Grundlegende Erkenntnisse über das Schleifen von Hartstoffen [1. Aufl.] 978-3-663-00623-7;978-3-663-02536-8

Table of contents :
Front Matter ....Pages i-iii
Das Schleifen von Edelsteinen und seine Anwendung bei metallkeramischen Hartstoffen (Philipp Kruel)....Pages 1-1
Das Schleifen von mineralischen Hartstoffen (Philipp Kruel)....Pages 2-29
Das Schleifen von metallkeramischen Hartstoffen (Philipp Kruel)....Pages 30-35
Schlußfolgerungen (Philipp Kruel)....Pages 36-37
Back Matter ....Pages 38-38

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Philipp Kruel

Grundlegende Erkenntnisse über das Schleifen von Hartstoffen

Grundlegende Erkenntnisse iiher das Smleifen von Hartstoffen Von

Dr.-Ing. Philipp Kruel VDI

Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH 1935

ISBN 978-3-663-00623-7

ISBN 978-3-663-02536-8 (eBook)

DOI 10.1007/978-3-663-02536-8

Inhaftsverzeidlßis Das Schleifen von Edelsteinen und seine Anwendung bei metallkeramischen Hartstoffen .............. . . . . • . . . . •

I. Das Schleifen von mineralischen Hartstoffen. Versuchseinrichtung und Versuchswerkstoffe .

1 2

A. Das Verhalten von spröden, nichtmetallischen Stoffen bei der Zerspanung . 1. Die Vorgänge beim Schleifen . . . . 2. Schleifbarkeit und Schleifwerkzeug . . . . . . , . . . . . . .

B. Das Schleifen mit losem Siliziumkarbidkorn . . . . . . . . . . . . 1. Die Abhängigkeit der Scbleifleistung von Schleifmittelträger und Korngröße . 2. Die Abhängigkeit der Polierzeit und der Gesamtzeit von Scheibenhärte und Korngröße . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. Einfluß der Schleifmittelmenge und Wassermenge . . . . . . . . . . 4. Zeitlicher Verlauf der Wirksamkeit des Schleifmittels . . , . . . . . . 5. Einfluß der Schleifmittelmenge auf den zeitlichen Verlauf der Schleifleistung C. Das Schleifen mit Diamantkorn . . . . . . . . . . 1. Die Verwendungsform des Diamanten in Metallbindung 2. Der zeitliche Verlauf der Schleifleistung . . . . . 3. Mittel für höhere Scheibenleistungen . . . . . . . a) hinsichtlich der Wiederherstellnng der verminderten brauchten Scheiben . . . . b) hinsichtlich des Metallträgers c) hinsichtlich des Walzdruckes 4. Einfluß der Korngröße . . . . 5. Einfluß der Wassermenge . . . a) bei Änderung der Geschwindigkeit b) bei Änderung des Schleifdruckes . c) bei Änderung der Flächengröße des Werkstückes. 6. Einfluß der Schleifmittelmenge . . . . . . . . .

Seite

. . . . Schleifkraft bei ge-

4 4 7 9 10

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11. Das Schleifen von metallkeramischen Hartstoffen. A. Das Schleifen mit losem Siliziumkarbidkorn. Leistung und Oberflächengüte .

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B. Das Schleifen mit Diamantkorn . . . . . . . . . . . . . . . . 1. Vergleich der Leistungen beim Schleifen mit losem Siliziumkarbidkorn und metallgebundenem Diamantkorn . . . . 2. Der zeitliche Verlauf derSchleifleistung . 3. Einfluß der Schleifflüssigkeit 4. Die Auswahl der Korngröße . . . . . 5. Die Bedeutung der Schleifmittelmenge . 6. Gegenüberstellung von Leistungen metallgebundener Diamantscheiben mit denen anderer Bindung

31 31 32 33 34 34 35

Schlußfolgerungen

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Schrifttum

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Das Sdtleifen von Edelsteinen und seine Anwendung bei metallkeramischen Hartstoffen Bei der Herstellung von Werkstücken hoher Genauigkeit und Feinheit verwendet man vielfach loses Schleif-oder Polierpulver in Verbindung mit einem geeigneten Schleifmittelträger. Dieses Verfahren stellt keineswegs etwas Nelles dar und wird bei einzelnen Arbeiten schon lange angewendet. Da das Schleifen mit losem Korn nicht nur ein Mittel der Feinstbearbeitung ist, sondern sich ebenfalls für die Bearbeitung härtester Stoffe eignet, so wird es hauptsächlich in der Glas- und Edelsteinindustrie angewendet. Die dabei zur Verarbeitung gelangenden Stoffe zeichnen sich durch große Härte (Mohs 6 bis 9) aus, so daß sie andere Maßnahmen und Einrichtungen wie in der Metallbearbeitung erfordern. Teilweise gilt dies auch für die Herstellung des gewünschten Endzustandes (der Politur), die bis heute nur durch Verwendung losen Kornes möglich ist. Einen großen Fortschritt auf dem Gebiete des Schleifens härtester Stoffe brachte die Einführung der metallgebundenen Diamantscheiben. Ihre Anwendung ist jedoch im Gegensatz zum Schleifen mit losem Korn bei wenigen Stoffen möglich, unter denen der Korund infolge seiner Verarbeitung zu Schmucksteinen und sonstigen Steinen (z. B. Lagersteinen) die größte Verbreitung gefunden hat. Ohne die höhere Leistung und die günstigeren Arbeitsbedingungen hätte die Verarbeitung nicht den heutigen Umfang annehmen können. So war es natürlich, daß man auf diese Verfahren zurückgriff, als mit der Einführung der gesinterten Hartmetalle, die in ihrer Härte noch den Korund übertreffen, sich auch die Notwendigkeit ihrer Bearbeitung erllob. Mit Ausnahme von einigen Veröffentlichungen über das Schleifen von Glas sind noch keine Untersuchungen hierüber bekannt, so daß es an der genauen Kenntnis der verschiedenen Bedingungen, die den Schleifvorgang beeinflussen, und der zweckmäßigsten Verwendungsart der Schleifmittel mangelt. Auch der immer größer werdende Anwendungsbereich und die wachsende Bedeutung der Hartmetalle lassen eine Untersuchung berechtigt erscheinen. Aus dieser Erkenntnis heraus war es Zweck der vorliegenden Arbeit, die bestehende Unsicherheit zu beseitigen und eine Steigerung der Schleifleistung zu erreichen. Dabei konnte es sich weniger um die Schaffung zahlenmäßiger Unterlagen, als vielmehr um die Durchführung grundlegender Versuche handeln. Mit Absicht wurde dabei das Schleifen von Edel- und Halbedelsteinen als den ältesten Stoffen besonders berücksichtigt, da sich die bei ihnen gewonnenen schleiftechnischen Erkenntnisse auch auf andere Hartstoffe anwenden lassen. Die Bearbeitung der Edelsteine ist heute noch als handwerklich anzusprechen; meist richten die einzelnen Betriebe ihre Scheiben und Hilfsmittel selbst her. Bei den folgenden Untersuchungen wurde deshalb auch besonderer Wert auf die Ermittlung der wirtschaftlichen Verwendung der SchleifmiUel, vor allem des Diamanten, gelegt, der selbst bei günstigster Marktlage noch einen beträchtlichen Wert darstellt. 1

1

I. Das Schleifen von mineralischen Hartstoffen Versudlseinridltung und Versudlswerkstoffe Für die Durchführung der Versuche wurde die gleiche Einrichtung wie in der Edelsteinindustrie benutzt. Sie bestand aus einem Schleifstuhl mit zwei

Abb. 1. Schleifstuhl

Abb. 2. Versuchsanordnung mit Trennvorrlchtung

senkrecht gelagerten Spindeln (Abb. 1 und 2), die von Gleichstrom-Nebenschlußmotoren angetrieben wurden. Durch Vorschalten je eines veränderlichen Widerstandes vor die Erregerwicklung und den Anker war die Drehzahl in 2

weiten Grenzen einstellbar. Als Anzeigegerät diente ein kleiner Stromerzeuger in Verbindung mit einem Amperemeter, dessen Teilung mit einem empfindlichen Drehzahlmesser geeicht wurde. Die als Schleifmittelträger verwendeten Metallscheiben von 220 mm Durchmesser wurden mittels Schrauben auf den Spindeln festgehalten . Die Abmessungen waren stets die gleichen, so daß sie leicht gegeneinander ausgetauscht werden konnten. Um Vergleichsversuche mit festen Schleifkörpern aus Siliciumkarbid (SiC) unter denselben Bedingungen durchführen zu können, war eine weitere Spindel für die Aufnahme gebundener Schleifringe von 5 mm Stärke vorhanden. Ihre Ausbildung ist in Abb.3 wiedergegeben. Die Wasserzufuhr wurde so geführt, daß das Wasser von einem Ringkanal aus seinen Weg zunächst durch sternförmige Abzweigungen und dann durch die Scheibe hindurch nahm. Das aus den Poren der Scheibe quellende Wasser benetzte R'!I!lMn.1 Schl. ifflidla dadurch die Schleiffläche besser als bei einfachem usenvfuhrJ ~ Zulauf. Beim Schleifen mit losem Korn war die Dreh"':: zahl auf 270 U/min beschränkt. Darüber hinaus war die Haftfähigkeit zwischen Scheibe und Schleifmasse so genng, daß diese abgeschleudert Abb.:J. Ausbildung der Schleifwurde. Mußte die Menge des SchleifmiUels dauernd spindel zur Aufnahme gebundener Schleifringe gleichbleibend gehalten werden, so verhinderte ein die Scheibe umfassender Blechring die sonst unvermeidlichen Verluste. Das Gemisch von Korn und Wasser wurde mit einem Pinsel aufgetragen. Die Drehzahl der mit Diamant belegten Scheiben betrug 1400 U/min. Das Wasser wurde über ein Ausgleichsgefäß zugeleitet, um seine Menge von der Änderung der Wasserstandshöhe unabhängig zu machen. Kleine Filzstücke verteilten das Wasser auf der Scheibe. Die zu schleifenden Werkstoffproben wurden auf Metallklötzchen aufgekittet und von einem zwangsläufig angetriebenen Kurbeltrieb auf der Schleiffläche hin und her geführt, um diese gleichmäßig zu beanspruchen. Ein am Schleif tisch befestigter Anschlag ragte mit seinem freien Ende über die Scheibe und verhinderte ein Mitreißen der Versuchsstücke durch die waagerechte Schleifkraft. Der Schleifdruck wurde durch Gewichte ausgeübt, die über eine Schnur am Verbindungsarm von Kurbel und Werkstück angriffen. Die tatsächliche Belastung wurde jeweils unter Berücksichtigung der Hebellänge errechnet. Für die Versuche mit Diamantscheiben stand weiterhin eine Vorrichtung zur Verfügung, bei der die Schleifscheibenachse waagerecht gelagert war. Infolge der kleineren Abmessungen - der Scheibendurchmesser betrug nur 80 mm - war diese Maschine für einige Versuche besser geeignet. Die übrige Anordnung lehnte sich sinngemäß an die obige an. Die hin und her gehende Bewegung der Proben erfolgte von einer zweiten, dahinterliegenden Welle aus. Untersucht wurden Bergkristall als Vertreter der Quarzgruppe und technisch hergestellter blauer Saphir als Vertreter der Korunde. Diese Steine wurden auf einer kleinen Trennvorrichtung mit einer diamantbesetzten, 0,4 mm dicken Bronzescheibe zugeschnitten, wie sie allgemein üblich ist (Abb. 2 rechts). Sie bewährte sich auch für das Schneiden von Hartmetall und übertraf in ihrer Leistungsfähigkeit die neuerdings auf dem Markt erschienenen metallgebundenen Trennscheiben. l'

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A. Das Verhalten von spröden, nichtmetallischen Stoffen bei der Zerspanung 1. Die Vorgänge beim Schleifen über das Verhalten von spröden, nichtmetallischen Stoffen, die über die Elastizitätsgrenze hinaus beansprucht werden, wurden bisher nur in geringem Umfange Untersuchungen durchgeführt. Lediglich Mi n d t (1) und Pr e s ton (2) 1) stellten einige Versuche mit Glas an. Die gleichen Ursachen und Vorgänge, die bei diesem Werkstoff zu einer Spanabnahme führen, lassen sich auch bei Quarz und Korund beobachten. Das Schleifen dieser Stoffe, worunter stets das Fe ins chi e i f e n, das als "Facettieren" bezeichnet wird, verstanden werden soll, wird, von einigen Ausnahmen abgesehen, entweder durch Schleifen mit losem Sie-Korn oder mit Diamantstaub ausgeübt, der auf einem Schleifmittelträger gebunden ist. Wegen seiner höheren Leistung wird das Schleifen in loser Körnung bei allen Stoffen der Quarzgruppe bevorzugt, während bei solchen größerer Härte die Leistung der Diamantscheibe überwiegt. Im ersteren Falle wälzt sich das Korn auf dem Werkstoff, während das Diamantschleifen mittels fest gebundener Schneidkanten, bei dem die Diamantkörner vorher durch Hämmern oder Walzen in die Oberfläche der Scheiben eingedrückt werden. Das Bearbeiten mit diesen Scheiben ist jedoch kein Läppen (= Schleifen mit losem Korn), als das es irrtümlich bezeichnet wird, da mit gebundenem Korn gearbeitet wird. Denkbar wäre auch die Verwendung von losem Diamantkorn; aber die erforderliche Menge würde erhebliche Kosten verursachen, eine Anhäufung an Schleifkraft darstellen, die die hohe Leistung des einzelnen Diamantkornes nicht genügend zur Geltung kommen läßt und zur gegenseitigen Zerstörung dieses SchleifmiUels führt. Umgekehrt versagt Siliziumkarbid, wie Diamant aufgetragen, vol'lkommen, weil seine Widerstandsfähigkeit zu gering ist. Für jedes der beiden Schleifmittel besteht daher hinsichtlich des Werkstoffes eine günstigste Verwendungsform, die durch die Eignung und Leistung der SchleifmiUel bestimmt wird. Die Wirkung jedes Schleifkornes ist auf Grund seiner losen oder gebundenen Anwendung nicht immer die gleiche. Das eingespannte Korn wirkt schneidend; das lose dagegen rollt über den Werkstoff hinweg, wobei seine scharfen Ecken und Kanten Teilchen davon herausdrücken; außerdem verhält es sich auch wie ein gebundenes Korn, das entweder vom SchleifmiUelträger oder von benachbarten Körnern gestützt wird. Die Wirkungsweise kann also schneidend, drückend oder bei des zusammen sein. Um das Verhalten des Werkstoffes gegenüber dieser verschiedenartigen Beanspruchung zu klären, untersuchte P res ton diese verschiedenen Vorgänge beim Schleifen von Glas, indem er sie im einzelnen nachahmte. An Stelle des rollenden Schleifkornes trat die Kugel, die unter Druck über das Probestück hinweggeführt wurde; die Wirkung einer spanenden Kornspitze wurde durch eine Diamantschneide nachgebildet. Zur Klärung des Zerspanungsvorganges beim Feinschleifen von Bergkristall oder Korund wurden die gleichen Untersuchungen vorgenommen, wobei sich eine weitgehende übereinstimmung ergab. Bei diesen Versuchen drückte man eine gehärtete Stahlkugel, die zur besseren Aufnahme des Druckes 1) Die in Klammern () gesetzten Zahlen verweisen auf die Zusammenstellung des Schrifttums.

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in einer prismatischen Führung lief, gegen die Proben. Die geschliffenen und polierten Flächen wurden in eine für diese Zwecke hergerichtete Maschine eingespannt und der Druck so lange erhöht, bis die ersten Rißbildungen sichtbar waren. Das Anpressen der ruhenden Kugel erzeugt Sprünge, die senkrecht zur Druckachse einen Kreis darstellen und von der Oberfläche aus strahlenförmig in den Werkstoff hinein gerichtet sind (Abb. 4). Eine rollende Kugel läßt eine Folge von Sprüngen entstehen, die auf beiden Seiten von weiteren, senkrecht zu ihnen stehenden Sprüngen eingeschlossen sind (Abb. 5). Sie treten jedoch nicht immer deutlich hervor; die bogenförmigen Rißbildungen sind bei Bergkristall deutlich, bei Korund weniger gut zu erkennen. Aufsicht

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Seitenansicht

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Abb. i. Sprungverlanf beim Anpressen einer ruhenden Kugel

Abb. 5. Sprungfolge hei Bergkristall. Längs- und Seitensprünge

Abb.6. Sprungfolge bei Korund

Abb. 7. Aufsicht eines Diamantschnittes bei Korund

Die Ausbildung der muscheligen Sprünge ist stets die gleiche, aber bei Korund treten an Stelle der scharf abgegrenzten Rißbildung mehrere Sprungreihen auf (Abb. 6), denen jedoch die Regelmäßigkeit der Bergkristall-Rißbildung fehlt. Die Sprünge selbst sind stärker und erstrecken sich unter der Oberfläche tiefer in den Korund hinein. Daneben treten noch Sprünge in der Bewegungsrichtung auf, die Pr e s ton bei Glas nur unter erhöhtem Druck feststellte. Die gedrückte Zone ist bei Korund bedeutend umfangreicher. Aus den Abb.6 und 7 ist sie nicht klar ersichtlich, aber ihre Größe läßt sich aus den auftretenden Interferenzstreifen der durchsichtigen Proben gut erkennen. Die Ursache ist in der größeren Sprödigkeit des Korundes zu suchen. die äußere Einflüsse über einen viel größeren Spannungsbereich wirksam werden läßt. Einen weiteren Einblick in den Zerspanungsvorgang bringt der mit einer Diamantschneide ausgeführte Druck-Ritzversuch. Der entstehende Schnitt zeigt dieselben Rißerscheinungen wie der Kugeldruckversuch, jedoch treten sie gleichzeitig in mehreren Richtungen auf. Durch die keilförmige Ausbildung

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der Schneide wirkt diese beim Eindringen nicht nur senkrecht nach unten, sondern auch nach beiden Seiten, so daß die Sprünge auch ihren Weg unmittelbar unter der Oberfläche entlang nehmen. In der Aufsicht erscheinen daher neben den bereits bekannten Bruchlinien die muschelig geformten Bruchflächen selbst (Abb. 7), die die ersteren allerdings vollkommen verdecken. Aus dieser umfangreichen Zerstörung geht schon hervor. welchen Vorteil ein scharfkantiges Schleifmittel gegenüber einem weniger scharfen oder runden (z. B. Sand) besitzt. Man könnte anführen, daß schon eine Spanabnahme durch die Entfernung der unmittelbar vor der Schneide liegenden Stoffteilchen eintritt.

A bb. 8. Korund-Schleifspiine. 30 X

Abb. 9. Oberfläche einer geschliffenen Korundfläche. 400 X

während beim Drücken mit einer Kugel die Oberfläche der Probe noch keinerlei Veränderungen erleidet. Aber ihre Zahl ist beim Schleifen gegenüber der Gesamtspanmenge sehr gering. Eine größere Abnahme tritt erst ein, sobald die Zermürbung soweit fortgeschritten ist, daß die von verschiedenen Schnittlinien ausgehenden Sprünge sich überschneiden und Teile wahllos herausbrechen. Die Zerspanung erfolgt nicht durch ein Herausschneiden einer Vielzahl von Spänen, sondern durch ein Auslösen der in dem Gefüge vorhandenen Spannungen sowie durch ein Herauswürgen einzelner Teilchen aus dem Verbande und nachfolgendes Abbröckeln benachbarter Stoffteilchen. Die mikroskopische Untersuchung zeigt deshalb nur Splitter, die in ihrer äußeren Form und Größe ganz verschieden sind und keine gemeinsamen Merkmale aufweisen (Abb. 8). Ebenso sind die geschliffenen Flächen bei diesen spröden, nichtmetallischen Werkstoffen anders ausgebildet als bei dehnbaren. metallischen Werkstoffen. Wohl läßt sich noch der Weg verfolgen, den das einzelne Schleifkorn nahm, aber er ist nicht scharf begrenzt; infolge der vielen sich iiberschneidenden Ringe erscheinen die Flächen punktförmig aufgelöst. Die Aufgabe der Schleifkörner besteht daher nicht in der Ausübung einer Schneidwirkung, sondern in der Erzeugung einer rissigen Struktur, aus der sich Stoffteilchen selbständig lösen können. Die geschliffene Oberfläche setzt sich nicht einfach aus Tälern und Höhen zusammen, sondern allS einer durch muschelig geformte Vertiefungen unterbrochenen Fläche. Die Abb.9 zeigt eine solche Fläche in 400 fach er Vergrößerung. Eine Beurteilung des Zerspanungsvorganges bei metallkeramischen Hartstoffen ist nur auf Grund abgetrennter Stoffteilchen möglich. Die mit ein6

gespannten Diamantschneiden geschliffenen Flächen sind im Gegensatz zu den Steinproben mit feinen Riefen bedeckt und tragen alle Merkmale einer geschliffenen Metallfläche. Die Späne lassen jedoch ebenfalls eine einheitliche Form vermissen, so daß man von einer Spanbildung im Sinne eines Reißoder Fließ spanes nicht sprechen kann. Während die Späne von mineralischen Stoffen noch Rundungen und weniger scharfe Kanten infolge der gewölbten Bruchbildung erkennen lassen, sind die Hartmetallspäne äußerst zackig und scharfkantig (Abb. 10). Hier muß demnach ein unmittelbares Herausreißen stattfinden, ohne daß die Werkstoffabnahme durch eine vorausgegangene Rißbildung eingeleitet wird.

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Abb. 10. Hartmetallschleifspäno. 30 X

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Abb.11

2. S chi e i f bar k e i tun d S chi e i f wer k z e u g Von den AnwendungsmögIichkeiten eines Schleifmittels findet das als Schleifscheibe gebundene Korn die größte Verbreitung, während das Schleifen mit losem Korn meist nur dort angewendet wird, wo man besonderen Wert auf eine hohe Oberflächengüte legt. Dieser Unterschied in der Anwendung zwischen losem und festem Korn ist jedoch nur berechtigt, solange die Bearbeitbarkeit der Werkstoffe keine Schwierigkeiten bereitet. Je gröBer diese werden, wie z. B. mit der Einführung von Hartstoffen, um so günstiger erweist sich der Gebrauch des losen Korns. Eine Gegenüberstellung der Schleifleistungen an verschiedenen Werkstoffen, die sowohl mit einer keramisch gebundenen Scheibe als auch mit losem Korn geschliffen wurden, zeigt, wie groß dieser Unterschied sein kann (Abb. 11). Alle federnden Stoffe lassen sich besser mit festen Scheiben, die !i\pröderen dagegen mit losem Korn bearbeiten. Während beim losen Korn eine Druckbelastung auftritt, ist das gebundene Korn stets einer ungünstigen Biegungsbeansprllchung ohne größere Druckbelastung ausgesetzt. Die Hauptursache dafür·wird in den Veränderungen zu suchen sein, denen die Schleifbedingungen bei gebundenen Scheiben infolge ihrer hohen Umfangsgeschwindigkeit unterliegen. Dadurch, daß das gebundene Korn schlagartig auftrifft, wird es trotz des weicheren Werkstoffes beschädigt, so daß die Spanabnahme leidet. Bei den weniger spröden, vor allem den rein metallischen Stoffen, wird der Stoß des Kornes aufgefangen und somit die Energie des Schleifkornes langsamer abgebremst, so daß es nicht sofort splittert, ohne gute Schleifarbeit geleistet zu haben. Aus diesem Grunde greift das gebundene Korn sehr harte und widerstandsfähige Stoffe weniger an. Es ist deshalb

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angebracht, die in der Metallbearbeitung allgemein übliche Drehzahl von 25 bis 30 mls dem Werkstoff entsprechend zu senken, um die erwähnte frühzeitige Zerstörung des Kornes zu vermeiden. Gleichzeitig vermindert man damit die Spannungen innerhalb der Scheibe, die infolgedessen weniger starr und weicher erscheint. Dies kann man sich am besten durch den Vergleich mit dem Verhalten einer Schwabbelscheibe in schnellem und langsamem Lauf vorstellen. Die "Schleifhärte", die man sich zusammengesetzt denken muß aus der "statischen" Härte, wie sie durch die Herstellung bedingt ist, und der "dynamischen", d. h. der Geschwindigkeitshärte, verringert sich mit geringerer Drehzahl, so daß dadurch dem Werkstück seinerseits bessere Angriffsmöglichkeiten gegeben sind. Mit anderen Worten: das Werkstück verursacht ein rechtzeitiges Ausbrechen der Körner aus der Scheibe, die deshalb stets griffig bleibt. In dieser Geschwindigkeits- und der bis zu einem gewissen mm J,4Osrilliff

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Abb. 13. SiO-Schliff

Grad verbundenen Schleifhärteminderung der Scheibe stellt das Schleifen mit losem Korn die unterste Stufe, d. h. die weichste Scheibe, dar. Außer der oben erwähnten besseren Oberflächengüte besteht ein weiterer Grund .für die Anwendung des "langsamen Schliffes" in einer gröBeren Schonung des Werkstoffes. Diesen Schliff könnte man als "LäppschIiff" bezeichnen, da er durch ein Zusammenwirken von losem und gebundenem Korn gekennzeichnet ist. Infolge der geringen Geschwindigkeit werden die bei der Bearbeitung losgelösten Schleifkörner nicht mehr abgeschleudert, sondern bilden eine Schleifrnasse auf der fest gebundenen Scheibe als Schleifmittelträger. Eine Gesetzmäßigkeit für das Schleifen der im Schaubild Abb. 11 untersuchten Stoffe ist nicht zu erkennen. Man schließt daraus, daß die Härte allein nicht maßgebend sein kann. Am deutlichsten zeigt sich das beim Verhalten von Korund und Bergkristall unter verschiedenen Schleifbedingungen. Beim Schleifen mit losem Sie-Korn ist die Spanabnahme bei Bergkristall bedeutend höher als bei Korund, weil dieser Stoff dem Eindringen der Kornspitzen einen größeren Widerstand entgegensetzt. Damit wird auch die beim Kugeldruckversuch gemachte Erfahrung bestätigt, daß zur Bildung einer Sprungreihe bei Korund ein höherer Druck erforderlich ist. Noch deutlicher zeigt der Kurvenverlauf in den Abb. 12 und 13, daß mit steigernder Korngröße, die gleichbedeutend mit wachsendem spezifischem Druck ist, die

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Abschliffmenge beim härteren Korund im Gegensatz zum Bergkristall nur wenig ansteigt. Umgekehrt ist das Ergebnis bei der metallgebundenen Diamantscheibe. In diesem Falle verläuft die Korundkurve über der Bergkris\.allkurve (Abb. 14). Die kleinen Schneiden greifen nur noch Stoffe an, deren Elastizitätsgrenze so tief liegt, daß sie beim Auftreffen dieser winzigen Schneidkanten noch überschritten werden kann. Die höhere Zähigkeit des Bergkristalles vermindert jedoch die Angriffsfähigkeit, so daß die Abschliffmenge hinter der des Korundes zurückbleibt. Da Siliziumkarbid in sehr kleiner Körnung keine wirtschaftliche Verwendung infolge seiner geringen Wirksamkeit bei Hartstoffen zuläßt, so tritt der Diamant an seine Stelle. Diese durch den Werkstoff bedingte Angriffsmöglichkeit kommt auch äußerlich durch das verschiedenartige Aussehen der Schleifflächen zum Ausdruck. Dic Abb. 15 zeigt eine Bergkristall- lind Korundfläche, die unter

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Abb. 14. Diamantschliff

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Ahb. 15 (oben): Mit Diamant geschliffene Korundftäche (Muschelbildnng). (unten): Mit Diamant geschliffene. Bergkristallfläche (FnrchenbiIdnngl

den gleichen Bedingungen geschliffen wurden. Man unterscheidet deutlich das aufgelöste, muschelige und punktförmige Gefüge des Korundes und im Gegensatz hierzu die weniger angegriffene Bergkristallfläche, die sich in furchenartigen Bearbeitungsspuren zeigt. B. Das Scilleifen mit losem Siliziumkarbidkorn Das Schleifer. mit losem Schleifkorn wird im Gegensatz zum Schleifen mit gebundenem Korn als L ä P P e n bezeichnet, obwohl mit diesem dem Amerikanischen entlehnten Ausdruck ursprünglich lediglich das Fein- und Feinstschleifen von Metallflächen hoher Genauigkeit bezeichnet wurden. Es wird jedoch in der vorliegenden Arbeit vermieden, die Bezeichnung "Läppen" auch auf das Schleifen von Edelsteinen oder Glas anzuwenden, zumal der Ausdruck in diesen Industrien völlig unbekannt ist. Auch ist es falsch, an Stelle von "feingeschliffenen" Flächen von "geläppten" zu sprechen, da Läppen nur ein ganz bestimmtes ArbeHsverfahren des Oberbegriffes "Feinschleifen", nämlich das Schleifen mit losem Korn, darstellt. Wo es im folgenden notwendig ist, eine Unterteilung und Kennzeichnung der verschiedenen Möglichkeiten des FeinschleIfens vorzunehmen, wird für das Schleifen mit losem Korn die Bezeichnung "Wälzschleifen" verwendet. Wie man bei der Wahl des Ausdruckes "Zieh"schleifen für das amerikanische "honing" von der diesem Verfahren eigentümlichen hin- und hergehenden "Zieh"bewegung des Schleifkornes ausgeht, so soll die "Wälz"bewegung des losen Kornes in gleicher Weise das Wort "Wälzschleifen" versinnbildlichen.

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Da sich die Verwendung von losen SchleifmiUeln nur auf einige Sonderarbeiten und entlegene Gebiete der Fertigung beschränkt, so hat man sieh bis jetzt nur wenig mit dieser Art des Feinschleifens befaßt. Einige Erfahrungen und Leistungsangaben bei der Metallbearbeitung mit verschiedenen losen SchleifmiUeln wie Schmirgel, Elektrokorund und Siliziumkarbid wurden in der amerikanischen Zeitschrift "Machinery" (4) veröffentlicht. Ähnliche Untersuchungen wurden von M i n d t (1) und Go erz (3) bei Glas ausgeführt. Da beim Schleifen von härteren Werkstoffen ausschließlich SiC wegen seiner größeren Wirksamkeit angewendet wird, so kommt diesen Ergebnissen für die folgenden Versuche weniger Bedeutung zu. Wichtiger waren dagegen die Untersuchungen bei Glas über den Verlauf der Schleifleistung und die Bedingungen, denen der Schleifvorgang unterliegt. Da diese sich wiederum mit der Arbeitseinrichtung ändern, blieben trotz mancherlei Übereinstimmungen noch einige Fragen zu klären, die teils Allgemeingültigkeit haben, teils nur auf die vorliegenden Arbeitsbedingungen beschränkt bleiben. Aus diesem Grunde ließ es sich nicht umgehen, einzelne Fragen nochmals zu überprüfen. Als SchleifmiUel diente grünes SiC der Elektroschmelzwerke Kempten. Die mit Ziffern bezeichneten Körnungen wurden in einem Meßmikroskop nachgemessen, wobei folgende Größen im Durchschnitt gefunden wurden: F zu 0,1 mm 150 zu 0,15 mm 120 zu 0,2 mm

90 zu 0,3 mm 50 zu 0,5 mm.

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Abb. 16. Abschllft'menge = f (SchleIfmittelträger)

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Abschlitrmengen = f (Härte des Schlelfmitt.eltrllgers)

1. Die Abhängigkeit der Schleifleistung von Schleifmittelträger und Korngröße

Als Schleifmittelträger verwendet man in der Edelsteinindustrie Bleischeiben, auf die das Schleifmittel in kurzen Abständen aufgegeben wird. Die Korngröße ist dabei verschieden und schwankt zwischen 0,2 und 0,3 mm. Um die Abhängigkeit zwischen Träger und Körnung festzustellen; wurden mehrere Versuche mit verschieden harten Scheiben durchgeführt, und zwar

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mit je einer Scheibe aus Blei, Aluminium, Bronze und Gußeisen. Gleichzeitig wurde auch der Einfluß der Korngröße untersucht, indem man die Arbeiten auf mehrere Größen im Bereich von 0,1 bis 0,5 mm ausdehnte. Obwohl man beim Feinschleifen nicht über eine Korngröße von 0,3 mm hinausgeht, wurden die gröberen Körnungen doch mit einbezogen. um den Verlauf der Abhängigkeit durch derartige hervorragende Punkte leichter bestimmen zu können. Das Ergebnis der Versuche deutet auf eine lineare Beziehung von Spanmenge und Korndurchmesser hin (Abb. 16). Eine Ausnahme macht Gußeisen, bei Iggg dem der Anstieg nur bei den feineren Körnungen geradlinig verläuft. Igg Po e t z I (6) kommt in seinen Untersuchungen über das Schleifen von Glas 1OUr------t-------:74"---t-;;----f-:;:---+ zu demselben Ergebnis und nimmt j eine logarithmische Beziehung an. Die f g O f L - - _ . ~ 111_ _ lS 180 Korngrößen 0,1 bis 0,5 mm gehören !riIIIIIMr"'"Scfllmfmiflt!-Tr6p' If~ noch dem fast geradlinigen Teil der Abb.18. Abschliffmengen=f(HärtedesSehlelfKurve an, so daß ihr wahrer Verlauf mittel trägers) nicht zum Ausdruck kommt. Es genügt deshalb vollkommen, die Kurven geradlinig anzunehmen. Die Abhängigkeit von Schleifleistung und Scheibenhärte geht aus Abb. 17 hervor und umfaßt alle untersuchten Korngrößen. Die gemessenen Brinen-Härtegrade hatten folgendes Ergebnis: HB = 5 für Blei 80 für Bronze 25 für Aluminium 170 für Gußeisen. Die entstehenden Kurven sind Potenz funktionen, deren Festlegung .leicht möglich ist, da sie im doppellogarithmischen System als Gerade auftreten (Abb.18).

+

=

Die Gleiehung einer Geraden lautet allgemein y == mx b, wobei m tg a die Riehtung der Geraden bestimmt und b die Strecke bedeutet, die diese von der Ordinatenaehse absehneidet. Bezeichnet man y == log a, x == log H Bund b log c, so lautet die Gleiehung der Geraden im doppellogarithmisehen System: log a == m . log 1I B log c. Beim Übergang in das übliehe Koordinatensystem lautet diese: a == c· H 'f:. Da für alle Körnungen die Geraden parallel laufen, so ist m konstant und unter sonst gleiehen Bedingungen nur von der Korngröße abhängig. Die Größen mund c stellen damit Güteziffern eines SehleifmiUels dar, wobei c eine Konstante ist und die Absehliffmenge angibt, die eine Seheibe von HB == 1 hervorrufen würde. Sie beträgt z. B. bei einer Körnung von 0,2 mm 150 mg; m besitzt den Wert 0,46.

=

+

Die Leistung einer bestimmten Körnung des benutzten Si C-Kornes ändert sich demnach mit der Härte des Trägers nach dem Gesetz: 046 (( = c· H B ' • Außerdem wurde versucht, Preß stoffscheiben an Stelle von Metall zu verwenden. Sie sind für gröberes Schleifen mit losem Korn ungeeignet. da sie sich zu schnell abnutzen und das entstehende Pl'eßstoffmehl die Körner in ihrer Wirksamkeit einschränkt. Gut brauchbar sind sie jedoch in Verbindung mit feinsten Schleifmitteln (z. B. Tripel. Chromoxyd) . 11

2. Die Ab h ä n gig k e i t der Pol i erz ei tun d der Ge sam t z e i t von Scheibenhärte und Korngröße Das auf das Feinschleifen nachfolgende Polieren zur Herstellung des gewünschten Endzustandes erfordert bei Hartstoffen den weitaus größten Teil des Zeitaufwandes. Mit höherer Scheibenhärte und Korngröße steigt zwar die Leistung stark an, aber in gleicher Weise sinkt auch die Oberflächenfeinheit, die ein höheres Maß an Polierzeit erfordert. Der übergang zu einer größeren Körnung oder einem härteren Träger ist daher nur von Vorteil, wenn die folgende Polierzeit nicht ansteigt. Der Aufwand an Zeit zum Feinschleifen und der zum Polieren stehen sich also hier gegenüber und es kommt nicht auf den einen oder anderen allein an, sondern darauf, daß beide zusammen ein Mindestmaß ergeben. Schwierigkeiten bereitet bei diesen Untersuchungen die einwandfreie Beurteilung der feingeschliffenen Oberfläche, da es bis heute noch kein Ver'fahren gibt, diese eindeutig festzulegen. Eine Reihe von Geräten zur Bestimmung von Feinheitgraden wurden bereits entwickelt, aber ihre Anwendung ist beschränkt, da man noch nicht mit losem Korn feingeschliffene Flächen, 1/1/7 bei denen nach allerrRichtungenArbeitsspuren verlaufen, nachprüfen kann. Die mechanischen und optisch mecha0.3 1flIf1!o;.;itiDc/ieJo:m~~feuerSIJAkilbn nischen Prüfverfahren mittels eines Taststiftes scheiden dabei aus. da die Abb. 19. Pollerdauer Abmessungen der Tastspitze zu grob sind gegenüber den feinen Unebenheiten der geschliffenen Flächen. Versuche mit dem Gerät von Li n da u (7) bestätigen dies. Auch Untersuchungen mit dem optischen Flächenprufer von Sc h mal t z (8) waren nicht befriedigend. da die zulässige Vergrößerung keine Profilkurve ergibt. Ihre Aufnahme würde noch kein brauchbares Ergebnis liefern, da es in diesem Falle an einer Beziehung zwischen den gemessenen Werten und dem notwendigen Aufwand an Polierzeit fehlt. Somit besteht nur die Möglichkeit, die Zeit als MaBstab der Feinheit selbst anzulegen. Allerdings bleibt noch die Schwierigkeit bestehen, den Endzustand der polierten Fläche nachzuprüfen; diese Bestimmung ist jedoch schon be· deutend einfacher, da es sich um eine reine Vergleichsprüfung handelt, die !'lieh auch mit genügender Genauigkeit durchführen läßt. Die Gefahr, die eine solche, nicht objektive Beurteilung mit sich bringt, wurde durch verschiedene Maßnahmen eingeschränkt. Zunächst wurde ein Bearbeitungsstück hergestellt. dessen Feinheitsgrad man sämtlichen weiteren Proben zugrunde legte. Die Versuchsbedingungen wurden weiterhin so gewählt., daß die Zeit bis zur Erreichung des Endzustandes bei keinem Versuch zu kurz ausfiel. Je mehr die Feinstbearbeitung an Zeit erfordert, um so schärfer müssen sich die Oberflächen voneinander unterscheiden. Die Versuche zeigen, daß die notwendige Polierzeit bei geringerer Feinheit linear mit der Korngröße ansteigt (Abb. 19) 2). Für die Bestimmung der Gesamtzeit T = tl + t 2 (Schleifen + Polieren) wurde aus dem Schaubild ~)

12

VgI. auch ähnliche Ergebnisse von Poetzl (6).

(Abb. 16) durch Umrechnung die Schleifzeit t 1 ermittelt, in der 100 mg abgetragen werden. Diese tl-Kurven ergeben gleichseitige Hyperbeln, da die Spanmengen ohne großen Fehler als linear verlaufend angenommen werden können. Die Umrechnung erfolgt nach dem Ansatz:

t [ 1

S ]=

5·60·100 a

100 mg

f

lS mg ]. mg

min

W

ft/1OfJg

zoo min

160

1z-1'o/J1ur

r

-.!!!L

JZI)

1 min zoo Iz

J6Q

160

l8P

(JO 160

IZ0 1080

fSO

200

1ZO 90

801G()

60

...

0/10

AllniniUl'L

~O

3fJO fJO 210

120 210 200

r

'

~

1ZO 1080

0.3

OJ

O:f

0.5

mmKIJI'IJ!I'Ö'ße

Abb.20. Schleif- u. Pollerdauer = f(Korngröße)

120

90 GO

11

.10

0.1

240 210 180 150

0.1

D.J

0.2

.10 0.1

j

mmKorngro'DI Abb. 21. Schleif- u. Polierdauer = f (Korngröße)

,

min

Ir/100m ~ min

160 JlO f3usSliNII.

hlin

18/J 150 120

T

150 120

90 00

~

80

~

.10

~--~~--~--~----~----J~ D.2 O,J 0.1 OS

=,

0.1 D.S - mmKDI'!19ri;Oe Abb.23. Schlelf- u. Polierdauer f (Korngrößej 6.1

mm Korngro'DI

Abb.22. Schlelt- n. Polierdauer

.10

0.1

OJ

=

(Korngrößej

An Polierzeiten t 2 wurden folgende gemessen: Träger:

0,1

0,2

0,3

0,& mm Korngröße

Blei 40 65 115 185 min 250 Aluminium. 45 95 145 Bronze . 70 155 215 Gußeisen 95 175 280 Die Gesamtzeiten ergeben für jedes der verwendeten Metalle ein Mindestmaß bei einer bestimmten Korngröße (Abb. 20 bis 23). Eine Gegenüberstellung der verschiedenen Werte zeigt, daß sich die Gesamtzeit mit größerer Scheibenhärte verringert unter gleichzeitiger Abnahme der Korngröße. Sie beträgt: 183 min bei Verwendung von Blei und einer Korngröße von 0,3 mm 140 min " " """" " ,,0,2 mm 138 min " " """" " ,,0,15 mm 132 min " " """" " ,,0,075 mm.

18

Am größten ist der Unterschied des Zeitaufwandes mit 23 vH bei Blei und Aluminium. Die Verwendung von Scheiben noch höherer Festigkeit bringt keine nennenswerten Vorteile, weil die Krümmung der T-Kurve im Bereich der günstigsten Korngröße immer kleiner wird, so daß bei einer Änderung der Körnung, wie sie während des Betriebes unvermeidlich ist, die Gesamtzeit wieder sofort stark ansteigt. Metallträger geringerer Härte verhalten sich in dieser Beziehung infolge des flacheren Verlaufes günstiger. Der Unterschied ist jedoch bei Blei und Aluminium so gering, daß er auf das Ergebnis keinen Einfluß hat. Alle weiteren Prüfungen wurden daher mit Aluminium als dem günstigsten SchleifmitteIträger und mit einer Korngröße von 0,2 mm durchgeführt. Aus gesundheitlichen Gründen ist es außerdem erwünscht, Bleischeiben durch andere Metalle zu ersetzen, da Bleivergiftungen häufig die Ursachen von Krankheitserscheinungen sind. Eigentümlich war bei diesen Versuchen das Auftreten eines jedem Metall eigenen Geruches.

3. Ein f I u ß von S chi e i f mit tel m eng e und Was s e r m eng e Go erz (3) kommt in seinen Untersuchungen zu einem parabelförmigen Verlauf des Zusammenhanges von Schleifmittelmenge und Schleifleistung. Die errechneten Werte weichen jedoch von den versuchsmäßig gefundenen mitunter ab, so daß diese Beziehung den tatsächlichen Verhältnissen nicht genügend Rechnung trägt. Auch die vorABsen!Jff liegenden Ergebnisse rechtfertigen einen a mg/Mn/n solchen Verlauf nicht. Sie lassen sich mit höherer Genauigkeit im doppellogarithJOO mischen System durch eine Gerade darstellen, so daß das Anwachsen der Leistung einer Beziehung a = c· log m näherkommt. Für Aluminium und eine Korngröße von 0,2 mm ergibt sich für die ? J ~ Scnlelfmdt~men;e Spanmenge: a = 2,5· mO,18. Die Größe m Abb. 24. Eintlllß der Schleifmittelmenge ist dabei die Menge des losen Schleifmittels in Gramm (Abb. 24) . Die Kurve verläuft derart, daß in ihrem unteren Bereich die Leistung stark ansteigt, um dann nur langsam einem Höchstwert zuzustreben, wobei einer Steigerung um die doppelte Schleifmittelmenge nur eine Mehrleistung von 7 vH gegenübersteht. Man wird deshalb nicht mit den durch die Versuche ermittelten Schleifmittelhöchstmengen von 4 g arbeiten, weil man mit der Hälfte bereits 97 v H der Leistung erreicht. Bei einer Arbeitsfläche der Scheibe von 300 cm 2 und einer Korngröße von 0,2 mm beträgt die spezifische Schleifmittelmenge 2 g : 300 = 0,0067 g/cm 2 • Damit gibt es also für jeden Schleifmittelträger eine günstigste Kornmenge, die kleiner ist, als bisher vermutet wurde; sie ist je nach der verwendeten Körnung verschieden und verringert sich mit abnehmender Korngröße. In welchem Maße diese Änderung vor sich geht, läßt sich an einem Beispiel rechnerisch verfolgen, wobei zunächst angenommen wird, daß eincm2 des Schleifmittelträgers von einem einzelnen Korn bedeckt sei, das durch eine Kugel dargestellt werden soll. Auf 1 cm2 kommt demnach ein Korn von 10 mm 14

Durchmesser. Dieses wird derart geteilt, daß vier gleich große Körner daraus entstehen, die dieselbe Fläche einnehmen. Mit jeder weiteren Teilung wächst deren Zahl nach einer Exponentialfunktion. Bezeichnet z die Teilung, von 0 anfangend: z = 0, Zl = 1, Z2 = 2 usw., so entsteht der Korndurchmesser d. 10 10 durch z-malige Teilung der Strecke 10 mm. Es ist also d,= ----, z = - . . d'Ie Anza hl der K"orner F erner Ist

11

= z·., =

z

100 Ci;'

d.

Aus der meßbaren Korngröße ist es demnach möglich, die Anzahl der Körner und damit das Gewicht zu bestimmen, das notwendig ist, um lcm 2 ,zu bedecken. Bei einem spezifischen Gewicht des Si C von 3,15 ist das Gewicht g einer Kugel mit einem Durchmesser von d mm: gewicht G der Kornmenge für 1 cm" beträgt: d·3,15 I ., -~6~ ~ mg cnr.

=

dU

~3. 3,15 mg.

- . 3 15 . 11 6'

Das Gesamt-

= d6 -. 3' 15 . -100 d H

2

Für die Korngröße d. = 0,2 mm errechnet sich daraus ein Gewicht von mglcm 2 • Dieser Wert bedarf noch einer Berichtigung, da die angenommene Kugelgestalt von der wirklichen Form des Schleitmittels abweicht und demnach auch der Rauminhalt sich ändert. Durch Aus- Abschltff a messung einer bestimmten Anzahl von mg/I-2mill 140 Körnern wurde festgestellt, daß der tatsächliche Inhalt nur etwa 40 vH des errechlUD neten beträgt. Das Gewicht macht demnach nur 32· 0,4 mg = 13 mg aus. Bei einer Gesamtfläche von 300 cm" beträgt die aufzutragende Kornmenge 4 g; dieser Wert stimmt mit den Versuchsergebnissen J J 7 überein. Für den praktischen Gebrauch Wossel'fTJetlge cm J wird man dabei berücksichtigen, daß mit Abb. 25. Einfiuß der Wassel'menge der Hälfte der Schleifmittelmenge annähernd die gleiche Leistung erreicht wird.

~12

lnfolge der Abhängigkeit n =

d:

100

ändert sich die Gewichtsmenge für

1 cm 2 der Arbeitsfläche ebenfalls nach diesem Gesetz. Dies besagt, daß beim Feinschleifen mit abnehmender Korngröße die SchleifII1ittelmenge schneller sinkt; je feiner also das Schleifmittel ist, um so geringer kann die aufgegebene Menge sein. Diese Erkenntnis ist für feine und feinste Schleifmittel bemerkenswert. Neben einem zu großen Verbrauch führt eine größere Menge des Schleifmittels zusammen mit der Schleifflüssigkeit zur Bildung eines Filmes zwischen Werkstück und Scheibe, wodurch ein wirksamer Angriff verhindert wird. Aus einer gleitenden und rollenden Reibung wird dadurch eine flüssige. Aus diesem Grunde darf nur mit begrenzten Mengen gearbeitet werden. In welchem Maße die Flüssigkeitsschicht die Leistung beeinflussen kann, zeigen spätere Versuche (siehe S.24).

Die Veränderung der Wassermenge (Abb.25) ist von geringerer Bedeutung. Erst bei größerem Anteil fällt die Leistung etwas ab. Beim Schleifen selbst muß jedoch wegen der höheren Leistung naß gearbeitet werden. 15

4. Z ei t li ehe r V e rl auf der Wir k sam k e i t des Sc h I e if m i tt eIs Das einzelne Korn stumpft infolge der dauernden Beanspruchung beim Schleifen ab, splittert und verliert allmählich seine Wirksamkeit. Der zeitliche Verfall eines SchleifmiUels ist daher für seine Eignung und Leistungsfähigkeit von besonderer Bedeutung. Diese Bestimmung würde eine Leistungsaufnahme bis zum Totschliff, d. h. bis zur völligen Unwirksamkeit erfordern. Da sich jedoch die Abstumpfung asymptotisch einem Grenzwert nähert, kann sie durch Versuche nicht ermittelt werden. Auch im praktischen Betrieb wird das Korn nie bis zur vollkommenen Abnutzung verwendet. Die Bestimmung seiner "Lebensdauer" ist daher nicht notwendig. Es genügt die Angabe einer Kennziffer, welche die während der Beanspruchung eintretende Zustandsänderung wiedergibt. Eine Beziehung läßt sich dafür aufstellen, wenn man berücksichtigt, daß das Differential da der Schleiffähigkeit, das in der Zeit dt zerfällt, verhältnisgleich der Zeit t und der anfangs vorhandenen Schleiffähigkeit a ist. Somit ist da = - Aa dt, wobei Aein Wert zur Kennzeichnung der betreffenden Schleifmittels darstellt. Das Minuszeichen besagt, daß a abnimmt. Die Integration ergibt: da = -

a

Adt; In a = - A t

+ C.

+

Ist die bei einer Zeit t = 0

vorhandene Schleiffähigkeit ao, so ist In ao = 0 C. Daraus folgt: lna - - = At a = Qo ·e- ll . ' lna o Der vollständige Zerfall erfolgt also erst für t 00. Die Werte für Qo und Ä. lassen sich aus den Ergebnissen von zwei verschiedenen Zeiten t 1 und f 2 errechnen:

= 1

Die Werte für Qo und Ä. stellen Kennziffern dar, die Vergleichsmöglichkeiten verschiedener SchleifmiUel untereinander zulassen; umgekehrt hängen ao und Ä. bei Anwendung desselben SchleifmiUels nur von den Änderungen der Arbeitsbedingungen ab. Je kleiner dabei Ä wird, um so besser ist seine Ausnutzung. Theoretisch kann;' alle Werte von 0 bis 1 annehmen; das vollkommene Schleifmittel, das keine Minderung der Schleiffähigkeit erfahren würde, besäße den Wert;' = O. Die ao verlaufen, da e-J.t für ;. 0 den Wert 1 Leistung würde nach einer Geraden a annimmt.

=

=

Die bisherige Prüfung der einzelnen Schleifmittelträger genügt deshalb noch nicht für eine Beurteilung des Kornes, weil sie sich nur auf eine Gegenüberstellung von Anfangswerten der Verfallskurve stützt, aber nicht den Einfluß auf das Verhalten des SchleifmiUels während einer längeren Bearbeitungsdauer berücksichtigt. Da eine nennenswerte Leistungssteigerung nur bei Verwendung von Aluminium an Stelle von Blei festgestellt wurde, beschränkt sich die weitere Untersuchung nur auf Al-Träger, wobei entsprechend den bisherigen Ergebnissen die Korngrößen 0,2 und 0,3 mm verwendet wurden. Aus dem Verlauf der in Abb.26 wiedergegebenen Leistungen ersieht man, daß Aluminiumscheiben eine wesentlich höhere Ausnutzung des Schleif16

mittels zulassen. Die Kurve verläuft flacher, was in einem kleineren Wert von A (0,037 : 0,052) zum Ausdruck kommt. Verhalten sich die Abschliffmengen bei t 15 min wie 1 : 1,45, so betragen die entsprechenden Zahlen bei t = 30 min schon 1: 2,2 und bei t = 60 min 1 : 5,8. Mit fortschreitender Minderung der Schleiffähigkeit verschiebt sich der Wert weiter zugunsten der Aluminiumscheibe. Dies bedeutet, daß sie nach kurzer Zeit das Mehrfache der Bleischeibe leistet. Die Verwendung der härteren Aluminiumscheibe bringt einen höheren Nutzwert des Schleifmittels mit sich, so daß man dessen Verbrauch gegenüber dem früheren stark einschränken kann. Nach der Höhe der noch wirlschaftHchen Schleifleistung richtet sich diese Ersparnis, sie beträgt jedoch im ungünstigsten Falle bereits 30 vH.

=

AImNiff A mg

Aluminivm-K.6.D.2mm.

1--'.037

Schei!Je'Alumdivm KIJrn-6rö1Je.fl.2RVn

HO

2

Blei-K.G.o.3mm

10

Abb.26.

2Q

GO

70

Imin

Zeitlioher Verfall der Sohleifleistung (SiC-Kom)

J

&iJ/eilin.l1enge g

~_-.c::Ä-o.OS2

.J

Abb. 27.

10

ff

20

2.f

3Q

J5

10

.r

Imin

Schleifleistung in Abhltngigkeit von der Sehlelfmittelmenge

5. Ein f 1 u ß der S chI e if m i tt e I m eng e auf den zeitlichen Verlauf der Schleifleistung Die spezifische Schleifmittelmenge beeinflußt die Schleifleistung nach einer logarithmischen Abhängigkeit, wie aus den vorangegangenen Untersuchungen hervorgeht. Infolgedessen folgt der Wert ao in dem Ausdruck a = ao' e- 2t bei Verwendung steigender Kornmengen diesem Gesetz. Es bleibt noch die Frage offen, wie sich dabei A verändert; denn je größer die Schleifmittelmenge ist, um so weniger schnell müßte die Leistung abfallen, da stets neue Körner zum Angriff kommen. Die Unterschiede der Versuchsergebnisse hinsichtlich des zeitlichen Verlaufes sind jedoch so gering, daß sie sich bei einer Darstellung nur wenig hervorheben. Aus diesem Grunde wurde an Stelle der bei jedem Versuch ermittelten Spanmenge a deren fortlaufende Gesamtzahl aufgetragen, so daß der Endpunkt der Kurve nicht mehr die zuletzt festgestellte Einzelabschliffmenge a, sondern die Gesamtabschliffmenge A angibt. Diese Darstellung gemäß Abb.27 gibt die geringen Unterschiede deutlicher wieder. Wollte man in dem Ausdruck a = ao· e-).t den zeitlichen Verlauf bei verschiedenen Schleifmittelträgern berücksichtigen, so würde dies infolge der nicht linearen Abhängigkeit zu einer Beziehung führen, die praktisch zwecklos wäre. 2

17

Der zeitliche Verlauf der Schleifleistung wurde bei drei verschiedenen Kornmengen von t = 0 bis t = 50 min dargestellt. Nach dieser Zeit erbringt 1 g des SchleifmiUels eine Gesamtabschliffmenge A von 1,140 g; bei 2 g beträgt A gleich 1,570 g und bei 3 g mil" 1,590 g. Einer doppelten Schleifmittelmenge steht ein Leistungsgewinn von etwa 25 vH und einer dreifachen nur von 27 vH gegenüber. Der Mehraufwand steht also in keinem Verhältnis zur Leistungssteigerung. Dieses Ergebnis läßt sich nur dadurch erklären, daß bei erhöhter Schleifmittelmenge eine gegenseitige Zerstörung und Abstumpfung der einzelnen Körner untereinander eintritt. Für die Wirtschaftlichkeit des Feinschleifens ist es deshalb notwendig, die Verhältnisse, wie sie durch verschiedene Einrichtungen festliegen, nachzuprüfen, um einen überflüssigen Verbrauch des Schleifmittels zu vermeiden. Andere Vorteile, wie die bessere Ausnutzung des einzelnen Kornes durch Verwendung härterer Scheiben, können sonst wieder aufgehoben werden. Die Nachprüfung wird dadurch erleichtert, daß die für die gleiche Bearbeitungszeit aufgenommenen Gesamtspanmengen für verschiedene Schleifmittelmengen ebenfalls einem Potenzgesetz folgen (Abb. 27, rechts). Zusammenfassung 1. Die Wirksamkeit eines losen Schleifmittels (Läppmittels) steigt mit der

Härte des Schleifmitlelträgers nach einem Potenz gesetz an. 2. Die Schleifleistung bei spröden, nichtmetallischen Stoffen folgt mit steigender Korngröße einem ähnlichen Gesetz. Die Größe der Leistung und der zeitliche Verlauf sind vom Werkstoff abhängig. Die beim Feinschleifen in Betracht kommenden Körnungen umfassen nur einen kleinen Teil der Kurve [Leistung = f (Korngröße) l; dieser kann meist durch eine Gerade ersetzt werden, die eine lineare Abhängigkeit anzunehmen gestattet. 3. Die Gesamtbearbeitungszeit sinkt mit zunehmender Härte des Schleifmittelträgers ; härtere Scheiben erfordern wegen der gleichzeitigen Einschränkung des Körnungsbereiches im Hinblick auf die Oberflächenfeinheit eine sorgfältigere Auswahl. Solche geringerer Härte (etwa HB = 35) sind jedoch vorzuziehen, da der zeitliche Unterschied der Gesamtbearbeitungszeiten bei härteren Scheiben sehr gering ist. 4. Die Leistung eines Schleifmitlels steigt mit seiner Menge nach einem Potenzgesetz an. 5. Der zeitliche Verfall der Schleifleistung erfolgt nach einer Exponentialfunktion. Er ist abhängig vom Schleifmittelträger und der Schleifmittelmenge. Der Einfluß der letzteren ist gering in bezug auf die Schleifleistung; große SchleifmiUelmenge ist daher nicht gleichbedeutend mit höherer Leistung. C. Das Schleifen mit Diamantkorn 1. Die Verwendungsform des Diamanten

in Metallbindung

Der hohe Preis des Diamanten, der mit zunehmender Korngröße stark ansteigt, schließt seine Verwendung in loser Körnung für gröbere Arbeiten aus, ebenso die bei anderen SchleifmiUeln übliche Bindung in Form einer Scheibe. Nur in Ausnahmefällen gebraucht man gebundene Diamantscheiben. 18

Aber auch in feinster Körnung oder als Staub ist Diamant nicht für die Bearbeitung jedes Werkstoffes geeignet. Seine Anwendung liegt auf Gebieten, wo die technisch hergestellten SchleifmiUel nicht mehr zufriedenstellend arbeiten. In Betracht kommen dabei die dem Diamanten hinsichtlich ihrer Härte am nächsten stehenden Stoffe, wie Korund (Rubin, Saphir) und die gesinterten metallkeramischen Hartstoffe. Infolge des verhältnismäßig hohen Diamantpreises muß man versuchen, mit der geringst möglichen Menge auszukommen und diese auch aufs höchste auszunutzen. Eine der verbreitetsten Verwendungsformen des Diamanten besteht darin, die einzelnen Körnchen durch Eindrücken oder Einhämmern in einen Metallträger einzubetten im Gegensatz zum Läppen (Wälzschleifen) , bei dem das SchleifmiUel lose verwendet wird. Die große Überlegenheit des Diamanten zeigte ein Versuch, bei dem die gleiche Menge und Körnung besten SiIiziumkarbides in gleicher Weise in Metall eingefaßt und so als Schleifscheibe verwendet wurde. Die Schleifkraft des Sie ist sofort erschöpft, während die Diamantkristalle ihre Wirksamkeit längere Zeit beibehalten. Da diese auch vom Metallträger beeinflußt wird, darf die Auswahl der Diamantbindung ebenso wie jede keramische oder sonstwie geartete für andere Schleifmittel nicht willkürlich erfolgen, da sie den Schleifvorgang mitbestimmt. Die folgenden Untersuchungen umfassen nur die metallgebundenen Diamantscheiben, die bis jetzt in der Edelsteinindustrie ausschließlich verwendet werden. Wie weit die neuen, aus dem Ausland kommenden und für die Bearbeitung der Hartmetalle bestimmten Diamantscheiben organischer Bindung die metallgebundenen ersetzen können, läßt sich noch nicht übersehen. amg

! Absc/J/iffmenge o

1200 1000 900

\

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1.JS

180

22.f

270

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Abb. 28. Zeitlicher Verlauf der AbschlIffmenge

2. Der z ei t I ich e Ver lau f der Sc h lei f lei s tun g Die metallgebundene Schleifscheibe verliert mehr oder weniger schnell einen Teil ihrer Schleifkraft, je nach dem zu schleifenden Werkstoff und den Bedingungen, die der Herstellung der Scheibe zugrunde gelegt wurden. Der Leistungsabfall ist am Anfang stärker, verringert sich dann und nähert sich asymptotisch einem Grenzwert; dies besagt, daß die volle Lebensdauer einer solchen Scheibe nie ganz ausgenutzt werden kann, sondern daß die Scheibe 2'

19

ersetzt werden muß, sobald eine bestimmte Abnutzung eingetreten ist. Der zeitliche Verlauf dieser sich verminderten Schleifkraft gestattet - ebenso wie beim losen Korn - eine Beurteilung des Schleifmittels und vor allem des Nutz- oder Gütegrades der Scheibe. Für den Verlauf selbst lassen sich die gleichen überlegungen durchführen wie beim losen Korn, so daß dieser durch den Ausdruck a = ao' e - J.t dargestellt werden kann (Abb. 28 3 )). Das Absinken der Schleifleistung wird einmal auf die fortschreitende Kornzertrümmerung, zum anderen auf das Abwandern der Schleifkristalle von der Oberfläche der Scheibe in das Metall des Schleifmittelträgers hinein zurückgeführt, wodurch die Kanten und Spitzen einer weiteren Wirksamkeit entzogen werden. 3. M i tt elf ü r h ö her e S c h e i ben lei s tun gen

a) Hinsichtlich der Wiederherstellung der verminderten Schleifkraft bei gebrauchten Scheiben. Der größte Teil der Schleiffähigkeit des Diamanten ist demnach noch vorhanden und könnte wieder verwendet werden, wenn es 1J= A!Jsc"liff~ SdII.l1ille!1fI6IrJ8

"10. 9:

800

=Jf(J(J

Wiederal/Slieg derLeistung fIflcllder t Behondlung "I1_ 1f/jS.f8J0

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4----...---=-~~~==~==1-----~======~/mm 80 160 270 360 2 Bellondlun/200

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J.Beh.

8007;/f/·?1S0

deli. T/4·'?'l.fo.8000 800 'lsßffo.92S0

~L ~",----

Imin

Abb. 29. Verlauf der Sehlelfieistung

gelingen würde, die abgewanderten Kristalle freizulegen. Die zu diesem Zweck unternommenen Versuche gingen in verschiedener Richtung. Das mechanische Abtragen der feinen, die Körner überdeckenden Metallhaut mit Schleifpapier oder festen Schleifsteinen hatte nur einen geringen Erfolg, ebenso ein Versuch mit chemischen Mitteln (Ätzen) . Damit konnten nur die schon weniger schnittfähig gewordenen Schneiden nutzbar gemacht werden, ohne daß neue an ihre Stelle traten. Um dies zu erreichen, ist ihre vollständige Umlagerung notwendig. Diesläßt sich durch ein Verformen der Scheibenoberfläche mit Hilfe eines Rändelwerkzeuges ermöglichen. Durch ein solches "Umpflügen" werden Diamantkristalle an die Oberfläche gebracht, die vordem nicht wirksam waren; denn es ist kaum anzunehmen, daß der verhältnismäßig hohe Rückgewinn der Schleiffähigkeit allein auf eine Umlagerung zurückzuführen ist. 8) Vgl. S. 16.

20

Die Rändelbehandlung ergab einen Wiederanstieg der Leistung bis zum Anfangswert; sie fällt jedoch etwas schneller ab, als es ursprünglich der Fall ist (Abb. 29). War die Gesamtabschliffmenge ohne Rändeln in der Zeit t = 360 min 8,96 g, so betrug sie nach der ersten Behandlung für den gleichen Zeitraum 5,82 g; damit waren 65 vH der ursprünglichen Leistung wieder zurückgewonnen. Diese Behandlung wurde fünfmal wiederholt, wobei jedoch der Wiederanstieg der Leistung stetig abnahm. Wenn man das Verhältnis von Abschliff- und Schleifmittelmenge als Maßstab für den Gütegrad einer Scheibe betrachtet, so ergibt sich ein Wert 'f}o = 3700 für die Ausnutzung einer Scheibe ohne Rändelbehandlung. Bei ihrer Anwendung steigt die Gesamtabschliffmenge bis 'f}5 = 8200 an und bringt demnach eine Steigerung um mehr als das Doppelte.

= 5850, 'f}2 = 6750, 'f}s = 7450, 'f}4 = 8000, 'f}5 = 9250. Somit ist es nicht richtig, das Neubelegen einer Scheibe vorzunehmen, bevor diese Möglichkeit, die Diamantkristalle wieder nutzbar zu machen, erschöpft ist. b) Hinsichtlich des Metallträgers. Die verminderte Schleifleistung wurde neben einer Abstumpfung der Schleifkristalle auf das vermutliche Absinken 'f}1

AIJscli/iff 100

1000 AlJscl!liff

A mgr

800

JOO

A mgr

800

olJ/Jeisen

zoo

400 Kupfer

100

AluminilJm 1S

JO

4.5

60

Imin

Abh.30. Einfluß des SChleifmittelträgers

1S

JO

so

Imin

Abb. 31. Schleifleistungen verschiedener Stahlsorten

von der Oberfläche in die Scheibe zurückgeführt. Falls dies zutrifft, muß die Leistung und ebenso der Gütegrad einer Scheibe um so höher liegen, je mehr Widerstand der Schleifmittelträger dem Eindringen der Diamantkörner entgegensetzt, d. h. je größer seine Härte ist. Die Versuche bestätigen diese Annahme, aber es zeigt sich auch, daß die Härte allein nicht maßgebend ist, sondern auch eine genügend hohe Zähigkeit vorhanden sein muß, um das einzelne Korn einspannen und festhalten zu können. Je weniger der Träger hierzu imstande ist, um so schneller wird es splittern und ausbrechen. Die Brinellhärte der benutzten Scheiben stieg bis H B = 200 an. Sieht man bei der Aufstellung der Abschliffmengen von derjenigen des Gußeisens ab, so steigen sie mit deren Härten nach einer Potenzfunktion an. Scheiben geringerer Härte (H~' = 5) erbringen kaum noch meßbare Spanmengen; sie steigen erst bei mittleren Härten bis HB = 120 (St 37) stark an (Abb. 30); entsprechend erhöht sich auch der Gütegrad im Gegensatz zu den in der Praxis ausschließlich verwendeten Kupfer- oder Bronzescheiben, deren Härte im allgemeinen H B = 80 nicht übersteigt.

21

Der Leistungsunterschied innerhalb der einzelnen Stahlarten selbst ist weniger groß und beträgt trotz des hohen Härteunterschiedes nur 25 v H (Abb. 31 4)). In gleicher Weise wie die Leistung mit der Scheibenhärte ansteigt, verringert sich die Arbeitsgüte, da die Diamantkristalle in härteren Schleifmittelträgern weniger tief und schnell einsinken und die Schneidkanten und -spitzen länger wirksam, d. h. gröber arbeiten. Die Spandicke nimmt also mit der Härte der Scheibe zu; aus dem "Schlichten" wird ein "Schruppen". Bei Verwendung sehr weicher Scheiben (auch aus nichtmetallischen Stoffen) hört dagegen die Werkstoffabnahme fast ganz auf; es kommt nur eine Polierwirkung zustande. In allen Fällen, in denen mehr Wert auf hohe Oberflächenfeinheit als auf große Spanleistung gelegt wird, kann demnach dies auch durch Auswahl des Diamantträgers erreicht werden, anstatt eine entsprechende Korngröße auszuwählen. c) Hinsichtlich des Walzdruckes. Über die zweckmäßigste Art, das Diamantkorn in das Metall einzubetten, gibt es keine feststehenden Regeln. Das Einhämmern von Hand benötigt viel Zeit und liefert kein befriedigendes Ergebnis. Die Schläge werden nie gleich stark und so geführt werden können, daß der Hammer stets mit der gan"'(JOO AIJslJIt/iff zen Fläche auftrifft. Dadurch entA stehen kleine Unebenheiten auf der mg Scheibe, und nur ein Teil der JOOO Diamantmenge wird tatsächlich erfaßt. Beim maschinellen Einhämmern lOOO werden diese Nachteile vermieden, Jo!(g aber durch die großen Erschütterungen, die die schnellen aufeinanderfolgenden Schläge verursachen oder infolge starrer Einspannung Imin 10 lO 30 1fJ .ffJ 50· 70 80 9fJ 100 11fJ 1. '01JO 11fJ entstehen leicht Verformungen an Abb. 32. Einfluß des Walzdruckes den Scheiben, die einen späteren Lauf beeinträchtigen kömlen. Als besseres Mittel hat sich das Einwalzen bewährt, das abgesehen von einigen Scheiben für Vorversuche bei allen übrigen zur Anwendung kam. Anzeichen, die auf eine höhere Leistung der einen oder anderen Art schließen lassen, ergaben sich nicht. Für den Walzvorgang selbst wurde eine besondere Vorrichtung entwickelt, an der die Höhe des ausgeübten Druckes zu verändern war, um nachprüfen zu können, ob und wie die Leistung der Scheibe vom Druck abhängt. Die in der Abb. 32 wiedergegebene Kurvenschar zeigt, in welchem Maße die Abschliffmenge beeinflußt werden kann; sie ist um so größer, je geringer der Druck ist und nimmt etwa in dem Maße ab, wie der Walz druck ansteigt. Je höher dieser ist, um so größer sind die Veränderungen, die die Oberfläche der Scheibe erleidet und um so mehr werden die Diamantkristalle eingedrückt, überwalzt und damit dem Schleifvorgang entzogen. Um eine gegebene Diamantmenge weitgehendst ausnutzen zu können. wird man daher beim Belegen der Scheiben nur einen geringen Druck aus') Das Schleifen mit Stahlscheiben erfordert eine rostschützende Flüssigkeit. Verwendet wurde eine 5 %ige Sodalösung.

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üben, der aber noch genügend groß sein muß, um die Kristalle in den Träger einbetten zu können. Die Höhe dieses Mindestdruckes ist verschieden und richtet sich nach den Festigkeitseigenschaften der Scheiben. Die angegebenen Drücke 1, 15,30 kg beziehen sich auf Bronze (RB = 80) und sind Verhältniszahlen; absolute Angaben würden alle Abmessungen der jeweils verwendeten Walze berücksichtigen. Da bei den metallgebundenen Diamantscheiben Leistung und Oberflächengüte voneinander abhängen, so ist es auch möglich, durch Änderung des Walzdruckes diese beiden Merkmale unabhängig von der Korngröße selbst auf Kosten der vorhandenen Schleiffähigkeit zu beeinflussen. 4. Ein fl u ß der Kor n g r ö ß e Die Änderung, der die Spanmenge mit steigender Korngröße unterliegt, läßt sich annähernd in voraus bestimmen, da die Arbeitsweise der Diamantschneide und ihre Form infolge des oktaedrischen Bruchgefüges bekannt sind.

----

100

\ ~~ ~------,f

10

1.f

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JO

Abschliff

u mg a·r/mc m·O.8S

2

Abscn/iff a•k.ll

mg

'Korund

/(orn nilJ,d

JS 40 4S ,)'0

Imin

Abb. 33. Abschlilfmenge und Korngröße

Loses Scbleifkorn

Abb.34 Gebundenes Scbleifkorn

Je größer der aus der Einbettung herausragende Teil des Diamantkristalles ist, um so größer wird auch die Spanstärke und damit die Abschliffmenge sein. Da der Inhalt (I) der wirksamen Dreiecksfläche des Oktaeders sich mit dem Quadrate der Höhe ändert (Abb. 33), muß auch die Abschliffmenge einem ähnlichen Gesetz folgen. Trägt man für verschiedene Korngrößen die gemessenen Spanmengen auf, so verläuft die Verbindungslinie nach einer Parabel a = k· d 2 ; dabei nimmt k für die vorliegenden Arbeitsbedingungen den gleichbleibenden Wert 9000 an; d ist der Durchmesser der Korngröße in mm (Abb. 34) . Beim Schleifen mit Diamant erhöht sich die Leistung mit der Korngröße erheblich, im Gegensatz zum Schleifen mit losem Sie-Korn, dessen Leistung bei den härteren Stoffen (Korund, Hartmetall) nur wenig ansteigt. Die Gegenüberstellung beweist, daß die Abhängigkeit der Schleifleistung von der Korngröße nicht nur vom Werkstoff abhängig ist, wie man aus Abb. 12 entnehmen kann, sondern auch vom Schleifmittel und vom Schleifvorgang. Bei der Auswahl der Diamantkörnung wird meist der gewünschte Feinheitgrad der geschliffenen Fläche ausschlaggebend sein. Dieser bleibt bei längerer Schleifzeit nicht der gleiche, sondern er wird besser, so daß man

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unter gleichen Bedingungen das Spiegelbild des Leistungsverlaufes als Maß der Oberflächenbeschaffenheit ansehen kann. Die Ursachen für diese Verbesserung des Endzustandes sind ebenso wie der Zusammenhang, der zwischen Diamantträger und Einwalzdruck besteht, bekannt. Um ein Höchstmaß an Schleifkraft mit einer bestimmten Diamantmenge erreichen zu können, darf die gewünschte Arbeitsgüte nur von der Wahl einer geeigneten Körnung abhängig gemacht werden. Im anderen Falle beraubt man den Diamant, wie es aus Unkenntnis der Vorgänge und Zusammenhänge erfolgt, frühzeitig eines Teils seines Arbeitsvermögens. 5. Ein f I u ß der Was s e r m eng e Die Schleifflüssigkeit ist beim Schleifen mit Diamantscheiben von besonderer Bedeutung und beeinflußt die Ergebnisse in großem Maße. Infolge der verhältnismäßig hohen Ebenheit von Scheibe und Werkstück verursacht

Abschliff

a

70

500

1119

6Q

JOO

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4Q

cOO

3Q

ecm3

RO

1{J(}O

1JlJIIO fj/min

Abb. 35. Einlluß von Drehzahl und Wassermenge

Abb. 36. Einlluß von Druck und Wassermenge

jede Bewegung zwischen diesen bei Verwendung von Flüssigkeit wie bei einem Gleitlager die Bildung eines Filmes, dessen Stärke von der Menge und Zähigkeit der Flüssigkeit, der Geschwindigkeit und der Größe der geschliffenen Fläche abhängt. Dementsprechend ändert sich auch die Schleifleistung, da durch dieses flüssige Polster die Angriffsfähigkeit der Scheibe herabgesetzt wird. Hierbei treten zwischen Scheibe und Werkstück erhebliche Drücke auf, die man bisher nur wenig beachtet hat. a) Bei Änderung der Geschwindigkeit. Das allgemein gültige Gesetz, wonach die Schleifleistung verhältnisgleich mit der Drehzahl ansteigt, kann durch die Wassermenge eine grundlegende Änderung erfahren und gilt nur solange, als die für jede Drehzahl günstigste Wassermenge eingehalten wird. In welcher Weise die Spanmenge von der Änderung der Drehzahl und der Wassermenge abhängig ist, ersieht man aus Abb.35. Je weniger Wasser zugeführt wird, um so höher ist die Leistung; jedoch liegen .die Höchstwerte nicht beim Trockenschliff, sondern bei einer ganz geringen Benetzung, einem Zustand, der als "halbtrocken" zu bezeichnen ist. In diesem Falle ist der Einfluß der Schleifflüssigkeit schon so weit ausgeschaltet, daß die tatsächliche lineare Abhängigkeit von Drehzahl und Leistung wieder hervortritt. Da mit höherer Geschwindigkeit die Bildung einer Wasserschicht zwischen Scheibe und Werkstück begünstigt wird, so müßte man ein Absinken der Leistung

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annehmen. Dies trifft jedoch nur bei größeren Wassermengen zu, bei denen die Leistung erst ansteigt und dann wieder absinkt. Eine geringere Wassermenge bewirkt allmählich das Gegenteil. Der Flüssigkeitsfilm ist natürlich auch hier vorhanden, aber durch die Fliehkraft wird ein Teil der zugeführten Menge sofort abgeschleudert und dadurch die Stärke der Wasserschicht verringert. Eine hohe Schleifleistung hat also ihre Ursache nicht immer in der höheren Geschwindigkeit, sondern in den besseren Schleifbedingungen. Die höhere Leistung beim Naßschliff beruht auf zwei Erscheinungen. Der beim Schleifen anfallende Staub wird beim Trockenschliff nicht ganz abgeführt, sondern haftet zum Teil auf der Werkstückfläche und schützt sie vor weiteren Angriffen; der andere Grund liegt in der durch die begrenzte Flüssigkeitsmenge hervorgerufenen höheren Haftfähigkeit. Der durch Gewichte ausgeübte Schleifdruck wird dadurch noch etwas erhöht und bewirkt die höhere Abschliffmenge. b) Bei Änderung des Schleifdruckes. Eine ähnliche Beobachtung über das Verhalten der Schleifleistung wie unter a) macht man, wenn Druck und Wassermenge verändert werden und die Drehzahl gleich bleibt (Abb. 36). Die Abhängigkeit von Leistung und Schleifdruck ist auch hier nur unter ganz bestimmten Bedingungen eine geradlinige. Meist verlaufen die Abschlifflinien mehr oder weniger gekrümmt und nähern sich erst mit geringerer Wassermenge Geraden. Die Unterschiede innerhalb der einzelnen Abschliffmengen sind dabei sehr beträchtlich und schwanken bei gleichem spezifischen Druck um das Fünf- bis Sechsfache. Die Abhängigkeit von Spanleistung und Schleifdruck läßt sich für jede Wassermenge durch eine andere Potenzfunktion darstellen, da im logarithmischen System die in Abb. 36 dargestellten Kurven als Strahlenbündel auftreten. Dieses Schaubild gibt gleichzeitig Aufschluß darüber, wie sich bei unverändertem Druck die Scheibenleistung mit der Wassermenge ändert. Für zwei verschiedene Drücke, 0,75 und 1,5 kg/cm 2 , wurden die Leistungen in Abhängigkeit der Wassermenge aufgetragen. Ein Höchstmaß an Schleifleistung tritt bei einer ganz geringen Wassermenge ein, die gerade ausreicht, um die Oberfläche der Scheibe feucht zu halten, ein Zustand, der mit dem der halbtrockenen Reibung verglichen wurde. Mit größerer Wassermenge fällt die Leistung wieder sehr schnell ab. Eine genaue Bestimmung des Höchstwertes der Kurve war nicht möglich, weil ganz geringe Wassermengen bereits genügen, um die Schleifleistungen zu verändern. Der Verlauf der Leistungskurve wurde in Abhängigkeit der Wassermenge durch weitere Versuche nochmals nachgeprüft und bestätigt gefunden (Abb. 37). Er ist stets der gleiche, jedoch ist die Höhe der Leistung von den gegebenen Arbeitsbedingungen abhängig. Einen großen Einfluß übt dabei die Oberflächenbeschaffenheit der Scheibe aus. Je geringer ihre Rauhigkeit ist, um so mehr wird die Bildung eines Wasserfilmes erleichtert. Unebenheiten und Riefen bewirken wie bei einem Gleitlager das Gegenteil, zerstören diesen und erhöhen die Angriffsfähigkeit der Scheibe. Aus diesem Grunde sind die auf der Scheibe zur Aufnahme des Diamantkornes angebrachten strahlenförrnigen Riefen von Vorteil. Diese Rillen müssen jedoch der Größe des verwendeten Diamantkornes angepaßt sein, andernfalls verschwindet in diesen ein großer Teil der Diamantmenge, die beim Einwalzen überdeckt wird und am Schleifvorgang keinen Anteil mehr nimmt. Deshalb stehen auch die Leistungen solcher Scheiben in keinem Verhältnis zur aufgewendeten Diamantmenge. Bei Korngrößen unter 0,1 mm

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ist eine vorherige Aufrauhung nicht mehr notwendig, da die von der Bearbeitung der Scheibenoberfläche herrührenden feinen Unebenheiten schon günstige Aufnahmemöglichkeiten für die Diamantkristalle bieten.

c) Bei Änderung der Flächengröße des Werkstückes. Der Gesamtdruck, der innerhalb der Flüssigkeit zwischen Scheibe und Werkstück entsteht und die Leistungsänderung verursacht, wird stets um so höher sein, je größer die zu schleifende Fläche ist. Die Oberflächenspannung, die eine Flüssigkeitsmenge auf einen möglichst kleinen Raum zusammenzieht, verhindert ihr Entweichen und wird um so stärker wirksam, je ausgedehnter die Werkstück-

ADscllliffjf-.fmin 6U

Sp8. Oruck -const. .,Kglcm1

20 cmfnil

Abb. 37. Einfluß der Wassermenge

0.2

0.4

0.6

aB

1

cmflöcIJe

Abb. 38. Einfluß der FIltehengröße

fläche ist. So wird allmählich der von außen kommende Schleifdruck überwunden und die Reibung zwischen Scheibe und Werkstück verringert oder ganz aufgehoben. Wenn es sich darum handelt, größere Flächen zu schleifen, so muß der Schleifdruck erheblich gesteigert werden, um doch noch die Spannungskräfte zu überwinden und einen Angriff der Diamantkristalle zu ermöglichen. Bei den Versuchen wurden unter Beibehaltung des gleichen spezifischen Druckes die Abschliffmengen für verschieden große Werkstücke gemessen (Abb. 38). Die Änderung der Spanmenge erfolgt nicht linear, sondern nach einer hyperbelartigen Kurve. Von einer bestimmten Werkstück größe an beginnt die Haftfähigkeit zwischen Scheibe und Werkstück so gering zu werden, daß es von der Scheibe abgehoben wird und zu schwimmen beginnt (Ausklinken!). Da die Größe der Arbeitsfläche des Werkstückes stets festliegt, ebenso die Geschwindigkeit, die man aus wirtschaftlichen Gründen möglichst hoch wählen wird, so bleibt als einfachstes und wirksamstes Mittel zur erhöhten Schleifleistung eine Verminderung der Flüssigkeitsmenge; eine Druckerhöhung hat nur einen geringen Erfolg. 6. Ein f I u ß der S chI e if m i tt e I m eng e Der Frage nach der zweckmäßigsten Schleifmittelmenge kommt beim Diamanten mehr Bedeutung als bei jedem anderen Schleifmittel zu, da sein hoher Preis eine sparsame Verwendung verlangt. Die Einhaltung und Befolgung aller Maßnahmen, die auf eine wirtschaftliche Ausnutzung hinzielen, werden hinfällig, wenn eine zu große Diamantmenge an Stelle einer ausreichenden Diamantauflage nutzlos verbraucht wird. Beim Schleifen mit losem Sie-Korn ändert sich die Schleifleistung mit der Menge des SchleifmiUels nach einer logarithmischen Beziehung. Dasselbe

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trifft auch beim Schleifen mit fest gebundenem Diamant zu 5). Die Abschliffmenge steigt mit zunehmendem Diamantbelag stark an, verändert sich bei noch größerer Diamantmenge nur sehr wenig und fällt schließlich wieder etwas ab (Abb. 39 und 40). Der aufsteigende Teil der Kurve (Abb. 40) nimmt einen logarithmischen Verlauf und kann durch den Ausdruck a = c . mO,4 dargestellt werden. Der Wert c gibt die Abschliffmenge einer Scheibe an, die 1 mg Diamantkorn enthält (Abb. 41). Die größtmögliche Spanmenge stellt sich mit der gegebenen Scheibengröße bei 10 mg ein (100 vH); mit der Hälfte der Schleifmittelmenge werden bereits 75 v Herreicht. AbscIJliff

Absc!J/ilf 400

mg A

180 160 160 1Z0

JOD

fTl9

200

10

Imin

20 1S Abb. 39 und 40. Schleifleistung = f IDiamant.menge)

Oiamantmcn 8 m

10

1.

Bei einer wirksamen Schleifscheibenfläche von 45 cm2 entfallen auf 1 cm 2 0,2 mg Diamantkorn. Da in der Edelsteinindustrie durchweg Scheiben von 300 cm 2 Schleiffläche verwendet werden, so genügen zur bestmöglichen Ausnutzung 60 mg 6). In Wirklichkeit werden Mengen bis zu 600 mg aufgetragen. Dieser hohe Unterschied zeigt deutlich, wie wenig von der Schleifkraft des Diamanten im allgemeinen nutzbar gemacht wird. Bei Berücksichtigung aller bisherigen Ergebnisse, die auf eine hohe Wirtschaftlichkeit der Diamantschleifkraft gerichtet waren, muß man folgern, daß von der erreichbaren Schleiffähigkeit in den meisten Fällen nicht mehr als 5 vH ausgenutzt werden. Dieser Wert läßt sich naturgemäß nur schätzungsweise angeben. Er wurde bestimmt aus der Tatsache, daß 1. bei der Annahme eines Verbrauches von durchschnittlich 500 mg (= 2,5 Karat) 60 mg genügen, was einer Ersparnis von 80 vH gleichkommt; 2. beim "Umpflügen" der Scheibe bei nur einmaliger Behandlung 65 vH der Schleiffähigkeit wiedergewonnen werden (s. S. 20) ; 3. bei Verwendung von Scheiben höherer Festigkeit eine Steigerung der Schleifkraft um das Doppelte möglich ist (s. S.21). Hierfür noch einen geringeren Betrag eingesetzt, führt zu dem erwähnten Wert.

Der Gütegrad metallgebundener Diamantscheiben kann demnach noch wesentlich gesteigert werden. Wenn auch die Leistungen von Scheiben mit größerer Diamantmenge nur wenig ansteigen, so bleibt doch die Frage nach dem Verhalten während einer 6) Bedeutungsvoll erscheinen die gleichen Untersuchungen hinsichtlich der SchleifmiUelmenge bei Schleifkörpern (klein- und großporige Ausführung), Schleifbändern (Dichte des Belages) usw. 6) 200 mg = 1 Karat.

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längeren Schleifdauer offen; denn es wäre denkbar, daß Scheiben mit größerem Diamantbelag ihre Leistung weniger schnell verlieren. Die Versuche beweisen das Gegenteil (Abb. 42). Die Kennziffer A. in der Gleichung für den zeitlichen Verfall der Schleifleistung a = ao • e- 1/, die dafür bestimmend ist, ändert sich folgendermaßen: A. = 0,061 für 15 mg Diamantmenge 0,062 " 10 mg " 0,058 " 5 mg " 0,053 " 2 mg " 0,051 1 mg " Mit kleinerer Diamantmenge wird also auch A. kleiner. Dies bedeutet, daß Scheiben mit geringerer Diamantauflage ihre ursprüngliche Leistung weniger Absc!JIiffmenge amg/f'Jmin

Abschliff

a

mg 1'0'0 11'0 1'0'0 B

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2'0'0 18'0

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8'0

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/JlomonlmMgc mmg Abb.41

1'0 1.5 Abb.42

ZU

Imin

2J

schnell verlieren. Deshalb empfiehlt es sich ebenfalls, die spezifische Schleifmittelmenge von 0,2 mg/cm 2 einzuhalten. Diese Erscheinung ist dadurch zu erklären, daß bei erhöhter Diamantmenge an einigen Stellen der Scheibenoberfläche Anhäufungen von Kristallen entstehen, wodurch die einzelnen Körner nicht mehr genügend fest eingebettet werden können und eine gegenseitige Zerstörung derselben eintritt. Zusammenfassung 1. Die Leistung einer metallgebundenen Diamantschleifscheibe ist nicht

gleichbleibend, sondern fällt nach einer Exponentialfunktion ab. 2. Trotz des zeitlichen Verfalls der Schleiffähigkeit bleibt ein großer Teil der Diamantmenge erhalten. Durch Umlagern der Kristalle werden neue und scharfe Schneidkanten wieder freigelegt, so daß die vorhandene Diamantmenge weiterhin verwendet werden kann. Der Gütegrad einer Scheibe, d. i. das Verhältnis von AbschIiffmenge zur Schleifmittelmenge, kann dadurch um mehr als das Doppelte gesteigert werden. 3. Die Leistungsfähigkeit einer Scheibe ist von der Härte und der Zähigkeit des Scheibenwerkstoffes abhängig. Am günstigsten verhalten sich Scheiben von großer Härte, die noch genügend zähe sind, um das Diamantkorn festhalten zu können. Scheiben aus hochwertigem Stahl ergeben daher die besten Leistungen.

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4. Beim Einbetten der Splitter in den Metallträger durch Einhämmern oder Einwalzen darf nur ein möglichst geringer Druck ausgeübt werden, da die Leistung einer Scheibe um so geringer ist, je mehr sich der Druck erhöht. 5. Die Schleifleistung steigt mit der Korngröße quadratisch an. 6. Mit Diamantscheiben wird naß geschliffen. Leistungen und Oberflächengüte werden durch die Flüssigkeitsmenge in weiten Grenzen geändert. Die Gesetze über den Einfluß von Druck, Geschwindigkeit und Größe der Werkstückfläche ändern sich daher mit der Flüssigkeitsmenge. Die höchste Schleifleistung liegt weder beim Naßschliff noch beim Trockenschliff, sondern bei einer ganz geringen Benetzung der Scheibenfläche, einem Zustand, der als "halbtrocken" zu bezeichnen ist. 7. Die Leistung einer Scheibe ändert sich mit der aufgetragenen Diamantmenge nach einem Potenzgesetz. Die günstigste Menge liegt bei 0,2 mg/cm 2 • Scheiben mit größerem Diamantbelag verlieren ihre Schleiffähigkeit schneller als solche mit kleineren Diamantmengen.

29

11. Das Smleifen von metaHkeramismen Hartstoffen Das Feinschleifen von mineralischen Hartstoffen kann sowohl mit Sie als auch mit Diamant vorgenommen werden, wobei jedes der beiden Schleifmittel seine besondere Verwendungsform bedingt. Welche bevorzugt wird, hängt vom Werkstoff ab, wie die anfangs durchgeführten Versuche erläutert haben. Wenn nach den bisherigen Erfahrungen eine höhere Leistung der Diamantscheibe unter Voraussetzung gleicher Oberflächengüte gegenüber dem Wälz schleifen mit Sie bei der Bearbeitung von metallkeramischen Hartstoffen zu erwarten war, so mußten doch beide Verfahren überprüft werden, um Vergleichswerte zu erhalten. Es bestätigt sich dabei, daß die metall· gebundenen Diamantscheiben eine weit höhere Leistung erbringen. Die Hartmetalle finden in der Hauptsache als Schnittwerkzeuge Verwendung und müssen infolgedessen über eine scharfe Schneide verfügen; sie darf nicht schartig sein, da von ihrer Güte das Aussehen der Werkstücke und die Lebensdauer der Schneide abhängen. Da sowohl die Schleifleistung wie auch die Oberflächengüte bei den beiden Schleifverfahren stets verschieden sind, so können Vergleichsprüfungen erst durchgeführt werden, wenn sie in einem dieser Punkte übereinstimmen. Da beim Feinschleifen von. Hartmetallwerkzeugen der Feinheitgrad ausschlaggebend ist, so kann eine Gegenüberstellung der Leistungen erst erfolgen, wenn die Schneidkanten die gleiche Oberflächengüte (Schärfe) aufweisen. Bei diesen Prüfungen wurde als zweckmäßigstes Vergleichsgerät das Bus c h - Oberflächenprüfgerät verwendet.

A. Das Schleifen mit losem Sie-Korn Leistung und Oberflächengüte Für das Feinschleifen von Hartmetallen mit losem SiC-Korn ist es praktisch belanglos, die gleichen Untersuchungen wie bei Bergkristall durchzuführen; ebenso ist es zwecklos, sie auf Korund auszudehnen, da die Leistung der Diamantscheibe bei Hartmetall und Korund derart überwiegt, daß eine Verwendung des losen Kornes nicht mehr in Betracht kommt. Die Untersuchungen umfassen daher nur die für eine Gegenüberstellung notwendigen Abschliffmengen. Diejenigen des Hartmetalles Titanit 7), die beim Schleifen mit verschiedenen Si C-Korngrößen anfallen, sind in Abb. 12 mit angegeben; sie verhalten sich ebenso wie die des Korunds, dessen Abhängigkeit durch eine logarithmische Beziehung dargestellt werden kann. Richtlinien für den Feinheitgrad einer Schneide bestehen noch nicht, dazu sind Untersuchungen über die Abhängigkeit von Standzeit und Feinheit der Schneide notwendig. Aus diesem Grunde muß er noch willkürlich gewählt werden. Für die folgenden Untersuchungen wird die in Abb. 43 in 30 facher Vergrößerung gezeigte Schneide als Norm angesehen. 7) Das neue Titanit U stand bei den Versuchen noch nicht zur Verfügung.

30

Die dort gezeigte Ebenheit des Schliffes wurde mit einer SiC-Korngröße von 0,01 mm (Nr.600) erreicht, einer nicht handelsüblichen Körnung. Als Schleifmittelträger diente Gußeisen. Die Abschliffmenge betrug 10 mg unter den gleichen Bedingungen, die auch später beim Diamantschliff vorlagen. Um den Feinheitgrad der mit losem Korn feingeschliffenen Schneide zu veranschaulichen, wird in Abb. 4a (untere Hälfte) die mit einer feinkörnigen, keramisch gebundenen Grünkornscheibe erzeugte Schneide gegenübergestellt. Das mit losem Korn bearbeitete Werkstück weist eine matte Oberfläche auf. Selbstverständlich läßt sich auch eine vollkommen glatte, polierte Fläche

Abb. 43. Obere Hälfte: Hartmetall· schneide mit losem Sic geschliffen (Korngröße 0,01 mm). Untere Hälfte: Hartmetallschneide mit fester Grünkornscheibe geschliffen (Korn 120). 30 X

Abb.44. Obere Hälfte wie Abb. 43 o. H. Untere Hälfte: mit Tripel bearbeitet. 30 X

herstellen, was mit SiC jedoch nur schwer möglich ist. In solchen Fällen zieht man Tripel vor. Die Fläche erhält ein blankes Aussehen, aber die Schneidkante, auf die es besonders ankommt, wird weniger scharf (Abb.44, untere Hälfte). Tripel enthält meist noch feine Sandkörnchen, die bei ihrem Auftreffen kleine Teilchen aus der Schleifkante herausbrechen. Für besonders hohe Ansprüche wird man Diamant ebenfalls als Poliermittel verwenden;seine große Überlegenheit zeigt sich auch hierbei. Der Zeitaufwand für die Herstellung einer Politur beträgt nur einen Bruchteil von dem anderer Schleif- oder Poliermittel.

B. Das Schleifen mit Diamantkorn 1. Vergleich der Leistungen beim Schleifen mit losem

SiC - Kor nun d met a 11 g e b und e n emD i a man t kor n

Bei gleicher Arbeitsgüte erreicht der metallgebundene Diamant etwa die sechsfache Abschliffmenge des lose aufgetragenen SiC-Kornes (Abb. 45). Dabei stellt die Abschliffmenge des Diamanten einen Durchschnittswert dar, der sich erst nach längerem Gebrauch der Scheibe einstellt. Tatsächlich ist die Anfangsleistung etwa doppelt so groß, wobei jedoch die Arbeitsgüte etwas geringer ist, als sie zugrunde gelegt wurde.

31

2. Der z ei t li ehe Ve rl auf der Sc h lei f lei s tun g Besonders auffallend ist beim Schleifen von Bergkristall und Korund die hohe Anfangsleistung einer Diamantscheibe; sie sinkt zwar sehr schnell ab, verändert sich aber dann nur noch wenig; die Kurve für Bergkristall fällt dabei stärker als die von Korund (vgl. Abb. 14). Beim Schleifen von gesinterten und geschmolzenen Hartmetallen verhalten sich die Scheiben verschieden. Die gleiche Scheibe zerspant nur einen Bruchteil der Menge, wie es bei mineralischen Stoffen der Fall ist. Weiterhin fällt die Abschliffmenge nicht sofort steil ab. sondern sie bleibt längere Zeit gleich und läßt dann erst nach (Abb.46). Die Gründe für diesen Verlauf der Schleifleistung liegen in den physikalischen Eigenschaften dieser Stoffe. Beim Schleifen von Korund und Bergkristall dringt das die Einspannung überragende freie Ende des Diamantkornes vollständig in den Werkstoff ein. Auf seinem Schleifwege entfernt es eine seiner Größe entsprechende Stoff;0 AIJSCIJllff'

mmJ a

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Tllani!

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10

J Abb. 45. Sehleifleismug von BiO-Schliff und Diamantsehliff

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Abb. 46. Zeitlicher Verlauf der Schleifleistung

menge und erzeugt gleichzeitig jene Sprungstruktur, die das Gefüge auflockert; auch werden solche Teile abgesplittert, die nicht unmittelbar von der Kornspitze berührt werden. Infolgedessen ist die abgenommene Spanmenge verhältnismäßig groß. Bei Hartmetallen dringt die Schneidkante wegen des höheren Widerstandes nicht in den Werkstoff vollständig ein, so daß sie nur mit einem Teil der verfügbaren Schneidfläche wirkt. Ein Abfall der Leistung kann daher erst eintreten, wenn die Diamantkörner so tief in der Scheibe sitzen, daß der Schleifdruck teilweise von der Metallfläche und nicht mehr vollständig von den Kornspitzen aufgenommen wird. Bezüglich der Abschliffmengen von Hartmetallen verschiedener Herkunft treten erhebliche Unterschiede auf (Abb. 46). Die wegen der verschiedenen spezifischen Gewichte notwendige Umrechnung der abgeschliffenen Gewichtsmengen auf den Rauminhalt ergibt für Titanit eine bedeutend größere Spanmenge gegenüber Widia Hund N, von denen wiederum diejenige von N größer ist. Titanit erweist sich spröder, so daß es von den winzigen Diamantkörnern besser zerspant werden kann. Zwischen Titanit und Widia erkennt man die gleichen Merkmale wie zwischen Korund und Bergkristall. Bei Titanit werden nicht nur die unmittelbar vor der Schneide liegenden Teile abgetrennt, sondern auch benach32

barte, wenn auch nicht in dem Maße wie bei Korund. Die photographische Wiedergabe (Abb. 47) hebt die körnige Oberfläche von Titanit gegenüber der riefenmäßigen von Widia deutlich hervor. Die Einbeziehung von Akrit in die Versuchsreihe kann zu der Annahme eines Zusammenhanges zwischen Härte und Abschliffmenge verleiten. Mit größerer Wahrscheinlichkeit läßt sich jedoch die Spanmenge in Beziehung zur Zähigkeit setzen; je kleiner sie ist, um so mehr Stoff kann entfernt werden, da Sprödigkeit hier die Zerspanung begünstigt. Je tiefer die Elastizitätsgrenze eines Werkstoffes liegt, d. h. je schneller sie überschritten werden kann, um so größer wird die Spanausbeute sein. Infolgedessen darf die Zähigkeit des Werkstoffes bei Verwendung von feinkörnigen Diamantscheiben eine bestimmte Grenze nicht überschreiten, um überhaupt eine Abnahme vornehmen zu können. 3. Ein f I u ß der Sc h I e if f I ü s s i g k e i t Es wurde schon angedeutet, daß der Schleifflüssigkeit weniger die Aufgabe zufällt. das Werkstück zu kühlen - denn die Erwärmung beim Schleifen mit Diamantscheiben ist nur gering -, sondern die Leistung durch Beseitigung des anfallenden Staubes zu erhöhen oder die Arbeitsgüte der Scheibe zu steigern, indem sie die Angriffsfähigkeit der Diaman.tkristalle etwas abschwächt. Bei Trocken-

Abb. 48. Hartmetallschneiden mit verschiedener DIamantkörnung geschliffen. Obere Hälfte: Korngröße ungefähr 0,007 mm. Untere Hälfte: Korngröße 0,007-0,07 mm. 50 X

Abb.47. Mit Diamant geschliffene Hart>metallllächell. Obere HlUfte: Titanit. Unt·ere Hälfte: Wldia. 50 X

Abb. 49. Hartmetallschneiden mit verschiedener Diamantkörnung geSChliffen. Obere Hälfte: Korngröße 0,07-0,15mm. Untere Hälfte: Korngröße O,15-0,2mm. 50 X

schliff treffen sie mit ihrer vollen Schleifkraft auf das Werkstück auf und brechen Teilchen aus der feinen Schneide heraus, die mitgerissen werden und selbst wieder Riefen in der geschliffenen Fläche hinterlassen, Andererseits darf die Flüssigkeitsmenge über ein bestimmtes Maß nicht hinausgehen, da sonst die Spanmengen zu gering werden. Am stärksten wirkt sich der Einfluß der Schleifflüssigkeit bei Änderung der Werkstückfläche aus (vgl. Abb. 38), Bei größeren Flächen, die bei Hart3

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metallwerkzeugen häufig vorkommen, muß der Zulauf der Flüssigkeit auf das äußerste beschränkt werden. Wird jedoch nur eine schmale Fase an der Schnittkante angeschliffen, so entsteht anstatt der Flächen- eine Linienberührung. In diesem Falle ist ein möglichst starkes Flüssigkeitspolster erwünscht, so daß man an Stelle von Wasser, das dann nicht mehr genügt, Öl verwenden muß. Ebenso wird man zu diesem Mittel greifen, wenn eine gegebene Scheibe noch feiner schleifen soll. 4. Aus w a h I der Kor n g r ö ß e Da die Arbeitsgüte einer metallgebundenen Diamantschleifscheibe im Gebrauch ständig besser wird, gibt es für die Auswahl der Körnung nur eine obere Grenze, die den Ansprüchen, die an die Feinheit der Schneidkante gestellt werden, genügen muß. Diese Grenze liegt nicht fest und wird den Anforderungen der einzelnen Betriebe entsprechend verschieden sein müssen. Infogedessen ist es auch ungewiß, welche Korngröße sich in jedem Falle am günstigsten verhält. Die Abb. 48 und 49 können daher nur richtunggebend sein; sie stellen Hartmetallschneiden dar, die mit den Korngrößen 0-0,007; 0,007.-0,07; 0,07-0,15; 0,15-0,2 mm geschliffen wurden. Früher wurde bereits darauf hingewiesen, daß die Körnung für die Feinheit einer geschliffenen Fläche nicht allein bestimmend ist und daß sie durch den Einwalz druck und den Werkstoff des Diamantträgers noch beeinflußt werden kann. 5. Die B e d e u tun g der S chi e i f m i tt e I m eng e Die Gesamtleistung einer diamantbelegten Scheibe ist theoretisch unendlich groß, da die Schleiffähigkeit nach einer Exponentialfunktion verläuft. Wie weit man sie praktisch ausnutzt, richtet sich danach, ob mehr Wert auf eine Stoffabtragung oder einen hohen Feinheitgrad gelegt wird. Da der Diamantschliff zur Verfeinerung der grob vorgeschliffenen Werkzeugschneide dienen soll, so ist ein bestimmtes, wenn auch geringes Maß an Schleifkraft stets notwendig. Wird es unterschritten, so muß die Scheibe neu hergerichtet werden. Auf Grund des zeitlichen Verlaufes der Schleifleistung bei Widia N kann man die bis zu diesem Punkte abgenommene Gesamtspanmenge bei einer Scheibenfläche von 45 cm2 mit 4 g annehmen 8). Auf wieviel Schneiden sich diese Menge verteilen wird, ist von der Größe der zu schleifenden Werkzeugflächen abhängig. Die abzunehmende Spanmenge bei einer Schneide wird im höchsten Falle nur einige Milligramm betragen, da man nicht immer die Gesamtflächen, sondern nur einen kleinen Teil (Fase) nachschleifen wird. Die überlegene Schleifkraft des Diamanten drückt sich zahlenmäßig in dem Verhältnis von Schleifmittel- und Abschliffmenge aus. Nach den Untersuchungen über den Einfluß der Schleifmittelmenge (vgl. S. 26) j,