DE10141330C1 - Schleifkörper - Google Patents

Abstract

Die Produktivität beim Schleifen mit bekannten Schleifkörpern ist begrenzt, weil diese das Kühlschmitmittel nicht oder nur sehr begrenzt an die Schleifstelle transportierten. Es wird ein Schleifkörper vorgeschlagen, der neben Schleifkorn und Bindemittel Teilchen eines mikroporösen hydrophilen Feststoffs enthält und eine wesentlich höhere Schnittgeschwindigkeit als die bekannten Schleifkörper gestattet, weil die Wärme besser von der Schleiffläche abtransportiert wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen Schleifkörper, beispielsweise eine Schleifscheibe, einen Schleifring, einen Schleiftopf oder ein Schleifsegment, insbesondere zum Bearbeiten von Werkstüc­ ken aus Stahl, Stein oder Glas mit Kühlschmiermitteln auf Wasserbasis.

Beim Schleifen wird in erheblichem Ausmaß Wärme erzeugt. Wenn diese Wärme vom Werkstück aufgenommen wird, kann es zu un­ erwünschten Gefügeänderungen kommen, was sich auch am Auf­ treten von gefärbten Oxidschichten (sog. Blauschliff oder Schleifbrand) erkennen läßt. Daher ist es üblich, auf Schleif­ körper und Werkstück ein Kühlschmiermittel aufzuspritzen. Wegen des fehlenden Freiraums zwischen Werkstück und Schleif­ körper erreicht das Kühlschmiermittel die Schleifstelle nicht. Das flüssige Medium wird abgestreift. Dennoch wird die durch das Zerspanen entstehende Wärme vom Kühlschmiermittel aufge­ nommen und die Entstehung übermäßiger Reibungswärme verhin­ dert. Übliche Kühlschmiermittel bestehen aus wasserreichen Öl- in-Wasser-Emulsionen oder aus rein wäßrigen Phasen, ggf. mit Rostschutzmitteln. Sie nehmen Wärme auf, indem sie sich er­ wärmen und ggf. teilweise verdampfen.

Nach der DE 31 12 954 A1 soll der Zusatz von schleifaktiven und hygroskopischen Füllstoffen die Reibung vermindern.

Durch die Gestaltung des Schleifkörpers versucht man, die Kühlung an der Kontaktstelle zwischen Schleifkörper und Werk­ stück zu verbessern. Bekannt sind Schleifkörper, die eine gewisse Porosität aufweisen. Diese wird beispielsweise dadurch erzeugt, daß verdampfbare organische Stoffe wie Naphthalin in die Schleifkörpermasse eingearbeitet werden, die beim nachfol­ genden Brennen verdampfen. Dieses Verfahren eignet sich jedoch nicht für kalthärtende Kunststoffbindungen. Es können auch hohlkugelförmige Korundpartikel als Schleifkorn verwendet werden, die beim Schleifen aufbrechen und flache Poren in der Schleiffläche erzeugen. Die Rauhigkeit und grobe Porosität der Schleiffläche soll Kühlmittel zur Kontaktstelle zwischen Schleifkörper und Werkstück transportieren. In der Praxis zeigt sich jedoch, daß bei hohen Drehzahlen Zentrifugalkraft und Luftverwirbelungen das Eindringen des Kühlmittels in die Poren und Vertiefungen verhindern, sodaß diese sich nicht ausreichend mit Kühlmittel füllen und kein ausreichender Transport zur Kontaktfläche erfolgt.

Es gibt auch Schleifkörper, die so ausgestaltet sind, daß das Kühlmittel zwischen Schleifkörper und Werkstück eingebracht wird. Hierzu werden nach der EP 0 876 877 A2 in Schleifkörper Kanäle angebracht, die das aufgespritzte Kühlschmiermittel an die Schleifstelle transportieren sollen. Die Kanäle verstopfen jedoch durch den entstehenden Abrieb leicht und verlieren so ihre Wirksamkeit.

Die Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, einen Schleifkör­ per bereitzustellen, der das Kühlmittel dauerhaft wirksam an die Kontaktstelle transportiert.

Diese Aufgabe wird durch einen Schleifkörper nach dem Haupt­ anspruch gelöst.

Die im Schleifkörper enthaltenen Teilchen des mikroporösen hydrophilen Feststoffs nehmen das Kühlmittel rasch auf und transportieren es an die Kontaktstelle. Dabei wird es in den Mikroporen festgehalten und kann nicht abgestreift oder durch Zentrifugalkraft weggeschleudert werden.

Die hydrophile Eigenschaft des Feststoffs hat zur Folge, daß das Kühlmittel die äußere und die innere Oberfläche des Fest­ stoffs benetzt und so stets an der Kontaktstelle verfügbar ist. Sie verhindert auch das Eindringen des Bindemittels in die Poren bei der Herstellung des Schleifkörpers und das Ein­ dringen von Luft beim Schleifen.

Die Größe der Mikroporen ist bevorzugt so zu bemessen, daß das Kühlmittel durch die der Zentrifugalkraft entgegenwirkende Kapillarkraft in den Poren festgehalten wird. Zweckmäßig ist der Porenradius kleiner als 1 µm. Die Poren sind dabei offen und miteinander verbunden, damit das Kühlmittel auch im Inne­ ren der Teilchen aufgenommen und gespeichert werden kann. Auch die geringe Porengröße verhindert das Eindringen von Binde­ mittel und Luft im Zusammenwirken mit der Hydrophilität des Feststoffs.

Vorzugsweise ist der Feststoff so ausgewählt, daß er durch die Aufnahme von Wasser nicht quillt. Dadurch wird vermieden, daß Quellkräfte auftreten, die zur Zerstörung des Schleifkörpers führen könnten.

Vorteilhaft wird der Feststoff auch so ausgewählt, daß er bei Temperaturen von mindestens 300°C nicht schmilzt oder er­ weicht oder seine Porenstruktur verliert. Der Schleifkörper kann dann so benutzt werden, daß er sich erwärmt, ohne daß er zerstört wird oder seine Kühleigenschaft beeinträchtigt wird.

Bevorzugt ist der Feststoff ein anorganisches Xerogel. Solche Xerogele entstehen typischerweise durch Trocknung von Gelen, bevorzugt Hydrogelen, aus anorganischen Hydroxiden oder Säu­ ren.

Besonders bevorzugt ist der Feststoff ein Kieselgel. Handels­ üblich und geeignet sind engporige Kieselgele mit einem Poren­ radius von etwa 1,5 nm, weitporige Kieselgele mit 4 bis 6 nm Porenradius sowie mittelporige Gele. Solche Kieselgele können bis zu 100% ihres Volumens an Wasser aufnehmen.

Gut geeignete mikroporöse hydrophile Feststoffe sind auch beispielsweise natürliche und synthetische Zeolithe (Erdalkali-Aluminium-Silikate) und hydrophile Molekularsiebe.

Die Teilchengröße des Feststoffs muß so gewählt werden, daß sie die geometrischen Grenzen des Schleifkörpers nicht über­ schreitet. Unter dieser Bedingung sind Teilchen mit einer Größe zwischen 5 µm und 10 mm bevorzugt.

Der Gewichtsanteil der mikroporösen hydrophilen Feststoff­ teilchen im Schleifkörper beträgt vorzugsweise 2 bis 20%.

In der Regel sind die Feststoffteilchen unregelmäßig gebrochen und haben keine bestimmte Form.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform haben die Feststoffteil­ chen eine bestimmte geometrische Form, beispielsweise Zylin­ der, Quader, Kugeln, Polyeder oder auch stabförmige Teilchen mit rundem oder rechteckigem Querschnitt.

Sie können dann auch nachträglich in Aussparungen an der Ober­ fläche des Schleifkörpers eingesetzt und z. B. durch Kleber befestigt werden. Solche Teilchen haben vorzugsweise Abmessun­ gen zwischen 10 und 50 mm und können beispielsweise durch Kompaktierung von feinteiligem Feststoff hergestellt werden.

Desweiteren ist es für bestimmte Schleifaufgaben vorteilhaft, die Feststoffteilchen nicht gleichmäßig im Schleifkörper zu verteilen, sondern an ausgewählten Stellen zu positionieren. So ist es möglich, beim Schleifen komplexer Werkstücke be­ stimmte Schleifzonen stärker als andere zu kühlen. Dadurch läßt sich beim Schleifen von Werkstücken mit unterschiedlichem Spanabtrag eine gleichmäßige Temperaturverteilung an den Werk­ stücken erreichen und das Auftreten von Wärmespannungen ver­ meiden.

Für die erfindungsgemäßen Schleifkörper kann ein übliches Schleifkorn verwendet werden, beispielsweise Normalkorund, Edelkorund, Rubinkorund, Solgelkorund (SG-Korn, Cubitron), CBN (kubisches Bornitrid), Diamant, Einkristall (Edelkorund mit besonders großen Primärkristallen), Siliciumcarbid, jeweils in verschiedenen Körnungen.

Die Schleifkörper können übliche Bindemittel enthalten, bei­ spielsweise kalthärtende wie Acrylharze, Epoxidharze, Polyu­ rethane, Polyester und warmhärtende wie Phenolharze.

Daneben können die Schleifkörper noch übliche Füllstoffe wie Graphit, Kryolith, Kupfersulfid, Pyrox (monokristalliner Py­ rit), Stearate enthalten.

Die erfindungsgemäßen Schleifkörper ermöglichen gegenüber dem Stand der Technik eine höhere Schnittgeschwindigkeit und/oder einen höheren Vorschub und daher eine erhöhte Produktivität. Sie sind insbesondere auch mit kalthärtenden Bindemitteln herstellbar.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispie­ len näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 eine axial geschnittene Schleifscheibe in perspektivi­ scher Ansicht,

Fig. 2 einen axial geschnittenen Schleifring in perspektivi­ scher Ansicht,

Fig. 3 ein Schleifsegment in perspektivischer Ansicht.

In Fig. 1 ist die Schleifscheibe 1 axial geschnitten. In der Schnittfläche 2 erkennt man die Bindemittelmatrix 3 mit dem feinen Schleifkorn 6. In die Matrix eingebettet sind Teilchen 4 des mikroporösen hydrophilen Feststoffs, hier Kieselgel. Die Teilchen treten an der Schleiffläche 5 an die Oberfläche und entfalten dort die erfindungsgemäße Wirkung. Da die ganze Matrix Teilchen enthält, stehen auch immer neue bereit, wenn sich die Scheibe während des Gebrauchs an der Schleiff­ läche abnutzt. Beim Schleifen nehmen die an der Schleiffläche freistehenden Teilchen die wäßrige Phase des Kühlschmiermit­ tels auf und transportieren sie an die Kontaktstelle zum Werk­ stück. Dort nimmt die wäßrige Phase Wärme auf, indem sie sich erwärmt und teilweise verdampft.

Fig. 2 zeigt einen anderen Schleifkörper in Form eines Schleifrings 11 mit der Schnittfläche 12, der Bindemittelma­ trix 13 und Feststoffteilchen 14. Die Schleiffläche 15 ist hier die Stirnseite des Schleifrings.

Eine dritte Ausführungsform ist in Fig. 3 gezeigt. Das Schleifsegment 21 ist zum Einsetzen in einen Schleifkopf be­ stimmt. An der Schnittfläche 25 erkennt man die Bindemittelma­ trix 23 und die darin eingebetteten. Feststoffteilchen 24.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung dienen die folgenden Ausführungsbeispiele. Die Rezepturangaben beziehen sich auf Gewichtsteile.

Beispiel 1

Das schleiftechnische Problem bestand in der Bearbeitung eines hochlegierten Stahls (HSS, 60 HRC) in Plattenform. Das Materi­ al sollte beidseitig konisch geschliffen werden, und zwar im Tiefschliff mit einer Spantiefe von 1 mm und in einem Zug pro Seite. Das Plattenmaterial war 50 mm breit, 300 mm lang und 3,5 mm dick.

Es wurde ein Schleifring mit einem Außendurchmesser von 450 mm, einem Innendurchmesser von 380 mm und einer Höhe von 125 mm hergestellt. Die Rezeptur umfaßte 60 Teile Edelkorund, Körnung 120, 30 Teile eines Epoxidbindemittels, 5 Teile Kryo­ lith und 5 Teile eines weißen Kieselgels mit einer mittleren Teilchengröße von 3 mm und einer spezifischen Oberfläche von 800 m²/g. Mit diesem Schleifring wurde das Plattenmaterial auf einer Schleifmaschine (Fabrikat Berger) mit einem Vorschub von 500 mm/min in einem Zug mit einer Spantiefe von 1 mm ohne Probleme geschliffen. Insbesondere trat kein Blauschliff auf. Auch wenn der Vorschub auf 1000 mm/min erhöht wurde, konnte kein Blauschliff beobachtet werden.

Mit einem Schleifring ohne Kieselgel konnte auch bei niedrig­ stem Vorschub die geforderte Spantiefe nicht ohne Blauschliff erreicht werden. Ein befriedigendes Ergebnis war nur möglich, wenn in drei Durchgängen mit entsprechend verminderter Span­ tiefe geschliffen wurde.

Beispiel 2

Es wurde eine Schleifscheibe mit einem Außendurchmesser von 300 mm und einer Höhe von 62 mm hergestellt, die eine Bohrung von 76,2 mm aufwies. Die Rezeptur umfaßte 40 Teile Edelkorund, Körnung 46/90, 20 Teile, Körnung 60, 5 Teile Pyrox, SG-Korn, 30 Teile Epoxidbindemittel und 5 Teile Kieselgel, mittlere Teilchengröße 5 mm.

Mit dieser Scheibe wurden Gewerbe und Schneidflächen von Blechscherenschenkeln aus Kohlenstoffstahl der Härte 60 HRC geschliffen. Das Werkstück konnte mit einer Schnittgeschwin­ digkeit von 35 m/s, entsprechend einer Taktfrequenz von 8 s, in einem Zug zu guter Qualität geschliffen werden.

Mit einer Scheibe ohne Kieselgel trat Blauschliff auf, wenn die Schnittgeschwindigkeit über 15 m/s gesteigert wurde.

Bezugszeichenliste

1

Schleifscheibe

2

Schnittfläche

3

Bindemittelmatrix

4

Feststoffteilchen

5

Schleiffläche

6

Schleifkorn

11

Schleif ring

12

Schnittfläche

13

Bindemittelmatrix

14

Feststoffteilchen

15

Schleiffläche

21

Schleifsegment

23

Bindemittelmatrix

24

Feststoffteilchen

25

Schnittfläche

Claims (11)

1. Schleifkörper, enthaltend Schleifkorn und Bindemittel, dadurch gekennzeichnet, dass er zusätzlich Teilchen eines mikroporösen hydrophilen Feststoffs enthält, wobei die Poren des Feststoffs offen und miteinander verbunden sind.

2. Schleifkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Porenradius des mikroporösen hydrophilen Feststoffs kleiner als 1 µm ist.

3. Schleifkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Feststoff durch die Aufnahme von Wasser nicht quillt.

4. Schleifkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass der Feststoff bei Temperaturen bis 300°C weder schmilzt noch erweicht noch seine Poren­ struktur verliert.

5. Schleifkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass der Feststoff ein anorganisches Xerogel ist.

6. Schleifkörper nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Feststoff ein Kieselgel ist.

7. Schleifkörper nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, dass der Feststoff ein natürlicher oder synthetischer Zeolith oder ein Molekularsieb ist.

8. Schleifkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass die Teilchen des Feststoffs eine Größe zwischen 5 µm und 10 mm haben.

9. Schleifkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, dass die Teilchen des Feststoffs die Form von Zylindern, Quadern, Kugeln oder Polyedern haben o­ der stabförmig mit rundem oder rechteckigem Querschnitt sind.

10. Schleifkörper nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchen des Feststoffs in Aussparungen an der O­ berfläche des Schleifkörpers eingelegt und befestigt sind.

11. Schleifkörper nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilchen des Feststoffs an ausgewählten Stellen im Schleifkörper so positioniert sind, dass beim Schleifen bestimmte Schleifzonen stärker als ande­ re gekühlt werden.