Die Entwicklung und Anwendung von Schleifmitteln und Schleifwerkzeugen

Schleifwerkzeuge sind Werkzeuge, die zum Schleifen, Läppen und Polieren verwendet werden. Bei den meisten Schleifwerkzeugen handelt es sich um künstliche Werkzeuge aus Schleifmitteln und Bindemitteln, es gibt aber auch natürliche Schleifwerkzeuge, die direkt aus natürlichen Mineralien hergestellt werden. Schleifwerkzeuge werden nicht nur häufig im Maschinenbau und anderen metallverarbeitenden Industrien eingesetzt, sondern auch in der Lebensmittelverarbeitung, der Papierindustrie und der Verarbeitung nichtmetallischer Materialien wie Keramik, Glas, Stein, Kunststoff, Gummi und Holz. Wenn bei der Verwendung von Schleifwerkzeugen die Schleifkörner stumpf sind, fallen die Schleifkörner aufgrund einer teilweisen Fragmentierung der Schleifkörner selbst oder eines Bruchs des Bindemittels teilweise oder vollständig vom Schleifwerkzeug ab und das Schleifmittel landet auf der Arbeitsfläche des Schleifwerkzeugs Das Schleifwerkzeug bringt ständig neue Schneidkanten zum Vorschein oder legt kontinuierlich neue scharfe Schleifkörner frei, so dass das Schleifwerkzeug die Schneidleistung über einen bestimmten Zeitraum aufrechterhalten kann. Diese selbstschärfende Eigenschaft von Schleifwerkzeugen ist ein hervorstechendes Merkmal von Schleifwerkzeugen im Vergleich zu allgemeinen Schneidwerkzeugen.

Bereits in der Jungsteinzeit begann der Mensch, natürliche Schleifsteine ​​zur Bearbeitung von Steinmessern, Steinäxten, Knochenwerkzeugen, Hornwerkzeugen und Zahnwerkzeugen zu verwenden. Im Jahr 1872 kamen in den Vereinigten Staaten keramische Schleifscheiben aus natürlichen Schleifmitteln und Ton auf den Markt. Um 1900 entstanden künstliche Schleifmittel und nacheinander wurden verschiedene Schleifwerkzeuge aus künstlichen Schleifmitteln hergestellt, was die Voraussetzungen für die rasante Entwicklung von Schleif- und Schleifmaschinen schuf. Seitdem ist der Anteil natürlicher Schleifwerkzeuge an den Schleifwerkzeugen sukzessive zurückgegangen.

Schleifmittel werden entsprechend ihrer Rohstoffquelle in zwei Kategorien eingeteilt: natürliche Schleifmittel und künstliche Schleifmittel. Das einzige natürliche Schleifmittel, das üblicherweise in der Maschinenindustrie verwendet wird, ist Ölstein. Künstliche Schleifmittel werden nach ihrer Grundform und ihren Strukturmerkmalen in fünf Kategorien eingeteilt: Schleifscheiben, Schleifköpfe, Ölsteine, Sandfliesen (gemeinsam als gebundene Schleifmittel bezeichnet) und beschichtete Schleifmittel. Darüber hinaus werden Schleifmittel üblicherweise auch als eine Art Schleifmittel klassifiziert.

Schleifmittel mit gebundenem Schleifmittel lassen sich entsprechend der verwendeten Schleifmittel in herkömmliche Schleifmittel mit gebundenem Schleifmittel und superharte Schleifmittel mit gebundenem Schleifmittel einteilen. Ersteres besteht aus üblichen Schleifmitteln wie Korund und Siliziumkarbid, während letzteres aus superharten Schleifmitteln wie Diamant und kubischem Bornitrid besteht. Darüber hinaus gibt es einige spezielle Sorten, wie zum Beispiel gesinterte Korund-Schleifmittel.

Gewöhnliche gebundene Schleifmittel sind Schleifmittel, die durch ein Bindemittel gebunden werden, um eine bestimmte Form zu bilden und eine bestimmte Festigkeit zu haben. Sie bestehen im Allgemeinen aus Schleifmitteln, Bindemitteln und Poren, die oft als die drei Elemente gebundener Schleifmittel bezeichnet werden.

Schleifmittel spielen im Schleifwerkzeug eine schneidende Rolle. Das Bindemittel ist das Material, das das lose Schleifmittel im Schleifwerkzeug verfestigt. Es gibt zwei Arten: anorganische und organische. Zu den anorganischen Bindemitteln gehören Keramik, Magnesia und Natriumsilikat usw.; Zu den organischen Bindemitteln gehören Harze, Gummi und Schellack usw. Unter diesen werden am häufigsten Keramik-, Harz- und Gummibindemittel verwendet.

Während des Schleifens können die Poren die Späne zurückhalten und abtransportieren und außerdem Kühlmittel aufnehmen, das zur Ableitung der Schleifwärme beiträgt. Um bestimmten besonderen Verarbeitungsanforderungen gerecht zu werden, können die Poren auch mit bestimmten Füllstoffen wie Schwefel und Paraffin imprägniert werden, um die Leistung des Schleifwerkzeugs zu verbessern. Dieser Füllstoff wird auch als viertes Element des Schleifwerkzeugs bezeichnet.

Zu den Elementen, die die Eigenschaften gewöhnlicher Schleifwerkzeuge mit Schleifmittel angeben, gehören: Form, Größe des Schleifmittels, Partikelgröße, Härte, Struktur, Träger, Trägerkleber und Bindemittel. Die Härte von Schleifwerkzeugen bezieht sich auf die Schwierigkeit, dass Schleifkörner unter Einwirkung äußerer Kräfte von der Oberfläche von Schleifwerkzeugen abfallen, was die Stärke des Bindemittels zum Halten der Schleifkörner widerspiegelt.

Die Härte des Schleifwerkzeugs hängt hauptsächlich von der Menge des hinzugefügten Bindemittels und der Dichte des Schleifwerkzeugs ab. Wenn die Schleifpartikel leicht abfallen, bedeutet dies, dass das Schleifwerkzeug eine geringe Härte aufweist; andernfalls bedeutet dies, dass die Härte hoch ist. Der Härtegrad wird im Allgemeinen in sieben Hauptstufen unterteilt: superweich, weich, mittelweich, mittel, mittelhart, hart und superhart. Diese Ebenen können weiter in mehrere kleine Ebenen unterteilt werden. Die Methoden zur Messung der Härte von Schleifwerkzeugen sind die Handkegelmethode, die mechanische Kegelmethode, die Rockwell-Härteprüfmethode und die Sandstrahl-Härteprüfmethode.

Die Härte des Schleifwerkzeugs steht in einem entsprechenden Zusammenhang mit seinem dynamischen Elastizitätsmodul, was der Verwendung der Audiomethode zur Messung des dynamischen Elastizitätsmoduls des Schleifwerkzeugs förderlich ist, um die Härte des Schleifwerkzeugs auszudrücken. Im Schleifprozess wird bei hoher Materialhärte des Werkstücks in der Regel ein Schleifwerkzeug mit geringer Härte gewählt; andernfalls wird ein Schleifwerkzeug mit hoher Härte gewählt.

Die Mikrostruktur von Schleifwerkzeugen lässt sich grob in drei Kategorien einteilen: fest, mittel und locker. Jede Kategorie kann weiter in mehrere Ebenen unterteilt werden, die durch Mikrostrukturnummern unterschieden werden. Je größer die Mikrostrukturzahl des Schleifwerkzeugs ist, desto kleiner ist der Volumenanteil des Schleifmittels im Schleifwerkzeug, desto größer ist der Spalt zwischen den Schleifkörnern und desto lockerer ist die Mikrostruktur. Umgekehrt gilt: Je kleiner die Mikrostrukturzahl, desto dichter ist die Mikrostruktur. Schleifwerkzeuge mit lockerer Mikrostruktur lassen sich während des Gebrauchs nicht leicht passivieren, erzeugen während des Schleifvorgangs weniger Wärme und können die Hitzeverformung und Verbrennungen des Werkstücks reduzieren. Schleifkörner von Schleifwerkzeugen mit enger Mikrostruktur fallen nicht leicht ab, was der Beibehaltung der geometrischen Form des Schleifwerkzeugs förderlich ist. Die Mikrostruktur des Schleifwerkzeugs wird während der Herstellung nur gemäß der Schleifwerkzeugformel kontrolliert und im Allgemeinen nicht gemessen.