WO2002060630A1 - Honschleifwerkzeug mit schleifmittel und bindemittel - Google Patents

Honschleifwerkzeug mit schleifmittel und bindemittel Download PDF

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honing
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Helmut HÖGER
Horst Heinrich
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Tyrolit-Schleifmittelwerke Swarovski K.G.
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    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B33/00—Honing machines or devices; Accessories therefor
    • B24B33/08—Honing tools
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D5/00—Bonded abrasive wheels, or wheels with inserted abrasive blocks, designed for acting only by their periphery; Bushings or mountings therefor
    • B24D5/06—Bonded abrasive wheels, or wheels with inserted abrasive blocks, designed for acting only by their periphery; Bushings or mountings therefor with inserted abrasive blocks, e.g. segmental
    • B24D5/066—Bonded abrasive wheels, or wheels with inserted abrasive blocks, designed for acting only by their periphery; Bushings or mountings therefor with inserted abrasive blocks, e.g. segmental with segments mounted axially one against the other

Definitions

  • the present invention relates to a honing tool with an abrasive and a binding agent, the honing tool having two or more layers which are cut from the grinding surface.
  • Honing tools are used, among other things, to manufacture and machine precision gears and worms, especially for straight and helical gears. Honing tools are generally known in the prior art.
  • EP 0 692 342 shows a toothed honing tool in which ceramic fine grains are embedded in a synthetic resin matrix. Ceramic corundum abrasives are also known from EP 0 622 483.
  • honing tools With honing tools, a long service life, high stock removal and a short honing time per workpiece are of particular interest. In addition, accuracies down to a range of 10000 millimeters (for example in motor vehicle transmissions) are expected for power honing. Improved profile retention is also important. Overall, a reduction in process costs should be aimed for. These criteria are not or only partially met by honing tools in the prior art.
  • the object of the invention is therefore to create a honing tool which achieves significant improvements over the prior art in the sense of the above-mentioned criteria.
  • the binder of the layers is different from at least two adjacent layers, at least these two layers containing abrasives.
  • This layered structure of the honing tool ensures that the service life of the honing tool is significantly increased compared to known power honing tools and that the honing time per workpiece is significantly reduced. Furthermore, a profile shape retention is achieved, which is significantly improved compared to the prior art. Another advantage is the reduced process costs in the manufacture of the honing tool according to the invention.
  • a preferred embodiment provides that the layers of the honing tool have a constant thickness.
  • Another preferred embodiment provides that the layers alternately have ceramic and plastic as the respective binder of the layers.
  • the layers of the honing tool are continuous in the direction of the layering. On the one hand this increases the stability, on the other hand there is no change in the grinding behavior even after prolonged use of the honing tool according to the invention.
  • the layer boundaries are essentially perpendicular to the grinding surface. This also helps to ensure that the grinding behavior of the honing tool does not change even during long-term use.
  • a favorable variant is that the layers have a disk shape, the individual disks lying against one another.
  • a preferred embodiment of a honing tool which has a longitudinal axis, provides for the grinding surface to be in the form of a negative impression of the workpiece to be ground, the grinding surface along the longitudinal axis only having grinding surfaces lying essentially parallel to it.
  • the grinding surface can thus be adapted to the shape of the workpiece to be ground both on the outer and on the inner surface of the layer honing tool.
  • the honing tool can be used for honing, for example, gears with external teeth.
  • the honing tool generally performs a linear back and forth movement along a longitudinal axis during honing, it is particularly advantageous that the grinding surface along the longitudinal axis only has grinding surfaces lying essentially parallel to it. Due to the linear back and forth movement of the honing tool during the grinding process, the cross-sectional shape can in principle be perpendicular to the longitudinal axis of the Honing tool can be adapted to almost any shape of the workpiece (for example, rectangular or oval cross-section), as long as the shape of the workpiece or the grinding surface of the honing tool is constant along the longitudinal axis. It is particularly advantageous here that the layer boundaries are perpendicular to the longitudinal axis.
  • a particularly preferred embodiment provides that the outermost layers of the honing tool each have synthetic resin as a binder. This is reflected in a particularly good grinding behavior of the honing tool, while the ceramic matrix used in the inner layers alternately with a synthetic resin matrix guarantees a higher stability of the honing tool according to the invention.
  • abrasives it is particularly favorable that preferably all layers have abrasives.
  • all common abrasives such as Corundum, silicon carbide, diamond, borozone - preferably noble corundum and their mixture - can be used.
  • the selection of the respective abrasive depends on the task and can be adapted to it.
  • a variant which is particularly preferred in terms of construction provides that the honing tool is hardened.
  • Fig. 1 shows a section perpendicular to the layers of the invention
  • Fig. 2 is a perspective view of the grinding surface of a blank of the
  • FIG. 3 shows an embodiment according to the invention for honing gears with external teeth
  • Fig. 4 shows an embodiment of the invention for honing gears with internal teeth.
  • continuous layers are alternately built up with a matrix of synthetic resin 1 and a matrix of ceramic 2, the respective outer layer 3 consisting of synthetic resin.
  • the thickness 4 of the individual layers can be different, but this is generally between 0.5 and 50 mm.
  • the honing tool is manufactured by alternately pressing layers with a synthetic resin matrix with fired layers with a ceramic matrix using the hot press method (pressing or hardening temperature 60 to 250 ° C). If necessary, hardening (fire) is carried out at elevated temperature after the pressing process.
  • the binder contained in the synthetic resin disc is infiltrated into the ceramic disc and thereby creates a connection between the discs. No further addition in the form of a binder is therefore required for the connection of the panes.
  • the materials used in the ceramic layers correspond to the material structure and in production to the process of producing a standard ceramic grinding wheel including firing. All common abrasives such as corundum, silicon carbide, diamond, borozone - preferably noble corundum and their mixture - can be used.
  • the grain size used is between 30 and 1000 mesh.
  • the density of the ceramic layer is between 1 and 3 g / cm 3 .
  • a blank shown in FIG. 2 is manufactured as described above, it is adapted to the shape of the workpiece to be honed. This is done using suitable processing tools, e.g. made of diamond. Since the finished honing tool is usually linear along its longitudinal axis during honing 6 is moved back and forth, its grinding surface 5 can be adapted to almost all shapes of the workpiece to be machined.
  • suitable processing tools e.g. made of diamond. Since the finished honing tool is usually linear along its longitudinal axis during honing 6 is moved back and forth, its grinding surface 5 can be adapted to almost all shapes of the workpiece to be machined.
  • Fig. 3 shows an embodiment in which the layer honing tool for machining gearwheels with external teeth has been manufactured.
  • the internal teeth 7 as part of the grinding surface 5 of the layer honing tool have a negative shape of the teeth of the workpiece to be machined, not shown.
  • the layer structure and the layer sequence of layers 1, 2, 3 corresponds to that of the blank shown in FIG. 2.
  • Fig. 4 shows an embodiment of a layer honing tool, which has been manufactured for the machining of gears with internal teeth.
  • the teeth 8 must be part of the grinding surface 5 of the layer honing tool on the outer surface of the layer honing tool.
  • the layer structure in turn corresponds to that of the blank shown in FIG. 2. It should be emphasized here in particular that both in FIG. 3 and in FIG. 4 the layers have continuously parallel layer interfaces which are perpendicular to the longitudinal axis 6.
  • it is fundamentally possible to adapt a blank to almost any cross-sectional area of the workpiece to be machined e.g.
  • the layer honing tool since the layer honing tool generally only has one during operation performs linear reciprocation along the longitudinal axis 6. However, it is important here that the grinding surface 5 of the layer honing tool along the longitudinal axis 6 only has grinding surfaces lying essentially parallel to the longitudinal axis.

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Abstract

Honschleifwerkzeug mit Schleifmittel und Bindenmittel, wobei das Honschleifwerkzeug zwei oder mehrere Schichten (1, 2, 3) aufweist, die von der Schleifoberfläche (5) angeschnitten sind, wobei das bindemittel der Schichten von zumindest zwei benachbarten Schleifmittel enthaltenden Schichten (1, 2, 3) verschieden ist.

Description

Honschleifwerkzeug mit Schleifmittel und Bindemittel
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Honschleifwerkzeug mit Schleifmittel und Bindemittel, wobei das Honschleifwerkzeug zwei oder mehrere Schichten aufweist, die von der Schleifoberfläche angeschnitten sind.
Honschleifwerkzeuge dienen unter anderem der Herstellung und Bearbeitung von Präzisionszahnrädern und -Schnecken, insbesondere für gerad- und schrägverzahnte Zahnräder. Honschleifwerkzeuge sind beim Stand der Technik grundsätzlich bekannt. In der EP 0 692 342 wird ein verzahntes Honschleifwerkzeug gezeigt, bei welchem in eine Kunstharzmatrix keramische Feinkörner eingebettet sind. Des weiteren sind aus der EP 0 622 483 keramische Korundschleifmittel bekannt. Bei Honwerkzeugen ist besonders eine hohe Standzeit, hoher Abtrag und eine kurze Honzeit pro Werkstück von Interesse. Darüber hinaus werden beim Leistungshonen Genauigkeiten bis in den Bereich eines 10OOtel Millimeters (beispielsweise bei Kraftfahrzeuggetrieben) erwartet. Des weiteren ist eine verbesserte Profilformhaltigkeit wichtig. Insgesamt ist eine Verringerung der Prozeßkosten anzustreben. Diese Kriterien werden von Honwerkzeugen beim Stand der Technik nicht oder nur teilweise erfüllt.
Aufgabe der Erfindung ist es somit ein Honschleifwerkzeug zu schaffen, welches im Sinne der oben genannten Kriterien deutliche Verbesserungen gegenüber dem Stand der Technik erzielt.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß das Bindemittel der Schichten von zumindest zwei benachbarten Schichten verschieden ist, wobei zumindest diese beiden Schichten Schleifmittel enthalten.
Durch diesen schichtenweisen Aufbau des Honschleifwerkzeugs wird erreicht, daß die Standzeit des Honwerkzeugs gegenüber bekannten Leistungshonwerkzeugen deutlich erhöht wird und die Honzeit pro Werkstück deutlich verringert wird. Des weiteren wird eine Profilformhaltigkeit erreicht, welche deutlich, gegenüber dem Stand der Technik verbessert ist. Als weiterer Vorteil sind die verringerten Prozeßkosten bei der Herstellung des erfindungsgemäßen Honschleifwerkzeugs zu nennen. Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, daß die Schichten des Honschleifwerkzeugs konstante Dicke aufweisen. Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, daß die Schichten abwechselnd Keramik und Kunststoff als jeweiliges Bindemittel der Schichten aufweisen.
Hierbei ist es besonders günstig, daß die Schichten des Honschleifwerkzeugs in Richtung der Schichtung durchgehend ausgebildet sind. Dies erhöht zum einen die Stabilität, zum anderen ergibt sich keine Veränderung des Schleifverhaltens auch nach längerer Benutzung des erfindungsgemäßen Honschleifwerkzeugs.
Als besonders günstig ist es anzusehen, daß die Schichtgrenzen im wesentlichen senkrecht auf der Schleifoberfläche stehen. Dies trägt ebenfalls dazu bei, daß sich das Schleifverhalten des Honschleifwerkzeugs auch während längerfristiger Benutzung nicht verändert.
Eine günstige Variante besteht darin, daß die Schichten Scheibenform aufweisen, wobei die einzelnen Scheiben aneinander liegen.
Hierbei sieht eine bevorzugte Ausführungsform eines Honschleifwerkzeugs, welches eine Längsachse aufweist, vor, daß die Schleifoberfläche in Form eines Negativabdrucks des zu schleifenden Werkstücks ausgebildet ist, wobei die Schleifoberfläche entlang der Längsachse nur im wesentlichen parallel zu dieser liegende Schleifflächen aufweist. So kann eine Anpassung der Schleifoberfläche an die Form des zu schleifenden Werkstücks sowohl an der äußeren als auch an der inneren Manteloberfläche des Schichtenhonschleifwerkzeugs vorgenommen werden. Bei Anpassung der äußeren Manteloberfläche können z.B. Zahnkränze mit innenliegenden Zähnen gehont werden. Ist die Schleifoberfläche an der inneren Mantelfläche des Honschleifwerkzeugs an die Form des zu schleifenden Werkstücks angepaßt, so kann das Honschleifwerkzeug zum Honen z.B. von Zahnrädern mit außen liegenden Zähnen verwendet werden. Da das Honschleifwerkzeug beim Honen in der Regel eine lineare Hin- und Herbewegung entlang einer Längsachse ausführt, ist es besonders vorteilhaft, daß die Schleifoberfläche entlang der Längsachse nur im wesentlichen parallel zu dieser liegende Schleifflächen aufweist. Durch die lineare Hin- und Herbewegung des Honschleifwerkzeugs während des Schleifvorgangs kann grundsätzlich die Querschnittsform senkrecht zur Längsachse des Honschleifwerkzeugs an nahezu jede beliebige Form des Werkstücks (z.B. rechteckiger oder ovaler Querschnitt) angepaßt werden, so lange die Form des Werkstücks bzw. der Schleifoberfläche des Honwerkzeugs entlang der Längsachse gleichbleibend ausgebildet ist. Hierbei ist es besonders günstig, daß die Schichtgrenzen senkrecht zur Längsachse verlaufen.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform sieht vor, daß die jeweils äußersten Schichten des Honschleifwerkzeugs Kunstharz als Bindemittel aufweisen. Dies schlägt sich in einem besonders guten Schleifverhalten des Honschleifwerkzeugs nieder, während die in den inneren Schichten abwechselnd mit einer Kunstharzmatrix verwendete Keramikmatrix eine höhere Stabilität des erfindungsgemäßen Honschleifwerkzeugs garantiert.
Erfindungsgemäß ist es besonders günstig, daß vorzugsweise alle Schichten Schleifmittel aufweisen. Hierbei können je nach Anwendungsform alle üblichen Schleifmittel wie z.B. Korund, Siliciumkarbid, Diamant, Borozon - vorzugsweise Edelkorunde und deren Mischung - verwendet werden. Die Auswahl des jeweiligen Schleifmittels hängt von der Aufgabenstellung ab und kann an diese angepaßt werden.
Eine konstruktiv besonders bevorzugte Variante sieht vor, daß das Honschleifwerkzeug gehärtet ist.
Weitere Merkmale und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Figurenbeschreibung. Dabei zeigt:
Fig. 1 einen Schnitt senkrecht zu den Schichten des erfindungsgemäßen
Schichtenhonwerkzeugs
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht auf die Schleifoberfläche eines Rohlings des
Schichtenhonwerkzeugs, Fig. 3 eine erfindungsgemäße Ausführungsform zum Honen von Zahnrädern mit außenliegenden Zähnen, und
Fig. 4 eine erfindungsgemäße Ausführungsform zum Honen von Zahnrädern mit innenliegenden Zähnen. Bei dem in den Fig. 1 und 2 dargestellten Grundaufbau eines Rohlings des erfindungsgemäßen Schichtenhonschleifwerkzeugs werden abwechselnd durchgehende Schichten mit einer Matrix aus Kunstharz 1 und einer Matrix aus Keramik 2 aufgebaut, wobei die jeweils äußere Schicht 3 aus Kunstharz besteht. Die Dicke 4 der einzelnen Schichten kann unterschiedlich sein, wobei diese jedoch in der Regel zwischen 0,5 und 50 mm liegt. Gefertigt wird das Honschleifwerkzeug durch wechselweises Zusammenpressen von Schichten mit Kunstharzmatrix mit gebrannten Schichten mit Keramikmatrix im Heißpreßerfahren (Preß- bzw. Härtungstemperatur 60 bis 250°C). Nach dem Preßvorgang wird falls notwendig eine Härtung (Brand) bei erhöhter Temperatur durchgeführt. Des weiteren wird beim Preßvorgang das in der Kunstharzscheibe enthaltene Bindemittel in die Keramikscheibe infiltriert und stellt dadurch eine Verbindung zwischen den Scheiben her. Für die Verbindung der Scheiben ist somit kein weiterer Zusatz in Form eines Bindemittels erforderlich. Die bei den keramischen Schichten verwendeten Materialien entsprechen dem Materialaufbau und in der Produktion dem Prozeß der Produktion einer Standardkeramikschleifscheibe inklusive Brennen. Hierbei können alle üblichen Scheifmittel wie z.B. Korund, Siliciumkarbid, Diamant, Borozon - vorzugsweise Edelkorunde und deren Mischung - verwendet werden. Die verwendete Korngröße liegt zwischen 30 und 1000 mesh. Die Dichte der Keramikschicht liegt zwischen 1 und 3 g/cm3.
Bei den Schichten, bei denen Kunstharz als Bindemittel verwendet wird, können alle bekannten Kunstharze und deren Mischungen verwendet werden. Insbesondere sind hier Epoxyde und Phenolharze zu nennen. Füllstoffe können hierbei enthalten sein. Wie bei den Keramikschichten können auch bei den Kunstharzschichten alle üblichen Schleifmittel wie z.B. Korund, Siliciumkarbid, Diamant, Borozon - vorzugsweise Edelkorunde - verwendet werden. Auch hier liegt die Korngröße zwischen 30 und 1000 mesh und die Dichte der Schicht zwischen 1 und 3 g/cm3. Die Figuren 1 und 2 zeigen, daß die äußeren Schichten 3 des Schichtenhonwerkzeugs vorzugsweise aus Kunstharz bestehen.
Nachdem ein in Fig. 2 dargestellter Rohling wie oben beschrieben gefertigt ist, wird er jeweils an die Form des zu honenden Werkstücks angepaßt. Dies geschieht unter Verwendung von geeigneten Bearbeitungswerkzeugen, z.B. aus Diamant. Da das fertige Honschleifwerkzeug beim Honen in der Regel linear entlang seiner Längsachse 6 hin und her bewegt wird, kann seine Schleifoberfläche 5 an nahezu alle Formen des zu bearbeitenden Werkstücks angepaßt werden.
Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Schichtenhonschleifwerkzeug für die Bearbeitung von Zahnrädern mit außen liegenden Zähnen gefertigt worden ist. Die innenliegenden Zähne 7 als Teil der Schleifoberfläche 5 des Schichtenhonschleifwerkzeugs weisen dabei eine Negativform der nicht dargestellten zu bearbeitenden Zähne des Werkstücks auf. Der Schichtaufbau und die Schichtabfolge der Schichten 1 ,2,3 entspricht der des in Fig. 2 dargestellten Rohlings.
Fig. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Schichtenhonschleifwerkzeugs, welches für die Bearbeitung von Zahnrädern mit innenliegenden Zähnen gefertigt worden ist. Für diese Aufgabenstellung müssen die Zähne 8 als Teil der Schleifoberfläche 5 des Schichtenhonschleifwerkzeugs an der Außenfläche des Schichtenhonschleifwerkzeugs liegen. Der Schichtaufbau entspricht wiederum dem des in Fig. 2 dargestellten Rohlings. Hierbei ist besonders hervorzuheben, daß sowohl in Fig. 3 als auch in Fig. 4 die Schichten durchgehend parallele Schichtgrenzflächen, welche senkrecht auf der Längsachse 6 stehen, aufweisen. Neben den in Fig. 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispielen ist bei dem erfindungsgemäßen Schichtenhonschleifwerkzeug grundsätzlich die Anpassung eines Rohlings an nahezu jede Querschnittsfläche des zu bearbeitenden Werkstücks (z.B. rechteckiger Querschnitt, ovaler Querschnitt usw.) möglich, da das Schichtenhonwerkzeug im Betrieb in der Regel nur eine lineare Hin- und Herbewegung entlang der Längsachse 6 ausführt. Hierbei ist es jedoch wichtig, daß die Schleifoberfläche 5 des Schichtenhonwerkzeugs entlang der Längsachse 6 nur im wesentlichen parallel zu der Längsachse liegende Schleifflächen aufweist.

Claims

Patentansprüche:
1. Honschleifwerkzeug mit Schleifmittel und Bindemittel, wobei das Honschleifwerkzeug zwei oder mehrere Schichten (1 , 2, 3) aufweist, die von der
Schleifoberfläche (5) angeschnitten sind, dadurch gekennzeichnet, daß das
Bindemittel der Schichten von zumindest zwei benachbarten Schichten verschieden ist, wobei zumindest diese beiden Schichten Schleifmittel enthalten.
2. Honschleifwerkzeug nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten eine konstante Dicke (4) aufweisen.
3. Honschleifwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke (4) der einzelnen Schichten zwischen 0,5 und 50 mm liegt.
4. Honschleifwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten abwechselnd Keramik (2) und Kunstharz (1 , 3) als jeweiliges Bindemittel der Schichten aufweisen.
5. Honschleifwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten (1 , 2, 3) des Honschleifwerkzeugs im wesentlichen durchgehend ausgebildet sind.
6. Honschleifwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtgrenzen im wesentlichen senkrecht auf der Schleifoberfläche (5) stehen.
7. Honschleifwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten Scheibenform aufweisen, wobei die einzelnen Scheiben aneinander liegen.
8. Honschleifwerkzeug mit einer Längsachse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifoberfläche (5) in Form eines Negativabdrucks des zu schleifenden Werkstücks ausgebildet ist, wobei die Schleifoberfläche (5) entlang der Längsachse (6) nur im wesentlichen parallel zu dieser liegende Schleifflächen aufweist.
9. Honschleifwerkzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachse (6) senkrecht zu den Schichtgrenzen verläuft.
10. Honschleifwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils äußersten Schichten (3) Kunstharz als Bindemittel aufweisen.
11. Honschleifwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß alle Schichten (1 , 2, 3) Schleifmittel enthalten.
12. Honschleifwerkzeug nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifmittel eine Korngröße zwischen 30 und 1000 mesh aufweisen.
13. Honschleifwerkzeug nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Schleifmittel Schleifkörner aufweisen, welche aus Karbid und/oder Diamant und/oder Borozon und/oder Edelkorunde und/oder deren Mischungen bestehen.
14. Honschleifwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Dichte zwischen 1 ,0 und 3,0 g /cm3 aufweist.
15. Honschleifwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß es gehärtet ist.
16. Honschleifwerkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichten (1 , 2, 3) parallel sind.
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