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Outil garni de diamants tel que meule.
La présente invention concerne les outils garnis de dia. mante, qui affeotent notamment la forme de meules, mais qui peuvent aussi se présenter sous la forme d'outils de dressage et de perçage, autant que l'on ne travaille pas avec de la poudre de diamant ou égrisée, mais avec de plus gros diamant.
En ce qui concerne en partioulier les meules, des outils de ce genre sont connus en soi. Pour lier et maintenir le diam.nt, on a déjà utilisé les matières les plus diverses.
C'est ainsi que l'on connaît des meules oomportant un liant organique destiné à maintenir le diamant et des outils dans lesquels le diamant est incrusté dans une masse de base métal lique. Comme masse de base métallique, on a utilisé du métal dur et en outre des alliages de métaux lourds, tels par exem- ple que des alliages tungstène-nickel-ouivre ou d'autres al- liages analogues.
Le liant a été fabriqué parfois par voie de fusion, mais le plus souvent par voie de frittage. on
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connaît déjà aussi des meules dans lesquelles la masse de base est constituée essentiellement par du fer, la liai- son avec le diamant étant obtenue d'une part par voie éleat lytique et d'autre part par frittage de la masse de base d fer en additionnant une soudure, dono une poudre, qui est langée à la poudre de fer et qui présente un point de fusi bien intérieur à celui du fer. C'est ainsi que l'on oonna par exemple des meules ue fer frittées oomportant une addi tion de cuivre.
On a aussi utilisé pour des outils dits d@ dressage des liants de métal dur et de métal lourd pour le amant et, pour des outils de ce genre, la soudure a déjà et effectuée aussi avec un métal doux ou un alliage doux, des liants organiques n'ayant pas été utilisés en pareil cas.
Deux sortes de résultats peuvent être obtenus aveo lei liants. Lorsque la masse de base est rendue particulièreme dure et résistante à l'usure et assure ainsi un maintien fe me du diamant, la meule travaille elle-même d'une manière e traordinairement parcimonieuse et par suite les temps de me lage sont très longs. L'usure de la meule est d'autant plu grande que la masse de base servant au maintien du diamant est plus douce; mais par ailleurs ces outils présentent l'a- vantage, au cours du meulage, que de plus grandes quantités de matière d'ouvrage travailler peuvent être détachées par unité de temps.
Si l'on fait abstraction des meules liées par voie organique, qui présentent un fort coefficient d'u- sure et de vives qualités d'attaque pendant le travail, le problème qui consiste à obtenir une grande abrasion quantité tive de la matière à usiner par unité de temps est résolu en soi avec un outil dans lequel le diamant est incorporé dans du far Les outils, notamment les meules, connus jusqu'à présent, qui travaillent avec le liant de fer fritte, présen tent toutefois un important inconvénient o'est qu'on ne peut pas obtenir des blocs denses par frittage avec additions
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d'une poudre à bas point de fusion.
La porosité des blocs a pour oonséquenoe que les conditions de meulage varient déj sur la meule après un court travail, les pores se remplissan de la matière détachée au cours du meulage de la pièce d'ouv ge à usiner. De même, lorsqu'il est désirable, dans une meu le de ce genre, que lea diamants d'attaque soient dégagés ou déchaussés aussi rapidement que possible et puissent par oon séquent venir an prise, ce qui est aisément obtenu avec des meules de ce genre, il faut d'autre part faire en sorte qu'u fois qu'un diamant a été dégagé, il ne se brise pas tout de suite et se trouve ainsi perdu pour la continuation du trava Or tel est le cas dans les meules de fer frittées précitées.
Il en est de même pour les outils de dressage, les outils de perçage, etc..
La présente invention a pour but de créer un outil gare. de diamants, en particulier une meule à liant de fer fritte, qui réunisse en soi les propriétés d'être relativement doux et en conséquence de permettre une forte attaque de la pièce de travail à façonner par unité de temps, et, d'autre part, de maintenir fixement les diamants dégagés dans la masse de base pendant un laps de temps aussi long que possible. on a constaté que cela est possible lorsque le diamant est incrust dans un corps en fer affectant, grâce à des opérations de fri tage appropriées, la forme d'un squelette de fer poreux. A- près l'incrustation du diamant par frittage dans le squelette de fer, le corps au squelette de fer est imprégné d'un métal ou alliage métallique très fusible.
On propose en oonséquenc selon l'invention, de constituer un outil, en particulier pou le meulage, dont des diamants sont enserrés dans une masse métallique frittée, de façon que les diamants soient incrusté dans un squelette de fer poreux produit par frittage, dama lequel un métal doux, en partioulier de l'étain, du plomb,
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du cuivre ou leurs alliages, tels que bronze, laiton, etc.. se trouve introduit par imprégnation. Un bloc parfaitement étanohe est obtenu par cette imprégnation au cours de laque environ 3 à 40% de la masse totale finale peuvent être intr duits dans le squelette poreux.
La dureté de la meule peut être réglée dans chaque oas à volonté par la frittage du squelette d'une part et par le métal ou l'alliage introduit par imprégnation d'autre part.
La meule ou l'outil est d'autant plus doux que le squelette est plus poreux. Le nombre de pores formés dans le squeleti est déterminé de façon connue en soi par la grosseur de graj ns ohoiaie de la matière première et il peut ausai être in- fluencé dans une certaine mesure par la pression appliquée lors du frittage du squelette. En outre, on peut renoncer à l'utilisation d'une pression lors de la fabrication du squel te, la porosité pouvant alors être influencée par la densité obtenue lors du pressage initial du bloc avant le frittage.
Le métal à utiliser pour l'imprégnation joue naturellement aussi son rôle et il faut avant tout prendre en oonsidératio: les applications auxquelles on destine l'outil.
A la place des métaux et alliages mentionnés, qui pré- sentent des avantages certains lorsqu'ils sont utilisés, on peut aussi employer d'autres métaux ou alliages très fusible) Il est seulement important que les matières choisies ne ae mélangent ou ne s'allient pas, ou en tous cas pas dans une mesure notable, avec le fer ou le squelette de fer lors de l'imprégnation. On déterminera dans chaque cas particulier, par quelques essais pertinents, en tenant compte des applica- tions futures de l'outil et en observant la règle fondamenta- le ci-dessus, si un métal choisi ou un alliage choisi est approprié à une imprégnation au sens de l'invention. Il est également possible, dans le même sens, de remplaoer totale-
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ment ou partiellement le fer du squelette par du niokel ou du oobalt.
L'utilisation d'une masse de base formant squelette d fer, dans laquelle les diamants sont incrustés et dans laq le des métaux ou alliages sont introduits par imprégnation est possible en prinoipe pour toutes formes d'outils garnit de diamants, car la conformation de blocs ou masses de ce re appartient en soi, dans la métallurgie des poudres, à 1' tat de la technique. On peut donc fabriquer des meules au moule de cette manière, indifféremment qu'il s'agisse de me les planes, de meules en forme de pots, de roues de meulage de tiges de meulage (pour le perçage), eto. La liaison ave le bloc de support proprement dit de l'outil est établie pa soudure, come cela est connu également dans la technique d'outils de ce genre.
La soudure, par exemple en cuivre ou en un alliage de ouivre, lie le squelette avec le corps de l'outil proprement dit, par oonséquent, à titre d'exemple, la squelette en forme de disque avec le disque plan d'une mm le. Dans l'assemblage des deux éléments, on peut procéder de telle manière que le métal ou l'alliage à introduire par imprégnation représente en même temps l'élément de soudure entre le squelette et le porte-outil.
Un squelette de fer, dans lequel 30% d'un alliage de bronze comportant environ 10% d'étain sont introduits par in précnation, s'est montré particulièrement approprié pour une meule garnie de diamants.
Dans la fabrication d'une meule de ce genre, on procède comme suit :
15% en poids de poudre de diamant, par exemple en grain. de 0,1 mm sont mélangés avec 85% de poudre de fer d'une gros. saur de grains de 0,06 à 0,15 mm. et le mélange est pressé dans une matrice annulaire sous une pression d'environ 2 à
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3 t. au cm. Le corps pressé annulaire est ensuite ohaufi rien qu'un instant à une température de 1000', au cours du il prend une solidité notable, mais il présente encore une rosité d'environ 25 à 33% en volume. L'anneau fritté est lors plongé dans un bain de bronze, constitué par 85 à 90% environ de cuivre et le reste d'étain, le corps fritté por absorbant environ 30% de l'alliage de bronze.
Le bloo ann laire composé de diamants et de métal ainsi fabriqué est a semblé de façon connue en soi par brasure avec le support acier en forme de pot pour donner l'outil terminé.
Un outil garni de diamants destiné au dressage de meu est fabriqué oomme suit :
Un mélange de poudre de fer ayant une grosseur de graj de 0,05 mm. et environ 2 carats de grosse poudre de diamant (diamètre du grain 2 à 3 mm. ) est placé dans un moule de pressage cylindrique, rationnellement revêtu de métal dur.
Le mélange est pressé à une pression d'environ 6 à 8 t. au en 2 sous la forme d'un bouchon, qui est ensuite ohauffé pen dant peu de temps à 1050'. Le volume des pores de ce bloc n'est que d'environ 5 à 10%. En plongeant le corps fritté dans un bain de plomb contenant environ 205 d'étain, le blo. fritte absorbe 5 à 8% de cet alliage. En ajoutant de l'an- timoine au bain de plomb, la dureté du bloo final peut être considérablement accrue si on le désire. Le bloc de diamant et métal ainsi fabriqué est soudé de façon connue en soi dar un support en acier. Le poids de ce bloc de diamants et mé- tal s'élève rationnellement à 15 à 25 gr.
Des outils du type caractérisé se sont montrés remarqua blés; mais certains inconvénients se manifestent lorsqu'ils subissent de fortes sollicitations mécanique.. Les diamant. répartis uniformément sous forme de poudre dans le squelet- te sont relativement coûteux et il est en conséquence néoes-
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-aire de réaliser la fabrioation avec des squelettes aussi minoes que possible. Lorsque l'outil est fortement sollioj mécaniquement, la solidité mécanique nécessaire fait défaui au squelette traversé de diamants.
Or, on a constaté que l'on peut remédier à cet inoon- vénient du fait que les diamants se présentent selon une oc che relativement mince au voisinage immédiat de la surface travail proprement dite, tandis que le squelette est établi en arrière avec des dimensions et en particulier avec une é paisseur étudiées pour satisfaire aux nécessités mécaniques du cas envisagé. On a constaté que le squelette exempt de diamants, imprégné de métaux doux, est en mesure, si l'on a choisit correctement les dimensions, de subir toutes les so licitât ions méoaniques susceptibles de se produire dans un outil de ce genre.
La fabrication est réalisée de manière que l'on place dans la matrice de pressage une oouohe correspondante, cons. tituée par de la poudre de for et de la poudre de diamant o@ des diamants, tandis que le reste de la matrice est rempli de poudre de fer exempte de diamants en quantité correspon- dante. Lorsque la compression a été effectuée, on procède @ frittage pour obtenir un bloc poreux. Ensuite, l'imprégna- tion est effectuée à partir du dos aveo les métaux ou allia- ges doux, on constate alors qu'une imprégnation parfaite est possible même en donnant des dimensions considérables à la partie exempte de diamant et à la partie garnie de diamants du squelette, de sorte qu'un bloc parfaitement étanohe et mé oaniquement résistant à tous égards est réalisé.
Le cas peut se présenter, à l'occasion qu'un outil de meulage ait plus d'une surface de travail, oomme par exemple dans des anneaux dans lesquels l'une des surfaces plates et la surface plate opposée sont des surfaces de travail. Les
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sufaces sont alors établies de façon que la poudre de fe: les diamants soient tout d'abord disposée mélangés dans le trioe, puis on y place ensuite une couche de plus forte 61 seul' de poudre de fer pure et après cela de nouveau une oc de poudre de for, à laquelle des diamants sont mélangea. pressai et l'imprégnation sont ensuite effectuée comme dé ci-dessus.
Les outils conformes à l'invention décrits en dernier lieu, comportant des couches de diamants sur les surfaces travail, peuvent affecter les formes les plus différentes, par exemple anneaux, disques ou bouchons, comme cela est ne oessaire dans le cas d'outils à tourner pour meules.
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Tool filled with diamonds such as a grinding wheel.
The present invention relates to tools filled with dia. mantis, which affeotent in particular the shape of grinding wheels, but which can also be presented in the form of dressing and drilling tools, as long as one does not work with diamond powder or gray, but with larger diamond.
As regards in particular the grinding wheels, tools of this type are known per se. To bind and maintain the diam.nt, we have already used the most diverse materials.
Thus are known oomportant grinding wheels an organic binder intended to hold the diamond and tools in which the diamond is embedded in a base metal lique mass. As the basic metal mass, hard metal has been used and in addition heavy metal alloys, such as, for example, tungsten-nickel-pore alloys or other like alloys.
The binder has sometimes been produced by melting, but more often by sintering. we
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Grinding wheels are also already known in which the basic mass consists essentially of iron, the bond with the diamond being obtained on the one hand by the eleat lytic process and on the other hand by sintering the basic mass of iron in adding a solder, dono a powder, which is coated with the iron powder and which has a melting point well inside that of the iron. This is how, for example, sintered iron grinding wheels with the addition of copper were provided.
Hard metal and heavy metal binders have also been used for so-called dressing tools for the lover and, for tools of this kind, welding has already and also carried out with a soft metal or a soft alloy, binders. organic materials that have not been used in such a case.
Two kinds of results can be obtained with binders. When the base mass is made particularly hard and wear-resistant and thus ensures a smooth hold of the diamond, the grinding wheel itself works in an unusually sparse manner and therefore the grinding times are very long. The wear of the grinding wheel is all the greater as the base mass used to hold the diamond is softer; but on the other hand these tools have the advantage, during grinding, that larger quantities of working material can be detached per unit time.
If we disregard organically bonded grinding wheels, which have a high wear coefficient and strong attack qualities during work, the problem of obtaining a large amount of abrasion of the material to be machined per unit of time is solved in itself with a tool in which the diamond is incorporated in the far The tools, in particular the grinding wheels, known until now, which work with the sintered iron binder, however present an important drawback o ' is that one cannot obtain dense blocks by sintering with additions
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of a low melting point powder.
The porosity of the blocks means that the grinding conditions already vary on the grinding wheel after short work, the pores filling with material loosened during the grinding of the workpiece. Likewise, when it is desirable, in a wheel of this kind, that the etching diamonds be released or loosened as quickly as possible and can therefore come into setting, which is easily achieved with wheels of this type. kind, it is also necessary to ensure that once a diamond has been released, it does not break immediately and is thus lost for the continuation of the work. This is the case in grinding wheels. sintered iron mentioned above.
The same goes for dressing tools, drilling tools, etc.
The present invention aims to create a station tool. diamonds, in particular a grinding wheel with a sintered iron bond, which in itself combines the properties of being relatively soft and consequently of allowing a strong attack of the workpiece to be shaped per unit of time, and, on the other hand , to maintain fixedly the diamonds released in the base mass for as long a time as possible. it has been found that this is possible when the diamond is encrusted in an iron body affecting, by means of suitable frying operations, the shape of a porous iron skeleton. After the encrustation of the diamond by sintering in the iron skeleton, the body with the iron skeleton is impregnated with a very fusible metal or metal alloy.
It is therefore proposed according to the invention to constitute a tool, in particular for grinding, of which diamonds are enclosed in a sintered metal mass, so that the diamonds are encrusted in a porous iron skeleton produced by sintering, in which a soft metal, partly tin, lead,
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copper or their alloys, such as bronze, brass, etc. is introduced by impregnation. A perfectly ethanol block is obtained by this impregnation during lacquer, about 3 to 40% of the final total mass can be introduced into the porous skeleton.
The hardness of the grinding wheel can be adjusted in each oas at will by sintering the skeleton on the one hand and by the metal or alloy introduced by impregnation on the other hand.
The grinding wheel or tool is all the softer the more porous the skeleton. The number of pores formed in the backbone is determined in a manner known per se by the grain size of the raw material and can also be influenced to some extent by the pressure applied during sintering of the backbone. In addition, the use of pressure can be dispensed with during the manufacture of the skeleton, the porosity then being able to be influenced by the density obtained during the initial pressing of the block before sintering.
The metal to be used for the impregnation naturally also plays its role and it is above all necessary to take into consideration: the applications for which the tool is intended.
Instead of the metals and alloys mentioned, which have definite advantages when used, other highly fusible metals or alloys can also be used) It is only important that the materials chosen do not mix or mix. do not ally, or in any case not to any appreciable extent, with the iron or the iron skeleton upon impregnation. It will be determined in each particular case, by some relevant tests, taking into account future applications of the tool and observing the fundamental rule above, whether a chosen metal or a chosen alloy is suitable for impregnation with meaning of the invention. It is also possible, in the same sense, to completely replace
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ment or partially the iron of the skeleton by niokel or oobalt.
The use of a basic mass forming an iron skeleton, in which the diamonds are encrusted and in which the metals or alloys are introduced by impregnation is possible in principle for all forms of tools filled with diamonds, because the conformation of blocks or masses of this re belongs per se, in powder metallurgy, to the state of the art. We can therefore make mold wheels in this way, regardless of whether they are planes, grinding wheels in the shape of pots, grinding wheels of grinding rods (for drilling), eto. The connection with the actual support block of the tool is made by welding, as is also known in the art of such tools.
The solder, for example of copper or a copper alloy, binds the skeleton with the body of the tool itself, therefore, by way of example, the disc-shaped skeleton with the flat disc of one mm the. In assembling the two elements, it is possible to proceed in such a way that the metal or the alloy to be introduced by impregnation simultaneously represents the welding element between the skeleton and the tool holder.
An iron skeleton, in which 30% of a bronze alloy comprising about 10% tin is introduced by induction, has been shown to be particularly suitable for a wheel lined with diamonds.
In the manufacture of such a grinding wheel, the procedure is as follows:
15% by weight of diamond powder, for example in grain. of 0.1 mm are mixed with 85% iron powder of a coarse. Saur grains of 0.06 to 0.15 mm. and the mixture is pressed into an annular die under a pressure of about 2 to
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3 t. to cm. The annular pressed body is then heated for just a moment to a temperature of 1000 °, during the process it assumes noticeable solidity, but it still exhibits a roughness of about 25 to 33% by volume. The sintered ring is then immersed in a bronze bath, consisting of approximately 85 to 90% copper and the remainder of tin, the sintered body por absorbing approximately 30% of the bronze alloy.
The bloo ann lar made up of diamonds and of metal thus produced appeared in a manner known per se by soldering with the steel support in the form of a pot to give the finished tool.
A diamond-trimmed tool for dressing a wheel is manufactured as follows:
A mixture of iron powder having a grain size of 0.05 mm. and about 2 carats of coarse diamond powder (grain diameter 2-3 mm.) is placed in a cylindrical pressing mold, rationally coated with hard metal.
The mixture is pressed at a pressure of about 6-8 tons. The 2 in the form of a plug, which is then heated for a short time to 1050 '. The pore volume of this block is only about 5-10%. By immersing the sintered body in a lead bath containing about 205 tin, the blo. frit absorbs 5 to 8% of this alloy. By adding antimony to the lead bath, the hardness of the final bloo can be greatly increased if desired. The block of diamond and metal thus manufactured is welded in a manner known per se to a steel support. The weight of this block of diamonds and metal rationally amounts to 15 to 25 gr.
Tools of the characterized type have proved to be remarkable; but certain disadvantages appear when they are subjected to strong mechanical stresses. Diamonds. distributed evenly as a powder in the skeleton are relatively expensive and it is consequently neoes-
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-are to realize the fabrication with skeletons as small as possible. When the tool is under heavy mechanical stress, the necessary mechanical strength is lacking in the skeleton crossed by diamonds.
However, it has been found that this inoon can be remedied owing to the fact that the diamonds appear in a relatively thin ocche in the immediate vicinity of the working surface proper, while the skeleton is drawn back with dimensions and in particular with a thickness designed to meet the mechanical requirements of the case considered. It has been found that the diamond-free skeleton, impregnated with soft metals, is able, if the dimensions have been correctly chosen, to undergo all the mechanical so licitât ions likely to occur in a tool of this kind.
The manufacture is carried out so that a corresponding oouohe is placed in the pressing die, cons. formed by drill powder and diamond powder or diamond powder, while the rest of the matrix is filled with diamond-free iron powder in the corresponding quantity. When the compression has been carried out, sintering is carried out to obtain a porous block. Then, the impregnation is carried out from the back with the metals or soft alloys, it is then noted that a perfect impregnation is possible even by giving considerable dimensions to the part free of diamond and to the part filled with skeletal diamonds, so that a perfectly ethanol and mechanically resistant block in all respects is achieved.
The case may arise, on occasion that a grinding tool has more than one working surface, for example in rings in which one of the flat surfaces and the opposite flat surface are working surfaces. The
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sufaces are then established so that the powder of iron: the diamonds are first of all arranged mixed in the trio, then one then places there a layer of stronger 61 only 'of pure iron powder and after that again an oc of forest powder, with which diamonds are mixed a. pressai and impregnation are then carried out as above.
The tools in accordance with the invention described last, comprising layers of diamonds on the working surfaces, can have the most different shapes, for example rings, discs or plugs, as is not necessary in the case of tools. turn for grinding wheels.