DE6802373U - Schleifscheibe. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schleifscheibe zum elektrochemischen Schleifen.

Weil eine verglaste Scheibe aus keramischer Masse besteht, wird sie bei verhältnismäßig hohen Temperaturen gebrannt und ist schwierig leitfähig zu machen. Eine Technik besteht darin, die Scheibe mit einer leitfähigen Substanz zu imprägnieren. Dies macht eine erhöhte Zahl von Folgeschritten wie Trocknen und Brennen erforderlich. Zusätzlich ist die Imprägnierung, welche die Porenwände in der Scheibe bedeckt, meist ungleichförmig, was zu Verschiedenheiten in der Ausführung bei einer Scheibe im Vergleich zur anderen führt. Die Imprägnierung ist auch häufig innerhalb einer einzigen Scheibe ungleichförmig, woraus sich innerhalb der Scheibe verschiedene innere Leitfähigkeiten ergeben.

Beim elektrochemischen Schleifen neigen harzartige Scheiben dazu, ihre Form länger als ihre verglasten Gegenstücke beizubehalten, jedoch sind letztere leichter zu formen. Spezielle

Formen, die die Entfernung einer bedeutenden Materialmenge nach dem Formgießen erforderlich machen, sind viel leichter herzustellen als verglaste Produkte.

In der vorausgehenden Patentanmeldung (US 639 326) wird eine glasverbundene Schleifscheibe vorgeschlagen, bei welcher ein spezieller, niedrigschmelzender, glasartiger Glasverbund metallisches Silber einverleibt enthält. Eine solche Scheibe besitzt ausgezeichnete elektrische Eigenschaften zum elektrochemischen Schleifen. Eine derartige Scheibe hat jedoch den oben erwähnten Nachteil gegenüber harzartigen Scheiben hinsichtlich ihrer Unfähigkeit, eine gegebene Form beizubehalten, oder so lang die Scheiben vom Harztyp geformt zu bleiben.

Erfindungsgemäß wird eine Schleifscheibe zum elektrochemischen Schleifen zugänglich gemacht, die aus der porösen Struktur eines keramischen Verbunds, Schleifkörnern und fein verteiltem
<NichtLesbar>
das die elektrischen Leitwege innerhalb des Gebildes bildet, wobei mindestens 20 Vol-% des Schleifanteils der Scheibe ein ausgehärtetes festes Polymerisat sind, das die Poren darin füllt.

Die erfindungsgemäße Scheibe behält den Vorteil, sich wie die glasverbundene Scheibe des Standes der Technik leicht formen zu lassen, während sie ausgezeichnete elektrische Eigenschaften behält und zusätzlich in einer Weise eine Form beibehält, die den harzverbundenen Scheiben vergleichbar ist.

Um einen leitfähigen Schleifkörper gemäß der Erfindung herzustellen, wird fein verteiltes leitfähiges Pulver mit einem keramischen Verbundmaterial gemischt. Die Schleifteilchen werden dann zunächst benetzt und mit einem Gemenge des Verbundmaterials und leitfähigen Pulvers vereinigt, um ein Gesamtgemisch zu bilden. Das Gesamtgemisch wird dann zu einer geeigneten Form die einer Schleifscheibe gegossen. Nach dem Gießen wird die Schleifeinheit bei einer unter dem Schmelzpunkt des leitfähigen Pulvers liegenden Temperatur gebrannt.

Wenn sie in ein Schleifsystem eingesetzt ist, wird eine leitfähige Schleifscheibe gemäß der Erfindung durch einen Motor angetrieben und zusammen mit einer Quelle für elektrische Energie verwendet, was einen Teilkreis zwischen der Schleifscheibe und dem zu bearbeitenden Material schafft. Der Kreis wird geschlossen, indem zwischen die Front der Schleifscheibe und des Materials ein Elektrolyt gebracht wird.

Die gebrannte Scheibe wird nach dem Kühlen mit einem aushärtbaren Harz imprägniert, so dass mindestens 80% der verfügbaren (offenen) Poren in der Scheibe gefüllt sind. Das Harz wird dann zum ausgehärteten Zustand gehärtet. Der Begriff "ausgehärtet" bezieht sich hier auf vernetzte feste Polymerisate, die, wenn sie genügend hoch erhitzt werden, sich eher zersetzen als schmelzen. Solche aushärtbaren Harze können bei Raumtemperatur gehärtet werden, und die Verwendung des Begriffes "aushärtbar" bedeutet nicht unbedingt, dass die Anwendung einer erhöhten Temperatur beim Härtungsvorgang notwendigerweise erfolgt.

Unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung wird daselbst ein Verfahren zum Imprägnieren der Scheibe mit Harz wiedergegeben. Eine Scheibe 10 wird auf eine Platte 11 gelegt, die in einem Behälter 12 ruht. Der Zwischenraum zwischen dem Behälter und der Scheibe wird durch die Mittel 13 abgeschlossen, und das Loch, das normalerweise in einer Schleifscheibe gebildet wird, wird durch den Pflog 14 verschlossen. Eine Verbindung 15 erlaubt, an den Behälter 12 ein Vakuum anzulegen. Wenn das flüssige Harz auf die Scheibe 10 gegossen worden ist, wird das Vakuum angelegt, um das Harz in alle zur Verfügung stehenden Poren zu ziehen. Nach dem Härten des Harzes zum festen ausgehärteten Zustand ist die Scheibe gebrauchsfertig.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das feine, leitfähige Pulver, das in dem Verbund für die Scheibe verwendet wird, aus Silber, aus Einzelteilchen einer durchschnittliche

Größe von etwa 1/2 bis 1 Mikron und liegt bis zu annähernd 8 Vol.-% des Gesamtgemisches für eine Schleifmittelgröße von annähernd 80 grit vor. Die Grit-Größe bezieht sich auf die Auswahl der Korngröße, wie sie in
<NichtLesbar>

Practice Recommendation 118 - 50 des Chited Status Department of Commerce erläutert wird.

Im allgemeinen hängt die richtige Silbermenge von der Grit-Größe ab; wenn die Grit-Größe abnimmt, wächst der Silbergehalt an, da es eine größere Gesamtfläche an durch das Pulver zu bedeckendem Schleifmittel gibt. Mit verhältnismäßig feinen Schleifmitteln von 120 grit, die ein
<NichtLesbar>

Vol.-% Silber als zufriedenstellend erwiesen,
<NichtLesbar>
bei 4,8 Vol.-% Silber eine im wesentlichen nicht-leitfähige Scheibe gefertigt, die zum elektrochemischen Schleifen ungeeignet ist, während 6% eine starre leitfähige Scheibe ergeben, die sich zum elektrochemischen Schleifen eignet. Mit einem 46-grit-Schleifmittel sind nur 4% Silber erforderlich, während mit nur 2% Silber diese
<NichtLesbar>
ist. Die Volumenprozente beziehen sich auf das Gesamtvolumen aus Schleifmitteln, Verbund
<NichtLesbar>

Silber ist das bevorzugt zu verwendende Metall, da es nicht einer störenden Oxidation beim Brennen der Scheiben unterworfen ist. Andere Metalle wie Platin sind brauchbar, jedoch teuer. Kupfer ist
<NichtLesbar>

Der restliche Bestandteil des Gesamtgemisches ist das anorganische Verbundmaterial. Im Falle von glasartigen Verbunden besteht das Verbundmaterial aus glasähnlicher Masse, die bei einer unter dem Schmelzpunkt des leitfähigen Metallpulvers liegenden Temperatur verschmilzt. Verwendbare Verbunde sind solche, die bei 600 - 800°C reifen. Eine solche Masse besteht hauptsächlich aus Ton und Glas.

Neben Glasfritte und Ton kann das Verbundmaterial Substanzen wie Natriumbicarbonat, d.h. Sodaasche, und Borsäure enthalten. Bei einem Versuchsmodell der Erfindung bestand das Verbundmaterial aus 50 Gew.-% Glasfritte, 35 Gew.-% plastischem Ton, gewöhnlich als "Imperial" ball clay bezeichnet; 7 Gew.-% Sodaasche und 8 Gew.-% Borsäure.

Das Herstellungsverfahren für die leitfähigen Schleifscheiben gemäß der Erfindung sei wie folgt zusammengefasst.

Anfangs wird fein verteiltes leitfähiges Pulver mit einer anorganischen glasartigen Verbundmasse vermengt, die einen niedrigeren Schmelzpunkt als das leitfähige Pulver hat. Dann werden benetzte Schleifmittelteilchen mit dem Gemenge aus dem leitfähigen Pulver und Verbundmaterial vereinigt, um ein Gesamt"gemisch" zu bilden. Das Gesamtgemisch wird in eine Form gegossen und verpresst, danach findet das Brennen bei einer unterhalb des Schmelzpunktes des leitfähigen Pulvers liegenden Temperatur statt.

Das leitfähige Metallpulver ist im Handel bis herunter zu einer durchschnittlichen Teilchengröße von annähernd 1/2 bis 1 Mikron erhältlich.

Beim nächsten Verfahrensschritt wird das leitfähige Pulver grob mit einem anorganischen Verbundmaterial gemischt, das die vorher beschriebenen Eigenschaften besitzt. Das leitfähige Pulver und Verbundmaterial wird dann innigst vermengt. Bei einem Versuchsmodell der Erfindung wurde Silberpulver innig mit einem Verbundmaterial vermengt, zunächst Kugelton (im Orig. ball clay) und Bleiglas, indem diese zweimal durch ein Sieb von 100 mesh Maschenweite geschickt wurde.

Beim vierten Verfahrensschritt wird das Schleifmittel mit Wasser gemischt, bis es gleichförmig naß ist. Bei einem Versuchsmodell der Erfindung wurde das Schleifmittel in Form verschmolzener Tonerde in einen Mischer gegeben, zu welchem Wasser gefügt wurde, bis die Tonerde gleichmäßig naß war.

Mit fortlaufendem Mischen wird das Verbund-Leitfähigkeitspulver-Gemisch langsam zu dem benetzten Schleifmittel gegeben und gemischt, bis das Schleifmittel gleichmäßig überzogen erscheint.

Für ein Versuchsmodell der Erfindung erreichte das Gemisch bis 48 Vol.-% Schleifmittel, 10 Vol-% Verbundmaterial, 8 Vol.-% Silber und Rest Wasser. Bei einem Test betrugen die eigentlichen Mängel 600 g Schleifmittel, 113 g Verbundmaterial mit einer Basis Bleioxid, 268,2 g feines Silberpulver und 19,5 cm hoch3 Wasser.

Wenn das Gesamtgemisch hergestellt worden ist, wird es in eine Form gegossen. Für ein Versuchsmodell bestand die Gussform aus
<NichtLesbar>

Nachdem der Guß fertiggestellt ist, wird die Scheibe getrocknet und unter Luft gebrannt, um das Verbundmaterial richtig zu verschmelzen. Bei einem Versuchsmodell der Erfindung wurde die gegossene Scheibe von
<NichtLesbar>
auf eine Brenntemperatur von 800°C bei einer Geschwindigkeit von 100°C je Stunde erhitzt, und, nachdem die Brenntemperatur von 800°C erreicht worden war, diese während zwei Stunden aufrecht erhalten. Es muß bemerkt werden, dass die Brenntemperatur von 800°C unter dem Schmelzpunkt des leitfähigen Silberpulvers liegt und gleichzeitig weit unter der typischen Brenntemperatur von 1200°C für glasverbundene Scheiben. Die letztere Temperatur, die oberhalb des Schmelzpunktes von Silber liegt, würde zur Bildung einer großen Zahl von Tröpfchen aus metallischem Silber führen, die das Netzwerk der Leitungswege aufbrechen würden, wodurch die Eignung der Scheibe für elektrochemisches Schleifen wesentlich herabgesetzt würde.

Ein Verbund der folgenden Zusammensetzung wurde hergestellt: Material Glasfritte 50 Gew.-% Imperial ball clay 35 Gew.-% Sodaasche 7 Gew.-% Borsäure 8 Gew.-%

Das Glasfrittenmaterial hatte die folgende Zusammensetzung:

Oxid PbO 59,2 Gew.-% SiO tief2 20,0 Gew.-% B tief2 O tief3 14,4 Gew.-% Na tief2 O 6,4 Gew.-%

Ein Gemisch aus Silberpulver, 100-grit-Aluminiumoxid, 120-grit-Natriumcarbid und dem obigen Verbund wurde zu folgenden Anteilen zusammengestellt:
<NichtLesbar>

44,4 Gew.-% Siliziumchlorid 9,1 Gew.-%
<NichtLesbar>

14,5 Gew.-% Silberpulver 32,0 Gew.-%

Das Gemisch wurde in die Form von Scheiben mit einem Durchmesser von
<NichtLesbar>
einer Dicke von 1,27 cm und einem Loch in der Mitte von 3,18 cm gegossen. Die gegossenen Scheiben wurden auf 800°C bei einer Geschwindigkeit von 100°C je Stunde erhitzt und auf 800°C zwei Stunden gehalten, um den Verbund reifen zu lassen. Nach dem Abkühlen wurden die Scheiben mit einem Epoxy-Harz imprägniert, um 85% der verfügbaren Poren auszufüllen. Das flüssige Harzsystem wurde in die Scheibe mit einem Vakuum gezogen, was mittels eines in der Zeichnung wiedergegebenen Gerätes erfolgte. Die Flüssigkeit wird auf die Scheibe gegossen und ein Vakuum angelegt. Wenn die Flüssigkeit die Poren gefüllt zu haben scheint, wird das Vakuum aufgehoben und die Scheibe zum Härten entfernt. Das Epoxy-Harz dieses Beispiels war Bakelite-Harz 3794 (von Union Carbide erhältlich) mit Bakelite-Härtungsmittel 0803, mit einem Gewichtsverhältnis von Harz zu Härtungsmittel von 100 zu 37,5. Bei diesem und bei anderen Beispielen wurden verschiedene handelsübliche Materialien als Vertreter der allgemeinen Klasse von Harzen ausgewählt. In einigen Fällen sind alle Einzelheiten ihrer genauen Zusammensetzung nicht zugänglich, jedoch wird nicht angenommen, dass das verwendete Harz jeweils entscheidend ist. Das Härten wurde durchgeführt, indem die Scheiben bei 50°C 24 Stunden lang gehalten wurden. Das Härten kann bei Raumtemperatur während mehrerer Tage ausgeführt werden.

Die nach dem vorhergehenden Beispiel hergestellte Scheibe wurde mit einer gleichartigen, jedoch nicht imprägnierten Scheibe beim elektrolytischen Schleifen von rostfreiem Stahl verglichen.

Die Prüfbedingungen waren folgende:

Vorschubgeschwindigkeit 3,81 cm je Minute Einschneidtiefe 0,01016 cm/Gang Gesamtgang 38,1 cm Material rostfreier Stahl 410 Elektrolyt Natriumchlorid in Wasser, 0,4536 kg je 4,546 Liter

Das Versuchsergebnis war:

Scheibe nicht behandelt 0,0017 cm Scheibenverschleiß 0,127 cm entferntes Material 7.5 Schleifverhältnis 275 Ampere 10 Volt

Scheibe harz-behandelt 0,00406 cm Scheibenverschleiß 0,132 cm entferntes Material 32,5 Schleifverhältnis 300 Ampere 11 Volt

Die an der Scheibenspindel gemessene Leistung war in jedem Fall 200 Watt.

Die Ergebnisse dieses Versuchs zeigen bei identischen Arbeitsbedingungen, dass die elektrischen Eigenschaften der Scheibe die gleichen bleiben, während die Lebensdauer der Scheibe wesentlich verbessert wird. Trotz der zugenommenen Dauerhaftigkeit der Scheibe - wie dies durch die Scheibenverschleißwerte wird von der
<NichtLesbar>

Chemicals Inc. verkauft. Nach der Imprägnierung wird die Scheibe 30 Minuten bei 120°C erhitzt, um die
<NichtLesbar>
durchzuführen.

<NichtLesbar>

E.I. duPont verkauft wird.

<NichtLesbar>
wird noch von der duPont verkauft und ist ein Aktivator (4,4'-metaglen-bis-(2-chloranilin). Die imprägnierte Scheibe wird durch Erhitzen auf 100°C während 3 Stunden gehärtet.

Melamin-Aldehyd-Harz: Cymel 301, 100%, ein Einflüssigkeitssystem von säurekatalysiertem Methoxy-methyl-melamin, das durch die American Cyanamide geliefert wird, wird der Scheibe zuimprägniert und 8 Stunden auf 125°C erhitzt.

Die in dieser Erfindung verwendbaren keramisch verbundenen Scheiben enthalten vor dem Imprägnieren Schleifmittelkörner, die durch gewöhnlich als "Bindestellen (im Origi. bonding posts)" bezeichnete Lagen des keramischen Glasverbunds am Platz gehalten werden. Das Hauptvolumen der Gesamtscheibenbestandteile wird normalerweise von dem Schleifmittel eingenommen; eine typische Scheibe enthält 40% oder mehr Schleifmittel, 10% oder mehr Verbund, und der Rest besteht in der Porosität, wovon die meiste offen liegt und zur Imprägnierung zur Verfügung steht. Für erfindungsgemäß brauchbare Produkte sollte die nichtimprägnierte Scheibe eine Porosität von mindestens 25% haben, und die Poren müssen bei dem Imprägnierungsverfahren zum mindesten 80% vom Scheibenanteil gefüllt werden, der zum Schleifen eingesetzt wird, d.h. vom ringförmigen Außenteil der Scheibe. Obwohl das Produkt im wesentlichen porenfrei ist, da die Poren mit Harz gefüllt sind, wird das Produkt als ein Produkt mit gefüllten Poren beschrieben. Das fertige Produkt ist im wesentlichen ein System von zwei Elementen, das erste Element besteht aus Schleifmittelkörnern, die durch die glasartigen Verbundstellen zusammengehalten werden, welches eine innere zusammenhängende leitfähige Phase enthält, und das zweite Element besteht aus einer zusammenhängenden Phase (i. Orig. intercommunicating) aus festem Harz.

Claims (2)

1. Schleifscheibe zum elektrochemischen Schleifen, bestehend aus einer porösen Struktur eines
<NichtLesbar>

Verbunds, Schleifmittelkörnern und fein verteiltes Metall, das innerhalb der Struktur elektrische
<NichtLesbar>
dadurch gekennzeichnet, dass mindestens 20% des Volumens des Schleifteils der Scheibe ein ausgehärtetes festes Polymerisat ist, das die Poren darin füllt.

2. Scheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens 75% der verügbaren offenen Poren mit Harz gefüllt sind.