DE2411859A1

DE2411859A1 - Schleifscheibe

Info

Publication number: DE2411859A1
Application number: DE2411859A
Authority: DE
Inventors: Edgar Benjamin Carver; Richard Henry Sioui
Original assignee: Norton Co
Current assignee: Saint Gobain Abrasives Inc
Priority date: 1973-03-12
Filing date: 1974-03-12
Publication date: 1974-09-19
Also published as: JPS5047289A; GB1453650A; JPS5641390B2; FR2221235B1; FR2221235A1; US3868233A

Description

Die Erfindung betrifft Schleifscheiben mit einem mittleren Kern für Diamantsohleifscheiben Trockenschleifen bei relativ hohen Temperaturen und Belastungen, wobei die erfindungsgemäßen Kerne eine Kombination von Metallteilchen in Harz darstellen und hohe Wärmeleitfähigkeit, hohe Warmfestigkeit und leichte Abrichtbarkeit bewirken.

Kerne für Diamantscheiben zum Trockenschleifen enthalten bisher in der Hauptsache einen großen Anteil an Aluminiumpulver, einen mittleren Anteil an Kunststoff und einen geringen Anteil an Graphitpulver, welch letzterer zur Erleichterung des Abrichtens am Kern dient.

Aus der IJS-PS 2 150 886 ist ein Kern oder Montageteil für Diamantsohleifscheiben bekannt, bei dem es sich um einen Formkörper von relativ großen Anteilen Aluminiumpulver und relativ geringen Anteilen Kunstharz handelt. Bei diesen bekannten

409838/0846

Produkten war kein Graphit zur Erleichterung des Abrichtens des Montageteils vorgesehen, da dessen Form ein Abrichten nicht erforderlich machte.

Aus der GB-PS 1 099 703 ist ein Kern für Diamant- und andere Schleifscheiben bekannt, der aufgebaut ist aus einer relativ großen Menge an Kupferpulver und einer relativ geringen Menge an Kunstharz, ebenfalls ohne G-raphit für ein eventuelles Abrichten, da die Form des Kerns ein Abrichten nicht erforderlich machte.

Der US-PS 2 243 105 kann man eine Kombination eines Schleifteils j geformt um einen Metallträger entnehmen, wobei der Schleifteil Kupierpulver, Zinnpulver und ein harzartiges Bindemittel umfaßt und gemischt ist mit Diamantpulver. Es ist jedoch keine Kombination von Metallen und Harz zu entnehmen, ohne daß Schleifkorn vorhanden ist für das Herstellen von Kernen für Schleifscheiben.

Die Erfindung betrifft nun Kerne für Schleifscheiben, die aufgebaut sind aus bis zu 90 Vol.-$ Aluminium-und/oder Kupferpulver, damit der Kern eine relativ hohe Wärmeleitfähigkeit besitzt und bis herunter zu 5 Vol.-^ Harz als Bindemittel und 2 bis 35 YoI.-^ Zinn und/_oder Zinnlegierung als zusätzlicher Binder. Dadurch erreicht man relativ hohe Festigkeit bei relativ hohen Temperaturen im Kern und auch die Möglichkeit der Abrichtung. Schließlich sind 2 bis 10 Vol.-^ festes Schmiermittel zur Verbesserung der Abrichtbarkeit vorgesehen in Form von Graphit, hexagonalem Bornitrid und/oder Polytetrafluoräthylen.

Die erfindungsgemäßen Schleifscheiben zeichnen sich durch hohe Wärmeleitfähigkeit, relativ hohe Festigkeit bei relativ hoher Temperatur und guter Abrichtbarkeit des Kern aus. Durch die erfindungsgemäßen Kerne wird die Leistungsfähigkeit der Schleifscheiben bei gleichzeitiger Verringerung der Leistungsaufnahme verbessert.

409838/0846

. . In der beiliegenden Pig. ist in Seitenansicht eine !Topfschleifscheibe mit einem Kern nach der Erfindung dargestellt. Die Hopfschleifscheibe 10 umfaßt den Kern 12, auf dem ein Diamantsohleifteil 14 am Umfang vorgesehen ist. ^er Kern hat eine konische Seitenwand 16 und eine ebene Rückwand 18 mit einer Mittelbohrung 22, mit deren Hilfe die Schleifscheibe an die Antriebswelle fixiert werden kann. 24 bezeichnet den Bereich der Seitenwand 16 in unmittelbarer Nachbarschaft des Diamantschieifteils 14, welches von Zeit zu Zeit bei fortschreitendem Verschleiß des- Diamantteils abgerichtet werden muß, um entsprechenden Abstand zwischen Kern 12 und dem zu bearbeitenden Werkstück sicherzustellen. Das Abrichten· geschieht am leichtesten mit einem händischen oder montierten Abrichtwerkzeug, weniger leicht mit einem händischea Abrichtstein.

Der erfindungsgemäße Kern soll aufgebaut sein aus 40 bis 90 Vol-$ Aluminium- und /oder Kupferpulver, 35 bis 2 V0I.-56 Zinn und/oder Zinnlegierung und 30 bis 5 Vol.-$ Kunststoffpulver, wobei noch 0 bis 15 V0I.-7S eines festen Schmiermittels in Form von Graphit, hexagonalem Bornitrid und/oder Polytetrafluoräthylen vorliegen können. Die bevorzugten Mengenanteile hängen von der Herstellungsweise der Schleifscheibe ab. Es gibt dazu zwei grundsätzliche Methoden.

Nach der ersten Methode wird der Kern zuerst geformt und dann das Materialgemisch für den Schleifteil in eine Umfangausuehraung des Kerns eingebracht und um den Kern geformt. Dazu wird eine entsprechende Kernform mit einem trockenen Gemisch der Metallkomponenten, des Harzes und des festen Schmiermittels gefüllt, der Kern kalt unter einem Druck von etwa

ρ
530 kg/cm gepreßt, entformt und am Umfang die entsprechende Ausnehmung in der Wand 16 für den Sohleifteil 14 eingearbeitet.

Der Schleifteil 14 kann beispielsweise aus einem Gemisch von Diamant und Harz als Bindemittel bestehen, welches die

- 4 409838/0846

Ausnehmung atefüllt, wenn der Kern in die Porm zurückgebracht wird. Unj eine integrale Verbindung zwischen Schleifteil und Kern zu erreichen, wird der Schleifteil 20 rain bei 16O⁰C unter einem Druck von 70-420 kg/ca , abhängig von der Größe und der Zusammensetzung des Sohle ifteils, heiß gepreßt. "

Nach dem Entfernen wird 12 bis 38 h bei 160 bis 22O⁰C nachgehärtet, abhängig von dem Anwendungsgebiet der Schleifscheibe, wobei Temperatur und Zeit in üblicher Weise festgesetzt werden.

Eine Abwandlung besteht darin, daß zuerst der Kern bei 16O⁰C 20 min unter einem Druck von 280 kg/cm heiß gepreßt, aisgeformt, die Ausnehmungen für die Schleifteile 14 in der Wand 16 eingearbeitet, der Kern wieder in die IOrm eingesetzt, der verbliebene Hohlraum mit der Masse für den Schleifteil erfüllt und dieser dann - wie oben beschrieben - geformt und gehärtet wird, in der Annahme, daß der Schleifteil auch hier aus einem Gemisch von Schleifkorn und Harz besteht.

Die Zusammensetzung für das Kernmaterial zur Herstellung nach der ersten Methode besteht vorzugsv/eise aus 58 bis 80 YoI.-$ Aluminium- und/oder Kupferpulver, 16 bis 8 YoI.-$ Zinn und/oder Zinnlegierung, 16 bis 8-Yol.-$ Harz und 2 bis 10 YoI.-# festes Schmiermittel.

Wird kein festes Schmiermittel angewandt und soll die Masse nach der ersten Methode verarbeitet werden, so enthält sie vorzugsweise 84 bis 68 Vol.-jS Aluminium- und/oder Kupferpulver, 8 bis 16 Vol.-$ Zinn und/oder Zinnlegierung, 8 bis 16 YoI.-# Harz, Diese modifizierte Zusammensetzung ist nicht ganz so wünschenswert wie obige, da sie etwas schwieriger abzurichten ist.

409838/0848

2Λ11859

Für die erste Verarbeitungsoietiiode ist offensichtlich die optimale Zusammensetzung 66 YoI.-JiS Aluminium- und/oder Kupferpulver, 12 Vol.-^ Zinn und/oder Zinnlegierung, 13,3 Vol.-# Harz, 0,7 Vol.-?£ Kalb, 4 YoI.-# Graphit und 4- Vol.-# Polytetrafluorethylen. Die modifizierte Kasse enthält dann 76 Vol.-$ Aluminium-- und/oder Kupferpulver, 12 Vol.-# Zinn und/oder Zinnlegierung und 12 Vol.-56 Harz,

Bei der zweiten Herstellungmethode der Schleifscheibe wird der ringförmige Schleifteil mit harsgebundenen Diamantteilchen zuerst abgeformt und vollständig gehärtet. Dann wird er eingelegt ia den Boden der Kernform, an die Zwischenfläche gegen des Korn ein Überzug aus Phenol oder Epoxykleber aufgebracht und dann die Form mit des trockenen Gemisch von Metall- und Harzteilchen sowie Schmiermittel gefüllt. Zur integralen Verbindung des ringförmigen Schleif~ teils oit dem Kern wird dieser heiß gepreßt bei 16Q⁰CJ unter einem Druck von 280 kg/cm*" während 20 min.

Eine Abwandlung dieser zweiten Methode besteht darin, daß der ringförmige Schleifteil aus harzgebundenen Diamantteilchen zuerst abgeformt, jeöoch noch nicht vollständig gehärtet wird, woraufhin das Kernmaterial um den Ring herum geformt wird. Mach dem Ausformen werden sie dann beide nachgehärtet, wie dies bei der ersten Methode erwähnt wurde.

Pur die zweite Verarbeitunsmethode enthält das Kernmaterial vorzugsweise 70 "bis 54 Vol.-^ Aluminium- und/oder Kupferpulver, 8 bis 16 V0I.-3S Zinn oder Zinnlegierung, 14 bis 22 Vol.-# Harz und 2 bis 10 YoI.-# festes Schmiermittel.

Bei der modifizierten Ausführungsform ohne Schmiermittel ist dann der Anteil an Aluminium- und/oder Kupferpulver 74 bis 58 Vol.-$ neben 8 bis 16 ToI.-96 Zinn und/oder Zinnlegierung und 18 bis 26 V0I.-9& Harz. Die daraus erstellten

_ 6-468838/0846

Schleifscheiben lassen sich weniger leicht abrichten.

Die optimale modifizierte Zusammensetzung der Kernmasse für die sv/eite Methode ist 66 Vol.-$ Aluminium- und/oder Kupferpulver, 12 V0I.-5S Zinn oder Zinnlegierung-und 22 YoI.-^ Harz.

Wenn nach einer der obigen Herstellungsmethoden der erfindungsgemäße Kern mit dem Schleifteil vor dessen Aushärtung zusammengebracht wird, so gibt das harzhaltige Kernmaterial v/ährend des Kachhärtens flüchtige Gase ab, die zu einem Reißen und Aufblähen des Kerns führen können. Um dies zu vermeiden, wird bis zu 15 Gew.-/* des Harzes im Kernmaterial Kalk eingesetzt, der die sich während des Härtens des Harzes bildenden flüchtigen Gase aufnimmt.

Die breiteste Zusammensetzung des Kernmaterials nach obigen Ausführungen umfaßt bis zu 30 YoI,-fo des Kerns an Harz, der äquivalente Kernanteil beträgt bis zu 1,9 "Vol.-^ des Korns an das Harz ersetzendem Kalk. Pur die erste Verfahrensweise enthält der Kern Material bis zu 16 VoI.-$ des Kerns an Harz und das äquivalente Kalkvolumen ist bis zu 1 YoI.-^ des Kerns an das Harz ersetzendem Kalk. Pur die zweite Methode liegen die Werte bei 26 YoI.-^ Harz bzw. bis zu 1,6 Vol.-$£ des Kerns an das Harz ersetzendem Kalk.

Mach der optimalen Zusammensetzung des Kernmaterials für das erste Verarbeitungsverfahren sind 12 Vol.-$ des Kerns Harz und 0,6 Vol.-$ Harz ersetzender Kalk.

Es zeigte sich, daß die Korngröße der MeiäLlkomponenten bei dem Kernmaterial nicht kritisch ist. Bevorzugt v/endet man jedoch keine Pulver über 1 mm an. Die maximale Teilchengröße des Harzes soll in der Größenordnung von 0,5 mm oder darunter liegen. Zufriedenstellende Ergebnisse erreicht man

- 7 409838/0846

2Λ11859

mit Aluoiniurnteilchen von maximal 32 /4ίβ, Zinnteilchen" gleicher Größenordnung und Harzteilchen von maximal 76

Da Aluminium und Kupfer im -wesentlichen gleiche Wärme- -leitfähigkeit besitzen, können sie sich ersetzen, oder werden im Gemisch angewandt. Da Kupfer dreimal schwerer ist als Aluminium, so besitzt ein Kern rait Kupfer anstelle von Aluminium wesentlich größere Irägheit, was zweckmäßig ist, um die Laufgeschwindigkeit der Schleifscheibe bei äußerer Kraftzufuhr leichtor konstant zu halten. ·

vVon qde.iL>

AnstelleYzusätziich zu dem Zinn kann man auch eine Zinnlegierung anwenden, vorausgesetzt, daß diese die Festigkeit und Abrichtbarkeit des Zinns zeigt. Um diese Forderung zu erfüllen, sollte sie einen Schmelzpunkt von maximal 35O⁰C besitzen. Beispiele für solche Zinnlegierungen sind 75 i<> Zinn, 25 % Zink oder 60 fo Zinn, 30 fo Zink und 10 % Cadmium.

Die Anwesenheit eines bestimmten Volumens von festen Schmiermittel ist nicht absolut erforderlich, jedoch zeigt, das Kernmaterial ohne Schmiermittel weniger gute Abrichtbarkeit

Ob zwar die Abrichtbarkeit des Kernmaterials nach der Erfindung erhöht werden kann durch Vergrößerung des Yolumenanteils an Zinnoder Zinnlegierung auf Kosten des Volumenanteils an Aluminium- und/oder Kupferpulver, so ist eine Steigerung der Abrichtbarkeit durch Erhöhen des Zinnanteils relativ unerwünscht, da dieses große Volumen an Zinn- oder Zinnlegierung zu relativ unerwünschtem Arbeitsbedingungen führt, wie große Späne, die während des Kernabrichtens auf den Arbeiter fliegen. Die relativ hohe Festigkeit bei relativ hohen Temperaturen des Kernmaterials nach der Erfindung gegenüber üblichem Kernmaterial geht aus folgender Tabelle hervor:

409838/0846

— ο —

Kern- Material	VoI des	Gemisches	Biegefestigkeit bei (psi) kg/cm2	150	⁰C
			RT 100°0
Vergleich (7 i° Porosität)				(4	000)
Aluminium	58	,1 $>	(12 400) (9 700)		280
Graphit	15	,8 $>	870 680
Phenolharz	26	• 1 JO

Erf.gem.I

(10 ^ Porosität)

Aluminium 68 fo (11 000) (8 000) (6 500) Zinn 12 g 770 560 455

Phenolharz 12 $ Graphit 4 # Polytetrafluoräthylen

Erf.gem.I mo difiziert (12 5^ Porosität)	76 £
Aluminium	12 $>
Zinn	12 ύ
Phenolharz

(12 100) (11 800) (10 700) 850 830 750

Erf.gem.II

modifiziert

(12 9δ Porosität)

Aluminium 66 $ (12 300) (11 000) (10 800) Zinn 12 % 860 770 760

Phenolharz 22 %

— 9 — 409838/0846

Bei den Wärmeleitmessungen ergab sich, daß ein nach der modifizierten 1 * Methode hergestellte Kern zu einer 78 $ besseren Leitfähigkeit als bekannte Kerne führt. Dadurch wird die Lebensdauer der Schleifscheibe durch Verringerung der Temperatur an der Schleiffläche verbessert. Darüberhinaus benötigt eire solche erfindungsgemäße Schleifscheibe um etwa 10 $ weniger Antriebsenergie als üblich, Das G-Yerhältnis ist um etwa 10 fo größer (Verhältnis des abgetragenen Metalls zum Schleifseheibenverschleiß).

Anstelle des obigen Phenolharzes können auch andere wärmehärtende Harze angewandt werden, wie Alkyd^ Melaminformaldehyd-,' Polyester·! Έ^οχγγ Siliconharze und unschmelzbare Polyimidharze. Die Art des angewandten Bindemittels ist nicht kritisch. Grundsätzlich, kann ein übliches thermoplastisches Harz eben- ■ falls angewandt werden, wenn eine relativ hohe Festigkeit des Kerns bei relativ hoher Temperatur nicht kritisch ist. Ij Sinngemäß kann im Schleifteil außer Diamant auch ein anderes beliebiges Schleifmittel,wie kubisches Bornitrid vorliegen. Das Schleifteil in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Kern, kann Diamant oder anderes Schleifkorn gegebenenfalls im Gemisch mit Metallpulvern als Bindemittel enthalten und wird nach der zweiten oben beschriebenen Methode mit dem Kernmaterial zu der Schleifscheibe verarbeitet. Es ist aber auch möglich, die erste Methode mit Kaltpressen des Kerns anzuwenden. Schließlich kann auch eine glasige Bindung der Di'amant-

teilchen^

techen^
oder Schleifmittel/mit Fixierung des Schleifteils am Kern nach der zweiten Methode der Schleifscheibenherstellung zur Anwendung gelangen.

Patentansprüche

409838/0846

Claims

P a tentansp rüche

1. ) Sohleifsoheibe, aufgebaut aus einem Kern und einem sich über den Umfang erstreckenden Schleifteil, wobei der Kern aus Harz gebundenem Metallpulver besteht, dadurch gekennzeichnet , daß er 90 bis 40 YoI.-$ Aluminium-und/oder Kupferpulver, 2 bis 35 VoI*-$ Zinn- und/oder Zinnlegierung mit einer Sohmeistemperatür von maximal 35O⁰C und 5 bis 30 Vol.-$ Harz enthält.

2.

Schleifscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß im Kern bis zu 15 Gew.-/S des Harzes durch Kalk ersetzt sind.

3·

Schleifscheibe nach Anspruch 1 oder 2_f dadurch

gekennzeichnet , daß der Kern 84 bis 68 Aluminiusi-und/oder Kupferpulver und 8 bis 16 VoI.-$ Zinn und/oder Zinnlegierung sowie 8 bis 16 Vol.-# Harz enthält.

4· Schleifscheibe nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet , daß im Kern das Harz ein wärinehärtendes ist.

5. Schleifscheibe nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß im Kern bis zu 1 Vol.-$6 des Harzes durch Kalk ersetzt ist»

6. Schleifscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß im Kern 76 Vol.-?& Aluminium- und/oder Kupferpulver, 12 VoI«-$ Zinn und/oder Zinnlegierung und 12 YoI.-# Harz enthalten sind.

409838/084

7· Schleifscheibe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß das Harz ein Phenolharz im Kern ist.

8. Schleifscheibe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß im Kern 0,4 Vol.-$ Harz durch Kalk ersetzt sind.

9. Schleifscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Kern 74 bj,s 58 Vol.-$ Aluminium- und/oder Kupferpulver, 8 bis 16 Vol.-$ Zinn und/oder Zinnlegierung und 18 bis 26 Vol.-fo Harz, vorzugsweise ein wärmehärtendes Harz enthält und gegebenenfalls bis zu 1 Vol.-$ des Harzes durch Kalk ersetzt ist.

10. Schleifscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Kern 66 Vol.-$ Aluminium-und/oder Kupferpulver, 12 Vol.-$ Zinn und/oder Zinnlegierung und 22 VoI.-Harz, insbesondere ein Phenolharz enthält.

11. Schleifscheibe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Kern bis zu 15 V0I.-5& festes Schmiermittel in Form von Graphit, hexagonalem Bornitrid und/oder Polytetrafluoräthylen enthält.

12. Schleifscheibe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , daß im Kern bis zu 15 Gew.-$ des Harzes durch Kalk ersetzt sind.

13· Schleifscheibe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß im Kern 80 bis 58 Vol.-# Aluminium-und/oder Kupferpulver, 8 bis 16 Vol.-jS Zinn und/oder Zinnlegierung, 8 bis 16 YoI.-fo Harz und 2 bis 10 Vol.-56 festes Schmiermittel enthalten sind, wobei das Harz vorzugsweise ein Wärmehärtendes ist und gegebenenfalls bis zu 1 Vol.-jS des Harzes durch Kalk ersetzt wurden.

409838/0846 - 3 -

2Λ11859

14· Schleifscheibe Dach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß im Kern 66 Vol.-$ Aluminium- und/oder Kupferpulver, 12 YoI.-^ Zinn und/oder Zinnlegie-

¹^* tKaXlc, 4-, Vol.-C/

rung, 14 Vol.-# Harz ,bis zu 0,7" VoI. -$Yu-raphit und 4 V öl.-J Polytetrafluoräthylen enthalten sind, wobei das Harz vorzugsweise ein phenollseh.es Ist und gegebenenfalls bis zu 0,6 Vol.-fo des Harzes durch Kalk ersetzt wurden.

15· Schleifscheibe nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet _f daß im Kern 70 bis 54 Vol.-^ Aluminium-und/oder Kupferpulver, 8 bis 16 Vol.-$ Zinn und/oder Zinnlegierung, 14 bis 22 YoI.-fo Harz und 2 bis 10 Vol.-?£ festes Schmiermittel enthalten sind, wobei das Harz vorzugsweise ein wärmehärtendes und gegebenenfalls bis zu 1 Vol.-?£ des Harzes durch Kalk ersetzt ist.

409838/0846