DE102018003898A1 - Hochglanzpolierverfahren und Verfahren zum Herstellen eines Hochglanzpolierwerkzeugs - Google Patents

Hochglanzpolierverfahren und Verfahren zum Herstellen eines Hochglanzpolierwerkzeugs Download PDF

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Abstract

Ein Hochglanzpolierverfahren zum Bilden einer Hochglanzoberfläche an einem Werkstück (W) mit einem Hochglanzpolierwerkzeug (10), das ein konisch gestaltetes Schneidwerkzeug (14) aus polykristallinem Diamant oder kubischem Bornitrid, das an einem distalen Ende eines Schafts (12) angebracht ist, umfasst, führt das Hochglanzpolieren durch Anlegen einer konischen Oberfläche des Schneidwerkzeugs (14) an eine bearbeitete Oberfläche (Wa) des Werkstücks (W) aus, wobei der Schaft (12) im Verhältnis zu der bearbeiteten Oberfläche (Wa) des Werkstücks (W) geneigt ist.

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Hochglanzpolierverfahren zum Hochglanzpolieren eines Werkstücks und ein Verfahren zum Herstellen eines Hochglanzpolierwerkzeugs, das zum Hochglanzpolieren eines Werkstücks verwendet wird.
  • Beschreibung der verwandten Technik
  • Die japanische Gebrauchsmuster-Offenlegungsschrift Nr. 06-053004 offenbart ein Werkzeug zum Hochglanzpolieren, bei dem eine monokristalline Diamantspitze an dem distalen Ende eines Schafts anhand eines Einsatzes angebracht ist.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Wenn das Material eines Werkstücks Aluminium oder dergleichen ist, das eine relativ geringe Härte aufweist, ist es möglich, dass die monokristalline Diamantspitze, die in der japanischen Gebrauchsmuster-Offenlegungsschrift Nr. 06-053004 offenbart wird, das Hochglanzpolieren ausführt. Wenn das Werkstück jedoch aus einem Material mit hoher Härte, wie etwa rostfreiem Stahl oder Titan, gebildet ist, kann keine monokristalline Diamantspitze verwendet werden, um das Hochglanzpolieren auszuführen. Anstelle eines monokristallinen Diamanten werden Materialien mit höherer Härte, wie etwa polykristalliner Sinterdiamant oder kubisches Bornitrid, als Spitze verwendet. Auf Grund der hohen Härte bestehen jedoch zahlreiche Auflagen für die Bearbeitungsform, so dass die Breite des Schneidwerkzeugs nicht erhöht werden kann, was zu einer geringen Produktivität führt.
  • Die vorliegende Erfindung wurde erdacht, um die obigen Probleme zu lösen, und es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Hochglanzpolierverfahren, das in der Lage ist, die Produktivität beim Hochglanzpolieren eines Werkstücks zu verbessern, und ein Herstellungsverfahren eines Hochglanzpolierwerkzeugs bereitzustellen.
  • Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Hochglanzpolierverfahren, um mit einem Hochglanzpolierwerkzeug eine Hochglanzoberfläche an einem Werkstück zu bilden, das die Schritte umfasst von: Neigen eines Schafts des Hochglanzpolierwerkzeugs im Verhältnis zu einer bearbeiteten Oberfläche des Werkstücks, wobei ein konisch gestaltetes Schneidwerkzeug an einem distalen Ende des Schafts angebracht ist, wobei das Schneidwerkzeug aus polykristallinem Diamant oder kubischem Bornitrid besteht; und Ausführen von Hochglanzpolieren durch Anlegen einer konischen Oberfläche des Schneidwerkzeugs an die bearbeitete Oberfläche.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Produktivität beim Ausführen des Hochglanzpolierens an einem Werkstück zu verbessern.
  • Die obigen und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung besser hervorgehen, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gesehen wird, in denen eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als erläuterndes Beispiel gezeigt wird.
  • Figurenliste
  • Es zeigen:
    • 1 ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration eines Hochglanzpolierwerkzeugs zeigt;
    • 2 ein schematisches Diagramm, das ein Verfahren zum Herstellen eines Hochglanzpolierwerkzeugs zeigt;
    • 3 ein Diagramm, um ein Hochglanzpolierverfahren eines Werkstücks durch ein Hochglanzpolierwerkzeug zu erklären;
    • 4 ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration eines Hochglanzpolierwerkzeugs eines Vergleichsbeispiels zeigt; und
    • 5 ein Diagramm, um ein Hochglanzpolierverfahren eines Werkstücks durch ein Hochglanzpolierwerkzeug eines Vergleichsbeispiels zu erklären.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Die vorliegende Erfindung wird nun mit Bezug auf Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Die folgenden Ausführungsformen schränken die Erfindung, die in den Ansprüchen definiert ist, nicht ein. Nicht alle Merkmalskombinationen, die in den Ausführungsformen beschrieben werden, sind für die Lösungsmittel der Erfindung unbedingt wesentlich.
  • Erste Ausführungsform
  • Konfiguration des Hochglanzpolierwerkzeugs
  • 1 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration eines Hochglanzpolierwerkzeugs 10 der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Das Hochglanzpolierwerkzeug 10 ist an einer Spindel einer Werkzeugmaschine (nicht gezeigt) angebracht und wird zum Hochglanzpolieren (oder Spiegelpolieren) der Oberfläche eines Werkstücks W (3), das aus rostfreiem Stahl oder Titan besteht, verwendet.
  • Bei dem Hochglanzpolierwerkzeug 10 ist ein Schneidwerkzeug 14 an dem distalen Ende eines Schafts 12 angebracht, der durch ein nicht abgebildetes Spannfutter der Spindel anhand eines Hartlötabschnitts 16 eingespannt ist. Das Schneidwerkzeug 14 ist in einer konischen Form gebildet und besteht aus polykristallinem Diamant (nachstehend als PCD bezeichnet) oder aus kubischem Bornitrid (nachstehend als cBN bezeichnet).
  • Herstellungsverfahren eines Hochglanzpolierwerkzeugs
  • 2 ist ein schematisches Diagramm, das ein Verfahren zum Herstellen des Hochglanzpolierwerkzeugs 10 zeigt. Nachdem das Schneidwerkzeug 14 anhand des Hartlötabschnitts 16 an das distale Ende des Schafts 12 angefügt wurde, wird das Schneidwerkzeug 14 des Hochglanzpolierwerkzeugs 10 durch eine Drahtschneide-Funkenerosionsmaschine 20 zu einer konischen Form bearbeitet. Insbesondere bearbeitet die Drahtschneide-Funkenerosionsmaschine 20 das Schneidwerkzeug 14 des Hochglanzpolierwerkzeugs 10 durch funkenerosive Bearbeitung in eine konische Form, während sie das Hochglanzpolierwerkzeug 10 mit einer Drahtelektrode 26, die zwischen oberen und unteren Drahtführungen 22, 24 gespannt ist und im Verhältnis zu einer Geraden, die zur waagerechten Ebene senkrecht ist, geneigt ist, axial dreht. Bei dem Prozess ist die Entladungsbedingung zwischen der Drahtelektrode 26 und dem Schneidwerkzeug 14 geeignet, um während einer einzigen Umdrehung des Hochglanzpolierwerkzeugs 10 um die Achse herum mehrfach geändert zu werden. Die Entladungsbedingung kann periodisch oder nicht periodisch (in unregelmäßigen Intervallen) geändert werden). Dieser Prozess des Bearbeitens des Schneidwerkzeugs 14, während die Entladungsbedingung während der funkenerosiven Bearbeitung geändert wird, ermöglicht es, das Schneidwerkzeug 14 derart zu bilden, dass es eine unregelmäßige Oberfläche ohne Isotropie aufweist. Dabei ist zu beachten, dass das Schneidwerkzeug 14 einer funkenerosiven Bearbeitung in einem Zustand unterzogen werden kann, bei dem die Achse des Hochglanzpolierwerkzeugs 10 im Verhältnis zur waagerechten Ebene geneigt ist, während die Drahtelektrode 26 gespannt ist, um zu der waagerechten Ebene senkrecht zu sein.
  • Verarbeitungsverfahren durch das Hochglanzpolierwerkzeug
  • 3 ist eine Ansicht, um ein Hochglanzpolierverfahren des Werkstücks W durch das Hochglanzpolierwerkzeug 10 zu erklären. Wie in 3 gezeigt, wird beim Hochglanzpolieren des Werkstücks W durch das Hochglanzpolierwerkzeug 10 das Hochglanzpolierwerkzeug 10 im Verhältnis zu dem Werkstück W in der Verarbeitungsrichtung bewegt, wobei die Achse des Hochglanzpolierwerkzeugs 10 (Schaft 12) im Verhältnis zu der Richtung, die zu der bearbeiteten Oberfläche des Werkstücks W, die mit Wa bezeichnet ist, senkrecht steht, geneigt ist, so dass die konische Oberfläche des Schneidwerkzeugs 14 mit der Werkstückfläche Wa in Kontakt gebracht werden kann. Dadurch wird die Gegenkraft (Bearbeitungslast), die auf das Schneidwerkzeug 14 von dem Werkstück W aus einwirkt, wenn das Schneidwerkzeug 14 gegen die bearbeitete Oberfläche Wa gepresst wird, auf den Hartlötabschnitt 16 als zwei zerlegte Komponenten übertragen, d.h. als Schubkraftkomponente (in der axialen Richtung des Hochglanzpolierwerkzeugs 10) und als radiale Kraftkomponente (in der radialen Richtung des Hochglanzpolierwerkzeugs 10).
  • Betrieb und Wirkung
  • Herkömmlicherweise erfolgt das Hochglanzpolieren von Werkstücken aus Aluminium und dergleichen durch ein Hochglanzpolierwerkzeug unter Verwendung eines monokristallinen Diamanten (nachstehend als SCD bezeichnet) als Schneidwerkzeug. Es ist jedoch schwierig, mit dem Schneidwerkzeug des SCD ein Werkstück W aus rostfreiem Stahl, Titan oder dergleichen, die eine höhere Härte als Aluminium und dergleichen aufweisen, auf Hochglanz zu polieren. Daher sind neuerdings Hochglanzpolierwerkzeuge mit Schneidwerkzeugen, die aus PCD und cBN gebildet sind, die eine höhere Härte als der SCD aufweisen, erschienen. Die aktuellen Hochglanzpolierwerkzeuge, die den PCD und cBN als ihr Schneidwerkzeug verwenden, bieten eine schmale Schnittbreite, weil das Schneidwerkzeug sphärisch ist. Um die Schnittbreite zu erhöhen, muss das Schneidwerkzeug breiter gemacht werden. Mit dem PCD und dem cBN ist es jedoch aus den folgenden Gründen schwierig, die Breite des Schneidwerkzeugs im Vergleich zum SCD zu erhöhen.
  • Der erste Grund besteht darin, dass es schwierig ist, obwohl der PCD und das cBN wie der SCD künstlich synthetisiert werden, sie im Vergleich zum SCD zu vergrößern. Der zweite Grund besteht darin, dass es schwierig ist, da der PCD und das cBN härter als der SCD sind und anders als der SCD nicht von Härte oder Orientierung abhängig sind, das Schneidwerkzeug zu bearbeiten, und dass die Form des Schneidwerkzeugs, die bearbeitet werden kann, begrenzt ist.
  • Angesichts der obigen Einschränkungen ist es denkbar, das Schneidwerkzeug in eine zylindrische Form zu bilden, um das Schneidwerkzeug aus PCD oder cBN breiter zu machen. 4 ist ein schematisches Diagramm, das eine Konfiguration eines Hochglanzpolierwerkzeugs 30 eines Vergleichsbeispiels zeigt. Das Hochglanzpolierwerkzeug 30 des Vergleichsbeispiels ist dadurch anders als das Hochglanzpolierwerkzeug 10 der vorliegenden Ausführungsform, dass sein Schneidwerkzeug, das mit 32 bezeichnet ist, eine zylindrische Form aufweist. 5 ist ein Diagramm, um ein Hochglanzpolierverfahren des Werkstücks W durch das Hochglanzpolierwerkzeug 30 des Vergleichsbeispiels zu erklären.
  • Bei dem Hochglanzpolierwerkzeug 30 wird das Hochglanzpolierwerkzeug 10 im Verhältnis zu dem Werkstück W in der Bearbeitungsrichtung bewegt, wobei die Seite des zylindrischen Schneidwerkzeugs 32 an der bearbeiteten Oberfläche Wa anliegt. Die Gegenkraft (Bearbeitungslast) auf das Schneidwerkzeug 32 von dem Werkstück W, wenn das Schneidwerkzeug 32 gegen die bearbeitete Oberfläche Wa gepresst wird, wirkt in der radialen Richtung (Raddialrichtung) des Schneidwerkzeugs 32, so dass die Kraftkomponente in der radialen Richtung auch auf den Hartlötabschnitt 16 ausgeübt wird. Der Hartlötabschnitt 16 ist gegen die Kraft in der radialen Richtung weniger stark als gegen die axiale (Schub-) Kraft. Daher führt das Hochglanzpolierwerkzeug 30 des Vergleichsbeispiels zu dem Risiko, dass das Schneidwerkzeug 32 während der Bearbeitung des Werkstücks W abfällt. Obwohl verhindert werden kann, dass das Schneidwerkzeug 32 abfällt, indem der untere Oberflächenabschnitt des zylindrischen Schneidwerkzeugs 32 in Kontakt mit der bearbeiteten Oberfläche Wa des Werkstücks W gehalten wird, ist es nicht möglich, die bearbeitete Oberfläche Wa mit dem unteren Oberflächenabschnitt des Schneidwerkzeugs 32 zu bearbeiten, wenn die bearbeitete Oberfläche Wa eine bogenförmige innere Umfangsfläche aufweist.
  • Um damit fertigzuwerden, wird bei der vorliegenden Ausführungsform das Schneidwerkzeug 14 in einer konischen Form gebildet und wird verwendet, um das Werkstück W zu bearbeiten, indem das Hochglanzpolierwerkzeug 10 (Schaft 12) in der Verarbeitungsrichtung im Verhältnis zu dem Werkstück W bewegt wird, wobei seine Achse im Verhältnis zu der Richtung, die zu der bearbeiteten Oberfläche Wa des Werkstücks W senkrecht steht, geneigt ist und die konische Oberfläche des Schneidwerkzeugs 14 an der Werkstückoberfläche Wa anliegt. Dadurch wird die Gegenkraft (Bearbeitungslast), die auf das Schneidwerkzeug 14 von dem Werkstück W aus einwirkt, wenn das Schneidwerkzeug 14 an der bearbeiteten Oberfläche Wa anliegt, auf den Hartlötabschnitt 16 als Schubkraftkomponente (in der axialen Richtung des Hochglanzpolierwerkzeugs 10) und als radiale Kraftkomponente (in seiner Radialrichtung) übertragen. Entsprechend wird die Kraft, die auf den Hartlötabschnitt 16 einwirkt, auf eine Kraftkomponente in der axialen Richtung (Schubrichtung), in welcher der Hartlötabschnitt 16 eine höhere Festigkeit als in der radialen Richtung (radialen Richtung) aufweist, verteilt, um verhindern zu können, dass das Schneidwerkzeug 14 abfällt. Ferner wird das Schneidwerkzeug 14 in einer konischen Form gebildet, und kann daher breiter gemacht werden, um eine große Schnittbreite für das Hochglanzpolierwerkzeug 10 zu sichern, die zu verbesserter Produktivität führt.
  • Ferner wird bei der vorliegenden Ausführungsform das Schneidwerkzeug 14 durch funkenerosive Bearbeitung in eine konische Form gebildet. Wenn das Hochglanzpolierwerkzeug 10 ferner eine Umdrehung um die Achse herum gedreht wird, wird die Entladungsbedingung zwischen der Drahtelektrode 26 und dem Schneidwerkzeug 14 mehrfach geändert. Dadurch ist es möglich, das Schneidwerkzeug 14 bereitzustellen, das konfiguriert ist, um an der bearbeiteten Oberfläche Wa des Werkstücks W mit einer unregelmäßigen Oberfläche ohne Isotropie anzuliegen. Dadurch kann die bearbeitete Oberfläche Wa des Werkstücks W nach dem Hochglanzpolieren durch das Hochglanzpolierwerkzeug 10 zu einer Oberfläche ohne Polierlinien gebildet werden.
  • Andere Ausführungsformen
  • Obwohl die vorliegende Erfindung mit Bezug auf die Ausführungsformen beschrieben wurde, ist der technische Umfang der vorliegenden Erfindung nicht auf den in den obigen Ausführungsformen beschriebenen Umfang einzuschränken. Es ist selbstverständlich, dass diverse Änderungen und/oder Verbesserungen zu den obigen Ausführungsformen hinzugefügt werden können. Es geht aus der Beschreibung des Umfangs der Ansprüche hervor, dass Ausführungen mit derartigen Änderungen und/oder Verbesserungen in dem technischen Umfang der vorliegenden Erfindung enthalten sein können.
  • Aus den Ausführungsformen erzielte technische Ideen
  • Die technischen Ideen, die sich aus der obigen Ausführungsform erschließen, werden nachstehend beschrieben.
  • Bei einem Hochglanzpolierverfahren zum Bilden einer Hochglanzoberfläche an dem Werkstück (W) durch das Hochglanzpolierwerkzeug (10), wobei das Hochglanzpolierwerkzeug (10) den Schaft (12) und das konisch gestaltete Schneidwerkzeug (14), das an einem distalen Ende des Schafts (12) angebracht ist, umfasst, wobei das Schneidwerkzeug (14) aus polykristallinem Diamant oder kubischem Bornitrid besteht, umfasst das Verfahren einen Schritt von: Ausführen von Hochglanzpolieren durch Anlegen der konischen Oberfläche des Schneidwerkzeugs (14) an eine bearbeitete Oberfläche (Wa) des Werkstücks (W), wobei der Schaft (12) im Verhältnis zu der bearbeiteten Oberfläche (Wa) des Werkstücks (W) geneigt ist. Dadurch wird die Gegenkraft (Bearbeitungslast), die auf das Schneidwerkzeug (14) von dem Werkstück (W) aus einwirkt, wenn das Schneidwerkzeug (14) gegen das Werkstück (W) gepresst wird, in die axiale Kraftkomponente (in der Schubrichtung des Hochglanzpolierwerkzeugs (10)) und die radiale Kraftkomponente (in der radialen Richtung des Hochglanzpolierwerkzeugs (10)) zerlegt, so dass verhindert werden kann, dass das Schneidwerkzeug (14) abfällt.
  • Bei einem Verfahren zum Herstellen des Hochglanzpolierwerkzeugs (10), das den Schaft (12) und das konisch gestaltete Schneidwerkzeug (14), das an einem distalen Ende des Schafts (12) angebracht ist, umfasst, wobei das Schneidwerkzeug (14) aus polykristallinem Diamant oder kubischem Bornitrid besteht, umfasst das Verfahren einen Schritt von: Bearbeiten des Schneidwerkzeugs (14) in eine konische Form, während das Schneidwerkzeug (14) im Verhältnis zu der Drahtelektrode (26) durch die Drahtschneide-Funkenerosionsmaschine (20) gedreht wird. Dadurch kann die Oberfläche des Schneidwerkzeugs (14), die an dem Werkstück (W) anliegt, zu einer unregelmäßigen Oberfläche ohne Isotropie gemacht werden, so dass die bearbeitete Oberfläche (Wa) des Werkstücks (W) nach dem Hochglanzpolieren durch das Hochglanzpolierwerkzeug (10) zu einer Oberfläche ohne Polierlinien gebildet werden kann.
  • Bei dem Verfahren zum Herstellen des Hochglanzpolierwerkzeugs (10), wenn das Schneidwerkzeug (14) zu der konischen Form bearbeitet wird, während es im Verhältnis zu der Drahtelektrode (26) durch die Drahtschneide-Funkenerosionsmaschine (20) gedreht wird, kann die Entladungsbedingung zwischen der Drahtelektrode (26) und dem Schneidwerkzeug (14) während einer Umdrehung des Schneidwerkzeugs (14) geändert werden. Dadurch kann die Oberfläche des Schneidwerkzeugs (14), die an dem Werkstück (W) anliegt, zu einer unregelmäßigen Oberfläche ohne Isotropie gemacht werden, so dass die bearbeitete Oberfläche (Wa) des Werkstücks (W) nach dem Hochglanzpolieren durch das Hochglanzpolierwerkzeug (10) zu einer Oberfläche ohne Polierlinien gebildet werden kann.

Claims (3)

  1. Hochglanzpolierverfahren zum Bilden einer Hochglanzoberfläche an einem Werkstück (W) durch ein Hochglanzpolierwerkzeug (10), umfassend die Schritte von: Neigen eines Schafts (12) des Hochglanzpolierwerkzeugs (10) im Verhältnis zu einer bearbeiteten Oberfläche (Wa) des Werkstücks (W), wobei ein konisch gestaltetes Schneidwerkzeug (14) an einem distalen Ende des Schafts (12) angebracht ist, wobei das Schneidwerkzeug (14) aus einem polykristallinen Diamanten oder aus kubischem Bornitrid besteht; und Ausführen von Hochglanzpolieren durch Anlegen einer konischen Oberfläche des Schneidwerkzeugs (14) an die bearbeitete Oberfläche (Wa).
  2. Verfahren zum Herstellen eines Hochglanzpolierwerkzeugs (10), umfassend die Schritte von: Neigen eines Schneidwerkzeugs (14), das an einem distalen Ende eines Schafts (12) des Hochglanzpolierwerkzeugs (10) angebracht ist, im Verhältnis zu einer Richtung, in der sich eine Drahtelektrode (26) einer Drahtschneide-Funkenerosionsmaschine (20) erstreckt, wobei das Schneidwerkzeug (14) aus polykristallinem Diamant oder kubischem Bornitrid besteht; und Bearbeiten des Schneidwerkzeugs (14) in eine konische Form durch die Drahtschneide-Funkenerosionsmaschine (20), während das Schneidwerkzeug (14) axial gedreht wird.
  3. Verfahren zum Herstellen des Hochglanzpolierwerkzeugs (10) nach Anspruch 2, wobei in dem Schritt des Bearbeitens des Schneidwerkzeugs (14) eine Entladungsbedingung zwischen der Drahtelektrode (26) und dem Schneidwerkzeug (14) während einer Umdrehung des Schneidwerkzeugs (14) geändert wird.
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