Verfahren zur Verbesserung der Schleifleistung von Schleif- und Honkörpern

Abstract

 Zur Verbesserung der Schleifleistung keramisch oder kunststoff­gebundener Schleif- oder Honkörper werden in deren Porenräume Metallseifen eingelagert. Diese Einlagerung der Metallseifen kann auf verschiedene Weise erfolgen, entweder dadurch, daß der Schleif- oder Honkörper in einer Lösung der Metallseife gegebenenfalls unter Vakuum, solange getränkt wird, bis eine ausreichende Aus­füllung der Porenräume mit der Metallseife erfolgt ist, oder, daß ein Reaktionsgemisch in die Porenräume eingebracht wird, wonach bei Erhitzung dieses Reaktionsgemischs dann eine chemische Reak­tion abläuft, die zur Bildung der erwünschten Metallseife direkt in den Porenräumen führt.
Ein derartiges Reaktionsgemisch besteht beispielsweise aus einer Fettsäure wie der Stearinsäure und einem Metalloxid oder - hydroxid, wodurch sich bei der Reaktion die entsprechende Natriumseife unter gleichzeitiger Entstehung von Wasser bildet. Die Reaktionsneben­produkte (wie hier das Wasser) werden dann ausgetrieben.
Die derart behandelten Schleif- oder Honkörper weisen gegenüber den unbehandelten Schleif- oder Honkörpern eine wesentliche Ver­besserung der Schleifleistung in dem Sinne auf, daß man mit solchen Scheiben vergütete und gehärtete Stähle schneller und kühler schleifen kann, daß sich insbesondere solche Schleifscheiben während des Schleifens nicht zusetzen und die daraus resultierenden Nachteile wie zum Beispiel Wiederaufschweißungen und Blechmantel­bildungen vermieden werden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

[0002] Es ist bekannt, daß beim Schleifen wärmeempfindlicher Stähle mit reduzierter Zerspanleistung gearbeitet werden muß wegen der sonst unzulässigen thermischen Beeinflußung des Werkstoffgefüges. Als hauptsächliche thermisch bedingte Schleifschäden sind hierbei zu nennen: Maßabweichung und Verzug, Brandmarken, Gefügeverände­rungen, Auf- und Neuhärtung, Weichhautbildung, ungünstige Beein­flussung des Eigenspannungszustandes, Rißbildung und chemische Reaktionen.

[0003] Auch beim Schleifen von NE-Metallen wie Aluminium, Messing, Titan u.a. treten Schwierigkeiten mit den herkömmlichen Schleifscheiben auf, und zwar dadurch, daß sich die Späne in der Scheibenoberfläche verkeilen und nachfolgend zum Teil wieder auf die geschliffene Werkstückoberfläche aufgeschweißt werden. Man hilft sich dann dadurch, daß man mit Schleiföl als Kühlmittel arbeitet und die Scheiben kontinuierlich abrichtet. Dies führt einerseits zu Umwelt­problemen (verbrauchtes Schleiföl ist "Abfallöl", kein "Altöl") und entsprechenden Kosten, auch steigt der Schleifscheibenverbrauch durch das "continuous dressing", wodurch die Schleifkosten weiter steigen.

[0004] Es hat nicht an Versuchen gefehlt, hier zumindest in Teilbereichen Abhilfe zu schaffen. So werden schon seit Jahrzehnten für bestimmte Aufgaben keramisch gebundene Schleif- und Honkörper nachträglich in der Wärme und zumeist im Vakuum mit flüssigem Schwefel getränkt und anschließend erkalten gelassen. Der Schwefel wirkt hier als Hochdruckschmiermittel. Es läßt sich jedoch nicht vermeiden, daß beim Arbeiten mit derart getränkten Schleifkörpern chemische Reak­tionen mit der Werkstückoberfläche ablaufen. Schwefel macht aber den Stahl spröde und rotbrüchig und ist mithin sehr schädlich, von der Umweltbelastung einmal abgesehen.

[0005] Ein anderer Weg, der vorgeschlagen wurde, ist die Zuführung von Kühlschmiermittel über eine Hohlwelle in die Schleifscheibenbohrung und von dort durch die entsprechend poröse Schleifscheibe an die Kontaktstelle Scheibe/Werkstück. Hier muß das im Umlauf geführte Kühlmittel extrem gereinigt werden, damit sich die Poren der Schleifscheibe nicht verstopfen. (Industrie-Anzeiger 53, 1982, S.39ff)

[0006] Es hat sich gezeigt, daß Schleifkörper, die gemäß der EP-0 114 280 bzw. US-4,541,843 unter Zusatz einer Metallseife hergestellt wurden, überraschend gute Schleifeigenschaften besitzen. So lassen sich mit solchen Scheiben vergütete und gehärtete Stähle schneller und kühler schleifen als mit herkömmlichen Schleifscheiben. Beim Schleifen von Aluminium, Titan, Kunststoffen und ähnlichen Werk­stoffen setzen sich solche metallseifenenthaltenden Schleifscheiben bzw. Honkörper nicht zu, weshalb die gefürchteten Wiederauf­schweißungen und Blechmantelbildungen vermieden werden. Auch die Gratbildung wird stark unterdrückt, wenn nicht völlig vermieden.

[0007] Aufgabe der Erfindung ist es, dieses vorteilhafte Schleifverhalten auch bei konventionell hergestellten Schleif- oder Honkörpern zu erreichen.

[0008] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.

[0009] Vorteilhafterweise werden hierbei fertig gebrannte, keramisch gebundene Scheiben mit verhältnismäßig großem Porenvolumen, vor­nehmlich einer Struktur 7 oder größer, mit Metallseifen behandelt, bis das Volumen der eingebrachten Metallseifen wenigstens 5 % des Gesamtvolumens der Schleifscheibe entspricht. Entsprechendes gilt für kunststoffgebundene Schleifkörper, sofern sie eine ent­sprechende Struktur besitzen.

[0010] Als Metallseifen sollen hier verstanden werden neutrale oder ba­sische Salze ein- oder mehrwertiger Metalle oder Amine. Vorteil­hafterweise werden solche Seifen verwendet, die einerseits umwelt- und kühlmittelverträglich sind, und die andererseits einen möglichst hohen Schmelzpunkt haben. Hierzu sind vornehmlich zu nennen Salze bzw. Seifen folgender Fettsäuren, deren Schmelzpunkt (F) mit ange­geben ist:

mit Kalzium, Zink, Aluminium, Natrium oder Lithium.

[0011] Als Fettsäuren können auch Montansäuren C₂₂... bis C₃₄ mit Schmelzpunkten über 80° C verwendet werden, ebenso wie Hydroxyverbindungen der auf­geführten Verbindungen, als Beispiel sei hierzu die 12-Oxystearin­säure erwähnt.

[0012] Es gibt verschiedene Möglichkeiten, solche Metallseifen in die Schleifkörper einzubringen, die im folgenden im einzelnen anhand von Beispielen erläutert werden:

[0013] So lassen sich zum Beispiel Natrium-oder Lithium-Seifen in heißem Wasser lösen. Mit solchen Lösungen kann die Schleifscheibe, gegebe­nenfalls im Vakuum, getränkt werden. Hierbei sollte die Scheibe ebenfalls erwärmt sein (ca. 90° C), um vorzeitiges Gelieren der Lösung zu vermeiden. Nach dem Gelieren der Lösung durch Abkühlung muß das Wasser entfernt werden, am besten durch Gefriertrocknung. Auf diesen Arbeitsgang kann eine weitere Tränkung mit anschließen- der Trocknung folgen, um die gewünschte Menge an Seife in den Scheibenkörper einzubringen.

[0014] Dieses Tränkverfahren ist in analoger Weise auch mit entsprechenden organischen Lösungsmitteln möglich. In beiden Fällen kann es zweck­mäßig sein, geringe Mengen an Bindemittel zuzusetzen, im Falle wässriger Lösungen beispielsweise Polyvinylalkohol, im Falle orga­nischer Lösungsmittel beispielsweise Polyvinylazetat, Zellulose­azetat, o.ä., um diese sich pulverförmig abscheidenden Seifen in den Scheibenporen zu fixieren.

[0015] Eine weitere Möglichkeit der Einbringung solcher Seifen in ent­sprechend poröse Schleifscheibenkörper ist die, daß sich die Seife in der Schleifscheibe bzw. in dem Honkörper durch chemische Reak­tion bildet. Dies hat den Vorteil, daß sich nur geringe Wasser­mengen bilden, die entfernt werden müssen, und daß die Seifen in kompakter Form anfallen, also ggf. nur eine einzige Tränkung ausreicht. Ferner kann hier auf den Zusatz geringer Bindemittel­mengen verzichtet werden.

[0016] Beispielsweise wird Stearinsäure geschmolzen, die stöchiometrische Menge Zinkoxid hierin dispergiert und die erhitzte Scheibe sofort im Anschluß daran hiermit getränkt, ggf. im Vakuum, und solange weiter erhitzt, bis die folgende Reaktion
2 C₁₇H₃₅-COOH + ZnO = (C₁₇H₃₅-COO)₂Zn + H₂O
abgelaufen und das Reaktionswasser entfernt ist. Anstelle ent­sprechender Metalloxide können auch Metallhydroxide oder -carbo­nate verwendet werden, so daß dann beispielsweise folgende ent­sprechende Reaktionen zur Bildung der Metallseife im Schleifkörper ablaufen:
2 C₁₇H₃₅-COOH + Na₂CO₃ = 2 C₁₇H₃₅-COONa + CO₂ + H₂O
C₁₇H₃₅-COOH + NaOH = C₁₇H₃₅-COONa + H₂O
2 C₁₇H₃₅-COOH + N₂N-C₂H₄NH₂ = (C₁₇H₃₅-CO )₂-C₂H₄-

H₂ + 2 H₂O

[0017] Eine weitere Möglichkeit der Bildung erfindungsgemäßer Metallseifen in den Schleif- bzw. Honkörpern durch chemische Reaktion besteht darin, daß man von einer entsprechenden Schmelze einer Ammonium­seife ausgeht, welcher die stöchiometrische Menge des entsprechen­den Metalloxids bzw. Metallhydroxids zugesetzt wurde. Nach der Tränkung wird zur Bildung der Metallseife das bei der Reaktion
(Beispiel):
C₁₇H₃₅-COONH₄ + LiOH = C₁₇H₃₅-COOLi + NH₃ + H₂O
entstehende Wasser und Ammoniak ausgetrieben.

Ansprüche

1. Verfahren zur Verbesserug der Schleifleistung keramisch oder kunststoffgebundener Schleif- oder Honkörper, dadurch gekennzeichnet, daß deren Porenräume nach Herstellung der Schleif- bzw. Honkörper zumindest teilweise mit Metallseifen ausgefüllt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß hierbei Seifen der Metalle der ersten und zweiten Haupt- bzw. Neben­gruppe des periodischen Systems verwendet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallseifen Salze der Stearin-, Hydroxystearin- oder Pal­mitinsäure sind.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Volumenanteil der eingebrachten Metallseifen mindestens 5% des gesamten Schleifkörpervolumens ausmacht.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbringung der Metallseifen in die Porenräume durch Tränkung der Schleif- bzw. Honkörper in einer wässrigen oder organischen Lösung der Metallseifen erfolgt, und daß das Lösungsmittel danach entfernt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst Substanzen miteinander vermischt und durch Erwärmung verflüssigt werden, die ein Reaktionsgemisch zur Bildung einer der erwünschten Metallseife bilden, daß dieses Reaktionsgemisch unter Vakuum in die Porenräume eingebracht wird, worauf unter Wärmezufuhr die Reaktion zur Bildung der Metallseife abläuft, und daß danach die Reaktionsnebenprodukte ausgetrieben werden.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Reaktionsgemisch aus einer Fettsäure (C_nH_2n+1-COOH) mit n≧11 und einer Metallverbindung besteht.

8. Verfahren nach Anspruch 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Fettsäure Stearinsäure und die Metallverbindung Natrium­hydroxid ist, daß die Erwärmung über 71°C erfolgt, wonach nach Einbringung in die Porenräume sich Natriumstearat und Wasser nach folgender Reaktionsgleichung bildet:
C₁₇H₃₅-COOH + NaOH = C₁₇H₃₅-COONa + H₂O

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbringung der Metallseifen in die Porenräume dadurch erfolgt, daß eine Schmelze aus Ammoniumseife hergestellt wird, der die stöchiometrische Menge eines Metalloxids oder - hydroxids zugesetzt wird, daß der Schleif- oder Honkörper damit getränkt wird, und daß nach Ablauf der Reaktion zur Bildung der Metall­seife das entstandene Wasser und Ammoniak ausgetrieben werden.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ammoniumseife C₁₇H₃₅-COONH₄ und das Metallhydroxid LiOH ist, wo­durch folgende Reaktion abläuft:
C₁₇H₃₅-COONH₄ + LiOH = C₁₇H₃₅-COOLi + NH₃ + H₂O