Diese Anmeldung ist eine „Continuation-in part" der U.S. Patentanmeldung Nr. 10/120,969, angemeldet am 11. April 2002.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Walzenschleifverfahren und auf Schleifmittelwerkzeuge, die für das Schleifen von Walzen verwendet werden.

Das Walzenschleifen ist ein zylindrisches Schleifverfahren, wobei eine gebundene Schleifscheibe die Oberfläche einer Walzwerkswalze schleift und glättet. Eine Walzwerkswalze ist ein große (z.B. 7 Fuß in der Länge und 2 Fuß im Durchmesser) Metallwalze, typischerweise hergestellt aus geschmiedetem Stahl, entworfen für die Verwendung in der Endbearbeitung der Oberfläche von Metallblechen. Beim Schleifen der Oberfläche der Walzwerkswalze muß die Schleifscheibe auf der Walze ein gleichmäßiges, glattes Oberflächen-Finish erzeugen. Jedwelche Mängel, wie Schleifmuster, Vorschubmarkierungen, zufällige Oberflächenfehler, Rillen und ähnliches, die auf der Walzenoberfläche während des Schleifverfahrens gebildet wurden, werden auf die Metallbleche, die mit der Walze bearbeitet werden, übertragen.

Bei nicht stabilen Schleifsystemen verursachen die Schleifbedingungen mit der Zeit eine Zunahme der Schwingungsamplitude zwischen der Schleifscheibe und dem Werkstück. Dies hat eine Reihe von Wellenformen zur Folge, die auf den Oberflächen der Schleifscheibe und des Werkstücks entstehen und sich entlang dieser aufbauen. Dieser Prozeß wird als regeneratives oder selbst-erregtes Rattern bezeichnet und wird mit gewissen Fehlern auf der Oberfläche von Walzwerkswalzen assoziiert, die nach dem Schleifen auftreten (Rattermarken). Anwender des Walzenschleifverfahrens wollen ratterbeständige Scheiben, die die Fähigkeit haben in einer runden Form zu bleiben und ihren elastischen Charakter zu behalten, während das Schleifen vorangeht und die Scheibe verbraucht wird. Schleifvibrations-Modelle wurden entwickelt (Inasaki I., Grinding Chatter – Origin and Surpression, CIRP Proceedings, 2001) um die Beziehung zwischen Scheibeneigensachaften (abnehmende Kontakthärte, erhöhte Dämpfung) und der Unterdrückung von selbsterregtem Rattern zu erklären.

Die Walzenschleifindustrie verwendet typischerweise schellackgebundene Schleifscheiben um Schäden an den Walzen während des Schleifens zu minimieren. In Schleifscheiben für Walzen sind Schellack-Harz-Bindungen für ihr relativ niedriges Elastizitätsmodul (z.B. 1,3 GPa gegenüber 5–7 GPa Phenol-Harz-Bindungen) bevorzugt. Unter den organischen Bindungen, die in der kommerziellen Herstellung von Schleifscheiben verwendet werden, sind phenolische Bindungen wegen der Stärke, Kosten Verfügbarkeit und aus Herstellungsüberlegungen bevorzugt. Im Gegensatz dazu sind die Schellack-Harze, natürliche Materialien, gesammelt von Insekten, relativ teuer und inkonsistent in Zusammensetzung und Qualität sowie schwieriger in der Schleifscheibenherstellung zu verwenden. Unter den verschiedenen Arten von organisch gebundenen Schleifscheiben sind die schellackgebundenen Scheiben durch eine relativ geringe mechanische Festigkeit charakterisiert, gekennzeichnet durch eine relativ niedrige „Berstgeschwindigkeit" (die Drehgeschwindigkeit bei der die Zentrifugalkraft das auseinanderfliegen der Scheibe verursacht) und durch eine verkürzte Lebenszeit der Scheibe. Beim Walzenschleifen sind Schellackscheiben auf eine niedrigere Scheiben-Drehgeschwindigkeiten (z.B. 4000–8000 sfpm) und eine kürzere Lebenszeit der Scheibe begrenzt. Die Bedienung der Schellackscheibe ist beschwerlich, da sie die häufige Einstellung der Scheibengeschwindigkeit, der Einsteckvorschubrate und anderer Parameter erfordert, um Rattern zu vermeiden, während der Scheibendurchmesser durch Abnutzung der Scheibe und Änderung der Schwingungsamplitude reduziert wird.

Als eine Alternative zu Schellackscheiben wurde in U.S. Patent Nr. A-5,104,424 eine Kombination aus Siliziumcarbid und gesinterten Sol-Gel-Aluminiumoxidkörnern in einer Bindungsscheibe mit hohem Elastizitätsmodul-Wert vorgeschlagen, um die Form der Walzenoberfläche während des Schleifens zu kontrollieren. Dieser Wekzeugentwurf war kommerziell nicht nützlich.

Somit bleibt in der Industrie die Notwendigkeit bestehen bessere Schleifwerkzeuge und Schleifverfahren, die geeignet sind für die Herstellung und Generalüberholung von Walzwerkswalzen, mit einem qualitativ hochwertigem Oberflächen-Finish, das bei effektiven Betriebskosten erhalten wird, bereitzustellen.

Es wurde entdeckt, daß einzigartige Schleifscheiben hergestellt aus gängigen Schleifwerkzeug-Komponenten, wie Phenolharz-Bindung und konventionellem Aluminiumoxidkorn, bevorzugt solches, das mit ausgesuchten Bindematerialien agglomeriert wurde, verwendet werden können, um effizientere Walzenschleifverfahren als die Besten, aus dem Stand der Technik bekannten, kommerziellen Walzenschleifverfahren zu erhalten.

Die Erfindung ist ein Verfahren zum Schleifen von Walzwerkswalzen, umfassend die Schritte:

• a) Bereitstellung einer ausgewählten Schleifscheibe;
• b) Anbringen der Scheibe auf einer Walzenschleifmaschine;
• c) In-Kontakt-Bringen der Scheibe mit einer rotierenden Walzwerkswalze, die eine zylindrische Oberfläche aufweist;
• d) Führen der Scheibe über die Oberfläche der Walzwerkswalze, wobei kontinuierlich Kontakt mit der Oberfläche der Walzwerkswalze gehalten wird; und
• e) Schleifen der Oberfläche der Walzwerkswalze bis zu einem Wert der Oberflächengüte von 10 bis 50 Ra, wobei die Oberfläche im Wesentlichen frei von Vorschubmarkierungen, Rattermarken und Oberflächenunregelmäßigkeiten bleibt.

In einem alternativen erfindungsgemäßen Verfahren zum Schleifen von Walzwerkswalzen, umfaßt das Verfahren zum Schleifen von Walzwerkswalzen die Schritte:

• a) Bereitstellung einer ausgewählten Schleifscheibe;
• b) Anbringen der Scheibe auf einer Walzenschleifmaschine und drehen der Scheibe;
• c) In-Kontakt-Bringen der Scheibe mit einer rotierenden Walzwerkswalze, die eine zylindrische Oberfläche aufweist;
• d) Führen der Scheibe über die Oberfläche der Walzwerkswalze, wobei kontinuierlich Kontakt mit der Oberfläche der Walzwerkswalze gehalten wird; und
• e) Schleifen der Oberfläche der Walzwerkswalze; und
• f) Wiederholen der Schritte c) bis e); wobei die Scheibe im Wesentlichen frei bleibt von Rattern während die Scheibe durch die Schleifschritte verbraucht wird.

Die in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendbaren, gegenüber Rattern resistenten Schleifscheiben können ausgewählt werden aus:

• (a) Scheiben umfassend Schleifkorn, Phenolharz-Bindung, 36 bis 54 Vol.% Porosität, eine maximale Dichte nach Aushärtung von 2.0 g/cm³ und eine Berstgeschwindigkeit von mindestens 6000 sfpm;
• (b) Scheiben umfassend mindestens 20 Vol.% Schleifkornagglomerat, organische Harz-Bindung und 38 bis 54 Vol.% Porosität; und
• (c) Scheiben umfassend 22 bis 40 Vol.% Schleifkorn und 36 bis 54 Vol.% Porosität gebunden in einer organischen Harz-Bindung, und einem maximalen Elastizitätsmodul-Wert von 12 GPa und einer minimalen Berstgeschwindigkeit von 6000 sfpm.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Schleifen von Walzwerkswalzen ist ein zylindrisches Verfahren, das mit ausgewählten organisch gebundenen Schleifscheiben durchgeführt wird, die eine ungewöhnliche Scheibenstruktur und physikalische Eigenschaften haben. Diese Scheiben erlauben eine schnellere und viel effizientere Oberflächen-Endbearbeitung von Walzwerkswalzen als es mit Schleifverfahren aus dem Stand der Technik, die konventionelle Schleifscheiben verwenden, möglich war. In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird das Walzenschleifen ohne meßbare Ratterschäden der Scheibe während der Lebenszeit der ausgewählten Schleifscheibe durchgeführt.

In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine ausgewählte Schleifscheibe auf eine Welle der Walzenschleifmaschine angebracht und bevorzugt bei einer Geschwindigkeit von etwa 4000 bis 9500 sfpm, weiter bevorzugt bei 6000 bis 8500 sfpm, gedreht. Wird die ausgewählte Schleifscheibe durch Scheiben aus dem Stand der Technik (z.B. schellackgebundene Scheiben) ersetzt, erlaubt dieses Verfahren den Betrieb ohne Rattern, bei einer höheren Scheibendrehgeschwindigkeit als bei den Geschwindigkeiten, die gehalten werden, um Rattern in den Verfahren aus dem Stand der Technik zu vermeiden (z.B. 4000 bis 7000 sfpm). Das gegenüber Rattern resistente Verfahren kann bei jedweder Geschwindigkeit, die für den Betrieb der bestimmten Walzenschleifmaschinen spezifiziert ist, durchgeführt werden sofern die Geschwindigkeit die Sicherheitsbestimmungen der ausgewählten Scheiben nicht übersteigt (insbesondere die Geschwindigkeitsgrenzen für das Bersten der Scheibe).

Geeignete Walzenschleifmaschinen sind von Herkules, Meuselwitz, Deutschland, Waldrich Siegen, Burbach, Deutschland und Pomini (Techint Company), Mailand, Italien und von verschiedenen anderen Gerätehersteller, die die Walzenschleifindustrie mit Geräten beliefert, erhältlich.

Nachdem die rotierende Scheibe mit einer rotierenden Walze in Kontakt gebracht wird (bei z.B. 20 bis 40 sfpm), wird die Scheibe allmählich über die Oberfläche der rotierenden Walze geführt, um Material von der Oberfläche der Walze zu entfernen und hinterläßt eine feines, glattes Oberflächen-Finish auf der Walze. Das Führen über die Walze erfolgt mit einer Geschwindigkeit von 100 bis 150 Inch pro Minute. Auf einer typischen Walze, mit den Maßen von 7 Fuß in der Länge und 2 Fuß im Durchmesser, wird der Führungsschritt in 0,6 bis 1,0 Minuten vollendet. Während dieses Schrittes verbleibt die Scheibe kontinuierlich in Kontakt mit der Oberfläche der Walze, eine Zustand, der in der Vergangenheit dafür bekannt war, daß er regenerative Scheibenvibrationen und Rattern erzeugte. Trotz dieses kontinuierlichen Oberflächenkontakts wird während der Lebenszeit der Scheibe die Vibrationsamplitude bei einem ziemlich konstantem Wert gehalten, und die Scheibe bleibt vom Beginn des Schleifens bis die Scheibe durch die Schleifschritte verbraucht ist, im Wesentlichen frei von Rattern.

Bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens muß das endbehandelte Oberflächen-Finish frei sein von Wellen, Linien, Kratzern und anderen Oberflächenunregelmäßigkeiten. Sollten solche Unregelmäßigkeiten verbleiben, werden diese auf die Oberfläche von Metallblechen, die mit der defekten Walze gewalzt werden, transferiert. Wenn das Walzenschleifverfahren nicht in effizienter Weise kontrolliert werden kann, hat dies erheblichen Herstellungsmüll zur Folge. In einem bevorzugten Verfahren wird die Oberfläche der Walze endbearbeitet bis zu einem Meßwert der Oberflächenrauheit von ungefähr 10 bis 50 Ra, bevorzugt einem Meßwert von ungefähr 18 bis 30 Ra. Wie hier verwendet ist „Ra" eine Einheit für den Industriestandard für die Qualität der Oberflächenendbearbeitung und stellt die durchschnittliche Höhe der Rauheit dar, insbesondere die durchschnittliche Absolutentfernung von der Mittellinie des Rauheitsprofils innerhalb des Auswertungsbereichs.

Die bevorzugte Schleifscheibe hat eine griffige, offene Fläche, die fähig ist eine Oberflächenqualität, charakterisiert durch 160 bis 180 Peaks (oder Kratzer) pro Inch zu erzeugen. Der Peakzählwert („ Pc", insbesondere ein Industriestandard, der die Anzahl der Peaks pro Inch, die aus einer ausgewählten Bande, die entlang der Mittellinie zentriert ist, herausragen) ist ein wichtiger Oberflächenparameter von Metallblechen, die in der Herstellung von Kfz-Karosserie-Teilen lackiert werden. Eine Oberfläche mit zu wenigen Peaks ist genauso unerwünscht wie eine Oberfläche mit zu vielen Peaks oder eine Oberfläche mit übermäßiger Rauheit.

Während das hier beschriebenen Walzenschleifverfahren in einem Kalt-Walzvorgang gezeigt wurde, ist die Erfindung auch für die Verwendung in der Endbearbeitung der Oberflächen von Walzwerkswalzen, die in Heiß-Walzvorgängen verwendet werden, geeignet. In den für Kalt-Walzvorgängen verwendeten Schleifwalzen, umfaßt die ausgesuchte Schleifscheibe bevorzugt 120 bis 46 Grit (142 bis 508 &mgr;m) Schleifkorn, wohingegen die Scheiben, die für das Schleifen von Walzen in Heiß-Walzvorgängen verwendet werden, bevorzugt gröbere Korngrößen, z.B. 36 Grit (710 &mgr;m) Schleifkorn umfassen.

Die gebundenen Schleifscheiben, die für die Durchführung des erfindungsgemäßen Walzenschleifverfahren angegeben sind, sind durch eine bisher unbekannte Kombination von Scheibenstruktur und physikalischen Eigenschaften gekennzeichnet. So wie der Begriff „Scheibenstruktur" hier verwendet wird, bezeichnet er die relativen prozentualen Volumenanteile an Schleifkorn, Bindung (einschließlich Füllstoff, falls welcher verwendet wird) und Porosität, die in der Schleifscheibe enthalten sind. Der Grad der „Härte" der Scheibe bezeichnet die Buchstabenbezeichnung, die dem Verhalten der Scheibe bei einem Schleifvorgang zugeordnet wird. Für einen vorgegebenen Bindungstyp ist die Härte eine Funktion der Scheibenporosität, des Korngehalts und bestimmter physikalischer Eigenschaften wie Dichte nach dem Härten, Elastizitätsmodul und Sandstrahl-Penetration (letzteres ist für glasartig gebundene Scheiben typischer). Die „Härte" der Scheibe sagt voraus, wie widerstandsfähig die Schleifscheibe während des Schleifens gegenüber Verschleiß sein wird und wie hart die Schleifscheibe schleifen wird, d.h. wieviel Leistung benötigt werden wird, um die Scheibe in einem vorgegebenen Schleifvorgang zu verwenden. Die Buchstabenbezeichnung für die Härte der Scheibe wird gemäß einer in den Fachkreisen bekannten Härteskala der Norton Company zugeordnet, wobei die weichsten Härtegrade mit A bezeichnet werden und die härtesten Grade mit Z bezeichnet werden (siehe zum Beispiel U.S. Patent Nr. A-1,983,082, Howe et al.). Durch Angleichen der Schleifscheibenhärtegrade kann der Fachmann üblicherweise eine neue Schleifscheiben-Formulierung für eine bekannte Scheibe austauschen und vorhersagen, dass die neue Scheibe eine ähnliche Leistung an den Tag legen wird, wie die bekannte Scheibe.

In einer Abkehr von bekannten, organisch gebundenen Scheiben-Leistung sind die Scheiben, die für das durchführen des erfindungsgemäßen Walzenschleifverfahrens spezifiziert sind, durch einen niedrigeren Härtegrad charakterisiert, d. h. sie sind weicher als bekannte Scheiben, die vergleichbare Leistungseffizienz liefern. Scheiben mit einer Norton Härtegrad von ungefähr B bis G auf einer Phenolharz-Bindungsskala sind bevorzugt. Die für die Erfindung geeigneten Scheiben zeigen niedrigere Elastizitätsmodul-Werte als bekannte Scheiben, die äquivalente Porositätsvolumina haben, aber, sie zeigen unerwarteterweise höhere G-Werte (Der G-Wert ist das Verhältnis von Materialabtragungsrate/Scheibenverschleißrate).

Die gebundenen Schleifwerkzeuge können eine Dichte von weniger als 2,0 g/cm³, bevorzugt eine Dichte von weniger als 1,8 g/cm³ und besonders bevorzugt eine Dichte von weniger als 1,6 g/cm³ haben.

Die gebundenen Schleifwerkzeuge, die für die Erfindung geeignet sind, sind Schleifscheiben, umfassend ungefähr 22–40 Vol.%, bevorzugt 24–38 Vol.%, besonders bevorzugt 26–36 Vol.% Schleifkorn.

In einer bevorzugter Ausführungsform umfassen organisch gebundene Schleifwerkzeuge ungefähr 8–24 Vol.%, bevorzugt 10–22 Vol.%, und besonders bevorzugt 12–20 Vol.% organisch Bindung. Zusammen mit dem Schleifkorn und der Bindung umfassen diese Werkzeuge ungefähr 36–54 Vol.% Porosität, bevorzugt 36–-50 Vol.% Porosität, besonders bevorzugt 40–50 Vol.% Porosität, diese Porosität schließt bevorzugt mindestens 30 Vol.% miteinander verbundene Porosität ein. Für jede Scheibe, summieren sich die Volumenprozente von Korn, Bindung und Porosität zu 100%.

Die organisch gebundenen Schleifwerkzeuge umfassen bevorzugt 20–38 Vol.% gesinterte Schleifkornagglomerate, 10–26 Vol.% organische Bindung und 38–50 Vol.% Porosität. Poröse Schleifkornagglomerate, die mit anorganischen Bindematerialien (z. B. vitrifizierte oder keramische Bindematerialien) hergestellt werden, werden bevorzugt in diesen Schleifscheiben verwendet, da sie die Herstellung einer offenen Scheibenstruktur mit miteinander verbundenen Porosität erlauben. Trotz des mit diesen Kornagglomeraten erreichten Porositätsvolumens behalten die Scheiben hohe mechanische Festigkeit, Resistenz gegenüber Scheibenabnutzung und gegenüber aggressiven Schleifleistungs-Charakteristika einer Schleifscheibe, die eine viel höhere Härtegradbestimmung hat.

Die Scheiben, die für die Erfindung geeignet sind, haben ein Elastizitätsmodul von weniger als 12 GPa, bevorzugt weniger als 10 GPa und besonders bevorzugt weniger als 8 GPa. Unter anderen Charakteristika zeigt eine Scheibe, die mit einer effektiven Menge (z. B. mindestens 30 Vol.% der enthaltenen Schleifkornbestandteile und mindestens 20 Vol.% des gesamten Scheibenvolumens nach dem Aushärten) Schleifkomagglomerate hergestellt wurde, ein niedrigeres Elastizitätsmodul als Standardschleifscheiben für Walzen. Standardscheiben umfassen solche, die bis zu dem gleichen Porositätsanteil ohne die Verwendung von Schleifagglomeraten hergestellt wurden. Die erfindungsgemäßen gebundenen Schleifwerkzeuge haben eine ungewöhnlich poröse Struktur. In der Werkzeugstruktur ist der durchschnittliche Durchmesser der gesinterten Agglomerate kleiner oder gleich der durchschnittlichen Abmessung der Poren der miteinander verbundenen Porosität, wenn die miteinander verbundene Porosität an einem Punkt einer maximalen Öffnung gemessen wird.

Die Menge miteinander verbundener Porosität wird durch Messung der Permeabilität des Werkzeuges gegenüber einem Fluid gemäß dem Verfahren des US Patents Nr. A-5,738,696 gemessen. Wie hier verwendet, gilt Q/P = Fluiddurchlässigkeit eines Schleifwerkzeuges, wobei Q die Flußrate, ausgedrückt als cm³ Luftstrom, bedeutet und P Differenzdruck bedeutet. Der Terminus Q/P gibt die Druckdifferenz an, die zwischen der Schleifwerkzeugstruktur und der Atmosphäre bei einer vorgegebenen Flußrate eines Fluids (z.B. Luft) herrscht. Diese relative Permeabilität Q/P ist zu dem Produkt aus dem Porenvolumen und dem Quadrat der Porengröße proportional. Größere Porengrößen sind bevorzugt. Porengeometrie und Schleifkorngröße sind weitere Faktoren, die Q/P beeinflussen, wobei größere Korngrößen eine höhere relative Permeabilität ergeben.

Die für die vorliegende Erfindung geeigneten Schleifwerkzeuge zeichnen sich durch höhere Fluidpermeabilitätswerte als vergleichbare Werkzeuge aus dem Stand der Technik, die in Walzenschleifverfahren verwendet werden, aus. Im Allgemeinen haben die erfindungsgemäßen Schleifwerkzeuge Fluidpermeabilitätswerte, die mindestens etwa 30 % höher sind als die Werte von vergleichbaren Schleifwerkzeugen aus dem Stand der Technik, die in Walzenschleifverfahren verwendet werden.

Exakte relative Fluidpermeabilitäts-Parameter für bestimmte Agglomeratgrößen und -formen, Bindungstypen und Porositätsgrade können durch den Fachmann durch Anwendung von D'Arcy's Gesetz auf empirische Daten für einen vorgegebenen Typ von Schleifwerkzeug bestimmt werden.

Die Porosität innerhalb der Schleifscheibe rührt von den offenen Zwischenräumen her, die durch die natürliche Packungsdichte der Werkzeugkomponenten bereitgestellt werden, insbesondere den Schleifagglomeraten und, optional, durch Zugabe von herkömmlichen Poren induzierenden Medien. Geeignete Poren induzierende Medien schließen hohle Glaskugeln, hohle Kugeln oder Perlen aus Plastikmaterial oder organischen Verbindungen, geschäumte Glaspartikel, blasenförmiges Mullit und blasenförmiges Aluminiumoxid und deren Kombinationen ein, ohne darauf beschränkt zu sein. Die Werkzeuge können mit Mitteln zur Induzierung offenzelliger Porosität hergestellt werden, so wie Perlen aus Naphthalin, oder andere organischen Granulaten, die nach dem Formen des Werkzeuges entfernt werden können, um freie Bereiche innerhalb der Werkzeugmatrix zu hinterlassen, oder sie können mit Medien zur Induzierung geschlossenzelliger, hohler Poren, (z.B. hohlen Glaskugeln) hergestellt werden. Bevorzugte Schleifwerkzeuge der Erfindung enthalten entweder keine zugegebenen Poren induzierenden Medien, oder enthalten eine geringe Menge an zugegebenen Poren induzierenden Medien, die bewirken, daß ein Schleifwerkzeug mit einem Porositätsgehalt, wobei mindestens 30 Vol.% davon miteinander verbundene Porosität ist, erhalten wird. Die fertig gestellten Werkzeuge enthalten optional zugegebene sekundäre Schleifkömer, Füllstoffe, Schleifhilfsmittel und Poren induzierende Medien und Kombinationen dieser Materialien. Wenn ein Schleifkorn in Kombination mit den Schleifmittelagglomeraten verwendet wird, stellen die Agglomerate bevorzugt ungefähr 30 bis ungefähr 100 Vol.% des Gesamtschleifkorn in dem Werkzeug und bevorzugt 40–70 Vol.% des Gesamtschleifmittels in dem Werkzeug. Wenn solche sekundären Schleifkörner verwendet werden, stellen diese Schleifkörner bevorzugt ungefähr 0,1–70 Vol.% des Gesamtschleifkorn des Werkzeugs und besonders bevorzugt ungefähr 30 bis ungefähr 60 Vol.%. Geeignete sekundäre nicht-agglomerierte Schleifkörner schließen ohne darauf beschränkt zu sein, verschiedene Aluminiumoxide, Sol-Gel-Aluminiumoxide, gesintertes Bauxit, Siliziumcarbid, Aluminiumoxid-Zirkoniumoxid, Aluminiumoxynitrid, Ceroxid, Borsuboxid, kubisches Bornitrid, Diamant, Flint, Granatkörner und deren Kombination, ein.

Bevorzugte Schleifwerkzeuge gemäß der vorliegenden Erfindung sind mit einer organischen Bindung gebunden. Jede der verschiedenen aus dem Stand der Technik bekannten wärmehärtbaren Bindungen, die zur Herstellung von Schleifwerkzeugen verwendet werden, können hier zur Verwendung ausgewählt werden. Phenol-Harz-Bindungen sind bevorzugt. Beispiele geeigneter Bindungen und Techniken für die Herstellung dieser Bindungen können in den US Patenten Nr.

6,251,149 B1, 6,015,338, 5,976,204, 5,827,337 und 3,323,885 gefunden werden, deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme aufgenommen wird.

Die Bindung und das in der verwandten Patentanmeldung Nr. 10/060,982 beschriebene Herstellungsverfahren, deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme aufgenommen wird, und jene des US-Patents Nr. 3,323,885 sind für die erfindungsgemäße Verwendung bevorzugt.

Die organisch gebundenen Werkzeuge können gemäß verschiedener Verarbeitungsverfahren und mit verschiedenen Proportionen der Schleifkorn- oder Agglomerat-, Bindungs- und Porositätskomponenten, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, gemischt, geformt und gehärtet oder gesintert werden.

Die Dichte und Härte der Schleifwerkzeuge wird durch die Auswahl der Agglomerate, der Art der Bindung und anderer Werkzeugkomponenten, des Porositätsgehalts in Verbindung mit der Größe und dem Typ der Form und der ausgewählten Vorgänge zum Pressen, bestimmt.

Schleifscheiben können mit jedem Mittel geformt und gepreßt werden, das aus dem Stand der Technik bekannt ist, einschließlich Heiß-, Warm- und Kaltpresstechniken. Die Auswahl eines Formgebungsdruckes zum Formen der grünen Schleifscheibe muß sorgfältig erfolgen, um zu vermeiden, daß eine zu große Menge an Schleifkorn-Agglomeraten zerdrückt wird (z. B. mehr als 50 Gew. % der Agglomerate) und die dreidimensionale Struktur der Agglomerate erhalten bleibt. Der geeignete maximal anzuwendende Druck zur Herstellung der erfindungsgemäßen Schleifscheiben hängt von der Form, Größe, Dicke und den Bindungskomponenten der Schleifscheibe sowie von der Formungstemperatur ab. Die erfindungsgemäßen Agglomerate haben eine ausreichende mechanische Festigkeit, um den Formungs- und Press-Schritten, die in typischen, kommerziellen Herstellungsverfahren zur Herstellung von Schleifwerkzeugen angewendet werden, zu widerstehen.

Die Schleifscheiben können mittels dem Fachmann bekannter Verfahren gehärtet werden. Die Bedingungen beim Härten werden vorrangig durch die tatsächlich verwendete Bindung und die Schleifmittel bestimmt, und durch die Art des Bindematerials, das in den Schleifkorn-Agglomeraten enthalten ist. In Abhängigkeit von der chemischen Zusammensetzung der ausgewählten Bindung kann eine organische Bindung bei 120–250 °C gebrannt werden, vorzugsweise 160–185 °C, um die notwendigen mechanischen Eigenschaften zum Schleifen von Metallen oder anderen Materialien bereitzustellen.

Für die Erfindung nützliche Kornagglomerate sind dreidimensionale Strukturen oder Granulate, einschließlich gesinterte, poröse Komposite aus Schleifkorn und Bindematerial. Die Agglomerate haben eine lose Packungsdichte (LPD) von ≤ 1,6 g/cm³, eine durchschnittliche Abmessung von etwa 2 bis 20 Mal der durchschnittlichen Schleifkorngröße und eine Porosität von etwa 30 bis 88 %, bezogen auf das Volumen. Die Schleifkorn-Agglomerate haben vorzugsweise einen minimalen Druckfestigkeitswert von 0,2 MPa.

Das Schleifkorn kann ein oder mehrere der Schleifkörner enthalten, deren Verwendung in Schleifwerkzeugen bekannt ist, wie die Aluminiumoxidkörner, einschließlich Schmelzaluminiumoxid, gesintertem und Sol-Gel-gesintertem Aluminiumoxid, gesintertem Bauxit und Ähnlichem, Siliziumcarbid, Aluminiumoxid-Zirkoniumoxid, Aluminiumoxynitrid, Ceroxid, Borsuboxid, Granat, Flint, Diamant, einschließlich natürlichem und synthetischem Diamant, kubischem Bornitrid (CBN) und deren Kombinationen. Jede Größe oder Form von Schleifkorn kann verwendet werden. Beispielsweise kann das Korn längliche, gesinterte Sol-Gel-Aluminiumoxidkörner mit einem hohen Aspektverhältnis von dem Typ, wie er in US Patent Nr.-5,129,919 offenbart ist, enthalten.

Korngrößen, die hier zur Verwendung geeignet sind, sind im regulären Schleifkorngrößenbereich (z.B. größer als 60 und bis zu 7000 Mikrometer). Für einen vorgegebenen Schleifvorgang kann es wünschenswert sein, ein Schleifkorn mit einer Korngröße, die kleiner ist als eine normalerweise für diese Schleifanwendung ausgesuchte Schleifkorngröße (nicht agglomeriert), zu agglomerieren. Beispielsweise kann agglomeriertes Schleifmittel mit der Korngröße 80 an Stelle von Schleifmittel mit der Korngröße 54 verwendet werden, agglomeriertes 100 Grit an Stelle von 60 Grit Schleifmittel und agglomeriertes 120 Grit an Stelle von 80 Grit Schleifmittel.

Die bevorzugte gesinterte Agglomeratgröße für typische Schleifkörner reicht von ungefähr 200–3000, bevorzugt 350–2000, besonders bevorzugt 425–1000 &mgr;m in durchschnittlichen Durchmesser. Das vorhandene Schleifkorn macht ungefähr 10–-65 Vol.%, bevorzugt 35–55 Vol.% und besonders bevorzugt 48–52 Vol.% des Agglomerates aus.

Bindematerialien, die nützlich zur Herstellung der Agglomerate sind, schließen vorzugsweise keramische und glasartige Materialien ein, vorzugsweise von der Sorte, wie sie als Bindungssysteme für glasartig gebundene Schleifwerkzeuge verwendet werden. Diese glasartigen Bindungsmaterialien können ein vorgefeuertes Glas sein, das zu einem Pulver gemahlen wurde (eine Fritte) oder einer Mischung aus verschiedenen Rohmaterialien wie Ton, Feldspar, Kalk, Borax und Soda oder eine Kombination aus Fritten- und Rohmaterialien. Solche Materialien schmelzen und bilden eine flüssige Glasphase bei Temperaturen im Bereich von etwa 500 bis 1400 °C und benetzen die Oberfläche des Schleifkorns, um so beim Abkühlen Bindungsbrücken zu bilden, wodurch das Schleifkorn innerhalb einer Kompositstruktur festgehalten wird. Beispiele geeigneter Bindematerialien zur Verwendung in den Agglomeraten sind unten in Tabelle 1-1 angegeben. Bevorzugte Bindematerialien zeichnen sich durch eine Viskosität von etwa 345 bis 55300 Poise bei 1180 °C und durch einen Schmelztemperatur von etwa 800 bis 1300 °C aus.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Bindematerial eine glasartige Bindungszusammensetzung, umfassend eine gebrannte Oxidzusammensetzung aus 71 Gewicht% SiO₂ und B₂O₃, 14 Gewicht% Al₂O₃, weniger als 0,5 Gewicht% Erdalkalioxiden und 13 Gewicht% Alkalioxiden.

Das Bindematerial kann auch ein keramisches Material sein, einschließlich, ohne darauf beschränkt zu sein, Siliziumdioxid, Alkali-, Erdalkali-, gemischte Alkali- und Erdalkalisilikate, Aluminiumsilikate, Zirconiumsilikate, hydrathaltige Silikate, Aluminate, Oxide, Nitride, Oxynitride, Carbide, Oxycarbide und deren Kombinationen oder deren Derivate. Im Allgemeinen unterscheiden sich keramische Materialien von glasartigen oder vitrifizierten Materialien dadurch, daß die keramischen Materialien kristalline Strukturen enthalten. Manche glasähnliche Phasen können in Kombination mit den kristallinen Strukturen vorliegen, insbesondere in keramischen Materialien in einem unraffinierten Zustand. Keramische Materialien in einem Rohzustand, wie Tone, Zemente und Mineralien, können ebenfalls hier verwendet werden. Beispiele spezieller keramischer Materialien, die hier zur Verwendung geeignet sind, schließen, ohne darauf beschränkt zu sein, Siliziumdioxid, Natriumsilikate, Mullit und andere Aluminosilikate, Zirkoniumdioxid-Mullit, Magnesiumaluminat, Magnesiumsilikat, Zirkoniumsilikate, Feldspar und andere Alkali-Aluminosilikate, Spinelle, Calciumaluminate, Magnesiumaluminate und andere Alkalialuminate, Zirkoniumdioxid mit Yttriumoxid stabilisiertes Zirkoniumoxid, Magnesiumoxid, Calciumoxid, Ceroxid, Titandioxid oder andere Seltenerd-Additive, Talk, Eisenoxid, Aluminumoxid, Bohemit, Boroxid, Ceroxid, Aluminiumoxid-Oxynitrid, Bornitrid, Siliziumnitrid, Graphit und Kombinationen dieser keramischen Materialien ein.

Das Bindematerial wird in gepulverter Form verwendet und kann zu einem Flüssigbindemittel gegeben werden, um eine einheitliche, homogene Mischung aus Bindematerial mit Schleifkorn während der Herstellung der Agglomerate sicherzustellen.

Eine Dispersion aus organischen Bindemitteln wird vorzugsweise zu den pulverförmigen Komponenten der Bindematerialien als Formungs- oder Verarbeitungshilfen gegeben. Diese Bindemittel können Dextrine, Stärke, tierischen Proteinleim und andere Arten von Kleber, eine flüssige Komponente wie Wasser, Lösemittel, Viskositäts- oder pH-Modifizierer und Mischungshilfen einschließen. Die Verwendung organischer Bindemittel verbessert die Einheitlichkeit der Agglomerate, insbesondere die Einheitlichkeit der Bindematerial-Dispersion auf dem Korn und die strukturelle Qualität der nicht-gebrannten oder grünen Agglomerate, sowie die der gebrannten Schleifwerkzeuge, die die Agglomerate enthalten. Da die Bindemittel während des Brennens der Agglomerate ausgebrannt werden, werden sie nicht Teil der fertigen Agglomerate oder des fertigen Schleifwerkzeuges.

Ein anorganischer Haftvermittler kann zur Mischung hinzugefügt werden, um die Haftung der Bindematerialien auf den Schleifkörnern zu verbessern, wenn dies zur Verbesserung der Mischungsqualität nötig ist. Um die Agglomerate herzustellen, kann der anorganische Haftvermittler mit oder ohne einem organischen Bindemittel verwendet werden Obwohl bei hohen Temperaturen schmelzende Bindematerialien in den erfindungsgemäßen Agglomeraten bevorzugt sind, können die Bindematerialien auch andere anorganischen Bindemittel, organische Bindemittel, organische Bindungsmaterialien, Metallbindungsmaterialien und deren Kombinationen umfassen. Bindematerialien, die in der Schleifwerkzeugindustrie als Bindungen für organisch gebundene Schleifmittel, beschichtete Schleifmittel, Metall gebundene Schleifmittel und Ähnlichem verwendet werden, sind bevorzugt. Das Bindematerial ist zu einem Anteil von ungefähr 0,5–15 Vol.%, bevorzugt 1–10 Vol.% und besonders bevorzugt 2–8 Vol.% im Agglomerat vorhanden.

Die bevorzugte Vol.% Porosität innerhalb des Agglomerates ist so hoch wie technisch möglich, jedoch in den Grenzen der mechanischen Festigkeit des Agglomerates, die benötigt wird, um ein Schleifmittelwerkzeug herzustellen und damit zu schleifen. Die Porosität kann von 30–88 Vol.%, bevorzugt 40–80 Vol.% und besonders bevorzugt 50–75 Vol.% reichen. Ein Teil (z. B. bis zu ungefähr 75 Vol.%) der Porosität innerhalb der Agglomerate ist bevorzugt vorhanden als miteinander verbundene Porosität oder Porosität durchlässig für den Fluß von Fluiden während der Scheibenaushärtung, einschließlich Flüssigkeiten (z. B. Schleifkühlmittel und Schleifschlamm), Luft und geschmolzenes Harzbindungsmaterial. Es wird angenommen, daß organische Bindungsmaterialien während die Scheibe thermisch ausgehärtet wird in die Hohlräume der gesinterten Schleifkornagglomerate migriert und dabei die Kornbindung stärkt und die Scheibenstruktur für vorher unerreichbare Porositätsvolumina, ohne einen erwarteten Verlust der mechanischen Festigkeit, öffnet.

Die Dichte der Agglomerate kann in einer Anzahl verschiedener Wege ausgedrückt werden. Die Schüttdichte der Agglomerate kann als LPD ausgedrückt werden. Die relative Dichte der Agglomerate kann als ein Prozentanteil der ursprünglichen relativen Dichte ausgedrückt werden, oder als ein Verhältnis aus der relativen Dichte der Agglomerate zu den Komponenten, die zur Herstellung der Agglomerate verwendet werden, wobei das Volumen an miteinander verbundener Porosität in den Agglomeraten berücksichtigt wird.

Die ursprüngliche, durchschnittliche relative Dichte, ausgedrückt als ein Prozentanteil, kann durch Dividieren der LPD (&rgr;) durch eine theoretische Dichte der Agglomerate (&rgr;₀), wobei Null Porosität angenommen wird, berechnet werden. Die theoretische Dichte kann gemäß der Methode der volumetrischen Regel der Mischungen aus dem prozentualen Gewichtsanteil und der spezifischen Dichte des Bindematerials und des Schleifkorns, die in den Agglomeraten enthalten sind, berechnet werden. Für die erfindungsgemäßen, gesinterten Agglomerate ist eine maximale prozentuale relative Dichte 50 Vol%, wobei eine maximale prozentuale relative Dichte von 30 Vol% besonders bevorzugt ist.

Die relative Dichte kann mit einer Technik zur Volumenbestimmung über Fluidverdrängung gemessen werden, so daß sie miteinander verbundene Porosität einschließt und geschlossenzellige Porosität ausschließt. Die relative Dichte ist das Verhältnis des Volumens der gesinterten Agglomeraten, gemessen durch Flüssigkeitsverdrängung, zu dem Volumen der Materialien, die verwendet werden, um die gesinterten Agglomerate herzustellen. Das Volumen der Materialien, die zur Herstellung der Agglomerate verwendet werden, ist ein Maß des ersichtlichen Volumens, basierend auf den Mengen und Packungsdichten des Schleifkorns und Bindemittelmaterials, das zur Herstellung der Agglomerate verwendet wird. Für die erfindungsgemäßen, gesinterten Agglomerate ist eine maximale relative Dichte der Agglomerate von 0,7 bevorzugt, wobei eine maximale relative Dichte von 0,5 besonders bevorzugt ist.

Agglomerate, die in den erfindungsgemäßen gebundenen Schleifwerkzeugen verwendet werden, können gemäß der in der verwandten, prioritätsbegründeten Patentanmeldung US Ser. Nr. 10/120,969 beschriebenen Verfahren, deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme aufgenommen wird, hergestellt werden. Wie dort offenbart, wird eine einfache Mischung des Korns und des Bindematerials (optional mit einem organischen Bindemittel) einer Drehkalzinierungsvorrichtung zugeführt, und das Bindemittel wird gebrannt (z.B. ungefähr von ungefähr 650°C bis 1400°C), um eine Glass- oder vitrifizierte Bindung zu bilden, die das das Schleifkorn in einem Agglomerat zusammenhält. Wenn Schleifkörner mit Bindematerialien, die bei niedrigeren Temperaturen härten (z.B. von etwa 145 bis etwa 500°C) agglomeriert werden, kann eine alternative Ausführungsform dieses Drehofenapparates verwendet werden. Die alternative Ausführungsform, eine Rotationstrockner, ist so ausgestattet, daß er erhitzte Luft an das Austrittsende der Röhre liefert, um die Schleifkornmischung zu erhitzen und das Bindematerial zu härten, wodurch es an das Korn gebunden wird und damit wird das Schleifkorn, während es aus der Apparatur entfernt wird, agglomeriert.

Der Begriff „Drehkalzinierungsofen", wie er hier verwendet wird, schließt solche Rotationstrocknervorrichtungen ein.

In einem weiteren Verfahren zur Herstellung der Schleifkornagglomerate kann eine Paste aus Bindematerialen und Korn mit einer organischen Bindemittellösung hergestellt werden und mit der in U.S. A-4,393,021 offenbarten Vorrichtung und dem Verfahren in längliche Partikel extrudiert und dann gesintert werden.

In einem Trockengranulierungsprozeß kann eine Schicht oder ein Block aus Schleifkorn, das in einer Dispersion oder Paste des Bindematerials eingebettet ist, getrocknet werden und dann kann ein Walzenverdichtungsgerät verwendet werden, um das Komposit aus Korn und Bindematerial zu brechen, gefolgt von einem Sinterungsschritt.

In einem weiteren Verfahren zur Herstellung von Grün- oder Precursor-Agglomeraten wird die Mischung aus Bindematerial und Korn in eine Form gegeben und die Mischung in eine präzise Form und Größe gebracht, z. B. auf die im US Patent Nr. 6,217,413 B1 offenbarte Weise.

In einem weiteren Prozeß, der für die Herstellung von erfindungsgemäßen Agglomeraten geeignet ist, wird eine Mischung aus dem Schleifkorn, Bindematerialien und einem organischen Bindemittelsystem ohne Voragglomeration in eine Ofen eingebracht und erhitzt. Die Mischung wird bis zu einer Temperatur erhitzt, die ausreicht, um das Bindematerial zu schmelzen, es fließend zu machen und auf das Korn zu binden, und dann gekühlt, um das Komposit zu bilden. Das Komposit wird zerkleinert und gesiebt, um das gesinterte Agglomerat herzustellen.

Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung veranschaulichen und nicht in irgendeiner Weise auf diese limitieren.

Vitrifizierte Bindematerialien (siehe Tabelle 1-1 Fußnoten b) und c) wurden zur Herstellung der Proben AV2 und AV3 der agglomerierten Schleifkömer verwendet. Die Agglomerate wurden gemäß dem in US Ser. Nr. 10/120,969, Beispiel 1, beschriebenen Drehkalzinierungs-Verfahren hergestellt, unter Verwendung der nachfolgend beschriebenen Materialien. Die AV2-Agglomerate wurden mit 3 Gew.-% A-Bindemittel hergestellt. Die Temperatur des Kalzinierofens wurde auf 1250 °C eingestellt, der Rohrwinkel betrug 2,5 Grad und die Drehgeschwindigkeit betrug 5 U/min. Die AV3-Agglomerate wurden mit 6 Gew.-% E Bindemittel, bei einer Kalzinierofen-Temperatur von 1200 °C, mit einem Rohrwinkel von 2,5–4 Grad und einer Drehgeschwindigkeit von 5 U/min hergestellt. Das Schleifkorn war ein Schmelzaluminiumoxid-38A-Schleifkorn, Korngröße 80, das von Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc., Worcester, MA, USA, erhalten wurde.

Die vitrifizierten Korn-Agglomerate wurden bezüglich loser Packungsdichte, relativer Dichte und Größe untersucht. Untersuchungsergebnisse sind in Tabelle 1-1 nachfolgend aufgelistet.

Agglomerate bestanden aus einer Vielzahl einzelner Schleifkörner (z. B. 2 bis 40 Körner), die an Korn-zu-Korn-Kontaktpunkten durch vitrifiziertes Bindematerial miteinander verbunden waren, zusammen mit sichtbaren Hohlraumbereichen. Die Mehrzahl der Agglomerate war ausreichend widerstandsfähig gegenüber Verdichtung, um einen dreidimensionalen Charakter beizubehalten, nachdem sie Misch- und Formungs-Arbeitsgängen für Schleifscheiben ausgesetzt waren.

Agglomerat-Proben AV2 und AV3 wurden verwendet, um Versuchsschleifscheiben (Typ 1) (Endgröße 5,0 × 0,5 × 1,250 Inch) (12,7 × 1,27 × 3,18 cm) herzustellen. Die Versuchsscheiben wurden durch Zugabe der Agglomerate in einem Drehschaufelmischer (einen Foot-Jones-Mischer, erhalten von Illinois Gear, Chicago, IL), und Mischen der Agglomerate mit einem flüssigen Phenolharz (V-1181 Harz von Honeywell International, Inc., Friction Division, Troy NY) (22 Gew.-% der Harzmischung) hergestellt. Ein pulverförmiges Phenolharz (Durez Varcum® resin 29-717, erhalten von Durez Corporation, Dallas TX) (78 Gew.-% der Harzmischung) wurde zu den nassen Agglomeraten gegeben. Die gewichtsprozentualen Mengen an Schleifmittel-Agglomerat und Harzbindung, die zur Herstellung dieser Scheiben verwendet wurden, und die Zusammensetzung der fertigen Scheiben (einschließlich Vol.-% Schleifmittel, Bindung und Porosität in den gehärteten Scheiben) sind in Tabelle 1-2 nachfolgend aufgelistet. Die Materialien wurden für einen ausreichenden Zeitraum vermischt, um eine einheitliche Mischung zu erhalten und die Menge an loser Bindung zu minimieren. Nach dem Mischen wurden die Agglomerate durch ein Sieb mit Maschengröße 24 gesiebt, um alle großen Klumpen an Harz aufzubrechen. Die einheitliche Mischung aus Agglomerat und Bindung wurde in Formen gegeben und mit Druck beaufschlagt, um Scheiben im Grünzustand (ungehärtet) zu formen. Diese grünen Scheiben wurden aus den Formen entfernt, in beschichtetem Papier eingewickelt und durch Erhitzen auf eine maximale Temperatur von 160 °C gehärtet, gradiert, endbehandelt und inspiziert, wobei aus dem Stand der Technik bekannte Techniken zur Herstellung kommerzieller Schleifscheiben verwendet wurden. Das Elastizitätsmodul der fertigen Scheiben wurde gemessen und die Ergebnisse sind in Tabelle 1-2 nachfolgend gezeigt.

Das Elastizitätsmodul wurde unter Verwendung einer Grindosonic-Maschine mit dem Verfahren, das in J. Peters, „Sonic Testing of Grinding Wheels "Advances in Machine Tool Design and Research, Pergamon Press, 1968, beschrieben ist, gemessen.

Die Versuchsscheiben wurden in einem simulierten Walzenschleiftest im Vergleich mit kommerziell erhältlichen Scheiben, die mit Phenolharz gebunden sind (C-1–C-3, erhalten von Saint-Gobain Abrasives, Inc., Worcester, MA) getestet. Schellackgebundene Scheiben, die in dem Labor (C-4 und C-5) aus einer Schellackharzmischung hergestellt wurden, wurden ebenfalls als Vergleichsscheiben getestet. Vergleichsscheiben wurden ausgesucht, weil sie Zusammensetzungen, Strukturen und physikalische Eigenschaften aufwiesen, die vergleichbar mit den Scheiben sind, die in kommerziellen Walzenschleifoperationen verwendet werden.

Um Walzenschleifen in einer Laborumgebung zu simulieren, wurde ein kontinuierlicher Kontakt-Schlitzschleifvorgang auf einer Flächenschleifmaschine durchgeführt. Die folgenden Schleifbedingungen wurden in diesen Tests angewendet. Schleifmaschine Brown & Sharpe-Flächenschleifer Betriebsart zwei kontinuierliche Kontakt-Schlitzschleifungen, Umkehrung am Ende des Schlags vor dem Kontaktverlust mit dem Werkstück Kühlmittel Trim Clear 1:40 Verhältnis Kühlmittel: deionisiertes Wasser Werkstück 16 × 4 Inch 4340 Stahl, Härte Rc50 Werkstückgeschwindigkeit 25 Fuß/min. Scheibengeschwindigkeit 5730 U/min Tiefenvorschub 0,100 Inch gesamt Tiefe des Schnittes 0,0005 Inch an jedem Ende Kontaktzeit 10,7 Minuten Abrichten Drehmeisseldiamant, bei 10 Inch/Min. Quervorschub, 0,001 Inch comp.

Vibration der Scheibe während des Schleifens wurde mit IRD Mechanalysis-Geräten (Analyzer Model 855 Analyzer/Balancer, erhalten von Entek Corporation, North Westerville, Ohio). In einem ersten Schleifdurchgang wurden Vibrationsniveaus bei verschiedenen Frequenzen (als Geschwindigkeit in Inch/Sekundeneinheiten) unter Verwendung eines schnellen Fourier-Transformations (FFT)-Verfahrens nach zwei und acht Minuten nach dem Abrichten der Scheibe aufgezeichnet. Nach dem ersten Schleifdurchlauf wurde ein zweiter Schleifdurchlauf durchgeführt, und die zeitabhängige Zunahme der Vibrationsniveaus wurde bei einer ausgesuchten Zielfrequenz (57000 cpm, die während des ersten Durchganges beobachtete Frequenz) während der gesamten 10,7 Minuten, die die Scheibe in Kontakt mit dem Werkstück blieb, aufgezeichnet. Scheibenverschleißraten (WWR), Materialabtragungsraten (MRR) und andere Schleifvariablen wurden aufgezeichnet, während die Schleifdurchgänge durchgeführt wurden. Diese Daten sind zusammen mit der Vibrationsamplitude für jede Scheibe nach 9–10 Minuten kontinuierlichem Kontaktschleifen in Tabelle 1-3 nachfolgend gezeigt.

Man kann sehen, daß die Versuchsscheiben die geringste Scheibenverschleißrate und die geringsten Werte der Vibrationsamplitude aufwiesen. Die kommerziellen Vergleichsscheiben, die mit Phenolharzbindungen hergestellt wurden (38A80-G8 B24, -K8 B24 und -O8 B24), wiesen geringe Scheibenverschleißraten auf, hatten aber unakzeptabel hohe Werte für die Vibrationsamplituden. Für diese Scheiben würde man vorhersagen, daß sie in tatsächlichen Walzenschleifverfahren Ratterschwingungen hervorrufen würden. Die mit Schellackharzbindungen hergestellten Vergleichsscheiben (53A80J7-Schellackmischung und 53A80L7-Schellackmischung) hatten hohe Scheibenverschleißraten, aber akzeptabel niedrige Vibrationsamplitudenwerte. Die Versuchsscheiben waren allen Vergleichsscheiben über einen Bereich von Leistungsstufen (nahezu konstante Vibrationsamplitude bei 10–23 PS und durchgängig niedrigeren WWR) überlegen und die Versuchsscheiben zeigten überlegene G-Werte (Scheibenverschleißrate/Materialabtragungsrate), was exzellente Effizienz und Scheibenlebensdauer bescheinigt.

Es wird vermutet, daß das relativ niedrige Elastizitätsmodul und die relativ hohe Porosität der Versuchsscheiben eine gegenüber Rattern resistente Scheibe erzeugt, ohne die Scheibenlebensdauer und Schleifeffizienz aufzugeben. Für die Versuchsscheiben wurde recht unerwarteter Weise beobachtet, daß sie effizienter Schleifen als Scheiben, die höhere prozentuale Volumenanteile an Korn enthalten und einen härteren Scheiben-Härtegrad aufweisen. Obwohl die Versuchsscheiben so konstruiert wurden, daß sie einen relativ weichen Härtegrad ergaben (d. h. Grad A–E auf der Norton Company-Härtegradskala für Schleifscheiben), schliffen sie aggressiver, mit weniger Scheibenverschleiß, wodurch sie einen höheren G-Wert ergaben als die Vergleichsscheiben mit einem signifikant härteren Härtegradwert (d. h. Härtegrade G-O auf der Norton Company-Härtegradskala für Schleifscheiben). Diese Ergebnisse waren signifikant und unerwartet.

Agglomeriertes Korn enthaltende Versuchsscheiben wurden in einem kommerziellen Herstellungsverfahren hergestellt und in einem kommerziellen Walzenschleifverfahren, für die bisher schellackgebundene Scheiben verwendet wurden, getestet.

Vitrifizierte Bindematerialien (A Bindemittel aus obiger Tabelle 1-1) wurden zur Herstellung der Probe AV4 aus agglomeriertem Schleifkorn verwendet. Probe AV4 ähnelte Probe AV2, außer daß eine kommerzielle Chargengröße für die Probe AV4 hergestellt wurde. Die Agglomerate wurden gemäß dem in US Ser. Nr. 10/120,969, Beispiel 1 beschriebenen Drehkalzinierungsverfahren, hergestellt. Das Schleifkorn war Schmelzaluminiumoxid-38A-Schleifkorn mit der Korngröße 80, erhalten von Saint-Gobain Ceramics & Plastics, Inc., Worcester, MA, USA, und 3 Gew.-% A-Bindemittel wurde verwendet. Die Temperatur des Kalzinierofens wurde auf 1250 °C eingestellt, der Rohrwinkel betrug 2,5 Grad und die Rotationsgeschwindigkeit betrug 5 U/min. Die Agglomerate wurden mit zweiprozentiger Silanlösung (erhalten von Crompton Corporation, South Charleston, West Virginia) behandelt.

Agglomerat-Probe AV4 wurde zur Herstellung von Schleifscheiben verwendet (Endgröße 36" Durchmesser × 4" Breite × 20" zentrale Öffnung (Typ 1) (91,4 × 10,2 × 50,8 cm)). Die Versuchsschleifscheiben wurden mit kommerziellen Herstellungsgeräten durch Mischung der Agglomerate mit flüssigem Phenolharz (V-1181-Harz von Honeywell International Inc., Friction Division, Troy NY) (22 Gew.-% der Harzmischung) und pulverförmigem Phenolharz (Durez Varcum® Harz 29-717 erhalten von Durez Corporation, Dallas TX) (78 Gew.-% der Harzmischung) hergestellt. Die prozentualen Gewichtsmengen an Schleifmittel-Agglomerat und Harzbindung, die in diesen Scheiben verwendet wurden, sind in Tabelle 2-2 nachfolgend aufgelistet. Die Materialien wurden für einen ausreichenden Zeitraum gemischt, um eine einheitliche Mischung zu erhalten. Die einheitliche Mischung aus Agglomerat und Bindung wurde in Formen eingebracht und mit Druck beaufschlagt, um Scheiben im Grünzustand (ungehärtet) zu formen. Diese grünen Scheiben wurden aus den Formen entfernt, in beschichtetes Papier eingewickelt und durch Erhitzen bei einer maximalen Temperatur von 160 °C gehärtet, gradiert, endbehandelt und inspiziert, wobei aus dem Stand der Technik bekannte Herstellungstechniken für kommerzielle Schleifscheiben angewendet wurden. Elastizitätsmodul und Dichte nach dem Brennen wurden für die fertigen Scheiben gemessen und die Ergebnisse sind nachfolgend in Tabelle 2-2 gezeigt. Berstgeschwindigkeit der Scheiben wurde gemessen und die maximale Betriebsgeschwindigkeit wurde als 9500 sfpm bestimmt.

Die Zusammensetzungen der Scheiben (enthaltend prozentuale Volumenanteile Schleifmittel, Bindung und Porosität in den gehärteten Scheiben) sind in Tabelle 2-2 beschrieben. Diese Scheiben hatten eine sichtbar offene, einheitliche Porositätsstruktur, die bisher in kommerziellen Verfahren hergestellten organisch gebundenen Schleifscheiben unbekannt war.

Die „(organisch)"-Vol. % an Bindung ist die Menge der Gesamt-Vol.-%-Bindung, bestehend aus dem organischen Harz, das zu den Agglomeraten gegeben wird, um die Schleifscheibe herzustellen.

Diese Versuchsschleifscheiben wurden in zwei kommerziellen Schleifoperationen zur Endbearbeitung von Kaltwalzrollen getestet. Nachdem sie beschliffen worden sind, werden diese Schmiedestahlrollen dazu verwendet, die Oberfläche von Metallplatten (z. B. Stahlplatten) zu walzen und endzubearbeiten. Kommerzielle Operationen verwenden üblicherweise kommerzielle, schellackgebundene Scheiben (80 Grit Aluminiumoxid Schleifkorn ist üblich), und diese Scheiben werden normalerweise bei 6500 sfpm betrieben, mit einer maximalen Geschwindigkeit von etwa 8000 sfpm.

Schleifbedingungen sind unten aufgelistet und Testergebnisse sind in den Tabellen 2-3 und 2-4 gezeigt. Schleifbedinqungen A Schleifmaschine Farrell Walzenschleifer, 40 PS Kühlmittel Stuart Synthetic w/water Scheibengeschwindigkeit 780 U/min Werkstück Schmiedestählerne Tandemmühlwerkwalzen, Härte 842 Equotip, 82 × 25 Inch (208 × 64 cm) Werkstück (Walze)-Geschwindigkeit: 32 U/min Verschiebung 100 Inch/Min. Kontinuierlicher Vorschub 0,0009 Inch/Min. Endvorschub 0,0008 Inch/Min. Benötigte Oberflächengüte 18–30 Ra Rauhheit, 160 Peaks Maximum Schleifbedingungen B Schleifmaschine Pomini Walzenschleifer, 150 PS Kühlmittel Stuart Synthetic w/water Scheibengeschwindigkeit 880 U/min Werkstück Schmiedestählerne Tandemmahlwerkwalzen, Härte 842 Equotip, 82 × 25 Inch (208 × 64 cm) Werkstück (Walze)-Geschwindigkeit: 32 U/min Verschiebung 100 Inch/Min. Kontinuierlicher Vorschub 0,00011 Inch/Min. Endvorschub 0,002 Inch/Min. Benötigte Oberflächengüte 18–30 Ra Rauhheit, ungefähr 160–180 Peaks

Bei den Schleifbedingungen A zeigten die Versuchsschleifscheiben exzellentes Leistungsverhalten beim Schleifen, wobei sie wesentlich höhere G-Werte erreichten als in bisher verwendeten kommerziellen Verfahren mit schellackgebundenen Schleifscheiben unter diesen Schleifbedingungen beobachtet wurden. Auf der Basis zurückliegender Erfahrungen beim Walzenschleifen unter den Schleifbedingungen A, wären die Versuchsscheiben 2-1, 2-2 und 2-3 als zu weich angesehen worden (bei Norton Company-Härtegradwerten von B-D), um eine kommerziell annehmbare Schleifeffizienz zu erreichen, weshalb diese Ergebnisse, die exzellente G-Werte zeigen, höchste ungewöhnlich waren. Des Weiteren war der Oberflächenfinish der Walzen frei von Rattermarken und lag innerhalb der Spezifikationen bezüglich Oberflächenrauhheit (18–30 Ra) und der Anzahl an Oberflächen-Peaks (ungefähr 160). Die Versuchsschleifscheiben lieferten eine Qualität der Oberflächengüte ab, wie sie bisher nur mit schellackgebundenen Schleifscheiben beobachtet wurde.

Ein zweiter Schleiftest mit den Versuchsschleifscheiben 2-3 mit den Schleifbedingungen B bestätigten die überraschenden Vorteile der Verwendung der erfindungsgemäßen Scheiben in einem kommerziellen Walzenkaltschleif-Endbearbeitungsvorgängen über eine ausgedehnte Prüfzeit. Testergebnisse sind nachfolgend in Tabelle 2-4 gezeigt.

Der kumulative G-Wert für Versuchsscheibe 2-4 betrug 2,093 nach dem Schleifen von 19 Walzen bei einer auftretenden Abnutzung von in etwa 3 Inch des Scheibendurchmessers. Dieser G-Wert stellt eine 2- bis 3fache Verbesserung der G-Werte dar, die für kommerzielle Schleifscheiben (z. B. schellackgebundene Scheiben, C-6 und C-7, die in Beispiel 1 beschrieben sind), die zum Schleifen von Walzen unter den Schleifbedingungen A oder B verwendet wurden. Die Drehgeschwindigkeit der Scheibe und Materialabtragungsrate übertraf die von kommerziellen Vergleichsscheiben, die in diesem Walzenschleifvorgang verwendet wurden, womit die unerwartete Schleifeffizienz, die mit den erfindungsgemäßen Schleifverfahren möglich ist, zusätzlich aufgezeigt wird. Mit den Versuchsscheiben erreichter Oberflächenfinish der Walzen war gemäß kommerzieller Produktionsstandards akzeptabel. Kumulative Ergebnisse, die nach dem Schleifen von 19 Walzen beobachtet wurden, bestätigen die gleichbleibende Arbeitsweise der Versuchsscheiben und die vorteilhafte Widerstandsfähigkeit der Scheibe gegenüber der Entwicklung von Scheibennocken, Vibration und Rattern während die Scheibe durch den Schleifvorgang verbraucht wird.

Das Schleifen von Walzwerkswalzen wird mit gegenüber Rattern resistenten Schleifscheiben, die relativ geringe Elastizitätmodul-Werte und relativ hohe Berstgeschwindigkeitswerte aufweisen, durchgeführt. Die Schleifverfahren können mit hoher Schleifeffizienz bei kontrollierter Scheibenvibration ausgeführt werden, wodurch eine optimale Qualität der Oberfläche der geschliffenen Walzwerkswalzen erzeugt wird.