CH673424A5 - - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Technologie des Maschinenbaues, genauer auf ein Verfahren zur Herstellung eines diamantimprägnierten Schleifwerkzeuges.

Die nach dem vorliegenden Verfahren hergestellten Werkzeuge, welche zur Bearbeitung von Diamant, Glas, Keramik und anderen harten Stoffen bestimmt sind, können in der Schmuckwarenindustrie, bei der Fertigung von optisch-mechanischen Geräten sowie in der Bauindustrie verwendet werden.

Bekannt ist ein Verfahren zur Herstellung von diamantimprägnierten Facettierscheiben, bei dem man auf die Oberfläche einer Metallscheibe ein diamanthaltiges Ölgemisch aufträgt und das Einbetten durch Einreiben dieses Gemisches mit Hilfe eines Hartmetallelementes, beispielsweise einer Gusseisenläpp-scheibe, durchführt. Das Einbetten erfolgt bei statischer Belastung des Hartmetallelementes, wobei gleichzeitig dessen Drehung mit einer Frequenz von 2-40 s"1 gewährleistet wird (Epi-fanov V.l. u. a. «Bearbeitungstechnologie von Diamanten zur Erzeugung von Brillanten», M., Verlag «Vysshaya Shkola», 1982, S. 233).

Jedoch besitzt das bekannte Verfahren eine niedrige Produktivität, weil die Einbettungsoperation 20-30 min in Anspruch nimmt. Darüber hinaus gestattet dieses Verfahren nicht, eine hohe Diamantkörnerkonzentration im Scheibenmetall zu erzielen und sicherzustellen, dass die Diamantkörner beim Betrieb aus der Scheibe nicht ausbrechen. Dies bedingt niedrige Betriebseigenschaften von Facettierscheiben sowie einen erhöhten Verbrauch an teurem Diamantrohstoff.

Dieses Verfahren ist zur Herstellung von dünnwandigen Schleifscheiben, deren Dicke mit der Diamantkorngrösse vergleichbar ist, wegen Scheibenverformung ungeeignet.

Bekannt ist ferner ein Verfahren zur Herstellung eines diamantimprägnierten Schleifwerkzeuges, das das Auftragen einer Diamantkörner enthaltenden Schleif pulverschicht auf einen Rohling mit nachfolgender Einwirkung eines Hartmetallstempels auf die gesamte Oberfläche desselben einschliesst. Die

Stempeleinwirkung besitzt einen statischen Charakter und erfolgt bei einem Druck von über 400-500 MPa.

Allerdings gestattet es das bekannte Verfahren nicht, einen höheren Grad der Adhäsion von Diamantkörnern am Rohlingsmetall zu erzielen, weil deren Einbau in dieses nicht vollständig zustande kommt.

Da die Eindringungsrichtung der Diamantkörner mit der Wirkungsrichtung der statischen Belastung übereinstimmt, kann man beim Einbringen der Diamantkörner in den Rohling nur eine Konzentration von höchstens 40 VoI.-% erreichen. Die genannten Faktoren wirken sich auf die Betriebseigenschaften des Werkzeugs nachteilig aus. ,

Ausserdem setzt dieses Verfahren den Einsatz von energieintensiven Pressausrüstungen voraus.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein solches Verfahren zur Herstellung eines diamantimprägnierten Schleifwerkzeuges durch entsprechende Wahl von technologischen Parametern für die Operation des Einbringens der Diamantkörner in den Rohling zu entwickeln, das eine hohe Produktivität hätte und hoheBetriebseigenschaften des Schleifwerkzeuges gewährleisten würde.

Diese Aufgabe ist dadurch gelöst, dass ein Verfahren zur Herstellung eines diamantimprägnierten Schleifwerkzeuges vor-geschlagenist, das das Auftragen einer Diamantkörner enthaltenden Schleifpulverschicht auf einen Rohling und die Einwirkung auf den Rohling auf der Seite dieser Schicht mittels eines Hartmetallelementes zum Einbringen des Schleifpulvers in denselben einschliesst, in dem erfindungsgemäss das Einbringen des Schleifpulvers durch Einwirkung auf den Rohling mit einem Schlagimpuls von 200-800 kN. s und einem Hartmetallelement erfolgt, das mit einer Frequenz von 900-2500 s"1 rotiert.

Derartige Einwirkung auf den Rohling gewährleistet die günstigsten Bedingungen zum maximal vollkommenen Einbringen der Diamantkörner in den Rohling und sicheren Befestigen derselben. In der Folge wird die Herstellung eines dünnwandigen Werkzeuges, beispielsweise einem Trennwerkzeug, mit einer Dicke bis 0,05 mm bei einer Diamantkörnerkonzentration bis zu 60-65 Vol.-% ermöglicht. Ausserdem nimmt die Standzeit des hergestellten Werkzeuges um 40-45%, die Schnittintensität beispielsweise beim Zerspanen von Diamant um 50-55%, die Arbeitsleistung bei der Herstellung desselben um das 3- bis 4-fache zu.

Erfindungsgemäss erfolgt das Auftragen der Schleifpulverschicht auf einen scheibenförmigen Rohling unter gleichzeitiger Erteilung demselben einer Kugelsegmentform mit einem Halbmesser, der den Ausgangshalbmesser desselben um das 3- bis lOfache übersteigt.

Die Formgebung des Rohlings beim Aufbringen des Schleifpulvers gewährleistet eine optimale Verteilung der Diamantkörner mit Rohlingsvolumen, was die Standzeit des Werkzeuges zu erhöhen erlaubt.

Zweckmässigerweise wird für das Auftragen auf den Rohling ein Schleifpulver verwendet, das die folgende Zusammensetzung besitzt (Vol.-%):

Diamantkörner 20-60

leichtschmelzendes Metall bis 100,

oder aber eine aus Diamantkörnern bestehende Schleifpulverschicht auf einen vorher mit leichtschmelzendem Metall plattierten Rohling aufgetragen.

Das im Gemenge vorhandene leichtschmelzende Metall bzw. die Vorplattierung des Rohlings mit einem leichtschmelzenden Metall gestattetes, den Gehalt von Diamantkörnern mit einer Grösse über200-500 um im Werkzeuggefüge bis auf die höchstmögliche Konzentration zu steigern.

Das erfindungsgemässe Verfahren wird folgenderweise durchgeführt:

2

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

673 424

Man bringt auf den Rohling eine Diamantkörner enthaltende Schleifpulverschicht auf. Über dem Rohling wird in der unmittelbaren Nähe der Schleifpulverschicht ein Hartmetallelement, z. B. eine Wolframkarbidplatte, angeordnet und dasselbe mit einer Frequenz von 900-2500 s"1 in Drehung versetzt. Man lässt auf den Rohling von der entgegengesetzten Seite her einen Schlagimpuls von 200-800 kN. s einwirken, der über die gesamte Oberfläche des Rohlings wirkt und eine sehr schnelle Bewegung desselben in Richtung auf das Hartmetallelement zu und den Zusammenstoss mit demselben gewährleistet.

Die Einwirkung eines Schlagimpulses der angegebenen Stärke auf den Rohling gewährleistet unter Bedingungen seiner Berührung mit dem rotierenden Hochgeschwindigkeits-Hartme-tallelement das Eindringen der Diamantkörner in das Rohlingsmetall längs einer komplizierten Bahn bis auf eine Tiefe, die zum sicheren Festhalten derselben ausreichend ist. Dies gestattet es, die Konzentration der Diamantkörner im Werkzeug zu erhöhen, das Ausbrechen derselben aus dem Werkzeug während des Betriebes zu vermeiden und dadurch die Betriebseigenschaften desselben zu verbessern.

Ausserdem trägt die kurzzeitige Einwirkung des Schlagimpulses beim qualitätsgerechten Einbringen der Diamantkörner zur Erhöhung der Produktivität des Prozesses bei.

Das Aufbringen des Pulvennaterials auf die Rohlingsoberflä-che kann durch freie Formung, durch Aufstäuben, mit Verwendung eines Netzes erfolgen. Dabei geschieht das Auftragen des Schleifpulvers auf den scheibenförmigen Rohling zweckmässigerweise unter gleichzeitiger Erteilung demselben einer Kugelsegmentform mit einem Halbmesser, der den Ausgangshalbmes-ser des Rohlings um das 3- bis lOfache übersteigt. Dies erlaubt es, die Diamantkörner im Rohling dank plastischem Fliessendes Rohlingsmetalls während des Einbringens fester anzubringen.

Über der oberen Grenze des Segmenthalbmesserwertes ist keine Verbesserung der Betriebseigenschaften des Werkzeuges zu verzeichnen, unter der unteren Grenze aber wird es unmöglich, dem Rohling diese Form ohne Wellenbildung zu erteilen.

Je nach der funktionalen Bestimmung des Werkzeuges gestattet es das Verfahren, das Schleifpulver mit verschiedenem Gehalt an Diamantkörnern mit einem weiteren Korngrössenbereich zu verwenden.

Erfindungsgemäss wird es vorgeschlagen, ein Schleifpulver der folgenden Zusammensetzung (VoI.-%) zu verwenden:

Diamantkörner 20-60

leichtschmelzendes Metall bis 100.

Das leichtschmelzende Metall erfüllt bei der Strukturbildung des Werkzeugmaterials die Funktion eines Bindemittels, das die 5 Diamantkörner mit einer Grösse von über 200-250 um fest anzubringen erlaubt.

Ein ähnlicher Effekt wird auch beim vorherigen Plattieren der Rohlingsoberfläche mit einem leichtschmelzenden Metall erreicht. Dabei ist vorzusehen, dass die Plattierschichtdicke die io Hälfte der minimalen Grösse der Diamantkörner nicht übersteigt, weil sonst kein Effekt ihrer maximalen Eindringung in den Rohling eintreten kann.

Nachstehend sind konkrete Ausführungsbeispiele des erfin-dungsgemässen Verfahrens angeführt.

15

Beispiel 1

Man stellt Trennschleifscheibe zum Zersägen von Diamantkristallen her. Als Rohlinge werden Stahlscheiben mit einem 20 Durchmesser von 80 mm und einer Dicke von 0,08 mm verwendet.

Das Diamantpulver mit einer Körnigkeit von 20/16 |xm wird mit Hilfe eines Klebers auf die Rohlingsoberfläche gleichmässig aufgetragen. Der Rohling wird auf der Oberfläche eines vorher 25 auf einer Kupferplatte untergebrachten elastischen Elementes aus Polyurethan angeordnet. Hierbei sind das elastische Element und die Platte axial verschiebbar. In der unmittelbaren Nähe der Kupferplatte wird ein flacher Induktor einer magnetischen Impulsanlage angeordnet. Über der Rohlingsoberfläche wird eine 30 Platte aus einem Hartmetall von Typ WC-CO angebracht und dieselbe in axiale Drehung mit einer Frequenz bis 900-2500 s"1 versetzt. Danach erfolgt die Entladung des kapazitiven Speichers der magnetischen Impulsanlage auf den flachen Induktor, wodurch eine impulsartige Schlageinwirkung auf den Rohling 35 mittels des elastischen Elements und der Kupferplatte gewährleistet wird. Die Schlagimpulsstärke erreicht 200-800 kN. s.

Dank dem Zusammenstoss des Rohlings mit der Hartmetallplatte wird das Eindringen der Diamantkörner in den Rohling und deren Befestigen in diesem erreicht.

40 In der nachstehenden Tabelle 1 sind Betriebscharakteristiken der hergestellten Trennschleifscheiben je nach den Prozessparametern angeführt.

Kennwerte stoffverluste, %

Tabelle 1

Drehzahl der Hartmetallplatte s"1 bei einem Schlagimpulsstärke kN. s bei einer Drehzahl der Hartmetall-Schlagimpuls von 200 kN.s platte von 900 s"1

1500

2000

2500

200

400

600

800

Zersägungsintensität

34,1

35,2

35,4

32,4

35,2

38,3

38,9

mm2/h

Gesamte Zersägungs-

43,2

45,6

45,9

41,9

42,2

42,4

42,8

fläche, mm2

Relative Roh-

2,5

2,6

2,5

2,5

2,4

2,5

2,6

Beispiel 2

Man stellt Trennschleifscheiben zum Zersägen von Diamantkristallen her. Als Rohling benutzt man Bronzescheiben mit einem Durchmesser von 50 mm und einer Wandstärke von 0,05 mm.

Das Diamantpulver wird auf die Rohlingsoberfläche nach der Methode der freien Formung gleichmässig aufgetragen.

In einen Behälter mit beweglicher Kupferplatte werden ein Element aus Polyurethan und ein Rohling nacheinander eingebracht. Über dem Behälter ordnet man eine Hartmetallplatte mit konkaver sphärischer Oberfläche mit einem Halbmesser von 150 60 bis 500 mm an. Auf die Kupferplatte lässt man dann ein impulsartiges magnetisches Feld mit einer Stärke von 6. IO8 A/m einwirken.

Dadurch wird dem Rohling eine Kugelsegmentform bei 65 gleichzeitiger teilweiser Eindringung der Diamantkörner in denselben erteilt.

Darauf tauscht man die Platte mit sphärischem Profil gegen eine Platte mit flachem Profil ein, die mit einer Frequenz von

673 424 4

1000 s"1 rotiert, wonach erneut eine magnetische Impulseinwir- In der nachstehenden Tabelle 2 sind Betriebscharakteristiken kung auf die Kupferplatte erfolgt. Die Stärke des auf den Rohling der hergestellten Trennschleifscheiben je nach dem Halbmesser wirkenden Schlagimpulses beträgt 450 kN.s. des Kugelsegmentes des Rohlings angeführt.

Tabelle 2

Kennwerte Halbmesser des Rohlingskugelsegmentes, mm

150

200

300

350

400

500

Zersägungsintensität

33,2

34,8

35,3

36,2

36,7

36,9

mm2/h

Gesamte Zersägungs-

40,5

42,3

43,1

43,3

43,5

43,8

fläche, mm2

Relative Roh-

2,6

2,5

2,5

2,4

2,4

2,4

stoffverluste, %

Beispiel 3 setzten Seite her einen Schlagimpuls von 650 kN.s einwirken, der

Man stellt Schleifscheiben zum Trennen von tafelförmigem durch eine Wasserschlaganlage erzeugt wird.

Hartgewebe mit 40 mm Dicke her. 20 Infolge des Zusammenstosses des Rohlings mit der Hartme-

Als Rohling benutzt man Stahlscheiben mit einem Durchmes- tallplatte wird das Eindringen der Diamantkörner in denselben ser von 200 mm und einer Dicke von 1,0 mm. gewährleistet. Das Festhalten der Diamantkörner im Rohling

Ein Gemenge, das aus Diamantpulver mit einer Körnigkeit wird dank deren tiefer Eindringung und dem eingeschmolzenen von315/250 fxm und Zinnpulver mit einer Teilchengrösse von Zinn erreicht, das die Funktion eines Lötmittels erfüllt.

300-320 um besteht, wird auf die Rohlingsoberfläche gleichmäs- 25 in der nachstehenden Tabelle 3 sind Betriebskenndaten der sig aufgestäubt. Über dem Rohling wird in der immittelbaren hergestellten Schleifscheiben je nach dem spezifischen Verhält-

Nähe der Schleifpulverschicht eine flache Hartmetallplatte (WC- nis von Diamantkörnern und Zinn bei einer Schnittgeschwindig-

CO) angebracht und mit einer Frequenz von 1500 s"1 in Drehung keit von 60 m/s und einer Zustellung von 0,6 mm je Umdrehung versetzt. Auf den Rohling lässt man dann von der entgegenge- angeführt.

Tabelle 3

Kennwerte Spezifischer Gehalt an Diamantkörnern im Gemenge (Rest ist Zinn), Vol.-%

20 30 40 50 60

Verschleissfestigkeit, mg/m2 0,41 0,55 0,60 0,69 0,72

Gesamte Bearbeitungsfläche; m2 8020 8350 9126 9200 9280

Beispiel 4

Man stellt Scheiben zum Trennen von Hartgewebe mit 50 mm Dicke her.

Als Rohlinge benutzt man Stahlscheiben mit einem Durchmesser von 200 mm und einer Dicke von 1,0 mm. Vorher wurden die Rohlinge mit einer Zinnschicht mit einer Dicke von 18 um plattiert. Das Gemenge, das aus einem Gemisch von Diamantpulvern mit einer Körnigkeit von 400/250 und einer Körnigkeit von 63/40 sowie aus Zinnpulver besteht (Verhältnis der Bestandteile im Gemenge jeweils 30:30:40), wird auf die Rohlingsoberfläche aufgetragen. Danach erfolgen Operationen, die den im Beispiel 3 beschriebenen ähnlich sind.

Die Verschleissfestigkeit der hergestellten Scheiben beträgt 0,83 mg/m2, die Bearbeitungsfläche des Hartgewebes -9290 m2.

Beispiel 5

Man stellt Schleifscheiben zum Schleifen von Diamantkristallen her. Das Diamantpulver mit einer Körnigkeit von 50/40 Jim wird auf einen stählernen Rohling aufgetragen. In der unmittel-45 baren Nähe der mit dem Diamantpulver bedeckten Rohlingsoberfläche wird eine Hartmetallplatte (WC-CO) angebracht und mit einer Frequenz von 2200 s"1 in Drehung versetzt. Von der entgegengesetzten Seite her lässt man auf den Rohling einen Schlagimpuls von750 kN.s einwirken, der durch eine Druckluft-50 schlaganlage erzeugt wird.

Nach dem Zusammenstoss mit der rotierenden Platte bildet sich in der oberflächennahen Rohlingsschicht eine dia-manthaltige Schicht mit einer Diamantkörnerkonzentration von bis 60 Vol.-% aus.

55 Das hergestellte Werkzeug besitzt eine Schleif intensität von 1,9-2,0 mg/min.

Claims (4)

1. 673 424

   PATENTANSPRÜCHE

   1. Verfahren zur Herstellung eines diamantimprägnierten Werkzeuges, das das Auftragen einer Diamantkörner enthaltenden Schleif pulverschicht auf einen Rohling und die Einwirkung auf den Rohling auf der Seite dieser Schicht mittels eines Hartmetallelementes zum Einbringen des Schleifpulvers in denselben einschliesst, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen des Schleifpulvers durch Einwirkung auf den Rohling mit einem Schlagimpuls von200-800 kN. s und einem Hartmetallele-ment erfolgt, das mit einer Frequenz von 900-2500 s"1 rotiert.
2. 2. Verfahrennach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftragen einer Schleifpulverschicht auf einen scheibenförmigen Rohling unter gleichzeitiger Erteilung demselben einer Kugelsegmentform mit einem Halbmesser erfolgt, der seinen Ausgangshalbmesser desselben um das 3- bis lOfache übersteigt.
3. 3. Verfahren nach Ansprüchen 1,2, dadurch gekennzeichnet, dass man ein Schleifpulver verwendet, das die folgende Zusammensetzung (Vol.-%) besitzt:

   Diamantkörner 20-60

   leichtschmelzendes Metall bis 100.
4. 4. Verfahrennach Ansprüchen 1,2, dadurch gekennzeichnet,

   dass man eine aus Diamantkörnern bestehende Schleifpulverschicht auf einen vorher mit leichtschmelzendem Metall plattierten Rohling aufträgt.