EP1402080A2 - Schneidkörper enthaltendes werkzeug für werkzeugmaschinen - Google Patents

Schneidkörper enthaltendes werkzeug für werkzeugmaschinen

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EP1402080A2
EP1402080A2 EP02748697A EP02748697A EP1402080A2 EP 1402080 A2 EP1402080 A2 EP 1402080A2 EP 02748697 A EP02748697 A EP 02748697A EP 02748697 A EP02748697 A EP 02748697A EP 1402080 A2 EP1402080 A2 EP 1402080A2
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EP
European Patent Office
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cutting
tool according
reactive
casing
sintering process
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EP02748697A
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Christian Bonjour
Christian Walker
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Scintilla AG
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Scintilla AG
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Publication date
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    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D5/00—Bonded abrasive wheels, or wheels with inserted abrasive blocks, designed for acting only by their periphery; Bushings or mountings therefor
    • B24D5/12—Cut-off wheels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28D—WORKING STONE OR STONE-LIKE MATERIALS
    • B28D1/00—Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor
    • B28D1/02—Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor by sawing
    • B28D1/04—Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor by sawing with circular or cylindrical saw-blades or saw-discs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24D—TOOLS FOR GRINDING, BUFFING OR SHARPENING
    • B24D18/00—Manufacture of grinding tools or other grinding devices, e.g. wheels, not otherwise provided for
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
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    • B28D1/02—Working stone or stone-like materials, e.g. brick, concrete or glass, not provided for elsewhere; Machines, devices, tools therefor by sawing
    • B28D1/12—Saw-blades or saw-discs specially adapted for working stone
    • B28D1/121—Circular saw blades
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C26/00—Alloys containing diamond or cubic or wurtzitic boron nitride, fullerenes or carbon nanotubes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2998/00—Supplementary information concerning processes or compositions relating to powder metallurgy
    • B22F2998/10—Processes characterised by the sequence of their steps

Definitions

  • the invention is based on a tool for machine tools according to the preamble of claim 1.
  • Diamond cutting disks for processing hard materials, in particular stone, concrete or masonry, with a base body to which a cutting surface has been applied are known.
  • the cutting surface is composed of a binding material and abrasive cutting bodies or diamonds, which are integrated into the binding material in a hot-press sintering process.
  • the invention relates to a tool for machine tools with a base body and a cutting surface which has a binding material in which abrasive ve cutting body, especially diamonds, are firmly integrated.
  • At least one cutting body be surrounded with a jacket that protects the cutting body during the sintering process.
  • the sheath can have a thickness of 0.001 mm to 0.05 mm. Effective protection can be achieved and in particular so-called graphitization, i.e. a chemical reaction of carbon-containing cutting bodies with the binding material at temperatures of approx. 600 ° C to 1200 ° C during the sintering process can be avoided. An associated destruction of the cutting bodies can be prevented and the life of the cutting bodies can be increased.
  • the sheathing can be embedded in the sheathing in inexpensive and economical binding materials that could otherwise destroy the cutting body.
  • the tool can advantageously be produced in a sintering process at temperatures between 600 ° C and 1200 ° C.
  • the sintering can be carried out with less effort and at higher temperatures than a sintering process after a hot pressing process. There is no need for a mold as is required for hot pressing.
  • the encased cutting body can be used for all sintering processes, e.g. Hot pressing, free sintering etc.
  • the casing has at least one component of a base material reactive with the cutting body and at least one component of a non-reactive material. It can be removed during the sintering process non-reactive material reaches an advantageous protection of the cutter body and simultaneously by the 'base material, an advantageous connection to the cutter body and a beneficial compound can be prepared for the binding material by the non-reactive material.
  • the casing consists only of non-reactive material, which means that the cutting body can be protected in a particularly advantageous manner.
  • the base material is a metal or an alloy from the rows of the periodic table IVb, Vb, VIb, a particularly advantageous anchoring of the cutting body, in particular of diamonds, can be achieved in the casing.
  • An advantageous chemical connection can be achieved between carbon (C) and the metallic materials from the rows IVb, Vb and VIb of the periodic table.
  • the sheathing have more non-reactive material than reactive material, as a result of which reliable protection can be achieved, in particular during a sintering process with temperatures of 600 ° C. to 1200 ° C.
  • Particularly suitable as non-reactive material are metals or metal alloys, specifically from the series Ib, Ilb, VIIIb, lilac and IVa of the periodic table. With the listed non-reactive metals, a secure connection can be created between the casing and the binding material of the cutting surface and advantageous protection can be achieved.
  • jackets which are based on the reactive and the non-reactive active material approx. 10 - 30% Cr, 50 - 70% Ni and 10 - 30% Cu or 40 - 60% bronze, 30 - 50% 'Cu and 1 - 15% Ti.
  • cutting bodies are advantageously combined with one another, such as Diamonds with cubic boron nitride (CBN) and / or with tungsten carbide (WC) etc., which means that the area of application can be expanded to include steel or reinforced concrete.
  • CBN cubic boron nitride
  • WC tungsten carbide
  • cutting bodies of only one specific type, in particular diamonds can each be surrounded by a covering, all cutting bodies can each be surrounded by the same covering, or different ones
  • a binder is being prepared, - the metallic components, the abrasive cutting elements and the binder are mixed and processed into granules,
  • the abrasive cutting bodies, the casing and the binding material are connected to the liquid phase by diffusion and / or by a chemical reaction and / or by sintering.
  • the solution according to the invention can be used with various tools with abrasive cutting bodies that appear to be useful to the person skilled in the art, such as, for example, with drills, grinding tools and in particular with cutting discs.
  • FIG. 1 shows a diamond cutting disc according to the invention
  • FIG. 2 shows an enlarged illustration of a section along the line II-II in FIG. 1
  • FIG. 3 shows an enlarged detail III from FIG. 2,
  • FIG. 1 shows a diamond cutting disc 20 according to the invention of a cut-off machine (not shown in more detail) with a base body 10 and individual segments 22.
  • the segments 22 have a cutting surface 12 with a binding material 14 in which abrasive cutting bodies 16, namely polycrystalline diamonds, in a free-sintering process , are firmly integrated.
  • the cutting bodies 16 are each surrounded by a casing 18, which protect the cutting bodies 16 during the sintering process (FIGS. 2 and 3).
  • the casing 18 has a component of a base material reactive with the cutting body 16 and a component of a non-reactive material.
  • the reactive and the non-reactive material form a Cr-Ni-Cu alloy, whereby Cr form the base material and Ni and Cu form the non-reactive material.
  • the individual metallic components are mixed in powder form. The mixed metallic components and the diamonds 16 are then weighed in the required amount.
  • a binder consisting of a plastic powder and an isopropanol is stirred together to form a solution.
  • the pasty binder, the metallic components and the cutting body 16 are then mixed and in one
  • Granulating machine processed into granules. This produces granules with a size between 0.1 mm and 1.7 mm, the sheathing 18 of the cutting body 16 having a thickness of 0.001 mm to 0.05 mm.
  • the resulting granulate and a metallic powder, which forms the binding material 14 of the cutting surface 12, are mixed and pressed to form a green compact, which is then sintered in a free-sintering process at 600 ° C. to 1200 ° C.
  • Rows Ib, VIb and Vlllb of the periodic table or an alloy of these elements is used.
  • the base material undergoes a chemical reaction with the cutting body 16 and combines with it.
  • the non-reactive material protects the cutting body 16 and on the one hand largely prevents the cutting body 16 from decomposing by the base material, and on the other hand sinters the non-reactive material with the binding material 14 of the cutting surface 12 and promotes the holding of the cutting body 16 in the
  • the casing 18, the cutting body 16 and the binding material 14 are firmly connected to one another by diffusion after the sintering process.

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Description

Werkzeug für Werkzeugmaschinen
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Werkzeug für Werkzeugxnaschi- nen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Es sind Diamant-Trennscheiben zur Bearbeitung von harten Materialien, insbesondere von Stein, Beton oder Mauerwerk, mit einem Grundkörper bekannt, auf den ein Schneidbelag aufge- bracht ist. Der Schneidbelag setzt sich aus einem Bindematerial und abrasiven Schneidkörpern bzw. Diamanten zusammen, die in einem Heißpreß-Sintervorgang in das Bindematerial eingebunden sind.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einem Werkzeug für Werkzeugmaschinen mit einem Grundkörper und einem Schneidbelag, der ein Bindematerial aufweist, in dem in einem Sintervorgang abrasi- ve Schneidkörper, insbesondere Diamanten, fest eingebunden sind.
Es wird vorgeschlagen, daß zumindest ein Schneidkörper mit einer Ummantelung umgeben ist, die den Schneidkörper während des Sintervorgangs schützt. Die Ummantelung kann eine Stärke von 0,001 mm bis 0,05 mm aufweisen. Es ist ein effektiver Schutz erreichbar und insbesondere kann eine sogenannte Gra- phitisation, d.h. eine chemische Reaktion kohlenstoffhaltiger Schneidkörper mit dem Bindematerial bei Temperaturen von ca. 600°C bis 1200°C während des Sintervorgangs, vermieden werden. Eine damit verbundene Zerstörung der Schneidkörper kann verhindert und die Lebensdauer der Schneidkörper kann erhöht werden. Zudem können die Schneidkörper durch die Ummantelung in kostengünstige und wirtschaftliche Bindematerialien eingebettet werden, die ansonsten die Schneidkörper zerstören könnten.
Das Werkzeug kann vorteilhaft in einem Sintervorgang bei Te - peraturen zwischen 600°C bis 1200°C hergestellt werden. Das Sintern kann mit einem geringeren Aufwand und mit höheren Temperaturen durchgeführt werden als ein Sintervorgang nach einem Heißpreßverfahren. Auf eine Form, wie sie beim Heißpressen erforderlich ist, kann verzichtet werden. Der u man- telte Schneidkörper kann für alle Sinterverfahren eingesetzt werden, wie z.B. Heißpressen, Freisintern usw.
Besonders vorteilhaft besitzt die Ummantelung wenigstens einen Bestandteil eines mit dem Schneidkörper reaktiven Basis- aterials und wenigstens einen Bestandteil eines nichtreaktiven- Materials . Es kann während des Sintervorgangs durch das nichtreaktive Material ein vorteilhafter Schutz des Schneidkörpers erreicht und gleichzeitig kann durch das' Basismaterial eine vorteilhafte Verbindung zum Schneidkörper und durch das nichtreaktive Material eine vorteilhafte Verbindung zum Bindematerial hergestellt werden. Grundsätzlich ist jedoch auch denkbar, daß die Ummantelung nur aus nichtreaktivem Material besteht, wodurch der Schneidkörper besonders vorteilhaft geschützt werden kann.
Ist .das Basismaterial ein Metall oder eine Legierung aus den Reihen des Periodensystems IVb, Vb, VIb, kann eine besonders vorteilhafte Verankerung des Schneidkörpers, insbesondere von Diamanten, in der Ummantelung erreicht werden. Zwischen Kohlenstoff (C) und den metallischen Materialien aus den Reihen IVb, Vb und VIb des Periodensystems kann eine vorteilhafte chemische Verbindung erzielt werden.
Ferner wird vorgeschlagen, daß die Ummantelung mehr nichtreaktives Material aufweist als reaktives Material, wodurch insbesondere bei einem Sintervorgang mit Temperaturen von 600°C bis 1200°C ein sicherer Schutz erreicht werden kann. Insbesondere eignen sich als nichtreaktives Material Metalle oder Metallegierungen, und zwar aus den Reihen Ib, Ilb, Vlllb, lila und IVa des Periodensystems. Mit den aufgeführten nichtreaktiven Metallen kann zwischen der Ummantelung und dem Bindematerial des Schneidbelags eine sichere Verbindung geschaffen und ein vorteilhafter Schutz erzielt werden.
Besonders vorteilhafte Ergebnisse können mit Ummantelungen erzielt werden, die bezogen auf das reaktive und das nichtre- aktive Material ca. 10 - 30% Cr, 50 - 70% Ni und 10 - 30% Cu oder 40 - 60% Bronze, 30 - 50%' Cu und 1 - 15% Ti aufweisen.
Der Fachmann kann auf verschiedene, ihm als geeignet e rschei- nende Diamanten zurückgreifen, wie beispielsweise auf Naturdiamanten, polykristalline Diamanten oder auf syntheti sehe Diamanten usw. Ferner können auch andere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende kohlenstoffhaltige Schneidkörper verwendet werden, wie beispielsweise Wolframcarbid (WC) oder Si- liziumearbid (SiC) usw.
Um ein universell einsetzbares Werkzeug zu schaffen, sind vorteilhaft unterschiedliche Schneidkörper miteinander kombi- niert, wie z.B. Diamanten mit kubischem Bornitrid (CBN) und/oder mit Wolframcarbid (WC) usw., wodurch das Einsatzgebiet auf Stahl bzw. armierten Beton erweitert werden kann. Dabei können Schneidkörper nur einer bestimmten Art, insbesondere Diamanten, jeweils mit einer Ummantelung umgeben sein, es können sämtliche Schneidkörper jeweils mit derselben Ummantelung umgeben sein, oder es können verschiedene
Schneidkörper mit verschiedenen Ummantelungen umgeben sein.
Ferner kann die Herstellung eines erfindungsgemäßen Werkzeugs kostengünstig und einfach erreicht werden, indem - einzelne metallische Komponenten in Pulverform gemischt werden,
- die Komponenten in Pulverform und die abrasiven Schneidkörper getrennt abgewogen werden,
- ein Binder vorbereitet wird, - die metallischen Komponenten, die abrasiven Schneidkörper und der Binder vermischt und' zu Granulat verarbeitet werden,
- das Granulat und ein Pulver, welches das Bindematerial des Schneidbelags bildet, gemischt werden,
- die Mischung aus Granulat und Pulver zu einem Grünling gepreßt wird und
- beim Sintern die abrasiven Schneidkörper, die Ummantelung und das Bindematerial durch Diffusion und/oder durch eine chemische Reaktion und/oder durch Sintern mit flüssiger Phase verbunden werden.
Neben einem Granulierverfahren sind jedoch auch andere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Verfahren zur Beschichtung bzw. zur Herstellung einer Ummantelung der abrasiven Schneidkörper denkbar, wie beispielsweise ein PVD-Ver ahren (j?hysi- cal Vapour Deposition, Physikalisches Dampfablagerungsverfahren) , ein CVD-Verfahren (Chemical Vapour Deposition, Chemisches Dampfablagerungsverfahren) usw.
Die erfindungsgemäße Lösung kann bei verschiedenen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Werkzeugen mit abrasiven Schneidkörpern eingesetzt werden, wie beispielsweise bei Bohrern, Schleifwerkzeugen und insbesondere bei Trennscheiben.
Zeichnungen
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbe- Schreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren 'Kombinat ionen zusammenfassen.
Es zeigen:
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Diamant-Trennscheibe, Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung eines Schnitts entlang der Linie II-II in Fig. 1 und Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt III aus Fig. 2,
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Diamant-Trennscheibe 20 eines nicht näher dargestellten Trennschleifers mit einem Grundkörper 10 und einzelnen Segmenten 22. Die Segmente 22 weisen einen Schneidbelag 12 mit einem Bindematerial 14 auf, in dem in einem Freisintervorgang abrasive Schneidkörper 16, und zwar polykristalline Diamanten, fest eingebunden sind.
Erfindungsgemäß sind die Schneidkörper 16 jeweils mit einer Ummantelung 18 umgeben, die die Schneidkörper 16 während des Sintervorgangs schützen (Fig. 2 und Fig. 3) .
Die Ummantelung 18 besitzt einen Bestandteil eines mit dem Schneidkörper 16 reaktiven Basismaterials und einen Bestand- teil eines nichtreaktiven Materials. Das reaktive und das nichtreaktive Material bilden eine Cr-Ni-Cu Legierung, wobei Cr das Basismaterial und Ni sowie Cu das nichtreaktive Material bilden. Die einzelnen metallischen Komponenten werden in Pulverform gemischt. Anschließend werden die gemischten metallischen Komponenten und die Diamanten 16 in der benötigten Menge gewogen.
Ein Binder, bestehend aus einem Kunststoffpulver und einem Isopropanol, wird zu einer Lösung zusammengerührt. Der pa- stenförmige Binder, die metallischen Komponenten und die Schneidkörper 16 werden anschließend vermischt und in einer
Granuliermaschine zu Granulat verarbeitet. Dabei entsteht ein Granulat mit einer Größe zwischen 0,1 mm und 1,7 mm, wobei die Ummantelung 18 der Schneidkörper 16 eine Dicke von 0,001 mm bis 0,05 mm aufweist.
Das entstandene Granulat und ein metallisches Pulver, das das Bindematerial 14 des Schneidbelags 12 bildet, werden gemischt und zu einem Grünling gepreßt, der anschließend in einem Freisintervorgang bei 600°C bis 1200°C gesintert wird. Als Bindematerial 14 wurden insbesondere die Elemente aus den
Reihen Ib, VIb und Vlllb des Periodensystems oder eine Legierung aus diesen Elementen verwendet.
Das Basismaterial geht mit dem Schneidkörper 16 eine chemi- sehe Reaktion ein und verbindet sich mit diesem. 'Das nichtreaktive Material schützt den Schneidkörper 16 und verhindert einerseits weitgehend ein Zersetzen des Schneidkörpers 16 durch das Basismaterial und andererseits versintert das nichtreaktive Material mit dem Bindematerial 14 des Schneid- belags 12 und fördert den Halt des Schneidkörpers 16 in dem
Bindematerial 14 bzw. in dem Schneidbelag 12. Die Ummantelung 18, die Schneidkörper 16 und das Bindematerial 14 sind nach dem Sintervorgang durch Diffusion miteinander fest verbunden.
Bezugszeichen
10 Grundkörper
12 Schneidbelag
14 Bindematerial
16 Schneidkörper
18 Ummantelung
20 Diamant-Trennscheibe
22 Segment

Claims

Ansprüche
1. Werkzeug für Werkzeugmaschinen mit einem Grundkörper (10) und einem Schneidbelag (12), der ein Bindematerial (14) aufweist, in dem in einem Sintervorgang abrasive Schneidkörper (16) , insbesondere Diamanten, fest eingebunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Schneid- körper (16) mit einer Ummantelung (18) umgeben ist, die den Schneidkörper (16) während des Sintervorgangs schützt .
2. Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sintervorgang ein Freisintervorgang ist.
3. Werkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ummantelung (18) wenigstens einen Bestandteil eines mit dem Schneidkörper (16) reaktiven Basismaterials und wenigstens einen Bestandteil eines nichtreaktiven Materials aufweist.
4. Werkzeug nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Basismaterial ein Metall oder eine Legierung aus den Rei- hen IVb, Vb und/oder VIb des Periodensystems ist.
5. Werkzeug nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,- daß die Ummantelung (18) mehr nichtreaktives Material als reaktives Material aufweist.
6. Werkzeug nach einem der Ansprüche' 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das nichtreaktive Material ein Metall oder eine Metallegierung ist.
7. Werkzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das nichtre'aktive Material aus den Reihen Ib, Ilb, Vlllb, lila und IVa gebildet ist.
8. Werkzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ummantelung (18) bezogen auf das reaktive und das nichtreaktive Material ca. 10 - 30% Cr, ca. 50 - 70% Ni und ca. 10 - 30% Cu aufweist.
9. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einzelne Schneidkörper (16) zumindest kohlenstoffhaltig sind.
10. Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß unterschiedliche abrasive Schneidkörper (16) miteinander kombiniert sind.
1. Verfahren zur Herstellung eines Werkzeugs nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
- einzelne metallische Komponenten in Pulverform gemischt werden, - die Komponenten in Pulverform und die abrasiven
Schneidkörper (16) getrennt abgewogen werden,
- ein Binder vorbereitet wird,
- die metallischen Komponenten, die abrasiven Schneidkόrper (16) und der Binder vermischt und zu Granulat verarbeitet werden,
- das Granulat und ein Pulver, welches das Bindematerial (14) des Schneidbelags (12) bildet, gemischt werden,
- die Mischung aus Granulat und Pulver zu einem Grünling gepreßt wird und
- beim Sintern die abrasiven Schneidkόrper (16), die Ummantelung (18) und das Bindematerial (14) durch Diffusion und/oder durch eine chemische Reaktion zusammen verbunden werden.
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