Die Erfindung betrifft einen wie im Anspruch 1 definierten metallischen Binder, der bei höheren Temperaturen verarbeitet wird, wobei die mechanischen Eigenschaften wie die Härte der Füllstoffe, die im Binder benutzt werden, erhalten bleiben. Die Erfindung betrifft Schleifwerkzeuge, die aus dem metallischen Binder hergestellt werden.

Metallisch gebundene, diamantene abrasive Schleifräder werden zum Schleifen von Glaskanten benutzt. Diese Räder enthalten typischerweise ein metallisch gebundenes, diamantenes Schleifmittel, das an einen metallischen Kern angebracht ist. Um ein Rad herzustellen, wird das metallisch gebundene, diamantene Schleifmittel durch ein Heiß-Press- oder Heiß-Präge- Verfahren an den metallischen Kern gebunden.

Der metallische Binder, der das diamantene Schleifmittel enthält, umfasst in der Regel eine Kombination verschiedener Metalle und einen stählernen Füllstoff. Die Zusammensetzungen der metallischen Binder sollten dahingehend ausgewählt werden, dass sowohl die Schnitteffizienz als auch die Lebensdauer des Rades optimiert werden. Um die Lebensdauer des Rades zu erhöhen, enthält der Binder bevorzugt Füllstoffe mit einer hohen Härte und einen Binder, der geringe oder keine Porosität nach der Verarbeitung aufweist. Um die Schnitteffizienz zu verbessern, die als die Rate gemessen wird, bei der eine bestimmte Länge eines Glasrandes geschliffen werden kann, enthält der Binder bevorzugt bestimmte Hartphasen, wie z. B. eine Kupfer-Titanium-Phase. Diese ermöglichen dem Binder haltbar zu sein und dennoch perio disch zu brechen, um auf diese Weise die Fähigkeit des Binders zu verbessern, stumpfe und verbrauchte Schleifmittel freizusetzen, was die Schleifrate oder die Schnitteffizienz erhöht.

Die stählernen Füllstoffe, die typischerweise für Schleifräder benutzt werden, sind Legierungsstähle. Diese Füllmittel führen zu Rädern, die nicht gleichzeitig eine optimierte Schnitteffizienz und eine optimierte Lebensdauer des Rades aufweisen. Dies ist darin begründet, dass diese Legierungsstähle eine Härte zwischen 300-700 kg/mm² vor der Verarbeitung aufweisen, die sinkt, wenn die metallisch gebundenen, diamantenen Schleifmittel, denen die Füllmittel zugesetzt werden, bei den höheren Temperaturen, die für die Eliminierung der Porosität aus dem fertigen Produkt benötigt werden, heiß verpresst werden. Wenn die metallisch gebundenen, diamantenen Schleifmittel bei den geringeren Temperaturen, die benötigt werden, um die Härte der stählernen Füllmittel aufrecht zu erhalten, heiß verpresst werden, wird wiederum die Porosität im fertigen Produkt nicht entfernt. Bei niedrigeren Temperaturen kann die Porosität nur entfernt werden, indem höhere Drücke während des Heiß-Pressens verwendet werden, was zu einer verringerten Lebensdauer der Graphit-Heiß-Press-Formen und entsprechend höheren Verarbeitungskosten führt.

Ein weiterer Nachteil der Verarbeitung von metallisch gebundenen, diamantenen Schleifmittel bei niedrigeren Temperaturen ist die Abwesenheit von bestimmten zerbrechlichen Phasen in dem Binder, so wie z. B. die Kupfer-Titanium-Phase, die es dem Binder erlauben, periodisch zu brechen und dadurch die Fähigkeit des Binders verbessern, stumpfe oder abgenutzte Schleifmittel freizusetzen. Diese Phase tendiert dazu, sich nur bei höheren Temperaturen zu bilden und tritt nicht auf bzw. in geringeren Konzentrationen bei diesen Temperaturen, was die Schnitteffizienz vermindert.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, einen metallischen Binder herzustellen, der in ein Rad inkorporiert werden kann und sowohl zu einer verbesserten Lebensdauer des Rades als auch zu einer verbesserten Schnitteffizienz führt.

Die vorliegende Erfindung betrifft einen metallischen Binder umfassend einen Füllstoff und Metalle, wobei die Vickers-Härte des Füllstoffs nach mindestens 10-minütigem Brennen des Binders bei einer Temperatur oberhalb von 700ºC oberhalb von 300 kg/mm² bleibt. Die vorliegende Erfindung betrifft ebenfalls ein Schleifwerkzeug umfassend einen Metallkern; eine Schleifmittelzusammensetzung umfassend Diamant und den oben erwähnten, metallischen Binder, gebunden an einen Metallkern.

Die vorliegende Erfindung betrifft einen metallischen Binder umfassend einen Füllstoff. Der metallische Binder umfassend den Füllstoff kann zusätzlich Kupfer, Titan, Silber und Tungstencarbid enthalten. Der Füllstoff ist bevorzugterweise ein Füllstoff mit einer Vickers- Härte von ca. 300 kg/mm² bis ca. 800 kg/mm² vor Brennen des Binders, besonders bevorzugt von ca. 300 kg/mm² bis ca. 700 kg/mm² vor Brennen des Binders und am meisten bevorzugt von ca. 300 kg/mm² bis ca. 600 kg/mm² vor Brennen des Binders.

Die Verwendung des Füllstoffs im metallischen Binder ist einzigartig, weil der Füllstoff seine Vickers-Härte im metallischen Binder bevorzugt oberhalb von 300 kg/mm², wenn bei einer Temperatur oberhalb von 700ºC für mindestens ca. 10 Minuten gebrannt wird, besonders bevorzugt oberhalb von 300 kg/mm², wenn bei einer Temperatur oberhalb von 750ºC für mindestens ca. 10 Minuten gebrannt wird, und am meisten bevorzugt oberhalb von 300 kg/mm² behält, wenn bei einer Temperatur oberhalb von 800ºC für mindestens ca. 10 Minuten gebrannt wird.

Bei dem Füllstoff kann es sich um Keramik, Metall oder Kombinationen davon handeln. Bevorzugt handelt es sich bei dem Füllstoff um Stahl. Der stählerne Füllstoff wird bevorzugt reduziert, indem der Stahl einer erhöhten Temperatur und einer reduzierenden Atmosphäre ausgesetzt wird. Bei dem stählernen Füller handelt es sich in einer besonders bevorzugteren Ausführungsform um T-15 Stahl mit einer Zusammensetzung von ca. 5,1 Gew.-% Co, 4,1 Gew.-% Cr, 4,9 Gew.-% V, 12,2 Gew.-% W, 0,34 Gew.-% Mn, 0,24 Gew.-% Si, 1,43 Gew.-% C, 0,02 Gew.-% S, wobei es sich bei den verbleibenden Gew.-% um Fe handelt. Die Verwendung von T-15 Stahl in einer Carbid-Makro-Zusammensetzung wird durch WO-A-92 148 53 offenbart.

Der Füllstoff beträgt bevorzugt ca. 10 - ca. 70 Vol.-% des gesamten metallischen Binders, besonders bevorzugt von ca. 20 - ca. 60 Vol.-% des gesamten metallischen Binders, und am meisten bevorzugt von ca. 30 - ca. 55 Vol.-% des gesamten metallischen Binders. Die durchschnittliche Partikelgröße des Füllstoffs beträgt bevorzugt von ca. 1 - ca. 400 um (Mikrons), besonders bevorzugt von ca. 10 - ca. 180 um (Mikrons), und am meisten bevorzugt von ca. 20 - ca. 120 um (Mikrons).

Der Binder kann darüber hinaus Kupfer und Silber umfassen. Bevorzugt umfasst der Binder zusätzlich zu dem Füllstoff von ca. 20 - ca. 52 Vol.-% Silber und von ca. 1 - ca. 14 Vol.-% Kupfer, besonders bevorzugt von ca. 20 - ca. 45 Vol.-% Silber und von ca. 5 - ca. 12,5 Vol.-% Kupfer, und am meisten bevorzugt von ca. 21 - ca. 41 Volumen % Silber und von ca. 8 - 11,5 Vol.-% Kupfer in Bezug auf die gesamte Binder-Zusammensetzung, wobei die gesamte Binder-Zusammensetzung sich aus den Füllstoffen, Metallen und anderen Zusätzen im Binder ergibt. Bevorzugt kann der Binder darüber hinaus Titan und Tungstencarbid enthalten. Besonders bevorzugt umfasst der Binder von ca. 5 - ca. 50 Vol.-% Titanium und von ca. 0,5 - ca. 25 Vol.-% Tungstencarbid, und am meisten bevorzugt von ca. 5 - ca. 30 Vol.-% Titan und von ca. 5 - ca. 20 Vol.-% Tungstencarbid. Nach dem Brennen enthält der Binder bevorzugt von ca. 2 - ca. 60 Vol.-% einer Kupfer-Titan-Phase, besonders bevorzugt von ca. 2 - ca. 50 Vol.-% einer Kupfer-Titan-Phase und am meisten bevorzugt von ca. 5 - ca. 35 Vol.-% einer Kupfer-Titan-Phase.

Der Binder wird für die Herstellung von Schleifwerkzeugen benutzt. Die Schleifwerkzeuge umfassen einen Metallkern und eine Schleifmittelzusammensetzung, umfassend ein Schleifmittel und den oben beschriebenen, metallischen Binder, die an den Metallkern, gebunden ist. Die Form des benutzten Metallkerns bestimmt sich nach der Funktion, die er ausüben soll. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Schleifwerkzeug z. B. ein Kantenschleifrad zum Glaskantenschleifen. Der Metallkern (2) weist eine Ringform auf, der äußere Umfang (3) des Metallkerns ist der Platz, an dem die Schleifmittelzusammensetzung (4) montiert wird. Der Metallkern kann durch dem Fachmann bekannte Verfahren, wie z. B. Schmieden, maschinelle Bearbeitung und Gießformen geformt werden.

Die Schleifmittelzusammensetzung (4) ist eine Mischung eines Schleifmittels und eines metallischen Binders, wie oben beschrieben. Bevorzugt beträgt das Schleifmittel von ca. 5- 50 Vol.-% der gesamten Schleifmittelzusammensetzung, besonders bevorzugt von ca. 5 - ca. 35 Vol.-% der gesamten Schleifmittelzusammensetzung und am meisten bevorzugt von ca. 5 - ca. 20 Vol.-% der gesamten Schleifmittelzusammensetzung. Die Schleifmittel, die benutzt werden können, beinhalten z. B. Diamant, kubisches Boronnitrid, Sol-Gel-Aluminiumoxide, fusionierte Aluminiumoxide, Silikoncarbid, Feuerstein, Granat und Blasen-Aluminiumoxide. Die Schleifwerkzeuge enthalten bevorzugt ein oder mehrere dieser Schleifmittel. Das bevorzugte Schleifmittel ist Diamant. Die Schleifkorngröße hängt von der Funktion oder der Benutzung des Schleifwerkzeugs ab und Schleifwerkzeuge mit mehr als einer Schleifkorngröße können manchmal wünschenswert sein. Der oben beschriebene Binder macht bevorzugt von ca. 50 - ca. 95 Vol.-% der gesamten Schleifmittelzusammensetzung, besonders bevorzugt von ca. 65 - ca. 95 Vol.-% der gesamten Schleifmittelzusammensetzung und am meisten bevorzugt von ca. 80 - ca. 95 Vol.-% der gesamten Schleifmittelzusammensetzung aus.

Die Schleifmittelzusammensetzung wird durch dem Fachmann bekannte, konventionelle Mischungstechniken gemischt. Die Mischung der Schleifmittelzusammensetzung wird dann an den Metallkern durch Verfahren, die dem Fachmann bekannt sind, gebunden. Bevorzugt wird die Schleifmittelzusammensetzung zusammen mit dem Metallkern heiß verpresst, um die Schleifmittelzusammensetzung unter Druck an den Metallkern zu sintern, was sowohl zur Ausbildung einer chemischen als auch einer mechanischen Bindung zwischen dem Kern und der Schleifmittelzusammensetzung führt. Bevorzugt wird das Rad bei Temperaturen oberhalb von ca. 700ºC, besonders bevorzugt bei Temperaturen oberhalb von ca. 750ºC und am meisten bevorzugt bei Temperaturen oberhalb von ca. 800ºC heiß verpresst. Bevorzugt wird das Rad bei Drücken unterhalb von ca. 562 kg/cm² (4 t pro Inch2), besonders bevorzugt bei Drücken unterhalb von ca. 492 kg/cm² (3,5 t pro Inch2), und am meisten bevorzugt bei Drücken unterhalb von ca. 422 kg/cm² (3 t pro Inch2) heiß verpresst.

Die vorliegende Erfindung enthält darüber hinaus ein Verfahren zur Benutzung eines Schleifwerkzeugs zum Schleifen von Glas. Das Verfahren umfasst den Schritt des Schleifens einer Kante eines Stück Glas mit einem Schleifwerkzeug umfassend einen Metallkern, eine Schleifmittelzusammensetzung umfassend Diamant und einen metallischen Binder, die an einen Metallkern gebunden sind, wobei der metallische Binder einen Füllstoff mit einer Vickers- Härte von ca. 300 kg/mm² bis ca. 800 kg/mm2 umfasst, wobei die Vickers-Härte des Füllstoffs nach mindestens ca. 10-minütigem Brennen des Binders bei einer Temperatur oberhalb von 700ºC oberhalb von ca. 300 kg pro mm² bleibt.

Bevorzugt ist das Stück Glas ein flaches Glas und das Glas wird nach einem Verfahren geschliffen, das dem Fachmann bekannt ist. Bevorzugt ist der Rand ca. 0,102 - ca. 1,270 cm (0,040-0,500 Inch) dick, besonders bevorzugt ca. 0,102 - ca. 0,813 cm (0,040-0,320 Inch) dick und am meisten bevorzugt ca. 0,102 - ca. 0,635 cm (0,040-0,250 Inch) dick. Bevorzugt wird die Glaskante bei Übertragungsgeschwindigkeiten von ca. 8,9 cm/Sekunde (3,5 Inch/sec), besonders bevorzugt bei Übertragungsgeschwindigkeiten von ca. 11,4 cm/Sekunde (4,5 Inch/sec) und am meisten bevorzugt bei Übertragungsgeschwindigkeiten von ca. 14 cm/Sekunde (5,5 Inch/sec) geschliffen. Damit Fachleute die Ausführung der vorliegenden Erfindung besser verstehen, werden die folgenden Beispiele bereitgestellt. Diese sollen die Erfindung verdeutlichen und sind keineswegs eingrenzend zu deuten. Zusätzliche Hintergrundinformationen, die im Stand der Technik bekannt sind, können in den hier zitierten Referenzen und Patenten gefunden werden, die hiermit ausdrücklich als Referenzen eingefügt werden.

Es wurde ein metallisch gebundenes, diamantenes Glasschleifrad mit Dimensionen von 25,5 cm (10,040 Inch) · 1,57 cm (0,620 Inch) · 19,13 cm (7,530 Inch) hergestellt. Kommerziell erhältliches T-15 Stahlpulver wurde von einem Anbieter bezogen. Das T-15 Stahlpulver wurde durch ein 30/40 U.S.-Maschinensieb gesiebt, um Schnipsel im Stahl zu entfernen. Das T-15 Stahlpulver wurde dann in einem Ofen bei 200ºC für 6 Stunden in einer kontrollierten Wasserstoff- und Stickstoff-Atmosphäre reduziert. T-15 Stahlpulver wurde dann mit den anderen in Tabelle 1 angegebenen Komponenten gemischt.

Inhaltsstoffe Gewicht (Gramm)

T-15 Stahl (30-80 um) (Mikrons) 114,0

TiH&sub2; (1-3 um) (Mikrons) 31,1

WC (3,5-3,8 um) (Mikrons) 40,7

Silber (1 um) (Mikrons) 87,7

Kupfer (30 um) (Mikrons) 33,9

Die Binder-Mischung wurde dann durch ein 16//18 U.S.-Maschinensieb gesiebt, um jegliche Zusammenklumpungen aufzubrechen. Der Binder wurde dann mit 16,5 g diamantenem Schleifmittel der Schleifkorngröße 180 gemischt und für ca. 5 Minuten in einem Turbula Orbital Mischer von Bachofen durchmischt.

Eine Vorform und ein Stahlkern wurden mit einer Entfettungs-Lösung entfettet, um Dreck und Öl, die die Bindung zwischen dem Stahlkern und der Schleifmittelzusammensetzung behindern könnten, zu entfernen. Nach dem Trocknen der Vorform und des Kerns wurde die Schleifmittelzusammensetzung (Diamant-metallischer Binder-Mischung) in die Ausformung geschüttet und geebnet. Ein Stahlring wurde oben auf die Ausformung aufgesetzt und ein Druck von 2.722 kg (3 t) aufgebracht. Die zusammengesetzte Gussform wurde dann in einer Heiß-Presse plaziert und ein Druck von 4.536 kg (5 t) wurde aufgebracht. Die Temperatur der Heiß-Presse wurde dann auf 820ºC erhöht. Als die Temperatur der Gussform 770ºC erreichte, wurde der gesamte Heiß-Press-Druck von 12.701 kg (28 t) aufgebracht, während die Temperatur weiter stieg.

Die zusammengesetzte Gussform wurde anschließend bei Raumtemperatur luftgekühlt. Die zusammengesetzte Gussform wurde auseinandergenommen und das Rad maschinell auf seine endgültigen Größenordnungen gebracht. Dies umfasste die maschinelle Bearbeitung der Seiten, die Anpassung des inneren Durchmessers, die Anpassung und das Abschleifen des äußeren Durchmesser und das Schleifen einer Furche mit einem bestimmten Radius und einer bestimmten Tiefe für das Randschleifen.

Die gemäß dem Verfahren im Beispiel 1 produzierten Testräder wurden mit einem Konkurrenzprodukt, dem Zurite-X10L -Rad, verglichen, das durch die Universal Superabrasives, Inc., Chicago, Illinois, hergestellt wurde und einen Legierungsstahl enthält. Sowohl die Räder, die in Beispiel 1 beschrieben wurden, als auch die Konkurrenzräder wurden auf einer Glaskantenschleifmaschine von Sun Tool, Houston, Texas, getestet. Die Räder wiesen einen Durchmesser von 10 Inch auf. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt:

Dieses Beispiel zeigt, dass der T-15 Stahl sowohl die Radlebensdauer als auch die Schnitteffizienz steigert.

Die nach dem in Beispiel 1 beschriebenem Verfahren hergestellten Testräder wurden mit einem Konkurrenz-Rad, dem Zurit-X10 von Universal Superabrasives, Inc., Chicago, Illinois, das einen Legierungsstahl enthält, verglichen. Sowohl die im Beispiel 1 beschriebenen Räder als auch die Konkurrenz-Räder wurden auf einer Glaskantenschleifmaschine von Technoglass, Deutschland, getestet. Die getesteten Räder wiesen einen Durchmesser von 25,4 cm (10 Inch) auf. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 gezeigt:

Dieses Beispiel zeigt, dass der T-15 Stahl sowohl die Gesamt-Rad Lebensdauer als auch die Schnitteffizienz erhöht.

Es ist klar, dass verschiedene andere Modifikationen für den Fachmann offensichtlich sind und leicht durch ihn ausgeführt werden können, ohne dass er vom Umfang und dem Wesen der vorliegenden Erfindung abweicht. Entsprechend ist es nicht beabsichtigt, dass der Umfang der beigefügten Ansprüche auf die oben dargestellte Beschreibung beschränkt ist. Vielmehr sind die Ansprüche so auszulegen, dass sie alle patentfähigen neuen Eigenschaften der vorliegenden Erfindung umfassen, wobei dies alle Merkmale beinhaltet, die als Äquivalente der Erfindung vom Fachmann auf dem technischen Gebiet, auf das sich die Erfindung bezieht, verstanden werden.