CH623255A5 - - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Schneid- und Schleifwerkzeug mit einem Pressling aus einer zu wenigstens 70 Vol.% aus Schleifmittelteilchen bestehenden, in ein hartes Konglomerat gebundenen Masse und einem einen Teil des Presslings bedek-kenden und fest mit demselben verbundenen Träger.
Derartige Presslinge sind polykristalline Massen und können grosse Einzelkristalle ersetzen. Die im allgemeinen wenigstens 70 Vol.%, vorzugsweise jedoch 80—90 Vol.%, des Presslings ausmachenden Schleifmittelteilchen sind unveränderlich superharte Schleifteilchen wie z. B. Diamant und kubisches Bornitrid.
Schleifmittelpresslinge, insbesondere Presslinge, welche Diamantsplitter oder kubisches Bornitrid enthalten, können durch Eigenbindung fest zusammenhalten, d.h. die einzelnen Teilchen des Presslings können ohne Hilfe einer metallischen od.dgl. Bindemasse geschmolzen und fest miteinander verbunden sein. Alternativ ergeben sich festere und härtere Presslinge, wenn eine geeignete Bindemasse vorhanden ist.
Bei Presslingen mit kubischem Bornitrid, d.h. Presslingen, bei denen als Schleifmittelteilchen kubisches Bornitrid vorherrscht, enthält eine eventuell vorhandene Bindemasse vorzugsweise einen Katalysator (auch bekannt als Lösungsmittel) für das Wachstum von kubischem Bornitrid, wie beispielsweise Aluminium oder eine Legierung von Aluminium mit Nickel, Kobalt, Eisen, Mangan oder Chrom.
Derartige Katalysatoren neigen durch ihre Weichheit zum Schmieren, so dass zur Verringerung dieser Schmierwirkung des Katalysators während der Verwendung des Presslings vorzugsweise für die Matrix oder Masse auch ein keramischer Stoff wie beispielsweise Siliziumnitrid verwendet wird, welcher mit dem Katalysator in der Weise reagiert, dass ein Hartstoff entsteht.
Bei Diamantpresslingen, d.h. Presslingen, bei denen als Schleifmittelteilchen Diamanten vorherrschen, enthält eine eventuell vorhandene Bindemasse vorzugsweise ein Lösungsmittel zur Begünstigung des Diamantenwachstums. Geeignete Lösungsmittel sind Metalle der Gruppe VIII der periodischen Tabelle, wie beispielsweise Kobalt, Nickel oder Eisen oder eine ein derartiges Metall enthaltende Legierung.
Für Diamant- und kubische Bornitridpresslinge ist das Vorhandensein eines Lösungsmittels oder Katalysators für das spezielle im Pressling verwendete Schleifmittel deshalb erwünscht, weil unter den für die Herstellung derartiger Presslinge erforderlichen Bedingungen eine Verwachsung der Schleifmittelteilchen untereinander eintritt. Bekanntlich werden Diamant- und kubische Bornitridpresslinge im allgemeinen unter Temperatur- und Druckbedingungen hergestellt, bei denen die Schleifmittelteilchen kristallografisch stabil sind.
Bei Verwendung derartiger Diamant bzw. kubisches Bornitrid enthaltender Presslinge zur Bearbeitung von Metallen werden die Presslinge fest mit einem geeigneten Halter ver5
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bunden, wie beispielsweise einem Schaft, so dass ein Werkzeug entsteht. Dabei können die Presslinge fest mit einem Träger verbunden werden, wie beispielsweise einem Träger aus Sinterkarbid, welcher dann mit dem Halter fest verbunden wird, um das Werkzeug zu bilden. Diamant und kubisches Bornitrid enthaltende Presslinge, welche mit einem gesinterten Wolframkarbidträger fest verbunden sind, sind beispielsweise in den GB-Patenten 1 349 385, 1 407 303 und 1 489 130 beschrieben und dargestellt.
Eines der Probleme bei Diamant und kubischem Bornitrid enthaltenden Presslingen ist ihre Brüchigkeit, welche dazu führt, dass während der Bearbeitung von Metallen mehr oder weniger grosse Stücke des Presslings abplatzen. Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Schneid- und Schleifwerkzeug der eingangs genannten Art in der Weise auszubilden, dass dieses Problem verringert, wenn nicht sogar ausgeschaltet wird.
Gekennzeichnet ist ein erfindungsgemässes Werkzeug der eingangs genannten Art dadurch, dass der Träger für den Pressling mehr als 50% der Oberfläche des Presslings bedeckt und mit dem Pressling fest verbunden ist und dass der Pressling derart über den Träger hinausragt, dass ein Werkstück bearbeitbar ist.
Auf diese Weise wird erfindungsgemäss ein Schneid- und Schleifwerkzeug mit einem Schleifmittelpressling geschaffen, bei welchem dieser Pressling umfassender abgestützt ist, als dies bei bisher bekannten derartigen Werkzeugen der Fall ist. Vorzugsweise wird wenigstens 75% der Oberfläche des Presslings vom Träger bedeckt. Bei diesem allgemeinen Konzept sind naturgemäss eine grosse Anzahl von Formen und Zusammensetzungen möglich, wobei einige bevorzugte Ausführungsbeispiele nachstehend beschrieben werden.
Nach einem Ausführungsbeispiel besitzt der Pressling jeweils eine Hauptfläche auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten, mit denen der Träger fest verbunden ist, wobei der Träger im wesentlichen die eine Hauptfläche insgesamt bedeckt und die andere Hauptfläche nur teilweise. Tatsächlich ist der Pressling zwischen zwei Trägerteilen als Schicht angeordnet. Typischerweise ist der Pressling keilförmig und sein spitzes Ende ergibt dabei die vorspringende Arbeitskante oder -fläche.
Nach einem anderen Beispiel ist der Pressling zylindrisch ausgebildet und innerhalb einer den Träger bildenden Hülse angeordnet und mit dieser Hülse fest verbunden. Dieser Aufbau ergibt einen regelrechten Stift oder Griffel.
Das über den Halter vorspringende Teil kann jegliche für die Bearbeitung eines Werkstückes geeignete Form aufweisen, wobei ein typisches Beispiel hierfür eine konische oder meis-selförmige Ausbildung ist.
Nach einem anderen Beispiel erstreckt sich der mit den beiden Hauptflächen des Presslings fest verbundene Träger praktisch über beide Hauptflächen und ist an nebeneinanderliegenden Kanten angefast, so dass die zwischen den angefa-sten Kanten liegende Fläche des Presslings die vorspringende Arbeitskante oder -fläche bildet.
Vorzugsweise ist die Masse des Trägers grösser, und zwar im allgemeinen sehr viel grösser, als die Masse des Presslings, wobei typischerweise die Masse des Trägers 5- bis 15mal so gross ist wie die des Presslings.
Bei den erfindungsgemässen Werkzeugen kann der Pressling mit dem Träger direkt ohne eine Zwischenbindeschicht aus Metall oder einer Legierung in der in den GB-Patent-schriften 1 349 385 und 1 407 393 dargestellten und beschriebenen Weise fest verbunden werden. Alternativ kann der Pressling aber auch mit dem Träger über eine Metall- oder Legierungsbindeschicht fest verbunden werden. Die Bindeschicht kann ein Tieftemperaturhartlot oder ein Hochtemperaturhartlot der in der GB-PS 1 489 130 beschriebenen und dargestellten Art sein. Bei Presslingen mit kubischem Bornitrid wird vorzugsweise, wenn eine Bindeschicht vorgesehen wird, ein Kupfer/Zinn/Titan-Hartlot verwendet. Bei Diamant-presslingen wird, wenn eine Bindeschicht vorgesehen ist, vorzugsweise Zirkon als Bindeschicht verwendet.
Die Bindeschicht ist im allgemeinen dünner als 0,5 mm und hat typischerweise eine Stärke von 50-500 Mikron.
Die Erfindung hat ihre spezielle Anwendung auf Schneid-und Schleifwerkzeuge mit Diamant- und kubischen Bornitrid-presslingen der vorbeschriebenen Art.
Der Träger besteht aus einem Material mit hoher Steifigkeit, wie beispielsweise einem hochwertigen Stahl der M- oder T-Reihen oder einem Sinterkarbid. Vorzugsweise wird der Träger allerdings aus einem Sinterkarbid hergestellt. Geeignete Sinterkarbide sind beispielsweise gesinterte Wolframkarbide, gesinterte Titankarbide, gesinterte Tantalkarbide und deren Mischungen. Derartige Karbide haben bekanntlich eine Metallbindematrix, die gewöhnlich aus Kobalt, Nickel, Eisen oder einer Mischung derselben besteht. Die Metallbindematrix wird gewöhnlich in einer Menge von 3—25 Gew. % des Karbids vorgesehen.
Die erfindungsgemässen Werkzeuge können in der Weise hergestellt werden, dass in an sich bekannter Weise ein Pressling gefertigt wird und alsdann unter Verwendung eines geeigneten Bindemetalls oder -legierung mit dem Träger fest verbunden wird. Für Diamant- und kubische Bornitridpresslinge kann das Verfahren angewendet werden, welches ganz allgemein in der GB-PS 1 489 130 beschrieben ist.
Eine direkte Verbindung von Diamant- und kubischen Bornitridpresslingen mit Sinterkarbid-Trägern lässt sich durch Anwendung der allgemeinen Lehren der GB-PS 1 349 385 und 1 407 393 erreichen.
Eine genauere Erläuterung der Erfindung ergibt sich aus der nachfolgenden Beschreibung einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Zeichnung; es zeigt
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels,
Fig. 2 eine Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels,
Fig. 3 eine Draufsicht auf das Ausführungsbeispiel aus Fig. 2 in Richtung des Pfeiles in Fig. 2,
Fig. 4 einen Längsschnitt durch ein drittes Ausführungsbeispiel, und
Fig. 5 eine Ansicht des Ausführungsbeispiels aus Fig. 4 in Blickrichtung des Pfeiles in Fig. 4.
Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemässes Schneid- und Schleifwerkzeug, welches aus einem Schleifmittelpressling 10 zwischen zwei Trägern 12, 14, besteht. Diese Träger 12 und 14 können mit dem Pressling 10 entweder direkt oder durch eine Metall- oder Legierungsbindeschicht verbunden sein.
Der Pressling 10 ist keilförmig ausgebildet und sein spitzes Ende 16 ergibt eine Schneidkante des Werkzeuges. Der Träger 14 erstreckt sich über die gesamte eine Hauptfläche des Presslings, während der Träger 12 sich nur über einen Teil der anderen Hauptfläche erstreckt. Wenn die Schneidkante 16 an einem Werkstück angreift, bilden sich auf der Fläche 18 Späne des Werkstückes, welche der Träger 12 bricht. Der Träger 12 wirkt zusammen mit dem Träger 14 als fester Halt für den Pressling, wodurch die Neigung des Presslings, zu zerbröckeln oder zu reissen stark herabgesetzt wird.
Der Träger 12 erstreckt sich von dem Ende des Presslings, welches von der scharfen Kante 16 entfernt liegt und bedeckt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel etwa 60% der Oberseite des Presslings. Das Ausmass, mit welchem dieser Träger sich über den Pressling erstreckt, kann entsprechend dem Verwendungszweck des Werkzeuges variiert werden.
Das in den Figuren 2 und 3 dargestellte Ausführungsbei5
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spiel kann als Abdrehwerkzeug (dressing tool) verwendet werden und besteht aus einem zwischen zwei Trägern 22 und 24 als Schicht angeordneten Schleifmittelpressling 20. Dieser Pressling 20 ist ein rechteckiger Block mit zwei Hauptflächen 20a und 20b. Die Träger 22 und 24 erstrecken sich praktisch über die gesamten beiden Hauptflächen 20a und 20b und sind mit diesen Hauptflächen fest verbunden. An den nebeneinanderliegenden Kanten 26 und 28 sind die beiden Träger 22 bzw. 24 angefast, so dass zwischen diesen ängefasten Kanten 26 und 28 eine Fläche 30 des Presslings freiliegt, welche die Abdrehkante des Werkzeuges bildet. Das Werkstück kann in Richtung der langen oder der kurzen Achse dieser Fläche 30 abgedreht werden.
Wie bei dem erstbeschriebenen Ausführungsbeispiel kann die Verbindung der Träger 22 und 24 mit dem Pressling 20 entweder direkt oder über eine Metall- oder Legierungsbindeschicht erfolgen.
Das in den Figuren 4 und 5 dargestellte dritte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Werkzeuges besitzt im wesentlichen die Form eines Stiftes oder Griffels. Ein zylindrischer Pressling 32 ist in einer Trägerhülse 34 angeordnet und fest mit derselben verbunden. Der Pressling 32 besitzt am einen Ende eine Spitze 36, welche aus der angefasten Oberkante 38 der Hülse 34 herausragt. Auch hier kann die Verbindung zwischen dem Träger und dem Pressling direkt oder durch eine Metall- oder Legierungsbindeschicht erfolgen. Das Werkzeug gemäss diesem Ausführungsbeispiel kann zum Schneiden von Gewinde oder zum Gravieren von Glas verwendet werden.
Um die Erfindung weiter zu illustrieren, wird nachstehend ein Beispiel gegeben. Ein Pressling aus kubischem Bornitrid wurde in der Weise hergestellt, dass eine Mischung aus 80 Gew. % kubischem Bornitrid und 20 Gew. % pulverisierter s Aluminium/Kobalt-Legierung (50/50 Gew.%) den Temperatur- und Druckbedingungen unterworfen wird, bei denen kubisches Bornitrid kristallografisch stabil ist, d.h. einer Temperatur von 1600° C und einem Druck von 55-60 kbar. Diese Temperatur- und Druckbedingungen wurden während einer io Zeitspanne von 3-5 min aufrechterhalten. Die Temperatur Hess man dann auf Raumtemperatur zurückgehen und der Druck wurde aufgehoben. Der hergestellte Pressling hatte die Form einer kreisrunden Scheibe. Diese Scheibe wurde dann in drei 60°-Segmente zertrennt. Jeweils ein gesinterter Wolfram-15 karbidträger (Kobaltbinder), welcher ebenfalls die Form eines 60°-Segmentes hatte, wurde dann auf jede der beiden Hauptflächen eines jeden Segmentpresslings aufgeklebt. Diese Verbindung wurde durch eine Kupfer/Zinn/Titan-Hartlotlegierung erreicht. Diese Hartlotlegierung wurde in pulverisierter 20 Form auf die eine Hauptfläche eines Segments aufgestreut, ein gesinterter Wolframkarbidträger dann auf diese Pulverschicht gelegt und das Ganze auf eine Temperatur von etwa 900° C unter Vakuum etwa 10 min lang erhitzt.
Der eine der gesinterten Karbidträger eines jeden Segmen-25 tes wurde zum Teil fortpoliert, wobei man vom spitzen Ende des Segmentes anfing und nach hinten arbeitete. Die auf diese Weise hergestellten Körper hatten die in Fig. 1 dargestellte Form und Aufbau, wobei die Masse der gesinterten Wolframkarbidträger insgesamt etwa das lOfache des Presslings betrug.
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1 Blatt Zeichnungen
Claims (22)
1. Schneid- und Schleifwerkzeug mit einem Pressling aus einer zu wenigstens 70 Vol.% aus Schleifmittelteilchen bestehenden, zu einem harten Konglomerat gebundenen Masse und einem einen Teil des Presslings bedeckenden und fest mit demselben verbundenen Träger, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger (12, 14; 22, 24; 34) für den Pressling (10; 20; 32) mehr als 50% der Oberfläche des Presslings bedeckt und mit dem Pressling fest verbunden ist und dass der Pressling derart über den Träger hinausragt, dass ein Werkstück bearbeitbar ist.
2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger wenigstens 75% der Oberfläche des Presslings bedeckt.
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PATENTANSPRÜCHE
3. Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Pressling (10; 20) jeweils eine Hauptfläche auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten aufweist, mit denen der Träger (14, 12) verbunden ist, und dass der Träger sich im wesentlichen über die Gesamtheit der einen Hauptfläche erstreckt und nur über einen Teil der anderen Hauptfläche.
4. Werkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Pressling (10) keilförmig ausgebildet ist.
5. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Pressling (32) zylindrisch ausgebildet ist und innerhalb einer den Träger bildenden Hülse (34) angeordnet und fest mit dieser verbunden ist.
6. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der über den Träger (12; 34) hinausragende Teil (18, 16; 36) des Presslings (10; 32) konisch ist.
7. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der über den Träger (34) hinausragende Teil (36) des Presslings (32) meisselförmig ist.
8. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Pressling (20) jeweils mit einer Hauptfläche auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten mit einem Träger (22, 24) fest verbunden ist, dass der Träger sich im wesentlichen über beide Hauptflächen erstreckt und an zwei nebeneinanderliegenden Kanten (26, 28) angefast ist und dass die zwischen den angefasten Trägerkanten liegende Fläche des Presslings die vorspringende Presslingsfläche (30) ist.
9. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägermasse grösser ist als die des Presslings.
10. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägermasse 5- bis 15mal so gross ist wie die des Presslings.
11. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Pressling mit dem Träger direkt ohne eine zwischen beiden angeordnete Metall- oder Legierungsbindeschicht fest verbunden ist.
12. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Pressling mit dem Träger über eine Metall- oder Legierungsbindeschicht fest verbunden ist.
13. Werkzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindeschicht weniger als 0,5 mm stark ist.
14. Werkzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindeschicht 50-500 Mikron stark ist.
15. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Schleifmittelpressling im wesentlichen kubisches Bornitrid enthält.
16. Werkzeug nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Pressling eine Matrix mit einem Katalysator für das Wachstum von kubischem Bornitrid enthält.
17. Werkzeug nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator Aluminium oder eine Aluminiumlegierung ist.
18. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Pressling ein Diamantpressling ist.
19. Werkzeug nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Pressling eine Matrix mit einem Lösungsmittel für das Wachstum von Diamanten enthält.
20. Werkzeug nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Lösungsmittel Kobalt ist.
21. Werkzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Träger aus Sinterkarbid besteht.
22. Werkzeug nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Sinterkarbid gesintertes Wolframkarbid, gesintertes Titankarbid, gesintertes Tantalkarbid oder eine Mischung derselben ist.
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