DD142310A1

DD142310A1 - Diamantbeschichtetes schneidwerkzeug und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DD142310A1
Application number: DD21145079A
Authority: DD
Inventors: Manfred Auerswald; Detlef Solondz; Harry Herrmann
Original assignee: Manfred Auerswald; Detlef Solondz; Harry Herrmann
Priority date: 1979-03-08
Filing date: 1979-03-08
Publication date: 1980-06-18

Abstract

Das Diamantwerkzeug dient zur Bearbeitung von gehärteten Zahnrädern. Ziel der Erfindung ist es, ein Werkzeug mit geometrisch definierter Anordnung der Diamantkörner zu schaffen. Die technische Aufgabe der Erfindung besteht in der Angabe eines Verfahrens zur Herstellung von diamantbeschichteten Werkzeugen, bei dem durch getrenntes Aufbringen von Diamant und Bindemittel eine definierte geometrische Anordnung der Schneidkörner erleichtert wird, ohne eine innige Verbindung zwischen Bindemittel und Diamantkorn zu beeinträchtigen. Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß auf einen Werkzeuggrundkörper ein Klebstoffraster aufgedruckt wird, welches zur Lagefixierung der nachfolgend aufzubringenden Diamantkörner dient. Dies geschieht unter Ausnutzung der Energie eines elektrischen Feldes. Für das nachfolgende galvanische Abscheiden einer metallischen Stützschicht' wird zunächst durch Hochvakuumbedampfung eine dünne Metallschicht als elektrisch leitende Zwischenschicht aufgedampft. Sie garantiert eine enge Verbindung zwischen Stützschieht und Diamantkorn und somit dessen'mechanische Festigkeit auf dem Werkzeug. Die Schneid- -fähigkeit des Werkzeuges wird abschließend durch einen Abrichtvorgang erzeugt. - Fig.1 bis Fig.7 -

Description

Titel der Erfindung

Diamantbeschichtetes Schneidwerkzeug' und Verfahren zn seiner Herstellung

Ainvenduags^ebiGt dor Erf indang

Pie Erfindung betrifft ein diamantboschichtetes Schneid-« werkzeug und dossen Kursielliiugavorfauren zur Peinbesrbei tang -von gehärteten Zs.hxvr'd&ej:^:ti₆ Dabei werden die Werk- ZvULgQ₉ welche Schleif körner in einer metallischen oder 'nichtmetallischen Bindung enthalten,, im Ziehschleif verfahr en einbüßetat? Kit dem Einsatz von Diaraantkörnorn. als SchleifeiVtöl werden möglichst kur-^e Bearbeitimgs- und liohe St and r. ei ten bei Gewahr lei st ang dor erforderlichen Bearboitung^nenauigkeit angogtrobto

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Eb ßind Vorfahren ζ-λσ Herstellung von spanabhebenden Y/erk· zeugen ro it lÄlaTuantkörnern oder anderen Schneiakörnern be-~ kannte.

Bei diesen Verfahren werden, die Schneidkörner, mit einem Bindemittel vermengt und somit eingebettete ITach einem in üe.:r i)T: »» OS 2 34S 103 aßgo.gsbonan Verfahren wird ein solcher; Geniale direkt auf einen V"erj-;aöuggrii Ic er per in cinor IrreSforai auf>,cprüßt«

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Bekannt ist entsprechend der Patentschrift CH-PS 594 484 auch ein Verfahren, wonach zunächst aus einem Gemisch von Schleifkörnern und metallischem Bindemittel Plättchen hergestellt werden, die anschließend auf einen Werkzeuggrundkörper aufgelötet werden. Bei recht komplizierter Herstellungstechnologie bestehen die Nachteile der Werkzeuge, die nach einem der genannten Verfahren gefertigt sind, darin, daß der Eingriff des Werkzeuges in das Werkstück durch die in eich geschlossene Werkzeugschneidfläche auf einer relativ großen Fläche erfolgt. Dies erniedrigt zunächst den Auflagedruck auf der Werkstückfläche und verringert somit den Spanabtrag· Weiterhin fehlt ein genügend großer Raum für die Aufnahme der abgetragenen Späne· Diese Nachteile führen letzten Endes zu geringerer Produktivität und zu Bearbeitungsfehlern·

Aus der DE - OS 2 542 103 ist weiterhin bekannt, daß ein solches Schneidkorn-Bindemittel-Gemenge während des Einfüllens in die Preßform einem Kraftfeld ausgesetzt wird, um eine gerichtete Anordnung der Schneidkörner zu erhalten. Von Nachteil sind bei einem solchen Verfahren unter Verwendung eines magnetischen Kraftfeldes die notwendige vorherige Ummantelung der einzelnen Körner mit einem ferromagnetiscben Metall bzw. bei Anwendung eines elektrischen Feldes die bei der notwendigen Größe der Preßform auftretenden Isolationsprobleme infolge der benötigten hohen Feldstärke. Aus sowjetischer Literatur sind des weiteren Untersuchungen zum Übergang vom Diamant im elektrostatischen Feld bekannt. Die Patentschrift CH - PS 546 626 beschreibt einen abrasiven Gegenstand bzw* dessen Herstellungsverfahren, bei dem sich Diamantkörner auf einem speziellen Trägermaterial, ζ·? B·; in Form eines Bandes, befinden, welches an definierten Stellen die Oberfläche eines Werkzeuggrundkörpers, in dem es befestigt ist, erreicht. Der Mangel eines solchen Werkzeuges besteht in seiner komplizierten Montage aus verschiedenen, diskreten Einzelteilen.

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Zd si der Erfindung 1st es, ein diamantbe schichtet es Ziehschleifwerkzeug für die Endbearbeitung gehärteter Werkstücke su schaffen₉ wobei nach einem vereinfachten Verfahren die abraoiven Diamantkö'rner geometrisch definiert auf der Weiicseugoborf lache angeordnet werden, um zu hohem Spanabtrag bei erforderlicher Bearbsitungsgenaulgkeit zu. gelangen»

Darlegung des Wesens der Erfindung

Die technische Aufgabe_s die durch die Erfindung gelöst werden solle beisteht darin» ein Herstellungsverfahren für diaiQantbeschichtete Ziehschleifwerkzeuge so auszulegen^ daß auroii getrenntes Aufbringen von Diamantkörnern und Bindemittel eine? geonstrlsch definierte Sclxaeidkornanordnu.ng erleichtert wird_s olme auf die zajn mechanischen Ab-* stützen der Schneidkörner notwendige innige Verbindung m dicKeu und den Bindemittel verzichten zu müssen»

Bio Merkmale der Erfindung bestehen darin, daß auf eine Bi^f'hs.ltig bearbeitete fläche eines lerk&euggrundkb'rpers jäunäcliöt mit Hilfe von Siebdrucktechnik ein Klebstoff« raster aufgedruckt wird* Auf die frisch bedruckte Plache werder*. anschließend Diamant körner aufgebracht $ indem diese aufgestreut werden oder unter Zuhilfenahme der Energie eines olektroetatisehen Kraftfeldes gerichtet auf die klobotoffbedruckten Bereiche gelangen« In weiterer vorteilhafter Gestaltung des Herstellungsverfahrens wird nach dem Aushärten des Klebars und dor damit verbundener* Lagefixieriins der Diamantkörner mittels chemischer Päilung bi^We, KochYakuurcbödampfaag eine der Kontur der klebstoff be« druckt oil, oxid diainantbecchichteten Grundkörper oberfläche genau, folgende al}rmc Metallechicht abgcischiedea« Diese dünne tletall.cc'rLcht garantiert crdniingegGsäB« daß die iae~

B3ro.bici*r&ö.u ersoupt wird, enge Fax'blndung mit den. Diamani;-

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körnern und der übrigen Kontur der vorbehandelten Grundkörperoberfläche eingeht. Anschließend werden die vollkommen in der Stützschicht eingebetteten Diamantkörner durch einen Abrichtvorgang mit ihren Spitzen freigelegt und erhalten somit ihre abrasiven Eigenschaften zurück.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel erläutert werden·

In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Figur 1 - 4i schematische Werkzeugdarstellung nach verschiedenen Verfahrensschritten

Pigur 5-7: Beispiel für Druckmuster des Klebstoffrasters

Eine maßhaltig bearbeitete Oberfläche des Grundkörpers 1 wird z. B, zunächst mechanisch so vorbehandelt, daß eine genügende Haftfestigkeit zum aufzubringenden Kleber bzw. zu den Metallschichten gewährleistet wird· Die vorbehandelte Oberfläche des Grundkörpers 1 wird nun mit einem Klebstoffraster 2 bedruckt (Pigur 1), Dies geschieht durch ein Siebdruckverfahren, bei dem ein Drucksieb Verwendung findet, welches nach einem an sich bekannten fotolithografischen Verfahren hergestellt wird· Dieses Drucksieb enthält ein rasterförmiges Muster von klebstoffdurchlässigen Gebieten. Entsprechend Pigur 5-7 lassen sich beispielsweise kreisförmige Kleberflächen 6, streifenförmige Kleberflächen 7 oder in sich verbundene Kleberflächen mit kreisförmigen oder rechteckigen kleberfreien Flächen 8 herstellen. Es wird ein nicht sofort aushärtender Klebstoff verwendet, um einerseits das Anhaften der anschließend aufzutragenden Diamantkörner zu gewährleisten und um andererseits mehrere Druckprozesse ohne Zwischensäuberung des Drucksiebes durchzuführen* Beispielsweise eignen sich

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dafür 2~Komponenten«Epoxidharze mit Topfzeiten der Größenordnung ΐ_φ ·-- 1 Stunde» Die Höhe der aufgedruckten Klebstoff οchient ist dabei abhängig von der Maschenweite des DiHiekföleheSi der Kleberkonsistenz sowie von den Bedingungen dee !Druckvorganges selbst«, Die abrasiven Diamant kör-, ner 3 werden nun auf die mit Klebstoff versehene Oberflä·« ehe des Grundkörpers 1 beispielsweise aufgestreute Über-schüssige Körner, die dabei auf klebstofffreien Gebieten au, liegen koratnen_s werden durch Wenden des Grun&körpers 1 abgeschütteltο Boi einer solchen Verfahrensweise ist die Blaraant-kornaüor-düüiig ale liegend au bezeichnen« Um die erhöhte Schneidfähigkeit der Kornspitzen von vorwiegend länglichen Diamant k'drnern 3 anwenden au können.* erfolgt der Besch!chiungevorgang vorzugsweise unter Ausnutzung der ßxiargic-i eines elektrostatischen Feldes^ Dazu werden zwei metallische Platten als elektrisch voneinander isolierte Elektroden eines Kondensators so angeordnet $ daß der Feld« etärkevektor 13 dee homogenen elektriechen Feldes» welches ßich beim Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen den Kondensatorplatten aufbaut, parallel bsw_e antiparallel zum Vf'htcr- der Erdbeschleunigung g liegte- Beispielsweise wird ηuji. vor dem Anlegen der Spannung auf die untere als Becher ausgebildete Platte Biamantpulver aufgestreut _t während der zu. beachlchtenda Grtmdkörper 1 mit einer metallischen Hai« terung die obere Platte bildete- Als Dielektrikum dient Luftc Bei genügend hoher angelegter Spannung im Bereich mehrere:·;· Kilovolt und einem Elektrodenabstand einiger Millimeter gehen nun die länglichen Diamantkörner 3 unter an eich bekannter Wirkung des elektrischen Feldes zum Grundkörper 1 über und ordnen sich dort mit ihr gh Längs·-* achsen parallel zum Feldstärkevektor E auf dem Klebstoff« raster 2 an (Figur 2)* Kach dem Aushärten des Kleber^ welches beispielsv/eiee bex kaltaxiehÄirtondsn 2 Komponenten- Eo oxid kl eibern durch erhöht« CDeraperatar beschleunigt werden kaan_f wird eriiadun3;_t?geraäß im nächsten Verfahrens ο oliritt feirsö düm-ie MetallBchicht 4 s.u£ die LtIt Klöbstoffraster 2 und Pip.mantkörnerii 3 b ο schichte te Oberfläche ae& Gru.nd.kor«·

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Heben der möglichen Abscheidung durch chemische Fällung wird die dünne Metallschicht 4 vorzugsweise durch Bedampfen der Werkzeugoberfläche unter Hochvakuum hergestellt♦< Hierzu wird beispielsweise in einer kommerziellen Hochvakuumbedampf ungsanlage die Oberfläche des Grundkörpers so über einem mit dem aufzubringenden Metall beschickten Hochstromverdampfer angeordnet, daß bei Schrägstellung und Rotation der Oberfläche des Grundkörpers 1 während des Bedampfungsvorganges eine dünne Metallschicht 4 entsteht, die genau der Kontur der diamantbeschichteten Oberfläche folgt»

An sich bekannt ist die Möglichkeit des Bedampfens mit fast allen Metallen. Vorzugsweise wird für die sich anschließende Ni-Abscheidung beim Aufbau der Stützschicht mit Kupfer bedampft. Zweck dieser dünnen Metallschicht ist es, einen elektrisch leitenden Überzug zu schaffen, der die lückenlose Abscheidung des Stützschichtmaterials im nachfolgenden galvanischen Prozeß garantiert (Figur 3)·' Erfindungsgemäß beträgt die Dicke dieser dünnen Metallschicht 4 etwa 10""·⁵ ... 10"" m, um eine gute Haftfestigkeit auf der Unterlage zu gewährleisten.

Die Stützschicht 5 wird vorzugsweise als Hi-Schicht aus einem galvanischen Bad abgeschieden, wobei als Abscheidungsbedingungen die für bekannte Bäder erprobten angenommen werden. Die Dicke der Stützschicht 5 wird erfindungsgemäß so gewählt, daß nach dem abschließenden Abrichtvorgang, mit dem die schneidfähigen Spitzen der Diamantkörner 3 freigelegt werden, Spanräume zur Aufnahme des abgetragenen Materials während des Bearbeitungsprozesses erhalten bleiben (Figur 4).

Claims

Erfin.dungsansp.ruch

1o Verfahren zur Herstellung eines diamantbesobichteten Schneidwerkzeuges« bei welchem auf einen Grandkörper die Diamantschicht in geometrisch, definierter Porm aufgebracht ist» dadurch-gekennzeichnet_s daß auf die Oberfläche'des Grundlrörpers .(1) ein Klebstoffraeter (2) mittels an sich bekannter Siebdrucktechnik bei Verwendung von Drucksieben, die nach einem fotolithografirichen Verfahren hergestellt werden^ mit einem Master aufgedruckt wird_s welches, zur Lagofixierung der aufzubringenden Diaraantkör-nsr (3) dient» die nachfolgend mit einer die Kontur der beschichteten Oberfläche exakt nachbildenden dünnen Metallschicht (4) beschichtet und zuoammen mit dieser in eine metallische Stütasohicht (5) eingebettet werden«.

2_e Verfahren zur Herstellung eines diaraantbeschichteten Schneidwerkzeuges nach Punkt I₉ ds-.au.rch gekennzeichnet ₉ daß ö.ü.3 IClebßtüffraster (2) aus einem nicht sofort aushärtenden Klebstoff besteht und in einem beliebigen-Must er j. beispielsweise als kreio-* oder streif oriförraige KlOberflächen (6_? 7) oder als in sich verbundene Kleber·=« flächen mit kreisförmigen oder rechteckigen kleberfreien en (8) ausgeführt ist»

3c' Verfahren zav Herstellung eines diamantbeschichteten Schneidwerkzeuges nach Punkt 1_S dadurch gekennzeichnet, daß die Biaiaantkörner (3) entweder durch Aufstreuen oder durch Aufbringen unter an sich bekannter Wirkung eines elektrostatischen Feldes auf das Klebstoffraster (2) auf gebracht v'örde.üc

4*: Verfahren zm? Herstellung eines diamantbeschichteten Schneidworl-zciigws nach Punkt I₅. dadurch gekonnzeichiiet« aaß eile aüniiG Lie tali sohl ent (4) als elektrisch leitende Schicht entweder durch chemische MXIang oder durch Hoch» ralcuu'abeclcUtipfiiüg auf die ge?i&'ato Oberfläche άοβ Grund«

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körpers (1) und damit auf die Diamantkörner (3) aufgebracht wird·;

5·] Verfahren zur Herstellung eines diamantbeschichteten Schneidwerkzeuges nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die metallische Stützschicht" (5) durch Galvanisieren eng auf die dünne Metallschicht (4) aufwächst und dabei die Diamantkörner (3) vollkommen in sich einschließt, deren Spitzen durch einen abschließenden AbrichtVorgang wieder freigelegt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen