SE537723C2 - Ett slipverktyg för bearbetning av spröda material samt ettförfarande för framställning av ett slipverktyg - Google Patents

Abstract

SAMMANDRAG Uppfinningen avser ett slipverktyg 1 for bcarbetning av sproda material. Slipverktyget 1 har en karna 2 och en abrasiv kant 4. Den abrasiva kanten 4 innefattar abrasiva partiklar 5 inbaddade i en grundmassa 6. Grundmassan 6 innefattar ett metalliskt bindemedel och mojligen aven ett polymert bindemedel. Det metalliska bindemedlet innefattar kiselnitrid i en mangd som utgor 0.02 — 5.0 volym-% av det metalliska bindemedlet. Uppfinningen avser aven ett forfarande for framstallning av slipverktyget. I forfarandet blandas abrasiva partiklar med metallpulver och kiselnitrid och blandningen sintras. Polymerpulver kan ocksa tillsattas fOre sintring.

Description

ETT SLIP VERKTYG FOR BEARBETNING AV SPRODA MATERIAL SAMT ETT FORFARANDE FOR FRAMSTALLNING AV ETT SLIP VERKTYG UPPFINNINGENS OMRADE Uppfinningen avser ett slipverktyg, i synnerhet ett slipverktyg for att slipa harda och/eller sproda material sasom volframkarbid. Slipverktyget kan i synnerhet vara en slipskiva. Uppfinningen avser aven ett forfarande for att framstalla ett sa.dant slipverktyg.

BAKGRUND TILL UPPFINNINGEN Slipverktyg sasom slipskivor anvands fOr bearbetning av sproda material. Ett omrade dar sadana slipverktyg anvands är bearbetning av sadana verktyg som är gjorda av hardmetall (volframkarbid). Till exempel kan slipverktyg anvandas i bearbetningsoperationer i vilka borrar eller frasverktyg formas genom slipning. Om det arbetsstycke som skall formas är gjort av ett hart material sasom volframkarbid maste det abrasiva verktyget ha abrasiva partiklar av ett mycket hart material. I praktiken innebar detta normalt att de abrasiva partiklama är diamantpartiklar eller kom av kubisk bomitrid. Diamanter eller kom av kubisk bomitrid for detta syfte är kommersiellt tillgangliga och kan anses som standardkomponenter. Diamanter for detta syfte kan typiskt ha en genomsnittlig partikelstorlek pa 501..tm (storleken pa partiklama varierar givetvis) och har ett flertal skarpa kanter som kan skara i harda material sasom volframkarbid.

En kand typ av slipverktyg for detta andamal är en slipskiva med en kama som kan vara gjord av, till exempel, ett metalliskt material sasom stal eller aluminium. Kaman kan aven vara gjord av ett icke-metalliskt material sasom ett polymermaterial. Kaman kan vara utformad som en skiva vilken kan vara monterad pa en verktygsspindel for rotation kring den skivformade metallkarnans axel. En abrasiv kant omger karnan och är forbunden med kaman. Den abrasiva kanten kan innefatta abrasiva partiklar som är inbaddade i en grundmassa med ett eller flera bindemedel. Materialet som anvands i den abrasiva kanten är normalt dyrare an materialet i karnan. Av det skalet har den abrasiva kanten en mindre utstrackning i radiell riktning an karnan (d.v.s. den abrasiva kanten är normalt en mindre del av slipskivan eftersom den är dyrare).

Under slipning nots den abrasiva kanten gradvis ner till dess att den är forbrukad och slipskivan inte langre kan anvandas. 1 Kanda bindemedel for abrasiva kanter pa slipskivor innefattar polymera bindemedel som, till exempel, Bakelit. Altemativt kan bindemedlet vara ett keramiskt bindemedel. Det är aven kant att anvanda metalliska bindemedel, i synnerhet bindemedel av brons som framstallts genom sintring. I sadana sintringsoperationer sintras metallpulver innehallande koppar och tenn tillsammans med abrasiva partiklar sasom diamantpartiklar eller kom av kubisk bomitrid. Ibland kan silver tillsattas sâ att bronset innehaller koppar (Cu), tenn (Sn) och silver (Ag). I det forflutna har praktisk erfarenhet visat att legeringar av Cu/Sn/Ag fungerar val som bindemedel air slipmedel och att sadana bindemedel fungerar val under slipning. Aven om den exakta anledningen till detta inte har fullstandigt forstatts tror uppfinnarna att forbattrad varmeledning som fetid av tillsatsen av silver kan forklara varfor bronslegeringar som innehaller silver kan fungera val som bindemedel for slipmedel. Eftersom silver är dyrt kan emellertid andra bronslegeringar anvandas for att minska kostnaden och den nu foreliggande uppfinningen är tillamplig aven pa bronslegeringar utan silver.

Andra kanda bronssammansattningar for detta syfte innefattar koppar/tenn/kobolt (Cu/Sn/Co) och koppar/tenn/nickel (Cu/Sn/Ni). Det har alien foreslagits att bronssammansattningar for detta andamal kan innehalla koppar/tenn/titan (Cu/Sn/Ti).

Ytterligare ett 'cant system innehaller hybrider av polymera och metalliska bindemedel i vilka metallpulver sintras tillsammans med polymermaterial sâ att en grundmassa bildas i vilken det polymera bindemedlet och det metalliska bindemedlet (typiskt en bronslegering som beskrivits ovan) är nara sammanflatade med varandra pa mikroskopisk niva. I sadana hybrider bildar vart och ett av det metalliska bindemedlet och det polymera bindemedlet ett natverk och bindemedlens respektive natverk gar in i varandra. En sidan hybridgrundmassa som innefattar bade ett metalliskt bindemedel och ett polymert bindemedel finns beskrivet i till exempel US patent nr. 6063148.

Forutom metalliska och polymera bindemedel innehaller sldana hybrider normalt ett eller flera fyllmaterial. Ett sadant fyllmaterial kan vara grafit som anvands for sina smorjande egenskaper.

De abrasiva partiklarna kan ha olika egenskaper. Till exempel kan diamanters skorhet variera beroende pa det syfte for vilket slipverktyget skall anvandas. Egenskaperna hos olika diamanter kan matchas for att stamma overens med egenskaperna hos olika bindemedel (eller hybrider av bindemedel). 2 I ett bra slipverktyg skall de abrasiva partiklarna vara bundna i sin grundmasa pa ett sadant salt att slipverktyget fungerar som Onskat. Det är onskvart att slipverktyget har en god notningsbestandighet sa att det kan anvandas Over en langre period. En god notningsbestandighet är emellertid inte den enda onskvdrda egenskapen och det slipverktyg som har den storsta nOtningsbestandigheten är inte nodvandigtvis det basta valet. Andra onskvarda egenskaper innefattar lag energikonsumtion (d.v.s. att den effekt som krdvs for att driva slipverktyget inte är alltfor hog) samt konstant eller atminstone forutsdgbara prestanda. Om den abrasiva kantens slipande effekt varierar alltfor mycket 10 Over tiden medfor detta problem. Detta är i synnerhet fallet dâ slipverktygets prestanda varierar pa ett sift som är oforutsdgbart.

Omfattningen av notningen pa slipverktyget under givna forutsdttningar beror i valdigt hog grad pa egenskaperna hos den grundmassa i vilken de abrasiva partiklarna är inbdddade. Darfor är sammansattningen av grundmassan viktig.

Ndr ett slipverktyg anvdnds for att bearbeta ett arbetsstycke verkar skarpa kanter och hOrn pa de abrasiva partiklarna pa arbetsstycket. Ddrigenom utovas kraft pa abrasiva partiklar som är inbaddade i grundmassan. Under slipningen skadas de abrasiva partiklarna. Sma bitar bryts gradvis loss fran de abrasiva partiklarna sâ att de abrasiva partiklarna gradvis nots ned. Ndr de abrasiva partiklarna i ett omrade av den abrasiva kanten har blivit fullstandigt nedslitna kommer arbetsstycket att direkt mota grundmassan. Grundmassan som sadan är mindre hard an arbetsstycket och nots snabbt ner. Som foljd &dray kommer nya abrasiva partiklar upp till ytan av den abrasiva kanten och kan borja verka pa arbetsstycket.

Om grundmassan som hailer de abrasiva partiklarna är for svag kan emellertid abrasiva partiklar slitas bort frau grundmassan innan de notts ned. Ndr detta hdnder i en del av den abrasiva kantens yta kommer arbetsstycket att komma i direkt kontakt med den relativt skora grundmassan och slita ned grundmassan i farad. Nar detta sker minskar effektforbrukningen tillfalligt till dess att sà mycket av grundmassan har no-as ned att nya abrasiva partiklar kommer upp till ytan. Som en foljd &ray kommer slipverktygets abrasiva kant att notas ut fortare an vad som annars skulle ha varit fallet. Om driften av slipverktyget programmerats i forvdg kan konsekvensen dray bli att slipningsforfarandet inte fungerar korrekt eftersom slipverktyget har stdllts in att verka utgaende frau_ ett antagande om verktygsdiameter som nu är felaktigt. Detta problem blir allvarligare om den abrasiva kanten nots ut pa ett sdtt som är svart att forutse, till 3 exempel om notning upptrader i plotsliga steg som kommer med oregelbundna mellanrum.

Det är ocksd onskvart att den erforderliga effekten for slipningsoperationen kan hallas lag sa att energikonsumtionen under slipning kan minimeras.

En annan onskvard egenskap hos slipverktyg är ett Mgt G-tal. G-talet uttrycker forhallandet mellan den materialvolym som avldgnats av slipverktyget fran ett arbetsstycke och den volym som fcirlorats av slipverktyget (nOtningen pd verktyget). Ett 10 bra slipverktyg har ett Mgt G-tal.

Det är dad& ett andamdl for den nu fOreliggande uppfinningen att tillhandahalla ett slipverktyg som har en hog bestandighet mot nothing. Vidare andamal med uppfinningen är att tillhandahalla ett verktyg som nots ned pa ett regelbundet och forutsagbart sat, som har ett ldgt effektbehov och ett Mgt G-tal. Dessa malsattningar uppnas genom den nu foreliggande uppfinningen som skall forklaras i det foljande.

SAMMANFATTNING AV UPPFINNINGEN Uppfinningen avser ett slipverktyg. Slipverktyget är i synnerhet avsett som ett slipverktyg for att bearbeta harda och/eller sproda material sasom volframkarbid men det uppfinningsenliga slipverktyget skulle ocksd kunna anvandas for att slipa andra material. Slipverktyget innefattar en karna och en abrasiv kant. Den abrasiva kanten innefattar abrasiva partiklar inbaddade i en grundmassa och grundmassan innefattar ett metalliskt bindemedel som är en sintrad bronslegering. Det metalliska bindemedlet utgor 50% - 100% av grundmassans volym. Enligt uppfinningen innehaller det metalliska bindemedlet kiselnitrid i en mangd som utgor 0.02 — 5.0 volym-% av det metalliska bindemedlet eller valfritt 0.1 volym-% — 5.0 volym-% av det metalliska bindemedlet. 30 I utforingsformer av uppfinningen kan grundmassan vidare valfritt innefatta ett polymert bindemedel som har sintrats tillsammans med det metalliska bindemedlet sâ att det polymera bindemedlet och det metalliska bindemedlet bildar ett sammanfogat natverk. 35 I utforingsformer av uppfinningen utgar kiselnitriden 0.3 — 5.0 volym% av det metalliska bindemedlet. Den kan till exempel utgora 0.5 — 5.0 volym-% av det 4 metalliska bindemedlet, 1.0 — 5.0 volym-% av det metalliska bindemedlet eller 0.5 — 3.0 volym-% eller 0.5 — 2.0 volym-%.

Kiselnitriden kan vara narvarande i form av korn med en genomsnittlig kornstorlek som foretradesvis är mindre an 10[tm men aven foretradesvis over 0.1[tm. Sadana partiklar kan vara 1250 Tyler Mesh- partiklar. Partiklarna kan saledes innefatta partiklar upp till 10um aven om den genomsnittliga kornstorleken är mindre.

Nar ett polymert bindemedel är en del av grundmassan kan det polymera bindemedlet innefatta polyimid eller vara helt eller nastan helt av polyimid.

Grundmassan kan valfritt vidare innefatta fyllmaterial sasom grafit. Grafit har smorjande egenskaper som kan vara onskvarda under slipning.

Det metalliska bindemedlet är fOretradesvis en bronslegering som innefattar koppar, tenn och silver.

De abrasiva partiklarna kan vara, till exempel, diamantpartiklar eller partiklar av kubisk bornitrid. For bade diamanter och kubisk bornitrid kan de abrasiva partiklarna ha en genomsnittlig partikelstorlek som ligger i intervallet zium — 181[tm. I Manga realistiska utforingsformer kan de abrasiva partiklama ha en storlek i intervallet 46um — 91um. I utforingsformer av uppfinningen kan de abrasiva partiklarna ha en belaggning avkoppar eller nickel.

Uppfinningen avser aven ett forfarande att tillverka det uppfmningsenliga slipverktyget. Forfarandet innefattar sintring av abrasiva partiklar tillsammans med metallpulver sâ att sintringen resulterar i en grundmassa i vilken de abrasiva partiklama är inbaddade. Grundmassan kommer darigenom att innefatta ett metalliskt bindemedel. Metallpulvret innefattar koppar och tenn sâ att det metalliska bindemedlet kommer att bli en sintrad bronslegering. Enligt uppfinningen tillsatts kiselnitrid i form av ett pulver till metallpulvret fore sintring och i en sadan utstrackning att kiselnitriden kommer att utgora 0.02 — 0.5 volym-% av det metalliska bindemedlet och foretradesvis 0.1 — 5.0 volym-% av det metalliska bindemedlet.

I utforingsformer av det uppfinningsenliga forfarandet kan metallpulvret ytterligare innefatta silver.

Nar det har hanvisas till de relativa andelarna av kiselnitrid i det metalliska bindemedlet skall det forstas att clamed avses de volymandelar av pulvret som anvands i sjalva framstallningsprocessen. Med andra ord är tillverkningsforfarandet sadant att, i det pulver som adderas fore sintring, sà utgor kiselnitriden 0.02 — 5.0 volym-% av det metalliska bindemedlet (kiselnitriden raknas som en del av det metalliska bindemedlet). Det antas att kiselnitridpartiklarna kommer att behalla samma relativa volymandel aven efter sintring.

En polymer kan valfritt tillsattas till metallpulvret fore sintring, foretradesvis i form av pulver av polyimid sà att aven ett polymert bindemedel bildas som utgor en del av grundmassan.

Forfarandet kan genomforas pa ett sadant satt att pulvermaterialet for grundmassans bindemedel blandas med de abrasiva partiklarna sâ att en blandning bildas. Blandningen kompakteras sedan i en kallpress. Den kompakterade blandningen hardas sedan i en ugn vid en temperatur i intervallet 380°C - 5°C, foretradesvis 400°C - 500°C under en period av 120 — 150 minuter. Darefter placeras den kompakterade och hardade blandningen i en press och utsatts for ett tryck pa. 1500 — 2000 kg/cm2. Trycket uppratthalls sedan till dess att blandningen har daft en temperatur som är under 300°C.

Fyllmaterial kan valfritt tillsattas till blandningen av metallpulver och abrasiva partiklar fore sintringsoperationen. Fyllmaterialet kan valfritt innefatta grafit.

Grundmassan air det uppfinningsenliga slipverktyget kan med fordel vara en grundmassa som är en hybrid, d.v.s. en grundmassa som har bade ett metalliskt bindemedel och ett polymert bindemedel. Losningar med hybridbindningar kan kombinera de basta egenskaperna hos metalliska bindemedel med de basta egenskaperna hos polymera bindemedel. Om omskarpning av ett skarpningsverktyg behover goras kan eft slipverktyg med en hybrid-grundmassa omskarpas lattare an en ren metallgrundmassa. Samtidigt har ett slipverktyg med en hybrid-grundmassa en battre notningsbestandighet an en grundmassa som enbart anvander ett polymert bindemedel.

KORT BESKRIVNING AV FIGURERNA Figur 1 är en schematisk atergivning av ett slipverktyg.

Figur 2 är en schematisk atergivning i tvarsnitt av abrasiva partiklar inbaddade i ett slipverktygs abrasiva kant. 6 Figur 3 är en schematisk kergivning i tvarsnitt av ett slipverktyg som verkar pa ett arbetsstycke.

Figur 4 är ett diagram som kerger effektforbrukningen ffir tva olika slipverktyg. Figur 5 är en schematisk kergivning i tvarsnitt av en forsta utforingsform av det uppfinningsenliga slipverktyget.

Figur 6 är en schematisk atergivning i tvarsnitt av en andra utforingsform av det uppfinningsenliga slipverktyget.

Figur 7 är ett diagram som visar notning av ett slipverktyg som en funktion av halten av kis elnitrid. 10 Figur 8 är ett diagram som visar G-talet for ett slipverktyg som en funktion av halten av kis elnitrid.

DETALJERAD BESKR1VNING AV UPPFINNINGEN Med hanvisning till Figur 1 visas ett slipverktyg 1. Slipverktyget kan i synnerhet vara en slipskiva som är avsedd fOr bearbetning av harda och/eller sproda material sasom volframkarbid. Sadana material kan finnas i arbetsstycken for Adana verktyg som till exempel borrar eller frdsverktyg och slipverktyget 1 enligt den foreliggande uppfinningen kan vara en slipskiva som anvands for att forma sa.dana verktyg. Slipverktyget 1 innefattar en karna 2 och en abrasiv kant 4. Kaman 2 kan vara gjord av ett mindre dyrt material sasom stal eller nagon annan metall. Alternativt skulle karnan kunna vara gjord av, till exempel, ett polymermaterial. Kaman skulle alien kunna innefatta mer an ett material. Den kan till exempel vara gjord delvis av metall sasom stal eller aluminium och delvis vara av ett polymermaterial. Karnan 2 kan vara forsedd med ett genomgdende hal eller kavitet 3 sâ att slipverktyget 1 kan monteras pa en spindel (ej visad) for roterande rorelse. Med hanvisning till Figur 2 innefattar den abrasiva kanten 4 abrasiva partiklar 5 som är inbaddade i en grundmassa 6. Grundmassan 6 innehaller i sin tur ett metalliskt bindemedel som är en sintrad bronslegering. Det metalliska bindemedlet utgor 50 — 100 volym-% av grundmassan 6 och utforingsformer är saledes tankbara i vilka hela grundmassan 6 utgors av det metalliska bindemedlet. Normalt innefattar emellertid grundmassan 6 kminstone nagon annan bestandsdel. Till exempel kan den innefatta fyllmaterial sasom grafit som har smorjande egenskaper. I de fiesta utforingsformer skulle grundmassan 6 aven innefatta ett polymert bindemedel som kan utgoras av polyimid. 35 Om grundmassan 6 hailer de abrasiva partiklarna 5 vdlkommer de abrasiva partiklarna 5 att avge sma fragment och notas ned gradvis. Som en foljd ddrav kommer notningen pa den abrasiva kanten 4 att bli jamforelsevis langsam sâ att diametem pa slipverktyget 7 1 kan hallas vasentligen konstant under en ldngre tid. Vidare kommer notning pa den abrasiva kanten 4 att hallas i en jamn takt och effekten under drift kommer inte at variera sa mycket.

Om grundmassan 6 istallet är oformogen att halla de abrasiva partiklarna stadigt kan det handa att abrasiva partiklar lossnar langt innan de fragmenterats. Som en fetid av detta kommer de att ga forlorade innan deras hela slipande potential har utnyttjats. Slipverktyget 1 kommer att notas ut snabbare och diametern pa slipverktyget (sasom en slipskiva) kommer att minska snabbare. En mindre diameter pa slipverktyget 1 kan 10 resultera i en mindre noggrann bearbetning av arbetsstyckena.

Det hanvisas nu till Figur 3. Eft slipverktyg 1 verkar pa ett arbetsstycke 7. Arbetsstycket 7 kan vara, till exempel, ett arbetsstycke som skall formas till ett borr. Slipverktyget 1 roteras med hjdlp av en kraftkalla som verkar genom till exempel en spindel (ej visad).

Ddrigenom verkar den abrasiva kanten 4 pa arbetsstycket 7 for att skdra ett spar i arbetsstycket. I Figur 3 har arbetsstycket en karndiameter CD som bestams genom verkan av slipverktyget 1. Om slipverktyget 1 nots ned sâ att dess diameter minskar, dâ kommer karndiametern CD att vaxa savida man inte kompenserar fOr nOtningen (till exempel genom ompositionering av slipverktyget 1 i forhallande till arbetsstycket 7).

Det är darfor mycket onskvart att notningen kan hallas lag och att den notning som ager rum inte kommer i plOtsliga oforutsdgbara sprang.

Det kan tillaggas att ndr de abrasiva partiklarna 5 fragmenteras korrekt bit for bit sâ är detta bra fOr slipverktygets 1 friskdrande egenskaper, d.v.s. slipverktygets fOrmaga att om-skarpa sig sjdlvt. Ndr de abrasiva partiklarna 5 fragmenteras bit for bit kan notningen pa grundmassan 6 forlopa mjukt och ytan pa den abrasiva kanten 4 sans inte igen lika ldtt. Om i stallet abrasiva partiklar plotsligt slits bort innan de har fragmenterats ordentligt, da tenderar detta att leda till okad igensattning av ytan, ytan pa den abrasiva kanten 4 kan bli igensatt i hogre grad av sma partiklar 5 fran arbetsstycket 7. Detta kan g6ra det nodvandigt att tillfälligt ta slipverktyget 1 ur drift sa att slipverktyget 1 kan om-skarpas. Om de abrasiva partiklarna 5 fragmenteras gradvis är risken for sadan igensattning mindre. Nar abrasiva partiklar har blivit helt utslitna kan nya abrasiva partiklar 5 komma till ytan i en mjukare process som i sig bidrar till omskarpning av slipverktyget (eller snarare slipverktygets 1 abrasiva kant 4).

Nar abrasiva partiklar slits bort fran den abrasiva kanten innan de har fragmenterats fullstandigt, da tenderar detta att visa sig i slipverktygets effektforbrukning; effekten 8 faller plotsligt och borjar sedan stiga igen efter en stund. Om de abrasiva partiklarna halls ordentligt av grundmassan sâ att de tillats att fragmentera som de skall, da kan awn detta ses pa effektforbrukningen. I ett sadant fall tenderar effekten att ffirbli konstant over tiden (det skall emellertid noteras att det normalt alltid är en viss gradvis stegring i effektbehovet fran de forsta arbetsstyckena sa att det kravs en lagre effekt for de allra forsta arbetsstyckena).

Det har foreslagits i en artikel av E. D. Kizikov och P. Kebko ("Microadditions to alloys of the system Cu-Sn-Ti", Institute of Superhard Materials, Academy of Science of the Ukrainian SSR, Kiev, i oversattning fran Metallovedenie I Termicheskaya Obrabotka Metallov, No. 1, sidoma 50 — 53, januari 1987) att en legering av Cu/Sn/Ti som anvands som bindemedel for diamant-slipverktyg forstarks med 0.01 % kiselnitrid (Si3N4). Enligt forfattarna till den artikeln resulterade tillsatsen i hojd strackgrans.

Uppfinnama till den ffireliggande uppfinningen har overvagt vilka &Order som kan vidtas for att forbattra grundmassans formaga att halla de abrasiva partiklarna. Utan att vilja binda sig vid nagon teori tror uppfinnarna att en anledning till att metalliska bindemedel slapper abrasiva partiklar som är inbaddade dari kan vara att dislokationer inuti det metalliska bindemedlet forsvagar det metalliska bindemedlet. Under antagande att denna teori är korrekt tankte sig uppfinnama forst att det borde vara mojligt att forbattra grundmassan genom att forstarka den med partiklar som blockerar dislokationer i det metalliska bindemedlet. Uppfinnarna provade darfor olika tillsatser till det metallpulver som anvandes for sintring av det metalliska bindemedlet. En tillsats som provades var aluminiumoxid som tillsattes i en mangd motsvarande 1.0 volym-% av det metalliska bindemedlet. Detta ledde till en viss forbattring men forbattringen var inte sa bra som uppfinnama hade hoppats. Uppfinnama forsokte aven med tillsats av 0.01 volym-% kiselnitrid. Forbattringen genom den tillsatsen var annu mindre an den forbattring som uppnaddes genom aluminiumoxid.

Uppfinnama undersokte darefter om okade mangder av kiselnitrid skulle leda till Nitre resultat. Detta bekraftades genom fors& som utfordes av uppfinnama. Nar kiselnitrid tillsattes i mangder som var vasentligt sffirre an 0.01 volym-% av det metalliska bindemedlet upptacktes det aft man fick en mycket pkaglig forbattring.

Till exempel testade uppfinnarna en sammansattning i vilken det metalliska bindemedlet inneholl 0.1 volym-% kiselnitrid (Si3N4). Eft slipverktyg med denna sammansattning jamfordes sedan med ett standardslipverktyg som anvanda en hybrid- 9 grundmassa och som inte inneholl kiselnitrid (Si3N4). Slipverktygen var bada slipverktyg i vilka den abrasiva kanten 4 var utformad som en ring som omgav karnan 2. Under jamforbara forhallanden nottes standardverktygets diameter ned 136pm medan diametern pa slipverktyget med den experimentella sammansattningen bara nottes ned med 58pm. G-talet for verktyget med 1.0 % kiselnitrid var 2335. Som jamforelse nottes ett verktyg med 0.01 volym-% kiselnitrid ned 94 pm medan ett verktyg som anvande 1.0 volym-% aluminiumoxid nottes ned 84 pm.

Ett test gjordes med en sammansattning dar kiselnitrid utgjorde 5 volym-% av det metalliska bindemedlet. Notningsbestandigheten var fortfarande god men inte riktigt sà god som for verktyget med 1.0 volym-% kiselnitrid. Verktyget med 5.0 % kiselnitrid hade dessutom hogre effektforbrukning G-talet var gott men inte riktigt sâ gott som for verktygen med 1.0 och 0.1 volym-%.

Uppfinnama har alien testat en slipskiva som hade en form och sammansattning som liknade de ovriga verktygen som testades men i vilken kiselnitriden utgjorde 0.1 volym% av det metalliska bindemedlet. Det visade sig att, under samma testforhallanden som de andra verktygen som testades blev nOtningen pa verktyget med 0.1 volym-% kiselnitrid 62 pm och G-talet var 2084. Aven om det var underlagset i forhallande till de resultat som uppdaddes vid 1 volym-% sâ var det fortfarande en mycket pataglig forbattring jamfOrt med standard-slipverktyget.

Uppfinnarna har aven testat en slipskiva som hade en halt av kiselnitrid pa 0.02 volym% av det metalliska bindemedlet men som i ovrigt var som de andra slipskivoma som testades. Under likvardiga testforhallanden sà hade slipskivan med 0.02 volym-% kiselnitrid en notning (diameterminskning) pa 58 tm och ett G-tal pa 2283. Resultaten var alltsa nagot battre an de resultat som erholls vid ett fOrhallande pa 0.1 volym-%.

Resultaten ledde fram till den slutsatsen att vasentligt battre resultat erhalls i intervallet 0.02 — 5.0 volym-% kiselnitrid (Si3N4). I detta intervall har det visat sig att bade G-tal och notningsbestandighet är vasentligt battre an vid 0 % eller 0.01 %.

Test av notningsbestandighet och G-tal har ocksa utforts vid 0 volym-%, 0.01 volym-%, 0.02 volym-%, 1.0 volym-% och 5.0 volym-% kiselnitrid.

De verktyg som testades var slipskivor av vasentligen samma typ som visas i Figur 5, d.v.s. slipskivor med en abrasiv kant som omger en karna 1 och dar slipverktyget 1 10 roterar kring en axel A under drift. Notningsbestandigheten som funktion av halten kiselnitrid kan ses i Figur 7. Notningsbestandigheten uttrycks i Figur 7 som diameterminskning. Som man kan se i Figur 7 'Rade notningsbestandigheten vasentligt nar halten av kiselnitrid okade fran 0.01 % till 0.02 %. Notningsbestandigheten fortsatte att vara hog upp till en halt av kiselnitrid pa 5 volym-% av det metalliska bindemedlet.

Vid 5.0 volym-% kiselnitrid var emellertid notningsbestandigheten nagot lagre jamfort med den bestandighet som observerats vid en halt av 0.02 % - 1.0 %. Uppfinnarna har darfor dragit slutsatsen att den basta notningsbestandigheten erhalls i intervallet 0.02 - 5.0 volym-%.

G-talet som funktion av halten av kiselnitrid kan ses i Figur 8. Som man kan se i figuren erhalles de basta vardena vid en halt av kiselnitrid i intervallet 0.02 % - 5.0 %. I Figur 8 syns alien att G-talet sjunker mot hoger i figuren aven om G-talet vid 5.0 volym-% fortfarande är gott.

Uppfinnarna har darfor dragit den slutsatsen att det metalliska bindemedlet kan innehalla kiselnitrid i en mangd som utgor 0.02 - 5.0 volym-% av det metalliska bindemedlet. Eftersom effektforbrukningen var hOgre vid 5.0 volym-% har uppfinnarna dragit slutsatsen att varden under 5.0 % kommer att ha god notningsbestandighet men lagre effektforbrukning jamfort med verktyg som har en halt av kiselnitrid pa 5 volym- %. Ett fOredraget intervall kan darfor vara 0.02 volym-% till 3.0 volym-%, 0.5 - 3.0 volym-%, 0.5 - 2.0 volym-% eller 1.0 - 2.0 volym-% av det metalliska bindemedlet.

Vid 0.1 volym-% var effektforbrukningen i allmanhet lagre an vid 0.02 volym-%. Vid 5.0 volym-% kiselnitrid var effektforbrukningen hogre an vid en halt pa 0.02 % men effektforbrukningen vid 5.0 volym-% var jamnare, effektforbrukningen var mer forutsagbar an vid 0.02 volym-%.

Kiselnitridpartiklarna skall foretradesvis ha en storlek upp till 10 pm (1250 Tyler Mesh). For sallade partiklar kommer detta normalt att betyda att den genomsnittliga kornstorleken är mindre an 10 pm. Den genomsnittliga komstorleken (D50) pa kiselnitridpartiklarna kan da vara kring 2pm - 3pm (beroende pa hur genomsnittlig partikelstorlek mats). Den specifika ytan for kiselnitridpartiklarna kan fordelaktigt ligga i intervallet 5 m2/g - 6 m2/g. Om de partiklar som anvands är for sma kan detta leda till igensattning samt problem under tillverkningen. For att man skall ge det metalliska bindemedlet optimal styrka tror uppfinnarna vidare att man foretradesvis skall inkludera partiklar upp till 10 pm. 11 Normalt skall grundmassan 6 vidare innefatta ett polymert bindemedel som har sintrats tillsammans med det metalliska bindemedlet sâ att det polymera bindemedlet och det metalliska bindemedlet bildar ett sammanfogat natverk (Wen om ett sadant polymert bindemedel är valfritt). Anvandningen av ett polymert bindemedel gör det mojligt att finjustera grundmassans egenskaper och anpassa den till olika typer av abrasiva partiklar. Det polymera bindemedlet kan lampligen vara polyimid eller innefatta polyimid. Anledningen till detta är att polyimid är varmebestandigt och kan tala de hoga temperaturema under sintring. Om ett polymert bindemedel anvands kan det polymera bindemedlet vara narvarande i en mangd av upp till 50 volym-% av grundmassan (d.v.s. mangden polymert bindemedel ligger i intervallet 0 — 50 volym-% av grundmassan). Till exempel kan det polymera bindemedlet motsvara 10 — 40 volym-% eller 10 -30 volym-% av grundmassan.

Det polymera bindemedlet skulle mojligen kunna utgoras av nagot annat polymermaterial. Det skulle till exempel kunna utgOras av polyamidimid som Wen det är i stand att tala hoga temperaturer. Emellertid foredras polyimid eftersom det har battre slipegenskaper an polyamidimid.

Det metalliska bindemedlet är foretradesvis en bronslegering som innefattar koppar, tenn och silver. Silver forbattrar de onskvarda egenskaperna hos det metalliska bindemedlet.

De abrasiva partiklama 5 kan vara antingen diamantpartiklar eller partiklar av kubisk bomitrid. Diamanter är hardare och har battre abrasiva egenskaper men kubisk bomitrid är mer temperaturbestandigt. Dessutom kan diamanter reagera kemiskt med vissa material.

De abrasiva partiklama 5 kan vara är diamantpartiklar eller partiklar av kubisk bomitrid. Partiklarna kan ligga i intervallet 411m - 181[tm aven om partiklar utanfor detta intervall kan overvagas beroende pa de krav som stalls i vaije specifikt fall. I manga realistiska utforingsformer kan de abrasiva partiklama 5 ha en genomsnittlig partikelstorlek i intervallet 46[1m — 91 lam vilket är ett intervall som är lampligt for manga slipningsoperationer.

De abrasiva partiklama kan valfritt ha en belaggning av koppar eller nickel. En belaggning av koppar eller nickel kan forbattra bindningen mellan de abrasiva 12 partiklarna 5 och grundmassan 6. De abrasiva egenskaperna hos partiklarna 5 kommer emellertid att minskas nagot om partiklama har en sadan belaggning.

Den relativa andelen av abrasiva partiklar 5 i forhallande till bindemedlen och fyllmaterialen i grundmassan 6 kan variera beroende pa kraven i varje enskilt fall. I manga realistiska utforingsformer kan mangden abrasiva partiklar motsvara en 10 — 50 % av den totala volymen av den abrasiva kanten (d.v.s. den totala volymen av de abrasiva partiklarna och grundmassan). Om den relativa andelen av abrasiva partiklar Overstiger 50% finns det en vasentlig risk att grundmassan inte langre kommer att kunna 10 Ulla de abrasiva partiklarna. Om den relativa andelen av abrasiva partiklar understiger 10% kan den slipande effekten bli for liten. Den relativa andelen av abrasiva partiklar kan foretradesvis ligga i intervallet 15% - 30% och ett lampligt varde kan vara 25%.

Foretradesvis är kiselnitriden narvarande i form av kom som har en genomsnittlig kornstorlek i intervallet 1 lam -10 pm. De kan till exempel ha en genomsnittlig storlek i intervallet lpm - lOpm eller 2pm - 911m. Uppfinnarna tror att kiselnitridpartiklar mindre an 0.1 pm kan leda till hopklumpning av kiselnitridpartiklarna vilket reducerar deras forstarkande effekt.

Kiselnitridpartiklarna kan ha tre olika kristallografiska strukturer som kallas a-, och y-fas Oven kanda som trigonal fas, hexagonal fas och kubisk fas). De vanligaste är afasen och13-fasen. Det är endast under hogt tryck och hog temperatur som y-fasen kan syntetiseras. Vilken som helst av dessa faser kan anvandas. Foretradesvis anvands afasen. De kiselnitridpartiklar som tillsatts kan Liven vara en blandning av partiklar av olika faser.

Med hanvisning till Figur 4 jamfors ett uppfinningsenligt slipverktyg med ett standardslipverktyg. Den vertikala axeln representerar effektforbrukning medan den horisontella axeln representerar ett antal arbetsstycken pa vilka respektive slipverktyg har verkat. I Figur 5 representerar B5 ett slipverktyg enligt uppfinningen medan EZ representerar ett standardslipverktyg. Som man kan se i Figur 4 har verktyget som representeras som B5 en effektforbrukning som forst stiger brant och darefter forblir vasentligen konstant. Det konventionella verktyget som representeras av EZ har en effektforbrukning som stiger brant och sedan plotsligt faller innan den stiger igen. Detta indikerar att de abrasiva partiklarna i B5-verktyget fragmenteras langsamt medan EZ representerar ett slipverktyg dar de abrasiva partiklama plotsligt slits bort. Notningen pa verktyget kommer darfor att ga snabbare. 13 Det kan tillaggas att B5 representerar ett verktyg med bade ett metalliskt bindemedel och ett polymert bindemedel. Det metalliska bindemedlet är ett brons som har koppar, ten och silver. Det har sintrats med anvandning av ett metallpulver som innehaller volym-% koppar, 45 volym-% tenn och 10 volym-% silver. I verktyget enligt B5 utgor det polymera bindemedlet 1.0 volym-% av den totala mangden bindemedel.

Slipverktyget enligt Figur 1 kan ha ett sadant tvarsnitt som visas i Figur 5. I en sadan utforingsform kan den abrasiva kanten 4 vara placerad radiellt utanfor karnan 2 sa att kanten 4 fullstandigt omger karnan 2. De test som forklaras med hanvisning till Figur 4, Figur 7 och Figur 8 har gjorts pa ett sadant slipverktyg. Uppfinningen är emellertid inte begransad till en sadan utforingsform. Med hanvisning till Figur 6 skall det inses att karnan 2 kan stracka sig atminstone lika langt i den radiella riktningen som den abrasiva kanten 4. I Figur 6 har slipverktyget en abrasiv kant 4 som inte stacker sig bortom karnan 2 i den radiella riktningen. I stallet har den abrasiva kanten 4 en utstrackning i den axiella riktningen som skiljer sig frail karnans 2 (den axiella riktningen är rotationsaxeln A for slipverktyget 1 ndr det drivs av en spindel, se Figur 5 och Figur 6). Det skall ocksâ inses att slipverktyget 1 inte nodvandigtvis är utformat fOr rotation. I stallet skulle det kunna verka pa arbetsstycken i en fram- och atergaende rorelse. I patentkravens sammanhang skall ddrfor termen "karna" forstas brett som vilken som helst barkropp air den abrasiva kanten. Pa samma satt skall termen "kant" ocksa forstas brett som vilket som helst lager som är fastat till karnan 2 sa att abrasiva partiklar kan verka pa ett arbetsstycke.

Uppfinningen innefattar vidare ett forfarande for att framstalla det uppfinningsenliga verktyget. Forfarandet innefattar sintring av abrasiva partiklar tillsammans med metallpulver som innefattar koppar och tenn sâ att sintringen resulterar i en grundmassa i vilken de abrasiva partiklarna 5 är inbaddade. Grundmassan innefattar ett metalliskt bindemedel som är en sintrad bronslegering. Enligt uppfinningen tillsatts kiselnitrid i form av pulver till metallpulvret fore sintring i en sadan mangd att kiselnitriden kommer att utgora 0.1 — 5.0 volym-% av det metalliska bindemedlet.

Metallpulvret som anvands är foretradesvis metallpulver med partiklart som är mindre an 44 pm men de skall foretradesvis vara storre an kiselnitridpartiklarna. Foretradesvis skall de vara atminstone dubbelt sâ stora. En genomsnittlig storlek i intervallet 15 pm — 44 pm kan vara 14 Metallpulvret kan valfritt aven innefatta silver.

Metallpulvret kan komma i form av fOrlegerade partiklar eller som partiklar av ren koppar, rent tenn, rent silver etc.

En polymer kan tillsattas till metallpulvret fOre sintring, fOretradesvis i form av polyimidpulver sâ att aven ett polymert bindemedel bildas som är en del av grundmassan 6.

Sintringsforfarandet kan utforas sâ att pulvermaterialet for grundmassans 6 bindemedel blandas med de abrasiva partiklarna 5. Blandningen kompakteras i en kallpress. Den kompakterade blandningen hardas sedan i en ugn vid en temperatur i intervallet 380°C - 520°C, foretradesvis 400°C - 500°C eller 440°C - 460°C under en period av 120 — 150 minuter. Den tid som erfordras beror pa storleken. I en stone pressform kravs mer tid.

Darefter (foretradesvis omedelbart darefter) placeras den kompakterade och hardade blandningen i en press och utsatts for ett tryck pa 1500 — 2000 kg/cm2. Trycket uppratthalls sedan till dess att blandningen har natt en temperatur som är under 300°C.

Till exempel har uppfinnarna framstallt slipverktyg enligt denna metod i en process dar temperaturen i ugnen var 450°C.

Den abrasiva kanten 4 kan aven framstallas genom "spark plasma sintering" (SPS). Genom denna teknik kan den abrasiva kanten 4 framstallas mycket snabbt.

Kanten med grundmassan som innehaller abrasiva partiklar kan sintras separat och darefter fastas (till exempel limmas) till karnan 2. Altemativt kan den abrasiva kanten 5 sintras direkt pa karnan 2 sâ att den binds till karnan samtidigt som den bildas. Fore sintring kan karnan 2 belaggas elektrolytiskt med koppar pa atminstone en yta av karnan som kommer att mota den abrasiva kanten 4. Den abrasiva kanten 4 kan sedan sintras pa den kopparbelagda ytan sâ att en skarv bildas.

Fyllmaterial kan valfritt tillsattas till blandningen av metallpulver och abrasiva partiklar 5 fore sintringsoperationen. Som fora forklarats kan fyllmaterialet innefatta grafit. Andra mojliga fyllmaterial kan innefatta, till exempel, sfarer av aluminiumoxid.

Foretradesvis valjs bronset som anvands i det metalliska bindemedlet fran den grupp som inkluderar koppar — tenn (Cu/Sn), koppar — tenn — kobolt (Cu/Sn/Co), koppar — tenn — nickel (Cu/Sn/Ni) eller koppar — tenn — silver (Cu/Sn/Ag). Annu mer foredraget är bronset ett brons av koppar — term — silver. Andra bronslegeringar kan ocksa overvagas.

Det uppfinningsenliga slipverktyget kan anvandas for bearbetning av harda och/eller sproda material. Detta utesluter inte att slipverktyget kan anvandas aven for andra material.

I utforingsformer av uppfinningen kan grundmassan 6 valfritt aven innefatta atminstone en keramisk bestandsdel i form av keramiska partiklar. Den keramiska bestandsdelen kan vara, till exempel, fritta och innehalla Si02. Keramiska partiklar for grundmassan kan utgoras av fritta i form av sfariska partiklar som har en partikelstorlek pa 50 itm — 500[im beroende pa storleken av de abrasiva partiklarna. FOr storre abrasiva partiklar kommer stone keramiska partiklar att anvandas. De abrasiva partiklarna kan vara inbaddade i de keramiska partiklarna medan de keramiska partiklarna är inbaddade i en hybrid-grundmassa med ett metalliskt bindemedel och ett polymert bindemedel. De keramiska partiklarna kan hallas hardare av grundmassan an vad de abrasiva partiklarna skulle hallas. Den abrasiva kantens friskarande egenskaper forbattras darigenom. Den keramiska bestandsdelen har inte lika god nOtningsbestandighet som det metalliska bindemedlet. Genom att kombinera keramiska, metalliska och polymera bindemedel är det mojligt att kombinera dessa bindemedels basta egenskaper. 16

Claims (14)

PATENTKRAV

1. Ett slipverktyg (1) for bearbetning av harda och/eller sproda material vilket slipverktyg (1) innefattar en karna (2) och en abrasiv kant (4), varvid den abrasiva kanten (4) innefattar abrasiva partiklar (5) som är inbaddade i en grundmassa (6) och varvid grundmassan (6) innefattar ett metalliskt bindemedel som är en sintrad bronslegering och det metalliska bindemedlet utgor 50 — 100 volym-% av grundmassan, och innehaller kiselnitrid i en mangd som utgOr 0.02 — 5.0 volym-% av det metalliska bindemedlet, kannetecknat av att kiselnitriden är narvarande i form av korn vilka har en genomsnittlig kornstorlek i intervallet 1 lam -10 pm.

2. Ett slipverktyg (1) enligt krav 1, varvid grundmassan (6) vidare innefattar ett polymert bindemedel som har sintrats tillsammans med det metalliska bindemedlet sâ att det polymera bindemedlet och det metalliska bindemedlet bildar ett sammanfogat natverk.

3. Ett slipverktyg (1) enligt kravet 1 eller kravet 2, i vilket kiselnitriden utgor

4. 0. 3 — 5.0 volym-% av det metalliska bindemedlet, foretradesvis 0.5 — 3 volym-% och annu mer foredraget 0.

5. — 2 volym-%. 1. Ett slipverktyg enligt kravet 2, i vilket det polymera bindemedlet innefattar polyimid. 2. Ett slipverktyg enligt kravet 1 eller 2, i vilket grundmassan ytterligare innefattar fyllmaterial sasom grafit.

6. Ett slipverktyg enligt nagot av kraven 1 — 5, i vilket det metalliska bindemedlet är en bronslegering som innefattar koppar, tenn och silver.

7. Ett slipverktyg enligt nagot av kraven 1 — 6, i vilket de abrasiva partiklarna (5) är diamantpartiklar eller partiklar av kubisk bornitrid.

8. Ett slipverktyg enligt kravet 7, i vilket de abrasiva partiklama (5) har en genomsnittlig partikelstorlek i intervallet 4 pm — 181 pm och foretradesvis i intervallet 46 pm — 91 pm.

9. Ett slipverktyg enligt kravet 8, i vilket de abrasiva partiklarna (5) har en belaggning av koppar eller nickel.

10. Ett forfarande for framstallning av ett slipverktyg (1) innefattande en karna (2) och en abrasiv kant (4) samt vilket forfarande innefattar sintring av abrasiva 17 partiklar tillsammans med metallpulver som innefattar koppar och tenn sâ att sintringen resulterar i en grundmassa (6) i vilken de abrasiva partiklarna (6) är inbaddade och varvid grundmassan innefattar ett metalliskt bindemedel som är en sintrad bronslegering, kannetecknat av att kiselnitrid i form av ett pulver tillsatts till metallpulvret fore sintring och i en sadan mangd att kiselnitriden kommer att utgora 0. 02 — 5.0 volym-% av det metalliska bindemedlet och varvid kiselnitriden som tillsatts är i form av korn som har en genomsnittlig kornstorlek i intervallet 1 lam - 10 um.

11. Ett forfarande enligt krav 10, i vilket metallpulvret ytterligare innefattar silver.

12. Ett forfarande enligt kravet 10 eller kravet 11, i vilket en polymer tillsatts till metallpulvret fore sintring, foretradesvis i form av polyimidpulver, sA att alien ett polymert bindemedel bildas som utgor en del av grundmassan (6).

13. Ett forfarande enligt nagot av kraven 10 — 12, varvid forfarandet innefattar; blandning av pulvermaterialet for grundmassans (6) bindemedel med de abrasiva partiklarna (5); kompaktering av blandningen i en kallpress; hardning av den kompakterade blandningen i en ugn vid en temperatur i intervallet 380°C - 520°C, foretradesvis 400°C - 500°C under en period av 120 — 150 minuter; darefter placering av den kompakterade och hardade blandningen i en press dar den utsatts for ett tryck pa 1500 — 2000 kg/cm2; och bibehallande av trycket till dess att blandningen har natt en temperatur under 300°C.

14. Ett forfarande enligt nagot av kraven 10 — 13, varvid fyllmaterial tillsatts till blandningen av metallpulver och abrasiva partiklar fore sintringsoperationen och varvid fyllmaterial et innefattar grafit. 18 1/6