Die vorliegende Erfindung betrifft metallgebundene Schleifwerkzeuge
und ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Werkzeugs.
Um die Anforderungen der industriellen Hersteller zu erfüllen sind
kontinuierliche Verbesserungen bei der Schleifmittelretention, der Bindungshaltbarkeit
und der Werkzeuglebensdauer eine Notwendigkeit bei metallgebundenen Superschleifwerkzeugen.
Zusammen mit der Qualität des Schleifwerkzeugs ist die Qualität des Abrichtwerkzeugs,
welches zur Erneuerung des Schleifwerkzeugs verwendet wird, kritisch für das Erreichen
der erwünschten Schleifwirkung und das Einhalten der Toleranzen.
Diamantklingenabrichtgeräte oder Rotationsabrichtscheiben werden zur
Erneuerung der Oberflächen von Schleifscheiben oder zur Erzeugung eines Profils
in Schleifscheiben verwendet. Ein Rotationsabrichtgerät wird in erster Linie verwendet
um die Form des Schleifwerkzeugs mit einer profilierten Schleifseite zu erzeugen
oder beizubehalten. Die verwendete Metallbindungszusammensetzung in dem Abrichtwerkzeug
hat einen enormen Einfluss auf die Abrichtwerkzeugqualität. Metallgebundene Abrichtwerkzeuge
des Standes der Technik umfassen im Allgemeinen Diamantschleifkorn gebunden mittels
Zink enthaltenden Legierungen, Kupfersilberlegierungen, Kobaltlegierungen, Kupfer
oder Kupferlegierungen.
Obwohl Zink enthaltende Legierungen dafür bekannt sind, dass sie überlegene
Bindungsqualitäten bei metallgebundenen Diamantabrichtwerkzeugen haben sind sie
auch dafür bekannt Nachteile bei Herstellungsvorgängen aufzuweisen. Zink ist bei
den Temperaturen wie sie während der Herstellung der gebundenen Schleifwerkzeuge
verwendet werden außerordentlich flüchtig, was zu einem Zinkverlust aus der Bindung
führt. Dies erhöht die Flüssigkeitstemperatur der Metallbindung und führt dazu,
dass eine höhere Herstellungstemperatur erforderlich ist. Die höhere Temperatur
führt ferner zu vorzeitigem Ausfall der Ofenauskleidung, höheren Energiekosten und
potentiellen Umwelthaftpflichten.
Eine nahezu eutektische Kupferphosphorzusammensetzung wie im US-Patent
Nr. A-5,505,750 beschrieben wird in einer Metallbindung für Abrichtwerkzeuge verwendet.
Die Bindung umfasst auch Hartphasenteilchen wie etwa Wolfram, Wolframcarbid, Kobalt,
Stahl, Sol-Gel-alpha-Aluminiumoxid-Schleifmittelkorn und Hartmetall (stellite).
Die Rotationsabrichter wie im US-Patent Nr. A-3,596,649 beschrieben
werden mit einer Metallpulverbindungszusammensetzung umfassend Wolframcarbid-beschichtete
Diamantkörnchen, gebunden innerhalb einer Kobaltmatrix hergestellt. Es wird spekuliert,
dass die beobachteten Verbesserungen bei diesem Werkzeug auf die relative Leichtigkeit
zurückzuführen sind mit welcher die Materialien benachbart zum Diamantkorn während
der Verwendung abgerieben werden um frische Diamantfacetten zum Abrichten freizulegen.
Die vorbekannten 50/50-Mischungen von Wolframcarbid/Kobalt sind dadurch charakterisiert,
dass sie eine harte Matrix unmittelbar benachbart zum Diamant ergeben, was zu einer
weniger effizienten Schnittwirkung führt.
Abrasive Schleifwerkzeuge wie im US-Patent Nr. A-5,385,591 beschrieben
werden mit einer Metallbindung umfassend einen Füllstoff mit einem speziellen Härtewert
hergestellt. Der Füllstoff besteht aus bestimmten Stahl- oder Keramiktypen. Der
Füllstoff wird in die Bindung eingesintert, zusammen mit dem Schleifkorn und Kupfer,
Titan, Silber oder Wolframcarbid. Bevorzugte Bindungszusammensetzungen enthalten
Silber, Kupfer und Titan, wobei das Titan verwendet wird um Kupfertitanphasen in
der gesinterten Bindung auszubilden.
Eine Metalllotzusammensetzung für ein Monoschichtschleifwerkzeug wird
im US-Patent Nr. A-5,492,771 beschrieben. Diese umfasst eine Legierung oder Mischung
aus Silber, Kupfer und Indium mit Titan oder anderen aktiven Metall um das Schleifmittelkorn
zu benetzen.
Eine Metallbindung für entweder ein Monoschichtschleifwerkzeug oder
ein Metallmatrixgebundenes Schleifwerkzeug ist im US-Patent A-5,011,511 beschrieben.
Diese umfasst Kupfersilbertitanlegierungen, oder Kupfertitanlegierungen, oder Kupferzirkoniumlegierungen,
Kupfertitaneutektika und Kupferzirkoniumeutektika. Während der Bindung der Schleifmittelkörner
reagieren die Bindungsbestandteile um Carbide oder Nitride zu formen.
Eine Nickellegierungsbindung für Rotationsabrichtgeräte gebildet mittels
eines elektrolytischen Galvanisierverfahrens wird im US-Patent Nr. A-4,685,440 beschrieben.
Die Dokumente JP-A-56-029650 und JP-A-60-169533 offenbaren ein Verfahren zur Erhöhung
der Hochtemperatureigenschaften eines hochhärtegesinterten Körpers
im Wesentlichen bestehend aus CBN oder WBN, durch Zusatz eines Bindehilfsmittels
aus einem Metallhydrid zu einem Bindemittel welches im Wesentlichen aus einem spezifischen
Metall und TiC besteht.
Trotz der Entwicklung dieser Metallbindungssysteme für Schleifwerkzeuge
verbleibt ein Bedarf für bessere Bindungen, gekennzeichnet durch eine längere Werkzeuglebensdauer,
besseren Widerstand gegenüber Abrieb und eine bessere Bindung des Schleifmittelkorns.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist ein Schleifwerkzeug welches ein Abrichtwerkzeug
wie in Anspruch 6 definiert sein kann, oder ein abrasives Schleifwerkzeug wie in
Anspruch 1 definiert.
Ein Verfahren zur Herstellung des Abrichtwerkzeugs der Erfindung wird
in Anspruch 10 definiert, und umfasst einen ersten Sinterschritt worin ein Superschleifmittelkorn
mit der aktiven Phase der aktiven Metallbindungszusammensetzung umgesetzt wird um
ein gesintertes Komposit zu ergeben, gefolgt von einem zweiten Schritt worin eine
Infiltrierphase in das gesinterte Kompositvakuum infiltriert wird, um ein Schleifwerkzeug
herzustellen das im Wesentlichen frei von Porosität ist.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1. Schematische Darstellung eines Diamantklingenabrichtwerkzeugs
gemäß der Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung ist ein Schleifwerkzeug wie in Anspruch 1 oder 6 definiert,
umfassend Schleifteilchen gebunden von einer Metallbindung umfassend eine harte
Phase, eine Bindemittelphase ausgewählt aus Kobalt, Eisen, Nickel, deren Legierungen
und Kombinationen davon, sowie einer aktiven Phase bestehend aus chemischen Reaktanten
geeignet zur Bildung von Carbid- oder Nitridzusammensetzungen in Kombination mit
Diamant bzw. kubischen Bornitridschleifmitteln.
Die Schleifwerkzeuge umfassen im Allgemeinen einen metallischen Kern
oder Schaft und die metallgebundene Schleifmittelzusammensetzung welche an den Metallkern
oder Schaft durch Löten, Infiltration, Klebstoffbindung, Metallbindung oder andere
im Stand der Technik bekannte Verfahren angebracht ist. In einem optionalen Aspekt
der Erfindung kann die Metallbindung auch mit einer Infiltrierphase aus Metallen
wie etwa Kupfer, Zinn, Silber, Zink, Phosphor, Aluminium und deren Legierungen und
Kombinationen verdichtet sein.
Das Schleifwerkzeug ist vorzugsweise ein Abrichtwerkzeug, das zur
Erzeugung eines Profils und die Aufrechterhaltung der freien Schneidebeschaffenheit
eines abrasiven Schleifwerkzeugs verwendet wird. Ein typisches Abrichtwerkzeug wird
in 1 gezeigt. Diamantkörner (1) werden in
einer metallischen Matrix (2) gebunden um die Schleifmittelkomponente (3)
des Abrichtwerkzeugs zu bilden. Die Schleifkomponente (3) ist auf einem
Kern oder Schaft (4) befestigt, und ein Unterlagenelement (5)
aus Stahl oder einem anderen Metall kann entlang einer oder beider Seiten der Schleifmittelkomponente
(3) vorliegen. Der Kern oder Schaft (4) wird verwendet um das
Abrichtwerkzeug auf einer Maschine zu montieren, oder um das Werkzeug bei manuellen
Vorgängen zu halten. Der metallische Kern des Abrichtwerkzeugs kann aus Stahl gemacht
sein, vorzugsweise Karbon- oder rostfreier Stahl, oder aus infiltriertem gepulvertem
Metall, wobei die Metallbindung welche als Infiltriermittel verwendet wird die gleiche
ist wie die in der Schleifzusammensetzung, und das gepulverte Metall kann beispielsweise
Wolfram, Eisen, Stahl, Kobalt oder deren Kombinationen sein, oder aus jedem anderen
Material geeignet zur Gewährleistung von mechanischer Stützung für die Schleifmittelkomponente
des Abrichtwerkzeugs während der Verwendung.
Für die Werkzeuge der Erfindung ist die Teilchengröße der Schleifmittelkörner
typischerweise größer als 325 Mesh und vorzugsweise größer als etwa 140 Mesh. Das
Schleifmittelkorn ist eine superschleifende Substanz in Form von Diamant oder kubischem
Bornitrid. Diamant ist für Abrichtwerkzeuge bevorzugt.
Der Begriff „Bindungszusammensetzung" wird hier verwendet um
die Zusammensetzung der gepulverten Mischung aus Bestandteilen zu kennzeichnen welche
die Schleifmittelkörner umgeben und daran haftet. Der Begriff „Bindung" meint
die verdichtete Metallbindung nach dem Erhitzen oder einer anderen Behandlung der
Bindungszusammensetzung um die Schleifmittelkörner in der Metallmatrix zu fixieren.
Im Allgemeinen werden die Bindungszusammensetzungsbestandteile in
Pulverform bereitgestellt. Die Teilchengröße des Pulvers ist nicht kritisch, jedoch
sind Pulver kleiner als etwa 325 US-Standard 7 Mesh (44 &mgr;m Teilchengröße) bevorzugt.
Die Bindungszusammensetzung wird hergestellt durch Vermischen der Bestandteile,
beispielsweise durch Taumelmischen, bis die Bestandteile mit einer gleichmäßigen
Konzentration verteilt sind.
Die harte Phase der Bindungszusammensetzung verleiht dem Schleifwerkzeug
Abriebsbeständigkeit. Abriebsbeständigkeit erhöht die Lebensdauer der Metallbindung,
so dass die Metallbindung nicht versagt bevor das Schleifkorn durch die Abricht-
oder Schleifvorgänge verbraucht ist. Größere Konzentrationen von Hartphasenmaterialien
werden in Abrichtwerkzeugen benötigt, die den Abriebskräften ausgesetzt sind wie
sie während der Erneuerung von abrasiven Schleifwerkzeugen auftreten. Die Hartphase
umfasst vorzugsweise Wolframcarbid, Titanborid, Siliziumcarbid, Aluminiumoxid, Chromborid,
Chromcarbid und Kombinationen davon. Die Hartphase ist ein metallisches Carbid oder
Borid oder ein keramisches Material welches vorzugsweise eine Härte von mindestens
1.000 Knoop aufweist.
Die Bindemittelphase der Bindungszusammensetzung muss geringe Reaktivität
gegenüber der aktiven Phase unter Sinterbedingungen aufweisen. Die Bindemittelphase
wird ausgewählt aus der Gruppe der Metalle umfassend Kobalt, Nickel, Eisen und Legierungen
sowie Kombinationen davon.
Die aktive Phase muss mit dem Schleifmittelkorn unter nicht oxidierenden
Sinterbedingungen reagieren um ein Carbid oder ein Nitrid zu bilden und um dabei
die Schleifmittelkörner sicher und fest in die Metallbindung einzubinden. Die aktive
Phase umfasst vorzugsweise Materialien wie etwa Titan, Zirkonium, Chrom und Hafnium
sowie deren Hydride, und Legierungen sowie Kombinationen davon.
Titan ist in einer Form die mit Diamant oder CBN reagieren kann eine
bevorzugte Aktiv-Phasenkomponente und es hat sich gezeigt, dass sie die Stärke der
Bindung zwischen Schleifmittel und metallischem Bindemittel erhöht. Das Titan kann
zu der Mischung entweder in elementarer oder in Verbindungsform zugesetzt werden.
Elementares Titan reagiert mit Sauerstoff unter Ausbildung von Titandioxid und wird
daher unverfügbar um mit dem Diamant während der Sinterung zu reagieren. Daher ist
der Zusatz von elementarem Titan weniger bevorzugt wenn Sauerstoff zugegen ist.
Wenn Titan in Verbindungsform zugesetzt wird, sollte die Verbindung zur Dissoziation
während des Sinterschritts in der Lage sein um dem Titan zu ermöglichen mit dem
Superschleifmittel zu reagieren. Vorzugsweise wird Titan dem Bindungsmaterial als
Titanhydrid, TiH2 zugesetzt, welches bis zu etwa 600°C stabil ist.
Oberhalb von etwa 600°C dissoziiert Titanhydrid in einer inerten Atmosphäre
oder im Vakuum zu Titan und Wasserstoff.
Ein bevorzugter Bestandteil der Bindemittelphase der Bindungszusammensetzung
ist Kobalt. Kobalt ist nützlich für die Festigkeit der Matrix welche es mit einer
bevorzugten Hartphase (z. B. Wolframcarbid) bildet, sowie für den Mangel an Reaktion
mit der aktiven Phase. Wenn sie mit Kobaltbindemittelphase hergestellt wurde, hat
die gesinterte Kompositstruktur aus Schleifmittelkorn, Hartphase und aktive Phase
eine außerordentliche mechanische Festigkeit und Steifigkeit.
Ein bevorzugter Gesichtspunkt der Schleifwerkzeuge der Erfindung,
insbesondere der Abrichtwerkzeuge, ist die Verwendung einer Infiltriermittelphase
um die Poren der gesinterten Kompositstruktur zu füllen. Obwohl viele Materialien
für diesen Zweck verwendet werden können wird Kupfer bevorzugt. Es wurde herausgefunden,
dass der Zusatz von Kupfer oder der anderen bevorzugten Infiltriermittelmaterialien
zu der Bindungszusammensetzung vor dem Sintern einen nachteiligen Effekt auf die
Schleifkornretention der Bindung aufweist. Es wird angenommen, dass Kupfer oder
andere Infiltriermittel mit der aktiven Phase reagieren und die Bildung von Carbiden
oder Nitriden mit einer Mehrheit der Schleifmittelkörner verhindern. Daher werden
Metalle wie etwa Kupfer, Zinn, Zink, Phosphor, Aluminium; Silber und deren Legierungen
und Mischungen vorzugsweise nicht zu der Bindungszusammensetzung zugesetzt, bis
zu dem Zeitpunkt an dem die Reaktion mit der aktiven Phase bereits stattgefunden
hat (d. h. nach dem Sintern oder einer anderen Wärmebehandlung um die Schleifmittelkörner
in der Bindung zu fixieren).
Wie unten erläutert, ist es beabsichtigt das Kupfer in die gesinterte
Zusammensetzung mittels Vakuuminfiltration einfließen zu lassen um eine vollständige
Dichte in dem metallgebundenen Schleifmittelwerkzeug zu erreichen. Daher ist es
wichtig, dass der Kupferbestandteil in einer Form zugesetzt wird, die einfach in
der Lage ist eine derartige Infiltrierung zu bewirken. Wenn eine Kupferlegierung
mit einem Streckmittel wie Aluminium, Zinn und Silber zugesetzt wird, wird der Schmelzbereich
der Legierung wahrscheinlich zu breit sein um gleichmäßig bei Heizgeschwindigkeiten
zu fließen, wie sie in den meisten Ofenbetriebsvorgängen gefunden werden. Vorzugsweise
ist der Kupferbestandteil elementares Kupfer.
Für Abrichtwerkzeuge mit höheren Anforderungen an die Bindungsdichte
und die Ableistungserfordernisse als abrasive Schleifwerkzeuge, besteht die Bindungszusammensetzung
aus 60–75% Hartphase, 20–30% Bindemittelphase und 2–5 Gew.-% aktiver
Phase.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Bindemittelzusammensetzung
des Abrichtwerkzeugs eine Hartphase aus Wolframcarbid, eine Bindemittelphase aus
Kobalt und eine aktive Phase aus Titanhydrid. Die Bindungszusammensetzung besteht
vorzugsweise aus 60–75 Gew.-% Wolframcarbid, 20–30 Gew.-% Kobalt und
2–5 Gew.-% Titanhydrid. Wenn die Abrichtwerkzeugbindungszusammensetzung mit
einer Infiltriermittelphase verwendet wird, umfasst die Infiltriermittelphase vorzugsweise
etwa 5–30 Gew.-% Kupfer, vorzugsweise etwa 10–20 Gew.-% Kupfer und besonders
bevorzugt etwa 10–15 Gew.-% Kupfer.
Bei abrasiven Schleifwerkzeugen umfasst die Bindungszusammensetzung
5–30 Gew.-% Hartphase, 70–90 Gew.-% Bindemittelphase und 2–10
Gew.-% aktiver Phase und vorzugsweise etwa 10–20 Gew.-% Hartphase, etwa 80–90
Gew.-% Bindemittelphase und etwa 2–5 Gew.-% aktiver Phase. Auf der Basis von
Volumenprozenten umfassen die Schleifwerkzeuge 0–15% Porosität, 10–50%
Schleifmittelkorn und 50–90% Metallbindung. Wie bei Abrichtwerkzeugen sind
Bindungszusammensetzungen umfassend Wolframcarbid, Kobalt, Kupfer und Titanhydrid
mit einem Kupferinfiltriermittel, bevorzugt.
Die Bindungszusammensetzung für jede Art von Werkzeug kann auch geringe
Mengen an zusätzlichen Bestandteilen wie etwa Gleitmitteln (z. B. Wachsen) oder
Sekundärschleifmitteln oder Füllstoffen oder geringe Menge anderer Bindungsmaterialien
wie sie im Stand der Technik bekannt sind umfassen. Im Allgemeinen können solche
zusätzlichen Bestandteile mit bis zu etwa 5 Gew.-% der Bindungszusammensetzung vorliegen.
Bei der Herstellung der Abrichtwerkzeuge werden die Bindungszusammensetzungspulver,
z. B. Wolframcarbid, Kobalt und Titanhydridpulver, vermischt um eine Pulvermischung
zu bilden, und anschließend werden die Mischung und die Schleifmittelkörner in einen
Formenhohlraum gepresst, kalt verpresst um ein Grünkomposit aus dem Pulver und dem
Diamantschleifmittelkorn zu formen und dann unter Bedingungen gesintert, die ausgewählt
sind um Oxidation des Titans und des Diamant zu vermeiden und eine thermische Dissoziation
des Titanhydrids zu ermöglichen, so dass sich ein Komposit mit einer Titancarbidphase
bildet um den Diamant fest in der metallischen Phase zu verankern. Der Sinterschritt
wird im Allgemeinen unter Vakuum oder einer nicht oxidierenden Atmosphäre bei einem
Druck von 0,01 Mikron bis 1 Mikron und einer Temperatur von 1.150° bis 1.200°C
durchgeführt. In einem zweiten Schritt wird der gesinterte Komposit mit der Infiltriermittelphase
vakuuminfiltriert um das Schleifwerkzeug vollständig zu verdichten und um die gesamte
Porosität zu elimieren. In einem bevorzugten Werkzeug liegt die Dichte bei mindestens
95% der theoretischen Dichte des metallgebundenen Schleifmittelkomposits.
Bei der Herstellung eines Abrichtwerkzeugs kann ein Teil der Trockenpulverbindungszusammensetzung
in eine Form gegeben werden, gefolgt vom Schleifmittel und der Verpressung, und
anschließend kann der Rest der Zusammensetzung der Form zugesetzt werden um das
Schleifmittel in der Bindung einzubetten. Die Schleifmittelkörner können in Einzelschicht
aufgebracht werden, d. h. im Wesentlichen ein Korn dick, und in einem Muster beabstandet
werden das durch die Spezifikationen für das Abrichtwerkzeugs vorgegeben wird.
Andere im Stand der Technik bekannte Verfahren können verwendet werden
um die Schleifwerkzeuge herzustellen. Beispielsweise können Heißpressgeräte verwendet
werden um die Materialien zu konsolidieren und zu verdichten, anstelle einer Kaltpresskonsolidierung
und eines Sinterverfahrens. Wenn das Heißpressen unter Vakuum durchgeführt wird
ist es üblicherweise nicht notwendig den Komposit zu infiltrieren um vollständige
Dichte zu erreichen.
Dem Fachmann ist klar, dass die Menge an Titan in der aktiven Phase
erhöht werden sollte wenn CBN anstelle von Diamant gebunden wird, aufgrund der relativen
Reaktivität dieser Materialien zueinander. Die Mengen anderer Phasen der Bindung
können auf ähnliche Weise eingestellt werden um die verschiedenen Bestandteile der
Schleifwerkzeugzusammensetzung aufeinander abzustimmen. Dem gemäß ist nicht beabsichtigt
die Erfindung in irgendeiner Weise durch die hier angegebenen besonderen Beispiele
zu beschränken.
Bei der Herstellung von Rotationsabrichtgeräten auf herkömmliche Weise
in einer Graphitform ist es schwierig die optimalen Drücke zu erreichen um die aktive
Phase in direkten Kontakt mit dem Diamant zu bringen, um so die Bindungsbildung
zu maximieren. Daher ist das Verfahren der Erfindung bevorzugt für die Herstellung
von Abrichtwerkzeugen welche einfache, flache Formen haben, d. h. Abrichtklingen
oder -Spitzen anstelle von kreisförmigen oder komplexen Formen.
BeispieleBeispiel 1
Abrichtklingenproben wurden gemäß der Erfindung zur Prüfung und zum
Vergleich mit kommerziellen Abrichtklingen in einem Herstellungsaufbau hergestellt.
Eine Mischung von Metallpulvern enthaltend 72 Gew.-% Wolframcarbid,
24 Gew.-% Kobalt (bereitgestellt als DM75 von Kennemetal Inc.) und 4 Gew.-% Titanhydroxid
(bereitgestellt von Cerac Inc.) wurde in zwei Teile aufgeteilt. 65 g der Mischung
wurden per Hand in einen klingenförmigen Formhohlraum mit den Dimensionen 10 mm
× 10 mm bei Raumtemperatur eingebracht. Westafrikanische Runddiamanten mit
einem mittleren Durchmesser von 0,029 Inch wurden anschließend auf das Bindungspulver
in acht Reihen und acht Säulen in das lose gepresste Pulver in einer Einzelschicht
eingebracht, mit den Diamantreihen um 11° versetzt gegenüber einer Linie senkrecht
zu den Kanten der Klinge. Die übrigen 80 g der gepulverten Bindungsmischung wurden
bei Raumtemperatur und etwa 870 Mpa (63 tsi) über die Diamantschicht in den Formhohlraum
gepresst. Das resultierende Grünkomposit aus Diamanten und Bindungsmischung wurde
in einer Graphitspannvorrichtung 30 Minuten bei 1.200°C bei vollem Vakuum (10–4
Torr) gesintert. Nach dem Sintern wurde das Komposit mit Kupfer (8–12 Gew.-%
der Bindungsmischung) bei 1.130°C unter einem Stickstoffpartialdruck von 400–500
Mikrons 30 Minuten lang infiltriert. Die fertige Schleifklinge war vollständig verdichtet,
enthielt im Wesentlichen keine Porosität, hatte exzellente Diamantbindungseigenschaften
und eine Härte von 25–30 HRc. Die fertige Schleifklinge wurde auf einen Stahlschaft
aufgelötet um das Abrichtwerkzeug mit einer in der Schleifindustrie üblichen Konfiguration
herzustellen. Die auf diese Weise hergestellte Schleiflklinge hatte ausreichende
mechanische Festigkeit um ein Weglassen der Stahlunterlage der üblicherweise verwendeten
Art zur Herstellung von Diamantabrichtwerkzeugklingen, wie im Stand der Technik
bekannt, zu erlauben.
Die Diamantklingenabrichtwerkzeuge der Erfindung wurden verwendet
um eine glasartig gebundene Sol-Gel-Aluminiumoxidscheibe (SSG60-KVS), installiert
in einer kommerziellen Metallteilschleifoperation, zu erneuern. Zwei kommerzielle
Diamantklingenabrichtwerkzeuge umfassend die gleiche Diamantkorngröße und die gleiche
Klingengröße wurden mit den Werkzeugen der Erfindung unter Verwendung der gleichen
Scheibe im gleichen kommerziellen Metallteilschleifvorgang verglichen. Die Ergebnisse
sind unten gezeigt.
Tabelle 1
Werkzeugverschleißgeschwindigkeit
Die Werkzeuglebensdauer gemäß der Erfindung betrug das vierfache der
Werkzeuglebensdauer der kommerziellen Klinge 1 und das etwa 1,9-fache der Werkzeuglebensdauer
der kommerziellen Klinge 2 bei Verwendung um Schleifscheiben unter identischen Herstellungsbedingungen
zu erneuern. Das Verschleißverhältnis (Volumen (Inch3) der Scheibe entfernt
pro Inch der verbrauchten Klinge während des Abrichtens) gemäß der Erfindung war
beträchtlich besser als das Verschleißverhältnis der kommerziellen Klingen.
Anspruch[de]
Schleifwerkzeug umfassend 10–50 Volumen% Schleifmittelkorn, ausgewählt
aus Diamant und kubischem Bornitrid, 50–90 Volumen% Metallverbindung, welche
das Schleifmittelkorn zusammenbindet, sowie 0–15 Volumen% Porosität,
dadurch gekennzeichnet, dass das Schleifmittelkorn mittels einer Carbid-
oder einer Nitridbindung an die Metallbindung chemisch gebunden ist, und das Schleifwerkzeug
hergestellt wurde durch:
a) Vereinigen pulverförmiger Bindungszusammensetzungsbestandteile bestehend aus
2–10 Gew.-% aktiver Phase, ausgewählt aus Verbindungen die unter nicht oxidierenden
Sinterbedingungen in der Lage sind eine Carbid- oder eine Nitridbindung mit dem
Schleifmittelkorn auszubilden; 5–30 Gew.-% Hartephase, ausgewählt aus einem
metallischen Carbid oder Borid oder einem keramischen Material; und 70–90
Gew.-% einer Bindemittelphase, ausgewählt aus Kobalt, Nickel, Eisen und Legierungen
sowie Kombinationen davon; um eine pulverförmige Metallbindungsmischung zu erzeugen;
b) Vermischen der pulverförmigen Metallbindungsmischung mit dem Schleifmittelkorn
um eine Schleifmischung herzustellen;
c) Platzieren der Schleifmischung in einer Werkzeugform; und
d) Sintern der Schleifmischung in nicht oxidierender Atmosphäre bei Temperaturen
von 700–1300°C um die Carbid- oder Nitridbindungen zwischen dem Schleifmittelkorn
auszubilden und die Metallbindung zu sintern.
Schleifwerkzeug nach Anspruch 1, wobei die aktive Phase aus der Gruppe
bestehend aus Titan, Zirkonium, Hafnium, Chrom, deren Hydride, sowie Legierungen
und Kombinationen davon ausgewählt ist.
Schleifwerkzeug nach Anspruch 1, wobei die Hartphase aus der Gruppe
bestehend aus Wolframcarbid, Titanborid, Siliziumcarbid, Aluminiumoxid, Chromcarbid,
Chromborid sowie Kombinationen davon ausgewählt ist.
Schleifwerkzeug nach Anspruch 1, wobei das Schleifwerkzeug ferner 0,5–20
Gew.-% einen Infiltriermittels („infiltrant") umfasst, das zugesetzt wurde
nachdem das Sintern abgeschlossen war.
Schleifwerkzeug nach Anspruch 5, wobei das Infiltriermittel aus der
Gruppe bestehend aus Kupfer, Zinn, Zink, Phosphor, Aluminium, Silber und deren Legierungen
sowie Kombinationen davon ausgewählt ist.
Schleifendes Abrichtwerkzeug zum Erneuern von Schleifwerkzeugen umfassend
Schleifmittelkorn, ausgewählt aus Diamant und kubischem Bornitrid, sowie eine Metallverbindung
welche das Schleifmittelkorn zusammenbindet dadurch gekennzeichnet, dass das Schleifkorn
mittels einer Carbid- oder einer Nitridbindung mit der Metallverbindung chemisch
verbunden ist, und das Schleifwerkzeug hergestellt wurde durch:
a) Vereinigen pulverförmiger Bindungszusammensetzungsbestandteile bestehend aus
2–5 Gew.-% aktiver Phase, ausgewählt aus Verbindungen die unter nicht oxidierenden
Sinterbedingungen in der Lage sind eine Carbid- oder eine Nitridbindung mit dem
Schleifmittelkorn auszubilden; 60–75 Gew.-% Hartephase, ausgewählt aus einem
metallischen Carbid oder Borid oder einem keramischen Material; und 20–30
Gew.-% einer Bindemittelphase, ausgewählt aus Kobalt, Nickel, Eisen und Legierungen
sowie Kombinationen davon; um eine pulverförmige Metallbindungsmischung zu erzeugen;
b) Vermischen der pulverförmigen Metallbindungsmischung mit dem Schleifmittelkorn
um eine Schleifmischung herzustellen;
c) Platzieren der Schleifmischung in einer Werkzeugform; und
d) Sintern der Schleifmischung in nicht oxidierender Atmosphäre bei Temperaturen
von 700–1300°C um die Carbid- oder Nitridbindungen zwischen dem Schleifmittelkorn
auszubilden und die Metallbindung zu sintern.
Schleifendes Abrichtwerkzeug nach Anspruch 8, wobei die Metallverbindung
im Wesentlichen frei von Porosität ist und eine Dichte von mindestens 95% der Theorie
aufweist.
Schleifendes Abrichtwerkzeug nach Anspruch 8, wobei die aktive Phase
Titanhydrid umfasst, die Hartphase Wolframcarbid umfasst, die Bindemittelphase Kobalt
umfasst und die Metallverbindung ferner 5–30 Gew.-% Kupferinfiltriermittel
umfasst.
Schleifendes Abrichtwerkzeug nach Anspruch 8, wobei die aktive Phase
Titanhydrid umfasst, die Hartephase Wolframcarbid umfasst und die Bindemittelphase
Kobalt umfasst.
Verfahren zur Herstellung eines schleifenden Abrichtwerkzeugs umfassend
Schleifkörner und eine Metallverbindung, umfassend die Schritte:
a) Bereitstellen einer Pulvermischung aus einer aktiven Metallverbindungszusammensetzung
bestehend aus 2–5 Gew.-% einer aktiven Phase ausgewählt aus Verbindungen die
unter nicht oxidierenden Sinterbedingungen in der Lage sind eine Carbid- oder Nitridbindung
mit dem Schleifmittelkorn auszubilden, 60–75 Gew.-% einer Hartphase ausgewählt
aus einem Metallcarbid oder -Borid oder einem keramischen Material; sowie 20–30
Gew.-% einer Bindemittelphase ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kobalt, Nickel,
Eisen und Legierungen sowie Kombinationen davon; b) Pressen eines Teils der Mischung in einen Formenhohlraum, geformt
in der Form eines Abrichtwerkzeugs;
c) Setzen des Diamants oder des kubischen Bornitrid(CBN)Schleifmittelkorns in einem
gewünschten Muster auf die verpresste Mischung;
d) Pressen des übrigen Teils der Mischung in den Formenhohlraum über das Schleifmittelkorn;
e) Sintern der Bindungsmischung und des Schleifmittelkorns in den Formenhohlraum
bei 1150°C–1200°C unter Vakuum bei 0,133–0,0133 Pa (1,0–0,1
Mikron Hg) Druck um eine Kompositstruktur auszubilden;
f) Infiltrieren der Kompositstruktur unter Vakuum mit 10–30% auf einer Pulvermischungsgewichtsbasis
eines Infiltriermittels ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Kupfer, Zinn, Zink,
Phosphor, Aluminium, Silber und deren Legierungen und Kombinationen davon, bis im
Wesentlichen das gesamte Lückenvolumen innerhalb der Kompositstruktur mit der Infiltriermittelphase
gefüllt ist; wobei die aktive Phase vor der Infiltration mit dem Schleifmittelkorn
chemisch umgesetzt wird und das Abrichtwerkzeug im Wesentlichen frei von Porosität
ist.