DE10337841A1

DE10337841A1 - Werkzeug für Werkzeugmaschinen mit einem Schneidbelag sowie Verfahren zur Befestigung eines Schneidbelags

Info

Publication number: DE10337841A1
Application number: DE2003137841
Authority: DE
Inventors: Walter Linder; Bernd Rometsch; Roberto Mulone
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2003-08-18
Filing date: 2003-08-18
Publication date: 2005-03-17

Abstract

Die Erfindung geht aus von einem Werkzeug für Werkzeugmaschinen mit einem Grundkörper (10) und einem Schneidbelag (12), der abrasive Schneidkörper (14) aufweist, die in ein Bindematerial (16) eingebettet sind. DOLLAR A Es wird vorgeschlagen, dass der Schneidbelag (12) zumindest bereichsweise durch ein lokal appliziertes Aufheizverfahren auf dem Grundkörper (10) befestigt ist.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Werkzeug für Werkzeugmaschinen mit einem Schneidbelag sowie einem Verfahren zur Befestigung eines Schneidbelags nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche.

Aus der DE 101 29 597 C1 ist eine Trennscheibe bekannt, bei der ein Schneidbelag mit abrasiven Schneidkörpern aus metallgebundenen Diamantkristallen armiert ist. Mit einem derartigen Werkzeug lässt sich beispielsweise armierter Beton trennen. Der Schneidbelag wird gebildet, indem die Schneidkörper beim Kaltpressen eines Grünlings mit einem Bindematerial gemischt verpresst und in einem Sinterprozess bei hoher Temperatur mit einem Grundkörper der Trennscheibe verbunden werden.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung geht aus von einem Werkzeug für Werkzeugmaschinen mit einem Grundkörper und einem daran befestigten Schneidbelag mit abrasiven Schneidkörpern. Weiterhin geht die Erfindung aus von einem Verfahren zum Befestigen von Schneidkörpern.

Es wird vorgeschlagen, dass der Schneidbelag zumindest bereichsweise durch ein lokal appliziertes Aufheizverfahren auf dem Grundkörper befestigt ist. Ein Aufheizen des gesamten Werkzeugs kann vermieden werden. Vorzugsweise ist nur ein Bindematerial aufzuschmelzen, in dem die Schneidkörper enthalten sind, welches nach dem Erstarren den Schneidbelag oder einen Teil des Schneidbelags bildet. Ein bevorzugtes Bindematerial ist Bronze. Ein günstiges Aufheizverfahren ist eine Bestrahlung mit einem energiereichen Strahl, etwa einem Laserstrahl, einem Mikrowellenstrahl oder einem Elektronenstrahl. Die Schneidkörper werden thermisch nur wenig belastet, so dass etwaige unerwünschte chemische Reaktionen der Schneidkörper unterbleiben. Da das Aufschmelzen vorzugsweise nur kurzzeitig erfolgt und lokal in dem Bereich wirkt, in dem die Strahlung einwirkt, ist auch eine thermische Belastung des Grundkörpers entsprechend gering. Der Grundkörper ist vorzugsweise aus Metall. Es können jedoch alternativ oder zusätzlich auch andere Materialien, etwa Keramik oder sogar Kunststoff, eingesetzt werden.

Sind die Schneidkörper aus einem diamantfreien Hartstoff gebildet, ist die Lebensdauer des Werkzeugs bei einer Bearbeitung von eisenhaltigen Werkstücken, insbesondere Stahl, ver bessert. Es treten praktisch keine unerwünschten Reaktionen der Schneidkörper mit Eisen auf.

Ist der Hartstoff durch mindestens eine Verbindung aus der Gruppe von Carbiden, Nitriden, Carbonitriden oder Mischungen davon gebildet, stehen Schneidkörper zur Verfügung, welche nahezu die Härte von Diamant aufweisen. Bevorzugt ist der Hartstoff ein während eines Bearbeitungsvorgangs eines eisenhaltigen Werkstücks gegenüber Eisen im Wesentlichen inerter Stoff. Damit gelingt eine Verbesserung der Lebensdauer des Werkzeugs. Besonders günstig sind Hartstoffe wie Wolframcarbid, Siliziumcarbid oder kubisches Bornitrid. Schneidkörper aus diesen Werkstoffen sind besonders für die Stahlbearbeitung geeignet, da sie im Gegensatz zu Diamant-Schneidkörpern bei der Bearbeitung von Stahl nicht oder kaum mit Eisen reagieren. Vorteilhaft ist, die Schneidkörper zu beschichten, um eine bessere Haftung mit dem Bindematerial zu erzielen.

In einer günstigen Ausgestaltung ist zwischen Schneidbelag und Grundkörper eine Haftvermittlerschicht angeordnet. Dadurch ist die Haftung des Schneidbelags auf dem Grundkörper verbessert.

Es wird vorgeschlagen, einen Schneidbelag auf einem Grundkörper eines Werkzeugs zu befestigen, indem zumindest bereichsweise auf den Grundkörper ein Gemisch aus Schneidkörpern und Bindematerial aufgebracht wird, das nachfolgend durch energiereiche elektromagnetische Strahlung lokal aufgeheizt wird. Das Werkzeug selbst und auch die Schneidkörper werden thermisch weniger belastet. Besonders bevorzugt wird das Gemisch durch die Strahlung lokal aufgeschmolzen. Die Strahlung kann als kontinuierlicher Strahl oder als gepulster Strahl auf das Gemisch bzw. den späteren Schneidbelag einwirken. Vorzugsweise wird nur das Bindematerial im bestrahlten Bereich aufgeschmolzen. Vorteilhaft ist, die Strahlung nur gerade so lange einwirken zu lassen, bis der bestrahlte Bereich aufgeschmolzen ist. Die Dauer des Aufschmelzens ist erheblich kürzer als ein üblicher Sintervorgang des gesamten Werkzeugs. Durch eine gerichtete Bestrahlung wird in einem einzigen Schritt das Gemisch lokal gesintert und mit dem Grundkörper verbunden, wobei das erstarrte Gemisch den Schneidbelag bildet. Es können mehrere Schritte des Aufbringens mit anschließendem Aufschmelzen und Erstarren des Gemischs aufeinander folgend ausgeführt werden. Bei jedem Schritt wächst die Dicke des Schneidbelags an, bis ein gewünschter Wert erreicht ist. Das Gemisch kann als Pulver aufgetragen werden oder auch als Schlicker, dessen Lösungsmittel beim Aufschmelzen verdampft.

Bewegt sich dabei der Grundkörper relativ zu einer Materialquelle und/oder einer Energiequelle, können eine Einwirkungszeit der Strahlung und die thermische Belastung des Werkzeugs optimiert werden. Die Materialquelle kann Schneidkörper und Bindematerial als Gemisch im Materialstrahl bereitstellen oder Schneidkörper und Bindematerial als getrennte Materialstrahlen aufbringen. Im Fall einer Trennscheibe kann diese um ihre Rotationsachse gedreht werden, während entlang ihres Umfangs ein Gemisch aus Schneidkörpern und Bindematerial aufgebracht wird, welches dann durch Bestrahlung aufgeschmolzen wird. Ein elektromagnetischer Strahl kann direkt auf den Materialstrahl folgen, so dass frisch aufgebrachtes Gemisch gleich aufgeschmolzen wird und kurz darauf bereits erstarrt ist. Die Zahl der Umdrehungen der Trennscheibe bestimmt vorteilhaft die Dicke des Schneidbelags.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird vor dem Aufbringen des Gemischs eine Haftvermittlerschicht auf den Grundkörper aufgetragen, wodurch die Haftung des Gemischs und letztlich des Schneidbelags verbessert wird. Der Fachmann wird hier eine sinnvoll erscheinende Auswahl aus üblichen Haftvermittlerschichten treffen.

In einer sehr günstigen Ausgestaltung wird der Grundkörper zwischen zwei Kokillen so angeordnet, dass der Grundkörper mit seinen Flachseiten zwischen den Kokillen liegt und eine Fuge zwischen den Kokillen gebildet wird. Dann wird ein Materialstrahl aus Haftvermittlermaterial in die Fuge eingebracht und das eingebrachte Material von einem energiereichen Strahl aufgeschmolzen. Dann wird ein Gemisch aus Schneidkörpern und einem Bindematerial so in die Fuge gegeben, dass das Gemisch in der Fuge auf dem Grundkörper abgelagert wird. Auf das Ablagern des Gemischs folgt ein Strahl energiereicher Strahlung, und das Gemisch in der Fuge schmilzt im Bereich des Strahls auf. Die Fuge zwischen den beiden Kokillen bildet Begrenzungswände für den sich bildenden Schneidbelag. Da die Haftvermittlerschicht mit demselben lokal applizierten Laserstrahl auf dem Grundkörper befestigt wird, kann ein sehr effizientes Herstellverfahren erreicht werden.

Sehr günstig ist die Verwendung eines Lasers als Strahlungsquelle, da der lokale Aufschmelzvorgang definiert gesteuert werden kann. Besonders geeignet ist ein YAG-Laser oder ein Excimer-Laser. Vorteilhaft kann eine Wellenlänge der Strah lung auf ein Absorptionsmaximum des Gemischs von Schneidkörpern und Bindematerial eingestellt werden, so dass der Aufschmelzvorgang besonders effektiv ist und besonders schnell vonstatten geht. Zweckmäßig ist dabei, ein Absorptionsmaximum des Bindematerials auszuwählen, so dass die Schneidkörper thermisch nur gering belastet werden. Nach dem Erstarren des Bindematerials sind die Schneidkörper dann kraftschlüssig und formschlüssig in das Bindematerial eingebacken. Ein günstiges Bindematerial ist z.B. Bronze. Der Fachmann wird hier eine sinnvoll erscheinende Auswahl aus üblichen Bindematerialien treffen.

Wird das Gemisch nur auf Segmenten des Grundkörpers aufgetragen, wird der Materialverbrauch reduziert. Ein Schneidbelag wird nur an den Stellen des Werkzeugs gebildet, an denen dieser zur Bearbeitung von Werkstücken notwendig ist.

Besonders günstig wird der Grundkörper beim Aufheizen und/oder Aufschmelzen des Gemischs auf einer Temperatur von höchstens 100°C gehalten. Dies kann über die Kokillen eingestellt werden, die den Grundkörper beim lokalen Aufschmelzen auf eine günstige Temperatur kühlen. Besonders günstig ist es, den Grundkörper auf einer Temperatur von höchstens 40°C zu halten.

Die erfindungsgemäße Lösung kann bei verschiedenen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Werkzeugen mit abrasiven Schneidkörpern eingesetzt werden, wie beispielsweise bei Bohrern, Schleifwerkzeugen und insbesondere bei Trennscheiben.

Zeichnung

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.

Es zeigen:
1(a) einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Trennscheibe, (b) und eine Draufsicht auf die Trennscheibe,
2 eine Draufsicht auf ein Detail der Trennscheibe aus 1,
3 einen Querschnitt durch den Ausschnitt der Trennscheibe in 2,
4 schematisch einen bevorzugten Verfahrensablauf beim Befestigen eines Schneidbelags,
5 einen Querschnitt durch einen Grundkörper, der zwischen zwei Kokillen liegt, bei der Beschichtung.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
1 zeigt eine erfindungsgemäße Trennscheibe 18 eines nicht näher dargestellten Trennschleifers mit einem Grundkörper 10 und einzelnen Segmenten 20 als einen seitlichen Schnitt (1a) durch die Trennscheibe 18 und eine Draufsicht (1b). Die Trennscheibe 18 ist um eine Rotationsachse 22 drehbar. Die Segmente 20 weisen einen Schneidbelag 12 auf, der abrasive Schneidkörper 14 enthält, die in ein Bindematerial 16 eingebettet sind (2). Der äußere Rand des Schneidbelags 12 bildet eine Schneidfläche 50. Die Schneidkörper 14 sind bevorzugt aus einem Hartstoff, welcher beim Bearbeiten eines eisenhaltigen Werkstoffs im Wesentlichen inert gegenüber Eisen ist, bevorzugt Wolframcarbid, Siliziumcarbid und/oder kubisches Bornitrid.
Der Schneidbelag 12 ist zumindest bereichsweise durch ein lokal appliziertes Aufheizverfahren auf dem Grundkörper 10 befestigt und ist in radialer Richtung an einem äußeren Umfang des Grundkörpers 10 angeordnet. Der Schneidbelag 12, oder zumindest Bereiche davon, werden kurzzeitig dabei aufgeschmolzen. Der Schneidbelag 12 weist eine obere und untere Flachseite 24, 26 auf, die bei der Herstellung durch voneinander beabstandete Kokillen 42, 44 geformt werden. Zur besseren Verankerung umgreift der Schneidbelag 12 den Grundkörper 10 bzw, die Segmente 20 am äußeren Umfang geringfügig mit dem Grundkörper 10. Zwischen Schneidbelag 12 und Grundkörper 10 ist eine Haftvermittlerschicht 36 angeordnet (3, 4, 5).
Der Schneidbelag 12 wird auf dem Grundkörper 10 eines Werkzeugs befestigt, indem eine Schicht 38 eines Gemischs aus Bindematerial 16 und Schneidkörpern 14 aufgebracht wird, die nachfolgend durch energiereiche elektromagnetische Strahlung einer Energiequelle 28 lokal aufgeheizt, bevorzugt lokal auf geschmolzen wird (4). Besonders bevorzugt wird dazu ein Laserstrahl 30 eingesetzt.
Der Grundkörper 10 wird zwischen zwei Kokillen 42, 44 so angeordnet, dass der Grundkörper 10 mit seinen Flachseiten 46, 48 zwischen den Kokillen 42, 44 liegt und eine Fuge 40 zwischen den Kokillen 42, 44 gebildet wird. In diese Fuge 40 wird ein Materialstrahl mit einem Haftvermittlermaterial eingebracht und das Haftvermittlermaterial mit dem Laserstrahl 30 aufgeschmolzen. Anschließend wird ein Materialstrahl 34 einer Materialquelle 32 mit einem Gemisch von Schneidkörpern 14 und Partikeln eines Bindematerials 16 so in die Fuge 40 eingebracht, dass das Gemisch als Schicht 38 in der Fuge 40 auf dem Grundkörper 10 bzw. der Haftvermittlerschicht 36 abgelagert wird. Nachfolgend auf den Materialstrahl 34 wird der Laserstrahl 30 auf die Schicht 38 gerichtet, dessen energiereiche elektromagnetische Strahlung das Gemisch in der Schicht 38 bis zum Schmelzpunkt erhitzt und in der Fuge 40 aufschmilzt. Nach dem Erstarren bildet das erstarrte Gemisch den Schneidbelag 12, dessen Breite durch den Abstand der beiden Kokillen 42, 44 definiert wird. Die Kokillen 42, 44 kühlen dabei den Grundkörper 10 während des Aufheizens und/oder Aufschmelzens des Gemischs auf eine Temperatur unterhalb von 100°C, bevorzugt höchstens 40°C.

10: Grundkörper
12: Schneidbelag
14: Schneidkörper
16: Bindematerial
18: Trennscheibe
20: Segment
22: Rotationsachse
24: Seitenfläche
26: Seitenfläche
28: Energiequelle
30: Elektromagnetischer
: Strahl
32: Materialquelle
34: Materialstrahl
36: Haftvermittlerschicht
38: Schicht des Gemischs
40: Fuge
42: Kokille
44: Kokille
46: Flachseite
48: Flachseite
50: Schneidfläche

Claims

Werkzeug für Werkzeugmaschinen mit einem Grundkörper (10) und einem Schneidbelag (12), der abrasive Schneidkörper (14) aufweist, die in ein Bindematerial (16) eingebettet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Schneidbelag (12) zumindest bereichsweise durch ein lokal appliziertes Aufheizverfahren auf dem Grundkörper (10) befestigt ist.
Werkzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schneidkörper (14) aus einem diamantfreien Hartstoff gebildet sind.
Werkzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hartstoff mindestens eine Verbindung aus der Gruppe von Carbiden, Nitriden, Carbonitriden oder Mischungen davon ist.
Werkzeug nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hartstoff ein gegenüber Eisen im Wesentlichen inerter Stoff ist.
Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Schneidbelag (12) und Grundkörper (10) eine Haftvermittlerschicht (36) angeordnet ist.
Werkzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bindematerial (16) Bronze aufweist.
Verfahren zur Befestigung eines Schneidbelags (12) auf einem Grundkörper (10) eines Werkzeugs nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gemisch aus Schneidkörpern (14) und Bindematerial (16) auf dem Grundkörper (10) durch elektromagnetische Strahlung lokal aufgeheizt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch durch die Strahlung aufgeschmolzen wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Aufbringen des Gemischs eine Haftvermittlerschicht (36) auf den Grundkörper (10) aufgetragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass – der Grundkörper (10) zwischen zwei Kokillen (42, 44) so angeordnet wird, dass der Grundkörper (10) mit seinen Flachseiten (46, 48) zwischen den Kokillen (42, 44) liegt und eine Fuge (40) zwischen den Kokillen (42, 44) gebildet wird, – ein Materialstrahl mit einem Haftvermittlermaterial in die Fuge (40) eingebracht wird und das Haftvermittlermaterial mit einem Laserstrahl (30) aufgeschmolzen wird, – ein Materialstrahl (34) mit einem Gemisch aus Schneidkörpern (14) und einem Bindematerial (16) so in die Fuge (40) eingebracht wird, dass das Gemisch in der Fuge (40) auf dem Grundkörper (10) abgelagert wird, – auf den Materialstrahl (34) ein Laserstrahl (30) folgt und das Gemisch in der Fuge (40) aufschmilzt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch nur auf Segmenten (20) des Grundkörpers (10) aufgetragen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (10) beim Aufheizen und/oder Aufschmelzen des Gemischs auf einer Temperatur unterhalb von 100°C gehalten wird.