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Beschreibung Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen porösen
Schleifkörper nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und auf ein Verfahren zum Herstellen
eines porösen Schleifkörpers nach dem Oberbegriff des Anspruchs 9.
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Schleifkörper, wie sie zum Honen, Schleifen oder dgl. Arbeitsverfahren
dienen, sind in Form von Honsteinen der unterschiedlichsten äußeren Form, in Form
von Schleifscheiben, wie ebene Scheiben, Topfscheiben usw., oder dgl. bekannt.
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Nachteilig an diesen bekannten Schleifkörpern ist jedoch ihre sehr
aufwendige Herstellung, die dadurch bedingt ist, daß die Schleifkörper insbesondere
für die Feinbearbeitung von Oberflächen eine bestimmte Porosität besitzen müssen.
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Bei einem aus der DE-OS 24 21 830 bekannten Schleifkörper der eingangs
genannten Art, bei dem ein Schleifkorn verwendet wird, das mit dem betreffenden
glasartigen Bindemittel nicht reagiern, dient zum Erzewrung von Roren in der Rohleifkörper
eine Paraffinemulsion. Der Herstellungsprozess dauert bei zweimaligem Mischen, Trocknen,
Zerkleinern, Sieben, Pressen und Brennen sehr lange.
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Bei einem aus der DE-OS 26 56 039 bekannten hochporösen Schleifkörper
werden die Poren durch die Zersetzung von anorganischen Stoffen gebildet. Dazu wird
zum Herstellen der Schleifkörper eine Pressmasse aus Kügelchen hergestellt, die
einen Kern aus dem betreffenden organischen Stoff und eine Hülle aus dem Schleifmittel-Bindemittel-Gemisch
aufweist. Auch diese Art der Herstellung eines Schleifkörpers ist sehr aufwendig,
da sie zahlreicher Vorverfahrensschritte fr die Herstellung der Pressmasse bedarf.
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Aus der DE-OS 27 30 848 ist ferner ein Schleifkörper bekannt, der
im wesentlichen aus Schleifkörnern, die in einer Matrix aus gesinterter Glas fritte
dispergiert sind, besteht.
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Abgesehen davon, daß diese Schleifkörper mit Glasbindung ebenfalls
einer relativ langen Herstellungszeit bedürfen, besitzen sie praktisch keinerlei
Porosität, so daß sie nur für die in dieser Druckschrift genannten Bearbeitungsverfahren
verwendbar sind.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen porösen Schleifkörper
anzugeben, der bei gleicher Qualität wie die bekannten Schleifkörper in einfacherer
und vor allem in nicht so langwieriger Weise herstellbar ist, und ferner ein Verfahren
zum Herstellen eines porösen Schleifkörpers anzugeben, das zeitlich schneller zu
einem qualitativ hochstehenden Schleifkörper führt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe sind bei einem porösen Schleifkörper der
eingangs genannten Art die im Kennzeichen des Anspruchs 1 genannten Merkmale und
bei einem Verfahren der eingangs genannten Art die im Kennzeichen des Anspruchs
9 genannten Merkmale vorgesehen.
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Erfindungsgemäß wird also zu dem aus der Glas fritte und dem betreffenden
Schleifkorn bestehenden Gemisch feinkörniges Siliziumcarbid beigemischt und dann
in einer den gewünschten Schleifkdrperabmessungen entsprechenden Form erhitzt bzw.
gebrannt. Dabei reagiert das feinkörnige Siliziumcarbid mit dem schmelzenden Glas
derart, daß sich die aus dem Gemisch entstehende geschmolzene Glasmasse mit dem
eingebundenen Schleifkorn aufbläht, so daß nach dem Erkalten ein poröser Körper
gebildet ist. Diese Art der Herstellung ist sehr einfach und wenig zeitraubend,
da man lediglich die betreffenden
Bestandteile gut durchmischen,
trocken in eine Form füllen, dann eine relativ kurze Zeit brennen und dann wieder
abkühlen lassen muß. Der ganze Vorgang, der mit wenig Handgriffen verbunden ist,
dauert nut wenige Stunden. Wesentlich bei der vorliegenden Erfindung ist die Erkenntnis,
daß die Glasfritte beim Schmelzen, bei dem es die Schleifkörner aneinander bindet
und miteinander verbindet, außerdem mit dem feinkörnigen Siliziumcarbid in der Weise
reagiert, daß das feinkörnige Siliziumcarbid als Blähmittel, also katalysatorartig
wirkt. Ein weiterer Vorteil gemäß vorliegender Erfindung besteht darin, daß das
Gemisch aus der Glasfritte, den Schleifkörnern und dem feinkörnigen Siliziumcarbid
nach dem Einfüllen in die hetreffende Form praktisch nur leicht angedrückt, also
nicht in irgendeiner Weise verpresst werden muß. Auf diese Weise ist auch die Herstellung
bestimmter Schleifkörperformen wesentlich vereinfacht. Da keine organischen Stoffe
oder dgl. beigemischt werden müssen, und da Arbeitsgänge wie Pressen, Trocknen und
dgl. entfallen, ist die Herstellung des Schleifkörpers wesentlich vereinfacht und
beschleunigt.
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Je nach dem Mengenanteil der gewählten Bestandteile, der gewählten
Brenntemperatur, die wiederum von der verwendeten Glasfritte abhängig ist, und je
nach der gewählten Brenndauer, können die einzelnen Eigenschaften der Schleifkörper
in relativ weiten Grenzen beeinflusst werden-. Während die Feinheit der Schleifkörper
durch die Größe des verwendeten Sçhleifkornes beeinflusst wird, wird die Porosität
des Schleifkörpers durch die maximale Brenntemperatur, die möglichst genau eingehalten
werden muß, und durch den relativen Anteil an feinkörnigem Siliziumcarbid bestimmt.
Die Härte der Schleifkdrper wird ebenfalls durch den relativen Anteil an feinkörnigem
Siliziumcarbid bestimmt, wobei geringere Anteile zu größerer Härte und umgekehrt
führen.
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Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden
Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand der in der Zeichnung dargestellten
und in der Tabelle zusammengefassten Ausführungsbeispiele näher beschrieben und
erläutert wird. Es zeigen: Fig. 1 eine mit dem Gemisch zur Herstellung eines erfindungsgemäßen
Schleifkörpers gefüllte Form, Fig. 2 in perspektivischer Darstellung einen mit der
Form der Fig. 1 hergestellten Schleifkörper in Form einer zylindrischen Topfscheibe,
Fig. 3 einen Schleifkörper gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel in Form eines
Honsteins, Fig. 4 eine schematische mikroskopische Darstellung des GefUgebildes
des Schleifkörpers der Fig. 2 etwa im Maßstab 8 : 1, und die Tabelle eine zusammenfassende
Obersicht über verschiedene Schleifkörper unterschiedlicher Zusammensetzung, die
in erfindungsgemäßer Weise hergestellt sind und verschiedenen Versuchen unterworfen
worden sind.
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In Fig. 2 ist ein Schleifkörper in Form einer zylindrischen Topfscheibe
11 gemäß einem Ausführungsbeispiel vorliegender Erfindung dargestellt. Diese Topfscheibe
11, die bspw. einen Außendurchmesser von 50 mm, einen Innendurchmesser von 35 mm
und eine Höhe von 20 mm aufweist, wurde in einer in Fig. 1 dargestellten Form 12
in folgender Weise hergestellt: In die Form 12, die zum besseren Entnehmen der fertigen
Topfscheibe 11 bspw. geschlitzt sein kann, wird ein pulverförmiges Gemisch 14 aus
Glasfritte, einkörnigem Siliziumcarbid und Schleifkörnern in noch auzuzeigender
Zusammensetzung und Körnung trocken eingegeLen. Zur Erzielung dieses Gemisches 14
wurden die einzelnen Bestandteile zuvor gut durchmischt, so daß sich eine möglichst
homogene Zusammensetzung des Gemisches 14 ergibt. Das Gemisch 14 wird dann von der
Oberfläche her leicht angedrückt. Die mit dem trockenen Gemisch 14 gefüllte Form
12 wird dann in einen Brennofen gebracht, der auf eine Brenntemperatur aufgeheizt
und dann einige Zeit gehalten wird, welche in dem Erweichungsintervall des für die
Glasfritte verwendeten Glases entspricht. Nach dem über die bestimmte Zeitdauer
erfolgten Brennen wird die aus dem Gemisch 14 entstandene Masse, die aus der Glasschmelze
mit den eingebundenen Schleifkörnern und dem während des Brennens mit der Glasschmelze
reagierenden feinkörnigen Siliziumcarbid besteht, langsam abgekühlt, wobei dies
am besten im Ofen selbst erfolgt, um Risse im Schleifkörper zu vermeiden. So ergibt
sich die in Fig. 2 dargestellte Topfscheibe 11, die als Werkzeug für die Feinbearbeitung
von Oberflächen bspw.
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metallischer Werkstücke dient.
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In entsprechender Weise kann auch der in Fig. 3 dargestellte, quaderförmige
onstein 16 (etwa 25 x 17 x 8 mm) dadurch hergestellt werden, daß ein entsprechendes
pulverförmiges Gemisch in eine quaderförmige Form gebracht und dann im Ofen gebrannt
wird. In jedem Falle besteht die Form 12 aus einem
hitzebeständigen
Material, bspw. aus einem zunderfreien Blech. Es versteht sich, daß auch andere
Schleifkörpertypen, bspw. flache Schleifscheiben, kegelige Topfscheiben und dgl.
durch Wahl geeigneter Formen 12 herstellbar sind.
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Wie erwähnt, besteht das als Ausgangsprodukt für die Herstellung verwendete
pulverartige Gemisch 14 neben den Schleifkörnern und der Glasfritte, die das glasartige
Bindemittel für die Schleifkörner darstellt, aus einem nach Art eines Katalysators
wirkenden Bestandteil, nämlich dem feinkörnigen Siliziumcarbid, das eine Körnung
von gleich oder feiner 400 (entspricht Korndurchmessern im Bereich von 25 - 42 y)
aufweist. Beim Schmelzen der Glasfritte greifen insbesondere deren alkalische Bestandteile
das feinverteilte bzw. feinkörnige Siliziumcarbid an und führen so zu einer Bildung
von Gas, das die aus der schmelzenden Glasfritte und den Schleifkörnern bestehende
Masse aufbläht, d.h. porig macht. Das feinkdrnige Siliziumcarbid wirkt also katalysatorartig,
d.h. als Blähmittel. Eine starkvergrößerte schematische Darstellung des Oberflächengefüges
eines erfindungsgemäßen Schleifkörpers ergibt sich aus Fig. 4, woraus das die Zerspanungsarbeit
leistende Schleifkorn 17 die Glasbindungsbrücken 18 für das Korn und die Hohlräume
bzw. Poren 19, die von diesen eingeschlossen sind, ersichtlich sind.
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In der Tabelle sind Beispiele von Schleifkörpern 11 oder 16 zusammengestellt,
die aus Gemischen 14 unterschiedlicher Zusammensetzung hergestellt und untersucht
worden sind. Daraus ergaben sich Hinweise für die Brauchbarkeit solcher Schleifkörper
überhaupt bzw. für bestimmte Anwendungen. Wie der Tabelle zu entnehmen ist, wurde
der Bestandteil Glasfritte hinsichtlich der Menge in Gewichtsprozent und der Art
als konstant angenommen. In den Gemischen 14 sind jeweils 100 Gewichtsprozent Glas
fritte enthalten, das hier aus fein zerstampftem Fensterglas besteht, wobei die
Gi.asfritte eine Körnung von etwa 50
bis etwa 400 p aufweist. Derartiges
Glas besteht etwa zu 65 - 73% aus SiO2 und zu etwa 14% aus Na20 und besitzt einen
mittleren Erweichungspunkt von etwa 9700C, bei welcher Temperatur das Gemisch 14
gebrannt bzw. erhitzt wird.
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Als Schleifkorn wurde entweder grobkörniges Siliziumcarbid oder Edelkorund
verwendet. Als Siliziumcarbid wird vorzugsweise grünes Siliziumcarbid mit einer
Körnung im Bereich von 120 - 320 (Korndurchmesser 240 - 60 p) verwendet. Es kann
zwar noch gröberes Siliziumcarbid, bspw. von 80er Körnung verwendet werden, jedoch
ist es nicht möglich, feineres Siliziumcarbid als das der 320er Körnung zu verwenden,
da dann der größte Anteil sofort als Katalysator wirkt. Wird als Schleifkorn Edelkorund
verwendet, so kann dies in einem Körnungsbereich von 80 - 600 (Körnung 600 entspricht
Korndurchmesser 10 - 20 ßu) oder noch feiner liegen.
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Für das katalysatorartig wirkende feinkörnige Siliziumcarbid wird
vorzugsweise dunkles (graues bis schwarzes) Siliziumcarbid mit einer Körnung im
Bereich von 400 - 600 verwendet.
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Dazu kann in einem Schleifkörper 11, 16 als Schleifkorn entweder grobkörniges
Siliziumcarbid oder Edelkorund oder auch beides zusammen verwendet werden.
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Aus der Tabelle ist ersichtlich, daß, um brauchbare Scleifkörper zu
erhalten, die Gewichtsanteile von feinkörnigem Siliziumcarbid und Glas fritte einerseits
und die Gewichtsanteile von feinkörnigem Siliziumcarbid und Schleifkori andererseits
in einem bestimmten Verhältnis zueinander stehen müssen, damit der Schleifkörper
1.
einerseits ausreichend porig ist, so daß während der Bearbeitung die stumpf gewordenen
Schleifkdrner ausbrechen und den dahinterliegenden noch scharfen Schleifkörnern
Platz machen können, was als sog. Selbstschärfung des Schleifkörpers bezeichnet
wird; und andererseits jedoch auch nicht zu grobporig ist (eine gewisse Grobporigkeit
ist z.T. erwünscht, da die Poren als Spanraum wirken, so daß ein zu schnelles Zusetzen
verhindert ist); 2. eine ausreichende Härte aufweist, die gewährleistet, daß der
Schleifkörper einerseits nicht zu stark verschleißt, jedoch andererseits nicht zu
hart ist; 3. ein ausgewogenes Verhältnis von Abtrag am Werkstück zu Verschleiß des
Schleifkörpers während der Bearbeitung eines Werkstücks besitzt.
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Es versteht sich, daß dabei die Art des Arbeitseinsatzes bzw. der
Verwendung, d.h. bspw. ob reines Schleifen oder Ionen gewünscht ist, und die Art
des Werkzeugs eine Rolle spielt. Wie der Tabelle ferner zu entnehmen ist, werden
die Härte und die Porosität im wesentlichen durch den prozentualen Anteil an feinkörnigem
Siliziumcarbid bestimmt, d.h., geringere Anteile führen zu größerer Härte, während
größere Anteile zu geringerer Härte führen, so daß in einem Grenzfall der Schleifkdrper
zu hart ist, wodurch der Abtrag zu gering ist, und im anderen Grenzfall zu weich,
wodurch er leicht absandet oder gar zerfällt. Anhand des Beispieles Nr. 22 ist ersichtlich,
daß das Weglassen (O Gew t) des katalysatorartig wirkenden feinkörnigen Siliziumcarbids
zu keiner Porosität führt, so daß ein solcher Schleifkörper unbrauchbar ist. Die
Porosität wird außerdem durch die
Brenntemperatur und die Brenndauer.
bestimmt. Bei den gewählten Beispielen wurden diese beiden Größen jedoch konstant
gehalten, um bei Anderung der Gemischanteile Aussagen über die Schleifkörper-Eigenschaften
machen zu können.
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Die Tabelle zeigt ferner, daß auch das Verhältnis von feinkörnigem
Siliziumcarbid und Schleifkörnern eine Rolle bei der Frage der Härte des Schleifkörpers
spielt. Demgegenüber wird die Feinheit des Schleifkörpers durch das verwendete Schleifkorn
allein bestimmt.
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Aus den Bemerkungen zur Härte, zum Verschleiß und aus den sonstigen
Bemerkungen der Tabelle und aus dem Diagramm der Fig. 5 ergibt sich unter Verwendung
der Glas fritte aus dem oben genannten Fensterglas, einer Brenntemperatur von 97O0C
und einer Brenndauer von ca. 5 bis 10 Minuten (wobei der Ofen bei eingebrachtem
Gemisch in etwa 30 Minuten auf die Brenntemperatur gebracht wird) eine vorzugsweise
Zusammensetzung des Gemisches 14 in folgendem Bereich: 100 Gewichtsprozent Glasfritte,
10 - 50 1 feinkörniges Siliziumcarbid und 50 - 200 " Schleifkorn.
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Innerhalb dieses Rahmens ergaben sich die Schleifkörpernummern 6,
17, 18, 19 und insbesondere 8, 14, 15, 16 als besonders vorteilhaft. Im letzteren
Falle ergibt sich eine Zusammensetzung des Gemisches zu: 1.)0 Gewichtsprozent Glasfritte,
25 " feines Siliziumcarbid und 100 ./. 200 " Schleifkorn.
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Ergebnisse hinsichtlich des Abtrages an einem Werkstück lassen sich
aus Versuchen entnehmen, die mit Honsteinen an einem Kolbenbolzen von etwa 20 mm
Durchmesser unternommen wurden. Dabei ergaben sich bei den üblichen Anpressdrücken
von 1,5 bzw. 3 atü während der Bearbeitung unterschiedliche Werkstückabnahmen in
Abhängigkeit von der Bearbeitungszeit je nach der Härte und der Porigkeit des Schleifkörpers.
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- Ende der Beschreibung -
TABELLE
| 100 Gew.% Glasfritte |
| Bemerkungen |
| Katalysator Schleifkorn (Bindung, |
| Schleif- SiCd 400 (A) SiCg 120 Edelkorund Porosität Härte Stein-
Körnigkeit |
| körper in Gew.% (B) SiCg 320 120 verschleiß Werkstück- |
| Nr. in Gew.% abtrag,etc.) |
| 6 25 75 normalporig weniger gute Bindung |
| hart |
| 7 25 50 (A) 50 feinporig hart |
| 8 25 100 feinporig etwas härter |
| als 6 |
| 9 40 100 (A) normalporig weich |
| 10 50 50 normalporig |
| (EK400) |
| 11 10 50 (A) normalporig etwas härter |
| als 9 |
| 12 22 50 (A) normalporig etwas härter |
| als 9 |
| 13 22 50 (A) normalporig hoch |
| (g 320) |
| 14 2@ 200 (A) feinporig härter hoch Abtrag 1,5 |
| als 12 atü gering |
| 3 atü hoch |
| 15 25 200 feinporig etwas härter normal Abtrag bei |
| als 6 1,5 + 3 atü |
| gut |
Fortsetzung
Fortsetzung TABELLE
| 100 Gew.% Glasfritte |
| Bemerkungen |
| Katalysator Schleifkorn (Bindung, |
| Schleif- SiCd 400 (A) SiCg 120 Edelkorund Porosität Härte Stein-
Körnigkeit |
| körper in Gew.% (B) SiCg 320 120 verschleiß Werkstück- |
| Nr. in Gew.% abtrag,etc.) |
| 16 25 100 (A) 100 feinporig hoch Abtrag 1/2 |
| des von 15 |
| 17 50 50 normalporig weicher etwas höher Abtrag 1/6 |
| als 15 als 15 des von 15 |
| 18 25 50 grobporig weicher normal Abtrag 1/3 |
| als 15 des von 15 |
| 19 10 50 grobporig weicher geringer Abtrag 1/2 |
| als 15 als 15 des von 15 |
| 20 5 50 normlaporig hart gering Abtrag 1/3 |
| des von 15 |
| 21 2 50 feinporig sehr hart sehr gering Abtrag 1/5 |
| des von 15 |
| 22 0 50 keine Poren unbrauchbar |
| 29 20 200 normalporig hart |
| 30 15 200 normalporig hart |
| 31 10 200 feinporig hart |
| 32 20 150 (B) normalporig hart |
| 33 15 150 (B) normalporig hart |
| 34 10 150 (B) feinporig hart |