DE3316650A1 - Schleifscheibe und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents
Schleifscheibe und verfahren zu ihrer herstellungInfo
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Description
Henkel. Pfenning, Feiler, Hänzel & Meinig Patentanwälte
. European ?a\en\ Attorne;'<;
- ty * Zugelassene Vertreter vor dem
E^e'i Patentamt
Df phi· G Henkel München
D-p: -ing J Pfenning Berlin.
Dr rer nat L ceiler. München
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TOKYO SHIBAURA DENKI KABUSHIKI KAISHA, Kawasaki, Japan
Schleifscheibe und Verfahren zu ihrer Herstellung
Schleifscheibe und Verfahren zu ihrer Herstellung
Die Erfindung oetrifft eine verbesserte Schleifscheibe,
insbesondere far Grobschleifarbeiten und für die Bearbeitung
von schwierig zu schleifenden Werkstoffen, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Schleifscheibe.
Bei einer Schleifscheibe unter Verwendung eines sog.
gesinterten Hartschleifmittels, wie Diamant, Siliziumnitrid oder Bornitrid, wirken die sehr harten, standfesten
und abriebbeständigen Schleifmittelkörnchen als Schneid- bzw. Zerspamingselemente. Solche Schleifscheiben
werden für die Bearbeitung einer Vielfalt von Fertigungs-Werkstoffen sowie auch einer Vielfalt von
schwer zu schleifenden Werkstoffen, wie Sinterhartmetalle, Steinwerkstoffe, Beton, Glas und Keramik, eingesetzt.
Schleifscheiben dieser Art sind allgemein solche mit Metallbindung,· (Kunst-)Harzbindung und Glas-Bindung,
wobei sie nach der Art des als Bindemittel für die Schleifmittelkörnchen verwendeten Materials eingeteilt
werden. Bekanntlich hängt die Leistungsfähigkeit soleher
Schleifscheiben weitgehend von der Art und Struktur des Bindemittels ab.
Fig. 1 veranschaulicht das Innengefüge einer Schleifscheibe mit Metallbindung, z.B. mit einem Nickelbindemittel
2, in welches Schleifmittelkörnchen 1 eingebettet
sind. Das Bindemittel 2 besitzt zwar eine große Bindefähigkeit bzw. -kraft für die Schleifmittelkörnchen und
zudem hervorragende Dauerhaftigkeit bzw. Standfestigkeit und Abriebbeständigkeit, läßt aber bezüglich seiner
Haftfähigkeit gegenüber den bearbeiteten Werkstoffen und der Schneid- bzw. Zerspanungsgüte zu wünschen übrig und
bildet hier in unzureichendem Maße Spanporen, so daß sich die Schleifscheibe leicht zusetzt. Infolgedessen
werden üblicherweise Schleifscheiben mit vergleichsweise
jQ niedriger Schleifmittelkörnchendichte, d.h. Körnung,
von etwa 75 benutzt; derartige Schleifscheiben besitzen eine ungenügende Schleifleistung, so daß sie für Schwerbzw.
Grobschleifarbeiten und für die Bearbeitung von schwer zu schleifenden Werkstoffen nicht sonderlich gut
15 geeignet sind. Den Schleifscheiben mit Metallbindung
sind solche mit Harzbindung, z.B. mit einem organischen Polymerisat als Bindemittel, bezüglich ihrer Haftfähigkeit
an den bearbeiteten Werkstoffen sowie bezüglich der Zerspanungsgüte überlegen, ihr Haltevermögen für die
Schleifmittelkörnchen ist dagegen so ungenügend, daß letztere (aus dem Bindemittelverbund) herausbrechen
können. Solche Schleifscheiben eignen sich daher nicht
für Grobschleifarbeiten und für die Bearbeitung von schwer schleifbaren Werkstoffen. Das gleiche gilt auch
25 für eine Schleifscheibe mit Glasbindung.
Zur Lösung der bei den bisherigen Schleifscheiben auftretenden Probleme ist ein z.B. in Fig. 2 dargestelltes
Schleifmaterial entwickelt worden, bei dem ein organisches oder anorganisches Bindemittel 2 porös ausgebildet
ist und Metallteilchen 3 in die Poren eingebettet sind. Hierdurch wird die Haltekraft für die Schleifmittelkörnchen
verbessert. Bei einer solchen Schleifscheibe werden jedoch die Schleifmittelkörnchen 1 hauptsächlich durch
das organische oder anorganische Bindemittel 2 festgehal-
ten, so daß eine wesentliche Verbesserung ihrer Leistung nicht zu erwarten ist.
Aufgabe der Erfindung ist damit die Schaffung einer
Schleifscheibe ausgezeichneter (Zerspanungs- )Leistung, großem Schleifverhältnis (grinding ratio) und geringem
Reibungsabrieb, die sich insbesondere für Schwer- oder Grobschleifarbeiten und für die Bearbeitung von schwer
zu schleifenden Werkstoffen vorteilhaft eignen soll. JO Aufgabe der Erfindung ist ferner die Schaffung eines
Verfahrens zur Herstellung einer solchen Schleifscheibe.
Gegenstand der Erfindung ist eine Schleifscheibe, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie jeweils mit einem
leitfähigen Material beschichtete Schleifmittelkörnchen und zwischen den mit dem leitfähigen Material beschichteten
Schleifmittelkörnchen nicht-leitfähiges Bindemittel aufweist und daß das leitfähige Material in einer
Menge von 30 - 80 Gew.-%, bezogen auf die Schleifmittelkörnchenj
und die mit dem leitfähigen Material beschichteten Schleifrnittelkörnchen in der Schleifscheibe in
einem Mengenanteil von 33-64 Vol.-% vorhanden sind.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Schleifscheibe, das dadurch
gekennzeichnet ist, daß Schleifmittelkörnchen mit einem leitfähigen Material in einer Menge von 30 - 80
Gew.-%, bezogen auf die Schleifmittelkörnchen, beschichtet werden, die so beschichteten Schleifmittelkörnchen
homogen mit einem nicht-leitfähigen Bindemittel vermischt werden, bis das Gemisch 33 - 60 Vol.-% beschichtete
Schleifmittelkörnchen enthält, und das Gemisch aus den beschichteten Schleifmittelkörnchen und dem nichtleitfähigen
Bindemittel in eine Form eingefüllt und in dieser durch Druckbeaufschlagung bei Aufrechterhaltung
einer konstanten Temperatur durch Erwärmung ausgeformt
wird.
Besonderheiten der erfindungsgemäßen Schleifscheibe liec
gen in ihrem Aufbau bzw. Gefüge, wobei mit dem leitfähigen Material beschichtete Schleifmittelkörnchen so im
nicht-leitfähigen Bindemittel dispergiert sind, daß jedes Körnchen unmittelbar durch das leitfähige Material
und mittelbar über das leitfähige Material durch das
,Q nicht-leitfähige Bindemittel festgelegt ist. Eine erfindungsgemäß
aufgebaute Schleifscheibe gewährleistet im Vergleich zu bekannten Schleifscheiben eine außerordentlich
wirkungsvolle Schleifleistung und Zerspanungsleistung, weil, ihre Schleifmittelkörnchen auch bei großer
, p- Körnung sicher festgelegt sind und sich infolge des nichtleitfähigen
Bindemittels ohne weiteres Spanporen (chip pockets) bilden können.
Im folgenden sind Schleifscheiben gemäß dem Stand der 2Q Technik und bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung
anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 und 2 in stark vergrößertem Maßstab gehaltene Ansichten des Innengefüges bekannter Schleifte
scheiben mit Metallbindung- bzw. Harzbindung,
Fig. 3A eine teilweise weggeschnittene Aufsicht auf ein Ausführungsbeispiel einer Schleifscheibe gemäß
der Erfindung,
Fig. 3B einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen Schnitt längs der Linie III-III in Fig. 3A,
Fig. 4 eine in stark vergrößertem Maßstab gehaltene Ansieht
des Innengefüges einer erfindungsgemäßen
Schleifscheibe,
Fig. 5 eine graphische Darstellung der Beziehung zwi-
sehen der Uberzugsmetallmenge, bezogen auf die
Schleifmittelkörnchen, und der Dichte der metallbeschichteten
Schleifmittelkörnchen im Bindemittel,
Fig. 6 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Menge an Nickel im Überzug, bezogen
auf die Schleifmittelkörnchen, und der Biegefestigkeit,
10
Fig. 7 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Schleifstrecke oder -länge und dem
Schleifverhältnis (grinding ratio) für verschiedene Schleifscheiben,
Fig* 8 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen
der Schleifstrecke bzw. -länge und der ungeschliffenen Restdicke, d.h. Schleiftiefenabnahme,
und
20
Fig. 9 eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen der Schleifstrecke bzw. -länge und der
Höhe des Schleifschcibenabriebs.
Die Fig. 1 und 2 sind eingangs bereits erläutert worden.
Die Fig. 3A und 3B veranschaulichen ein Ausführungsbeispiel einer Schleifscheibe gemäß der Erfindung, bei welchem
ein scheibenförmiger Metall-Träger 10 an seinem Äußenumfang mit einem Schleifmittelteil 11 besetzt ist.
Der z.B. aus Aluminium bestehende Träger 10 weist eine zentrale, durchgehende Bohrung 10a zur Anbringung der
Schleifscheibe an der drehbaren Welle einer Schleifmaschine
o.dgl. auf. Der Schleifmittelteil 11 besteht aus
einem am Äußenumfang des Metall-Trägers 10 angeordneten,
*-Λ0 «
ringförmigen Substrat- oder Tragteil 12 aus einem organischen Polymerisat, z.B. einem Phenolharz. Wenn der
Schleifmittelteil 11 leitfähig und elektrisch mit dem Träger 10 verbunden sein soll, kann auf die·in gestrichelten
Linien angedeutete Weise durch Auftragen' eines leitfähigen Lacks eine den ringförmigen Träger
überspannende Leiterlackschicht 13 vorgesehen werden.
Fig. 4 veranschaulicht in stark vergrößertem Maßstab den (Aufbau des) Schleifmittelteilfe)11 gemäß Fig. 3A
und 3B. Schleifmittelkörnchen 15, die als die eigentlichen
Schneid- oder Zerspanungselemente beim Schleifen wirken, können aus einem gesinterter, harten Schleifmittel,
z.B. einem künstlichen oder natürlichen Diamant oder Siliziumnitrid oder kubischem Bornitrid,
einer beliebig gewählten Korngrößenverteilung bestehen. Fig. 4 zeigt ein spezielles Beispiel für Diamant-Schleifmittelkörnchen.
Jedes der den Schleifmittelteil 11 bildenden Schleifmittelkörnchen 15 ist vollständig
mit einem leitfähigen Überzug 16 beschichtet, der jeweils zum Teil (fest) mit dem Überzug 16 benachbarter
Schleifmittelkörnchen 15 verbunden ist. Damit wird ein Gefüge erhalten, bei dem ein nicht-leitfähiges
Bindemittel 17 zwischen leitfähige, teilweise miteinander
verbundene Überzüge 16 eingefügt ist. Das Bindemittel 17 ist dabei so dicht zwischen die Schleifmittelkörnchen
eingefüllt, daß im Gefüge nur wenige oder gar keine Poren entstehen. Selbst wenn in einem vom Bindemittel
17 eingenommenen Bereich Poren entstehen soll-3Q ten, sind ihre Größe und Zahl vernachlässigbar. Ersichtlicherweise
sind die Schleifmittelkörnchen 15 somit unmittelbar durch die einheitlich um sie herum ausgebildeten
leitfähigen überzüge 16 und mittelbar durch das nicht-leitfähige, fest bzw. dicht zwischen die beschichteten
Schleifmittelkörnchen eingefügte Bindemittel
33Ί6650
17 festgelegt. Bei dieser Anordnung werden die Schleifmittelkörnchen
15 in so fester Beziehung zueinander gehalten, daß man eine Hochleistungs-Schleifscheibe erhält,
bei welcher die Schleifmittelkörnchen 15 mit hoher Dich-
5 te sicher fixiert sind.
Die leitfähigen überzüge 16 für die Schleifmittelkörnchen
15 können aus einem Material bestehen, das vorteilhafte
Bindungseigenschaften für die Schleifmittel-
^q körnchen 15 bietet, ausreichende Festigkeit zur Verhinderung
eines unerwünschten Herauslösens der Schleifmittelkörnchen 15 bei Schleifvorgängen besitzt und bei
einem Warmpreßformvorgang bei der noch zu beschreibenden Herstellung der Schleifscheibe ohne weiteres einer
^5 plastischen Verformung unterworfen werden kann. Beispiele
für Überzugsmaterialien sind Metalle, wie Cu, Ag, Au, Sn, Zn, Al, Ni und Cr sowie Legierungen derselben.
Die leitfähigen Überzüge 16 können nach an sich bekannten Verfahren, wie Galvanisieren oder Vakuumaufdampfung,
als gleichmäßige einlagige Schicht aus einem der angegebenen Metalle oder ihren Legierungen auf den
• Schleifmittelkörnchen 15 ausgebildet werden. Zur weiteren Verbesserung der Wirkung der Überzüge 16 können
diese jeweils aus einem mehrlagigen Gebilde mit zwei oder mehr Schichten aus demselben Metall bzw. derselben
Legierung oder unterschiedlichen Metallen bzw. Legierungen bestehen. Ein solches mehrlagiges Gebilde wird
zweckmäßigerweise derart ausgebildet, daß die innerste, in unmittelbarer Berührung mit dem betreffenden SchleifmitteIkörnchen
15 stehende Schicht aus einem vergleichsweise weichen, leicht plastisch verformbaren und leicht
verbindbaren Metall und die Außenschicht des mehrlagigen Gebildes aus einem vergleichsweise harten Metall besteht.
Wenn ein mehrlagig ausgebildeter leitfähiger Überzug 16 aus zwei Schichten aus demselben Metall auf-
gebaut wird, können beide Schichten durch (aufeinanderfolgendes) elektrolytisches Vernickeln ausgebildet werden.
Im Fall eines mehrlagigen Gebildes mit Schichten aus unterschiedlichen Metallen kann die eine Schicht
durch Verkupfern und die andere Schicht durch Vernickeln der Kupferschicht hergestellt werden.
Das erfindungsgemäß verwendete nicht-leitfähige Binde-. mittel 17 muß gute Bindungs- oder Hafteigenschaften
für die leitfähigen Überzüge 16 besitzen und kann beispielsweise
aus einem synthetischen Polymerisat, z.B. einem Phenolharz, einem Epoxyharz, einem Polyamid, einem
ungesättigten Polyester, einem Polyimid, einer PoIyacetal- oder Polyacry!verbindung, einem natürlich vorkommenden
organischen Polymerisat, z.B. Schellack, oder einem anorganischen Bindemittel, z.B. Glas, bestehen.
Weiterhin kann das nicht-leitfähige Bindemittel 17 ein abriebbeständiges anorganisches Pulver,
wie Talkum, Siliziumkarbid,
Aluminiumoxid, Chromoxid, Eisenoxid oder Molybdändisulfid,
sein, um die Bindungseigenschaften weiter zu verbessern und zu gewährleisten, daß die sich beim Schleifen leicht
bildenden Spanporen sich beim Abziehvorgang ohne weiteres wieder auffüllen.
Im folgenden ist ein Verfahren zur Herstellung einer Schleifscheibe gemäß der Erfindung beschrieben.
Zunächst wird der Metall-Träger 10 mit für die Schleifbearbeitung vorgegebener Form hergestellt. Am Außenumfang
des Trägers 10 wird der Tragteil 12 aus einem organischen Polymerisat angeformt. Dies kann durch Formen oder Gießen
unter Verwendung einer Kombination aus einer Form und dem Metall-Träger 10 geschehen. Der mit dem Tragteil
versehene Metall-Träger 10 wird dann so in eine Warm-
preßform eingesetzt, daß um den Außenumfang des Tragteils
12 herum ein ringförmiger Spalt einer vorgegebenen Größe festgelegt wird? in welchem der Schleifmittelteil 11 um
den Außenumfang des Tragteils 12 herum geformt werden
5 kann.
Die beschichteten Schleifmittelkörnchen 15 zur Herstellung des Schleifmittelteils 11 können, wie erwähnt, in
der Weise hergestellt werden, daß durch Galvanisieren,
IQ Vakuumaufdampfung oder nach einem anderen bekannten Verfahren
ein bestimmtes Metall bzw. eine bestimmte Legierung aus der Gruppe der genannten Metalle und Legierungen
in Form eines Überzugs auf Schleifmittelkörnchen 15 einer gegebenen Teilchengrößenverteilung aufgebracht
wird. Die metallbeschichteten Schleifmittelkörnchen 15 werden dann homogen mit einem gewünschten Bindemittel in
einem gegebenen Mengenverhältnis vermischt. Das erhaltene
Gemisch wird sodann in den Ringraum zwischen der Warmpreßform und dem in diese eingesetzten Tragteil 12 eingefüllt.
Danach erzeugt man den Schleifmittelteil 11 in der Weise, daß die in die Form eingebrachten, metallbeschichteten
Schleifmittelkörnchen unter Erwärmung auf konstante Temperatur zusamrr.cn mit dem Metall-Träger 10
und der Warmpreßform einem Warmpreßformvorgang unterworfen
werden. Die Erwärmungs- und Druckbeaufschlagungsbedingungen beim Warmpreßformen können je nach dem für
das Beschichten der Schleifmittelkörnchen verwendeten Metall, der Art des eingesetzten Bindemittels, der
Menge des Überzugsmetalls, dem Mischungsverhältnis der beschichteten Schleifmittelkörnchen 15 und anderen Faktoren
variieren. Wesentlich ist, daß Druck- und Temperaturbedingungen eingehalten werden, bei denen im Bindemittel
durch Erweichung oder Verringerung der Viskosität desselben Gases entstehen können. Durch die Druckbeaufschlagung
wird nicht nur die Ausdehnung des Binde-
mittels durch die in ihm enthaltenen Gase gesteuert, sondern auch eine plastische Verformung der Metallüberzüge
16 auf den Schleifmittelkörnchen 15 hervorgerufen, wodurch die Bindung der Metallüberzüge untereinander verbessert
wird. Bei Aufrechterhaltung einer konstanten Temperatur kann die Druckbeaufschlagung diskontinuierlich
mehrmals erfolgen, wodurch die Freigabe der im Bindemittel enthaltenen Gase und die plastische Verformung der
Metallüberzüge auf den Schleifmittelkörnchen 15 gefördert
-^q werden. Die Erwärmungs- und Druckbeaufschlagungsbedingungen
beim Warmpreßformen stellen somit außerordentlich wichtige Faktoren für die Herstellung einer Schleifscheibe
mit hoher Schleifmittelkörnchendichte, d.h. Körnung, dar. Bei diesem Warmpreßverfahren entstehen im Bindemit-
!5 tel entweder gar keine oder bestenfalls sehr wenige Poren,
während sich die Metallüberzüge 16 auf den Schleifmittelkörnchen 15 fest miteinander verbinden können.
Hierdurch erhält man einen Schleifmittelteil 11, bei dem
die Schleifmittelkörnchen 15 mit hoher Dichte eng gepackt sind. Zur sicheren Verbindung des Schleifmittelteils
11 mit dem Tragteil 12 kann ggf. im voraus ein Klebmittel auf den Außenumfang des Tragteils 12 aufgetragen
werden.
Im folgenden ist die Herstellung des Schleifmittelteils
11 nach dem Warmpreßverfahren im einzelnen erläutert.
Diamant-Schleifmittelkörnchen werden mit Ni in einer Menge von 70 Gew.-% beschichtet; 53 Vol.-% der beschichteten
Schleifmittelkörnchen werden mit 47 Vol.-% eines Phenolharz-Bindemittels homogen vermischt, worauf das
Gemisch in den Ringspalt zwischen dem mit dem Tragteil
12 versehenen Metall-Träger 10 und der Innenfläche einer
Warmpreßform eingefüllt wird. Das Warmpreßformen des in die Form eingebrachten homogenen Gemisches erfolgt unter
einem Druck von 14715 - 34 335 kPa unter Aufrechterhaltung
1 einer Temperatur im Bereich von 175 - 26O°C.
Der auf die beschriebene Weise hergestellte Schleifmittelteil 11 wird dann unter Aufrechterhaltung der Druckbeaufschlagung
auf natürlichem Wege oder zwangsweise abgekühlt und hierauf zusammen mit dem Träger 10, mit dem er
einstückig verbunden ist, aus der Warmpreßform entnommen. Der Metall-Träger 10 und der Tragteil 12 werden
danach endbearbeitet, der Schleifmittelteil 11 auf die -^O vorgesehenen Maße zugerichtet und abgezogen.
Wahlweise kann eine Form mit zwei zusammengesetzten Warmpressen zur Herstellung des ringförmigen Schleifmittelteils
11 benutzt werden, wobei letzterer mit Hilfe eines Klebmittels mit dem Tragteil 12 am Träger 10 verbunden
werden kann.
Unabhängig vom Herstellungsverfahren für den Schleifmittelteil
11 muß dieser durch Vermischen von mit (einem) Metall(en) beschichteten Schleifmittelkörnchen 15 mit dem
nicht-leitfähigen Bindemittel 17 hergestellt werden, um
ein Gefüge zu erhalten, bei dem gemäß Fig. 4 die einzelnen Schleifmittelkörnchen 15 von einem leitfähigen Überzug
16 umschlossen und die Überzüge auf den einzelnen Schleifmittelkörnchen 15 fest miteinander verbunden sind.
Durch Mikroskopuntersuchung eines Querschnitts des Schleifmittelteils
11 kann festgestellt werden, ob dieser das gewünschte, in Fig. 4 gezeigte Gefüge erhalten hat. In einfacherer
Weise kann ohne Zerstörung des Schleifmittelteils
11 durch Messung der Leitfähigkeit festgestellt werden, ob die leitfähigen überzüge 16 auf den Schleifmittelkörnchen
15 einwandfrei miteinander verbunden sind. Die Leitfähigkeitsmessung kann durch Anlegung einer niedrigen
Spannung von etwa 10 V an die beiden Enden eines be-
liebig gewählten Durchmessers des ringförmigen Schleifmittelteils 11 oder an die jeweiligen Enden von zwei
einander unter einem Winkel von 90° schneidenden Durchmessern oder aber durch wiederholte Messung der Leitfähigkeit
an zwei in einem konstanten Abstand voneinander befindlichen Punkten auf einem Durchmesser erfolgen.
Fig. 5 veranschaulicht für eine übliche Schleifscheibe die Beziehung zwischen der.auf Diamant-Schleifmittel-
10 körnchen aufgetragenen Menge eines Überzugsmetalls
(Nickel) und der Menge der in einem nicht-leitfähigen Bindemittel dispergierten, metallbeschichteten Schleifmittelkörnchen.
Gemäß Fig. 5 entspricht ein Bereich über einer Kurve 20 für eine Überzugsmetallmenge auf den
metallbeschichteten Schleifmittelkörnchen von 40 Vol.-% oder mehr, bezogen auf das Bindemittel, einem Bereich,
in welchem bei der Leitfähigkeitsmessung eine durchgehende Leitfähigkeit durch den gesamten Schleifmittelteil
11 hindurch festgestellt werden kann. In einem Bereich (I) zwischen den Kurven 20 und 21 erhält man ein
Gefüge, bei dem die Schleifmittelkörnchen 15 mit hoher Dichte gepackt und jeweils sicher festgelegt sind. Ein
Bereich über der Kurve 21 entspricht andererseits einem Gefüge, das demjenigen bekannter Schleifscheiben mit
25 Metallbindung ähnelt. In einem Bereich (II) zwischen den Kurven 20 und 22 ist dagegen ein Kontinuitätsverlust
oder -abfall an zumindest einem Abschnitt des Schleifmittelteils 11 zu beobachten, wobei die Dichte
der Schleifmittelkörnchen 15 im Vergleich zu der im
Bereich (I) angegebenen Dichte verhältnismäßig niedrig ist. Hierbei zeigt eine Mikroskopuntersuchung ein Gefüge,
das nahezu dem im Bereich (I) anzutreffenden gleich ist. Anhand der Leitfähigkeitsmessungen und der Mikroskopuntersuchung
läßt sich feststellen, daß ein gewünschtes Gefüge des Schleifmittelteils 11 erreicht ist, wenn die
Menge des die Schleifraittelkörnchen 15 beschichtenden
Metalls im Bereich von 30 - 80 Gew.-%, bezogen auf Schleifmittelkörnchen, und die Menge der metallbeschichteten
Schleifmittelkörnchen im Bereich zwischen der Kurve 22 (Menge: 33 - 37 Vol.-%, bezogen auf das Bindemittel
17) und der Kurve 21 (Menge: 54 - 64 Vol.-%) liegen.
Die nachstehende Tabelle I veranschaulicht verschiedene Beispiele für den durch Beschichten von Diamant-Schleifmittelkörnchen
einer Korngrößenverteilung bzw. Körnung von 100 - 120 (#100/#120 grit) mit verschiedenen Metallen
oder Legierungen und anschließendes Vermischen der beschichteten Schleifmittelkörnchen mit einem Phenolharz
in gegebenem Mengenverhältnis hergestellten Schleifmittelteil 11. Neben Ni sind Ag und Cu als Überzugsmetalle,
angeführt. Eine Schleifscheibe (B) bildet ein Beispiel für die Verwendung von überzügen mit zweilagigem
Aufbau, bei denen die erste und die zweite Schicht jeweils nacheinander durch elektrolytisches Vernickeln ausgebildet
worden sind. Es ist darauf hinzuweisen, daß die Schleifscheiben (A) und (B) bei der Leitfähigkeitsmessung
jeweils Kontinuität (Durchgangsverbindung) zeigen. In Tabelle I werden dieselben Symbole wie in Fig. 5 verwendet,
um die Lage der jeweiligen Schleifscheiben (in Fig. 5) leicht feststellen zu können.
Nachstehend ist die Leistung der erfindungsgemäßen Schleifscheiben
im einzelnen erläutert. Die nachstehende Tabelle II gibt die Biegefestigkeit und die Kontinuität verschiedener
Schleifscheiben an, die durch Vermischen von Schleifmittelkörnchen einer Größenverteilung bzw. Körnung
von 100 - 120 (# 100/-# 120 grit) mit unterschiedlichen
Phenolharzmengen hergestellt worden sind. Zu Vergleichszwecken ist auch die Biegefestigkeit von Schleif-
scheiben mit Harzbindung angegeben, die durch Vermischen von Weißarandom (WA) einer Teilchengrößenverteilung
(Körnung) von 100 - 120 ohne Metallüberzug mit unterschiedlichen
Mengen eiries Phenolharzes hergestellt worden sind. In Fig. 6 gibt die Kurve 23 die Beziehung zwischen
der Biegefestigkeit und der Beschichtungsmenge an Ni auf der Grundlage der in Tabelle II aufgeführten Ergebnisse
wieder. Aus den Ergebnissen von Tabelle II und Fig. 6 geht hervor, daß unter Verwendung von mit Nickel
beschichteten Diamant-Schleifmittelkörnchen hergestellte
Schleifmittelteile eine Biegefestigkeit besitzen, die sich nicht wesentlich von derjenigen einer Schleifscheibe
aus Weißarandom einer Körnung von 100 unterscheidet und geringfügig niedriger ist als diejenige einer Schleifscheibe
aus Weißarandom einer Körnung von 120. Allerdings zeigt die Biegefestigkeit der ersteren Schleifmittelteile
eine Tendenz zu einer Verringerung mit einer Erhöhung der Menge bzw. des Anteils des die Schleifmittelkörnchen
überziehenden Metalls. Ersichtlicherweise besitzt die erfindungsgemäße Schleifscheibe mithin eine
Biegefestigkeit, welche derjenigen von bisherigen Schleifscheiben mit Harzbindung entspricht.
25 30 35
Schleifscheibe | A | B | C | D | E | F | G |
Schleifmittelkornchen (P) |
Diamant | Diamant | Diamant | Diamant | Diamant | Diamant | Diamant |
Uberzugsmetall (m) | Ni | Ni+Ni | Ni | Ag | Ni | Cu | Ni |
Bindemittel (b) | Phenol- harz |
Phenol harz |
Phenol harz |
Phenol harz |
Phenol- harz |
Phenol harz |
Phenol harz |
m/p (Gew.-%) | 30 | 45 | 56 | 60 | 70 | 74 | 80 |
(p+m) | 48 | 50 | 50 | 42 | 57 | 53 | 55 |
. IVOl.-*) (p+m) + b |
cn cn ο
Schleifmittel körnchen |
Diamant Körnung 100-120 (#100/120 (grit)) |
0 | 25 | 30 | 45 | 56 | 70 | 74 | 80 | 86 | Weißarandom Körnung 100 (#100 (grit)) |
0 | 0 | Weißarandom Körnung 120 (#120 (grit)) |
0 | 0 |
Ni-Uberzugs- menge auf Schleifmit- telkörnchen (Gew.-%) |
56 | 47,5 51 |
46 50 |
44,5 51,5 |
42 53 |
48 λ* 54,5 |
48,5 /^/ 55 |
49,5 55,5 |
51 56 |
0 | 50 | 53,5 | 0 | 45 | 50 | |
Menge der Ni- beschichteten Schleifmit telkörnchen (Vol.-%) |
keine | keine | vor han den |
vor han den |
vor han den |
vor han den |
vor han den |
vor han den |
45 | keine | keine | 40 | keine | keine | ||
Leitfähig keit |
- | 815 910 |
815 905 |
815 8bO |
800 | 630 | 575 | 520 | 450 | keine | 938 | 993 | keine | 1400 | 1510 | |
Biegefestig keit (kg/crn ; |
768 | 1190 |
cn cn crt ο
Die Fig. 7 bis 9 veranschaulichen die Schleifleistung einer
(erfindungsgemäßen) Schleifscheibe mit einem Schleifmittelteil,
der durch Beschichten von Diamant-Schleifmittelkörnchen einer Größenverteilung bzw. Körnung von
100 - 120 (#100 to 7^-120 grit) mit 56. Gew.-% Ni und
anschließendes Vermischen der beschichteten Schleifmittelkörnchen mit einem Phenolharzgemisch in einer Menge
von 50 Vol.-% (bezogen auf ein abriebfestes Element) hergestellt worden ist, im Vergleich zu handelsüblichen
^Q Schleifscheiben mit Harzbindung mit Diamant-Schleifmittelkörnchen.
Die nachstehende Tabelle III gibt die Zusammensetzung handelsüblicher, für Vergleichszwecke verwendeter
Schleifscheiben an. In den Fig. 7 bis 9 steht die Kurve P für die Eigenschaften der erfindungsgemäßen
Y5 Schleifscheibe, während die Kurven A, B und C für die
Eigenschaften bekannter Schleifscheiben A, B bzw. C gemäß
Tabelle III stehen. Das Schleifen wurde an einem schwer zu schleifenden anorganischen, als warmfestes, abriebfestes
Element bekannten Stoff durchgeführt. Gemäß Fig. 7 besitzt die erfindungsgemäße Schleifscheibe-ein
Schleifverhältnis (ermittelt anhand des Verhältnisses zwischen der abgetragenen Menge eines bearbeiteten Werkstoffs
und der Größe des Schleifscheibenverschleißes) wesentlicher
Faktor für die Bestimmung der Schleifleistung - entsprechend etwa dem Zehnfachen desjenigen
einer handelsüblichen, allgemein als die höchste Leistung besitzend anerkannten Schleifscheibe. Die erfindungsgemäße
Schleifscheibe bietet damit eine beträchtlich bessere Schleifleistung. Gemäß Fig„ 8 ist die Schleiftiefenabnähme
(bestimmt durch den Unterschied zwischen der angestrebten und der tatsächlichen Zerspanungsgröße) im Vergleich zu den handelsüblichen Schleifscheiben A, B und C
erheblich günstiger und konstant, so daß sich die erfindungsgemäße Schleifscheibe für Präzisionsschleifarbeiten
35 eignet.
TABELLE III
Schleifscheibe | A | 75 | B | 75 | C | - |
Schleifmittelkörnchen/ Körnung |
Diamant 100/120 |
Diamant 100/120 |
Diamant 100/120 |
|||
Bindemittel | Harz | Harz | Harz | |||
Menge an Schleifmittel körnchen , bezogen auf Bindemittel (Konzentration) |
20 | Schleifverhältnis | Schlei A |
fschei B |
6 | be C |
erfindungs gemäß |
Schleiffähigkeit (tatsächl.Schleif- größe/ermittelte Größe) |
245 | 115 | 52 | 2411 | ||
25 | Höhe des Schleif scheibenver schleißes (μΐη) |
99,6 | 98,6 | 99,4 | 99,8 | |
Schleifleistung Z' mm3/mmS |
15 | 35 | 77 | 2 | ||
30 | Rauhigkeit der be arbeiteten Fläche |
2,5 | - | - | 10 | |
9 | 6,5 | 4,5 | ||||
Aus Fig. 9 geht hervor, daß die erfindungsgemäße Schleifscheibe
bezüglich der Verschleiß- oder Abriebhöhe allen zu Vergleichszwecken untersuchten handelsüblichen Schleif
scheiben A, B und C überlegen ist, wobei sie beim Bearbeiten eines schwer zu schleifenden Werkstoffs einem geringeren
Verschleiß unterliegt. Die obige Tabelle IV veranschaulicht einen Vergleich der Schleifleistung der
erfindungsgemäßen Schleifscheibe mit den handelsüblichen
Schleifscheiben über dieselbe Schleifstrecke oder -länge
Le (Länge eines Werkstücks χ Zahl der Zerspanungsschritte) . Diese Tabelle gibt die Schleiffähigkeit, ermittelt
anhand eines Verhältnisses einer Ist-Schleifgröße zu einer Soll-Schleifgröße anstatt der Schleiftiefenabnahme,
die Schleifleistung (Z1) und die Oberflächenrauhigkeit
einer bearbeiteten Fläche, zusätzlich zu Schleifverhältnis und Höhe des Schleifscheibenverschleißes, an. Versuche
zur Ermittlung der Schleifleistung (Z1) wurden in
einem NaßschleifVorgang mittels einer Planschleifmaschine
unter Bestimmung der Schnittiefe bei
60 um/Durchgang (10 μπι/Durchgang bei einer bisherigen
Schleifscheibe) bei einer Umfangsgeschwindigkeit der
Schleifscheibe von 1800 m/min und einer Tischvorschubgeschwindigkeit
(Werkstückvov-schubgeschwindigkeit) von
'15 m/min durchgeführt. Wie erwähnt, ist die erfindungs-
25 gemäße Schleifscheibe bezüglich Schleifverhältnis
(grinding ratio), Schleiffähigkeit (grindability) und
Verschleiß den handelsüblichen, zu Vergleichszwecken untersuchten Schleifscheiben überlegen. Aus Tabelle IV
geht auch hervor, daß die Schleifleistung und die Oberflächengüte der bearbeiteten Fläche besser sind als im
Fall der handelsüblichen Schleifscheiben.
Obgleich die erfindungsgemäße Schleifscheibe - wie erwähnt
- in ihrer mechanischen Festigkeit bzw. Biegefestigkeit den bisherigen Schleifscheiben mit Harzbindung
entspricht, ist sie diesen bezüglich des SchleifVerhältnisses,
der Schleiffähigkeit (bzw. der Schleiftiefenabnahme)
und der Größe des Schleifscheibenverschleißes deutlich überlegen. Bei der erfindungsgemäßen Schleifscheibe
sind nämlich die Metallüberzüge auf den einzelnen Schleifmittelkörnchen 15 fest miteinander verbunden. Die
Schleifmittelkörnchen 15 sind durch die mit ihnen einheitlich
ausgebildeten leitfähigen Überzüge 16 sicher festgelegt, so daß ihr Herauslösen aus der Schleifscheibe
erschwert ist. Da bei der erfindungsgemäßen Schleifscheibe die Schleifmittelkörnchen sehr fest eingebettet
sind, kann sie mit hoher Schleifmittelkörnchendichte bzw. Körnung ausgelegt sein. Da weiterhin die Schleiftiefenabnahme
(amount left uncut) wegen der größeren Beständigkeit gegen ein Herauslösen von Schleifmittelkörnchen
15 gering und stabil bzw. gleichmäßig ist, kann das zwischen den leitfähigen Überzügen 16 befindliche
Bindemittel ersichtlicherweise Spanporen in ausreichender Menge bilden. Dies weist darauf hin, daß ein Zusetzen
(der Schleifscheibe) in geringerem Maße auftritt. Eine leitfähige Schleifscheibe gemäß der Erfindung bietet
zudem den Vorteil, daß sie sowohl für elektrolytisches Schleifen oder Zerspanen als auch für die Bearbeitung
eines schwer schleifbaren Werkstoffs einsetzbar ist.
Die erfindungsgemäße Schleifscheibe bzw. das Schleifmaterial
kann für Umlaufschleifmaschinen sowie andere Schleif- oder Läppmaschinen verwendet werden.
Leerseite
Claims (11)
- PATENTANSPRÜCHESchleifscheibe, dadurch gekennzeichnet, daß sie jeweils mit einem leitfähigen Material (16) beschichtete Schleifmittelkörnchen (15) und zwischen den mit dem leitfähigen Material (16) beschichteten Schleifmittelkörnchen (15) nicht-leitfähiges Bindemittel (17) aufweist und daß das leitfähige Material (16) in einer Menge von 30 - 80 Gew.-%, bezogen auf die Schleifmittelkörnchen (15), und die mit dem leitfähigen Material (16) beschichteten Schleifmittelkörnchen(15) in der Schleifscheibe (11) in einem Mengenanteil von 33 - 64 Vol.-% vorhanden sind.
- 2. Schleifscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überzüge aus dem leitfähigen Material(16) auf den einzelnen Schleifmittelkörnchen (15) leitend miteinander verbunden sind.
- 3. Schleifscheibe nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das leitfähige Material (16) auf den-Schleifmitte lkörnchen (15) jeweils in Form eines mehrlagigen Gebildes vorgesehen ist.
- 4. Schleifscheibe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem mehrlagigen Gebilde· des leitfähigen Materials (16) auf den Schleifmittelkörnchen (15) eine äußere Schicht einer größere mechanische Festigkeit als eine innere Schicht besitzt.
- 5. Schleifscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht-leitfähige Bindemittel (17) aus einem organischen polymeren Stoff besteht und ein abriebfestes Pulver enthält.
- 6. Schleifscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifmittelkörnchen (15) aus mindestens einem Element aus der Diamant, Siliziumnitrid und kubisches Bornitrid umfassenden Gruppe bestehen.
- 7. Schleifscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das leitfähige Material (16) ein Metall, wie Cu, Ag, Au, Sn, Zn, Al, Ni und/oder Cr ist.
- 8. Schleifscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt oder Mengenanteil an mit dem leitfähigen Material beschichteten Schleifmittelkörnchen (15) mindestens 40 Vol.-% beträgt.
- 9. Verfahren zur Herstellung einer Schleifscheibe nach den vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß Schleifmittelkörnchen (15) mit einem leitfähigen Material (16) in einer Menge von 30 - 80 Gew.-%, bezogen auf die Schleifmittelkörnchen (15), beschichtet werden, die so beschichteten Schleifmittelkörnchen (15) homogen mit einem nicht-leitfähigen Bindemittel (17) vermischt werden, bis das Gemisch 33 - 60 Vol.-% beschichtete Schleifmittelkörnchen (15) enthält, und das Gemisch aus den beschichteten Schleifmittelkörnchen (15) und dem nicht-leitfähigen Bindemittel (17) in eine Form eingefüllt und in dieser durch Druckbeaufschlagung bei Aufrechterhaltung einer konstanten Temperatur durch Erwärmung ausgeformt wird.
- 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,102030daß die Druckbeaufschlagung diskontinuierlich mehrmals durchgeführt wird.
- 11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die konstante Temperatur bei der Druckbeaufschlagung in einem Bereich gehalten wird, in welchem das Bindemittel (17) zur Freigabe der in ihm enthaltenen Gase erweichen kann.35
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