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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung bezieht sich auf Diamantschneidelemente und genauer gesagt
auf eine Technologie zur einfachen Herstellung eines Diamantschneidelements
bei geringen Kosten unter Nutzung eines künstlichen Diamanten,
dessen {112}-Fläche oder ihre Umgebung als Spanfläche verwendet
wird.
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Beschreibung des Stands der
Technik
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Es
ist bereits der Versuch unternommen worden, ein Diamantschneidelement
zur Verfügung zu stellen, bei dem ein Ausgangsmaterial
wie ein Einkristalldiamant, der mit einer Schneidkante und einer Spanfläche
ausgebildet ist, zur Verwendung bei einer Schneidarbeit an einem
vorgegebenen Halter wie einem Grundmetall, einem Schaft oder dergleichen als Einheit
befestigt ist. Die Patentveröffentlichungen 1 und 2 offenbaren
jeweils ein Diamantschneidwerkzeug und ein Diamantschneidplättchen,
die jeweils ein solches Beispiel darstellen, wie es oben erwähnt wurde,
und sich für Hochglanzpolierarbeiten an einem weichen Nichteisenmetall
wie eine Aluminium- oder Kupferlegierung oder dergleichen eignen.
Für solche Diamanten ist bislang vorgeschlagen worden, künstliche
Diamanten zu verwenden (siehe Veröffentlichungen 3 und
4). Im Allgemeinen hat ein künstlicher Diamant weniger
Verschleißbeständigkeit als ein natürlicher
Diamant, doch tritt bei einzelnen künstlichen Diamanten
mit stabiler Qualität (Verschleißbeständigkeit)
weniger Abweichung auf.
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Der
künstliche Diamant hat eine hexaedrische Form, die grundsätzlich
sechs {100}-Flächen aufweist, d. h. ein kubischer oder
rechteckiger Festkörper mit benachbarten Flächen,
die auf senkrecht zueinander stehenden Flächen verlaufen.
Die 9(a) und 9(b) zeigen
einen solchen künstlichen Diamanten. 9(a) zeigt
einen künstlichen Diamanten 10, der die Form eines
einfachen rechteckigen Festkörpers einnimmt, der sechs
flache Flächen 12 aufweist, die als {100}-Flächen
zum Ausdruck kommen. Der in 9(b) gezeigte
künstliche Diamant 14 nimmt eine Form ein, die
abgeschrägte flache Flächen 16 hat, die
an Ecken des künstlichen Diamanten 14 ausgebildet
sind. Die abgeschrägten flachen Flächen 16 treten
aufgrund der Bedingung auf, unter der der künstliche Diamant 14 angefertigt
wird. In dieser Beschreibung wird der künstliche Diamant 10 so
beschrieben, als ob er den künstlichen Diamanten 14 nach
sich zieht, der solche abgeschrägten flachen Flächen 16 hat.
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Des
Weiteren ist das oben angegebene Symbol „{...}” ein
Millerscher Index, der eine Kristallfläche repräsentiert, deren
Atome in einer festen Anordnung geordnet sind. Im Fall von Diamant
sind, wie in 12 gezeigt ist, neben der {100}-Fläche
generell eine {111}-Fläche und eine {110}-Fläche
bekannt. Der natürliche Diamant hat häufig eine
Basiskonfiguration in Form eines oktaedrischen Körpers
oder eines Dodekaeders. Der oktaedrische Körper schließt alle
aus den {111}-Flächen gebildeten Flächen ein, während
der Dodekaeder alle aus den {110}-Flächen gebildeten Flächen
einschließt. In den 12(a) bis 12(c) repräsentieren alle Ansichten
auf der linken Seite Festkörpermodelle, die Kristallflächen
veranschaulichen, während die Ansichten auf der rechten Seite
Anordnungen der Atome auf jeder Kristallfläche zeigen.
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Wenn
der künstliche Diamant 10 als Schneidelement verwendet
wird, ist die Verarbeitung des künstlichen Diamanten 10 schwierig.
Angesichts dessen wird, wie in 10(a) gezeigt
ist, zum Beispiel eine der {100}-Flächen intakt als Spanfläche 20 verwendet
und hat der künstliche Diamant 10 ein vorderes
fernes Ende, das mit einer vorderen Freifläche 22 ausgebildet
ist, wobei eine Kammlinie als eine Schneidkante 24 dient,
an der sich die Spanfläche 20 und die vordere
Freifläche 22 miteinander schneiden. Wie in 10(b) gezeigt ist, wird die Schneidkante 24 zum
Beispiel dazu verwendet, eine Drehbearbeitung oder dergleichen zu
erreichen, um an einer Außenumfangsfläche eines
säulenförmigen Werkstücks 30 während
einer Drehung von ihm um eine Achse eine Schneidarbeit durchzuführen.
Dies wird erreicht, indem beide Einzelelemente dazu gebracht werden, sich
axial in Bezug zueinander zu bewegen, wobei die Schneidkante 24 gegen
die Außenumfangsfläche des Werkstücks 30 gepresst
wird.
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Ein
solcher künstlicher Diamant 10 ist zur Verwendung
als Schneidwerkzeug, das auf die durch den weißen Pfeil
in 10(b) gezeigte Weise axial in Bezug
auf das Werkstück 30 vorgeschoben wird, an einem
fernen Ende von ihm an einem (nicht gezeigten) Schaft befestigt.
Abgesehen davon hat der künstliche Diamant 10 je
nach Bedarf seitliche Freiflächen 26, die an beiden
Seiten der vorderen Freifläche 22 ausgebildet
sind. Darüber hinaus ist die vordere Freifläche 22 vorzugsweise
abgeschliffen, damit sie unter einem vorgegebenen Freiwinkel abgeschrägt
ist.
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Indessen
hat die {100}-Fläche relativ dicht liegende Atome, die
es ermöglichen, dass die Spanfläche 20 und
die vordere Freifläche 22 mit hervorragender Verschleißbeständigkeit
ausgestattet sind. Die Schneidkante 24 ist mit der Kammlinie
des künstlichen Einkristalldiamanten 10 strukturiert.
Diese Kammlinie ist auf eine Fläche zurückzuführen,
die in 9(a) durch den schattierten
Bereich angegeben ist, d. h. auf die {110}-Fläche, die
letztlich auf ein Minimum gebracht ist, und hat im Wesentlichen
die gleiche Verschleißbeständigkeit wie die {110}-Fläche. Die
Kammlinie, d. h. die Schneidkante 24, kann somit als die
{110}-Fläche angesehen werden. Demnach kann der künstliche
Diamant 10 zwar eine hervorragende Verschleißbeständigkeit
gegenüber einer rückwärts gerichteten
Kraftkomponente, die in einer Richtung senkrecht zur Schneidkante 24 wirkt,
und einer Hauptkraftkomponente haben (s. 10(b)), doch
ist er in einer Richtung parallel zur Schneidkante 24,
d. h. gegenüber einer Belastung, die in einer Richtung
entlang einer Vorschubkraftkomponente wirkt, schwach. Wenn die Schneidkante 24 entlang der
Axialrichtung des Werkstücks 30 vorgeschoben wird,
um wie in 10(b) gezeigt eine Drehbearbeitung
durchzuführen, kann keine angemessene Verschleißbeständigkeit
erreicht werden.
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Unterdessen
ist der Versuch unternommen worden, einen künstlichen Diamanten
mit einer Fläche herzustellen, die von einer {100}-Fläche
aus, die eine Außenumfangsfläche des künstlichen
Diamanten bildet, unter einem Neigungswinkel von ungefähr 35°16'
zu einer {111}-Fläche geneigt ist, d. h. mit einer {112}-Fläche,
die als Spanfläche verwendet wird (siehe Patentveröffentlichung
5). Die {112}-Fläche ist eine Kristallfläche,
die an einer Position erscheint, die in 13 auf
ihrer linken Seite gezeigt ist, und eine Atomanordnung hat, die
auf der rechten Seite von 13 gezeigt
ist. Dies lässt sich geometrisch aus der Kristallstruktur
des Diamanten herleiten, und ihr Vorhandensein wurde sogar durch
Röntgenstrahlanalyse und Nomarski-Analyse bestätigt.
Die {112}-Fläche hat eine Härte gleich nach der
der {111}-Fläche und gemeinsam mit der {111}-Fläche oder
ihrer Umgebung, die in der vorderen Freifläche ausgebildet
ist, eine hervorragende Verschleißbeständigkeit.
- Patentveröffentlichung 1: JP 2-145201 A
- Patentveröffentlichung 2: JP 2000-107912 A
- Patentveröffentlichung 3: JP 60-16306 A
- Patentveröffentlichung 4: JP 2002-254212 A
- Patentveröffentlichung 5: JP 3-208505 A
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Von der Erfindung zu lösendes
Problem
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11 ist
eine Serie von Ansichten, die ein Beispiel eines Herstellungsprozesses
zeigt, der zwar noch nicht bekannt ist, in dem aber die {112}-Fläche als
Spanfläche verwendet wird. Der künstliche Diamant 10 hat
Seitenflächen 12d, die jeweils mit einer {100}-Fläche
ausgebildet sind. Eine beliebige Spitze 13a einer beliebigen
der Seiten flächen 12d wird unter Verwendung einer
Diamantschleifmaschine, etwa einer Abschälmaschine oder
dergleichen, weggeschliffen. Das Wegschleifen erfolgt, indem der
künstliche Diamant 10 so verwendet wird, dass
er von der Seitenfläche 12d unter einem Neigungswinkel θ von
ungefähr 35°16' zur Spitze 13a geneigt
ist. Dies führt zur Bildung der {112}-Fläche oder
ihrer Umgebung als der Spanfläche 32 (siehe 11(a) und 11(b)).
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Des
Weiteren hat der künstliche Diamant 10 ein an
der Vorderseite in Neigungsrichtung der Spanfläche 32 frei
liegendes fernes Ende, das unter Verwendung der Abschälmaschine
oder dergleichen auf ähnliche Weise weggeschliffen wird,
um eine Schneidkante 36 zu bilden. Danach wird je nach
Bedarf eine seitliche Freifläche oder dergleichen ausgebildet.
Dann wird an einer Stelle entgegengesetzt zu der Spanfläche 32 annähernd
parallel dazu eine Verbindungsfläche 38 ausgebildet
und mit einer Befestigungsbezugsfläche 42 eines
Halters 40 wie eines Schafts oder dergleichen als Einheit
verbunden. Dies führt zur Erzeugung des gewünschten
Diamantschneidelements 44, etwa des Diamantschneidwerkzeugs
oder dergleichen (siehe 11(d)). Dabei sind
die Zeichnungen auf der oberen Seite der 11(a) bis 11(d) Vorderansichten und die Zeichnungen
auf der unteren Seite der 11(a) bis 11(d) Draufsichten (mit Blickrichtung senkrecht
zu der Spanfläche 32 und der Befestigungsbezugsfläche 42).
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Es
ist eine Verbindungstechnologie bekannt, die als ein Verfahren zum
direkten Verbinden des künstlichen Diamanten 10 auf
dem Halter 40 Aktivmetall-Hartlöten einsetzt.
Allerdings ist eine hohe Flächengenauigkeit erforderlich,
damit beim Einsatz des Aktivmetall-Hartlötens eine angemessene
Verbindungsstärke erreicht wird, wobei die Verbindungsfläche
mit der gleichen Abschälmaschine oder dergleichen weggeschliffen
werden muss, wie sie beim Hochpräzisionsschleifen zum Anfertigen
der Spanfläche 32 oder dergleichen verwendet wurde.
Damit ein größerer Verbindungsflächenbereich
erzielt wird, muss der künstliche Diamant 10 außerdem
mit einer höheren Schleifgeschwindigkeit weggeschliffen
werden. Die Notwendigkeit, eine aufwändige Schleifbearbeitung
durchzuführen und sich viel Zeit zu nehmen, erhöht
folglich die Fertigungskosten.
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Um
die Verbindung durch Aktivmetall-Hartlöten zu erreichen,
wird der künstliche Diamant 10 außerdem
unter einer von Sauerstoff befreiten Atmosphäre erhitzt,
um auf einer Fläche des künstlichen Diamanten 10 einen
Film mit einem Aktivmetall wie Titan (Ti), Chrom (Cr) oder dergleichen
auszubilden (aufzudampfen). Der künstliche Diamant 10 wird dann
direkt auf dem Halter 40, der aus einer Hartlegierung besteht,
durch ein Silber und Kupfer enthaltendes Silberhartlot verbunden.
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Die
Erfindung erfolgte aufgrund der obigen Umstände und hat
die Aufgabe, unter Nutzung eines in stabiler Qualität erzielten
künstlichen Diamanten, dessen {112}-Fläche oder
deren Umgebung als Spanfläche verwendet wird, bei geringen
Kosten ein Diamantschneidelement mit höherer Verschleißbeständigkeit
herzustellen.
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Mittel zur Lösung
des Problems
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Eine
erste Ausgestaltung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Diamantschneidelementen gemäß sechsten
bis neunten Ausgestaltungen. Das Verfahren zur Herstellung eines
Diamantschneidelements, das zur Durchführung von Schneidarbeit
auf einem vorgegebenen Halter als Einheit befestigt ist und das
ein aus einem künstlichen Einkristalldiamant bestehendes
Ausgangsmaterial mit einer hexaedrischen Form aufweist, die grundsätzlich
sechs {100}-Flächen aufweist, und das mit einer Schneidkante
und einer Spanfläche ausgebildet ist, umfasst die folgenden
Schritte: (a) einen Halteranfertigungsschritt zum Anfertigen eines
Halters mit einer geneigten Fläche, die bezüglich
einer Befestigungsbezugsebene um einen vorgegebenen Neigungswinkel α geneigt
ist; (b) einen Befestigungsschritt zum Befestigen des künstlichen
Diamanten auf dem Halter als Einheit in einer derartigen Lage, dass
sich eine erste Seitenfläche, die eine der sechs {100}-Flächen des
künstlichen Diamanten bildet, auf der geneigten Fläche
in engem Kontakt mit ihr befindet, dass vier Kammlinien, die die
erste Seitenfläche einfassen, bezüglich der geneigten
Fläche unter einem vorgegebenen Winkel geneigt sind, der
von 40° bis 50° reicht, und dass eine erste Spitze
einer der acht Spitzen der hexaedrischen Form von der Befestigungsbezugsfläche
entlang einer Neigungsrichtung der geneigten Fläche vorragt;
und (c) einen Schleifschritt zum Wegschleifen eines Abschnitts der
ersten Spitze des künstlichen Diamanten, der fest auf dem
Halter befestigt ist, sodass er von der Befestigungsbezugsfläche
vorragt, um eine Spanfläche auszubilden, die von der {100}-Fläche
aus unter einem vorgegebenen Neigungswinkel θ, der von
30°16' bis 40°16' reicht, zu einer {111}-Fläche
geneigt ist, und zwar mit einer Orientierung in der Neigungsrichtung
der geneigten Fläche zur ersten Spitze hin, und zum Ausbilden
einer Schneidkante an einem fernen Ende der Spanfläche entlang
einer Neigungsrichtung von ihr.
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Eine
zweite Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass der Befestigungsschritt
in dem Verfahren zum Herstellen des Diamantschneidelements gemäß der
ersten Ausgestaltung den künstlichen Diamanten auf der
geneigten Fläche des Halters durch Aktivmetall-Hartlöten
als Einheit verbindet.
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Eine
dritte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass in dem Verfahren
zum Herstellen des Diamantschneidelements gemäß der
ersten oder zweiten Ausgestaltung (a) der Schleifschritt den Abschnitt
der ersten Spitze, die von der Befestigungsbezugsfläche
des fest auf dem Halter befestigten künstlichen Diamanten
vorragt, so wegschleift, dass er parallel zu der Befestigungsbezugsfläche
ist; und (b) der Neigungswinkel α der auf dem Halter ausgebildeten
geneigten Fläche gleich dem Neigungswinkel θ der
Spanfläche ist.
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Eine
vierte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass die Befestigungsbezugsfläche
des Halters in dem Verfahren zum Herstellen des Diamantschneidelements
gemäß einer der ersten bis dritten Ausgestaltungen
einen konkaven Befestigungssitz hat, der in einer dreieckigen Pyramidenform
ausgebildet ist, um einer zweiten Spitze, die in einer Position
diagonal zur ersten Spitze platziert ist, zu erlauben eingepasst
zu werden, wobei das Einpassen der zweiten Spitze im Befestigungssitz
dem künstlichen Diamanten erlaubt, in einer festen Lage positioniert
zu werden.
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Eine
fünfte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass in
dem Verfahren zum Herstellen des Diamantschneidelements gemäß einer
der ersten bis vierten Ausgestaltungen (a) der Halter ein Schaft
ist; und (b) das Diamantschneidelement ein Diamantschneidwerkzeug
ist, das den künstlichen Diamanten aufweist, der auf dem
Schaft an einem fernen Endabschnitt von ihm als Einheit befestigt
ist.
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Eine
sechste Ausgestaltung ist ein Diamantschneidelement, das durch ein
Ausgangsmaterial ausgebildet ist, das aus einem künstlichen
Einkristalldiamant mit einer hexaedrischen Form besteht, die grundsätzlich
sechs {100}- Flächen aufweist, und das mit einer Schneidkante
und einer Spanfläche ausgebildet ist, wobei das Diamantschneidelement
zur Verwendung bei der Durchführung einer Schneidarbeit
auf einem vorgegebenen Halter als Einheit befestigt ist, wobei (a)
der Halter eine geneigte Fläche hat, die bezüglich
einer Befestigungsbezugsfläche unter einem vorgegebenen Neigungswinkel α geneigt
ist; (b) der künstliche Diamant auf dem Halter als Einheit
in einer derartigen Lage befestigt ist, dass sich eine erste Seitenfläche, die
eine der sechs {100}-Flächen des künstlichen Diamanten
bildet, auf der geneigten Fläche in engem Kontakt mit ihr
befindet, dass vier Kammlinien, die die erste Seitenfläche
einfassen, bezüglich der geneigten Fläche unter
einem vorgegebenen Winkel geneigt sind, der von 40° bis
50° reicht, und dass eine erste Spitze von acht Spitzen
der hexaedrischen Form von der Befestigungsbezugsfläche
aus entlang der Neigungsrichtung vorragt; und (c) die erste Spitze des
künstlichen Diamanten einen Abschnitt hat, der mit einer
Spanfläche ausgebildet ist, der von der {100}-Fläche
aus unter einem vorgegebenen Neigungswinkel θ, der von
35°16' – 5° bis 35°16' + 5° reicht,
zu einer {111}-Fläche geneigt ist, und zwar mit einer Orientierung
zur ersten Spitze hin entlang der Neigungsrichtung der geneigten
Fläche, wobei das ferne Ende mit einer Schneidkante ausgebildet
ist, die entlang einer Neigungsrichtung der Spanfläche verläuft.
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Eine
siebte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass der künstliche
Diamant bei dem Diamantschneidelement gemäß der
sechsten Ausgestaltung mit der geneigten Fläche des Halters
durch Aktivmetall-Hartlöten als Einheit verbunden ist.
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Eine
achte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass der Neigungswinkel α der
auf dem Halter ausgebildeten geneigten Fläche bei dem Diamantschneidelement
gemäß der sechsten oder siebten Ausgestaltung
gleich dem Neigungswinkel θ der Spanfläche ist,
die parallel zur Befestigungsbezugsfläche des Halters ist.
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Eine
neunte Ausgestaltung zeichnet sich dadurch aus, dass bei dem Diamantschneidelement
gemäß einer der sechsten bis achten Ausgestaltungen (a)
der Halter ein Schaft ist; und (b) das Diamantschneidelement ein
Diamantschneidwerkzeug ist, das den künstlichen Diamanten
aufweist, der auf dem Schaft an einem fernen Endabschnitt von ihm als
Einheit befestigt ist.
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Vorteilhafte Wirkungen der
Erfindung
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Bei
dem Verfahren zum Herstellen eines Diamantschneidelements gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung hat der Halter eine geneigte Fläche,
die bezüglich der Befestigungsbezugsfläche unter
dem vorgegebenen Neigungswinkel α geneigt ist. Der künstliche
Diamant weist die sechs {100}-Flächen auf, von denen eine
die erste Seitenfläche bildet, die sich auf der geneigten
Fläche in engem Kontakt mit ihr befindet. Der künstliche
Diamant ist auf der geneigten Fläche als Einheit in einer
Lage befestigt, die bezüglich der Neigungsrichtung der
geneigten Fläche mit ungefähr 45° (von
40° bis 50° reichend) geneigt ist. Das Wegschleifen
des ersten Spitzenabschnitts, der von der Befestigungsbezugsfläche
vorragt, unter dem vorgegebenen Neigungswinkel θ führt
dazu, dass die {112}-Fläche oder ihre Umgebung (mit einem
Wert von weniger als ungefähr ±5°) die
Spanfläche ausbildet.
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In
diesem Fall wird die erste Seitenfläche, die eine der sechs
{100}-Flächen des künstlichen Diamanten bildet,
auf der geneigten Fläche intakt in engem Kontakt mit ihr
gehalten, sodass sie darauf als Einheit befestigt ist.
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Daher
gewährleistet dies mühelos einen größeren
Verbindungsflächenbereich, wodurch selbst dann, wenn die
Verbindung durch Hartlöten oder dergleichen erfolgt, mühelos
eine höhere Befestigungsstärke erreicht wird.
Dies führt außerdem zu einer deutlichen Verringerung
der Herstellungsdauer und Herstellungskosten verglichen mit dem
Fall, dass die Verbindungskontaktfläche durch Wegschleifen
des zweiten Spitzenabschnitts ausgebildet wird, der sich an einer
Position entgegengesetzt zu der ersten Spitze befindet, auf der
die Spanfläche ausgebildet wird.
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Dementsprechend
wird mit diesem Herstellungsverfahren wie bei der sechsten bis neunten Ausgestaltung
der Erfindung die Fläche, die von der {100}-Fläche
aus unter dem vorgegebenen Neigungswinkel θ zur {111}-Fläche
geneigt ist, d. h. die {112}-Fläche, oder ihre Umgebung
als die Spanfläche ausgebildet. Eine solche Spanfläche
führt aufgrund der gemeinsamen Wirkung mit der zur {112}-Fläche
senkrechten {111}-Fläche oder ihrer als die vordere Freifläche
ausgebildeten Umgebung zu einer einfachen Herstellung des Diamantschneidelements
mit höherer Verschleißbeständigkeit bei
geringen Kosten.
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Die
zweiten bis fünften Ausgestaltungen der Erfindung, die
von der ersten Ausgestaltung der Erfindung abhängen, haben
die gleichen vorteilhaften Wirkungen wie die erste Ausgestaltung
der Erfindung. Bei der zweiten Ausgestaltung der Erfindung kann
zudem mühelos ein größerer Verbindungsflächenbereich
gewährleistet werden, wenn der künstliche Diamant
auf der geneigten Fläche des Halters durch Aktivmetall-Hartlöten
als Einheit verbunden wird. Daher können diese Einzelteile
fest miteinander verbunden werden, ohne dass eine aufwendige Schleifarbeit
durchgeführt werden muss. Die siebte Ausgestaltung der
Erfindung, die sich auf das Diamantschneidelement bezieht, hat ebenfalls
gleiche vorteilhafte Wirkungen.
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Bei
der dritten Ausgestaltung der Erfindung ist der Neigungswinkel α der
auf dem Halter ausgebildeten geneigten Fläche gleich dem
Neigungswinkel θ der Spanfläche. Zum Wegschleifen
des ersten Spitzenabschnitts, der von der Befestigungsbezugsfläche
des fest auf dem Halter befestigten Diamanten vorragt, reicht es,
wenn er parallel zur Befestigungsbezugsfläche ist. Daher
kann die Spanfläche einfach mit hoher Genauigkeit geschliffen
werden.
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Bei
der vierten Ausgestaltung der Erfindung weist die Befestigungsbezugsfläche
des Halters den in der dreieckigen Pyramidenform ausgebildeten konkaven
Befestigungssitz auf. Die zweite Spitze wird in den Befestigungssitz
eingepasst, sodass sie in der festen Lage positioniert ist. Daher
kann der künstliche Diamant auf dem Befestigungssitz in
der festen Lage mit hoher Genauigkeit stabil gehalten werden, wenn
die aus der {112}-Fläche oder ihrer benachbarten Fläche
bestehende Spanfläche mit hoher Genauigkeit geschliffen
wird. Aufgrund des vorhandenen Kontakts an drei Flächen
kann außerdem ein größerer Verbindungsflächenbereich
erreicht werden. Dies führt zu der Fähigkeit,
die dazugehörigen Einzelteile mit weiter erhöhter
Verbindungsstärke zu verbinden, was es dem künstlichen
Diamanten ermöglicht, sogar auf einem Befestigungsabschnitt
mit einem verhältnismäßig kleinem Bereich
mit angemessener Stärke befestigt zu werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Serie von Ansichten, die ein Diamantschneidwerkzeug gemäß einem
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
zeigt. 1(a) ist eine Vorderansicht; 1(b) ist eine Draufsicht; und 1(c) ist eine linke Seitenansicht.
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2 ist
eine Serie von Ansichten, die allein einen Schaft des in 1 gezeigten
Diamantschneidwerkzeugs zeigt. 2(a) ist
eine Vorderansicht des Schafts mit einem aufgebrochenen Teilabschnitt; 2(b) ist eine Draufsicht; und 2(c) ist eine linke Seitenansicht des
in 2(b) gezeigten Schaftes.
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3 ist
eine Serie von Ansichten, die einen Zustand zeigt, unter dem ein
künstliches Diamantenausgangsmaterial an dem in 2 gezeigten
Schaft als Einheit befestigt ist. 3(a) ist
eine Vorderansicht mit einem aufgebrochenen Teil eines fernen Endabschnitts; 3(b) ist eine Draufsicht; und 3(c) ist eine linke Seitenansicht.
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4 ist
eine Serie von Ansichten, die einen Schleifprozess veranschaulicht,
bei dem auf dem Diamantausgangsmaterial ein Schleifen erfolgt, um eine
Spanfläche auszubilden. 4(a) ist
eine Vorderansicht, die zeigt, wie die Schleifarbeit erfolgt; 4(b) ist eine Draufsicht, die einen Zustand
zeigt, unter dem die Spanfläche ausgebildet wird; und 4(c) ist eine linke Seitenansicht.
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5 ist
eine Serie von Perspektivansichten, die allein einzelne Prozesse
zeigt, in denen auf dem Diamantausgangsmaterial durch die in 4 gezeigte
Schleifarbeit die Spanfläche ausgebildet wird.
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6 ist
eine schematische Perspektivansicht, die eine Endflächenschneidarbeit
zum Überprüfen der Werkzeuglebensdauer unter Verwendung eines
die Erfindung einsetzenden Produkts und eines anderen herkömmlichen
Produkts veranschaulicht.
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7 ist
eine Ansicht, die im Vergleich zueinander Versuchsergebnisse zu
dem die Erfindung einsetzenden Produkt und dem anderen herkömmlichen
Produkt zeigt.
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8 ist
eine Serie von Ansichten, die ein anderes Ausführungsbeispiel
gemäß der Erfindung veranschaulicht. 8(a) repräsentiert einen Halteranfertigungsschritt
und einen Befestigungsschritt; und 8(b) und 8(c) repräsentieren Schleifschritte.
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9 ist
eine Serie von Ansichten, die grundsätzliche Konfigurationen
künstlicher Diamanten veranschaulicht. 9(a) ist
eine Perspektivansicht im Fall einer rechteckigen Festkörperkonfiguration,
und 9(b) ist eine Perspektivansicht
mit abgeschrägten flachen Flächen, die an Ecken
der rechteckigen Festkörperkonfiguration ausgebildet sind.
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10 ist
eine Serie von Ansichten, die Anwendungsmuster veranschaulichen,
bei denen eine der {100}-Flächen des in 9 gezeigten
künstlichen Diamanten intakt als Spanfläche verwendet wird,
um eine Schneidarbeit durchzuführen. 10(a) ist
eine Perspektivansicht des künstlichen Diamanten, der der
vorgegebenen Schneidarbeit unterzogen wird, und 10(b) ist
eine Perspektivansicht, die ein Beispiel des künstlichen
Diamanten zeigt, der bei einer Drehbearbeitung eingesetzt wird.
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11 ist
eine Serie von Ansichten, die ein Beispiel eines Prozesses zum Herstellen
eines Diamantschneidwerkzeugs in einem Fall veranschaulicht, in
dem der in 9 gezeigte künstliche
Diamant einer Schleifarbeit unterzogen wird, wobei eine {112}-Fläche
als Spanfläche verwendet wird.
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12 ist
eine Serie von Ansichten, die drei {111}-, {110}- und {100}-Kristallflächen
des Diamanten veranschaulicht. Die Zeichnungen auf der linken Seite
repräsentieren jeweils Festkörpermodelle, die Positionen
der Kristallflächen zeigen, und die Zeichnungen auf der
rechten Seite repräsentieren jeweils atomare Anordnungen
der Kristallflächen.
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13 ist
eine Ansicht, die die {112}-Kristallfläche veranschaulicht.
Die Zeichnung auf der linken Seite repräsentiert ein Festkörpermodell,
das die Position der {112}-Kristallfläche zeigt, und die
Zeichnung auf der rechten Seite repräsentiert eine atomare
Anordnung der {112}-Kristallfläche.
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- 10
- künstlicher
Diamant (Ausgangsmaterial)
- 12a
- erste
Bodenfläche (erste Seitenfläche)
- 12d
- zweite
Bodenfläche (zweite Seitenfläche)
- 13a
- erste
Spitze
- 13b
- zweite
Spitze
- 50,
100
- Diamantschneidwerkzeug
(Diamantschneidelement)
- 52,
96
- künstlicher
Diamant (dem Schleifschritt unterzogen)
- 56,
92
- Befestigungsbezugsfläche
- 62
- Befestigungssitz
- 64
- Befestigungssitzfläche
(geneigte Fläche)
- 70
- Spanfläche
- 78
- Schneidkante
- 94
- geneigte
Fläche
- α
- Neigungswinkel
der geneigten Fläche
- β
- Neigungswinkel
der Spanfläche
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BESTE AUSFÜHRUNGSART
DER ERFINDUNG
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Ein
Diamantschneidelement gemäß der Erfindung schließt
ein Diamantschneidwerkzeug mit einem direkt auf einem Schaft befestigten
künstlichen Diamanten und ein Diamantplättchen
ein, das mit einem vorgegebenen Grundmetall verbunden ist und im
Gebrauch auf einem anderen Schneidwerkzeug befestigt wird. Der künstliche
Diamant kann solche, die als ein kubischer Körper oder
ein wie in 9(a) gezeigter rechteckiger
Festkörper ausgebildet sind, und solche aus dem kubischen
Körper oder dem rechteckigen Festkörper mit abgeschrägten
flachen Flächen, die wie in 9(b) gezeigt
an Ecken ausgebildet sind, einschließen.
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Es
ist wichtig, beim Wegschleifen einer ersten Spitze des künstlichen
Diamanten, um eine aus einer {112}-Fläche bestehende Spanfläche
auszubilden, verschiedene Punkte zu beachten, die nachstehend besprochen
werden. So besteht die Notwendigkeit, den künstlichen Diamanten
fest auf einer geneigten Fläche eines Halters in der nachstehend
beschriebenen Lage zu befestigen. Und zwar sind mit Blick auf eine
zu der geneigten Fläche des Halters senkrechte Ebene vier
Kammlinien, die eine erste Seitenfläche des künstlichen
Diamanten einfassen, bezüglich einer Neigungsrichtung (normalerweise
in Längsrichtung eines Schaftes) der geneigten Fläche jeweils
derart unter Neigungswinkeln von 45° geneigt, dass eine
erste Spitze dazu gebracht wird, in der Neigungsrichtung vorzuragen.
Falls der Neigungswinkel jedoch in einem Bereich von 45° ± 5°,
d. h. bei einem Wert, der von 40° bis 50° reicht,
liegt, kann der künstliche Diamant annähernd die
gleiche Verschleißbeständigkeit wie die {112}-Fläche
haben. Darüber hinaus kann der Neigungswinkel vorzugsweise
in einen Bereich von 45° ± 3° und besser
noch in einen Bereich von 45° ± 1° fallen.
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Wird
des Weiteren angenommen, dass die geneigte Fläche einen
Neigungswinkel α von 35°16' hat, sind die vier
Kammlinien, die die erste Seitenfläche mit Blick auf eine
zur Befestigungsbezugsfläche senkrechte Ebene einfassen,
unter einem Neigungswinkel von 50°45' geneigt. In diesem
Zustand kann die Lage des künstlichen Diamanten auch so
festgelegt sein, dass der Neigungswinkel in einem Bereich von 50°45' ± 5° oder ± 3° oder ± 1° liegt.
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Das
gleiche gilt für einen Neigungswinkel θ mit einem
Abschnitt der ersten Spitze, der entfernt wird. Beim Ausbilden der
{112}-Fläche als Spanfläche besteht die Notwendigkeit,
für den Zusammenhang zu sorgen, der als Neigungswinkel θ =
35°16' (streng genommen 35°15'52'') zum Ausdruck
kommt. Wenn der Neigungswinkel θ in einem Bereich von 35°16' ± 5°,
d. h. bei einem Wert, der von 30°16' bis 40°16'
reicht, liegt, kann der künstliche Diamant jedoch eine
Verschleißbeständigkeit haben, der beinahe gleich
dem der {112}-Fläche ist. Darüber hinaus kann
der Neigungswinkel vorzugsweise in einen Bereich von 35°16' ± 3° und
besser noch in einen Bereich von 35°16' ± 1° fallen.
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Als
Material des Halters wird zwar vorzugsweise eine Hartlegierung verwendet,
doch kann auch ein anderes metallisches Material wie Molybdän
oder dergleichen eingesetzt werden. Wenn der künstliche Diamant
mit dem Halter durch Aktivmetall-Hartlöten verbunden wird,
kann der Halter vorzugsweise aus einem Material mit einem thermischen
Ausdehnungskoeffizienten bestehen, der beinahe gleich dem des künstlichen
Diamanten ist. In diesem Fall kommt es zu keinem Abblättern
aufgrund einer Temperaturschwankung, nachdem diese beiden Einzelteile
miteinander verbunden wurden. Im Fall des aus der Hartlegierung bestehenden
Halters kann der Halter zu einer Struktur geformt und gesintert
werden, die eine geneigte Fläche und einen konkaven Befestigungssitz
mit einer dreieckigen Pyramidenkonfiguration gemäß der
vierten Ausgestaltung der Erfindung hat.
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Allerdings
kann die geneigte Fläche oder der Befestigungssitz auch
in einer späteren Phase unter Durchführung einer
Schleifarbeit oder dergleichen ausgebildet werden. Im Fall des konkav
ausgebildeten Befestigungssitzes kann der Bodenabschnitt des Befestigungssitzes
mit einem Auslaufloch ausgebildet werden, oder es kann ein fernes
Ende einer zweiten Spitze des künstlichen Diamanten weggeschliffen werden.
Damit kann vermieden werden, dass aufgrund eines Eingriffs zwischen
dem Bodenabschnitt des Befestigungssitzes und der zweiten Spitze
des künstlichen Diamanten. kein Flächenkontakt
zustande kommt.
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Als
Hilfsmittel, um den künstlichen Diamanten fest auf dem
Halter zu befestigen, kann vorzugsweise Aktivmetall-Hartlöten
eingesetzt werden, um den künstlichen Diamanten direkt
mit dem Halter zu verbinden. Allerdings kann bei der Realisierung
der ersten und sechsten Ausgestaltung der Erfindung auch eine andere
Verbindungstechnik oder ein mechanisches Befestigungsmittel eingesetzt
werden.
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Bei
der dritten Ausgestaltung der Erfindung gilt der Zusammenhang α = θ für
den Neigungswinkel, wobei es in diesem Fall reichen kann, wenn der Abschnitt
der ersten Spitze des künstlichen Diamanten, die von der
Befestigungsbezugsfläche des Halters vorragt, parallel
zur Befestigungsbezugsfläche weggeschliffen wird. Allerdings
besteht nicht unbedingt die Notwendigkeit, dass der Zusammenhang α = θ gilt,
und abhängig von den Erfordernissen, die Spanfläche
mit zumindest dem Neigungswinkel θ auszubilden, erfolgt
ausreichend die Schleifarbeit auf der Spanfläche, wenn
der Halter in einem geneigten Zustand gehalten wird.
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Ausführungsbeispiel
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Nachstehend
wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
ausführlich ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel
beschrieben.
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1 ist
eine Serie von drei Ansichten, die ein Diamantschneidwerkzeug 50 gemäß einem
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel
zeigt. 1(a) ist eine Vorderansicht; 1(b) ist eine Draufsicht; und 1(c) ist eine linke Seitenansicht, d.
h. eine Ansicht mit Blick von einem fernen Ende des Diamantschneidwerkzeugs 50 aus.
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Das
Diamantschneidwerkzeug 50 setzt sich aus einem Schaft 54,
der aus einer Hartlegierung besteht, und einem künstlichen
Diamanten (Schleifprodukt) 52 zusammen. Der künstliche
Diamant 52 besteht aus einem in einer rechteckigen Festkörperkonfiguration
ausgebildeten und zu einer vorgegebenen Form geschliffenen künstlichen
Diamanten 10, der auf dem aus der Hartlegierung bestehenden
Schaft 54 an einem Ende von ihm als Einheit befestigt ist. Wie
in 2 allein gezeigt ist, hat der Schaft 54 eine annähernd
rechteckige Festkörperform, die mit zwei Schraubenlöchern 60 ausgebildet
ist, mit denen er sich unter Verwendung von Schrauben an einem Werkzeughalter
einer Drehmaschine oder dergleichen befestigen lässt. Wie
in 3 gezeigt ist, hat der Schaft 54 eine
flache Oberseite, d. h. eine Befestigungsbezugsfläche 56 mit
einem fernen Endabschnitt, der mit einem konkaven Befestigungssitz 62 ausgebildet
ist. Der Befestigungssitz 62 wird, bevor die Schleifarbeit
erfolgt, in Übereinstimmung mit einer Spitze (zweite Spitze) 13b des
künstlichen Diamanten (nachstehend als ”Diamantausgangsmaterial 10” bezeichnet)
zu einer dreieckigen Pyramidenform ausgebildet.
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In
dem dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt die Schleifarbeit
auf dem im Querschnitt als flaches viereckiges Prisma ausgebildeten
Diamantausgangsmaterial 10, wobei das Diamantausgangsmaterial 10 auf
dem Schaft 54 als Einheit befestigt ist. Dies führt
zur Bildung des künstlichen Diamanten 52 mit einer
Spanfläche 70 und dergleichen. 2 und die 3(a) bis 3(c) sind
Ansichten, die jeweils den 1(a) bis 1(c) entsprechen. 3(a) ist
eine Vorderansicht, in der ein fernes Ende des Schafts teilweise
aufgebrochen ist; 3(b) ist eine Draufsicht; und 3(c) ist eine linke Seitenansicht des
in 3(b) gezeigten Schaftes. Darüber
hinaus entspricht das Diamantschneidwerkzeug 50 dem beanspruchten
Diamantschneidwerkzeug und der Schaft 54 dem beanspruchten
Halter.
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Der
Befestigungssitz 62 hat eine Befestigungssitzfläche 64,
mit der ein Teil (erste Bodenfläche) 12a einer
viereckigen Bodenwand des zu dem flachen viereckigen Prismas ausgebildeten
Diamantausgangsmaterials 10 in engem Kontakt gehalten wird,
und ein Paar Wandflächen 66 und 68, mit
denen die beiden Seitenflächen 12b und 12c neben
der ersten Bodenwand 12a in engem Kontakt gehalten werden.
Die Befestigungssitzfläche 64 verläuft
in Längsrichtung des Schafts 54, d. h. in den 2(a) und 2(b) in
Querrichtung, wobei sie bezüglich der Befestigungsbezugsfläche 56 unter
einem vorgegebenen Neigungswinkel α geneigt ist. Das Paar
Seitenflächen 66 und 68 ist bezüglich
der Neigungsrichtung der Befestigungssitzfläche 64 symmetrisch
ausgebildet.
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Beim
Befestigen wird eine zweite Spitze 13b des Diamantausgangsmaterials 10 in
dem Befestigungssitz 62 untergebracht, wobei die erste
Bodenfläche 12a und das Paar Seitenflächen 12b und 12c jeweils
in engem Kontakt mit der Befestigungssitzfläche 64 und
dem Paar Seitenwände 66 und 68 des Befestigungssitzes 62 gehalten
werden. Bei dieser Anordnung befindet sich die erste Spitze 13a,
die in einer Position diagonal zur zweiten Spitze 13b platziert
ist, in einer festen Lage, in der sie beinahe gerade von dem Befestigungssitz 62 aus
entlang der Neigungsrichtung der Befestigungssitzfläche 64 vorragt. Wie
in 3(b) mit Blick auf eine Ebene gezeigt
ist, befindet sich die in der diagonalen Position platzierte erste
Spitze 13a somit in einer Lage, die in Vorwärtsrichtung
beinahe entlang einer Mittellinie des Schaftes 54 vorragt.
In dieser festen Lage sind die vier Kammlinien, die die erste Bodenfläche 12a einfassen,
somit jeweils in Lagen platziert, die bezüglich der Neigungsrichtung
der Befestigungssitzfläche 64 unter einem Winkel
von ungefähr 45° (in einem Wertebereich von etwa ±1°)
geneigt sind.
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Der
Befestigungssitz 62 kann zwar in einer Phase ausgebildet
werden, in der der Schaft 54 aus der Hartlegierung gebildet
wird, doch ist es auch möglich, den Befestigungssitz 62 nach
dem Sinterschritt durch Schleifen oder dergleichen auszubilden. Der
Schritt zum Anfertigen des Schafts 54 mit einem solchen
Befestigungssitz 52 entspricht somit dem beanspruchten
Halteranfertigungsschritt. Die erste Bodenfläche 12a entspricht
der beanspruchten ersten Seitenfläche, die eine der sechs
{100}-Flächen des Diamantausgangsmaterials 10 repräsentiert,
und die Befestigungssitzfläche 64 des Befestigungssitzes 62 entspricht
der beanspruchten geneigten Fläche.
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Das
Diamantausgangsmaterial 10 ist auf dem Schaft 54 an
seinem fernen Endabschnitt als Einheit befestigt, wobei die erste
Bodenwand 12a und das Paar Seitenflächen 12b und 12c jeweils
mit der Befestigungssitzfläche 64 und dem Paar
Seitenflächen 66 und 68 des Befestigungssitzes 62 durch Aktivmetall-Hartlöten
als Einheit verbunden sind. Das Aktivmetall-Hartlötmaterial
setzt sich aus einem Silberlegierungshartlötmetall zusammen,
das etwa 2 bis 4 Gew.-% aktive Metalle wie z. B. Titan (Ti) und Chrom
(Cr) enthält, und wird unter einer von Sauerstoff befreiten
Atmosphäre auf eine Temperatur von etwa 800°C
bis 1000°C erhitzt. Dann wird auf den Flächen
der ersten Bodenwand 12a und des Paars Seitenflächen 12b und 12c ein
Film aus aktivem Metall wie Titan oder Chrom oder dergleichen ausgebildet
(aufgedampft). Die erste Bodenwand 12a und das Paar Seitenflächen 12b und 12c werden
somit direkt mit der Befestigungssitzfläche 64 des
Befestigungssitzes 62 und dem Paar Wandflächen 66 und 68 verbunden.
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Des
Weiteren ist es schwierig, die drei zueinander senkrechten Flächen 12a bis 12c dazu
zu bringen, mit der Befestigungssitzfläche 64 und
den Wandflächen 66 und 68 vollständig
einen engen Kontakt einzugehen. Deswegen kann es reichen, wenn zumindest
die erste Bodenfläche 12a sicher mit der Befestigungssitzfläche 64 in
engen Kontakt gebracht wird, um sie darauf als Einheit zu befestigen.
Sogar unter einer solchen Anordnung kann ein verhältnismäßig
großer Kontaktflächenbereich mit angemessener
Verbindungsstärke sichergestellt werden. Der Schritt zum
Verbinden des Diamantausgangsmaterials 10 als Einheit auf
dem Befestigungssitz 62 durch Aktivmetall-Hartlöten
entspricht demnach dem beanspruchten Befestigungsschritt.
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Mit
dem in dieser vorgegebenen Lage fest auf dem Schaft 54 befestigten
Diamantausgangsmaterial 10 wird auf dem Diamantausgangsmaterial 10 unter
Verwendung einer Diamantschleiftechnik unter Nutzung einer Diamantschleif-Abschälmaschine oder
dergleichen eine Schleifarbeit durchgeführt. Dies ermöglicht
es, dass der künstliche Diamant 52 in einer Struktur
erzielt wird, die mit der Spanfläche 70 oder dergleichen
ausgebildet ist. Wie in 4 gezeigt ist, wird der Schaft 54 während
des Schleifschritts auf den Kopf gestellt, um parallel zu einer
annähernd horizontalen Schleiffläche 82 eines
Diamantschleifrads 80 gehalten zu werden, das drehend um
eine Mittellinie O herum angetrieben wird, sodass das Diamantausgangsmaterial 10 auf
dem Kopf steht. In diesem Haltezustand wird die erste Spitze 13a des
Diamantausgangsmaterials 10 gegen die Schleiffläche 82 gepresst.
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Die
erste Spitze 13a wird demnach parallel zur Befestigungsbezugsfläche 56 des
Schaftes 54 weggeschliffen, um die Spanfläche 70 zu
bilden, die bezüglich einer zweiten Bodenfläche 12d,
die entgegengesetzt zur ersten Bodenfläche 12a platziert
ist, unter einem Neigungswinkel θ geneigt sein soll (siehe 1).
Wenn die Schleiffläche 82 und die Befestigungsbezugsfläche 56 des
Schaftes parallel zueinander verlaufen, entspricht der Neigungswinkel θ dem
Neigungswinkel α des Diamantausgangsmaterials 10,
das fest auf der Befestigungssitzfläche 64 in engem
Kontakt mit ihr befestigt ist. Die Spanfläche 70 repräsentiert
eine Fläche, die von der {100}-Fläche aus unter
dem Neigungswinkel θ zur {111}-Fläche geneigt
ist.
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Das
Diamantausgangsmaterial 10 dieses Ausführungsbeispiels
hat die flache viereckige Prismenkonfiguration. Die auf der Mittellinie
des Schaftes 54 platzierte erste Spitze 13a kann
somit in 4(b) mit Blick auf eine Ebene
bezüglich der Lage stabilisiert werden, wenn sie zum Schleifen
gegen die Schleiffläche 82 gepresst wird. 4(a) ist eine Ansicht, die den Schaft 54 zeigt,
wenn er während der Durchführung der Schleifarbeit
auf dem Kopf gehalten wird. Die 4(b) und 4(c) sind eine Draufsicht und eine linke
Seitenansicht, die den mit der Spanfläche 70 ausgebildeten
Schaft 54 bei der Schleifarbeit zeigen.
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Des
Weiteren müssen die durch den weißen Pfeil in 4(a) angegebene Schleifrichtung und die in 4(b) bei Betrachtung der Ebene gezeigte
Mittellinie des Schaftes 54 nicht parallel zueinander sein.
Der Schaft 54 kann abhängig von Grad, wie leicht
das Schleifen fällt, geneigt werden, sodass er die Schleiffläche 82 unter
einem vorgegebenen Winkel (der z. B. von etwa 30° bis 40° reicht)
schneidet.
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5 ist
eine Serie von Ansichten, die das Diamantausgangsmaterial 10 als
alleinige Struktur zeigt. 5(a) zeigt
den Zustand, bevor das Diamantausgangsmaterial 10 der Schleifarbeit
unterzogen wird. Wie in 5(b) gezeigt
ist, wird die erste Spitze 13a mit einer Neigung weggeschliffen,
die bezüglich der zweiten Bodenfläche 12d,
unter einem Neigungswinkel θ geneigt ist. Dies ermöglicht
es, dass das Diamantausgangsmaterial 10, wie in 5(c) gezeigt ist, die Spanfläche 70 hat.
Die Spanfläche 70 wird in einem gleichschenkligen
Dreieck mit zwei Kammlinien entfernter Abschnitte, die in 5(b) durch Strichellinien angegeben sind,
ausgebildet, die Abmessungen ”a” und ”b” haben,
die im Verhältnis 1:1 definiert sind. Der Neigungswinkel θ bildet
einen Winkel zwischen der Mittellinie des gleichschenkligen Dreiecks
und der zweiten Bodenfläche 12d. Die Spanfläche 70 ist
somit mit einer Fläche (im Folgenden als ”{100}-Fläche
+ θ” bezeichnet) definiert, die von der {100}-Fläche
der zweiten Bodenfläche 12d um den Neigungswinkel θ zur
{111}-Fläche geneigt ist.
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Bei
der Erfindung ist der Neigungswinkel θ so festgelegt, dass
er in einen Bereich von 35°16' ± 5°,
d. h. auf einen von 30°16' bis 40°16' reichenden Wert,
fällt, wobei der Neigungswinkel θ bei dem dargestellten
Ausführungsbeispiel auf einen Bereich von 35°16' ± 1° festgelegt
ist. Die {100}-Fläche + 35°16' entspricht annähernd
der {112}-Fläche, wobei die Spanfläche 70 in
dem dargestellten Ausführungsbeispiel in einem Bereich
von etwa {112} ± 1° ausgebildet ist. Um die Spanfläche 70 auf
diese Weise auszubilden, werden der Neigungswinkel θ und
der Neigungswinkel α der Befestigungssitzfläche 64 so
festgelegt, dass sie in einen Bereich von 35°16' ± 1° fallen.
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Des
Weiteren tritt die {112}-Fläche auf, wenn die Kammlinien
der entfernten Abschnitte, die in 5(b) durch
die Strichellinien angegeben sind, Abmessungen ”a”, ”b” und ”c” im
Verhältnis von 1:1:1/2 haben und der sich ergebende Neigungswinkel θ bei
einem Wert von 35°16' (streng genommen 35°15'52'')
liegt. Um eine solche {112}-Fläche zu haben, müssen
die Abmessungen ”a” und ”b” zueinander
gleich sein. Allerdings können diese Abmessungen auch voneinander
innerhalb eines Wertebereichs von weniger als ±10% oder ±5%
abweichen.
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Wenn
der Neigungswinkel hierbei α = 35°16' beträgt,
dann liegt ein Neigungswinkel unter einem Zustand, wie er sich in 3(b) mit Blick auf eine zur Befestigungsbezugsebene 56 senkrechte
Ebene ergibt, die durch die vier Kammlinien definiert ist, die die
erste und zweite Bodenfläche 12a und 12d in Längsrichtung
(in 3(b) in Querrichtung auf der Neigungsrichtung
der Befestigungssitzfläche 64) des Schafts einfassen,
bei einem Wert von 50°45'. Die Befestigungssitzfläche 64 kann
so vorgesehen sein, dass sie es dem Diamantausgangsmaterial 10 ermöglicht,
auf den Schaft 54 fest in einer Lage befestigt zu sein,
die unter der oben beschriebenen Bedingung in einen Bereich von
50°45' ± 1° fällt.
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Wie
in 1 gezeigt ist, hat das Diamantausgangsmaterial 10 außerdem
ein vorderes fernes Ende, dessen Kammlinie 11a (siehe 3)
unter einem vorgegebenen Neigungswinkel Φ weggeschliffen
ist, um eine vordere Freifläche 72 auszubilden. Das
Diamantausgangsmaterial 10 hat auf beiden Seiten der vorderen
Freifläche 72 ein Paar seitliche Freiflächen 74 und 76,
sodass in einem Abschnitt, der die vordere Freifläche 72 an
einem fernen Ende der Spanfläche 70 entlang der
Neigungsrichtung von ihr schneidet, eine Schneidkante 78 ausgebildet
ist. Der Neigungswinkel Φ der vorderen Freifläche 72 repräsentiert
einen Freiwinkel, der auf der negativen (–) Seite zunimmt.
Angenommen, dass die Spanfläche 70 einen Spanwinkel
a° hat und die vordere Freifläche 72 einen
Freiwinkel b° hat, ist der Neigungswinkel Φ auf
einen negativen Seitenwinkel eingestellt, wobei der Spanwinkel a° und
der Freiwinkel b° zu dem Neigungswinkel θ addiert
werden. So wird der Neigungswinkel Φ beispielsweise auf
einem Wert der Größenordnung von ungefähr –(θ +
5°~10°) eingestellt. Aufgrund der auf der {110}-Fläche
ausgebildeten Kammlinie 11a kommt die vordere Freifläche 72 als ”{100} – Φ” zum
Ausdruck und deckt sich annähernd mit einer {111}-Fläche,
falls Φ ≈ 35°16' gilt.
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Angenommen,
dass die Spanfläche 70 auf der {112}-Fläche
liegt und der Spanwinkel a° bei 0° gelegen ist,
ist in der {111}-Fläche eine Fläche ausgebildet,
die parallel zu einer Richtung ist, in der eine Hauptkraftkomponente
auf die Schneidkante 78 wirkt. Dies führte zu
einer hervorragenden Verschleißbeständigkeit,
insbesondere gegenüber einer Flankenabnutzung. Dies trifft
auf vergleichbare Weise für einen Fall zu, bei dem die
vordere Freifläche 72 auf {100} – b° eingestellt
ist, um so einen vorgegebenen Freiwinkel b° zu erzielen.
Darüber hinaus kann selbst dann, wenn die Fläche,
die zu der Richtung parallel ist, in der die Hauptkraftkomponente
wirkt, nicht vollständig mit der {111}-Fläche übereinstimmt,
eine ähnlich vorteilhafte Wirkung erwartet werden, wenn diese
Fläche in der Umgebung (von beispielsweise in der Größenordnung
eines Bereichs von ungefähr {111} ± 5°)
dieser Fläche liegt.
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Das
Paar seitlicher Freiflächen 74 und 76 hat ferne
Enden, an denen sich Kammlinien dieser Flächen annähernd miteinander
schneiden, um die vordere Freifläche 72 auszubilden.
Die Schneidkante 78 ist mit einer Spitze definiert, an
der die Spanfläche 70 das Paar seitlicher Freiflächen 74 und 76 schneidet. Werden
die seitlichen Freiflächen 74 und 76 geschliffen,
während ein ferner Endabschnitt des Schaftes 54 geschliffen
wird, führt dies zur Ausbildung eines Paars vorderer abgeschrägter
Flächen 58. Während des Schritts zum
Herstellen des Halters, ist es jedoch möglich, den Schaft 54 mit
der gleichen Form, wie sie in 1 gezeigt
ist, oder mit einer Form anzufertigen, bei der die seitlichen Freiflächen 74 und 76 von
den vorderen abgeschrägten Flächen 58 aus
nach außen vorragen, bevor das Diamantausgangsmaterial 10 fest
befestigt wird. Der Schritt zum Schleifen der Spanfläche 70,
der vorderen Freifläche 72 und der seitlichen
Freiflächen 74 und 76 entspricht demnach dem
beanspruchten Schleifschritt. Das Diamantschneidwerkzeug 50 wird
somit in einer Struktur erzielt, bei der der künstliche
Diamant 52 in einer vorgegebenen Form ausgebildet ist,
wie sie in 1 gezeigt ist.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel hat die Befestigungsbezugsfläche 56 des
Schaftes 54 den Befestigungssitz 62, der mit der
unter dem vorgegebenen Neigungswinkel α geneigten Befestigungssitzfläche 64 ausgebildet
ist, auf der die erste Bodenfläche 12a des Diamantausgangsmaterials 10 in
engem Kontakt gehalten wird. Das Diamantausgangsmaterial 10 ist
somit auf dem Schaft 54 als Einheit in einer Lage befestigt,
in der die vier Kammlinien, die die erste Bodenfläche 12a einfassen,
bezüglich der Neigungsrichtung der Befestigungssitzfläche 64 unter
einem Winkel von etwa 45° (innerhalb eines Bereichs von
weniger als ±1°) geneigt sind, d. h. in einer
Lage, in der die erste Spitze 13a annähernd entlang
der Mittellinie des Schaftes 54 nach vorne vorragt.
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Indem
der Abschnitt der ersten Spitze 13a, die von der Befestigungssitzfläche 56 des
Diamantausgangsmaterials 10 vorragt, unter dem gegebenen Neigungswinkel θ geschliffen
wird, wird die {112}-Fläche oder ihre Umgebung (innerhalb
eines Bereichs von weniger als ungefähr ±1°)
als die Spanfläche 70 ausgebildet. In diesem Fall
wird die erste Bodenfläche 12a des Diamantausgangsmaterials 10 in
engem Kontakt mit der Befestigungssitzfläche 64 gehalten, sodass
sie fest darauf befestigt ist. Daher kann mühelos ein größerer
Kontaktflächenbereich sichergestellt werden, wodurch sich
auch dann, wenn die Verbindung durch Hartlöten erfolgt,
mühelos eine hohe Befestigungsstärke erzielen
lässt. Diese führt zu einer deutlichen Verringerung
der Herstellungsdauer und der Herstellungskosten verglichen mit
dem Fall, in dem die zweite Spitze 13b in einem Abschnitt
entgegengesetzt zu der Spitze 13a, an der die Spanfläche 70 auszubilden
ist, weggeschliffen wird.
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Wird
die {112}-Fläche oder ihre Umgebung als die Spanfläche 70 ausgebildet
und wird damit gemeinsam die {111}-Fläche oder ihre Umgebung
senkrecht zu der {112}-Fläche als die vordere Freifläche 72 ausgebildet,
kann das Diamantschneidwerkzeug demnach einfach zu geringen Kosten
mit einer Struktur hergestellt werden, die eine hervorragende Verschleißbeständigkeit
hat.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel wird das Diamantausgangsmaterial 10 außerdem
mit dem Befestigungssitz 62 des Schaftes 54 durch
Aktivmetall-Hartlöten als Einheit verbunden. Dies gewährleistet
mühelos, dass der Schaft 54 eine größere
Verbindungsfläche hat. Daher kann das Diamantausgangsmaterial 10 fest
mit dem Schaft 54 verbunden werden, ohne dass die Notwendigkeit
für eine aufwendige Schleifarbeit besteht. Bei diesem Ausführungsbeispiel
hat der in der dreieckigen Pyramidenform ausgebildete konkave Befestigungssitz 62 insbesondere drei
Flächen, mit denen das Diamantausgangsmaterial 10 in
Kontakt gehalten wird, was den Kontaktflächenbereich vergrößert.
Dies ermöglicht es, dass das Diamantausgangsmaterial 10 eine
weiter erhöhte Verbindungsstärke hat. Daher kann
das Diamantausgangsmaterial 10 selbst dann mit angemessener Verbindungsstärke
auf dem Befestigungssitz 62 befestigt werden, wenn die
Befestigungsfläche 62 eine verhältnismäßig
kleine Struktur hat. Dementsprechend kann die Erfindung passend
in einem Fall eingesetzt werden, in dem der Befestigungssitz 62 nicht angemessen
sichergestellt werden kann.
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Wird
die zweite Spitze 13b des Diamantausgangsmaterials 10 in
den in der dreieckigen Pyramidenform ausgebildeten konkaven Befestigungssitz 62 eingepasst,
kann das Diamantausgangsmaterial 10 mit hoher Genauigkeit
stabil in der festen Lage positioniert werden. Dies erlaubt es dem
Diamantausgangsmaterial 10, mit hoher Genauigkeit stabil
in der festen Lage gehalten zu werden. Dies ermöglicht
es, dass die mit der {112}-Fläche ausgebildete Spanfläche 70 oder
ihre Umgebung mit hoher Genauigkeit geschliffen wird. Des Weiteren
hat die Befestigungssitzfläche 74 des Befestigungssitzes 62 den
Neigungswinkel α, der gleich dem Neigungswinkel θ der Spanfläche 70 ist.
Der Schritt zum Schleifen des Abschnitts der ersten Spitze 13a,
die von der Befestigungsbezugsfläche 56 vorragt,
kann somit ausreichend erfolgen, wenn der Schaft 54, wie
in 4(a) gezeigt ist, parallel zur
Schleiffläche 82 platziert wird. Die Spanfläche 70 kann
demnach einfach mit hoher Genauigkeit geschliffen werden.
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Unter
der unten beschriebenen Schneidbedingung wurden ein Diamantschneidwerkzeug 50 gemäß diesem
Ausführungsbeispiel und ein Diamantschneidwerkzeug gemäß dem
Stand der Technik angefertigt. Das Diamantschneidwerkzeug (Schneide) 50 dieses
Ausführungsbeispiels hatte einen Neigungswinkel θ =
36°16' und einen Neigungswinkel α = –41°16',
wobei die Spanfläche 70 annähernd mit
der {112}-Fläche übereinstimmte und die Freifläche 72 annähernd
mit der {111}-Fläche – 5° übereinstimmte.
Bei dem in 10 gezeigten Diamantschneidwerkzeug
(Schneide) gemäß dem Stand der Technik stimmte
die {100}-Fläche des Diamantausgangsmaterials 10 mit
der Spanfläche 20 überein und stimmte
die vordere Freifläche 22 mit der {100}-Fläche – 5° überein.
Während des Ausübens der Schneidarbeit wurde eine
Endfläche einer Aluminiumlegierung, die wie in 6 gezeigt
drehend um eine Achse angetrieben wurde, durch die Werkzeuge geschnitten,
wonach die Schneidstrecke bis zu einem ersten Verschleiß überprüft
wurde. Infolgedessen ergaben sich die in 7 gezeigten
Konsequenzen.
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Schneidbedingung
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- Geschnittenes Material: Aluminiumlegierung (JIS-A5056)
- Scheidart: Endflächenschnitt
- Schneidgeschwindigkeit: 300 m/min
- Vorschub (in Radialrichtung): 0,01 mm/Umdrehung
-
Wie
aus dem in 7 angegebenen Ergebnis hervorgeht,
kann das Produkt, das die Erfindung einsetzt, gewährleisten,
dass die Schneidarbeit mit einer Schneidlänge von mehr
als 50 km durchgeführt wird. Dies sorgt für eine
deutliche Verbesserung der Werkzeuglebensdauer gegenüber
einem Produkt gemäß dem Stand der Technik. Der
erste Verschleiß führt zu einem Zustand, bei dem
auf der Schneidkante 78 mit der Fähigkeit, Hochglanzpolieren
durchzuführen, minimaler Verschleiß auftritt.
Dies unterscheidet sich von der Nachschlifflebensdauer, die ein Nachschleifen
erforderlich macht. Allerdings ist die Schneidlänge des
Schneidwerkzeugs bis zum Auftreten des ersten Verschleißes
ungefähr proportional zur Schneidlänge bis zum
Erreichen der Nachschlifflebensdauer. Indem auf die Schneidlänge
bis zum Auftreten ersten Verschleißes Bezug genommen wird,
können entsprechend die Nachschlifflebensdauer und zusätzlich
die Werkzeuglebensdauer einschließlich der durch Nachschleifen
erzielten kontinuierlichen Nutzung verglichen und festgelegt werden.
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Das
Ausführungsbeispiel wurde oben unter Bezugnahme auf den
Fall beschrieben, dass der Schaft 54 die Befestigungsbezugsebene 56 hat,
die mit dem in der dreieckigen Pyramidenform ausgebildeten konkaven
Befestigungssitz 62 ausgebildet ist, mit dem das Diamantausgangsmaterial 10 bei
der Herstellung des Diamantschneidwerkzeuges 50 verbunden
wird.
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Allerdings
kann das Diamantausgangsmaterial auch auf die in 8 gezeigte
Weise mit dem Schaft verbunden werden. Und zwar kann ein rechteckiger
Festkörperschaft 90 einen fernen Endabschnitt
haben, der mit einer geneigten Fläche 94 ausgebildet
ist, die bezüglich einer Befestigungsbezugsebene 92 unter
einem Neigungswinkel α nach unten geneigt ist. Dann wird
die zweite Bodenfläche 12d des Diamantausgangsmaterials 10 mit
der geneigten Fläche 94 durch Aktivmetall-Hartlöten
als Einheit verbunden (siehe 8(a)).
Als nächstes wird das Diamantausgangsmaterial 10 wie
in dem dargestellten Ausführungsbeispiel geschliffen, um bezüglich
der zweiten Bodenfläche 12d und dem Neigungswinkel θ die
Spanfläche 70, die vordere Freifläche 72 und
die seitlichen Freiflächen 74 und 76 auszubilden.
Es kann somit ein Diamantschneidwerkzeug 100 mit einer
Struktur hergestellt werden, bei der ein künstlicher Diamant 96 in
einer vorgegebenen Form ausgebildet ist (siehe 8(b) und 8(c)).
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Des
Weiteren kann abhängig von den Erfordernissen ein Abschnitt
der zweiten Spitze 13b annähernd in Übereinstimmung
mit einer Bodenfläche des Schaftes 90 entfernt
werden. Da dieses Entfernen ohne jegliche Anforderungen an die Genauigkeit
erfolgen kann, kann insbesondere ein Grobschlichten unter Verwendung
eines Diamantschleifrads oder dergleichen durchgeführt
werden. Allerdings kann auch der Abschnitt der zweiten Spitze 13b intakt
gelassen werden, solange er nicht sonderlich stört.
-
Bei
diesem Ausführungsbeispiel entspricht die zweite Bodenfläche 12d,
die mit der geneigten Fläche 94 in engem Kontakt
mit ihr verbunden ist, der beanspruchten ersten Seitenfläche. 8(a) repräsentiert einen Schritt,
der einem Halteranfertigungs- und Befestigungsschritt entspricht,
und die 8(b) und 8(c) zeigen
Schritte, die den beanspruchten Schleifschritten entsprechen. Darüber
repräsentieren die 8(a) bis 8(c) in den oberen Bereichen jeweils Vorderansichten
und in den unteren Bereichen Draufsichten (die Ansichten mit Blick
auf eine Ebene senkrecht zur Spanfläche 70 und
zur Befestigungsbezugsebene 92 repräsentieren).
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Die
Erfindung wurde zwar oben unter Bezugnahme auf die in den Zeichnungen
gezeigten dargestellten Ausführungsbeispiele diskutiert,
doch versteht sich, dass die beschriebenen Ausführungsbeispiele
nur zur Veranschaulichung der Erfindung dienen. Der Fachmann könnte
unter Anwendung seines Wissens verschiedene Abwandlungen und Verbesserungen
vornehmen.
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GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
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Bei
einem Verfahren zum Herstellen eines Diamantschneidelements gemäß der
Erfindung wird eine erste Seitenfläche eines Diamantausgangsmaterials
intakt in engen Kontakt mit einer geneigten Fläche eines
Halters gebracht, um darauf als Einheit befestigt zu werden, wonach
ein Abschnitt um eine erste Spitze herum, die von einer Befestigungsbezugsfläche
vorragt, unter einem vorgegebenen Neigungswinkel θ weggeschliffen
wird. Dies erlaubt es dem Diamantausgangsmaterial, eine {112}-Fläche oder
ihre Umgebung als eine Spanfläche auszubilden, wodurch
mühelos ein mit dem Halter in Kontakt befindlicher Flächenbereich
gewährleistet wird, während mühelos eine
höhere Verbindungsstärke erzielt wird. Das erfindungsgemäße
Verfahren zum Herstellen des Diamantschneidelements führt
somit zu deutlichen Verringerungen der Herstellungsdauer und Herstellungskosten
gegenüber einem Fall, bei dem ein Abschnitt um eine zweite
Spitze herum, der entgegengesetzt zu der mit der Spanfläche
ausgebildeten ersten Spitze ist, weggeschliffen wird, um eine Verbindungsfläche
auszubilden.
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Wird
eine {112}-Fläche oder ihre Umgebung zu der Spanfläche
gemacht und damit gemeinsam eine {111}-Fläche oder ihre
Umgebung senkrecht zu der {112}-Fläche zu einer vorderen
Freifläche gemacht, kann das Herstellungsverfahren vorzugsweise
als ein Herstellungsverfahren für ein Diamantschneidwerkzeug
mit hervorragender Verschleißbeständigkeit eingesetzt
werden. Darüber hinaus hat das auf diese Weise erzielte
Diamantschneidwerkzeug eine überragende Verschleißbeständigkeit
und kann passend bei verschiedenen Schneidarbeiten verwendet werden.
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Zusammenfassung
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(2(a), 3(a) und 1(a))
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Ein
Schaft (54) hat eine Befestigungsbezugsfläche
(56), die mit einem Befestigungssitz (62) ausgebildet
ist, der eine um einen vorgegebenen Neigungswinkel α geneigte
Befestigungssitzfläche (64) hat. Ein Diamantausgangsmaterial
(10) wird auf dem Schaft (54) in einer derartigen
Lage gehalten, dass sich eine erste Bodenfläche (12a)
davon in engem Kontakt mit der Befestigungssitzfläche (64)
befindet, und eine erste Spitze (13a) ragt annähernd
entlang einer Mittellinie des Schaftes (54) nach vorne.
Ein Abschnitt der von der Befestigungsbezugsebene nach vorne ragenden
ersten Spitze (13a) wird unter einem vorgegebenen Neigungswinkel θ weggeschliffen.
Dies führt dazu, dass eine {112}-Fläche oder ihre Umgebung
(mit einem Wert von weniger als ungefähr ±1°)
als eine Spanfläche (70) ausgebildet wird. Die erste
Bodenfläche (12a) des Diamantausgangsmaterials
(10) wird intakt in engem Kontakt mit der Befestigungssitzfläche
(64) gehalten, um damit durch Aktivmetall-Hartlöten
als Einheit verbunden zu werden, womit mühelos ein größerer
Verbindungsflächenbereich gewährleistet wird,
sodass mühelos eine höhere Verbindungsstärke
erzielt wird. Dies führt zu einer deutlichen Verringerung
der Herstellungsdauer und Herstellungskosten gegenüber
einem Fall, in dem ein Abschnitt einer zweiten Spitze (13b),
die entgegengesetzt zu der mit der Spanfläche (70)
ausgebildeten ersten Spitze (13a) ist, weggeschliffen wird,
um eine Verbindungsfläche auszubilden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - JP 2-145201
A [0008]
- - JP 2000-107912 A [0008]
- - JP 60-16306 A [0008]
- - JP 2002-254212 A [0008]
- - JP 3-208505 A [0008]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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