DE69308940T2 - Schrumpfvermindernde verbindung für gebundene schleifmittel - Google Patents
Schrumpfvermindernde verbindung für gebundene schleifmittelInfo
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Description
- Diese Erfindung betrifft glasartige gebundene Schleifsaheiben und das Verfahren zur Herstellung solcher Scheiben und anderer glasartiger gebundener Schleifmittel. Die Erfindung betrifft auch ein verbessertes Verfahren zur Herstellung glasartiger gebundener Schleifmittel, insbesondere Schleifscheiben, bei denen ein schrumpfverminderndes Agens eingesetzt wird, um die Schrumpfung des Schleifmittels während eines Brennvorganges im, Verfahren zur Herstellung des Produktes zu vermindern oder zu verhindern. Probleme, die mit der Schrumpfung während des Brennens von glasartigen gebundenen Schleifmitteln bei Verfahren nach dem Stand der Technik in Zusammenhang stehen, werden durch die Erfindung minimiert oder eliminiert.
- Glasartige gebundene abrasive Schleifscheiben sind in der Technik über eine lange Zeit mit Verfahren hergestellt worden, die im wesentlichen die Schritte einsetzen, daß Schleifkörner, Vorläufersubstanzen für glasförmige. oder keramische Bindung (z.B. Fritte oder Oxide und Silikate) und ein temporäres Bindemittel miteinander vermischt werden, die Mischung in eine Form gegeben wird und die Mischung in der Form zu ungefähr der gewünschten Größe und Gestalt verdichtet wird, die flüchtigen Bestandteile aus der verdichteten Scheibe herausgezogen werden, üblicherweise durch Erhitzen der verdichteten Scheibe bei einer relativ niedrigen Temperatur (z.B. 200º bis 300ºC), die Scheibe aus der Form entnommen und anschließend die Scheibe bei einer relativ hohen Temperatur (z.B. 500º bis 1.200ºC) in einem Ofen gebrannt wird, um die glasartige Bindung zu bilden und die Schleifkörner zusammenzubinden. Das Entfernen der flüchtigen Bestandteile aus der verdichteten Scheibe vor dem Brennschritt wird, in Verfahren nach dem Stand der Technik, im allgemeinen durchgeführt, weil solche flüchtigen Bestandteile, die zusammen mit Inhaltsstoffen, wie etwa temporärem Bindemittel, eingeführt werden, Aufblähen (nicht-gleichförmige Ausdehnung), Bruch und Verziehen der gebrannten Scheibe bewirken können, wenn man sie in der verdichteten Scheibe verbleiben läßt, wenn die Scheibe dem Brennschritt bei hoher Temperatur unterzogen wird. Die flüchtigen Substanzen können Wasser und/oder organische Materialien sein. Das Erhitzen der verdichteten Scheibe bei einer relativ niedrigen Temperatur hat den weiteren Zweck zu bewirken, daß das temporäre Bindemittel die verschiedenen Komponenten der Scheibe in einer temporären und fragilen Weise zusammenbindet, um die Entfernung der verdichteten Scheibe aus der Form zu ermöglichen. Diese temporär gebundene verdichtete Scheibe wird oft als eine Grünscheibe bezeichnet. Während des Brennschrittes, der im allgemeinen bei Temperaturen weit oberhalb der Zersetzungstemperatur des temporären Bindemittels stattfindet, wird das temporäre Bindemittel aus der Scheibe entfernt und alle restlichen flüchtigen Materialien werden ausgetrieben.
- Das Brennen der verdichteten, temporär gebundenen (d.h. grünen) Scheibe wird üblicherweise bei einer Temperatur im Bereich von 500º bis 1.200ºC durchgeführt. Während dieses Erhitzens bei hoher Temperatur treten verschiedene physikalische und/oder chemische Umwandlungen ein, die zur Bildung einer glasartigen oder keramischen Matrix führen, die die Schleifkörner zusammenbindet. Es passiert während des Brennschrittes&sub1; daß Poren in der Scheibe gebildet werden und Volumenveränderungen eintreten. Die Veränderung im Volumen manifestiert sich oft in einer Schrumpfung der Scheibe. Teilchenförmige Materialien zur Ausbildung der glasartigen Bindungsmatrix verändern sich chemisch durch Reaktion und/oder physikalisch durch Schmelzen und/oder Zusammenschmelzen. Diese chemischen und/oder physikalischen Veränderungen erzeugen eine Verringerung im Volumen, das durch das teilchenförmige Material eingenommen wird, zur Ausbildung der glasartigen Bindung. Zusätzliches teilchenformiges Material, verschieden vom Schleifkorn, kann in die glasartige Bindungsmatrix eingearbeitet werden und kann so wirken, daß es eine weitere Verringerung im Volumen bewirkt. Das Ausmaß der Schrumpfung ist großenteils abhängig von der Größe dieser Veränderungen und daher von der Menge sowie den chemischen und/oder physikalischen Eigenschaften der glasartigen bindungsbildenden Matrixmaterialien und anderen teilchenf örmigen Materialien, die zur Herstellung der Scheibe verwendet werden, und vom Porositätsgrad, der in der Scheibe erreicht wird. Schrumpfungen von 0,5 bis 10 Vol.-% sind bekannt, insbesondere bei relativ porösen Scheiben (z.B. 20 Vol.-% Porosität oder mehr). Um diese Schrumpfungssache zu veranschaulichen und zu erklären, kann man das teilchenförmige Material zür Ausbildung der glasartigen Bindungsmatrix der Scheibe als Glasperlen visualisieren. Das Hineingeben dieser Perlen in einen Behälter, um ihn gleichmäßig mit der effizientesten Pakkung der Perlen zu füllen, läßt von den Perlen nicht besetzte Räume übrig. Das Schmelzen der Perlen, um flüssiges Glas zu bilden, führt zu einem Glasvolumen, das geringer ist als das von den Perlen besetzte Volumen. Diese Veränderung (d.h. Verringerung) im Volumen ist dann die Schrumpfung, die aus dem Schmelzen der Glasperlen resultiert.
- Scheiben unter Normalgröße, außerhalb der Toleranz liegende mittige Befestigungslöcher für die relativ porösen Scheiben, Trennung zusammenpassender Segmente (z.B. Kerne von Rändern) und selbst Brechen oder Verziehen der glasartigen gebundenen Schleifscheiben sind einige der beobachteten Folgen der Scheibenschrumpfung während des Brennens gewesen. Einige dieser Probleme (z.B. Scheiben unter Normalgröße) sind in der Technik überwunden worden, indem die Grünscheibe in einer Größe hergestellt worden ist, die ausreichend größer ist als die gebrannte Scheibe, um die Schrumpfung zu kompensieren, oder indem die gebrannte Scheibe größer hergestellt worden ist als die ge wünschte Endgröße und anschließend die Scheibe auf die richtige Größe maschinell weiterbearbeitet worden ist. Weil es sich in der Technik als schwierig erwiesen hat, die Schrumpfung bei relativ porösen Scheiben zu kontrollieren (d.h. konsistente, reproduzierbare Ergebnisse zu erhalten), hat sich die Herstellung der Grünscheibe in einer Größe, die ausreichend ist, um die Schrumpfung zu kompensieren, nicht als eine. insgesamt verläßliche Antwort erwiesen. Eine akzeptablere Antwort auf die Schrumpfung ist die Herstellung einer glasartigen gebundenen Schleifscheibe in einer Größe gewesen, die größer als erforderlich ist, und die anschließende maschinelle Bearbeitung der Scheibe auf die richtige Größe. Jedoch auch hier bleiben Probleme. Die Korrektur der außerhalb der Toleranz liegenden Befestigungslöchern hat sich, selbst bei maschineller Bearbeitung, als ein schwieriges Problem erwiesen. Die maschinelle Bearbeitung glasartiger gebundener Schleifscheiben auf Größe fügt für ihre Herstellung Schritte und Kosten hinzu. Einige glasartige gebundene Schleifscheiben, insbesondere diejenigen, die mit teuren Schleifkörnern hergestellt werden, wie etwa Diamant oder kubisches Bornitrid, werden mit einem glasartigen gebundenen Schleifrand hergestellt, der einen glasartigen gebundenen Kern umschließt, enthaltend preiswertes Schleifkorn oder gar kein Schleifkorn. Bei den bekannten Verfahren zur Herstellung dieser Scheiben ist beobachtet worden, daß Schrumpfung Trennung des Kerns vom Rand und sogar Verziehen der Scheibe bewirkt. Solche Probleme führen zu Abfallscheiben (d.h. für den Gebrauch ungeeignete Scheiben) und erhöhte Kosten für diese bereits teuren Scheiben.
- U.S.-A-4305898 offenbart ein glasartiges gebundenes Schleifmittel, das aus einer Zusammensetzung hergestellt ist, die einen Ton enthält. JP-A-571688 und JP-A-03228578 offenbaren beide glasartige gebundene Schleifmittel, die aus Zusammensetzungen hergestellt wurden, die hexagonales Bornitrid enthalten.
- Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines glasartigen gebundenen Schleifmittels, z.B. einer Schleifscheibe, zur Verfügung zu stellen.
- Es ist eine weitere Aufgabe dieser Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines glasartigen gebundenen Schleifmitteis zur Verfügung zu stellen, das die Schrumpfung verringert oder eliminiert.
- Eine weitere Aufgabe dieser Erfindung ist, ein glasartiges gebundenes Schleifmittel zur Verfügung zu stellen, das frei oder im wesentlichen frei von Schrumpfungseffekten ist.
- Die noch weitere Aufgabe dieser Erfindung ist, die Schrumpfungsprobleme des Standes der Technik bei der Herstellung von glasartigen gebundenen Schleifmitteln zu überwinden.
- Diese und andere Aufgaben werden, wie aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen deutlich werden wird, in dieser Erfindung in einem verbesserten Verfahren zur Herstellung eines glasartigen gebundenen Schleifmittels mit einer Porosität im Bereich von 20 bis 55 Vol.-% (z.B. einer Schleifscheibe) erreicht, welches die Schritte umfaßt, daß das Schleifkorn und andere Inhaltsstoffe zur Herstellung des Schleifmittels zusammengemischt werden, die vermischten Inhaltsstoffe in einer Form zu Gestalt und Größe des Schleifmittels verdichtet werden und das Schleifmittel gebrannt wird, um eine glasartige Matrix zu bilden, die das Schleifkorn zusammenbindet, wobei die Verbesserung umfaßt, daß ein nicht-umhülltes, nicht-abschleifendes, nicht-metallisches, teilchenförmiges, anorganisches Schrumpfkontrollmittel (SCA) (z.B. hexagonales Bornitrid) in die Inhaltsstoffe zur Herstellung des glasförmigen gebundenen Schleifmittels eingemischt wird.
- In der Praxis des verbesserten Verfahrens dieser Erfindung werden glasartige gebundene Schleifmittel mit einer Porosität von 20 bis 55 Vol-%, insbesondere glasförmige gebundene abrasive Schleifscheiben und noch genauer mit Rand versehene Schleifscheiben mit einer Porosität von 20 bis 55 Vol.-% erhalten, die frei oder im wesentlichen frei sind von durch Schrumpfung induzierten Mängeln und Problemen des Standes der Technik (z.B. Befestigungslöchern unter Normalgröße, Trennung des Randes vom Kernbereich einer Scheibe und Verziehen der Scheibe). Glasartige gebundene Schleifscheiben mit Rand können Scheiben mit einem Band aus glasartigen gebundenen Schleifmitteln, üblicherweise teuren Schleifmitteln, wie etwa Diamant oder kubisches Bornitrid, angesetzt an einen glasartigen gebundenen Kern, der preiswerte Schleifmittel enthält (z.B. Aluminiumoxid, Siliciumcarbid) oder gar kein Schleifkorn darin.
- Die Herstellung von relativ porösen(z.B. wenigstens 20 Vol.-% Porosität) glasartigen gebundenen Schleifscheiben nach dem Stand der Technik setzt die grundlegenden Schritte ein, daß a) Schleifkorn, Vorstufe für glasartige Bindung und andere Inhaltsstoffe zusammengemischt werden, um eine Mischung zu bilden, b) die Mischung in eine Form gegeben wird, c) die Mischung in der Form verdichtet wird, um die Mischung auszuformen, und d) die ausgeformte Mischung erhitzt wird, um eine glasartige Matrix zu bilden, die das Schleifkorn zusammenbindet. Diese Schritte können ergänzt werden durch weitere Schritte oder verschiedene Bedingungen, einschließlich solcher Einzelschritte wie Erhitzen der verdichteten Mischung in der Form, um flüchtige Materialien zu entfernen, Entfernen der verdichteten Mischung aus der Form vor dem Brennschritt und Brennen oder Erhitzen der verdichteten Mischung in der Form, um die glasartige Matrix zu bilden, während eine Kompressionskraft auf der Mischung aufrechterhalten wird. Der Einschluß dieses letzten Schrittes in das Herstellungsverfahren für glasartige gebundene Schleifscheiben ergibt ein Verfahren, das als Heißpressen bekannt ist und im allgemeinen spezielle und teure Formen erfordert (z.B. Graphit-Formen). Dieses Heißpressverfahren, das üblicherweise in der Technik zur Herstellung kleiner Schleifscheiben verwendet wird, wird oft im Zusammenhang mit einer inerten oder reduzierenden Atmosphäre durchgeführt. Bei dem Verfahren zur Herstellung glasartiger gebundener Schleifscheiben, das die Heißpresstechnik nicht einsetzt, wird die verdichtete Mischung nach einem Erhitzungszyklus bei niedriger Temperatur (200º bis 300ºC), um flüchtige Materialien zu entfernen und das temporäre Bindungsmittel auszuhärten, aus der Form entfernt. Die ausgeformte Mischung, die aus der Form entfernt ist, wird anschließend in einen Brennschritt gegeben, um die glasartige Matrix zu bilden, die die Schleifkörner zusammenbindet. Dieses letztere Verfahren wird allgemein als ein Kaltpressverfahren bezeichnet. Heißpressen in einer inerten oder reduzierenden Atmosphäre ist in der Technik eingesetzt worden, wo Oxidation bei der Herstellung der glasartigen gebundenen Schleifscheibe oder des anderen Schleifproduktes ein Problem wäre. Relativ gesprochen ist das Kaltpressverfahren das vorherrschende Verfahren, das. in der Technik zur Herstellung glasartiger gebundener Schleifscheiben verwendet wird.
- Bei den Verfahren zur Herstellung einer relativ, porösen (z.B. wenigstens 20 Vol.-% Porosität) glasartigen gebundenen Schleifscheibe nach dem Stand der Technik werden Schleifkörner und eine Mischung von Schleifkörnern (z.B. Aluminiumoxid und Siliciumcarbid) mit einer Vorstufe für glasartige Bindung, vermischt. Diese Vorstufe kann eine Fritte oder eine Mischung von Rohmaterialien (z.B. Silicaten, Oxiden, etc.) sein, die die glasartige Bindung oder Matrix während eines Brennschrittes bildet, um die Schleifkörner zusammenzubinden. Die Fritte ist im allgemeinen ein besonderes glasartiges Material, das schmilzt oder verschmilzt, um die glasartige Bindung oder Matrix der Schleifscheibe oder des anderen Schleifmittels zu bilden. Die Mischung aus Schleifkörnern und Vorstufe für glasartige Bindung kann mit einem organischen Material kombiniert werden, das die Bestandteile des Scheibengemisches vor dem Brennvorgang des Verfahrens temporär zusammenbindet. Dieses temporäre Bindemittel kann ein organisches polymeres Material oder polymerbildendes Material sein. Phenolharze haben sich in der Technik als brauchbare temporäre Bindemittel erwiesen. Andere Materialien, wie etwa Schmiermittel, Mittel für Extremdruck und Füllstoffe können mit den Schleifkörnern, der Vorstufe für glasartige Bindung und dem temporären Bindemittel vermischt werden. Eine abgemessene Menge der vermischten Bestandteile der Schleifscheibe wird dann in eine Form mit der allgemeinen Größe und Gestalt der gewünschten Schleifscheibe gegeben. Die gleichmäßig verteilte Mischung in der Form wird anschließend durch das Anlegen von Druck auf eine gewünschte Abmessung verdichtet und in der Form auf eine niedrige Temperatur (z.B. 200º bis 300ºC) erhitzt, um flüchtige Materialien zu entfernen, die in der Mischung vorhanden sind (z.B. Wasser oder organische Lösungsmittel). Das Erhitzen der verdichteten Mischung auf eine niedrige Temperatur bewirkt auch, daß das temporäre Bindemittel die Inhaltsstoffe der Scheiben zu einem relativ schwachen selbsttragenden Formgegenstand zusammenbindet, der vor dem Brennvorgang des Verfahrens gehandhabt werden kann. Die Scheibe wird anschließend aus der Form entfernt und in einen Brennofen oder Ofen gegeben und auf eine hohe Temperatur (z.B. 500º bis 1.000ºC) über einen vorbestimmten Zeit/Temperatur-Zyklus erhitzt, um die glasartige Bindung oder Matrix zu bilden, die die Schleifkörner zusammenbindet. Das Erhitzen der Mischung aus Schleifkörnern, Vorstufe für glasartige Bindung, temporärem Bindemittel und anderen Materialien auf eine hohe Temperatur zur Ausbildung der glasartigen Bindung bewirkt das Auftreten von chemischen und/oder physikalischen Veränderungen, die zur Schrumpfung der Scheibe von ihren Abmessungen und ihrem Volumen vor dem Schritt des Erhitzens auf eine hohe Temperatur (d.h. Brennen) führt. Somit wäre die Scheibe nach dem Brennen kleiner als vor dem Brennen. Eine solche Schrumpfung muß daher bei Verfahren zur Herstellung einer endgültigen Scheibe mit spezifizierten Abmessungen nach dem Stand der Technik berücksichtigt werden. Es ist festgestellt worden, daß die Schrumpfung bei relativ porösen Schleifscheiben nicht genau oder verläßlich reproduzierbar ist, und daher haben Verfahren nach dem Stand der Technik dies im allgemeinen in Rechnung gestellt, indem die gebrannte glasartige gebundene Schleifscheibe größer hergestellt wurde als die gewünschten Abmessungen und anschließend die gebrannte Scheibe maschinell auf die richtigen oder endgültigen Abmessungen bearbeitet wurde. Solche(s) maschinelle Bearbeitung oder Finishing ist zeitraubend und erhöht die Kosten für die Herstellung der Scheibe. Je größer die (das) erforderliche maschinelle Bearbeitung oder Finishing, umso mehr werden somit Zeit und Kosten für die Herstellung der Schleifscheibe hinzuaddiert. Im allgemeinen besitzen Schleifscheiben ein mittiges Loch zur Befestigung der Scheibe auf einem Maschinenwerkzeug zur Durchführung eines Schleifvorganges. Die richtige Größe dieses Loches ist für die Benutzung der Schleifscheibe wichtig. Schrumpfung, die bei der Herstellung von glasartigen gebundenen Schleifscheiben auftritt, beeinflußt die Abmessungen des Befestigungsloches, wobei sie bewirkt, daß es kleiner ist als gewünscht. Es wird dann notwendig, das Loch maschinell auf die richtige Größe zu bearbeiten. Solche maschinelle Bearbeitung von glasartigen gebundenen Schleifscheiben ist von ihrer Natur her schwierig, zeitraubend und kostspielig. Schrumpfung während der Herstellung von glasartigen gebundenen Schleifscheiben oder anderen Schleifprodukten nach dem Stand der Technik ist daher ein wichtiges Problem. Die Verringerung und wünschenswerterweise die Eliminierung der Schrumpfung wäre daher eine Verbesserung von großem Nutzen in. der Technik zur Herstellung glasartiger gebundener Schleif scheiben und anderer Schleifprodukte.
- Diese Erfindung geht das Problem der Schrumpfung bei relativ porösen glasartigen gebundenen Schleif scheiben an und stellt ein verbessertes Verfahren zur Herstellung glasartiger gebundener Schleifmittel zur Verfügung, bei denen die Schrumpfung verringert oder eliminiert ist. Es ist entdeckt worden, daß die Verwendung bestimmter Materialien, hierin bezeichnet als Schrumpfkontrollmittel (SCA), in der Mischung von Inhaltsstoffen oder Bestandteilen zur Herstellung eines glasartigen gebundenen Schleifmittels, das eine Porosität im Bereich von 20 bis 55 Vol.-% aufweist, die Schrumpfung des Gegenstandes. während des Verfahrens verringern. kann. Somit wird gemäß dieser Erfindung ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines glasartigen gebundenen Schleifmittels mit einer Porosität im Bereich von 20 bis 55 Vol.-% zur Verfügung gestellt, welches die Schritte umfaßt, daß a) Schleifkörner und eine Vorstufe für eine glasartige Matrix zusammengemischt werden, um eine gleichförmige Mischung zu bilden, b) die Mischung in eine Form gegeben wird, c) die Mischung verdichtet wird, während sie sich in der Form befindet, um einen verdichteten Formkörper zu bilden, und d) der verdichtete Formkörper bei einer Temperatur zur Umwandlung der Vorstufe fur eine glasartige Matrix in eine glasartige Matrix, die die Schleifkörner zusammenbindet, erhitzt wird, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß
- (i) eine für eine Schrumpfverminderung wirksame Menge eines Schrumpfkontrollmittels mit den Schleifkörnern und der Vorstufe für eine glasartige Matrix vermischt wird, wobei besagtes Mittel ein nicht-umhüllter, nicht-abschleifender, nicht-metallischer, teilchenförmiger, anorganischer Feststoff mit einer Härte im Bereich von 1 bis 4 auf der Mohs-Skala ist, der ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus (1) Mineralien, die Sauerstoff und wenigstens eines der Elemente Silicium, Aluminium und Magnesium enthalten, und (2) hexagonalem Bornitrid besteht, und
- (ii) das Erhitzen des verdichteten Formkörpers, um die Vorstufe für eine glasartige Matrix umzuwandeln, bei einer solchen Temperatur durchgeführt wird, daß die Schrumpfkontrollmittel als eine Komponente mit meßbarem Volumen im glasartigen Gegenstand zurückbleibt.
- Wie hierin in der Offenbarung und den Ansprüchen dieser Erfindung verwendet, soll der Begriff nicht-umhüllt ohne eine Schicht oder Umhüllung aus Metall auf der Oberfläche bedeuten.
- In einer besonderen Praxis dieser Erfindung wird ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer glasartigen gebundenen abschleifenden Schleifscheibe mit einer Porosität im Bereich von 20 bis 55 Vol.-% zur Verfügung gestellt, welches die Schritte umfaßt, daß
- a) Schleifkörner, eine Vorstufe für eine glasartige Matrix und ein temporäres Bindemittelmaterial zusammengemischt werden, um eine gleichförmige Mischung zu bilden,
- b) die Mischung in eine Form gegeben wird,
- c) die Mischung verdichtet wird, während sie sich in der Form befindet,
- d) die verdichtete Mischung, während sie sich in der Form befindet, bei einer Temperatur unterhalb der Temperatur zur Umwandlung der Vorstufe für eine glasartige Matrix in eine glas artige Matrix, die die Schleifkörner zusammenbindet, erhitzt wird, um ein selbsttragendes ausgeformtes Formteil zu bilden,
- e) das Formteil aus der Form entfernt wird und
- f) das Formteil bei einer Temperatur erhitzt wird, die ausreichend ist, um die Vorstufe für eine glasartige Matrix in eine glasartige Matrix umzuwandeln, die die Schleifkörner zusammenbindet,
- worin die Verbesserung den Schritt umfaßt, daß eine für eine Schrumpfverminderung wirksame Menge an nicht-abschleifendem hexagonalen Bornitrid mit den Schleifkörnern, der Vorstufe für eine glasartige Matrix und dem temporären Bindemittelmaterial vermischt wird.
- Eine weitere besondere Praxis dieser Erfindung. stellt ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer glasartigen gebundenen abrasiven Schleif scheibe mit einer Porosität im Bereich von 20 bis 55 Vol.-% zur Verfügung, welches die Schritte umfaßt, daß
- a) Schleifkörner aus kubischem Bornitrid, eine Vorstufe für eine glasartige Matrix und ein temporäres Bindemittelmaterial zusammengemischt werden, um eine gleichförmige Mischung zu bilden,
- b) die Mischung in eine Form gegeben.wird,
- c) die Mischung verdichtet wird, während sie sich in der Form befindet,
- d) die verdichtete Mischung, während sie sich in der Form befindet, bei einer Temperatur unterhalb der Temperatur zur Umwandlung der Vorstufe für eine glasartige Matrix in eine glasartige Matrix, die die Schleifkörner zusammenbindet, erhitzt wird, um ein selbsttragendes, ausgeformtes Formteil zu bilden,
- e) das. Formteil aus der Form entfernt wird und.
- f) das Formteil bei einer Temperatur erhitzt wird, die ausreichend ist, um die Vorstufe für eine glasartige Matrix in eine glasartige Matrix umzuwandeln, die die Schleifkörner zusammenbindet,
- wobei die Verbesserung den Schritt umfaßt, daß eine für eine Schrumpfverminderung wirksame Menge an nicht-abschleifendem hexagonalen Bornitrid mit den Schleifkörnern aus kubischen Bornitrid, der Vorstufe für eine glasartige Matrix und dem temporären Bindemittelmaterial vermischt werden.
- In einer noch weiteren Praxis dieser Erfindung wird ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer glasartigen gebundenen abrasiven Schleifscheibe mit einer Porosität im Bereich von 20 bis 55 Vol.-% zur Verfügung gestellt, welches die Schritte umfaßt, daß
- a) Schleifkörner aus kubischem Bornitrid, Schleifkörner aus verschmolzenem Aluminiumoxid, eine Vorstufe für eine glasartige Matrix und ein temporäres Bindemittelmaterial zu einer gleichförmigen Mischung zusammengemischt werden,
- b) die Mischung in eine Form gegeben wird,
- c) die Mischung verdichtet wird, während sie sich in der Form befindet,
- d) das Formteil aus der Form entfernt wird und das Formteil bei einer Temperatur erhitzt wird, die ausreichend ist, um die Vorstufe für eine glasartige Matrix in eine glasartige Matrix umzuwandeln, die die Schleifkörner zusammenbindet,
- wobei die Verbesserung den Schritt umfaßt, daß eine für eine Schrumpfverminderung wirksame Menge von nicht-abschleifendem hexagonalen Bornitrid mit den Schleifkörnern aus kubischem Bornitrid, den Schleifkörnern aus verschmolzenem Aluminiumoxid und dem temporären Bindemittelmaterial vermischt wird.
- Andere Praktiken dieser Erfindung können die oben beschriebenen Verfahren und Pyrophyllit, Talk oder Glimmer als das SCA anstelle des hexagonalen Bornitrid-SCAs einsetzen.
- Verschiedene Schleifkörner und Mischungen von Schleifkörnern können in der Praxis dieser Erfindung eingesetzt werden, einschließlich Schleifsplitt oder -körner aus verschmolzenem Aluminiumoxid, gesintertem Sol-Gel-Aluminiumoxid, Sol-Gel-Aluminiumnitrid/Aluminiumoxynitrid, Siliciumcarbid, kubischem Bornitrid und Diamant, aber nicht hierauf beschränkt. Diese und andere Schleifkörner können herkömmliche Größen aufweisen, die in der Technik bekannt sind. Schleifkörner mit 45 bis 250 Mikron (60 bis 325 Mesh U.S. Standard Sieve Sizes), vorzugsweise, im Bereich von 75-150 Mikron (100 bis 200 Mesh), sind in der Praxis dieser Erfindung verwendbar. Verschiedene Kombinationen von Schleifkörnern, die in Zusammensetzung und/oder Größe unterschiedlich sind, können verwendet werden. Mischungen von Schleifkörnern derselben Zusammensetzung, aber unterschiedlichen Größen, und von Schleifkörnern unterschiedlicher Zusammensetzungen mit denselben oder unterschiedlichen Größen können für das Verfahren und den Gegenstand dieser Erfindung eingesetzt werden.
- Die Vorstufe für eine glasartige. Matrix, die in dieser Erfindung eingesetzt wird, ist das Material oder die Mischung von Materialien, das (die), wenn es (sie) im Brennschritt erhitzt wird, die glasartige Matrix bildet, die die Schleifkörner des Schleifmittels zusammenbindet. Diese glasartige Matrix,.die die Schleifkörner zusammenbindet, ist in der Technik auch als die glasartige Phase, glasartige Bindung, keramische Bindung oder Glasbindung des Schleifmittels bekannt. Die Vorstufe für eine glasartige Matrix kann insbesondere eine Kombination oder Mischung von Oxiden und Silikaten sein, die bei Erhitzen auf eine hohe Temperatur so reagieren, daß sie eine Glas- oder Keramikmatrix bilden, oder kann eine Fritte sein, die, wenn sie auf eine hohe Temperatur im Brennschritt erhitzt wird, schmilzt und/oder zusammenschmilzt, um die glasartige Matrix des Schleifmittels zu bilden. Verschiedene Kombinationen von Materialien, die in der Technik gut bekannt sind, können als die Vorstufe für eine glasartige Matrix verwendet werden. Primär sind solche Materialien metallische Oxide und Silikate. Vorgeformte feinteilige Gläser (d.h. Fritten), die aus verschiedenen Kombinationen von Oxiden und Silikaten hergestellt worden sind, können als die Vorstufe für eine glasartige Matrix verwendet werden. Solche Fritten sind allgemein bekannt und kommerziell erhältlich. Diese Fritten werden im allgemeinen hergestellt, indem zunächst eine Kombination von Oxiden und Silikaten hergestellt wird, die auf eine hohe Temperatur erhitzt wird, um ein Glas zu bilden. Das Glas wird, nachdem es abgekühlt ist, anschließend zu kleinen Teilchen zerbrochen. Temperaturen im Bereich von 537,78ºC bis 1.371,11ºC (1.000ºF bis 2.500ºF) können in der Praxis dieser Erfindung zur Umwandlung der Vorstufe für eine glasartige Matrix in die glasartige Matrix, die die Schleifkörner des Schleifmittels zusammenbindet, eingesetzt werden. Solches Erhitzen wird allgemein als ein Brennschritt bezeichnet und üblicherweise in einem Brennofen oder Ofen durchgeführt, in dem die Temperatur und Zeiten, die für das Erhitzen des Schleifmittels eingesetzt. werden, in Übereinstimmung mit solchen Faktoren wie der Größe und Gestalt des Schleifmittels, dem Schleifkorn und der Zusammensetzung der Vorstufe für eine glasartige Matrix gesteuert oder variabel gesteuert werden. Brennbedingungen zur Herstellung von glasartigen gebundenen Schleifmitteln sind in der Technik gut bekannt, und solche Bedingungen können.in der Praxis dieser Erfindung eingesetzt werden.
- Es ist in der Technik bekannt, verschiedene Zusatzstoffe bei der Herstellung von glasartigen gebundenen Schleifmitteln zu verwenden, um sowohl die Leichtigkeit der Herstellung des Gegenstandes als auch das Leistungsprofil des Gegenstandes zu unterstützen und zu verbessern. Solche Zusatzstoffe können Schmiermittel, Füllstoffe, temporäre Bindemittel und Verarbeitungshilfsmittel einschließen. Diese Zusatzstoffe können, in Mengen, die in der Technik gut bekannt sind, in der Praxis dieser Erfindung für ihren beabsichtigten Zweck verwendet werden.
- Die Schrumpfung von relativ porösen (z.B. 20 Vol.-% Porosität oder mehr) glasartigen gebundenen Schleifmitteln während ihrer Herstellung ist im Stand der Technik gut bekannt. Eine gegebene Menge einer Mischung aus Schleifkorn, Vorstufe für eine glasartige Matrix und fakultativ anderen Inhaltsstoffen liefert, wenn sie in eine Form gegeben und verpreßt wird, ein verpreßtes Formteil mit definierten Abmessungen und Volumen. Dieses Formteil schrumpft, wenn es in einem Brennschritt erhitzt wird, um die glasartige Matrix zu bilden, die das Schleifkorn zusammenbindet, im Volumen und das resultierende glasartige gebundene Schleifmittel besitzt ein geringeres Volumen als dasjenige des verpreßten Formteils vor dem Brennschritt. Um diese Schrumpfung (d.h. Verminderung im Volumen) zu kompensieren, ist es bekannt, das verpreßte Formteil (vor dem Brennen) in einer Größe vorzusehen, die ausreichend größer ist als die Größe des gebrannten Schleifmittels, um die Schrumpfung während des Brennens zu korrigieren. Eine solche Kompensation kann ein gebranntes glasartiges gebundenes Schleifmittel (z.B. Schleifscheibe) liefern, das im wesentlichen die gewünschte Größe und Gestalt aufweist. Es ist auch in der Technik bekannt, ein verpreßtes Formteil einzusetzen, das eine Größe aufweist, die nicht nur ausreichend ist, um die Schrumpfung während des Brennens zu kompensieren, sondern auch um ein gebranntes glasartiges gebundenes Schleifmittel herzustellen, das eine Größe aufweist, die größer ist als die gewünschte Größe, und den Gegenstand maschinell auf die gewünschten Abmessungen zu bearbeiten. Die Herstellung eines verpreßten Formteiles mit einer Größe, die gerade groß genug ist, um die erwartete Schrumpfung zu kompensieren, liefert nicht konsistent gebrannte Schleifscheiben der gewünschten Abmessungen, weil die Schrumpfung schwer zu kontrollieren und bis zu einem befriedigenden Maß zu reproduzieren ist. So ist dieses Verfahren, mit der Schrumpfung fertigzuwerden, nicht vollständig befriedigend. Die größere Auslegung der Schleifscheibe als gewünscht und die anschließende maschinelle Bearbeitung derselben auf die richtigen Abmessungen fügt Schritte, Zeit und Kosten zur Herstellung der Scheibe hinzu. Diese Erfindung versucht, diese Schwierigkeiten bei Verfahren nach dem Stand der Technik zur Herstellung eines glasartigen gebundenen Schleifmittels zu überwinden. Um diese Schwierigkeiten und Nachteile zu überwinden, wird gemäß dem Verfahren dieser Erfindung der Schritt des Vermischens einer für eine Schrumpfverminderung wirksame Menge eines SCAs mit einem Schleifkorn und einer Vorstufe für eine glasartige Matrix vorgesehen, wobei besagtes Schrumpfkontrollmittel ein nicht-umhüllter, nicht-abschleifender, nicht-metallischer, teilchenförmiger, anorganischer Feststoff ist. Das SCA kann eine Teilchengröße über einen breiten Bereich aufweisen. Die Teilchengröße kann kleiner, oder sogar größer, als die Schleifkörner sein. Schrumpfkontrollmittel mit einer Teilchengröße im Bereich von 45 bis 250 Mikron (60 bis 325 Mesh), vorzugsweise 75-150 Mikron (100 bis 200 Mesh, U.S. Standard Sieve Size) können in der Praxis dieser Erfindung verwendet werden. Da die Schrumpfung von glasartigen gebundenen Schleifmitteln über einen breiten Bereich mit den Mengen und chemischen und physikalischen Eigenschaften der Inhaltsstoffe und Bedingungen zur Herstellung des Gegenstandes variieren können, kann die für eine Schrumpfverminderung wirksame Menge an SCA, die in der Praxis dieser Erfindung eingesetzt wird, über einen breiten Bereich variieren. Mengen von SCA von 0,5 bis 20 Vol.-%, vorzugsweise 1 bis 10 Vol.-% und bevorzugter 4 bis 8 Vol.-%, bezogen auf das Volumen des glasartigen gebundenen Schleifmittels, können in der Praxis dieser Erfindung eingesetzt werden. Das SCA ist ein nicht-umhüllter, nicht-abschleifender, nicht-metallischer, teilchenformiger, anorganischer Feststoff mit einer Härte im Bereich von 1 bis 4 auf der Mohs-Skala, der ausgewählt ist aus der Gruppe, die aus a) Mineralien, die Sauerstoff und wenigstens eines der Elemente Silicium, Aluminium und Magnesium enthalten, und b) hexagonalem Bornitrid besteht. Mineralien, die Sauerstoff und wenigstens eines der Elemente Silicium, Aluminium und Magnesium enthalten und eine Härte im Bereich von zum Beispiel 1 bis 4 auf der Mohs-Skala aufweisen, schließen Pyrophyllit, Talk, Glimmer, Allophan, Brucit und Chlorit ein, sind aber nicht hierauf beschränkt. Verschiedene andere Elemente (z.B. Eisen, Lithium, Kalium und Natrium.) können zusätzlich zu wenigstens einem der Elemente Silicium, Alumunium und Magnesium in den Mineralien auftreten, die als Schrumpfkontrollmittel in der Praxis dieser Erfindung verwendbar sind. Zusätzlich zum Vorliegen von Sauerstoff enthält Pyrophyllit Aluminium und Silicium, enthält Talk Silicium und Magnesium, enthält Allophan Aluminium und Silicium, enthält Brucit Magnesium, enthält Chlorit Silicium, Aluminium und Magnesium und enthält Glimmer Silicium und Aluminium, zusammen mit einem oder mehreren von Magnesium, Eisen, Lithium, Natrium oder Kalium.
- Bei der Herstellung von glasartigen gebundenen abrasiven Schleifscheiben ist es bekannt, die Schritte und Bedingungen für solch eine Herstellung in Übereinstimmung mit sowohl den Materialien, die bei der Herstellung der Scheibe eingesetzt werden, als auch der Größe und Gestalt der Scheibe zu variieren. Die Schritte und Bedingungen für die Praxis des Verfahrens dieser Erfindung können variiert werden, um mit den verschiedenen Materialien zusammenzupassen, die zur Herstellung des glasartigen gebundenen Schleifmittels verwendet werden, sowie mit der Gestalt und Größe des Gegenstandes. So kann zum Beispiel in einer Praxis des Verfahrens dieser Erfindung Schleifkorn mit der Vorstufe für eine glasartige Matrix vermischt, ein temporäres Bindemittelmaterial anschließend in die Mischung aus Schleifkorn und Vorstufe für eine glasartige Matrix eingemischt, Zusatzstoffe anschließend zugegeben und eingemischt und das SCA anschließend zugegeben und in die zuvor vermischten Inhaltsstoffe eingemischt werden Die resultierende Mischung kann dann in eine Form gegeben und zu im wesentlichen der gewünschten Größe und Gestalt verdichtet werden. Diese verdichtete Mischung kann in der Form auf eine Temperatur erhitzt werden, die ausreichend ist, um alle flüchtigen Materialien in der Mischung zu entfernen und damit das temporäre Bindemittel die Inhaltsstoffe in einem temporären selbsttragenden Formteil zusammenbindet, aber unterhalb einer Temperatur zur Umwandlung der Vorstufe für eine glasartige Matrix in die glasartige Matrix, die die Schleifkörner zusammenbindet. Das selbsttragende Formteil kann anschließend aus der Form entfernt und auf eine Temperatur zur Umwandlung der Vorstufe für eine glasartige Matrix in eine glasartige Matrix, die die Schleifkörner zusammenbindet, erhitzt werden. In einem weiteren Beispiel der Praxis dieser Erfindung kann das obige Verfahren im wesentlichen befolgt werden, mit Ausnahme der Reihenfolge, in der die Inhaltsstoffe (d.h. Schleifkorn, Vorstufe für eine glasartige Matrix, SCA, etc.) zusammengemischt werden. Die Schleifkörner können mit einem temporären Bindemittelmaterial vermischt werden, um die Körner gleichförmig mit Bindemittel zu überziehen, Vorstufe für eine glasartige Matrix kann anschließend mit den umhüllten Körnern vermischt, andere Inhaltsstoffe können einzeln zugegeben und in die zuvor vermischten Materialien eingemischt und anschließend das SCA zugegeben und in die Kombination eingemischt werden. Ein weiteres Beispiel der Praxis des Verfahrens dieser Erfindung könnte das Zusammenmischen von SCA und Schleifkörnern, die Zugabe dort hinzu und das Einmischen der Vorstufe für eine glasartige Matrix und anschließend die Zugabe und das Einmischen des temporären Bindemittels einschließen, einzeln gefolgt von den anderen Inhaltsstoffen zur Herstellung des Gegenstandes. Diesem Mischverfahren würden die restlichen Schritte (z.B. Zugabe der Mischung zur Form, Verdichten der Mischung und Brennen der verdichteten Mischung) des Herstellungsverfahrens, folgen. Somit kann der bestimmte Punkt beim Verfahren dieser Erfindung, an dem der Schritt des Vermischens des Schrumpfkontrollmittels mit dem Schleifkorn, der.Vorstufe für eine glasartige. Bindung und den anderen Inhaltsstoffen zur Herstellung des glasartigen gebundenen Schleifmittels eintritt, variiert werden.
- Herkömmliche Vermengungs- und Mischtechniken, -bedingungen.und -ausrüstung, die in der Technik gut bekannt sind, können in der Praxis dieser Erfindung eingesetzt werden. Techniken, Bedingungen und Ausrüstung, die in der Technik zum Verpressen von glasartigen gebundenen Schleifmitteln, z.B. Schleifscheiben, vor dem Brennen,des Gegenstandes gut bekannt sind, können verwendet werden. Trocknen des verpreßten glasartigen gebundenen Schleifmittels vor dem Brennen des Gegenstandes kann eingesetzt werden, um Wasser oder organische Lösungsmittel zu entfernen, die üblicherweise in den Gegenstand mit dem temporären Bindemittel eingeführt worden sind, und kann unter Verwendung von Techniken, Bedingungen und Ausrüstung, die in der Technik gut bekannt sind, durchgeführt werden. Nach dem Trocknen wird das verpreßte Schleifmittel, das üblicherweise als Grünprodukt oder -scheibe bezeichnet wird, auf hohe Temperaturen erhitzt, z.B. 537,78ºC bis 1.371,11ºC (1.000ºF bis 2.500ºF), um die glasartige Matrix zu bilden, die die Schleifkörner zusammenbindet.
- Von einem glasartigen gebundenen Schleifmittel, z.B. einer Schleifscheibe, ist im allgemeinen bekannt, daß es (sie) Poren aufweist (d.h. freien Raum). Die Menge an Poren im Produkt kann üblicherweise in Abhängigkeit von solchen Faktoren wie der Größe und Zusammensetzung des Schleifkorns, der Zusammensetzung der glasartigen Bindung, dem Vorhandensein, der Zusammensetzung und der Menge an poreninduzierendem Material und den Bedingungen, unter denen das Produkt gebrannt wird, kontrollierbar variiert werden. Ein breiter Bereich.von Porosität in glasartigen gebundenen Schleifmitteln ist in der Technik bekannt. Solche Porosität wird im allgemeinen ausgedrückt als ein Prozentsatz des gesamten oder geometrischen Volumens des Produktes. So kann eine glasartige gebundene abrasive Schleifscheibe zum Beispiel eine Porosität von 40 % des geometrischen Volumens besitzen, was bedeutet, daß 40 % des geometrischen Volumens der gebrannten Scheibe Poren oder freier Raum sind. Die Vol.-% Porosität eines gebrannten glasartigen gebundenen Schleifmittels kann aus dem bekannten geometrischen Volumen des Produktes und den Vol.-% von jedem der Bestandteile, die nach dem Brennschritt bei ihrer Herstellung im Produkt zurückbleiben, berechnet werden. Bei gegebener gewichtsbezogener Menge von jedem der Bestandteile, die im Produkt verwendet werden, und der tatsächlichen Dichte von jedem Bestandteil kann das Volumen jedes Bestandteils im Produkt berechnet werden. Das gesamte Volumen der Bestandteile, die nach dem Brennen im Produkt zurückbleiben, kann dann vom geometrischen Volumen des Produktes subtrahiert und der resultierende Wert anschließend durch das geometrische Volumen des Produktes dividiert werden. Der so erhaltene Wert, multipliziert mit 100, ergibt die Prozent-Porosität des Produktes. In einer ähnlichen Art und Weise können die Volumenprozent von jedem der Bestandteile, die im gebrannten Produkt zurückbleiben, zusammenaddiert und die Summe von 100 subtrahiert werden, um die Volumenprozent-Porosität zu ergeben. Dieses letztere Verfahren kann in den Beispielen unten angewendet werden, indem die Volumenprozent des Schleifkorns, des Bindungsmittels und des Schrumpfkontrollmittels in jedem Beispiel addiert werden und diese Summe von 100 subtrahiert wird.
- Diese Erfindung wird nunmehr in den folgenden nicht-beschränkenden Beispielen weiter beschrieben werden, in denen, sofern nicht anders angegeben, die Mengen der Materialien gewichtsbezogen sind, die Temperatur in Grad Fahrenheit angegeben ist, die Mesh in U.S. Standard Sieve Sizes und
- 1) 2A-Aluminiumoxid Schleifkorn aus verschmolzenem Aluminiumoxid ist,
- 2) MEM-Aluminiumoxid CUBITRON-MEM-Sol-Gel-Aluminiumoxid- Schleifkorn ist, gemäß der Offenbarung und den Ansprüchen von U.S. 4,881,951, erteilt am 21. November 1989, und erworben von der Minnesota Mining and Manufacturing Company (CUBITRON ist eine eingetragene Marke der Minnesota Mining and Manufacturing Company),
- 3) 3029-Harz ein temporäres Bindemittelmaterial ist, das 65 Gew.-% festes Harnstoff-Formaldehyd-Harz und 35 Gew.-% Wasser aufweist,
- 4) Bindung A eine Mischung von gleichen Gewichtsteilen von zwei Fritten ist. Fritte Nummer 1 hat eine Zusammensetzung auf Oxid-Basis von, gewichtsbezogen, SiO&sub2; 43,5 %, TiO&sub2; 1,18 %, Al&sub2;O&sub3; 14,26 %, B&sub2;O&sub3; 28,63 %, CaO 2,14 % und MgO 10,29 % .Fritte Nummer 2 hat eine Zusammensetzung auf Oxid-Basis von, gewichtsbezogen, SiO&sub2; 59,0 %, Al&sub2;O&sub3; 3,0 %, B&sub2;O&sub3; 25,0 %, MgO 4,0 %, LiO 1,0 %, K&sub2;O 2,0 %, Na&sub2;O 2,0 % und ZnO 4,0 %
- 5) Ägrashell kommerziell erhältliche zerstoßene Walnußschalen sind, erhalten von Agrashell Inc..
- Beispiele 1 bis 34 unten betreffen glasartige gebundene Schleifstäbe mit den nominalen Abmessungen 0,250 X 0,254 X 1,56 Inches (ein Volumen von 0,099 Cubic Inches) und wurden hergestellt zur Bestimmung des Schrumpfverhaltens. Die Stäbe wurden in der folgenden Art und Weise unter Verwendung der Materialien und Mengen (d.h. Gew.-%), die in den Beispielen angegeben sind, hergestellt. Das Schleifkorn oder die Mischung aus Schleifkörnern wurde gründlich mit Schrumpfkontrollmittel (d.h. hexagonalern Bornitrid, Pyrophyllit, Talk oder Glimmer) vermengt. Zur resultierenden Mischung wurde das 3029-Harz unter Mischen zugegeben und die Kombination zusammengemengt. Das Bindungsmittel und Dextrin wurden gleichförmig zusammengemischt und die resultierende Mischung unter Mischen zur Kombination aus Schleifkorn, Schrumpfkontrollmittel und 3029-Harz zugegeben. Die resultierende gleichförmige Mischung oder Formulierung wurde anschließend in einen Formhohlraum mit den nominalen Abmessungen 6,4516 auf 39,62 mm (0,254 auf 1,56 Inches) und variabler Tiefe zudosiert und auf eine nominale Dikke von 6,35 mm (0,25 Inches) verpreßt. Der verpreßte Stab mit nominalen Abmessungen von 6,35 X 6,4516 X 39,62 mm (0,25 X 0,254 X 1,56 Inches) wurde aus der Form entfernt und für wenigstens eine Stunde bei Raumtemperatur luftgetrocknet. Nach Vermessen und Behandeln des Stabes gemäß dem Verfahren zur Bestimmung der Schrumpfung wurde er in einem Ofen gebrannt, indem er auf 829,44ºC (1.525ºF) mit einer Geschwindigkeit von 37,77ºC (100ºF) pro Stunde erhitzt und bei 829,44ºC (1.525ºF) für 6 Stunden gehalten wurde. Man ließ den Stab anschließend im Ofen auf Raumtemperatur abkühlen, wobei der Ofen abgestellt worden war.
- Die Schleifscheiben der Beispiele 35 bis 37 unten wurden in derselben Art und Weise hergestellt wie die Stangen der Beispiele 1 bis 34, was das Mischen der Inhaltsstoffe und das Brennen der verpreßten Scheibe betrifft. Die für die Herstellung der Scheiben der Beispiele 35 bis 37 verwendete Form besaß einen Hohlraum, um eine Scheibe mit einem nominalen Außendurchmesser von 19,05 mm (0,75 Inches), einer nominalen Dicke von 12,7 mm (0,50 Inches) und einem nominalen Innendurchmesser von 12,7 mm (0,50 Inches) herzustellen. Die gründlich vermischten Inhaltsstoffe der Beispiele 35 bis 37 wurden in die Scheibenform zugegeben, auf die gewünschten nominalen Abmessungen verpreßt und die verpreßte Scheibe aus der Form entfernt. Nach Lufttrocknung der verpreßten Scheibe für wenigstens eine Stunde wurde sie gemäß den Bedingungen und dem Schema, das im Verfahren zur Herstellung der Stangen der Beispiele 1 bis 34 beschrieben ist, gebrannt.
- Die prozentuale Volumenschrumpfung, die in den folgenden Beispielen angegeben ist, wurde gemäß einem gut bekannten Stan dardverfahren und Berechnungen, die in Chapter IV, Seiten 27 bis 42 von Ceramic Tests and Calculations von A.I. Andrews, veröffentlicht von John Wiley & Sons Inc., Copyright 1948, bestimmt. In einigen der Beispiele unten soll angemerkt werden, daß Ausdehnung statt Schrumpfung auftrat. Die % Volumenausdehnung wurde in einer ähnlichen Art und Weise zu der % Volumenschrumpfung mit den angemessenen notwendigen operationellen Vorzeichenänderungen in den Berechnungen bestimmt. Beispiele 1 bis 3 Beispiele 4 bis 8
- * % Volumenausdehnung Beispiele 9 bis 11 Beispiele 12 und 13 Beispiele 14 und 15 Beispiele 16 und 17 Beispiele 18 und 19
- * % Volumenausdehnung Beispiele 20 bis 22 Beispiele 23 und 24 Beispiele 25 und 26 Beispiele 27 und 28
- * % Volumenausdehnung Beispiele 29 und 30 Beispiele 31 und 32 Beispiele 33 und 34 Beispiele 35 bis 37
- * AS ist Agrashell 125-150 Mikron (100/120 Mesh)
- ** HBN ist hexagonales Bornitrid 125-150 Mikron (100/120 Mesh) Schleifscheibengröße 19,05 mm (0,75 Inch) OD x 12,7 mm (0,50 Inch) Dicke x 12,7 mm (0,50 Inch) ID Beispiele 38 und 39
- Die Schleifscheiben der Beispiele 38 und 39 wurden in derselben Art und Weise und unter Verwendung derselben Bedingungen, die für die Herstellung der Stangen der Beispiele 1 bis 34 und der Scheiben der Beispiele 35 bis 37 beschrieben sind, hergestellt, mit Ausnahme der Größe der für die Scheiben der Beispiele 38 und 39 eingesetzten Form. Die G-Verhältniswerte (d.h. Verhältnis des Metall-Volumens, das pro Einheitsvolumen Scheibenabnutzung entfernt wird)-Werte in einem Schleiftest gemessen, der in der folgenden Art und Weise durchgeführt wurde.
- In den Schleiftests wurden die Scheiben auf einer IEF-Cinternal-Schleifmaschine angebracht und eine hin- und hergehende Schleifung auf dem Außendurchmesser eines zylindrischen Werkstücks aus Stahl 52100 mit 76,20 mm (3 Inch) x 26,54 mm (1,045 Inch) x 9,53 mm (0,375 Inch), gehärtet auf 60 bis 62 Rockwell C, mit einer Scheibengeschwindigkeit von 41.009 UPM, einer Zuführgeschwindigkeit von 1,52 mm (0,060 Inches) pro Minute und einer Werkstückrotationsgeschwindigkeit von 45.720 Oberflächen-mm (150 Oberflächen-Fuß) pro Minute durchgeführt. Jeder Test wurde durchgeführt, um 12.290 mm³ (0,75 Cubic Inches) Metall zu entfernen. Metallbearbeitungsflüssigkeit CIMPERIAL HD-90 auf Wasserbasis wurde während jedes Tests verwendet. CIMPERIAL ist eine eingetragene Marke von Cincinnati Milacron Inc.. Messungen der Scheibenabnutzung und des entfernten Metalls wurden für jeden Test durchgeführt, um die G-Verhältniswerte zu berechnen.
Claims (14)
1. Ein Verfahren zur Herstellung eines glasartigen
gebundenen Schleifmittels mit einer Porosität im Bereich von 20
bis 55 Vol.-%, welches die Schritte umfaßt, daß a)
Schleifkörner und eine Vorstufe für eine glasartige
Matrix zusammengemischt werden, um eine gleichförmige
Mischung zu bilden, b) die Mischung in eine Form gegeben
wird, c) die Mischung verdichtet wird, während sie sich
in der Form befindet, um einen verdichteten Formkörper zu
bilden, und d) der verdichtete Formkörper bei einer
Temperatur zur Umwandlung der Vorstufe für eine glasartige
Matrix in eine glasartige Matrix, die die Schleifkörner
zusammenbindet, erhitzt wird,
wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß
(i) eine für eine Schrumpfverminderung wirksame Menge
eines Schrumpfkontrollmittels mit den Schleifkörnern und
der Vorstufe für eine glasartige Matrix vermischt wird,
wobei besagtes Mittel ein nicht-umhüllter,
nicht-abschleifender, nicht-metallischer, teilchenförmiger,
anorganischer Feststoff mit einer Härte im Bereich von 1
bis 4 auf der Mohs-Skala ist, der ausgewählt ist aus der
Gruppe, die aus (1) Mineralien, die Sauerstoff und
wenigstens eines der Elemente Silicium, Aluminium und
Magnesium enthalten, und (2) hexagonalern Bornitrid besteht, und
(ii) das Erhitzen des verdichteten Formkörpers, um die
Vorstufe für eine glasartige Matrix umzuwandeln, bei
einer
solchen Temperatur durchgeführt wird, daß das
Schrumpfkontrollmittel als eine Komponente mit meßbarem
Volumen im glasartigen Gegenstand zurückbleibt.
2. Ein Verfahren nach Anspruch 1, weiter dadurch
gekennzeichnet, daß ein temporäres Bindemittel in Schritt (a)
einbezogen wird und daß die weiteren Schritte vorgesehen
werden, daß der verdichtete Formkörper, während er sich
in der Form befindet, auf eine Temperatur unterhalb der
Temperatur zur Umwandlung der Vorstufe für eine
glasartige Matrix in eine glasartige Matrix, die die
Schleifkörner zusammenbindet, erhitzt wird, um ein
selbsttragendes ausgeformtes Formteil zu bilden, und danach besagtes
Formteil vor Schritt (d) aus der Form entfernt wird.
3. Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 und 2, weiter
dadurch gekennzeichnet, daß ein Schritt eingeschlossen
wird, daß Schleifkorn und Schrumpfkontrollmittel vor dem
Schritt des Vermischens von Schleifkorn mit anderen
Inhaltsstoffen zur Herstellung des glasartigen gebundenen
Schleifmittels zusammengemischt werden.
4. Ein Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei das Schleifkorn kubisches Bornitrid umfaßt.
5. Ein Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Schleifkorn eine
Mischung aus kubischem Bornitrid-Schleifkorn und
geschmolzenem Aluminiumoxid-Schleifkorn ist.
6. Ein Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei die Vorstufe für eine glasartige Matrix eine Fritte
ist.
7. Ein Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche,
wobei das Schrumpfkontrollmittel ein Mineral ist, das
Sauerstoff und wenigstens eines der Elemente Silicium,
Aluminium und Magnesium enthält.
8. Ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das
Schrumpfkontrollmittel ein nicht-abschleifendes
hexagonales Bornitrid ist.
9. Ein Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, in
dem das Schrumpfkontrollmittel in einer Menge verwendet
wird, die in einem Bereich von 1 bis 10 Vol.-%, bezogen
auf das Volumen des Schleifmittels, liegt.
10. Ein Verfahren nach Anspruch 9, wobei das
Schleifkontrollmittel in einer Menge verwendet wird, die in einem
Bereich von 4 bis 8 Vol.-%, bezogen auf das Volumen des
Schleifmitteis, liegt.
11. Ein glasartiges gebundenes Schleifmittel mit einer
Porosität im Bereich von 20 bis 55 Vol.-%, hergestellt mit
einem verbesserten Verfahren, das die Schritte umfaßt,
daß a) Schleifkörner und eine Vorstufe für eine
glasartige Matrix zusammengemischt werden, um eine
gleichförmige Mischung zu bilden, b) die Mischung in eine Form
gegeben wird, c) die Mischung verdichtet wird, während sie
sich in der Form befindet, um einen verdichteten
Formkörper zu bilden, und d) der verdichtete Formkörper bei
einer Temperatur zur Umwandlung der Vorstufe für eine
glasartige Matrix in eine glasartige Matrix, die die
Schleifköruer zusammenbindet, erhitzt wird,
wobei das Schleifmittel dadurch gekennzeichnet ist, daß
nach dem Erhitzen, um die Vorstufe für eine glasartige
Matrix in eine glasartige Matrix umzuwandeln, das
glasartige gebundene Schleifmittel, als eine Komponente mit
meßbarem Volumen, ein Schrumpfkontrollmittel
zurückbehält, das mit den Schleifkörnern und der Vorstufe für
eine glasartige Matrix in einer für eine
Schrumpfverminderung wirksamen Menge vermischt worden ist, wobei das
Schrumpfkontrollmittel ein nicht-umhüllter,
nicht-abschleifender, nicht-metallischer, teilchenförmiger,
anorganischer Feststoff mit einer Härte von 1 bis 4 auf der
Mohs-Skala ist, der ausgewählt ist aus der Gruppe, die
aus (1) Mineralien, die Sauerstoff und wenigstens eines
der Elemente Silicium, Aluminium und Magnesium enthalten,
und (2) hexagonalem Bornitrid besteht.
12. Ein Schleifmittel nach Anspruch 11, wobei das
Schrumpfkontrollmittel ein Mineral ist, das Sauerstoff und
wenigstens eines der Elemente Silicium, Aluminium und
Magnesium enthält.
13. Ein Schleifmittel nach Anspruch 11, wobei das
Schrumpfkontrollmittel hexagonales Bornitrid ist.
14. Ein Schleifmittel nach einem der Ansprüche 11, 12 und 13,
wobei der Schleifstoff kubisches Bornitrid ist.
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