DE102015115407A1

DE102015115407A1 - Abrichtwerkzeug

Info

Publication number: DE102015115407A1
Application number: DE102015115407.2A
Authority: DE
Inventors: Horst Lach
Original assignee: Jakob Lach GmbH and Co KG
Current assignee: Jakob Lach GmbH and Co KG
Priority date: 2015-09-11
Filing date: 2015-09-11
Publication date: 2017-03-16
Also published as: WO2017042395A1; EP3347163A1; EP3347163B1

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Abrichtwerkzeug (10, 100, 200, 300) umfassend einen Grundkörper (12, 112, 212, 312) mit einem Träger (16, 116, 216, 316), an dem durch eine hartgelötete Verbindung harte Körner (120, 220, 320) wie Körner aus Diamant oder kubischem Bornitrid (CBN) in einer Schicht (18, 118, 218, 318) gebunden sind. Um bei einfacher Herstellbarkeit eine hohe Verschleißfestigkeit und verbesserte Profilhaltigkeit zu erzielen, ist vorgesehen, dass zusätzlich zu den harten Körnern (120, 220, 320) am Träger in der Schicht (18, 118, 218, 318) verteilt einstückige plättchen- oder stabförmige Abrichtelemente (22, 122, 222, 312) aus einem Hartstoffmaterial derart durch eine hartgelötete Metall- und/ oder Keramikverbindung mit dem Träger (16, 116, 216, 316) verbunden sind, dass Dicke der durch die harten Körner (120, 220, 320) gebildeten Schicht gleich Dicke D der Abrichtelemente (22, 122, 222, 312) ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Abrichtwerkzeug umfassend einen Grundkörper mit einem Träger, an dem durch eine hartgelötete Verbindung harte Körner wie Körner aus Diamant oder kubischem Bornitrid (CBN) in einer Schicht gebunden sind.
Mit einem Abrichtwerkzeug kann ein Abrichten oder Abrichtvorgang durchgeführt, das bzw. der beim Herstellen von neuen oder beim Bearbeiten von im Einsatz befindlichen keramischen und keramisch gebundenen Schleifscheiben zur Anwendung gelangen kann.
Ein als Abrichtklinge bezeichnetes Abrichtwerkzeug ist aus der DE 11 2005 001 119 B4 bekannt, das aus einem plattenförmigen Metallschaft als Basis und einem aus Metall bestehenden Ansatzstück besteht, an dem eine hartgelötete Metallverbindung von Superschleifkörnern z. B. aus Diamant oder kubischen Bornitrid gebunden ist.
Ein drehendes Abrichtwerkzeug nach der DE 609 14 766 T2 weist einen Kern und einen Schleifrand auf, an dem mittels Aktivhartlots Diamantkörner gebunden sind, die einschichtig auf beiden Seiten des Werkzeuges freiliegen.
Bei einem Abrichtwerkzeug nach der DE 10 2010 025 677 A1 weist ein selbsttragender Funktionsbelag eine gleichmäßig mit Hartstoffkörnern durchsetzte poröse Bindungsmatrix auf, in der zusätzlich eingebettete Armierungselemente aus einem Hartstoffmaterial zur Stabilisierung des Funktionsbelages vorliegen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Abrichtwerkzeug der eingangs genannten Art so weiterzubilden, dass bei einfacher Herstellbarkeit eine hohe Verschleißfestigkeit und verbesserte Profilhaltigkeit erzielbar ist. Auch soll die Servicefreundlichkeit verbessert werden.
Zur Lösung der Aufgabe sieht die Erfindung im Wesentlichen vor, dass zusätzlich zu den harten Körnern am Träger in der Schicht verteilt einstückige plättchen- oder stabförmige Abrichtelemente derart durch eine hartgelötete Metall- und/oder Keramikverbindung mit dem Träger verbunden sind, dass die Dicke der die harten Körner enthaltenden Schicht gleich Dicke der Abrichtelemente ist
Durch die Kombination aus harten Körnern und plättchen- oder stabförmigen Abrichtelementen kann bei hoher Standfestigkeit ein präzises und reproduzierbares Abrichten und Profilieren erfolgen. Verschleiß- und Abrichteigenschaften sind optimiert, so dass eine hohe Profilhaltigkeit bzw. Abrichtwerkzeugkontur über einen langen Zeitraum erzielbar ist. Ein Nachschleifen ist nicht erforderlich, so dass gegenüber dem Stand der Technik die Servicefreundlichkeit verbessert wird.
Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die Abrichtelemente quaderförmig ausgebildet sind, so dass eine Außenfläche der Abrichtelemente und vorstehende Spitzen der harten Körner in einer gemeinsamen Ebene verlaufen. Die Abrichtelemente können auch eine Zylinder-, Ellipsoid- oder Prismenform aufweisen.
Insbesondere bestehen die Abrichtelemente aus Diamant oder enthalten Diamant, wobei bevorzugterweise die Abrichtelemente synthetisch wie im CVD-(Chemical Vapor Deposition) oder HPHT-(High Pressure High Temperature)Verfahren hergestellt sind.
Vorzugsweise ist der Grundkörper ein drehbares Scheibenelement, wobei der Träger durch einen von dem Grundkörper abragenden kreisringförmigen Steg gebildet ist.
Zur Erzeugung von optimierten Oberflächentopographien an dem zu bearbeitenden Schleifkörper ist vorgesehen, dass die Abrichtelemente insbesondere im äquidistanten Abstand am Träger verteilt radial ausgerichtet sind. Dabei sollten insbesondere die Abrichtelemente vom Stirnbereich des Trägers ausgehen und sowohl seitlich als auch stirnbereichsabgewandt von den harten Körnern umgeben sein.
Die harten Körner sowie die Abrichtelemente sind auf einer Seitenfläche des stegförmigen Trägers durch die hartgelötete Metall- und/oder Keramikverbindung fixiert. Auch kann vorgesehen sein, dass die harten Körner sowie die Abrichtelemente auf gegenüberliegenden Seitenflächen des stegförmigen Trägers durch die hartgelötete Metall- und/oder Keramikverbindung verbunden sind, so dass ein Abrichtring mit zwei als Arbeitsflächen ausgebildeten Schichten quer zur Schleifrichtung gebildet wird.
Bei den harten Körnern sollte es sich zumindest um solche aus einem Material der Gruppe natürlicher Diamant, synthetischer Diamant, kubisches Bornitrid (CBN) oder Hartmetall jeder Beschaffenheit handeln. Vorzugsweise kann die Schicht ein oder mehrere Lagen der harten Körner aufweisen.
Der Grundkörper sollte aus Stahl, Werkzugstahl, Wolframcarbid oder für Werkzeugmaschinenzwecke geeignete Legierungen bestehen, die Eisen und/oder Molybdän und/oder Wolfram und/oder Legierungen aus Metallen enthalten.
Zum Hartlöten, insbesondere Vakuumhartlöten, sollte ein Lotmaterial verwendet werden, das zumindest ein Metall aus der Gruppe Kupfer, Aluminium, Silber, Zinn, Silizium, Eisen sowie eine Aktivmetallkomponente aus der Gruppe Titan, Titannitrid, Chrom, Zirkonium oder Keramik enthält.
Geometrisch bevorzugte Anordnungen der stäbchenförmigen bzw. plattenförmigen Schleif Abrichtelemente liegen dann vor, wenn die Längsachsen aufeinanderfolgender Abrichtelemente in Abhängigkeit eines Durchmessers der Abrichtronde einen Winkel α im Bereich 2° ≤ α ≤ 45°, vorzugsweise 5° ≤ α ≤ 10° besonders bevorzugt 6° ≤ α ≤ 7° einschließen. Bezvorzugterweise wird der Träger, auf den die harten Körner und die Abrichtelemente durch Hartlöten befestigt sind, durch einen von dem Grundkörper abragenden Steg gebildet. Hierdurch ergibt sich insbesondere der Vorteil, dass problemlos gewünschte Profilierungen bzw. Abrichtflächen bearbeitet werden können.
Das Abrichtelement sollte eine Dicke D mit 0,3 mm ≤ D ≤ 8 mm, insbesondere D = 1,2 mm, und/oder eine Länge L mit 3 mm ≤ L ≤ 10 mm, insbesondere L = 5 mm, und /oder eine Breite B mit 0,3 mm ≤ B ≤ 8 mm, insbesondere B = 1,2 mm, aufweisen.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich nicht nur aus den Ansprüchen, den diesen zu entnehmenden Merkmalen – für sich und/oder in Kombination –, sondern auch aus der nachfolgenden Beschreibung von der Zeichnung zu entnehmenden bevorzugten Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
1 eine Vorderansicht auf eine erste Ausführungsform eines Abrichtwerkzeuges,
2 einen Schnitt durch das Abrichtwerkzeug gemäß 1,
3 eine Einzelheit A des Abrichtwerkzeuges gemäß 2,
4 einen Schnitt durch eine zweite Ausführungsform eines Abrichtwerkzeuges,
5 eine Einzelheit A des Abrichtwerkzeuges gemäß 4,
6 eine Vorderansicht einer dritten Ausführungsform eines Abrichtwerkzeuges,
7 eine Draufsicht auf das Abrichtwerkzeug gemäß 6 aus Ansicht B,
8 einen Schnitt durch das Abrichtwerkzeug gemäß 6,
9 eine Einzelheit des Abrichtwerkzeuges gemäß 8.
Den Figuren, in denen für gleiche Elemente grundsätzlich gleiche Bezugszeichen verwendet werden, sind Ausführungen von als Abrichtrollen zu bezeichnenden rotierenden Abrichtwerkzeugen in Scheibenform zu entnehmen, mit denen ein Abrichten bzw. Profilieren von insbesondere keramischen und keramisch gebundenen Schleifscheiben durchgeführt wird.
Das Abrichtwerkzeug 10 besteht aus einem scheibenförmigen Grundkörper 12, der um eine Achse 14 gedreht wird, die senkrecht die Zeichenebene durchsetzt. Der Grundkörper 12 weist einen peripheren, kreisringförmigen Träger 16 mit einer seitlichen Schicht 18 auf, die aus harten Körnern 20, nachfolgend Diamantkörner 20 genannt, und geometrisch bestimmte oder unbestimmte Formen aufweisenden, vorzugsweise plättchen- oder stabförmigen Abrichtelementen 22 besteht. Die Diamantkörner 20 und die Abrichtelemente 22 sind jeweils durch eine hartgelötete Metallverbindung mit einer Seitenfläche des Trägers 16 zur Bildung der gleichmäßig geschlossenen Schicht 18 verbunden. Der periphere, kreisringförmige Träger 16 mit der Schicht 18 bildet einen Abrichtring. Die plättchen- oder stabförmigen Abrichtelemente sind in der 1 durch gleichmäßig verteilte schwarze Striche 22 angedeutet. Zwischen diesen und den Rückseiten der plättchen – oder stabförmigen Abrichtelemente 18 sind die Diamantkörner 20 mit dem Träger 16 des Grundkörpers 12 verbunden.
Die Abrichtelemente 22 und die Diamantkörner 20 können in einem Arbeitsgang, jedoch auch nacheinander mit dem Träger 16 verbunden werden. Unabhängig hiervon ist vorgesehen, dass zum Löten der Randbereich zunächst mit einem das Hartlöten ermöglichenden Lotmaterial versehen wird. Der Grundkörper 12 mit den platzierten Hartstoffkörnern 20 und Abrichtelementen 22 wird sodann in eine Vakuumkammer eingebracht, in dem das Hartlöten durchgeführt wird.
Zum Hartlöten, insbesondere Vakuumhartlöten sollte ein Lotmaterial verwendet werden, das zumindest ein Metall z.B. aus der Gruppe Kupfer, Silber, Zinn, Silizium, Eisen sowie eine Aktivmetall-Komponente z.B. aus der Gruppe Titan, Titannitrid, Zirkonium, Chrom oder Keramik enthält.
Bei den Diamantkörnern handelt es sich insbesondere um natürliche oder, synthetische Diamantkörnungen sowie kubisches Bornitrid (CBN).
Die stabförmigen Abrichtelemente 22 bestehen insbesondere aus synthetischem Diamant wie CVD, ohne dass hierdurch eine Beschränkung erfolgt. Andere geeignete ultraharte Materialien wie polykristalliner Diamant (PKD) oder monokristalliner Diamant kommen gleichfalls in Frage, wobei die Abrichtelemente bevorzugterweise aus Diamant bestehen oder Diamant enthalten sollten.
Den 2 bis 4 sind Schnittdarstellungen bzw. Einzelheiten von bevorzugten Ausführungsformen scheibenförmigen drehbaren Abrichtwerkzeugen 100 bzw. 200 zu entnehmen, die entsprechend der 1 am Träger verteilt neben Diamantkörnern 120, 220 auch plättchen- oder stabförmige Abrichtelemente 122, 222 aufweisen. Dabei sind die plättchen- oder stabförmigen Abrichtelemente 122, 222 vorzugsweise äquidistant um den Umfang herum verteilt, wobei die Längsachsen aufeinanderfolgender Abrichtelemente in dem Ausführungsbeispiel einen Winkel zwischen 6° und 7° einschließen sollten, wie sich aus der Darstellung gemäß 1 ergibt.
Das Abrichtwerkzeug 100 gemäß 2 und 3 weist einen scheibenförmigen Grundkörper 112 mit einem umlaufenden radial abragenden stegförmigen Träger 116 auf, der einen Rand bildet. Auf einer der von dem Träger gebildeten seitlichen Ringfläche 124 sind sodann die Diamantkörner 120 und die Abrichtelemente 122 durch Hartlöten befestigt.
Durch die 1 und 3 wird erkennbar, dass die Diamantkörner 122 die Abrichtelemente 122 nicht nur seitlich, sondern auch in ihren rückseitigen Randbereichen 126 umgeben. Frontseitig gehen die Abrichtelemente 122 bündig in eine Stirnfläche 128 des stegförmigen Trägers 116 über.
Der den Träger 116 bildende Steg geht von einem im Schnitt dreieckförmigen Abschnitt 130 des Grundkörpers aus, wobei die Begrenzungsflächen beispielhaft einen Winkel von 120° einschließen, wodurch die gewünschte Stabilität für den Träger sichergestellt ist.
Das Ausführungsbeispiel der 4 und 5 unterscheidet sich von dem der 2 und 3 dahingehend, dass der den Träger 216 bildende umlaufende kreisringförmige Steg stirnseitig abgeschrägt ist (Fläche 226), wobei die äußerste Kante 228 in die Stirnfläche 230 des Abrichtelements 222 übergeht, wie die 5 verdeutlicht.
Auch der den Träger 216 bildende Steg geht von Begrenzungsflächen des Grundkörpers 212 aus, die einen Winkel von beispielsweise 120° einschließen, wie sich aus der Zeichnung ergibt.
Die 5 verdeutlicht gleichfalls, dass die Diamantkörner 222 das Abrichtelement 218 rückseitig umgeben.
6 zeigt eine Vorderansicht einer dritten Ausführungsform eines drehbaren Abrichtungswerkzeuges 300, bestehend aus einem scheibenförmigen Grundkörper 312, der um die Achse 14 gedreht wird, die senkrecht die Zeichenebene durchsetzt.
Den 7 bis 9 sind Schnittdarstellungen bzw. Einzelheiten des drehbaren Abrichtwerkzeuges 300 zu entnehmen, wobei der Grundkörper 312 einen peripher umlaufenden stegförmigen Träger 316 mit seitlichen Schichten 318.1, 318.2 aufweist, die jeweils aus harten Körnern 320.1, 320.2 wie Diamantkörnern und stabförmigen Abrichtelementen 222.1, 322.1 bestehen. Diese sind jeweils durch eine hartgelötete Metall- und/oder Keramikverbindung mit einer Seitenfläche 324.1, 324.2 des Trägers 316 verbunden.
Die Abrichtelemente 122, 222, 322 sollten eine Dicke D zwischen 0,3 mm und 8 mm und eine Länge L zwischen 3,0 mm und 10 mm aufweisen. Die Breite sollte in etwa der Dicke entsprechen, so dass sich eine Stabgeometrie in gerader Form ergibt.
Das stabförmige Abrichtelement 122, 222, 322 sollte insbesondere aus synthetischem Diamant bestehen, ohne dass hierdurch eine Beschränkung erfolgt.
Der Grundkörper 12, 112, 212, 312 sollte aus Stahl insbesondere Werkzeugstahl oder sonstigen für Werkzeugmaschinenzwecke geeignete Metalllegierungen bestehen, die insbesondere Eisen und/oder Molybdän und/oder Wolfram und/oder Legierungen aus Metallen und anderen Elementen wie Stahl, Wolfram/Kupfer und ähnlichen enthalten.
Des Weiteren ergibt sich aus den Figuren, dass die Außenflächen der stäbchenförmigen Abrichtelemente 122, 222, 322 in einer Ebene verlaufen, in der auch die Außenfläche der Schicht verläuft, in der sich die harten Körner 120, 220, 320 befinden.
Sowohl die Abrichtelemente 122, 222, 322 als auch die harten Körner 120, 220, 320 sind erwähntermaßen durch eine hartgelötete Metall- und/oder Keramikverbindung mit dem Träger 116, 216, 316 verbunden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 112005001119 B4 [0003]
DE 60914766 T2 [0004]
DE 102010025677 A1 [0005]

Claims

Abrichtwerkzeug (10, 100, 200, 300) umfassend einen Grundkörper (12, 112, 212, 312) mit einem Träger (16, 116, 216, 316), an dem durch eine hartgelötete Verbindung harte Körner (120, 220, 320) wie Körner aus Diamant oder kubischem Bornitrid (CBN) in einer Schicht (18, 118, 218, 318) gebunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zu den harten Körnern (120, 220, 320) am Träger in der Schicht (18, 118, 218, 318) verteilt einstückige plättchen- oder stabförmige Abrichtelemente (22, 122, 222, 312) aus einem Hartstoffmaterial derart durch eine hartgelötete Metall- und/ oder Keramikverbindung mit dem Träger (16, 116, 216, 316) verbunden sind, dass Dicke der durch die harten Körner (120, 220, 320) gebildeten Schicht gleich Dicke D der Abrichtelemente (22, 122, 222, 312) ist.
Abrichtwerkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abrichtelemente (22, 122, 222, 312) aus Diamant bestehen oder Diamant enthalten.
Abrichtwerkzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abrichtelemente (22, 122, 222, 312) eine Quader-, Zylinder-, Ellipsoid- oder Prismenform aufweisen und insbesondere synthetisch wie im CVD- oder HPHT-Verfahren hergestellt sind.
Abrichtwerkzeug nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (12, 112, 212, 312) ein drehbares Scheibenelement ist, wobei der Träger (16, 116, 216, 316) durch einen von dem Grundkörper (12, 112, 212, 312) abragenden kreisringförmigen Steg gebildet ist.
Abrichtwerkzeug nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abrichtelemente (22, 122, 222, 312) insbesondere im äquidistanten Abstand am Träger (16, 116, 216, 316) verteilt radial ausgerichtet sind.
Abrichtwerkzeug nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die harten Körner (312) sowie die Abrichtelemente (312) auf gegenüberliegenden Seitenflächen (324) des stegförmigen Trägers (316) durch die hartgelötete Metall- und/oder Keramikverbindung gebunden und verbunden sind.
Abrichtwerkzeug nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abrichtelemente (22, 122, 222, 312) vom Stirnbereich des Trägers (16, 116, 216, 316) ausgehen und sowohl seitlich als auch stirnbereichsabgewandt von den harten Körnern (120, 220, 320) umgeben sind.
Abrichtwerkzeug nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die harten Körner (120, 220, 320) aus zumindest einem Material der Gruppe natürlicher Diamant, synthetischer Diamant, Hartmetall, kubisches Bornitrid (CBN) oder ultrahartes Material bestehen.
Abrichtwerkzeug nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper aus Metall, insbesondere Werkzeugstahl, oder einer Legierung beinhaltend Eisen und/oder Molybdän und/oder Wolfram und/oder Legierung aus Metallen besteht.
Abrichtwerkzeug (10, 102, 100) nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsachsen aufeinanderfolgender Abrichtelemente (22, 122, 222, 312, 412, 512, 612) einen Winkel α im Bereich 4° ≤ α ≤ 45°, vorzugsweise 5° ≤ α ≤ 10° besonders bevorzugt 6° ≤ α ≤ 7° einschließen.
Abrichtwerkzeug nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Außenfläche der platten- bzw. stabförmigen Abrichtelemente (22, 122, 222, 312) in einer Ebene verläuft, in der auch Außenfläche der Schicht (18, 118, 218, 318) verläuft, in der sich die harten Körner (120, 220, 320) befinden, wobei die Schicht ein oder mehrere Lagen harter Körner umfassen kann.
Abrichtwerkzeug nach zumindest einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Abrichtelement (22, 122, 222, 312, 412, 512, 612) die Dicke D mit 0,3 mm ≤ D ≤ 8 mm, insbesondere D = 1,2 mm, und/oder eine Länge L mit 3 mm ≤ L ≤ 10 mm, insbesondere L = 5 mm, und/oder eine Breite B mit 0,3 mm ≤ B ≤ 8 mm, insbesondere B = 1,2 mm, aufweist.