DE7042700U

DE7042700U - Schleifkörper

Info

Publication number: DE7042700U
Application number: DE7042700U
Authority: DE
Original assignee: Norton Co
Current assignee: Saint Gobain Abrasives Inc
Priority date: 1969-11-14
Publication date: 1973-04-19

Description

BERLIN 33 8 MÜNCHEN

Augu.tn-Viklorla-Strai.6 65 Dr.-Inq. HANS RUSCHKE Plenzenauor Straße 2

Pat.-Anw. Dr. Ruichke , ....... a/^iiiai-i Pal.-Anwalt Agular T.l.fon:0311/g™* Dipl.-lnQ. 1 EINZ AGULAR T...fon:0811«

Telegramm-Adre»«e: PATENTANWÄLTE Talegramm-Adreaaa:

Quadratur Berlin Quadratur München

N 625

Norton Company, Worcester / Massachusetts, V.St.v.A.

Schleifkörper

Gegenstand der Erfindung sind Schleifwerkzeuge, wi<? Schleifscheiben zum Abschleifen von harten Materialien, wie gekittete Karbide und Werkzeugstähle, welche Schleifwerkzeuge aus organisch gebundenen Diamanten und kubischem Bornitrid bestehen.

Die Erfindung betrifft im besonderen, einen Schleifkörper, wie eine Schleifscheibe, die aus Diamantsplitt oder aus Bornitrid in Form kubischer Kristalle besteht, wobei die Schleifkörner durch einen nicht schmelzbaren organischen Verband mit einander verbunden sind, der insgesamt ein Füllmaterial von volumenaiäßig 15 - 70 % des Volumens des Verbandes enthält sowie ein fein zerteiltes Verstärkungsfüllmaterial.

Von allen Diamantschleifscheibenherstellern wurde bisher die Verwendung eines flüssigen Kühlmittels beim Schleifen von gekitteten Karbidwerkzeugen empfohlen. Bei dem Trockenschliff mit herkömmlichen Schleifscheiben ist die Abnutzung fünf-bis sechsmal so groß als bei Benutzung eines geeigneten flüssigen Kühlmittels bei den gleichen Schleifscheiben, wenn gekittete Karbide geschliffen werden.

Obwohl in Patentschriften die Verwendung von Trockenfilmschmiermitteln verschiedener Arten vorgeschlagen wird, mit denendie Schleifscheibe imprägniert wird,oder die dem Gemisch zugesetzt werden, aus dem die Schleifscheibe hergestellt wird,so konnte mit solchen trockenen Schmiermitteln die Leistung von Diamantschleifscheiben beim Trockenschliff von Karbiden nicht wesentlich verbessert werden.

Wird ein Teil der normalerweise im Harzverband verwendeten Füllstoffe durch Graphit einer hoch kristallinischen Form mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von weniger als 3OO Mikron und vorzugsweise von 1-50 Mikron ersetzt,so können Schleifwerkzeuge aus Diamant oder kubischem Bornitrid hergestellt werden, die beim Trockanschliff von harten Materialien eine außerordentlich gute Leistung aufweisen,

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wenn die Schleifkörner (aus Diamant oder Bornitrid) mit sinem Metallbelag versehen werden. Beim typischen durchschnittlichem Schleifen werden mit einem Gehalt von 16 Vol.-% Graphit im Verband anscheinend die günstigsten Ergebnisse erzielt. Je nach dem besonderen Verwendungszwiok muß der Graphitgehalt im Verband zwischen 5 und 40 Vol.% betragen und vorzugsweise 12-35 %- Der Verband e^^lt ferner einen Verstärkungsfüllstoff von der Art ; allgemeinen zum Verstärken von Kunstharzen verweno.^ wi:'d. Diese Stoffe bestehen aus fein zerteilten festen, anorganischen und kristallinischen Materialien, die in bezug auf das Harz chemisch stabil sind sowie thermisch stabil bei den Temperaturen, denen das Werkzeug ausgesetzt wird, wobei die Festigkeit mindestens gleich der Festigkeit deε Harzes sein soll. Von besonderem Nutzen ist zerkleinertes Siliziumkarbid. Gute Ergebnisse können jedoch auch erzielt werden mit fein zerteiltem Aluminiuioiid, Kirkonoxid, Magnesia, Siliziumoxid, Asbest und mit Metallen,wie Silber, Kupfer, Nickel, Kobalt und Eisen in Form feiner Pulver. Der verstärkende Füllstoff soll im Verband in einer Menge von 15-60 Vol.% vo rhand en sein.

Graph.it ist im Handel erhältlich mit verschiedenen Partikelgrößen und in verschiedenen Sorten und zwar als natürlicher oder synthetischer Graphit. Zum Erzielen der besten Ergebnisse soll der durchschnittliche Partikeldurchmesser kleiner als 300 Mikron sein und vorzugsweise kleiner als 50 Mikron, jedoch nicht kleiner als 1 Mikron.Der im Handel erhältliche Graphit weist eine unterschiedliche Kristallbildungsfähigkeit auf. -/e besser diese ist, umso besser ist der Graphit für die Zwecke der Erfindung geeignet. Ein hoch kristallinischer Graphit weist die Form von Flocken auf, welche Sorte zu bevorzugen ist. In der Natur vorkommender Graphit, der bis zu einer Partikelgröße von 4-3 Mikron und weniger zerkleinert worden ist, weist die Form von Flocken auf und für die Zw ekke der Erfindung sehr befriedigende Eigenschaften. Die besten Ergebnisse wurden mit einem solchen Material erzielt, dessen durchschnittliche Partikelgröße 10 Mikron betrug (die Dicke der Flockenbleibt unberücksichtigt). Für die Erfindug kann Graphit verwendet werden, der mit einem Metallbelag (Nickel) nach dem amerikanischen Patent 3 4o2 o35 versehen worden ist. Es wurden jedoch keine Vorteile mit einer Umkleidung des Graphits mit Nickel erreicht im Gegensatz zum Zusetzen des Nickels als unabhängiges Füllmaterial.

.'■-.- .·. - r. ά ■: ζ ·:- besondere Bindeharz ist in allgemeinen —■ r^z .-:ri~iscii, und es können die herkömmlichen Harze v-;r-.v encet werdsn, die für die Herstellung von Schleifscheiben benutzt werden. Erwünscht sind mechanische Festig-Keit und Hitzefestigkeit. Es können verwendet werden die bekannten Phenolaidehyd-Kars, Me!aminoaldehydharze-, Urea-Aldehydharze, Polyesterharze und Epoxidharze unter Einschluß der Epoxid-novolacs sowie die herkömmlichen Modifizierungsmittel, Weichmacher und Füllstoffe-Ziemlich neu sind im wesentlichen lineare Polymere sowie durch Wärme ausgehärtete Polymere (wie die Polymide, die in dem französischen Patent 'Nr. 1 455 51^ offenbart sind), welche Materialien zum Herstellen eines Verbandes zwischen Schleifmittelkörnern verwendet werden können. Diese Harze sowie die obengenannten querverketteten Harze sind nicht schmelzbar im Gegensatz zu den häufiger verwendeten thermoplastischen linearen Polymeren mit bestimmten Erweichungsbereichen, die imnBT wieder erweichbar sind. Beispiele für solche Harze sind offenbart in den amerikanischen Patentschriften Nr. 3 329 4-89 (Polybenzimidazoi) , Kr. 5 '<>'jb 9^0 und Nr. 3 385 684 (Polymide). Ferner können auch die in dem amerikanischen Patent Nr. 3 5o'"" 17o offenbarten Polysulfidharze verwendet werden.

Unter sonst gleichen Bedingungen können latvx-i ich -auch "beste Ergebnisse erreicht werden mit Harzen, die die günstigste Festigkeit ausweisen und hitzefest sind.

j Es ist für die Erfindung wesentlich, daß das Schleifmittel,

ι und zwar der Diamantsplit oder das kubische Bornitrid einen

Metallbelag trägt, der die Schleifkörner so einkapselt, daß die Menge des Metalls bei jedem Partikex IO-7O Vol.% beträgt. Mit einem Metallbelag versehene Diamanten dieser Art sind im französischen Patent Nr. 1 14-2 688 (S^ulard), in den belgischen Patenten 683 5°8 und 698 428 sowie im französischen Patent 1 522 735 offenbart. Für die Metallüberzüge können verwendet werden Kupfer, Silber, Nickel, Kobalt, Molybdän und allgemein jedes Metall, dessen Schmelzpunkt höher als ungefähr 260 C liegt, und das im Schleifwerkzeug chemisch stabil ist. Obwohl für das Naßschleifen der Volumenprοζent- ·<=· ! ζ des Metallbelags höher sein kann, so soll jedoch für deu nach der Erfindung vorgesehenen TrockRenschliff der Volumenprozentsatz des Metallbelags zwischen 1o und 60 % liegen.

Es sind im Handel Diamanten erhältlich, die mit Nickeloder mit Kupferüberzügen versehen sind, deren Volumenprozent-

-ψ-

satz lc - 5ο % beträgt. Diese Metallbeläge können durch elektrisches Ablagern auf einem dünnen Silberbelag erzeugt werden, der seinerseits auf den Schleifkömern chemisch niedergeschlagen worden ist. Liese Beläge oder Überzüge brauchen daher nicht nur aus einem einzelnen Metall zu bestehen, und für die Erfindung sind sehr viele verschiedene Überzüge aus Metallen und Metallegierungen von Nutzen.

Die Korngröße des Schleifmittels ist für die Erfindung nicht wesentlich; jedoch werden für Diamantschleifscheiben Schleifkörner mit einer Größe von 60 bis 220 (ohne Belag gerechnet) allgemein verwendet.

Ein Zusatz von unbelegten Schleifkörnern bei einer Schleifscheibe,die hauptsächlich aus mit einem Metallbelag versehenen Schleifkörnern besteht, braucht die Leistung der Schleifscheibe nicht unbedingt herabzusetzen. In diesen Fällen sollen die Schleifwerkzeuge volumenmäßig mindestens 7 % des metallüberzogenen Schleifmittels enthalten, wobei der Metallüberzug volumenmäßig minfestens ΊΟ % bis zu 70 % des Volumens des Schleifmittels plus Überzug beträgt. Der Geamtgehalt des Schleifmittels plus Metallbelag soll 50 % des Volumens des Schleifwerkzeuges nicht übersteigen.

704274Q19.4.73

-ι-

Die Erfindung wird nunmehr ausführlich beschrieben. In der beiliegenden Ze: "hnung· ist die

Fig. 1 eine schaubildliche Darstellung eines Schleifkörpers nach der Erfindung,

Fig. 2 eine schaubüdliche Darstellung eines gebrauchsfertigen Schleifwerkzeuges mit dem in der Fig. 1 dargestellten Schleifkörper und die

Fig. 3 eine schaubüdliche Darstellung eines Schleifwerkzeuges mit einem auf eine andere Weise angebrachten Schleifkörper nach der Fig. 1.

Die Schleifwerkzeuge nach der Erfindung können durch Pressen des Gemisches in einer entsprechend ausgestalteten Form hergestellt werden. Die Form kanu erhitzt und das Harz in der Form gänzlich oder teilweise ausgehärtet werden.

Die Fig. 1 zeigt einen typischen Schleifkörper 10, während die Fig. 2 den an einem Kern 20 befestigten Schleifkörper zeigt, der zusammen mit dem Kern eine gerade Schleifscheibe bildet. Die Fig. 3 zeigt einen an einem becherförmigen Kern befestigten Schleifkörper, der zusammen mit dem Kern eine sogenannte Topfscheibe bildet. Als Material für den Kern

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wird geexgijt-: uerweioc cxij üii ü AiUwiriiUu verwendet, wie in dem amerikanischen Patent Nr. 2 150 886 offenbart ist. Der Schleifkörper kannzusammen mit dem Kern geformt oder auch nach der Herstellung am Kern befestigt werden.

Im nachstehenden

Beispiel I

wird die typische Zusammensetzung eines für die Herstellung von Schleifwerkzeugen nach der Erfindung geeigneten Gemisches beschrieben.

Gewichtsfceile Volumenteile

Pulver aus Phenol-aldel^/d-Polymer (BRP 5^80, erhältlich von der Union Garbide Corporation) mit 9 % Hexamethylenetramin und mit einem Zusatz von 10 % Kalk

fein zerteiltes Siliziumkarbid (800 grit)

Naturgraphitflocken, die durch ein Sieb mit einer Maschenweite von Ψ 3 Mikron hindurchfallen

Furfural

Bei der Herstellung eines Schleifwerkzeuges unter Verwendung dieses Gemisches wird das Schleifmittel mit Furfural angefeuch-

39,1	52,8
26,0	15,0
50,4	25,0
4,5	7,2

ti-

tet, und das Gemisch aus dem Bindemittel, dem Füllstoff und dem Graphit wird zugesetzt, und das Ganze wird zu einer homogenen Masse verarbeitet. Hiernach braucht das Gemisch nur in eine entsprechend ausgestaltete Form eingefüllt und heiß gepreßt zu werden.Bei Verwendung des oben beschriebenen Gemisches wird das fertige Werkzeug aus der Form entfernt und in einem Ofen weiter ausgehärtet. Das Formen erfolgt im allgemeinen unter einem Druck von 1.575 kg/cm bei einer Temperatur von 160 ⁰C und wird ungefähr 20 Minuten lang durchgeführt. Das abschließende Aushärten kann 24 Stunden lang bei einer Temperatur von 1'75⁰C in einem öfen an der Luft oder in einer Atmosphäre durchgeführt werden. Durch Hegulieren der AushärtuflBptemperatur kann die Härte oder die Güte des Verbandes bestimmt werden, die je nach dem besonderen Verwendungszweck verschieden sein kann. Diese Verfahren sind an sich bekannt und bilden keinen Teil der Erfindung.

Das obenstehende Beispiel ist typisch für einen Verband bei einem Schleifwerkzeug, dessen Diamaatkonzentration verhältnismäßig hoch sein soll (z.B. 15-40 % des gesamten Volumens des Schleifwerkzeuges). Soll die Diamantkonzentration geringer sein, so soll der Gehalt des verstärkenden Füllmaterials erhöht werden.

Der RMBi£,eh.'axtete Schleifkörper wird, wie üblich., an einem Kern oder Halter befestigt, so daß ein Schleifwerkzeug nach den Figuren 2 und 3 hergestellt wird. Bei den nacl stehend angeführten Beispielen wurden Topfscheiben normaler Ausführung und mit den angegebenen Abmessungen verwendet. VlIe Versuche wurden ohne Verwendung eines flüssigen Kühlmittels durchgeführt.

Es wurde eine Reihe von Schleifscheiben hergestelxO one Untersuchungen beim Trockenschleifen von gekittetem Wolframkarbid duchgeführt, und die Ergebnisse wurden mit einander verglichen. Die bearbeiteten Werkstücke bestanden aus normalen Stücken Carboloy 44-A mit den Abmessungen 4- χ 12,7mm. Die Schleifscheibe bestand aus einer normalen lO-cm-Topfscheibe (Type D6A9) mit einer Schleifbreite von 3,2 mm.Die Schleifmaschine bestand aus einer Flächenschleifmaschine. Die Drehzahl betrug 3600 U/min und der Quervorschub betrug 254- cm/min, während die Zustellung bei Jeder Umkehrung der Bewegung des Tisches 0,05 mm betrug. Die Körnung des Diamantsplits betrug 150 grit, und das Schleifmaterial war mit einem Belag entweder von 56 Gew.% Nickel oder 50 Gew.% Kupfer versehen. Der Diamantgehalt des Schleifwerkzeuges betrug 16 Vol.% ohne das Volumen des Metallbelags gerechnet. Bei den zu untersuchen-

-η-

den Schleifscheiben wurde der Verband nach dem Beispiel I verwendet mit der Ausnahme, daß kein Graphitfüllstoff verwendet und der Siliziumkarbidgehalt auf ^5 Vol.% des Va-bandes erhöht wurde. Die zu untersuchenden Schleifscheiben wurden aus der im Beispiel I angegebenen Zusammensetzung hergestellt.

In der Tab lie 1 sind die Ergebnisse der Untersuchungen zusammenge.. ;ellt, aus denen die Vorzüge der Erfindung anhand des in Watt gemessene-en Leistungsverbraucns und des Schleifverhältnisses zu ersehen sind. Als Schleifverhältnis wird das Verhältnis des entfernten Karbids zum Volumen der Schleifscheibenabnutzung bezeichnet. Die Bedeutung des Schleifverhältnisse-s ist offenbar darin zu sehen, daß eine Schleifscheibe mit einem Schleifverhältnis von 100 zehnmal so viele Teile wegschleift, bevor die Schleifscheibe abgenutzt ist, als eine Schleifscheibe mit einem Schleifverhältnis von 10. Die verbrauchte Leistung soll so niedrig wie möglich sein, damit eine Beschädigung des Werkstückes und der Schleifscheibe durch Hitze vermieden wird. Außerdem besteht natürlich eine Grenze, bis zu der ein gegebener Motor belastet weiden kann. Ein normaler 1 ,5-PS-Motor wäre daher für normale Schleifscheiben und für die in der Tabelle angegebenen. Leistungen nicht ausreichend, kann, jedoch bei den untersuchten Schleifscheiben verwendet werden.

Tabelle 1

r. iixale Schleifscheibe Prüfschexbe (Beispiel II)

normale Schleifscheibe Prüfscheibe (Beispiel III)

Diamant
Belag

Schleif-Verhältn,

72,2 321,0

36,2

444,0

Leisoungsverbrauch Watt

1235 865

1200 840

Ir. der Tabelle 2 sind die Ergebnisse bei einem anderen verkitteten Wolframcarbid für eine normale Schleifscheibe und für eine Schleifscheibe nach der Erfindung zusammengestellt. Als normale Schleifscheiben wurden die gleichen Schleifscheiben verwendet wie nach der Tabelle 1. Die Schleifscheiben nach der Erfindung enthielten die gleiche Menge Diamant und Graphit, wie in der Tabelle 1 angeführt; jedoch war der SiiiziuiEkarbidgehalt uii: 5 % geringer.

Tabelle 2

normale Schleifscneibe Prüfscheibe (Beispiel IV

Schleif.
verhältn.

1 3 *>, 0

Leistungsverbrauch Watt

1015 770

Cm die Wichtigkeit der Verwendung eine.» mit einem Metallbelag versehenen Schleifmittels aufzuzeigen, sind in der

Tabelle 3A die Ergebnisse gegenübergestellt;, die mit einer, kein Graphit sondern nur Diamanten ohne Belag enthaltenden Schleifscheibe und mit einer Schleifscheibe erhalten wurden, die im Verband 7,5 % Grapnit und ferner Diamanten ohne Belag enthielt. In den Verbänden beider Schleifscheiben betrug das Gesamtvolumen des Füllmaterials 35 %· Diese Schleifscheiben bestanden aus Topfscheiben. Type 11V9 mit einem Durchmesser von 12,7 cm und mit einem 3,2 mm breiten Rand. Obwohl die Leistungsaufnahme etwas herabgesetzt werden konnte, so wurde jedoch das Schleifverhältnis nicht wesentlich erhöht. Aus der Tabelle 3B ist jedoch zu ersehen, daß das Schleifverhältnis wesentlich erhöht wird, wenn die belafcfreien Diamanten nach der Tabelle 3A durch Diamanten ersetzt werden, die einen Nickelbelag tragen. Bei belagfreien Diamanten betrug die Erhöhung des Schleif Verhältnisses nur 9,5 %·> "bei Verwendung von mit Nickel belegten Diamanten jedoch 27,4- %· Bei allen Schleifscheiben nach der Tabelle 3 betrug der Diamantgehalt volumenmäßig 17 %· Die Prüfbedingungen waren imübrigen die gleichen.

Tabelle 3A

Schldf- Leistungsverhältnis verbrauch Watt

normale Schleifscheibe 28,4- 1325

Prüfschleifscheibe (Beispiel IV) 31,1 1215

Tabelle 3B

Schleif- Leistungsverhältnis verbrauch Watt

normale Schleifscheibe 50,0 1425

Prüf schleif scheibe (Beispiel VI) 63,7 14-25

Um die Vorzüge der Erfindung bei Schleifscheiben mit kubischem Bornitrid anstelle von Diamant darzulegen, wurden
Schleifscheiben mit d.^v Zusammensetzung nach der Tabelle 1
hergestellt mit der Ausnahme, daß in allen Fällen der Diamant durch, kubisches Bornitrid mit der gleichen Korngröße verwendet wurde, wobei Schleifarbeiten an zwei normalen Werkzeugstählen T15 und M3 durchgeführt wurden. Das kubische Bornitrid war mit einem Nickelbeiag von 50 Gew.% versejtien. Die Schleifscheiben bestanden aus Topfscheiben mit einem Durchmesser von 95,2 nun (11V9) mit einem 3,2 mm breiten Rand. Die Werkstücke
bestanden aus gegebenen Werkzeugstählen mit den Abmessungen
6,35 mm χ 12,7 um. Im übrigen wurden die Untersuchungen unter den gleichen Bedingungen durchgeführt wie nach der Tabelle 1. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind in der nachstehenden Tabelle 4 zusammengestellt.

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Tabelle

Stahl	Schleif-	τ 15	M3
	verhäitn.	Leistuiigs- Schleif	Leisturgs
		verbrauch verhalte	verbrauch
	19	Watt ■	Watt
normale Schleif		850 39	650
scheibe	17
Prüfscheibe		715 ^t	6-0
(Beisp. VI)

Um die Verwendbarkeit von anderen "füllstoffen als Siliziumkarbid aufzuzeigen, wurde eine normale 10-c,-Schleifscheibe (Type 6A9), wie in der Tabelle 1 angeführt, verglichen mit einer gleichen Schleiischeibe, die i.r. /eiband 15 Vo 1.% Graphit und 11,6 % Nickelpulver enthielt. Beide Schleifscheiben enthielten 16 Vol.% mit Nickel beschichteten Diamanten, Korngröße 150 grit. Der Graphit bestand aus natürlichem Flockengraphit mit einer Feinheit von weniger als 4-J Mikron.

Die Gchleifbedingungen waren die gleichen, wie in der Tabelle 1 angegeben, jedoch wurde ein härterer Karbid geschliffen. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle 5 angeführt.

Tabelle 5

normale Schleifscheibe Prüfscheibe (Beisp. VII)

Schleifverhäxtn.

77,5 94,8

L-^istungsverbrauch Watt

1150 790

Claims

-ψ ρchut S «^StWj r>h β

1. Schleifkörper, z.B. Schleifscheibe, der (die) Schleifkörner aus Diamant oder aus Bornitrid in Form kubischer Kristalle enthält, welche Schleifkörner durch einen nicht schmelzbaren organischen Verband zusammengehalten werden, der 15 his 70 % des Gesamtvolumens desVerbandes eines Füllmaterials enthält, der seinerseits einen fein zerteilten verstärkenden Füllstoff enthält, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Schleifkörner mit einem Metallbelag versehen sind, und daß das Füllmaterial 5 his 40 % des Gesamtvolumens des Verbandes Graphit mit einer Part ike IgBdBe von 3OO Mikron oder weniger enthält.

2. Schleifkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Schleifkörper volumenmäßig mindestens 7 % einen Metallbelag tragende Schleifkörner enthält, welcher Belag volumenmäßig 10 - 70 % des Volumens der mit einem Belag versehenen Schleifkörner beträgt.

3. Schleifkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Belag aus Nickel oder Kupfer besteht.

^- Schleifkörper nach einem der Ansprüche ^x bis *;. dadurch gekennzeich ,et, daß der verstärkende Füllstoff aus Siliziumkarbid oder aus mindestens einen Metall Silber Kupfer, Al uni in ium, Eisen, Nickel oder Kcbalt besteht.

5- Schleifkörper nach einem der Ansprache i bis ~-, dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt des Schleifmittels 7 - 40 % des Volumens des Schleifkörpers beträgt.

6. Schleifkörper nach einem der Anspi ^:---Ls 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Graphit flockig ist und durch eir. Sieb mit einer Maschenweite von 4-3 Mikron hindurchf äl±t.