EP0763403A1 - Schleifwerkzeug und Verfahren und Vorrichtung zu seiner Herstellung - Google Patents

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EP0763403A1
EP0763403A1 EP96113809A EP96113809A EP0763403A1 EP 0763403 A1 EP0763403 A1 EP 0763403A1 EP 96113809 A EP96113809 A EP 96113809A EP 96113809 A EP96113809 A EP 96113809A EP 0763403 A1 EP0763403 A1 EP 0763403A1
Authority
EP
European Patent Office
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abrasive
grinding
wear
grain
axial direction
Prior art date
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Granted
Application number
EP96113809A
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English (en)
French (fr)
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EP0763403B1 (de
Inventor
Hans-Robert Dr.-Ing. Meyer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Saint Gobain Diamantwerkzeuge GmbH and Co KG
Original Assignee
Ernst Winter and Sohn Diamantwekzeuge GmbH and Co
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Publication date
Application filed by Ernst Winter and Sohn Diamantwekzeuge GmbH and Co filed Critical Ernst Winter and Sohn Diamantwekzeuge GmbH and Co
Publication of EP0763403A1 publication Critical patent/EP0763403A1/de
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Publication of EP0763403B1 publication Critical patent/EP0763403B1/de
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D5/00—Bonded abrasive wheels, or wheels with inserted abrasive blocks, designed for acting only by their periphery; Bushings or mountings therefor
    • B24D5/14—Zonally-graded wheels; Composite wheels comprising different abrasives

Definitions

  • the invention relates to a grinding tool according to the preamble of patent claim 1.
  • a grinding tool with the extremely hard abrasives diamond or cubic-crystalline boron nitride usually consists of a rotationally symmetrical base body and a grinding surface.
  • the basic body which determines the static and dynamic strength of the grinding wheel, can be made of aluminum, synthetic resin with fillers, steel or ceramic, for example.
  • the abrasive coating consists of one abrasive grain and one Binding.
  • the abrasive grain consists, for example, of diamond or boron nitride crystals, which are differentiated according to their grain size. Coarse grit sizes enable a high chip removal rate, low wear and cause great roughness. Fine grain sizes enable a small roughness, result in greater wear and only allow a smaller chip removal volume.
  • the bond such as synthetic resin bonds made of phenolic and polyimide resins, sintered metal bonds, for example bronze bonds, steel bonds, ceramic bonds or also hard metal bonds.
  • the individual bonds are adapted to the grinding behavior required by different compositions of the basic components, such as tin and copper for bronzes, as well as by different fillers, such as silicon carbide or corundum for phenolic resin, and their proportions.
  • Metal bonds are generally more wear-resistant than synthetic resin bonds, usually grind harder and slower and generate more heat than synthetic resin-bonded grinding wheels.
  • galvanic bonds are also known.
  • grinding wheels with profiled grinding surfaces are often used.
  • the profile or its dimension largely depends on the profile of the workpiece to be ground. It turns out that certain areas of the abrasive coating are subject to greater wear than others. Exceptions to this are workpieces that have a preformed profile that is characterized by an oversize that is uniform in the feed direction of the grinding wheel. Appropriate preprocessing of the workpiece is, however, complex and is therefore rarely encountered in practice. The stability of such grinding wheels naturally depends on how long the most stressed areas of the grinding surface can be used.
  • the invention has for its object to provide a grinding tool with an abrasive coating, the service life can be increased with uneven loading in individual areas of the abrasive coating by uniform wear.
  • the physical properties and / or the volume fractions of the covering components in the axial direction are chosen differently such that they are adapted to the different grinding loads in the axial direction.
  • the areas of the abrasive coating that are subject to greater stress therefore have different compositions and the nature of their proportions than zones that are less exposed.
  • the composition of the covering components is therefore differentially adapted to the load in the axial direction. It is essential that there are no clear boundaries or levels between the zones in terms of quality, but a continuous transition from e.g. the concentration of the abrasive grain on another. In one embodiment, the condition could change continuously, even if the load changes continuously, the change being adapted as the load changes. However, zones of a certain nature, e.g. Concentration of the abrasive grain, be present, the transitions between the zones "flowing" so that there is no abrupt change between the zones.
  • the invention is based, inter alia, on the knowledge that the wear of a surface unit of an abrasive coating depends essentially on how long it lasts with the workpiece is engaged or what volume of the workpiece he has to grind. In the case of grinding tools with a profiled abrasive coating, the area of the abrasive coating that has been in contact with the workpiece the longest and has to remove the largest proportion of the volume that lies radially or furthest in the feed direction.
  • the wear of a profiled grinding wheel depends on several parameters. One concerns the concentration of the abrasive grain.
  • the concentration information indicates the volume fraction of diamond or boron nitride in the abrasive coating. Concentration is one of the most important features of a diamond or boron nitride grinding wheel. It influences the grinding forces, grinding temperatures, roughness and wheel life to a large extent. The concentration must be matched to the other parameters of the grinding tool, the grinding process and the operating conditions. The concentration is usually given in carats per cm 3 . In order to increase the service life of the grinding wheel, the concentration in the entire grinding surface could be increased proportionally. However, this leads to the grinding forces and grinding temperatures also increasing, which can lead to dimensional and shape deviations and Structural influence of the surface leads. One embodiment of the invention therefore provides that the concentration in such covering zones is increased where there is increased wear, whereas, in contrast, in covering zones with lower loads, the concentration may even be reduced so that the grinding forces and grinding temperatures do not exceed the permissible level .
  • a corresponding distribution of the concentration in the axial direction as a function of the radial distance of the coating surface from the disk axis can therefore achieve uniform wear for the grinding coating over the entire allowance of the section of a workpiece to be ground. This results in a significantly longer service life overall for the grinding tool; ideally, the entire grinding surface can be used up without reworking.
  • the grain size of the abrasive coating can therefore differ in the axial direction be selected, for example in the area in which the grinding wheel has to grind the largest volume on the workpiece, have a larger grain size, the grain size decreasing in the direction of lower load in the axial direction. Due to the mostly predetermined maximum roughness, the grain size cannot be chosen to be arbitrarily high.
  • binding is also important for the achievable time span volume.
  • Synthetic resin bonds for example with phenolic or polyimide resins, are considered to be soft, fast and cool-grinding, only result in low grinding forces and leave a wide range of adaptations.
  • Sintered bronze bonds connect to the synthetic resin bonds in the direction of greater bond hardness. Steel and hard metal bonds are even harder.
  • Metal-bonded grinding wheels usually grind harder, slower and generate more heat than synthetic resin-bonded grinding wheels.
  • Ceramic bonds have the ability to high chip removal rates and high wear resistance. They enable free grinding through porosity and self-sharpening as well as good coolant transport into the contact zone.
  • the volume fraction of the abrasive grain and / or the lubricating filler and / or the wear-reducing additive and / or the composition of the basic components, the bond and / or the grain size of the abrasive grain depend on the size of the radius changed so that the grinding wheel at the largest radius has the greatest wear resistance.
  • the change can be done in stages or continuously, but with a gradual transition between stages (or zones). It is preferably adapted to the profile of the abrasive coating or the workpiece.
  • the change can also be linear. However, if there is a profile with a different course, it can have a progressive or a degressive course, for example.
  • a grinding wheel by making a ring from the abrasive coating.
  • a mixture of abrasive grain and powdered binder and, if necessary, lubricating and / or wear-reducing substances is filled into a press mold with an annular mold space and then pressed into a ring.
  • the interior of the mold space can be limited by the base body.
  • volume fraction and / or the grain size of the abrasive grain during the filling of the mold space and / or the proportion of lubricating and / or wear-changing additives and / or the composition of the basic components of the binder is / are changed depending on how the radial extent of the grinding profile changes over the fill level.
  • the height or diameter of the material in the molding space is significantly reduced during the pressing process. However, this does not change the relative distribution of the concentration.
  • the molding devices for producing the described abrasive coating usually have a first molded part which delimits a cylindrical molding space.
  • the base body is inserted into the mold cavity, which forms the annular mold space with the wall of the cavity.
  • a second molded part is ring-shaped and serves to press the filled covering material.
  • the filling of the covering material takes place in such a way that the mold is set in rotation, whereby the ring-shaped molding space is moved past a stationary feed device for the covering mixture, in particular binder and abrasive grain.
  • a metering device doses the mixture into the mold space, the amount of the mixture being selected depending on the time or, for example, on the revolutions of the mold.
  • At least one further stationary feed device is used provided with its own dosing device.
  • the feed devices are supplied with a mixture of abrasive grains, binders and fillers, which is present in a predetermined, but in each case different mixing ratio or in a different condition which influences the removal behavior.
  • the feed device providing the low concentration is supplied with a mixing ratio which corresponds to the lowest concentration value for the abrasive grain.
  • the other feed device with variable dosage is supplied with a mixture which, when added to the lowest concentration value, corresponds to the highest degree of concentration.
  • any one can be set depending on the time between the specified concentration values.
  • a grinding tool is thus obtained which is optimally adapted to the respective load case, in that the coating components influencing the wear behavior are varied accordingly over the width of the grinding wheel.
  • "Edge reinforcement” can also be carried out in the edge area in order to counter the increased load in this area.
  • FIG. 1 shows a grinding wheel 10 with a base body 12 made of a suitable material, such as steel, aluminum or plastic, for example a suitable thermoset.
  • An abrasive coating 14 with a triangular cross section is applied to the base body 12.
  • the grinding pad 14 is constructed in a conventional manner. It consists of boron nitride or diamond crystals or grains of a desired size. This depends on the application parameters, but can also be varied over the width of the disk 10.
  • the abrasive grains are bound in a binder, which can be a metal, for example bronze, or a suitable plastic material, for example polyimide.
  • a grinding wheel can be used, for example, to grind hollow glass, for example to form grooves, grooves or the like.
  • the abrasive grains in the covering 14 are indicated by points. It can be seen that the distribution of the grains is different in the axial direction. It is provided on the outermost edge 16 at maximum radius with a maximum concentration that decreases in the direction of the facing sides. With a triangular profile, as shown in FIG. 1, the decrease in concentration can be linear. This is shown in Fig. 2.
  • the coating side B s is plotted on the ordinate and the concentration in carats per cm 3 on the abscissa. It can be seen that the concentration in the axially central region is approximately 4.4 ct / cm 3 , while it is approximately 0.3 ct / cm 3 directly next to the facing sides. The distribution therefore corresponds to a straight line towards the two facing sides.
  • the course of the concentration in the axial direction is also different. It is chosen in any case so that the wear behavior of the covering 14 is adapted to the oversize of the workpiece to be ground. The wear is dependent on the engagement time of the different covering sections 14 in relation to the total engagement time or the amount to be removed Volume share of the total volume.
  • the teaching described is independent of the grain size and the binder used. Since, as described above, the grain size and the binder also have an influence on the grinding and wear behavior of the abrasive coating, variations to these parameters, for example, by means of a different bond composition, can also be used to adapt to the different loads across the width of the grinding wheel 10 . The same applies to the choice of grinding-inactive additives such as pore formers, lubricants or other wear-changing additives.
  • FIG. 3 shows very schematically a device for producing an abrasive coating.
  • a first molded part 20 has a table-shaped section 22 and an annular section 24, which delimit a cylindrical cavity 26. By using a blank of a base body 28 of cylindrical shape, it becomes a ring-cylindrical one Forming space 30 formed. It is filled with a mixture 32 of abrasive grain, powdered binder and other additives, for example grinding-inactive fillers. The mixture 32 is filled in during the rotation of the molded part 20, as indicated by the rotary arrow 32.
  • a second molded part 34 has an annular cylindrical molded section 36 which can be inserted into the molded space 30 in a suitable manner.
  • the mixture 32 is compressed in the molding space 30 in a known manner to form a ring of approximately one third of the original height and heated.
  • An annular cylindrical abrasive coating is thereby obtained, which is firmly connected to the base body 28.
  • the base body 28 is machined to the width of the abrasive coating that then arises.
  • the abrasive covering receives the desired profile, for example that according to FIG.
  • FIG. 4 shows the molding space 30 according to FIG. 3, arrow 38 indicating that the molding space 30 is set in rotation.
  • a first schematically illustrated feed device 40 is located above the molding space 30.
  • a second feed device 42 is located diametrically opposite the device 40, also above the molding space 30.
  • the feed devices 40 and 42 are mixed with a grit and powdery binder desired mixing ratio, for example, the concentration of the abrasive grain of the mixture supplied to the device 40 is 0.3 ct / cm 3 , while the concentration of the abrasive grain of the mixture supplied to the device 42 is 4.1 ct / cm 3 or more.
  • the feed devices 40, 42 are assigned metering devices 44 and 46, respectively, which are controlled by a processor 48.
  • the processor 48 controls, via the metering devices 44, 46, the quantity which is supplied by the feed devices 40, 42 per unit of time. This allows the concentration of the abrasive grain to be varied as desired over the height of the material (see FIG. 3). It can therefore have the course shown in FIGS. 1 and 2. This means that there is a minimum concentration of the abrasive grain in the bottom and top layers, while it is maximum in the middle.

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Abstract

Schleifwerkzeug zum Schleifen von Profilen mit einem rotationssymmetrischen Grundkörper und einem auf dem Grundkörper aufgebrachten, aus einer Schleifkörnung, einem Bindemittel und ggf. Füllstoff und/oder verschleißbeeinflussendem Zusatz zusammengesetzten ringförmigen Schleifbelag, der in Achsrichtung ungleichmäßig belastet wird, z.B. dadurch, daß dessen äußerer Radius bzw. Erstreckung in Zustellrichtung senkrecht zur Achse des Grundkörpers unterschiedlich ist, wobei die physikalischen Eigenschaften und/oder die Volumenanteile der Belagbestandteile in axialer Richtung differentiell unterschiedlich sind derart, daß sie an die in axialer Richtung unterschiedliche Schleifbelastung angepaßt sind. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Schleifwerkzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Ein Schleifwerkzeug mit den hochharten Schleifmitteln Diamant oder kubisch-kristallinem Bornitrid setzt sich üblicherweise aus einem rotationssymmetrischen Grundkörper und einem Schleifbelag zusammen. Der Grundkörper, der die statische und dynamische Festigkeit der Schleifscheibe bestimmt, kann zum Beispiel aus Aluminium, Kunstharz mit Füllstoffen, Stahl oder Keramik bestehen. Der Schleifbelag setzt sich zusammen aus einer Schleifkörnung und einer Bindung. Die Schleifkörnung besteht zum Beispiel aus Diamant- oder Bornitridkristallen, die nach ihrer Körnungsgröße unterschieden werden. Grobe Körnungsgrößen ermöglichen ein hohes Zeitspanvolumen, einen geringen verschleiß und verursachen eine große Rauhheit. Feine Körnungsgrößen ermöglichen eine kleine Rauhheit, ergeben einen größeren Verschleiß und lassen nur ein kleineres Zeitspanvolumen zu. Für die Bindung existieren unterschiedliche Typen, wie zum Beispiel Kunstharzbindungen aus Phenol- und Polyimidharzen, gesinterte Metallbindungen, zum Beispiel Bronzebindungen, Stahlbindungen, keramische Bindungen oder auch Hartmetallbindungen. Innerhalb der Bindungstypenreihen werden die einzelnen Bindungen durch unterschiedliche Zusammensetzungen der Grundkomponenten, wie z.B. Zinn und Kupfer bei Bronzen, wie auch durch unterschiedliche Füller, wie z.B. Siliziumkarbid oder Korund bei Phenolharz, und deren anteilige Mengen dem jeweils geforderten Schleifverhalten angepaßt. Metallbindungen sind grundsätzlich verschleißfester als Kunstharzbindungen, schleifen meist härter und langsamer und erzeugen mehr Schleifwärme als kunstharzgebundene Schleifscheiben. Daneben sind auch galvanische Bindungen bekannt.
  • Neben ring- oder zylinderförmigen Schleifflächen werden häufig auch Schleifscheiben mit profiliertem Schleifbelag eingesetzt. Je nach Ausbildung des Schleifbelages hat dieser in Achsrichtung des Grundkörpers gesehen bzw. in Zustellrichtung eine unterschiedliche Ausdehnung. Das Profil bzw. seine Abmessung hängt weitgehend vom Profil des zu schleifenden Werkstückes ab. Dabei stellt sich heraus, daß bestimmte Bereiche des Schleifbelages einem stärkeren Verschleiß unterliegen als andere. Ausnahmen hierzu bilden Werkstücke, die ein vorgeformtes Profil aufweisen, das durch ein in Zustellrichtung der Schleifscheibe gleichmäßiges Aufmaß gekennzeichnet ist. Eine entsprechende Vorbearbeitung des Werkstückes ist jedoch aufwendig und daher in der Praxis nur selten anzutreffen. Die Standfestigkeit derartiger Schleifscheiben hängt naturgemäß davon ab, wie lange die am meisten beanspruchten Zonen des Schleifbelages eingesetzt werden können.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schleifwerkzeug mit einem Schleifbelag zu schaffen, dessen Standzeit bei ungleichmäßiger Belastung in einzelnen Bereichen des Schleifbelags durch vergleichmäßigten Verschleiß erhöht werden kann.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Schleifwerkzeug werden die physikalischen Eigenschaften und/oder die volumenanteile der Belagbestandteile in axialer Richtung unterschiedlich gewählt derart, daß sie an die in axialer Richtung unterschiedliche Schleifbelastung angepaßt sind. Die stärker beanspruchten Zonen des Schleifbelages weisen daher andere Zusammensetzungen und Beschaffenheit ihrer Anteile auf als weniger belastete Zonen. Die Zusammensetzung der Belagbestandteile ist daher der Belastung differentiell in Achsrichtung angepaßt. Dabei ist wesentlich, daß zwischen den Zonen keine klaren Grenzen oder Stufen bestehen, was die Beschaffenheit angeht, sondern ein kontinuierlicher Übergang von z.B. der Konzentration der Schleifkörnung auf eine andere. In einer Ausgestaltung könnte die Beschaffenheit sich kontinuierlich ändern, wenn auch die Belastung sich kontinuierlich ändert, wobei die Änderung im Verlauf der Änderung der Belastung angepaßt ist. Es können jedoch auch Zonen einer bestimmten Beschaffenheit, z.B. Konzentration der Schleifkörnung, vorhanden sein, wobei die Übergänge zwischen den Zonen "fließend" erfolgen, so daß keine abrupte Änderung zwischen den Zonen stattfindet.
  • Bei der Erfindung wird u.a. von der Erkenntnis ausgegangen, daß der Verschleiß einer Flächeneinheit eines Schleifbelags wesentlich davon abhängt, wie lange er mit dem Werkstück in Eingriff ist bzw. welchen Volumenanteil des Werkstücks er abzuschleifen hat. Bei Schleifwerkzeugen mit profiliertem Schleifbelag ist derjenige Bereich des Schleifbelags am längsten mit dem Werkstück in Eingriff und hat den größten Volumenanteil abzutragen, der radial bzw. in Zustellrichtung am weitesten außen liegt.
  • Der Verschleiß einer profilierten Schleifscheibe hängt von mehreren Parametern ab. Eine betrifft die Konzentration der Schleifkörnung.
  • Die Konzentrationsangabe beziffert den Volumenanteil von Diamant oder Bornitrid im Schleifbelag. Die Konzentration gehört zu den wichtigsten Merkmalen einer Diamant- bzw. Bornitridschleifscheibe. Sie beeinflußt in hohem Maße die Schleifkräfte, Schleiftemperaturen, Rauheit und die Scheibenstandzeit. Die Konzentration muß auf die übrigen Kenngrößen des Schleifwerkzeugs, das Schleifverfahren und die Einsatzbedingungen abgestimmt werden. Die Konzentration wird üblicherweise in Karat pro cm3 angegeben. Um eine Erhöhung der Standzeit der Schleifscheibe zu erreichen, ließe sich die Konzentration im gesamten Schleifbelag proportional erhöhen. Dies führt jedoch dazu, daß die Schleifkräfte und Schleiftemperaturen ebenfalls anwachsen, was unter Umständen zu Maß- und Formabweichungen sowie zur Gefügebeeinflussung der Oberfläche führt. Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht daher vor, daß die Konzentration an solchen Belagzonen erhöht wird, wo ein erhöhter Verschleiß auftritt, während demgegenüber in Belagzonen mit niedrigeren Belastungen die Konzentration ggf. sogar verringert wird, damit die Schleifkräfte und Schleiftemperaturen nicht über das zulässige Maß hinaus ansteigen.
  • Durch eine entsprechende Verteilung der Konzentration in axialer Richtung in Abhängigkeit von der radialen Entfernung der Belagoberfläche von der Scheibenachse kann daher über das gesamte Aufmaß des abzuschleifenden Abschnitts eines Werkstückes ein gleichmäßiger Verschleiß für den Schleifbelag erreicht werden. Dadurch wird für das Schleifwerkzeug insgesamt eine wesentlich längere Standzeit erhalten; im Idealfall kann der gesamte Schleifbelag ohne Nacharbeit aufgebraucht werden.
  • Ein weiterer Parameter, der die Standfestigkeit bzw. das Zeitspanvolumen beeinflußt, ist die Körnungsgröße. Grobe Körnungsgrößen ergeben ein hohes Zeitspanvolumen, geringen Verschleiß und große Rauheit. Feinere Körnungsgrößen ergeben kleine Rauheit, größeren verschleiß und kleineres Zeitspanvolumen. Erfindungsgemäß kann daher die Körnungsgröße des Schleifbelags in axialer Richtung unterschiedlich gewählt werden, beispielsweise in dem Bereich, in dem die Schleifscheibe das größte Volumen am Werkstück abzuschleifen hat, eine größere Körnungsgröße aufweisen, wobei die Körnungsgröße in Richtung geringerer Belastung in Achsrichtung abnimmt. Wegen einer meist vorgegebenen maximalen Rauheit kann die Körnungsgröße nicht beliebig hoch gewählt werden.
  • Für das erreichbare Zeitspanvolumen ist auch die Beschaffenheit der Bindung von Bedeutung. Kunstharzbindungen, zum Beispiel mit Phenol- oder Polyimidharzen gelten als weich, schnell und kühlschleifend, ergeben nur geringe Schleifkräfte und belassen einen weiten Anpassungsspielraum. Gesinterte Bronzebindungen schließen in Richtung größerer Bindungshärte an die Kunstharzbindungen an. Noch härter wirken Stahl- und Hartmetallbindungen. Metallgebundene Schleifscheiben schleifen meist härter, langsamer und erzeugen mehr Schleifwärme als kunstharzgebundene Schleifscheiben. Keramische Bindungen haben die Fähigkeit zu hohem Zeitspanvolumen und eine hohe Verschleißbeständigkeit. Sie ermöglichen ein Freischleifen durch Porosität und Selbstschärfung sowie guten Kühlmitteltransport in die Kontaktzone.
  • Innerhalb der einzelnen Bindungsarten gibt es zur weiteren Anpassung an die jeweilige Schleifaufgabe weitere Varianten.
  • Es ist bekannt, Schleifbelägen der gattungsgemäßen Art Füllstoffe bzw. Zusätze zuzusetzen, die schmierend sind, zum Beispiel Graphit. Dadurch werden die Schleifkräfte und -temperaturen herabgesetzt; jedoch erhöht sich in den meisten Fällen der Verschleiß. Es ist auch bekannt, verschleißbeeinflussende, im wesentlichen verschleißmindernde Zusätze zu verwenden, zum Beispiel Kobalt. Verschleißmindernde Zusätze erfordern eine höhere Schleifkraft, führen jedoch zu einer Verringerung des Verschleißes. Wird zum Beispiel in der Zone der größten Belastung die Verschleißfestigkeit durch derartige Zusätze erfindungsgemäß erhöht, ist es wiederum möglich, über das gesamte Profil der Schleifscheibe einen annähernd gleichmäßgen Verschleiß zu erhalten bei gleichzeitig ausreichendem Zeitspanvolumen.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der Volumenanteil der Schleifkörnung und/oder des schmierenden Füllstoffes und/oder des verschleißmindernden Zusatzes und/oder die Zusammensetzung der Grundkomponenten, der Bindung und/oder die Körnungsgröße der Schleifkörnung sich in Abhängigkeit von der Größe des Radius dergestalt verändert, daß die Schleifscheibe beim größten Radius den größten Verschleißwiderstand aufweist. Die Änderung kann in Stufen oder kontinuierlich erfolgen, wobei jedoch zwischen Stufen (oder Zonen) ein allmählicher Übergang stattfindet. Vorzugsweise ist sie an das Profil des Schleifbelages bzw. des Werkstücks angepaßt.
  • Bei einem linearen Verlauf der Schneidfläche kann auch die Veränderung linear erfolgen. Liegt indessen ein Profil mit einem anderen Verlauf vor, kann sie zum Beispiel einen progressiven oder einen degressiven Verlauf haben.
  • Es ist bekannt, eine Schleifscheibe dadurch herzustellen, daß ein Ring aus dem Schleifbelagmittel hergestellt wird. In einer Preßform mit ringförmigem Formraum wird ein Gemisch aus Schleifkorn und pulverförmigem Bindemittel und ggf. schmierenden und/oder verschleißmindernden Stoffen eingefüllt und anschließend zu einem Ring verpreßt. Die Innenbegrenzung des Formraums kann durch den Grundkörper erfolgen. Nach fertiggestelltem ringförmigem Rohling muß dieser entsprechend bearbeitet werden, wenn der Schleifbelag mit einem Profil versehen werden soll. Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Schleifscheibe wird von dem beschriebenen Verfahren Gebrauch gemacht. Dies geschieht dadurch, daß während des Auffüllens des Formraums der Volumenanteil und/oder die Körnungsgröße der Schleifkörnung und/oder der Anteil schmierender und/oder verschleißändernder Zusätze und/oder die Zusammensetzung der Grundkomponenten des Bindemittels verändert wird/werden in Abhängigkeit davon, wie sich die radiale Erstreckung des Schleifprofils über die Füllhöhe ändert. Während des Preßvorgangs wird die Höhe bzw. der Durchmesser des Materials im Formraum signifikant reduziert. Die relative Verteilung der Konzentration ändert sich jedoch dadurch nicht.
  • Die Formvorrichtungen zur Herstellung des beschriebenen Schleifbelags weisen zumeist ein erstes Formteil auf, das einen zylindrischen Formraum begrenzt. In den Formhohlraum wird der Grundkörper eingelegt, der mit der Wandung des Hohlraums den ringförmigen Formraum bildet. Ein zweites Formteil ist ringförmig und dient zum Pressen des eingefüllten Belagmaterials. Das Einfüllen des Belagmaterials geschieht derart, daß die Form in Rotation versetzt wird, wodurch der ringförmige Formraum an einer stationären Zuführvorrichtung für das Belaggemisch, insbesondere Bindemittel und Schleifkörnung, vorbei gefahren wird. Eine Dosiervorrichtung dosiert das Gemisch in den Formraum, wobei die Menge des Gemisches in Abhängigkeit von der Zeit oder auch z.B. von den Umdrehungen der Form gewählt wird. Zur Herstellung der erfindungsgemäßen Schleifscheibe wird beispielsweise mindestens eine weitere stationäre Zuführvorrichtung vorgesehen mit einer eigenen Dosiervorrichtung. Die Zuführvorrichtungen werden mit einem Gemisch aus Schleifkörnung, Bindemittel und Füllstoffen versorgt, das in einem vorgegebenen, jedoch jeweils unterschiedlichen Mischungsverhältnis bzw. in unterschiedlicher, das Abtragverhalten beeinflussender Beschaffenheit vorliegt. Um z.B. die Werte für die untere und die obere Konzentration für die Schleifkörnung zu erhalten, ist daher erforderlich, daß die die niedrige Konzentration bereitstellende Zuführvorrichtung mit einem Mischverhältnis versorgt wird, das dem untersten Konzentrationswert für die Schleifkörnung entspricht. Die andere Zuführvorrichtung mit variabler Dosierung wird mit einem Gemisch versorgt, das addiert zum untersten Konzentrationswert dem obersten Konzentrationsgrad entspricht. Durch eine entsprechende Dosierung der Gemische, wie sie von den Zuführvorrichtungen in den Formraum eingetragen werden, läßt sich in Abhängigkeit von der Zeit zwischen den angegebenen Konzentrationswerten jeder beliebige einstellen. Es ist jedoch auch denkbar, mehr als zwei Zuführvorrichtungen vorzusehen, die jeweils mit einem Belaggemisch versorgt werden, die eine unterschiedliche Konzentration an Schleifkörnung aufweisen. Ensprechendes gilt für die Einstellung der anderen, das Schleif- und Verschleißverhalten bestimmenden Parameter: Körnungsgröße, Bindemittelzusammensetzung und Anteile schmierender und/oder verschleißändernder Zusätze.
  • Mit der Erfindung ist somit ein Schleifwerkzeug erhalten, das an den jeweiligen Belastungsfall optimal angepaßt ist, indem die das Verschleißverhalten beeinflussenden Belagbestandteile über die Schleifscheibenbreite entsprechend variiert werden. So kann z.B. auch im Kantenbereich eine "Kantenverstärkung" vorgenommen werden, um der erhöhten Belastung in diesem Bereich zu begegnen.
  • Bei der Erfindung wird bereits eine Verbesserung erzielt, wenn ein das Schleifverhalten beeinflussender Parameter entsprechend dem Profil der Schleifscheibe über ihre Breite entsprechend verändert wird. Es versteht sich, daß eine Änderung auch bezüglich weiterer oder eines Teils der Parameter zusätzlich oder alternativ erfolgen kann. Hierbei ist sicherlich zu berücksichtigen, daß zum Beispiel eine Abstimmung zwischen Körnungsgröße und Bindemittelhärte erfolgt. Die Verwendung eines schleifinaktiven Füllstoffs, zum Beispiel Porenbildner, ist nicht zuletzt auch an das Werkstückmaterial anzupassen.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.
    • Fig. 1
    zeigt schematisch den Schnitt durch ein Schleifwerkzeug nach der Erfindung.
    Fig. 2
    zeigt ein Diagramm für die Verteilung der Schleifkörnung in dem Schleifbelag des Werkzeugs nach Fig. 1.
    Fig. 3
    zeigt schematisch eine Vorrichtung zur Herstellung eines Schleifbelags für ein Werkzeug nach Fig. 1.
    Fig. 4
    zeigt schematisch eine Draufsicht auf den Formraum der Vorrichtung nach Fig. 3.
  • Fig. 1 zeigt eine Schleifscheibe 10 mit einem Grundkörper 12 aus einem geeigneten Material, wie zum Beispiel Stahl, Aluminium oder Kunststoff, beispielsweise einem geeigneten Duroplast. Auf den Grundkörper 12 ist ein im Querschnitt dreieckförmiger Schleifbelag 14 aufgebracht. Der Schleifbelag 14 ist in herkömmlicher Weise aufgebaut. Er besteht aus Bornitrid- oder Diamantkristallen oder -körnern in einer gewünschten Größe. Diese hängt von den Einsatzparametern ab, kann aber auch über die Breite der Scheibe 10 variiert werden. Die Schleifkörner sind in einem Bindemittel gebunden, das ein Metall, z.B. Bronze, sein kann oder ein geeignetes Kunststoffmaterial, beispielsweise Polyimid. Eine derartige Schleifscheibe kann zum Beispiel verwendet werden, um Hohlglas zu schleifen, zum Beispiel Rillen, Nuten oder dergleichen einzuformen.
  • In Fig. 1 sind die Schleifkörner im Belag 14 durch Punkte angedeutet. Man erkennt, daß in axialer Richtung die Verteilung der Körner unterschiedlich ist. Sie ist an der äußersten Kante 16 bei maximalem Radius mit einer maximalen Konzentration versehen, die in Richtung der Belagseiten abnimmt. Bei einem Dreiecksprofil, wie in Fig. 1 gezeigt, kann die Abnahme der Konzentration linear erfolgen. Dies ist in Fig. 2 dargestellt. Auf der Ordinate ist die Belagseite Bs und auf der Abszisse die Konzentration in Karat pro cm3 aufgetragen. Man erkennt, daß im axial mittleren Bereich die Konzentration etwa 4,4 ct/cm3 beträgt, während sie unmittelbar neben den Belagseiten etwa 0,3 ct/cm3 ist. Die Verteilung entspricht mithin einem geradlinigen Verlauf zu den beiden Belagseiten hin. Bei einem entsprechend anders geformten Profil ist auch der Verlauf der Konzentration in axialer Richtung ein anderer. Er ist auf jeden Fall so gewählt, daß das Verschleißverhalten des Belages 14 an das abzuschleifende Aufmaß des Werkstücks angepaßt ist. Der Verschleiß ist abhängig von der Eingriffszeit der unterschiedlichen Belagabschnitte 14 im Verhältnis zur Gesamteingriffszeit bzw. dem abzutragenden Volumenanteil vom Gesamtvolumen.
  • Die beschriebene Lehre ist unabhängig davon, welche Körnungsgröße und welches Bindemittel eingesetzt werden. Da, wie vorstehend beschrieben, die Körnungsgröße und auch das Bindemittel einen Einfluß auf das Schleif- und Verschleißverhalten des Schleifbelages hat, kann durch Variationen dieser Parameter, beispielsweise durch unterschiedliche Bindungszusammensetzung, ebenfalls eine Anpassung an die über die Breite der Schleifscheibe 10 unterschiedliche Belastung erzielt werden. Gleiches gilt für die Wahl schleifinaktiver Zusätze, wie Porenbildner, Schmierstoffe oder sonstiger verschleißändernder Zusätze.
  • Es versteht sich, daß sie auch für Mehrprofilscheiben gilt, bei denen zum Beispiel zwei oder mehr ringförmige Schleifbeläge entsprechend dem nach Fig. 1 vorgesehen sind.
  • Fig. 3 zeigt äußerst schematisch eine Vorrichtung zur Herstellung eines Schleifbelags. Ein erstes Formteil 20 besitzt einen tischförmigen Abschnitt 22 und einen ringförmigen Abschnitt 24, welche einen zylindrischen Hohlraum 26 begrenzen. Durch Einsatz eines Rohlings eines Grundkörpers 28 von zylindrischer Gestalt wird ein ringzylindrischer Formraum 30 gebildet. Er ist mit einem Gemisch 32 aus Schleifkörnung, pulverförmigem Bindemittel und weiteren Zusätzen, z.B. schleifinaktiven Füllstoffen, aufgefüllt. Das Einfüllen des Gemisches 32 erfolgt während der Drehung des Formteils 20, wie durch den Drehpfeil 32 angedeutet. Ein zweites Formteil 34 weist einen ringzylindrischen Formabschnitt 36 auf, der passend in den Formraum 30 einführbar ist. Mit seiner Hilfe wird das Gemisch 32 im Formraum 30 in bekannter Weise zu einem Ring von etwa einem Drittel der ursprünglichen Höhe zusammengepreßt und erwärmt. Dadurch wird ein ringzylindrischer Schleifbelag erhalten, der fest mit dem Grundkörper 28 verbunden ist. Der Grundkörper 28 wird auf die dann sich einstellende Breite des Schleifbelages abgearbeitet. Außerdem erhält der Schleifbelag das gewünschte Profil, etwa das nach Fig. 1.
  • Fig. 4 zeigt den Formraum 30 nach Fig. 3, wobei durch Pfeil 38 angedeutet ist, daß der Formraum 30 in Drehung versetzt ist. Eine erste schematisch dargestellte Zuführvorrichtung 40 befindet sich oberhalb des Formraums 30. Eine zweite Zuführvorrichtung 42 befindet sich diametral gegenüber der Vorrichtung 40 ebenfalls oberhalb des Formraums 30. Den Zuführvorrichtungen 40 und 42 wird ein Gemisch aus Schleifkörnung und pulverförmigem Bindemittel im gewünschten Mischungsverhältnis zugeführt, wobei zum Beispiel die Konzentration der Schleifkörnung des der Vorrichtung 40 zugeführten Gemisches 0,3 ct/cm3 ist, während die Konzentration der Schleifkörnung des der Vorrichtung 42 zugeführten Gemisches 4,1 ct/cm3 oder mehr beträgt. Den Zuführvorrichtungen 40, 42 sind Dosiervorrichtungen 44 bzw. 46 zugeordnet, die von einem Prozessor 48 angesteuert werden. Der Prozessor 48 steuert über die Dosiervorrichtungen 44, 46 die Menge, welche von den Zuführvorrichtungen 40, 42 pro Zeiteinheit geliefert wird. Dadurch läßt sich die Konzentration der Schleifkörnung über die Höhe des eingefüllten Materials (siehe Fig. 3) nach Wunsch variieren. Sie kann daher den in Fig. 1 und 2 dargestellten Verlauf haben. Dies bedeutet, daß in der untersten und der obersten Schicht eine minimale Konzentration der Schleifkörnung vorhanden ist, während sie in der Mitte maximal ist.

Claims (13)

  1. Schleifwerkzeug zum Schleifen von Profilen mit einem rotationssymmetrischen Grundkörper und einem auf dem Grundkörper aufgebrachten, aus einer Schleifkörnung, einem Bindemittel und ggf. Füllstoff und/oder verschleißbeeinflussendem Zusatz zusammengesetzten ringförmigen Schleifbelag, der in Achsrichtung ungleichmäßig belastet wird, z.B. dadurch, daß dessen äußerer Radius bzw. Erstreckung in Zustellrichtung senkrecht zur Achse des Grundkörpers unterschiedlich ist, dadurch gekennzeichnet, daß die physikalischen Eigenschaften und/oder die Volumenanteile der Belagbestandteile in axialer Richtung differentiell unterschiedlich sind derart, daß sie an die in axialer Richtung unterschiedliche Schleifbelastung angepaßt sind.
  2. Schleifwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration der Schleifkörnung in axialer Richtung unterschiedlich ist.
  3. Schleifwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Körnungsgröße der Schleifkörnung in axialer Richtung unterschiedlich ist.
  4. Schleifwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zusammensetzung der Bindungskomponenten in axialer Richtung unterschiedlich ist.
  5. Schleifwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration der Füllstoffe mit schmierender Wirkung in axialer Richtung unterschiedlich ist.
  6. Schleifwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration verschleißbeeinflussender Zusätze in axialer Richtung unterschiedlich ist.
  7. Schleifwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Volumenanteil der Schleifkörnung und/oder des schmierenden Füllstoffs und/oder des verschleißändernden Zusatzes und/oder die Körnungsgröße der Schleifkörnung beim größten Radius des Schleifbelags ein Maximum aufweist und sich in Abhängigkeit von der Größe des Radius so ändert, daß er/sie mit kleiner werdendem Radius kleiner wird.
  8. Schleifwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da-durch gekennzeichnet, daß der Volumenanteil der Schleifkörnung und/oder des schmierenden Füllstoffes und/oder des verschleißändernden Zusatzes und/oder die Zusammensetzung der Bindungskomponenten und/oder die Körnungsgröße des Schleifbelags sich in Stufen ändert.
  9. Schleifwerkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß Volumenanteil der Schleifkörnung und/oder des schmierenden Füllstoffs und/oder des verschleißändernden Zusatzes und/oder die Zusammensetzung der Bindungskomponenten und/ oder die Körnungsgröße der Schleifkörnung sich im wesentlichen kontinuierlich ändert.
  10. Schleifwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung des Volumenanteils der Schleifkörnung und/oder des schmierenden Füllstoffs und/oder des verschleißändernden Zusatzes und/oder die Zusammensetzung der Bindungskomponenten und/oder die Körnungsgröße der Schleifkörnung an das Profil des Schleifbelags angepaßt ist.
  11. Verfahren zur Herstellung eines Schleifwerkzeugs nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem in einem ringförmigen Formraum ein Gemisch aus Schleifkörnern, pulverförmigem Bindemittel und ggf. Füllstoffen und/ oder verschleißändernden Zusätzen eingefüllt wird, das anschließend einer Preßformung und Erwärmung unterworfen wird und wonach durch Bearbeiten ein Schleifprofil hergestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß während des Auffüllens des Formraums der Volumenanteil der Belagbestandteile und/oder die Belagbestandteile im Hinblick auf ihre physikalischen Eigenschaften verändert werden in Abhängigkeit davon, wie sich die Belastung des Schleifbelags in Achsrichtung ändert.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Volumenanteil der Schleifkörner und/oder des schmierenden Füllstoffs und/oder des verschleißändernden Zusatzes und/oder die Zusammensetzung der Bindungskomponenten und/ oder die Körnungsgröße des Schleifbelags verändert wird in Abhängigkeit davon, wie sich die radiale Erstreckung des Schleifprofils über die Füllhöhe ändert.
  13. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß mit einer Form, deren erstes Formteil (20) einen zylindrischen Hohlraum (26) bildet, in dem ein zylindrischer Grundkörper (28) aufgenommen ist, der mit der Hohlraumwand einen nach oben offenen ringförmigen Formraum (30) bildet, einem ringförmigen zweiten Formteil (34), das unter Druck passend in den ringförmigen Formraum (30) einführbar ist, einer Zuführvorrichtung (40, 42) für ein Gemisch aus Schleifkörnung und pulverförmigem Bindemittel (32) und einer Dosiervorrichtung (44, 46) für die Steuerung der Zufuhrmenge in den Formraum (30), wobei das erste Formteil (20) um eine vertikale Achse drehend (32) antreibbar und die Zuführvorrichtungen (40, 42) stationär sind, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine weitere stationäre Zuführvorrichtung (40, 42) mit einer eigenen Dosiervorrichtung (44, 46) vorgesehen ist, wobei die Zuführvorrichtungen (40, 42) jeweils das Gemisch aus Schleifkörnung und Bindemittel und/oder schmierenden Füllstoff und/oder verschleißmindernden Zusatz in einem vorgegebenen, sich mit der Höhe der Füllung im Formraum ändernden Mischungsverhältnis zuführen.
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