DE3811584A1 - Schleifscheibe zum tiefschleifen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schleifscheibe, insbesondere zum Tiefschleifen, mit einem zweiteiligen Schleifbelag, der in einem Teil feinkörnige Diamanten enthält, sowie einem zweiten Schleifbelagteil, der auf einer Seite ge­ bildet wird und grobkörnigere Diamanten enthält.

Beim Tiefschleifen eines Werkstückes mit einer Um­ fangsschleifscheibe oder auch einer Topfschleifscheibe mit Diamant oder kubisch-kristallinem Bornitrid bildet sich im Verlaufe der Schleifscheiben-Lebensdauer an der wirksamen Schleifscheibenfläche ein sogenanntes Dachpro­ fil aus. Die Form des Dachprofils hängt dabei von der Breite des Schleifbelages und der Höhe der Zustellung der Schleifscheibe ab. Die Hauptzerspanungsarbeit hat dabei der in Vorschubrichtung zunächst eingreifende Teil der Schleifscheiben-Schleiffläche zu leisten, während der nachfolgende Teil weitgehend die Oberflächengüte be­ stimmt. Da den unterschiedlichen Flächenabschnitten der Schleifscheibe somit verschiedene Aufgaben zukommen, ist es bekannt, die Teile der Schleiffläche unter Berück­ sichtigung der unterschiedlichen Belastungen unter­ schiedlich zu gestalten und zwar hinsichtlich der ver­ wendeten Diamantkorngrößen in diesen Abschnitten sowie der Konzentration an Diamanten.

Eine bekannte Umfangsschleifscheibe trägt an ihrer Um­ fangsfläche und eine Topfschleifscheibe an ihrer Stirnf­ läche feinkörnige Diamanten, die in einer Bindung gehal­ ten sind, welche bespielsweise aus einem Phenolharz und Kupfer besteht. In jenem Bereich der Schleifscheibe, der größeren Belastungen ausgesetzt ist, sind Diamantkörner größerer Klassifizierung angeordnet, während in dem Be­ reich, der die Oberflächengüte bestimmt, Diamanten klei­ nerer Klassifizierung eingebettet sind. Die Bereiche weisen gleiche Bindungsart auf und die Diamantkörner sind entsprechend ihrem jeweiligen volumetrischen Anteil in der Bindung stochastisch verteilt.

Üblicherweise werden die unterschiedlichen Schleifbelag­ zonen so gewählt, daß die Schleifscheibe mit dem Belag­ teil mit feiner Kornklassifizierung die geforderte Ob­ erflächengüte erreichen läßt, der Belagteil mit größerer Diamantklassifizierung bei vorgegebenen Zerspanvolumen je Zeiteinheit unter der dadurch auftretenden Belastung nicht zusammenbricht und auch keine unzulässigen Kräfte und Temperaturen erzeugt. Bewährt hat sich z. B. bei ei­ ner Belagbreite von 5 mm die Aufteilung in eine 3 mm breite Belagzone für den feinkörnigen Teil und eine 2 mm breite Belagzone für den grobkörnigen Teil.

Beim Tiefschleifen nach dem sogenannten Quick-Point-Ver­ fahren, bei dem die Achsen zwischen Schleifscheibe und Werkstück schräg zueinander ausgerichtet sind, ist nur eine nahezu punktförmige Berührung zwischen Schleif­ scheibe und Werkstück erwünscht. Die wirksame Schleif­ scheibenbreite sollte so klein wie möglich sein. Nur da­ durch läßt sich das Ziel des Verfahrens, mit sehr hohen Abtragsleistungen zu arbeiten, verwirklichen. Daraus re­ sultiert eine große Belastung einer schmalen Zone im Au­ ßenrandbereich des Schleifbelages. Um eine zu große Ab­ nutzung des Belages aufgrund der hohen Belastung zu ver­ meiden, sind möglichst grobe Schleifkörner in Kombina­ tion mit einer verschleißfesten Bindung zu wählen. Nur dadurch läßt sich die erforderliche Maßgenauigkeit am Werkstück einhalten, weil anderenfalls der Schleifschei­ benverschleiß Formabweichungen, insbesondere Zylinder­ formabweichungen am Werkstück, verursachen würde.

Andererseits wird durch die Wahl eines solchen Schleif­ belages eine zu große Rauheit der Werkstückoberfläche erzeugt, die beim Schleifen meist unzulässig ist.

Die bisher bekannten Ausführungsarten von Schleifschei­ ben für dieses Schleifverfahren ließen entweder die ge­ forderten Oberflächenrauhheiten nicht erreichen oder aber sie zeigten zu hohen Verschleiß oder aber mußten im Verlauf ihrer Lebensdauer zu häufig abgerichtet wer­ den.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schleifscheibe mit kleiner Eingriffsbreite zum Tiefschleifen zu schaffen, die fortlaufend im Außenrandbereich der Stirnfläche ei­ nen sehr hohen Diamantanteil als Schutz gegen einen Ver­ schleiß bzw. eine Abrundung dieser Außenkante aufweist und gleichzeitig eine hohe Oberflächengüte bewirkt. Ge­ mäß der Erfindung ist dafür vorgesehen, daß der Schleif­ belag einer Schleifscheibe an der in Vorschubrichtung vorn liegenden Stirnseite aus einem Belag aus Diamant­ körnern mit einer Körnungsgröße von 150 bis 400 Mikrome­ tern besteht, der bei einer Umfangsscheibe einschichtig in Richtung der Drehachse der Schleifscheibe und mehr­ schichtig senkrecht zu der Drehachse der Schleifscheibe ausgebildet ist, wobei die Diamantkörner sich gegensei­ tig berührend in z. B. einer galvanisch niedergeschlage­ nen Nickelbindung gehalten sind, während bei einer Topfschleifscheibe die einschichtige Ausbildung des Dia­ mantbelages parallel zur Drehachse ausgerichtet ist.

Die Erfindung sieht damit vor, der einschichtigen Schleifbelagzone mit grobem Diamant und einer ver­ schleißfesten Bindung eine rund 2-3 mm breite Zone mit feinkörnigem Schleifmittel nachzuordnen. Dieser Schleif­ belagteil hat die Aufgabe, die Rauheit der Werkstückobe­ rfläche zu vermindern. Die so ausgebildete Schleif­ scheibe gestattet eine hohe Abtragsleistung, wobei die für die hohe Abtragsleistung entscheidende Schleifbelag­ zone mit grobem Diamant nur mit kleiner Wirkbreite zum Eingriff kommt und daher das Verfahrensprinzip verwirk­ licht, während ein nachgeschalteter Teil der Schleifbe­ lagzone nur noch die auf der Werkstückoberfläche er­ zeugte Rauheit verringert, ohne das Verfahrensprinzip der geringen Eingriffsbreite zur Erzielung hoher Lei­ stung wesentlich zu beeinflussen.

Die erfindungsgemäße Schleifscheibe hat den Vorteil, daß von Anbeginn ihres Einsatzes bis zu ihrem Vollständigen Verbrauch in dem auf das äußerste beanspruchten Randbe­ reicht der Stirnseite fortlaufend die Belastung von ei­ nem extrem hohen Diamantanteil aufgenommen wird, so daß keine Dachbildungen bzw. Abschrägungen oder Abrundungen an dieser Kante in Kauf genommen zu werden brauchen. Da­ bei zeigt sich, daß selbst bei größten Belastungen, wie bei einem Tiefschleifen nach dem Quick-Point-Verfahren, die auftretende Abnutzung an der Stirnaußenseite der Schleifscheibe nicht größer ist, als die der einer ge­ ringeren Belastung ausgesetzten, aber auch weniger wi­ derstandsfähigen Umfangsfläche, so daß auch nach länge­ rer Ausnutzung und Abnutzung der Schleifscheibe das urs­ prüngliche Profil erhalten ist. Durch das unmittelbare Aneinanderliegen der relativ großen Diamantkörner im Au­ ßenrandbereich wird jedoch nicht nur eine hohe Stand­ zeit des Werkzeuges erreicht, sondern wegen der geringen wirksamen Schleifscheibenbreite darüber hinaus auch eine hohe Abtragsleistung bei optimalen Schleifeigenschaften gewährleistet.

Für den Auftrag und Halterung des erfindungsgemäßen Schleifbelages mit Diamanten geringer Körnungsgröße auf der Umfangsfläche auf dem Schleifkörper, die in einer Bindung gehalten sind, kommen verschiedene Möglichkeiten in Betracht. Allgemein zweckmäßig ist es jedoch, wenn die Diamanten der Stirnfläche mit ihrer z. B. galvanisch niederzuschlagenden Bindung aus Nickel auf einer Zwi­ schenschicht angeordnet werden, die mit der Bindung der feinen Diamantkörner der Umfangsfläche verbunden ist. Besteht die Bindung der feinen Diamantkörner beispiels­ weise aus Bronze, so wird die Haftung des galvanisch ab­ zuscheidenden Nickels auf dieser Bindung verbessert, wenn eine Zwischenschicht angeordnet ist, die beispiels­ weise aus Sintereisen besteht. Allgemein ist es jedoch von Vorteil, wenn die Zwischenschicht aus einem Metall besteht, das Bestandteil der Bindung der feinen Schleif­ körner des Schleifbelages an der Umfangsfläche ist. Be­ steht diese Bindung also beispielsweise aus einem Phe­ nolharz mit einem Kupferpulver, so sollte die Zwischen­ schicht vorzugsweise aus einer pulvermetallurgischen Kupferschicht bestehen. Dabei reicht es aus, wenn die Zwischenschicht eine Stärke von lediglich 0,1 bis 0,3 mm aufweist, wie es zu erreichen ist bei einem Sinter­ vorgang in einer Form, bei dem gleichzeitig diese Zwi­ schenschicht sowie das Bindemittel mit den feinkörnigen verteilten kleinen Diamanten gesintert wird.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf eine Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 zwei Darstellungen der Lage einer Schleif­ scheibe zum Werkstück beim Tiefschleifen nach dem Quick-Point-Verfahren;

Fig. 2 die Seitenansicht eines Werkstückes mit Schleifscheibe im Einsatz;

Fig. 3 den Randbereich einer vorbekannten Schleif­ scheibe;

Fig. 4 eine Topfschleifscheibe nach der Erfindung im Schnitt und

Fig. 5 den Randbereich einer erfindungsgemäßen Um­ fangsschleifscheibe mit Zwischenschicht.

Die in Fig. 1 wiedergegebene Anordnung zeigt eine Schleifscheibe 2 in ihrer Lage zum Werkstück 1 beim Schleifen nach dem Quick-Point-Verfahren, bei dem eine nahezu punktförmige Berührung stattfindet zwischen die­ sen Teilen und damit eine sehr hohe Belastung der Schleifscheibe 2.

So ist aus der links wiedergegebenen Seitenansicht er­ kennbar, daß die Achse der Schleifscheibe 2 um einen Winkel β geneigt ist zu der Achse des Werkstückes 1 und in der Draufsicht gemäß dem rechten Teil der Fig. 1 um einen Winkel α, so daß also nicht nur eine Schrägstel­ lung innerhalb der Zeichenebene vorliegt, sondern auch in räumlicher Hinsicht.

Der Vorschub der Schleifscheibe 2 erfolgt dabei entspre­ chend dem Pfeil 3, wobei der Pfeil 3 die Zustellrichtung angibt. Bei einem derartigen Arbeiten wird insbesondere der außenliegende Stirnseitenbereich der Schleifscheibe belastet. Dieser Stirnseitenbereich ist in Fig. 2 mit 6 bezeichnet, wobei der Vorschub der Schleifscheibe 2 wiederum entsprechend dem Pfeil 3 erfolgt. Bei einem de­ rartigen Tiefschleifen wird durch die Umfangsfläche 4 die Oberflächengüte des Werkstückes 1 erzeugt, während die Stirnfläche 6 den materialabtrag bewirkt.

Um diesen unterschiedlichen Belastungen Rechnung zu tra­ gen, besteht bei einer bekannten Schleifscheibe 2 ent­ sprechend Fig. 3 der Schleifbelag aus zwei unterschied­ lichen Teilen. Der Teil 6 des Schleifbelages weist grö­ ßere Diamantkörner auf als der der Teil 5. Bei dieser bekannten Anordnung sind die Diamanten jedoch auf der Stirnseite in loser Verteilung und im Abstand zueinander stehend in einer Bindung gehalten, die aus dem gleichen Material besteht wie die Bindung des Schleifbelages 5 der Umfangsfläche 4. Das hat zur Folge, daß bei einer stärkeren Belastung ein "Dachprofil" 7 bzw. eine Ab­ schrägung an der Außenkante der Schleifscheibe in Kauf genommen werden muß, die zu einer Verminderung der Ab­ tragsleistung und Erhöhung der Schleifkräfte des Werk­ zeuges führt.

Diese Nachteile entfallen bei den erfindungsgemäßen Aus­ führungen nach den Fig. 4 und 5, die an der Stirn­ seite bzw. Umfangsseite der Schleifscheibe einen Schleifbelag 9 tragen, der aus einem einzigen Belag aus großen Diamantkörnern 9′ besteht, der einschichtig aus­ gebildet ist in Richtung parallel zu der Drehachse der Schleifscheibe und mehrschichtig in der Richtung senk­ recht zur Drehachse der Umfangsschleifscheibe nach Fig. 5 und umgekehrt bei der Topfschleifscheibe nach Fig. 4.

Beim Schleifen mit einer Umfangsschleifscheibe nach Fig. 5 verläuft die Drehachse der Scheibe parallel zur geschliffenen Werkstückkante. Die großen Diamanten, an­ geordnet in einem einschichten Belag, bilden dann die Stirnfläche der Schleifscheibe. Die Umfangsfläche der Schleifscheibe ist in Fig. 4 mit "4" gekennzeichnet. Benutzt man jedoch eine Topfschleifscheibe, dann ver­ läuft die Drehachse der Schleifscheibe senkrecht zu der geschliffenen Werkstückkante. In diesem Fall ist der grobkörnige Teil des Belages die Umfangsfläche der Schleifscheibe und die mit "4" gekennzeichnete Schleif­ belagfläche die Stirnfläche der Schleifscheibe. In bei­ den Fällen verläuft die Vorschubrichtung parallel zur geschliffenen Werkstückkante und ist in Fig. 4 von links nach rechts gerichtet.

Die einzelnen Schleifkörner 9′, die eine Größe haben von 150 bis 400 Mikrometern, sind gehalten in einer galva­ nisch niedergeschlagenen Nickelbindung 10, welche eine Anordnung der Diamantkörner 9′ zueinander erlaubt, bei welcher sich diese unmittelbar berühren.

Als Material für die Bindung der feinkörnigen Diamanten in der Umfangsfläche 4 ist ein Phenolharz mit Nickelpul­ ver vorgesehen, so daß eine ausreichende Haftung gegeben ist zu dem galvanisch abzuscheidenden Nickel für die Halterung der Diamanten 9′. Demgegenüber ist jedoch bei der Ausführung nach Fig. 5 eine Zwischenschicht 8 vor­ gesehen für eine bessere Haftung. Diese pulvermetallur­ gisch im Sinterverfahren aufgetragene Zwischenschicht 8 besteht vorzugsweise aus einem Metall, das auch Be­ standteil der Bindung des Schleifbelages 5 darstellt. Besteht also beispielsweise diese Bindung aus einem Harz und einem Kupferpulver oder Stahlpulver, so kann die Zwischenschicht 8 ebenfalls aus Kupfer oder Stahl beste­ hen.

Grundsätzlich ist also eine galvanisch aufgebrachte Nic­ kelbindung nicht die einzige Lösung, einen einschichti­ gen Schleifmittelbelag zu binden; vielmehr sind auch dünne, gesinterte Bindungen möglich. Zum Beispiel ließe sich eine dünne Schicht aus Bronze mit grobkörnigem Dia­ mant gleichmäßig auf eine Formoverfläche verteilen, ge­ gebenenfalls leicht kalt verdichten und dann hierauf eine 3 mm dicke Schicht aufstreuen, die aus einer mögli­ cherweise anderen Bronze plus feinkörnigem Diamant in einer wesentlich geringeren Konzentration besteht. Bei­ des könnte im Anschluß daran versintert werden. Denkbar ist das gleiche Verfahren mit Kunstharzbindungen oder aber auch mit unterschiedlichen Bindungen für die grob­ körnige und die feinkörnige Zone des Schleifbelages. Die Möglichkeiten sind somit vielfältig, obgleich der galva­ nische Niederschlag als Bindung eine vorzuziehende Lö­ sung darstellt.

Wenn vorstehend allgemein von Diamanten bzw. Diamantkör­ nern gesprochen ist, so versteht es sich, daß es sich hierbei um natürliche oder künstlich erzeugte Diamanten handeln kann, wie auch beispielsweise Körner aus ku­ bisch-kristallinem Bornitrid, das in ihrer Wirkung den Diamantkörnern gleichzusetzen ist.

Claims (7)

1. Schleifscheibe (2) zum Tiefschleifen mit einem Schleifbelagteil (5), der feinkörnige Diamanten enthält, sowie einem Schleifbelagteil (9), der größere Diamant­ körner enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleif­ belagteil (9) mit parallel zur Drehachse der Umfangssch­ leifscheibe einschichtig angeordneten Diamantkörnern (9′) mit einer Körnungsgröße von 150 bis 400 Mikrometern versehen ist und die Diamanten senkrecht zur Drehachse mehrschichtig angeordnet sind, wobei die Diamantkörner (9′) sich gegenseitig berührend in einer galvanisch nie­ dergeschlagenen Bindung (10) gehalten sind.

2. Schleifscheibe zum Tiefschleifen mit einem Schleifbe­ lagteil (5), der feinkörnige Diamanten enthält, sowie einem Schleifbelagteil (9), der größere Diamantkörner enthält, dadurch gekennzeichnet, daß der Schleifbe­ schlagteil (9) mit senkrecht zu der Drehachse der Topfschleifscheibe einschichtig angeordneten Diamantkör­ nern (9′) mit einer Körnungsgröße von 150 bis 400 Mikro­ metern versehen ist und die Diamanten parallel zu der Drehachse mehrschichtig angeordnet sind, wobei die Dia­ mantkörner (9′) sich gegenseitig berühren in einer galvanisch niedergeschlagenen Bindung (10) gehalten sind.

3. Schleifscheibe nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Schleifbelagteil (9) auf einer pulver­ metallurgisch aufgetragenen Zwischenschicht (8) angeord­ net ist.

4. Schleifscheibe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Zwischenschicht (8) aus Sintereisen be­ steht.

5. Schleifscheibe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Zwischenschicht (8) aus einem Metall be­ steht, das Bestandteil der Bindung der Schleifkörner des Schleifbelages (5) an der Umfangsfläche (4) ist.

6. Schleifscheibe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Zwischenschicht (8) aus Nickel besteht.

7. Schleifscheibe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Zwischenschicht (8) eine Stärke von 0,1 bis 0,3 mm aufweist.