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WO2000059684A1 - Selbstschmierende abrasive werkzeuge und verfahren zu ihrer herstellung - Google Patents

Selbstschmierende abrasive werkzeuge und verfahren zu ihrer herstellung Download PDF

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WO2000059684A1
WO2000059684A1 PCT/CH2000/000121 CH0000121W WO0059684A1 WO 2000059684 A1 WO2000059684 A1 WO 2000059684A1 CH 0000121 W CH0000121 W CH 0000121W WO 0059684 A1 WO0059684 A1 WO 0059684A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
lubricant
abrasive
micropores
abrasive grains
tool according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/CH2000/000121
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Thurnher
Thomas Meister
Helmut Ott
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
MEISTER SCHLEIFMITTELWERK AG
Original Assignee
MEISTER SCHLEIFMITTELWERK AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by MEISTER SCHLEIFMITTELWERK AG filed Critical MEISTER SCHLEIFMITTELWERK AG
Priority to AU27907/00A priority Critical patent/AU2790700A/en
Publication of WO2000059684A1 publication Critical patent/WO2000059684A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D18/00—Manufacture of grinding tools or other grinding devices, e.g. wheels, not otherwise provided for
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D3/00—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents
    • B24D3/02—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent
    • B24D3/04—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially inorganic
    • B24D3/14—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially inorganic ceramic, i.e. vitrified bondings
    • B24D3/18—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents the constituent being used as bonding agent and being essentially inorganic ceramic, i.e. vitrified bondings for porous or cellular structure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D3/00—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents
    • B24D3/34—Physical features of abrasive bodies, or sheets, e.g. abrasive surfaces of special nature; Abrasive bodies or sheets characterised by their constituents characterised by additives enhancing special physical properties, e.g. wear resistance, electric conductivity, self-cleaning properties

Definitions

  • the present invention relates to the field of grinding technology. It relates to a self-lubricating, abrasive tool with chip-producing abrasive grains, embedded in a porous bond matrix, which is impregnated with a lubricant. It further relates to a method for producing such an abrasive tool, in which a mixture is produced which contains abrasive grains, binding material and temporary binder, produces a green compact from the mixture by compression molding and subsequently subjects it to at least one sintering and / or firing process becomes.
  • abrasive tools are used for surface processing as well as for ablating and workpiece forming.
  • the removed material accumulates in the form of chips. Frictional heat is generated in the contact zone between the grinding tool and the workpiece. If this heat is not efficiently removed from the processing zone, there will be build-up edges, thermal damage to the peripheral zone (fire, changes in crystallinity, cracks, etc.), tensile stress in the peripheral zone of the workpiece, and poor surface quality, and usually there will also be a large amount of tool wear.
  • grinding tools mostly consist of hard, angular abrasive grains, which take over chip formation with negative cutting edges, and a mostly softer, binding material, which holds the abrasive grains together in the form of a bond matrix and which, depending on the type of bond, is hardened, fired or sintered, for example.
  • chip formation only takes place on the abrasive grains, while the bonding material is essentially only rubbed off.
  • the truncated abrasive grains near the surface are repeatedly broken out, revealing new, sharp abrasive grains. In this way it can be achieved that sharp abrasive grains repeatedly get into the machining zone between the grinding tool and the workpiece, and the grinding tool to a certain extent sharpens itself.
  • coolants which are introduced into the processing zone and then discharged in a controlled manner, usually serve to remove chips and dust as well as heat released in the processing zone.
  • These coolants usually emulsions or oils of a suitable viscosity, are continuously and frequently injected into the processing zone in considerable quantities, then spray or drip off the workpiece, and are then in trays collected.
  • the resulting mixture of coolant, dust and shavings must be disposed of correctly in an environmentally friendly and therefore usually expensive manner, or be processed for reuse.
  • coolants are expensive to purchase, they often represent a significant proportion of up to 20% of the manufacturing costs of certain industries.
  • the coolants are uncomfortable for the operating personnel or even irritating to the skin and lungs, and consequently increasingly stringent regulations for the application can be enacted.
  • Self-lubricating grinding tools have also become known, whereby the porosity that is more or less present in grinding tools of the aforementioned type has been used in order to introduce a lubricant into the grinding tool, to impregnate it with a lubricant, so to speak.
  • the prerequisite for this is, of course, that the porosity at least partially has a so-called open structure.
  • the porosity can be controlled, among other things, by the pressing pressure during the manufacture of the so-called green compact (the still unbaked grinding tool) from the abrasive grains, the binding material and a temporary binder.
  • green compact the still unbaked grinding tool
  • the binding material liquefies and, due to its surface tension, it flows around the abrasive grains and wets them. This creates bond bridges and bond webs between the abrasive grains, which forms the bond matrix already mentioned.
  • a certain porosity is also desirable for most applications because this creates chip chambers, promotes the transport of coolant into the grinding wheel and prevents clogging of the grinding surface.
  • So-called pore formers are often also used to achieve additional porosity. These are granular materials such as naphthalene, walnut or almond shell fragments, which when fired or sintered at relatively low temperatures, as long as the material of the green body is still soft and malleable, outgas or decompose, thereby leaving artificially induced pores.
  • the size of the pores produced in this way can be controlled by the grain size of the pore former and can comprise the volume of several abrasive grains.
  • blowholes also contribute to the porosity of ceramic binding material, which occur accidentally and primarily due to material shrinkage during firing or. Sintering occurs in the connecting webs between the abrasive grains. However, since these cavities mostly form closed cavities, they are practically impossible to fill with lubricant from the outside and thus contribute almost nothing to the usable porosity for the lubricant entry.
  • the invention is accordingly based on the object, inter alia, of providing a self-lubricating, abrasive tool of the type mentioned at the outset which, under as many machining conditions as possible, allows workpieces to be ground even at high cutting speeds without having to accept the disadvantages mentioned above.
  • This object is achieved according to the invention in that the porosity of the bond matrix in which the abrasive grains are embedded, based on the average size and / or the average spacing of the abrasive grains, has an open-pore fine structure with micropores which are essentially interconnected and filled with the lubricant .
  • micropores differ significantly from the natural ones already mentioned. or artificial pores, for example in which they normally cannot form in a ceramic bonding material during sintering or firing due to its surface tension. Even the known pore formers do not create such micropores.
  • One possibility for producing the micropores according to the invention, for example in a ceramic binding material, is to add a suitably fine-grained microporous former to the binding material, which remains essentially dimensionally stable during the sintering and / or firing process and, after cooling, leaves the fired body appropriately small voids can be removed.
  • a sufficiently temperature-resistant, soluble salt is particularly suitable for this.
  • the micropore-forming agent can be removed at all and the vacated cavities can then be filled with lubricant from the outside, the micropore-forming agent must be used in such a sufficient amount that the micropores are interconnected and form an open-pore structure.
  • the inventive micro-pore system results in a large hollow volume in the grinding tool, combined with a very large inner surface. Due to the large hollow volume, the grinding tool has a large capacity for lubricants. Lubricant introduced can adhere effectively to the large surface. Together with an additional capillary effect, which is usually still present, this adhesion is sufficient to largely prevent premature ejection of even wax-like lubricants from the micropores, even at a higher cutting speed.
  • the lubricant therefore advantageously remains in the grinding tool for the most part until the binding material releases the amount present in the contact zone with the workpiece due to wear during the grinding process.
  • the lubricant is made available in minimal quantities directly in situ in a friction-reducing manner for the grinding process.
  • This minimal amount which is used specifically at the critical point, is sufficient to reduce the friction between the abrasive tool and the workpiece so considerably that in many cases it is not necessary to supply additional lubricant from the outside.
  • the porosity according to the invention ie the presence of the micropores surprisingly changes the strength of the binding material only so little that the mechanical strength of the grinding tool is not unduly impaired.
  • Grinding tools with the features according to the invention can also be designed in such a way that they are particularly suitable for honing or lapping.
  • Preferred embodiments of the abrasive tool result from some of the dependent claims, with the size of the micropores and the preferred materials being the most important.
  • the object of the invention is also to provide a method for producing an abrasive tool according to the invention.
  • This object is achieved by a method of the type mentioned at the outset, in which a granular microporous former is added to the binding material and during the sintering and / or firing process at least up to an at least partially irreversible formation.
  • the formation of a binding matrix from the binding material is essentially dimensionally stable, the sintering and / or firing process being carried out at least until such an irreversible formation of a binding matrix, the microporous former subsequently being removed from the resulting body and finally a lubricant being introduced into it exposed micropores is introduced.
  • This method of production which has already been described above, is simple, effective and inexpensive. It can be used to adjust the micropore size and its distribution density well with the aid of the particle size distribution of the micropore generator and its amount in the binding material. It is also possible to remove only those microporous formers which have a connection to the outside and which can accordingly also be filled with lubricant. Those portions or grains of the micropore-forming agent which are completely surrounded by the binding material and are not accessible from the outside remain in the binding material and do not become holes, and weakening of the binding material by such non-fillable holes is accordingly not possible.
  • a sufficiently temperature-resistant salt which is soluble in a solvent is preferably used as the micro-pore former, so that the micro-pore former can be removed in a bath. This dipping process can be repeated until the desired degree of washing out of the microporous agent is reached.
  • the desired properties of the binding webs can be optimized in one or more further sintering or firing processes. To form the micropores, it is sufficient if the micropores are at least partially reversible in the binding material before the removal of the micropores, for example in a preliminary and not yet at the final temperature sintering or firing process, the micropores are at least already rough Train the specified strength structures.
  • the lubricant is preferably introduced under reduced atmospheric pressure (vacuum). The temperature and the dwell time of the grinding wheels in the lubricant bad depend on the properties of the lubricant (melting range, viscosity etc.).
  • FIG. 2 scanning electron micrographs of a grinding wheel with micropores according to the invention in 200-fold (a) or 1000-fold (b) magnification.
  • FIG. 1 a The structure of a conventional grinding body for a grinding tool with a ceramic bond will first be illustrated with reference to FIG. 1.
  • abrasive grains such as the abrasive grain 1 are embedded in the ceramic bonding material 2, the ceramic material wetting the abrasive grains practically on all sides at the time of their liquefaction during the sintering or firing process, but also bonding webs or Bridges formed and otherwise left cavities such as the pore 3 open due to its surface tension.
  • a single, clearly pronounced tie bar can be seen particularly well in the enlarged section A ⁇ of FIG. 1b).
  • a larger blow hole on the tie bar, as it Nes material shrinkage is indicated in Fig. 1b) with 4.
  • the pores Due to the tendency of the ceramic, glass-like material to lie around the abrasive grains, the pores have a size roughly corresponding to the diameter of the abrasive grains. Their number also corresponds approximately to the number of abrasive grains.
  • the size of the pores can be varied within certain limits by varying the pressing pressure during the production of the so-called green compact and the amount of binding material used.
  • the influence of a pore former that may be used is not specifically recognizable in FIG. 1, but such one usually produces, on average, even larger than the pores that can be seen in FIG. 1 a.
  • FIG. 2 now shows a structure which is typical for a grinding tool according to the invention, the same scale being chosen in FIG. 2a) as in FIG. 1a). It is clearly evident here that the binding material is no longer as smooth around the abrasive grains as e.g. the abrasive grain 5 has flowed around as in Fig. 1a). Although the bonding material also still wets the abrasive grains well in FIG. 2a), it is dissolved between them to form a strange and jagged fine structure with a large number of webs, bridges, branches, wall fragments etc. and embedded fine cavities. This fine structure can be seen even better in the detail enlargement A2 of FIG. 2b).
  • micropores desired by the invention Some striking and larger of these micropores are designated by 7. It is also clear from the two images according to FIG. 2 that the micropores are connected to one another and thus form an open-pore structure.
  • the size of the micropores is preferably selected to be smaller, in particular at least three times, but more preferably approximately one order of magnitude smaller than that of the abrasive grains and is absolutely, for example, in the range from 0.1 ⁇ m to 100 ⁇ m, particularly preferably in the range from 1 ⁇ m to 30 ⁇ m.
  • the volume fraction of the micropores preferably comprises the range from 1 to 80 volume percent of the binding matrix, particularly preferably the range from 10 to 65 volume percent.
  • the structure of the binding material according to FIG. 2 has a much larger surface than that of FIG. 1, and thus a much larger area on which an introduced lubricant can adhere through adhesion.
  • the finer structure also results in greater friction and capillary forces, which additionally hold back an introduced lubricant and essentially prevent ejection if the grinding tool designed according to the invention is set in rapid rotation, for example.
  • the resulting adhesion is so good that it is now possible to use wax-like lubricants that were basically thrown out prematurely with conventional grinding wheels.
  • the tool according to the invention also has a certain ejection of lubricant after it has been impregnated.
  • the spinning stops after a certain time with a sufficiently large part of the lubricant still being in the micropores and then being available for the actual lubrication and reduction in friction.
  • the lubricant is released in this phase almost exclusively in the processing zone between the grinding tool and the workpiece, and in that the usual removal of binding material during the grinding process not only brings new abrasive grains to the surface, but also constantly new microporous areas be exposed. This means that the lubricant contained in the binding material is immediately available.
  • the locally greatly increased temperature of up to a few hundred degrees Celsius in the processing zone causes liquefaction or even evaporation or sublimation of the lubricant in the micropore passages which are located in the vicinity of the processing zone.
  • the lubricant is available locally and selectively in the machining zone.
  • the lubricant thus reduces the friction and consequently the heat generated thereby, it facilitates the removal of the hot chips and can bind emerging dust without spraying or atomizing lubricant or coolant. In many cases, this means that any additional coolant or cooling lubricant can be dispensed with.
  • the abrasive grains are preferably made of the hardest possible material such as corundum of all types and compositions, silicon carbide SiC, diamond, CBN (cubic boron nitride) and their combinations, as well as all sinterable inorganic base materials of different hardness and structure. It is also possible to use various hard materials, such as carbides, nitrides, carbonitrides or silicides from metals, as well as all super hard silicates of natural origin or from synthetic manufacturing processes and ultimately also from special products such as tungsten or vanadates from rare earths or related substances includes.
  • the weight ratio of abrasive grains to binding material is preferably 2 to 17, in particular 3 to 7, the micro-pore former not being taken into account here.
  • the conventionally used types which vary somewhat from manufacturer to manufacturer, are basically suitable.
  • the production of grinding tools according to the invention also basically follows the conventional process steps. These are: Production of a mixture of abrasive grains and a powdery bonding material, in particular from mixtures of, for example, glass-like frit, clays, feldspars, ceramic colored bodies, etc. called “ceramic bond"("vitrifiedbond”) with the addition of a temporary binder and, if appropriate, other additives such as artificial pore former, pressing the mixture into a desired shape to form a green body and finally sintering or firing the green body until the desired strength is obtained.
  • a suitable fine-grained microporous former is added to the ceramic bond mentioned.
  • the grain size of the micro-pore former should correspond approximately to the size of the desired micro-pores and thus, for example, in the area between see 0.1 ⁇ m and 100 ⁇ m, in particular in the range between 1 ⁇ m and 30 ⁇ m.
  • the abrasive grains are preferably first wetted with the temporary binder and only then mixed with the premixed binding powder and the micropore former.
  • the microporous former should have a melting point which is above the sintering or firing temperature used that of the binding material. It then has the effect that, when liquefied, the binding material also lays not only around the abrasive grains but also around the grains of the micropore-forming agent, and thus interferes with a uniform flow of the binding material under the effect of its surface tension around the abrasive grains.
  • Particularly suitable microporous formers are high-melting salts, which include inorganic salts, preferably alkali or alkaline earth metal halides, sulfates, carbonates, nitrates, phosphates and their hydrates, their double salts and mixtures.
  • the granular micro-pore former is still present in the grinding wheel.
  • the grinding wheel is e.g. placed in a bath of a suitable solvent.
  • a suitable solvent In particular, water, basic or acidic liquids can be used, which can also be kept at an elevated temperature if necessary in order to increase the solubility. It is important that the bath used does not negate the mechanical properties of the ceramic bond.
  • the washing out advantageously ensures that only that portion of microporous formers is released which is open to the outside and can therefore be filled with lubricant.
  • the portion which is completely enclosed in the binding webs is thus retained and the mechanical strength of the binding webs is not unduly weakened as a result of unnecessary holes.
  • the micropores can now be impregnated with a lubricant in a next step.
  • vacuum atmospheric pressure
  • a certain period of time for example 5 to 100 minutes
  • immersed in a bath of liquefied lubricant for example at an elevated temperature of 30 to 300 ° Celsius
  • a bath of liquefied lubricant for example at an elevated temperature of 30 to 300 ° Celsius
  • waxes provided with additives such as stearins (waxes of long-chain esters), their derivatives, or oils can be used as lubricants.
  • the portion of the impregnated lubricant that can be ejected can already be ejected.
  • the microporous former should have a melting point which is above the sintering or firing temperature of the binding material used. In principle, however, it is also sufficient if the microporous former is largely dimensionally stable up to a temperature at which irreversible strength structures already form in the binding material. In this respect, the microporous former could already be removed, for example, after a preliminary bake and the body produced in this way could be re-fired one or more times at a higher temperature without the lasting effect of the previously created microporous structure.
  • NaCI has a melting temperature of approx. 800 ° C, which is sufficient for pre-firing.
  • the melting points of the sulfates MgSO 4 and K 2 SO 4 are even above 1000 ° C.
  • NaCl was used as the pore former
  • a preliminary baking was carried out at approx. 600 -700 ° C. and the grinding wheel was re-fired at approx. 900 ° C. after the salt had been removed.
  • the specific weight of the green compact ie the green or green compact, was 2.10 g / cm 3 in both cases.
  • Straight grinding wheels with the dimensions (D x D x H) 250mm x 16mm x 127mm were produced, where D represents the wheel diameter, T the wheel width and H the diameter of the central bore.
  • Solvent for washing out the salt water solvent temperature 50 ° C number of wash cycles 3 lubricant wax mixture with anti-wear (AW) extreme pressure (EP, for example active or passive sulfur) and other additives
  • AW anti-wear
  • EP extreme pressure
  • Impregnation time 10 minutes The self-lubricating grinding tools produced in this way reduced the power consumption in a plunge-cut test compared to dry grinding with a non-lubricating grinding tool by around 67%. No thermal damage was observed on the workpiece, a round body made of hardened X 210 CrW 12. The cutting speed was 32 m / s.
  • the grinding tools according to the invention are also for even higher cutting speeds, e.g. suitable for 50 m / s.
  • the area of so-called "high-speed grinding” with cutting speeds of over 80 m / s should also be achievable with appropriate optimization.

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Abstract

Bei einem selbstschmierenden abrasiven Werkzeug sind spanerzeugende Schleifkörner (5) eingebettet in einer porösen Bindungsmatrix. Diese ist mit einem Schmiermittel imprägniert. Um einerseits überhaupt genügend Schmiermittel in das Werkzeug einbringen zu können und andererseits dessen vorzeitiges Ausschleudern zu verhindern, ist die Porosität der Bindungsmatrix bezogen auf die mittlere Grösse und/oder den mittleren Abstand der Schleifkörner (5) mit einer offenporigen Feinstruktur mit untereinander im Wesentlichen verbundenen und mit dem Schmiermittel befüllten Mikroporen (7) versehen. Diese Feinstruktur kann insbesondere dadurch erhalten werden, dass ein körniger und während der Verfestigung der Bindungsmatrix z.B. durch Sintern und/oder Brennen im Wesentlichen formstabiler Mikroporenbildner verwendet und nachfolgend unter Bildung der Mikroporen wieder entfernt wird.

Description

BESCHREIBUNG
TITEL
SELBSTSCHMIERENDE ABRASIVE WERKZEUGE UND VERFAHREN ZU IHRER HERSTELLUNG
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Schleiftechnologie. Sie betrifft ein selbstschmierendes, abrasives Werkzeug mit spanerzeugenden Schleifkörnern, eingebettet in einer porösen Bindungsmatrix, welche mit einem Schmiermittel imprägniert ist. Sie betrifft weiter ein Verfahren zur Herstellung eines solchen abrasiven Werkzeugs, bei welchem eine Mischung hergestellt wird, die Schleifkörner, Bindungsmaterial sowie temporären Binder enthält, aus der Mischung durch Formpressen ein Grünling erzeugt und dieser nachfolgend zumindest einem Sinte- rungs- und /oder Brennprozess unterworfen wird. STAND DER TECHNIK
In der üblichen Materialbearbeitung werden abrasive Werkzeuge sowohl zur Oberflächenbearbeitung, als auch zur abtragenden und das Werkstück formenden Bearbeitung verwendet. Dabei fällt das abgetragene Material in Form von Spänen an. Es entsteht in der Kontaktzone zwischen dem Schleifwerkzeug und dem Werkstück Reibungswärme. Wird diese Wärme nicht effizient aus der Bearbeitungszone abgeführt, so resultieren Aufbauschneiden, thermische Randzonenschädigungen (Brand, Veränderungen der Kristallinität, Risse, u.a.), Zugspannungen in der Randzone des Werkstücks, und eine schlechte Oberflächenqualität, und meist findet ausserdem ein grosser Werkzeugverschleiss statt.
Schleifwerkzeuge bestehen heute meist aus harten, kantigen Schleifkörnern, welche mit negativen Schneiden die Spanbildung übernehmen, und einem meist weicheren, Bindungsmaterial, welches die Schleifkörner in Form einer Bindungsmatrix zusammenhält und welches je nach Art der Bindung beispielsweise ausgehärtet, gebrannt oder gesintert wird. Beim Schleifprozess findet die Spanbildung nur an den Schleifkörnern statt, während das Bindungsmaterial im wesentlichen nur abgerieben wird. Infolge des gesamten Abtrags des Schleifwerkzeuges und weil die Schleifkörner nicht nur an der Oberfläche des Schleifwerkzeuges, sondern in der ganzen Tiefe desselben vorhanden sind, werden immer wieder die oberflächennahen abgestumpften Schleifkörner herausgebrochen, wobei neue, scharfe Schleifkörner freigelegt werden. So kann erreicht werden, dass immer wieder scharfe Schleifkörner in die Bearbeitungszone zwischen Schleifwerkzeug und Werkstück gelangen, und das Schleifwerkzeug sich gewissermassen selbst schärft.
Sogenannte Kühlmittel, welche in die Bearbeitungszone eingebracht und anschlie- ssend kontrolliert abgeführt werden, dienen üblicherweise dazu, sowohl Späne und Staub, als auch in der Bearbeitungszone freigesetzte Wärme abzuführen. Diese Kühlmittel, meist Emulsionen oder Öle einer geeigneten Viskosität, werden kontinuierlich und häufig in beachtlichen Mengen in die Bearbeitungszone eingedüst, spritzen oder tropfen anschliessend vom Werkstück ab, und werden dann in Wannen gesammelt. Das dabei anfallende Gemisch aus Kühlmittel, Staub und Spänen muss korrekt umweltfreundlich und damit meist teuer entsorgt, oder für eine Wiederverwendung aufbereitet werden. Da ausserdem Kühlmittel in der Anschaffung teuer sind, stellen sie häufig einen wesentlichen Anteil von bis zu 20% der Fertigungskosten gewisser Branchen dar. Dazu kommt, dass die Kühlmittel für das Bedienungspersonal unangenehm oder sogar haut- und lungenreizend sind, und infolgedessen immer strengere Vorschriften für die Anwendung erlassen werden.
Im Bestreben, die obigen Nachteile der Kühl- respektive Kühlschmiermittelverwen- dung zu umgehen, sind verschiedene Ansätze möglich. Einerseits wird versucht, die Menge an zugeführtem Kühl- respektive Kühlschmiermittel auf das minimal mögliche Mass zu reduzieren. Diese sogenannte Minimalmengenkühlung ist inzwischen bewährt, muss aber immer wieder auf die Bearbeitungsbedingungen abgestimmt werden. Ein weiterer Ansatz ist der vollständige Verzicht auf Kühlmittel in der sogenannten Trockenbearbeitung. Diese ist aber nur unter ganz bestimmten Material- und Bearbeitungsbedingungen überhaupt ohne die obigen Nachteile durchführbar. Bei der Trockenbearbeitung kann hilfsweise zusätzlich Luft in die Bearbeitungszone eingeblasen (sog. Luftkühlung) werden, was einige der obigen Nachteile zu vermeiden erlaubt, aber natürlich nicht mir der gleichen Effizienz einsetzbar ist wie ein klassisches Kühlmittel.
Es sind auch schon selbstschmierende Schleifwerkzeuge bekannt geworden, wobei bei diesen die in Schleifwerkzeugen der vorerwähnten Art meist mehr oder weniger vorhandene Porosität ausgenutzt wurde, um ein Schmiermittel in das Schleifwerkzeug einzubringen, dieses mit einem Schmiermittel sozusagen zu imprägieren. Voraussetzung hierzu ist natürlich, dass die Porosität wenigstens teilweise eine sogenannte offene Struktur aufweist.
Ein Teil der üblicherweise vorhandenen Porosität kommt durch natürliche Hohlräume im Schleifwerkzeug zustande. Die Porosität kann unter anderem durch den Pressdruck bei der Herstellung des sogenannten Grünlings (dem noch ungebrannten Schleifwerkzeug) aus den Schleifkörnern, dem Bindungsmaterial sowie einem temporären Binder gesteuert werden. Beim Brennen oder Sintern eines Schleifwerk- zeugs mit beispielsweise keramischer Bindung verflüssigt sich das Bindungsmaterial und auf Grund seiner Oberflächenspannung fliesst es um die Schleifkörner herum und benetzt diese. Hierbei entstehen Bindungsbrücken und Bindungsstege zwischen den Schleifkörnern, wodurch sich die schon erwähnte Bindungsmatrix ausbildet. Eine gewisse Porosität ist für die meisten Anwendungen auch erwünscht, weil dadurch Spänekammern entstehen, der Kühlmitteltransport in die Schleifscheibe begünstigt und ein Zusetzen der Schleifoberfläche vermieden wird. Zur Erreichung einer zusätzlichen Porosität werden häufig auch noch sogenannte Porenbildner eingesetzt. Das sind körnige Materialien wie z.B. Naphthalin, Walnuss- oder Mandelschalenfragmente, die beim Brennen bzw. Sintern bei bereits relativ niedrigen Temperaturen, solange das Material des Grünlings noch weich und formbar ist, ausgasen oder sich zersetzen und somit künstlich induzierte Poren hinterlassen. Die Grosse der so erzeugten Poren ist durch die Komgrösse des Porenbildners steuerbar und kann das Volumen von mehreren Schleifkörnern umfassen. Zur Porosität von keramischem Bindungsmaterial tragen schliesslich auch noch sogenannte Lunker bei, die zufällig und vor allem auf Grund von Materialschwund während des Brennens resp. Sinterns in den Verbindungsstegen zwischen den Schleifkörnern entstehen. Da diese Lunker jedoch zumeist abgeschlossene Hohlräume bilden, sind sie mit Schmiermittel von aussen praktisch nicht befüllbar und tragen insofern zur nutzbaren Porosität für den Schmiermitteleintrag fast nichts bei.
Die bei selbstschmierenden Schleifwerkzeugen der erwähnten Art gemachten Erfahrungen haben allerdings gezeigt, dass praktisch alle interessanten Schmiermittel mit an sich günstigen Schmiereigenschaften wie insbesondere Wachse bei rotierender Verwendung der Schleifwerkzeuge mit den üblichen Schnittgewindigkeiten aus dem Schleifwerkzeug zu schnell wieder ausgeschleudert werden und damit nicht genügend lange zur Verfügung stehen. Um das Ausschleudern zu vermeiden kann man auf Schmiermittel wie Schwefel, Graphit, Molybdändisulfid (MoS2) oder dergleichen zurückgreifen. Oder man kann die Schleifwerkzeuge unwirtschaftlich oft nachimprägnieren, was die Anwendbarkeit der so hergestellten Werkzeuge sehr einschränkt. Im Vergleich mit den anderen vorbeschriebenen Kühltechniken konnten zudem auch nicht annähernd dieselben Resultate hinsichtlich Reibungsverminderung erzielt werden.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Der Erfindung liegt demnach unter anderem die Aufgabe zugrunde, ein selbstschmierendes, abrasives Werkzeug der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, welches unter möglichst vielen Bearbeitungsbedingungen erlaubt, Werkstücke auch mit hohen Schnittgeschwindigkeiten zu schleifen, ohne die oben genannten Nachteile in Kauf nehmen zu müssen. Diese Aufgabe wird erfindungsge- mäss dadurch gelöst, dass die Porosität der Bindungsmatrix, in der die Schleifkörner eingebettet sind, bezogen auf die mittlere Grosse und/oder den mittleren Abstand der Schleifkörner eine offenporige Feinstruktur mit untereinander im wesentlichen verbundenen und mit dem Schmiermittel befüllten Mikroporen aufweist.
Diese Mikroporen unterscheiden sich- wesentlich von den bereits erwähnten natürlichen. oder künstlichen Poren, indem sie z.B. in einem keramischen Bindungsmaterial während des Sinterns oder Brennens auf Grund von dessen Oberflächenspannung normalerweise gar nicht entstehen können. Auch durch die bekannten Porenbildner entstehen nicht solche Mikroporen. Eine Möglichkeit zur Herstellung der erfindungs- gemässen Mikroporen z.B. in einem keramischen Bindungsmaterial besteht darin, dem Bindungsmaterial einen geeignet feinkörnigen Mikroporenbildner beizumischen, welcher während des Sinterungs- und/oder Brennprozesses im wesentlichen formstabil bleibt und nach dem Abkühlen aus dem gebrannten Körper unter Belassung von entsprechend kleinen Hohlräumen wieder entfernt werden kann. Ein ausreichend temperaturbeständiges, lösliches Salz kommt hierfür vor allem in Frage. Klarerweise muss, damit der Mikroporenbildner überhaupt entfernbar ist und die freigewordenen Hohlräume anschliessend von aussen mit Schmiermittel befüllbar sind, der Mikroporenbildner in einer so ausreichenden Menge eingesetzt werden, dass die Mikroporen untereinander verbunden sind und eine offenporige Struktur bilden. Durch das erfindungsgemässe Mikroporensystem ergibt sich in dem Schleifwerkzeug ein grosses Hohlvolumen, verbunden mit einer sehr grossen inneren Oberfläche. Durch das grosse Hohlvolumen weist das Schleifwerkzeug eine grosse Aufnahmefähigkeit für Schmiermittel auf. An der grossen Oberfläche kann eingebrachtes Schmiermittel wirksam haften. Zusammen mit einer zusätzlich meist noch vorhandenen Kapillarwirkung genügt diese Haftung, um ein vorzeitiges Ausschleudern selbst wachsartiger Schmierstoffe aus den Mikroporen und dies selbst bei höherer Schnittgeschwindigkeit weitgehend zu vermeiden. Das Schmiermittel verbleibt daher mit Vorteil zum grössten Teil im Schleifwerkzeug, bis das Bindungsmaterial durch die Abnützung während des Schleifprozesses die jeweils vorhandene Menge in die Kontaktzone mit dem Werkstück hinein freigibt. Das Schmiermittel wird auf diese Weise in minimalsten Mengen direkt in situ in reibungsvermindernder Weise für den Schleifprozess zur Verfügung gestellt. Diese minimale, jedoch gezielt an der entscheidenden Stelle eingesetzte Menge genügt, um die Reibung zwischen dem abrasiven Werkzeug und dem Werkstück so erheblich zu reduzieren, dass in vielen Fällen auf die Zufuhr von zusätzlichem Schmierstoff von aussen verzichtet werden kann. Die erfindungsgemässe Porosität, d.h. die Anwesenheit der Mikroporen verändert in überraschender Weise die Festigkeit des Bindungsmaterials oft nur so wenig, dass die mechanische Festigkeit des Schleifwerkzeugs nicht unzulässig beeinträchtigt wird.
Schleifwerkzeuge mit den erfindungsgemässen Merkmalen lassen sich auch derart ausbilden, dass sie sich speziell zum Honen oder Läppen eignen.
Bevorzugte Ausführungsformen des abrasiven Werkzeugs ergeben sich aus einigen der abhängigen Ansprüchen, wobei es hierbei vor allem auf die Grosse der Mikroporen und die bevorzugt eingesetzten Materialien ankommt.
Aufgabe der Erfindung ist es auch, ein Verfahren zur Herstellung eines abrasiven Werkzeugs nach der Erfindung anzugeben. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, bei welchem dem Bindungsmaterial ein körniger Mikroporenbildner zugegeben wird, welcher während des Sinterungs- und/oder Brennprozesses zumindest bis zu einer wenigstens teilweise irreversiblen Ausbil- dung einer Bindungsmatrix aus dem Bindungsmaterial im wesentlichen formstabil ist, wobei der Sinterungs- und/oder Brennprozess zumindest bis zu einer solchen irreversiblen Ausbildung einer Bindungsmatrix durchgeführt wird, wobei der Mikroporenbildner aus dem dabei entstandenen Körper anschliessend wieder entfernt und wobei schliesslich ein Schmiermittel in die dadurch freigelegten Mikroporen eingebracht wird.
Diese weiter oben an sich schon beschriebene Herstellungsweise ist einfach, effektiv und kostengünstig. Mit ihr lässt sich die Mikroporengrösse und deren Verteilungsdichte gut mit Hilfe der Korngrössenverteilung des Mikroporenbildners sowie dessen Menge im Bindungsmaterial einstellen. Es können auch ausschliesslich diejenigen Mikroporenbildner entfernt werden, welche eine Verbindung nach aussen haben und sich entsprechend mit Schmiermittel auch nur befüllen lassen. Diejenigen Anteile oder Körner des Mikroporenbildners, welche vollständig vom Bindungsmaterial umgeben sind und von aussen nicht zugänglich sind, verbleiben im Bindungsmaterial und werden nicht zu Löchern, nd eine Schwächung des Bindungsmaterials durch derartige nicht befüllbare Löcher ist entsprechend nicht möglich.
Bevorzugt wird als Mikroporenbildner ein ausreichend temperaturbeständiges, in einem Lösungsmittel lösliches Salz eingesetzt, so dass das Herauslösen des Mikroporenbildners in einem Bad durchgeführt werden kann. Dieser Tauchprozess kann so lange wiederholt werden, bis der gewünschte Auswaschgrad des Mikroporenbildners erreicht ist. Die gewünschten Eigenschaften der Bindungsstege können in einem oder mehreren weiteren Sinterungs-, respektive Brennprozessen optimiert werden. Zur Ausbildung der Mikroporen genügt es, wenn sich vor dem Entfernen des Mikroporenbildners z.B. in einem nur vorläufigen und noch nicht bei der endgültigen Temperatur gefahrenen Sinterungs- oder Brennprozess (Vorbrand) in dem Bin- dungsmatehal wenigstens teilweise nicht mehr reversible, die Mikroporen zumindest schon grob vorgebende Festigkeitsstrukturen ausbilden. Der Schmierstoff wird schliesslich vorzugsweise unter reduziertem Atmosphärendruck (Vakuum) eingebracht. Die Temperatur, sowie die Verweildauer der Schleifkörper im Schmierstoff- bad richten sich dabei nach den Schmierstoffeigenschaften (Schmelzbereich, Viskosität u.a.).
Weitere Ausführungsformen des Herstellungsverfahrens ergeben sich aus den übrigen abhängigen Ansprüchen.
KURZE ERLÄUTERUNG DER FIGUREN
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt:
Fig. 1 Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen eines konventionellen
Schleifkörpers in 200-facher (a), respektive 2000-facher (b) Vergrö- sserung; und
Fig. 2 Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen eines Schleifkörpers mit Mikroporen nach der Erfindung in 200-facher (a) respektive 1000-facher (b) Vergrösserung.
In allen Aufnahmen sind die Schleifkörper zur besseren Erkennbarkeit ihrer Struktur noch nicht mit einem Schmiermittel befüllt.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Die Struktur eines konventionellen Schleifkörpers für ein Schleifwerkzeug mit keramischer Bindung soll zunächst anhand von Fig. 1 verdeutlicht werden. Wie insbesondere aus Fig. 1a ersichtlich ist, sind Schleifkörner wie das Schleifkorn 1 in dem keramischen Bindungsmaterial 2 verteilt eingebettet, wobei das keramische Material zum Zeitpunkt seiner Verflüssigung während des Sinterungs- oder Brennprozesses die Schleifkörner praktisch allseitig benetzt, zwischen ihnen aber auch Bindungsstege bzw. Brücken ausgebildet und im übrigen auf Grund seiner Oberflächenspannung Hohlräume wie z.B. die Pore 3 offen gelassen hat. Ein einzelner, deutlich ausgeprägter Bindungssteg ist in der Ausschnittsvergrösserung A^ von Fig. 1b) besonders gut zu erkennen. Ein grösserer Lunker an dem Bindungssteg, wie er sich infolge ei- nes Materialschwundes ergeben hat, ist in Fig. 1b) mit 4 bezeichnet. Durch Tendenz des keramischen, glasartigen Materials, sich um die Schleifkörner herum zu legen, weisen die Poren eine dem Durchmesser der Schleifkörner in etwa entsprechende Grosse auf. Auch von ihrer Anzahl her entsprechen sie etwa der Anzahl der Schleifkörner. Durch Variation des Pressdrucks bei der Herstellung des sogenannten Grünlings und der Menge des eingesetzten Bindungsmaterials lässt sich die Grosse der Poren in gewissen Grenzen variieren. Nicht speziell erkennbar ist in Fig. 1 der Einfluss eines allfällig verwendeten Porenbildners, wobei ein solcher meist im Mittel aber noch grössere, als die in Fig. 1a erkennbaren Poren erzeugt.
Fig. 2 zeigt nun eine Struktur, wie sie typisch ist für ein Schleifwerkzeug nach der Erfindung, wobei in Fig. 2a) derselbe Massstab gewählt wurde, wie in Fig. 1a). Deutlich erkennbar ist hier, dass das Bindungsmaterial nicht mehr so glatt um die Schleifkörner wie z.B. das Schleifkorn 5 herumgeflossen ist wie in Fig. 1a). Obwohl das Bindungsmaterial auch in Fig. 2a) die Schleifkörner noch gut benetzt, ist es zwischen diesen zu einer bizarren und zerklüfteten Feinstruktur mit einer Vielzahl von Stegen, Brücken, Verästelungen, Wandfragmenten etc. sowie eingelagerten feinsten Hohlräumen aufgelöst. In der Ausschnittsvergösserung A2 von Fig 2b) ist diese Feinstruktur noch besser erkennbar. Die im Vergleich mit der Grosse und Anzahl der Schleifkörner kleinen und zahlreichen Hohlräume dieser Feinstruktur bilden die durch die Erfindung gewünschten Mikroporen. Einige markante und grössere dieser Mikroporen sind mit 7 bezeichnet. Deutlich wird aus beiden Aufnahmen gemass Figur 2 auch, dass die Mikroporen untereinander in Verbindung stehen und insofern eine offenporige Struktur bilden.
Die Grosse der Mikroporen wird vorzugsweise kleiner, insbesondere mindestens drei mal, weiter vorzugsweise jedoch etwa eine Grössenordnung kleiner als die der Schleifkörner gewählt und liegt absolut z.B. in Bereich von 0.1 μm bis 100 μm, insbesondere bevorzugt im Bereich von 1 μm bis 30 μm. Weiterhin umfasst der Volumenanteil der Mikroporen vorzugsweise den Bereich von 1 - 80 Volumenprozent der Bindungsmatrix, insbesondere bevorzugt den Bereich von 10 bis 65 Volumenprozent. Wie aus einem Vergleich der Aufnahmen von Figuren 1 und 2 ebenfalls sofort ersichtlich wird, weist die Struktur des Bindungsmaterials gemass Fig. 2 eine viel grössere Oberfläche auf, als die von Fig. 1 , und damit eine wesentlich grössere Fläche, an welcher ein eingebrachtes Schmiermittel durch Adhäsion haften kann. Durch die feiner ausgebildete Struktur ergeben sich auch grössere Reibungs- und Kapillarkräfte, die ein eingebrachtes Schmiermittel zusätzlich wirksam zurückhalten und ein Ausschleudern im wesentlichen verhindern, wenn das nach der Erfindung ausgebildete Schleifwerkzeug z.B. in schnelle Rotation versetzt wird. Die sich ergebende Haftung ist so gut, dass nunmehr auch wachsartige Schmiermittel eingesetzt werden können, die bei den konventionellen Schleifkörpern grundsätzlich vorzeitig ausgeschleudert wurden.
Selbstverständlich kommt es bei dem erfindungsgemässen Werkzeug auch zu einem gewissen Ausschleudern von Schmiermittel, nachdem dieses imprägniert wurde. Das Ausschleudern hört nach einer gewissen Zeit jedoch auf, wobei sich immer noch eine genügend grosser Teil des- Schmiermittels in den Mikroporen befindet und dann für die eigentliche Schmierung und Reibungsverminderung zur Verfügung steht. Bei dem erfindungsgemässen Schleifwerkzeug erfolgt die Freisetzung des Schmiermittels in dieser Phase fast ausschliesslich in der Bearbeitungszone zwischen Schleifwerkzeug und Werkstück und zwar dadurch, dass durch die übliche Abtragung von Bindungsmaterial während des Schleifprozesses nicht nur immer neue Schleifkörner an die Oberfläche gelangen, sondern ausserdem laufend neue Mikroporenbereiche freigelegt werden. So werden die im Bindungsmaterial enthaltenen Schmiermittelanteile unmittelbar verfügbar. Zusätzlich bewirkt die in der Bearbeitungszone lokal stark erhöhte Temperatur von bis zu einigen hundert Grad Celsius eine Verflüssigung oder sogar eine Verdampfung bzw. Sublimation des Schmierstoffes in den Mikroporengängen, die sich in der Nähe der Bearbeitungszone befinden. Somit ist das Schmiermittel sehr lokal und selektiv in der Bearbeitungszone verfügbar. Dies ermöglicht es, unter Einsatz von minimalen Mengen von Schmiermittel, nämlich des in den imprägnierten Mikroporen enthaltenen Schmiermittels, zu arbeiten. Das Schmiermittel reduziert so die Reibung und infolgedessen die dadurch bewirkte Wärmeentwicklung, es erleichtert den Abtransport der heissen Späne und kann entstehenden Staub binden, ohne dass dabei Schmier- oder Kühlmittel versprüht oder vernebelt wird. In vielen Fällen kann so auf jegliche Zuführung von weiterem Kühlmittel respektive Kühlschmiermittel verzichtet werden. Es ist aber auch möglich, die selbstschmierenden Schleifwerkzeuge mit Minimal- und/oder Mindermengen- und/oder Vollstrahlkühlung zu kombinieren.
Die Schleifkörner sind vorzugsweise aus einem möglichst harten Material wie beispielsweise aus Korunden aller Art und Zusammensetzung, aus Siliziumcarbid SiC, Diamant, CBN (kubisches Bornitrid) und deren Kombinationen, sowie alle sinterbaren anorganischen Grundmaterialien unterschiedlichster Härte und Struktur. Es ist auch die Möglichkeit des Einsatzes diverser Hartstoffe, wie beispielsweise von Car- biden, Nitriden, Carbonitriden oder Siliciden von Metallen, sowie aller hochharten Silikate natürlicher Herkunft oder aus synthetischen Herstellungsverfahren und letztlich auch von Sonderprodukten wie Wolframate oder Vanadate von seltenen Erden oder artverwandte Stoffe umfasst. Das Gewichtsverhältnis Schleifkörner zu Bindungsmaterial beträgt vorzugsweise 2 bis 17, insbesondere 3 bis 7, wobei hier der Mikroporenbildner nicht berücksichtigt ist.
Was die Bindungsmaterialien anbetrifft, so sind die konventionell verwendeten und von Hersteller zu Hersteller etwas variierenden Typen grundsätzlich geeignet.
Die Herstellung erfindungsgemässer Schleifwerkzeuge folgt ebenfalls grundsätzlich den konventionellen Verfahrensschritten. Dies sind: Herstellen einer Mischung aus Schleifkörnern und einem pulverförmigen Bindungsmaterial insbesondere aus Mischungen aus z.B. glasartiger Fritte, Tonen, Feldspäten, keramischen Farbkörpern usw. genannt "keramische Bindung" (engl. "vitrified bond") unter Beigabe eines temporären Binders und gegebenenfalls weiterer Zusätze wie z.B. künstlicher Porenbildner, Pressen der Mischung in eine gewünschte Form unter Bildung eines Grünlings und schliesslich Sintern respektive Brennen des Grünlings bis zum Erhalt der gewünschten Festigkeit. Zur Erzeugung der erfindungsgemässen Mikroporen wird allerdings der genannten keramischen Bindung noch ein geeignet feinkörniger Mikroporenbildner beigegeben. Die Korngrösse des Mikroporenbildners sollte etwa der Grosse der gewünschten Mikroporen entsprechen und damit z.B. im Bereich zwi- sehen 0.1 μm und 100 μm, insbesondere im Bereich zwischen 1 μm und 30 μm liegen. Bevorzugt werden bei der Herstellung der Mischung die Schleifkörner zunächst mit dem temporären Binder benetzt und erst danach mit dem vorgemischten Bindungspulver und dem Mikroporenbildner vermischt.
Der Mikroporenbildner sollte einen Schmelzpunkt aufweisen, welcher oberhalb der verwendeten Sinter- oder Brenntemperatur der des Bindungsmaterials liegt. Er wirkt sich dann so aus, dass sich das Bindungsmaterial bei Verflüssigung ausser um die Schleifkörner auch um die Körner des Mikroporenbildners legt, und damit ein gleichmässiges Fliessen des Bindungsmaterials unter der Wirkung seiner Oberflächenspannung um die Schleifkörner herum stört. Als Mikroporenbildner eignen sich vor allem hochschmelzende Salze, zu denen anorganische Salze, vorzugsweise Alkali- oder Erdalkalihalogenide, -sulfate, -karbonate, -nitrate, -phosphate und deren Hydrate, deren Doppelsalze und Mischungen zählen.
Nach dem Sinterungs- respektive Brennprozess ist der körnige Mikroporenbildner in dem Schleifkörper noch vorhanden. Zur Erzeugung der Mikroporen muss er daher erst noch aus dem Schleifkörper entfernt werden. Dies kann z.B. durch Herauslösen mittels eines Lösungsmittels erfolgen. Hierzu wird der Schleifkörper z.B. in ein Bad eines geeigneten Lösungsmittel gelegt. Es kommen dazu insbesondere Wasser, basische oder saure Flüssigkeiten in Frage, welche bei Bedarf zusätzlich auf einer erhöhten Temperatur gehalten werden können, um die Löslichkeit zu steigern. Wichtig ist dabei, dass das verwendete Bad die mechanischen Eigenschaften der keramischen Bindung nicht zunichte macht.
Das Auswaschen stellt mit Vorteil sicher, dass ausschliesslich derjenige Anteil an Mikroporenbildner herausgelöst wird, welcher nach aussen offen und damit mit Schmiermittel befüllbar ist. Derjenige Anteil, welcher vollständig in den Bindungsstegen eingeschlossen ist, bleibt so erhalten und die mechanische Festigkeit der Bindungsstege wird derart nicht übermässig infolge unnötiger Löcher geschwächt.
Die Mikroporen können nun in einem nächsten Schritt mit einem Schmiermittel imprägniert werden. Dies geschieht beispielsweise so, dass der Schleifkörper, vor- zugsweise unter reduziertem Atmosphärendruck (Vakuum), während einer gewissen Zeitspanne von beispielsweise 5 bis 100 Minuten in ein Bad verflüssigten Schmiermittels (z.B. bei einer erhöhten Temperatur von 30 bis 300° Celsius) getaucht wird, wobei sich die Mikroporen mit dem Schmiermittel füllen. Es kann sich dabei als äu- sserst vorteilhaft erweisen, dass bei einer solchen Imprägnierung auch Stoffe verwendet werden können, welche als konventionelle Schmiermittel aus Gründen der Viskosität, des Aggregatzustandes, oder anderer Eigenschaften nicht zum Einsatz kommen können. Als Schmiermittel können so beispielsweise mit Additiven versehene Wachse wie z.B. Stearine (Wachse langkettiger Ester), deren Derivate, oder Öle verwendet werden.
Nach Herausnahme aus dem Bad und anschliessender Abkühlung des Schleifkörpers ist dieser so einsatzbereit. Er kann jedoch auch nach Bedarf einer Endbearbeitung und/ oder Endkontrolle unterzogen werden. Ausserdem kann gegebenenfalls der ausschleuderbare Anteil des getränkten Schmiermittels bereits ausgeschleudert werden.
Vorstehend wurde erwähnt, dass der Mikroporenbildner einen Schmelzpunkt aufweisen sollte, welcher oberhalb der verwendeten Sinter- oder Brenntemperatur des Bindungsmaterials liegt. Grundsätzlich genügt es aber auch, wenn der Mikroporenbildner bis zu einer Temperatur weitgehend formstabil ist, bei der sich in dem Bindungsmaterial bereits irreversible Festigkeitsstrukturen ausbilden. Der Mikroporenbildner könnte insofern z.B. schon nach einem Vorbrand entfernt und der so erzeugte Körper ein oder ggf. auch mehrmals bei höherer Temperatur noch nachgebrannt werden, ohne dass hierbei die zuvor erzeugte Mikroporenstruktur nachhaltig beeinträchtigt wird. So hat z.B. NaCI eine Schmelztemperatur von ca. 800°C, was für einen Vorbrand ausreicht. Bei den Sulfaten MgSO4 und K2SO4 liegen die Schmelzpunkte sogar über 1000°C. Im Beispiel gem ss Fig. 2 wurde NaCI als Porenbildner verwendet, ein Vorbrand bei ca. 600 -700°C durchgeführt und der Schleifkörper nach dem Herauslösen des Salzes nochmals bei ca. 900°C nachgebrannt.
Beispielhaft soll anschliessend die Herstellung eines konkreten Schleifwerkzeugs kurz skizziert werden: BEISPIEL
Wie oben beschrieben, sollen an dieser Stelle diese sogenannten selbstschmierenden Schleifwerkzeuge beispielhaft und detailliert dargestellt werden:
Tabelle 1
Figure imgf000016_0001
Tabelle 2
Figure imgf000017_0001
Das spezifische Gewicht des Grünlings, d.h. des ungebrannten bzw. ungesinterten Presslings, betrug in beiden Fällen 2.10 g/cm3. Es wurden gerade Schleifscheiben mit den Dimensionen (D x T x H) 250mm x 16mm x 127mm hergestellt, wobei D der Scheibendurchmesser, T die Scheibenbreite und H der Durchmesser der zentrischen Bohrung darstellen.
Tabelle 3
Figure imgf000018_0001
Durch die Schmiermittelimprägnation wurden sowohl die Mikroporen 7, als auch die restlichen Poren mit Schmiermittel gefüllt.
Weitere Verfahrensparameter wurden wie folgt gewählt:
Lösungsmittel zum Auswaschen des Salzes Wasser Lösungsmitteltemperatur 50°C Anzahl der Waschvorgänge 3 Schmiermittel Wachsgemisch mit Anti-Wear- (AW) Extreme-Pressure- (EP, beispielsweise Aktiv- oder Passivschwefel) und anderen Additiven
Schmelz- respektive Erstarrungsbereich 50 - 65°C
Imprägniertemperatur 90 - 120
Imprägnierzeit 10 Minuten Durch die so hergestellten selbstschmierenden Schleifwerkzeuge gelang es in einem Einstechschleifversuch die Leistungsaufnahme, gegenüber dem Trockenschliff mit einem nichtschmierenden Schleifwerkzeug, um rund 67% zu reduzieren. Am Werkstück, einem Rundkörper aus gehärtetem X 210 CrW 12, wurden keine thermischen Schädigungen beobachtet. Die Schnittgeschwindigkeit betrug 32 m/s.
Grundsätzlich sind die Schleifwerkzeuge nach der Erfindung auch für noch höhere Schnittgeschwindigkeiten, z.B. für 50 m/s geeignet. Grundsätzlich sollte bei entsprechender Optimierung durchaus auch der Bereich des sogenannten "High-Speed- Grinding" mit Schnittgeschwindigkeiten über 80 m/s erreichbar sein.
BEZUGSZEICHENLISTE
1 Schleifkorn
2 Bindungssteg
3 Pore
4 Lunker
5 Schleifkorn
6 grosse Pore
7 Mikropore

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Selbstschmierendes, abrasives Werkzeug mit spanerzeugenden Schleifkörnern (1 ,5) eingebettet in einer porösen Bindungsmatrix, welche mit einem Schmiermittel imprägniert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Porosität der Bindungsmatrix bezogen auf die mittlere Grosse und/oder den mittleren Abstand der Schleifkörner eine offenporige Feinstruktur mit untereinander im wesentlichen verbundenen und mit dem Schmiermittel befüllten Mikroporen (7) aufweist.
2. Abrasives Werkzeug nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Feinstruktur der Porosität der Bindungsmatrix von einer Art ist, wie sie entsteht, wenn zum Zeitpunkt der wenigstens teilweise irreversiblen Ausbildung dieser Struktur ausser den Schleifkörnern später wieder entfernte kömige Mikroporenbildner vorhanden waren.
3. Abrasives Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikroporen bzw. die ggf. für ihre Erzeugung verwendeten Körner eines körnigen Mikroporenbildners einen mittleren Durchmesser aufweisen, welcher kleiner, vorzugsweise mindestens dreimal kleiner, insbesondere jedoch etwa eine Grössenord- nung kleiner als der mittlere Durchmesser der Schleifkörner ist und absolut vorzugsweise im Bereich von 0.1 μm bis 100 μm, insbesondere bevorzugt im Bereich von 1 μm bis 30 μm liegt.
4. Abrasives Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikroporen in Bezug auf das gesamte Volumen der Bindungsmatrix einen Anteil im Bereich von 1-80 Volumenprozent, insbesondere bevorzugt im Bereich von 10-65 Volumenprozent ausmachen.
5. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet dass es sich beim Bindungsmaterial um ein glasartiges keramisches Material handelt.
6. Abrasives Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es selbstschärfend ausgebildet ist.
7. Abrasives Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass Schleifkörner aus Korunden aller Art und Zusammensetzung, aus Siliziumcarbid SiC, Diamant, CBN (kubisches Bornitrid) und deren Kombinationen, allen sinterbaren anorganischen Grundmaterialien unterschiedlichster Härte, Carbiden, Nitriden, Carbo- nitriden oder Siliciden von Metallen, hochharten Silikaten, Wolframa- ten, Vanadaten von seltenen Erden oder artverwandten Stoffen verwendet sind, und dass das Gewichtsverhältnis Schleifkörner zu Bindungsmaterial vorzugsweise 2 bis 17, insbesondere 3 bis 7 beträgt.
8. Abrasives Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmiermittel bei Raumtemperatur fest oder zähflüssig ist und einen Schmelzpunkt von 30-300°C, insbesondere bevorzugt von 60-150°C aufweist.
9. Abrasives Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmiermittel ein Wachs oder ein Wachsgemisch ist.
10. Abrasives Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmiermittel mit Anti-Wear (EW) und Extreme-Pressure (EP) Additiven versehen ist.
11. Verfahren zur Herstellung eines abrasiven Werkzeugs nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei welchem eine Schleifkörner, ein Bindungsmaterial sowie einen temporären Binder enthaltende Mischung hergestellt, aus der Mischung durch Formpressen ein Grünling erzeugt und dieser nachfolgend zumindest einem Sinterungs- und /oder Brennprozess unterworfen wird, dadurch gekennzeichnet, dass dem Bindungsmaterial auch ein körniger Mikroporenbildner zugegeben wird, welcher während des Sinterungs- und/oder Brennprozesses zumindest bis zu einer wenigstens teilweise irreversiblen Ausbildung einer Bindungsmatrix aus dem Bindungsmaterial im wesentlichen formstabil ist, dass der Sinterungs- und/oder Brennprozess zumindest bis zu einer solchen irreversiblen Ausbildung einer Bindungsmatrix durchgeführt wird, dass der Mikroporenbildner aus dem dabei entstandenen Körper anschliessend wieder entfernt und schliesslich ein Schmiermittel in die dadurch freigelegten Mikroporen (7) eingebracht wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass als Mikroporenbildner ein anorganisches Salz verwendet und dieses aus dem durch den Sinterungs- und/oder Brennprozess entstandenen Körper durch Lösen in einem Lösungsmittel entfernt wird, wobei als anorganisches Salz vorzugsweise Alkali- oder Erdalkalihalogenide, - sulfate, -carbonate, -nitrate, -phosphate, und deren Hydrate, deren Doppelsalze und Mischungen und als Lösungsmittel Wasser, eine basische oder eine saure Flüssigkeit verwendet wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass der durch den genannten Sinterungs- und/oder Brennprozess entstandene Körper nach dem Entfernen des Mikroporenbildners und vor dem Einbringen des Schmiermittels einem oder mehreren weiteren Sinterungs- und/oder Brennprozessen unterzogen wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Körner des körnigen Mikroporenbildners einen mittleren Durchmesser aufweisen, welcher kleiner, vorzugsweise mindestens etwa dreimal kleiner, insbesondere jedoch etwa eine Grö- ssenordnung kleiner als der mittlere Durchmesser der Schleifkörner ist und absolut vorzugsweise im Bereich von 0.1 μm bis 100 μm, insbesondere bevorzugt im Bereich von 1 μm bis 30 μm liegt.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass so viel von dem Mikroporenbildner der Mischung beigefügt wird, dass in dem fertigen Werkzeug die Mikroporen in Bezug auf das gesamte Volumen der Bindungsmatrix einen Anteil im Bereich von 1-80 Volumenprozent, insbesondere bevorzugt im Bereich von 10-65 Volumenprozent ausmachen.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Schmiermittel in die Mikroporen eingebracht wird, indem der fertig gesinterte und/oder gebrannte Körper in ein Schmiermittelbad vorzugsweise bei einer Temperatur im Bereich von 30 bis 300°C, weiter vorzugsweise von 60-150°C, getaucht wird.
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