Schleifwerkzeug und Verfahren zu dessen Herstellung Die Erfindung betrifft eire Schleifwerkzeug und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
Das erfindungsgemässe Schleifwerkzeug ist da durch gekennzeichnet, dass der Kopf an einem End- teil eines länglichen keramischen Schaftes von kleine rem Durchmesser angesintert oder -geschmolzen ist.
Das erfindungsgemässe Verfahren zur Herstellung eines solchen Schleifwerkzeuges ist dadurch gekenn zeichnet, dass man einen länglichen Schaft aus Ke ramikmaterial bildet, eine ringförmige Masse von keramischem Material um einen Endteil des Schaftes verdichtet zur Bildung eines zylindrischen Kopfes und das Ganze bei einer Temperatur brennt, die unter halb der Erweichungstemperatur des Schaftes liegt, um den Kopf am Schaft anzusintern oder anzu- schmelzen.
Die Erfindung wird nun anhand beiliegender Zeichnung beispielsweise beschrieben.
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Aus führungsbeispieles des Schleifwerkzeuges, und Fig. 2 ist ein Längsschnitt eines Abschnittes des in Fig. 1 gezeigten Schleifwerkzeuges.
Das dargestellte Schleifwerkzeug hat einen zylin drischen Kopf 1, der den Wirkteil bildet und den Endteil eines Schaftes 2 von kleinerem Durchmesser umgibt. Sowohl der Kopf wie auch der Schaft be stehen aus keramischem Material und sind zusam mengesintert oder -geschmolzen zur Bildung einer monolytischen oder einheitlichen Struktur. Ein bei spielsweises Verfahren zur Herstellung des Schleif- werkzeuges wird nachfolgend, beschrieben.
Zwischen dem Kopf und dem Schaft ist kein besonderes Bindemittel ( Cement ) vorhanden, so mit kann der Schaft einen Durchmesser haben, der nur wenig kleiner ist als derjenige des Kopfes, zwecks Erzielung einer möglichst grossen Steifheit. Dem Um stand, dass das Keramikmaterial von sich aus ein sehr hohes Elastizitätsmodul hat, ist es zu verdanken, dass der Schaft eine grosse Steifheit hat, und zwar eine viel grössere als diejenige, die mit einem Schaft aus Metall erreichbar wäre; der Elastizitätsmodul beträgt nämlich mehr als 45 - los.
Das bevorzugte Keramikmaterial für das Schleif werkzeug ist ein Basismaterial, welches mindestens 85 Gew. % von Aluminiumoxyd enthält. Vorzugsweise soll der Werkzeugkopf eine grobkörnige poröse Struk tur haben und soll der Schaft eine dichtere, nicht poröse, feinkörnige Struktur haben, somit eine grö ssere Festigkeit und ein höherer Elastizitätsmodul. Dies kann erreicht werden durch einleitendes Formen und Brennen des Schaftes aus tonerdehaltigem Aus gangsmaterial, welches optimale Schafteigenschaften ergibt, dann Einsetzen eines Endes des Schaftes in einen geformten,
aber noch ungebrannten Ring, der aus verhältnismässig grobkörnigem, tonerdehaltigem Ausgangsmaterial geformt wurde, und schlussend- liehes Brennen des Ganzen. Während des Brennens wird der verhältnismässig grobkörnige Ring gesintert, damit er seine gewünschte Endstruktur erhält und zu gleich eine starke, gesinterte oder geschmolzene Ver bindung mit dem inliegenden Schaftteil ergibt.
So erhält man ein einheitliches keramisches Schleifwerk zeug, bei dem sowohl der Schaft wie auch der Kopf sehr erwünschte physikalische Eigenschaften haben. Das bevorzugte Keramikmaterial für den Schaft enthält mindestens 85 Gew.% von Aluminiumoxyd und ausserdem in üblicher Weise Kornwachstums- inhibitoren oder Flurmittel wie Silizium- und Erd- alkalimetalloxyde. Solche Keramikmaterialien bestehen nach dem Brennen auf Sintertemperatur aus einer
dichten Masse von Tonerdekristallen, die direkt oder über eine beim Brennen in situ gebildete dünne Zwischengitterlage miteinander verbunden sind, und sie haben eine sehr grosse Festigkeit und andere er wünschte physikalische Eigenschaften. Keramikmate rialien, die praktisch ausschliesslich aus Tonerde be stehen, und solche, die einen kleinen Zusatz eines Mineralisators oder Kornwachstumgsinhibitors wie etwa Magnesiumoxyd enthalten, sind auch gute Schaftmaterialien.
Die Keramikmaterialzusammensetzung für den porösen Kopf des Werkzeuges kann eine solche sein, wie sie üblicherweise für Schleifwerkzeuge verwendet wird. Beispielsweise kann sie zu<B>100%</B> aus gesinter tem Aluminiumoxyd oder glasgebundenem Alu miniumoxyd bestehen, wobei die Korngrösse des Alu miniumoxyds so gewählt ist, dass sich die gewünsch ten Schleifeigenschaften ergeben. Im allgemeinen wird eine verhältnismässig grobkörnige, poröse Struktur bevorzugt. Für die Herstellung eines glasgebundenen Aluminiumoxydkopfes kann das Ausgangsmaterial aus körnigem Aluminiumoxyd bestehen wie z. B.
aus Borolonit oder tafelförmigem Korund, und einer kleinen Menge von pulverförmigem Glas. In einem anderen Fall kann das Ausgangsmaterial nebst Alu miniumoxyd noch geringe Mengen von Flussmitteln enthalten, damit das Glas während des Brennens in situ gebildet wird.
Es können aber auch andere keramische Schleifstoffe als Aluminiumoxyd Anwen dung finden. Wenn die Werkzeuge nach dem bevor zugten Verfahren hergestellt werden, bei welchem der den Kopf bildende Ring auf einem vorgebrannten Schaft aufgebrannt wird, weil die Brenntemperatur für den Kopf geringer sein muss als jene, die ein Erweichen des Schaftes hervorrufen würde, so ist die Zusammensetzung des für den Kopf gewählten Materials unter Berücksichtigung dieses Faktors zu wählen.
Zum Formen des Schaftes und des Kopfes kann irgendeines der Verfahren angewendet werden, die im Keramikgewerbe üblicherweise Anwendung finden. Beispielsweise kann der Schaft durch isostatisches oder anderes Formen oder durch Extrudieren gebildet werden, wobei im letzteren Fall das Keramikaus gangsmaterial zu einem Strang extrudiert wird, der dann in Abschnitte der gewünschten Länge unter teilt wird, welche Abschnitte dann geplant werden. Der Kopf kann in einer Stahlmatrize kaltgepresst oder er kann durch die vorerwähnte sogenannte iso- statische Formtechnik gebildet werden.
Bei der letz teren wird bekanntlich eine kleine Menge eines or ganischen Bindemittels wie etwa Wachs dem Aus gangsmaterial zugegeben, und die Masse wird dann in Gummiformen isostatisch geformt zur Bildung von Rohlingen, welch letztere anschliessend gebrannt wer den zum Ausbrennen des Wachses und Sintern des Keramikmaterials. Bei der bevorzugten Verfahrens- weise wird ein vorgebrannter Schaft in den ringför migen, wachsgebundenen Rohling des Kopfes einge setzt, bevor das schlussendliche Brennen vorgenom men wird. <I>Beispiel</I> Das nachfolgende spezifische Beispiel erläutert das erfindungsgemässe Verfahren.
Eine Ausgangs masse, die zu 99,8 Gew. % aus Aluminiumoxyd (tafel förmigem Korund) und etwa 0,2 rn Magnesiumoxyd besteht, wird in der Kugelmühle behandelt zur Bil dung einer innigen Mischung, wobei schliesslich die Korngrösse der Tonerde kleiner sein soll als etwa 10 Mikron und für 90 % geringer als 5 Mikron. Es wird dann eine geringe Menge, etwa 3 GewA von Paraffinwachs als Bindemittel dem Ausgangsmaterial innig zugemischt, und zwar durch Zugabe einer Emulsion des Wachses in Wasser und anschliessendes Trocknen.
Die wachshaltige Masse wird dann in Gummiformen isostatisch geformt zur Bildung von kleinen Stangen. Sowohl die Länge als auch der Durchmesser dieser Stangen wurden etwas grösser gehalten als die entsprechenden Dimensionen des Stückes im Endzustand, zwecks Berücksichtigung des Schrumpfens während des nachfolgenden Bren nens. Nach dem Formen wurden die Stangen während 24 Stunden bei l650 C gebrannt, zwecks Austreibens des Wachses und Sinterns des Keramikmaterials zu einem dichten, ausserordentlich harten Teil. Die ge sinterten Stangen haben ein Elastizitätsmodul von etwa 50 - 106.
Zur Bildung des Werkzeugkopfes wird eine Aus gangsmasse gebildet durch inniges Mischen von 34 g Aluminiumoxyd (Borolonitkörner) mit<B> 100</B> mesh - Körnung, 6 g von pulverisiertem Borsilikatglas mit einer -325 mesh -Körnung (Glaszusammensetzung in Gew.%: 65 % Si02, 23 % B203, 5 % A1.,03, 7 % Na20) und 4 g Naphthalin, die in 10 cm3 Chloräthan auf gelöst sind.
Nach dem Zusammenmischen wurde dem Chloräthan erlaubt, sich zu verflüchtigen, und es wurden 2,4 g Carboxymethylzellulose-Bindemittel, in Wasser aufgelöst der Masse beigemischt und an schliessend dem Wasser erlaubt, sich zu verflüchtigen. Die Aufgabe des Naphthalins bestand darin, einen Füllstoff zu bilden, der während des nachträglichen Trennens ausgebrannt wird und dadurch eine poröse Struktur zurücklässt.
Ein Teil dieser Masse wurde dann in die zylin drische Öffnung einer Stahlmatrize gegeben, in wel cher das Ende einer wie oben beschrieben erhal tenen keramischen Stange konzentrisch eingesetzt war. Mit Hilfe eines um den Endteil der Keramik stange angeordneten ringförmigen Stempels wurde dann ein Druck von etwa 700 kg/cm2 ausgeübt zum Umformen der Kopfmasse zu einem organisch gebun denen, eigenständigen, gleichmässig gepressten Ring, der den Endteil der Stange dicht umgibt.
Das Ganze wurde dann. aus der Stahlmatrize herausgenommen und bei einer Temperatur von 900 C (welche Temperatur in 30 Min. erreicht wurde) gebrannt zum Ausbrennen des Naphthalins und des Carboxymethylzellulose- Bindemittels und zum Sintern des Ringes, der da durch in einen harten, zähen, porösen Zustand über geht. Während des Brennens sinterte (oder schmolz) der Ring an den Endteil der Stange an zur Bildung einer einheitlichen keramischen Struktur, bei der aus einem zylindrischen Kopf ein länglicher Schaft gerin geren Durchmessers herausragt.
Die Grösse des beim Pressvorgang ausgeübten Druckes hängt natürlich von der gewünschten Po rosität des Kopfes ab. Es können schon Drücke von 350 kg/cm2 genügen. Zur Gewährleistung einer durchgehenden dauerhaften Verbindung zwischen dem Schaft und dem Kopf, besonders, wenn nicht allzu hohe Drücke beim Pressen des Ringes Anwen dung finden, ist es erwünscht, den Schaftendteil mit einer dünnen Glasschicht zu überziehen, die die glei che Zusammensetzung haben kann wie jene des im Ring verwendeten Glases,
bevor der Ring um den Schaftendteil gebildet wird. Die genauen Werte der Temperatur und das Programm beim Brennen hän gen von der Zusammensetzung der Teile ab, die zusammengebrannt werden, wie dies den Keramik fachleuten wohlbekannt ist. Die Endabmessungen des erhaltenen Werkzeuges waren die folgenden: Ge samtlänge 63,5 mm, Länge des aus dem Kopf herausragenden Schaftteiles 51 mm, Durchmesser des Kopfes 7 mm, Durchmesser des Schaftes 5 mm. Das Werkzeug konnte mit voller Wirksamkeit benützt werden bis zur Abnützung des Kopfes auf einen Durchmesser, der nur wenig grösser war als der jenige des Schaftes.
Das erfindungsgemässe Werkzeug eignet sich be sonders zum Schleifen und Polieren der Wandung von kleindurchmessrigen Bohrungen, die genau zylin drisch sein müssen auf ihrer ganzen Länge, wie dies beispielsweise bei der Bohrung einer Brennstoffein trittsdüse der Fall ist. Die innewohnende Steifheit des keramischen Schaftes des Werkzeuges ist von grosser Bedeutung zur Innehaltung enger Toleranzen bei der Bearbeitung solcher Bohrungen.