description

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7530 PFOSiZMEIM

SEA Schleifmittel, Entwicklung, Anwendung GmbH, 7530 Pforzheim

Verfahren zur Herstellung von Schleifkörpem.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schleifkörpem in einer Gießform, unter Verwendung eines kalthärtenden Kunstharzes als Bindemittel in einem Schleifkom-Bindemittel-Gemisch, dem gegebenenfalls Zuschlagstoffe zugesetzt sind.

Derartige Verfahren werden zur Herstellung von harten Schleifkörpem eingesetzt, d.h. Schleifscheiben, Schleifringe, Schleiftöpfe, Honwerkzeuge usw.

In der Schleifmittel herstellenden Industrie wird die Auffassung vertreten, daß als Bindemittel für derartige harte Schleifkörper ("hart" hier im Gegensatz zu elastomer) mit hohen Abtragsleistungen nur anorganische oder duroplastische mit hoher Wärmebeständigkeit infrage kommen wegen der beim Schleifen, auch unter Kühlung auftretenden Temperaturen.

Die bekannten, harten Schleifkörper werden hergestellt unter Verwendung von keramischen, Phenolharz-, Magnesit- oder Epoxidharz Bindemitteln (die seltener eingesetzten Bindemittel wie Metall- Silikat-Polyester- und andere bleiben außer Betracht).

Keramisch gebundene Schleifkörper finden hauptsächlich im Präzisionsschliff Anwendung. Ihre Herstellung ist wegen des mehrtägigen Brennens bei Temperaturen über 900° C aufwendig. Darüber hinaus müssen diese Körper wegen des beim Brennen eintretenden Verzugs mit erheblichem Übermaß versehen werden, was eine entsprechende Nacharbeit notwendig, macht.

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Die Phenolharzbindung geht von der gleichzeitigen Verwendung von Phenolresolen und -novolaken aus. Abgesehen von den notwendigen arbeitshygienischen Maßnahmen bei der Herstellung stellt auch das bis zu zwei Tage dauernde Härten bei Temperaturen um 175°C eine Umweltbelastung dar insofern, als hierbei erhebliche Mengen an freiem Phenol, an Formaldehyd und Aimoniak neben Wasser freigesetzt werden. Beim Reinigen der Mischer gelangen solche Stoffe auch zusammen mit den Lösungsmitteln ins Abwasser, was eine aufwendige Reinigung notwendig macht.

Beiden vorstehend beschreibenden Bindungsarten ist eigen, daß die Struktur des Schleifkörpers porös ist, und zwar stark, porös im groben Kombereich und wenig porös im Feiribereich. Es ist schwierig wenn nicht unmöglich, bei solchen Schleifkörpem über das gesamte Körnungsspektrum hinweg die Schleifkomdichte auf die jeweilige Verwendung einzustellen und besonders im Fein- und Feinstkombereich ein ausreichendes Spanlückenvolumen bereitzustellen.

Darüber hinaus hat die Phenolharzbindung den Nachteil, daß sie wenig beständig ist gegen die alkalischen Kühlmittel, weshalb diese Bindung hauptsächlich nur im Trockenschliff eingesetzt wird.

Schleifkörper in Magnesitbindung sind im Gegensatz zu solchen in keramischer oder Phenolharzbindung, gegossen und damit dicht, d.h. praktisch porenfrei. Trotzdem bieten sie gerade bei gehärteten Stählen bei hohen Abtragsleistungen einen extrem kühlen Schliff. Deshalb werden solche Schleifkörper vornehmlich eingesetzt zum Schleifen von Messern, Scheren, Zangen und anderen Werkzeugen, den Enden von Spiralfedern u.a.

Die Nachteile der Schleifkörper in Magnesitbindung sind mannigfach. So sind sie nur für Arbeitsumfanggeschwindigkeiten bis zu 20 m/sec zugelassen, femer ändern sie ihre Härte mit der Zeit, so daß sie nur im Zeitraum von 1 Monat bis 4 Monate nach der Herstellung optimal

eingesetzt werden können. Ein bedeutender Nachteil ist das beim Schleifen freiwerdende Magnesium-Chlorid, welches zu starker Korrosion, insbesondere der Schutzhauben der Maschinen, führt und eine erhebliche Abwasserbelastung darstellt.

Wegen dieser Nachteile der Magnesitbindung führte sich in den letzten Jahren zunehmend die Epoxidharzbindung ein, besonders in der Schneidwarenindustrie bei geringeren Abtragsleistungen und im Feinkorribereich. Ein Handikap der Epoxidharze ist ihre hohe Viskosität. Basisharze mit hohem Anteil an reaktiven Verdünner sind zwar mit Viskositäten von ca. 1000 mPa.s erhältlich, zeigen jedoch wegen der Verdünnung eine unzureichende Wänmebeständigkeit. Darum stellen solche Schleifkörper immer einen Kompromiß dar zwischen noch eben ausreichender Gießfähigkeit, Harzanteil (der zwangsläufig bei 40 Gew% und höher liegt), wärmebeständigkeit und Leistung. Wegen dieser notwendigen Kompromisse hinsichtlich der Wärmebeständigkeit können solche Schleifkörper nur im Naßschliff eingesetzt werden.

Hinzu kommen die bei den zumeist kalthärtenden Harzsystemen durch die organischen Amine, Epichlorhydrinreste und Reaktiwerdünner im Epoxidharz bestehenden arbeitshygienischen Gefahren.

Der Rohstoff einsatz und die damit verbundenen Kosten sind für Schleifkörper mit Epoxidharzbindung sehr hoch.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, das gattungsgemäße Verfahren so weiterzuentwiekeln, daß ein vielseitiger einsetzbarer Schleifkörper einfacher und kostengünstiger herzustellen ist.

Diese Aufgabe löst die Erfindung dadurch, daß als Bindemittel ein Kunstharz mit einer dynamischen Viskosität von 1-10 mPa.s verwendet wird und dem Harz und/oder den Zuschlagstoffen in an sich bekannter Weise ein Radikale bildendes Startersystem zugesetzt wird.

Die Schleifkorn- Füllstoff- Bindemittelmischungen sind auf Grund ihrer erfindungsgemäßen Zusammensetzung stark thixotrop und lassen sich durch Vibration leicht verflüssigen. Ihre Konsistenz ist unter entsprechender Vibration derart, daß sie den Auslauf eines Trichters leicht passieren und auch komplizierte Gießformen sauber ausfüllen. Dabei ist es beispielsweise möglich, Schleiftöpfe mit einer Wandstärke von nur 3mm bei einem Topf durchmesser von 250 mm herzustellen, was mit den bisher bekannten Bindemitteln nicht möglich ist.

Der Zusatz des Startersystems kann so dosiert werden, daß eine ausreichende Topfzeit erzielt wird, die Entformung des ausgehärteten Schleifkörpers jedoch spätestens zwei Stunden nach Beginn der Befüllung erfolgen kann und die Aushärtung im wesentlichen bei Raumtemperatur erfolgt. Nur im Falle kleiner Schleifkörper, wo zwangsläufig das große relative Formvolumen gegenüber dem kleinen relativen Schleifkörpervolumen viel Reaktionswärme aufnimmt, ist es zweckmäßig, die Formen vor dem Befüllen oder nachher kurz auf 60⁰C aufzuwärmen.

Das Startersystem besteht zweckmäßigerweise aus einem organischen Peroxid und einem aromatischen tertiären Amin. Hierbei hat es sich als günstig erwiesen, ein pulverförmiges organisches Peroxid polymerem Methacrylat beizumischen und das aromatische tertiäre Amin im Bindemittel zu lösen.

Der Härtungsschrumpf der erfindungsgemäß hergestellten Schleifkörper ist außerordentlich gering und beträgt im Durchschnitt 0,02%. Diese Tatsache gestattet es, die jeweilige Form so zu gestalten, daß die der Form anliegenden Teile des Schleifkörpers nicht mehr bearbeitet werden nüssen. Dies gilt selbst für die Bohrung, sofern der Bohrungsdom ein entsprechend geringes Übermaß hat.So sind gegenüber den bekannten Verfahren erhebliche Herstellungskosten einsparbar.

Wegen des geringen Härtungsschrumpfes ist es auch sehr gut möglich, Metallteile direkt zu integrieren. Hierbei kann es sich um Verstärkungen handeln wie auch um Gewindebuchsen, Schäfte bei Kleinschleifkörpem usw.

Auf Grund der erfindungsgemäßen Herstellung zeigen die Schleifkörper praktisch keine Unwucht und keine Dichte- bzw. Härteunterschiede innerhalb des fertigen Körpers, sofern die Gießform geometrisch einwandfrei ist.

Der erfindungsgemäß hergestellte Schleifkörper tritt in verschiedenen Bereichen der spangebenden Oberflächenbearbeitung in Konkurrenz zur keramischen, Phenolharz-, Magnesit- und Epoxidharzbindung. In der beigefügten Tabelle wird eine Übersicht über die relevanten Bedingungen bei Herstellung und Anwendung der verschiedenen Schleifkörper gegeben, wobei ein Pluszeichen eine positive Bewertung und ein Minuszeichen eine negative Bewertung darstellt. Aus dieser Zusammenstellung gehen die insgesamt positiven Eigenschaften des erfindungsgemäßen Verfahrens gegenüber den bekannten Verfahren deutlich hervor.

Überraschenderweise hat sich femer ergeben, daß zur Herstellung harter Schleifkörper auch Thermoplaste verwendbar sind, wobei die Polymerisation vom Monomer aus in der Schleifkörpermischung in der Gießform erfolgt, wobei die Monomere gegebenenfalls mit 3 bis 20 ppm Hydrochinon oder anderem stabilisiert sind. Als solche Monomere kommen in der Hauptsache Methacrylsäureester und/oder Vinylacetat in Frage, andere Monomere sind allein oder als Zusatz denkbar, wobei jedoch berücksichtigt werden muß, daß einige der anderen in Frage kommenden Monomere arbeitshygienisch bedenklich sind.

Das erfindungsgemäße Bindemittel enthält zweckmäßigerweise bi- oder trifunktionelle Methacrylate als crossing, agensi

Zur Schaffung des notwendigen Spanlückenvolumens und zur Ermöglichung der Polymerisation überhaupt sind Füllstoffe notwendig. Diese Füllstoffe müssen einerseits weicher sein als die zu bearbeitenden Werkstoffe, andererseits aber so druckfest, daß sie die Schleifkörper starr fixieren und dem Schleifkörper als Ganzes die notwendige Härte geben.

Hier bieten sich solche Füllstoffe an, die eine Härte nach Mohs von unter 6 bzw. nach Knoop von unter 500 besitzen, in verschiedenen Körnungsabstufungen erhältlich und umweltfreundlich sind und die evtl. das durch das Schleifkorn erzeugte Schliffbild als Poliermittel verfeinem. Hier kommen bevorzugt wasserunlösliche Kalziumverbindungen in Betracht wie Calcit, Dolomit, Aragonit, Gips, Selenit und/oder Estrichgips.

Zur Minimierung des Bindemittelbedarfs und zur gleichzeitigen optimalen Stützung und starren Fixierung des Schleifkoms sollte die granulometrische Zusammensetzung der Schleifkom-Füllstoff-Kombinat ion, bezogen auf das Volumen, im wesentlichen der jeweiligen Fullerkurve entsprechen. Damit ist eine möglichst dichte Packung der anorganischen Bestandteile gegeben.

Es kann sich hierbei durchaus als nützlich erweisen, daß die Fullerkurve beispielsweise im Bereich von 150...60 pn mit einem schleifneutralgen Füllstoff beginnt, -der Bereich 60...20 um das Schleifkorn 280 F und nachfolgend von 20... 2 yum wiederum ein schleif neutraler Füllstoff. Zweckmäßig ist es, daß, vornehmlich im Feinbereich 20...2 pn, die Füllstoffe oberflächeribehandelt sind.

Die weitgehende Einstellung der der jeweiligen Schleifkomgröße entsprechenden Fullerkurve ermöglicht es, den Bindemittelgehalt relativ niedrig zu halten, im Extremfall bei 8 Gew% bzw. 20 Vol%. Im Bereich mittlerer "Härte" liegt der Bindemittelgehalt bei 16 Gew% bzw. 40 Vol%. Hiermit soll gesagt werden, daß sich die "Härte" hier ähnlich ■ auf die jeweilige Verwendung einstellen läßt, wie bei den Schleifkörpem harter Bindungen, wo man auch von "harten" und "weichen" keramischen oder Bakelitescheiben spricht. Hier ist mit der "Härte" mehr

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oder weniger die Festigkeit der Komeinbindung gemeint.

Win bei den bekannten Schleifkörpern, beispielsweise in Pnenolharzbindung, üblich, ist es auch bei der erfindungsgemäßen Mischung möglich, diese durch Zusatzstoffe zu modifizieren. Hierher gehören z.B. Schleifhilfsmittel wie Kryolith, Pyrit oder ähnliche, sofern sie bei der Berechnung der Fuiierkurve berücksichtigt werden.

Beim Trockenschliff läßt sich das Zusetzen der Schleiffläche unterdrücken durch Zusatz entsprechender Metall- oder Aminseifen. Auch hier ist die Fuiierkurve zu beachten.

Entsprechendes gilt, falls kurze Glas- oder Kohlenstoff-Fasern zugesetzt werden zur Erhöhung der zulässigen Arbeitsumfangsgeschwindigkeit. Selbstverständlich ist auch der Einsatz von Glasgeweben oder -rovings als Verstärkungsstoffe möglich. Da Luftsauerstoff die Polymerisation inhibiert, nüssen die erfindungsgemäßen Schleifkörper im wesentlichen dicht sein. Beim Schleifen wärmeempfindlicher Stähle kann es aber nützlich sein, zur verstärkten Mitnahme von Kühlmittel auf wässriger Basis eine offenere Oberfläche des Schleifkörpers zu erzeugen. Dies' gelingt sehr gut durch den Zusatz wasserlöslicher Pulverstoffe. Hier bietet sich hervorragend gemahlenes Wasserglas an, welches nicht nur korrosionsinhibierend wirkt, sondern auch umweltfreundlich ist und die Kühlmittel nicht beeinträchtigt.

Als Schleifkorn kommen alle bekannten Arten in Frage, also Glas, Flint, Granat, die verschiedenen Korunde, Siliciumkarbid u.a., für sich allein oder in Mischung. Wie bereits erwähnt, sind alle Körnungsgrößen möglich, nach FEPA also beispielsweise von 8 - 1200.

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	AA ^v Bindungsarten Bedingungen, ^^v wichtige Problem- ^""^^^^ bzw. Aufgabenstellungen*«^^	Keramische Bindung	Phenolharz bindung	Magnesit bindung	I	Epoxidharz bindung	I	Erfindungsgem.- Bindung
Herstellung	Toxizität bei der Verarbeitung	+	-	+	-	+
	"Formfüllung, Aufwand u. Zeit	-	-	+	O	+
Anwendung	Härtungsdauer der Bindung	—	-	-	O	+
	Energieaufwand für Härtung	—	-	+	+	+
Sonstiges	Aufwand für nachträgl. Bearbeitung	—	-	+	+	+
Umweltbelastung durch Abgase	O	-	+	+	+
Umweltbelastung durch Abwässer	+	-	-	+	+
Nachhärtung bzw. Ablagerung erforderI.	+	+	—	+	+
Rohstoffeinsatz, Kosten	+	O	+	—	+
Ex.-Schutz erforderlich?	+	+	+	+	-
Komplizierte Formen möglich?	-	O	O	+	+
Schrumpf bzw. Formgenauigkeit	—	-	—	+

Trockenschliff	+	+	-	-	+
Naßschiiff	- +	-	+	+	+
Kühlmittel u. Ölbeständigkeit	- +	-	-	+	+
Bruch- u. Stoßempfindlichkeit	-	+	—	+	+
Zusätzl. Armierung (verstärkung) mögl.	-	+	-	+	+
Hohe Arbeitsgeschwindigkeit	O	+	—	+	+
In allen Korngrößen einsetzbar	O	O	O	O	+
Härteeinstellung variabel	+	.+	O	O	+
Lagerstabilität	+	O	—	+	+
Homogenität	-	-	+	+	+
Umweltbelastung durch Abwässer	+	/	-	O	+

Klimaabhängigkeit	O	-	—	. +	+
Korrosion an Maschinen	+	+	—	⁺
Allergiegefahr	+	-	+

Claims

* ft 6176 Patentansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Schleifkörpem in einer Gießform, unter Verwendung eines kalthärtenden Kunstharzes als Bindemittel in einem Schleifkorn- Bindemittel-Gemisch, dem gegebenenfalls Zuschlagstoffe zugesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel ein Kunstharz mit einer dynamischen Viskosität von unter 10 mPa.s verwendet wird und dem Kunstharz und/oder den Zuschlagstoffen in an sich bekannter Weise ein Radikale bildendes Startersystem zugesetzt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kunstharz im wesentlichen aus polymerisierbaren Flüssigkeiten wie Vinylacetat und/oder Methacrylat besteht.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Harz mit einer Viskosität zwischen 1 und 10 mPa.s verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Gemisch in der Gießform aushärtet, dadurch gekennzeichnet, daß die Härtung bei Raumtemperatur bis maximal 60°C erfolgt.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Startersystem aus einem organischen Peroxid und einem aromatischen tertiären Amin besteht.

6. Verfahren nach Anspruch 1,2 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein pulverförmiges organisches Peroxid dem polymeren Methacrylat, vorzugsweise einem polymeren Methylmethacrylat beigemischt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das aromatische tertiäre Amin in Methacrylatharz gelöst verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Methacrylatharz, das bi-funktionelle oder tri-funktionelle Methacrylate als crossing agens enthält, verwendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bindemittelanteil maximal 30 Gew% bzw. 65 Vol% beträgt.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Zuschlagstoffe Füllstoffe mit einer Knoop-Härte von unter 500 eingesetzt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllstoffe mindestens teilweise oberflächeribehandelt sind.

12. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Füllstoffe Calcit, Dolomit, Aragonit, Gips, Selenit und/oder Estrichgips verwendet werden.

13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die granulometrische Zusammensetzung der Schleifkom-Füllstoff-Kombination im wesentlichen der jeweiligen Fullerkurve entspricht.

14. Verfahren nach Anspruch Ij dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifkorn-Füllstoff-Bindemittel-Mischung thixotrop ist. '

15. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Füllstoffe durch Schleifhilfsmittel wie Kryolith, E>yrit oder ähnliches ersetzt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Metallseifen oder Aminseifen zugesetzt werden. ·*

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17. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Füllstoffe durch kurze Glasfasern, Kohlenstoffasem oder ähnliches ersetzt wird.

18. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wasserlösliche Pulverstoffe zugesetzt werden.

19. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß individuelle Zusatzteile des Schleifkörpers (beispielsweise Gewindebuchsen) vor dem Einfüllen des Schleifkom-Bindemittel-FUllstoffe-Gemisches in die Gießform eingelegt werden.