EP2403684B1 - Schleifstift - Google Patents

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EP2403684B1
EP2403684B1 EP10705376.1A EP10705376A EP2403684B1 EP 2403684 B1 EP2403684 B1 EP 2403684B1 EP 10705376 A EP10705376 A EP 10705376A EP 2403684 B1 EP2403684 B1 EP 2403684B1
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EP
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base body
abrasive particles
grinding
abrasive
metal
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Gerald Lichter
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Rhodius Schleifwerkzeuge GmbH and Co KG
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Rhodius Schleifwerkzeuge GmbH and Co KG
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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
    • B24D5/02—Wheels in one piece
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B19/00—Single-purpose machines or devices for particular grinding operations not covered by any other main group
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D3/00—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a grinding pin for the machining of workpieces made of metal, in particular of cast metal, comprising a base body with an effective grinding on the outer surface grinding area for grinding the workpiece and having a shank for clamping the tool in the collet of a machine.
  • Abrasive pins for abrasive machining ie for more or less rough grinding of different materials, are known per se.
  • ceramic and synthetic resin-bonded grinding sticks are offered in different grain types, particle sizes and degrees of hardness.
  • Grinding pins of different geometric shapes and with different shaft geometries are also used in mold making or in foundries, wherein the overall geometry of the grinding pin is adapted to the conditions on the workpiece to be machined. Usually, these tools are clamped by means of their shank in the collet of freehand machines or in stationary machines.
  • the DE 94 18 876 U1 discloses a grinding pin for GRP machining. This has a shaft on the lateral surface of a diamond coating is applied. This is galvanically coated with a diamond grain and represents the actual working area of the tool.
  • the DE 84 25 852 U1 relates to a grinding pin for dental purposes.
  • a lateral surface is provided with an abrasive coating. It is a monolithic, arranged coaxially to the axis of the shaft and angularly pointed diamond used.
  • the DE 1 961 195 U1 relates to a manicure or pedicure device with electric drive.
  • a rotating pin is formed on its lateral surface so that you can use it to manipulate fingernails or toenails.
  • the pin is rotationally symmetrical.
  • the DE 39 18 606 A1 discloses a grinding tool with a carrier body, on the surface of which a grain layer is partially provided.
  • This contains abrasive grains of a hard material, wherein the grains are connected by a binder to the carrier body.
  • the abrasive grains interspersed with an active solder are first pressed into an annular compact. Subsequently, this compact is soldered onto the end face of the carrier body. The compression requires a complex pressing tool.
  • the GB 1 462 510 discloses a method of attaching diamond crystals to a metallic substrate without compression.
  • the diamond crystals are melted together with parts of a fused alloy on a metallic substrate and then the arrangement cooled down to secure the alloy together with the diamond particles firmly on the metallic substrate.
  • the object of the present invention is now to propose an improved method for producing the grinding pins.
  • the basic idea of the invention is to provide a main body made of metal for the grinding pins and to cover its surface with abrasive grains, this surface covering being held on the surface by cohesive joining.
  • BSL brazed single layer
  • the abrasive grains are held by soldering, in particular by melt soldering, on the outer shell of the body.
  • the BSL method has proven particularly useful when used as abrasive grains industrial diamonds.
  • cubic boron nitride (CBN) abrasive grains may also be used.
  • the abrasive grain is not completely integrated into the metal matrix as with sintered or laser-welded abrasives.
  • the diamond abrasive grains are instead clearly recognizable and correspondingly effective.
  • the Grinding pins according to the invention are therefore of particularly open-loop structure.
  • the grinding pins which have been processed according to the invention by means of BSL are distinguished by their special properties: a particularly outstanding feature is an increased service life of the grinding pins, which can be achieved due to the low wear and high cutting power. Compared to the known grinding pins life is many times higher. Another major advantage of the low wear is that the grinding pins can be used flexibly. Finally, it is not so much to be feared that the surfaces are worn unevenly by a non-flat edition.
  • the grinding pins according to the invention are characterized by a high edge stability.
  • the individual pin shapes such as approximated cylinders, cones, ellipsoids or combinations of these shapes, can thus be used more universally. Overall, these advantageous properties contribute to a high cost saving for the user. Depending on the grain size, the grinding pins can be used for roughing, finishing and fine grinding.
  • the base body and the shaft are integrally formed from metal.
  • the grinding pins according to the invention can be used for external grinding and internal grinding and for profile grinding, form grinding, surface grinding and cylindrical grinding.
  • the sanding pins can be produced in different degrees of hardness and used for various materials.
  • the straightness of hardness to be produced particularly advantageously lies in the range of the soft degree of hardness "K” and the hard degree of hardness "R” according to EN 12413.
  • the degree of hardness "K” is particularly well suited for universal use on surfaces of cast materials. This includes the cleaning of gray and ductile iron castings, as well as the sanding of blowholes on gray and nodular cast iron parts.
  • Abrasive pencils of hardness R are particularly suitable for robust use on edges of cast materials. They are characterized by high edge stability, a long service life and low tool wear. The peripheral speeds of the respective application and the respective hardness should be adjusted.
  • a particular idea of the invention is to use the grinding pins for grinding workpieces made of cast metal, in particular cast steel, gray cast iron or ductile iron.
  • the grinding pins can be clamped in a freehand machine or a stationary machine.
  • the grinding pins are suitable for finishing grinding or fine grinding workpieces made of cast metal, in particular cast steel, gray cast iron or nodular cast iron. This particular suitability of the present invention with BSL grinding pads for these materials has surprisingly resulted from experiments.
  • the application can be carried out by sprinkling the abrasive grains on the outer shell. If the geometry of the grinding area allows it, it is particularly easy to apply the abrasive grains by immersing the body in a bed of abrasive grains. In order to achieve special grinding properties and / or a particularly appealing design, the abrasive grains can be applied in a predetermined orientation, for example by means of a template, on the base body.
  • the grinding area provided with fixed abrasive grains is covered with a slurry containing the solder required for the BSL, a viscous substance ("slurry").
  • slurry refers to a substance in which the metallurgical binding matrix is mixed with in a suitable liquid.
  • At least the grinding area provided with fixed abrasive grains is subjected to a galvanic process by immersing it with the grinding pin as a cathode in a galvanic bath. Under applied stress, metallic precipitate originating from the anode is deposited, including the abrasive grains on the metallic grinding area.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Schleifstifts für die Bearbeitung von Werkstücken aus Metall, insbesondere aus Metallguss, aufweisend einen Grundkörper mit einem am Außenmantel wirksamen Schleifbereich zur schleifenden Bearbeitung des Werkstücks und aufweisend einen Schaft zum Einspannen des Werkzeugs in die Spannzange einer Maschine.
  • Schleifstifte zur abtragenden Bearbeitung, also zum mehr oder weniger groben Schleifen verschiedener Werkstoffe, sind an sich bekannt. Dabei werden keramisch und kunstharzgebundene Schleifstifte je nach Einsatzgebiet in verschiedenen Kornsorten, Korngrößen und Härtegraden angeboten. Schleifstifte unterschiedlicher geometrischer Formen und mit unterschiedlichen Schaftgeometrien werden auch im Formenbau oder in Gießereien verwendet, wobei die Gesamtgeometrie des Schleifstiftes an die Verhältnisse am zu bearbeitenden Werkstück angepasst wird. Üblicherweise werden diese Werkzeuge mittels ihres Schaftes in die Spannzange von Freihandmaschinen oder auch in stationären Maschinen eingespannt.
  • Nachteil der bekannten keramischgebundenen oder kunstharzgebundenen Schleifstifte ist ihre geringe Lebensdauer. So verschleisst der Arbeitsbereich in der Anwendung schnel. Wegen des hohen Verschleisses ist es auch notwendig, die Geometrie des Arbeitsbereiches so an das zu bearbeitende Werkstück anzupassen, dass der Abtrag mitberücksichtigt wird. Nur auf diese Weise kann gewährleistet werden, dass der Schleifstift trotz Verschleiss möglichst lange benutzt werden kann. Insgesamt führt der Verschleiss somit nicht nur zu hohen Kosten durch den starken Verbrauch an Schleifstiften, sondern auch dazu dass eine Vielzahl von Geometrien von Schleifstiften, nämlich idealerweise eine an die jeweilige Anwendung optimierte, vorgehalten werden muss.
  • Die DE 94 18 876 U1 offenbart einen Schleifstift für GFK-Bearbeitung. Dieser besitzt einen Schaft, auf dessen Mantelfläche eine Diamantbeschichtung aufgebracht ist. Diese ist galvanisch mit einer Diamantkörnung belegt und stellt den eigentlichen Arbeitsbereich des Werkzeugs dar.
  • Die DE 84 25 852 U1 betrifft einen Schleifstift für zahnärztliche Zwecke. Eine Mantelfläche ist mit einem Abrasivbelag versehen. Es wird ein monolithischer, zur Achse des Schaftes koaxial angeordneter und kantig zugespitzter Diamant verwendet.
  • Die DE 1 961 195 U1 betrifft ein Manikür- bzw. Pedikürgerät mit elektrischem Antrieb. Ein rotierender Stift ist an seiner Mantelfläche so ausgebildet, dass man damit Finger- oder Fußnägel bearbeiten kann. Der Stift ist rotationssymmetrisch ausgebildet.
  • Die DE 39 18 606 A1 offenbart ein Schleifwerkzeug mit einem Trägerkörper, auf dessen Oberfläche teilweise eine Kornschicht vorgesehen ist. Diese enthält Schleifmittelkörner aus einem Hartwerkstoff, wobei die Körner durch ein Bindemittel mit dem Trägerkörper verbunden sind. Bei der Herstellung werden erst die mit einem Aktivlot durchsetzten Schleifmittelkörner zu einem ringförmigen Pressling verpresst. Anschließend wird dieser Pressling auf die Stirnfläche des Trägerkörpers aufgelötet. Die Verpressung erfordert ein aufwändiges Presswerkzeug.
  • Die GB 1 462 510 offenbart ein Verfahren zum Anbringen von Diamantkristallen auf ein metallisches Substrat ohne Verpressung. Die Diamantkristalle werden gemeinsam mit Teilen einer Schmelzlegierung auf ein metallisches Substrat aufgeschmolzen und anschließend wird die Anordnung heruntergekühlt, um die Legierung mitsamt den Diamantpartikeln fest auf dem metallischen Substrat zu befestigen.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt nunmehr darin ein verbessertes Verfahren zur Fertigung der Schleifstifte vorzuschlagen.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den jeweiligen Unteransprüchen genannt.
  • Der Grundgedanke der Erfindung liegt darin, für die Schleifstifte einen Grundkörper aus Metall vorzusehen und dessen Oberfläche mit Schleifkörnern zu belegen, wobei dieser flächenmäßige Belag durch stoffschlüssiges Fügen auf der Oberfläche gehalten ist.
  • Erfindungsgemäß wird für das stoffschlüssige Fügen das Verfahren des sogenannten "brazed single layer" (BSL) herangezogen. Durch dieses Verfahren werden die Schleifkörner durch ein Löten, insbesondere durch Schmelzlöten, auf dem Außenmantel des Grundkörpers gehalten. Dabei hat sich das BSL-Verfahren ganz besonders bewährt, wenn als Schleifkörner Industriediamanten verwendet werden. Es können jedoch auch Schleifkörner aus kubischem Bornitrid (CBN) zum Einsatz kommen.
  • Dabei ist es ganz generell eine Besonderheit der Erfindung, dass das Schleifkorn nicht wie bei gesinterten oder lasergeschweißten Schleifmitteln komplett in die Metallmatrix eingebunden ist. Die Diamantschleifkörner sind statt dessen deutlich erkennbar und entsprechend wirkungsvoll. Die erfindungsgemäßen Schleifstifte sind daher von besonders schleifoffener Struktur.
  • Das BSL Verfahren ist bislang nur von der Herstellung von Trennscheiben bekannt, deren Rand beidseitig mit Diamantschleifkörpern belegt wird. Wegen ihrer ausgezeichneten trennenden Eigenschaften werden diese Trennscheiben vorwiegend für die Bearbeitung von Werkstoffen aus Stein verwendet. Zudem werden sie als "Rescue-Disc" eingesetzt, um im Notfall Menschen aus Autos oder Häusern zu befreien.
  • Die erfindungsgemäß mittels BSL bearbeiteten Schleifstifte zeichnen sich durch ihre besonderen Eigenschaften aus: Als besonders herausragende Eigenschaft ist eine erhöhte Lebensdauer der Schleifstifte zu nennen, die wegen des geringen Verschleisses bei gleichzeitig hoher Zerspannung erreicht werden kann. Im Vergleich zu den bekannten Schleifstiften ist die Lebensdauer ein Vielfaches höher. Ein weiterer wesentlicher Vorteil des geringen Verschleißes ist, dass die Schleifstifte flexibler eingesetzt werden können. Schließlich steht nicht so sehr zu befürchten, dass die Oberflächen durch eine nicht flächige Auflage ungleichmäßig abgenutzt werden. Die erfindungsgemäßen Schleifstifte zeichnen sich durch eine hohe Kantenstabilität aus. Die einzelnen Stiftformen, beispielsweise angenäherte Zylinder, Kegel, Ellipsoide oder Kombinationen dieser Formen, können somit universeller eingesetzt werden. Diese vorteilhaften Eigenschaften tragen insgesamt zu einer hohen Kostenersparnis für den Nutzer bei. Je nach Körnung lassen sich die Schleifstifte zum Schrupp-, Schlicht- und Feinschleifen einsetzen.
  • Neben der deutlich höheren Standzeit liegt ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäß hergestellten Schleifstifte gegenüber bekannten Schleifstiften in ihrer geringeren Temperaturbelastung, die zur Schonung des zu bearbeitenden Werkstückes beiträgt. In einer hinsichtlich der Stabilität und der Wärmeabfuhr besonders vorteilhaften Ausführungsform sind der Grundkörper und der Schaft einstückig aus Metall ausgebildet.
  • Wegen ihrer vorteilhaften Eigenschaften lassen sich die erfindungsgemäß hergestellten Schleifstifte zum Außenschleifen und zum Innenschleifen sowie zum Profilschleifen, Formschleifen, Planschleifen und Rundschleifen einsetzen. Die Schleifstifte können je nach Art der Fügemasse, insbesondere des beim BSL verwendeten Schlickers, der für die Bindung verantwortlich ist, in verschiedenen Härtegraden hergestellt werden und für verschiedene Werkstoffe eingesetzt werden. Besonders vorteilhaft herzustellende Härtegerade liegen im Bereich des weichen Härtegrad "K" und des harten Härtegrad "R" nach EN 12413. Dabei ist der Härtegrad "K" besonders gut geeignet für den universellen Einsatz an Flächen von Gusswerkstoffen. Dazu zählt das Putzen von Gussteilen aus Grau- und Sphäroguss, sowie das Ausschleifen von Lunkern an Grau- und Sphärogussteilen. Schleifstifte der Härte R sind besonders geeignet für robusten Einsatz an Kanten von Gusswerkstoffen. Sie zeichnen sich durch eine hohe Kantenstabilität, eine lange Standzeit und einen geringen Werkzeugverschleiß aus. Dabei sind die Umfangsgeschwindigkeiten der jeweiligen Anwendung und der jeweiligen Härte anzupassen.
  • Insofern liegt auch ein besonderer Gedanke der Erfindung darin, die Schleifstifte zum Schleifen von Werkstücken aus Metallguss, insbesondere aus Stahlguss, Grauguss oder Sphäroguss einzusetzen. Dabei können die Schleifstifte in eine Freihandmaschine oder eine stationäre Maschine eingespannt werden. Auch im Falle dieser Materialien eignen sich die Schleifstifte zum Schlichtschleifen oder zum Feinschleifen von Werkstücken aus Metallguss, insbesondere Stahlguss, Grauguss oder Sphäroguss. Diese besondere Eignung der erfindungsgemäß mit BSL belegten Schleifstifte für diese Materialien hat sich erstaunlicherweise aus Versuchen ergeben.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren bedient sich der folgenden Schritte:
    • Zunächst wird der rotationssymmetrische metallische Grundkörper zumindest im Schleifbereich mit einem Haftmittel, das als Haftvermittler oder Kleber dient, versehen. Nachfolgend werden auf den mit Haftmittel versehenen Außenmantel im Schleifbereich trockene Schleifkörner, insbesondere Diamantschleif- oder CBN-Körner, aufgebracht, die auf der Oberfläche durch das Haftmittel fixiert werden.
  • Das Aufbringen kann dadurch erfolgen, dass die Schleifkörner auf den Außenmantel aufgestreut werden. Wenn es die Geometrie des Schleifbereiches zulässt, ist es besonders einfach die Schleifkörner durch entsprechend tiefes Eintauchen des Grundkörpers in eine Schüttung von Schleifkörnern aufzubringen. Um besondere Schleifeigenschaften und/oder um ein besonders ansprechendes Design zu erreichen, können die Schleifkörner in einer vorgegebenen Orientierung beispielsweise mittels einer Schablone, auf dem Grundkörper aufgebracht werden.
  • In einem weiteren Schritt wird der mit fixierten Schleifkörnern versehene Schleifbereich mit einem das für das BSL erforderlichen Lot enthaltenden Schlicker, einem zähflüssigen Stoff ("Slurry"), überdeckt. "Slurry" bezeichnet einen Stoff, bei dem die metallurgische Bindematrix mit in einer geeigneten Flüssigkeit gemischt ist. Nachfolgend, insbesondere nach einer ersten Trocknung bei Raumbedingungen, wird der so vorbereitete Grundkörper in einem Ofen erhitzt, um das "Löten" in Gang zu setzen. Vorteilhafterweise wird der Grundkörper in dem Ofen ohne Druck gesintert. Nun sind die Diamantschleifkörner durch die metallurgische Bindung fest mit dem metallischen Grundkörper an der Kontaktfläche verbunden.
  • Im Falle der Galvanisierung wird zumindest der mit fixierten Schleifkörnern versehene Schleifbereich einem galvanischen Prozess unterzogen, indem dieser mit dem Schleifstift als Kathode in ein galvanisches Bad getaucht wird. Unter anliegender Spannung wird von der Anode stammender metallischer Niederschlag unter Einschluss der Schleifkörner auf dem metallischen Schleifbereich abgeschieden.
  • In der Figur sind einige vorteilhafte Geometrien der Schleifstifte dargestellt: Dabei lassen sich diese Geometrien in unterschiedlichen Abmessungen herstellen. Diese reichen von Durchmessern und Höhen weniger Millimeter bis hin zu Dimensionierungen im Bereich von einigen Zentimetern. Als Geometrien bieten sich die abgebildeten Formen nach der EN 12413 an. Zu nennen sind a) der Zylinderstift, b) der Walzenrundstift, c) der Walzenkegelstift, d) der Kegelstift, e) der Spitzbogenstift, f) der Kugelstift und g) der Topstift. In diesen Fällen können die kompletten Oberflächen der Grundkörper 1 mit Schleifkörnern versehen (punktierte Fläche), während der Schaft 2 natürlich frei bleibt. Grundkörper 1 und Schaft 2 sind einstückig ausgebildet.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Schleifstiftes für die Bearbeitung von Werkstücken aus Metall, insbesondere aus Metallguss,
    wobei der Schleifstift einen Grundkörper mit einem am Außenmantel wirksamen Schleifbereich zur schleifenden Bearbeitung des Werkstücks und einen Schaft zum Einspannen des Werkzeugs in die Spannzange einer Maschine aufweist,
    wobei der Grundkörper aus Metall gefertigt ist, wobei der Außenmantel des Grundkörpers mit Schleifkörnern versehen ist, die stoffschlüssig auf dem Außenmantel gehalten sind,
    dadurch gekennzeichnet,
    dass der Grundkörper aus Metall im Schleifbereich mit einem Haftmittel versehen wird,
    dass auf den mit Haftmittel versehenen Außenmantel Schleifkörner, insbesondere Diamant- oder CBN-Schleifkörner, aufgebracht und fixiert werden, und
    dass der mit fixierten Schleifkörnern versehene Schleifbereich einem Prozess ausgesetzt wird, der einen Stoffschluss zwischen den Schleifkörnern und dem Außenmantel herstellt,
    dass der mit fixierten Schleifkörnern versehene Schleifbereich mit einem das Lot enthaltenden Schlicker überdeckt wird und dass der Grundkörper in einem Ofen erhitzt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifkörner durch Löten, insbesondere durch Schmelzlöten, auf dem Außenmantel gehalten sind.
  3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifkörner aus Diamant- oder CBN-Körnungen bestehen.
  4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifkörner in einer Schicht mittels des BSL Verfahrens ("brazed single layer") auf den Außenmantel aufgebracht sind.
  5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper eine kugelförmige oder kegelförmige oder zylindrische Form oder eine Kombination dieser Formen aufweist.
  6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper und der Schaft einstückig ausgebildet sind.
  7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper in dem Ofen gesintert wird.
  8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifkörner durch einen Streuvorgang auf den Außenmantel aufgebracht werden.
  9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifkörner durch Eintauchen des Grundkörpers in eine Schüttung aufgebracht werden.
  10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
    dadurch gekennzeichnet, dass die Schleifkörner in einer vorgegebenen Orientierung auf dem Grundkörper aufgebracht werden.
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