DE102006039768A1

DE102006039768A1 - Verfahren zur Herstellung einer Formrolle

Info

Publication number: DE102006039768A1
Application number: DE200610039768
Authority: DE
Inventors: Michael Schulze
Original assignee: Dr Wilhelm Mueller Diamantmetall Inh Michael Schulze Ek; WILHELM MUELLER DIAMANTMETALL
Current assignee: DR. MUELLER DIAMANTMETALL AG, 82362 WEILHEIM, DE
Priority date: 2006-08-24
Filing date: 2006-08-24
Publication date: 2008-02-28

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Formrolle, insbesondere einer Diamantformrolle, zur Bearbeitung von Oberflächen. Dieses Verfahren umfasst das Bereitstellen von zwei Grundkörpern mit je einer im Wesentlichen zylindrischen Grundform, das Profilieren wenigstens einer Oberfläche eines jeden Grundkörpers mit einem vorgegebenen Muster und Beschichten der profilierten Oberfläche und das Anordnen und Befestigen von Schleif- bzw. Bearbeitungskörpern auf der profilierten und beschichteten Oberfläche des ersten Grundkörpers, der mit einem zusätzlichen Außenring versehen ist. Des Weiteren umfasst das Verfahren das Einfüllen einer vorgegebenen Menge einer Legierungsmatrix in den Raum zwischen dem Außenring und der bestückten und profilierten Oberfläche des ersten Grundkörpers, das Aufsetzen des zweiten Grundkörpers auf die Legierungsmatrix, wobei dessen profilierte Oberfläche mit der Legierungsmatrix in Kontakt tritt und das Sintern der zwischen den beiden Grundkörpern angeordneten Legierungsmatrix, vorzugsweise in einem Sinterofen, wobei nach dem Entfernen des Außenrings im Wesentlichen die Grundkörper und die Legierungsmatrix vorzugsweise zerspanend bearbeitet werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Formrolle, insbesondere einer Diamantformrolle, wie sie u. a. für die Bearbeitung von Oberflächen bzw. zur Profilierung von Schleifscheiben verwendet wird, und die Verwendung einer solchen Formrolle zur Bearbeitung von Oberflächen, insbesondere der Profilierung von Schleifscheiben.
Verfahren zur Herstellung von Formrollen, insbesondere für die Bearbeitung von Oberflächen, sind im Stand der Technik bekannt. So zeigt beispielsweise die deutsche Offenlegungsschrift DE 19 754 514 eine Abrichtrolle für Schleifscheiben, bei der Diamantschleifscheiben zwischen zwei Stützscheiben angeordnet werden, und welche jeweils einen Ring- und einen Kegelscheibenabschnitt aufweisen und Montage- bzw. Aufnahmebuchsen umfassen. Die einzelnen Bauteile der Abrichtrolle werden durch Schrauben gegeneinander verspannt, welche durch Bohrungen, die unter anderem in den Stützscheiben vorgeformt sind, hindurchgeführt werden.
Nachteilig bei solchen Abrichtrollen ist es jedoch, dass durch die Bohrungen und die hierin angeordneten Schrauben die Massenverteilung in Bezug auf die Rotationsachsen der Rolle ungleichmäßig ist und andererseits Verspannungen innerhalb der Abrichtrolle auftreten können, die neben einer reduzierten Maßhaltigkeit, d. h. Präzision, der so zusammengesetzten Abrichtrollen auch zu einer verschlechterten Lebensdauer dieser Abrichtrollen führt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die im Stand der Technik bekannten Nachteile zur Herstellung einer Formrolle wenigstens teilweise zu verbessern und insbesondere die Qualität bezüglich der Maßhaltigkeit entsprechender Formrollen für den Einsatz zur Bearbeitung von Oberflächen wenigstens teilweise zu verbessern.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird mit einem Verfahren zur Herstellung einer Formrolle gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren zur Herstellung einer Formrolle, insbesondere einer Diamantformrolle zur Bearbeitung von Oberflächen, folgende Schritte: Zu Beginn des Herstellungsverfahrens wird wenigstens ein Grundkörper bereitgestellt, welcher vorzugsweise eine im Wesentlichen zylindrische Grundform aufweist.
Solch ein Grundkörper kann beispielsweise dadurch hergestellt werden, dass von einem entsprechenden Ausgangsrundmaterial bzw. -stab ein entsprechender Grundkörper abgeschnitten wird. Der entsprechende Grundkörper weist vorzugsweise ein vorgegebenes Maß mit entsprechender Toleranz auf und wird gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform nach Vorgabe zylindrisch gedreht, d. h. bearbeitet.
Der entsprechend bereitgestellte Grundkörper wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wenigstens auf einer Seite bzw. Oberfläche mit einem vorgegebenen Muster profiliert, wobei im Anschluss an die Profilierung die entsprechende Oberfläche des Grundkörpers beschichtet wird.
Auf der profilierten Seite des Grundkörpers werden vorgegebene Schleif- bzw. Bearbeitungskörper angeordnet und befestigt, wobei der entsprechende Grundkörper um seinen Umfang mit einem zusätzlichen Außenring versehen wird. Nach dem Anordnen und Befestigen der Schleif- bzw. Bearbeitungskörper wird in dem Raum, der durch die Innenseite des Außenringes und die bestückte und profilierte Oberfläche des ersten Grundkörpers definiert wird, eine vorgegebene Menge einer Legierungsmatrix eingefüllt.
Als vorgegebene Menge wird hierbei eine Menge verstanden, die insbesondere sicherstellt, dass die auf der Oberfläche des ersten Grundkörpers angeordneten und befestigten Schleif- bzw. Bearbeitungskörper ausreichend von einer entsprechenden Menge einer Legierungsmatrix bedeckt bzw. von dieser umgeben sind.
Im Anschluss wird die Legierungsmatrix gesintert, wobei dies vorzugsweise in einem Sinterofen erfolgt und vorzugsweise unter Aufbringung von Druck auf die Legierungsmatrix in einer zur Hauptebene des Werkzeugs senkrechten Richtung. Nach Abschluss des Sinterprozesses wird, insbesondere nach entsprechendem Abkühlen der Form, der Außenring von dem Grundkörper und der Legierungsmatrix, in welcher nun die Schleif- bzw. Bearbeitungskörper fest integriert sind, entfernt und es wird vorzugsweise der Grundkörper und die Legierungsmatrix bearbeitet, wobei dies beispielsweise mit einem zerspanenden Arbeitsgang wie Abdrehen oder Schleifen erfolgt.
Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein dem ersten Grundkörper in Form und Oberflächengestaltung vorzugsweise im Wesentlichen entsprechender zweiter Grundkörper bereit gestellt und vor dem Sintervorgang so auf die frei liegende Schicht der Legierungsmatrix, in welcher die Schleif- bzw. Bearbeitungskörper eingebettet sind, aufgesetzt, dass dessen profilierte und beschichtete Oberfläche mit der Legierungsmatrix in Kontakt tritt.
Obgleich eine dem ersten Grundkörper im Wesentlichen entsprechende Form und Ausgestaltung des zweiten Grundkörpers vorteilhaft sein kann, ist es in anderen Anwendungsfällen ebenfalls möglich, dass der zweite Grundkörper eine abweichende Form bzw. Ausgestaltung aufweist, insbesondere hinsichtlich seiner geometrischen Abmessungen und/oder Ausgestaltung von Oberflächen.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der oder werden die Grundkörper aus einem Material hergestellt, das beispielsweise Stahl, vorzugsweise Automatenstahl, ist. Es liegt selbstverständlich auch im Sinn der vorliegenden Erfindung, dass andere, insbesondere metallische Materialien wie beispielsweise Edelstahl oder metallische Legierungen, verwendet werden.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird das Profil an wenigstens einer Stirnseite des oder der Grundkörper eingestochen, wobei solch ein Profil beispielsweise die Form ähnlich eines metrischen Gewindes aufweisen kann. Es liegt selbstverständlich auch im Sinn der vorliegenden Erfindung, dass andere Profile verwendet werden, welche insbesondere sicherstellen, dass die Massenverteilung entlang einer späteren Rotationsachse, d. h. der Mittelachse des Grundkörpers oder der Grundkörper, möglichst gleichmäßig ist, so dass im Betrieb mögliche Schwingungen und Vibrationen, deren Ursache u. a. mögliche Masseschwankungen sein können, vermieden werden können.
Die Profilierung ist gemäß einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform über einen vorgegebenen Bereich einer Oberfläche des Grundkörpers angeordnet, wobei sie sich gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform über die gesamte Stirnseite des Grundkörpers erstreckt. Gemäß einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform kann die Profilierung insbesondere im äußeren Bereich der Stirnseite des Grundkörpers oder der Grundkörper weggelassen werden, wobei dies insbesondere dann erfolgt, wenn in diesem Bereich spezielle Schleif- bzw. Bearbeitungskörper angeordnet werden.
In einem Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die profilierte Oberfläche des oder der Grundkörper beschichtet, wobei die Beschichtung gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform mit einem Material erfolgt, welches die Haftung zwischen dem Grundkörper und der Legierungsmatrix begünstigt, vorzugsweise einem Metall wie beispielsweise Kupfer, Nickel, Zinn, Silber, Gold oder dergleichen und insbesondere mit einem verflüssigbaren Metall, wie beispielsweise flüssigem Zinn. Dabei erfolgt die Beschichtung der Oberfläche z. B. bei Verwendung von flüssigem Zinn bei einer Bearbeitungstemperatur von maximal 300° Celsius, bevorzugt etwas tiefer.
Nach dem Erkalten der entsprechend beschichteten Oberfläche wird gemäß einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die entsprechende Oberfläche gereinigt und insbesondere die restliche Fläche des Grundkörpers poliert, wobei dies beispielsweise mit Schmirgel der Körnung 120 erfolgen kann. Diese Reinigung bzw. das Polieren des Grundkörpers erfolgt gemäß der vorliegenden Erfindung dann, wenn sich die entsprechende Beschichtung, vorzugsweise durch schnelles Abkühlen, mit der Oberfläche des Grundkörpers, wie beispielsweise dem Automatenstahl, verbunden hat.
Nachdem der oder die Grundkörper entsprechend vorbereitet sind, wird die Form zusammengestellt. Hierzu wird über dem ersten Grundkörper ein Außenring angeordnet, dessen Innendurchmesser im Wesentlichen dem Außendurchmesser des Grundkörpers entspricht, wobei der Außenring vorzugsweise aus einem Material wie beispielsweise NIMONIC hergestellt ist.
Gemäß einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Außenring wenigstens im Bereich seines Innendurchmessers mit einem die Haftung vermindernden Material, wie beispielsweise Graphit eingestrichen bzw. beschichtet, um u. a. eine Beweglichkeit und insbesondere ein leichtes Entfernen des Außenrings auch nach Abschluss des Herstellungsverfahrens bzw. des Sinterns sicherzustellen. Nach dem Zusammensetzen des Außenringes mit dem Grundkörper werden auf der entsprechend profilierten Seite des Grundkörpers, vorzugsweise im äußeren Bereich, die Schleif- bzw. Bearbeitungskörper angeordnet. Solche Bearbeitungskörper können beispielsweise CVD-Diamantnadeln sein, die gemäß der vorliegenden Erfindung so im Bereich des Außendurchmessers des Grundkörpers angeordnet werden, dass diese beispielsweise an der Innenseite des Außenringes anliegen.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Schleif- bzw. Bearbeitungskörper stoffschlüssig mit dem Grundkörper verbunden, wobei hierzu insbesondere Kleber wie Konstruktionskleber oder Industriekleber verwendet werden, wie sie unter anderem auch im Stand der Technik bekannt sind.
Nachdem der entsprechende Grundkörper mit den entsprechenden Schleif- bzw. Bearbeitungskörpern ausgestattet ist, wird gemäß der vorliegenden Erfindung eine Legierungsmatrix in den entsprechenden Raum, der sich überhalb des ersten Grundkörpers und innerhalb des Außenrings ergibt, eingefüllt, wobei solch eine Legierungsmatrix aus einer Gruppe von Legierungen ausgewählt wird, welche beispielsweise CuSn, Sintermaterial, metallische Bronzeverbindungen, Kombinationen hieraus und dergleichen aufweist.
Dabei ist gemäß der vorliegenden Erfindung die Legierungsmatrix ein vorzugsweise pulverförmiges Material, das vorzugsweise eben und plan in den Raum, welcher durch die profilierte Fläche des ersten Grundkörpers und die Innenumfangsfläche des Außenrings definiert wird, eingefüllt wird.
Nach dem Befüllen des entsprechenden Raumes wird bei einer bevorzugten Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung ein zweiter Grundkörper auf der Legierungsmatrix angeordnet, wobei die Profilierung des zweiten Grundkörpers in Richtung auf die Legierungsmatrix ausgerichtet ist, d. h. mit ihr in Kontakt tritt.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird die Legierungsmatrix mit einem vordefinierten „Kaltdruck" belastet, der vorzugsweise auf zumindest den ersten Grundkörper einerseits und, mittels eines geeignet eingerichteten Pressschuhs bzw. einer Pressplatte, unmittelbar auf die Legierungsmatrix andererseits ausgeübt wird, oder aber, ebenfalls bevorzugt, auf den ersten Grundkörper einerseits und auf den gegenüberliegenden zweiten Grundkörper andererseits ausgeübt wird. Insbesondere nachdem hierdurch das zwischen den beiden Grundkörpern angeordnete Legierungsmaterial verdichtet worden ist, wird die komplette Form, gegebenenfalls unter Beibehaltung des auf der Legierungsmatrix stehenden Drucks, in einen Sinterofen eingebracht. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform findet das Sintern der Legierungsmatrix bei einer Sintertemperatur statt, welche zwischen 500° Celsius und 1200° Celsius, vorzugsweise zwischen 600° Celsius und 1000° Celsius, und insbesondere bei ca. 740° Celsius liegt.
Gemäß einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die entsprechend erwärmte Form aus dem Ofen genommen und die Legierungsmatrix einem vorgegebenen „Warmdruck" ausgesetzt. Dabei wird insbesondere auf zumindest den ersten Grundkörper einerseits und, mittels eines geeignet eingerichteten Pressschuhs bzw. einer Pressplatte, unmittelbar auf die Legierungsmatrix andererseits oder aber auf den ersten Grundkörper einerseits und auf den gegenüberliegenden zweiten Grundkörper andererseits ein Druck ausgeübt, wodurch sich insbesondere – bei der Verwendung von CuSn-Legierungen – eine innige Verbindung zwischen den Grundkörpern und der Legierungsmatrix ergibt bzw. diese sichergestellt wird.
Vorzugsweise nach dem Erkalten bzw. zu einem vorgegebenen Zeitpunkt der Abkühlung wird der Außenring von den Grundkörpern abgezogen, wobei insbesondere die Fügeverbindung, die aus wenigstens dem ersten Grundkörper und der Legierungsmatrix besteht, nach Vorgabe spanend bearbeitet wird.
Dabei wird unter einer spanenden Bearbeitung ein Vorgang verstanden, wie er beispielsweise beim Drehen und/oder Schleifen stattfindet. Nach entsprechender Bearbeitung der Fügeverbindung und/oder der kompletten Form wird gemäß einer weiteren, besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die so entstandene Formrolle vermessen und ggf. nachbearbeitet.
Die vorliegende Erfindung umfasst auch die Verwendung eines gemäß des vorbeschriebenen Verfahrens hergestellten Formrolle zur Bearbeitung von Oberflächen bzw. metallischen Oberflächen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines konkreten Ausführungsbeispieles beschrieben, wobei ausdrücklich darauf hingewiesen wird, dass dies nur beispielhaft erfolgt und, wie für den Fachmann ersichtlich, Abweichungen und Änderungen auch im Sinn der vorliegenden Erfindung liegen.
Dabei zeigt:
1 die Draufsicht auf einen Grundkörper mit einer teilweise profilierten Oberfläche;
2 eine geschnittene Seitenansicht des in 1 dargestellten Grundkörpers;
3 eine fertige Formrolle, die entsprechend einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt wurde;
4 eine fertige Formrolle, die entsprechend einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellt wurde.
So zeigt 1 eine Draufsicht auf einen Grundkörper, wie er im erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Formrolle Verwendung finden kann. Solch ein Grundkörper weist gemäß der Darstellung in 1 eine Profilierung 2 auf, die sich vom Zentrum 3 bis zu einem vorgegebenen Abstand 4 zum Außendurchmesser hin erstreckt. Dabei kann, wie im hier dargestellten Beispiel, das Profil nahezu frei gewählt werden, wobei die um den Drehmittelpunkt 3 angeordnete Massenverteilung der so erzeugten Grundkörper möglichst homogen sein soll, um hierdurch verursachte Schwingungen bei den unter anderem aus den Grundkörpern hergestellten Formrollen möglichst zu reduzieren bzw. zu vermeiden. Dabei ist jedoch zu berücksichtigen, dass die Profilierung in der Art gewählt wird, dass insbesondere nach dem Versintern der Legierungsmatrix eine innige Verbindung entsteht, die unter anderem auch durch das Aufbringen einer Beschichtung wie beispielsweise einer Zinnschicht verbessert werden kann.
Damit ergibt sich für die Profilierung die Forderung, dass diese eine möglichst gleichmäßige und fein strukturierte Oberfläche bereitstellt, die in Wechselbeziehung über eine Beschichtung oder auch direkt mit der Legierungsmatrix tritt. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Profilierung beispielsweise in Form einer Spirale auf die Stirnseite des Grundkörpers eingebracht werden, wobei gemäß dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der äußere Bereich 4 keine Profilierung aufweist. In diesem Bereich wird gemäß der in 1 dargestellten Ausführungsform bevorzugt die Bearbeitungskörper wie beispielsweise CVD-,Diamantnadeln angeordnet, die bevorzugt mit einem Industriekleber auf die Oberfläche des Grundkörpers positioniert werden. Die Anordnung erfolgt insbesondere bei Einsatz von CVD-Diamantnadeln 16 mit einem vorgegebenen Abstand, der einerseits durch den Außenumfang des Grundkörpers 1 und die Zahl der Bearbeitungskörper 16 bestimmt wird und somit einen Winkelversatz der Bearbeitungskörper 16 über den äußeren Bereich der Grundkörper mit einem vorgegebenen Winkel ω ergibt.
Durch die Verwendung des Industrieklebers wird insbesondere sichergestellt, dass ein Verrutschen der Bearbeitungskörper beim Einfüllen der Legierungsmatrix vermieden wird und auch ein Umfallen von eventuell länglich ausgestalteten Bearbeitungskörpern vermieden werden kann. Aus diesem Grund wird insbesondere im äußeren Bereich 4 auf die Profilierung der Oberfläche verzichtet, so dass die Verbindung zwischen den Bearbeitungskörpern und der Oberfläche des Grundkörpers insbesondere bei Verwendung des Industrieklebers zu einer ausreichenden Fixierung führt.
2 zeigt den Grundkörper aus 1 in einer radialen Teilschnittdarstellung, in welcher ausgehend von der Mittellinie 3 auf der oberen Seite die Profilierung 2 und der unprofilierte Außenbereich 4 zu erkennen sind. Dabei wird deutlich, dass die Profilierung im Wesentlichen im oberflächlichen Bereich des Grundkörpers 1 vorliegt, wobei gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Profilierungstiefe zwischen 0,001 und 0,5 mm und insbesondere bei ca. 0,2 mm liegt.
3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer fertigen Diamantformrolle, bei welcher ein erster Grundkörper 10 und ein zweiter Grundkörper 11 die Legierungsmatrix 15 einschließen und wobei an deren Umfangsbereich die Bearbeitungskörper 16, wie beispielsweise CVD-Diamantnadeln, angeordnet sind. Im Zentrum der Formrolle ist eine Durchführung 17 angeordnet, die insbesondere zur Aufnahme der Formrolle in einer entsprechenden Bearbeitungsvorrichtung dient. Wie der 3 zu entnehmen ist, ist die Formrolle im Wesentlichen symmetrisch aufgebaut, und weist im äußeren Bereich eine im Wesentlichen konisch zulaufende Dicke 14 auf, die durch eine beispielsweise spanende Bearbeitung der Grundkörper bzw. Teile der Legierungsmatrix angebracht wird. An diesem Punkt sei darauf hingewiesen, dass erfindungsgemäße Formrollen selbstverständlich auch jedwede andere geometrische Form aufweisen können, insbesondere hinsichtlich ihres radialen Dickenverlaufs, wie sie in dem entsprechenden Bereich üblicherweise benötigt werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ergibt sich somit eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung einer Formrolle 20, da eine innige Verbindung zwischen den beiden Grundkörpern 10, 11 durch die Legierungsmatrix 15 und ggf. die entsprechend auf den dieser zugewandten Oberflächen der Grundkörper angebrachten Beschichtung bereitgestellt wird. Diese Verbindung ist insbesondere so ausgestaltet, dass auch bei hohen Bearbeitungsgeschwindigkeiten, mit welchen die erfindungsgemäßen Formrollen verwendet werden, ein Trennen der Lagen vermieden wird. Ferner wird durch die erfindungsgemäße Anordnung der Legierungsmatrix in Bezug auf die Bearbeitungskörper wie beispielsweise die CVD-Diamantnadeln eine innige Verbindung hierzwischen bereitgestellt, die neben einer exakten Ausrichtung der Bearbeitungskörper auch die äußerst widerstandsfähigen Fixierungen dieser Bearbeitungskörper bereitstellt.
4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer fertigen Diamantformrolle, bei welcher die Legierungsmatrix 15 unmittelbar auf dem ersten Grundkörper 10 angeordnet ist und wobei an dessen Umfangsbereich die Bearbeitungskörper 16, wie beispielsweise CVD-Diamantnadeln, angeordnet sind. Im dargestellten Fall ist die Legierungsmatrix nicht von einem zweiten Grundkörper überdeckt, was, ohne für die Stabilität der erfindungsgemäßen Formrolle nachteilig zu sein, eine weitere Vereinfachung der Herstellung solcher Formrollen ermöglicht.
Im Zentrum der Formrolle ist wiederum eine Durchführung 17 angeordnet, die insbesondere zur Aufnahme der Formrolle in einer entsprechenden Bearbeitungsvorrichtung dient. Wie der 4 zu entnehmen ist, ist die Formrolle zwar unsymmetrisch aufgebaut, weist jedoch im äußeren Bereich ebenfalls eine im Wesentlichen konisch zulaufende Dicke 14 auf, die durch eine beispielsweise spanende Bearbeitung des Grundkörpers bzw. Teile der Legierungsmatrix angebracht wird. Hier sei ebenfalls darauf hingewiesen, dass auch Formrollen gemäß dieser Ausführungsform der Erfin dung selbstverständlich auch jedwede andere geometrische Form aufweisen können, insbesondere hinsichtlich ihres radialen Dickenverlaufs, wie sie in dem entsprechenden Bereich üblicherweise benötigt werden.
Es ergibt sich somit auch hier eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung einer Formrolle 20, da eine innige Verbindung zwischen dem Grundkörper 10 und der Legierungsmatrix 15 ggf. die entsprechend auf den dieser zugewandten Oberflächen der Grundkörper angebrachten Beschichtung bereitgestellt wird. Diese Verbindung ist insbesondere so ausgestaltet, dass auch bei hohen Bearbeitungsgeschwindigkeiten, mit welchen die erfindungsgemäßen Formrollen verwendet werden, ein Trennen der Lagen vermieden wird. Ferner wird durch die erfindungsgemäße Anordnung der Legierungsmatrix in Bezug auf die Bearbeitungskörper wie beispielsweise die CVD-Diamantnadeln eine innige Verbindung hierzwischen bereitgestellt, die neben einer exakten Ausrichtung der Bearbeitungskörper auch die äußerst widerstandsfähigen Fixierungen dieser Bearbeitungskörper bereitstellt.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nun anhand einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben, wobei ausdrücklich darauf hingewiesen wird, dass Änderungen und Abweichungen vom beschriebenen Verfahren auch im Sinn der vorliegenden Erfindung liegen.
Nach dem Absägen wenigstens eines, vorzugsweise zweier Grundkörper, die beispielsweise aus Automatenstahl bestehen, wird der bzw. werden die Grundkörper entsprechend einer Vorgabe zylindrisch gedreht. An wenigstens einer Stirnseite des Grundkörpers oder der Grundkörper wird ein Profil, beispielsweise ähnlich eines metrischen Gewindes, eingestochen. Dabei verläuft das Profil vorzugsweise auf der Stirnseite nach außen und erstreckt sich fast über deren kompletten Durchmesser. Im Anschluss an die Profilierung wird der Grundkörper auf der profilierten Fläche mit beispielsweise einer flüssigen Zinnschicht überzogen, welche sich durch das schnelle Abkühlen mit dem Material des Grundkörpers verbindet. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform erfolgt die Beschichtung bei einer Bearbeitungstemperatur von maximal 300° Celsius, wobei insbesondere nach dem Abkühlen des entsprechend beschichteten Grundkörpers bzw. der entsprechend beschichteten Grundkörper die beschichtete Fläche bzw. die beschichteten Flächen mit beispielsweise einer Drahtbürste gereinigt und die übrigen Flächen mit einem Schmirgel bzw. Schmirgelpapier der Körnung 120 poliert werden. Der bzw. die so vorbereiteten Grundkörper werden in der Art zu einer Form zusammengestellt, dass ein Außenring, der beispielsweise aus NIMONIC-Metall besteht und der insbesondere an seiner Innenumfangsfläche mit Graphit beschichtet ist, um einen Grundkörper gelegt und ggf. verspannt wird, wobei die Profilierung des Grundkörpers nach oben weist.
Hierdurch wird durch den Außenring, dessen Dicke größer ist als die des Grundkörpers, und die profiliert Oberfläche des Grundkörpers ein scheibenförmiger Hohlraum beschrieben, in welchem beispielsweise CVD-Diamantnadeln nach einem festgelegtem Schema gesetzt werden. Vorzugsweise liegen die Nadeln auf der profilierten Oberfläche am Außendurchmesser des Grundkörpers und berühren die Innenseite des Außenringes. Vorzugsweise werden die Diamantnadeln stoffschlüssig beispielsweise mit einem Konstruktionskleber am Grundkörper befestigt. Die so vorbereitete Form wird mit einer Legierungsmatrix, beispielsweise aus CuSn befüllt, wobei die Legierungsmatrix vorzugsweise in Pulverform eingestreut und eben und plan innerhalb des Hohlraums zwischen dem Außenring und dem Grundkörper verteilt wird, beispielsweise durch Abziehen.
Nach Abschluss des Einfüllvorgangs wird auf die Legierungsmatrix ein Pressschuh bzw. eine Pressplatte aufgelegt und in einer geeigneten Presse ein Kaltdruck über einen vordefinierten Zeitraum aufgebracht, so dass die Legierungsmatrix verdichtet wird.
Alternativ wird nach Abschluss des Einfüllvorganges wird ein zweiter Grundkörper in den Außenring eingefügt, wobei dessen profilierte Oberfläche in Richtung zur Legierungsmatrix zeigt. Die so zusammengesetzte Form wird von Seiten des zweiten Grundkörpers aus einem definierten Kaltdruck ausgesetzt, so dass insbesondere die Legierungsmatrix verdichtet wird.
Vorzugsweise werden Drücke von 50 bis 1000 Tonnen, dies umfasst auch aller zwischen diesen Grenzen liegenden Werte, auf die Legierungsmatrix bzw. die Form aufgebracht, wobei der Druck gegebenenfalls zeitlich moduliert wird.
Die komplette Form wird, gegebenenfalls unter Beibehaltung des auf der Legierungsmatrix bzw. der Form stehenden Drucks, in einen Sinterofen eingebracht, dessen Sintertemperatur bei ca. 740° Celsius liegt, wobei die Haltetemperatur beispielsweise für den Sintervorgang bei ca. 5 Minuten liegen kann.
Nach der Entnahme der Form aus dem Ofen wird auf die Legierungsmatrix oder aber die außen liegenden Grundkörper und die dazwischen angeordneten Legierungsmatrix ein festgelegter Warmdruck ausgeübt, um sicherzustellen, dass sich die Grundkörper und die Legierungsmatrix u. a. während dem Abkühlen möglichst vollflächig miteinander verbinden.
Nach der entsprechenden Abkühlphase wird der Außenring von dem Grundkörper bzw. den Grundkörpern entfernt und der die Fügeverbindung enthaltende Werkzeugrohling, der aus den Grundkörpern und der Legierungsmatrix besteht, spanend nach Vorgabe bearbeitet um das fertige Werkzeug zur Verfügung zu stellen.
Dabei umfasst eine Spanbearbeitung beispielsweise das Drehen und Schleifen des Werkzeugrohlings. Nach Abschluss dieses Bearbeitungsvorganges wird die Formrolle vermessen und geprüft und kann für die Bearbeitung von Oberflächen verwendet werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Formrolle, insbesondere einer Diamantformrolle zur Bearbeitung von Oberflächen mit den Schritten: – Bereitstellen von wenigstens einem ersten Grundkörper (1, 10) mit einer im Wesentlichen zylindrischen Grundform; – Profilieren wenigstens einer Oberfläche des Grundkörpers (1, 10) mit einem vorgegebenen Muster und Beschichten der profilierten Oberfläche (2); – Vorsehen eines den Grundkörper umgebenden, lösbaren Außenrings; – Anordnen und Befestigen von Schleif- bzw. Bearbeitungskörpern (16) auf der profilierten und beschichteten Oberfläche (2) des Grundkörpers; – Einfüllen einer vorgegebenen Menge einer Legierungsmatrix (15) in den durch die Innenfläche des Außenrings und die bestückte und profilierte Oberfläche (2) des ersten Grundkörpers (10) definierten Raum; – Sintern der Legierungsmatrix (15), vorzugsweise in einem Sinterofen; – Entfernen des Außenrings und Berbeitung, vorzugsweise zerspanende Bearbeitung des Grundkörpers (1, 10) und der Legierungsmatrix (15)
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – wenigstens ein zweiter Grundkörper (11) mit einer im Wesentlichen zylindrischen Grundform bereit gestellt wird; – wenigstens einer Oberfläche des zweiten Grundkörpers (11) mit einem vorgegebenen Muster profiliert wird und die profilierte Oberfläche (2) beschichtet wird; – vor dem sintern der zweite Grundkörper (11) auf die frei liegende Schicht der Legierungsmatrix in welcher die Schleif- bzw. Bearbeitungskörper (16) eingebettet sind so aufgesetzt wird, dass dessen profilierte und beschichtete Oberfläche mit der Legierungsmatrix in Kontakt tritt.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der bzw. die Grundkörper (1, 10, 11) aus Stahl, vorzugsweise aus Automatenstahl, hergestellt werden.
Verfahren gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil (2) in wenigstens einer Oberfläche der Grundkörper (1, 10, 11), vorzugsweise an einer der Stirnseiten, eingestochen wird und vorzugsweise die Form des Profils im Wesentlichem der eines metrischen Gewindes entspricht.
Verfahren gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Profilierung sich über einen vorgegebenen Bereich und insbesondere im Wesentlichen über die gesamte Stirnseite des Grundkörpers (1, 10, 11) erstreckt.
Verfahren gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung der profilierten Oberfläche mit einem Material erfolgt, welches die Haftung zwischen dem Grundkörper und der Legierungsmatrix be günstigt, vorzugsweise einem Metall wie beispielsweise Kupfer, Nickel, Zinn, Silber, Gold oder dergleichen und insbesondere mit flüssigem Zinn.
Verfahren gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung bei einer Bearbeitungstemperatur von max. 300°C erfolgt.
Verfahren gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beschichteten Oberflächen nach dem Erkalten gereinigt und/oder poliert werden.
Verfahren gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser des Außenrings im Wesentlichen dem Außendurchmesser des bzw. der Grundkörper (1, 10, 11) entspricht und der Außenring vorzugsweise aus einem Material wie Nimonic hergestellt wird, wobei die Innenseite des Außenrings mit einem die Haftung vermindernden Material, insbesondere einer Graphitschicht beschichtet wird.
Verfahren gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleif- bzw. Bearbeitungskörper (16) aus einer Gruppe ausgewählt werden, die Diamantnadeln wie zum Beispiel PKD-, MKD-, CVD-, CBN-Nadeln, metallgebundene Diamanten, kunststoffgebundene Diamanten, keramisch gebundene Diamanten, Diamantsplitter, metallgebundenen Bornitrid, insbesondere kubischen Bornitrid, kunststoffgebundenen Bornitrid, insbesondere kubischen Bornitrid, Kombinationen hieraus und dergleichen aufweist.
Verfahren gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleif- bzw. Bearbeitungskörper (16) stoffschlüssig mit dem Grundkörper verbunden werden, wobei insbesondere ein Konstruktionskleber verwendet wird.
Verfahren gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schleif- bzw. Bearbeitungsköper (16) an dem Außendurchmesser des Grundkörpers (1, 10, 11) angeordnet werden und vorzugsweise mit der Innenseite des Außenrings in Kontakt stehen.
Verfahren gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das die Legierungsmatrix (15) aus einer Gruppe von Legierungen ausgewählt wird, welche Legierungen aus CuSn, Sintermaterial, wie beispielsweise metallische Bronzeverbindungen, Kombinationen hieraus und dergleichen aufweist.
Verfahren gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sintern bei einer Sintertemperatur stattfindet, welche zwischen 500°C und 1200°C, vorzugsweise zwischen 600°C und 1000°C und insbesondere bei ca. 740°C liegt.
Verfahren gemäß wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor, während oder nach dem Sintern auf die Legierungsmatrix ein Druck, vorzugsweise in einer zur Hauptebene des Werkzeugs senkrechten Richtung, aufgebracht wird.
Verfahren gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck mittels eines Pressschuhs oder einer Pressplatte oder dergleichen unmittelbar auf die Legierungsmatrix ausgeübt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck auf den zweiten Grundkörper ausgeübt wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck 50 bis 1000 Tonnen beträgt.
Verfahren gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck zeitlich moduliert wird.
Verwendung eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 19 zur Herstellung einer Formrolle (20) und/oder eines Werkzeugrohlings für eine Formrolle (20) zur Bearbeitung von Oberflächen, insbesondere zur Bearbeitung von metallischen Oberflächen.