-
Verfahren zur Herstellung eines Schleifwerkzeuges und
-
dessen Anwendung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung
eines Schleifwerkzeuges unter Erzeugung eines Positivmodells und die nachfolgende
Herstellung des Schleifwerkzeuges durch Abformen des Positivmodells mit Kunststoff
und darin enthaltenem Schleifmittel, sowie die Anwendung eines solchen Verfahrens
zum Herstellen von Graphitelektroden zum Erodieren.
-
Schmiedebauteile sind auf vielen technischen Gebieten, z.B. für Automobile,
Fördereinrichtungen etc., von grosser Bedeutung. Die Herstellung der Werkzeuge zur
Erzeugung solcher Schmiedebauteile erfolgt häufig durch Elektroerosionsprozesse.
Bei diesem Verfahren wird mit Hilfe elektrischer Entladungen zwischen
einer
Elektrode und dem zu bearbeitenden Metallblock von letzterem Metall abgetragen.
-
Die Herstellung von Schmiedegesenken bzw. Gesenkteilen erfolgt üblicherweise
in einem mehrstufigen Verfahren. Ausgehend von einem Positivmodell, das der zu fertigenden
Elektrode entspricht, wird durch Abformen mit Kunststoffschleifmittelgemisch das
Schleifwerkzeug (Negativ) erzeugt. Das Schleifwerkzeug dient zur Herstellung der
(Positiv) Elektrode mittels Formenschleifen, die dann zur Erzeugung der jeweiligen
Gesenkteile durch Erodieren einsetzbar ist.
-
Bei der Herstellung des Schleifwerkzeuges aus Kunststoff mit darin
enthaltenem Schleifmittel entsteht üblicherweise eine "Rohform" des Schleifwerkzeuges.
-
Sie ist zur Durchführung des Schleifverfahrens deshalb noch nicht
geeignet, weil das Schleifkorn aufgrund des Abformprozesses in dem Kunststoff vollkommen
eingeschlossen ist, weshalb es einer weiteren Verfahrensstufe zur oberflächlichen
Freilegung von Schleifkorn bedarf. Diese Verfahrensstufe bringt heute einen zusätzlichen
Arbeitsschritt mit sich, der ein sehr präzises Arbeiten erfordert. Insbesondere
kann es dabei zum Auftreten von Massungenauigkeiten und anderen Defekten kommen,
die in das weitere Verfahren bei Herstellung der Elektrode und hiernach des Gesenkteiles
weitergegeben werden.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren zur
Herstellung von Schleifwerkzeugen auf einfache Weise zu verbessern. Dabei sollen
insbe-
sondere die Verfahrensstufe des Abtrags der Oberfläche des
Schleifwerkzeuges zu dessen Schärfung und damit verbundene ungenaue und arbeitsintensive
Tätigkeiten und Fehlermöglichkeiten, wie das Auftreten von Massungenauigkeiten,
vermieden werden. Anders ausgedrückt soll ein Verfahren zur Herstellung des Schleifwerkzeuges
aufgefunden werden, das dessen Einsatz nach der Abformung vom Positivmodell ohne
"Schärfungsschritt" erlaubt.
-
Diese Aufgabe wird durch die Schaffung eines Verfahrens der eingangs
genannten Art gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, dass das Positivmodell mit
einer oberflächlich offenen Porenstruktur eingesetzt wird.
-
Durch die an der Oberfläche offenen Poren des Positivmodells ist es
in überraschender Weise möglich, dass bei der Herstellung des Schleifwerkzeuges
aus Kunststoff mit darin enthaltenem Schleifmittel dieses an der Oberfläche nicht
vollkommen mit Kunststoff ummantelt, sondern unter Eingriff in die Porenstruktur
aus der Oberfläche des Schleifwerkzeuges abstehend erzeugbar ist. Dadurch kann eine
nachfolgende Freilegung des Schleifkorns unterbleiben, so dass das Schleifwerkzeug
nach der Entfernung des Positivmodells sofort scharf ist. Dadurch können Massungenauigkeiten
des Schärfens, die üblicherweise zwischen 0,1 und 0,3 mm liegen können, vermieden
werden.
-
Nach einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens
wird das Positivmodell aus Kunstschaumstoff erzeugt. Dieser Kunstschaumstoff ist
zweckmässigerweise in dem zur Herstellung des
Schleifwerkzeuges
eingesetzten Kunststoff unter Abformbedingungen unlöslich und formstabil. Des weiteren
ist es günstig, wenn der Kunstschaumstoff nach Herstellung des Schleifwerkzeuges
leicht auf geeignete Weise entfernbar ist, ohne dass die Oberflächenstruktur des
Schleifwerkzeuges angegriffen bzw. beschädigt wird. Eine kritische Bedingung an
den Kunstschaumstoff ist es schliesslich, dass dieser entweder direkt oder durch
geeigneten Oberflächenabtrag eine zumindest oberflächliche Porenstruktur derart
ergibt, dass sich während des Abformens des Schleifwerkzeuges mit Kunststoffschleifmittelgemisch
das Schleifkorn hierin zumindest teilweise verankern kann. Dadurch wird erreicht,
dass das Schleifkorn in dem Schleifwerkzeug durch dessen Kunststoff nicht vollständig
umhüllt, sondern oberflächlich abstehend und damit schleiffähig erzeugbar ist.
-
Die Auswahl geeigneter Kunstschaumstoffe kann anhand der genannten
Kriterien durch den Fachmann in einfacher Weise erfolgen. ES werden dabei im allgemeinen
auch die Art bzw. die Eigenschaften des für das Schleifwerkzeug herangezogenen Materials,
üblicherweise ein Kunstharz, wie auch die Aushärtungsbedingungen bei der Herstellung
des Schleifwerkzeuges unter Abformung vom Positivmodell in Betracht gezogen.
-
Darüber hinaus ist es häufig zweckmässig, die Porengrösse des Kunstschaumstoffes
in Abstimmung mit den Grössen bzw. Durchmessern des Schleifkorns und dessen gewünschtem
Oberflächenprofil zu wählen.
-
Grundsätzlich ist es möglich, sowohl offenzelligen
Kunstschaumstoff
als auch geschlossenzelligen Kunstschaumstoff für die Erzeugung des Positivmodells
einzusetzen. Dabei ist der Einsatz offenzelligen Kunstschaumstoffs besonders bevorzugt.
Im Falle der Verwendung geschlossenzelligen Kunstschaumstoffs ist es zur Erzeugung
der gewünschten oberflächlich offenen Porenstruktur erforderlich, durch eine geeignete
Abtragung der Oberfläche die geschlossenen Zellen zumindest zu deren Öffnung abzutragen.
Dies kann durch Fräsen oder in anderer geeigneter Weise erfolgen.
-
Als besonders wichtig erscheint, dass nun ein Positivmodell mit einer
Fräsmaschine im DNC-Betrieb hergestellt werden kann und dann sofort das Schleifwerkzeug
abgeformt wird. So werden menschliche Einflüsse, wie Ungenauigkeiten, vermieden.
-
Als Kunstschaumstoff wird normalerweise ein thermisch ausreichend
stabiles und unter den Aushärtungsbedingungen des Harzes des Schleifwerkzeuges ausreichend
mechanisch festes Material herangezogen, das leicht entfernbar ist. Unter den in
Betracht kommenden Kunstschaumstoffen sind im Rahmen der Erfindung insbesondere
solche auf Basis acrylischer oder methacrylischer Derivate und/oder auf Basis von
Polyurethanen bevorzugt. Es sind jedoch auch andere Kunstschaumstoffe geeignet,
wenn sie den vorstehend normierten allgemeinen Bedingungen genügen. Dabei ist es
insbesondere günstig, wenn die Kunstschaumstoffe eine Wärmeformbeständigkeit entsprechend
DIN 53424 bis l000C und insbesondere bevorzugt bis l300C aufweisen. Darüber hinaus
ist es günstig, wenn die Kunstschaumstoffe eine gute Druckfestigkeit, vorteilhaft
von
mindestens 4 N/mm2 und vorzugsweise mindestens 6 N/mm2 (gemäss
DIN 53421) aufweisen.
-
Besonders bevorzugte Kunstschaumstoffe weisen eine noch höhere Wärmeformbeständigkeit
auf, die bis 1500C und besonders günstig 1800C vorliegt.
-
Je nach Art des für die Herstellung des Schleifwerkzeuges eingesetzten
Kunststoffes und dessen Aushärtungsbedingungen sind verschiedenartige Typen von
Kunstschaumstoffen für die Herstellung der Positivform grundsätzlich geeignet. Als
geeignete Hartschaumstoffklassen kommen Polystyrole, Polyvinylhalogenide, z.B. Polyvinylchloride,
Polyurethane, Phenolformaldehyde, sowie (meth)acrylische Polymere und Copolymere
der genannten Kunststoffe und Gemische hiervon in Betracht. Dabei können die Hartschaumstoffe
gegebenenfalls auch vernetzt (PVC) sein.
-
Unter den genannten Kunstschaumstoffen sind im Rahmen der Erfindung,
wie bereits vorstehend angeführt, solche auf Basis von acrylischen und methacrylischen
Derivaten sowie von Polyurethanen bevorzugt. Eine erfindungsgemäss mit besonderem
Vorteil einsetzbare Kunstschaumstoffklasse stellen Polymethacrylimide dar. Hierbei
handelt es sich um Kunstschaumstoffe, die durch thermisches Schäumen aus einem Methacrylsäure-Methacrylnitril-Copolymerisat
entstehen, das sich während des Schäumvorganges zu Polymethacrylimid umsetzt. Derartige
geschlossenzellige Imid-Hartschaumstoff-Typen sind beispielsweise unter der Handelsbezeichnung
~Rohacell" (Hersteller Röhm GmbH,
Darmstadt) auf dem Markt. Als
geeignete Typen, je nach Einsatz von Schleifkorn und Kunstharz für das Schleifwerkzeug,
können z.B. Rohacell 71, Rohacell 110 oder Rohacell 170 etc., genannt werden. Kunststoffe
dieses Typus aber auch andere der vorstehend genannten Klassen sind insbesondere
dann geeignet, wenn der Kunststoff zur Herstellung des Schleifwerkzeuges ein Epoxid
darstellt, das mit üblichem Schleifkorn, z.B. Siliciumcarbiden, und gegebenenfalls
weiteren Füllstoffen versetzt ist. Es können jedoch auch weitere Kunststoffe, wie
dies an sich bekannt ist, zur Herstellung des Schleifwerkzeuges verwendet werden,
wobei die Auswahl des Materials für das Positivmodell dann gemäss den vorstehend
angeführten Kriterien ohne weiteres möglich ist.
-
Bei der Herstellung des Schleifwerkzeuges durch Abformen des Positivmodells
mit Kunststoff und darin enthaltenem Schleifmittel ist es üblicherweise erforderlich,
das Positivmodell von dem Schleifwerkzeug abzutrennen. Dies kann prinzipiell auf
verschiedenartigste Weise erfolgen. Beispielsweise kann das Positivmodell durch
chemische, thermische oder mechanische Ablösung entfernt werden.
-
Soweit eine Auflösung des Positivmodells auf chemische Weise in Betracht
kommt, ist darauf zu achten, dass das herangezogene Lösungsmittel das Kunstharz
des Schleifwerkzeuges nicht auf- bzw. anlöst. Bei der Verwendung von Epoxidharz,
gegebenenfalls unter Zufügung von Additiven, für das Schleifwerkzeug, und dem Einsatz
von Polymeth#acrylimiden für das Positivmodell
können beispielsweise
alkalische Lösungsmittel in Betracht kommen. Zur Auflösung des Polymethacrylimides
sind z.B. Laugen, wie verdünnte Natronlauge und andere, geeignet, die im allgemeinen
die Epoxidharze nicht anzulösen vermögen. Das Löseverhalten der in Betracht kommenden
Kunststoffe für das Schleifwerkzeug sowie der für das Positivmodell im allgemeinen
herangezogenen Kunstschaumstoffe ist bekannt und wird üblicherweise von den Herstellerfirmen
mitgeteilt. So sind Polymethacrylimid-Typen der vorstehend angeführten Art als alkali
löslich ausgewiesen.
-
In alternativer Weise ist es genauso möglich, das Positivmodel vom
Schleifwerkzeug in mechanischer Weise abzutragen. Hierfür kommt z.B. ein Abtrag
durch Strahlen in Betracht. Die Wahl des Strahlungsmediums wird wiederum in Abhängigkeit
von der Formstabilität der herangezogenen Materialien erfolgen, wobei im Rahmen
der Erfindung eine Reihe von Materialien, z.B.
-
Glasbruch, Nussschalengranulat etc., sich als geeignet erwiesen haben.
-
Eine Ablösung des Kunstschaumstoffes ist aber auch auf andere Weise
möglich. So kann dieser grundsätzlich auch thermisch entfernt werden, sofern das
Kunstharz des Schleifwerkzeuges hierdurch nicht in seiner Formstabilität angegriffen
wird. Häufig wird es auch günstig sein, eine Kombination von Abtragungsmassnahmen
vorzusehen: So kann das Positivmodell z.B. zunächst überwiegend durch mechanischen
Abtrag entfernt werden, woran sich ein Auflösungsvorgang zur vollständigen Ablösung
der restlichen an dem Schleif-
werkzeug anhaftenden Bestandteile
anschliesst. Hierdurch können die für die Entfernung des Positivmodells notwendigen
Zeiträume minimiert und gegebenenfalls Abfall- bzw. Entsorgungsprobleme weitestgehend
eingeschränkt werden.
-
Das erfindungsgemässe Verfahren hat seine bevorzugte Anwendung für
die Herstellung von Graphitelektroden zum Erodieren von Hohl formen. Der Herstellungsprozess
für solche Elektroden wird durch das erfindungsgemässe Verfahren vereinfacht und
auftretende Massungenauigkeiten und aufwendige Nacharbeitungsschritte, die diese
bedingen, können vermieden werden.