NO175972B - Slipeskive - Google Patents

Description

Teknisk område

Den foreliggende oppfinnelse angår slipeskiver, som inneholder avlange slipepartikler som hovedsakelig er sammensatt av sintrede sol-gel a-aluminakrystaller.

Oppfinnelsens bakgrunn

Sol-gel, og spesielt kimtilsatte ("seeded") sol-gel aluminiumoxydholdige slipemidler, har demonstrert vesentlige fordeler i forhold til andre slipemidler av premium kvalitet innen vide områder av anvendelser av bundne slipemidler siden de ble innført for en del år tilbake. Slike slipemidler fremstilles generelt ved tørking og sintring av en hydratisert aluminagel som også kan inneholde varierende mengder av tilsetningsmidler, som f. eks. MgO eller ZrC>2. Det tørkede materiale blir knust før eller etter sintring for å få uregelmessige, blokkaktig utformede, polykrystallinske slipekorn innen et ønsket størrelsesområde. Kornene kan senere innarbeides i et bundet slipeprodukt, som f.eks. et slipehjul eller et -segment.

I US patent nr. 4.314.827 (Leitheiser et al.) beskrives slipekorn fremstilt ved en slik metode hvor de sintrede korn inneholder uregelmessige "snøfille"-formige a-A^C^-krystaller med en diameter av 5-10 /um. Rommene mellom armene til en "snøfille" og mellom tilgrensende "snøfiller" er inntatt av andre faser, som f.eks. en findelt krystallinsk alumina-magnesiaspinell.

I US patent nr. 4.623.364 beskrives en sol-gel-metode for fremstilling av aluminiumoxydholdige slipekorn og andre produkter enn slipekorn, som f.eks. belegg, tynne filmer, fibre, stenger eller små formstykker, med forbedrede egenskaper. I henhold til dette US patent lettes omvandlingen av det hydratiserte alumina til a-alumina ved at det innføres kimmateriale i gelen eller i gelutgangsmaterialet før tørk-ing. Dette kan gjøres ved våtvibrasjonsmaling av gelen eller gelutgangsmaterialet med a-aluminamedia eller ved direkte tilsetning av meget findelte kimpartikler i pulverform eller i annen form. For fremstilling av slipekorn blir den kimtilsatte gel tørket, knust og brent. De på denne måte fremstilte slipekorn kan anvendes for fremstilling av produkter, som f.eks. belagte slipeskiver og slipehjul. For fremstilling av formstykker eller stenger kan materialet alternativt formes eller støpes, f.eks. ved ekstrudering, før brenning. Ved ekstrudering blir de fremstilte stenger senere delt eller brutt opp i egnede lengder.

Straks gelen er blitt dannet, kan den i henhold til US-patentet formes ved hjelp av en hvilken som helst egnet metode, som f.eks. pressing, støping eller ekstrudering, og deretter omhyggelig tørkes for å fremstille et legeme med ønsket form og uten sprekker. Dersom slipemateriale er ønsket, kan gelen ekstruderes i henhold til US-patentet eller ganske enkelt ved å bli spredt ut til en hvilken som helst bekvem form og tørket. Etter tørkingen kan det faste legeme eller materiale oppdeles eller maskinbehandles for å danne et ønsket formstykke eller knuses eller brytes opp ved hjelp av egnede midler, som en hammermølle eller kulemølle, for å danne slipepartikler eller -korn.

Slike slipemidler fra kimtilsatt sol-gel har en langt fastere a-A^O-j-krystallstruktur og høyere tetthet enn materialet av ikke kimtilsatt sol-gel av typen i henhold til US patent nr. 4.314.827. Disse a-A^C^-krystaller av slipemidlene fra kimtilsatt sol-gel har en størrelse under 1 /um og som regel en størrelse av ca. 0,4 /um eller mindre selv om en noe grovere struktur kan fås dersom kimtilsetningen ut-føres på en måte som ikke er optimal eller dersom brenningen utføres ved en for høy temperatur eller i for lang tid.

Andre materialer, som jernoxyd, kromoxyd, a-alumina og utgangsmaterialer for disse oxyder, såvel som annet fint avfall som vil virke som kjernedannelsessentra for a-aluminakrystallene som dannes, kan også anvendes som kim for å lette omvandlingen til a-A^O^. Som en tommelfingerregel kan det sies at slike kimmaterialer bør være isostrukturelle med AI2O3 og ha lignende (innenfor ca. 15%) krystallgitterpara-metre for at de skal gi godt resultat.

I US patenter 3.183.071 (Rue et al.) og 3.481.723 (Kistler et al.) beskrives slipehjul for anvendelse ved oppbrytningsoperasjoner under kraftige betingelser, og disse er fremstilt med ekstruderte, stangformige, polykrystallinske a-aluminaslipekorn. I US patent nr. 3.481.723 vises det generelt til anvendelse av ekstruderte, polykrystallinske, sintrede a-alumina slipestenger med diametre av 0,65-3,28 mm som dannes ved å ekstrudere en oppslemming av (X-AI2O3 eller andre egnede, findelte, keramiske partikler som er blitt blandet med organiske bindemidler for å lette ekstrudering-ene.

På lignende måte ekstruderes i henhold- til US patent nr. 3.387.957 (Howard) bauxitt som små, rette-, sylindriske stenger med liten diameter og med lengder som er lengre enn diameteren, for å anvendes som slipemiddel i harpiksbundne oppbrytingshjul.

De stangformige slipekorn i henhold til US patentene

nr. 3.183.071, nr. 3.481.723 og nr. 3.387.957 er beregnet for oppbrytningsoperasjoner på stål under kraftige betingelser, og de stangformige slipekorn er i praksis forholdsvis grove og i alminnelighet med en stangdiameter som er ekvivalent med en størrelse på 16 grit eller grovere. Selv om det teoretisk er mulig å lage finere grit med mindre tverrsnitt og diametre, ville det være nødvendig å innarbeide for store mengder av organiske bindemidler, ekstruderingshjelpestoffer og smøremidler i oppslemmingen for at denne skal kunne ekstruderes gjennom de finere hull. Disse tilsetningsmidler ville alle måtte brennes ut under sintringen, og dette ville føre til enten en for sterk porøsitet og derfor svakhet i de sintrede stenger eller ville kreve meget sterk brenning for å fortette materialet etter at tilsetningsmidlene er blitt brent ut. Den sterke brenning vil føre til meget sterk og uønsket kornvekst i produktet.

I EP-A2 263810 beskrives sintrede slipepartikler av a-aluminakrystallitter med en krystallittstørrelse under 2 um. Slipepartiklene fremstilles fra en suspensjon av høydispergert a-aluminiumoxydhydrat hvorfra grove partikler eventuelt fjer-nes, hvoretter suspensjonen tørkes, knuses og sintres ved temperaturer mellom 1000 og 1500°C. Fremstilling av slipepartikler med en bestemt fysikalsk form er ikke beskrevet i denne referanse.

I EP-A2 200487, EP-A2 168606 og N0-B2 166783 beskrives fremgangsmåter for fremstilling av kimtilsatte sol-gel slipepartikler. Sol-gel materialet ekstruderes og tørkes og blir deretter brutt istykker til ønskede tradisjonelle slipepartikler. Det finnes ingen veiledning i disse referanser angående fordeler ved slipepartikler med en bestemt fysikalsk form.

I US-A1 3853688 beskrives fremstilling av filamenter og ikke slipemidler. Filamentene ifølge referansen er beskrevet som anvendbare som forsterkende filamenter for metall, herdeharpikser og plastkompositter for konstruksjons-messige anvendelser, så som turbinblader, helikopterrotorer og trykkede kretsplater.

I US-Ai 4786292 beskrives fremstilling av et sintret, mikrokrystallinsk a-Al203 slipemateriale av a-Al203-krystallit-ter som er mindre enn 4 pm. I denne referanse beskrives ikke avlange slipepartikler.

Oppsummering av oppfinnelsen

Oppfinnelsen angår slipeskiver som innbefatter polykrystallinske avlange slipepartikler basert på a-alumina erholdt ved sintring av en sol-gel. Krystallittene i slipepartiklene kan være så store som 2 /um, men de er fortrinnsvis mindre enn 1 /um, og det er enda mer foretrukket at de er mindre enn 0,4 /um. Partiklene kan fremstilles ved å fremstille en sol-gel av et hydratisert alumina, spinning eller ekstrudering av gelen til filamenter, tørking av filamentene og brenning av de tørkede filamentene til en temperatur ikke over 1500°C. I henhold-til den foretrukne utførel-sesform innbefatter fremgangsmåten tilsetning til den opp-rinnelige sol eller gel av en effektiv mengde av et krystallinsk kimmateriale med en størrelse under 1 /um som befordrer den hurtige omvandling av det hydratiserte alumina i gelen til meget findelte a-aluminakrystaller når den ekstruderte og tørkede sol-gel brennes. Eksempler på slike kimmaterialer er (^alumina, y-alumina, kromoxyd, a-ferrioxyd, a-alumina og utgangsmaterialer for disse.

Mikrokrystallene dannes ved en vekstprosess fra en sol-gel, og dette muliggjør omvandlingen til a-alumina ved forholdsvis lave temperaturer som ikke fører til for sterk krystallvekst. Dette fører til en karakteristisk fin, jevn mikrostruktur, spesielt dersom kim er blitt tilsatt til sol-gelen. Denne vekstprosess er meget viktig og fører til bety-delige forskjeller mellom kimtilsatte sol-gelprodukter og produkter dannet ved sintring av a-aluminapartikler. Med mindre forholdsvis høye temperaturer anvendes (som fører til krystallvekst), er disse sistnevnte produkter tilbøyelige til å ha svake sintringsbindinger mellom tilgrensende krys-tallitter, og de må således brennes ved høye temperaturer. Resultatet er at de er tilbøyelige til å ha krystallittstør-relser som er forholdsvis store.

Det foretrekkes videre at krystallstrukturen er i det vesentlige fri for forurensninger som ved brenning ville ha gitt opphav til glassaktig materiale. Med "glassaktig" materiale er ment amorft, ikke-krystallinsk materiale med ingen lang-periode molekylærordning. Partiklene ifølge oppfinnelsen inneholder således mindre enn 5 vekt%, fortrinnsvis mindre enn 2 vekt%, av enhver slik glassaktig komponent.

Detaljert beskrivelse av oppfinnelsen

Oppfinnelsen angår en slipeskive omfattende et sintret, fortrinnsvis kimtilsatt, sol-gel aluminabasert slipemiddel og et bindemiddel for dette, hvor slipemidlet har en hardhet av minst 16 GPa og utgjøres hovedsakelig av sintrede a-aluminakrystaller med en størrelse under 2^um, og eventuelt fra 1

til 9 0 volum% av et annet slipemiddel valgt fra gruppen bestående av smeltet alumina, samsmeltet alumina-zirkoniumdioxyd som ikke er fiberformig, siliciumcarbid, kubisk bornitrid, diamant, flint, granat, boblealumina, boblealumina-zirkoniumdioxyd og blandinger derav, og slipemidlet er særpreget ved at det består av avlange partikler med et i det vesentlige jevnt tverrsnitt og med et gjennomsnittlige sideforhold på

fra 1,4:1 til 25:1 og en diameter på fra 0,05 til 2 mm.

I den foreliggende beskrivelse og i de foreliggende patentkrav anvendes uttrykket "avlange partikler" for å be-skrive langstrakte, keramiske slipelegemer som hvert har et generelt jevnt tverrsnitt langs dets lengde, og hvor lengden er minst 1,4 ganger tverrsnittets maksimumsdimensjon. Maksimumstverrsnittsdimensjonen skal ikke være større enn

2,0 mm og er fortrinnsvis mindre enn 0,5 mm. Slipepartiklene kan være bøyd eller tvunnet slik at lengden måles langs legemet snarere enn nødvendigvis langs en rett linje.

Slipepartiklene blir fortrinnsvis i alminnelighet oppnådd ved ekstrudering eller spinning av en fortrinnsvis kimtilsatt gel av hydratisert alumina til kontinuerlige filamenter, tørking av filamentene oppnådd på denne måte, kutting eller oppbrytning av filamentene til de ønskede partikkel-lengder og derpå brenning av de avlange partikler til en temperatur ikke over 1500°C.

I tillegg til det hydratiserte alumina som anvendes i sol-gelprosesser for å danne a-alumina, kan solen innbefatte opp til 10-15 vekt% av tilsetningsmidler, som f.eks. spinell, mullitt, mangandioxyd, titandioxyd, magnesiumoxyd, ceriumoxyd eller zirkoniumdioxyd i form av et pulver, eller et utgangsmateriale kan også tilsettes i større mengder, f.eks. 40% eller mer, eller andre forenlige tilsetningsmidler eller utgangsmaterialer for disse. Fortrinnsvis bør imidlertid ikke et materiale innarbeides som under brenningsbetingelsene for å sintre a-aluminaet ville føre til dannelse av et glassaktig materiale. De akseptable tilsetningsmidler er slike som forbedrer slike egenskaper som bruddseighet, hardhet, sprødhet, bruddmekanisme eller tørk-ingsoppførsel. I henhold til den mest foretrukne utførelses-form innbefatter solen eller gelen et dispergert krystallinsk kimmateriale med en størrelse under 1 /um eller et utgangsmateriale for dette i en slik mengde at denne effek-tivt vil lette omvandlingen av de hydratiserte aluminapartikler til a-alumina ved sintring. Mengden av kimmateriale bør ikke overskride 10 vekt% av det hydratiserte alumina, og det er normalt ingen fordel med mengder over 5 vekt%. Dersom for mye kimmateriale anvendes, vil i virkeligheten solen eller gelens stabilitet kunne bli forringet, og produktet ville være vanskelig å ekstrudere. Dessuten fører meget store mengder av a-alumina, f.eks. 30 vekt% eller mer, til et produkt som må brennes ved høyere temperaturer for å sintre krystallene til en sammenhengende struktur. Dette fører enten til store krystaller (dersom en tilstrekkelig sintring oppnås) eller til dårlig styrke (dersom temperaturen holdes lav for å unngå en slik krystallvekst). Dersom kimet er tilstrekkelig findelt (fortrinnsvis 60 m^/g eller mer), kan mengder av 0,5-10% anvendes idet 1-5% er foretrukket.

Eksempler på faste, mikrokrystallinske kimmaterialer er 3-a-lumina, a-ferrioxyd, a-alumina, Y~alumina/ kromoxyd og annet findelt avfall som vil gi et kjernedannelsessentrum for a-aluminakrystallene som dannes, og av disse kimmaterialer er a-alumina foretrukket. Kimene kan også tilsettes i form av et utgangsmateriale, som f.eks. en ferrinitratoppløs-ning. Generelt bør kimmaterialet være isostrukturelt med a-alumina og ha lignende krystallgitterdimensjoner (innenfor 15%) og være til stede i den tørkede gel ved de temperaturer ved hvilke omvandlingen til a-alumina finner sted (1000-1100°C).

Råslipefilamentene kan dannes fra gelen ved anvendelse av en rekke forskjellige metoder, som f.eks. ekstrudering eller spinning. Ekstrudering er mest anvendbar for råfilamenter med en diameter mellom 0,254 mm og 1,0 mm, og disse har, etter tørking og brenning, tilnærmet den. samme diameter som diameteren til siktåpningene anvendt for henholdsvis 100 grit til 24 grit slipekorn. Spinning er mest anvendbar for brente filamenter med en diameter under 100 /um. Brente filamenter som er så findelte som 0,1 /um, er blitt fremstilt ved spinning i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Råfilamentene krymper til en diameter på ca. 40% ved brenning i forhold til den diameter de hadde etter eks-

truderingen.

Geler som er mest egnede for ekstrudering, bør ha et innhold av faste stoffer av 30-68%, fortrinnsvis 45-64%. Det optimale innhold av faste stoffer varierer direkte med diameteren til filamentet som ekstruderes, og et innhold av faste stoffer på ca. 60% er foretrukket for filamenter med en brent diameter som tilnærmet er ekvivalent med sikt-åpningen for et 50 grit knust slipekorn (ca. 0,28 mm). Som angitt ovenfor, har forsøk på å oppnå et for høyt innhold av faste stoffer i gelen ved å innarbeide faste materialer som regel hatt en alvorlig skadelig virkning på gelens stabilitet. Ekstrudatet har som regel lav råstyrke og vil ofte ikke kunne opprettholde en filamentaktig form bortsett fra ved diametre av ca. 2 mm.

Spinning kan i henhold til den foreliggende oppfinnelse utføres ved å fylle et kvantum av gelen på en skive som deretter spinnes for å slynge bort råfilamenter som tørker nesten øyeblikkelig i luften. Alternativt kan gelen an-bringes i en sentrifugeskål med hull eller slisser boret ut i dens omfang med den størrelse som er ønsket for råfilamentene, og skålen spinnes ved f.eks. 5000 r/min for å danne filamentene. Andre kjente spinnemetoder kan også anvendes for å danne råfilamentene. For spinning er det best anvend-

bare innhold av faste stoffer 20-45%, og 35-40% er foretrukket.

Dersom filamentene dannes ved spinning, er det ønske-lig å tilsette 1-5% av et spinnehjelpestoff som ikke danner glass, som f.eks. polyethylenoxyd, til solen fra hvilken gelen blir dannet, for å bibringe gelen ønskelige viskoelas-tiske egenskaper for filamentdannelse. Den optimale mengde av spinnehjelpestoff varierer omvendt med gelens innhold av faste stoffer. Spinnehjelpestoffet brennes ut av filamentene under kalsinering eller brenning. Da meget lite av dette be-høver å tilsettes (i alminnelighet intet i det hele tatt for ekstrudering), påvirker det ikke i vesentlig grad de brente filamenters egenskaper.

De ekstruderte gelfilamenter kan gis forskjellige ønskelige former ved å ekstrudere gelen gjennom dyser med den form som er ønsket for filamentets tverrsnitt. Disse kan for eksempel være kvadratiske, diamantformige, ovale, rørfor-mige eller stjerneformige. Som oftest er imidlertid tverrsnittet rundt. Dersom gelfilamentene har et forholdsvis stort tverrsnitt eller er blitt fremstilt fra en gel som inneholder en stor mengde vann, kan det være nødvendig eller foretrukket å tørke disse ved en temperatur under 100°C i 24-72 timer før de utsettes for en oppvarming over 100°C. Dersom gelfilamentene har et forholdsvis tynt tverrsnitt eller er laget av geler med meget høyt innhold av faste stoffer, behøver tørking ikke å være nødvendig.

De til å begynne med dannede kontinuerlige filamenter blir fortrinnsvis brutt opp eller oppdelt i lengder med den maksimumsdimensjon som er ønsket for den beregnede slipean-vendelse. I alminnelighet er det best å utføre enhver form-ing eller oppdelingsoperasjon som er nødvendig for å omvandle de kontinuerlige filamenter til adskilte legemer eller for å forandre deres form, på gelstadiet eller på det tørkede stadium fordi dette da kan gjøres med langt mindre innsats og omkostninger på disse stadier enn ved å forsøke å innvirke på de langt hardere og sterkere legemer som er blitt dannet etter sluttbrenning. Etter hvert som de kontinuerlige filamenter kommer ut fra ekstruderdysen, kan de således reduseres til partikler med den ønskede lengde ved anvendelse av et hvilket som helst middel som er kjent innen den angjeldende teknikk, f.eks. ved anvendelse av en roterende trådkutter montert tilgrensende til dysens front. Alternativt kan de tørkede filamenter brytes opp eller knuses svakt og deretter klassifiseres til ønskede lengdeområder.

Etter at gelfilamentene er blitt formet etter ønske og oppdelt eller knust til avlange partikler, og om nødvendig tørket, blir de omdannet til sluttformpartikler ved regulert brenning. Brenningen bør være tilstrekkelig til å omvandle i det vesentlige hele aluminainnholdet i gelpartiklene til krystallinsk a-alumina,men den bør ikke være for sterk hverken hva gjelder temperatur eller tid fordi en for sterk brenning befordrer uønsket korn- eller krystallittvekst. Brenning ved en temperatur av 1200-1350°C i henholdsvis mellom 1 time og 5 minutter er tilstrekkelig selv om andre temperaturer og tider kan anvendes. I dette henseende er sol-gel-dannede materialer meget særpregede ved at de kan brennes ved slike forholdsvis lave temperaturer og likevel oppnå utmerket sintring og fullstendig omvandling til a-alumina. I motsetning hertil må produkter med et betydelig innhold av a-alumina før brenning oppvarmes til langt høyere temperaturer for å oppnå tilstrekkelig sintring.

For filamenter som er grovere enn 0,25 mm foretrekkes det å forhåndsbrenne det tørkede materiale ved 400-600°C i henholdsvis fra flere timer til 10 minutter for å

fjerne de gjenværende flyktige stoffer og bundet vann som vil kunne forårsake sprekkdannelse i filamentene under brenning. Spesielt for filamenter dannet fra kimtilsatte geler, forår-saker en for sterk brenning hurtig at større korn vil absor-bere de fleste eller samtlige av de mindre korn rundt disse, hvorved produktets jevnhet i mikrostrukturen målestokk avtar.

Slipepartiklene anvendt ifølge oppfinnelsen skal

ha et sideforhold, dvs. forholdet mellom lengden langs den hovedsakelige eller lengre dimensjon og den største utstrek-ning av partikkelen langs en hvilken som helst dimensjon som er perpendikulær på den hovedsakelige dimensjon, av fra 1,4 til 25. Dersom tverrsnittet er annet enn rundt, f.eks. poly-gonalt, anvendes den lengste måling perpendikulært på lengde-retningen for å bestemme sideforholdet.

Sideforholdet varierer fortrinnsvis fra 2 til 8 selv om lengre partikler også kan benyttes for flere anvendelser. De partikler som anvendes ved praktiseringen av oppfinnelsen, har en hardhet av minst 16 GPa, fortrinnsvis minst 18 GPa, for de fleste anvendelser (Vickers-inn-trenger, 500 g last), og de har fortrinnsvis minst 90%, som regel helst minst 95%, av den teoretiske densitet. Rent,

tett a-alumina har en hardhet av 20-21 GPa. I det minste i

enkelte tilfeller kan slipepartiklene anvendt ved praktiseringen av den foreliggende oppfinnelse, ha en tvinning i deres lengdedimensjon eller de kan være noe krumme eller bøyde.

Slipepartiklene anvendt ifølge oppfinnelsen kan være krøll-ete, tvundne eller krumme. Det antas i virkeligheten at krumme eller tvundne slipepartikler kan være overlegne i forhold til rette slipefilamenter fordi den krumme eller tvundne form vil gjøre at et slipemiddel som er formet på denne måte, vil bli vanskeligere å trekke ut av dets bindemiddel. Slike krøllete eller tvundne slipepartikler gjør det dessuten lettere å oppnå ønskede områder for løspakket tetthet i et slipehjul. Slipepartiklenes diameter kan være så høy som 2 mm, men det har vist seg at overlegen ytelse ofte fås med mindre diametre. De foretrukne partikler har således et tverrsnitt under 1 mm, fortrinnsvis under 0,5 mm. De avlange slipepartiklene har vist seg å gi bundne slipeprodukter som er langt overlegne i forhold til de samme produkter som inneholder knust, smeltet og sintret slipekorn med et tverrsnitt (gritstørrelse) som tilnærmet er lik de avlange slipepartiklers diameter.

Partiklenes orientering i slipeartikkelen er ikke av kritisk betydning, og i alminnelighet vil ingen dominerende orientering forekomme med mindre spesielle forholdsregler tas. Det antas at den største effektivitet vil bli oppnådd dersom partiklene orienteres radialt, slik at én ende frem-bys ved skjæreoverflaten.

Mengdene av bindemiddel og slipemiddel i slipeskivene ifølge oppfinnelsen kan variere, på volumprosentbasis, fra 3 til 76% bindemiddel, 24 til 62% slipemiddel og 0 til 73% porer. Det fremgår av disse volumprosentmessige sammenset-ninger at slipemidlet muliggjør frestilling av bundne slipeprodukter med betydelig høyere strukturtall innenfor mykere kvaliteter enn hva som hittil var mulig med på vanlig måte formet likeakset slipemiddel.

Vanlige poretilveiebringende media, som hule glassperler, massive glassperler, hule harpiksperler, massive harpiksperler, skumglasspartikler, boblealumina og lignende media, kan imidlertid være innarbeidet i de foreliggende slipehjul for derved å gi enda større spillerom med hensyn til graderings-og strukturtallvariasjoner.

Slipeskivene kan være bundne med et harpiksaktig eller forglasset bindemiddel. De foretrukne harpiksaktige bindemidler er basert på fenol-formaldehydharpiks, epoxyharpiks, polyurethan, polyester, skjellakk, polyimid, polybenz-imidazol eller blandinger derav. Bindemidlene kan innbefatte fra 0 til 75 volum% av et hvilket som helst eller flere fyllstoffer eller slipehjelpestoffer, som velkjent innen teknikkens stand. Når bindemidlet er av den harpiksaktige type, innbefatter egnede fyllstoffer kryolitt, jernsulfid, kalsiumfluorid, sinkfluorid, ammoniumklorid, copolymerer av vinylklorid og vinylidenklorid, polytetrafluorethylen, kali-umfluorborat, kaliumsulfat, sinkklorid, kyanitt, mullitt, nefelinsyenitt, molybdendisulfid, grafitt, natriumklorid eller blandinger av disse forskjellige materialer. Forglassede bindemidler vil, selv om de er forenlige med innarbeid-elsen av fyllstoffer i disse, begrense det antall fyllstoffer noe som kan anvendes, på grunn av de forholdsvis høye temperaturer som er nødvendige for å herde slike bindemidler. Imidlertid kan slike fyllstoffer som kyanitt, mullitt, nef elinsyenitt, grafitt og molybdendisulf id anvendes i avhengighet av herdetemperaturen for et spesielt forglasset bindemiddel. Hjul med forglasset bindemiddel kan også impregneres med et slipehjelpestoff, som f.eks. smeltet svovel, eller de kan impregneres med en bærer, som f.eks. epoxyharpiks, for å holde et slipehjelpemiddel i porene i hjulet. Egenskapene til bundne slipeprodukter kan modifiseres betydelig ganske enkelt ved å impregnere disse med en herdeharpiks, som f.eks. en epoxyharpiks, polyester, urethan, fenol-formaldehydharpiks eller en lignende herdeharpiks.

I tillegg til fyllstoffer og slipehjelpemidler kan

de bundne slipeskiver som er basert på

sintret, avlangt alumina, og innbefattet et annet slipemiddel i en mengde av fra 1 til 90 volum% av det samlede hjul. Det annet slipemiddel kan virke som et fyllstoff, f.eks. dersom slipemidlet har en fin kornstørrelse, eller det vil virke som et hjelpeslipemiddel eller sekundært slipemiddel dersom slipemidlet er grovere. For enkelte slipeanvendelser vil det annet slipemiddel funksjonere som et for-tynningsmiddel for hovedslipemidlet som er basert på sintret, avlangt alumina. Det annet slipemiddel kan endog forbedre slipeskivens samlede slipeegenskaper enten hva gjelder samlet effektivitet eller hva gjelder overflateavslutningen som bibringes materialet som slipes. Det annet slipemiddel kan være et smeltet alumina, et samsmeltet alumina-zirkoniumdioxyd, ikke-filamentformig, sintret alumina-zirkoniumdioxyd, siliciumcarbid, kubisk bornitrid, diamant, flint, granat, boblealumina, boblealumina-zirkoniumdioxyd og lignende slipemidler.

Det avlange slipemiddel og slipeskivene

ifølge oppfinnelsen som inneholder dette slipemiddel,

er generelt overlegne i forhold til slipemidler i henhold til teknikkens stand, hvilket er vist i de nedenstående eksempler. Slipeproduktene er egnede for å slipe alle typer av metall, som f.eks. forskjellige stålkvaliteter, som rustfritt stål, støpestål, herdet verktøystål, støpejern, f.eks. duktilt jern, smibart jern, kulegrafittjern, hardstøpt jern og seigjern, såvel som metaller som krom, titan og alumin-ium. Som tilfellet er med alle slipemidler og de bundne produkter som inneholder disse, vil slipemidlet og slipeskivene ifølge oppfinnelsen være mer effektive ved sliping av enkelte metaller enn ved sliping av andre, og de vil være mer effektive for enkelte slipeanvendelser enn for andre. Fremragende bærbare, avkuttings-, presisjons-, segment—, sporslipings- og verktøyskjerpningskiver fås når det her anvendte slipemiddel er det avlange slipemiddel som her er beskrevet.

Eksempler på de foretrukne utførelsesformer

Eksempel 1

I dette eksempel ble 196,4 kg Pura^fi)NG aluminamono-hydratpulver fra Condea Chemie GMBH, 38,2 kg møllet vann inneholdende 1,37 kg a-aluminakim og 28,8 kg destillert vann blandet i en vanlig V-blander med dobbelt kappe i 5 minutter under dannelse av en i det vesentlige jevn oppslemning. På dette tidspunkt ble 16 kg (70% konsentrasjon) salpetersyre fortynnet med 44,6 kg destillert vann tilsatt til blanderen mens blandebladene ble holdt i bevegelse. Etter ca. 5 minutters ytterligere blanding ble solen omvandlet til en gel som inneholdt ca. 61% faste stoffer og som innbefattet i det vesentlige jevnt dispergerte kim. Kimene i dette eksempel ble fremstilt ved å male en charge av destillert vann i en mølle av modell 45 Sweco med 88% aluminaslipemedia av jevn kvalitet (hvert med en diameter på 12 mm og en lengde på 12 mm) fra Diamonite Products Company, Shreve, Ohio, inntil partiklene (aluminakim) i vannet nådde et spesifikt over-flateareal av minst 100 m 2/g.

Det anvendte pulver Pural® NG hadde en renhet av ca. 99,6% med mindre mengder av carbon, silica, magnesiumoxyd og j ernoxyd.

Den kimtilsatte gel ble på vanlig måte ekstrudert gjennom en glattvegget dyse med flere hull med en diameter

av ca. 1,19 mm for fremstilling av kontinuerlige gelfilamenter. Gelfilamentene ble deretter tørket i 24-72 timer ved en temperatur av 75-80°C og en relativ fuktighet over 85%. Etter dette tørketrinn var filamentene forholdsvis skjøre og kunne lett knuses eller brytes opp i korte lengder. For dette eksempel ble filamentene omdannet til avlange legemer med en gjennomsnittlig lengde av fra 2 mm til 8 mm.'Disse korte

legemer ble deretter omvandlet til a-alumina ved at de ble oppvarmet med en hastighet på under 2°C/min til 800°C, med en hastighet på ca. 5°C/min fra 800 til 1370°C, holdt på den

sistnevnte temperatur i 5 minutter, og ved at de deretter fikk avkjøle. Etter avkjølingen hadde legemene en gjennom-gjennomsnittlig diameter av 0,58 mm og tilfeldige lengder av fra 1,5 mm til 6 mm, og de besto av i det vesentlige rent ct-alumina og hadde en gjennomsnittlig krystallittstørrelse av 0,3 /um og en strekkfasthet av ca. 1,6 GPa.

Disse legemer som beskrevet i det umiddelbart ovenstående avsnitt, hadde akkurat -en litt mindre diameter enn et standard 30 grit slipekorn. Disse avlange korn ble ved hjelp av vanlige midler anvendt for fremstilling av slipehjul med glassaktig bindemiddel i henhold til den veiledning som er fremsatt i US patent nr. 4.543.107 (Rue). Sammenligningsslipehjul ble fremstilt fra 30 grit smeltede<* >32A (sulfidprosess) slipekorn som selges av Norton Company, Worcester, Massachusetts. Disse prøveslipehjul ble fremstilt slik at de hadde en diameter av 178 mm, en tykkel.se av 12,7 mm og et hull på 31,75 mm. Den samlede volumprosent av slipemiddel i hvert hjul ble holdt konstant på 48%, og volum-prosenten av glassaktig bindemiddel med sammensetningen A (se Tabell I) ble holdt konstant på 7,21%.

Et eksempel på et alternativt forglasset bindemiddel som kan anvendes, er det som er beskrevet i US patentsøknad nr. 07/236.586 som ble innlevert 25. august 1988. Et eksempel på et slikt bindemiddel er betegnet med 3GF259A og selges av Hommel Company, Pittsburgh, Pennsylvania. Dette frittede bindemiddel er sammensatt av 63% silica, 12% alumina, 1,2% kalsiumoxyd, 6,3% natriumoxyd, 7,5% kaliumoxyd og 10% bor-oxyd, alle på vektprosentbasis. Blandingen og råhjul dannes på vanlig måte, og de sistnevte brennes ved 900°C for å herde bindemidlet idet brenningssyklusen består av en temp-eraturstigning på 25°C/h fra romtemperatur til 900°C, en im-pregnering i 8 timer ved 900°C og en frihastighetsavkjøling ned til romtemperatur.

Etter blandingen av slipekornene med glassbindemid-delbestanddelene ble prøvehjulene presset til den ønskede form i stålformer til den ønskede porøsitet på 44,79%. Hjulene ble deretter brent til 900°C i 43 timer, holdt ved denne temperatur i 16 timer og avkjølt til romtemperatur. De brente hjul ble justert og avrettet til en bredde av 6,35 mm som forberedelse til en spalteslipeprøving. Hjul ifølge oppfinnelsen med filamentformig slipemiddel ble merket SN119, og sammeligningsslipehjulene med vanlig smeltet slipemiddel ble merket 32A30. Materialet som ble slipt, var D3 verktøystål herdet til Rc60, og lengden av spalten som ble slipt, var 40,64 cm. Prøvene ble utført under anvendelse av en over-flatesliper av typen Brown and Sharpe og med hjulhastigheten innstilt på 1829 overflatemeter/s og med bordhastigheten innstilt på 0,254 m/s. Prøvingene ble utført for tre nedad-matinger: 0,025 mm, 0,051 mm og 0,076 mm pr. dobbeltpasser-ing for samlet 1,524 mm. Hjulslitasje, metallfjering og kraft ble målt for hver innmatingshastighet. Betegnelsen G-forhold som anvendt i Tabell II og senere, er det tall som fås ved å dividere volumet av metall fjernet med volumet av hjulslitasje for en gitt slipekjøring. Jo høyere kvotienten er, desto bedre er hjulets kvalitet.

Prøvingsresultater er vist i Tabell II.

Ved tørrsliping av stål av type D3 med en hjulhastighet på 1829 overflatemeter/min hadde hjulene fremstilt med slipekorn ifølge den foreliggende oppfinnelse, 5 til 10 ganger levealderen og anvendte mindre kraft for å fjerne en volumenhet av stål enn de beste, vanlige, smeltede, blokkaktige slipekorn med lignende tverrsnittsdiameter.

Fordelen ved hjulene med langstrakte

korn fremstilt i henhold til den foreliggende oppfinnelse, var spesielt markert ved høye metallfjerningshastigheter. For en gitt slipegrad var hjulene som inneholdt et slikt slipemiddel, langt friere skjærende eller kuttende, hvilket er indikert ved de lavere kraftnivåer i Tabell II, og utviklet mindre varme som på sin side gir en brenningsfri finish på arbeidsstykket. Lav varme og ingen brenning er nødvendig for å unngå metallurgisk beskadigelse av skjære-verktøyet som fremstilles.

Eksempel 2

I dette eksempel ble forglassede, bundne segmenter fremstilt med de samme korn som beskrevet i eksempel 1. Disse segmenter ble laget slik at de passet til en CORTLAND-chuck med diameter av 30,48 cm. Hvert segment hadde en høyde på 12,7 cm og et tverrsnitt som var likt kordesnittet for en 30,48 cm sirkel med en kordelengde av 19,05 cm. Segmentene ble fremstilt på samme måte som hjulene ifølge eksempel 1. Et slipeforsøk som sammenlignet slipemidlet ifølge oppfinnelsen med det for tiden anvendte beste smeltede slipemiddel, ble utført på 30,48 cm kvadratiske stålplater av 1018 stål under anvendelse av et overflateslipeapparat med en vertikal spindel av typen BLANCHARD. Malingen ble utført vått med et forhold vannoppløselig olje:vann av 1:40.

Tre nedmatingshastigheter ble prøvet: 0,406 mm/min, 0,559 mm/min og 0,711 mm/min, og i hvert tilfelle ble fire kjøringer foretatt, hver på 2,54 mm samlet nedmating. Hjulslitasje, metallfjerning og kraft ble målt for hver kjøring. De samlede resultater er gjengitt i Tabell III.

Det fremgår av resultatene vist i Tabell III at segmentene fremstilt fra det avlange slipemiddel ifølge oppfinnelsen, utkonkurrerte det beste smeltede slipemiddel som nå er i bruk, med 300-500% hva gjelder G-forhold samtid-ig som de trakk betydelig mindre kraft ved de høyere innmat-ingshastigheter.

Eksempel 3

I dette eksempel ble en sats av avlangt slipemiddel med mindre diameter fremstilt ved å blande 3,2 kg Pura 1® NG aluminamonohydrat med 1,3 kg møllet vann som inneholdt 22 g a-aluminakim som i eksempel 1. Etter 5 minutters blanding ble 200 g 70% salpetersyre fortynnet med 750 cm^ destillert vann tilsatt og blandingen fortsatt i ytterligere 5 minutter under dannelse av en gel med 59% faste stoffer og i hvilken kimene var jevnt dispergert. Den kimtilsatte gel ble deretter på vanlig måte ekstrudert gjennom en glattvegget dyse med flere åpninger som hver hadde en diameter av 0,6 mm. Etter tørking ble de ekstruderte strenger brutt opp i lengder på gjennomsnittlig 3 mm og deretter brent til 1320°C i 5 minutter. Etter brenningen er tverrsnittstørrel-sen for de enkelte lengder ekvivalent med et standard 50 grit slipemiddel. Brenningstemperaturen av 1320°C i 5 minutter var noe lavere enn ifølge eksempel 1. Dessuten var ifølge eksempel 1 lengdene bøyd og tvunnet. Disse avlange partikler ble anvendt for fremstilling av prøvehjul ved å følge den metode som er beskrevet i eksempel 1, bortsett fra at hjuldiameteren var 127 mm og at sammenligningshjul ble fremstilt med et aluminaslipemiddel fra en kimtilsatt sol-gel med den samme sammensetning som det avlange slipe-

middel, men fremstilt ved å bryte opp tørre kaker under dannelse av blokkaktig formede korn lignende formen til smeltede aluminakorn. Hjulene som inneholdt det avlange sli-

pemiddel ifølge oppfinnelsen, ble merket X31-1, og hjulene som inneholdt de blokkaktige sol-gelkorn, ble merket SN5. Disse hjul ble prøvet ved spaltesliping av herdet D3 stål på samme måte som i eksempel 1. Resultatene er gjengitt i Tabell

IV.

Disse resultater viser klart fordelen ved det avlange sol-gelaluminaslipemiddel sammenlignet med sol-gelaluminaslipemidlet med blokkaktig formede korn. Ved den høyeste innmatingshastighet hadde kornene ifølge oppfinnelsen et 255% høyere G-forhold og trakk 18% mindre kraft.

c

Eksempel 4

Fire sett av varmpressede, fenol-formaldehydharpiks-bundne, bærbare slipehjul av standard type ble fremstilt på vanlig måte og hadde en diameter av 15,24 cm, en tykkelse av 1,59 cm og et hull på 1,59 cm. Ett sett med hjul inneholdt det blokkaktig formede slipemiddel av samsmeltet alumina-zirkoniumdioxyd (AZ) i henhold til US patent nr. 3.891.408, et annet sett med hjul inneholdt det blokkaktig formede aluminaslipemiddel fra kimtilsatt sol-gel (SGB) i henhold til US patent nr. 4.623.364 med grit 16 (US standard siktserie), og et tredje sett med hjul inneholdt det avlange aluminaslipemiddel fra kimtilsatt sol-gel (SGF) beskrevet ovenfor i eksempel 1 og med en diameter av 1,5 mm. Alle hjul var i det vesentlige de samme bortsett fra slipemiddeltypen. De var av en forholdsvis hard klasse og med en volumstruk-tursammensetning av 48% slipemiddel, 48% bindemiddel og 4% porer. Samtlige hjul ble anvendt for en slipeprosess som etterlignet betingelser anvendt for å slipe jernbaneskinner. Resultatene var som følger idet hjulene som inneholdt det velkjente slipemiddel av samsmeltet alumina-zirkoniumdioxyd (AZ), ble anvendt som referanse.

Det fremgår av G-forholdene, dvs. den volumetriske materialfjerningshastighet pr. hjulslitasjeenhet, at den samlede kvalitet for det for tiden anvendte AZ-slipemiddel var langt overlegen i forhold til det blokkaktig formede slipemiddel av kimtilsatt sol-gel, og at det her beskrevne avlange slipemiddel av kimtilsatt sol-gel bare er ekvivalent med slipemidlet AZ. Ved skinnesliping er det imidlertid av kritisk betydning at jernbaneskinnene er ute av tjeneste i så kort tid som mulig på grunn av nødvendig-heten av pa ny å kondisjonere sporene ved hjelp av sliping. Den hastighet med hvilken et slipehjul fjerner metall, blir således den bestemmende faktor hva gjelder å bedømme kvali-teten til et skinneslipehjul. Metallfjerningshastigheten for hjulene som inneholdt det avlange slipemiddel av kimtilsatt sol-gel, var langt overlegen i forhold til den som ble oppnådd både med AZ-slipemidlet og med det blokkaktig formede slipemiddel av kimtilsatt sol-gel. Ved de mange slipekjøringer viste det avlange slipemiddel seg å

være ca. 42%, 37%, 28% og 21% bedre enn AZ hva gjaldt metallfjerningsvekt, og ca. 25, 20, 29 og 13 prosentpoeng bedre enn slipehjulene som inneholdt det blokkaktig formede slipemiddel av kimtilsatt sol-gel. Hvorfor det avlange slipemiddel av kimtilsatt sol-gel er endog overlegent i forhold til dets blokkaktig formede motstykke, er ikke helt forstått, men forskjellen var tydelig.

Eksempel 5

En rekke avkuttingshjul av kommersiell type og bundet med fenol-formaldehydharpiks ble fremstilt i henhold til velkjente metoder. Hjulene målte 50,8 x 0,33 x 2,54 cm og var sideforsterket med glassdukskive med en radius av ca. halvparten av hjulets radius, dvs. at armeringsdukene hadde en diameter av ca. 25,4 cm. En tredjedel av hjulene ble laget med et 24 grit (basert på US standard siktserie) blokkaktig formet, smeltet, knust alumina som selges av Norton Company og er kjent som 57 ALUNDUM<®> (57A). En tredjedel av hjulene inneholdt det blokkaktig formede 24 grit slipemiddel av kimtilsatt sol-gel som er beskrevet i US patent nr. 4.623.364 (SGB) som er nevnt ovenfor. Den siste tredjedel av antallet av hjul inneholdt det avlange aluminaslipe-

middel av kimtilsatt sol-gel i henhold til den foreliggende oppfinnelse (SGF) med et tverrsnitt som tilnærmet er likt diameteren for det 24 grit likeaksede 57A og blokkaktige slipemiddel av kimtilsatt sol-gel, dvs. ca. 0,74 mm. På volumbasis inneholdt alle hjul 48% slipemiddel, 46% bindemiddel og 6% porer.

Hjulene ble prøvet ved tørrskjæring eller -kutting av 3,81 cm tykt C1018 stål og 3,81 cm tykt 304 rustfritt stål. Hjulene ble prøvet på en M150 stenavkuttingsmaskin og ble kjørt med 3658 overflatemeter/min med 30 kuttinger foretatt med både 2,5 og 4 sekunder pr. kutting med hvert hjul på C1018-stålet og på stengene av 304 rustfritt stål. Sammenlig-ningsforsøksresultatene ved kutting av C1018 stål og 304 rustfritt stål er gjengitt i henholdsvis Tabell VI og Tabell

VII.

Ved kutting av C1018 stål var hjulene som inneholdt det avlange aluminaslipemiddel av kimtilsatt sol-gel (SGF), betraktelig overlegne hva gjaldt samlet kvalitet, G-forhold, i forhold til hjulene som inneholdt slipemidlet av smeltet alumina 57A og hjulene som inneholdt det blokkaktig formede slipemiddel SGB som var motstykket til SGF-materialet. Da kuttetiden var 2,5 s, hadde SGF-hjulene G-forhold som var 158,5 og 223,4 prosentpoeng høyere enn for de til-svarende 57A-hjul, og 380,3 prosentpoeng høyere da kuttetiden var 4 s. Fordelen ved SGF i forhold til SGB, selv om den ikke var like stor som fordelen i forhold til 57A, var fremdeles meget stor, dvs. 96,7 og 161,6 prosentpoeng da kuttetiden var 2,5 s, og 302 prosentpoeng da kuttetiden var 4 s. Det bør også bemerkes at i tillegg til en langt høyere slipekvalitet (G-forhold) trakk SGF-hjulene betydelig mindre kraft, uttrykt ved kilowatt (kw), enn 57A-slipemidlet eller SGB-slipemidlet. Den samlede kraft for alle tre SGF-hjul som ble undersøkt, var 31,89 kW, og for de tre SGB-hjul var den 34,66 kW og for de tre 57A-hjul 37,55 kW. Slipemidlet SGF førte til kraftbesparelser på 15,1% sammenlignet med hjulene som inneholdt 57A, og til en besparelse på 7,9% sammenlignet med hjulene som inneholdt slipemidlet SGB.

På samme måte som ved kutting av C1018 stål utkonkurrerte hjul som inneholdt SGF, meget sterkt hjul som inneholdt det normalt anvendte, smeltede, knuste aluminaslipemiddel 57A, og de var betydelig bedre enn hjulene som inneholdt slipemidlet SGB. Ved 2,5 s pr. kutting hadde SGF-hjulene G-forhold som var 182,4 og 146,7 prosentpoeng høyere enn hva 57A-hjulene hadde, og ved 4 s pr. kutting var disse samme forskjeller 198,3 og 148,7 prosentpoeng i favør av SGF-hjulene. Sammenlignet med hjulene som inneholdt SGB, var kvalitetsfordelene ved SGF-hjulene 71,2 og 61,2 prosentpoeng da tiden pr. kutting var 2,5 s, og 59,4 og 48,2 prosentpoeng da tiden pr. kutting ble forlenget til 4 s. Hva gjaldt kraftforbruk, førte hjulene som inneholdt SGF, for de flestes vedkommende til en kraftbesparelse sammenlignet med 57A og SGB-hjulene, men besparelsen var forholdsvis liten.

Eksempel 6

Fire sett med avkuttingshjul av kommersiell type bundet med fenol-formaldehydharpiks og som målte 50,8 x 0,22 x 2,5 cm og var sideforsterket med glassdukskiver med en radius av halvparten av hjulets radius, ble fremstilt på den vanlige måte. Hjulene hadde en volumprosentsammensetning av 50% slipemiddel, 32% bindemiddel og 18% porer. Det første sett med hjul var fremstilt med et smeltet, knust, blokkaktig formet aluminaslipemiddel som er kjent som 53 ALUNDUM® (53A). Slipemidlet var 50 grit, basert på US standard siktserie. Det annet sett med hjul inneholdt det blokkaktig formede, sintrede slipemiddel (SGB) fra kimtilsatt sol-gel i henhold til US patent nr. 4.623.364 og var også 50 grit. Det tredje og det fjerde sett med hjul inneholdt det avlange slipemiddel av sintret, kimtilsatt sol-gel beskrevet ovenfor i eksempel 1, men med et tverrsnitt som tilnærmet var likt diameteren for det 50 grit likeaksede 53A og blokkaktig formede slipemiddel av kimtilsatt sol-gel. Slipemidlet for begge disse senere sett av hjul hadde en diameter av ca.

0,28 mm, men hjulene 26 og 27 hadde et gjennomsnittlig sideforhold av 9, mens hjulene 28 og 29 hadde et gjennomsnittlig sideforhold av 6. Disse hjul er identifisert som henholdsvis SGF(a) og SGF(b) i den nedenstående Tabell VIII.

En oscillerende kuttemaskin av typen Campbell nr. 406 ble anvendt for å kutte valser av 4340 stål med en diameter av 10,16 cm. Kuttingen ble utført mens kutteområdet ble overflommet med vann, under anvendelse av en oscillering på 4,12 cm vandring ved 57 sykluser pr. minutt og' kuttetider på 1 og 2 minutter. Kuttingen ble utført med en hjulhastighet av 3008 overflatemeter/min. Resultatene var som følger:

Ved en tid pr. kutting av 60 s utkonkurrerte både hjul som inneholdt avlange slipemidler av sintret kimtilsatt sol-gel SGF(a) og SGF(b) det utstrakt anvendte, smeltede, knuste 53A-aluminaslipemiddel og det blokkaktig formede søsterslipemiddel SG av kimtilsatt sol-gel. Hjulet som inneholdt slipemidlet SGB, viste et G-forhold som var 13 prosentpoeng høyere enn 53A-hjulet, men SGF(a)- og SGF(b)-hjulene viste henholdsvis 219 og 235 prosentpoeng bedre enn 53A-standardhjulene. Da tiden pr. kutting gjennom diameteren på 10,2 cm ble øket til 120 s, hadde 53A og SGB tilnærmet den samme kvalitet, men de to hjul som inneholdt de avlange aluminaslipemidler av sintret, kimtilsatt sol-gel, SGF(a) og SGF(b), hadde en 3,5 og 4 ganger bedre kvalitet enn 53A- og SGB-hjulene. Det var ingen vesentlig for-skjell i kraftforbruk mellom de to SGF-slipemidler ifølge oppfinnelsen og SGB- og 53A-slipemidlene. Imidlertid vil selv et 25-30% lavere kraftforbruk ved anvendelse av hjulene som inneholder slipemidlene SGB og 53A, blekne i betydning i forhold til prosentpoengfordelen på 219 til 301 for de avlange slipemidler av sintret, kimtilsatt sol-gel.

Eksempel 7

Dette eksempel illustrerer virkningen av krystall-størrelse på slipeytelsen med slipemidler i henhold til oppfinnelsen.

Slipekornene ble fremstilt ved en kimtilsatt sol-gelprosess, bortsett fra ett slipekorn ("G"( hvor den større krystallstørrelse lettest kunne oppnås ved å sløyfe kimtil-setning).

Karakteristikaene for slipekornet var som følger:

Diameteren til partiklene som hadde et sirkulært tverrsnitt, svarte til en 50 grit størrelse. Det forekom et område av sideforhold i prøvene som ble anvendt for å lage et slipehjul på 127 mm x 12,7 mm x 31,75 mm under anvendelse av det samme glassaktige bindemateriale for å fremstille hjulene. Hvert hjul ble tilpasset til en kvadratisk hjulflate med en bredde på 6,4 mm og utsatt for "tørr"- eller "våt"-slipemetoder.

For "tørr"-slipemetoden ble en D-3 stålplate på ca. 100 mm x 400 mm, Rc60, anvendt. Hjulhastigheten var 1981 overflatenreter/min.

For "våt"-metoden ble et herdet 4340 stål på 100 mm x 400 mm anvendt. Videre ble et White and Bagley E55 kjøle-middel i 1:40 forhold til ledningsvann og påført med et fleksibelt munnstykke med en innvendig diameter på 25 mm, anvendt. Hjulhastigheten var på 2591 overflatemeter/min.

Ved utførelsen av metoden ble de følgende parametre anvendt:

1. Bordhastighet 15,24 m/min.

2. Nedmatinger på 12,7, 25,4 og 38,1 /um ved tørrmetoden og 12,7 og 25,4 /um med våtmetoden.

Samlede nedmatinger 2540 /um.

3. Målt hjulslitasje (ww), metallfjerningshastighet (mrr), finish, energi og kraft etter 2540 /um (bortsett fra etter 2552,7 /um med 38,1 /um nedmating ved tørr-metoden ) . 4. Hjul utstyrt med enkeltpunkts diamant ved 25,4 /um nedmating, 250 mm/min tverrmating.

De oppnådde data er gjengitt i de nedenstående Tab-eller X og XI.

Sammenligningsdataene gjelder et kommersielt vanlig sol-gelmateriale med 54 grit størrelse bundet i det samme materiale.

Det fremgår klart av de ovenstående data at slipeytelsen forbedres betydelig med avtagende krystallittstørr-else. I tillegg er ved tørrsliping jo hardere den påførte kraft er (øket nedmating), desto bedre sliper hjulet. Dette er høyst uventet. Den alminnelige erfaring er at G-forholdet avtar med den påførte kraft etter hvert som kornene begynner å polere og får mindre effektive kutteegger. I motsetning hertil fortsatte slipepartikkelen ifølge oppfinnelsen for størstedelens vedkommende rett og slett å bli bedre med liten ekstra hjulslitasje.

Eksempel 8

I dette eksempel illustreres anvendbarheten av en avlang slipepartikkel med stjerneformig tverrsnitt.

Partikler med et stjerneformig tverrsnitt og en krys-tallittstørrelse av ca. 0,2 /um ble bundet opp i hjulet og undersøkt i overensstemmelse med de metoder som er angitt i eksempel 9, bortsett fra at ved "tørrsliping" ble en ytterligere nedmatingshastighet på 50,8 /um tilføyd for å sette kornet under enda sterkere trykk. Resultatene er gjengitt i Tabell XII:

Det vil forstås at den stjerneformige partikkel var spesielt effektiv.

Eksempel 9

I dette eksempel illustreres den overraskende erkjen-nelse at med slipepartiklene ifølge oppfinnelsen fører til-bøyelighet til mindre tverrsnitt til forbedret G-forhold. Dette er ikke den erfaring som gjøres med avtagende grit-størrelse for korn fra kimtilsatt sol-gel. Dette er et spesielt overraskende resultat fordi kornene kjemisk er ident-iske og bare er forskjellige fra hverandre ved kornets fysi-kalske form.

M7 (Rc62) stål ble våtslipt internt under anvendelse av 5% Trim VHPE300 som kjølemiddel. De anvendte hjul hadde tilnærmet dimensjonene 76 mm x 12,6 mm x 24 mm, og kornene ble holdt i et glassaktig bindemiddelsystem.

Hjulhastigheten var 11.000 r/min, og arbeidshastig-heten var 78 r/min. Justering ble foretatt med en enkeltpunktsdiamant under anvendelse av fremføring på 0,127 mm/ro-tasjon og en justeringsdiameterdybde på 0,0254 mm.

Hjulene som ble prøvet, var som følger:

SG-80 og SG-150,

Inv.-80 og Inv.-150,

hvor SG angir et kommersielt aluminakorn med blokkaktig form fra kimtilsatt sol-gel og fremstilt ved knusing og gradering av lagkrystaller. Det tilknyttede tall er gritstørrelsen. Inv. angir et korn ifølge oppfinnelsen, og det tilknyttede tall angir den gritstørrelse som overensstemmer med diameteren til de sylindriske korn. I hvert tilfelle var krys-tallittstørrelsen ca. 0,2 /um.

G-forholdene oppnådd med alle hjul, ble målt og sammenlignet. Resultatene er gjengitt i Tabell XIII:

Med avtagende SG-korn fører således gritstørrelse til det forventede fall i G-forhold, og i tillegg viste de på hverandre følgende slipinger et langsomt fallende G-forhold, og alt dette er i overensstemmelse med de tilbøyeligheter som var forventet for slike korn.

Når imidlertid diameteren til kornene ifølge oppfinnelsen avtok, økte i virkeligheten G-forholdet, og de på hverandre følgende slipinger viste at hjulet i virkeligheten kuttet bedre med bruk. Det skal også bemerkes at overflate-finishen ikke forandret seg mye fra et generelt godt nivå.

Disse forbedringer er uforutsigbare basert på de kjente SG-korn og fører til en foretrukkethet, i slipegjen-standen ifølge oppfinnelsen, for den største tverrsnittsdiameter av under 1 mm og mer foretrukket under 0,5 mm.

Eksempel 10

I dette eksempel sammenlignes ytelsen av slipehjul ifølge oppfinnelsen med slipehjul fremstilt under anvendelse av korn fra kimtilsatt sol-gel. I hvert tilfelle var krys-tallittstørrelsen i kornene under 0,2 /um.

Prøvingen innbefattet innpressingsspaltesliping under anvendelse av en Brown & Sharpe maskin med en hjulhastighet av 5000/6525 r/min som svarte til en lineær hastighet av 1981/2595 overflatemeter/min. Bordtraverseringen var innstilt på 15,24 m/min.

Tørrsliping ble utført på D3 stål med en hardhet av 59 Rc.

Våtsliping ble utført på 4340 stål. I hvert tilfelle var platen på 40,6 x 10,2 cm.

Kornene ble holdt i den samme standard kommersielle, glassaktige bindemiddelblanding. Hjulene ble justert under anvendelse av en enkeltpunktsdiamant med en innmating på 0,0254 mm og en tverrmatingshastighet på 25,4 cm/min.

For våtsliping ble en 2,5% White and Bagley E-55 opp-løsning anvendt som kjølemiddel.

De oppnådde resultater er vist i Tabell XIV.

Det fremgår av det ovenstående at ved tørrsliping viser gritene ifølge oppfinnelsen seg å være usedvanlige ved at de fortsetter å slipe bedre etter hvert som tiden går, og selv om ytelsen synker med tiden ved våtsliping, er den fremdeles langt bedre enn for det sterkt lignende, kommersielle produkt av kimtilsatt sol-gel.

Eksempel 11

I dette eksempel illustreres forskjellen i styrke mellom partikler ■ av kimtilsatt sol-gel som er de foretrukne avlange : slipepartikler for anvendelse i slipeskivene ifølge oppfinnelsen, og avlange slipemidler fremstilt ved ekstrudering og sintring av en blanding som omfatter en betydelig mengde av på forhånd forekommende a-aluminapartikler.

Kimtilsatte sol-gelfilamenter ble fremstilt ved blanding av bømitt (Condeas "Disperal") med vann og 1 vekt% av bømitten av a-alumina med størrelse under 1 /um i et V-blandeapparat i 2 minutter. En 18 vekt% oppløsning av salpetersyre ble deretter tilsatt for å gi 7,2 vekt% salpetersyre, basert på vekten av bømitten. Blandingen ble fortsatt i ytterligere 5 minutter for fremstilling av en bømittgel.

En rekke produkter ble deretter fremstilt for sammen-lignings skyld som overensstemte med de ovenstående, bortsett fra at mer a-alumina (av den type som ovenfor ble anvendt som kimmateriale) ble tilsatt, slik at den samlede blanding hadde langt høyere forholdsmessige vektmengder av alumina. Bømitten ble beholdt for å gjøre blandingen ekstruderbar. Blandingene er beskrevet i den nedenstående Tabell XV.

Disse materialer ble deretter ekstrudert under dannelse av filamenter som ble tørket og sintret under de betingelser som er beskrevet nedenfor. Høyere temperaturer var nødvendige for å sintre sammenligningssatsene med høyt innhold av a-alumina enn for å sintre dem som var blitt fremstilt ved anvendelse av den kimtilsatte sol-gelprosess. Prøver av filamentene ble deretter prøvet for å bestemme deres styrke i overensstemmelse med en enkel tre-punktspro-sess under anvendelse av en Instron-prøvemaskin med en tverr-hodehastighet av 0,2 cm/min. Filamentet ble understøttet på et par egger i en avstand av 1 cm fra hverandre (0,9 cm for Sammenligningene C, D og E). Et nedadrettet trykk ble påført midtveis mellom disse punkter ved anvendelse av en knivegg. Trykket ble gradvis øket inntil filamentet ble brutt istykker, og dette trykk, dividert med filamentenes tverr-snittsareal, er gjengitt i den nedenstående Tabell XVI som bruddfastheten.

Filamentene for sammenligningssatsene var langt tykkere fordi det var meget vanskelig å ekstrudere finere filamenter med dimensjonsmessig sammenheng etter ekstrudering og før brenning. Høyere forholdsvise mengder av a-alumina viste seg å forverre dette problem betydelig.

Det fremgår av en sammenligning mellom de ovenstående data at sammenligningsfilamentene hadde betydelig lavere bruddfastheter, og dette antas å tilkjennegi de svakere sintringsbindinger som ble utviklet mellom a-aluminakrystallene som et resultat av sintringsprosessen. De foretrukne avlange partikler for slipeskivene ifølge oppfinnelsen har derfor fortrinnsvis en bruddfasthet av minst 8.000, fortrinnsvis minst 10.000, kg/cm^ tverrsnitt målt ved anvendelse av den prøvemetode som er beskrevet i eksempel 8. Dette står i motsetning til produktet fremstilt ved sintring av på forhånd dannet a-alumina hvor langt lavere fastheter fås.

Claims (6)

1. Slipeskive omfattende et sintret , fortrinnsvis kimtilsatt, sol-gel aluminabasert slipemiddel og et bindemiddel for dette, hvor slipemidlet har en hardhet av minst 16 GPa og utgjøres hovedsakelig av sintrede a-aluminakrystaller med en størrelse under 2 um, og eventuelt 1 til 90 volum% av et annet slipemiddel valgt fra gruppen bestående av smeltet alumina, samsmeltet alumina-zirkoniumdioxyd, sintret alumina som ikke er fiberformig, sintret alumina-zirkoniumdioxyd som ikke er fiberformig, silisiumcarbid, kubisk bbrnitrid, diamant, flint, granat, boblealumina, boblealumina-zirkoniumdioxyd og blandinger derav, karakterisert ved at slipemidlet består av avlange partikler med et i det vesentlige jevnt tverrsnitt og med et gjennomsnittlig sideforhold på fra 1,4:1 til 25:1 og en diameter på fra 0,05 til 2 mm.

2. Slipeprodukt ifølge krav 1, karakterisert ved at det sintrede avlange slipemiddel innbefatter fra 1 vekt% til 50 vekt% av et materiale valgt fra gruppen bestående av zirkoniumdioxyd, titandioxyd, magnesiumoxyd, ceriumoxyd, spinell, hafniumoxyd, mullitt, mangandioxyd, utgangsmaterialer for disse oxyder og blandinger derav.

3. Slipeskive ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at slipemidlet har et sideforhold av fra 2 til 8.

4. Slipeskive ifølge krav 1-3, karakterisert ved at det slipemidlet er buet i dets lengre dimensjon.

5. Slipeskive ifølge krav 1-3, karakterisert ved at slipemidlet er tvunnet i dets lengre dimensjon.

6. Slipeskive ifølge krav 1-5, karakterisert ved at det består av 3-76 volum% bindemiddel, 24-62 volum% slipemiddel og 0-73 volum% porer, og at bindemidlet er et forglasset eller et harpiksaktig bindemiddel.