RU2795526C1

RU2795526C1 - Three-layer grinding wheels

Info

Publication number: RU2795526C1
Application number: RU2022107457A
Authority: RU
Inventors: Ингольф ВИГНЕР; Петер РЕЛИХ; Карстен КОРШЕЛЬТ; Марко ВЕБЕР
Original assignee: Атлантик Гмбх
Priority date: 2019-08-23
Filing date: 2020-08-21
Publication date: 2023-05-04

Abstract

FIELD: manufacturing of multi-layer grinding wheels.

SUBSTANCE: group of inventions can be used in manufacturing of three-layer disc-shaped grinding wheels intended for grinding ceramic balls. The grinding wheel contains at least three flat layers (2, 3, 4), including an inner layer (2) and two outer layers (3, 4) adjacent directly to the inner layer (2), of which at least the inner layer has a share diamond abrasive grain. The ratio of diamond in the abrasive grain in the inner layer is greater than in the outer layers. The outer layers (3, 4) respectively have a diamond content in the abrasive grain of less than 90% by weight.

EFFECT: efficient processing of ceramic balls is ensured.

11 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к шлифовальному кругу с признаками ограничительной части п. 1 формулы, а также к применению указанного шлифовального круга.The invention relates to a grinding wheel with features of the restrictive part of claim 1 of the formula, as well as to the use of the specified grinding wheel.

Шлифовальные круги, состоящие из единственного однородного слоя абразивного материала, общеизвестны. Например, в документе WO 2006/079444 А1 описан шлифовальный круг с однородным слоем алмазосодержащего абразивного зерна в связке из синтетической смолы для шлифования керамических шариков. При этом шлифовальный круг нагружается в осевом направлении, а керамические шарики катятся по ориентированным концентрично оси вращения канавкам.Grinding wheels consisting of a single homogeneous layer of abrasive material are well known. For example, WO 2006/079444 A1 describes a grinding wheel with a uniform layer of diamond-containing abrasive grain in a synthetic resin bond for grinding ceramic balls. In this case, the grinding wheel is loaded in the axial direction, and the ceramic balls roll along the grooves oriented concentrically to the axis of rotation.

Многослойные шлифовальные круги также известны, например из документа JP 2003300166 А1. В нем описан шлифовальный круг из трех слоев, расположенных в осевом направлении друг на друге по типу сэндвича. Шлифовальный круг является частью шлифовального устройства для точных прорезей в радиальном направлении. Соблюдение особенно точных размеров достигается за счет того, что средний слой с относительно грубым абразивным зерном изготавливается и алмаза, тогда как оба аксиально прилегающих к нему внешних слоя изготавливаются из абразивного зерна из алмаза меньшей зернистости. При использовании круга в результате износа обоих внешних слоев его шлифующая периферийная поверхность становится выпуклой, так что он сам центрирует себя в детали. Далее из документа CN 106944938 известен трехслойный шлифовальный круг, у которого оба внешних слоя содержат долю алмазного абразивного зерна, тогда как средний или внутренний слой содержит оксид алюминия и синтетическую смолу. Это строение улучшает отвод тепла через внутренний слой шлифовального круга.Multilayer grinding wheels are also known, for example from JP 2003300166 A1. It describes a grinding wheel of three layers arranged in the axial direction on top of each other in the form of a sandwich. The grinding wheel is part of the grinding device for fine cuts in the radial direction. Particularly accurate dimensions are achieved by making the middle layer with a relatively coarse abrasive grain also made of diamond, while the two outer layers axially adjacent to it are made of abrasive grain of finer grained diamond. When using a wheel, as a result of the wear of both outer layers, its grinding peripheral surface becomes convex, so that it centers itself in the workpiece. Further, a three-layer grinding wheel is known from CN 106944938, in which both outer layers contain a proportion of diamond abrasive grain, while the middle or inner layer contains alumina and synthetic resin. This structure improves heat dissipation through the inner layer of the grinding wheel.

Шлифовальные круги с матрицей, которая содержит алмазное абразивное зерно однородно или одинаково много во всех слоях, дороги в изготовлении. Трехслойный шлифовальный круг со средним или внутренним слоем, свободным от алмазного абразивного зерна, не подходит для шлифования керамических шариков.Grinding wheels with a matrix that contains diamond abrasive grain uniformly or equally in all layers are expensive to manufacture. A three-layer grinding wheel with a middle or inner layer free of diamond abrasive grain is not suitable for grinding ceramic balls.

Задачей изобретения является создание, по меньшей мере, трехслойного шлифовального круга, который был бы дешевле в изготовлении по сравнению с уровнем техники и который предназначен для эффективного шлифования керамических шариков.It is an object of the invention to provide at least a three-layer grinding wheel that is cheaper to manufacture compared to the prior art and that is designed for efficient grinding of ceramic balls.

Эта задача решается посредством шлифовального круга, охарактеризованного признаками п. 1 формулы и применения указанного шлифовального круга.This problem is solved by means of a grinding wheel, characterized by the features of paragraph 1 of the formula and the use of the specified grinding wheel.

Поскольку шлифовальный круг снабжен средним или внутренним слоем и, по меньшей мере, двумя внешними слоями, а внутренний слой содержит более высокую долю алмаза в абразивном зерне, чем оба граничащих непосредственно с внутренним слоем внешних слоя, возможна экономия алмазного абразивного зерна по сравнению со шлифовальными кругами однородного строения или такими шлифовальными кругами, слои которых отличаются только размером зерна, а не содержанием алмаза. Кроме того, такой шлифовальный круг может использоваться предпочтительно для шлифования керамических шариков, т.к. во вступающем в контакт с шариками внешнем слое быстро образуются требуемые направляющие канавки, а внутренний слой должен действовать преимущественно или исключительно абразивно, т.е. вызывает собственно процесс шлифования.Since the grinding wheel is provided with a middle or inner layer and at least two outer layers, and the inner layer contains a higher proportion of diamond in the abrasive grain than both outer layers directly adjacent to the inner layer, it is possible to save diamond abrasive grain compared to grinding wheels homogeneous structure or such grinding wheels, the layers of which differ only in grain size, and not in diamond content. In addition, such a grinding wheel can preferably be used for grinding ceramic balls, as in the outer layer that comes into contact with the balls, the required guide grooves are quickly formed, and the inner layer must act predominantly or exclusively abrasive, i.e. triggers the actual grinding process.

Предпочтительно, по меньшей мере, внутренний слой выполнен с абразивным зерном в связке из синтетической смолы. Далее предпочтительно, если оба внешних слоя, граничащих непосредственно соответственно на одной плоской стороне внутреннего слоя с ним, имеют одинаковое абразивное зерно и если, в частности, оба внешних слоя имеют одинаковую толщину в осевом направлении.Preferably, at least the inner layer is made with an abrasive grain in a synthetic resin bond. It is further preferred if both outer layers adjoining it immediately on the same flat side of the inner layer have the same abrasive grain and in particular if both outer layers have the same thickness in the axial direction.

При своем применении для шлифования шариков новый шлифовальный круг наклеивается преимущественно внешней плоской стороной на металлическую несущую плиту. Прилегающий непосредственно к несущей плите внешний слой не используется тогда для шлифования шариков или чтобы направлять их. Однако оказалось предпочтительным предусмотреть этот слой, лежащий напротив выполненного конструктивно одинаковым другого внешнего слоя, т.к. это позволяет минимизировать коробление всего шлифовального круга и, в частности, внутреннего слоя во время изготовления.In its application for grinding balls, the new grinding wheel is preferably glued with its outer flat side onto a metal base plate. The outer layer directly adjacent to the carrier plate is then not used for grinding the balls or for guiding them. However, it turned out to be preferable to provide this layer, which lies opposite another external layer made structurally identical, because. this makes it possible to minimize warping of the entire grinding wheel, and in particular of the inner layer, during manufacture.

Ниже пример осуществления изобретения описан со ссылкой на чертежи, на которых представлено следующее:Below, an exemplary embodiment of the invention is described with reference to the drawings, which show the following:

- фиг. 1: фрагмент трехслойного шлифовального круга при виде в радиальном направлении;- fig. 1: a fragment of a three-layer grinding wheel when viewed in the radial direction;

- фиг. 2: шлифовальный круг по фиг. 1 с подготовленными направляющими канавками для применения при шлифовании шариков;- fig. 2: the grinding wheel of FIG. 1 with prepared guide grooves for ball grinding applications;

- фиг. 3: шлифовальный круг по фиг. 1 и 2 при его применении при шлифовании шариков в соответствующем устройстве.- fig. 3: the grinding wheel of FIG. 1 and 2 when used for grinding balls in a suitable device.

На фиг. 1 схематично в сечении изображен фрагмент заявленного шлифовального круга 1. Он содержит внутренний слой 2, расположенный по типу сэндвича между первым 3 и вторым 4 внешними слоями. Внутренний слой 2 имеет более высокую долю алмаза в абразивном зерне, чем оба внешних слоя 3, 4. Например, внутренний слой 2 может иметь долю алмаза в абразивном зерне 50 мас.%, 75 мас.% или же 90 мас.%. У этих данных речь идет о доли в абразивном зерне без матрицы связки. В одном предпочтительном варианте абразивное зерно может состоять из алмаза также на 100%. Зернистость абразивного зерна здесь несущественна для изобретения. Подходящая зернистость известна из уровня техники.In FIG. 1 schematically shows in section a fragment of the claimed grinding wheel 1. It contains an inner layer 2 sandwiched between the first 3 and second 4 outer layers. The inner layer 2 has a higher proportion of diamond in the abrasive grain than both outer layers 3, 4. For example, the inner layer 2 may have a proportion of diamond in the abrasive grain of 50 wt.%, 75 wt.% or 90 wt.%. This data refers to the fraction in the abrasive grain without a binder matrix. In one preferred embodiment, the abrasive grain may also be 100% diamond. The grain size of the abrasive grain is not relevant to the invention here. A suitable grain size is known in the art.

Оба внешних слоя 3, 4 выполнены, в основном, одинаковыми. Они также содержат абразивное зерно, правда с меньшей долей алмаза или вообще без нее. Так, содержание алмаза в этих обоих слоях может составлять менее 50 мас.%, в частности, менее 25 мас.% и даже менее 10 мас.%. В одном предпочтительном варианте оба внешних слоя 3, 4, в основном, свободны от алмазного абразивного зерна, т.е. за исключением неизбежных в процессе изготовления примесей или следов.Both outer layers 3, 4 are essentially the same. They also contain abrasive grain, though with less or no diamond. Thus, the diamond content in these two layers can be less than 50 wt.%, in particular less than 25 wt.% and even less than 10 wt.%. In one preferred embodiment, both outer layers 3, 4 are substantially free of diamond abrasive grain, i. e. except for impurities or traces unavoidable during the manufacturing process.

Если внутренний слой 2 изготовлен не на 100% из алмазного абразивного зерна, необходимые, в целом, до 100% доли могут быть дополнены более дешевым абразивным зерном, например корундом (Al₂O₃), в частности белым корундом, карбидом кремния (SiС), или же любым другим известным абразивным зерном. Оба внешних слоя содержат также традиционное абразивное зерно. В частности, в варианте, в котором оба внешних слоя 3, 4 свободны от алмазного абразивного зерна, все абразивное зерно выбрано из более дешевого материала, такого как корунд, SiС, иного абразивного зерна или смеси рассматриваемых, не содержащих алмаз абразивных зерен.If the inner layer 2 is not 100% made of diamond abrasive grain, the necessary, in general, up to 100% proportions can be supplemented with cheaper abrasive grain, for example corundum (Al ₂ O ₃ ), in particular white corundum, silicon carbide (SiC) , or any other known abrasive grain. Both outer layers also contain traditional abrasive grain. In particular, in the embodiment in which both outer layers 3, 4 are free of diamond abrasive grain, all of the abrasive grain is selected from a cheaper material such as corundum, SiC, other abrasive grain or a mixture of non-diamond abrasive grains in question.

Внутренний 2 и внешние 3, 4 слои изготавливаются методом горячего прессования в связке из синтетической смолы. Соотношение между абразивным зерном и синтетической смолой выбирается подходящим образом, как это принято в уровне техники. Объем пор заявленного шлифовального круга составляет преимущественно 3-10%.The inner 2 and outer 3, 4 layers are made by hot pressing in a synthetic resin bond. The ratio between abrasive grain and synthetic resin is suitably chosen, as is conventional in the art. The pore volume of the claimed grinding wheel is preferably 3-10%.

За счет идентичного, в основном, строения обоих внешних слоев достигается то, что шлифовальный круг во время или после изготовления, например на этапе охлаждения, практически не коробится. У шлифовального круга с нанесенным только на одну сторону внешним слоем вследствие разных теплопроводности и теплоемкости, а также вследствие разного теплового расширения материалов следует считаться с короблением.Due to the basically identical structure of the two outer layers, it is achieved that the grinding wheel during or after production, for example during the cooling stage, practically does not warp. With a grinding wheel with an outer layer applied only on one side, due to different thermal conductivity and heat capacity, as well as due to different thermal expansion of materials, warping must be taken into account.

Шлифовальный круг является дискообразным кругом, выполненным вращательно-симметричным оси D.The grinding wheel is a disk-shaped wheel made rotationally symmetrical to the D axis.

Толщина в направлении оси D может быть выбрана в зависимости от назначения. Следовательно, размеры круга и отдельных слоев 2, 3, 4 могут выбираться в зависимости от ситуации применения. Диаметр круга также можно выбрать и привести в соответствие с потребностями шлифовального станка. В частности, толщина внешних слоев 3, 4 может быть меньше толщины внутреннего слоя 2, т.к. они служат, главным образом, для стабилизации шлифовального круга. Слой 3, служащий в качестве входного слоя для керамических шариков, сошлифовывается после горячего прессования до размера, который целесообразен для применения, т.е. для шлифуемых диаметров шариков.The thickness in the direction of the D axis can be selected depending on the application. Consequently, the dimensions of the circle and the individual layers 2, 3, 4 can be selected depending on the application situation. The wheel diameter can also be selected and adapted to the needs of the grinding machine. In particular, the thickness of the outer layers 3, 4 may be less than the thickness of the inner layer 2, because they serve mainly to stabilize the grinding wheel. Layer 3, serving as the entry layer for the ceramic balls, is ground after hot pressing to a size that is suitable for the application, i.e. for grinding ball diameters.

На фиг. 1 шлифовальный круг 1 из фиг. 1 изображен также в разрезе в виде фрагмента. Здесь в сечении видно, что верхний внешний слой 3 по сравнению с исходной ситуацией на фиг. 1 снабжен впоследствии (после горячего прессования) направляющими канавками 5, которые подготавливают шлифовальный круг 1 для применения при шлифовании шариков. Направляющие канавки 5 являются концентричными, кругообразно огибающими канавками, которые расположены на внешней поверхности внешнего слоя 3 и ориентированы симметрично и концентрично оси D вращения.In FIG. 1 grinding wheel 1 from FIG. 1 is also shown in section as a fragment. Here it can be seen in cross section that the upper outer layer 3, compared to the initial situation in FIG. 1 is subsequently (after hot pressing) provided with guide grooves 5 which prepare the grinding wheel 1 for use in ball grinding. The guide grooves 5 are concentric circumferential grooves which are located on the outer surface of the outer layer 3 and are oriented symmetrically and concentrically to the axis of rotation D.

На фиг. 3 изображено применение заявленного шлифовального круга 1 при шлифовании шариков на станке с вертикальной приводной осью. На фиг. 3 схематично при виде сбоку изображено устройство для шлифования шариков. При этом предусмотрен неподвижный направляющий диск 10 преимущественно из стальной отливки. Он имеет на своей нижней стороне огибающие направляющие канавки 11, по которым направляется множество шлифуемых шариков 12. С нижней стороны предусмотрена несущая тарелка 13 с расположенным на ней шлифовальным кругом 1 с внутренним 2 и обоими внешними 3, 4 слоями, который приводится во вращение приводным валом 15.In FIG. 3 shows the use of the claimed grinding wheel 1 when grinding balls on a machine with a vertical drive axis. In FIG. 3 shows a diagrammatic side view of a ball grinder. In this case, a fixed guide disc 10 is provided, preferably made of cast steel. It has on its lower side envelope guide grooves 11, along which a plurality of ground balls 12 are guided. On the lower side, a carrier plate 13 is provided with a grinding wheel 1 located on it with an inner 2 and both outer 3, 4 layers, which is driven by a drive shaft 15.

Для шлифования с верхней стороны на неподвижный направляющий диск 10 оказывается давление Р. Несущая плита 13 приводится посредством привода во вращение, в результате чего шарики 12 катятся по направляющим канавкам 11 и, в частности, также по направляющим канавкам 15 шлифовального круга 1. В то время как направляющие канавки в первом внешнем слое 3 еще принимают никакого заметного участия в съеме материала керамических шариков, эффективный процесс шлифования начинается тогда, когда шарики 12 обработаны слоем 3 и вступают в контакт с алмазосодержащим слоем 2. Разность скоростей на различных участках направляющих канавок вызывает движение абразивного зерна относительно поверхности керамических шариков. Абразивное зерно приводит тогда к абразии поверхности шариков и, тем самым, к улучшению качества поверхности и формы шариков.For grinding from the upper side, a pressure P is exerted on the fixed guide disc 10. The carrier plate 13 is driven into rotation by means of a drive, with the result that the balls 12 roll along the guide grooves 11 and in particular also along the guide grooves 15 of the grinding wheel 1. At that time as the guide grooves in the first outer layer 3 still do not play any significant role in the removal of the material of the ceramic balls, an effective grinding process begins when the balls 12 are treated with layer 3 and come into contact with the diamond-containing layer 2. The difference in speeds in different sections of the guide grooves causes the abrasive grains relative to the surface of ceramic balls. The abrasive grain then leads to an abrasion of the surface of the balls and thus to an improvement in the surface quality and shape of the balls.

При этом заявленный шлифовальный круг может использоваться как на сферошлифовальном станке с вертикальным приводным валом, так и на сферошлифовальном станке с горизонтальным приводным валом.In this case, the claimed grinding wheel can be used both on a sphere grinding machine with a vertical drive shaft and on a sphere grinding machine with a horizontal drive shaft.

Преимущество описанного шлифовального круга, в частности при его применении для шлифования шариков, заключается в том, что общая толщина внутреннего слоя 2 может использоваться для процесса шлифования. Изготовленные с более дешевым абразивным зерном внешние слои служат только для начального ведения заготовок шариков по направляющей канавке 5, а также для закрепления шлифовального круга на несущей тарелке 13. Несущий слой 4 обладает далее тем эффектом, что шлифующий алмазосодержащий слой 3 может использоваться вплоть до разрушения, благодаря чему, не как у однослойных кругов, достигается сокращение расхода алмазного материала. Если оба задания выполняются у однослойного шлифовального круга алмазным слоем, то расход алмазного абразивного зерна, в целом, выше, чем у описанного трехслойного шлифовального круга с внутренним слоем с более высокой долей алмаза. Далее более мягкий входной слой 2 приводит к тому, что процесс образования канавок происходит, во-первых, заметно быстрее, чем в твердом алмазном слое, а, во-вторых, уменьшается число партий шариков низкого качества.The advantage of the described grinding wheel, in particular when used for grinding balls, is that the total thickness of the inner layer 2 can be used for the grinding process. The outer layers made with cheaper abrasive grain serve only for the initial guidance of the ball blanks in the guide groove 5 and also for fixing the grinding wheel on the carrier plate 13. The carrier layer 4 further has the effect that the diamond-containing grinding layer 3 can be used up to destruction, thanks to which, unlike with single-layer wheels, a reduction in the consumption of diamond material is achieved. If both tasks are performed on a single-layer grinding wheel with a diamond layer, then the consumption of diamond abrasive grain is generally higher than in the described three-layer grinding wheel with an inner layer with a higher proportion of diamond. Further, the softer input layer 2 leads to the fact that the groove formation process occurs, firstly, noticeably faster than in the hard diamond layer, and, secondly, the number of low quality ball batches decreases.

Claims

1. A three-layer disc-shaped grinding wheel (1), with at least three flat layers, including an inner layer (2) and two outer layers (3, 4) bordering directly on the inner layer (2), of which at least the inner layer (2) has a proportion of diamond abrasive grain, and the proportion of diamond in the abrasive grain in the inner layer (2) is greater than in the outer layers (3, 4), characterized in that the outer layers (3, 4) respectively have a proportion of diamond in abrasive grain less than 90 wt.%.

2. A grinding wheel according to claim 1, characterized in that the inner layer (2) has a diamond content in the abrasive grain of at least 50% by weight.

3. Grinding wheel according to claim 1, characterized in that the inner layer (2) has a diamond content in the abrasive grain of at least 75% by weight.

4. Grinding wheel according to claim 1, characterized in that the inner layer (2) has a diamond content in the abrasive grain of at least 90% by weight.

5. Grinding wheel according to any one of paragraphs. 1-4, characterized in that the outer layers (3, 4) respectively have a proportion of diamond in the abrasive grain of less than 75 wt.%.

6. Grinding wheel according to any one of paragraphs. 1-5, characterized in that the outer layers (3, 4) respectively have a proportion of diamond in the abrasive grain of less than 50 wt.%.

7. Grinding wheel according to any one of paragraphs. 1-6, characterized in that it contains three layers containing abrasive grain (2, 3, 4).

8. Grinding wheel according to any one of paragraphs. 1-7, characterized in that the outer layers (3, 4) have the same structure and, in particular, the same axial thickness.

9. Grinding wheel according to any one of paragraphs. 1-8, characterized in that the inner layer (2) and the outer layers (3, 4) contain a synthetic resin binder.

10. The use of a grinding wheel (1) according to any one of paragraphs. 1-9 as a grinding wheel for grinding balls (12).

11. Application according to claim 10, characterized in that the grinding wheel (1) is glued on the outer side of the metal carrier plate.