DE648232C

DE648232C - Verfahren zur Herstellung von Schleifscheiben

Info

Publication number: DE648232C
Application number: DEN36903D
Authority: DE
Original assignee: DEUTSCHE NORTON GmbH
Current assignee: DEUTSCHE NORTON GmbH
Priority date: 1933-07-03
Filing date: 1934-07-04
Publication date: 1937-07-27

Description

Die Erfindung löst die Aufgabe, Schleifscheiben aus zwei konzentrischen Zonen, in denen das Schleifmittel auf irgendeine Weise gebunden ist, so herzustellen, daß sie ohne Bruchgefahr mit hoher Geschwindigkeit umlaufen und unter hohen Temperaturen verwendet werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird dafür gesorgt, daß die beiden Zonen im wesentlichen to gleiche Elastizitätsmodule, Wärmeausdehnungskoeffizienten und Schwindungen haben und der Werkstoff der inneren Zone eine größere Zugfestigkeit aufweist.

Die nahe Übereinstimmung der Elastizitätsmodule, Wärmeausdehnungskoeffizienten und Schwindungen wird erreicht durch Benutzung gleichartiger Bindemittel in beiden Zonen.

Die größere Zugfestigkeit in der inneren Zone ergibt sich durch Anwendung feineren Schleifkornes, einer größeren Menge Bindemittel oder eines leichter verglasenden Bindemittels oder durch gemeinsame Anwendung dieser drei Maßnahihen, von denen die zwei ersten zu einem dichten Gefüge und damit zu einer größeren Festigkeit in der inneren Zone führen, während die dritte durch stärkeres Verglasen ein festeres Binden des Korns mit sich bringt.

Natürlich muß die Beschaffenheit der äußeren Zone, die die Schleifarbeit zu leisten hat, in bezug auf Art und Größe des Kornes, Art und Menge des Bindemittels und in bezug auf andere veränderliche Umstände der jeweiligen schleiftechnischen Aufgabe entsprechen, so daß die Beschaffenheit der inneren Zone nach derjenigen der äußeren Zone abgestimmt werden muß.

Bei der Herstellung von keramisch durch ein verglasendes Bindemittel gebundenen Scheiben kann die Verwendung desselben Bindemittels und derselben Schleifkornart erwünscht sein, um die Bildung eines einheitlichen Körpers zu begünstigen. - Je nach den besonderen Erfordernissen oder Wünsehen können aber in den beiden Zonen auch völlig verschiedene Werkstoffe verwendet werden, sofern nur im übrigen die zum ver-

folgten Ziele führenden Bedingungen eingehalten werden.

Die Festigkeit des Scheibengefüges hängt bekanntlich von der Korngröße sowie von der}; Menge und Art des verwendeten Bindemittels und Kornes ab. Bei Abnahme der Korngröße wächst die Festigkeit innerhalb gewisser Grenzen, wenn das Gefüge der Scheibe dasselbe bleibt. Hat jedoch die Korngröße bis

ίο zu einem bestimmten Punkt abgenommen, so erhält man das Höchstmaß an Festigkeit je Raumeinheit. Dieser Höchstfestigkeit eines keramisch gebundenen Gegenstandes nähert man sich, wenn die Körnung einem Sieb mit 1600 Maschen auf den cm² oder einem etwas feineren Sieb entspricht. Somit kann die innere Zone dadurch verstärkt werden, daß man in ihr eine feinere Körnung als in der äußeren Zone, vorzugsweise die oben angege-

zo bene Körnung, verwendet. Grobe Körner können den feinen Körnern beigemengt werden, aber ein erheblicher Teil der Körner muß fein sein. Es ist auch möglich, die Festigkeit der inneren Zone durch Verwendung von mehr Bindemittel oder eines Bindemittels von größerer innerer Festigkeit zu vergrößern, sofern es sich mit dem Werkstoff der äußeren Zone zu einem einzigen Körper verbindet. Das Scheibengefüge kann daher verstärkt werden durch:

1. Benutzung einer feineren Körnung in der inneren Zone als in der Schleifzone, vorzugsweise unter Aufrechterhaltung desselben räumlichen Gehaltes an Schleifmittel in den beiden Zonen.

2. Verwendung derselben Körnung und desselben räumlichen Gehaltes an Bindemittel in den beiden Zonen, aber bei einer größeren Menge oder einem größeren räumlichen Gehalt an Korn in der inneren Zone als in der Schleifzone. Selbstverständlich erfordert dabei die Verdichtung auf denselben Endraum einen etwas höheren Druck.

3. Verwendung eines größeren räumlichen Gehalts an Bindemittel in der inneren als in der äußeren Zone.

4. Verwendung eines Bindemittels von höherer innerer Festigkeit in der inneren als in der äußeren Zone.

5. Vereinigung der eben angebenen Maßnahmen.

Vorzugsweise gibt man der inneren Ringzone eine radiale Dicke, die ein Drittel der radialen Dicke des Scheibenkörpers beträgt, so daß die innere Zone den größten Teil der beim Schleifen auftretenden auseinanderreißenden Kräfte aufnimmt. Diese innere Zone kann je nach den besonderen Eigenschaften der jeweiligen Schleifscheibe im Verhältnis zu der äußeren Zone größer oder kleiner gemacht werden, doch soll sie gewöhnlich nicht mehr als die Hälfte der radialen Dicke der Scheibe ausmachen. ,

'!"'■ Die Körper der beiden Zonen sollen bei ejner idealen Scheibe annähernd gleiche Werte für jede der folgenden Eigenschaften haben, wie weiter unten dargelegt:

1. Schwindung durch Trocknen und Verfestigen des Bindemittels bei der Herstellung der Scheibe.

2. Wärmedehnungskoeffizient des Körpers bei der Herstellung und im Gebrauch.

3. Elastizitätsmodul bei der Herstellung und im Gebrauch der Scheibe.

Wenn die Eigenschaften 1 und 2 nicht nahe genug übereinstimmen, so unterliegt die eine Zone einer Beanspruchung, die im Sinne der Bildung eines Risses zwischen den beiden Zonen wirkt. Zu der dritten Eigenschaft ist zu bemerken, daß eine an der Verbindungsstelle auftretende Formänderung durch Fliehkraftwirkung oder verschieden starke Erwärmung eine Formänderung beider Zonen an der Verbindungsstelle mit sich bringt. Ist der Elastizitätsmodul der inneren Zone viel größer als der der äußeren Zone, so gibt die Masse der äußeren ^Zone, da sie weniger starr ist, mehr nach, als ihrem Anteil an der Gesamtformänderung entspricht, und neigt dazu, ihre Bruchgrenze zu früh zu erreichen, was dazu führen würde, daß die Scheibe vorzeitig zu Bruch gehen würde.

Es ist wünschenswert, daß die dem Trocknen und Brennen entsprechenden Schwindungen der beiden Teile gleich oder so abgestimmt sind, daß die Teile sowohl während der Herstellung als während der Benutzung der Scheibe im richtigen Verhältnis zueinander bleiben. Eine ideale zusammengesetzte Schleifscheibe ist eine solche, bei der die »oo durch Trocknen und Brennen bedingten Schwindungen der äußeren und inneren Zone dieselben sind. Ein gewisser Unterschied im Schwindmaß ist zulässig, wenn die Festigkeit der beiden Massen groß genug ist, um einen Bruch zu verhüten, obwohl ein Spannungszustand entsteht.

Bei der Herstellung verglaster Schleifscheiben, bei denen die verglasbare keramische Masse bis zur Verflüssigung gebrannt no und dann verfestigt wird, müssen sich die beiden Massezonen während des Kühlens des Bindemittels nach seiner Erhärtung im wesentlichen in demselben Maße zusammenziehen. Dieselben Erwägungen treffen selbstverständlich auf jede Erwärmung der Scheibe während ihrer Lagerung oder beim Gebrauch zu. Zwar sind die idealen Bedingungen nicht immer praktisch erfüllbar; indessen genügt es, wenn die Ausdehnungskoeffizienten der iao

beiden Zonen innerhalb der Elastizitätsgrenzen der Massen so nahe beieinanderliegen, daß die Scheiben während der Herstellung oder Benutzung nicht brechen und in keiner der Zonen Spannungen entstehen, die jemals zum Bruch der Scheibe führen können.

Die ideale Verbundschleifscheibe ist eine solche, bei der die Gefüge der beiden Zonen so beschaffen sind» daß ihre Elastizitäten

ίο module im wesentlichen gleich sind oder so nahe beisammenliegen, wie es die anderen Umstände gestatten. Es zeigt sich jedoch, daß der Elastizitätsmodul jeder Zone der verglasten Scheibe bis zu 2,6mal so groß wie der der anderen Zone sein kann; aber es ist vorzuziehen, daß der Elastizitätsmodul in der äußeren Zone größer ist, wenn Gleichheit nicht erreicht werden kann.

Die Elastizitätsgrenze der inneren Zone soll größer als die der äußeren Zone sein, um der Bruchbeanspruchung durch Erhitzung zu widerstehen. Mit anderen Worten, wenn die -

. beiden Zonen gleiche Elastizitätsmodule haben, hat die innere Zone die größere Festigkeit und- die höhere Elastizitätsgrenze.

Keramische Massen jeder gewünschten Zusammensetzung oder von Normalzusammensetzung können verwendet werden, um ein verglastes Bindemittel zu bilden, und als Schleifmittel können Siliciumcarbid, kristalline Tonerde oder jedes andere geeignete Schleifmittel Verwendung finden. Ein solches keramisches Gemisch mit den Schleifkörnern _j von verlangter Größe und in Mengen, die so vorausberechnet sind, daß man in der äußeren Schleifzone ein gewünschtes Gefüge (räumliches Verhältnis von Bindemittel, Korn und Poren) erhält, wird innig mit einer kleinen Menge eines bildsam machenden Mittels, z. B. Wasser, vermengt, und diese leicht angefeuchtete Masse ist sodann zum Formen in der Presse bereit. In ähnlicher Weise berechnet man das Gefüge der inneren Zone voraus und bemißt die Körnermasse und das Bindemittel dafür in Übereinstimmung mit diesen Berechnungen. In dieser inneren Zone kann man entweder dasselbe Schleifmittel wie in der äußeren Zone oder einen anderen geeigneten körnigen Stoff verwenden.

Als Beispiel sei angenommen, daß ein besonderer Schleif Vorgang eine Schleifscheibe von 60 cm Durchmesser, 5 cm Dicke und 5 cm Bohrung verlangt. Die Körnung in* der Schleifzone möge einem Sieb mit 64Maschen je cm² entsprechen. Die Scheibe kann als Schleifmittel entweder Siliciumcarbid oder kristalline Tonerde enthalten und durch geeignete Stoffe gebunden sein. Im vorliegenden Falle wird ein Tonerdekristallschleifmittel und ein keramisches Bindemittel gewählt.

Ein geeignetes Bindemittel kann die folgende Zusammensetzung haben:

SiO₂ 55,0

Al₂O₃ 11,4

Fe₂O₃ 4.3

MgO 2,8

- CaO 5.9

Na₂O 6,0

K₂O 2,6

TiO₂ 0,7

B₂O₃ 11,3

100,0.

Zur Erzielung eines gewünschten Härtegrades können 75 g des rohen keramischen Bindemittelgemisches auf 455 g kristallines Tonerdeschleifmittel verwendet werden in Verbindung mit genügend Wasser, um die Masse formbar zu machen. Die Mengen von Schleifmittel und Bindemittel werden in ein solches Verhältnis gebracht, daß die sich ergebende Schleifscheibe in der äußeren Zone 54 Raumprozent Schleifmittel hat. Ist dieses Gemisch von Bindemittel und Körnern im keramischen Ofen bei einer geeigneten Brenntemperatur verglast worden, so hat das verglaste Gefüge der äußeren Zone ungefähr folgende Eigenschaften:

Elastizitätsmodul = 0,66 · io^c kg/cm²,
Zugfestigkeit = 134 kg/cm²,
Schwindung (räumlich) = 0,9 °/o,
Ausdehnungskoeffizient = 67 · 10—⁷.

Die mittlere Zone ist vorzugsweise so zusammengesetzt, daß sie dieselben Werte für den Elastizitätsmodul, die Schwindung und den Ausdehnungskoeffizienten, aber eine größere Festigkeit hat, so daß man in der inneren Zone eine höhere Elastizitätsgrenze erhält, wodurch die Scheibe verstärkt wird. Der Elastizitätsmodul der inneren Zone kannso verändert werden, daß er kleiner als der der äußeren Zone ist. Damit aber die beiden Zonen sich ohne Spannung einheitlich verbinden, ist es erwünscht, daß äie denselben Ausdehnungskoeffizienten und dieselbe Schwindung haben. Zu diesem Zweck kann das Schleifmittel für die innere Zone in der einem Sieb mit 144 Maschen je cm² entsprechenden Körnung genommen werden. Das Gefüge kann ein solches mit 52 Raumprozent Schleifmittel sein, und 92 g desselben Bindemittels, 'das in der äußeren Zone ver- ui wendet worden ist, können auf 455 g Schleifmittel genommen werden. Diese Zusammensetzung hat nach dem Brennen eine Zugfestigkeit von 202 &g/cm², im Gegensatz zu 134 kg/cm² in der äußeren Tont., so daß also

die innere Zone viel stärker als die äußere Zone ist. Soll die innere Zone einen Durch-

. messer von 30 cm haben oder radial halbwegs

Zonenmaße

Raummenge des rohen Gemisches ϊ

Gewicht des rohen Gemisches

Nachdem die Scheibengemische in der oben angegebenen Weise geformt sind und die Masse in einem keramischen Ofen ungefähr bei Seger-Kegel 13 verglast ist, erhält man eine einheitliche Schleifscheibe, die weit stärker als eine nur aus der Masse der äußeren Zone nach außen reichen, so ergeben sich für die Mengen der Gemische nach Raum und Gewicht folgende Verhältnisse:

Zone

5 cm; 30 cm
³

j cm³
29,2 kg

Innere Zone

30 cm; 5 cm; 5 cm

3435 cm³

8,4 kg

und eine viel größere Temperaturschwankung

Umver-

hergestellte ist
laufzahl und
trägt.

Als zweites Beispiel möge eine Zweizonenschleifscheibe in folgender Weise hergestellt werden:

Äußere Schleifzone

Tonerdekristallschleifmittel

Verglasbares Bindemittel der in obiger Tabelle gegebenen Zusammenstellung

Gefüge

Elastizitätsmodul

Zugfestigkeit

Schwindung

Ausdehnungskoeffizient

V₂ von Körnung entsprechend 100 Maschen je cm² und V2 von Körnung entsprechend 144 Maschen je cm², g Bindemittel auf 455 g Tonerdekristallschleifmittel,

Raumprozent Schleifmittel in der fertigen Scheibe,

0,62 · ι o" kg/cm²,

186,5 kg/etn²,

1,0%,

67 "io

Innere Schleifzone

Tonerdekristallschleifmittel */₂ von Körnung entsprechend 576 Maschen je cm², ¹^ von Körnung entsprechend 900 Maschen und ^J/₄ von Körnung entsprechend Maschenzahl 1225, 100 g Bindemittel auf 455 g Schleif

Verglasbares Bindemittel wie in der

äußeren Zone mittel,

Elastizitätsmodul 0,61 · io^c kg/cm²,

Zugfestigkeit 268 kg/cm²,

Schwindung 1,0 %>

^Ausdehnungskoeffizient 67 · io~⁷.

Verhältnis in der fertigen Scheibe

Äußere Zone Innere Zone

45 Zonenmaße 75 cm; 7,5 cm; 37,5 cm 37.5 cm; 7,5 cm; 7,5

Raummenge 24 830 cm^a 795° cm³

Gewicht des Gemisches 64,3 kg 24,9 kg

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zur Herstellung von Schleifscheiben aus zwei aus gebundenem Schleifmittel bestehenden konzentrischen Zonen, dadurch gekennzeichnet, daß durch Benutzung gleichartiger Bindemittel in beiden Zonen möglichst nahe übereinstimmende Elastizitätsmodule (innerhalb des Verhältnisses 1:2,6), Wärmeausdehnungskoeffizienten und Schwindungen erzielt werden und durch Anwendung feineren Schleifkornes, einer größeren Menge Bindemittel oder eines leichter verglasen- no den keramischen Bindemittels oder durch gemeinsame Anwendung dieser drei Maßnahmen der Werkstoff der inneren Zone eine größere Zugfestigkeit erhält.

BERLIN. GEDRUCKT IN DER REICHSDRUCKEBEI