DE3912610A1

DE3912610A1 - Formmasse zur herstellung von schleifwerkzeugen

Info

Publication number: DE3912610A1
Application number: DE3912610A
Authority: DE
Inventors: Michail Grigorevic Efros; Zoya Michailovna Prozorova; Svetlana Michailovna Fedotova; Vadim Sergeevic Burov; Vyaceslav Michailovi Kolomazin; Grigorij Illarionovic Lemes
Original assignee: N PROIZV OB ABRAZIVAM I SLIFOV
Current assignee: N PROIZV OB ABRAZIVAM I SLIFOV
Priority date: 1989-04-01
Filing date: 1989-04-17
Publication date: 1990-10-25
Also published as: FR2645783A1; ES2011733A6; GB8907406D0; GB2230273A; US4968327A; JPH02293370A

Description

Die Erfindung betrifft eine Formmasse zur Herstellung von Schleifwerkzeugen aus Elektrokorund mit keramischem Bindemittel.

Die Schleifwerkzeuge werden durch Pressen der Formmasse zum Erhalt der geometrischen Form des Werkzeugs, durch Trocknen der verpreßten Masse und durch anschließendes Brennen dieser Formmasse hergestellt. Das keramische Bindemittel schmilzt bei hohen Temperaturen (von 1250 bis 1300°C) beim Brennen des Schleifwerkzeugs und geht vollständig bzw. zum Teil in den flüssigen Zustand über und hüllt hierbei die Elektrokorundkörner ein. Hiernach erhärtet das Bindemittel beim Absinken der Temperatur und beim Abkühlen und verbindet die Schleifkörner miteinander. Die Bedingungen beim Pressen, Trocknen und Brennen der Formmasse während der Herstellung des Schleifwerkzeugs sind allgemein bekannt.

Die Hauptforderungen, die an die Formmasse gestellt werden, sind:

- Hohe mechanische Festigkeit des Schleifwerkzeugs,
- weiter Bereich von Härtegraden der Schleifwerkzeuge, die aus der Formmasse hergestellt werden können,
- geringe Ausscheidungen schädlicher Komponenten in das Umgebungsmedium während des Brennvorgangs,
- verhältnismäßig geringer Preis und Verfügbarkeit der Formmasse.

Der Bereich der Härtegrade der Schleifwerkzeuge hängt von der Schmelztemperatur des Bindemittels, d. h. von seiner Zusammensetzung, ab. Es ist bekannt, daß beim Brennen des Werkzeugrohlings das Bindemittel das Korundkorn auflöst und hierdurch seine Zähigkeit erhöht. Andererseits ist bekannt, daß zur Erzielung eines höheren Härtegrades des Schleifwerkzeugs eine größere Menge an Bindemittel erforderlich ist. Die Erhöhung des Bindemittelgehaltes in der Formmasse führt aber dazu, daß beim Brennen des Werkzeugrohlings die Verformung dieses Rohlings eher beginnt, als das Bindemittel seine Zähigkeit derart vergrößert hat, daß sie zur Verhütung der Verformung ausreicht.

Die Erfüllung der an die Formmasse gestellten Anforderungen wird in vielem von der Zusammensetzung des keramischen Bindemittels bestimmt, das in der Regel einen Weichmacher, der zur Verhinderung der Verformung des Schleifwerkzeugs während des Brennens bestimmt ist, Komponenten, die die Festigkeitseigenschaften des Bindemittels erhöhen, und eine reaktive Komponente, die zur Erhöhung der gegenseitigen Adhäsion der Korundkörner dient, einschließt. Als reaktive Komponente werden borhaltige Fritten verwendet. Die Benennungen der Fritten kennzeichnen das Vorhandensein der Oxide, die die Eigenschaften der jeweiligen Fritte bestimmen.

Es ist eine Formmasse zur Herstellung von Schleifwerkzeugen bekannt, die Elektrokorund und ein Bindemittel enthält (SU-PS 6 34 923). Das Bindemittel enthält Kaolin als Weichmacher, Talk als Komponente, die die Festigkeitseigenschaften des Bindemittels erhöht, und Borsilikatfritte als reaktive Komponente. Das Mengenverhältnis der Bindemittelkomponenten beträgt in Gew.-%:

Kaolin\|40 bis 95
Borsilikatfritte	4 bis 40
Talk	1 bis 20

Die Zusammensetzung der Borsilikatfritte beträgt in Gew.-%:

Siliciumoxid\|67,8 bis 70,0
Aluminiumoxid	3,3 bis 3,6
Magnesiumoxid	0,77 bis 0,9
Calciumoxid	0,53 bis 0,6
Eisenoxid	0,1 bis 0,23
Natriumoxid	3,1 bis 3,6
Kaliumoxid	4,0 bis 4,8
Boroxid	15,6 bis 17,7

Das aus einer solchen Formmasse hergestellte Werkzeug weist aber eine unzulängliche Festigkeit infolge der relativ niedrigen Adhäsionsfestigkeit der angeführten Borsilikatfritte zum Korundkorn auf, die durch den geringen Gehalt an Boroxid in dieser Fritte bedingt ist.

Es ist eine Formmasse zur Herstellung von Schleifwerkzeugen bekannt, die Elektrokorund und ein Bindemittel enthält (SU-PS 5 17 203). Das Bindemittel enthält feuerfesten Ton als Weichmacher, Feldspat als Komponente, die die Festigkeitseigenschaften des Bindemittels erhöht, und Borlithiumsilikatfritte und Kryolith als reaktive Komponenten.

Das Mengenverhältnis der Bindemittelkomponenten beträgt in Gew.-%:

Borlithiumsilikatfritte\|15,0 bis 60,0
feuerfester Ton	0,1 bis 40,0
Feldspat	15,0 bis 60,0
Kryolith	5,0 bis 15,0

Hierbei ist die Zusammensetzung der Borlithiumsilikatfritte in Gew.-% wie folgt:

Siliciumoxid\|64,0 bis 75,0
Boroxid	10,0 bis 18,0
Aluminiumoxid	2,0 bis 8,0
Eisenoxid	0,1 bis 0,5
Calciumoxid	0,1 bis 1,0
Magnesiumoxid	1,0 bis 2,0
Natriumoxid	3,5 bis 6,4
Kaliumoxid	3,5 bis 4,6
Lithiumoxid	4,0 bis 6,0

Das aus dieser Formmasse hergestellte Werkzeug ist dank der höheren gesamten Adhäsionsfähigkeit der Borlithiumsilikatfritte und des Kryoliths zum Korundkorn gegenüber dem oben angeführten etwa fester.

Die niedrigere Schmelztemperatur (ca. 800°C) des Bindemittels einer solchen Formmasse, die durch das Vorhandensein leichtschmelzender Komponenten, Lithiumoxid und Kryolith, bedingt ist, begrenzt aber den Bereich der Härtegrade der Schleifwerkzeuge, die aus dieser Formmasse hergestellt werden. Da Kryolith außerdem ca. 50% Fluor enthält, werden bei der Herstellung des Schleifwerkzeugs verhältnismäßig große Mengen schädlicher Komponenten an die Umgebung ausgeschieden. Ein weiterer Nachteil dieser Formmasse ist ihre Knappheit und der relativ hohe Preis infolge der großen Menge an teurem Borlithiumsilikatfritte in dieser Masse.

Es ist eine Formmasse zur Herstellung von Schleifwerkzeugen bekannt, die die nachstehende Zusammensetzung in Gew.-% aufweist (SU-PS 9 31 446):

Chrom-Titan-Elektrokorund\|69 bis 90
Kaolin	1,4 bis 5,0
Feldspat	0,7 bis 2,5
Borlithiumsilikatfritte	2,1 bis 7,5
Kryolith	0,7 bis 2,5
Klebe- und Befeuchtungskomponente @	(flüssiges Wasserglas)	3,0 bis 6,0
Bariumsilikatfritte	2,1 bis 7,5

Die Klebe- und Befeuchtungskomponente hat die Aufgabe, der Formmasse Formbarkeit zu verleihen.

Als Klebe- und Befeuchtungskomponente kann in der Formmasse flüssiges Wasserglas bzw. Paraffinemulsion verwendet werden. Als flüssiges Wasserglas wird die bekannte wäßrige Natriumsilikatlösung bezeichnet. Die Zusammensetzung der Paraffinemulsion, die in Formmassen verwendet wird, ist weit bekannt.

Der Zusatz der Bariumsilikatfritte zur Formmasse führt zu einer Erhöhung der Schmelztempertur der Formmasse und somit zu einer Erweiterung des Bereiches der Härtegrade der Schleifwerkzeuge im Vergleich zu der vorhergehenden analogen Lösung. Die Festigkeit des aus dieser Formmasse hergestellten Schleifwerkzeugs ist aber unzureichend. Außerdem ist diese Formmasse wie auch die Formmasse der vorhergehenden analogen Lösung eine Mangelware und verhältnismäßig teuer. Bei der Herstellung der Schleifwerkzeuge aus dieser Formmasse werden verhältnismäßig viele Schadstoffe in die Umgebung abgeschieden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Formmasse zur Herstellung von Schleifwerkzeugen zu schaffen, die eine solche reaktive Komponente enthält und die ein solches Mengenverhältnis der Komponenten aufweist, daß unter Aufrechterhaltung eines weiten Bereiches der Härtegrade der Schleifwerkzeuge, die aus dieser Formmasse hergestellt werden können, die Reaktivität des Bindemittels dieser Formmasse in bezug auf das Korundkorn erhöht, hierdurch die Festigkeit der aus dieser Formmasse hergestellten Schleifwerkzeuge erhöht und auch die Kosten der Formmasse vermindert und den Ausstoß schädlicher Komponenten an die Umgebung während der Herstellung des Schleifwerkzeugs reduziert werden.

Diese Aufgabe wird wie aus den Ansprüchen ersichtlich gelöst, wobei die bekannte Formmasse zur Herstellung von Schleifwerkzeugen mit einem Gehalt an Elektrokorund, Kaolinit, Feldspat, einer Klebe- und Befeuchtungskomponente und einer reaktiven Komponente einer Borcalciumsilikatfritte mit folgendem Mengenverhältnis der Komponenten in Gew.-% enthält:

Elektrokorund\|76,5 bis 90,0
Kaolinit	2,1 bis 5,7
Feldspat	2,8 bis 7,6
Klebe- und Befeuchtungskomponente	3,0 bis 4,5
Borcalciumsilikatfritte	2,1 bis 5,7

Die Borcalciumsilikatfritte weist die nachstehend aufgeführte Zusammensetzung in Gew.-% auf:

Siliciumoxid\|22,0 bis 38,0
Aluminiumoxid	14,5 bis 15,5
Boroxid	25,0 bis 35,0
Calciumoxid	12,5 bis 17,5
Natriumoxid	4,0 bis 7,5
Kaliumoxid	2,0 bis 3,5

wobei das Mengenverhältnis von Boroxid zu Calciumoxid zwischen 1,5 und 2,5 liegt.

Als Kaolinit wird feuerfester Ton bzw. Kaolin bezeichnet.

Es wurde festgestellt, daß die Adhäsionsfähigkeit der Borcalciumsilikatfritte mit der erfindungsgemäßen Zusammensetzung zu den Korundkörnern höher ist als die Adhäsionsfähigkeit anderer bekannter Fritten. Die Erhöhung der Adhäsionsfestigkeit der angeführten Borcalciumsilikatfritte bedingt eine Erhöhung der mechanischen Festigkeit der Werkzeuge, die aus der Formmasse der erfindungsgemäßen Zusammensetzung hergestellt werden.

Die Anwesenheit von Calciumoxid in einem Mengenanteil von 12,5 bis 17,5 Gew.-% in der Formmasse gewährleistet eine solche Schmelztemperatur (ca. 1100°C) des Bindemittels, die die Herstellung der Schleifwerkzeuge aus dieser Formmasse im gesamten Härtegradbereich ermöglicht, der in der Schleifwerkzeugindustrie zur Anwendung kommt.

Außerdem enthält die erfindungsgemäße Formmasse keine knappen und teuren Komponenten oder Komponenten, die in bedeutendem Umfang beim Ausstoß schädlicher Stoffe an die Umgebung während der Schleifwerkzeugherstellung beteiligt sind.

Es wurde ferner festgestellt, daß bei einem Gehalt an Borcalciumsilikatfritten in der Formmasse unter 2,1 Gew.-% sowie bei einem Boroxidgehalt unter 25,0 Gew.-% bzw. einem Calciumoxidgehalt über 17,5 Gew.-% in der Borcalciumsilikatfritte die Adhäsionsfestigkeit dieser Fritte zum Korundkorn stark abnimmt und somit auch die mechanische Festigkeit der aus der Formmasse hergestellten Werkzeuge absinkt. Außerdem wird ein starkes Absinken der Adhäsionsfestigkeit der Borcalciumsilikatfritte zum Korundkorn auch bei Mengenverhältnissen von Boroxid zu Calciumoxid unter 1,5 beobachtet.

Es wurde ebenfalls festgestellt, daß bei einem Gehalt der Borcalciumsilikatfritte in der Formmasse über 5,7 Gew.-% sowie bei einem Boroxidgehalt über 35,0 Gew.-% bzw. einem Calciumoxidgehalt unter 12,5 Gew.-% in der Borcalciumsilikatfritte die Schmelztemperatur des Bindemittels wesentlich absinkt und somit auch der Bereich der Härtegrade der aus der Formmasse herzustellenden Schleifwerkzeuge wesentlich enger wird. Außerdem wird eine wesentliche Abnahme der Bindemittel-Schmelztemperatur auch bei Mengenverhältnissen von Boroxid zu Calciumoxid, die 2,5 überschreiten, beobachtet.

Der Anteil der anderen Komponente der Formmasse wurde, ausgehend von den Anforderungen, die an die Formmasse gestellt werden, experimentell festgestellt.

Die Formmasse wird wie folgt erhalten: Zuerst wird ein Gemisch aus Kaolinit, Feldspat und Borcalciumsilikatfritte bereitet. Hierauf nimmt man den Elektrokorund, beispielsweise weißen Korund, Chrom-Titan-Elektrokorund oder andere, befeuchtet ihn mit flüssigem Wasserglas bzw. Paraffinemulsion und vermengt ihn mit dem vorher hergestellten Gemisch. Das Mengenverhältnis der Komponenten wird erfindungsgemäß gewählt.

Dann wird aus der Formmasse das Schleifwerkzeug hergestellt. Das Herstellungsverfahren der Schleifwerkzeuge aus der Formmasse ist an sich bekannt.

Zur Ermittlung der mechanischen Festigkeit und des Bereiches der Härtegrade der Schleifwerkzeuge, die aus der erfindungsgemäßen Formmasse hergestellt werden können, wurden aus Formmassen mit verschiedenen Mengenverhältnissen der Komponenten entsprechend der Verfahren für die Schleifwerkzeugherstellung Proben (Stabproben) hergestellt. Anschließend wurde die mechanische Festigkeit dieser Proben (Biegefestigkeit) gemessen. Der Härtegrad wurde nach dem an sich bekannten Sandstrahlverfahren ermittelt.

Außerdem wurden Proben (Stabproben) mit verschiedenen Härtegraden aus einer Formmasse mit bekannter Zusammensetzung hergestellt und geprüft.

In Tabelle I sind die Zusammensetzungen der Formmassen angeführt, aus denen die Proben für die Prüfung geformt wurden. Der Anteil der Komponenten ist in Gew.-% angegeben.

Die Prüfungsergebnisse der Proben (Stabproben), die aus den Formmassen mit der Zusammensetzung nach Tabelle I hergestellt wurden, sind in Tabelle II angeführt.

Tabelle II

Aus den Tabellen I und II ist ersichtlich, daß aus der erfindungsgemäßen Formmasse Schleifwerkzeuge im gesamten Bereich der Härten, die in der Schleifwerkzeugindustrie verwendet werden (Zusammensetzungen 1, 2, 3, 4, 5, 6), hergestellt werden können. Die mechanische Festigkeit der aus dieser Formmasse (Zusammensetzungen 1, 2, 3, 4, 5, 6) hergestellten Probe ist höher als die mechanische Festigkeit der Probe, die aus der Formmasse mit bekannter Zusammensetzung (Zusammensetzung 15) erhalten wurde.

Bei einem Gehalt an Borcalciumsilikatfritte in der Formmasse unter 2,1 Gew.-% (Zusammensetzung 7), bei einem Gehalt an Boroxid in der Borcalciumsilikatfritte unter 25,0 Gew.-% (Zusammensetzung 9) bzw. einem Gehalt an Calciumoxid über 17,5 Gew.-% (Zusammensetzung 11) und auch bei einem Mengenverhältnis von Boroxid zu Calciumoxid unter 1,5 (Zusammensetzung 13) ist die Festigkeit der Probe im Vergleich zur Probe gleicher Härte, die aus der erfindungsgemäßen Formmasse hergestellt ist, wesentlich geringer.

Bei einem Borcalciumsilikatfrittegehalt in der Formmasse über 5,7 Gew.-% (Zusammensetzung 8), bei einem Gehalt an Boroxid in der Borcalciumsilikatfritte über 35 Gew.-% (Zusammensetzung 10) bzw. bei einem Gehalt an Calciumoxid unter 12,5 Gew.-% (Zusammensetzung 12) und auch bei einem Mengenverhältnis von Boroxid und Calciumoxid über 2,5 (Zusammensetzung 14) ist es nicht gelungen, aus der Formmasse eine Probe mit sehr hoher Härte, die durch den hohen Anteil an Bindemittel in der Masse bedingt ist, zu erhalten, weil sich der Rohling der Probe während des Brennens verformte.

Claims

Formmasse zur Herstellung von Schleifwerkzeugen mit einem Gehalt an Elektrokorund, Kaolinit, Feldspat, einer Klebe- und Befeuchtungskomponente und einer reaktiven Komponente, dadurch gekennzeichnet, daß sie als reaktive Komponente Borcalciumsilikatfritte mit folgendem Mengenverhältnis der Komponenten in Gew.-% enthält: Elektrokorund|76,5 bis 90,0 Kaolinit 2,1 bis 5,7 Feldspat 2,8 bis 7,6 Klebe- und Befeuchtungskomponente 3,0 bis 4,5 Borcalciumsilikatfritte 2,1 bis 5,7

und daß die Borcalciumsilikatfritte die nachstehend aufgeführte Zusammensetzung in Gew.-% aufweist: 3:17:37,6|22,0 bis 38,0 Aluminiumoxid 14,5 bis 15,5 Boroxid 25,0 bis 35,0 Calciumoxid 12,5 bis 17,5 Natriumoxid 4,0 bis 7,5 Kaliumoxid 2,0 bis 3,5

wobei das Mengenverhältnis von Boroxid und Calciumoxid im Bereich von 1,5 bis 2,5 liegt.