CH317214A - Verfahren zur Herstellung von eine verschleissfeste Oberfläche aufweisenden, hauptsächlich auf Gleitung beanspruchten metallischen Geräten bzw. Maschinenelementen - Google Patents

Description

  Verfahren zur Herstellung von eine verschleissfeste     Oberfläche        aufweisenden,    hauptsächlich  auf Gleitung beanspruchten metallischen Geräten bzw. Maschinenelementen    Die Erfindung bezieht sich auf ein     neu-          Verfahren    Verfahren zur Herstellung von  eine     verschleissfeste    Oberfläche aufweisenden,  hauptsächlich auf Gleitung beanspruchten  metallischen Geräten bzw. Maschinenelemen  ten.  



  Die Erfindung geht von der     Feststellung     au, dass kaliberhaltige Messzeuge, wie Ra  chenlehren,     Gewindelehren,    auch bei vorsich  tigem Gebrauch sich auf de Daue=r gering  fügig     abnutzen    und dadurch infolge Ver  luste ihrer Masshaltigkeit an Brauchbarkeit       einbüssen.     



  Nach dem Verfahren gemäss der Erfin  dung gelingt. es nun, solchen Gegenständen  praktisch unbegrenzte Lebensdauer zu ver  leihen.  



       Diesel    Aufgabe wird .erfindungsgemäss da  durch gelöst, dass auf die Oberfläche feine,       wenigstens    nach aussen mit stumpfen Kanten  versehene Diamantkörner aufgebracht werden.  



  Während es bei der Herstellung spanab  hebender Diamant-Werkzeuge darauf an  kommt., Diamanten mit scharfen Kanten zu  verwenden, ist für die Erfindung wesentlich,  dass mindestens an der Arbeitsfläche Dia  manten, mit stumpfen Kanten zur Bildung  einer verschleissfesten Schicht verwendet wer  den. Dabei können von vornherein stumpf  kantige Diamantkörner Verwendung finden.    Besonders zweckmässig ist die Verwen  dung sogenannten  toten  Diamantkorns, das  heisst eines Korns, das an sich schon seiner  griffigen     Kristallkanten    beraubt ist.

    Totes        Korn    fällt zum     Beispiel    in Diamant- und  Edelstein-Schleifereien nach langem Schleifen  und Polieren an und ist dort dann praktisch       wertlos.    Die Erfindung hat     also    über ihren  rein technischen Fortschritt hinaus noch eine  nicht zu unterschätzende wirtschaftliche Be  deutung, da sie einem praktisch fast als Ab  fall zu wertenden Stoff eine wertvolle Ver  wendung zuweist.  



  Man kann aber auch scharfkantige Dia  mantkörner verwenden, deren Kanten nach  dem Aufbringen an der Arbeitsfläche abge  stumpft werden.  



  Die Diamantkörner können mit der Unter  lage durch ein     Bindematerial    verbunden  werden.  



  Die erfindungsgemäss hergestellten Geräte  bzw. Maschinenelemente zeigen in erster Linie  hohe Abriebfestgkeit.  



  Das Erfordernis reiner mechanischer Ver  schleissfestigkeit ist wesentlich für:       Arbeitsgeräte,    wie Gewinderollen, das heisst  Rollen, mit denen man Gewinde herstellt,       Führungs-    und Druckrollen, Pinzetten, Dü  sen, insbesondere für Sandstrahlgebläse;

         lYless-   <I>und</I>     Prüfgeräte,    wie Lehrdorne, Ge  windelehren, Rachenlehren,     Tastorgane,    Fühl-      Nebel, Taster, Kopierrollen, Kopierstifte, Na  deln für Sprechmaschinen aller     Art;     auf Druck beanspruchte Elemente von  Apparaten und Maschinen, wie Waagenlager,  Uhrensteine, Kugel- und Wälzlagerteile (La  gerschalen, Rollen und Kugeln),     Gleitflächen     und -lager sowie Lagerzapfen, Wellen und  Achsen;

         Werkzeuge,    beispielsweise zum     Pressen     und Stanzen sowie für spanlose Verformung,       Ziehringe,        Walzrollen,    ausserdem Bohrkronen,       beispielsweise    für     Gesteinsbohrungen,    bei  denen das     Fassungsmaterial    für die eigent  lichen Arbeitselemente     (Hartmetallstücke,          grobe    Diamanten     und    dergleichen) durch die  Einwirkung des im Druckwasser mitgeführ  ten Gesteinstaubs im allgemeinen stark an  gegriffen wird, so dass häufig die genannten  Elemente, wie Hartmetallstücke oder Diamant,

    aus ihrer     Fassung    herausfallen, bevor     sie     überhaupt     nennenswert    ausgenutzt worden  sind. Eine weitere wichtige Anwendung bei  Bohrwerkzeugen für Tiefbohrungen besteht  in der     Bewehrung    des an die Bohrkrone all  schliessenden Schaftteils, der bisher häufig  unter der Erosionswirkung des Gesteinstaubs  durchfressen wurde, so dass die ganze Bohr  krone stecken blieb     und    deshalb bisweilen die  gesamte Bohrung aufgegeben werden masste.  



  Bei diesen Anwendungsbeispielen kommt  es nur auf mechanische Abriebfestigkeit an.  Nachstehend werden einige Anwendungen er  wähnt, für die es ausser auf mechanische Ab  riebfestigkeit auch noch auf eine chemische  oder thermische Verschleissfestigkeit ankommt.  



  Für diese letzteren Arten der Verschleiss  festigkeit spielt auch die Natur des Binde  materials der feinen Diamantkörner eine we  sentlicbe Rolle. Während es bei dem Erfor  dernis der reinen mechanischen Verschleiss  festigkeit lediglich darauf ankommt, als  Bindematerial ein solches hoher     Druckfestig-          keit,    wie eine Stahl- oder     Hartlegierung     (Wolfram-Karbid-Legierlung), zu wählen, ist  eine gleichzeitige chemische     Festigkeit    durch  Verwendung zum Beispiel von Chrom-Nickel  stählen, Stelliten oder gechromten Hartmetal  len und zur     Erzielung    einer bemerkenswerten    thermischen     Verschleissfestigkeit    durch Ver  wendung von Chromstählen zu erreichen.  



  Zum Beispiel ist mechanische und che  mische Festigkeit wichtig bei Presswerkzeugen  für     Batteriepuppen    sowie Fadenführern für  Kunstfasern, wo durch Druck und chemische  Einwirkung selbst härteste Schichten aus  Hartmetallen oder Borkarbid in kürzester Zeit  zerstört werden.  



  Gleichzeitig auf mechanische und ther  mische sowie chemische Verschleissfestigkeit  kommt es zum Beispiel. an bei Ventilsitzen  und Ventiltellern, Kolbenringen, Zylinder  wandungen von Verbrennungskraftmaschinen,  die, mit einer Diamant-Armierung bzw. -Be  wehrung versehen, eine wesentlich erhöhte  Lebensdauer erhalten.  



  Ausser Metall bzw. Metall-Legierungen  können als Bindematerial     ebensogut    auch  Metalloxyde (Aluminiumloxyd), Karbide (Sili  ciumkarbid) oder keramische Werkstoffe ver  wendet werden.  



  Ähnliche Gesichtspunkte wie bei der     Wahl     der Bindemasse gelten auch für die     Wahl     des Materials der mit Diamantkörnern zu     ver-          sehenen    Gegenstände bzw. deren Ober  fläclien.  



  Die Korngrösse der Diamantkörner spielt  eine besondere Rolle. Es hat sich überraschen  derweise herausgestellt, dass die mechanische  Abriebfestigkeit bei gleichem spezifischem     Dia-          ma.ntgehalt    mit abnehmender Korngrösse rasch       ansteigt.     



  Die untere     Grenze    der Korngrösse     liegt     praktisch in der     Grössenordnung        von          0;00.5    mm; für gewisse Zwecke, zum Beispiel  für Grenzlehrdorne, haben sich jedoch auch  gröbere Körnungen, zum Beispiel     voll          0,01:5    mm Teilchengrösse, gut bewährt.  



  Die Abstumpfung der Diamantkörner hat  im übrigen den Vorteil, dass sich keine Ein  griffsmögliehkeiten bei     Berührung    mit an  dern Gegenständen geben;     scharfkantige    Dia  manten werden dabei leicht aus der     Armie-          r@ingssehicht    herausgerissen. Auch     aus    diesem  Grunde ist eine möglichst     weitgehende    Ab  stumpfung der     Diarnantkörner    anzustreben.  Sie kann entweder     auf    chemischem Wege (Be-      handlung mit schmelzflüssigen Karbonaten)  oder auf thermischem Wege (Erhitzung auf  etwa, 1000 ) oder in einfachster Weise durch  Massschleifen bewirkt werden.  



  Für die Aufbringung der Diamantkörner       kann        grundsätzlich    jedes Verfahren Anwen  dung finden, das sich auch zur Herstellung  von Arbeits-Diamantschichten eignet.  



  Besondere Bedeutung haben solche Verfah  ren, mit denen man dünne und trotzdem  widerstandsfähige Armierungsschichten aus  Diamantstaub herstellen kann.  



  Die an sich bekannte galvanische Bin  dung von Diamantfeinstaub ist zwar sehr be  quem und diamantsparend, hat aber den Nach  teil, dass diese Bindungen meist zu weich  sind. Eine     Abwandlung    der galvanischen  Bindung sowie andere Methoden zum Auf  bringen der Diamantkörner werden nun an  Hand der Zeichnung erläutert.  



  Fig. 1 zeigt grobschematisch einen Schnitt  der auf den Gegenstand t aufgebrachten  Schicht s zur Bewehrung der Arbeitsfläche  mit den Diamantkörnern d. Die Figur veran  schaulicht die durch Schleifen bewirkte Ab  stumpfung der Diamantkörner an der Ober  seite der Arbeitsschicht.  



  Fig. 2 zeigt im einzelnen eine zweckmässige  Ausgestaltung der galvanischen Bindung von  Diamantstaub. Zunächst werden auf den Ge  genstand t die Diamantkörner d bis etwa über  die Hälfte ihrer Grösse durch eine galvanisch  aufgebrachte Schicht s gebunden. Da,     diese     galvanischen Schichten im allgemeinen zwar  zäh, aber wenig fest sind, wird in einem  besonderen Verfahren, zum Beispiel durch  Aufdampfung, in die Lücken zwischen den  Diamanten und zum Teil die Diamanten über  deckend, eine weitere Schicht aus hartem, ver  schleissfestem Material m, zum Beispiel aus  Korund oder einem Hartkarbid, wie Silicium  karbid, Borkarbid oder Wolframkarbid, auf  gebracht.

   Ein anschliessendes Beschleifen emp  fiehlt sich hier auf jeden Fall, um etwa mit  dem Material m abgedeckte Diamantkörner       freizulegen.    Entsprechend der geringen Dicke  des Diamantstaubes ist auch die zur Lücken  auffüllung benötigte Menge an Material     m,       gering und auch bei dem an sich kostspieli  gen Aufdampfverfahren tragbar. Verwendet  man zum Beispiel ein Diamantkorn von  0,005 mm Teilchengrösse, so ist eine galva  nisch aufgebrachte Schicht s von etwa 0,003  bis 0;004     mm    zur     zähen.        Befestigung    ausrei  chend, so dass nur noch     0y001    bis 0,002, mm  zur Bildung der Schicht     7n.    aufzudampfen  sind.

   Selbst gröbere Diamantkörnungen von  etwa 0,01'5 mm Grösse, die sich für die Be  wehrung von Grenzlehrdornen nach     Beschlei-          fen    der Arbeitsfläche ohne Kratzwirkung auf  zu prüfende Bohrungen vorzüglich bewährt  haben, erfordern nur etwa 0,002 bis 0,00'3     mm     Aufdampfung bei entsprechend gehaltener  galvanischer Schicht.    Ein weiteres vorteilhaftes Verfahren zur  Aufbringung der Armierungsschicht ist in  den Fig. 3 und 4 veranschaulicht, die schema  tisch die Herstellung zum Beispiel von Ge  winde- oder     Führungsrollen,        Fadenführern     oder andern aus     Rotationskörpern    bestehen  den Arbeitsgeräten oder Werkzeugen zeigen.

    Die zum Beispiel     aus    Stahl oder Hartbronze  bestehende Fadenführerrolle f kämmt mit  einer Druckrolle r mit     Gegenprofil    aus einem  Material hoher     Festigkeit.        Während        beide     langsam umlaufen, wird von oben Diamant  pulver d zwischen sie gestreut, das sich zum  Teil in das Profil des Fadenführers einpresst,  zum Teil durchfällt. Das     Einstreuen    wird ab  gebrochen, wenn das gesamte Arbeitsprofil  des Fadenführers     befriedigend        mit    Diamant  staub armiert ist.

   Durch allmähliche Zustel  lung der beiden Rollen zueinander kann nun  an den eigentlichen Eindrückprozess eine weit  gehende, Feinprofilierung, Egalisierung und  vor allem Verfestigung der Diamantschicht  durch eine Art Pressfinishverfahren ange  schlossen werden. Die Vorteile Hegen auf der  Hand: Schleifarbeit, die bei     Diamantbearbei-          tiing    sehr zeitraubend und kostspielig ist, fällt  weg oder kann auf die     Abstumpfung    scharf  kantiger Körner beschränkt werden. Ferner  besteht die     Diamantschicht    nach diesem Ver  fahren praktisch nur aus einer einzigen Korn  lage. Der besseren Übersicht halber ist     ixt    den      Abbildungen auf die Darstellung von Gegen  druckrollen, Lagern usw. verzichtet worden.  



  Besonders     vorteilhaft.    ist die Kombination  dieses Einroll-, Formungs-, Egalisierungs  und Pressfinishverfahrens mit einer der mo  dernen Fertigungsmethoden besonders fester  Diamantschichten, zum Beispiel durch Giessen,  auf metallkeramischem Wege oder durch gal  vanische Bindung. Die Diamantschicht wird       zunächst    nach     einem    dieser Verfahren her  gestellt. Danach ist die.

   Genauigkeit besonders  von Profilen mit     einspringenden    Winkeln       wie    an Führungsrollen oder Fadenführern  für stark     verschleissende    Werkstoffe, wie       Kunstfasern,    harte Metalle und dergleichen,  für Gewindelehren und Gewinderollen noch  wenig befriedigend, so dass es zu einer mass  gerechten Profilierung erheblicher Nacharbeit  durch Schleifen bedurfte, das an sich bei  derart konkaven Flächen wegen der schnellen  Abnutzung scharfprofiliger Schleifscheiben  recht schwierig und zeitraubend war. Auch  verteuerte die Schleifzugabe an Schichtstärke  das Werkzeug erheblich.  



  Durch die Kombination mit dem vorer  wähnten Einrollverfahren kann von vorn  herein die Stärke der Diamantschicht weit       geringer    angesetzt und Schleifarbeit entweder  überhaupt erspart oder nur auf Kornabstump  fung beschränkt werden. Gegenüber den be  kannten Bindeverfahren hat dies dazu noch  den Vorteil der erhöhten Verdichtung der  Arbeitsschicht durch Pressfinish.  



  Erwähnt sei die Möglichkeit, die Festig  keit der     Oberfläche    der Gegenstände bzw. des  Bindemittels während des Einrollens durch  Erhitzung zu senken.  



  Nenn als Bindewerkstoffe für den Dia  ma.ntstaub Metalle, Legierungen, Oxyde oder  dergleichen dienen, die mit Endstadium einer  Sinterung oder einer Diffusion verschiedener  Legierungsbestandteile, zum Beispiel bis zur  durchgehenden Bildung von     Mischkristallen     oder chemischen Verbindungen, für eine     Ein-          rollverformung        zu    hart sind, so empfiehlt es  sich, den Fertigungsprozess der Diamant  schicht bereits in einem Vorstadium gerin  gerer Festigkeit. abzubrechen und dafür an    den Einrollvorgang einen Erhitzungsprozess  anzuschliessen, der zur gewünschten Endhärte  führt. Auch zur Ausscheidungshärtung emp  fiehlt sieh eine anschliessende Erhitzung.  



  Diamant ist. ein teurer Werkstoff.     Deshalb     empfiehlt es sich, Werkzeuge, an die nicht  gerade höchste     Ansprüche    gestellt werden,  oder bei denen eine grosse Fläche zu beweh  ren ist, mit einer Schicht. zu versehen, bei  der ein Teil des Diamantstaubes durch an  dere Hartkörper, wie Korund oder ein Hart  karbid, in etwa. der Bleiehen Korngrösse er  setzt ist. Wie weit. man mit dem Ersatz der  Diamanten durch andere Hartkörper gehen  kann,     hängt    von der     Flächengrösse    der Be  wehrung und dem Zweck der     bewehrten     Fläche ab.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE I. Verfahren zur Herstellung von eine ver schleissfeste Oberfläche aufweisenden, haupt sächlich auf Gleitung beanspruchten metalli schen Geräten bzw. Maschinenelementen, da durch gekennzeichnet., dass auf die Oberfläche feine, wenigstens nach aussen mit stumpfen Kanten versehene Diamanten aufgebracht werden. II. Metallisches Gerät bzw. Maschinenele ment, hergestellt. nach dein Verfahren gemäss Patentanspruch I. UNTERANSPRÜCHE 1. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass für die Herstel lung der Bewehrungsschicht von vornherein stumpfkantige Diamantkörner Verwendung finden. 2.

   Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass für die Herstel lung der Bewehrungsschicht scharfkantige Dia.mantkörner Verwendung finden, deren Kanten nach dem Aufbringen aussen abge stumpft werden. 3. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass toter Diamantstaub für die Herstellung der Bewehrungsschicht Verwendung findet. 4. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass die Diamanten mit der Unterlage durch ein Bindematerial verbunden werden. 5.

   Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass als Bindematerial mindestens teilweise eine harte Legierung Verwendung findet. 6. Verfahren nach Patentanspruch I -und. Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Bindematerial eine Stahllegierung Verwendung findet. 7. Verfahren nach Patentanspruch I, da- durelr gekennzeichnet, dass neben den Dia- mantkörnern noch stumpfe Kanten aufwei sende Hartkörner aus anderem Werkstoff auf gebracht werden.

   B. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass neben den Diamantkörnern noch Körner aus Korund aufgebracht werden. 9. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass Diamantstaub zu erst teilweise auf galvanischem Wege abge bunden wird, worauf die Lücken zwischen den freien Diamantspitzen mit einem harten Werkstoff aufgefüllt und hierauf die Spitzen abgestumpft werden. 10. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass Diamantstaub zuerst teilweise auf gal vanischem Wege abgebunden wird, worauf die Lücken zwischen den freien Diamant spitzen durch Aufdampfen aufgefüllt und hierauf die Spitzen abgestumpft werden. 11.

   Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass die Bewehrungs schicht aus Diamantkörnern zuerst roh ge fertigt und hierauf zur genauen Profilierung, Egalisierung und Oberflächenverdichtung einem Pressverfahren unterworfen wird. 12. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass die Bewehrungs schicht aus Diamantkörnern zuerst roh ge fertigt und hierauf zur genauen Profilierung, Egalisierung und Oberflächenverdichtung einem Einrollverfahren unterworfen wird. 13.

   Verfahren nach Patentanspruch I zur Herstellung von Rotationskörpern, dadurch gekennzeichnet, dass Diamantstaub in der Weise auf die Oberfläche aufgebracht wird, dass der Körper in Berührung mit einer Druckrolle gedreht wird, wobei Diamantstaub eingestreut wird, derart, dass d-er Diamant- staub in die Oberfläche des Rotationskörpers eingedrückt wird. 14. Verfahren nach Patentanspruch I und Unteranspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindemittelschicht während des Einrollens durch Erhitzung in ihrer Festig keit verringert wird. 15.

   Verfahren nach Patentanspruch I und den Unteransprüchen 12 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass an das Einrollen ein Er hitzungsvorgang angeschlossen wird.