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Schleifwerkzeug, insbesondere Schleifscheibe Die Erfindung befaßt
sich mit Schleifwerkzeugen, insbesondere mit Schleifscheiben, bei denen ein metallisches
Bindemittel- für den eigentlichen Schleifstoff verwendet wird. Weiter behandelt
die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung solcher Schleifkörper. Das Verfahren
wird so angewendet, daß auf eine aus Metallpulver gepreßte Unterlage ein Schleifteil
aufgebracht und zu einem einheitlichen Ganzen mit der nichtschleifenden Unterlage
durch Sintern und Brennen verbunden wird.
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Die Erfindung wird also besonders bei Schleifkörpern mit getrenntem
Träger- und Schleifteil angewendet und gestattet eine verzerrungs- und verwerfungsfreie
Anfertigung des Schleifkörpers.
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Es ist bekannt, Schleifkörper, insbesondere Schleifscheiben, so zu
bauen, daß das Schleifmittel nur in einer unmittelbar am zu bearbeitenden Werkstück
angreifenden Handzone enthalten ist, während der übrige Schleifkörper als Träger
dient und im allgemeinen aus dem gleichen Material wie die eigentliche Schleifzone,
jedoch ohne Schleifmittel, aufgebaut ist. Dabei ist es auch bekannt, als Bindemittel
Metallpulver zu verwenden. Man formt also zwei Körper, einen aus Metallpulver mit
Schleifstoff als eigentlichen Schleifteil und einen zweiten ausschließlich aus Metallpulver
als Träger. Beide Teile werden dann zu einem Stück zusammengesintert und verpre'ßt.
Die zur Herstellung solcher Schleifkörper verwendeten Metallpulver enthalten meist
Kupfer und Zinn, wobei die Metalle üblicherweise das Mischungsverhältnis der Bronze
haben.
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Es wurde festgestellt, daß solche mit Metallbindung hergestellten
Schleifscheiben die Neigung haben, sich beim Sintern zu verwerfen oder zu
verzerren.
Es wird vermutet, daß die Neigung, sich zu verziehen, besonders im Fall von Schleifscheiben
wesentlicher Dicke, durch die unterschiedliche Schrumpfung verursacht wird, die
in dem Rückteil oder Trägerteil eintritt. Da die Temperatur im Verlauf des Sinterns
gesteigert wird, dehnt sich das gepreßte Metallpulver der Scheibe aus, bis die Sintertemperatur
erreicht ist. Beim Beginn des Sinterns tritt eine Schrumpfung ein, wobei die Oberseite
der Scheibe die Möglichkeit hat, etwas mehr zu schrumpfen als die Unterlage, da
die Unterlage der Scheibe während des Sintervorganges in Berührung mit einer Plätte
oder der Unterlage steht und die Reibung zwischen der Unterlage der Schleifscheibe
und dein Trägerteil die Schrumpfung zu verzögern bestrebt ist. Eine andere mögliche
Ursache für das Verziehen oder Verwerfen liegt in einigen Fällen in dein Unterschied
zwischen der Ausdehnung und der Kontraktion des Rückteiles oder Trägerteiles der
Scheibe und des Schleifteiles derselben. Dieses Ergebnis rührt von der Tatsache
her, daß der Schleifteil und die Rückseite oder der Trägerteil nicht gleichartig
sind, obwohl die verwendete Legierung dieselbe ist, ;da der Ausidehnungskoeffizient
des Schleifteiles durch,dieGegenwart des Schleifmittels modifiziert ist.
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Es wurde gefunden, daß Schleifscheiben hergestellt werden können,
die praktisch frei von Verziehen oder Verwerfen sind, wenn die Rückseite oder der
Trägerteil der Scheibe aus einem Metallpulver oder einem Gemisch von Metallpulvern
geformt ist, die bei Sintertemperaturen einen festen Metallkörper bilden, ohne jedoch
jemals genügend plastisch zu werden, um eine verschiedenartige Schrumpfung zuzulassen.
Dieses Ergebnis wird nach der Erfindung dadurch erzielt, daß das Bindemittel für
das Schleifmetall aus Kupfer- und Zinnpulvern gebildet wird, beispielsweise solchen
Bindungen, wie sie in dem amerikanischen Patent :21373129 von B o y e r beschrieben
worden sind, nach welchem Eisenpulver oder ein Gemisch von Eisen-, Kupfer- und Zinnpulvern
als Unterlage oder Trägerteil verwendet wird. Es ergibt sich; daß die Festigkeit
eines gesinterten gepulverten Metallgegenstandes in wesentlichem Ma'g von der Dichte
oder dem Grad der Verdichtung abhängt, der vor dem Sintern durch Pressen aufgezwungen
worden ist, insbesondere bei Verwendung verhältnismäßig niedriger Sintertemperaturen.
Die Frage, ob eine Unterlage aus Eisen allein oder einem Gemisch von Eisen, Kupfer
und Zinn zu verwenden ist, hängt deshalb in erster Linie von der Art des verwendeten
Eisenpulvers ab und von dem Verdichtungsdruck, der verwendet werden. soll. So. können
gewisse, nach elektrolytischen Verfahren hergestellte Eisenpulver gut für sich allein
verwendet werden, da ein nur geringer Verdichtungsdruck zu einem Preßgegenstand
führt, dessen Sinterfestigkeit befriedigend ist. Andererseits werden gewisse, durch
Reduktion mittels Wasserstoff hergestellte Eisenpulver normalerweise unter Zumischung
von Kupfer- und Zinnpulvern verwendet, da die hohen für eine angemessene Verdichtung
erforderlichen Drücke für Eisenpulver im allgemeinen unzweckmäßig sind. Wenn eine
gesinterte Unterlage oder Rückseite von Eisen allein verwendet wird, hat es sich
auch ergeben, daß die Möglichkeit-des Werfens oder Verdrehens,die auf die -Unterschiede
zwischen den Ausdehnungskoeffizienten der Rückseite oder des Trägerteiles und des
Schleifteiles zurückzuführen sind, praktisch eliminiert werden.
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Prüfungen haben ergeben, daß gesintertes Eisenpulver einen Wärmeausdehnungskoeffizienten
von etwa 12,5 X io-s/° C hat, während ein Schleifkranz mit einem Bindemittel aus
9o o/o Kupfer- und io o/o Zinnpulver mit einem Zusatz von etwa ii Gewichtsprozent
Diamant eine Wärmeausdehnung in der Größenordnung von 11,9 bis 12,9 X 1o-6/° C aufweist.
Diese nahe Verwandtschaft erklärt, wie man sehen wird; den Grund für die Vermeidung
der Schwierigkeit, die durch verschiedenartige thermische Ausdehnung verursacht
wird.
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In der Zeichnung bedeutet -Fig. i eine Draufsicht auf eine mit Schleifkranz
versehene Schleifscheibe; Fig. 2. gibt einen Schnitt längs der Linie 2-2 der Fig.
i wieder; Fig.3 ist eine Schnittansicht einer Oberflächenschleifscheibe vom sogenannten
Tassentyp; Fig. 4, 5 un' 6 gebeneinige Stufen bei der Formung einer Diamantschleifscheibe
wieder, wie sie in den Fig. i und ?,dargestellt ist.
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Die bei der Durchführung der vorliegenden Erfindung verwendeten Metallpulver
können die gewöhnliche, im Handel erhältliche Art sein und sollten verhältnismäßig
rein sein, um eine Regulierung des Legierungsgrades durch Einstellen der Sintertemperatur
und -zeit zu gestatten. Solche Metallpulver haben vorzugsweise einen Feinheitsgrad,
der einem Zoo Maschensieb entspricht.
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Das Formen einer Schleifscheibe mit einem Schleifkranz der Art, wie
sie in Fig. i und 2 gezeigt sind, bei welchen ein Metallkern oder eine Unterlage
io um eine Achse 12 gelegt ist, mit welcher ein Schleifkranz zu einer Einheit verbunden
ist, ist in den Fig. q., 5 und 6 gezeigt. In Fig. 4 haben wir ein Formstück oder
einen Kolben 15 mit einem zentralen Stift oder Zapfen 17 und einem fest anpassenden
Formring 16. Ein hinsichtlich seiner Menge berechnetes Gemisch von Eisen-, Kupfer-
und Zinnpulver, das zur Herstellung eines Scheibenzentrums gewünschter Dicke ausreicht;
wird dann auf den Kolben 15 in den durch den Ring 16 und den Zapfen 17 geformten
Hohlraum gebracht und gleichmäßig darin verteilt.
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Der obere Formkolben 15a wird dann in Lage gebracht und ein Verdichtungsdruck
auf die Kolben 15 und 15a ausgeübt, der von der Größenordnung von etwa ia5o bis
i4oo kg/cm2 sein mag. Nach dieser vorläufigen Verdichtung derRückseite öder der
Unterlage wird um den Formring 16, wie in Fig. 5 gezeigt, ein äußerer Formring i9
gelegt und das Gemisch von Diamantschleifstoff und Metallpulver, das für den Schleifkranz
benötigt wird, gleichmäßig in den Raum zwischen dem Kolben 1511 und dem Formring
i9 ausgebreitet. Ein oberer Ring 16a wird
dann in die Anordnung
in solcher Lage eingefügt, da'ß er dahin wirkt, das Schleifstoffgemisch gegen den
Ring 16 zu pressen, und die gesamte Form wiederum einem Druck unterworfen. Wie in
Fig.6 gezeigt, wird der Schleifring und die Rückseite oder die Unterlage zusammen
in Linie gebracht, wenn die Form geschlossen ist und ein geeigneter Druck angewendet
wird, der in einigen Fällen bis zu 3500 oder 5250 kg/cm2 oder mehr betragen
mag. Die Wirkung dieses Druckes verursacht die Verbindung des Schleifkranzes und
der Metallunterlage oder Rückseite, so daß die gepreßte Scheibe als einheitlicher
Körper ohne Gefahr des Ablösens gehandhabt werden kann.
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In Fig.3 ist ein Schnitt einer Schleifscheibenform wiedergegeben,
die zum Schleifen auf der Vorderseite verwendet werden soll. Hier ist gemäß der
vorliegenden Erfindung der Schleifteil 13 aus einem Gemisch von Schleifmaterial
und Metallpulver geformt und zu einem einheitlichen Körper mit der Rückseite oder
dem Trägerteil r32 verbunden, welch letzterer aus einem Gemisch von Eisen-, Kupfer-und
Zinnpulver gebildet ist. Das Formen kann, soweit das mechanische Verfahren in Betracht
kommt, in üblicher Weise durchgeführt werden. Die Ringe 13 und i32 sind nach
dem Sintern durch irgendwelche geeigneten Mittel mit der Ausrüstung 14 verbunden.
Die Ausrüstung 1q. kann aus irgendeinem wünschenswert erscheinenden Material hergestellt
sein, beispielsweise aus Metall oder Kunststoff, und- kann natürlich auch jede beliebige
Form oder Ausbildung haben, wie sie für die Installation einer Schleifmaschine oder
Spindel notwendig ist.
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Nach Abnehmen von der Form können die gemäß der vorliegenden Erfindung
hergestellten Schleifscheiben in irgendeiner üblichen oder gewünschten Weise gesintert
werden. Eine einfache und wirksame Arbeitsweise besteht darin, die Scheibe auf eine
Unterlage oder Platte zu bringen und sie in einen Heizofen zu bringen, in dem eine
reduzierende oder oxydierende Atmosphäre aufrechterhalten wird. Die Scheibe wird
in dem Ofen genügend lange gehalten, um eine vollständige Sinterung zu erreichen,
und die Härte der Unterlage wird weitgehend durch die Temperatur bestimmt, bei welcher
das Sintern durchgeführt wird. Das ist dem Fachmann wohlbekannt, und die Härte kann
je nach Wunsch reguliert werden.
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Es wurde gefunden, daß die Mischung der Rückseite oder Unterlage hinsichtlich
des Prozentgehaltes an Eisen beträchtlich variiert werden kann, beispielsweise zwischen
etwa 8o bis go% und der Kupfer- und Zinngehalt entsprechend zwischen etwa 8 bis
18% bzw. i bis 40/0. Eine Sintertemperatur von 8oo° kann bei guten Ergebnissen benutzt
werden, da bei dieser Temperatur die. Unterlage oder der Trägerteil gut sintiert,
aber fest bleibt und, den Kranz gegen Abfallen oder Verdrehen stützt.
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In der vorliegenden Beschreibung sind Schleifscheiben von der in Fig.
i und a gezeigten Art beschrieben worden mit einer Metallunterlage oder Kern, der
von dem Schleifkranz bis zum Achsenloch sich erstreckt. Verständlicherweise wird
bei großen Scheiben bei dieser Bauweise die Metallmenge groß und demgemäß das Gewicht
der Scheibe übermäßig schwer. Deshalb ist es bei. großen Scheiben oft erwünscht,
daß der Metallkern oder die Unterlage sich innen von dem Schleifkranz nur verhältnismäßig
wenig erstreckt, etwa in der Größenordnung von der gleichen bis zur 18fachen Dicke
des Schleifringes, je nach den Abmessungen der Scheibe, und daß der Rest des Kernes
oder der Unterlage aus einem leichteren Material gebildet wird, wie beispielsweise
aus einem formbaren Kunststoff, der in irgendeiner geeigneten Weise an der Metallunterlage
befestigt wird, oder der in Lage im Innern des metallischen Trägerringes geformt
wird. Auf diese Weise zusammengesetzte Scheiben sollen in den Bereich der vorliegenden
Erfindung fallen, da die Vorteile der vorliegenden Erfindung auch in ihnen enthalten
sind, obgleich der Trägerteil nicht insgesamt aus Metall geformt ist.
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Der in dem Schleifkranz verwendete Gehalt an Diamant ist nicht von
Bedeutung und kann je nach dem Zweck, für welchen die Scheibe verwendet werden soll,
variiert werden. Andere Arten von Schleifmaterialien können an Stelle von Diamant
verwendet werden, obgleich es sich herausgestellt hat, daf außer in sehr seltenen
Fällen die Ausgabe für eine Metallbindung nicht berechtigt ist, außer wenn ein kostspieliger
Schleifstoff wie Diamant verwendet wird. Indessen werden durch den Rahmen der vorliegenden
Erfindung Schleifscheiben umfaßt, die mit allen Typen von Schleifmaterialien hergestellt
sind, wie Tonerde, Siliciumkarbid, Borkarbid, Emaille, Titankarbid u. dgl.
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Obgleich die Erfindung unter besonderer Bezugnahme auf die Unterlagen
beschrieben ist, die durch das Sintern von Gemischen von Kupfer- und Zinnpulver
hergestellt werden, ist sie auch weiter auf Unterlagen des Typs verwendbar, die
andere legierende Elemente, wie Eisen, Nickel, Zink, Aluminium usw. enthalten.
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Wo der Ausdruck Unterlage in den Ansprüchen verwendet ist, sollen
damit auch die Rückseiten umfaßt werden und andere, zu einem Körper zusammengesinterte
Trägerteile. Wo spezifische Prozentgehalte in den Ansprüchen angegeben sind, handelt
es sich um Gewichtsprozente.
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Es ist weiter verständlich, daiß viele andere auf der Hand liegende
Änderungen und Variationen möglich sind, bei der Art, wie der vorstehend beschriebene
Erfindungsgegenstand ausgeführt wird, und es ist zu verstehen, daß alle solche Änderungen
und Abweichungen in dem Rahmen der vorliegenden Erfindung liegen sollen, und daß
die Erfindung für die Erzeugung von Schleifgegenständen benutzt werden kann, die
nicht Schleifscheiben sind. Die Erfindung soll nicht anders beschränkt werden als
nur durch den Umfang der nachfolgenden Ansprüche.