DE69028455T2 - Schleifwerkzeug und verfahren zur herstellung - Google Patents

Schleifwerkzeug und verfahren zur herstellung

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Description

    Technisches Gebiet
  • Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf Schneid- sowie Schleifwerkzeuge und betrifft insbesondere ein Werkzeug, das eine flexible Matrix aufweist, in der Partikel in einem vorgegebenen Muster befestigt sind, und ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Werkzeugs.
    • Stand der Technik
  • Es ist weithin bekannt, Diamanten und andere harte Substanzen in eine Matrix einzulassen, um Schneid- sowie Polierwerkzeuge herzustellen. Schneidwerkzeuge werden häufig durch Plazieren von Diamantsplittern in einem Matrixmaterial, wie etwa Metallpulver oder Harz, hergestellt. Das Matrixmaterial wird dann verdichtet und gesintert, um die Diamantsplitter sicher zu halten. Es ist klar, daß dieses weithin bekannte Verfahren zu einem Produkt mit zufällig in diesem verteilten Diamanten führt und nur wenig getan werden kann, um eine andere Verteilung zu schaffen.
  • Ein anderes Verfahren zum Herstellen von Schneid- oder Polierwerkzeugen nutzt die Galvanisiertechnik. Allgemein beschrieben werden dabei Diamantsplitter auf einer Metalloberfläche angeordnet und ein Metall wird auf die Metalloberfläche galvanisiert, wobei aufeinanderfolgende Schichten geschichtet werden bis die Diamanten an der Metalloberfläche befestigt sind. Während es dieses Verfahren erlaubt, die Diamanten bei Bedarf in einem regelmäßigen Muster vorzusehen, werden die einzelnen Steine üblicherweise von Hand gesetzt. Des weiteren sind die galvanisierten Werkzeuge, obwohl sie beträchtlichen kommerziellen Erfolg hatten, in gewisser Weise problematisch hinsichtlich der Tatsache, daß die Steine nur mittels relativ dünner Metallschichten an dem Werkzeug befestigt werden können. Darüber hinaus kann nur eine einzige Diamantschicht als Schneidoberfläche wirken. Das Werkzeug verliert seine Form, wenn weitere Metallschichten abgelagert werden.
  • Es wurden zahlreiche Bemühungen unternommen, um ein Schleifwerkzeug herzustellen, bei dem der Träger für das Schleifkorn flexibel ist. Ein derartiges Werkzeug ist sehr wünschenswert zum Polieren nicht flacher Stücke oder zum Befestigen an einer konturierten Formvorrichtung, wie etwa einem Rauter. Die aus dem Stand der Technik bekannten Bemühungen zum Herstellen eines flexiblen Werkzeugs umfaßten normalerweise ein flexibles Substrat, an dem Diamanten mittelsGalvanisieren befestigt waren. Beispielsweise wurden kleine Diamantsplitter an den Drähten eines Drahtgitters befestigt, wobei das flexible Gitter für die gewünschte Flexibilität sorgte. Des weiteren wurden kleine Kupferflecke, an denen Diamantsplitter mittels Galvanisieren befestigt waren, von einem flexiblen Schaum getragen. Der Schaum sorgt für die Flexibilität und die Kupferflecke sind ausreichend beabstandet, um die Flexibilität zu erhalten.
  • In der FR-A-2 029 390 wird ein Schleifmittel beschrieben, bei dem ein metallisches oder polymeres Gitter verwendet wird, um eine gleichmäßige Positionierung der Schleifkärner zu gewährleisten. Die Schleifkörner können dann mittels galvanisierter Metallschichten gesichert werden.
  • Die US-A-3 276 852 beschreibt ein Schleifmittel, bei dem ein Gitter als Verstärkung verwendet werden kann. Das verwendete Bindemittel kann gesintert werden. Die Schleifpartikel sind ledoch nicht in einem gesetzten Muster angeordnet.
  • Die EP-A-0 238 434 beschreibt ein Verfahren zum Abscheiden einer Schleifschicht in einem gesetzten Muster an der Spitze einer Turbinenschaufel. Die Partikel werden unter Verwendung einer Vakuuplatte auf der Oberfläche plaziert. Eine Matrix wird dann auf die Partikel flammgespritzt. Die Matrix wird dann einem heißen isostatischen Pressvorgang unterzogen.
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein flexibles Schneid- oder Schleifwerkzeug zu schaffen, welches Schleifpartikel ausgewählter Größe aufweist, die fest in einer flexiblen Matrix gehalten werden, wobei die Partikel einfach in einem ausgewählten gleichmäßigen Muster angeordnet werden können sollen.
    • Gegenstand der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein flexibles Schleifwerkzeug zur Verfügung, welches Partikel aus Diamant oder anderen harten Substanzen aufweist, die in einem ausgewählten Muster angeordnet und in einem Träger eingebettet sind. Die Art der Partikel und die Größe der Partikel kann ausgewählt werden, um die gewünschte Charakteristik des Werkzeugs zu erhalten. Der Träger weist ein Gittermaterial auf, wobei in jeder Öffnung des Gitters oder in ausgewählten Öffnungen des Gitters Partikel angeordnet und die Partikel dann an dem Gitter befestigt werden. Der Träger ist flexibel, so daß er geformt werden kann, um an ein vorgegebenes Substrat angepaßt zu werden. Das erfindungsgemäße Verfahren wird in Anspruch 1 gekennzeichnet; ein Schleifprodukt wird in Anspruch 7 definiert.
    • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Fig. 1 zeigt eine Ansicht, die in ein Drahtgitter eingebettete Partikel zeigt;
  • Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht, die im wesentlichen entlang der Schnittinie 4-4 in Fig. 1 verläuft;
  • Fig. 3 zeigt eine Querschnittsansicht, die eine andere modifizierte Form der in Fig. 2 gezeigten Anordnung illustriert;
  • Fig. 4 zeigt eine Ansicht, die den an einem Werkzeug befestigten Träger der Fig. 1 darstellt;
  • Fig. 5 zeigt eine Ansicht in verkleinertem Maßstab, die eine andere Form der in Fig. 4 gezeigten Anordnung darstellt; und
  • Fig. 6 zeigt eine Querschnittsansicht, die ein erfindungsgemäß hergestelltes Verbund werkzeug illustriert.
    • Ausführungsformen der Erfindung
  • Die Aufmerksamkeit sei nun auf Fig. 1 der Zeichnungen gerichtet, die ein gewobenes Gitter 18 mit einem Partikel 19 in leder Öffnung des Gitters zeigt. Das Gitter 18 kann aus irgendeinem Metall, wie etwa Kupfer, Messing oder Nickel bestehen. Es wird ein Partikel mit einer geeigneten Größe verwendet, so daß er in die Öffnungen des Gitters 18 paßt. Dann wird ein Metall pulver oder dgl., gekennzeichnet durch 20, zum Halten der Partikel in ihrer Lage in leder Öffnung in dem Gitter plaziert, wobei es die Partikel 19 umgibt. Das Metallpulver wird unter Druck gesintert, um die Partikel 19 in ihrer Lage zu sichern, wobei das gesinterte Pulver 20 sowohl an dem Gitter 18 als auch an den Partikeln 19 befestigt wird. Es ist auch klar, daß das gesinterte Pulver 20 die Drähte des Gitters aneinander befestigt. Dem Fachmann ist klar, daß die Partikel durch Galvanisieren, Kleben oder bei Bedarf auf andere Weise an dem Gittef befestigt werden können.
  • Bei der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Bauweise ist das Drahtgitter 18 von Natur aus flexibel. Durch Anordnen des Partikels oder der Partikel in jeder in dem Gitter vorgesehenen Öffnung wird die Flexibilität erhalten. Des weiteren, wie am besten in Fig. 4 zu erkennen ist, erstrecken sich die Partikel 19 an beiden Seiten aus dem Gitter 18 heraus, so daß das Material ein beidseitiges Schleif- oder Schneidwerkzeug ist.
  • Aus der vorangegangenen Beschreibung geht hervor, daß die harten Partikel, wie etwa Diamant, Wolframkarbid oder dgl., in dem gewünschten Muster angeordnet und in einer Matrix plaziert werden können. Die Matrix nimmt die Form eines Drahtgitters an. In diesem Fall werden die Partikel in ihrer Lage gehalten und das Material wird gesintert, um die Partikel dauerhaft in ihrer Lage zu verbinden. Derartige Materialien können so geformt werden, daß die Partikel aus einer Seite hervorstehen oder aus beiden Seiten hervorstehen, wie in Fig. 2 gezeigt.
  • Betrachtet man nun Fig. 3, so ist ersichtlich, daß ein Weg zur Anordnung der Partikel in dem gewünschten Muster darin besteht, die Partikel in.die Öffnungen eines Gitters zu legen und dann das Gitter sowie die Partikel auf einem weiteren Träger anzuordnen. In Fig. 3 wird dieselbe Vorgehensweise verwendet und das Gitter wird in den Träger gedrückt, um Bestandteil des letztendlichen Werkzeugs zu werden.
  • Im Detail zeigt Fig. 3 einen Träger 25, wobei der Träger 25, wie oben beschrieben, aus einem Metallpulver oder dgl. geformt ist. Es sind zwei mit 26 und 28 gekennzeichnete Gitter gezeigt, wobei eines an jeder Seite des Trägers 25 angeordnet ist. In jeder Öffnung jedes Gitters ist ein Partikel vorgesehen, wobei die Partikel in dem Gitter 26 mit 29 gekennzeichnet sind. Das resultierende Werkzeug weist daher Partikel 29 und 30 auf, die aus beiden Seiten des Trägers herausragen, und ist des weiteren mit den Gittern 26 und 28 versehen, um dem Träger Stabilität zu verleihen und das Halten der Partikel 29 und 30 in dem Träger zu unterstützen. Das Gitter 26 und 28 kann entweder vollständig innerhalb des Trägers 25 angeordnet werden oder in gewisser Weise an der Oberfläche des Trägers freiliegen. Das freiliegende Gitter schützt die Diamanten und liefert Unterstützung beim Halten der Diamanten während die Diamanten verschleißen.
  • Eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Werkzeugs kann wie in Fig. 4 gezeigt hergestellt werden. Fig. 4 illustriert ein in Fig. 1 gezeigtes Gitter, wobei das Gitter auf einem Substrat, wie etwa einer Metallplatte oder dgl., befestigt ist. Da das Schleifmaterial dasselbe wie das in Fig. 3 gezeigte ist, werden dieselben Bezugszeichen für dieselben Teile verwendet. Es ist daher zu erkennen, daß das Gitter 18 Partikel 19 aufweist, die durch ein gesintertes Pulver 20 in ihrer Lage gehalten werden, um ein flexibles Schleifmaterial zu schaffen. Dieses flexible Schleifmaterial wird dann mittels Schweißen, Löten oder auf andere bekannte Weise an einer Metallplatte 31 befestigt. Da das Gitter 18 flexibel ist, kann das Substrat 31 flach oder kreisförmig sein oder eine andere gewünschte gekrümmte Form aufweisen. Das Gitter 18 kann gekrümmt werden, um an die Platte 31 zu passen, und wird dann geschweißt oder auf andere Weise befestigt, um die Form beizubehalten. Alternativ kann das Gitter mit demselben Material an dem Substrat befestigt werden, welches die Partikel hält, so daß beide Schritte während des Sintervorgangs bewerkstelligt werden.
  • Fig. 5 zeigt eine andere Variante des erfindungsgemäßen Werkzeugs. Es ist manchmal wünschenswert, einen Freiraum zwischen den Schleifbereichen zu ermöglichen, und dies kann wunschgemäß mit der erfindungsgemäßen Struktur bewerkstelligt werden. Das in Fig. 4 gezeigte Gitter 18 kann in die gewünschte Form geschnitten und an der entsprechenden Stelle befestigt werden, um die in Fig.5 gezeigte Anordnung zu erhalten. Die Partikel können auch in dem gezeigten Muster plaziert und in eine Masse aus Pulver oder Fasern gedrückt werden, wie in Verbindung mit Fig.1 diskutiert. Es kann ein Gitter verwendet werden, bei dem die Partikel in ausgewählten Öffnungen des Gitters plaziert werden. In jedem Fall kann das gewünschte Muster erzeugt werden und das resultierende Schleifmaterial kann an einer Schleifscheibe oder dgl. befestigt werden. Aus der obigen Beschreibung geht auch hervor, daß die Scheibe gemäß Fig. 5 wie das in Fig. 3 gezeigte Produkt hergestellt werden kann. Das Gitter 18 würde kreisförmig sein und die ausgewählten Öffnungen würden die Partikel 19 enthalten.
  • Schließlich ist im Hinblick auf Fig. 6 der Zeichnungen erkennbar, daß zwei oder mehrere Stücke des erfindungsgemäß hergestellten Schleifmatenals gestapelt werden können, so daß ein Mehrfachschichtwerkzeug hergestellt werden kann. Bei Anwendung dieses Verfahrens könnte man zwei der in Fig. 1 gezeigten Vorrichtungen verwenden und ein zweiseitiges Schleifmaterial herstellen. Es sind viele Varianten möglich und Fig. 6 illustriert einige der Varianten.
  • In Fig. 6 kennzeichnen die gestrichelten Linien die Grenzen der Orginalschichten, die zur Herstellung des Mehrfachschichtmaterials verwendet werden. Somit kann erkannt werden, daß die Außenschichten 34 und 35 eng beabstandete Partikel 36 und 38 an ihren Außenseiten aufweisen. Die nächsten Schichten 39 und 40 weisen weiträumiger beabstandete Partikel 41 und 42 auf, die an den Grenzen zwischen den Schichten liegen. Die innere, also mittlere, Schicht 44 weist weiträumig beabstandete Partikel 45 auf, die aus beiden Seiten herausragen und an den Grenzen der mittleren und der nächsten Schichten liegen. Es ist ersichtlich, daß die Schichten wunschgemäß durch Löten vollständiger Schichten oder durch Sintern ungesinterter Schichten miteinander verbunden werden können.
  • Während die in Fig. 6 gezeigte Anordnung nur eine Illustration darstellt, ist für den Fachmann einfach ersichtlich, daß mit dieser Bauweise eine Säge hergestellt werden kann. Die hohe Konzentration der partikel an den Außenkanten des Materials wird den Verschleiß der Säge an den Kanten verringern während die geringe Konzentration der Partikel in Richtung des Zentrums den Verschleiß im Zentrum ansteigen läßt. Daraus resultiert, daß die Schneidkante 46 als konkave Oberfläche trägt, was zur Folge hat, daß die Säge richtig läuft.
  • Im Rahmen der vorangegangenen Diskussion können die Partikel, die die Schleifeigenschaften bestimmen, aus irgendeinem aus einer Vielzahl von Materialien gewählten Material bestehen. Diamanten werden oft für derartige Werkzeuge verwendet und die vorliegende Erfindung ist vortrefflich zur Verwendung von Diamanten geeignet. Jedoch können wunschgemäß andere Materialien verwendet werden. Wolframkarbid, Sinterkarbid, Bornitrid, Siliziumkarbid oder Aluminiumoxide sind in Abhängigkeit von den gewünschten Eigenschaften für die Schleifpartikel verwendbar.
  • Während die vorliegende Erfindung das Konzept der Anordnung von zwei oder mehreren Partikeln in einer Öffnung des Gitters, wie etwa dem Gitter 18, beinhaltet, weist die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung die Anordnung von einem Partikel in einer Öffnung auf. Selbst wenn mehr als ein Partikel in einer Öffnung angeordnet werden, können die Partikel jedoch von beträchtlicher Größe sein und müssen nicht von Hand plaziert werden.
  • Dem Fachmann sollte nun klar sein, daß die vorliegende Erfindung einen flexiblen Träger zur Verfügung stellt, der die gewünschte Konzentration von Diamanten oder anderen harten Partikeln enthält, wobei die Partikel in dem Träger von gesintertem Metallpulver oder dgl. fest gehalten werden. Das resultierende Produkt kann einzeln verwendet werden oder es kann geschichtet werden, um ein Werkzeug mit wunschgemäß varuerender Konzentration zu schaffen. Da das Gitter flexibel ist, kann das erfindungsgemäße Produkt auch geformt werden, um sich der Kontur eines kompliziert geformten Substrates anzupassen. Somit können Formblöcke ohne das Erfordernis des Plazierens der Diamanten von Hand und mit der Festigkeit von in einem gesinterten Material gehaltenen Diamanten hergestellt werden. Das Produkt der vorliegenden Erfindung kann daher verwendet werden, um Rauter, Diamantwalzen und nahezu jedes andere geformte Werkzeug herzustellen.

Claims (17)

1. Verfahren zur Herstellung eines Schleifproduktes, bei dem mehrere Partikel an dem Produkt befestigt werden und die Partikel die Schleifqualitöt des Produktes bestimmen, mit den folgenden hintereinander durchzuführenden Schritten:
a) Anordnen der mehreren Partikel in einem vorgegebenen Muster in Öffnungen eines Gittermaterials mit mehreren der Öffnungen, so daß die Partikel innerhaib der Öffnungen des Gitters aufgenommen werden;
b) Umgeben der Partikel mit einem sinterbaren Material und
c) Sintern des sinterbaren Materials unter Druck, um die Partikel in dem resultierenden gesinterten Material zu befestigen, wobei die Partikel wenigstens aus einer Seite des Produkts hervorstehen und sich nach dem Sintern in dem vorgegebenen Muster in den Öffnungen des Gittermaterials befinden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Gittermaterial metallisch ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Umgebens der Partikel mit einem sinterbaren Material den Schritt des Drückens des Gittermaterials mit den in den Öffnungen des Gittermaterials befindlichen Partikeln in eine vorgeformte Matrix aus sinterbarem Material beinhaltet, bevor der Schritt des Sinterns des sinterbaren Materials durchgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei dem wenigstens ein Gittermaterial in dem sinterbaren vorgeformten Material eingebettet ist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt des Umgebens der Partikel mit einem sinterbaren Material das Anordnen eines sinterbaren Pulvers in den Öffnungen des Gittermaterials beinhaltet.
6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem jeweils wenigstens einer der Partikel innerhalb einer jeden der Öffnungen aufgenommen wird.
7. Schleifprodukt mit mehreren an dem Produkt befestigten Partikeln, wobei die Partikel in einem vorgegebenen Muster in den Öffnungen eines Gittermaterials angeordnet sind und wobei die Partikel von einem gesinterten Material umgeben sind, welches durch Sintern unter Druck hergestellt worden ist, wobei das gesinterte Material die Partikel in dem vorgegebenen Muster hält.
8. Schleifprodukt nach Anspruch 7, bei dem das Gittermaterial metallisch ist.
9. Schleifprodukt nach Anspruch 7, bei dem die Partikel aus beiden Seiten des Produkts hervorstehen.
10. Schleifprodukt nach Anspruch 7, bei dem mehrere der Produkte aneinander befestigt sind, so daß das Schleifwerkzeug mehrere der Produkte beinhaltet, wobei in jedem Produkt mehrere Partikel vorhanden sind und wobei das gesinterte Material sowohl die Partikel an dem Produkt als auch die mehreren Produkte aneinander hält.
11. Schleifprodukt nach Anspruch 7, bei dem die meisten der Öffnungen des Gittermaterials einen Schleifpartikel aufnehmen.
12. Schleifprodukt nach Anspruch 7, bei dem nur ausgewählte Öffnungen des Gittermaterials einen der Schleifpartikel aufnehmen.
13. Schleifprodukt nach Anspruch 7, bei dem das gesinterte Material aus einer vorgeformten Matrix aus sinterbarem Material erhalten wird.
14. Schleifprodukt nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede der Öffnungen in dem Gitter wenigstens einen der Partikel aufnimmt.
15. Schleifwerkzeug, bei dem das in Anspruch 7 beanspruchte Schleifprodukt an einem Substrat befestigt und an dieses angepaßt ist.
16. Schleifprodukt nach Anspruch 10, bei dem die mehreren befestigten Produkte Außenschichten und mindestens eine Innenschicht aufweisen, wobei die Außenschichten innerhalb des Produkts eine Partikeldichte aufweisen, die größer ist als die Partikeldichte wenigstens einer der Innenschichten innerhalb des Produkts.
17. Schleifprodukt nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Öffnung in dem Gitter zwei oder mehrere Partikel beinhaltet.
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