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ANWENDUNGSGEBIET
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Diese
Erfindung bezieht sich auf ein Werkzeug zum Abrichten der Schleifbereiche
von Schleif- oder Zerspanungswerkzeugen. Spezieller noch, sie bezieht
sich auf ein Abrichtwerkzeug, mit Diamantkörnern, die durch
eine hartgelötete Metallverbindung an einem Metallschaft
fixiert sind.
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Bisheriger Stand der Technik
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Abrichten
bezieht sich auf einen Schleifarbeitsgang, der beim Herstellen von
neuen oder beim Überholen von gebrauchten Schleifwerkzeugen,
i. e., Schleif- oder Zerspanungswerkzeugen regelmäßig
angewendet wird. Diese Werkzeuge haben typischerweise einen strukturell
tragenden Kern und einen Schleifbereich aus einzelnen Schleifkörnern,
die durch ein Bindemittel am Kern gehalten werden. Eine Schleifscheibe
ist ein bekanntes Beispiel für ein derartiges Werkzeug.
Wie zunächst dargestellt, weisen solche Werkzeuge oft,
speziell an der Oberfläche, geringfügige geometrische
Unregelmäßigkeiten auf, die die wirksame Schneidekante des
Werkzeuges definieren. Auch werden Schleifwerkzeuge regelmäßig
stumpf wenn sie benutzt werden. Die Stumpfheit resultiert weitgehend
aus der Retention abgenutzter Schleifkörner durch das Bindemittel,
die wiederholter Einwirkung durch das Werkstück ausgesetzt
sind. Sie wird ebenso durch den Verlust einer exponierten Schneidekante
verursacht, wenn die Hohlräume zwischen den Schleifkörnern
durch Schleifgutablagerung gefüllt werden.
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Der
Abrichtvorgang umfasst normalerweise mechanische Formgebung eines
Schleifwerkzeuges, bei dem die Abrichtklinge an die Schneidekante
gehalten oder angelegt wird, und erzeugt kontrolliertes Abschleifen
des Werkzeuges. Abrichten entfernt überschüssiges
Material von den Überhöhungen des Schleifbereiches.
Daher wenden Hersteller normalerweise das Abrichten in späten
Arbeitsschritten der Herstellung von Schleifwerkzeugen an, um die
Schneidekante zu einem gewünschten Profil zu formen. Abrichten
bezieht sich auch darauf, die Werkzeugabmessungen genau passend
zu den Toleranzbestimmungen der Konstruktion zu machen. Zum Beispiel
kann Abrichten an einer Schleifscheibe so angewendet werden, dass
die Schneidekante der Scheibe genau läuft während
sie sich im Betrieb dreht. Abrichten kann auch gebrauchte Werkzeuge schärfen
und instandsetzen, um Schneideeigenschaften freizumachen. Dieses
wird durch schleifendes Entfernen von Bindungsmaterial erreicht,
das nicht erodiert wurde, um neue darunter liegende Schleifkörner
zu exponieren nachdem die außenliegenden Körner
verbraucht sind, und durch Herausarbeiten von Ablagerung und Bindemittelrückständen
aus dem Werkstück, welche während elementarer
Schleifvorgänge zwischen den Körnern anfallen.
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Ein
Schleifbereich eines herkömmlichen Abrichtwerkzeugs enthält
typischerweise Diamantkörner, die systematisch oder wahllos,
oft in planarer Anordnung, positioniert sind. Der Schleifbereich
ist mit einer Basis verbunden, die es ermöglicht das Werkzeug
an einer Maschine zu befestigen, die geeignet ist das Abrichten vorzunehmen.
Der Schleifbereich ist so an der Basis angebracht, dass die Schneidekante
des Abrichtwerkzeugs tangential am Schleifwerkzeug angeordnet werden
kann, um es abzurichten. Kontrolliertes Schleifen wird durch Diamantkörner
bewirkt, die an der Spitze des Abrichtwerkzeugs angeordnet und außenseitig
dem Schleifwerkzeug ausgesetzt sind.
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Verschleißeigenschaften
eines Abrichtwerkzeugs während des Abrichtprozesses sind
von großer Wichtigkeit für die Hersteller von
Schleifwerkzeugen. Wenn das Abrichtwerkzeug rasch verschleißt
muss es sehr häufig ersetzt werden. Abrichtwerkzeuge benötigen
teure Materialien wie Diamant. Sie werden für hohe Qualitätsstandards
und Maßgenauigkeit gefertigt. Deshalb ist die Herstellung
von Abrichtwerkzeugen üblicherweise kompliziert und arbeitsintensiv
und Abrichtwerkzeuge sind relativ teuer. Deshalb ist es für
den Hersteller von Schleifwerkzeugen wichtig, dass er haltbare Abrichtwerkzeuge
mit verlängerter Gebrauchsdauer zur Verfügung
hat.
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Verschleiß der
Diamantkörner des Abrichtwerkzeugs ist verhältnismäßig
gering weil der Schleifbereich des Werkzeugs, das abgerichtet wird
im Allgemeinen weicher ist als der Diamant. Erheblicher Verschleiß stammt
von Alterung des Bindungsmaterials, das den Diamanten mit der Basis
des Abrichtwerkzeugs verbindet. Ein Hauptgrund für Alterung
ist, dass das Bindungsmaterial selbst durch Kontakt mit dem Werkstück
während des Abrichtens abgenutzt wird. Die Menge des Bindungsmaterials,
das die Diamantkörner einschließt, verringert
sich während des Einsatzes bis eine unzureichende Menge
von Material übrig bleibt um, diese Körner zu
halten. Üblicherweise wird ein metallisches Bindungsmaterial
als ein Mittel, um der Schleifaktivität der Schleifscheibe
zu widerstehen, verwendet, um die Diamantkörner von Abrichtwerkzeugen
zu ummanteln. Vorzugsweise wird die Zusammensetzung der metallischen
Verbindung in welche die Diamantkörner eingebettet sind,
so ausgewählt, dass für einen ziemlich hohen Verschleißwiderstand
gesorgt ist.
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Metallische
Bindungen von Diamantkörnern auf Abrichtwerkzeugen erfolgen
herkömmlich mit Zusammensetzungen, die elementares Metall,
Metallverbindungen und Legierungen davon enthalten. Manchmal wird
die Anordnung der Metallbindung durch einen Hartlötprozess
ausgebildet. Allgemein zusammengefasst umfasst dieser Prozess das
Erhitzen einer gut dispergierten Mischung feiner Teilchen der Komponenten
auf eine Temperatur, bei der sie schmelzen und die Körner
umfließen. Dann wird das Werkzeug so abgekühlt,
dass die geschmolzene Bindungszusammensetzung erhärtet,
die Körner einbettet und sie an der metallenen Basis des
Werkzeuges anhaften lässt. Eine andere Technik der metallischen
Bindung umfasst das Komprimieren von Diamantkörnern und
einer Metallpulvermischung, um ein verdichtetes Schleifelement von
vorgeformter Gestalt zu bilden. Hitzebehandlung des verdichteten
Schleifelements verursacht Sinterung, i. e., Verdichten der Metallpulvermischung
ohne Verflüssigen der gesamten Mischung, sodass die Diamantkörner
durch das gesinterte Metall gebunden werden. Dies wird gelegentlich
als pulvermetallurgische Verbindungsmethode bezeichnet.
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Eine
andere bedeutsame Einflußgröße, die zu
vorzeitigem Freiwerden der Diamantkörner vom Abrichtwerkzeug
beiträgt, ist die Beanspruchbarkeit der Metallbindung.
Schwächere Bindungen werden versagen, und die Diamantkörner
unter Betriebsbedingungen schneller freigegeben als stärkere
Bindungen, und diese schwach gebundenen Werkzeuge werden beschleunigten
Verschleiß erleiden.
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Diamant
verbindet sich normalerweise nicht gut mit vielen Metallen und Metalllegierungen,
die für Zusammensetzungen hartgelöteter Bindungen
erwünscht sind. Es wurden Verfahren zur Verstärkung
der Bindungskraft entwickelt, die es mit sich bringen, dass ein
reaktiver Metallbestandteil, wie Titan, Chrom oder Zirkonium in
die Vorstufe der Bindungszusammensetzung eingearbeitet wird. Dieser
reaktionsfähige Metallbestandteil zeichnet sich durch seine
Fähigkeit aus, direkt mit dem Diamantkorn zu reagieren,
um eine starke chemische Bindung mit dem Korn einzugehen. Diese
sogenannten „Aktivmetall”-Bindungszusammensetzungen
haben also beides, nicht reaktionsfähige und reaktionsfähige
Bestandteile. Normalerweise machen die nicht reaktionsfähigen
Bestandteile den Großteil der Bindungszusammensetzung aus.
Die nicht reaktionsfähigen Bestandteile beeinträchtigen
die Bildung einer starken und dauerhaften Bindung, welche an der
Basis anhaftet. Der reaktionsfähige Bestandteil haftet
durch chemische Bindung zäh am Superschleifmittel und ist
kohäsiv mit der nicht reaktionsfähigen Legierung.
Zum Beispiel offenbart
U.S. Patent
No. 4,968,326 an Wiand ein Verfahren zur Herstellung eines
Diamantschneide- und Schleifwerkzeugs, welches das Mischen einer
karbidbildenden Substanz mit einer Hartlotlegierung und einem temporären
Bindemittel, das Aufbringen der Mischung auf ein Trägerwerkzeug,
das Aufbringen von Diamantpartikeln auf das mit der Mischung beschichtete Werkzeug
und das Erhitzen der so kombinierten Materialien umfasst, um zunächst
eine Karbidschicht auf dem Diamant zu bilden. Danach wird der karbidbeschichtete
Diamant auf das Werkzeug hartgelötet. Die offenbarten Hartlotlegierungen
sind auf Nickel-, Silber-, Gold- oder Kupferbasis.
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Es
ist ein besonders wichtiger Gesichtspunkt für das Herstellen
eines haltbaren Abrichtwerkzeugs, dass die Zusammensetzung der Metallbindung,
die die Diamantkörner einbettet, eine ausreichende Berührungsfläche
Verbindung mit der Metallbasis hat, um ein festes Anhaften zu gewährleisten.
Die Geometrie der Basis kann ein wichtiger Faktor sein.
4 der PCT Publication No.
WO 00/6340 (10. Februar 2000) veranschaulicht
die Randkonstruktion eines rotierenden Abrichtwerkzeugs, in welcher
vier Schleifkörner als Stapel angeordnet sind, um eine
Schneidekante mit Einzelkornbreite zu bilden, die vom Metallkern
des Werkzeugs hervorragt. Der Rand ist in einer Breite passend zur
Breite der Körner ausgebildet, so dass nur ein schmaler umlaufender
Bereich des Randes mit dem Bindungsmaterial in Kontakt ist und es
gibt dort keine andere seitliche Abstützung als das Gefüge
des Bindungsmaterials zwischen den Körnern. Andere Bauformen
von Abrichtwerkzeugen, wie die
2 und
3 des
US
Patent No. 4,805,536 umfassen eine metallene Trägerstruktur der
Basis des Abrichtwerkzeugs. Diese Trägerstruktur bietet
der Metallbindung mehr Fläche, um an der Basis anzuhaften
und sollte dadurch für eine stärkere Verbindung
zwischen der Metallbindung und der Basis sorgen.
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Industrielle Anwendungsmöglichkeit
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Es
ist erstrebenswert, dass ein Abrichtwerkzeug bessere Verschleißfestigkeit
hat, so dass die Häufigkeit das Abrichtwerkzeug zu ersetzen
reduziert werden kann. Äußerst erstrebenswert
ist es auch ein Abrichtwerkzeug bereitzustellen, das einfacher und
weniger arbeitsintensiv als herkömmliche Werkzeuge hergestellt werden
kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Dementsprechend
stellt diese Erfindung eine Abrichtklinge zum Bearbeiten von Schleifwerkzeugen zur
Verfügung, umfassend
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- (i) einen plattenförmigen Metallschaft,
der eine ebene Basis und ein ebenes oberes Ende parallel zu der Basis
definiert und ein Ansatzstück hat, das der Länge
nach aus einem Ende des Schaftes herausragt,
- (ii) Superschleifkörner und
- (iii) eine hartgelötete Metallverbindung, deren Wirkung
darin besteht, dass die Superschleifkörner chemisch an
das Ansatzstück binden, wobei die hartgelötete
Metallverbindung eine thermisch verdichtete Masse ist, die eine
Hartlotmetallkomponente und eine Aktivmetallkomponente umfasst,
und wobei die Superschleifkörner gleichmäßig
in der hartgelöteten Metallverbindung verteilt sind und
in einer einlagigen Schicht im Kontakt mit jedem benachbarten Korn
sind.
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Ebenso
wird eine Abrichtklinge zum Bearbeiten von Schleifwerkzeugen zur
Verfügung gestellt, umfassend
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- (i) einen plattenförmigen Metallschaft,
der eine ebene Basis und ein ebenes oberes Ende parallel zu der Basis
definiert und ein Metallansatzstück hat, das der Länge
nach aus einem Ende des Schaftes herausragt,
- (ii) und einen Schleifbereich, der Superschleifkörner
und eine hartgelötete Metallverbindung umfasst, deren Wirkung
darin besteht, dass die Superschleifkörner an das Ansatzstück
binden, wobei das Ansatzstück eine ebene Platte ist, die
mit einer Seite bündig zur Basis ist und mit der gegenüberliegenden
Seite eine ebene Fläche definiert, und in der die Superschleifkörner
gleichmäßig in der hartgelöteten Metallverbindung,
angeordnet benachbart zu der ebenen Fläche, verteilt sind,
und in einer einlagigen Schicht so vorliegen, dass jedes Korn in
seitlichem Kontakt mit jedem benachbarten Korn ist.
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Außerdem
wird eine Abrichtklinge zum Bearbeiten von Schleifwerkzeugen zur
Verfügung gestellt, umfassend
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- (i) einen plattenförmigen Metallschaft,
der eine ebene Basis und ein ebenes oberes Ende parallel zu der Basis
definiert und ein Metallansatzstück hat, das der Länge
nach aus einem Ende des Schaftes herausragt,
- (ii) und einen Schleifbereich, der Superschleifkörner
und eine hartgelötete Metallverbindung umfasst, deren Wirkung
darin besteht, dass die Superschleifkörner an das Ansatzstück
binden, worin die Superschleifkörner gleichmäßig
in der hartgelöteten Metallverbindung verteilt sind und
in einer einlagigen Schicht im Kontakt mit jedem benachbarten Korn
sind und wobei das Ansatzstück eine Vielzahl gestreckter,
ebener, zueinander paralleler Wände, senkrecht zur Basis
des Schaftes umfasst, um gestreckte Gassen zwischen aufeinander
folgenden Wänden zu bilden und in der die Superschleifkörner
und die hartgelötete Metallverbindung in den Gassen angeordnet
sind.
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Die
Erfindung bezieht sich ebenfalls auf ein Verfahren zur Anfertigung
eines Schleifwerkzeuges umfassend
- a) Bereitstellen
eines plattenförmigen Metallschaftes, der eine ebene Basis
und ein ebenes oberes Ende parallel zu der Basis definiert und ein
Ansatzstück hat, das der Länge nach aus einem
Ende des Schaftes herausragt;
- b) Aufbringen einer Schicht Hartlotmetallverbindung auf das
Ansatzstück, die eine Hartlotmetallkomponente und eine
Aktivmetallkomponente umfasst;
- c) Drücken der Superschleifkörner in die Paste,
um eine einlagige Schicht von Superschleifkörnern in seitlichem
Kontakt zueinander auszubilden, um ein Werkzeug-Zwischenprodukt
zu erhalten; und
- d) Erhitzen des Werkzeug-Zwischenproduktes, um die Hartlotmetallkomponente
zu verflüssigen und eine Bindung zwischen den Komponenten
der Hartlotmetallkomponente und den Superschleifkörnern
zu erzeugen.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1A ist
eine Perspektive eines Schaftes und Ansatzstückes einer
grundlegenden Ausführungsform einer Abrichtklinge entsprechend
dieser Erfindung.
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1B ist
eine Perspektive einer Abrichtklinge, die unter Verwendung des Schaftes
und des Ansatzstückes von 1A gestaltet
ist.
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2A.
ist eine Perspektive eines Schaftes und Ansatzstückes einer
bevorzugten Ausführungsform einer Abrichtklinge entsprechend
dieser Erfindung.
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2B ist
eine Perspektive einer Abrichtklinge, die unter Verwendung des Schaftes
und des Ansatzstückes von 2A gestaltet
ist.
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3A.
ist eine Perspektive eines Schaftes und Ansatzstückes einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform einer Abrichtklinge
entsprechend dieser Erfindung.
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3B ist
eine Perspektive einer Abrichtklinge, die unter Verwendung des Schaftes
und des Ansatzstückes von 3A gestaltet
ist.
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4A.
ist eine Perspektive eines Schaftes und Ansatzstückes einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform einer Abrichtklinge
entsprechend dieser Erfindung.
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4B ist
eine Perspektive einer Abrichtklinge, die unter Verwendung des Schaftes
und des Ansatzstückes von 4A gestaltet
ist.
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5A.
ist eine Perspektive eines Schaftes und Ansatzstückes einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform einer Abrichtklinge
entsprechend dieser Erfindung.
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5B ist
eine Perspektive einer Abrichtklinge, die unter Verwendung des Schaftes
und des Ansatzstückes von 5A gestaltet
ist.
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Beste Ausführungsform
der Erfindung
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Das
neuartige Abrichtwerkzeug der Erfindung umfasst einen Metallschaft,
der ein Ansatzstück hat, das in Form einer Klinge ausgebildet
ist, die geeignet ist einen Schleifbereich während des
Arbeitsgangs zu tragen und zu fixieren. Das wirkende Schleifmittel
im Schleifbereich ist Superschleifmaterial in Gestalt von Einzelpartikeln,
gelegentlich hier als Körner bezeichnet. Die Superschleifpartikel
sind auf der Klinge durch eine Bindung fixiert, die durch eine hartgelötete
Metallverbindung bewirkt wird. Der Querschnitt des Arbeitsbereiches
des Werkzeugs ist, wie nachfolgend erklärt, verbessert,
um geeignete seitliche Steifigkeit bereitzustellen.
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Der
Aufbau des neuartigen Abrichtwerkzeugs kann unter Bezugnahme auf
die Figuren, welche wie ihre Bestandteile identische Bezugsnummern
haben, besser verstanden werden. Wie aus 1A. zu
ersehen, hat das Abrichtwerkzeug 10 einen plattenförmigen
Körper 12 mit einem Schaft 13 und einem
Ansatzstück 14, das der Länge nach aus
einem Ende des Schaftes herausragt. Diese Offenbarung führt
die Konvention ein, dass die Richtungen bezüglich des Aufbaus
des Abrichtwerkzeugs, kenntlich gemacht durch Pfeile, die in 1A mit
L, W und H beschriftet sind, die längslaufende (oder Länge),
seitliche (oder Breite) und bzw. Höhe sind. Das dargestellte
Werkzeug hat ein flaches oberes Ende 15 und eine flache
Basis 17 parallel zum oberen Ende. Der Hauptzweck des Schaftes
ist es, einen Griff bereitzustellen durch welchen das Werkzeug von
einer Abrichtmaschine (nicht gezeigt), die entsprechend geeignet
ist den Schaft aufzunehmen, gefasst werden kann. Auch wenn der Schaft
des dargestellten Werkzeuges ein rechteckig, prismoides Gebilde
ist, können andere Formen verwendet werden. Zum Beispiel
kann der Schaft ein Parallelogramm, Trapezoid oder ein anderer seitlicher
Querschnitt sein.
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Das
Ansatzstück 14, wie gezeigt, ist ein fest integraler
Teil des Werkzeugkörpers. Dieser Aufbau ist bevorzugt und
der Schaft und das Ansatzstück können spanabhebend
aus einem Stück Lagermaterial ausgebildet werden. Wahlweise
kann das Ansatzstück aus einem eigenen Teil geformt werden
und durch geeignete herkömmliche Mittel am Schaft angebracht
werden. Das Ansatzstück sollte starr mit dem Schaft verbunden sein,
und da das Werkzeug hohen Belastungen während des Arbeitsvorganges
ausgesetzt ist, sind kräftige mechanische Befestigungstechniken
wie Einspannen und Verbolzen für geteilte Schaft-Ansatzstück
Werkzeugtypen empfehlenswert.
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Das
Abrichtwerkzeug hat normalerweise eine Länge von etwa 30–50
mm und eine Breite von etwa 10 bis 20 mm. Die Höhe des
Schaftes beträgt gewöhnlich circa 2 bis 3 mm.
Die Höhe des Ansatzstückes, ist vermindert um
Platz für die hartgelötete Metallverbindung 8 (1B)
bereitzustellen.
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Das
dargestellte Ansatzstück 14 ist eine flache Platte,
die sich der Länge nach von einem Ende des Schaftes erstreckt
und bündig mit der Basis 17 ist. Wie erwähnt,
sollte das Ansatzstück kräftig genug sein um, während
des Arbeitsvorganges Unversehrtheit und Steifigkeit beizubehalten.
Es ist wichtig, dass die Klinge genügend Steifigkeit hat,
so dass die Superschleifkörner an der Spitze (i. e., die
am weitesten vom Schaft entfernte Schneidekante des Ansatzstückes)
des Abrichtwerkzeugs bezüglich des Werkstücks
das abgerichtet wird formstabil sind. Dies erlaubt kontrolliertes
Abschleifen mit genauer Einstellung der Spitze am Werkstück, das
bearbeitet werden soll. Wenn die Höhe zu gering ist, kann
sich das Ansatzstück verformen oder brechen. Vorzugsweise
beträgt die Höhe des Ansatzstückes circa
10 bis 25% der Höhe des Schafts. Das Ansatzstück erstreckt
sich seitlich in der vollen Breite des Schaftes. In anderen Ausführungsformen
kann das Ansatzstück verringerte Breite haben.
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Wie
in 1B. zu sehen ist, umfasst der Schleifbereich 4 eine
Vielzahl von Superschleifpartikeln 2. Die hartgelötete
Metallverbindung 8 bindet die Partikel an die Oberfläche 19 des
Ansatzstückes. Ein neues Merkmal der vorliegenden Erfindung
ist, dass die Superschleifpartikel vorzugsweise so angeordnet sind,
dass sie in seitlichem Kontakt mit jedem benachbarten Korn sind
und in Einzelkorndicke vorliegen. In einer einlagigen Anordnung
sind die Superschleifkörner vorzugsweise so ausgewählt,
dass sie im Wesentlichen ähnliche Partikelgrößen
haben.
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Der
Wert der ein Korn hohen Gestalt liegt darin, dass immer eine ein
Korn hohe Superschleifoberfläche am Werkzeug, das abgerichtet
wird, zu jeder Zeit anliegt während sich das Abrichtwerkzeug
abnutzt. Dies sorgt für geometrische Genauigkeit und äußerst
hohe Lebensdauer des Abrichtwerkzeugs (Menge des Abtrages pro verbrauchter
Einheit Superschleifmittel des Abrichtwerkzeugs)
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Es
ist üblich, mittels Filtern der Partikel durch Siebe mit
bekannten Öffnungsgrößen, i. e., Siebmaschenweite,
Schleifpartikel zu klassifizieren. Somit werden die Schleifpartikel
durch charakteristische Durchmesser, entsprechend der Größe
der Öffnungen dieser Siebe durch welche die Partikel fallen
und jener, welche die Partikel zurückhalten, bestimmt.
Die Dicke eines einlagigen Schleifbereiches ist vorzugsweise kleiner als
zwei charakteristische Durchmesser der benutzten Superschleifpartikel.
Die tatsächliche Dicke des Schleifbereiches wird sich etwas
vom tatsächlichen Durchmesser irgendeines speziellen Superschleifkorns
unterscheiden, da die einzelnen Partikelgrößen
geringfügig vom charakteristischen Durchmesser abweichen
und auch aufgrund der Dicke der die Superschleifpartikel einbettenden
aufgebrachten hartgelöteten Metallverbindung.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform (2A und 2B)
umfasst das Ansatzstück 24 außerdem ein
Paar Seitenelemente 21A, 21B, die an gegenüberliegenden
seitlichen Flanken des Ansatzstückes angeordnet sind. Die
Seitenelemente erheben sich über der Sohle der ebenen Oberfläche 29 des
inneren Bereichs des Ansatzstückes und bilden in Verbindung
mit dieser Oberfläche eine einfache Rinne 23.
Die Seitenelemente sorgen für erhöhte Steifigkeit
der Klinge zum Präzisionsschneiden und für verbesserte
Auflage und Oberfläche an welcher sich die hartgelötete
Metallverbindung binden kann. Dadurch sind die Superschleifkörner 2 stärker
an das Ansatzstück gebunden und widerstehen Entfernen durch
Einwirkung des abzurichtenden Werkstücks besser. Wie gezeigt
ist die Höhe der Seitenelemente 21A, 21B kleiner
als die Höhe des Schaftes 13. Andere Bauformen
werden in Erwägung gezogen. Zum Beispiel kann die Seitenelementhöhe
konstant gleich zur Gesamthöhe des Schaftes über
die gesamte Länge des Ansatzstücks sein, oder
das Seitenelement kann ein Höhenprofil haben, das mit der
Länge des Abstandes vom Schaft variiert. Dies trägt
dazu bei, dass ein Abrichtwerkzeug mit länger nutzbarer
Lebensdauer bereitgestellt wird.
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Wahlweise
kann das Ansatzstück zusätzlich ein Endelement 25 umfassen,
das am Ende des Ansatzstücks vom Schaft entfernt angeordnet
ist. Das Endelement erstreckt sich normalerweise seitlich über
die volle Breite des Ansatzstücks. Falls vorhanden, sollte
die Höhe des Elementes so sein, dass sich das obere Ende 26 des
Endelements über der ebenen Oberfläche 29 des
Ansatzstückes erhebt. Die Höhe des Endelements kann
so hoch sein wie das obere Ende 15 des Schafts. Man kann
somit die Seitenelemente, das Endelement und den Schaft als Wanne
ansehen, die die hartgelötete Metallverbindung und die
Superschleifkörner beinhaltet. Zusätzlich kann
die Wanne die Fertigung des Abrichtwerkzeugs erleichtern, wie nachfolgend
ausführlicher beschrieben wird. Wenn das Endelement sich
zu einer Höhe erstreckt, die zwischen den äußersten
Superschleifpartikeln 22 und dem abzurichtenden Werkstück
liegt (nicht gezeigt), dann wird der anfängliche Gebrauch
des Abrichtwerkzeugs das Endelements in einem Ausmaß abschleifen,
das ausreicht um die Partikel 22 bloßzulegen.
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In
einer anderen bevorzugten Ausführungsform (3A und 3B)
umfasst das neuartige Abrichtwerkzeug eine Vielzahl verlängerter
ebener Wände 31, die sich in Längsrichtung
vom Schaft 13 erstrecken. Die Wände stehen zueinander
und vorzugsweise zu den Seitenflächen des Werkzeugkörpers
parallel. Vorzugsweise sind sie auch in Ebenen, rechtwinklig zur
Basis des Schaftes, ausgerichtet. Benachbarte Paare der Wände
bilden Längsgassen 33 aus. Superschleifpartikel 2,
die mit den Wänden des Ansatzstückes durch hartgelötete
Metallverbindung verbunden sind, sind in den Gassen angeordnet.
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Wände
des Ansatzstückes können sich zur vollen Höhe
des Schaftes erstrecken, wie in den 3A und 3B gezeigt.
Niedrigere Höhen können angewendet werden. Superschleifpartikel von
passender Größe können verwendet werden
um den Schleifbereich innerhalb der Gassen, wie oben beschrieben,
bereitzustellen. Die Bauform als einlagiges Schleifmittel der Erfindung
ist vorzugsweise gekennzeichnet durch Superschleifkörner
von im wesentlichen gleichen charakteristischen Durchmesser und
Wänden von einer Höhe weniger als zwei charakteristische
Durchmesser des Superschleifmittels. In einer besonders bevorzugten
Ausführungsform sind die Superschleifkörner eines
nach dem anderen angeordnet um Längsreihen zu bilden, e. g.,
Reihe 35 umfassend Körner 35A–35D,
(3A). Die Wände 31 haben vorzugsweise
gleichmäßigen seitlichen Abstand und der Abstand
zwischen aufeinander folgenden Wänden sollte kleiner sein
als zwei charakteristische Durchmesser des Superschleifmittels.
Die Fertigung des Abrichtwerkzeugs wird dadurch, dass sich die Körner
in Reihen ausrichten erleichtert. Die in Reihen ausgerichtete Bauform
wird bevorzugt, weil die Klingenabnutzung im Vergleich zu anderen
Bauformen sehr stark reduziert ist. Folglich ist die Werkzeugstandzeit beträchtlich
verlängert. Außerdem sorgen die Wände
für ausgezeichnete Flächen mit denen sich die
hartgelötete Metallverbindung 8 verbinden kann
und dadurch die Körner innerhalb der Gassen festhalten
kann.
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4A und 4B veranschaulichen
eine andere bevorzugte Ausführungsform eines Abrichtwerkzeugs
mit einlagigem Superschleifmittel entsprechend dieser Erfindung.
In dieser Ausführungsform umfasst das Ansatzstück 14 zusätzlich
eine ebene Platte 45, die sich in ihrer Längsausdehnung
vom Schaft 13 und in ihrer Seitenausdehnung über
die Breite des Ansatzstücks erstreckt. Eine Seite der ebenen
Platte 46 berührt jede der ebenen Wände 31 und
bildet dadurch einen Boden für Längsgassen 33.
Vorzugsweise ist die gegenüberliegende Seite 47 der ebenen
Platte 45 bündig mit der Basis 17 des
Abrichtwerkzeugs. Die ebene Platte 45 fügt der
Klinge seitliche Stabilität und größeren
Flächenbereich für das Binden der Körner 2 an
das Ansatzstück durch die hartgelötete Metallverbindung
zu. Somit stellt diese Ausführungsform eine stärkere
und steifere Klingenstruktur zur Verfügung als die, die
in 3B gezeigt ist. Die Trägerstruktur der
ebenen Platte 45 erleichtert ebenfalls die Fertigung eines
Werkzeugs der Bauform mit einlagigem Schleifkorn, eines hinter dem anderen.
Da die Ebene Platte 45 eine Seite der Klinge in Seiten-
und Längsausdehnung abdeckt, sind die Körner nur
am vom Schaft entfernten Schneideende der Klinge und an der Oberseite
einer jeden Gasse ungeschützt. Im Vergleich zu einer so
genannten zweiseitigen Klingenbauform (3B), ist
die Klinge, die in 4B gezeigt ist einseitig.
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5A und 5B stellen
eine bevorzugte Ausführungsform des neuartigen Abrichtwerkzeugs
dar, welche die vorteilhaften Eigenschaften der Ausführungsformen
der 3B und der 4B enthält.
Das Ansatzstück umfasst eine Vielzahl ebener Platten 55,
die sich in Längsrichtung vom Schaft 13 erstrecken.
Die Platten schließen an benachbarten Paaren von Wänden 31 wahlweise
an der Oberseite und der Basis der Wände an, um einen rechtwinklig
gewundenen seitlichen Querschnitt 56 auszubilden (i. e.,
wie bei der Ansicht des Abrichtwerkzeugs in Längsrichtung
zu sehen ist). Vorzugsweise erstrecken sich die Wände zur
vollen Höhe des Schafts und die alternierenden flachen
Platten richten sich bündig zur Oberseite und der Basis
aus. Die dargestellte Ausführungsform ist somit eine „zweiseitige” Klingenbauform.
Zweiseitige Klingen gewährleisten vorteilhafterweise, dass
jede Seite der Klinge zum Abrichten eines Schleifwerkzeugs benützt
werden kann, dadurch sind die Varianten, um die Klinge zum Werkzeug
hin zu befestigen, erweitert. Zum Beispiel können mit der
zweiseitigen Klinge zwei Schleifscheiben gleichzeitig abgerichtet
werden. Außerdem kann, wenn der Schleifbereich auf der
einen Seite der Klinge stumpf wird, die Klinge umgedreht werden,
um die Rückseite, die schärfere Seite am Werkstück,
das abgerichtet werden soll, einzusetzen. Chemische Bindung zwischen
einem aktiven Hartlot und einem Diamantkorn erzeugt in einer einlagigen
Schicht von Diamantkörnern ausreichende mechanische Kraft,
um diese Vorteile möglich zu machen.
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Der
Schaft und das Ansatzstück sollten aus festem Werkzeugstahl
hergestellt sein. Die Bezeichnung von stabilen Metallegierungen
für Werkzeugmaschinenzwecke ist in der Fachwelt gut bekannt.
Charakteristische Legierungen beinhalten Eisen, Molybdän,
Wolfram und Legierungen aus Metallen und anderen Elementen, wie
Stahl, Wolfram/Kupfer und ähnlichem.
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Der
Ausdruck „Superschleifmittel” bezeichnet Material
mit extrem hoher Härte, geeignet zum Abschleifen anderer
harten Substanzen. Diamant, kubisches Bornitrid und Mischungen daraus
in jeglichem Verhältnis sind als Superschleifmittel bekannt.
Diamant, natürlich oder synthetisch ist das bevorzugte
Superschleifmittel. Das Superschleifmittel wird in der Erfindung
in Partikelform benutzt. Der Ausdruck „Partikel”,
wie hier benutzt, ist nicht darauf begrenzt irgend eine spezielle
Form oder Größe zu bezeichnen. Üblicherweise
sind die Superschleifpartikel unregelmäßig gestaltet,
allerdings können Partikel von vorbestimmter Gestalt, wie
Diamantfilm (Diamantsheet) benutzt werden.
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Die
Größe der Superschleifpartikel wird nach der Verträglichkeit
mit der Konstruktion des Abrichtwerkzeugs ausgewählt. Das
Werkzeug wird, passend zum Abrichten von vorgewählten Typen
von Werkstücken, mit einem vorbestimmten Schneideradius
und einer vorbestimmten Abmessung der Schneidekante gefertigt. Es
versteht sich, dass Abrichtwerkzeug dieser Erfindung hauptsächlich
dafür geplant ist, die Schneideoberflächen anderer
Schleifwerkzeuge zu gestalten, zu schärfen, von Ablagerungen
zu reinigen und ansonsten aufzuarbeiten. Folglich wird Superschleifpartikeln
mit einem charakteristischen Durchmesser im Bereich von 0,1 μm
bis circa 5 mm der Vorzug gegeben. Ein wesentlich engerer Bereich
der Partikelgröße kann bei jeglicher bestimmten
Anwendung eines Schleifwerkzeugs eingesetzt werden. Partikelgrößen
von typischen, handelsüblichen Superschleifkörnern
reichen normalerweise von circa 0,0018 inch (0,045 mm) bis circa
0.046 inch (1,17 mm). Bestimmte Partikelgrößen
von Superschleifkörnern, manchmal als „Mikroabrasive” bezeichnet, können
von circa 0,1 μm bis circa 60 μm reichen.
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Das
neuartige Abrichtwerkzeug beinhaltet eine hartgelötete
Metallverbindung, die die Bindung der Superschleifkörner
am Ansatzstück bewirkt. Der Ausdruck „hartgelötete
Metallverbindung” bezeichnet verdichtete Metallbindung,
die nach Erhitzen der Bindungs-Komponenten in einem Hartlötprozess
erreicht wird, um die Superschleifkörner innerhalb der
Metallmatrix und am Metallansatzstück des Abrichtwerkzeugs
zu befestigen. Der Hartlötprozess umfasst das Erhitzen
der Bindungszusammensetzung von gemischten Pulverpartikeln und wahlweise,
eines flüssigen Bindemittels auf eine erhöhte
Hartlöt-Temperatur bei welcher sich ein Hauptteil der festen
Komponenten verflüssigt und eine flüssige Lösung
bildet, die die Superschleifpartikel umfließt. Nach dem
Abkühlen verankert die hartgelötete Metallverbindung
die Superschleifpartikel und wird an das Metallansatzstück
gebunden. Der Hartlötprozess, der bevorzugte Komponenten
für die vorliegende Erfindung verwendet, wird im
U.S. Patent No. 5,832,360 beschrieben,
auf dessen Offenbarung hiermit in vollen Umfang Bezug genommen wird.
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Die
hartgelötete Metallverbindung umfasst vorzugsweise eine
Hartlotmetall-Komponente und eine Aktivmetall-Komponente. Die Aktivmetall-Komponente
kann mit den Schleifkörnern unter nicht-oxydierenden Sinterbedingungen
reagieren, um ein Karbid oder ein Nitrid zu bilden und dadurch die
Schleifkörner sicher in die Metallmatrix einzubinden. Die
Aktivmetall-Komponente beinhaltet vorzugsweise Materialien wie Titan,
Zirkonium, Chrom, Hafnium und deren Hydride und Legierungen und
Verbindungen davon. Titan oder sein Hydrid wird bevorzugt.
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Bewiesen
ist, daß Titan, in einer Form die mit den Superschleifkörnern
reaktionsfähig ist, die Stärke der Bindung zwischen
dem Schleifmittel und der hartgelöteten Metallverbindung
erhöht. Das Titan kann der Mischung von Komponenten entweder
in elementarer oder gebundener Form beigegeben werden. Elementares
Titan reagiert mit Sauerstoff, um Titandioxid zu bilden, was es,
für die Reaktion mit Diamant während des Hartlötens,
eher unzugänglich macht. Deshalb ist die Zugabe von elementarem
Titan weniger bevorzugt wenn Sauerstoff ansteht. Wenn Titan in gebundener
Form zugegeben wird, sollte die Verbindung zur Dissoziation während
des Hartlöt-Schrittes fähig sein, um dem Titan
zu ermöglichen mit dem Superschleifmittel zu reagieren.
Vorzugsweise wird Titan der Bindungsmaterialmischung als Titanhydrid,
TiH2, zugegeben, das bis circa 400–600°C
stabil ist. Über circa 400–600°C, dissoziiert
Titanhydrid in einer inerten Atmosphäre oder unter Vakuum
zu Titan und Wasserstoff.
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Die
Hartlotmetall-Komponente für den Gebrauch in Kombination
mit der Aktivmetall-Komponente umfasst vorzugsweise Metalle, ausgewählt
aus der Gruppe, die aus Kupfer, Nickel, Silber, Zinn, Zirkon, Silizium und
Eisen besteht. Mehr vorzuziehen ist es, wenn die Hartlotmetall-Komponente
Kupfer und Zinn umfasst. In manchen Situationen mag die Zugabe von
Silber zu der Mischung, die Kupfer und Zinn umfasst, vorteilhaft sein,
um die Abstreifbarkeit der hartgelöteten Metallverbindung
vom Metallansatzstück zu erleichtern.
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Die
für den Gebrauch bevorzugten Bindungsmaterialien zum Ausbilden
einer hartgelöteten Metallverbindung in der vorliegenden
Erfindung beinhalten Kupfer, Zinn und Titanhydrid-Pulver, wahlweise
mit der Beigabe von Silber-Pulver. Vorzugsweise umfasst die hartgelötete
Metallverbindung, die in der Erfindung verwendet wird, etwa 50 bis
90 Gew.-% Kupfer, etwa 5 bis 35 Gew.-% Zinn und etwa 5 bis 15 Gew.-%
Titan oder Titanhydrid – Aktivmetall-Komponente. Mehr vorzuziehen
ist es, wenn die Hartlotmetall-Komponente etwa 50 bis 80 Gew.-%
Kupfer, etwa 15 bis 25 Gew.-% Zinn und etwa 5 bis 15 Gew.-% Titan
oder Titanhydrid umfasst. Noch mehr vorzuziehen ist es wenn die
Hartlotmetall-Komponente etwa 70 Gew.-% Kupfer, etwa 21 Gew.-% Zinn
und etwa 9 Gew.-% Titan oder Titanhydrid umfasst.
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Die
hartgelöteten Metallverbindungen des neuartigen Abrichtwerkzeugs
umfassen weiterhin wahlweise eine Vielzahl von Partikeln einer harten
Komponente, aus anderen Materialien als denen, die die hier als Superschleifmittel
definiert sind. Die optionale harte Komponente sorgt für
einen erhöhten Schleifwiderstand des Schleifwerkzeugs.
Das bedeutet, dass die Gegenwart der harten Komponente die Lebensdauer
der Metallbindung so erhöht, dass die Metallbindung dazu
neigt nicht vor dem Verbrauch der Schleifkörner durch Abbrichtvorgänge,
zu versagen. Höhere Konzentrationen von Hartkomponenten-Materialien
sind bei Abrichtwerkzeugen nötig, welche den Schleifkräften
ausgesetzt sind, die während der Überholung von
abrasiven Schleifwerkzeugen angetroffen werden. Die harte Komponente
ist ein metallisches Karbid oder Borid oder ein keramisches Material,
das vorzugsweise eine Härte von mindestens 1000 Knoop,
und vorzugsweise circa 1000–3000 Knoop gemessen unter einer
aufgebrachten Belastung von 500 g aufweist. Vorzugsweise beinhalten
harte Komponenten Wolframkarbid, Titanborid, Siliziumkarbid, Aluminiumoxid,
Chromborid, Chromkarbid, und deren Kombinationen.
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Vorzugsweise
sind die Partikel des Hartkomponenten-Materials unregelmäßig
geformt und die harte Komponente behält ihren Partikelcharakter
in der Matrix, die durch die hartgelötete Metallverbindung
gebildet wird. Das heißt, nachdem der Hartlötprozess
zur Ausbildung der hartgelöteten Metallverbindung aus ihren
einzelnen Komponenten stattgefunden hat, bleiben die Partikel der
harten Komponente als eindeutige partikelförmige Einheiten
in der Matrix verteilt. Dementsprechend ist es wichtig, dass die
harte Komponente aus Materialien ausgewählt sein sollte,
die nicht unterhalb oder bei der Hartlöt-Temperatur schmelzen.
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Wenn
harte Komponenten benutzt werden, besteht die hartgelötete
Metallverbindung vorzugsweise aus circa 50 bis 83 Gew.-% harter
Komponente, etwa 15 bis 30 Gew.-% Hartlotkomponente und etwa 2 bis
40 Gew.-% Aktivmetall-Komponente, mehr vorzuziehen sind, circa 55
bis 78 Gew.-% harte Komponente, etwa 20 bis 35 Gew.-% Hartlotkomponente
und etwa 2 bis 10 Gew.-% Aktivmetall-Komponente und am meisten bevorzugt
werden, circa 60 bis 75 Gew.-% harte Komponente, etwa 20 bis 30
Gew.-% Hartlotkomponente und etwa 2 bis 5 Gew.-% Aktivmetall-Komponente.
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Es
versteht sich außerdem, dass die hartgelötete
Metallverbindung auch kleinere Mengen von zusätzlichen
nicht flüchtigen Komponenten enthalten kann, wie Schmiermittel
(e. g., Wachse) oder zusätzliche Schleifmittel oder Füllstoffe
oder kleinere Mengen im Stand der Technik bekannter Bindungsmaterialien. Grundsätzlich
können solche zusätzliche Komponenten mit bis
zu circa 5 Gew.-% der hartgelöteten Metallverbindung vorliegen.
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Vorzugsweise
werden die Komponenten der hartgelöteten Metallverbindung
in Pulverform zugeführt. Die Partikelgröße
des Pulvers ist nicht entscheidend; jedoch wird Pulver kleiner als
325 U. S. Standardsiebmaschenweite (44 μm Partikelgröße)
bevorzugt. Das Zwischenprodukt für die hartgelötete
Metallverbindung wird durch Mischen der Bestandteile vorbereitet,
zum Beispiel durch Trommelmischen bis die Komponenten in gleichförmiger
Konzentration verteilt sind. Wenn Kupfer und Zinn als Hartlotkomponenten
verwendet werden, kann es von Vorteil sein diese in Form einer pulverförmigen
Bronzelegierung anstatt ihrer getrennten Komponenten zuzugeben.
Die Pulvermischung kann direkt auf das Metallansatzstück
aufgebracht werden. Vorzuziehen ist es jedoch, die trockenen Pulverkomponenten
mit einem niederviskosen, flüchtigen, flüssigen Bindemittel
zu mischen, um eine viskose, klebrige Paste zu bilden. In Pastenform
können die Komponenten der hartgelöteten Metallverbindung
genau verteilt und aufgebracht werden. Genaue Verfahren zum Ausbilden und
Aufbringen der wirksamen hartgelöteten Metallverbindungen
sind in
US Patent No. 5,832,360 ,
offenbart, auf dessen gesamte Offenbarung hiermit Bezug genommen
wird.
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Durch
das Herstellen des neuartigen Abrichtwerkzeugs, wird ein plattenförmiger
Metallschaft mit einem Ansatzstück, das der Länge
nach aus einem Ende des Schaftes herausragt, bereitgestellt. Pulver
der hartgelöteten Metallverbindung, e. g., Wolframkarbid-,
Kobalt- und Titanhydridpulver werden zu einer Pulvermischung gemischt.
Superschleifkörner von ausgewählter Größe
werden auf dem Ansatzstück abgelagert. Für Abbrichtwerkzeuge
vom Typ mit einlagiger Schleifschicht, können die einzelnen
Körner manuell eingelegt werden. Die Körner können
auch automatisch durch Bestückungseinrichtungen platziert
werden. In einem anderen Herstellungsverfahren kann eine Schicht
von flüchtigem Klebemittel gleichmäßig
auf die ebene Fläche des Ansatzstückes aufgebracht
werden. Die Körner können auf das Klebemittel
fallen gelassen werden und überschüssige Körner,
die durch das Kippen der Klinge mit einer einlagigen Schicht von
Körnern entfernt werden, kleben vorübergehend
an der Oberfläche des Ansatzstücks. Wahlweise
können Körner in einem geometrischen oder einem
anderen Muster angeordnet werden, und können so zu den
benachbarten Körnern beabstandet werden, dass sie einander
nicht berühren, oder so beabstandet werden, dass sie eine
gemeinsame Grenze haben. Wenn die Körner platziert sind
kann die Pulvermischung um die Körner herum gepackt werden. In
einem anderen betrachteten Verfahren wird die Pulvermischung mit
einem flüchtigen, flüssigen Bindemittel gemischt,
um eine Paste zu bilden. Die Paste wird in die Gasse (n) des Ansatzstückes
gefüllt. Die Körner werden dann in die Paste gepackt
und überschüssige Paste wird, zum Beispiel durch
Abwischen entfernt.
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Das
so zusammengefügte Zwischenprodukt des Abrichtwerkzeugs
wird als nächstes hartgelötet, um die Körner
dauerhaft am Ansatzstück zu befestigen. Es muss dafür
gesorgt werden, dass das Hartlöten unter Bedingungen durchgeführt
wird, die so gewählt sind, dass Oxidation der Aktivmetall-Komponente
und des Diamanten vermieden wird. Wenn Titanhydrid als Aktivmetall-Komponente
verwendet wird, wird die Temperatur erhöht, um thermische
Dissoziation des Titanhydrids zuzulassen, damit ein Gemisch gebildet
wird, das eine Titancarbid-Phase enthält, die den Diamant
fest in der metallischen Phase der hartgelöteten Metallverbindung bindet.
Der Schritt des Hartlötens wird grundsätzlich
unter Vakuum oder einer nicht oxidierenden Atmosphäre bei
einem Druck von 0,01 μm bis 1 μm Hg (Quecksilbersäule)
und einer Temperatur von circa 800°C bis circa 1200°C.
In einem zusätzlichen wahlweisen Schritt kann das Hartlotgemisch
durch eine Infiltrierkomponente vakuum-infiltriert sein, um das
Abrichtwerkzeug vollständig zu verdichten und die gesamte
Porosität im Wesentlichen zu eliminieren. Obwohl viele
Materialien für diesen Zweck verwendet werden können
wird Kupfer bevorzugt.
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Beispiele
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Diese
Erfindung wird nun durch Beispiele von bestimmten repräsentativen
Ausführungsformen hiervon veranschaulicht, worin alle Teile,
Maße, Prozentangaben, durch Gewicht, sofern nicht anders
bezeichnet, Gewichtsangaben sind. Alle Gewichts- und Maßeinheiten,
die nicht original in Si-Einheiten erhalten werden, in wurden in
Si-Einheiten umgerechnet.
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Beispiel 1
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Dieses
Beispiel beschreibt ein Werkzeug mit einem einzelnen Fach, das die
Ausführung veranschaulicht, die in den 2A.
und 2B beschrieben wird. Als erstes wurde das Werkzeug
durch das Herstellen eines 10 mm breiten und 1 mm tiefen gefrästen
Faches in einer Stahlschiene mit den Abmessungen 2 mm × 12,5
mm × 38 mm gefertigt. Das Fach wurde mit Hartlotpaste gefüllt,
die aus 15 Vol.-% organischem Bindemittel auf Wasserbasis (Vitta
Corp) und 70 Vol.-% pulverförmigen Hartlotkomponenten besteht.
Die Hartlotkomponenten bestanden aus 70 Gew.-% Kupfer, 21 Gew.-%
Zinn und 9 Gew.-% Titanhydrid, TiH2. Dann
wurde das Fach durch Verdrängen der Hartlotpaste mit 20/25
Mesh SDA 100+ Diamant (DeBeers) gefüllt. Die überschüssige
Paste wurde durch Abwischen entfernt, und das so entstandene Werkzeug
wurde in Luft bei Raumtemperatur getrocknet. Dann wurde das Werkzeug
für eine halbe Stunde auf 880°C in einem Vakuumofen
bei einem Druck von 0,01 bis 1 μm Hg Quecksilbersäule
erhitzt, gefolgt von Abkühlen auf Raumtemperatur. Durch Flachschleifen
der erhöhten Oberfläche des Schleifmittels und
Entfernen des restlichen Stahls an der Werkzeugvorderseite wurde
es fertig gestellt.
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Beispiel 2
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Das
in Beispiel 1 vorbereitete Werkzeug wurde durch Abrichten einer
5SG Schleifscheibe, 80 Korn, Härte K getestet. Seine Leistungsfähigkeit
wurde mit dem eines handelsüblich verfügbaren Abrichtwerkzeugs, das
nach dem herkömmlichen Verfahren, Diamanten in einer pulverförmigen
Metall-matrix in einer Form anzuordnen und durch Pressen und Sintern
oder Heißpressen des Verbandes einen dichten Presskörper
zu erhalten, hergestellt wurde. Der Verdichtungsmechanismus, der
einer Pulvermetall-Verpressung innewohnt, führt oft dazu,
dass die Diamanten ihre Ebene verlassen. Zwei Muster der handelsüblichen
verfügbaren Klinge wurden verwendet. Die Ergebnisse der
Vergleichstests sind in Tabelle 1 dargestellt. In allen Fällen
war die Traversgeschwindigkeit 11 in/min. „Abnutzungsanteil” ist
der Anteil des Scheibenvolumens, der je Einheit Werkzeuglänge
entfernt wird.
| | Scheibe
Volumenänderung (cu. in.) | Klinge
Höhenänderung (in.) | Abnutzungsverhältnis
(cu. in./in.) | Schlifftiefe
(in.) |
| Beispiel
1
Vergleichswerkzeug B1 | 463 | 0,066 | 7036 | 0,002 |
| Muster
1 | 180 | 0,097 | 1859 | 0,001 |
| Muster
2 | 198 | 0,099 | 2000 | 0,001 |
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Diese
Daten in Tabelle 1 veranschaulichen, dass trotz des Verdoppelns
der Schnittiefe für jeden Gang (0,002 in im Vergleich zu
0,001 in) der Abnutzungsanteil des Werkzeugs aus Beispiel 1 dreimal
höher lag als der, der handelsüblich verfügbaren
Abrichtklinge mit identischen Diamantgrößen. In
anderen Versuchen wies die neuartige Klinge aus Beispiel 1 einen
circa 2 bis 5mal besseren Abnutzungsanteil auf, als zwei unterschiedliche
handelsüblich verfügbare Abrichtklingen einer
gesinterten pulverförmigen Metallmatrixbindung mit vergleichbarer
Konstruktion,.
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Beispiel 3
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Dieses
Beispiel beschreibt Vorbereitung und Test eines Abrichtwerkzeugs
in der Ausführung, die in 5B dargestellt
ist.
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Die
Vorform des Werkzeugs wurde mit der Konstruktion des Typs, der in 5A zu
sehen ist angefertigt, jedoch hatte das Werkzeug in diesem Beispiel
neun Reihen Schleifmittel, hartgelötet in Gassen, welche
in die Vorform eingearbeitet wurden (5 Gassen auf der einen Seite,
4 auf der anderen). Die Gassen wurden mit Hartlotpaste gefüllt,
bestehend aus 15 Vol.-% organischem Bindemittel auf
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Wasserbasis
(Vitta Corp) und 70 Vol.-% pulverförmigen Hartlotkomponenten.
Das Hartlotpulver bestand aus aus 70 Gew.-% Kupfer, 21 Gew.-% Zinn
und 9 Gew.-% Titanhydrid. Dann wurden die Gassen durch Verdrängen
der Hartlotpaste mit 20/25 Mesh SDA 100+ Diamant (DeBeers) gefüllt.
Die überschüssige Paste wurde durch Abwischen
entfernt und dann wurde das Werkzeug in Luft bei Raumtemperatur
getrocknet. Dann wurde das Werkzeug für eine halbe Stunde
auf 880°C in einem Vakuumofen bei einem Druck von 0,01
bis 1 μm Hg Quecksilbersäule erhitzt, gefolgt
von Abkühlen auf Raumtemperatur. Fertiggestellt wurde das
Werkzeug durch Schleifen der oberen und unteren Flächen
um beide, Böden und Decken der Gassen, zu öffnen.
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Dieses
Werkzeug wurde beim Profilabrichten der Regelscheibe eines spitzenlosen
Schleifers zur Herstellung von Brennstoffeinspritzdüsen-Nadeln
getestet. Es wies eine zweimal so hohe Lebensdauer als eine handelsübliche
gesinterte, pulvermetallgebundene Diamantklinge auf.
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Beispiel 4
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Ein
Werkzeug wurde nach demselben Verfahren, das in Beispiel 1 beschrieben
ist gefertigt. In diesem Fall wurde nach den Hartlöte-
und Heizschritten die Metallschiene, die den Boden des Faches der
einseitigen Klinge bildete durch Schleifen entfernt, um die Unterseite
der Diamanten bloßzulegen. Dies ergab eine extrem dünne
(1,0 mm) sehr stabile Klinge, die erfolgreich benutzt werden konnte,
um die Form einer glasgebundenen Aluminium-Schleifscheibe travers
zu profilieren. Klingen einer solch dünnen Ausprägung,
die durch herkömmliche pulvermetallurgische Verfahren hergestellt
wurden, fehlt üblicherweise ausreichende Stärke,
um das Traversprofilieren auszuhalten.
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Obwohl
bestimmte Formen der Erfindung in der vorangehenden Offenbarung
ausgewählt wurden, um diese Formen der Erfindung in bestimmten
Begriffen für den durchschnittlichen Fachmann auf dem Gebiet
vollständig und ausreichend zu beschreiben, versteht es
sich, dass verschiedene Ersatzmöglichkeiten und Abwandlungen,
welche etwa im Wesentlichen gleichwertige oder höhere Ergebnisse
und/oder Funktionen bringen, als im Anwendungsbereich und Geist
der folgenden Ansprüche innewohnend betrachtet werden.
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Zusammenfassung
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Eine
Abrichtklinge zum Feinbearbeiten und Instandsetzen von neuen und
gebrauchten abrasiven Schleif- und Schneidewerkzeugen hat einen
plattenförmigen Schaft mit einem Ansatzstück,
das der Länge nach aus dem Schaft herausragt. Superschleifkörner
sind auf der Oberfläche des Ansatzstückes angeordnet und
werden durch eine hartgelötete Metallverbindung festgehalten.
Diese Anordnung wird durch Hartlöten einer Pulvermischung
von Hartlotmetallkomponenten und Aktivmetallkomponenten gebildet.
Bestimmte Ausführungen des Ansatzstückes werden
bereitgestellt, welche es, für präzises Abrichten
und einfache Fertigung des Werkzeugs, ermöglichen die Superschleifkörner
in einlagiger Schichtanordnung auszurichten. Das neuartige Abrichtwerkzeug
weist außerordentliche Haltbarkeit auf.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - US 4968326 [0009]
- - WO 00/6340 [0010]
- - US 4805536 [0010]
- - US 5832360 [0043, 0052]