DE69410338T2

DE69410338T2 - Schleifwerkzeug

Info

Publication number: DE69410338T2
Application number: DE69410338T
Authority: DE
Inventors: James Eugene L-8085 Bertrange Frodin; Jean L-3725 Rumelange Kramp; Scott Niagara Falls Ontario L2E 6G4 Pellow
Original assignee: Norton Co
Current assignee: Saint Gobain Abrasives Inc
Priority date: 1993-03-29
Filing date: 1994-03-28
Publication date: 1998-12-17
Anticipated expiration: 2014-03-29
Also published as: BR9401298A; EP0620082B1; JP3042749B2; TW241215B; US5443418A; KR940021195A; NO941132L; IL109048A; JPH06297338A; EP0812659A3; EP0620082A1; HUT69242A; ATE166276T1; EP0812659A2; NO303567B1; NO941132D0; CA2119306A1; HU217601B; SK36294A3; HU9400882D0

Description

Werkzeuge, die hochabrasive Schleifmittel enthalten, werden verbreitet für das Schneiden von extrem harten Werkstoffen, wie zum Beispiel von Beton, verwendet. Es wird jedoch gefunden, daß der Preis von solchen Scheiben sehr hoch ist, weil die hochabrasive Komponente selbst sehr teuer ist. Daher besteht ein beträchtliches Interesse für die Erzeugung von Werkzeugen, die sehr wirkungsvoll und gleichzeitig weniger teuer als Werkzeuge sind, bei welchen die hochabrasive Komponente 100% des abrasiven Inhalts darstellt.
Ein solcher Versuch ist in den US-Patenten 5.152.810 und 4.944.773 veranschaulicht, in welchen ein Teil der hochabrasiven Komponente durch ein Schleifmittel aus Sol-Gel-Aluminiumoxid ersetzt wird, mit überraschenderweise vorteilhaften Resultaten und bedeutend geringeren Kosten.
EP-A-0.395.087 offenbart Trennscheiben, bei welchen das abrasive Filament in einem Bindemittelgefüge eingeschlossen ist. Beispiel V des Dokuments beschreibt eine harzgebundene Trennscheibe. So eine Scheibe ist eine sehr dünne Platte mit einheitlicher Dicke, die ganz aus gebundenen Schleifmitteln mit einer relativ kleinen Befestigungsnabe in der Mitte besteht. In dem Dokument wird erwähnt, daß die Ausrichtung der Filamente in dem Schleifgegenstand nicht entscheidend ist und daß es im allgemeinen keine vorherrschende Ausrichtung gibt, außer wenn spezielle Maßnahmen getroffen werden. Außerdem wird in dem Dokument geglaubt, daß die größte Wirksamkeit durch die radiale Ausrichtung der Filamente erreicht wird, so daß eine Spitze an der Schneidoberfläche anliegt.
Die bekannten Produkte erfüllen nicht alle Erfordernisse und sollten daher weiter verbessert werden. Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schneidscheibe zu schaffen, die bessere Eigenschaften als bekannte Produkte aufweist. Diese Aufgabe wird durch die Schneidscheibe gemäß unabhängigem Anspruch 1 erfüllt. Weitere vorteilhafte Eigenschaften, Gesichtspunkte und Einzelheiten der Erfindung sind aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den zeichnungen klar ersichtlich. Die Ansprüche sollten als eine erste, nichtbeschränkende Annäherung an eine Definition der Erfindung mit allgemeinen Begriffen verstanden werden.
Die vorliegende Erfindung schafft einen weiteren Fortschritt gegenüber bekannten Produkten, indem das Sol-Gel- Aluminiumoxid in einer Form bereitgestellt wird, welche auf eine sehr wirkungsvolle Weise Vorteile bringt und neue, im Stand der Technik nicht beschriebene Möglichkeiten hinzufügt.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Schneidscheibe, die ein Schleifwerkzeug enthält, das ein Bindemittel mit darin verteilten Schleifkörnern umfaßt, die mindestens eine hochabrasive Komponente und filamentförmige Partikel aus einem mikrokristallinen Aluminiumoxid mit einer im wesentlichen einheitlichen Ausrichtung umfassen.
Die filamentförmigen Partikel sind im wesentlichen einheitlich ausgerichtet, womit gemeint ist, daß ihre Längsachsen so angeordnet sind, daß die Mehrheit und insbesondere mindestens 75% innerhalb eines 120º weiten Bogens und insbesandere innerhalb eines Bogens von etwa 60º liegen.
Die filamentförmigen Partikel weisen entlang einer Symmetrieachse eine im wesentlichen gleichbleibende Querschnittsform auf und weisen vorzugsweise ein Aspektverhältnis (definiert als das Verhältnis zwischen der Länge entlang der Symmetrieachse und der größten Abmessung senkrecht zu dieser Achse) von mindestens etwa 3:1 und insbesondere mindestens etwa 10:1 auf. In manchen Fällen können die filamentförmigen Partikel viel länger und sogar verbunden sein, um ein zusammenhängendes Filament zumindest für die Struktur des Werkzeugs vor dem Gebrauch zu bilden. Schließlich wird ein zusammenhängendes Filament für die Erzeugung des Schleifwerkzeugs verwendet, das Filament wird in mehrfache dichte Falten gelegt, mit im wesentlichen parallelen Seiten der Falten in der gewünschten Richtung der Ausrichtung der filamentförmigen Partikel. So ein zusammenhängendes Filament verhält sich im wesentlichen wie eine Mehrzahl von einzelnen Filamenten, und aus diesem Grund versteht es sich, daß es in den wesentlichen Umfang dieser Erfindung fällt.
Die Querschnittsform der Partikel kann irgendeine zweckdienliche sein, die am leichtesten hergestellten Formen sind jedoch rund oder grob quadratisch. Trotzdem ist die Nützlichkeit der Erfindung nicht durch die Form des Querschnitts eingeschränkt.
Die Partikel umfassen ein mikrokristallines Alpha-Aluminiumoxid, womit gemeint ist, daß die einzelnen kristallographisch getrennten Domänen oder Kristallite, welche die Partikel bilden, einen durchschnittlichen Durchmesser (gemessen anhand der durchschnittlichen Länge einer durch einen Querschnitt des Partikels gezogenen Abschnittslinie) von weniger als etwa 10 um und vorzugsweise von weniger als etwa einem Mikrometer aufweisen. Das Partikel kann weitere Komponenten enthalten, wie zum Beispiel Phasen umfassend Magnesiumoxid, Zirkonoxid, Spinelle und Metalloxide der seltenen Erden, besteht aber aus mindestens 60 Gewichtsprozent und insbesondere aus mindestens 90 Gewichtsprozent aus Alpha-Aluminiumoxid. Die Dichte der Partikel sollte mindestens etwa 90% und vorzugsweise mindestens 95% der theoretischen Dichte für die Zusammensetzung betragen. Die bevorzugtesten Partikel weisen eine Härte von mindestens 18 und insbesondere von mindestens 20 GPa auf.
Oft ist es wünschenswert, daß die filamentförmigen Partikel weitere Komponenten enthalten, die ihre Schleifeigenschaften abändern. Zum Beispiel können fein verteilte Schleifpartikel, wie zum Beispiel Diamant, CBN, Wolframkarbid und dergleichen eingebunden sein. Andere Teilchen, die eingebunden sein können, können hochtemperaturstabile Schmiermittel wie zum Beispiel Bornitrid (in der hexagonalen Form), Molybdänsulfid und Graphit, Schleifhilfsmittel wie zum Beispiel metallisches Zinn und andere Füllstoffe umfassen. Solche Zusätze werden vorzugsweise ausgesucht, um sicherzustellen, daß ihre Menge und ihre physikalischen Eigenschaften die Härte und Festigkeit nicht übermäßig verringern, welche die nicht abgeänderten filamentförmigen Partikel aus Sol-Gel-Aluminiumoxid kennzeichnen.
Solche Partikel werden durch ein Sol-Gel-Verfahren hergestellt, bei welchem ein Sol eines Alpha-Aluminiumoxid-Vorläufers geliert wird, für gewöhnlich durch die Zugabe einer Säure, getrocknet und dann gebrannt wird. Die Größe der Kristallite in dem Partikel kann durch die Beimischung eines Stoffes verkleinert werden, der wirksam zur Kernbildung der Kristallisation des Alpha-Aluminiumoxids aus der Vorläuferphase ist. Solche Stoffe weisen in der Regel die gleiche Struktur wie die Alpha-Aluminiumoxidphase auf, die mit Gitterparametern gebildet wird, welche so nahe wie möglich an die des Aluminiumoxids selbst herankommen. Ersatzweise kann die Kristallitgröße durch die Verwendung von festhaltenden Wirkstoffen beschränkt werden, die den Wachstumsprozeß beim Brennen zur Bildung von Alpha-Aluminiumoxid einschränken. Unter den Patenten, die geeignete Verfahren zur Herstellung der filamentförmigen Partikel lehren, sind eingeschlossen: US-A-4.314.827; US-A-4.632.364; US-A- 4.744.802; US-A-4.770.671; US-A-4.881.951; US-A-4.954.462; US-A-4.964.883; US-A-5.053.369; US-A-5.076.815; US-A- 5.114.891; US-A-5.139.978; EP-A-408.771 und die POT-Anmeldung 92/01646.
Die Partikel können auf jede zweckdienliche Weise hergestellt werden, der zugänglichste Weg ist aber das Strangpressen. Bei einem solchen Verfahren wird der Alpha-Vorläufer als Gel stranggepreßt und dann getrocknet und gebrannt, um die Filamente zu bilden. Eine geeignete Anlage für die Herstellung solcher Filamente wird in US-A-5.090.968 beschrieben. Es ist auch möglich, die Filamente bis zu einem Punkt strangzupressen und zu trocknen, an dem sie bequem gehandhabt werden können, sie in dem Werkzeug, so wie es geformt ist, einzuschließen und sie in situ in dem Schleifwerkzeug zu brennen.
Die Ausrichtung der filamentförmigen Partikel in dem Werkzeug ist besonders wichtig bei der Bestimmung des Eigenschaftsmusters, welches das Werkzeug aufweisen wird.
Hauptsächlich bei Scheiben, die zum Schneiden bestimmt sind, wie es zum Beispiel eine Segmentscheibe für das Schneiden von Beton ist, ist es besonders nützlich, wenn die Symmetrieachse der Filamente im wesentlichen parallel zu der Schneidoberfläche, aber an den Kanten hiervon angeordnet ist. Herkömmliche Betonschneidscheiben neigen zur Abnutzung an den Kanten, so daß die Breite des durchgeführten Schnittes mit der Abnutzung der Scheibe geringer wird. Filamentförmige Partikel, die parallel zu der Schneidoberfläche liegen, sorgen für gleichmäßige Abnutzungseigenschaften, hemmen den Segmentverschleiß an den Kanten und halten die Schneidoberfläche rechtwinkelig. Unter solchen Umständen wirken die filamentförmigen Partikel eher verschleißmindernd und nicht an sich als Schleifmittel.
Die Form ist jene einer Scheibe mit dem wenigstens am Rand befindlichen Schleifmittel. Wegen des Preises eines hochabrasiven Schleifmittels und wegen der Tatsache, daß die Scheiben üblicherweise in Situationen verwendet werden, wo die Scheibe unter großer Beanspruchung steht, ist es üblich, eine massive Metallplatte als Kernteil der Scheibe zu verwenden, wobei das Schleifmittel am Rand angeordnet ist, oft in Form von an dem Kernteil befestigten Segmenten. Das Bindemittel, in welchem das Schleifmittel in solchen Fällen gehalten wird, ist ein Metall. Das Mittel zur Befestigung ist nicht entscheidend, sofern es eine feste, ständige Befestigung an dem Kernteil bietet. Geeignete Mittel umfassen Schweißen, Hartlöten und Sintern.
Die Erfindung wird jetzt im genaueren Detail unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, die nur zum Zweck der Veranschaulichung dienen.
Figur 1 ist ein Querschnitt eines Segments, das zur Befestigung an einer Segmentscheibe bestimmt ist, wobei das Filamentschleifmittel 7 in dichte Fächerfalten parallel zu der Schneidoberfläche gelegt ist.
Figur 2 ist eine Draufsicht des Segments der Figur 1 nach einer Zeitdauer der Abnutzung zur Freilegung des filamentförmigen Schleifpartikels 7, das parallel zu den Seiten des Segments und benachbart zu den Kanten angeordnet ist.
Figur 3 ist ein Querschnitt des in Figur 1 und 2 gezeigten Segments, der senkrecht zu dem Querschnitt der Figur 1 genommen wurde. Der Schnitt ist der einer gebrauchten Scheibe und zeigt in übertriebener Form, daß die filamentförmigen Partikel 7 es bewirken, daß sich das Segment zu einer U- Form abnutzt und so seine Schneidbreite eher beibehält, als im Profil abgerundet zu werden.
Andere Formen mit möglichen Vorteilen können ausgedacht werden, indem das Schleifvermögen von hochabrasiven Schleifmitteln und die speziellen Strukturvorteile kombiniert werden, die von der Verwendung der filamentförmigen Partikel herrühren. Diese Formen umfassen zum Beispiel, das filamentförmige Schleifmittel zu einem verflochtenen Ring ziemlich in der Art zu formen, wie ein Schnurknäuel mit einem vorzugsweise abgeflachteren Profil gewickelt werden kann, und dann eine verformbare Mischung aus Bindemittel und hochabrasivem Schleifmittel zur Füllung der Zwischenräume in dem verflochtenen Ring zu zwingen und dann auszuhärten, zu brennen oder es anderweitig zu bewirken, daß das Bindemittel in der Form eines Schleifwerkzeugs wie einer Scheibe fest wird.
So einer Struktur können besondere Vorteile verliehen werden, indem veranlaßt wird, daß die Abmessungen der Zwischenräume solche Maße aufweisen, daß die Körner des hochabrasiven Schleifmittels gefangen werden und sie folglich der zu schleifenden oder zu schneidenden Oberfläche in einer sehr harten Festhaltestruktur dargeboten werden.
Die Schneidscheibe der Erfindung hat im Aufbau filamentförmige Partikel integriert, die aus einem mikrokristallinen Aluminiumoxid geformt sind, was bedeutende Vorteile bringt.

Claims

1. Schneidscheibe, die ein Schleifwerkzeug enthält, welches am Rand der Schneidscheibe angeordnet ist, wobei das Werkzeug ein Bindemittel umfaßt, welches eine Metallbindung ist und worin Schleifkörner verteilt sind, umfassend mindestens eine hochabrasive Komponente ausgewählt aus der Gruppe Diamant, kubisches Bornitrid (CBN) oder Wolframkarbid und mikrokristalline filamentförmige Aluminiumoxidpartikel mit einer einheitlichen Ausrichtung, wobei die filamentförmigen Partikel parallel zur Schneidoberfläche und benachbart zu lateralen Kanten hiervon ausgerichtet sind.

2. Schneidscheibe gemäß Anspruch 1, bei der die filamentförmigen Partikel fein verteilte Partikel eines Additivs ausgewählt aus Schleifmitteln, hochtemperaturstabilen Schmiermitteln und Schleifhilfsmitteln einschließen.

3. Schneidscheibe gemäß Anspruch 1 oder 2, bei der das Schleifwerkzeug in Form von Segmenten vorliegt.