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WO2011092021A1 - Schleifkörper mit zusatzpartikeln aus recycelten schleifkörpern und verfahren zur herstellung hiervon - Google Patents

Schleifkörper mit zusatzpartikeln aus recycelten schleifkörpern und verfahren zur herstellung hiervon Download PDF

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Publication number
WO2011092021A1
WO2011092021A1 PCT/EP2011/000386 EP2011000386W WO2011092021A1 WO 2011092021 A1 WO2011092021 A1 WO 2011092021A1 EP 2011000386 W EP2011000386 W EP 2011000386W WO 2011092021 A1 WO2011092021 A1 WO 2011092021A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
abrasive
grinding
additional particles
region
particles
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/EP2011/000386
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Bernd-Arno Behrens
Matthias Kammler
Fabian Lange
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.)
Leibniz Universitaet Hannover
Original Assignee
Leibniz Universitaet Hannover
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 Leibniz Universitaet Hannover filed Critical Leibniz Universitaet Hannover
Publication of WO2011092021A1 publication Critical patent/WO2011092021A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • 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
    • B24D3/34—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
    • B24D3/342—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 incorporated in the bonding agent
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D5/00—Bonded abrasive wheels, or wheels with inserted abrasive blocks, designed for acting only by their periphery; Bushings or mountings therefor
    • B24D5/02—Wheels in one piece

Definitions

  • the invention relates to a grinding body made of pressed and sintered material.
  • the present invention relates to an abrasive article which has additive particles, in particular abrasive particles, in a predetermined range.
  • the invention also relates to a process for the preparation of these abrasive articles, as well as grinding devices containing abrasive articles of the invention, and to the use of recycled particulate filler particles for the production thereof.
  • abrasive articles are made exclusively from new abrasive materials and suitable binders, since the requirements are very high, especially with regard to safety and product liability issues in particular rotating abrasive.
  • abrasive particles of grain and binder are molded (pressed) into a (green) compact or green compact in a first step and then optionally sintered.
  • Abrasive materials are subject to the most extreme mecha-
  • DE 44 465 91 A1 discloses the production of an abrasive article and this abrasive article itself.
  • This recyclable abrasive has two sections, an outer grinding zone and a non-abrasive zone.
  • This non-abrasive active zone is formed from a reusable, non-packaged, possibly reinforcing agent and / or filler contained organic plastic material and can be reused.
  • On this non-abrasive zone which forms a so-called basic body, there is the grinding zone of grain and binder. This grinding zone is applied to the body and associated with suitable thermosetting plastics. After use of the grinding wheel, the remainders of the grinding zone are removed mechanically and a new grinding zone is applied to the base made of preferably plastic.
  • the object of the invention is therefore the provision of abrasive bodies with improved breaking strengths and methods for their preparation.
  • Another object of the invention is to provide methods of making abrasive articles using abrasive article materials containing abrasive grain to enable recycling of spent abrasive wheels and to allow for later recycling of the abrasive articles.
  • the present invention relates to abrasive articles comprising grain and binder having a first region adjacent to the abrasive surface forming the abrasive region, and a second region having a receiving region for attachment to a tool carrier forming a backing region, characterized in that second range of additional particles, the average diameter of these additional Particles equal to at least twice the mean diameter of the grain. That is, the second region is characterized by the fact that here, in addition to the grain and binder, additional particles are present which have at least twice the value of the mean diameter of the grain. Preferably, these additional particles have at least three times the diameter of the grain used in the second region, such as at least five times, for example at least ten times.
  • the additional particles have at least twice the diameter of the average diameter of the grain used.
  • the term “diameter” or “thickness” is understood here to mean the diameter, and in the case of angular or edge-shaped shapes, the thickness in relation to the axis perpendicular to the pressing direction. These terms are used interchangeably.
  • the mean diameter of the grain is understood to be the average diameter of the grain to be pressed, the same applies to the additional particles.
  • the shape of the additional particles to be introduced is a non-edged additive particle.
  • These non-angular additive particles can be present in particular in the form of lenses, spheres, in the form of broken grain forms or in stochastic forms.
  • the invention is achieved by introducing the additional particles that due to the position, the shape and the proportion, the density distribution is changed in compacts such that the crack inclination or fracture tendency is not influenced or even reduced compared to an abrasive article without additional particles, while achieving an increase in strength becomes.
  • the density distribution in the pressed and sintered workpiece is more homogeneous.
  • the introduction of the additional particles in the second region of the abrasive particles does not impair the density distribution in the abrasive article. Rather, it is even possible to achieve a targeted influence on the improvement of the strength properties.
  • the fracture crack tendency of the abrasive bodies which is a major problem especially with abrasive wheels and constitutes a safety-relevant aspect when grinding wheels are used, is improved by introducing the additional particles into the second area of the wheels while improving the strength properties of the wheels.
  • this makes it possible to provide abrasive articles in which material from spent abrasive articles is used.
  • the abrasive articles of the invention may e.g. prepared by the following procedure.
  • the position, shape and / or quantities of the additional particles to be introduced for influencing the density distribution in the compact or grinding body are determined.
  • the density distribution and thus the breaking strength of the resulting abrasive article are positively influenced.
  • an inhomogeneous density distribution which may still be present after pressing, is improved by sintering in such a way that the density distribution in the grinding body is largely homogeneous.
  • an improvement in the density distribution and thus an improvement in the breaking strength in the area of the tool holder of the grinding body is achieved.
  • the area of the tool holder is exposed to the greatest loads during operation.
  • radial, tangential and axial loads as well as vibration loads meet each other.
  • the abrasive particle of grain and binder in both areas has advantageous properties by the introduction of the additive particles in the second region.
  • the abrasive body is formed in both areas of the same grain and binder.
  • the added porous filler particles are particularly preferably those which are identical in their composition to the constituents of the abrasive article, the grain and binder.
  • the porous additional particles are recycled particles of used abrasive articles. These grinding wheels are eg crushed and classified if necessary. When introducing these available from abrasive bodies available additional particles that have been correspondingly crushed and possibly classified, an increase in strength of the abrasive body can be found especially in the tool holder. Thereby, a substantial increase in strength can be achieved in the area in which these additional particles were introduced, without leading to an increase in the tendency to cracking.
  • a template for introducing the preferably recycled additional particles can be prepared, which are correspondingly introduced into the pre-prepared powder compact according to the recyklelten additional particles.
  • the binders of the abrasive article are ceramic binders known in the art.
  • the grinding wheels are designed as a grinding wheel, grinding pin, grinding cone or grinding segment.
  • the first area is arranged on the outside in the radial axis and ends with the grinding surface, while the second area is arranged in the radial direction with respect to the first area.
  • the introduced in the second region additional particles are preferably in the way that a gradient is formed.
  • the gradient is designed such that it decreases in the direction of the first region. That is, preferably, the gradient decreases from the surface for the receiving area for attachment in the tool carrier, the tool holder.
  • the abrasive article is constructed such that the first region makes up at least a third of the distance between the abrasive surface and the surface with a receiving region of the tool carrier. As shown in FIG. 1, in a body having a radial axis, this distribution is such that the first area forming the grinding area is disposed radially outward with respect to the second area.
  • the additional particles which are introduced in the second region of the abrasive body are in a preferred proportion of at least 0.5 vol .-%, preferably at least 1 vol .-% and preferably at most up to 50 vol .-% based on the total amount of grain in the grinding wheel.
  • the amount of additive particles, based on the total amount of grain in the abrasive article is between 1% by volume to 40% by volume, e.g. at least 3% by volume, such as at least 5% by volume and at least a maximum of 30% by volume, such as at least a maximum of 20% by volume.
  • the introduced additional particles may be formed preferably lenticular or elongated.
  • these additional particles When introducing these additional particles into the material to be pressed, e.g. by sprinkling, these additional particles are due to gravity perpendicular to the pressing direction. This has the consequence that in the increase in strength above the additional particles, the pressing of the blank, an increase in strength is achieved above the additional particles, longitudinally but geometry caused a negligibly small density reduction.
  • density distribution is meant the quantitative detection of different densities within a pressed or sintered body.
  • Sintering is a heat treatment of powders or compacts, e.g. Greening, at temperatures below the melting point of the base material to increase the strength by binding of its particles with each other.
  • the starting material for the pressing process As a material to be pressed, the starting material for the pressing process, the grain with binder, is referred to below.
  • a compact also called green compact
  • the product is named after the pressing process, in which the starting material has a certain relationship.
  • This compact or green compact is then fed to further processing steps, such as sintering.
  • the compacts can be produced from grain and binders and, if appropriate, further constituents.
  • the introduction of the additional particles can also be carried out according to known methods.
  • bonded abrasive bodies represent composite materials produced by molding technology, which in principle are composed of three components. These components consist of the actual abrasive, the abrasive grain, an application-specific selected binder and individually set pore spaces. With volume fractions V K between 40 and 60% by volume, the abrasive, the grain, forms the largest fraction. These are usually corundum, silicon carbide, zirconium corundum (corundum and zirconium oxide in an electic composition) or industrial diamonds. As a further component are application specific selected binder, which ensures the cohesion of the abrasive body in the form of so-called binding bridges.
  • Ceramic bonded abrasive articles contain bond volumes V B between 5 and 30% by volume, such as between 5 and 20% by volume. These are usually glassy amorphous melting porcelain-like sintering mixture whose starting materials usually consist of feldspar, kaolin, various quartzes, porcelain flours, lime spars, glass powder and various metal oxides.
  • density gradients in the pressed product, produced during the pressing of the material to be pressed can lead to undesired distortions during the subsequent sintering process. This can lead to cracking during pressing, sintering and operation of the grinding wheels. It is therefore necessary to strive for the lowest possible density gradient during the production of the grinding wheels during pressing or during sintering.
  • a corresponding method is provided which allows improvement of the density gradient, i. a more homogeneous density distribution.
  • This homogeneous density distribution is achieved all the more surprising, although additional particles are introduced into the material to be pressed, which differ in size from the grain.
  • the method for producing the abrasive bodies further comprises the known methods for the production of pressed and sintered abrasive articles, as they are generally described and known in the prior art.
  • the process is carried out in such a way that for the production of grinding bodies, the step of introducing additional particles into a mixture of grain and binder in a second region of a material to be pressed for the grinding body is carried out, these additive particles are additive particles according to the invention, and the step of compressing the additive particles containing Guts in the second region together with a first area containing no additional particles.
  • the section through the grinding wheel shows a first region 2 which forms the grinding region and the second region 3.
  • the additional particles 4 are preferably porous additional particles, in particular additional particles recycled from used grinding bodies, obtained by comminution and, if appropriate, classifying the grinding bodies.
  • the additional particles 4 are those which have the same composition as the abrasive body containing grain and binder.
  • a surface of the first area forms the grinding surface 5. While the second area has a surface 6 with a receiving area for attachment to the tool carrier. The gradient of the introduced additional particles extending radially outward from the region of the tool holder is also shown.
  • the first region is formed such that it is at least a third of the distance between the surface 6 and the grinding surface 5.
  • the grinding wheel according to the invention is characterized by a high durability and reliability.
  • these grinding wheels according to the invention are characterized in that they exhibit improved strength, without worsening the tendency to crack, in particular in the heavily loaded second region in the direction of the tool holder.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft in einem ersten Aspekt einen Schleifkörper (1) aus gepressten und gesinterten Material. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Schleifkörper (1), der in einem vorbestimmten Bereich (3) Zusatzpartikel (4), insbesondere aus Schleifkörpern erhältliche Zusatzpartikel (4), aufweist. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung dieser Schleifkörper (1) sowie Schleifvorrichtungen, die erfindungsgemäße Schleifkörper enthalten (1), und die Verwendung von Zusatzpartikeln (4) aus recycelten Schleifkörpern (1) zur Herstellung dieser.

Description

SCHLEIFKÖRPER MIT ZUSATZPARTIKELN AUS RECYCELTEN
SCHLEIFKÖRPERN UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG HIERVON
Die Erfindung betrifft in einem ersten Aspekt einen Schleifkörper aus gepress- ten und gesinterten Material. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Schleifkörper, der in einem vorbestimmten Bereich Zusatzpartikel, insbesondere aus Schleifkörpern erhältliche Zusatzpartikel, aufweist. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Herstellung dieser Schleifkörper sowie Schleifvorrichtungen, die erfindungsgemäße Schleifkörper enthalten, und die Verwendung von Zusatzpartikeln aus recycelten Schleifkörpern zur Herstellung dieser.
Die Wiederverwendung (Recycling) von Schleifkörpern stellt seit geraumer Zeit große Probleme im Hinblick auf die mechanischen Belastungen im Betrieb der Schleifkörper dar. Aufgrund dieser bekannten Probleme wird die Verwendung von recyceltem Material aus Schleifkörpern in Schleifkörpern üblicherweise gänzlich vermieden. So werden bis zum heutigen Tag Schleifkörper ausschließlich aus neuen Schleifmaterialien und geeigneten Bindemitteln hergestellt, da die Anforderungen insbesondere im Hinblick auf die Sicherheits- und Produkthaftungsfragen bei vor allem rotierenden Schleifkörpern sehr hoch sind. Üblicherweise werden Schleifkörper aus Korn und Bindemittel in einem ersten Schritt zu einem (Roh)pressling oder Grünling geformt (gepreßt) und anschließend ggf. gesintert. Schleifkörper unterliegen im Gebrauch extremsten mecha-
BESTÄTIGUNGSKOPIE nischen Beanspruchungen. Untersuchungen haben ergeben, dass die Festigkeitsabnahme der Schleifgrundkörper durch Schwingungen bis zu 50% betragen. Ein Problem von gesinterten Werkstücken, wie gesinterten Schleifkörpern, ist deren Festigkeitseigenschaft. Bei Schleifkörpern spielt die Riss- bzw. Bruch- neigung ebenfalls eine wichtige Rolle. Dabei hat z.B. die Porosität des Schleifkörpers einen Einfluss auf die Bruchzähigkeitswerte von gesinterten Werkstücken wie Schleifkörpern. Aber auch Fremdteile, sowie alle Gefügebereiche mit sich sprunghaft ändernden Eigenschaften, wie z.B. Phasengrenzen, werden als negative Faktoren für die Riss- bzw. Bruchneigung angesehen. Daher wird üb- licherweise versucht, das Pulver so homogen wie möglich zu gestalten. D.h. es wird allgemein davon ausgegangen, dass aufgrund des Vorhandenseins von Fremdteilen oder Partikeln mit heterogenen Bestandteilen unterschiedlicher Durchmesser, die Rissneigung zunimmt und die Festigkeit des Schleifkörpers verschlechtert wird.
Es wird daher davon ausgegangen, dass eine Wiederverwendung eines solchen Schleifgrundkörpers oder Teilen hiervon insbesondere im Hinblick auf die auftretenden Tangentialspannungen und die oben genannte Festigkeitsabnahme im Betrieb damit ausscheidet. Schleifkörper werden daher lediglich als Bauschutt weiterverwendet und müssen kostenpflichtig entsorgt werden.
Es wurden bereits verschiedene Vorschläge zur Wiederverwendung von Schleifkörpern beschrieben. So wird in der DE 44 465 91 A1 die Herstellung eines Schleifkörpers und dieser Schleifkörper selbst offenbart. Dieser recycel- fähige Schleifkörper weist zwei Teilbereiche auf, eine äußere Schleifzone und eine nicht-schleifaktive Zone. Diese nicht-schleifaktive Zone ist dabei aus einem wiederverwendbaren, gefügedichten, ggf. Verstärkungsmittel und/oder Füllstoff enthaltenen organischen Kunststoffmaterial ausgebildet und kann wiederverwendet werden. Auf dieser nicht-schleifaktiven Zone, die einen soge- nannten Grundkörper bildet, befindet sich die Schleifzone aus Korn und Bindemittel. Diese Schleifzone wird dabei auf den Grundkörper aufgebracht und mit geeigneten aushärtenden Kunststoffen verbunden. Nach Gebrauch der Schleifscheibe werden die Reste der Schleifzone mechanisch entfernt und eine neue Schleifzone auf den aus bevorzugt Kunststoff bestehenden Grundkörper aufgebracht.
Die hierin beschriebenen Schleifkörper benötigen aber ansonsten eine umfassende Nachbearbeitung. Des Weiteren ergeben sich aus den unterschiedlichen Materialien der Schleifzone und des Grundkörpers Festigkeitsprobleme, insbesondere für die hohen Anforderungen im Schleifscheibenbereich.
Auch die hohen Sicherheitsanforderungen aufgrund der mechanischen Beanspruchungen im Betrieb erfordern die Entwicklung von in ihrer Bruchfestigkeit verbesserten Schleifkörpern, insbesondere Schleifscheiben. Aufgabe der Erfindung ist somit die Bereitstellung von Schleifkörpern mit verbesserten Bruchfestigkeiten sowie Verfahren zu ihrer Herstellung. Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt in der Bereitstellung von Verfahren zur Herstellung von Schleifkörpern unter Verwendung von Schleifkörpermaterialien enthalten Schleifkorn um ein Recyceln von verbrauchten Schleifscheiben zu ermöglichen und ein späteres Recyceln der Schleifkörper zu erlauben.
Diese Aufgabe wird durch die in den Patentansprüchen 1 , 11 und 13 angegebene Erfindung gelöst. Die Unteransprüche enthalten vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
In einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung Schleifkörper enthaltend Korn und Bindemittel mit einem ersten Bereich angrenzend an die Schleifoberfläche, der den Schleifbereich ausbildet, und einen zweiten Bereich mit einem Aufnahmebereich zur Befestigung an einem Werkzeugträger, der einen Trägerbereich ausbildet, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Bereich Zusatzpartikel vorliegen, wobei der mittlere Durchmesser dieser Zusatz- Partikel mindestens dem Zweifachen des mittleren Durchmessers des Korns entspricht. D.h. der zweite Bereich zeichnet sich dadurch aus, dass hier neben dem Korn und Bindemittel Zusatzpartikel vorliegen, die mindestens den zweifachen Wert des mittleren Durchmessers des Korns aufweisen. Bevorzugt weisen diese Zusatzpartikel ein mindestens dreifachen Durchmesser des im zweiten Bereich verwendeten Korns auf, wie mindestens fünffach, z.B. mindestens zehnfach. Die Ausdrücke„Korn" und„Schleifkorn" werden vorliegend synonym verwendet. In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Zusatzpartikel einen mindestens doppelten Durchmesser des mittleren Durchmessers des eingesetzten Korns auf. Unter Durchmesser bzw. Dicke wird dabei bei kugel- oder plättchen- förmigen Zusatzpartikeln der Durchmesser und bei eckigen oder kantenförmi- gen Formen die Dicke bezogen auf die senkrecht zur Pressrichtung verlaufen- de Achse verstanden, wobei diese Ausdrücke synonym verwendet werden.
Unter mittlerem Durchmesser des Korns (Schleifkorns) wird der gemittelte Durchmesser des zu pressenden Korns verstanden, gleiches gilt für die Zusatzpartikel.
In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Form der einzubringenden Zusatzpartikel ein nicht-kantiges Zusatzpartikel. Diese nicht-kantigen Zusatzpartikel können insbesondere in Form von Linsen, Kugeln, in Form von Bruchkornformen bzw. in stochastischen Formen vorliegen. Erfindungsgemäß wird durch das Einbringen der Zusatzpartikel erreicht, dass aufgrund der Position, der Form und der Anteil die Dichteverteilung in Presslingen derart verändert wird, dass die Rissneigung oder Bruchneigung im Vergleich zu einem Schleifkörper ohne Zusatzpartikel nicht beineinflusst oder sogar reduziert wird, während eine Festigkeitssteigerung erreicht wird. Insbesondere ist die Dichte- Verteilung im gepressten und gesinterten Werkstück homogener. D.h. im Gegensatz zur allgemeinen Auffassung bewirkt das Einbringen der Zusatzpartikel im zweiten Bereich der Schleifkörper keine Verschlechterung der Dichteverteilung im Schleifkörper. Vielmehr ist es sogar möglich, eine gezielte Beeinflussung zur Verbesserung der Festigkeitseigenschaften zu erreichen.
Insbesondere ist die Bruchrissneigung der Schleifkörper, die vor allem bei Schleifscheiben ein großes Problem darstellt und einen sicherheitsrelevanten Aspekt beim Einsatz von Schleifscheiben bildet, durch das Einbringen der Zusatzpartikel in den zweiten Bereich der Schleifkörper unter Verbesserung der Festigkeitseigenschaften der Schleifkörper verbessert. Erfindungsgemäß ist es dadurch möglich, Schleifkörper bereitzustellen, in denen Material von verbrauchten Schleifkörpern verwendet werden.
Die erfindungsgemäßen Schleifkörper können z.B. mit dem folgenden Verfah- ren hergestellt werden. Hierbei wird nach Bestimmung der Dichten im Schleifkörper bzw. des Presslings die Position, Form und/oder Mengen der einzubringenden Zusatzpartikel zur Beeinflussung der Dichteverteilung im Pressling oder Schleifkörper ermittelt. Dabei wird durch Einbringen dieser Zusatzpartikel in den vorbestimmten Mengen und Positionen die Dichteverteilung und damit die Bruchfestigkeit des erhaltenen Schleifkörpers positiv beeinflusst.
Insbesondere zeigte sich, dass eine ggf. nach dem Pressen noch vorliegende inhomogene Dichteverteilung durch das Sintern derart verbessert wird, dass die Dichteverteilung im Schleifkörper weitgehend homogen vorliegt. Insbeson- dere wird eine Verbesserung der Dichteverteilung und somit eine Verbesserung der Bruchfestigkeit im Bereich der Werkzeugaufnahme des Schleifkörpers erreicht. Der Bereich der Werkzeugaufnahme ist den größten Belastungen im Betrieb ausgesetzt. Hier treffen gleichzeitig radiale, tangentiale und axiale Belastungen sowie Schwingungsbelastungen aufeinander.
Durch das gezielte Einbringen von Zusatzpartikeln innerhalb dieses zweiten Bereichs kann eine Festigkeitserhöhung dieses Bereichs hervorgerufen werden.
Allerdings würde man davon ausgehen, dass bei der Festigkeitserhöhung durch das Einbringen der Zusatzpartikel eine Erhöhung der Rissbildungsnei- gung einhergeht. Nach allgemeiner Auffassung fördert das Einbringen eines Fremdkörpers diese Bildungsneigung erheblich.
Es wurde nun überraschend gefunden, dass dieser erwartete negative Effekt nicht auftritt. Im Gegenteil, das Einbringen der Zusatzpartikel, insbesondere poröser Zusatzpartikel erlaubt eine Festigkeitserhöhung ohne Erhöhung der Rissbildungsneigung.
Das heißt, der Schleifkörper aus Korn und Bindemittel in beiden Bereichen weist durch das Einbringen der Zusatzpartikel in dem zweiten Bereich vorteilhafte Eigenschaften auf. Der Schleifkörper ist dabei in beiden Bereichen aus dem gleichen Korn und Bindemittel ausgebildet.
Insbesondere bei porösen Zusatzpartikeln ist dies darauf zurückzuführen, dass das Bindungsbrückenverhalten zwischen den durch das Bindemittel auch bei den einzubringenden Zusatzpartikeln von der Porosität dieser abhängt. Dabei verbessern größere Porositäten das Bindungsbrückenverhalten innerhalb des Presslings im Verlgeich zu solchen mit geringeren Porositäten. Es wird dabei davon ausgegangen, dass die jeweilige Porosität einzubringender Zusatzparti- kel eine Vergrößerung der Oberfläche zur Folge hat, dieses begünstigt die Ausbildung von Bindungsbrücken zwischen den einzelnen Zusatzpartikeln bzw. zwischen Korn und Zusatzpartikel. Allerdings nimmt im Allgemeinen die Festigkeit mit steigender Porosität ab. Insbesondere die Verwendung von porösen Zusatzpartikeln und von Materialien ähnlich oder gleich dem Material des Schleifkörpers, kann das Bindungs- brückenverhalten eingebrachter Zusatzpartikel gegenüber nicht porösen Zusatzpartikel verbessern. Besonders bevorzugt handelt es sich bei den eingebrachten porösen Zusatzpartikeln um solche, die in ihrer Zusammensetzung mit den Bestandteilen des Schleifkörpers, dem Korn und Bindemittel, identisch sind. In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei den porösen Zusatzpartikeln um solche durch Recycling gewonnene Partikel gebrauchter Schleifkörper. Dazu werden diese Schleifkörper z.B. zerkleinert und ggf. klassiert. Beim Einbringen dieser aus verwendeten Schleifkörpern erhältlichen Zusatzpartikel, die entsprechend zerkleinert und ggf. klassiert wurden, kann eine Festigkeitssteigerung des Schleifkörpers insbesondere im Bereich der Werkzeugaufnahme festgestellt werden. Dadurch kann eine wesentliche Festigkeitssteigerung in dem Bereich erzielt werden, in dem diese Zusatzpartikel eingebracht wurden, ohne zu einer Erhöhung der Rissbildungsneigung zu führen. Insbesondere durch vorherige Erstellung einer Belastungsanalyse des Bauteils, wie z.B. in Behrens et al., Materialwissenschaft und Werkstofftechnik, Bd. 38 (10), p. 816-820 beschrieben wird, kann eine Schablone zur Einbringung der bevorzugt recycelten Zusatzpartikel erstellt werden, der entsprechend die recy- celten Zusatzpartikel in den vorher erstellten Pulverpressling gezielt einge- bracht werden.
Bevorzug handelt es sich bei den Bindemitteln des Schleifkörpers um keramische Bindemittel, wie sie im Stand der Technik bekannt sind. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Schleifkörper als Schleifscheibe, Schleifstift, Schleifkegel oder Schleifsegment ausgebildet. Bei Ausbildung des Schleifkörpers als Schleifscheibe ist der erste Bereich dabei in radialer Achse außen angeordnet und schließt mit der Schleifoberfläche ab, während der zweite Bereich in Bezug auf den ersten Bereich in radialer Richtung innen angeordnet ist. Die im zweiten Bereich eingebrachten Zusatzpartikel liegen bevorzugt in der Art vor, dass ein Gradient ausgebildet wird. Der Gradient ist dabei derart ausgestaltet, dass er in Richtung des ersten Bereichs abnimmt. D.h., bevorzugt nimmt der Gradient von der Oberfläche für den Aufnahmebereich zur Befestigung in dem Werkzeugträger, der Werkzeugaufnahme, ab.
Weiterhin bevorzugt ist der Schleifkörper derart aufgebaut, dass der erste Bereich mindestens ein Drittel der Strecke zwischen der Schleifoberfläche und der Oberfläche mit einem Aufnahmebereich des Werkzeugträgers ausmacht. Wie in der Figur 1 dargestellt, ist diese Verteilung bei einem Körper mit radialer Achse derart, dass der erste Bereich, der den Schleifbereich ausbildet, in radialer Achse in Bezug auf den zweiten Bereich außen angeordnet ist.
Die Zusatzpartikel, die im zweiten Bereich des Schleifkörpers eingebracht sind, liegen dabei in einem bevorzugten Anteil von mindestens 0,5 Vol.-%, bevorzugt mindestens 1 Vol.-% und bevorzugt maximal bis 50 Vol.-% bezogen auf die Gesamtmenge an Korn im Schleifkörper vor. Z.B. ist die Menge an Zusatzpartikeln bezogen auf die Gesamtmenge an Korn im Schleifkörper zwischen 1 Vol.- % bis 40 Vol.-%, z.B. mindestens 3 Vol.-%, wie mindestens 5 Vol.-% und wie mindestens maximal 30 Vol.-%, wie mindestens maximal 20 Vol.-%. Die eingebrachten Zusatzpartikel können dabei bevorzugt linsenförmig oder länglich ausgebildet sein.
Bei Einbringen dieser Zusatzpartikel in das zu pressende Gut, z.B. durch Einstreuen, werden diese Zusatzpartikel schwerkraftbedingt senkrecht zur Pressrichtung liegen. Dies hat zur Konsequenz, dass bei der Festigkeitserhöhung oberhalb der Zusatzpartikel, dem Pressen des Rohlings, eine Festigkeitserhöhung oberhalb der Zusatzpartikel erreicht wird, längsseitig aber geometriebedingt eine vernachlässigbar kleine Dichteverringerung entsteht.
Diese längsseitig der geometriebedingt vorliegenden kleine Dichteverringerung wird allerdings beim Sintern ausgeglichen, so dass nach Sintern des Grünlings der Schleifkörper eine Dichteverteilung aufzeigt, die zu einer Festigkeitssteigerung führt, wobei die Rissbildungsneigung nicht vergrößert wird, bevorzugt sogar die Rissbildungsneigung verringert ist.
Unter Dichteverteilung wird der mengenmäßige Nachweis von unterschiedlichen Dichten innerhalb eines gepressten oder gesinterten Körpers verstanden.
Sintern ist dabei eine Wärmebehandlung von Pulvern oder Presskörpern, wie z.B. Grünling, bei Temperaturen unterhalb des Schmelzpunktes des Grundwerkstoffes, um die Festigkeit durch Bindung seiner Partikel untereinander zu erhöhen.
Als ein zu verpressendes Gut wird nachfolgend der Ausgangsstoff für den Pressvorgang, das Korn mit Bindemittel, bezeichnet. Als Pressling, auch Grünling genannt, wird das Produkt nach dem Pressvorgang bezeichnet, bei dem der Ausgangsstoff einen gewissen Zusammenhang aufweist. Dieser Pressling bzw. Grünling wird dann weiteren Bearbeitungsschritten zugeführt, wie dem Sintern. Mit Hilfe bekannter Presseinrichtungen können die Presslinge aus Korn und Bindemitteln und ggf. weiteren Bestandteilen hergestellt werden. Das Einbringen der Zusatzpartikel kann ebenfalls gemäß bekannter Verfahren erfolgen.
Konventionell gebundene Schleifkörper repräsentieren urformtechnisch herge- stellte Verbundwerkstoffe, die prinzipiell aus drei Komponenten zusammengesetzt sind. Diese Komponenten bestehen aus dem eigentlichen Schleifmittel, dem Schleifkorn, einem anwendungsspezifisch ausgewählten Bindemittel und individuell eingestellten Porenräume. Mit Volumenanteilen VK zwischen 40 bis 60 Vol.-% bildet das Schleifmittel, das Korn, die größte Fraktion aus. Üblicher- weise handelt es sich hierbei Korund, Siliziumkarbid, Zirkonkorund (Korund und Zirkonoxid in elektischer Zusammensetzung) oder um Industriediamanten. Als weitere Komponente liegen anwendungsspezifisch ausgewählte Bindemittel vor, die den Zusammenhalt der Schleifkörper in Form so genannter Bindungsbrücken gewährleistet. Hierzu werden verschiedenste Materialien wie z.B. por- zellan- oder glasartige Keramiken, Polymere, Sinterbronzen sowie pulvermeta- lurgische Stäbe eingesetzt. Keramisch gebundene Schleifkörper enthalten Bindungsvolumina VB zwischen 5 und 30 Vol.-%, wie zwischen 5 und 20 Vol.-%. Es handelt sich dabei meist um glasig amorph schmelzende porzellanartig sinternde Gemenge, deren Ausgangsstoffe in der Regel aus Feldspart, Kaolin, diversen Quarzen, Porzellanmehlen, Kalkspaten, Glasmehl und verschiedenen Metalloxiden bestehen.
Wie oben bereits ausgeführt, können Dichtegradienten im Pressling, entstanden beim Pressen des zu pressenden Guts, während des anschließenden Sin- terprozesses zu unerwünschten Verzügen führen. Dadurch kann es zu einer Rissbildung während des Pressens, des Sinterns und des Betriebes der Schleifkörper kommen. Es ist daher notwendig, bereits bei der Herstellung der Schleifkörper während des Pressens bzw. während des Sinterns einen möglichst geringen Dichtegradienten anzustreben.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein entsprechendes Verfahren bereitgestellt, das eine Verbesserung des Dichtegradienten erlaubt, d.h. eine homogenere Dichteverteilung. Diese homogene Dichteverteilung wird umso überraschender erreicht, obwohl Zusatzpartikel in das zu verpressende Gut eingebracht werden, die in ihrer Größe vom Korn abweichen.
Das Verfahren zur Herstellung der Schleifkörper umfasst des Weiteren die bekannten Verfahren zur Herstellung von gepressten und gesinterten Schleifkör- pern, wie sie im Stand der Technik im Allgemeinen beschrieben und bekannt sind. Das Verfahren wird derart durchgeführt, dass zur Herstellung von Schleif- körpern der Schritt des Einbringens von Zusatzpartikeln in eine Mischung von Korn und Bindemittel in einem zweiten Bereich eines zu verpressenden Guts für den Schleifkörper durchgeführt wird, wobei diese Zusatzpartikel erfindungsgemäße Zusatzpartikel sind, und der Schritt des Verpressens des die Zusatz- partikel enthaltenden Guts im zweiten Bereich zusammen mit einem keine Zusatzpartikel enthaltenden ersten Bereich.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Figur näher erläutert: Die Figur 1 zeigt einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Schleifscheibe 1. Der Schnitt durch die Schleifscheibe zeigt einen ersten Bereich 2 der den Schleifbereich ausbildet und den zweiten Bereich 3. Im zweiten Bereich sind die Zusatzpartikel 4, die in diesem Bereich erfindungsgemäß eingebracht wurden, dargestellt. Bevorzugt handelt es sich bei den Zusatzpartikeln 4 um porö- se Zusatzpartikel, insbesondere um aus verwendeten Schleifkörpern recycelte Zusatzpartikel, erhalten durch Zerkleinern und ggf. Klassieren der Schleifkörper. Besonders bevorzugt sind die Zusatzpartikel 4 solche, die die gleiche Zusammensetzung haben wie der Schleifkörper enthaltend Korn und Bindemittel. Eine Oberfläche des ersten Bereichs bildet die Schleiffläche 5 aus. Während der zweite Bereich eine Oberfläche 6 mit einem Aufnahmebereich zur Befestigung an den Werkzeugträger aufweist. Der von dem Bereich der Werkzeugaufnahme radial nach außen verlaufende Gradient der eingebrachten Zusatzpartikel ist ebenfalls dargestellt. Bevorzugt ist der erste Bereich derart ausgebildet, dass diesr mindestens ein Drittel der Strecke zwischen der Oberfläche 6 und der Schleiffläche 5 beträgt. Die erfindungsgemäße Schleifscheibe, wie im Ausschnitt in der Figur 1 dargestellt, zeichnet sich durch eine hohe Dauerhaltbarkeit und Zuverlässigkeit aus. Insbesondere zeichnen sich diese erfindungsgemäßen Schleifscheiben dadurch aus, dass sie eine verbesserte Festigkeit aufzeigen, ohne dass die Rissbildungsneigung, insbesondere im stark belasteten zweiten Bereich in Richtung der Werkzeugaufnahme, zu verschlechtern.

Claims

Patentansprüche
1. Schleifkörper (1 ) enthaltend Korn und Bindemittel mit einem ersten Bereich (2) angrenzend an die Schleifoberfläche (5), der den Schleifbereich ausbildet, und einen zweiten Bereich (3) mit einem Aufnahmebereich zur Befestigung an einem Werkzeugträger, der einen Trägerbereich (6) ausbildet, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Bereich (3) neben dem Korn und Bindemittel Zusatzpartikel (4) vorliegen, wobei der mittlere Durchmesser dieser Zusatzpartikel mindestens dem Zweifachen des mittleren Durchmessers des Korns entspricht.
2. Schleifkörper nach Anspruch 1 , wobei die Zusatzpartikel (4) poröse Zusatzpartikel aus Korn und Bindemittel sind.
3. Schleifkörper nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Zusatzpartikel (4) poröse Zusatzpartikel aus dem gleichen Korn und Bindemittel sind, die den Schleifkörper (1 ) ausbilden.
4. Schleifkörper nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Zusatzpartikel (4) aus verwendeten Schleifkörpern durch Zerkleinern und ggf. Klassieren erhalten werden.
5. Schleifkörper nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Bindemittel ein keramisches Bindemittel ist.
6. Schleifkörper nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Schleifkörper (1 ) in Form einer Schleifscheibe ausgebildet ist und wobei der erste Bereich (2) radial außen angeordnet ist und der zweite Bereich (3) in Bezug auf den ersten Bereich (2) radial innen angeordnet ist.
7. Schleifkörper nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die im zweiten Bereich (3) vorliegenden Zusatzpartikel (4) mit abnehmender Menge in einem Gradienten in Richtung des ersten Bereichs (2) vorliegen.
8. Schleifkörper nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der erste Bereich (2) mindestens ein Drittel der Strecke zwischen der Schleifoberfläche (5) und der Oberfläche mit einem Aufnahmebereich des Werkzeugs (6) ausmacht.
9. Schleifkörper nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Anteil an Zusatzpartikeln (4) im zweiten Bereich (3) des Schleifkörpers (1 ) mindestens 0,5 Vol.-%, bevorzugt mindestens 1 Vol.-% bezogen auf die Gesamtmenge an Korn beträgt.
10. Schleifkörper nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die im zweiten Bereich vorliegenden Zusatzpartikel linsenförmig oder länglich ausgebildet sind.
11. Verfahren zur Herstellung von Schleifkörpern (1 ) umfassend den Schritt des Einbringens von Zusatzpartikeln (4) in eine Mischung von Korn und
Bindemittel in einem zweiten Bereich (3) eines zu verpressenden Guts für den Schleifkörper, wobei diese Zusatzpartikel (4) solche sind, wie in einem der Ansprüche 1 bis 9 definiert, und Verpressen des die Zusatzpartikel (4) enthaltenden Guts im zweiten Bereich zusammen mit einem keine Zusatzpartikel (4) enthaltenden ersten Bereich.
12. Verfahren nach Anspruch 1 1 zur Herstellung von Schleifkörpern (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
13. Schleifvorrichtung enthaltend mindestens einen Schleifkörper (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 10. Verwendung von Zusatzpartikeln (4) aus recycelten Schleifkörpern zur Herstellung von Schleifkörpern (1), wobei diese Zusatzpartikel (4) in einem zweiten Bereich (2) angeordnet sind, der nicht dem Schleifbereich (2) der Schleifkörper (1 ) ausbildet.
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