EP2623264B1 - Schleifscheibe, insbesondere zum Längs- oder Querschleifen - Google Patents

Schleifscheibe, insbesondere zum Längs- oder Querschleifen Download PDF

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EP2623264B1
EP2623264B1 EP13151133.9A EP13151133A EP2623264B1 EP 2623264 B1 EP2623264 B1 EP 2623264B1 EP 13151133 A EP13151133 A EP 13151133A EP 2623264 B1 EP2623264 B1 EP 2623264B1
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    • B24D5/14—Zonally-graded wheels; Composite wheels comprising different abrasives

Definitions

  • the invention relates to a grinding wheel, in particular for longitudinal or transverse grinding, with an inner core section and an outer annular grinding section, which are connected to one another, the grinding section consisting of a material containing a granular abrasive.
  • a grinding wheel of this type is used, for example, in the DE 601 13 319 T2 described.
  • the surface is processed by grinding in order to remove any defects such as voids.
  • a grinding wheel is used, the grinding section of which contains grains as grinding means with which machining with geometrically undefined cutting edges can be carried out.
  • the choice of abrasive grains depends on the workpiece to be machined, in most cases the abrasive grains should have a high degree of hardness, sufficient grain toughness and heat resistance, and a suitable grain size and grain shape.
  • Frequently used abrasive grains consist of corundum (aluminum oxide), silicon carbide, cubic boron nitride or diamond, the mentioned abrasive materials being named in the order of increasing hardness.
  • the shape of the abrasive grains and their grain sizes depend on the type of processing, namely whether it is a so-called rough grinding, pre-grinding or finish grinding or fine grinding.
  • the grinding wheel is rotated at a relatively high speed during the grinding process, grinding speeds of 80 m / s or more being common. At such grinding speeds, considerable centrifugal forces arise, which require high safety measures. A particular danger for the operating personnel arises from the relatively high fragility of the grinding wheels, which can lead to individual large pieces of the grinding wheels or even grinding section segments becoming detached. Despite the necessary safety measures, namely a balancing of the grinding wheel, a sound test before it is used, careful clamping of the grinding wheel and a housing in a protective hood, the durability of the grinding wheel is of great importance Importance to. In particular, the breaking off of individual grinding section segments or larger grinding section parts must be effectively avoided.
  • a grinding wheel according to claim 1 in which according to the invention at least the grinding section homogeneously distributed, preferably the grinding section and the core section additionally, based on the total mass of the grinding section 0.15% to 1%, preferably 0.2% to 0.4%, plastic or glass fibers.
  • Glass fibers with a length of 5 mm to 15 mm and a thickness of 0.8 mm to 1.2 mm are preferably used.
  • the grinding wheels discussed here have, for example, a standardized diameter of 615 mm with a width of 79 mm and an inner bore in the middle of the core section of 203 mm.
  • the core section diameter is 340 mm. Including the weight of such a grinding wheel embedded iron reinforcement rings is approx. 63 kg.
  • the essentially cylindrical outer casing of the core section has individual grooves or singular depressions and the cylindrical inner casing of the grinding section has individual ribs or singular elevations.
  • the ribs or singular elevations each engage in the grooves or singular depressions of the core section, resulting in an effective "toothing" between the core section and the grinding section.
  • the corresponding grooves, depressions or elevations can easily be formed in the cold pressing.
  • all common abrasives can be used in the context of the present invention, preferably these are Al 2 O 3 , SiC, CBN, ZrO 2 , diamond or mixtures of the aforementioned substances, the grain size should not exceed 1 mm in diameter.
  • the core section and the cutting section should each have the same coefficient of thermal expansion. At most, the expansion coefficients can differ from one another by a maximum of 5%. This measure ensures that when the grinding wheel is heated during operation, tensions between the core area and the grinding section are largely avoided.
  • the core section and the grinding section can in principle consist of the same or a different material.
  • the grinding section can contain a metal or metal alloy matrix or a thermosetting resin, in which the granular abrasives and the plastic or glass fibers are embedded in an at least largely homogeneous distribution.
  • the core section can essentially consist of metal or metal alloys, to which fillers may have been added.
  • the core section can under certain circumstances be used several times, ie after the grinding section has worn out, the grinding section body separated from the core section and a new grinding section is formed thereon.
  • the core section may contain a thermosetting resin and a crosslinking agent and fillers.
  • Fillers can be, for example, powdered SiC, Al 2 O 3 , bauxite, graphite or molybdenum sulfide.
  • the core section and then the cutting section are preferably first produced by cold pressing.
  • the green compact formed in this way from the core and grinding section already has the grooves and ribs which interlock according to the tongue-and-groove principle (or, alternatively, singular depressions and singular pegs).
  • the connected green compact is then heated to 180 ° C to 200 ° C and pressed to the desired final size.
  • the pressing pressures are, for example, 7 x 10 7 Pa (700 bar).
  • Grinding wheels of the type according to the invention consist of a core section 10 and a grinding section 11.
  • the outer diameter of the grinding section is 615 mm and that of Fig. 2 apparent width of the grinding wheel 79 mm.
  • the The grinding section 11 is arranged radially on the outside and the core section 10 is arranged radially on the inside, the inner and outer jacket surfaces of which lie against one another and are connected to one another.
  • Fig. 3 As can be seen, a type of toothing between the core section and the grinding section can be created in that the core section has individual radially protruding ribs 12 which engage in grooves 13 of the grinding section.
  • individual elevations 14 and depressions 15 can also be used.
  • Such projections or grooves are already formed during the production of the green compact by pre-pressing, so that the composite body, consisting of pre-pressed core section and pre-pressed grinding section, is placed in a mold and then heated to 180 ° C to 200 ° C and pressed to a final dimension.
  • the grinding section in addition to the matrix material in which the abrasive grains, for example made of aluminum oxide, are embedded, the grinding section has a mass fraction of 0.15% to 1.0% plastic or glass fibers.
  • the glass fibers in a specific exemplary embodiment, approx. 100 g of glass fibers with an average length of 10 mm and a thickness of 1 mm were used as the total weight for the core section and the grinding section.
  • the glass fibers have been mixed homogeneously.
  • the core section had a total weight of 12 kg, while the grinding section weighed in at 49.5 kg of powder.
  • 2 additional iron rings have been embedded, the weight of which is 1.0 kg, resulting in a total weight of 62.5 kg for the grinding wheel.
  • the glass fiber content in the weight of the grinding section and the core section was approximately 0.17% each.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Schleifscheibe, insbesondere zum Längs- oder Querschleifen, mit einem inneren Kernabschnitt und einem äußeren ringförmigen Schleifabschnitt, die miteinander verbunden sind, wobei der Schleifabschnitt aus einem körniges Schleifmittel enthaltenen Material besteht. Eine Schleifscheibe dieser Art wird beispielsweise in der DE 601 13 319 T2 beschrieben.
  • In der Stahlfertigung wird beispielsweise bei der Weiterverarbeitung von Brammen die Oberfläche durch Schleifen bearbeitet, um dort vorhandene Fehlstellen wie Lunker abzutragen. Hierzu wird eine Schleifscheibe verwendet, deren Schleifabschnitt Körner als Schleifmittel enthält, mit denen ein Spanen mit geometrisch unbestimmten Schneiden durchführbar ist. Die Wahl der Schleifkörner richtet sich nach dem zu bearbeitenden Werkstück, zumeist sollen die Schleifkörner eine große Härte, eine ausreichende Kornzähigkeit und Wärmebeständigkeit und eine geeignete Korngröße und Kornform besitzen. Häufig verwendete Schleifkörner bestehen aus Korund (Aluminiumoxid), Siliziumcarbid, kubischem Bornitrid oder aus Diamant, wobei die genannten Schleifmaterialien in der Reihenfolge mit wachsender Härte genannt sind. Die Form der Schleifkörner sowie deren Korngrößen richten sich nach der Art der Bearbeitung, nämlich ob es sich um ein sogenanntes Schruppschleifen, Vorschleifen oder Fertigschleifen bzw. Feinstschleifen handelt.
  • Die Schleifscheibe wird beim Schleifvorgang mit relativ hoher Geschwindigkeit gedreht, wobei Schleifgeschwindigkeiten von 80m/s oder mehr üblich sind. Bei solchen Schleifgeschwindigkeiten entstehen erhebliche Fliehkräfte, die hohe Sicherheitsmaßnahmen erfordern. Eine besondere Gefahr für das Bedienungspersonal ergibt sich durch die relativ große Bruchempfindlichkeit der Schleifscheiben, die dazu führen kann, dass sich einzelne große Stücke der Schleifscheiben oder sogar Schleifabschnittsegmente ablösen. Trotzt notwendiger Sicherungsmaßnahmen, nämlich einer Auswuchtung der Schleifscheibe, einer Klangprobe vor der Benutzungsaufnahme, einer sorgfältigen Aufspannung der Schleifscheibe und einer Einhausung in einer Schutzhaube, kommt der Haltbarkeit der Schleifscheibe eine große Bedeutung zu. Insbesondere muss das Abbrechen einzelner Schleifabschnittsegmente oder größerer Schleifabschnittsteile wirkungsvoll vermieden werden.
  • Die vorstehend beschriebene Aufgabe wird durch eine Schleifscheibe nach Anspruch 1 gelöst, bei der erfindungsgemäß zumindest der Schleifabschnitt homogen verteilte, vorzugsweise der Schleifabschnitt und der Kernabschnitt zusätzlich, bezogen auf die Gesamtmasse des Schleifabschnittes 0,15% bis 1%, vorzugsweise 0,2% bis 0,4%, Kunststoff- oder Glasfasern aufweist.
  • Es ist zwar für Trennscheiben kleineren Durchmessers oder auch größeren Schleifscheiben bereits die Verwendung von Füllstoffen, unter anderem von Glasfasern vorgeschlagen worden, jedoch wurde hiermit das Ziel verfolgt, die Kosten für die Schleifscheibe zu minimieren. Die Zentrifugalkraft einer Schleifscheibe berechnet sich aus dem Produkt der Masse, dem Quadrat der Winkelgeschwindigkeit sowie dem Abstand von der Drehachse, woraus folgt, dass insbesondere Schleifscheiben mit einer großen Masse sowie einem großen Durchmesser immense Fliehkräfte erfahren. Das Entstehen von Haarrissen als Auslöser eines späteren Abbrechens von Teilen der Schleifabschnitte ist somit zu vermeiden. Aus diesem Grund sind die prozentualen Massenanteile der Kunststoff- oder Glasfaser strikt einzuhalten. Oberhalb von 1,0 Massen% des Schleifabschnitts erhöht sich die Bruchgefahr drastisch. Unterhalb von 0,3% bleibt die Zugabe von Kunststoff- oder Glasfasern weitgehend wirkungslos. Erst die beschränkte Menge von 0,15% bis 1,0% führt im Ergebnis zum einen zu einem guten Haftverbund der schleifscheibenabschnitte ohne Einbußen der Zähigkeit.
  • Vorzugsweise werden Glasfasern mit einer Länge von 5 mm bis 15 mm und einer Dicke von 0,8 mm bis 1,2 mm verwendet.
  • Die hier angesprochenen Schleifscheiben besitzen beispielsweise einen standardisierten Durchmesser von 615 mm mit einer Breite von 79 mm und einer inneren Bohrung inmitten des Kernabschnittes von 203 mm. Der Kernabschnittsdurchmesser beträgt 340 mm. Das Gewicht einer solchen Schleifscheibe einschließlich eingebetteter Eisenverstärkungsringe beträgt ca. 63 kg. Um eine Relativbewegung des Kernabschnittes und des Schleifabschnittes in Drehrichtung zu vermeiden, weist der im Wesentlichen zylinderförmige Außenmantel des Kernabschnittes einzelne Nuten oder singuläre Vertiefungen auf und der zylinderförmige Innenmantel des Schleifabschnittes einzelne Rippen oder singuläre Erhebungen. Die Rippen oder singulären Erhebungen greifen jeweils in die Nuten oder singulären Vertiefungen des Kernabschnittes ein, wobei sich eine wirkungsvolle "Verzahnung" zwischen dem Kernabschnitt und dem Schleifabschnitt ergibt. Die entsprechenden Nuten, Vertiefungen oder Erhebungen können bei dem Kaltpressen leicht eingeformt werden.
  • Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können prinzipiell alle gängigen Schleifmittel verwendet werden, vorzugsweise sind dies Al2O3, SiC, CBN, ZrO2, Diamant oder Mischungen aus den vorgenannten Stoffen, wobei die Korngröße maximal 1 mm Durchmesser betragen soll.
  • Wie prinzipiell aus der DE 601 13 319 T2 bekannt, sollen der Kernabschnitt und der Schneidabschnitt jeweils gleiche thermische Ausdehnungskoeffizienten haben. Allenfalls können die Ausdehnungskoeffizienten maximal 5% voneinander abweichen. Durch diese Maßnahme wird erreicht, dass bei der Erwärmung der Schleifscheibe im Betrieb Spannungen zwischen dem Kernbereich und dem Schleifabschnitt weitestgehend vermieden werden.
  • Der Kernabschnitt und der Schleifabschnitt können abgesehen von dem Schleifkorn prinzipiell aus demselben oder aus einem unterschiedlichen Material bestehen. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann der Schleifabschnitt eine Metall- oder Metalllegierungsmatrix oder ein wärmeaushärtbares Harz enthalten, worin die körnigen Schleifmittel und die Kunststoff- oder Glasfasern in zumindest weitgehend homogener Verteilung eingebettet sind. Der Kernabschnitt kann im Wesentlichen aus Metall bzw. Metalllegierungen bestehen, denen gegebenenfalls Füllstoffe zugesetzt sind. Insbesondere kann unter Umständen der Kernabschnitt mehrfach genutzt werden, d. h. dass nach einem Verschleiß des Schleifabschnittes der Schleifabschnitt-Körper von dem Kernabschnitt getrennt und hierauf ein neuer Schleifabschnitt angeformt wird.
  • Insbesondere im Hinblick auf zumindest etwa gleiche Wärmeausdehnungskoeffizienten kann jedoch der Kernabschnitt (vorzugsweise ebenso wie der Schleifabschnitt) ein wärmeaushärtbares Harz sowie eine Vernetzungsmittel und Füllstoffe enthalten. Füllstoffe können beispielsweise pulverförmiges SiC, Al2O3, Bauxit, Graphit oder Molybdänsulfid sein.
  • Um eine größtmögliche Festigkeit der Schleifscheibe gewährleisten zu können, wird vorzugsweise zunächst der Kernabschnitt und hierauf der Schneidabschnitt durch Kaltpressen hergestellt. Der derart geformte Grünling aus Kern- und Schleifabschnitt besitzt bereits die Nuten und Rippen, die nach Art des Nut-Feder-Prinzips ineinander greifen (oder alternativ hierzu singuläre Vertiefungen und singuläre Zapfen).
  • Der zusammenhängende Pressgrünling wird abschließend auf 180°C bis 200°C erwärmt und auf das gewünschte Endmaß gepresst. Die Pressdrucke liegen beispielsweise bei 7 x 107 Pa (700 bar).
  • Ein konkretes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
    • Fig. 1
    eine Draufsicht auf eine Schleifscheibe,
    Fig. 2
    eine Seitenansicht der Schleifscheibe und
    Fig. 3
    eine Schnittansicht entlang der Linie III-III in Fig. 1 (mit zwei möglichen Ausführungsvarianten).
  • Schleifscheiben der erfindungsgemäßen Art bestehen aus einem Kernabschnitt 10 sowie einem Schleifabschnitt 11. Der Außendurchmesser des Schleifabschnitts beträgt 615 mm und die aus Fig. 2 ersichtliche Breite der Schleifscheibe 79 mm. Der Schleifabschnitt 11 ist radial außen und der Kernabschnitt 10 radial innen angeordnet, wobei deren innere und äußere Mantelfläche aneinander liegen und miteinander verbunden sind. Wie aus Fig. 3 ersichtlich, kann eine Art Verzahnung zwischen dem Kernabschnitt und dem Schleifabschnitt dadurch geschaffen werden, dass der Kernabschnitt einzelne radial abstehende Rippen 12 besitzt, die in Nuten 13 des Schleifabschnittes eingreifen. Alternativ hierzu und wie in der linken Hälfte der Schleifscheibe dargestellt, können auch einzelne Erhebungen 14 und Vertiefungen 15 verwendet werden. Solche Vorsprünge oder Nuten werden bereits beim Herstellen des Grünlings durch Vorpressen eingeformt, so dass der zusammengesetzte Körper, bestehend aus vorgepresstem Kernabschnitt und vorgepresstem Schleifabschnitt in eine Form gegeben und abschließend auf 180°C bis 200°C erwärmt und auf ein Endmaß fertig gepresst werden.
  • Erfindungsgemäß besitzt der Schleifabschnitt neben dem Matrixmaterial, in welches die Schleifkörner, beispielsweise aus Aluminiumoxid, eingebettet sind, einen Massenanteil von 0,15% bis 1,0% Kunststoff- oder Glasfasern. In einem konkreten Ausführungsbeispiel wurden ca. 100 g Glasfasern mit einer mittleren Länge von 10 mm und einer Dicke von 1 mm als Gesamteinwaage für den Kernabschnitt und den Schleifabschnitt verwendet. Die Glasfasern sind homogen vermengt worden. Der Kernabschnitt hatte ein Gesamtgewicht von 12 kg, wohingegen der Schleifabschnitt eine Pulver-Einwaage von 49,5 kg besitzt. Zudem sind noch 2 zusätzliche Eisenringe eingebettet worden, deren Gewicht 1,0 kg beträgt, so dass sich ein Gesamtgewicht von 62,5 kg für die Schleifscheibe ergibt. In dem konkret gewählten Ausführungsbeispiel bestand somit der Glasfaseranteil an dem Gewicht des Schleifabschnittes und des Kernabschnitts von jeweils etwa 0,17 %.
  • In einem Testlauf ist die Schleifscheibe mit Drehgeschwindigkeiten von 140 m/sec geprüft worden, ohne dass Ausbrüche größerer Teile des Schleifabschnittes oder Haarrisse, die zu späteren Ausbrüchen führen können, festgestellt wurden. Durch die gezielte Beigabe der Glasfasern kann somit im Unterschied zu solchen Schleifscheiben, deren Schleifabschnitte keine Glasfasern enthielten, eine erhebliche Verbesserung der Festigkeit der Schleifscheibe erreicht werden.

Claims (8)

  1. Schleifscheibe, insbesondere zum Längs- oder Querschleifen, mit einem inneren Kernabschnitt (10) und einem äußeren ringförmigen Schleifabschnitt (11), die miteinander verbunden sind, wobei der Schleifabschnitt (11) aus einem körniges Schleifmittel enthaltenden Material besteht,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    zumindest der Schleifabschnitt, vorzugsweise der Schleifabschnitt (11) und der Kernabschnitt (10) zusätzlich homogen verteilte 0,15% bis 1%, vorzugsweise 0,2% bis 0,4%, Kunststoff- oder Glasfasern aufweist, bezogen auf die Masse des Schleifabschnittes.
  2. Schleifscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasfasern eine Länge von 5 mm bis 15 mm und eine Dicke von 0,8 mm bis 1,2 mm aufweisen.
  3. Schleifscheibe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der im wesentlichen zylinderförmige Außenmantel des Kernabschnittes (10) einzelne Nuten oder singuläre Vertiefungen und der im wesentlichen zylinderförmige Innenmantel des Schleifabschnittes (11) einzelne Rippen oder singuläre Erhebungen aufweist, die jeweils ineinander greifen und eine Relativbewegung des Kernabschnittes (10) und des Schleifabschnittes (11) in Drehrichtung und vorzugsweise in axialer Richtung blockieren.
  4. Schleifscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die körnigen Schleifmittel aus Al2O3, SiC, CBN, ZrO2, Diamant oder Mischungen hieraus bestehen, vorzugsweise mit einer Korngröße von maximal 1 mm Durchmesser.
  5. Schleifscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Kernabschnitt und der Schleifabschnitt jeweils thermische Ausdehnungskoeffizienten haben, die vorzugsweise identisch sind oder maximal um 5% voneinander abweichen.
  6. Schleifscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleifabschnitt eine Metall- oder Metalllegierungsmatrix oder eine wärmeaushärtbares Harz enthält, worin die körnigen Schleifmittel und die Kunststoff oder Glasfasern in zumindest weitgehend homogener Verteilung eingebettet sind.
  7. Schleifscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kernabschnitt im Wesentlichen aus Metall oder Metallen besteht, denen gegebenenfalls Füllstoffe zugesetzt sind.
  8. Schleifscheibe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Kernabschnitt und/oder der Schleifabschnitt ein wärmeaushärtbares Harz sowie ein Vernetzungsmittel und Füllstoffe wie SiC, Al2O3, Bauxit, Graphit oder Molybdänsulfid enthält.
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