DD234447B1

DD234447B1 - Verfahren zur herstellung von schleifwerkzeugen aus superharten schneidstoffen

Info

Publication number: DD234447B1
Application number: DD27306285A
Authority: DD
Inventors: Siegfried Steinhaeuser; Hartwig Dostal; Alfons Rudler; Frank Weise
Original assignee: Galvano Wernigerode Veb
Priority date: 1985-02-06
Filing date: 1985-02-06
Publication date: 1988-10-19
Also published as: DD234447A1

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung beinhaltet ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Schleifwerkzeugen aus superharten Schneidstoffen, insbesondee Diamant und kubisches Bornitrid mit galvanischer Metallbindung der schneidfähigen Teilchen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist bekannt, Werkzeuge dadurch herzustellen, daß Schleifmittelteilchen durch eine galvanische Metallbindung so auf einen Grundkörper festhaltend aufgebracht werden, daß schneidfähige Kanten aus der metallischen Bindeschicht herausragen.

Als Bindemittel ist hierfür Nickel gebräuchlich, als schneidfähige Hartstoffteilchen werden Diamant, Siliziumkarbid, kubisches Bornitrid, Borkarbid und andere sowie Gemenge davon eingesetzt, soweit sich derartige Hartstoffe in geeigneten Korngrößen technisch herstellen lassen.

Die Nickelschicht wird aus in der Galvanotechnik üblichen Elektrolyten abgeschieden.

Zurzeitweisen Fixierung der Schneidstoffkörnchen an der Werkstoffoberfläche nutzen diese bekannten technischen Lösungen das Einpacken der Werkzeuggrundkörper in das Schneidstoffpulver, das Aufstreuen von Schneidstoffpulver auf der Werkzeuggrundkörper oder ähnliche Technologien.

Nach der Fixierung der Schneidstoffpulver auf der Werkzeugoberfläche erfolgt die erste Befestigungsphase durch Annickeln in einem galvanischen Nickelbad.

Nach dem Annickeln erfolgt die Entfernung der Fixiervorrichtungen sowie das Entfernen von überschüssigen Pulverteilchen.

Danach erst wird die endgültige Einbettung der Schneidstoffteilchen durch einen Nickelabscheidung in einem weiteren separat angeordneten Nickelbad realisiert.

Den bisherigen Lösungen haftet der Nachteil an, daß:

— sie als Bindemittel ausschließlich auf Nickel aufbauen und Möglichkeiten zur Erhöhung der Festigkeit des Bindemetalls und damit die Steigerung der Schneidleistung bisher nicht ausreichend nutzen;

— die voran beschriebene vorwiegend praktizierte Einpackmethode unproduktiv ist, keine gleichbleibende Qualität gewährleistet und sich nicht in einem automatischen Fertigungsprozeß eingliedern läßt;

— andere Arbeitsverfahren eine Unterbrechung des Arbeitszyklus infolge Badwechsel bzw. Lagewechsel der Grundkörper im Elektrolyten erfordern und damit ungenügende Voraussetzungen zur Realisierung, Leistungssteigerung und Teilatomatisierung der Arbeitsprozesse zur Herstellung von Diamantschleifwerkzeugen vorliegen.

Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung, die Produktivität der Herstellung von Schleifwerkzeugen aus superharten Schneidstoffen zu verbessern, sowie verbesserte Gebrauchseigenschaften derselben zu realisieren.

Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch verbesserte Eigenschaften des Bindemetalls die Verschleißfestigkeit und damit die Standzeit, sowie die Schneidleistung von Schleifwerkzeugen aus superharten Schneidstoffen zu erhöhen und die Arbeitstechnik zu ihrer rationellen Herstellung weiterzuentwickeln.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß in einem elektrolytischen Bad ohne Unterbrechung des Galvanisierprozesses nacheinander übergleitend und verzögerungsfrei 3 Arbeitsschritte zur galvanischen Abscheidung sowohl einer metallischen schleifmittelfreien Grundschicht, als auch einer schleifmittelenthaltenden Nickellegierungsschicht und einer schleifmittelfrein Einbettungsschicht auf der Basis vorzugsweise Nickel/Kobalt mit Zusätzen von Glanzbildnern, Einebnern und Netzmittel vollzogen werden, wobei ein- oder mehrere metallische Werkzeuggrundkörper in einer in das Elektrolytbad eingebrachten Vorrichtung bewegt werden.

Die drei Arbeitsschritte werden wie folgt realisiert:

1. Schritt: Vorgalvanisieren bei unbewegten Elektrolyt bei einer Galvanisierzeit

vorzugsweise t_Vorgalv. = 10 min...45 min

bei j =4A/dm²...1A/dm²

2. Schnitt: Angalvanisieren derim bewegten Elektrolyt aufgewirbelten und auf der horizontalen oberen Werkzeuggrundkörperfläche sedimentierten superharten Schneidstoffteilchen bei einer Galvanisierzeit von:

/ A · min \ Ί3

^ѣАп_§а1ѵ. * ί¹»² ··· ¹»6 ^: -

I^{й m}* dm ; j

und bei Rotationsbewegung der Werkzeugaufnahme mit einer Drehzahl

η =/20 ... 35 —) -

A · min J "Б

3. Schritt: Festgalvanisieren der Schneidstoffteilchen bei mit gleicher Drehzahl rotierender Werkzeugaufnahme gemäß Arbeitsschritt 2 bei einer Galvanisierzeit von:

wobei D = mittlerer Teilchendurchmesser in [μιτι]

j = katodische Stromdichte in [A/dm²]

t = Zeit in [min]

η = Drehzahl der Vorrichtung in [Vmin] Die Elektrolyttemperatur beim Galvanisieren beträgt

T= 5O⁰C

der pH-Wert beträgt 3,5... 4,8

Für die definierten Expositionszeiten werden im Verfahren ein katodischer Stromdichtebereich von 0,5A/dm²...4A/dm²un die Verwendung von Diamantpulver im Durchmesserbereich von 10>m bis 300/xm vorgeschlagen.

Im unbewegten, mit Schneidstoffteilchen angereichertem Elektrolyt erfolgt als 1. Arbeitsschritt des Vorgalvanisieren. Hierzu werden der Vorrichtungseinsatz in das Elektrolytbad angeordnet und die Werkzeugaufnahme bestückt.

Die Vorrichtung für die Aufnahme der Werkzeuggrundkörper einschließlich Antrieb und Kontaktierung ist universell konzipiert, so daß auch eine Anwendung und Übertragung als geschlossener Bauteilsatz durch Einsetzen in jedes andere übliche elektolytische Behandlungsbad ermöglicht werden kann.

Als 2. Arbeitsschritt erfolgt das Angalvanisieren. Hierzu werden die im Elektrolytbehälter befindlichen Schneidstoffteilchen mechanisch, hydraulisch oder pneumatisch so aufgewirbelt und die Werkzeuggrundkörper mittels der vorgeschlagenen Vorrichtung so geführt, daß die Schneidstoffteilchen auf den zu beschichtenden Oberflächenbereichen sedimentieren und so zeitlich fixiert werden.

Die Werkzeuggrundkörperführung erfolgt dabei derart, daß die zu beschichtende Oberflächenbereiche periodisch in die für die Sedimentation günstige horizontale Lage gebraucht werden. Gleichzeitig mit der restlichen Fixierung erfolgt die galvanische Metallabscheidung, die zu einer festen Verankerung einer Schneidstoffteilchenschicht führt.

Übereinanderliegende Teilchen werden dabei nicht fixiert und fallen beim Übergang der Flächen von der horizontalen Lage in die vertikale Lage in den Elektrolytbehälter zurück und können erneut aufgewirbelt werden.

Ist auf der gesamten zu beschichteten Fläche des Werkzeuggrundkörpers die Fixierung erfolgt, wird die Aufwirbelung der Schneidstoffteilchen beendet, die Teilchen sedimentieren am Boden des Elektrolytbehälters, so daß ein quasi schneidstoffteilchenfreier Elektrolyt in der Umgebung der Werkzeugkörper vorliegt.

Aus diesem Elektrolyt erfolgt die Abscheidung der Legierungsschicht zur Festgalvanisierung der Schneidstoffteilchen als 3. Arbeitsschritt.

Hierzu wird also nach Unterbrechung der Aufwirbelung solange weitergalvanisiert, bis die superharten Schneidstoffteilchen zu 70...80% ihrer mittleren Korngröße in die Legierungsschicht eingebettet sind.

Für die Herstellung von Mehrfachschichten sind die Arbeitsschritte Angalvanisieren und Festgalvanisieren zu wiederholen. Als Legierungselement wird Kobalt verwendet und dem Nickelelektrolyten in Form CoSO₄ 7H₂O in einem Konzentrationsbereich von 0,1 ...20g/l Elektrolytvolumen zugesetzt.

Hierdurch wird der Verschleißwiderstand und die Festigkeit der metallischen Bindemittelschicht erhöht und die Standzeit des Werkzeuges verbessert.

Zur Erreichung ähnlicher Effekte, insbesondere zur Einsparung von Nickel und Kobalt können auch andere Nickellegierungselektrolyte mit eigenschaftsverbessernden Zusätzen verwendet werden. Hierzu wird Eisen und Phosphor vorgeschlagen.

Beim Einsatz von Phosphor als Legierungselement kann die abgeschiedene Bindemittelschicht einer thermischen Nachbehandlung unterzogen werden, wodurch sich die Schichteigenschaften modifizieren lassen.

Ausführungsbeispiel

Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1: eine Seitenansicht mit Werkzeugaufnahme und verschraubter Dichtung Fig.2: den Schnitt durch den Vorrichtungseinsatz mit entsprechender Werkzeugaufnahme und angeordneten Werkzeuggrundkörpern

Aus Werkzeuggrundkörpern 1 werden Diamant-Schleifspitzen zur Ziehsteinbearbeitung hergestellt.

Die Werkzeuggrundkörper sind auf herkömmliche Weise entfettet, gebeizt und dekapiert. Nicht zu beschichtende Teilflächen des Werkzeuggrundkörpers 1 werden abgedeckt. Danach erfolgt das Bestücken der Werkzeugaufnahme 3 von Vorrichtungseinsatz 9 und das Eingeben von Hartstoffteilchen. Nach der Bestückung wird der Vorrichtungseinsatz 9 in den auf der Zeichnung nicht dargestellten Elektrolytbehälter eingehangen. Der Elektrolyt hat über die Durchtrittsöffnungen 2 in den Vorrichtungseinsatz 9 Zugang. Der Werkzeuggrundkörpferist katodisch (negativ) und die Nickelanode positiv geschaltet. Sodann wird der Galvanisierprozeß ausgeführt, bei einer Elektrolyttemperatur T = 50...70⁰C, pH-Wert 3,5...4,8.

Es werden 3 Arbeitsschritte nacheinander verzögerungsfrei absolviert:

— Vorgalvanisieren (ohne Aufwirbelung) bei j = 1A/dm²

t = 45min

— Angalvanisieren (mit Aufwirbelung durch Rühren und periodische Drehbewegung der Werkzeuggrundkörper 1) bei j = 2A/ dm²; t = 25min

— Festgalvanisieren (ohne Aufwirbelung und Drehbewegung der Werkzeuggrundkörper 1) bei j = 2 A/dm²; t = 55 min Zusammensetzung des Elektrolyten

Bestandteil Konzentrationsbereich vorzugsweise

g/l Badvolumen anzuwendende

Konzentration

g/l Badvolumen

NiSO₄-7H₂O 200-300 250

NiCI₂-6H₂O 30-60 50

CoSO₄-7H₂O 0,1-20 6

H₃BO₃ 30-60 30

Glanzzusatz nach Ah-Du rchsatz

Netzmittel nachAh-Durchsatz

Diamantpulver 5 g/l (entfettet und

(Körnung 63/50) in HCI gewaschen)

Diese Verfahrensweise läßt sich sinngemäß auf alle rotationssymmetrischen Werkzeuggrundkörper übertragen und auf anders geformte Grundkörper modifizieren.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Schleifwerkzeugen aus superharten Schneidstoffen mittels Vorgalvanisieren, Angalvanisieren und Festgalvanisieren von Diamantpartikeln auf einem Grundkörper in einem Nickel- oder Nickel-Legierungselektrolyten bekannter Temperatur, in dem die Schleifmittelteilchen aufgewirbelt werden, gekennzeichnet dadurch, daß die Abscheidung des Schichtsystems ohne Unterbrechung des Galvanisierprozesses aus einem, die Schleifmittelteilchen als Bodenkörper enthaltenden, Elektrolyten bei Einhaltung folgender Arbeitsschritte erfolgt: — Vorgalvanisieren bei unbewegtem Elektrolyten, Galvanisierzeit

tvorgaiv. = Югпіп...45гпіп bei j = 4A/dm²... ΙΑ/dm²

Angalvanisieren der mechanisch, hydraulisch oder pneumatisch aufgewirbelten Schneidstoffteilchen, Galvanisierzeit

t - ti ο ι g Amin . D

tAnga,v.-(1,2...1,6 ^ ^₂ ) —

und bei Rotationsbewegung der Werkzeugaufnahme mit einer Drehzahl

n^(20-35^ )± Amin D

- Festgalvanisieren bei mit gleicher Drehzahl rotierender Werkzeugaufnahme, Galvanisierzeit

t - to δ op Amin ι D

t_Festga,v.-(2,4...3,2 _MmdmJ ) —

mit D = mittlerer Teilchendurchmesser in (μιη) j = katodische Stromdichte in (A/dm²) η = Drehzahl der Werkzeugaufnahme in (1/min) Elektrolyttemperatur: 50°C pH-Wert: 3,5 bis 4,8

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Herstellung von Mehrfachschichten die Arbeitsschritte Angalvanisieren und Festgalvanisieren mehrfach durchgeführt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vorzugsweise NickelVKobalt-Legierungselektrolyten verwendet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Legierungselemente auch Phosphor und Eisen verwendet werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß phosphorenthaltende Bindemetallschichten durch eine thermische Nachbehandlung modifiziert werden.