EP3180164B1 - Schleifelement, verfahren zur herstellung des schleifelementes und spritzgiess-werkzeug zur durchführung des verfahrens - Google Patents

Schleifelement, verfahren zur herstellung des schleifelementes und spritzgiess-werkzeug zur durchführung des verfahrens Download PDF

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EP3180164B1
EP3180164B1 EP14753233.7A EP14753233A EP3180164B1 EP 3180164 B1 EP3180164 B1 EP 3180164B1 EP 14753233 A EP14753233 A EP 14753233A EP 3180164 B1 EP3180164 B1 EP 3180164B1
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EP
European Patent Office
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grinding element
axis
molding
blades
main body
Prior art date
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EP14753233.7A
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French (fr)
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EP3180164A1 (de
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Bernd Stuckenholz
Nicolas Huth
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August Rueggeberg GmbH and Co KG
Original Assignee
August Rueggeberg GmbH and Co KG
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D7/00—Bonded abrasive wheels, or wheels with inserted abrasive blocks, designed for acting otherwise than only by their periphery, e.g. by the front face; Bushings or mountings therefor
    • B24D7/02—Wheels in one piece
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D18/00—Manufacture of grinding tools or other grinding devices, e.g. wheels, not otherwise provided for
    • B24D18/0063—Manufacture of grinding tools or other grinding devices, e.g. wheels, not otherwise provided for by extrusion

Definitions

  • the invention relates to a grinding element, a method for producing such a grinding element and an injection molding tool for producing such a grinding element according to the method.
  • a polishing pad for polishing disc-shaped integrated circuit wafers.
  • This polishing pad has differently sized cylindrical openings in its planar surface.
  • the invention has for its object to provide a grinding element that is particularly easy to produce with very good grinding properties and high stability.
  • the grinding element is produced according to the invention as a unitary part by injection molding, wherein the disk-shaped base body and formed on this cutting of hard materials are formed.
  • Claims 11 and 12 indicate the particularly favorable materials for the production of the abrasive element; their optimum grain size results from claim 13.
  • the core of the particularly favorable method according to claim 14 is that the production of the grinding element takes place practically in one operation from a starting mass prepared by mixing and kneading by injection molding.
  • the grinding element is essentially already given its final shape consisting of a generally disc-shaped basic body, the openings and the cutting edges.
  • the binder is removed by solvent and / or thermally, ie under heat. This is followed by sintering of the raw component, whereby the grinding element reaches its final hardness.
  • the claims 15 to 19 show again, in what form the hard materials and which binders are used and how the binder removal and sintering material-specific done.
  • Claim 20 is the injection molding tool again, with which in particular the shaping essential for the grinding element takes place.
  • This injection molding tool 2 has a tool lower part 3 and a tool upper part 4, which engage in one another in the closed state of the tool 2.
  • the upper tool part 4 has a two-part construction and has an inner mold plate 4 'and an upper closing plate 4 "In the closed state of the injection mold 2, a mold space 5 is delimited by the lower part 3 and by the mold plate 4', in which the grinding element
  • the mold space 5 is circular in plan view and has a center axis 6. Concentric to this axis 6, an inlet 7 for a spray mass 8 to be injected by an injection molding machine 8 is provided in the tool top 4.
  • the axes 13 of the holes 10 and 10 'and corresponding to the bolt 9 are - as Fig. 4 on a first lane 14 designed as an Archimedean spiral or a spiral with a progressive gradient, the radius of which increases from the inner beginning 15 of this first track 14 to its outer end 16 from a radius R1 to a radius R2. From this end 16 to a short extending over about half a circumference in any case but less than a full circumference extending portion of a declining second spiral track 17. Outside are still on a circular track 18 with the axis 6 as the central axis also holes 10th and accordingly bolt 9 is arranged.
  • the distance a from one another on a track, so the first track 14, the second track 17 and the track 18 adjacent holes 10 from each other, is the same for all holes 10, 10 '.
  • FIGS. 5 and 6 show a partial section of an injection molding tool 2 formed from the injection molding compound 8 grinding element 1 with a cutting edge 19 whose shape corresponds to the respective recess 12, which is closed by a respective bolt 9.
  • the cutting edge 19 has a part-cylindrical or part-conical rake face 20 which is concentric with the axis 13 of the bolt 9 or the bore 10 and has a rake angle -30 ° ⁇ ⁇ ⁇ 30 °, corresponding to the peripheral surface of the bolt 9.
  • rake angle ⁇ 0 °
  • the portion located in the recess 12 9 'of the bolt 9 is cylindrical.
  • this section 9 'of the bolt 9 is conical. If the portion 9 'tapers away from the tool lower part 3, then the demoulding tool 9 must be mounted in the tool lower part 3.
  • the cutting edge 19 has a wedge angle ⁇ , for which the following applies: 30 ° ⁇ ⁇ ⁇ 120 °.
  • the cutting edge 19 has a rounded end portion 22 with a radius r2, which is smaller than the radius r1 of the respective bore 10 and the bolt 9. From the rake face 20 side flanks 23, 24 lead to said end portion 22, in particular Fig. 6 is removable. The cutting edge 19 thus tapers towards the end portion 22.
  • the cutting edge 19 has a height b above the main body 25 of the grinding element 1, wherein this height b is simultaneously the height above a cylindrical opening 26 which is formed by the respective pin 9 in the disk-shaped base body 25 of the grinding element.
  • the part-cylindrical or partially conical rake face 20 thus directly adjoins this opening 26.
  • FIGS. 5 and 6 Furthermore, the cutting edge 27 formed by the penetration of the rake surface 20 and the blade back (clearance surface) 21 is offset outwards relative to the first track 14 or the second track 17 or the circular track 18.
  • Fig. 7 this is shown in an xyz-coordinate system whose y-axis is defined by the respective axis 13 of a bore 10 and thus the opening 26 and the central axis 6 of the grinding element 1.
  • the x-axis is perpendicular to this and the axis 13.
  • the only in Fig. 5 indicated z-axis is congruent with the respective axis 13 of an opening 26.
  • Fig. 5 indicated z-axis is congruent with the respective axis 13 of an opening 26.
  • ⁇ ⁇ 0 fall in the plan view, as in the Fig. 6 and 7 is shown for a part-cylindrical rake face 20, the wall 28 of the opening 26 and the cutting edge 27 is not together. Rather, in this case for ⁇ ⁇ 0, the representation of the cutting edge 27 draws drawing from the wall 28 of the opening 26 in the tooth back (free surface) 21, such as 8 and 9 is removable. Alternatively, the cutting edge 27 for ⁇ > 0 bulges from the wall 28 of the opening 26 towards the latter, such as 10 and 11 is removable.
  • the end portion 22 is offset from the x-axis, ie the cutting speed vector, inwardly so that a collision of the side edges 23 and 24 of the cutting edge 19 is reliably avoided with a workpiece during the cutting movement.
  • the respective opening 26 of the cutting edge 27 and the rake face 20 of the associated blade 19 is related preceded by the direction of rotation 29 at the grinding insert, so that chips can be conveyed away through this opening 26.
  • a so-called feedstock ie a starting material
  • This starting material contains organic binders which are moldable or sprayable when heated.
  • organic binders are high polymers, for example polyolefins, polyamides or polyacrylates and suitable plasticizers for lowering the melt viscosity, such.
  • phthalates paraffins or polyethylene glycols.
  • Hard material in the form of particles which are either Al 2 O 3 or ZrO 2 or Si 3 N 4 or SiC particles or cobalt-sheathed tungsten carbide particles, is added to these organic binders. From the high polymers and the hard material particles, the so-called feedstock is produced on an extruder by mixing and kneading. The hard material particles are dispersed in the high polymers.
  • the starting material is heated in an injection molding machine and injected into the injection mold 2, whereby the main body 25 with the numerous according to the above description formed and arranged cutting edges 19 and the respective edges 19 associated openings 26 is formed.
  • the organic binders of this raw component become removed by commercial solvents and / or thermal treatment. This binder removal takes place when using Al 2 O 3 or ZrO 2 or Si 3 N 4 or WC-Co particles at a temperature of 510 ° C and under ambient air.
  • the binder removal is carried out under protective gas or vacuum at a temperature of 280 ° C to 1000 ° C.
  • the choice of temperature depends on what residual strength of the injection molded component is required after binder removal for further handling. If the thermal removal of the binder would result in destruction or high embrittlement of the green component, substantial or total removal of the binder by suitable commercial solvents will be used.
  • the particles grow by solid state diffusion into a body, the grinding element 1 together, with grain sizes k of 0.1 microns ⁇ k ⁇ 15 microns.
  • the respective cutting edge 19 essentially retains the shape that it has received during injection molding.
  • the rake face 20 is formed by the portion 9 'of the respective bolt 9.
  • the rest of the form the cutting edge 19 has been formed by the corresponding shape of the recess 12.

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Schleifelement, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Schleifelementes und ein Spritzgieß-Werkzeug zur Herstellung eines solchen Schleifelementes nach dem Verfahren.
  • Es ist bekannt, nach der sogenannten SolGel-Technik hergestellte Keramikschleifkörner in gebundenen Schleifelementen oder in Schleifmitteln auf Unterlage zu verwenden. Weiterhin ist es bekannt nach der Sol-Gel Technik geometrisch bestimmte Schleifkörner z. B in. Dreieckform herzustellen. Hiermit ausgerüstete Schleifwerkzeuge sind aggressiver und standfester als konventionelle Werkzeuge mit SolGel-Schleifmitteln.
  • Aus der US RE37,997 E ist eine Polierscheibe zum Polieren von scheibenförmigen Wafern für integrierte Schaltungen bekannt. Diese Polierscheibe weist in ihrer ebenen Oberfläche unterschiedlich große zylindrische Öffnungen auf.
  • Aus der WO 2013/186146 A1 ist es bekannt, Schleifkörner mit Bindemittel zu mischen und diese Masse flach auszurollen unter Orientierung der Schleifkörner. Das Bindemittel wird zumindest teilweise entfernt. Anschließend kann die Masse einer Wärmebehandlung unterzogen werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Schleifelement zu schaffen, das bei sehr guten Schleifeigenschaften und hoher Standfestigkeit besonders einfach herstellbar ist.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Schleifelement mit den Merkmalen des Anspruches 1, durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 14 und die Herstellung in einem Spritzgieß-Werkzeug mit den Merkmalen des Anspruches 20 gelöst.
  • Wesentlich ist, dass das Schleifelement nach der Erfindung als ein einheitliches Teil durch Spritzgießen hergestellt wird, wobei der scheibenförmige Grundkörper und die auf diesem ausgebildeten Schneiden aus Hartstoffen gebildet sind. Die einzelnen Schneiden sind jeweils - bezogen auf die Drehrichtung des Schleifelementes im Einsatz - einer in der Regel zylindrischen Öffnung im Grundkörper unmittelbar nachgeordnet, sodass die Spanfläche der jeweiligen Schneide sich unmittelbar an die Wand der Öffnung, anschließt und sich in deren Verlängerung erstreckt, wodurch sich der Spanwinkel ausbildet. Es lässt sich in sehr einfacher Weise ein Spanwinkel von α = 0° oder ein positiver oder negativer Spanwinkel einstellen, wobei die Grenzen hierfür in Anspruch 2 angegeben sind.
  • Eine besonders günstige und für den Schneideffekt optimale Anordnung ergibt sich mit den Merkmalen der Ansprüche 3 bis 5, da hierdurch die Schneiden einen geringen radialen Versatz gegenüber der nacheilenden oder voreilenden Schneide aufweisen. Durch die Weiterbildung nach Anspruch 6 und/oder 7 wird dann gleichsam der Ausklang zum äußeren Rand des Schleifelementes hin geschaffen.
  • Durch die weitere Ausbildung nach Anspruch 8 werden die vorgenannten Vorteile optimiert.
  • Durch die Weiterbildung nach den Ansprüchen 9 und/oder 10 wird erreicht, dass die Schneiden nur mit ihrer Schneidkante mit dem zu schneidenden Werkstoff in Berührung kommen und dass somit keine bzw. keine nennenswerte Reibung an den Seitenflanken der Schneiden auftritt. Weiterhin wird hierdurch erreicht, dass der beim Schleifvorgang abgeschnittene Werkstoff des zu bearbeitenden Werkstücks weich oder sanft über die Spanfläche abfließen kann.
  • Die Ansprüche 11 und 12 geben die besonders günstigen Materialien für die Herstellung des Schleifelementes an; deren optimale Korngröße ergibt sich aus Anspruch 13.
  • Der Kern des besonders günstigen Verfahrens nach Anspruch 14 besteht darin, dass die Herstellung des Schleifelements praktisch in einem Arbeitsgang aus einer durch Mischen und Kneten hergestellten Ausgangsmasse durch Spritzgießen erfolgt. Hierbei erhält das Schleifelement im Wesentlichen bereits seine endgültige Form bestehend aus einem in der Regel scheibenförmigen Grundkörper, den Öffnungen und den Schneiden. Nach dem Entformen des durch Spritzgießen hergestellten Roh-Bauteils wird das Bindemittel durch Lösungsmittel und/oder thermisch, also unter Wärme, entfernt. Danach folgt ein Sintern des Roh-Bauteils, wodurch das Schleifelement seine endgültige Härte erreicht.
  • Die Ansprüche 15 bis 19 geben wieder, in welcher Form die Hartstoffe und welche Bindemittel eingesetzt werden und wie die Bindemittelentfernung und das Sintern materialspezifisch erfolgen.
  • Anspruch 20 gibt das Spritzgieß-Werkzeug wieder, mit dem insbesondere die für das Schleifelement wesentliche Formgebung erfolgt.
  • Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung. Es zeigt:
    • Fig. 1
    eine schematische Darstellung eines Spritzgieß-Werkzeugs zur Herstellung eines Roh-Bauteils eines erfindungsgemäßen Schleifelementes,
    Fig. 2
    eine Draufsicht auf eine Formplatte des Spritzgieß-Werkzeugs gemäß Fig. 1,
    Fig. 3
    einen Teilschnitt durch das Werkzeug gemäß der Schnittlinie III-III in Fig. 2,
    Fig. 4
    die Anordnung von Bolzen am Werkzeug-Oberteil,
    Fig. 5
    einen Teilquerschnitt durch ein Schleifelement nach der Erfindung, mit Schneiden mit teilzylindrischer Spanfläche,
    Fig. 6
    eine Draufsicht auf die Schneide nach Fig. 5 mit vorgeordneter Öffnung im Schleifelement,
    Fig. 7
    eine die Lage der Schneide zur vorgeordneten Öffnung zeigende Draufsicht,
    Fig. 8
    eine Draufsicht auf eine Schneide mit teilkonischer Spanfläche und vorgeordneter Öffnung,
    Fig. 9
    einen Querschnitt durch die Schneide nach Fig. 8 gemäß der Schnittlinie IX-IX in Fig. 8,
    Fig. 10
    eine Draufischt auf eine Schneide mit gegenüber den Fig. 8 und 9 abgewandelter teilkonischer Spanfläche mit vorgeordneter Öffnung und
    Fig. 11
    einen Querschnitt gemäß der Schnittlinie XI-XI in Fig. 10.
  • Ein weiter unten noch näher zu beschreibendes Schleifelement 1 nach Art einer Schleifscheibe, wird durch Spritzgießen in einem nur schematisch dargestellten Spritzgieß-Werkzeug 2 hergestellt. Dieses Spritzgieß-Werkzeug 2 weist ein Werkzeug-Unterteil 3 und ein Werkzeug-Oberteil 4 auf, die in geschlossenem Zustand des Werkzeugs 2 ineinander greifen. Das Werkzeug-Oberteil 4 ist zweiteilig aufgebaut und weist eine innere Formplatte 4' und eine obere Schließplatte 4" auf. Im geschlossenen Zustand des Spritzgieß-Werkzeugs 2 wird vom Unterteil 3 und von der Formplatte 4' ein Formraum 5 begrenzt, in dem das Schleifelement 1 durch Spritzgießen geformt wird. Der Formraum 5 ist - in der Draufsicht - kreisförmig ausgebildet und weist eine Mittel-Achse 6 auf. Konzentrisch zu dieser Achse 6 ist im Werkzeug-Oberteil 4 ein Einlass 7 für eine von einer Spritzgießmaschine einzuspritzende Spritzmasse 8 vorgesehen.
  • Im Werkzeug-Oberteil 4 sind - dem Formraum 5 zugewandt - zahlreiche Bolzen 9 befestigt, denen jeweils eine Bohrung 10 im Werkzeug-Unterteil 3 und eine Bohrung 10' in der Formplatte 4' zugeordnet sind, so dass - bei geschlossenem Spritzgieß-Werkzeug 2 - jeweils ein Bolzen 9 eine Bohrung 10' durchsetzt und in eine Bohrung 10 eingereift, wie in Fig. 3 angedeutet ist.
  • In der dem Formraum 5 zugewandten Oberfläche 11 der Formplatte 4' ist jedem Bolzen 9 zugewandt je eine Ausnehmung 12 ausgebildet, auf die weiter unten noch ausführlich eingegangen wird.
  • Die Achsen 13 der Bohrungen 10 und 10' und entsprechend der Bolzen 9 liegen - wie Fig. 4 erkennen lässt - auf einer als archimedische Spirale oder als Spirale mit progressiver Steigung ausgebildeten ersten Spur 14, deren Radius vom inneren Anfang 15 dieser ersten Spur 14 bis zu deren äußerem Ende 16 von einem Radius R1 auf einen Radius R2 zunimmt. Von diesem Ende 16 an verläuft ein kurzer sich etwa über einen halben Umfang auf jeden Fall aber über weniger als einen vollen Umfang erstreckender Abschnitt einer degressiven zweiten spiralförmigen Spur 17. Außen sind noch auf einer kreisförmigen Spur 18 mit der Achse 6 als Mittelachse ebenfalls Bohrungen 10 und dementsprechend Bolzen 9 angeordnet.
  • Der Abstand a der auf einer Spur, also der ersten Spur 14, der zweiten Spur 17 und der Spur 18 benachbart angeordneten Bohrungen 10 voneinander, ist für alle Bohrungen 10, 10' gleich.
  • Die Form der Ausnehmungen 12 in der inneren Oberfläche 11 der Formplatte 4' wird anhand der Figuren 5 und 6 mittelbar erläutert. Diese Figuren zeigen jeweils einen Teil-Ausschnitt eines im Spritzgieß-Werkzeug 2 aus der Spritzmasse 8 ausgeformten Schleifelementes 1 mit einer Schneide 19, deren Form der jeweiligen Ausnehmung 12 entspricht, die durch je einen Bolzen 9 verschlossen ist. Die Schneide 19 weist eine zur Achse 13 des Bolzens 9 bzw. der Bohrung 10 konzentrische, der Umfangsfläche des Bolzens 9 entsprechende teilzylindrische oder teilkonische Spanfläche 20 mit einem Spanwinkel -30° ≤ α ≤30°, auf. Zur Erzeugung eines in Fig. 5 dargestellten Spanwinkels α = 0° ist der in der Ausnehmung 12 befindliche Abschnitt 9' des Bolzens 9 zylindrisch ausgebildet. Zur Erzeugung eines Spanwinkels α ≠ 0° ist dieser Abschnitt 9' des Bolzens 9 konisch ausgebildet. Wenn der Abschnitt 9' sich vom Werkzeug-Unterteil 3 weg verjüngt, dann muss aus entformungstechnischen Gründen der Bolzen 9 im Werkzeug-Unterteil 3 angebracht sein.
  • Die Schneide 19 weist einen Keilwinkel β auf, für den gilt: 30° ≤ β ≤ 120°.
  • Die Schneide 19 weist einen abgerundeten Endabschnitt 22 mit einem Radius r2 auf, der kleiner ist als der Radius r1 der jeweiligen Bohrung 10 bzw. des Bolzens 9. Von der Spanfläche 20 führen Seitenflanken 23, 24 zu dem erwähnten Endabschnitt 22, wie insbesondere Fig. 6 entnehmbar ist. Die Schneide 19 verjüngt sich also zum Endabschnitt 22 hin. Die Schneide 19 weist eine Höhe b über dem Grundkörper 25 des Schleifelementes 1 auf, wobei diese Höhe b gleichzeitig die Höhe über einer zylindrischen Öffnung 26 ist, die durch den jeweiligen Bolzen 9 in dem scheibenförmigen Grundkörper 25 des Schleifelementes geformt wird. Die teilzylindrische oder teilkonische Spanfläche 20 schließt sich also direkt an diese Öffnung 26 an.
  • Wie Fig. 5 und 6 weiterhin erkennen lassen, ist die durch die Durchdringung der Spanfläche 20 und des Schneidenrückens (Freifläche) 21 gebildete Schneidkante 27 gegenüber der ersten Spur 14 bzw. der zweiten Spur 17 bzw. der kreisförmigen Spur 18 nach außen versetzt. In Fig. 7 ist dies in einem x-y-z-Koordinatensystem dargestellt, dessen y-Achse durch die jeweilige Achse 13 einer Bohrung 10 und damit der Öffnung 26 und die Mittel-Achse 6 des Schleifelementes 1 gelegt ist. Die x-Achse liegt senkrecht hierzu und zur Achse 13. Die nur in Fig. 5 angedeutete z-Achse ist deckungsgleich mit der jeweiligen Achse 13 einer Öffnung 26. In Fig. 7 sind die Begrenzungslinien der Seitenflanken 23, 24 der Schneide 19 in der Ebene des Grundkörpers 25 dargestellt, wie es auch in Fig. 5 angedeutet ist. In dieser Ebene, aus der die Schneiden 19 hervorragen, schneiden die Seitenflanken 23, 24 die Begrenzungslinie, d.h. die als Kreis dargestellte Wand 28 der Öffnung 26. Auf diese Schnittpunkte oder Eckpunkte 23' bzw. 24' gerichtete, von der jeweiligen Achse 13 ausgehende Strahlen r23 bzw. r24 schließen mit der x-Achse Winkel γ bzw. δ ein. Der Winkel γ ist der Winkel, der der - bezogen auf die Mittel-Achse 6 - außen liegenden Seitenflanke 23 der Schneide 19 zugeordnet ist. Der Winkel δ ist der Winkel, der der Seitenflanke 24 der Schneide 19 zugeordnet ist, die der Mittel-Achse 6 zugewandt ist. Es gilt: 0° ≤ γ ≤ 45° und 0° ≤ δ ≤ 45°.
  • Wenn α < 0 ist, dann fallen in der Draufsicht, wie sie in den Fig. 6 und 7 für eine teilzylindrische Spanfläche 20 dargestellt ist, die Wand 28 der Öffnung 26 und die Schneidkante 27 nicht zusammen. Vielmehr ist in diesem Fall für α < 0 die Darstellung der Schneidkante 27 zeichnerisch von der Wand 28 der Öffnung 26 in den Zahnrücken (Freifläche) 21 hineinzuziehen, wie Fig. 8 und 9 entnehmbar ist. Alternativ wölbt sich die Schneidkante 27 für α > 0 von der Wand 28 der Öffnung 26 zu letzterer hin, wie Fig. 10 und 11 entnehmbar ist. In den Fig. 8 bis 11 mit teilkonischen Ausgestaltungen der Spanflächen 20 mit Schneidkanten 27 wurden dieselben Bezugsziffern wie für die oben geschilderte teilzylindrische Ausgestaltung der Spanflächen 20 mit Schneidkante 27 gewählt, um die Übersichtlichkeit der Beschreibung nicht zu stören.
    Sind die beiden Winkel γ und δ ungleich, ergibt sich eine schräg zum durch die x-Achse gebildeten Schnittgeschwindigkeitsvektor ausgebildete Schneidkante 27, wodurch dynamische Schnittkräfte reduziert werden, die durch das Eintauchen der Schneidkante 27 in einen zu schleifenden Werkstoff erzeugt werden. Durch diese Ausgestaltung wird das Eintauchen besonders sanft. Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung weiterhin im Zusammenhang mit Fig. 7 ergibt, ist der Endabschnitt 22 derart gegenüber der x-Achse, also dem Schnittgeschwindigkeitsvektor, nach innen hin versetzt, dass eine Kollision der der Seitenflanken 23 bzw. 24 der Schneide 19 mit einem Werkstück bei der Schnittbewegung sicher vermieden wird. Wie insbesondere Fig. 2 erkennen lässt, ist die jeweilige Öffnung 26 der Schneidkante 27 bzw. der Spanfläche 20 der zugehörigen Schneide 19 bezogen auf die Drehrichtung 29 beim Schleifeinsatz vorgeordnet, so dass Späne durch diese Öffnung 26 weggefördert werden können.
  • Es sei wiederholt, dass die Ausnehmungen 12 und der jeweilige Abschnitt 9' der Bolzen 9 gleichsam das negative Abbild der Schneide 19 bilden.
  • Die Herstellung des Schleifelementes erfolgt folgendermaßen:
  • Zur Vorbereitung des eigentlichen - bereits erwähnten - Spritzgieß-Vorgangs wird ein sogenannter Feedstock, also eine Ausgangsmasse, hergestellt. Diese Ausgangsmasse enthält organische Bindemittel, die bei Erwärmung formbar bzw. spritzbar werden. Bei derartigen organischen Bindemitteln handelt es sich um Hochpolymere, zum Beispiel Polyolefine, Polyamide oder Polyacrylate und geeignete Weichmacher zur Senkung der Schmelzviskosität, wie z. B. Phtalate, Parafine oder Polyäthylenglykole. Diesen organischen Bindemitteln wird Hartstoff in Form von Partikeln zugesetzt, bei denen es sich entweder um Al2O3- oder ZrO2- oder Si3N4- oder SiC-Partikel oder mit Cobalt ummantelte Wolframcarbidpartikel handelt. Aus den Hochpolymeren und den Hartstoff-Partikeln wird auf einem Extruder durch Mischen und Kneten der sogenannte Feedstock hergestellt. Die Hartstoff-Partikel werden hierbei in den Hochpolymeren dispergiert.
  • In einem anschließenden Arbeitsschritt wird die Ausgangsmasse in einer Spritzgieß-Maschine erwärmt und in das Spritzgieß-Werkzeug 2 gespritzt, wodurch der Grundkörper 25 mit den zahlreichen entsprechend der obigen Beschreibung ausgebildeten und angeordneten Schneiden 19 und den jeweils den Schneiden 19 zugeordneten Öffnungen 26 geformt wird. Nach dem Entformen des als Roh-Bauteil vorliegenden spritzgegossenen Schleifelementes 1 werden die organischen Bindemittel dieses Roh-Bauteils durch handelsübliche Lösungsmittel und/oder thermische Behandlung entfernt. Diese Bindemittel-Entfernung erfolgt bei Einsatz von Al2O3- oder ZrO2- oder Si3N4- oder WC-Co Partikeln bei einer Temperatur von 510°C und unter Umgebungsluft.
  • Bei SiC- Partikeln erfolgt die Bindemittelentfernung unter Schutzgas oder Vakuum bei einer Temperatur von 280°C bis 1000°C. Die Wahl der Temperatur hängt davon ab, welche Restfestigkeit des spritzgegossenen Bauteils nach der Bindemittelentfernung für die weitere Handhabung erforderlich ist. Wenn das thermische Entfernen des Bindemittels zu einer Zerstörung oder zu hohen Versprödungen des Roh-Bauteils führen würde, wird eine weitgehende oder vollständige Entfernung des Bindemittels durch geeignete handelsübliche Lösungsmittel angewendet.
  • Im Anschluss an die Bindemittelentfernung wird das Roh-Bauteil gesintert, und zwar unter folgenden Arbeits-Bedingungen:
    • Al2O3 und ZrO2: 1300°C bis 1700°C unter Atmosphäre, drucklos
    • SiC: 1900°C bis 2200°C unter Argon-Schutzgas, drucklos
    • Si3N4: 1600°C bis 1800°C unter Stickstoff-Schutzgas, 7 bis 50 bar
    • WC-Co: 1250°C bis 1500°C unter Argon-Schutzgas, 1 bis 50 bar.
  • Beim Sinterprozess wachsen die Partikel durch Festkörperdiffusion zu einem Körper, dem Schleifelement 1 zusammen, mit Korngrößen k von 0,1 µm ≤ k ≤ 15 µm.
  • Bei dem Sinterprozess behält die jeweilige Schneide 19 im Wesentlichen die Form, die sie beim Spritzgießen erhalten hat. Die Spanfläche 20 ist durch den Abschnitt 9' des jeweiligen Bolzens 9 geformt. Die übrige Form der Schneide 19 ist durch die entsprechende Form der Ausnehmung 12 gebildet worden.

Claims (22)

  1. Schleifelement (1) bestehend aus einem scheibenförmigen Grundkörper (25) und als eine Einheit mit diesem ausgebildeten Schneiden (19), wobei - bezogen auf eine Drehrichtung (28) des Schleifelementes (1) um eine Mittel-Achse (6) - jeder Schneide (19) eine den Grundkörper (25) durchdringende Öffnung (26) unmittelbar vorgeordnet ist, wobei jede Schneide (19) eine Spanfläche (20) aufweist, die teilzylindrisch mit einem Spanwinkel α = 0° oder teilkonisch mit einem Spanwinkel α ≠ 0° ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (25) und die Schneiden (19) aus gesintertem Hartstoff gebildet sind und die Schneiden (19) eine Höhe b über dem Grundkörper (25) aufweisen, wobei gilt: 0,1 mm ≤ b ≤ 10 mm.
  2. Schleifelement (1), dadurch gekennzeichnet,
    dass bei teilkonischer Ausbildung der Spanfläche (20) gilt: -30° ≤ α ≤ 30°.
  3. Schleifelement (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
    dass die Öffnungen (26) mit ihren jeweiligen Achsen (13) auf einer ersten Spur (14) angeordnet sind, die von einem Anfang (15) benachbart zur Mittel-Achse (6) bis zu einem äußeren Ende (16) die Form einer Spirale aufweist.
  4. Schleifelement (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
    dass die erste Spur (14) die Form einer archimedischen Spirale aufweist.
  5. Schleifelement (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
    dass die erste Spur (14) die Form einer Spirale mit zum äußeren Ende (16) hin progressiver Steigung aufweist.
  6. Schleifelement (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
    dass Öffnungen (26) vorgesehen sind, die auf einer zweiten Spur (17) angeordnet sind, die sich an das äußere Ende (16) der ersten Spur (14) anschließt, und die sich in Form einer Teil-Spirale über weniger als einen Umfang des Grundkörpers (25) erstreckt.
  7. Schleifelement (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
    dass Öffnungen (26) vorgesehen sind, die auf einer äußeren kreisförmigen Spur (18) angeordnet sind.
  8. Schleifelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
    dass auf der mindestens einen Spur (14, 17, 18) jeweils unmittelbar benachbart zueinander angeordnete Öffnungen (26) identische Abstände a voneinander aufweisen.
  9. Schleifelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
    dass - bezogen auf ein x-y-z-Koordinatensystem, dessen z-Achse mit der Achse (13) einer jeweiligen Öffnung (26) deckungsgleich ist und dessen y-Achse durch die Mittel-Achse (6) und die Achse (13) der jeweiligen Öffnung (26), also radial zur Mittel-Achse (6), verläuft und dessen x-Achse senkrecht zur y- und zur z-Achse verläuft - die Schneidkante (27) sich gegenüber der x-Achse nach außen über einen Winkel γ und nach innen über einen Winkel δ erstreckt, wobei gilt: 0 ° ≤ γ ≤ 45 ° und 0 ° ≤ δ ≤ 45 ° .
    Figure imgb0001
  10. Schleifelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
    dass die Schneiden (19) sich entgegen der Drehrichtung (28) zu einem hinteren Endabschnitt (22) verjüngen und
    dass der jeweilige Endabschnitt (22) gegenüber der jeweiligen x-Achse nach innen zur Mittel-Achse (6) hin versetzt auf dem Grundkörper (25) angeordnet ist.
  11. Schleifelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
    dass der Hartstoff kristallin ist.
  12. Schleifelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet,
    dass die Schneiden (19) und der Grundkörper (25) als Hartstoff aus Al2O3 oder ZrO2 oder Si3N4 oder SiC oder Hartmetall, insbesondere WC-Co, bestehen.
  13. Schleifelement (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet,
    dass der gesinterte Hartstoff eine Korngröße k aufweist, für die gilt: 0,1 μ m ≤ k ≤ 15 μ m .
    Figure imgb0002
  14. Verfahren zur Herstellung eines Schleifelementes (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13,
    wobei aus organischem, bei Erwärmung formbar werdendem Bindemittel und Hartstoff in Form von Partikeln durch Kneten und Mischen eine Ausgangsmasse hergestellt wird,
    wobei anschließend durch Spritzgießen ein Roh-Bauteil des Schleifelementes, bestehend aus dem scheibenförmigen Grundkörper (25) und den Schneiden (19), erzeugt wird, wobei anschließend das Bindemittel aus dem Roh-Bauteil entfernt wird, und
    wobei anschließend aus dem Roh-Bauteil durch einen Sinterprozess das Schleifelement gebildet wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,
    dass als Hartstoff in Form von Partikeln Al2O3 oder ZrO2 oder Si3N4 oder SiC oder Hartmetall, insbesonsdere WC-Co, eingesetzt wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet,
    dass folgende organische Hochpolymere als Bindemittel eingesetzt werden:
    Polyolefine, Polyamide oder Polyacrylate.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet,
    dass die Entfernung des Bindemittels aus dem Roh-Bauteil thermisch und/oder durch Lösungsmittel erfolgt.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, dass die thermische Bindemittelentfernung unter folgenden Bedingungen erfolgt:
    Bei Einsatz von Al2O3- oder ZrO2- oder Si3N4- oder WC-Co-Partikeln bei einer Temperatur von 510 °C unter Umgebungsluft und
    beim Einsatz von SiC-Partikeln unter Schutzgas oder Vakuum bei einer Temperatur von 280 °C bis 1000 °C
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet,
    dass das Sintern unter folgenden Bedingungen erfolgt bei Einsatz von: Al2O3 und ZrO2: 1300°C bis 1700°C unter Atmosphäre, drucklos SiC: 1900°C bis 2200°C unter Argon-Schutzgas, drucklos Si3N4: 1600°C bis 1800°C unter Stickstoff-Schutzgas, 7 bis 50 bar WC-Co: 1250°C bis 1500°C unter Argon-Schutzgas, 1 bis 50 bar.
  20. Spritzgieß-Werkzeug (2) zur Herstellung des Schleifelementes (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13 unter Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 14 bis 19,
    wobei zwei bei geschlossenem Spritzgieß-Werkzeug (2) einen Formraum (5) begrenzende Werkzeug-Teile (3, 4) vorgesehen sind,
    wobei an einem Werkzeugteil (4) Bolzen (9) zur Formung der Öffnungen (26) und der Spanflächen (20) angebracht sind, die bei geschlossenem Spritzgieß-Werkzeug (2) in Bohrungen (10) des anderen Werkzeug-Teils (3) eingreifen,
    und wobei in einem Werkzeug-Teil (4) Ausnehmungen (12) zur Formung der Schneiden (19), die eine Höhe b über dem Grundkörper (25) aufweisen, wobei gilt: 0,1 mm ≤ b ≤ 10 mm, ausgebildet sind.
  21. Spritzgieß-Werkzeug nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet,
    dass ein Werkzeug-Teil (4) zweiteilig mit einer den Formraum (5) begrenzenden Formplatte (4') ausgebildet ist, wobei die Formplatte (4') die Ausnehmung (12) zur Formung der Schneiden (19) und von den Bolzen (9) durchdrungene Bohrungen (10') aufweist.
  22. Spritzgieß-Werkzeug nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet,
    dass die Bolzen (9) im Bereich der Ausnehmung (12) zylindrisch oder konisch ausgebildet sind.
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