DE2349326A1 - Schleifkorn und schleifkorngemisch - Google Patents

Description

Dr. Ludwig TSCHIPF und Dr. Franz HASTIK, beide in Wien (Österreich)

Schleifkorn und Schleifkorngemisch

Schleifkörner bestehen im Regelfall aus Korund ₂C₃), Siliziumkarbid (SiC), Berylliumoxyd (BeO), Borkarbid (B₄C), Borazon (BN) und Diamant (C), wobei durch das Mahlen zu verschiedenen Korngrößen die Kristalle

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ihre charakteristische Bruchgestalt erhalten.

Die zersplitterten und auf einen gewünschten mittleren Durchmesser klassierten Kristalle oder Körner werden durch ein Bindemittel zu Schleifkörpern verbunden, üblicherweise verwendet man als Bindemittel je nach Bearbeitungsfall Kerairik, Silikat, Gummi, Metall und Kunstharz. Bei der Herstellunn der Schleifkörper wird darauf geachtet, daß ein genügend großer Porenrauifl entsteht, wodurch die beim Beerbeitungsprozeß sich bildenden Späne entsprechend frei abwandern Vönnen. Durch die große Pelativcjeschwindigkeit zwischen dem Werkstück und dem Schleifkörper entstehen an der Zerspanungsstelle sehr hohe Temperaturen, die zu einer starken Erhitzung der wegfliegenden Späne f(ihren.

Der Vorteil der Schleifbearbeitung liegt darin, daß Werkstückoberflächen mit einer hohen Maß- und Formgenauigkeit und einergeringen Pauhtiefe wirtschaftlich hergestellt werden können. Gehärtete oder sonst einer Wärmebehandlung unterzogene Werkstücke können durch das Schleif verfahren spanabhabend bearbeitet werden, ohne daß dadurch der WMrmebehandlungseffekt verloren geht.

Nachteilig sind die ungünstigen Zerspanungsbedingungen an einem Einzelkorn, die zu einer ungenügend wirtschaftlichen Ausnützung der Schleifkörner führen. Infolge der natürlichen Bruchform der kleinen Schleifkörner ist nämlich der durchschnittliche Spanwinkel stark negativ. Die Spanbildung wird dadurch sehr erschwert und die erforderlichen großen Zerspanungskräfte führen zu einer hohen Erwärmung der Werkstückoberflache und der abwandernden Späne. Der Verschleiß der Schleifkörner ist deshalb durch die hohen Zerspanungstemperaturen und Kräfte entsprechend groß. Weiters verursacht die beim Zerspanungsprozeß auftretende Abnützung der Schleifkörner eine sich kontinuierlich vergrößernde Verschleißfläche an der Freifläche der Schneidkörper. Diese Verschleißfläche bewirkt wiederum starke Reibungskräfte, die in ihrer Größe die eigentlichen Zerspanungskräfte erreichen und sogar übertreffen können. Um das Anwachsen

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dieser Kräfte in Grenzen zu halten, wird die Schleifscheibe mit einem Abrichtwerkzeug in gewissen Zeitabständen neu abgerichtet und bzw. oder eine Schleifscheibe mit einer weichen Bindung verwendet. Beim Abrichten wird das Schleifkorn durch das Abrichtwerkzeug gebrochen, wodurch es die störenden Verschleißflachen verliert. Bei Anwendung einer weichen Bindung wird während des Schleifprozeßes bei Frreichen eines bestimmten Druckes das Schleifkorn aus dem Verband ausgebrochen, wodurch weiter im Inneren des Schleifkörpers befindliche Schleifkörner mit noch keiner oder nur geringer Verschleißfläche an die Oberfläche des Schleifkörpers gelangen und am Zerspanungsvorgang teilnehmen. Dieser Vorgang ist jedoch mit einem starken Schleifkörperverschleiß verbunden.

In besonders schwierigen Bearbeitungsfällen unterstützt man heute den Schleifprozeß elektrochemisch. Hiebei wird an Stelle einer gewöhnlichen Kühlflüssigkeit ein Elektrolyt verwendet.

Zur Verbesserung des Schleifprozesses wurde schon vorgeschlagen, dünnwandige hohlkugelförmige Schleifkörner gemeinsam mit konventionellem Schleifkorn, in Schleifscheiben gebunden, zu verwenden. Durch die Zugabe des hohlkugelförmigen Schleifkornes sollte zusätzlich zu der im Bindemittel vorhandenen Porosität weiterer Porenraum geschaffen werden, ohne daß durch diesen die Bindemittelmatrix merklich geschwächt wird. Für das Schleifen von Stahl wurde eine Grenze von 1-10 Gew.-% an hohlkugelförmigem Schleifkorn angegeben, womit lediglich ein kühleres Schleifen infolge des sich bildenden offeneren Gefüges am Schleifkörper erzielt werden konnte. Es sollten umso weniger Hohlkugeln angewendet werden, je höher der Anpreßdruck und die Arbeitsgeschwindigkeit sind, womit der Effekt der Zugabe hohlkugelförmiger Schleifkörper wieder verlorenging, bzw. stark vermindert wurde. Der Stand der

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Technik zeigt daher, daß der alleinige Einsatz von hohlkugelförmigem, dünnwandigen! Schleifkorn bekannter Ausführung keine günstigen Frgebnisse erwarten läßt. Diesem Mangel abzuhelfen ist eines der Ziele der vorliegenden Erfindung, die ein Schleifkorn in Form eines krummwandigen Körpers oder eines Bruchstückes eines solchen Körpers betrifft und dadurch gekennzeichnet ist, daß Wandstärke s und Durchmesser D so gewählt sind, daß ein K-Wert, der für s.D steht, innerhalb des in den Fig. 4 und 5 scharffierten Bereiches liegt, wobei als Wandstärke an einer beliebiaen Stelle, der an dieser Stelle normal zur krummen Oberfläche des Kornes gemessene Abstand zwischen den Kornwandungen und unter dem Durchmesser die unter einem Mikroskop erscheinenden Größtabmessung des Kornes verstanden wird und der Durchmesser zwischen O,O1 und 5 mm Heat. FrfindungsgemMß ausgebildete Schleifkörner eignen sich besonders zur Bearbeitung von schwer schleifbaren Materialien, wie z.B. gehortetem oder ungehärtetem, hochlegiertem Stahl. Das erfindungsgemSß ausgebildete Schleifkorn gibt bei seinem Einsatz günstige Spanwinkel, wodurch nur geringe thermische und mechanische Belastungen an der Zerspanungsstelle auftreten, sodaß besonders wärmeempfindliche Stähle vorteilhaft bearbeitet werden können. Versuche an einem Werkstück aus Ck 45 N ergaben eine Verminderung des Verschleisses an Schleifkorn bis auf 45 % des bisherigen Verschleisses. Weiters ist mit dem erfindungsgemäßen Schleifkorn eine gleichbleibende Verschleißflächensumme der Körner pro Oberflächeneinheit der Schleifscheibe während des Bearbeitungsvorganges erzielbar. Dadurch steigt die entsprechende Peibkraftkomponente während des fortschreitenden SchleifVorganges nicht an, sodaß keine wesentlichen Schleifkraftveränderungen auftreten. Die^ Schleifkräfte sowohl normal zur wie auch in Bearbeitungsrichtung sind bei Anwendung erfindungsgemäßen Schleifkornes kleiner als jene, die bei der gleichen Zerspanungsieistung mit vergleichbaren Schleifscheiben konventioneller Art gemessen werden. Bei

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Versuchen an Werkstücken aus gehärtetem X 210 Cr 12 konnte eine Verminderung der f^chleifkräfte an Schleifscheiben, die r-.it erfindungsgemäßem Korn bestückt waren, bis auf 25 % der bei konventionellen Schleifscheiben aufzuwendenden Schleifkräfte erzielt werden. Entsprechend diesen geringen Normal- und Umfangskräften kann sowohl die Formgenauigkeit der Werkstücke erhöht als auch mit der gleichen Antriebsleistung der Werkzeugmaschine eine höhere Zerspanungsleistung erreicht werden. Weiters kann ein Abrichten des Schleifkörpers zwecks Wiederherstellung der Griffigkeit der Oberfläche entfallen, sodaß die Standzeit und die Wirtschaftlichkeit des Schleifwerkzeuges erhöht wird. Da ein Anwachsen der Verschleißflächensumme pro Flächeneinheit infolge der schalenförmigen Körner nicht möglich ist, führt die Bearbeitung harter Werkstoffsorten nicht zum "Drücken" des Schleifkörpers, welches bisher durch entsprechende Wahl geeigneter Bindungshärten ausgeglichen werden mußte. Es ist darauf hinzuweisen, daß die angegebenen Effekte nicht nur bei Verwendung von mit dem erfindungsgemMßen Schleifkorn bestückten Schleifscheiben auftreten, sondern auch, wenn das Korn in loser Form, z.B. zum Läppen, verwendet wird.

Weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Schleifkorngemisch, das erf indungsoemiiße Schleif körner beinhaltet, wobei in erfindungsgemäßer Weise, das Gemisch mindestens zwei Kornarten mit unterschiedlichem K-Wert enthält, wobei das Verhältnis der K-Werte dieser Kornarten zwischen 1 und 100 lierrt und wobei der Anteil an krummwandigen Körpern oder Bruchstücken solcher Körper im Schleifkorngemisch mindestens 51 % beträgt und der Pest von üblichem vollem Schleifkorn gebildet wird. Der Vorteil des erfindungsgemäßen Gemisches liegt darin, daß alle Vorteile des erfindunasgemäßen Schleifkornes erhalten bleiben, durch die Mischung mit Körnern anderer Gestalt jedoch eine bedeutend höhere mechanische Festigkeit des Schleifkorngemisches erreicht wird, als sie

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mit dem erfindungsgemäßen Korn allein erreicht werden könnte, hohe Zerspanungsleistungen an harten und schwer schleifbaren Werkstoffen, wie zum Beispiel gehärteten oder ungehärteten hochlegierten Stählen sind dadurch möglich.

Die Frfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Fs. zeigt,

Fig. 1 einen Tfil eines Schleifkörpers, der hohle geschlossene Schlei fkörner , vermischt mit schalen formieren offenen Schleifkörnern enthält,

Fig. 2 einen Toil eines Schleifkörpers, der hohle geschlossene Schleifkörner vermischt mit schraubenförmigen Schleifkörnern enthält,

Fig. 3 ebenfalls einen Teil eines Schleifkörpers, der schalenform!ge offene Schleifkörner verschiedener Typen enthält, und die

Fig. 4 und 5 Diagramme, aus welchen der Bereich für den, für die Dimension des erfindungsgemäßen Kornes wesentliche K-Wert entnommen werden kann.

In Fig. 1 wird ein Schnitt durch einen Schleifkörper dargestellt, welcher einerseits aus hohlen geschlossenen Schloifkörnern 1 und andererseits aus schalenförmigen offenen Schleifkörnern 2 besteht, wie sich durch einen Splittervorgang von geschlossenen hohlen Schleifkörnern erhalten werden. Die Bindung wird mit 3 bezeichnet.

In Fig. 2 wird ein Schnitt durch ein Schleifkorngemisch dargestellt, welches einerseits aus hohlen geschlossenen Schleifkörnern 1 und andererseits aus schrauben· förir.igenFchleifkörnern 4 besteht.

In Fig. 3 wird ein Schnitt durch einen Schleifkörper mit hohlen offenen Schleifkörnern 2 vermischt mit ebenfalls hohlen offenen Schleifkörnern 5 dargestellt. Die hohle offene Gestalt wird durch einen Splittervorgang von hohlen geschlossenen Körnern erreicht. Die Schleifkörner 5 haben einen anderen K-Wert als die Schleifkörner 2. Die Rindung wird mit 3 bezeichnet.

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EAD ORfGSNAL

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Praktische Versuche zeigen, daß ein Festsetzen der Späne im Inneren des Schleifkornes nicht beobachtet wird. Die Ursache liegt einerseits in der extremen Kleinheit der Schleifspäne von durchschnittlich 3 ,um mittlerer ζ'uerabmessung und einer Länge von 0,7 mm zum angeschliffenen c'ffnungsdurchmesser der Hohlkörner mit durchschnittlich 100 ,um. Infolge der glatten Innenfläche des Schleifkornes und der ständig wirkenden Fliekräfte während des SchleifVorganges durch den Umlauf der Schleifscheibe werden die Späne sofort nach dem Verlassen der Zerspanunqszone aus der öffnung weggeschleudert.

Aus den Fig. 4 und 5 ist zu einem Durchmesser D des Sc4nleifkornes jeweils ein Bereich für den K-Wert zu entnehmen, wobei dann für den jeweils aus diesem Be-

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reich ausoewählten K-Wert zufolge der Beziehung k = s.D die Wandstärke des Kornes ermittelt werden kann oder aber aus dem, der.' jeweiligen Durchmesser zugeordneten K-Wertbereich der Bereich der Wandstärke ermittelt werden kann. So kann etwa aus Fig. 5 entnommen werden, daß einem Durchmesser von 1 mm ein Bereich des K-Wertes zwischen 0,06 und O,5 zugeordnet ist oder aufgrund von s = K.D die Wandstärke zwischen 0,Of- und 0,5 mm schwanken kann.

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Claims (5)

1. Patentansprüche:

   Π J Schleifkorn in Form eines krummwandigen Körpers oder eines Bruchstückes eines solchen Körpers, dadurch gekennzeichnet, daß Wandstärke s und Durchmesser D so gewählt sind, daß ein K-Wert, der für s.D steht, innerhalb des in den Fig. 4 und 5 schraffierten Bereichs liegt, wobei als Wandstärke an einer beliebigen Stelle, der an dieser Stelle normal zur krummen Oberfläche des Kornes gemessene Abstand zwischen den Kornwandungen und unter dem Durchmesser die unter einem Mikroskop erscheinende Größtabmessung des Kornes verstanden wird und der Durchmesser zwischen 0,01 und 5 mm liegt.
2. 2. Schleifkorngemisch beinhaltend Schleifkörner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gemisch mindestens zwei Kornarten mit unterschiedlichem K-Wert enthält, wobei das Verhältnis der K-Werte dieser Kornarten zwischen 1 und 100 liegt und daß der Anteil an krummwandigen Körpern oder Bruchstücken- solcher Körper im Schleifkorngemisch mindestens 51 % beträgt und der Pest von üblichem vollem Schleifkorn gebildet wird..
3. 3. Schleifkorngemisch nach .Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es hohle geschlossene Schleifkörner und schalenförmige offene Schleifkörner enthält (Fig. 1).
4. 4. SchleifkorngemiFch nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es hohle geschlossene Schleifkörner und F-chrauhenförmige Schleifkörner enthält (Fig. 2).
5. 5. Schleifkorngemisch nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es hohle offene Schleifkörner verschiedener Gattuno enthält (Fig. 3).

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