SE442008B - Keramiskt bindemedel for framstellning av slipverktyg - Google Patents

Description

h) sàos4su-3 10 15 20 25 30 35 V.T. “Val av egenskaperna hos slipskivor för olika slags slip- operationer", Juzhno-Uralskoe knizhnoe izdatelstvo", Tshelabinsk, 1966).

För framställning av slipverktyg från exempelvis elektrokorund användes ett borhaltigt bindemedel, som innehåller 40 viktpro- cent borglas och - såsom mineraliserinqstil]satsmedel - 20 vikt- procent fältspat i kombination med 30 viktprocent eldfast lera och 10 viktprocent talk.

Den allvarliga nackdelen med detta kända bindemedel är att detta uppvisar en avsevärd halt av svårsmälta beståndsdelar (fältspat, eldfast lera, talk), vilket resulterar i att bindemedlet får en hög smältpunkt, som motsvarar 1140-1180°C. I det färdiga verk- tyget är ett sådant bindemedel inhomogent, varvid detta ofta innehåller ogenomsmälta korn av utgångsbeståndsdelarna, vilket i hög grad minskar slipverktygets mekaniska hållfasthet. Dess- utom väter detta kända bindemedel elektrokorundytan dåligt, ävarvid slutrandvinkeln vid vätning av elektrokorund är över 550, även om temperaturen är 1250°C.

Genom att det på detta kända bindemedel baserade slipverktyget uppvisar förhållandevis låg mekanisk hållfasthet (ca 12,5 MPa) får det ett begränsat användningsområde vid höghastighetsslip- ning av arbetsstycken.

Dessutom är det känt att använda ett keramiskt bindemedel, som innehåller 69 viktprocent kiseljord, 13 viktprocent boroxid och 10 viktprocent alkalimetalloxider (bl.a. högst 3 viktprocent li- tiumoxid) (jämför exempelvis den amerikanska patentskriften nr 2 730 439, 1956). Pâ basis av detta bindemedel framställes ett elektrokorundverktyg, som innehåller minst 50 viktdelar elektroko- rund. Bindemedlet framställes av följande beståndsdelar i vikt- delar: kíseldioxid 750 fältspat 10 aluminiumoxid 6 borsyra 262 kryolit 98 10 15 20 25 30 35 8503460-5 3 kaliumnitrat 45 flusspat 3 talk 28 litiumkarbonat 90 För att öka detta kända bindemedels reaktionsegenskaper måste bindemedlet utsättas för fullständig frittbildning, vilket i hög grad ökar tillverkningskostnaden för bindemedlet. Det på basis av detta bindemedel framställda slipverktyget uppvisar låg hållfasthet. För att öka hållfastheten armeras den keramiska grundmassan med metall, vilket avsevärt komplicerar processtek- niken för framställning av slipverktyg.

Dessutom är ett keramiskt bindemedel för framställning av slip- skivor av kiselkarbid känt (jämför exempelvis den amerikanska patentskriften nr 2 977 206), vilket bindemedel innehåller fält- spat, kiseldioxid, wollastonit, eldfast lera, kaolin, litium- manganat, litium-borsilikathaltig fritta och molybden. För att 'bindemedlet skall kunna fâ de önskade egenskaperna framställes frittan från 45 viktdelar kiseldioxid, 40 viktdelar borsyra och 15 viktdelar litiumkarbonat. Detta kända keramiska bindemedel uppvisar en mycket komplicerad sammansättning och är avsett att endast användas för framställning av slipskivor av kiselkarbid, vilken framställning kräver en så hög temperatur som 1260oC och en så lång uppehållstid som 24 timmar. De på detta kända binde- medel baserade slipverktygen med stora dimensioner kräver vid samma värmebehandlingstemperatur en ännu längre uppehållstid. Även ett keramiskt bindemedel är känt, vilket utvecklats av japanska uppfinnare Terada Seji och Jamara Hiroshi (jämför exempelvis den japanska tidskriften "Nagoja Kogyo Gijutsu Shikensyo Hokoku", vol. 12, nr 7, s. 348-158, 1064). Dessa uppfinnare har undersökt möjligheten att framställa slipskivor på basis av bindemedel av ett system spodumen-fältspat-tosheki och valt en optimal bindemedelskomposition för slipkorn av kiselkarbid. Denna komposition innehåller 30 viktprocent spo- dumen, 40-50 viktprocent fältspat och 10-20 viktprocent tosheki.

De japanska uppfinnarna har vid en värmebehandlingstemperatur av upp till 1350°C erhållit ett glasartat bindemedel, som inten- 8303460-3 10 15 20 25' 30 35 sivt reagerar med slipkorn och som - genom att bindemedlets kemiska sammansättning ändras - försämrar slipalstrens drift- mässiga egenskaper. Det på basis av detta bindemedel framställ- da slipverktyget uppvisar låg värmebeständighet, eftersom en- dast en enda cykel för uppvärmning av alstren till en tempera- tur av 300°C under en tid av 15 min. och kylning i vatten till en temperatur av OOC resulterar i att alstrens brottgräns i det närmaste halveras, vilket utgör ett icke önskvärt kännetecken ” vid användning av slipalster.

Ytterligare ett keramiskt bindemedel är känt (jämför exempelvis den sovjetryska patentskriften nr 218699, int. klass B 24 d 3/14 "Förfarande för framställning av slipverktyg"), vilket innehål- ler litium-borhaltig fritta eller blandning av denna med högst 75 viktdelar eldfast lera av bindemedlets totala vikt. Den litium-borhaltiga frittan innehåller 40-60 % spodumenkoncentrat och 60-40 % borglas.

Nackdelen med detta kända bindemedel är att detta uppvisar låg reaktionsförmâga med avseende på slipmaterial, exempelvis elekt- rokund, kubisk bornitrid, varför det på basis av detta bindeme- del framställda slipverktygets mekaniska hâllfasthet omöjliggör en effektiv användning av verktyget för snabb- och kraftslipning.

Genom att man inom metallbearbetningsindustrin använder slipmaski- ner, vilka är dimensionerade för arbete med slipverktyg för kraft- och snabbslipning med arbetshastigheter av 60-80 m/s, måste man . åstadkomma ett bindemedel, som gör det möjligt att öka verktygens mekaniska hâllfasthet i och för användning av verktygen för ar- bete med dessa hastigheter.

Det huvudsakliga syftet med föreliggande nppfinning är att åstad- komma ett sådant keramiskt bindemedel för slipverktyg, som läm- par sig för sammanbindning av olika slags slipmaterial och gör det möjligt att förbättra slipverktygets hållfasthetsegenskaper och öka dess livslängd vid kraft- och snabb- eller höghastighets- slipning av arbetsstycken.

, I Ett annat syfte med uppfinningen är att finna en sådan samman- 10 15 20 25 30 35 40 KT! sättning hos det keramiska bindemedlet, som bidrar till att öka slipverktygets mekaniska hållfasthet och minska dess förslit- ning vid kraft- och snabbslipning.

Dessa syften uppnås medelst ett keramiskt bindemedel för slip- verktyg, vilket bindemedel innehåller litium-borsilikathaltig fritta, fältspathaltigt material, eldfast lera och kryolit, var- vid det för föreliggande uppfinning utmärkande är, att bindemed- let i viktprocent innehåller följande beståndsdelar: litium-borsilikathaltig fritta 15-60% eldfast lera 0,1-40% fältspathaltigt material 15-60% kryolit 5-15% Den litium-borsilikathaitiga frittan har följande kemiska sam- mansättning i viktprocent: kiseldioxid 64-75% boroxid 10-18% aluminiumoxid 2-8; magnesiumoxid 1-2% natriumoxld 3,5-6,4% kaliumoxid 3,5-4,6% litiumoxid 4,6-6% föroreningsämnen (järn- och kal- ciumoxider) högst 1,5%.

Den föreslagna kemiska sammansättningen hos den litium-borsili- kathaltiga frittan, som utgör bindemedlets glasbildande huvud- beståndsdel, bidrar till att bindemedlet får sådana viktiga fy- sikaliska och kemiska egenskaper som reaktionsförmåga, vätför- måga, viskositet och begynnelsetemperaturen för bildande av den flytande fasen, varvid frittans kemiska sammansättning inverkar på bindemedlets längdutvigdningskoefficient_ Halten litium-borsilikathaltig fritta (15-60 viktprocent) är hu- vudsakligen beroende av den använda typen av slipmaterial. Den övre haltgränsen (60 viktprocent) användes vid framställning av verktyg från kubisk bornitrid i och för att dels ge bin- demedlet en högre vät- och reaktionsförmâga med avseende på slipmaterialet och dels minska värmebehandlingstemperaturen för alstren till 1100°C. Den undre haltgränsen för den litium- 8503460-5 8303460-3 10 15 20 25 30 35 -borsilikathaltiga frittan användes huvudsakligen för samman- abindning av elektrokorundhaltiga material, eftersom alster av dessa material, värmebehandlas vid en temperatur av 1250°C, var- för den litium-borsilikathaltiga frittans fysikaliska och ke- miska egenskaper är mindre nödvändiga. Det är icke lämpligt,_ _ att halten litium-bcrsilikathaltig fritta är högre än 60 vikt- procent eller lägre än 15 viktprocent, eftersom slipalstrens mekaniska hållfasthet minskar i båda dessa fall. hförandet av eldfast lera i en mängd av från 0,1 till 40 vikt- procent i det keramiska bindemedlet enligt uppfinningen bidrar huvudsakligen till att förbättra slipmassans plasticitet och formbarhet. 40 viktprocent eldfast lera införes lämpligen i bindemedlet enligt uppfinningen, om bindemedlet användes för framställning av slipverktyg från elektrokorundhaltiga material I och alstrens värmebehandlingstemperatur är 1250°C. Man inför 0,1 viktprocent eldfast lera i bindemedlet enligt uppfinningen, om detta användes för framställning av slipverktyg från kubisk .bornitrid och värmebehandlingen måste genomföras vid lägre tem- peratur. I detta fall säkerställes slipmassans plasticitet ge- nom att man i slipmassan, i stället för den lerhaltiga bestånds- delen.införvätskeformig bakelit. pOm halten eldfast lera i det keramiska bindemedlet enligt upp- finningen är högre än 40 viktprocent, blir bindemedlet svårt att sintra vid en värmebehandlingstemperatur av 1250°C, vilket resulterar i en avsevärd minskning av slipalstrens mekaniska hållfasthet. Det är icke lämpligt, att halten eldfast lera i det keramiska bindemedlet är lägre än 0,1 viktprocent, efter- ssom detta ger ringa effekt. _Det fältspathaltiga, i det keramiska bindemedlet ingående mate- rialet (15-60 viktprccent) är avsett att ha två funktioner, dvs. det deltar i bildandet av bindemedlets glasformiga tillstånd vid verktygets värmebehandling och bidrar - genom att det är en mineraliserande beståndsdel - till att bilda det glasformiga bindemedlets strukturskelett och öka dess mikrohårdhet och me- kaniska hållfasthet. Om halten fältspathaltigt material i binde- medlet enligt uppfinningen är högre än 60 viktprocent, ökar bin- U.) 10 15 20 25 30 35 8303460-3 demedlets eldhärdighet samtidigt som slipalstrens mekaniska hållfasthet minskar.

När halten fältspathaltigt material i bindemedlet är lägre än 15 viktprocent, får bindemedlet minskad mikrohàrdhet samtidigt som slipalstrens mekaniska hâllfasthet försämras. 5-15 viktpro- cent kryolit införes i det keramiska bindemedlet enligt uppfin- ningen på grund av att kryolit inverkar på minskningen av tempe- raturen för bildande av den flytande fasen i bindemedlet och bidrar till att öka bindemedlets reaktions- och vätförmåga.

Det är icke räntabelt, att kryolithalten i det keramiska binde- medlet är lägre än 5 viktprocent, eftersom en dylik kryolithalt icke inverkar väsentligt på bindemedlets egenskaper. Det är icke lämpligt, att kryolithalten i det keramiska bindemedlet enligt uppfinningen är högre än 15 viktprocent, eftersom den större delen av kryoliten vid slipverktygets värmebehandling sönder- delas under bildande av fluorhaltiga föreningar, vilka avgår till atmosfären utan att assimileras av det keramiska binde- medlet och slipkornen, varvid dessa föreningar förorenar atmos- fären och sönderdelar rostugnarnas infodring.

Det keramiska bindemedlet enligt uppfinningen uppvisar - i be- roende av dess sammansättning - en smältpunkt av 750oC - 1000°C och en slutrandvinkel vid vätning av en elektrokorundyta av 10 - 350 och 20 - 400 vid en temperatur av 1250oC respektive 1ooo°c.

Föreliggande keramiska bindemedel uppvisar låg viskositet, hög vätningsförmåga, är homogent och har den erforderliga kemiska aktiviteten med hänsyn till slipkorn vid värmebehandling (rost- ning). Den viktiga fördelen med det keramiska bindcmedlet är att detta kan sammanbinda olika slags elektrokorundhaltiga ma- terial samt kubisk bornitrid.

Det på basis av det keramiska bindemedlet enligt uppfinningen framställda slipverktyget har följande fördelar. Slipverktygets mekaniska hållfasthet ökar till 24,5 MPa och dess livslängd är 3-4 gånger längre än den hos det verktyg, som framställts på 8503460-3 10 15 20 25 30 35 basis av det kända, borglasbaserade keramiska bindemedlet.

Bindemedlet enligt uppfinningen ger verktyget den goda för- mâgan till självskärpning och bidrar till att verktyget blir ljusrosafärgat och får ett tilltalande utseende. Det på binde- medlet enligt uppfinningen baserade slipverktyget kan arbeta med en så hög arbetssliphastighet som 80 m/s, medan det på ba- S sis av det kända borhaltiga bindemedlet framställda slipverk- tyget arbetar med en sliphastighet av högst 60 m/s.

Samtliga fördelar med slipverktyget med bindemedlet enligt upp- finningen resulterar i att detta verktyg kommersiellt sett för- delaktigt skiljer sig från alla andra, kända slipverktyg.

Det keramiska bindemedlet enligt uppfinningen innehåller lätt- tillgängliga beståndsdelar och är enkelt att framställa i in- edustriell skala. Den litium-borsilikathaltiga frittan, som så- - som en av beståndsdelarna ingår i det keramiska bindemedlet enligt uppfinningen, framställes genom hopsmältning av en bland- ning av utgânqsråmaterial vid en temperatur av 1370-1410°C.

Man använder företrädesvis en litium-borsilikathaltig fritta med följande kemiska sammansättning, i viktprocent: kiseldioxid 64 - 75 % boroxid 10 - 18 % aluminiumoxid 2 - 8 % magnesiumoxid 1 - 2 % natriumoxid 3,5 - 6,4 % kaliumoxid 3,5 - 4,6 % litiumoxid 4,6 - 6 % föroreningsämnen i form av järn- och kalciumoxider högst 1,5 % Frittan finfördelas till pulverformigt tillstånd och siktas genom en sikt med en maskvidd av 0,06 - 0,1 mm. Bindemedlets andra beståndsdelar, dvs eldfast lera, fältspathaltigt mate- rial exempelvis fältspat, perlit, nefelin, och kryolit finför- Ä delas även, var för sig, till pulverformigt tillstånd och sik- tas genom en sikt med samma maskvidd. Därefter blandas samtliga ¿ beståndsdelarna mekaniskt med varandra i följande mängder i viktprocent: 10 15 20 25 30 35 8303460-3 9 litium-borsilikathaltig fritta 15 - 60 % eldfast lera 0,1 - 40 % fältspathaltigt material 15 - 60 % kryolit 5 - 15 % Det så beredda keramiska bindemedlet är färdigt för användning för framställning av slipverktyg. I detta syfte framställes först en slipmassa. 8-25 viktprocent keramiskt bindemedel blan- das med dextrin, varefter 100 viktprocent slipkorn vätes av 3-6 viktprocent glas eller vätskeformig bakelit. Därefter blan- das de båda blandningarna omsorgsfullt med varandra. Den fram- ställda slipmassan sammanpressas i form av ett slipverktyg, -torkas och värmebehandlas vid en temperatur av från 1000 till 1300°C i beroende av bindemedlets aktuella sammansättning och slaget av slipmaterial.

Uppfinningen beskrives närmare nedan i följande utföringsexempel.

Exempel 1 För att framställa det keramiska bindemedlet enligt uppfinning- en användes litium-borsilikathaltig fritta, eldfast lera, perlit och kryolit.

Den litium-borsilikathaltiga frittan framställdes genom hop- smältning av en blandning, som i viktprocent innehåller: kvartssand 65 % aluminiumoxid 4 % magnesiumkarbonat 2,09 % natriumkarbonat 5,1 % kaliumkarbonat 5,9 % litiumkarbonat 12,3 % borsyra 31 % vid en temperatur av 139000.

Den litium-borsilikathaltiga frittan, eldfast lera, perlit och kryolit finfördelades, var för sig, till pulverformigt till- stånd och siktades genom en sikt med en maskvidd av 0,08 mm.

Bindemedlets finfördelade beståndsdelar användes i följande mängder i viktprocent: 8505460-3 10 litium-borsilikathaltig fritta 30 % eldfast lera 20 % perlit 40 % kryolit 10 % 5 _ och blandades grundligt med varandra. Det keramiska på detta sätt framställda bindemedlet var färdigt för framställning av -en slipmassa, hade en smältpunkt av 920OC och en slutrandvinkel av 250 vid 1250°C vid vätning av en elektrokorundyta. 10 Det framställda keramiska bindemedlet blandades med dextrin och därefter med ett elektrokorundhaltiqt material, som i för- väg vätts av vattenglas, varvid dessa beståndsdelar användes i följande mängder i viktprocent: elektrokorund 100 % 15 keramiskt bindemedel 9,4 % ' vattenglas 4,1 % dextrin 1 %.

För att bestämma brottgränsen framställdes provkroppar med bin- 20 demedlet enligt uppfinningen och, för jämförelse, provkroppar med det kända borhaltiga bindemedlet. Man använde ett elektro- korundhaltigt material med kornstorleken nr 40, varvid prov- kropparna framställes av 1) normal elektrokorund, 2) vitfärgad elektrokorund, 3) kromlegerad elektrokorund, 4) titanlegerad 25 elektrokorund, 5) s.k. monokorund (enkristallin korund). De efter värmebehandlingen erhållna provkropparna hade en hårdhet av SM-2, struktur nr 6 och var behagligt ljusrosafärgade. Prov- Vningsresultaten för de värmebehandlade provkropparnas mekaniska hållfasthet (brottgräns) anges i tabell 1. 30 T a b e l 1 1 Bindemedel Provkropparnas brottgräns, MPa 1 2 3 4 5 35 Enligt föreliggande uppfinning 16 21 21 18,5 17,5 Det kända borhaltiga -bindemedlet 12,5 15 13 13,5 13,5 I: 10 15 20 25 30 11 Exempel 2 Av samma finfördelade beståndsdelar, som de som anges i exempel 1, dvs. litium-borsilikathaltig fritta, eldfast lera, perlit och kryolit, framställdes genom grundlig mekanisk om- röring ett keramiskt bindemedel, som i viktprocent innehöll: litium-borsilikathaltíg fritta 60 % eldfast lera 20 % perlit 15 % kryolit 5 %.

Det framställda bindemedlet hade en smältpunkt av 790°C och en slutrandvinkel av 320 vid 1000°C vid vätning av en elektro- korundyta.

Man framställde slipprovkroppar med bindemedlet enligt uppfin- ningen och - för jämförelse - slipprovkroppar med det kända borhaltiga bindemedlet, varvid man använde vitfärgad elektro- korund med kornstorleken nr 16, 12 och 8. De värmcbehandlade provkropparna hade en hårdhet av C2 och struktur nr 8. Verk- tygets tekniska egenskaper motsvarar slipverktyg av elektro- korund i kombination med kubisk bornitrid. Provningsresultaten för provkropparnas mekaniska hâllfasthet (brottgräns) anges i tabell 2.

T a b e 1 1 2 Provkropparnas brottgräns, MPa Bindemedel Kornstor lek nr 16 12 8 Enligt föreliggande uppfinning 23 24 24,5 Det kända, borhaltiga bindemedlet 15 17 18 Exempel 3 Ett keramiskt bindemedel framställdes på samma sätt som i exempel 1, varvid beståndsdelarna användes i följande mängder i viktprocent: 8503460-3 10 15 20 25 30 35 12 litium-borsilikathaltig fritta 15 % eldfast lera 20 % perlit 50 % kryolit 15 %.

De på basis av detta bindemedel framställda slipprovkropparnas mekaniska hållfasthet liknar den som anges i exempel 1.

ExemEel_í Ett keramiskt bindemedel framställdes på samma sätt som i ekempel 1, varvid beståndsdelarna användes i följande mängder i viktprocent: litium-borsilikathaltig fritta 60 % eldfast lera 15 % perlit 15 % kryolit * 10 %.

'Detta keramiska bindemedel användes för sammanbindning av 'elektrokorundhaltiga material i kombination med kubisk bor- nitrid.

De på basis av detta bindemedel framställda slipprovkropparnas 'mekaniska hållfasthet liknar den som anges i exempel 2.

Exemgel 5 Ett keramiskt bindemedel framställdes på samma sätt som i exempel 1, varvid beståndsdelarna ingick i följande mängder i viktprocent: litium-borsilikathaltig fritta 60 % eldfast lera 0,1 % 'fältspathaltigt material 29,9 % kryolit 10 %.

Det framställda bindemedlet hade en smältpunkt av 750°C. Slip- massan för framställning av provkroppar i form av brynstenar 'och slipskivor genom sammanpressning innehåller, i viktprocent: J vitfärgad elektrokorund 43,3 % kubisk bornitrid 38,9 % J keramiskt bindemedel 13,2 % W vätskeformig bakelit 4,6 %. 10 15 8303469-3 Provningsresultaten för den mekaniska böjhâllfastheten hos brynstenar med måtten 5 x 5,5 x 50 mm och beständigheten hos slipskivor med måtten 12 x 16 x 4 mm (upp till fullständig förslitning av slipskivorna) vid slipning av hylsor av krom- stål anges i tabell 3.

T a b e l 1 3 Hård- Brynstenarnas Slipskivornas Bindemedel het böjhållfast- beständighet het, MPa upp till deras fullständiga förslítning (antalet sli- pade hylsor) Bindemedlet enligt föreliggande uppfin- ning CT 1 56 250 Det genom det sovje- tiska patentet nr 218699 kända binde- 43 220 medlet CT 2

Claims (2)

14 83035460-3 10 15 20 Patentkrav

1. Keramiskt bindemedel för framställning av slipverktyg, innehållande litium-borsilikathaltig fritta, fältspathaltigt material, eldfast lera och kryolit, k ä n n e t e c k n a t av att det i viktprocent innehåller följande beståndsdelar: Ä litium-borsilikathaltig fritta eldfast lera fältspathaltigt material kryolit 15 ~ 60 % 0,1- 40 % - 15 ~ 60 % GD 5 - 15

2. Bindemedel enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att den litium-borsilikathaltiga frittan i víktprocent inne- håller följande beståndsdelar: kiseldioxid boroxid aluminiumoxid magnesiumoxid natriumoxid kaliumoxid litiumoxid föroreningsämnen i form av järn- och kalciumoxider 64 - 75 % 10 “ 18 % 2 _ 8 % 1 _ 2 % 3,5 _ 6,4 % 3,5 - 4,6 % 4,6 '- 6 '13 högst 1,5 %.