BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft einen Sinterkörper, ein Verfahren zu dessen Herstellung und Weiterverarbeitung.
Seit die funkenerosive Bearbeitung, insbesondere im Stahlformenbau Eingang gefunden hat, wurden zahlreiche Versuche unternommen, die harten Oberflächen mit Rauhtiefen von 30 llm rationell einzuebnen und die extrem harte Grundschicht zu entfernen.
Müssen Oberflächen, wie es im Kunststoff-Formenbau an der Tagesordnung ist, riss- und porenfrei bearbeitet werden, so bedeutet dies, dass die Oberflächen nicht nur bis auf den Grund der vorhandenen Rauhtiefen abgetragen werden müssen, sondern dass auch die im Grund aufgebaute, extrem harte Schicht beseitigt werden muss.
Die der VDI-Richtlinie 3400 korrespondierenden tatsächlichen Rauhtiefen liegen in einem Bereich von 4-150 llm.
Die schnellsten Ergebnisse zur Abtragung bzw. zur Einebnung der extrem harten Erosionsschichten werden durch maschinelles Schleifen erzielt. Dieser Art der Bearbeitung ist allerdings nur ein beschränkter Anteil Oberflächen zugänglich. Eine Bearbeitung der Oberflächen von Hand mit rotierenden Schleifstiften ergibt vielfach eine unzureichende Oberflächengeometrie.
Bei der Bearbeitung der extrem harten Oberflächen mit Schleiffeilen wirken diese Oberflächen als gute Abrichtflächen, was bedeutet, dass der Verschleiss der Schleiffeilen sehr hoch und demzufolge die Einebnung zeitraubend ist.
Die bekannte Bearbeitung der extrem harten Oberflächen mit Handfeilen mit galvanisch gebundenen Diamantkörnern verschiedenster Form hat bisher noch an keiner Stelle zu befriedigenden Ergebnissen geführt. Dies ist sehr leicht einzusehen, wenn man den Aufbau dieser Werkzeuge betrachtet.
Fig. 1 zeigt im Schnitt auf einem Tragkörper, der eine Querschnittsform handelsüblicher Feilen hat, in einer Nickelschicht 12 galvanisch gebundene Diamantkörnchen 13, 14 und 15 in einem angenäherten Grössenverhältnis 2:3:4,5, welches für die Körnungen D 51, D 124 und D 181 zutrifft, wobei im Bereich der Verhältnisgrössen 2 und 3 jeweils mit 70% der anzahlmässige Hauptanteil und im Bereich der Verhältnisgrösse 4,5 5% der gröbsten Körner liegen.
Letztere überragen den Hauptanteil der Körner bei D 51 um 30 llm, bei D 124 um 60 llm und bei D 181 um 90 llm; dabei entfallen auf eine Belagfläche von 1 mm2 bei D 51 mit etwa 200 Körnern 10 Körner mit einer Übergrösse von 30 *zum, bei D 124 mit 60 Körnern je mm2 4 Körner mit einer Übergrösse von 60 llm und bei D 181 mit 25 Körnern je mm2 nur ein einziges Korn mit der Übergrösse von 90 ,zum.
Es ist einzusehen, dass mit diesen Werkzeugen, ob von Hand oder mittels Handfeilmaschinen betätigt, Oberflächen, gleich welcher Rauheit, kaum unter 10 llm Rt eingeebnet werden können, damit die Möglichkeit der Weiterbearbeitung durch Läppen und Polierläppen gegeben ist.
Nach Angaben der Diamantkornhersteller und Diamantkornlieferanten sind in einer Kornfraktion 25% der Körner kleiner als die unterste angegebene Korngrösse, wobei die 1 l/zfache Grösse der oberen Grenze nicht überschritten werden soll.
Galvanisch gebundene Diamantfeilen werden in den Körnungen D 51 fein, D 124 mittel und D 181 grob hergestellt.
Im Formenbau werden nicht nur hohe, sondern sogar sehr hohe Schliffgüten angestrebt, insbesondere dann, wenn eine Oberfläche durch das Schleifen für das Läppen, Polierläppen und Polieren vorbereitet werden soll.
Wesentlich ungünstiger liegen die Ergebnisse bei funkenerodierten Oberflächen, die für eine maschinelle Bearbeitung nicht zugänglich sind und mittels Handfeilen mit galvanisch gebundenen Diamantkörnern von Hand oder mit Handfeilmaschinen bearbeitet werden. Die wenigen, infolge ihrer Übergrösse vorstehenden Körner tragen zwar die extrem harte, aus Karbiden bestehende Schicht ab, hinterlassen jedoch schon bei den als feingekennzeichneten Diamantfeilen Riefen, die bis zu 30 y.m tief sind. Von einer Schliffgüte kann hier kaum gesprochen werden, zumal der weitere Abbau der neu entstandenen Rauheit mit Schleiffeilen bis zu Rauhtiefen von 10 llm und weniger erfolgen muss, damit die Weiterbearbeitung durch Läppen und Polierläppen erfolgen kann.
Ein weiterer Nachteil der Handfeilen mit galvanisch gebundenen Diamantschleifkörpern ist die arteigene Stossempfindlichkeit der Körner, die bei der Betätigung durch Handfeilmaschinen von 3000 bis 10000 min-' schon bei Arbeitsbeginn zertrümmert werden.
Selbst ein erhöhter Arbeitsdruck reicht dann nicht aus, um die zähharten Schichten abzutragen, damit die überplattierten Körner zum Einsatz gelangen können.
Es sind bereits metallgebundene Diamant-, Schleifscheiben-, Schleifstifte-, -honleisten, -honaalen, -sägen, -kreissägen, -bohrkronen, -pallets zur Bestückung von Kalotten zur Glasbearbeitung bekannt. Für die Herstellung der aufgeführten metallgebundenen Diamantwerkzeuge werden Formen benötigt. Vielfach wird im Anschluss an eine Entformung der sogenannten green articles vorgenommen, wie es in der US-PS 2737454 beschrieben wird. Die Sinterung erfolgt in einer nicht oxidierenden Atmosphäre. Die Sinterzeit bei 600 C beträgt 5 Stunden.
Die Aufheizzeit auf 6000 C mit einer Aufheizrate von 750 C pro Stunde beträgt 8 Stunden, so dass sich eine Gesamtverweilzeit im Ofen von 13 Stunden ergibt. 13 Stunden sind eine zu lange Verweilzeit und verunmöglichen eine Fertigung in grösseren Stückzahlen.
Kleinere Stückzahlen und auch Einzelstücke werden in Formen aus Sinterkohle einem Drucksinterverfahren unterzogen, bei dem Temperaturen bis etwa 10000 C erreicht werden. Eine derartige Drucksinterung kann in normaler Atmosphäre während einer Zeitdauer von etwa 10 bis 12 Minuten durchgeführt werden. Bei diesem Drucksinterverfahren ist jedoch der Abbrand an den freien Flächen und insbesondere an den Kanten der Formen verhältnismässig gross, so dass mit den Formen nur wenige Teile gefertigt werden können. Eine sehr hohe Sprödigkeit lässt keine zweiachsige Beanspruchung zu, so dass die herzustellenden Konturen bzw. Formen im wesentlichen nur flächig sind. Es hat sich gezeigt, dass die Oberfläche der Formen nach einer spanabhebenden Bearbeitung verhältnismässig rauh ist, so dass dieses Verfahren für viele Zwecke nicht geeignet ist.
In dem Prospekt der Firma Schunk & Ehe GmbH, Giessen, mit der Überschrift S & E Graphitformen für die Herstellung von Diamant-Hartmetall und Keramikwerkzeugen werden eine Drucksintertechnik und dafür geeignete Graphitformen beschrieben. Das Drucksinterverfahren wird mittels Widerstands erhitzung durchgeführt. Mit derartigen Formen können aber keine metallgebundenen Diamantwerkzeuge für Handfeilmaschinen gewünschten Querschnitts hergestellt werden, insbesondere nicht Querschnitte von Nadel- oder Schlüsselfeilen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die einfache Herstellung sich selbstschärfender, insbesondere mittels Handfeilmaschinen im Kurzhub zu betätigender, metallgebundener Diamantwerkzeuge kleiner Abmessungen zu ermöglichen, die eine - in Abhängigkeit von den durch die unterschiedliche Funkenintensität bei der Funkenerosion entstehenden verschiedenen Rauhtiefen - wirtschaftli- che Abtragung der extrem harten Schicht bei gleichzeitig ständig reproduzierter Einebnung auch in engen Kavitäten ermöglichen.
Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass ein Sinterkörper aus einem Diamant-Bindemittel-Pulvergemisch geschaffen wird, der plattenförmig und derart stabförmig profiliert ausgebildet ist, dass die Stäbe durch Stege miteinander verbunden sind. Insbesondere können die Stege 0,05 bis 0,1 mm stark sein.
Dieser Sinterkörper bildet ein in einfachster Weise herzustellendes und weiterzuverarbeitendes Zwischenprodukt, aus dem die einzelnen Diamantwerkzeuge hergestellt werden. Die Stäbe können etwa 1 bis 2,5 mm stark sein. Die Platte kann eine Fläche von 3 x 4 cm haben, wobei die Stäbe dann 1 bis 3 mm stark sind. Insbesondere können die Stäbe im Querschnitt prismatisch sein.
Gemäss weiterer Erfindung kann der plattenförmige, stabförmig profilierte Sinterkörper in der Weise hergestellt werden, dass in eine Drucksintermatrize aus anlassbeständigem Stahl mit profiliertem Ober- und Unterstempel ein Diamant-Bindemittel-Pulvergemisch in einer Schicht eingefüllt wird, deren Schichtdicke gegenüber der Längen- und Breitenabmessung gering ist, wobei das Pulvergemisch quer zur Hauptachse der Druckstäbe beaufschlagt wird. Anschliessend wird bei einer Temperatur bis zu 6000 C druckgesintert.
Durch eine Drucksinterung bei 6000 C und eine Verwendung von Formen aus anlassbeständigen Stählen wird mit Vorteil erreicht, dass kein Abbrand zu befürchten ist, auch nicht nach einer grösseren Anzahl von durchgeführten Drucksinterverfahren. Durch das erfindungsgemässe Verfahren wird sichergestellt, dass eine vorgegebene Presskapazität, ausgedrückt in Sinterdruck pro cm2 Sinterpressfläche, voll ausgenutzt werden kann. Es wird eine ausreichend grosse Sinterpressfläche zur Verfügung gestellt. Das eingefüllte Diamant-Sintermetall-Pulvergemisch bildet in der Form eine Schicht, deren Dickenabmessung gegenüber der Längen- und Breitenabmessung der Gesamtschicht gering ist.
Dadurch, dass eine Anzahl Werkzeuge nebeneinanderliegend in einem Arbeitsgang druckgesintert werden, erfolgt praktisch die Druckbeaufschlagung quer zur Hauptachse des Werkzeuges, insbesondere wenn dieses als prismatischer Stab ausgebildet werden soll. Die einzelnen Werkzeuge werden in einem Sintervorgang aneinanderhängend zu einer Platte geformt, die entformt werden kann, wobei anschliessend die einzelnen Werkzeuge, beispielsweise durch Funkenerosion, voneinander getrennt werden.
An dieser Stelle sei bemerkt, dass nebeneinanderliegende Stäbchen als green articles praktisch nicht gefertigt werden können, da der Verbindungsfilm von einem Stäbchen zum benachbarten nur eine Stärke von 0,05-0,1 mm hat. Wenn die Stäbchen selbst eine Stärke von etwa 1-2,5 mm haben, würden sie beim Entformen als green articles zerbröckeln.
Erfindungsgemäss kann der nach diesem Verfahren hergestellte Sinterkörper in der Weise weiterverarbeitet werden, dass der Sinterkörper an den Stegen getrennt wird. Der Körper oder die Stäbe können zusätzlich quer geteilt werden, wobei die Teilung über Funkenerosion erfolgt. Die abgetrennten Teile können an einem Schaft befestigt werden, wobei es möglich ist, dass der Schaft am abgetrennten Teil angelötet wird. Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass die Stäbe oder die abgetrennten Teile in ein Spannfutter eingespannt werden.
Beispiel
Auf einer Sinterpressformstempeloberfläche von 3 x 4 cm lässt sich die nachstehende Anzahl von 40 mm langen Stäbchen anordnen:
Durchmesser Anzahl
1 mm 30
1,5 mm 20
2 mm 15
2,5 mm 12
3,0 mm 10
Jeweils als zusammenhängende Platte mit einer fünflamelligen (0,8 mm starke Cu-Bleche im Abstand von 6 mm angeordnet) Elektrode funkenerosiv geteilt ergibt die folgende Anzahl Stäbchen von 6 mm Länge mit den angegebenen Durchmessern:
Durchmesser Anzahl
1 mm 180
1,5 mm 120
2 mm 90
2,5 mm 72
3,0 mm 60
Derartige Fertigungsverhältnisse sind auch bei anderen Querschnittsformen möglich.
Fig. 11 zeigt ein Sinterwerkzeug aus Sinterpresskohle mit Unterstempel 111 und Oberstempel 112 und den Bohrungen 113 zum Einfüllen des Metall- und Diamantpulvergemisches, wie es für die Herstellung von runden metallgebundenen Diamantwerkzeugen verwendet werden könnte.
Angenommen, man würde in eine Graphit- oder auch Stahlplatte 180 Löcher mit 1 mm Durchmesser bohren, diese von unten mit Nadeln oder Stempeln mit 1 mm Durchmesser verschliessen und anschliessend an alle 180 Bohrungen das nicht rieselfähige Diamantmetallgemisch für jede einzelne Bohrung, auf Milligramm genau gewogen, einfüllen, so ergäbe dies eine ausserordentlich schwierige Arbeit. Für 180 Stäbchen, die 6 mm lang sind und 1 mm Durchmesser haben, müssten beispielsweise 180 Wägungen zu je 0,03297 Gramm durchgeführt werden. Nach dem Einfüllen müssten dann 180 Oberstempel eingeführt werden. Das Drucksinterverfahren würde in diesem Fall nur 10-12 mm beanspruchen. Für das Wiegen und Füllen wäre jedoch eine Zeit von 8 Stunden nicht ausreichend.
Ausserdem besteht die Gefahr, dass bei einer derartigen Anordnung die Stempel überlastet werden, brechen oder ausserordentlich frühzeitig verschleissen. Mit besonderem Vorteil kann ein Diamant-Mikropulver folgender Zusammensetzung verwendet werden:
EMI2.1
<tb> <SEP> Konzentration
<tb> Körnung <SEP> Körnerzahl/Karat <SEP> 100 <SEP> = <SEP> 4,4 <SEP> Karat/cm3
<tb> <SEP> 60/40 <SEP> -3,2 <SEP> x <SEP> 10 <SEP> 6 <SEP> 13,12 <SEP> > < x <SEP> 10 <SEP> 6
<tb> <SEP> 40/28 <SEP> 8,0 <SEP> x <SEP> 10 <SEP> 6 <SEP> 35,2 <SEP> x <SEP> 10 <SEP> 6
<tb> <SEP> 28/20 <SEP> 25,3 <SEP> x <SEP> 106 <SEP> 111,3 <SEP> x <SEP> 106
<tb>
EMI3.1
<tb> Konzentration
<tb> Körnung <SEP> <SEP> Kornerzahl/Karat <SEP> 100= <SEP> 4,4 <SEP> Karat/cm3
<tb> <SEP> 20/14 <SEP> 80,0 <SEP> x <SEP> 10 <SEP> 6 <SEP> 352,0 <SEP> x
<SEP> 10 <SEP> 6 <SEP>
<tb> <SEP> 14/10 <SEP> 200,0 <SEP> x <SEP> 106 <SEP> 880,0 <SEP> x <SEP> 10 <SEP> 6 <SEP>
<tb> <SEP> 10/7 <SEP> 570,0 <SEP> x <SEP> 10 <SEP> 6 <SEP> 2,5 <SEP> x <SEP> 10 <SEP> 6 <SEP>
<tb>
Beim Arbeitseinsatz der Werkzeuge wird die wesentlich weichere Bronzeverbindung der Körper von den Erhabenheiten der funkenerodierten Oberfläche abgetragen, und dadurch werden die umhüllten Diamantkörnchen freigelegt, so dass diese dann ihrerseits in Aktion treten, um die extrem harte Funkenerosionsschicht abzutragen und die gegebene Rauheit einzuebnen. Beim Abstumpfen der im Eingriff befindlichen Körnchen wird die Bronzebindung weiter abgetragen, so dass immer wieder neue Körnchen für den Arbeitseinsatz freigelegt werden. Dies ist ein infolge des Werkzeugbaues sich langsam vollziehender Vorgang.
Dieses Verfahren eignet sich insbesondere für eine Herstellung mit einer Sinterform mit Unter- und Oberstempeln, bei der Unterstempel und Oberstempel korrespondierend derart profiliert sind, dass in beiden die Formvertiefungen parallel zueinander verlaufend ausgebildet sind. Eine derartige Sinterform kann problemlos gefüllt werden, und es können gesinterte Formkörper mit vorbestimmten Querschnitten hergestellt werden, die dann in entsprechende Längen unterteilt werden, um mit einem Sintervorgang eine grosse Anzahl von Werkzeugeinheiten herzustellen.
Die Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durch einen Feilenkörper mit galvanisch in einer Schicht gebundenen Diamantkörnchen,
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Werkzeuges in perspektivischer Darstellung in Arbeitsstellung,
Fig. 3 die perspektivische Darstellung eines rechteckigen Werkzeuges,
Fig. 4 die perspektivische Darstellung eines quadratischen Werkzeuges,
Fig. 5 die perspektivische Darstellung eines dreikantigen Werkzeuges,
Fig. 6 die perspektivische Darstellung eines runden Werkzeuges,
Fig. 7 die perspektivische Darstellung eines halbrunden Werkzeuges,
Fig. 8 die perspektivische Darstellung eines ovalen Werkzeuges,
Fig. 9 die perspektivische Darstellung eines messerförmigen Werkzeuges,
Fig. 10 die perspektivische Darstellung eines bogenförmigen Werkzeuges,
Fig.
11 die perspektivische Darstellung eines Sinterwerkzeuges aus Sinterpresskohle mit Unter- und Oberstempel, wie es vielfach heutzutage für die Herstellung von zum Beispiel runden, metallgebundenen Diamantwerkzeugen Verwendung findet, und
Fig. 12 die perspektivische Darstellung einer Ausführungsform eines Sinterwerkzeuges mit profiliertem Unter- und korrespondierendem Oberstempel und Rahmenteil.
Fig. 2-10 zeigen Ausführungsformen von Werkzeugen, die mit dem Verfahren und der Erfindung hergestellt wurden. Bei diesen Werkzeugen enthält jeder mm3 der metallisch gebundenen Mikrokörnungen mit der Konzentration 100 bei der
Körnung die Körneranzahl je mm
60/40 13120
40/28 35200
28/20 111000
20/14 352000
14/10 880000
10/7 2500000
Dies lässt deutlich erkennen, dass mit den erfindungsgemäss hergestellten Werkzeugen, die in den Fig. 2-10 dargestellt sind, bei der Abtragung und Einebnung der extrem harten Funkenerosionsschichten unvergleichlich bessere, immer wieder in sehr engen Grenzen reproduzierbare Rz-Werte erhalten werden.
Mit den einzelnen Körnungen wurden die in der nachstehenden Tabelle aufgezeigten Rz-Werte erreicht:
Erodierte Oberfläche Diamant
EMI3.2
<tb> RA <SEP> RA <SEP> Rt <SEP> Körnung <SEP> Erzielte <SEP> Rt
<tb> VDI <SEP> <SEP> 3400 <SEP> (n) <SEP> (pin) <SEP> <SEP> (pm) <SEP> <SEP> (tun) <SEP> (tun) <SEP>
<tb> <SEP> N <SEP> 21 <SEP> 1,12 <SEP> 10 <SEP> 10/7 <SEP> 1,5-2
<tb> <SEP> N24 <SEP> <SEP> 1,60 <SEP> 15 <SEP> 14/10 <SEP> 2 <SEP> -2,5
<tb> <SEP> N <SEP> 30 <SEP> 3,15 <SEP> 30 <SEP> 20/14 <SEP> 3 <SEP> -3,5
<tb> <SEP> N <SEP> 33 <SEP> 4,50 <SEP> 45 <SEP> 30/20 <SEP> 3,5-5
<tb> <SEP> N <SEP> 36 <SEP> 6,30 <SEP> 60 <SEP> 60/40 <SEP> 5 <SEP> -7
<tb>
Zur gleichmässigen Verteilung der
spezifisch leichteren Diamantpulver in der Mischung werden die spezifisch schwereren Metallpulver mit entsprechenden Flüssigkeiten angefeuchtet. Das Gemisch verliert dadurch seine Rieselfähigkeit, so dass dessen Einfüllen in kleine und enge, auf der Unterseite mit passenden Stempeln verschlossene Bohrungen oder Durchbrüche sehr zeitaufwendig ist.
Obendrein muss bei Mehrfach-Werkzeugen die Füllmenge für jede einzelne Kavität auf Mikrogramm genau abgewogen werden, damit die gesinterten Teile eine einheitliche Dichte haben.
Fig. 12 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Ausführungsform eines Sinterwerkzeuges mit profiliertem Unterstempel 121, korrespondierend profiliertem Oberstempel 122 und dazu passendem Rahmen 123, welches die Nachteile des Sinterwerkzeuges nach Fig. 11 nicht aufweist.
In den sich durch das Einführen des Unterstempels 121 in den Rahmen 123 ergebenden Füllraum 124 wird das - entsprechend dem sich ergebenden Hohlraum zwischen den Profilstempeln 121 und 123 - genau dosierte Diamant-Metall-Pulvergemisch eingefüllt und unter Druck entsprechend dem Stempelprofil 125 gesintert. Die Sinterprofile für die Werkzeuge nach Fig. 3-10 und auch andere Ausführungen in unterschiedlichen Formen und Abmessungen können auf die geschilderte Art einfach und preisgünstig hergestellt werden.
DESCRIPTION
The invention relates to a sintered body, a method for its production and further processing.
Since spark erosion machining, especially in steel mold construction, has made numerous attempts to level the hard surfaces with a roughness depth of 30 mm and to remove the extremely hard base layer.
If surfaces, as is the order of the day in plastic mold construction, have to be processed without cracks and pores, this means that the surfaces not only have to be removed down to the base of the existing roughness depths, but also that built up in the base, extremely hard layer must be removed.
The actual roughness depths corresponding to the VDI guideline 3400 are in a range of 4-150 llm.
The fastest results for the removal or leveling of the extremely hard erosion layers are achieved by machine grinding. However, only a limited proportion of surfaces are accessible to this type of processing. Machining the surfaces by hand with rotating grinding pins often results in inadequate surface geometry.
When machining the extremely hard surfaces with abrasive files, these surfaces act as good dressing surfaces, which means that the wear of the abrasive files is very high and the leveling process is therefore time-consuming.
The well-known processing of extremely hard surfaces with hand files with galvanically bonded diamond grains of various shapes has never led to satisfactory results. This is very easy to see when you look at the structure of these tools.
1 shows in section on a support body which has a cross-sectional shape of commercially available files, in a nickel layer 12 galvanically bonded diamond grains 13, 14 and 15 in an approximate size ratio 2: 3: 4.5, which is suitable for the grits D 51, D 124 and D 181 applies, whereby in the range of the ratio sizes 2 and 3 each with 70% the numerical main part and in the range of the ratio size 4.5 5% of the coarsest grains.
The latter surpass the majority of the grains by D 51 by 30 llm, by D 124 by 60 llm and by D 181 by 90 llm; a covering area of 1 mm2 for D 51 with about 200 grains accounts for 10 grains with an oversize of 30 *, for D 124 with 60 grains per mm2 4 grains with an oversize of 60 llm and for D 181 with 25 grains per mm2 only a single grain with the oversize of 90 to.
It can be seen that with these tools, whether operated by hand or using hand-filing machines, surfaces, regardless of roughness, can hardly be leveled below 10 llm Rt, so that the possibility of further processing by lapping and polishing lapping is given.
According to the diamond grain manufacturers and suppliers, 25% of the grains in a grain fraction are smaller than the lowest grain size specified, whereby the 1 l / z times the size of the upper limit should not be exceeded.
Electro-bonded diamond files are produced in grits D 51 fine, D 124 medium and D 181 coarse.
In mold making, the aim is not only high, but even very high grinding qualities, especially if a surface is to be prepared for lapping, polishing and polishing by lapping.
The results are much more unfavorable for spark-eroded surfaces, which are not accessible for machine processing and are processed by hand using hand files with galvanically bonded diamond grains or using hand-filing machines. The few grains protruding due to their oversize remove the extremely hard layer consisting of carbides, but they leave marks on the diamond files, which are marked as fine, which are up to 30 y.m deep. One can hardly speak of a grinding quality here, especially since the further reduction of the newly developed roughness with grinding files down to a roughness depth of 10 llm and less must take place so that the further processing can be carried out by lapping and polishing lapping.
Another disadvantage of hand files with galvanically bonded diamond grinding bodies is the type-specific impact sensitivity of the grains, which are broken up when operated by hand filing machines from 3000 to 10000 min- 'at the start of work.
Even an increased working pressure is then not sufficient to remove the tough, hard layers so that the overplated grains can be used.
There are already known metal-bound diamond, grinding wheel, grinding pins, honing stones, honing stones, saws, circular saws, drill bits, and pallets for equipping calottes for glass processing. Molds are required to manufacture the listed metal-bound diamond tools. In many cases, the so-called green articles are removed from the mold as described in US Pat. No. 2,737,454. Sintering takes place in a non-oxidizing atmosphere. The sintering time at 600 C is 5 hours.
The heating time to 6000 C with a heating rate of 750 C per hour is 8 hours, so that the total residence time in the furnace is 13 hours. 13 hours is a too long dwell time and makes it impossible to manufacture in large numbers.
Smaller quantities and also individual pieces in sintered coal are subjected to a pressure sintering process in which temperatures of up to about 10000 C are reached. Such pressure sintering can be carried out in a normal atmosphere for a period of about 10 to 12 minutes. In this pressure sintering process, however, the burn-up on the free surfaces and in particular on the edges of the molds is relatively large, so that only a few parts can be produced with the molds. A very high level of brittleness does not permit two-axis stress, so that the contours or shapes to be produced are essentially flat. It has been shown that the surface of the molds is relatively rough after machining, so that this method is not suitable for many purposes.
In the brochure of the company Schunk & Ehe GmbH, Giessen, with the heading S & E graphite molds for the production of diamond hard metal and ceramic tools, a pressure sintering technique and suitable graphite molds are described. The pressure sintering process is carried out using resistance heating. With such shapes, however, it is not possible to produce metal-bound diamond tools for the desired cross-section of hand-filing machines, in particular not cross-sections of needle or key files.
The invention has for its object to enable the simple manufacture of self-sharpening, metal-bound diamond tools of small dimensions, which can be actuated in short stroke, in particular by means of hand-filing machines, and which - depending on the different roughness depths caused by the different spark intensity during spark erosion - are economical to remove enable the extremely hard layer with constantly reproduced leveling even in narrow cavities.
According to the invention, this object is achieved in that a sintered body is created from a diamond-binder powder mixture, which is plate-shaped and has a rod-shaped profile such that the rods are connected to one another by webs. In particular, the webs can be 0.05 to 0.1 mm thick.
This sintered body forms an intermediate product which can be produced and processed in the simplest manner and from which the individual diamond tools are produced. The bars can be about 1 to 2.5 mm thick. The plate can have an area of 3 x 4 cm, the rods then being 1 to 3 mm thick. In particular, the bars can be prismatic in cross section.
According to a further invention, the plate-shaped, rod-shaped profiled sintered body can be produced in such a way that a diamond-binder powder mixture is filled in a layer into a pressure sintering die made of temper-resistant steel with profiled upper and lower punches, the layer thickness of which is small compared to the length and width dimensions is, the powder mixture is applied transversely to the main axis of the pressure rods. It is then pressure sintered at a temperature of up to 6000 ° C.
Pressure sintering at 6000 C and the use of molds made from temper-resistant steels advantageously means that there is no risk of burning, even after a large number of pressure sintering processes have been carried out. The method according to the invention ensures that a predetermined pressing capacity, expressed in sintering pressure per cm 2 of sintering pressing area, can be fully utilized. A sufficiently large sintering press area is made available. The filled diamond-sintered metal powder mixture forms a layer in the form, the thickness dimension of which is small compared to the length and width dimension of the entire layer.
Due to the fact that a number of tools are sintered side by side in one operation, the pressure is practically applied transversely to the main axis of the tool, in particular if this is to be designed as a prismatic rod. In a sintering process, the individual tools are formed to form a plate that can be removed from the mold, the individual tools then being separated from one another, for example by spark erosion.
At this point it should be noted that adjacent sticks can practically not be manufactured as green articles, since the connecting film from one stick to the next has a thickness of only 0.05-0.1 mm. If the chopsticks themselves are about 1-2.5 mm thick, they would crumble as green articles when demoulded.
According to the invention, the sintered body produced by this method can be further processed in such a way that the sintered body is separated on the webs. The body or the bars can additionally be divided transversely, the division being carried out by spark erosion. The separated parts can be attached to a shaft, it being possible for the shaft to be soldered to the separated part. But there is also the possibility that the rods or the separated parts are clamped in a chuck.
example
The following number of 40 mm long sticks can be arranged on a sintering die surface of 3 x 4 cm:
Diameter number
1 mm 30
1.5 mm 20
2 mm 15
2.5 mm 12
3.0 mm 10
Each as a coherent plate with a five-lamellar (0.8 mm thick copper sheets arranged at a distance of 6 mm) spark-erosion electrode divided results in the following number of rods of 6 mm in length with the specified diameters:
Diameter number
1 mm 180
1.5 mm 120
2 mm 90
2.5 mm 72
3.0 mm 60
Such manufacturing relationships are also possible with other cross-sectional shapes.
11 shows a sintering tool made of sintered carbon with lower punch 111 and upper punch 112 and the bores 113 for filling in the metal and diamond powder mixture, as could be used for the production of round metal-bound diamond tools.
Assume that you would drill 180 holes with a 1 mm diameter in a graphite or steel plate, close them from below with needles or stamps with a 1 mm diameter and then weigh the non-pourable diamond metal mixture for each individual hole, accurate to the milligram, to all 180 holes , fill in, this would result in extremely difficult work. For 180 sticks that are 6 mm long and 1 mm in diameter, for example, 180 weighings of 0.03297 grams each would have to be carried out. After filling, 180 upper stamps would then have to be inserted. The pressure sintering process would only take 10-12 mm in this case. However, 8 hours would not be sufficient for weighing and filling.
In addition, there is a risk that, with such an arrangement, the punches will be overloaded, break or wear out extremely early. A diamond micropowder of the following composition can be used with particular advantage:
EMI2.1
<tb> <SEP> concentration
<tb> Grit <SEP> number of grains / carat <SEP> 100 <SEP> = <SEP> 4.4 <SEP> carat / cm3
<tb> <SEP> 60/40 <SEP> -3.2 <SEP> x <SEP> 10 <SEP> 6 <SEP> 13.12 <SEP>> <x <SEP> 10 <SEP> 6
<tb> <SEP> 40/28 <SEP> 8.0 <SEP> x <SEP> 10 <SEP> 6 <SEP> 35.2 <SEP> x <SEP> 10 <SEP> 6
<tb> <SEP> 28/20 <SEP> 25.3 <SEP> x <SEP> 106 <SEP> 111.3 <SEP> x <SEP> 106
<tb>
EMI3.1
<tb> concentration
<tb> Grit <SEP> <SEP> number of grains / carat <SEP> 100 = <SEP> 4.4 <SEP> carat / cm3
<tb> <SEP> 20/14 <SEP> 80.0 <SEP> x <SEP> 10 <SEP> 6 <SEP> 352.0 <SEP> x
<SEP> 10 <SEP> 6 <SEP>
<tb> <SEP> 14/10 <SEP> 200.0 <SEP> x <SEP> 106 <SEP> 880.0 <SEP> x <SEP> 10 <SEP> 6 <SEP>
<tb> <SEP> 10/7 <SEP> 570.0 <SEP> x <SEP> 10 <SEP> 6 <SEP> 2.5 <SEP> x <SEP> 10 <SEP> 6 <SEP>
<tb>
When the tools are used, the much softer bronze connection of the body is removed from the raised areas of the spark-eroded surface, and the coated diamond grains are exposed, so that they in turn act in order to remove the extremely hard spark erosion layer and to level the roughness. When the granules in engagement become dull, the bronze bond is further removed, so that new granules are always exposed for work. This is a slow process due to tool making.
This method is particularly suitable for production with a sintered mold with lower and upper punches, in which the lower punch and upper punch are correspondingly profiled in such a way that in both the mold depressions are parallel to one another. Such a sintered mold can be filled without problems, and sintered shaped bodies with predetermined cross sections can be produced, which are then divided into corresponding lengths in order to produce a large number of tool units with one sintering process.
The invention is explained in more detail below with reference to the exemplary embodiments shown in the drawing.
Show it:
1 shows a section through a file body with diamond granules bonded galvanically in one layer,
2 shows an embodiment of a tool according to the invention in a perspective view in the working position,
3 is a perspective view of a rectangular tool,
4 is a perspective view of a square tool,
5 is a perspective view of a triangular tool,
6 is a perspective view of a round tool,
7 is a perspective view of a semicircular tool,
8 is a perspective view of an oval tool,
9 is a perspective view of a knife-shaped tool,
10 is a perspective view of an arcuate tool,
Fig.
11 shows the perspective illustration of a sintering tool made of sintered carbon with a lower and upper punch, as is often used today for the production of, for example, round, metal-bound diamond tools, and
Fig. 12 is a perspective view of an embodiment of a sintering tool with a profiled lower and corresponding upper punch and frame part.
Figures 2-10 show embodiments of tools made with the method and the invention. With these tools, each mm3 of the metal-bound microgranules contains 100 at the concentration
Grain the number of grains per mm
60/40 13120
40/28 35200
28/20 111000
20/14 352000
14/10 880000
10/7 2500000
This clearly shows that with the tools produced according to the invention, which are shown in FIGS. 2-10, incomparably better Rz values that can be reproduced within very narrow limits are obtained in the removal and leveling of the extremely hard spark erosion layers.
The Rz values shown in the table below were achieved with the individual grits:
Eroded surface diamond
EMI3.2
<tb> RA <SEP> RA <SEP> Rt <SEP> Grain <SEP> Obtained <SEP> Rt
<tb> VDI <SEP> <SEP> 3400 <SEP> (n) <SEP> (pin) <SEP> <SEP> (pm) <SEP> <SEP> (do) <SEP> (do) <SEP>
<tb> <SEP> N <SEP> 21 <SEP> 1.12 <SEP> 10 <SEP> 10/7 <SEP> 1.5-2
<tb> <SEP> N24 <SEP> <SEP> 1.60 <SEP> 15 <SEP> 14/10 <SEP> 2 <SEP> -2.5
<tb> <SEP> N <SEP> 30 <SEP> 3.15 <SEP> 30 <SEP> 20/14 <SEP> 3 <SEP> -3.5
<tb> <SEP> N <SEP> 33 <SEP> 4.50 <SEP> 45 <SEP> 30/20 <SEP> 3.5-5
<tb> <SEP> N <SEP> 36 <SEP> 6.30 <SEP> 60 <SEP> 60/40 <SEP> 5 <SEP> -7
<tb>
For even distribution of
specifically lighter diamond powder in the mixture, the specifically heavier metal powders are moistened with appropriate liquids. As a result, the mixture loses its flowability, so that it is very time-consuming to fill it into small and narrow bores or openings which are sealed on the underside with suitable punches.
On top of that, in the case of multiple tools, the filling quantity for each individual cavity must be weighed to the nearest microgram so that the sintered parts have a uniform density.
12 shows a perspective view of an embodiment of a sintering tool with profiled lower punch 121, correspondingly profiled upper punch 122 and matching frame 123, which does not have the disadvantages of the sintering tool according to FIG. 11.
Into the filling space 124 resulting from the insertion of the lower punch 121 into the frame 123, the diamond-metal powder mixture, which is precisely metered in accordance with the resulting cavity between the profile punches 121 and 123, is filled and sintered under pressure in accordance with the punch profile 125. The sintered profiles for the tools according to Fig. 3-10 and also other designs in different shapes and dimensions can be produced easily and inexpensively in the manner described.