DE4300722A1 - Verfahren zum Herstellen von Schleifwerkzeugen und danach hergestelltes Werkzeug - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung bildet ein Verfahren zum Herstellen von Schleifwerkzeugen mit einem Grundkörper, der einen Schleifbelag trägt, wel­ cher aus Superschleifmitteln wie Diamantkörnun­ gen oder Körnungen aus kubisch-kristallinem Bornitrid besteht, die in einer Bindung fein verteilt angeordnet sind.

In der industriellen Fertigungstechnik werden insbesondere kunstharzgebundene Schleifscheiben zum Schleifen von Werkzeugen benutzt, die mit harten und verschleißfesten Werkstoffen, wie beispielsweise Hartmetallen oder keramischen Materialien, bestückt sind. Daneben werden kunstharzgebundene Schleifscheiben für die Be­ arbeitung hochlegierter Stähle eingesetzt. Die Hartstoffkörnung derartiger Schleifscheiben be­ steht dafür aus natürlichem oder künstlichem Diamant oder kubisch-kristallinem Bornitrid als Schleifmittel. Als Bindungen derartiger Super­ schleifmittel finden in kunstharzgebundenen Schleifscheiben in der Regel duroplastische Harze Verwendung, wie Phenolharze, die zusätz­ lich zu den feinverteilt angeordneten Hart­ stoffkörnern noch sogenannte Füller enthalten, welche für eine Stabilisierung des Kunststoff­ gerüstes und seiner Elastizität beitragen. Sol­ che Füller bestehen beispielsweise aus Silizi­ umcarbid in unterschiedlichen Körnungsgrößen. Als Bindung können auch Melaminharze, Polia­ mide, Poliimide und Polisulfone Anwendung fin­ den.

Für die Herstellung von Schleifscheiben oder allgemein Schleifwerkzeugen unter Anwendung derartiger Stoffe werden nach bekannten Verfah­ ren die Harze, Füller und Superschleifmittel als Mischungen in Preßformen aus gehärtetem Stahl eingegeben und unter hohem Druck und ent­ sprechenden Temperaturen auf entsprechende Grundkörper bzw. Schleifmittelträger gepreßt, um sie in einen ausgehärteten duroplastischen Zustand zu überführen.

Für Phenolharze, Melaminharze und ähnliche Harze werden dafür Preßtemperaturen von bei­ spielsweise 180-200°C und Drücke von 1500-3000 Newton/cm² angewandt. Für Poliimidharze sind hingegen noch höhere Temperaturen, nämlich bis 350°C, und höhere Preßdrücke, wie bis 4000 Newton, erforderlich.

Diese bekannte Art der Herstellung von Schleif­ scheiben ist insofern aufwendig, als es der An­ wendung gehärteter und geschliffener Preßformen bedarf, die infolge der Wandreibung mit Super­ schleifmitteln fortlaufend bei ihrer Verwendung einem Verschleiß unterliegen, so daß sie nur für eine geringe Anzahl von Pressungen geeignet sind. Hinzu kommt als Nachteil die Notwendig­ keit der Verfügung über eine Preßform, welche der jeweiligen Schleifscheibenabmessung ange­ paßt ist.

Umfangsschleifscheiben mit beispielsweise 2 mm Belagtiefe und einer Schleifbelaglänge von meh­ reren hundert Millimetern lassen sich nach die­ sem bekannten Verfahren nicht aus einem Stück herstellen, sondern müssen aus mehreren einzel­ nen Schleifscheiben zusammengesetzt werden. Da­ bei ergibt sich das Problem der Verbindung an den Nahtstellen, die in Umfangsrichtung in der Regel nicht parallel sein dürfen, weil sich an­ dernfalls, beispielsweise beim sogenannten Ein­ stechschleifen sichtbare Schleifspuren auf den zu bearbeitenden Werkstücken ergeben.

Schließlich ist ein Mangel der bekannten Ver­ fahren darin zu erblicken, daß nur eine sehr geringe Anzahl von Schleifscheiben unter einer einzelnen Presse in einem Preßarbeitsgang her­ gestellt werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es, das Verfahren zum Herstellen von Schleifwerkzeugen wirtschaftli­ cher zu machen. Gemäß der Erfindung ist dafür vorgesehen, das Werkzeug nach dem Auftragen des Schleifbelages auf dem Grundkörper in einer Fo­ lie vakuumverpackt in einem Autoklaven isosta­ tisch heiß zu pressen.

Das erfindungsgemäße Verfahren der Herstellung bringt gegenüber vorbekannten Verfahren den be­ sonderen Vorteil, daß eine Verwendung gehärte­ ter und geschliffener Preßformen aus hochle­ gierten Werkstoffstählen entfällt, da die Grundkörper beim erfindungsgemäßen Verfahren so vorbereitet, werden können, daß die Schleifbe­ läge nach ihrer Fertigstellung den geforderten Abmessungen entsprechen. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn im Grundkörper Vertiefungen vorgeformt werden für die Aufnahme des Schleif­ belages und dieser nach dem Heißpressen durch teilweises Abdrehen des Grundkörpers und maßge­ rechtes Schleifen des Belages freigelegt wird. Die vorgeformten Vertiefungen weisen dafür ein Volumen auf, das es erlaubt, die zu verarbei­ tenden Harze mit ihren Füllern und Super­ schleifmitteln drucklos in gewünschter Stärke bzw. Höhe einzufüllen. Um dabei ein vollständi­ ges Füllen zu gewährleisten, ist es zweckmäßig, den an sich trockenen Belag, der aus den Har­ zen, Füllern und den Hartstoffkörnern besteht, mit einer geringen Menge von Flüssigharz so an­ zureichern, daß er in einen zähflüssigen, teig­ artigen Zustand versetzt wird.

Um dem Umstand Rechnung zu tragen, daß Phenol­ harze und andere Arten von Harzen, wie Polii­ mide, während ihrer Aushärtung Gase abgeben, kann vor dem Heißpressen im Autoklaven eine Vorbehandlung stattfinden in der Art einer Vor­ verdichtung des Belages und einer Entgasung in einem Ofen. Dafür lassen sich vorzugsweise fol­ gende Verfahrensschritte ausüben:

Zunächst werden die Grundkörper zusammen mit ihren in die Vertiefungen eingefüllten Belägen in Kunststoffolien unter gleichzeitiger Evaku­ ierung auf ein Vakuum von beispielsweise 10^-1 Torr eingeschweißt. Es können dann die ver­ schweißten Werkzeuge in verschiedensten Formen und Größen gleichzeitig unter Anwendung eines Druckes von beispielsweise 3000 Newton/cm² in Autoklaven kalt verdichtet werden. Bereits im ersten Verfahrensschritt kann damit der Vorteil genutzt werden, eine Vielzahl von Schleifwerk­ zeugen unterschiedlicher Art und Größe in einem einzigen Arbeitsgang in einem Autoklaven kalt zu verpressen bzw. vorzuverdichten.

In einem zweiten nachfolgenden Arbeitsgang wer­ den die entsprechenden Werkzeuge nach Entfer­ nung der Folien in einen elektrisch beheizten Umluftofen verbracht und in einem Zyklus von etwa 2-3 Stunden unter einer Temperatur von etwa 90° entgast, da unter dieser Temperatur ein Ausgasen der Harze erfolgt.

In einem dritten Verfahrensgang werden die ent­ gasten und vorverdichteten Beläge bzw. Werk­ zeuge wiederum in Folien eingeschweißt und wie­ der auf ein Vakuum von etwa 10^-1 Torr evaku­ iert, um anschließend in einem weiteren Preß­ vorgang unter Anwendung von Druck und Tempera­ tur isostatisch heißgepreßt zu werden im Auto­ klaven, wobei mit Drücken gearbeitet wird von 1500-4000 Newton/cm² und einer Temperatur von 180-350°C in Abhängigkeit von der Art des Harzes der Bindung.

Nach dem isostatischen Heißpressen werden die Werkzeuge mechanisch fertigbearbeitet, und zwar insbesondere durch ein Fertigdrehen und Nach­ schleifen im Bereich des Schleifbelages zum Zwecke einer Freilegung des Schleifbelages. Diese Fertigbearbeitung ist vergleichbar der Bearbeitung von Schleifwerkzeugen, die nach den bekannten Verfahren unter Verwendung gehärteter Formen hergestellt werden.

Die besonderen Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen damit insbesondere in dem Fortfall der Anwendung hochwertiger Preßformen und damit einer erheblichen Kostenreduzierung. Da sich gleichzeitig Schleifscheiben beliebiger Form und in größeren Stückzahlen in einem Auto­ klaven sowohl vorpressen wie auch endgültig heiß verpressen lassen, läßt sich die Fertigung besonders flexibel durchführen. Dabei stellen auch Belagabmessungen im Verhältnis von 1 : 100 bis 1 : 400 für Umfangsschleifscheiben kein Pro­ blem da, weil derartige Schleifbeläge sich nach dem erfindungsgemäßen Verfahren einstückig fer­ tigen lassen. Schließlich wird auch die Quali­ tät verbessert, denn beim Vor- und Fertigpres­ sen tritt keine Wandreibung auf, welche die Qualität beeinträchtigt.

Die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens läßt sich im übrigen noch dadurch verein­ fachen, daß die Beläge für ihren vorläufigen Halt am Grundkörper mit einem Kleber befestigt werden, mit dem die vorgenannten Vertiefungen auszustreichen sind, wobei vorzugsweise als Kleber ein Kunststoff auf Phenolharzbasis in Betracht zu ziehen ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nach­ stehend unter Bezugnahme auf eine Zeichnung er­ läutert. Darin zeigt

Fig. 1 eine Topfschleifscheibe im Zwischen­ stadium der Herstellung;

Fig. 2 eine Umfangsschleifscheibe vor und nach der endgültigen Bearbeitung im Schnitt und

Fig. 3 einen Schleifstift im achsialen Schnitt.

Die in Fig. 1 teilweise und im Schnitt wieder­ gegebene Topfschleifscheibe 1 besitzt einen Grundkörper 2, der aus einem Kunstharz oder ei­ nem Metall oder aus einer Kombination von bei­ den besteht. Auf seiner Außenseite ist der Grundkörper 2 mit einer ringförmigen Vertiefung 4 versehen, die durch Drehen eingearbeitet ist und sich bis nahe an den oberen Rand des Grund­ körpers 1 erstreckt. In diese Vertiefung 3 wird der Schleifbelag 8 in pastöser Form bzw. in ei­ nem teigartigen Zustand eingegeben. Der Schleifbelag 8 besteht aus den Superschleifmit­ teln, die fein verteilt sind in einer Bindung aus Phenolharz, der ein Füller bzw. Füllstoff zugesetzt ist, beispielsweise aus Siliziumcar­ bid oder Aluminiumoxyd.

Der Grundkörper 2 mit dem Belag 6 ist von einer schlauchartig ausgebildeten Kunststoffolie wie Poliimid umgeben, die evakuiert ist. Die Folie 10 schützt den Belag 8 dagegen, daß bei einem Verpressen, und zwar sowohl bei einem Kaltverpressen wie auch bei einem isostatischen Heißpressen, das gasförmige Preßmedium des Au­ toklaven in die Poren des Belages eindringt. Die Anordnung der Folie und die Evakuierung er­ folgt also zunächst vor einem Kaltverpressen in einem Autoklaven. Soll danach eine Trocknung in einem Ofen erfolgen, so ist dafür die erste Fo­ lie wieder zu entfernen. Für ein isostatisches Heißverpressen in einem Autoklaven erfolgt er­ neut eine Umhüllung des Grundkörpers mit einer Folie 10 und eine Evakuierung des Folien­ schlauches.

Beim Aushärten des Kunstharzes bzw. der Bindung der Diamantkörner unter einem Überdruck in der Größenordnung von 3000 Newton/cm und einer Temperatur von etwa 200°C wird der Belag auf eine geringere Höhe zusammengepreßt, wie die Fig. 1 andeutet.

Nach dem isostatischen Heißpressen erfolgt eine Nachbearbeitung des Grundkörpers für eine Frei­ legung des Schleifbelages 8. Dafür wird der obere Randbereich des Werkzeuges 1 um die Höhe "H" abgedreht. Außerdem kann eine Nachbearbei­ tung des außen freiliegenden Schleifbelages durch Schleifen erfolgen.

Die Herstellung einer Umfangsschleifscheibe ge­ mäß Fig. 2 erfolgt auf gleiche Art und Weise, so daß die Umfangsschleifscheibe nach Fig. 2 gleichzeitig mit einer Topfschleifscheibe gemäß Fig. 1 herzustellen ist.

Bei der Umfangsschleifscheibe nach Fig. 2 wird der Grundkörper 2 an seinem Außenumfang mit ei­ ner ringförmigen Vertiefung 4 versehen, in die ein Kleber eingestrichen wird für einen besse­ ren Halt des danach aufgebrachten Belages 8. Dieser Belag 8 wird in voller Höhe der Vertie­ fung 4 eingegeben. Durch das Pressen unter ho­ hem Druck vermindert sich seine Stärke bzw. Höhe auf das in Fig. 2 wiedergegebene Ausmaß. Nach der Herstellung der Schleifscheibe erfolgt eine Freilegung des Schleifbelages 8 durch ein Abdrehen der überberstehenden Abschnitte des Grundkörpers 2, die in Fig. 2 doppelt schraf­ fiert wiedergegeben sind.

Die Fig. 3 zeigt einen auf ähnliche Weise her­ gestellten Schleifstift, welcher um die Achse A-A rotiert. Alle diese drei vorgenannten Aus­ führungsbeispiele lassen sich gleichzeitig her­ stellen nach dem vorbeschriebenen Verfahren, ohne daß es dafür gesonderter Preßformen und beispielsweise hydraulischer Pressen bedarf. Zum Einsatz wird lediglich ein handelsüblicher Autoklav benötigt, in dessen Inneren den jewei­ ligen Bedürfnissen entsprechend sowohl ein ho­ her Druck wie auch eine hohe Temperatur zu er­ zeugen sind. Mit anderen Worten, lassen sich verschiedenartige Schleifwerkzeuge von unterschiedlichen Größen und verschiedenen Be­ lagstärken oder Belaglängen gleichzeitig her­ stellen, ohne daß es dafür der Anfertigung und Verwendung besonderer Preßformen bedarf.

Claims (10)

1. Verfahren zum Herstellen von Schleifwerkzeu­ gen mit einem Grundkörper, der einen Schleifbe­ lag trägt, welcher aus Hartstoffkörnern wie Diamantkörnungen oder Körnungen aus kubisch­ kristallinem Bornitrid besteht, die in einer Bindung gleichmäßig verteilt angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (1) nach dem Auftrag des Schleifbelages (8) auf dem Grundkörper (2) in einer Folie (10) vakuumver­ packt in einem Autoklaven isostatisch heißge­ preßt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schleifbelag (8) vor der Va­ kuumverpackung in einem Ofen entgast wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schleifbelag (8) in einer er­ sten Vakuumverpackung (10) isostatisch kalt vorverdichtet, danach in einem Ofen entgast und anschließend wieder vakuumverpackt isostatisch heißgepreßt wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vor­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifbelag (8) in vorgeformte Vertiefun­ gen (4) des Grundkörpers (2) eingebracht wird und nach dem isostatischen Heißpressen durch teilweises Abdrehen des Grundkörpers (2) und Nachschleifen des Belages freigelegt wird.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der vor­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifbelag (8) vor seiner Weiterverarbei­ tung in einen zähflüssigen, teigartigen Zustand versetzt wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der vor­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifbelag (8) mit einem Kleber (6) auf dem Grundkörper (2) aufgetragen wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der vor­ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Heißpressen des Belages (8) im Autoklaven unter einem Druck von 1500-4000 Newton/cm² erfolgt.

8. Schleifwerkzeug mit einem Grundkörper, der einen Schleifbelag trägt, welcher aus Hart­ stoffkörnern - wie Diamantkörnungen oder Kör­ nungen aus kubisch-kristallinem Bornitrid - be­ steht, die in einer Bindung gleichmäßig ver­ teilt angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifbelag (8) im Vakuum isostatisch heißgepreßt ist.

9. Schleifwerkzeug nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Schleifbelag in einer vorgeformten Vertiefung (4) des Grundkörpers (2) angeordnet ist.

10. Schleifwerkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Werkzeug (1) herge­ stellt ist nach dem Verfahren gemäß einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche.