DE1950880B2 - Diamond grinding tool - Google Patents
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Description
Die Erfindung geht aus von einem Schleifwerkzeug gemäß Oberbegriff des Hauptanspruchs.The invention is based on a grinding tool according to the preamble of the main claim.
Diamantschleifwerkzeuge bestehen im wesentlichen aus zwei Teilen, nämlich einmal dem eigentlichen Schleifkörper und zum anderen aus Befestigungs- und Aufnahmevorrichtungen. Die Schleifkörper, die beim Arbeitsvorgang mit dem Werkstück in Berührung J<> gebracht werden, können dabei die verschiedensten geometrischen Formen, wie Scheiben, Topfscheiben etc. annehmen. Gebräuchlich sind auch Schleifkörper, bei denen einzelne Schleifsegmente ringförmig angebracht sind. J5Diamond grinding tools essentially consist of two parts, namely the actual one Abrasive bodies and, on the other hand, from fastening and receiving devices. The grinding tools that are used at The work process can be brought into contact with the workpiece J <> take on geometric shapes such as disks, cup disks, etc. Abrasive tools are also used which individual grinding segments are attached in a ring. J5
Der eigentliche Schleifkörper besteht dabei gewöhnlich aus einem sogenannten Gefüge aus Metall oder einem Harzbindemittel, in welches Gefüge die Diamantteilchen eingebettet sind. Die einzelnen Diamanten müssen dabei fest in dem Gefüge verankert sein, um ihr Ausbrechen zu verhindern und um eine möglichst hohe Wirkung zu erzielen. Im Idealfall sollten die Diamantteilchen und das Gefüge an der Oberfläche so beschaffen sein, daß sich diese nicht zusetzt und daß es nicht erforderlich ist, die Oberfläche des Werkzeugs 4r> häufig zu schleifen, um stumpfe Diamantteilchen zu entfernen und schärfere Teilchen freizulegen.The actual grinding wheel usually consists of a so-called structure made of metal or a resin binder, in which structure the diamond particles are embedded. The individual diamonds must be firmly anchored in the structure in order to prevent them from breaking out and to achieve the greatest possible effect. Ideally, the diamond particles and the structure should be designed on the surface so that it does not become clogged and it is not necessary to grind 4 r> often the surface of the tool to expose blunt diamond particles to remove and sharper particles.
Eines der Hauptprobleme bei der Anwendung von Diamantschleifkörpern ist darin zu sehen, daß das Material der zu bearbeitenden Werkstoffstücke die verschiedensten Formen und Härtegrade annehmen kann. So werden beispielsweise für die Bearbeitung von relativ weichen Materialien Schleifkörper verwendet, bei denen die Diamantteilchen von einem Metallgefüge gehalten werden. Nach der DE-PS 7 56 336 sind bei « solchen metallgebundenen Diamantschleifwerkzeugen die Diamanten in ein gesintertes Eisengefüge eingelagert, in dessen Poren 3 bis 40% eines weichen Metalls eingeseigert sind. Diese metallgebundenen Diamantschleifwerkzeuge sind insbesondere zum Trockenschleifen von harten Werkstoffen ungeeignet, da sie eine hohe Anpreßkraft und damit einen hohen Energieaufwand erforderlich machen, wobei die Neigung dafür besteht, daß das weiche Metall schmiert und zu einem Verschweißen der Schleifwerkzeugoberfläche mit dem b5 Werkstück führt. Darüber hinaus ermöglichen diese metallgebundenen Diamantschleifwerkzeuge keine hohe Schleifgeschwindigkeit, da es hierfür erforderlich ist, daß das die Diamanten haltende Gefüge sich durch stetiges Abbrechen neu formt und so immer wieder neue Schleifspitzen selbstständig freilegt Brüchige Metallgefüge, beispielsweise aus ε-Bronze, wie sie aus der US-PS 27 37 454 bekannt sind, sind zwar zum Schleifen härterer Materialien gut geeignet, können aber nicht für alle Schleifvorgänge benutzt werden und weisen Nachteile in ihrer Struktur und Formgebung auf, so daß εε insbesondere nicht möglich ist, sie in Form von Topfschleifscheiben einzusetzen.One of the main problems with the use of diamond abrasives is to be seen in the fact that the material of the pieces of material to be machined can assume the most varied of shapes and degrees of hardness. For example, grinding tools in which the diamond particles are held by a metal structure are used to machine relatively soft materials. According to DE-PS 7 56 336, in such metal-bonded diamond grinding tools, the diamonds are embedded in a sintered iron structure, in the pores of which 3 to 40% of a soft metal is segregated. These metal-bonded diamond grinding tools are particularly unsuitable for dry grinding of hard materials, as they require a high contact force and thus a high expenditure of energy, with the tendency that the soft metal smears and leads to the grinding tool surface being welded to the b5 workpiece. In addition, these metal-bonded diamond grinding tools do not allow a high grinding speed, as it is necessary for this that the structure holding the diamonds is re-formed by constant breaking off and thus repeatedly independently exposes new grinding tips -PS 27 37 454 are known, are well suited for grinding harder materials, but cannot be used for all grinding processes and have disadvantages in their structure and shape, so that εε in particular is not possible to use them in the form of cup grinding wheels.
Aus der DE-AS 10 79 989 sind Kunstharz- oder keramisch gebundene Schleifkörper bekannt,, deren Poren mit einem Epichlorhydrinharz gefüllt sind, das einen Kantenschutz und eine gesteigerte Schmierwirkung verursachen soll. Allerdings ist in diesem Stand der Technik von Diamantschleifkörpern keine Rede. Die keramikgebundenen Schleifkörper sind für das Trokkenschleifen von harten Materialien ungeeignet, da sie sehr empfindlich gegen thermische Spannungen sind, so dafl eine sehr schnelle Zerstörung- des Gefüges verursacht wird, was bei Diamantschleifwerkzeugen nicht in Kauf genommen werden kann.From DE-AS 10 79 989 synthetic resin or vitrified bonded abrasives known, the pores of which are filled with an epichlorohydrin resin to cause an edge protection and an increased lubricating effect. However, in this state the There is no question of the technology of diamond abrasives. The ceramic-bonded grinding tools are for dry grinding unsuitable for hard materials as they are very sensitive to thermal stresses, so therefore a very rapid destruction of the structure caused, which cannot be accepted with diamond grinding tools.
Zum Schleifen von relativ harten Materialien unter Trockenschleifbedingungen haben sich daher insbesondere kunstharzgebundene Diamantschleifwerkzeuge den rein metallgebundenen als überlegen erwiesen. Die kunstharzgebundenen Diamantschleifscheiben, die ein die Diamanten haltendes Kunstharzgefüge mit oder ohne Füllstoff aufweisen, sind beispielsweise aus den US-Patentschriften 33 83 191 und 33 89 117 bekannt. Die Kunstharzgefüge ergeben eine bessere federnde Wirkung und leiden nicht so unter der Brüchigkeit, zeigen jedoch eine schnellere Abnutzung als die metallgebundenen Diamantschleifkörper, ermöglichen andererseits aber eine hohe Schleifgeschwindigkeit.For grinding relatively hard materials under dry grinding conditions, therefore, in particular Resin-bonded diamond grinding tools have proven to be superior to the purely metal-bonded ones. the Resin-bonded diamond grinding wheels that have a synthetic resin structure holding the diamonds with or without filler are known, for example, from US Pat. Nos. 3,383,191 and 3,389,117. The synthetic resin structure results in a better resilient effect and do not suffer from brittleness, however, they wear out faster than the metal bonded diamond abrasives allow on the other hand, however, a high grinding speed.
Es ist ersichtlich, daß eine Vielzahl von Diamantschleifwerkzeugen bekannt ist, die je nach ihrem Einsatzgebiet aus den verschiedensten Materialien hergestellt sind. Hierdurch ergibt sich insofern ein großer Nachteil, als man für die verschiedensten Schleifvorgänge eine relativ große Anzahl von verschiedenen Schleifwerkzeugen benötigt, bei denen jeweils das Gefüge aus verschiedenen Materialien besteht und die verschiedensten Bindemittel enthält, wobei auch die Konzentration der Diamantteilchen und ihre Größe variieren können. Es besteht daher seit langem ein Bedürfnis für ein Diamantschleifwerkzeug, das einerseits die hohe Schleifgeschwindigkeit harzgebundener Schleifkörper ermöglicht und andererseits die lange Lebensdauer metallgebundener Schleifkörper besitzt.It can be seen that a variety of diamond grinding tools is known, which is made from a wide variety of materials depending on its area of application are made. This results in a major disadvantage, as one for the most diverse Grinding operations required a relatively large number of different grinding tools, each of which the structure consists of different materials and contains a wide variety of binders, including the The concentration of diamond particles and their size can vary. It has therefore been around for a long time Need for a diamond grinding tool that, on the one hand, has the high grinding speed of resin-bonded Allows grinding wheel and on the other hand has the long service life of metal-bonded grinding wheels.
Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, ein Schleifwerkzeug der eingangs erwähnten Gattung zu schaffen, das für das Schleifen und insbesondere für das Trockenschleifen von harten Werkstoffen, wie Hartmetallen (gesinterte Carbide etc.), insbesondere von Kombinationen aus harten und weichen Werkstoffen (beispielsweise Hartmetallwerkzeuge mit Stahlhalterungen) geeignet ist und das bei geringem Abrieb bzw. Verschleiß, das heißt einem günstigen Verhältnis von abgetragenem Werkstoffmaterial zu Schleifwerkzeugverschleiß, eine hohe Schleifgeschwindigkeit ermöglicht. The object of the invention is therefore to provide a grinding tool of the type mentioned at the beginning create that for grinding and especially for dry grinding of hard materials such as hard metals (sintered carbides etc.), especially combinations of hard and soft materials (for example hard metal tools with steel holders) is suitable and that with low abrasion or Wear, i.e. a favorable ratio of material material removed to grinding tool wear, enables a high grinding speed.
Zur Lösung dieser Aufgabe werden die kennzeichnenden Merkmale des Hauptanspruchs vorgeschlagen.To solve this problem, the characterizing features of the main claim are proposed.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung richtet sich auf das durch den echten Unteranspruch 2 gekennzeichnete Schleifwerkzeug.A preferred embodiment of the invention is based on the real dependent claim 2 marked grinding tool.
Das erfindungsgemäße Schleifwerkzeug zeigt inso-The grinding tool according to the invention shows inso-
fern ein unerwartetes Verhalten, als es nicht nur eine größere Schleifgeschwindigkeit ermöglicht, als sie bislang mit herkömmlichen harzgebundenen Schleifwerkzeugen möglich war, sondern gleichzeitig auch eine größere Lebensdauer, das heißt einen günstigeren Schleiffaktor, nämlich dem Verhältnis von abgetragenem Werkstoffmaterial zu abgetragenem Werkzeugmaterial, zeigt Bei gleicher Werkzeuglebensdauer ergibt sich so beispielsweise eine Erhöhung der Schleifgeschwindigkeit um 250 bis 400%. Entsprechend läßt sich bei gleicher Schleifgeschwindigkeit eine entsprechend höhere Lebensdauer erreichen.far from unexpected behavior, as it not only enables a greater grinding speed than it does was previously possible with conventional resin-bonded grinding tools, but also one at the same time longer service life, i.e. a more favorable grinding factor, namely the ratio of the material removed Material material for removed tool material, shows With the same tool life This results, for example, in an increase in the grinding speed by 250 to 400%. Corresponding a correspondingly longer service life can be achieved with the same grinding speed.
Bei der Ausführungsform gemäß Unteranspruch werden an sich bekannte metallüberzogene Diamantteilchen, die beispielsweise mit Nickel überzogen sind, verwendet, wodurch eine Verbesserung des Verhaltens beim Trockenschleifen erreicht wird, was teilweise auf die groke Wärmekapazität des Metallüberzugs zurückgeführt wird, wodurch eine Verringerung der Schleiftemperatur erreicht wird.In the embodiment according to the dependent claim, metal-coated diamond particles known per se, which are coated with nickel, for example, are used, which improves their behavior when dry grinding is achieved, which is partly due to the large heat capacity of the metal coating as a result of which a reduction in the grinding temperature is achieved.
Das erfindungsgemäße Schleifwerkzeug wird dadurch hergestellt, daß man durch Sintern einer Mischung aus Diamantteilchen und den die Kupfer-Zinn-Legierung bildenden Metallpulvern ein Gefüge mit durchlaufender Porosität formt, in welcher Metallphase die Diamantteilchen gehalten werden, und anschließend die Poren mit einem flüssigen Epoxidharz unter Vakuum- oder Zentrifugaleinwirkung füllt, derart, daß sich die Metallphase zusammenhängend und die Harzphase größtenteils zusammenhängend über den Schleifkörper erstrecken.The grinding tool according to the invention is produced by sintering a Mixture of diamond particles and the metal powders forming the copper-tin alloy have a structure shapes with continuous porosity, in which metal phase the diamond particles are held, and then fills the pores with a liquid epoxy resin under vacuum or centrifugal action, in such a way that that the metal phase is contiguous and the resin phase largely contiguous over the Extend grinding wheel.
Es hat sich weiterhin als zweckmäßig erwiesen, die Mischung aus Diamantteilchen und Metallpulvern vor dem Sinterprozeß in einer Form kalt zusammenzupressen. J5It has also proven to be useful to use the mixture of diamond particles and metal powders to cold-press the sintering process in a mold. J5
Weiterhin ist es zweckmäßig, das gesinterte Metallgefüge vor dem Durchtränken unter der schützenden Atmosphäre eines inerten Gases abzukühlen.Furthermore, it is advisable to place the sintered metal structure under the protective To cool the atmosphere of an inert gas.
Als Ausgangsstoffe für die Herstellung des erfindungsgemäßen Schleifwerkzeugs, das für bestimmte, schwer zu bearbeitende Werkstoffe, wie Glas, Hartporzellan, Quarz, Metalloxide und Hartmetalle sowie Edelsteine, verwendet werden kann, dienen Diamantteilchen unterschiedlicher Größe und Zinn- und Kupfer-Pulver. Bei der Herstellung des eigentlichen 4S Diamantschleifkörpers wird in Abhängigkeit von der Größe und der Form des Schleifwerkzeugs ein Gemisch aus Zinn- und Kupferpulver und einer Anzahl von Diamantteilchen durch einen Sinterprozeß zu dem gesinterten Metallgefüge geformt. Dabei wird das Wachstum des Gefüges während des Sinterprozesses beobachtet und sichergestellt, daß die Diamantteilchen fest in dem Metallgefüge verankert bleiben. Durch die Auswahl der verwendeten Legierung und der Bedingungen des Sinterprozesses wird die angestrebte Porosität des Gefüges erreicht, die für den weiteren Herstellungsprozeß von großer Wichtigkeit ist. Vor dem eigentlichen Sinterprozeß wird die Mischung aus Diamantteilchen und den die Kupfer-Zinn-Legierung bildenden Metallpulvern zweckmäßigerweise durch kaltes Ver- ω pressen in die gewünschte Form gebracht. Hierbei können die Diamantteilchen gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung vorher mit einem Überzug aus einem Metall oder einer Legierung versehen worden sein.As starting materials for the production of the grinding tool according to the invention, which is used for certain, Difficult-to-machine materials such as glass, hard porcelain, quartz, metal oxides and hard metals as well Gemstones, which can be used, serve diamond particles of various sizes and tin and Copper powder. When making the actual 4S Diamond grinding media will be a mixture depending on the size and shape of the grinding tool from tin and copper powder and a number of diamond particles through a sintering process to the shaped sintered metal structure. Thereby the growth of the structure during the sintering process observed and ensured that the diamond particles remain firmly anchored in the metal structure. Through the Selection of the alloy used and the conditions of the sintering process will be the desired porosity the structure achieved, which is of great importance for the further manufacturing process. Before the actual The mixture of diamond particles and the copper-tin alloy forming the sintering process Metal powders are expediently brought into the desired shape by cold pressing. Here can the diamond particles according to the preferred embodiment of the invention beforehand with a Be provided with a coating of a metal or an alloy.
Nach dem eigentlichen Sinterprozeß wird das entstandene Metallgefüge unter der schützenden Atmosphäre eines Inertgases langsam abgekühlt. An diesen Vorgang schließt sich das Durchtränken des Gefüges mit dem flüssigen Epoxidharz an.After the actual sintering process, the resulting metal structure is placed under the protective Atmosphere of an inert gas slowly cooled. This process is followed by the impregnation of the Structure with the liquid epoxy resin.
Die folgenden Beispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und beschreiben die Herstellung von Topfsohleifscheiben mit einem Durchmesser von 90 mm.The following examples serve to illustrate the invention and describe the preparation of Pot sole grinding disks with a diameter of 90 mm.
Man vermischt 10,4 g Zinnpulver, 15,6 g Kupferpulver, 4,7 g metallüberzogene Diamantteilchen mit Wachs als vorläufigem Bindemittel und bringt die Mischung durch Verpressen unter Anwendung eines Druckes von etwa 2205 bar in die gewünschte Form. Hierbei handelt es sich um eine Ringform. Die Mischung wird dann in einer Wasserstoffatmosphäre in einem Ofen erhitzt, und zwar während 1 Stunde auf 230° C und dann während einer weiteren Stunde auf 4300C Das Gefüge wird dann unter einer schützenden Stickstoffatmosphäre abgekühlt und dann unter Vakuumeinwirkung mit einem flüssigen Epoxidharz gefüllt10.4 g of tin powder, 15.6 g of copper powder, 4.7 g of metal-coated diamond particles are mixed with wax as a temporary binder and the mixture is brought into the desired shape by pressing using a pressure of about 2205 bar. This is a ring shape. The mixture is then heated in a hydrogen atmosphere in a furnace, during 1 hour at 230 ° C and then for another hour at 430 0 C. The structure is then cooled under a protective atmosphere of nitrogen and then filled under vacuum action with a liquid epoxy resin
Man vermischt sorgfältig 4,69 g metallüberzogene Diamantteilchen, 17,18 g feines Kupferpulver und 4,29 g feines Zinnpulver. Die Mischung wird unter Anwendung eines Drucks von etwa 1260 bar in die Form gepreßt und dann während 2 Stunden im Ofen erhitzt, wobei während der ersten Stunde die Temperatur langsam auf 2300C und die Temperatur in der zweiten Stunde langsam auf 4200C gefahren wird. Das gesinterte Produkt zeigt eine Porosität von 38%.4.69 g of metal-coated diamond particles, 17.18 g of fine copper powder and 4.29 g of fine tin powder are carefully mixed. The mixture is pressed into the mold using a pressure of about 1260 bar and then heated in the oven for 2 hours, the temperature slowly increasing to 230 ° C. during the first hour and slowly increasing to 420 ° C. in the second hour . The sintered product shows a porosity of 38%.
Man vermischt sorgfältig 4,69 g metallüberzogene Diamantteilchen, 16,9 g feines Kupferpulver und 17,24 g feines Zinnpulver. Die Mischung wird dann unter Anwendung eines Druckes von etwa 1575 bar in die gewünschte Form verpreßt und dann nach der Verfahrensweise von Beispiel 2 in einem Ofen erhitzt. Es ergibt sich ein Metallgefüge mit einer Porosität von 30%.4.69 g of metal-coated diamond particles, 16.9 g of fine copper powder and 17.24 g are carefully mixed fine tin powder. The mixture is then injected into the desired shape and then heated according to the procedure of Example 2 in an oven. It the result is a metal structure with a porosity of 30%.
Man vermischt sorgfältig 4,69 g metallüberzogene Diamantteilchen, 16,42 g feines Kupferpulver und 8,84 g feines Zinnpulver. Die Mischung wird dann unter Anwendung eines Druckes von etwa 1890 bar verpreßt und dann nach der in Beispiel 2 beschriebenen Weise weiterbehandelt. Hierbei ergibt sich ein Metallgefüge mit einer Porosität von 30%.4.69 g of metal-coated diamond particles, 16.42 g of fine copper powder and 8.84 g are carefully mixed fine tin powder. The mixture is then compressed using a pressure of about 1890 bar and then treated further in the manner described in Example 2. This results in a metal structure with a porosity of 30%.
Man vermischt sorgfältig 4,69 g metallüberzogene Diamantteilchen, 14,82 g feines Kupferpulver, 0,78 g feinen Kupferdraht und 10,40 g Zinnpulver. Die Mischung wird unter Anwendung eines Druckes von etwa 2205 bar zu der gewünschten Form verpreßt und dann nach der Verfahrensweise des Beispiels 2 weiterbehandelt. Das gesinterte Metallgefüge besitzt eine Porosität von 26%.Mix carefully 4.69 g of metal-coated diamond particles, 14.82 g of fine copper powder, 0.78 g fine copper wire and 10.40 g tin powder. The mixture is applied using a pressure of about 2205 bar pressed to the desired shape and then according to the procedure of Example 2 further treated. The sintered metal structure has a porosity of 26%.
Das Füllen der gemäß den Beispielen 2 bis 5 gebildeten gesinterten Metallgefüge mit dem flüssigen Epoxidharz erfolgt dabei nach der Verfahrensweise von Beispiel 1.The filling of the sintered metal structure formed according to Examples 2 to 5 with the liquid Epoxy resin is carried out according to the procedure of Example 1.
Das Verbinden des in dieser Weise gebildeten eigentlichen Schleifkörpers mit dem Träger zu dem eigentlichen Schleifwerkzeug erfolgt dann nach an sich bekannten Techniken.The joining of the actual grinding wheel formed in this way with the backing to form the The actual grinding tool is then carried out according to techniques known per se.
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|---|---|---|---|
| 8235 | Patent refused |