CH403538A - Schleifwerkzeug und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Description

      Schleifwerkzeug    und     Verfahren    zu dessen Herstellung    Die Erfindung     betrifft        eire    Schleifwerkzeug und  ein Verfahren     zu    dessen Herstellung.  



  Das erfindungsgemässe Schleifwerkzeug ist da  durch gekennzeichnet, dass der Kopf an einem     End-          teil    eines länglichen keramischen Schaftes von kleine  rem     Durchmesser        angesintert    oder -geschmolzen ist.  



  Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung  eines solchen Schleifwerkzeuges ist dadurch gekenn  zeichnet, dass man einen länglichen Schaft aus Ke  ramikmaterial bildet, eine ringförmige Masse von  keramischem Material um einen Endteil des Schaftes  verdichtet zur Bildung eines zylindrischen Kopfes und  das Ganze bei einer Temperatur brennt, die unter  halb der     Erweichungstemperatur    des Schaftes     liegt,     um den Kopf am Schaft     anzusintern    oder     anzu-          schmelzen.     



  Die Erfindung wird nun anhand     beiliegender     Zeichnung beispielsweise beschrieben.  



       Fig.    1 ist eine perspektivische Ansicht eines Aus  führungsbeispieles des     Schleifwerkzeuges,    und       Fig.    2 ist ein Längsschnitt eines Abschnittes des  in     Fig.    1 gezeigten Schleifwerkzeuges.  



  Das dargestellte Schleifwerkzeug hat einen zylin  drischen Kopf 1, der den Wirkteil bildet und den  Endteil eines Schaftes 2 von kleinerem Durchmesser  umgibt. Sowohl der Kopf wie auch der     Schaft    be  stehen aus keramischem Material und sind zusam  mengesintert oder -geschmolzen zur Bildung einer       monolytischen    oder einheitlichen Struktur. Ein bei  spielsweises Verfahren zur Herstellung des     Schleif-          werkzeuges    wird     nachfolgend,        beschrieben.     



  Zwischen dem Kopf und dem Schaft ist kein  besonderes Bindemittel     ( Cement )    vorhanden, so  mit kann der Schaft einen Durchmesser haben, der  nur wenig kleiner ist als derjenige des Kopfes, zwecks  Erzielung einer möglichst grossen Steifheit. Dem Um  stand, dass das     Keramikmaterial    von sich aus ein    sehr hohes     Elastizitätsmodul    hat, ist es zu verdanken,  dass der Schaft eine grosse Steifheit hat, und zwar  eine viel grössere als diejenige, die mit einem Schaft  aus Metall     erreichbar        wäre;    der     Elastizitätsmodul     beträgt nämlich mehr als 45 - los.

      Das bevorzugte     Keramikmaterial    für das Schleif  werkzeug ist ein Basismaterial, welches mindestens  85     Gew.        %    von Aluminiumoxyd enthält.     Vorzugsweise     soll der Werkzeugkopf eine grobkörnige poröse Struk  tur haben und soll der Schaft eine dichtere, nicht  poröse, feinkörnige Struktur haben,     somit    eine grö  ssere Festigkeit und ein höherer     Elastizitätsmodul.    Dies  kann erreicht werden durch einleitendes Formen  und Brennen des Schaftes aus     tonerdehaltigem    Aus  gangsmaterial, welches optimale Schafteigenschaften  ergibt, dann Einsetzen eines Endes des Schaftes in  einen geformten,

   aber noch ungebrannten     Ring,    der  aus     verhältnismässig        grobkörnigem,        tonerdehaltigem     Ausgangsmaterial geformt wurde, und     schlussend-          liehes    Brennen des Ganzen. Während des Brennens       wird    der     verhältnismässig    grobkörnige     Ring    gesintert,  damit er seine gewünschte Endstruktur erhält und zu  gleich eine starke, gesinterte oder     geschmolzene    Ver  bindung mit dem     inliegenden    Schaftteil ergibt.

   So  erhält man ein einheitliches     keramisches    Schleifwerk  zeug, bei dem sowohl der Schaft wie auch der  Kopf sehr erwünschte physikalische Eigenschaften  haben.    Das bevorzugte Keramikmaterial für den Schaft  enthält     mindestens    85     Gew.%    von     Aluminiumoxyd          und    ausserdem in üblicher Weise     Kornwachstums-          inhibitoren    oder Flurmittel wie     Silizium-    und     Erd-          alkalimetalloxyde.    Solche     Keramikmaterialien    bestehen  nach dem Brennen auf     Sintertemperatur    aus einer  

  dichten Masse von     Tonerdekristallen,    die direkt oder  über eine beim Brennen in     situ    gebildete     dünne              Zwischengitterlage    miteinander verbunden sind, und  sie haben eine sehr grosse Festigkeit und andere er  wünschte     physikalische    Eigenschaften. Keramikmate  rialien, die praktisch ausschliesslich aus Tonerde be  stehen, und solche, die einen kleinen Zusatz eines       Mineralisators    oder     Kornwachstumgsinhibitors    wie  etwa     Magnesiumoxyd    enthalten, sind auch gute  Schaftmaterialien.

      Die     Keramikmaterialzusammensetzung    für den  porösen Kopf des     Werkzeuges    kann eine solche sein,  wie sie üblicherweise für Schleifwerkzeuge verwendet  wird. Beispielsweise kann sie zu<B>100%</B> aus gesinter  tem     Aluminiumoxyd    oder glasgebundenem Alu  miniumoxyd bestehen, wobei die Korngrösse des Alu  miniumoxyds so gewählt ist, dass sich die gewünsch  ten Schleifeigenschaften ergeben. Im allgemeinen wird  eine verhältnismässig grobkörnige, poröse Struktur  bevorzugt. Für die Herstellung eines glasgebundenen       Aluminiumoxydkopfes    kann das Ausgangsmaterial  aus körnigem Aluminiumoxyd bestehen wie z. B.

    aus     Borolonit    oder tafelförmigem     Korund,    und einer  kleinen Menge von pulverförmigem Glas. In einem  anderen Fall kann das Ausgangsmaterial nebst Alu  miniumoxyd noch geringe Mengen von     Flussmitteln     enthalten, damit das Glas während des Brennens in       situ    gebildet wird.

   Es können aber auch andere       keramische    Schleifstoffe als Aluminiumoxyd Anwen  dung     finden.    Wenn die Werkzeuge nach dem bevor  zugten Verfahren hergestellt werden, bei welchem der  den Kopf bildende     Ring    auf einem     vorgebrannten     Schaft aufgebrannt wird, weil die Brenntemperatur  für den Kopf geringer sein muss als jene, die ein  Erweichen des Schaftes hervorrufen würde, so ist  die Zusammensetzung des für den Kopf gewählten       Materials    unter Berücksichtigung dieses Faktors zu  wählen.  



  Zum Formen des Schaftes und des Kopfes kann  irgendeines der Verfahren angewendet werden, die im  Keramikgewerbe üblicherweise Anwendung finden.  Beispielsweise kann der Schaft durch     isostatisches     oder anderes Formen oder durch     Extrudieren    gebildet  werden, wobei im letzteren Fall das Keramikaus  gangsmaterial zu einem Strang     extrudiert    wird, der  dann in Abschnitte der gewünschten Länge unter  teilt wird, welche Abschnitte dann geplant werden.  Der Kopf kann in einer Stahlmatrize     kaltgepresst     oder er kann durch die vorerwähnte sogenannte     iso-          statische    Formtechnik gebildet werden.

   Bei der letz  teren wird bekanntlich eine kleine Menge eines or  ganischen Bindemittels wie etwa Wachs dem Aus  gangsmaterial zugegeben, und die Masse wird dann  in Gummiformen     isostatisch    geformt zur Bildung von  Rohlingen, welch letztere anschliessend gebrannt wer  den zum Ausbrennen des Wachses und Sintern des       Keramikmaterials.    Bei der bevorzugten     Verfahrens-          weise    wird ein     vorgebrannter    Schaft in den ringför  migen, wachsgebundenen     Rohling    des Kopfes einge  setzt, bevor das     schlussendliche    Brennen vorgenom  men wird.    <I>Beispiel</I>  Das nachfolgende spezifische Beispiel erläutert  das erfindungsgemässe Verfahren.

   Eine Ausgangs  masse, die zu 99,8     Gew.    % aus Aluminiumoxyd (tafel  förmigem     Korund)    und etwa 0,2     rn        Magnesiumoxyd     besteht, wird in der Kugelmühle behandelt zur Bil  dung einer     innigen    Mischung, wobei schliesslich die  Korngrösse der Tonerde kleiner sein soll als etwa  10     Mikron    und für 90 % geringer als 5     Mikron.    Es  wird dann eine geringe Menge, etwa 3     GewA    von  Paraffinwachs als Bindemittel dem Ausgangsmaterial  innig zugemischt, und zwar durch Zugabe einer  Emulsion des Wachses in Wasser und anschliessendes  Trocknen.

   Die wachshaltige Masse wird dann in  Gummiformen     isostatisch    geformt zur Bildung von  kleinen Stangen. Sowohl die Länge als auch der  Durchmesser dieser Stangen wurden etwas grösser  gehalten als die entsprechenden Dimensionen des  Stückes im Endzustand, zwecks Berücksichtigung  des     Schrumpfens    während des nachfolgenden Bren  nens. Nach dem Formen wurden die Stangen während  24 Stunden bei l650  C gebrannt, zwecks     Austreibens     des Wachses und     Sinterns    des Keramikmaterials zu  einem dichten, ausserordentlich harten Teil. Die ge  sinterten Stangen haben ein     Elastizitätsmodul    von  etwa 50 - 106.  



  Zur Bildung des Werkzeugkopfes wird eine Aus  gangsmasse gebildet durch inniges Mischen von 34 g  Aluminiumoxyd     (Borolonitkörner)    mit<B> 100</B>     mesh -          Körnung,    6 g von pulverisiertem     Borsilikatglas    mit  einer  -325     mesh -Körnung    (Glaszusammensetzung  in     Gew.%:    65 %     Si02,    23 %     B203,    5 %     A1.,03,    7 %     Na20)     und 4 g Naphthalin, die in 10     cm3        Chloräthan    auf  gelöst sind.

   Nach dem     Zusammenmischen    wurde dem       Chloräthan    erlaubt, sich zu verflüchtigen, und es  wurden 2,4 g     Carboxymethylzellulose-Bindemittel,    in  Wasser aufgelöst der Masse beigemischt und an  schliessend dem Wasser erlaubt, sich zu verflüchtigen.  Die Aufgabe des Naphthalins bestand darin, einen  Füllstoff zu bilden, der während des nachträglichen       Trennens    ausgebrannt wird und dadurch eine poröse  Struktur zurücklässt.  



  Ein Teil dieser Masse wurde dann in die zylin  drische Öffnung einer Stahlmatrize gegeben, in wel  cher das Ende einer wie oben beschrieben erhal  tenen keramischen Stange konzentrisch eingesetzt  war. Mit     Hilfe    eines um den Endteil der Keramik  stange angeordneten     ringförmigen    Stempels wurde  dann ein Druck von etwa 700     kg/cm2    ausgeübt zum       Umformen    der Kopfmasse zu einem organisch gebun  denen, eigenständigen,     gleichmässig    gepressten Ring,  der den Endteil der Stange dicht umgibt.

   Das Ganze  wurde     dann.    aus der Stahlmatrize herausgenommen und  bei einer Temperatur von 900  C (welche Temperatur  in 30 Min. erreicht wurde) gebrannt zum Ausbrennen  des Naphthalins und des     Carboxymethylzellulose-          Bindemittels    und zum Sintern des Ringes, der da  durch in einen harten, zähen, porösen Zustand über  geht. Während des Brennens sinterte (oder     schmolz)     der Ring an den Endteil der Stange an zur Bildung      einer einheitlichen keramischen Struktur, bei der aus  einem zylindrischen Kopf ein länglicher Schaft gerin  geren Durchmessers herausragt.  



  Die Grösse des beim     Pressvorgang    ausgeübten  Druckes     hängt    natürlich von der gewünschten Po  rosität des Kopfes ab. Es können schon Drücke von  350     kg/cm2    genügen. Zur Gewährleistung einer  durchgehenden dauerhaften Verbindung zwischen  dem Schaft und dem Kopf, besonders, wenn nicht  allzu hohe Drücke beim Pressen des     Ringes    Anwen  dung finden, ist es erwünscht, den     Schaftendteil        mit     einer dünnen Glasschicht zu überziehen, die die glei  che     Zusammensetzung    haben kann wie jene des im  Ring verwendeten Glases,

   bevor der     Ring    um den       Schaftendteil    gebildet wird. Die genauen Werte der  Temperatur und das Programm beim Brennen hän  gen von der     Zusammensetzung    der Teile ab, die  zusammengebrannt werden, wie dies den Keramik  fachleuten wohlbekannt ist. Die Endabmessungen des  erhaltenen Werkzeuges waren die folgenden: Ge  samtlänge 63,5 mm, Länge des aus dem Kopf  herausragenden Schaftteiles 51 mm, Durchmesser  des Kopfes 7 mm, Durchmesser des Schaftes 5 mm.  Das Werkzeug konnte mit voller Wirksamkeit benützt  werden bis zur Abnützung des Kopfes auf einen  Durchmesser, der nur wenig grösser war als der  jenige des Schaftes.  



  Das erfindungsgemässe Werkzeug eignet sich be  sonders zum Schleifen und Polieren der Wandung  von     kleindurchmessrigen    Bohrungen, die genau zylin  drisch sein müssen auf ihrer ganzen Länge, wie dies  beispielsweise bei der Bohrung einer Brennstoffein  trittsdüse der Fall ist. Die innewohnende Steifheit des  keramischen Schaftes des Werkzeuges ist von grosser  Bedeutung zur     Innehaltung    enger Toleranzen bei der  Bearbeitung solcher Bohrungen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH 1 Schleifwerkzeug mit zylindrischem, keramischem Kopf, dadurch gekennzeichnet, dass der Kopf (1) an einem Endteil eines länglichen keramischen Schaf tes (2) von kleinerem Durchmesser angesintert oder -geschmolzen ist. UNTERANSPRÜCHE 1. Schleifwerkzeuge nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass die Keramikmaterialien des Kopfes und des Schaftes mindestens 85 Gew.% Aluminiumoxyd enthalten. 2. Schleifwerkzeug nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass der Kopf und der Schaft über eine Lage aus Glas miteinander verbunden sind. 3.

   Schleifwerkzeug nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass das Material des Kopfes eine grobkörnige poröse Struktur und dasjenige des Schaftes eine feinkörnige nichtporöse Struktur und ein hoher Elastizitätsmodul hat. 4. Schleifwerkzeug nach den Unteransprüchen 1 und 3. 5. Schleifwerkzeug nach den Unteransprüchen 2 und 3. 6. Schleifwerkzeug nach Unteranspruch 5, da durch gekennzeichnet, dass der Kopf aus glasgebun denem, grobkörnigem Aluminiumoxyd besteht.

   PATENTANSPRUCH Il Verfahren zur Herstellung eines Schleifwerkzeu- ges nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass man einen länglichen -Schaft (2) aus Keramik material bildet, eine ringförmige Masse von kerami schem Material um einen Endteil des Schaftes ver dichtet zur Bildung eines zylindrischen Kopfes (1) und das Ganze bei einer Temperatur brennt, die unterhalb der Erweichungstemperatur des Schaftes liegt, um den Kopf am Schaft anzusintern oder anzuschmelzen. UNTERANSPRüCHE 7.

   Verfahren nach Patentanspruch II, dadurch gekennzeichnet, dass das Keramikmaterial sowohl des Kopfes wie auch des Schaftes mindestens 85 Gew.% Aluminiumoxyd enthält. B. Verfahren nach Patentanspruch 1I, dadurch gekennzeichnet, dass man den Schaft aus feinkörni gem, nicht porösem Keramikmaterial bildet, zwecks Erhaltens eines hohen Elastizitätsmoduls und dass die zur Bildung des Kopfes dienende Masse, die man um einen Endteil des Schaftes verdichtet, ein grobkörni ges Keramikmaterial ist,

   das eine poröse Struktur ergibt. 9. Verfahren nach den Unteransprüchen 7 und B. 10. Verfahren nach Unteranspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass man den Kopf und den Schaft durch eine Glaslage miteinander verbindet. 11. Verfahren nach Unteranspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass man den Kopf aus glasgebun denem, grobkörnigem Aluminiumäthyl bildet.