DE1113830B - Verfahren zur Herstellung von verschleissfesten Werkzeugen aus einem Verbundwerkstoff - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung von verschleißfesten Werkzeugen aus einem Verbundwerkstoff Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von verschleißfesten Werkzeugen, bei dem in die Porenräume eines bindungsfrei oder mittels einer Bindung aus metallischen oder nichtmetallischen Hartstoffkörnern (Wolframkarbid, Borkarbid, Aluminiumoxyd u. dgl.) beispielsweise durch Sinterung hergestellten Skeletts unter Einwirkung von Schwingungen in kaltem Zustand weitere feinkörnigere Hartstoffteilchen, die härter als die Skelett-Teilchen und stofflich von anderer Zusammensetzung sind (Diamant, Borkarbid, Aluminiumoxyd u. dgl.), eingebracht werden, worauf zu deren Fixierung das gesamte Werkzeug durch Tränkung, erforderlichenfalls unter Überdruck (Schleudern), mit einer zusätzlichen -metallischen oder nichtmetallischen Bindung (z. B. reinem Kobalt, aushärtbarem Kunstharz) durchsetzt wird. Es kann auch eine zusätzliche Fixierung der nachträglich eingebrachten feinkörnigeren Hartstoffteilchen durch mechanische Verdichtung erfolgen, also eine Beseitigung der Poren des gesamten Werkzeuges oder von Teilen von ihm, wobei je nach der Plastizität der verwendeten Werkstoffe bei einer Temperatur verdichtet wird, welche die Hartstoffteilchen hinsichtlich ihrer Härte nicht ungünstig beeinflußt.
• Das so hergestellte Werkzeug kann entweder eine glatte und dichte Oberfläche haben und kann so als verschleißfestes Dreh- oder Fräswerkzeug verwendet werden, oder es kann auch eine von Porenräumen durchsetzte Struktur aufweisen, wodurch es als Schleifwerkzeug geeignet ist. Um diese ursprünglich vorhandene Porosität bis zu einem gewissen Grad wiederzuerlangen, wird das überschüssige, bei der Tränkung flüssige Bindungsmaterial vor seinem Erstarren oder Aushärten unter Wirkung von Zentrifugalkräften, Unterdruck u. dgl. teilweise aus den Porenräumen wieder entfernt.
• Es sind bereits unterschiedlich gestaltete und den verschiedensten Verwendungszwecken dienende Werkzeuge bekannt, die aus Hartstoffpartikelchen mit voneinander sich unterscheidendem Charakter und Körnung aufgebaut sind. Drehwerkzeuge z. B. können eine Wolframkarbid-Titankarbid-Basis aufweisen, Schleifkörper können gleichzeitig als Hartstoffe Sili:-ziumkarbidkörner und Aluminiumo4ydkömer aufweisen. Der chemische Aufbau der Hartstoffteilchen gestattet jedoch nicht eine beliebige Kombination, da die verschiedenen Hartstoffe, insbesondere unter Einwirkung der Temperaturen,' die beim Sintern aufzuwenden sind, chemisch sich verändern. So kann z. B. Borkarbid, das bekanntlich den härtesten, synthetisch hergestellten Werkstoff darstellt, nicht keramisch gebunden werden, da bei der Sintertemperatur einer keramischen Bindungsmasse das Borkarbid sich chemisch so verändert, daß es einen großen Teil seiner Härte einbüßt.
• Nach dem Erfindungsgedanken werden die Porenräume eines bindungsfrei oder unter Verwendung einer Bindung zusammengehaltenen Werkzeugkörpers in kaltem Zustand teilweise oder ganz mit entsprechend feinkörnigem Hartstoff ausgefüllt, worauf anschließend bei einer Temperatur, die der zusätzlich eingebrachte Hartstoff, ohne sich chemisch zu verändern, noch verträgt, ein metallisches oder nichtmetallisches Bindemittel eingeführt wird, das dann innerhalb der großen Zahl von Porenräumen den entsprechenden Festsitz des eingebrachten Hartstoffes gewährleistet.
• Einige, nur als Beispiele zu wertende Anwendungsfälle sollen den Gegenstand der Erfindung näher kennzeichnen: Beispiel 1 Die bekannten, auf Wolframkarbid-Titankarbid-Basis aufgebauten Hartmetall-Bearbeitungswerkzeuge weisen nach Abspanung einer bestimmten Menge eines Werkstoffes einen Verschleiß auf, der sich z. B. als Auskolkung auf der Spanfläche bemerkbar macht. Diese Hartmetallwerkzeuge sollen nach dem Erfindungsgedanken nun so aufgebaut werden, daß zunächst in bekannter Weise ein Karbidskelettkörper gebildet wird. Der Zusammenhang zwischen den einzelnen Karbidteilchen wird durch Zusammensintern, erforderlichenfalls unter Druckausübung, geschaffen. Nach Abkühlung des Karbidskelettkörpers wird feinkörniges Aluminiumoxyd, Borkarbid oder auch Diamantkorn in die Porenräume des Skelettkörpers eingebracht, wobei der Skelettkörper zweckmäßigerweise in Schwingungen im Ultraschallbereich versetzt wird. Erst nach teilweiser oder ganzer Ausfüllung der Porenräume des Skelettkörpers mit Haristoffkörnern wird nunmehr durch Tränkung ein metallischer Binder, z. B. reines Kobalt, ein nichrinetallischer Schmelzfluß, wie er bei Herstellung keramischer Schleifscheiben angewendet wird, oder auch ein pulverförmiger oder flüssiger hitzebeständiger Kunststoffbinder eingeführt.
• Durch diese vorstehend beschriebenenMaßnahmen entsteht ein hochverschleißfester Werkzeugkörper, der einmal infolge der hohen Druckfestigkeit der Metallkarbide und des gesamten Karbidgerüstes stabile Schneidkanten aufweist, der jedoch andererseits in seinen Porenräumen Einbettungen von Partikelchen höchster Härte (Diamant-, Borkarbid, Aluminiumoxydkörner) enthält, die wiederum den Verschleiß auf ein Minimum herabsetzen. Es liegt hier eine rein mechanisch zur Wirkung gelangende Kombination zwischen einem metallkeramischen und einem oxydkeramischen Werkstoff vor. Diese Möglichkeiten der Minderung des Verschleißes lassen sich nicht nur bei Bearbeitungswerkzeugen, z. B. Drehwerkzeugen, Fräsermessern u. dgl., ausnutzen, sondern auch bei anders gearteten und gestalteten Körpern, z. B. Sandstrahldüsen, den Meßflächen von Lehren u. dgl.
• Beispiel 2 Eine Steigerung der Verschleißhärte läßt sich bei oxydkeramischen Werkzeugen in gleicher Weise, wie bei Beispiel 1 beschrieben, dadurch erzielen, daß in die zahlreichen Porenräume eines aus reinen Aluminiumoxydpartikelchen gesinterten Werkzeugkörpers Borkarbidkörner oder Diamantkörner eingebracht und dann in gleicher Weise, wie bereits beschrieben, darin festgehalten werden. Beispiel 3 Zur Herstellung von leistungsfähigen, beliebig gestalteten Schleifwerkzeugen, z. B. Schleifscheiben, Trennscheiben, Segmenten, Honsteinen, Feilen u. dgl., werden in die Porenräume eines mittels einer keramischen oder Kunststoffbindung hergestellten Sihziumkarbid-Schleifwerkzeuges Borkarbidkörner eingebracht, worauf anschließend mittels einer niedrigschmelzenden keramischen Bindung oder eines bei Hitze härtbaren Kunststoffbinders die Fixierung der Borkarbidkörner innerhalb der zahlreichen Porenräume der Schleifscheibe erfolgt. Da beim Schleifen Spankammem, also Porenräume, unerläßlich sind, muß hier der vorstehend erwähnte Binder vor seinem Erstarren oder Aushärten teilweise aus den Porenräumen durch Herausschleudern wieder entfernt werden. Das eingebrachteBorkarbidkorn bleibt dann nur an der Wandung der Porenräume haften.
• Da bekanntlich das Siliziumkarbid hinsichtlich seiner Härte etwa derjenigen der Hartmetalle entspricht, wird der Abspanprozeß beim Schleifen von Wolfrarmkarbidwerkzeugen durch die zusätzliche Verwendung des wesentlich härteren Borkarbides besonders begünstigt, während der spezifische Schleifscheibenverbrauch verkleinert wird.
• Naturgemäß läßt sich die Zahl der Beispiele für die Anwendung des Verfahrens nach dem Erfindungsgedanken im Rahmen dieser Schrift nicht beliebig erweitern. Überall da, wo durch Reibung Verschleiß auftritt, und zwar anFlächen undKörpern, diePorenräume aufweisen, die mit Porenräumen herstellbar sind, und das sind alleSinterprodukte, oder bei denen sich Porenräume nachträglich, zumindest in den Randzonen, durch partielle Abtragungen, z. B. durch erosive Verfahren, erzeugen lassen, kann durch das Verfahren nach dem Erfindungsgedanken eine Verschleißminderung, die sich auf den ganzen Körper oder nur Teile von ihm erstrecken kann, herbeigeführt werden.

Claims (6)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1, Verfahren zur Herstellung von verschleißfesten Werkzeugen für die verschiedensten Verwendungszwecke, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst in die Porenräume eines in bekannter Weise bindungsfrei oder mittels einer Bindung aus metallischen oder nichtmetallischenHartstoffkörnern hergestellten Skelettes weitere feinkörnigere Hartstoffteilchen, die härter als die Skelett-Teilchen und stofflich von anderer Zusammensetzung sind, eingebracht werden, worauf zu deren Fixierung das gesamte Werkzeug durch Tränkung, erforderlichenfalls unter Über- oder Unterdruck, mit einer zusätzlichen metallischen oder nichtmetallischen Bindung durchsetzt wird.
2. 2. Verfahren zur Herstellung von verschleißfesten Werkzeugen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einbringen der feinkörnigeren Hartstoffteilchen unter Einwirkung von Schwingungen, z. B. von Ultraschall, erfolgt.
3. 3. Verfahren zur Herstellung von verschleißfesten Werkzeugen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Porenräume zur Einbringung der feinkörnigeren Hartstoffteilchen nachträglich, zumindest in den Randzonen, durch partielle Abtragungen, z. B. durch erosive Verfahren, erzeugt werden.
4. 4. Verfahren zur Herstellung von verschleißfesten Werkzeugen nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine zusätzliche Fixierung der nachträglich eingebrachten feinkörnigeren Hartstoffteilchen durch mechanische Verdichtung, also Beseitigung der Porenräume des gesamten Werkzeuges oder von Teilen von ihm, erfolgt, wobei je nach der Plastizität der verwendeten Werkstoffe bei einer Temperatur verdichtet wird, die nicht die Hartstoffteilchen hinsichtlich ihrer Härte ungünstig beeinflußt.
5. 5. Verfahren zur Herstellung von verschleißfesten Werkzeugen nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die der Fixierung der in die Porenräume zusätzlich eingebrachten feinkörnigeren Hartstoffteilchen dienende Bindung dadurch geschaffen wird, daß der Schneidkörper mittels eines zunächst flüssigen Binders durchtränkt wird, worauf das überschüssige Bindungsmaterial vor seinem Erstarren oder Aushärten unter Wirkung von Zentrifugalkräften, von Unterdruck u. dgl. aus den Porenräumen wieder teilweise entfernt wird.
6. 6. Verfahren zur Herstellung von verschleißfesten Werkzeugen nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dieMaßnahmen zur Minderung des Verschleißes sich nur auf einen Teil eines Körpers, z. B. eines Werkzeuges, erstrecken.