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VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON AGGREGLERTEN SCHLEIFKÖRNERN Die Erfindung
bezieht sich auf überharte Kunstwerkstoffe, Insbesondere bezieht sich die Erfindung
auf Verfahren zur Herstellung von aggregierten Schleifkörnern.
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Aggregierte Körner sind ein Komplex, bestehend aus zwei beziehungsweise
mehreren Elementarkörnern des Schleifmaterials, die miteinander mittels eines anderen
Werkstoffes verbunden sind, der als Bindemittel dient. Als Bindemittel können unter
anderem Metaue (Legierungen), Glas verwendet werden, wobel Metalle (Leglerungen)
elne festere Verbindung sichern, und deshalb ;Lst ihre Ausnutzung bedeutend praktischer
im Vergleich zum Glas.
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Aggregierte Körner werden bei der Fertigung verschiedenartiger Zerspan
ungswerkzeuge (zum Beispiel von Schleifscheiben und
anderen), die
für die Arbeit mit harten Werkstoffen geeignet sind, verwendet.
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Mit unserer Erfindung vervollkommnen wir aggregierte Körner mit Metallbindung.
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Gegenwärtig Ist ein Verfahren zur Herstellung von aggregierten Diamant
körnern bekannt, bestehend darln, daß ein Gemxsch dem aus Diamantpulver und einen
oder anderen Metallpulver, insbesondere aus Niokel, Kupfer, Kobalt oder ihren Legierungen,
wo Kupfer in der Regel die Hauptkomponente ist, gepreßt und danach gesintert wird
und das Diamantpulver in einem solchen Verhältnis genommen wlrdt daß die Ausfüllung
der Hohlräume zwischen Diamant teilchen gesichert wird. Der gewonnene Agglomeratkuchen,
der einen dichten Schleifkörper darstellt, wird nach der Abkühlung zerkleinert,
wodurch aggregierte Diamantkörner entstehen (zum Beispiel Patent in England Nr.
491659 vom 6. @ärz 1937, Klasse C4V).
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Der Hauptnachteil des obenbeschriebenen Verfahrens besteht darin,
daß die hierdurch hergestellten aggregierten Körner sich durch eine kompakte gleichachsige
Form auszeichnen, was keine feste Bindung derselben in der Matrize eines Werkzeuges,
lnsbesondere einer organischen Matrize, gewährleistet. Ein nicht weniger hedeutender
Nachteil desselben Verfahrens ist die ungenugend hohe Festigkeit des aggregierten
Kornes, die auf dle nicht feste Verbindung der Schleifkorner , Insbesondere der
Diamantdem körner, mit Metall zurückzuführen ist, was bei der Arbeit zu einer
schnellen
Zerstörung des aggregierten Rornes bis zu Elementarkörnern führt, Bekannt ist auch
ein Verfahren zur Herstellung von aggregierten Diamantkörnern durch Warmpressen
eines Gemisches aus Diamant-und Nickelpulver (s. beispielsweise englisches Patent
Er. 1247764, Klasse C4V). Diesem Verfahren haften die Nachteile des obenbeschriebenen
Verlahrens an.
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Bekannt ist ebenfalls ein Verfahren zur Herstellung von aggregierten
Diamantkörnern unter Zuhilfenahme eines galvanischen Überzuge von Elementarkörnern
eines Diamantkörpers mit einer Metallschicht, üblicherweise von Kupfer oder Nickel;
bei einer ausreichenden menge des auf die Schleifkörner aufgetragenen Netalls bilden
sich aggregierte Körner (zum Beispiels Patent Englands Nr. 1247764, Klasse C4V).
Diesem Verfahren haften ebenfalls die Nachteile der obenbeschriebenen Verfahren
an.
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Die Erfindung hat die Beseitigung der genannten Nachteile der bekannten
Verfahren zum Ziel.
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Der Erfindung liegt dle Aufgabe zugrunde, ein derartiges Verfahren
zur Herstellung von aggregierten Schleifkörnern zu entwikkeln, das zur - Bildung
einer porösen Struktur im Agglomeratkuchen mit vorwiegender Ansammlung des Metals
an den Stoßflächen der Körner führt. In dlesem Falle erhält man bel der nachfolgenden
Zerkleinerung des Agglomeratkuchens aggreglerte Körner mit verzweigter Oberfläche.
Das gewährleistet elne feste -er-Haltung des aggregierten Kornes in der Matrize
eines Werkzeuges.
Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß
bel der Herbes der stellung von aggregierten Schleifkornern, v das Gemlsch aus Schleif-
und Metallpulver in Anwesenheit der flüssigen Phass gesintert wird und der gewonnene
Agglomeratkuchen zerkleinert wird, erfindungsgemäß das Pulvergemisch in freiem Schüttzustand
gesintert wird.
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Zur Absicherung eines erforderlichen Grades der Benetzbarkeit von
Elementarkörnern mit @etall und zur Erhöhung der Festigkeit der Verbindung einzelner
Elementarkörner miteinander wird die Sinterung des Cemlsches in Anwesenheit des
Zusatzes von Titan und/ oder Zirkonium, und/oder Chrom, und/oder Vanadium, und/oder
Silizium geführt. Durch die Zusammensinterung der @ulver in freiem Schüttzustand
unter Dampfentwicklung bei der Einführung der obengenannten Zusätze bildet sich
an der Oberfläche der Schleifteilcher elne feine mit Ihrer Oberfläche chemisch verbundens
Folie, die zur Beseitigung verschiedener Oberflächenfehier eines Schleifkornes beiträgt
und dadurch Elementarkörner verfestigt, indem ihre Festigkeit um das 1,5-2fache
erhöht wird, sowie die Körner miteinander fest verbindet.
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Ein Zusataz wird konkret in einer Menge von 5-10% zum Gewicht des
Hauptmetallpulvers eingeführt.
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Nachstehend wird eine eingehende Beschreibung der Erfindung angeführt,
die an Hand konkreter Beispiele der Realisierung des Verfahrens mit Angabe der Kennlinien
der gewonnenen Schleifkörner sowle an Hand einer Zeichnung näher erläutert wird,
auf der schematisch
in vergrößertem Maßstab ein aggregiertes Schleifkorn
abgebildet ist, das erfindungsgemäß gewonnen wurde Zur Herstellung aggregierter
Schleifkörner werden Schleifpulver, zum Beispiel Diamantpulver, des kubischen Bornitrids,
Borkarbids und andere verwendet, dle getrennt oder im Gemisch genommen werden können.
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Der Dispersionsgradder Schleifpulver ist für die Erfindung von keiner
Bedeutung, das heißt, daß dieser beliebig, geeignet für diese Prozesse sein kann.
Als Bindemittel können verschiedene Metalle und Legierungen zum Beispiel solche
wie Kupfer, Zinn, Nickel, Kobalt, Eisen und andere sowie Legierungen aus Kupfer,
und Silber, aus Kupfer und Zinn usw, genommen werden.
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Die Verwendung der obengenannten Metalle und Legierungen bei Gewinnung
aggregierter Schleifkörner im Sinterungsverfahren ist genügend bekannt; deswegen
fuhren wir die Beschreibung der von uns eingesetzten Legierungen nicht an, da fur
unser Verfahren keine besonderen Legierungen gegenüber den bekannten Legierungen
erforderlich sind.
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Bel. der Realisierung unseres Verfahrens können das Schleifpulver
und Metallpulver in einem solchen Verhältnis vermischt wie es @ @ und werden, @
für analoge Verfahren @blich geeignet ist.
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Dieses Verhältnis liegt im Bereich von 4:1 bis 1:5 (volumenmaßig),
wo die ersten Ziffern in jedem Verhaltnis der Menge des Schleifpulvers, und die
zweiten Ziffern der Menge des Metallpulvers
entsprechen.
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Als optimal halten wir für unser Verfahren das Verhältnis, das im
Bereich von 4:1 bis 1:1,5 liegt.
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Nach der Qualität wird ein Metall oder eine Legierung für Bindemittel
bekanntlich in Abhängigkeit von der Natur des Schleif.
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werkstoffes gewählt Das Verfahren zur Wahl eines Metalls als Bindemittel
wlrd nachstehend an Hand der Beispiele illustriert.
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Es ist äußerst zweckmäßig, dle Sinterung von Schleift und Metallpulver
in Anwesenheit solcher Zusätze wie Titan, Silizium, Zirkonium, Chrom und Vanadium
zu führen. Der jeweilige Zusatz und seine Menge wird in Abhängigkeit von der Natur
des Schleifwerkstoffes gewählt. So ist zum Beispiel zweckmäßigerweise für Diamantpulver
als Zusatz Titan anzuwenden. Für ein Gemisch von Diamantpulvern und des Borkarbids
vorzugsweise ist der Zirkoniumzusatz zu verwenden.
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Verfahren Nachstehend wird in den Beispielen das v rur die Wahl von
Zusätzen in Abhängigkeit von der Art eines Schleifpulvers angeführt. Die Zusatze
werden praktisch einzeln eingeführt. ihre Verwendung als Gemisch bringt keinen einigermaßen
wesentlichen positiven Effekt. Die Zusätze in Pulverform werden gewöhnlich in das
Pulver des Metall-Bindemittels vor seiner Vermischung mlt dem Schleifpulver eingeführt.
Es ist auch die Möglichkeit nicht ausge schlossen, den Zusatz nach dem Vermischen
des Pulvers des Metall-Bindemittels mit dem Schleifpulver einzuführen. Empfehlenswert
1st
der Zusatz in einer Menge von 5-10% über dle 100% zum Gewucht des Metallpulver-Bindemitels
, das heißt des Hauptmetallpulvers hlnaus einzuführen. Das auf diese oder andere
Weise zubereitete Gemisch von Pulvern wird in freiem Schüttzustand im Schutzmedium
oder im Vakuum bei einer solchen Temperatur gesintert, daß das Schmelzen des Metall-Bindemittels
erfolgt, das heißt, daß dLe Sinterung in Anwesenheit der flüssigen Phase des Metall-Bindemittels
geführt wird. Bekanntlich hängt die Temperatur der Sinterung von der Natur des Metall-Bindemittels
und des Schleifwerkstoffes ab und beträgt gewbhnlich von 800 bis 12000C.
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Im Prozeß der Sinterung wird die Temperatur im notwendigen Bereich
bis zum vollständigen Niederschmelzen des Metall-Bindemittels gehalten. Der gewonnene
Agglomeratkuchen weist poröse Struktur auf. Nach Abkühlung im Vakuum wird der Agglomeratkuchen
auf übliche Weise an der Luft zerkleinert, wodurch man aggregierte Körner erhält,
die aus Elementarschleifkörner 1 bestehen und untereinander durch Metall 2 verbunden
slnd. Dle gemäß unserem Verfahren gewonnenen aggregierten Körner wlesen eine stark
verzweigte Oberfläche auf, wie es sich aus der beigefügten Zeichnung ergibt. Die
Verzweigung der Oberfläche der nach uns erem Verfahren gewonnenen Schleifkörner
ist auf die poröse Struktur des Agglomeratkuchens zurückzuführen. Die Entstehung
von Poren in der zu versinternden Pulvermasse trägt, insbesondere in Anwesenheit
der obengenannten Zusatze von Titan, Zirkonium, Chrom, Silizium
und
Vanadium, zur Bildung an der Oberfläche der Schleifkörner feiner Folien 3 bei, die
fest mit der Oberfläche des Elementarschleifkornes 1 zusammengeschmolzen sind.
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Dadurch wird die Verfestigung der eigentlichen Elementarkörner, die
sin aggregiertes Korn bilden, sowie ihre Verbindung untereinander gesichert, wodurch
entsprechend die Festigkeit des aggregierten Kornes insgesamt nicht weniger als
um das 1,5fache gesteigert wird. Im Ergebnis einer wesentlichen Verzweigung der
Oberfläche werden dle nach dem erfindungsgemäßen Verfahren aggregierten Körner in
der Matrize eines Schneidwerkzeuges fester als die bekannten aggregierten Körner
gehalten, die eine kompakts Oberfläche aufweisen. Die Erhöhung der Festigkeit der
eigentlich aggreglerten Hörner sowie der Festigkeit ihrer Bindung in der Matrize
eines Schneidwerkzeuges erhöhen entsprechend die Lebensdauer des Werkzeuges, in
dem diese aggregierten Korner eingesetzt werden Beispiel 1 Zur Sinterung wurden
Diamantpulver mit einer liörnung von 100/80 jun und Pulver einer aus 72 Gew.% Silber
und 28 Gew.% Kupfer bestehenden Legierung genommen. Das Diamantpulver und Legierungspulver
wurden in einem Verhältnis von 3:1 genommen (die erste Ziffer entspricht der Menge
des Diamantpulvers). Dle Sinterung wurde in Anwesenheit von Titanzusatz in einer
Menge von 7 Gew.% über die 100% hinaus zum Gewicht des Hauptmetallpulvers bei einer
Temperatur von 900°C in Vakuum geführt. Die nach der
Zerkleinerung
des Agglomeratkuchens gewonnenen aggregierten Körner zelchneten sich durch eine
stark verzweigte Struktur und durch feste Verbindung der primären (Els mentar-)
Körner miteinander aus. Die Körner wurden zur Herstellung von Schleifscheiben mit
organIscher Bindung verwendet und bel Bearbeitung von Hartlegierungen geprüft. Die
Prüfungen wurden bei einer Umdrehungsgeschwindigkeit der Scheibe von 25 m/Sek, einem
- Längsvorchub von 2 m/Min, und Quervorschub von 0,02 mm/Doppelgang durchgs-Führt.
Spezifischer Verbrauch an Diamanten belief sich auf 0,06-0,08 mg/g.
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Beispiel 2 ein Zur Sinterung wurde v Schleifmittelgemisch, bestehend
aus 60% Diamantpulver und 40% Borkarbid, sowie Legierungspulver, bestehend aus 80%
Kupfer und 20% Zinn genommen.
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Das Schleifmittelpulver und Legierungspulver wurden in den einem
Verhaltnis 1,5:1 genommen (hier und in weiterne Beispielen entspricht die erste
Ziffer der Menge des Schleifmittelpulvers).
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Die Binterung wurde in Anwesenheit von Titanzusatz in einer Menge
von 10% Gew.% aber die 100% hlnaus zum Gewicht des Hauptmetallpulvers bei einer
Temperatur von 10000C in Vakuum geführt.
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Die gewonnenen aggregierten Körner zeichneten sich auch durch eine
verzweigte Struktur und feste Verbindung der primären (Elementar-) Körner untereinander
aus.
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Schleifscheiben mit organischer Bindung, gefertigt mlt
diesen
aggregierten Körnern, wurden beLm Anschleifen von Mehrschneiden-Hantmetallwerkzeug
geprüft; dabei führte man gleichzeitig die Bearbeitung des Hartmetall- und Stahlteils
des Werkzeugesaus.
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Die Umdrehungsgeschwindigkeit der Scheibe betrug 20-30 m/Sek., der
Längsvorschub - 2 m/Min., der Quervorschub - 0,04 mm/Doppelgang.
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Spezifischer Verbrauch an Diamanten betrug bel der Bearbeitung von
Schneidwerkzeugen etwa 0,3 mg/g.
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Beispiel 3 Zur Sinterung wurden als Schleifmittel Pulver des kubischen
Bornitrids mit einer Körnung von 125/100 µm und Pulver einer Leglerung, bestehend
aus 80% Kupfer und 20% Zinn, genommen. Das Verhältnie zwischen dem Schleifmittelpulver
und dem Pulver der Legierung war 1,2:1.
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Die Sinterung verläuft in Anwesenheit von Zirkoniumzusatz in einer
Menge von 10% über die 100% hinaus zum Gewicht des Hauptmetallpulvers bel einer
Temperatur von 105000 in Vakuum nicht unter 2.10-5 mm Quecksilbersäule während 25
Min.
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Die gewonnenen aggregierten Körner zeichneten slch durch verzweigte
Struktur und hohe Festigkeit aus. Die Korner wurden für dle Herstellung von Schleifscheiben
mit organischer Blndung verwendet. Die Prüfung der Schleifscheiben geschah bei Bearbeitung
von Stahlprobestücken mlt einem Gehalt an Kohlenstoff uon 0,7-0,95 bei 30 m/sec
Umfangsgeschwindigkeit der Scheibe, Längsvorschub - 1 m/Min und Quervorschub - 0,02
mm/Doppelgang.
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Dabel betrug der spezifische Verbrauch an kublschem Bornitrid
0,2-0,26
mg/g.
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Beispiel 4 Zur Sinterung wurde ein Gemisch von Schleifmittelpulvern,
bestehend zu 70% aus kublschem Bornitrid mit einer Körhung von 100/80 µm und Pulver
einer Legierung, bestehend zu 95% aus Kupfer und zu 5% aus Nickel genommen.
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Das Verhältnis zwischen dem Schleifmittel- und Metallpulver betrug
1.1. Die Sinterung wurde in Anwesenheitvon Chromzusatz in einer Menge von 6% über
die 100% hinaus zum Gewicht des Hauptmetallpulvers bei einer Temperatur von 12000C
im Vakuum während 30 Min geführt.
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Die nach Zerkleinerung des Agglomeratkuchens gewonnenen aggregierten
Körner wiesen einer verzweigte Struktur auf und zeichneten sich durch eine feste
Verbindung der Elementarkörner untereinander aus. Die aggregierten Körner kamen
bei der Herstellung von Schleifscheiben mit organischer Bindung zum Einsatz.
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Die Schleifscheiben wurden bei Bearbeitung von Probestücken aus Hartstahl
mit einem Gehalt an Kohlenstoff von 0,7-0,95% geprüft. Dabei betrung die Umfangsgeschwindigkeit
der Scheibe 20-30 m/Sek, der Längsvorschub - 2 m/Min und der Quervorschub -0,03
mm/Doppelgang. Der spezifische Verbrauch an Diamanten bel der Bearbeitung von Probestücken
belief sich auf etwa 0,4 mg/g.
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Beispiel 5 Zur Sinterung wurden ein Gemisch, bestehend aus 75% Diamantpulver
mit
einer Körnung von 160/125 µm und aus 25% Borkarbid mit einer Körnung von 100/80
µm, und Kupferpulver genommen.
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Das Verhältnis zwischen dem Schleifmittel- und Metallpulver war 1:1.
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Die Sinterung wurde in Anwesenheit von Siliziumzusatz in einer Menge
von 10% über die 100% hinaus zum Gewicht des Hauptmetallpulvers bei einer Temperatur
von 10000C im Vakuum während 40 Min geführt. Die gewonnenen aggregierten Körner
zeichneten sich durch verzweigte Oberfläche und feste Verbindung der Elementarkorner
untereinander aus.
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Die aggregierte Körner wurden zur Fertigung von Schleifscheiben mlt
organlscher Bindung verwendet.
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Die Schleifscheiben wurden bei Bearbeitung von Probestücken aus Hartmetallegierung
zusammen mit Stahl mit elnem Gehalt an Kohlenstoff von 0,4-0,5% geprüft.
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Dabel betrug dle Umfangsgeschwindigkeit der Scheiben 25 m/Sek, der
Längsvorschub - 1 m/Min und der Quervorschub -0,02 mm/Doppelgang.
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Der spezifische Verbrauch an Diamanten belief sich bei Bearbeitung
der Probestücke auf etwa 0,3 mg/g.
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Beispiel 6 Zur Sinterung wurden ein Gemisch von Schleifmittelpulvern
bestehend aus 60% Diamantpulver mit einer körnung von 100/80 µm und 40% Siliziumkarbidpulver
mit einer Körnung von 63/50, und
Pulver einer Legierung, bestehend
aus 90% Kupfer und 10% Nickel genommen. Das Verhältnis des Schleifmittelpulvers
zum Metallpulver betrug 1:1,2.
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DLe Sinterung wurde in Anwesenheit von Vanadiumzusatz in einer Menge
von 8% bel einer Temperatur von 12000C im Vakuum 1+ 2.10-5 mm Quecksilbersäule während
30 Min geführt.
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Dle gewonnenen aggregierten Körner zeichneten sich durch verzweigte
Oberfläche und eine hohe Festigkeit aus und wurden zur Herstellung von Schleifscheiben
mit o@ganischer Bindung verwendet.
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Diese Körner können auch selbständig als Hauptschleifmittel verwendet
werden.
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Die Schleifscheiben wurden bei Bearbeitung von Probestücken aus Hartstahl
mit einem Gehalt an Kohlenstoff von 0,7-0,95% geprüft. Dabei betrug die Umfangsgeschwindigkeit
der Scheiben 30 m/Sek, der Längsvorschub - 1 m/Min und der Quervorschub -0,04 mm/Doppelgang.
Der spezifische Verbrauch an Diamanten belief sich auf 0,6 mg/g.