DE60128931T2

DE60128931T2 - Verfahren zur herstellung eines schneideinsatzes

Info

Publication number: DE60128931T2
Application number: DE2001628931
Authority: DE
Inventors: Mohammad Najafi Sani
Original assignee: Element Six Pty Ltd
Current assignee: Element Six Pty Ltd
Priority date: 2000-09-13
Filing date: 2001-09-12
Publication date: 2008-02-21
Anticipated expiration: 2021-09-13
Also published as: EP1317331A1; EP1317331B1; JP2004508216A; ATE364479T1; CA2425735A1; GB0022448D0; ZA200301623B; JP5253699B2; DE60128931D1; AU2001290163A1; WO2002022311A1; US20040035268A1

Description

Hintergrund der Erfindung
Diese Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Werkzeugeinsatzes, der an einer seiner Kanten mindestens einen ultraharten Schleifkörper aufweist (siehe beispielsweise EP-A-0 744 242 ).
Es sind verschiedene Typen solcher Werkzeugeinsätze und Verfahren zum Herstellen dieser Werkzeugeinsätze bekannt.
Die südafrikanische Patentschrift 84/6619 lehrt, ein Wolframkarbidsubstrat bereitzustellen, in dem eine einzelne Aussparung ausgebildet ist, einen Schleifkörper, beispielsweise einen Diamantschleifkörper, in die Aussparung hartzulöten, und das Produkt zu schneiden, um so einen einzeln bestückten Einsatz auszubilden.
Die europäische Patentschrift 278703 lehrt, ein Wolframkarbidsubstrat bereitzustellen, in dem mehrere Aussparungen ausgebildet sind, jede Aussparung mit einer Schicht von Schleifpartikeln, z. B. Diamant oder kubischem Bornitrid (CBN) in einem organischen Bindemittel, zu füllen, die Anordnung einer hohen Temperatur/einem hohen Druck auszusetzen, um die Schleifpartikel miteinander und mit dem Karbidträger zu verbinden, und das Produkt zu schneiden, um so mehrfach bestückte Einsätze auszubilden.
Die US-Patentschrift 5,676,496 lehrt ein Verfahren zum Herstellen eines mehrfach bestückten Einsatzes, das dem Verfahren von EP 278703 gleicht, mit der Ausnahme, dass das Wolframkarbidsubstrat anstelle von Aussparungen im Substrat Öffnungen aufweist, die durch das Substrat hindurch verlaufen.
Kurzdarstellung der Erfindung
Gemäß der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Werkzeugeinsatzes bereitgestellt, das die folgenden Schritte aufweist:

(a) Bereitstellen eines Substrats mit mehreren darin befindlichen Aussparungen;
(b) Einsetzen eines ultraharten Schleifkörpers in jede Aussparung, der im Wesentlichen die gleiche Größe und Form aufweist wie die Aussparung;
(c) Hartlöten der Körper auf das Substrat; und
(d) Schneiden des Substrats durch die Aussparungen, die die Körper beinhalten, um mindestens einen Werkzeugeinsatz herzustellen, der einen Bereich des Substrats umfasst, an einer Kante dessen sich mindestens ein ultraharter Schleifkörper befindet.

In Schritt (a) kann das Substrat beispielsweise Stahl sein, ist jedoch vorzugsweise ein Hartmetallsubstrat. Die Aussparungen können vorgesintert sein, d. h. vor dem Sintern in dem Substrat ausgebildet worden sein, oder durch Gesenkfräsen oder Schleifen in dem Substrat ausgebildet worden sein.
Die Aussparungen können jede beliebige Form und Größe aufweisen und in jeder geeigneten Anzahl vorliegen.
Allgemein sind die Aussparungen in einem geordneten Muster angeordnet, um den Schneideschritt Schritt (d) zu vereinfachen.
Beispielsweise können die Aussparungen in beabstandeten Reihen und Spalten angeordnet sein, bevorzugt in gleichförmigem Abstand, und können beispielsweise kreisförmig sein. Es sind auch andere Aussparungsformen möglich.
Die Fläche des Substrats, die benachbart zu jeder Aussparung angeordnet ist, kann derart geformt sein, dass sie jeden Werkzeugeinsatz, der aus ihr herausgeschnitten wird, mit einem positiven oder negativen Spanbrecher versieht. Dies kann erreicht werden, indem neben wenigstens einigen Aussparungen eine Region bereitgestellt wird, die höher oder tiefer liegt als die freiliegenden oberen Flächen der Schleifkörper, die in diesen Aussparungen angeordnet sind.
Der ultraharte Schleifkörper ist vorzugsweise ein polykristalliner Diamantkörper, auch bekannt als PCD, oder ein polykristalliner kubischer Bornitridkörper, auch bekannt als PCBN, oder CVD-Diamant. CVD-Diamant ist ein Diamant, der durch chemisches Aufdampfen erzeugt wird.
Der Körper muss im Wesentlichen die gleiche Größe und Form aufweisen wie die Aussparung, in die er eingesetzt werden soll, vorzugsweise derart, dass eine Übergangspassung gebildet wird. Die obere Fläche des Körpers kann in derselben Ebene liegen wie die Fläche des Substrats, in der die Aussparung ausgebildet ist, oder in einer anderen Ebene, wenn ein Spanbrecher vorliegt, wie oben beschrieben.
Der Körper kann ungestützt sein oder durch eine geeignete Trägerschicht wie z. B. einem Hartmetall gestützt werden, z. B. Wolframkarbidhartmetall.
Jede Aussparung weist allgemein eine Basis und Seitenwände auf. So wird in Schritt (c) eine Schicht eines geeigneten Lötmittels typischerweise zwischen der Basis der Aussparung und einer Fläche des Körpers angeordnet, und die Temperatur wird erhöht, damit das Lötmittel die Fläche und die Basis miteinander verbindet.
Ein geeignetes Hartlötungsmittel für polykristalline Diamant- oder CVD-Diamantkörper ist ein Kupfer/Silberlegierungshartlötungsmittel, und für Körper aus polykristallinem kubischem Bornitrid ein hochtemperaturaktives Hartlötungsmittel, das ein reaktives Element wie z. B. Titan enthält.
In Schritt (c) werden vorzugsweise alle Körper gleichzeitig in die Aussparungen hartgelötet, z. B. durch Vakuumhartlöten oder durch Hartlöten in einer reduzierten oder luftkontrollierten Atmosphäre.
In Schritt (d) wird das Substrat durch die Aussparungen, die die Körper enthalten, geschnitten, beispielsweise durch Drahterodieren. Das Schneiden kann senkrecht zu der Substratfläche erfolgen, in der die Aussparungen ausgebildet sind, oder mit jedem anderen Winkel zu dieser Fläche.
Das Ergebnis sind mindestens ein und allgemein mehrere Werkzeugeinsätze, die jeweils einen Bereich des Substrats umfassen, mit dem an einer Kante desselben mindestens ein ultraharter Schleifkörper verbunden ist, und vorzugsweise an Kanten desselben zwei oder mehr ultraharte Schleifkörper. Die ultraharten Schleifkörper stellen Schneidkanten für den Werkzeugeinsatz bereit. Für einen einzelnen Einsatz können unterschiedliche ultraharte Schleifmittel benutzt werden. Auf diese Weise kann ein Einsatz an jeder oder einigen der herzustellenden Kanten jeweils unterschiedliche ultraharte Schleifkörper aufweisen.
Nach Schritt (d) können die Werkzeugeinsätze bei Bedarf bearbeitet werden, um sicherzustellen, dass die ultraharten Schleifkörper mit einer Fläche des Substrats abschließen.
Die Werkzeugeinsätze, die durch das Verfahren der Erfindung hergestellt wurden, können in Werkzeugen zum Schneiden, Bearbeiten, Bohren oder Abschleifen von Werkstücken benutzt werden, und können auch als ein Abnutzungsbauteil benutzt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Seitenschnittansicht eines Substrats mit mehreren Aussparungen, wobei jede Aussparung einen ultraharten Schleifkörper enthält;
2 ist eine Draufsicht auf das Substrat aus 1;
3 ist eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines Substrats mit mehreren Aussparungen, wobei jede Aussparung einen ultraharten Schleifkörper enthält;
4 ist ein Schnitt durch einen Einsatz, der aus einem Substrat aus 3 geschnitten wurde;
5 ist eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines Substrats mit mehreren Aussparungen, wobei jede Aussparung einen ultraharten Schleifkörper enthält;
6 ist ein Schnitt durch einen Einsatz, der aus einem Substrat aus 5 geschnitten wurde;
7 ist eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines Substrats mit mehreren Aussparungen, wobei jede Aussparung einen ultraharten Schleifkörper enthält;
8 ist ein Schnitt durch eine Form eines Einsatzes, der aus einem Substrat aus 7 geschnitten wurde; und
9 ist ein Schnitt durch eine andere Form eines Einsatzes, der aus einem Substrat aus 7 geschnitten wurde.
Beschreibung der Ausführungsformen
Der Kern der Erfindung besteht in einem Verfahren zum Herstellen eines Werkzeugeinsatzes, oder allgemeiner, mehrerer ähnlicher Werkzeugeinsätze in einem einzelnen Hartlötvorgang. Das Verfahren weist folgende Schritte auf: Bereitstellen eines Substrats mit mehreren darin befindlichen Aussparungen; Einsetzen eines ultraharten Schleifkörpers, z. B. PCD, PCBN oder CVD-Diamant, in jede Aussparung, der im Wesentlichen die gleiche Größe und Form aufweist wie die Aussparung; Hartlöten der Körper auf das Substrat; und Schneiden des Substrats durch die Aussparungen, die die Körper beinhalten, um mindestens einen Werkzeugeinsatz herzustellen, der einen Bereich des Substrats umfasst, an einer Kante dessen sich mindestens ein ultraharter Schleifkörper befindet.
Das Substrat ist vorzugsweise aus Hartmetall hergestellt, z. B. Wolframkarbidhartmetall, Tantalkarbidhartmetall oder Molybdänkarbidhartmetall.
Es sollen nun unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen Ausführungsformen der Erfindung beschrieben werden.
Unter Bezugnahme auf 1 und 2 zeigen diese ein Wolframkarbidhartmetallsubstrat 10, in dem mehrere vorgesinterte Aussparungen 12 ausgebildet sind.
In jeder Aussparung 12 ist ein polykristalliner ultraharter Schleifkörper 14 angeordnet, der aus einer ultraharten Schleifschicht 16 und einer Trägerschicht 18 aus Wolframkarbidhartmetall besteht.
Zwischen der Basis 12a jeder Aussparung 12 und der Basis 18a jedes Körpers 14 ist eine Schicht 20 einer Hartlötung angeordnet.
Sobald alle Körper 14 in den Aussparungen 12 des Substrats 10 angeordnet sind, wird die gesamte Anordnung hartgelötet, d. h. erwärmt, und zwar in einer luftkontrollierten Atmosphäre oder in einem Vakuum, abhängig von der Hartlötungslegierung, die benutzt wird, um die Körper 14 mit dem Substrat 10 zu verbinden.
Anschließend wird das Substrat 10 durch die Aussparungen 12 hindurch geschnitten, die die Körper 14 enthalten, um so einen, und vorzugsweise mehrere Werkzeugeinsätze herzustellen. Beispielsweise kann, Bezug nehmend auf 2, das Substrat 10 entlang den Linien A, B, C und D geschnitten werden, um einen Werkzeugeinsatz 22 herzustellen, der aus einem Bereich 24 des Substrats 10 besteht, das an jeder der vier Ecken des Bereichs 24 mit vier Schleifkörpern 26 verbunden ist.
Es ist zu erkennen, dass durch Verlängern der Linien A, B, C und D, und indem ähnliche Schnittlinien durch das verbleibende Substrat 10 und die Körper 14 gezogen werden, mehrere im Wesentlichen gleiche Werkzeugeinsätze 22 hergestellt werden können.
Nachdem der Werkzeugeinsatz 22 aus dem Substrat 10 geschnitten wurde, können die Schleifkörper 26 poliert werden, so dass sie äußere Flächen 26a aufweisen, die mit den äußeren Flächen 24a des Bereichs 24 des Substrats 10 abschließen. Jeder Schleifkörper 26 stellt eine Schneidkante und eine Schneidspitze für den Werkzeugeinsatz 22 bereit.
Der Werkzeugeinsatz 22 kann als ein Einsatz für ein übliches Schneidwerkzeug benutzt werden.
Eine zweite Ausführungsform der Erfindung ist in 3 und 4 gezeigt. Unter Bezugnahme auf diese Figuren weist ein Hartmetallsubstrat 30 mehrere Aussparungen 32 auf, die darin ausgebildet sind, und Schleifkörper 34, die in jeder Aussparung angeordnet sind und in derselben Weise, wie oben für die Ausführungsform aus 1 und 2 beschrieben, auf das Substrat hartgelötet wurden. Zwischen jeder der vier benachbarten Aussparungen, z. B. den mit A, B, C und D bezeichneten, befindet sich eine Fläche 36 des Substrats, die relativ zu der freiliegenden oberen Fläche der Körper erhöht ist. Die Fläche 36 ist von abgeschrägten Flächen 38 begrenzt.
Aus dem Substrat 30 kann ein Werkzeugeinsatz hergestellt werden, indem entlang den punktierten Linien 40 geschnitten wird. Der resultierende Werkzeugeinsatz 42 ist in Schnittansicht in 4 gezeigt, wobei der Schnitt an der Linie 4-4 aus 3 erfolgte. Der Werkzeugeinsatz 42 umfasst einen Hartmetallbereich 44, wobei an jeder Ecke desselben ein Schleifkörper 46 angeordnet ist. Jeder Schleifkörper 46 umfasst eine polykristalline Diamant- oder CBN-Schicht 48, die mit einem Hartmetallträger 50 verbunden ist.
Der Bereich 44 weist einen Abschnitt auf, der von einer oberen flachen Fläche 52 und abgeschrägten Flächen 54 definiert wird, und der relativ zu der freiliegenden oberen Fläche 56 der Schicht 48 erhöht ist. Dieser Abschnitt dient als ein positiver Spanbrecher für den Werkzeugeinsatz bei dessen Benutzung.
Eine weitere Ausführungsform ist in 5 und 6 gezeigt. Bezug nehmend auf diese Figuren ist hier ein Hartmetallsubstrat 60 vorgesehen. Schleifkörper 62 sind in Aussparungen 64 in dem Substrat angeordnet und sind in derselben Weise, wie oben in Bezug auf die Ausführungsform aus 1 und 2 beschrieben, auf das Substrat hartgelötet.
In dieser Ausführungsform ist jede Aussparung 60 von einer flachen Nut oder Vertiefung 66 umgeben.
Aus dem Substrat 60 können ein oder mehrere Werkzeugeinsätze hergestellt werden, indem entlang den punktierten Linien 68 geschnitten wird. Ein Bereich eines derart hergestellten Werkzeugeinsatzes 70 ist in 6 gezeigt, wobei der Schnitt entlang der Linie 6-6 aus 5 erfolgte.
Der Werkzeugeinsatz 70 umfasst einen Hartmetallbereich 72, wobei an jeder Ecke desselben ein Schleifkörper 74 angeordnet ist. Jeder Schleifkörper 74 umfasst eine polykristalline Diamant- oder CBN-Schicht 76, die mit einem Hartmetallträger 78 verbunden ist. Eine Vertiefung oder Nut 80 ist benachbart zu der freiliegenden oberen Fläche 82 jeder Schicht 76 angeordnet. Die Vertiefung oder Nut dient als ein negativer Spanbrecher.
Eine weitere Ausführungsform ist in 7 und 8 gezeigt. Bezug nehmend auf diese Figuren, weist hier ein Hartmetallsubstrat 90 mehrere geformte Aussparungen 92 auf, die darin ausgebildet sind, und ähnlich geformte Schleifkörper 94, die in jeder Aussparung angeordnet sind, und die in derselben Weise, wie oben in Bezug auf die Ausführungsform aus 1 und 2 beschrieben, auf das Substrat hartgelötet wurden. Zwischen jeder der vier benachbarten Aussparungen, z. B. den mit E, F, G und H bezeichneten, befindet sich eine Fläche 96 des Substrats, die von einer flachen Nut oder Vertiefung 98 begrenzt wird. Die Aussparungen 92 sind so geformt, dass die Ecken der Nut oder Vertiefung 98a jeweils teilweise von der Aussparung 92 umgeben sind.
Aus dem Substrat 90 kann ein Werkzeugeinsatz hergestellt werden, indem entlang den punktierten Linien 100 geschnitten wird. Der resultierende Werkzeugeinsatz 102 ist in Schnittansicht in 8 gezeigt, wobei der Schnitt entlang der Linien 8-8 aus 7 erfolgte. Der Werkzeugeinsatz 102 umfasst einen Hartmetallbereich 104, wobei an jeder Ecke desselben ein Schleifkörper 106 angeordnet ist. Jeder Schleifkörper 106 umfasst eine polykristalline Diamant- oder CBN-Schicht 108, die mit einem Hartmetallträger 110 verbunden ist. Eine Nut oder Vertiefung 114 ist benachbart zu der freiliegenden oberen Fläche 116 jeder Schicht 108 angeordnet. Die Nut oder Vertiefung dient als ein negativer Spanbrecher.
9 zeigt eine Schnittansicht einer alternativen Ausführungsform eines Werkzeugeinsatzes, der aus dem Substrat aus 7 geschnitten werden kann. Bei dieser Ausführungsform ist die Fläche 96 relativ zu der oberen Fläche der Schleifkörper 94 erhöht, und die Nut oder Vertiefung 98 ist durch abgeschrägte Flächen ersetzt.
Aus dem Substrat 90 kann ein Werkzeugeinsatz hergestellt werden, indem entlang den punktierten Linien 100 geschnitten wird. Der resultierende Werkzeugeinsatz 120 ist in Schnittansicht in 9 gezeigt, wobei der Schnitt entlang den Linien 8-8 aus 7 erfolgte. Der Werkzeugeinsatz 120 umfasst einen Hartmetallbereich 122, wobei an jeder Ecke desselben ein Schleifkörper 124 angeordnet ist. Jeder Schleifkörper 124 umfasst eine polykristalline Diamant- oder CBN-Schicht 126, die mit einem Hartmetallträger 128 verbunden ist. Der Bereich 122 weist einen Abschnitt auf, der von einer oberen flachen Fläche 130 und einer abgeschrägten Fläche 132 definiert wird, die relativ zu der freiliegenden oberen Fläche 134 der Schicht 126 erhöht ist. Dies dient als ein positiver Spanbrecher für den Werkzeugeinsatz bei dessen Benutzung.
Hinsichtlich der Ausführungsformen von 3 bis 9 wird man festgestellt haben, dass die Hartmetallsubstrate so dargestellt sind, dass sie mit einem anderen Winkel als 90° in Bezug auf die obere Fläche und die untere Fläche der Substrate geschnitten werden. Das Schneiden in Bezug auf diese Fläche kann auch in anderen Winkeln erfolgen.
Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass mehrere Werkzeugeinsätze zugleich in einfacher und wirtschaftlicher Weise gefertigt werden können.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Werkzeugeinsätzen einschließlich der folgenden Schritte: (a) Bereitstellung eines Substrats (10) mit mehreren darin befindlichen Aussparungen (12); (b) Einsetzen eines ultraharten Schleifkörpers (14) in jede Aussparung (12), der im Wesentlichen die gleiche Größe und Form hat wie die Aussparung, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte; (c) Hartlöten der Körper auf das Substrat (10); (d) Schneiden des Substrats (10) durch die Aussparungen (12), die die Körper beinhalten, um mindestens einen Werkzeugeinsatz (22) herzustellen, umfassend einen Bereich des Substrats (10), an dessen Kanten sich mindestens ein ultraharter Schleifkörper (14) befindet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei bei Schritt (d) mehrere Werkzeugeinsätze (22) hergestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der oder jeder Werkzeugeinsatz (22) einen Bereich des Substrats (10) mit zwei oder mehr Schleifkörpern (14) an dessen Kanten umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich eine Schicht (20) einer Hartlötung zwischen einer Basis (12a) der Aussparung (12) und einer Oberfläche des Körpers (14) befindet und die Temperatur erhöht wird, damit die Hartlötung die Oberfläche mit der Basis (12a) verbindet.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Hartlöten eine Vakuumhartlötung oder eine Hartlötung in einer reduzierten oder luftkontrollierten Atmosphäre ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Körper (14) gleichzeitig in die Aussparungen (12) eingelötet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aussparungen (12) in einem geordneten Muster angeordnet sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aussparungen (12) in Reihen und Spalten mit dazwischen befindlichen Abständen angeordnet sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schleifkörper (62) in den Aussparungen (64) freiliegende obere Flächen aufweisen und das Substrat in dem Bereich (66) neben mindestens einigen Aussparungen (64) niedriger ist als die oberen Flächen der Schleifkörper (62), um den Werkzeugeinsatz (70) mit einer negativen spanbrechenden Oberfläche neben mindestens einigen der Schleifkörper auszustatten.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Schleifkörper (34) in den Aussparungen (32) freiliegende obere Flächen aufweisen und das Substrat (30) in dem Bereich (36) neben mindestens einigen Aussparungen (32) höher ist als die oberen Flächen der Schleifkörper (34), um den Werkzeugeinsatz (42) mit einer positiven spanbrechenden Oberfläche (36) neben mindestens einigen Schleifkörpern auszustatten.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die ultraharten Schleifkörper (14) aus PKD, PKB oder CVD-Diamant hergestellt sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Substrat (10) aus Hartmetall hergestellt ist.